TWI436154B - The projector's autofocus system - Google Patents

Description

投影機之自動對焦系統

本發明係與投影機有關，更詳而言之是指一種投影機之自動對焦系統。

投影機已被廣泛地運用在商務、教育及生活等各方面，尤其是為了方便攜帶，近年來許多小型化投影機紛紛問市，其中更是有結合靜態攝影功能、動態攝影功能或手機於一機者。

在投影機的使用上，為了在螢幕上投射清晰的影像，使用者必須手動地調整投影機之投影鏡頭於其光軸上的位置，使該投影鏡頭之呈像面與螢幕位在同一平面上，此即一般所稱之對焦。目前市面上所販售的投影機，大多需要使用者手控對焦。

就一般較大型的投影機而言，由於其鏡頭體積較大且具有較大的對焦移動行程，所以在使用者手控對焦的操作上尚不致產生因難，但就小型化投影機或具有投影功能之相機、攝影機及手機等而言，為符合其機身小型化之所需，其投影鏡頭之體積非常微小，可供移動對焦的行程也非常有限，因此並不適合手控對焦。

現有投影機自動對焦的技術如台灣公開第200412469號發明利所示，係利用一測距裝置測得投影機與螢幕之距離後，以步進馬達驅動該投影機之鏡頭到達對焦位置。惟，採用這種自動對焦技術無法偵知對焦動作完成後的投影影像是否確實清晰，且測距裝置耗電量大，並不適合使用於小型化投影機。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種投影機之自動對焦系統，係可確保對焦動作完成後，投射於螢幕上的影像是正確清晰的。

緣以達成上述目的，本發明所提供之投影機之自動對焦系統包含有一投影裝置、一取像裝置、一暫存記憶體、一微處理單元以及一調焦裝置。其中，該投影裝置具有一影像光源產生單元以及一投影鏡頭；該影像光源產生單元係用以產生影像光源並輸出；該投影鏡頭具有一抵接部，且係用以將該影像光源投射於一螢幕上形成影像者；該取像裝置具有一影像感測單元以及一取像鏡頭；該影像感測單元係用以感測光學影像，並轉換成電訊號輸出者；該取像鏡頭用以將該投影鏡頭所投射於該螢幕上之影像成像於該影像感測單元者；該微處理單元與該影像感測單元及該暫存記憶體電性連接，用以接受該影像感測單元之電訊號，並計算轉換成一影像清晰度後輸出至該暫存記憶體；又，該微處理單元可比較不同時間點所計算得到之影像清晰度，並依比較結果輸出一控制訊號；該調焦裝置具有一調焦凸輪以及一驅動模組；該調焦凸輪具有一轉軸以及一環繞該轉軸設置之導引面；該調焦凸輪可依該轉軸之軸心轉動，且該導引面與該抵接部抵接；該驅動模組與該微處理單元電連接，用以接受該微處理單元所輸出之控制訊號，以驅轉該調焦凸輪，而藉由該導引面帶動該投影鏡頭沿其光軸移動。

依據上述構思，該調焦裝置更包含有一連接該驅動模組與該調焦凸輪之齒輪組；該調焦裝置之驅動模組係透過驅轉該齒輪組驅帶動該調焦凸輪轉動。

藉以利用上述之系統配置，進而達到自動對焦並可確保投射於螢幕上的影像是正確清晰的。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。

請參閱圖1及圖2，本發明所提供投影機100具有一殼體2以及一設於該殼體2內之自動對焦系統1，該自動對焦系統1包含有一投影裝置10、一取像裝置20、一暫存記憶體30、一微處理單元40以及一調焦裝置50。其中：該投影裝置10包含有一影像光源產生單元11以及一投影鏡頭12。該影像光源產生單元11係用以產生影像光源並輸出。另外，該影像光源產生單元11產生影像光源並輸出之方式屬習知技藝，於此容不再贅述。該投影鏡頭12係用以將該影像光源投射於一螢幕A上以形成一影像者。請參閱圖3，該投影鏡頭12具有一抵接部121以及一凸柱122，該抵接部121係一自該投影鏡頭12之外壁突伸形成之凸塊；該凸柱122一端與該投影鏡頭12之外壁連接，另一端則朝向該殼體2。

該取像裝置20具有一影像感測單元21以及一取像鏡頭22。該影像感測單元21是用以感測光學影像，並轉換成電訊號輸出；該影像感測單元21可以是，但不限於：電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)、互補式金屬-氧化層-半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)等。該取像鏡頭22是用以將該投影鏡頭12所投射於該螢幕A上之影像成像於該影像感測單元21。

該暫存記憶體30可以是一快閃記憶體(Flash Memory)或其它記憶體。

該微處理單元40是用以接受該影像感測單元21之電訊號，並計算轉換成一影像清晰度的值後輸出至該暫存記憶體30。在本實施例中，影像清晰度是以影像的對比值為判斷影像清晰度之依據，當影像的對比值較高時，則表示影像較為清晰；反之，當影像的對比值較低時，則表示影像較為模糊。又，該微處理單元40可比較不同時間點所計算得到之影像清晰度，並依比較結果輸出一控制訊號。

如圖3所示，該調焦裝置50包含有一調焦凸輪51、一彈簧52、一驅動模組53以及一與該調焦凸輪51以及驅動模組53連接之齒輪組54。其中，該調焦凸輪51具有一轉軸511以及一環繞該轉軸511設置之導引面512，該導引面512係一斜面，但不以此為限，亦可是曲面、或其它具有高低差之結構。該導引面512與該投影鏡頭12之抵接部121相抵接。另外，該調焦凸輪51可依據該轉軸511之軸心進行轉動。

該彈簧52套設於該投影鏡頭12之凸柱122上。該彈簧52一端抵接該投影鏡頭12，另一端抵接該殼體2，用以提供一作用力維持該投影鏡頭12之抵接部121與該調焦凸輪51之導引面512抵接，且該彈簧52受該凸柱155限制而不易有偏移或晃動之情事產生。

該驅動模組53於本實施例中係一馬達，但不以此為限。該驅動模組53與該微處理單元40電連接，用以接受該微處理單元40所輸出之控制訊號，並透過驅轉該齒輪組54帶動該調焦凸輪51，以使該調焦凸輪51依該轉軸511之軸心進行轉動，並藉由該導引面512在轉動時所產生之高低差帶動該投影鏡頭12沿其光軸移動，進而達到調整該投影鏡頭12焦距之效果。

藉此，當使用者啟動該投影機100時，該投影鏡頭12便將該影像光源產生單元11所產生之影像光源投射至螢幕A上形成一影像。其次，啟動該自動對焦系統1之自動對焦功能。在實施上，該投影機100上可設一自動對焦啟動鍵3，使用者只要按下該自動對焦啟動鍵3，該自動對焦系統1就開始自動對焦之作動。

啟動自動對焦功能後，該取像鏡頭22將該螢幕A之影像成像於該影像感測單元21。此時，該影像感測單元21被啟動，並感測該取像鏡頭22所成像之光學影像，然後轉換成電訊號輸出至該微處理單元40。該微處理單元40計算所接收之電訊號並取得一影像對比值後，將該影像對比值儲存於該暫存記憶體30中。

接下來，由該微處理單元40控制該驅動模組53，以驅動該投影鏡頭12沿其光軸作一第一方向之預定距離的移動，並再次啟動該影像感測單元21感測該取像鏡頭22所成像之光學影像且轉換成電訊號輸出至該微處理單元40，再由該微處理單元40計算所接收之電訊號並取得一新的影像對比值。其中，該第一方向可以是朝向該投影鏡頭12之像源側的方向(即朝向該影像光源產生單元11的方向)，也可以是朝向該投影鏡頭12之成像側的方向(即朝向該螢幕A的方向)。

該微處理單元40取得新的影像對比值後，自該暫存記憶體30讀取前一次存入的影像對比值，用以與新的影像對比值進行比較，若新的影像對比值大於前一次的影像對比值，該微處理單元40則控制該驅動模組53，以驅動該投影鏡頭12沿其光軸朝該第一方向移動一預定距離；若新的影像對比值小於前一次的影像對比值，該微處理單元控制40則控制該驅動模組53，以驅使該投影鏡頭12沿其光軸朝相反於該第一方向之一第二方向移動一預定距離，且此一距離大於一開始該投影鏡頭12向該第一方向所移動之距離。之後，將該新的影像對比值儲存於該暫存記憶體中。

再次啟動該影像感測單元21感測該取像鏡頭22所成像之光學影像且轉換成電訊號輸出至該微處理單元40，再由該微處理單元40計算所接收之電訊號以得到一新的影像對比值；自該暫存記憶體30讀取前一次存入的影像對比值，用以與該新的影像對比值進行比較，若該新的影像對比值大於前一次的影像對比值，該微處理單元40則控制該驅動模組53驅使該投影鏡頭12朝相同於上一次移動之方向移動一預定之距離；接著，儲存該新的影像對比值。

重覆著上段所述之步驟，直至新的影像對比值小於前一次的影像對比值，使該投影鏡頭12停留在原處，此即該投影鏡頭12的對焦位置。完成該投影鏡頭12之對焦後，該投影機100之自動對焦作動便告完成，且由於本實施例之自動對焦系統1是根據該影像感測單元21感測該螢幕A上之影像所得之結果進行對焦動作，因此可確保對焦動作完成後，投射於螢幕A上的影像是正確清晰的。

除了上述實施例使該投影鏡頭12位於其對焦位置之方式外，本發明之自動對焦系統1也可採用其它同樣是利用移動該投影鏡頭12，並於每一個鏡頭位置擷取影像並計算該影像之清晰度，而後進行比對以取得最大影像清晰度，而使該投影鏡頭12位於相對應位置之方式。例如：現有的「全域搜尋(Global Search)法」，主要係取得每個鏡頭位置的清晰度，等待完成全部範圍搜尋之後，再將該投影鏡頭12移動到清晰度最大值的位置，以完成對焦；現有的「費氏搜尋(Fibonacci Search)法」，是比對相鄰兩鏡頭位置之清晰度值相差值，當相差值產生正負號變化時，使該投影鏡頭12做反向移動，每次搜尋一個位置後，便縮減投影鏡頭下個移動間距，直到最小間距，以逼近最佳對焦位置，達成對焦等方式。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100．．．投影機

1．．．自動對焦系統

10．．．投影裝置

11．．．影像光源產生單元

12．．．投影鏡頭

20．．．取像裝置

21．．．影像感測單元

22．．．取像鏡頭

30．．．暫存記憶體

40．．．微處理單元

50．．．調焦裝置

51．．．調焦凸輪

511．．．轉軸

512．．．導引面

52．．．彈簧

53．．．驅動模組

54．．．齒輪組

2．．．殼體

3．．．該自動對焦啟動鍵

A．．．螢幕

圖1為本發明較佳實施例之立體圖。

圖2為本發明較佳實施例之方塊圖。

圖3為本發明之調焦裝置與投影鏡頭立體圖。

100．．．投影機

1．．．自動對焦系統

10．．．投影裝置

11．．．影像光源產生單元

12．．．投影鏡頭

20．．．取像裝置

21．．．影像感測單元

22．．．取像鏡頭

30．．．暫存記憶體

40．．．微處理單元

50．．．調焦裝置

2．．．殼體

A．．．螢幕

Claims (8)

1. 一種投影機之自動對焦系統，包含有：一投影裝置，具有一影像光源產生單元以及一投影鏡頭；該影像光源產生單元係用以產生影像光源並輸出；該投影鏡頭具有一抵接部，且係用以將該影像光源投射於一螢幕上形成影像者；一取像裝置，具有一影像感測單元以及一取像鏡頭；該影像感測單元係用以感測光學影像，並轉換成電訊號輸出者；該取像鏡頭用以將該投影鏡頭所投射於該螢幕上之影像成像於該影像感測單元者；一暫存記憶體；一微處理單元，與該影像感測單元及該暫存記憶體電性連接，用以接受該影像感測單元之電訊號，並計算轉換成一影像清晰度後輸出至該暫存記憶體；又，該微處理單元可比較不同時間點所計算得到之影像清晰度，並依比較結果輸出一控制訊號；一調焦裝置，具有一調焦凸輪以及一驅動模組；該調焦凸輪具有一轉軸以及一環繞該轉軸設置之導引面；該調焦凸輪可依該轉軸之軸心轉動，且該導引面與該抵接部抵接；該驅動模組與該微處理單元電連接，用以接受該微處理單元所輸出之控制訊號，以驅轉該調焦凸輪，而藉由該導引面帶動該投影鏡頭沿其光軸移動。
2. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，該影像感測單元是一電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。
3. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，該影像感測單元是一互補式金屬-氧化層-半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)。
4. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，更包含一自動對焦啟動鍵，使用者只要按下該啟動鍵，該投影機就開始自動對焦之作動。
5. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，該調焦裝置更包含有一連接該驅動模組與該調焦凸輪之齒輪組；該調焦裝置之驅動模組係透過驅轉該齒輪組帶動該調焦凸輪轉動。
6. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，該調焦凸輪之導引面為一斜面。
7. 如請求項1所述投影機之自動對焦系統，其中，該調焦凸輪之導引面為一曲面。
8. 一種如請求項1之投影機之自動對焦系統的自動對焦方法，包含以下步驟：A.利用該投影鏡頭將該影像光源產生單元所產生之一影像光源投射至一螢幕上形成一影像B.利用該取像鏡頭將該螢幕上之影像成像於該影像感測單元；C.啟動該影像感測單元感測該取像鏡頭所成像之光學影像；D.利用該微處理單元計算取得一影像對比值後，將該影像對比值儲存於該暫存記憶體中； E.控制該驅動模組驅動該投影鏡頭沿其光軸作一第一方向之預定距離的移動；F.啟動該影像感測單元感測該取像鏡頭所成像之光學影像；G.利用該微處理單元計算取得一新的影像對比值；H.讀取前一次存入的影像對比值，並與步驟G取得之新影像對比值進行比較；若新的影像對比值大於前一次的影像對比值，則控制該驅動模組驅動該投影鏡頭沿其光軸朝該第一方向移動一預定距離；若新的影像對比值小於前一次的影像對比值，則控制該驅動模組驅動驅使該投影鏡頭沿其光軸朝相反於該第一方向之一第二方向移動一預定距離，且此一距離大於一開始該投影鏡頭向該第一方向所移動之距離；I.將該新的影像對比值儲存於該暫存記憶體中J.啟動該影像感測單元感測該取像鏡頭所成像之光學影像；K.利用該微處理單元計算取得一新的影像對比值；L.自該暫存記憶體讀取步驟I存入的影像對比值，並與步驟K取得之該新的影像對比值進行比較；若該新的影像對比值大於前一次的影像對比 值，則控制該驅動模組驅使該投影鏡頭朝相同於上一次移動之方向移動一預定之距離；M.重覆執行步驟I至L，直至新的影像對比值小於前一次的影像對比值，使該投影鏡頭停留在原處。