CN103324012B - 交互式投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交互式投影装置。所述交互式投影装置包含：光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；第一光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束；第二光束分光器，其经配置以将从表面接收到的经散射光束分成第三和第四分光束；图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生图像光束，且经由所述第一和第二分光器将所述图像光束发射到所述表面上，进而在所述表面上产生投影图像；以及检测器，其经配置以检测所述第三分光束的不可见光，进而从所述表面获取散射图像。
Description
技术领域
本发明大体上涉及交互式投影装置，且更明确地说，涉及能够投影和捕捉图像而不会在投影图像与捕捉到的图像之间产生位移的交互式投影装置。
背景技术
最近，已开发了交互式投影装置，以允许人类用户使用投影表面来观看例如计算机图形、视频等内容，以及将信息输入到系统中。会议和演讲常使用这类交互式投影装置来实行。通过使用白板作为投影屏幕，注释和下划线可直接被写在白板上，且立即在白板上形成以便组织讨论。
交互式投影装置通常包含用于将图像投影在屏幕上的投影仪以及用于从屏幕捕捉图像的相机。然而，由于投影仪和相机的独立操作，就投影仪与相机之间的相对位置的变化而论，位置检测误差不可避免地发生，从而使对相机的额外校准和重新调焦过程成为必要。
图1A到图1C是说明常规投影装置中的位置检测误差的图。在图1A中，投影仪110与相机120之间的位移导致投影仪110的投影区域“AP”与相机120的捕捉区域“AC”之间的位移。因此，对相机执行额外的校准，以便扩大捕捉区域“AC”以覆盖投影区域“AP”，如图1B所示。然而，一旦投影仪110被重新调焦，且投影仪与相机之间的相对位置改变，投影区域“AP”与捕捉区域“AC”之间的位移就将再次出现，如图1C所示，且因此需要针对相机120的再校准和重新调焦过程。
颁予霍尼格（Honig）等人的标题为“具有可解译的图案检测的显示器系统（DisplaySystem with Interpretable Pattern Detection）”的第6,979,087号美国专利描述具有可解译的图案检测的显示器系统。然而，所述显示器系统使用被不同的光轴分开的投影仪和图像传感器。如上文所描述，需要校准以消除投影图像与捕捉到的图像之间的位移，且当投影仪被重新调焦时，图像传感器必须重新调焦。
在另一方面中，颁予郝宏贤（Hong-Xian Hao）的标题为“交互式计算机投影教学管理装置和系统（Interactive Computer Projection Teaching Management Device andSystem）”的第201307347号中国专利公开案揭示一种代替常规投影装置中通常使用的激光指点器的指示针，以便提供交互式计算机教学的优点。另外，颁予梅尔（Mehrl）的标题为“在投影仪平台中使用CCD相机以获得智能屏幕能力和其它增强（Use of aCCD Camera in a Projector Platform for Smart Screen Capability and OtherEnhancements）”的第7,410,260号美国专利揭示一种光学投影和捕捉系统，且主要集中在交互信号的辨认。然而，这些技术都需要外部输入装置来指向屏幕，且因此具有有限的应用。
在另一方面中，颁予孟凡华（Meng Fanhua）等人的标题为“用于交互式投影显示器的光学装置（Optical Device for Interactive Projection Display）”的第1,749,942号中国专利提出一种用于交互式投影显示器的光学装置，其具有处于投影光轴中的光束分光镜，以使光电子检测器与所述光学装置的投影透镜同轴。另外，颁予德斯坦（Destain）、帕特里克·R（Patrick R.）等人的标题为“组合相机/投影仪系统（CombinationCamera/Projector System）”的第20080051135号美国专利公开案揭示一种组合相机/投影系统，其包含单个偏振光束分光器（PBS）。另外，颁予卡姆（Kamm）等人的标题为“成像装置（Imaging Device）”的第6,830,345号美国专利揭示了一种成像装置，其包含常见的偏振选择性光束分光器装置。然而，这些技术可能因单个光束分光镜、光束分光器或光束分光器装置的不完美的分光性能而具有较低的信噪（S/N）比。
与此相反，颁予布里内肖尔茨（Brennesholtz）的标题为“使用互补照明的高效双面板投影系统（Efficient Two-Panel Projection System employing ComplementaryIllumination）”的第09/365,210号美国专利申请案描述一种具有四个PBS的成像系统。另外，颁予周（Chou）、森义（Sen-Yih）等人的标题为“用于散射场显微镜测量的方法和设备（Method and apparatus for scatterfield microscopical measurement）”的第20090079969号美国专利公开案揭示一种利用两个PBS进行散射场显微镜测量的设备。另外，颁予户石（Toishi）、满（Mitsuru）等人的标题为“全息图再现设备（HologramReproducing Apparatus）”的第20090028032号美国专利公开案揭示一种具有四个PBS的全息图再现设备。然而，上述常规技术全都应用于与本发明的技术领域不同的技术领域，且仅以引用的方式并入本文中。
发明内容
鉴于上述内容，提供一种交互式投影装置，其能够在投影图像与捕捉到的图像之间不产生任何位移的情况下准确地投影和捕捉图像。而且，还可在没有任何外部指点器的情况下实现交互式投影装置。此外，所述交互式投影装置还可用多个光束分光器来实施，因此具有较高的信噪比。
在一个方面中，提供一种交互式投影装置，其包括：光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束，且将从表面接收到的经散射光束分成第三和第四分光束；图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生图像光束，且经由所述光束分光器将所述图像光束发射到所述表面上，进而在所述表面上产生投影图像；过滤器，其经配置以过滤掉所述第三分光束的可见光；以及检测器，其经配置以检测来自所述过滤器的所述第三分光束的不可见光，进而从所述表面获取散射图像。
在另一方面中，提供一种交互式投影装置，其包括：光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；第一光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束；第二光束分光器，其经配置以将从表面接收到的经散射光束分成第三和第四分光束；图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生图像光束，且经由所述第一和第二分光器将所述图像光束发射到所述表面上，进而在所述表面上产生投影图像；以及检测器，其经配置以检测所述第三分光束的不可见光，进而从所述表面获取散射图像。
在另一方面中，提供一种交互式投影装置，其包括：光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；第一光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束；第一图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生第一图像光束，且将所述第一图像光束发射到第一表面上，进而在所述第一表面上产生第一投影图像；第二光束分光器，其经配置以将从第二表面接收到的第一经散射光束分成第三和第四分光束；第二图像形成装置，其经配置以基于所述第二分光束而产生第二图像光束，且将所述第二图像光束发射到所述第二表面上，进而在所述第二表面上产生第二投影图像；以及检测器，其经配置以检测所述第三分光束的不可见光，进而从所述第二表面获取散射图像。
在又一方面中，提供一种交互式投影装置，其包括：光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；第一光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束，且将从第一表面接收到的第一经散射光束分成第三和第四分光束；第一图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生第一图像光束，且将所述第一图像光束发射到所述第一表面上，进而在所述第一表面上产生第一投影图像；第二光束分光器，其经配置以将从第二表面接收到的第二经散射光束分成第五和第六分光束；第二图像形成装置，其经配置以基于所述第二分光束而产生第二图像光束，且将所述第二图像光束发射到所述第二表面上，进而在所述第二表面上产生第二投影图像；第一检测器，其经配置以检测所述第五分光束的不可见光，进而从所述第二表面获取第一散射图像；以及第二检测器，其经配置以检测所述第三分光束的不可见光，进而从所述第一表面获取第二散射图像。
下文在标题为“具体实施方式”的部分中描述这些和其它特征、方面和实施例。
附图说明
结合附图描述特征、方面和实施例，其中：
图1A到图1C是说明常规交互式投影装置中的位置检测误差的图；
图2A到图5是根据不同实施例的具有一个图像形成装置、一个检测器和一个光束分光器的交互式投影装置的示意图；
图6到图14是根据不同实施例的具有一个图像形成装置、一个检测器以及多个偏振光束分光器的交互式投影装置的示意图；
图15到图18C是根据不同实施例的具有两个图像形成装置、一个检测器以及多个偏振光束分光器的交互式投影装置的示意图；以及
图19到图23是根据不同实施例的具有两个图像形成装置、两个检测器以及多个偏振光束分光器的交互式投影装置的示意图。
具体实施方式
图2A和图2B是根据一实施例的交互式投影装置200的示意图。交互式投影装置200可经配置以同时地如图2A所示将投影图像（例如，动态视频或静态图片）“MP”投影在表面22（例如，屏幕）上，且如图2B所示从表面22捕捉散射图像（例如，动态视频或静态图片）“MS”。通过利用光的可逆性，交互式投影装置200能够准确地投影投影图像“MP”和捕捉散射图像“MS”，而不会在两个图像“MP”与“MS”之间产生任何位移，如以下描述中详述。
在所述实施例中，交互式投影装置200可与例如激光指点器等指点器24协作，进而在将投影图像“MP”投影到表面22的同时，检测由指点器24在表面22上指点的目标点“S”。优选的是，指点器24可经配置以产生不可见光（例如，红外光或紫外光）或可见光，其在用户控制下充当指点光束“LP”。详细地说，指点器24可由用户控制，以在用户不确定目标点“S”在表面22上的位置时发射可见光，且在用户确定目标点“S”在表面22上的位置时发射不可见光。被控制为可见或不可见光的指点光束“LP”在发射到表面22之后，可进一步从表面22散射回到交互式投影装置200中，其中可见光可能被阻挡，而不可见光可通过且被捕捉。因此，交互式投影装置200可辨认由不可见光指示的目标点“S”的位置，如以下描述中详述。
首先参见图2A，交互式投影装置200包含光源210、偏振光束分光器220、图像形成装置230、过滤器240和检测器250。朝偏振光束分光器220的一侧定向的光源210可经配置以在偏振光束分光器220的方向上发射输入光束“LIN”。优选的是，光源210包含：可见光发射装置212，其经配置以发射红色光、绿色光和蓝色光；以及光组合器214，其经配置以接收红、绿和蓝色光并将其组合成输入光束“LIN”。
如图所示，偏振光束分光器220可布置在光源210与图像形成装置230之间，以及过滤器240与表面22之间。通过此布置，偏振光束分光器220可经配置以从光源210接收输入光束“LIN”，将输入光束“LIN”分成第一和第二分光束“LS1”和“LS2”，且将第一和第二分光束“LS1”和“LS2”中的一者（例如，第一分光束“LS1”，如图所示）引导到图像形成装置230，如图2A所示。
在图2A和图2B中还显示的优选实施例中，偏振光束分光器220是可透射入射在其上的光的第一偏振分量同时反射光的第二偏振分量的偏振光束分光器（PBS）。由此，偏振光束分光器220可将输入光束“LIN”的第一偏振分量作为第一分光束“LS1”透射到图像形成装置230，同时将输入光束“LIN”的第二偏振分量作为第二分光束“LS2”反射到过滤器240。偏振光束分光器在替代实施例中可用其它常见的光束分光器（例如，部分反射镜（partial mirror））代替。
过滤器240，例如可见光过滤器等，可过滤掉第二分光束“LS2”的可见光，从而防止第二分光束“LS2”透射到位于过滤器240后方的检测器250。
图像形成装置230在接收到第一分光束“LS1”之后，可基于所接收到的第一分光束“LS1”而产生图像光束“LM”。包含第一和第二偏振分量的图像光束“LM”接着可从图像形成装置230发射到偏振光束分光器220，偏振光束分光器220接着可在光源210的方向上透射第一偏振分量，且在表面22的方向上反射第二偏振分量。因此，由图像光束“LM”的第二偏振分量表示的投影图像“MP”可在表面22上产生。优选的是，图像形成装置230可为反射性形成装置，且更优选的是，为硅基液晶（LCOS）装置，或者为反射性液晶显示器（LCD）装置。
优选的是，交互式投影装置200可进一步包含安置在偏振光束分光器220与表面22之间的第一透镜装置260，其经配置以将图像光束“LM”从偏振光束分光器220导引到表面22，进而增加表面22上的光分布的均匀性，且增强投影图像“MP”的质量。
转而参看图2B，到达表面22的图像光束“LM”和指点光束“LP”可进一步散射回到交互式投影装置200中的偏振光束分光器220，从而共同形成经散射光束“LS”。
布置在过滤器240与表面22之间的偏振光束分光器220可经配置以将经散射光束“LS”分成第三和第四分光束“LS3”和“LS4”，且将第三和第四分光束“LS3”和“LS4”中的一者（例如，第三分光束“LS3”，如图所示）引导到过滤器240，如图2B所示。
在偏振光束分光器220是PBS的优选实施例中，偏振光束分光器220可将经散射光束“LS”的第一偏振分量（例如，“p”偏振或“s”偏振）作为第三分光束“LS3”透射到过滤器240，同时将经散射光束“LS”的第二偏振分量（例如，“s”偏振或“p”偏振）作为第四分光束“LS4”反射到图像形成装置230。
优选的是，交互式投影装置200可进一步包含安置在偏振光束分光器220与检测器250之间（例如，偏振光束分光器220与过滤器240之间，或过滤器240与检测器250之间）的第二透镜装置270，其经配置以将第三分光束“LS3”导引到检测器250。
过滤器240在从偏振光束分光器220接收到第三分光束“LS3”之后，可过滤掉第三分光束“LS3”的可见光，即，经散射光束“LS”的第一分量的可见光。由于经散射光束“LS”包含从表面22散射的图像光束“LM”（可见）和指点光束“LP”（可见或不可见），因此当指点器24受控制以将不可见光发射到目标点“S”时，只有从表面22散射的指点光束“LP”的不可见光的第一分量可穿过过滤器240且到达检测器250。
检测器250可经配置以检测穿过过滤器240的第三分光束“LS3”的不可见光。换句话说，检测器250可检测从表面22散射的指点光束“LP”的不可见光的第一分量。因此，检测器250可捕捉来自表面22的散射图像“MS”，且辨认目标点“S”在表面22上的位置。
取决于设计要求，交互式投影装置200可进一步包含处理器280，其经配置以根据由检测器250产生的检测信号“SD”而产生反应控制信号。
交互式投影装置200的一个独特特征在于其利用光的可逆性，这确保在表面22上产生的投影图像“MP”中的任何点（例如，目标点“S”）都在检测器250检测到的散射图像“MS”中具有对应的点。换句话说，交互式投影装置200可在表面22上的同一区域上产生投影图像“MP”且捕捉散射图像“MS”。因此，交互式投影装置200能够在两个图像“MP”与“MS”之间不产生任何位移的情况下，准确地投影投影图像“MP”且捕捉散射图像“MS”。因此，与需要额外校准和重新调焦过程的常规技术相比，交互式投影装置200可具有较简单的操作，同时提供较高的检测准确性。
另外，虽然图2A和图2B的实施例中的交互式投影装置200使用指点光束“LP”作为光源来形成散射图像“MS”，但可利用各种其它光源来产生散射图像。
图3是根据另一实施例的交互式投影装置300的示意图。交互式投影装置300与图2A和图2B的交互式投影装置200的不同之处仅在于用不可见光发射装置312和可在表面22上移动的物体32（例如，手指）来代替指点器24。例如红外光发射装置或紫外光发射装置等不可见光发射装置312可经配置以将不可见光发射到表面22。因此，表面22和物体32所反射的不可见光可形成经散射光束“LS”，其可最终穿过偏振光束分光器220、过滤器240且到达检测器250。基于物体32与表面22之间的不同反射特性，检测器250能够辨认物体32的位置。
任选的是，偏振器390可进一步布置在偏振光束分光器220与检测器250之间，其经配置以透射入射到其的光的第一偏振，且阻挡入射到其的光的第二偏振。在过滤器240不完全过滤由偏振光束分光器220从输入光束“LIN”分光的光束LS2的情况下，偏振器390确保第一分光束“LS1”的非常小的量到达检测器250，使得信号的背景减少，且来自经散射光束“LS”的信号可支配由检测器250检测的信号。关于交互式投影装置300的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图4是根据另一实施例的交互式投影装置400的示意图。交互式投影装置400与图3的交互式投影装置300的不同之处仅在于不可见光发射装置的不同位置以及偏振器的必要性。如图所示，不可见光发射装置412被组合到光源410中，光源410因此可将由可见和不可见光组成的输入光束“LIN”发射到偏振光束分光器220中。输入光束“LIN”的不可见光在由偏振光束分光器220分光，透射到图像形成装置230，且反射到偏振光束分光器220并由偏振光束分光器220进一步分光之后，可最终到达表面22。
另外，偏振器490优选安置在偏振光束分光器220与检测器250之间，以防止第二分光束“LS2”到达检测器250而干扰检测器250的捕捉过程。应注意，尽管在所述实施例中将不可见光发射装置412说明为组合到光源410中，但在其它实施例中，不可见光发射装置412可与光源410分离。关于交互式投影装置400的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图5是根据另一实施例的交互式投影装置500的示意图。图5与图3和图4的不同之处主要在于缺少不可见光发射装置。交互式投影装置500可在外界环境提供充足的不可见光的情况下操作。类似地，外界光可由物体32散射，透射穿过偏振光束分光器220，且由检测器250检测，从而允许检测器250辨认物体32的位置。关于交互式投影装置500的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
根据具有与图5所示相同配置的替代实施例，检测器250可辨认目标点“S”的位置，且其在辨认到表示从过滤器240接收到的第三分光束的不可见光的信号之后，可产生检测信号。交互式投影装置因此不管外界环境是否可提供充足的不可见光都可操作。还应理解，在图5所示的配置中，当偏振光束分光器220的性能足够好时，过滤器240不是必须的。另外，检测器250还可检测可见光而非不可见光，或可见光和不可见光两者，以用于产生反应信号。在检测器250检测可见光的情况下，将捕捉到的信号与表示从图像形成装置230接收到的投影图像的信号进行比较。在替代实施例中，光源210可在捕捉过程正在进行时关闭。
图6A和图6B是根据另一实施例的交互式投影装置600的示意图。交互式投影装置600与图2A和图2B的交互式投影装置200的不同之处主要在于用第一、第二和第三偏振光束分光器621、622和623代替单个偏振光束分光器220。此差异导致第一偏振光束分光器在将输入光束“LIN”分成第一和第二分光束“LS1”和“LS2”（如图6A和图6B所示）中起作用，第二偏振光束分光器622为将散射光束“LS”分成第三和第四分光束“LS3”和“LS4”（如图6A和图6B所示）贡献，且第三分光器623充当用于将第三分光束“LS3”从第二偏振光束分光器622透射到过滤器240的光径。在另一实施例中，第三偏振光束分光器623可进一步被省略，但交互式投影装置600的性能并非极好，而是可接受的。
与仅具有一个偏振光束分光器220的交互式投影装置200相比，具有较多偏振光束分光器的交互式投影装置600可提供较高的信噪S/N比。在交互式投影装置200中，较低的S/N比可能起因于单个偏振光束分光器220的不完美的分光性能，其造成到达检测器250的低光率。相比之下，具有较多偏振光束分光器的交互式投影装置600可具有改进的分光性能，其防止分光束“LS2”到达检测器250且因此导致较低的背景。因此，交互式投影装置600可具有较高的S/N比。关于交互式投影装置600的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
由于图2A和图2B的实施例中的交互式投影装置200可与图3、图4和图5的实施例中的具备用于产生散射图像“MS”的不同光源的交互式投影装置300、400和500不同，因此图6A和图6B的交互式投影装置600也可修改为具有用于产生散射图像的不同光源。
图7到图9是根据与交互式投影装置600不同的实施例的交互式投影装置700、800、900的示意图。在图7、图8和图9所说明的实施例中，朝表面22定向的不可见光发射装置712、朝第一偏振光束分光器621定向的不可见光发射装置812以及外界光连同物体32一起用以分别代替图6A和图6B中的指点器24的作用。关于交互式投影装置700、800和900的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图10是根据另一实施例的交互式投影装置1000的示意图。交互式投影装置600与1000的不同之处在于其使用不同的光学元件来将第三分光束“LS3”从第二偏振光束分光器622透射到过滤器240。在交互式投影装置1000中，例如玻璃立方体等立方体1023用以代替图6A和图6B的第三偏振光束分光器623，因为第三偏振光束分光器623仅充当光径，而不执行任何分光。立方体1023优选在由检测器250检测的波长范围内具有与第一偏振光束分光器621的折射率相同的折射率，以补偿光径差。
由于图2A和图2B的实施例中的交互式投影装置200可与具有用于捕捉散射图像的不同光源的交互式投影装置300、400和500不同，因此图10的交互式投影装置1000也可修改为具有用于形成散射图像的不同光源。
图11到图13是根据与交互式投影装置1000不同的实施例的交互式投影装置1100、1200、1300的示意图。在图11、图12和图13所说明的实施例中，朝表面22定向的不可见光发射装置1112、朝第一偏振光束分光器621定向的不可见光发射装置1212以及外界光连同物体72一起用以分别代替图10中的指点器24的作用。另外，交互式投影装置1300可在替代实施例中进一步修改，使得检测器250在辨认到表示从过滤器240接收到的第三分光束的不可见光的信号和表示投影图像的信号之后产生检测信号。还应理解，在图13所示的配置中，过滤器240不是必须的。另外，检测器250还可检测可见光而不是不可见光，或可见光和不可见光两者，以用于产生反应信号。在检测器250检测可见光的情况下，将捕捉到的信号与表示从图像形成装置230接收到的投影图像的信号进行比较。在替代实施例中，光源210可在捕捉过程正在进行时关闭。关于交互式投影装置1100、1200和1300的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图14是根据另一实施例的交互式投影装置1400的示意图。图14与图10的不同之处主要在于图像形成装置230和表面22的位置。通过此差异，输入光束“LIN”的第二偏振而不是第一偏振可由第一偏振光束分光器621透射到图像形成装置230，且类似地，经散射光束“LS”的第二偏振而不是第一偏振可被检测器250捕捉。关于交互式投影装置1400的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
类似地，交互式投影装置1400也可改变为具有朝表面22定向的不可见光发射装置、朝第一偏振光束分光器1421定向的不可见光发射装置，以及外界光连同可在表面22上移动的物体来分别代替图14中的指点器24的作用。
图15A和图15B是根据另一实施例的交互式投影装置1500的示意图。交互式投影装置1500与图6A和图6B的交互式投影装置600的不同之处主要在于添加了另一图像形成装置，其可将另一投影图像投影到一不同表面上。具体地说，交互式投影装置1500包含具有可见光发射装置的光源1510、第一偏振光束分光器1521、第二偏振光束分光器1522、第三偏振光束分光器1523、立方体1524、第一图像形成装置1532、第二图像形成装置1532、过滤器1540、检测器1550以及不可见光发射装置1512。立方体1524优选具有与第一偏振光束分光器1521的折射率相同的折射率，以便补偿光径差。
图15A说明分别用于第一和第二图像形成装置1531和1532的第一和第二投影过程。如图所示，光源1510可发射输入光束“LIN”，其接着被第一偏振光束分光器1521分成具有第一偏振的第一分光束“LS1”和具有第二偏振的第二分光束“LS2”。将第一和第二分光束“LS1”和“LS2”进一步分别引导到第一图像形成装置1531和第二偏振光束分光器1522。
第一图像形成装置1531接着可基于第一分光束“LS1”而产生第一图像光束“LM1”，且将第一图像光束“LM1”发射到第一偏振光束分光器1521，第一偏振光束分光器1521可进一步将第一图像光束“LM1”的第二偏振分量反射到第一表面151上，从而在第一表面151上产生第一投影图像。
另一方面，第二分光束“LS2”可进一步由第二偏振光束分光器1522分光，第二偏振光束分光器1522接着可引导第二分光束“LS2”的第二分量穿过立方体1524到达第二图像形成装置1532。
类似地，第二图像形成装置1532接着可基于第二分光束“LS2”的第二分量而产生第二图像光束“LM2”。第二图像形成装置1532可发射第二图像光束“LM2”穿过立方体1524到达第二偏振光束分光器1522，第二偏振光束分光器1522可进一步将第二图像光束“LM2”的第一偏振分量透射到第二表面152上，从而在第二表面152上产生第二投影图像。
参看说明捕捉过程的图15B，从第二偏振光束分光器1522透射的第二图像光束“LM2”和由不可见光发射装置1512发射的不可见光在到达第二表面152之后，可由第二表面152和其上面的物体154散射，从而形成可进一步由第二偏振光束分光器1522接收的经散射光束“LS”。
第二偏振光束分光器1522接着可将散射光束“LS”分成分别具有第二和第一偏振的第三和第四分光束“LS3”和“LS4”。第三分光束“LS3”可被引导穿过第三偏振光束分光器1523，由过滤器1540过滤以去除其中的可见光，且最终由检测器1550捕捉。因此，检测器1550可获取散射图像，且辨认物体154的位置。
在实际应用中，第一和第二图像形成装置1531和1532两者都经配置以投影动态投影图像是不必要的。举例来说，第一图像形成装置1531可经配置以在充当第一表面的壁上投影动态且较大的投影图像，而第二图像形成装置1532可经配置以在用户近侧的充当第二表面152的屏幕上投影静态且较小的投影图像。交互式投影装置1500可满足各种应用要求。举例来说，交互式投影装置1500可解决用户难以在投影图像的表面上移动手指的某些情况下的不便。关于交互式投影装置1500的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图16和图17是根据与交互式投影装置1500不同的两个实施例的交互式投影装置1600和1700的示意图，交互式投影装置1600和1700分别具有面向第一表面152的指点器164和不可见光发射装置1712，其充当用于形成散射图像的光源。另外，可了解，在具有充足的不可见外界光的情况下也可利用外界光。另外，在一些替代实施例中，即使没有任何不可见光源，交互式投影装置也可在其辨认到表示透射到检测器的不可见光的信号之后产生检测信号。还应理解，嵌入交互式投影装置中的过滤器1540和不可见光发射装置1712不是必须的。另外，检测器1550还可检测可见光而不是不可见光，或可见光和不可见光两者，以用于产生反应信号。在检测器1550检测可见光的情况下，将捕捉到的信号与表示从图像形成装置1532接收到的投影图像的信号进行比较。在替代实施例中，光源1510可在捕捉过程正在进行时关闭。关于交互式投影装置1600和1700的结构和操作的其它细节类似于针对图15A和图15B的交互式投影装置1500而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图18A是根据另一实施例的交互式投影装置1800的示意图。图18与图15的不同之处主要在于组件与第一和第二表面之间的相对位置，以及反射器1825的添加。反射器1825经配置以将由第一图像形成装置1531产生且由第三偏振光束分光器1523分光的第一图像光束“LM1”反射到第一表面151，从而在第一表面151上产生第一投影图像。通过此差异，输入光束“LM”的第二偏振而不是第一偏振可透射到第一图像形成装置1531。
图18B和图18C是根据另一实施例的两个交互式投影装置1800'和1800''的示意图。图18B与图15的不同之处主要在于组件之间的相对位置。图18C与图15的不同之处主要在于具有较少的偏振光束分光器1821和1822。关于交互式投影装置1800'和1800''的结构和操作的其它细节类似于针对图15A和图15B的交互式投影装置1500而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
图19A和图19B是根据另一实施例的交互式投影装置1900的示意图。交互式投影装置1900与图15的交互式投影装置1500的不同之处主要在于添加了经实施以捕捉另一散射图像的另一检测器和另一过滤器。具体地说，交互式投影装置1900另外包含第二过滤器1942、第二检测器1952、第二立方体1925以及第三立方体1926。优选的是，第一、第二、第三立方体1924、1925和1926具有分别与第三、第二和第三偏振光束分光器1923、1922和1923的折射率相同的折射率，以便补偿光径差。
图19A说明用于第一和第二图像形成装置1931和1932的第一和第二投影过程。第一和第二投影过程类似于图15A中的第一和第二图像形成装置1531和1532的投影过程，不同之处主要在于图19A中的第一分光束“LS1”在其到达第一图像形成装置1931之前另外穿过第二和第三立方体1925和1926。因此为了简明而省略细节。
图19B说明用于第一和第二检测器1951和1952的第一和第二捕捉过程。用于第一检测器1951的第一捕捉过程类似于用于图15B中的检测器1550的捕捉过程。简单地说，在第一捕捉过程中，第二偏振光束分光器1922可将从第二表面192接收到的第一经散射光束“LSS1”分成第五和第六分光束“LS5”和“LS6”。第一过滤器1941可过滤掉第五分光束“LS5”的可见光。第一检测器1951可经配置以检测来自第一过滤器1941的第五分光束“LS5”的不可见光，进而从第二表面192获取第一散射图像。
类似地，在第二捕捉过程中，从第一偏振光束分光器1921透射的第一图像光束“LM1”和由指点器194发射的不可见光在到达第一表面191之后，可由第一表面191散射，从而形成第二经散射光束“LSS2”。第一偏振光束分光器1921接着可将第二散射光束“LS2”分成分别具有第一和第二偏振的第三和第四分光束“LS3”和“LS4”。第三分光束“LS3”可被引导穿过第二和第三偏振光束分光器1922和1923，由第二过滤器1942过滤以去除其中的可见光，且最终被第二检测器1952捕捉。因此，第二检测器1952可获取第二散射图像，且辨认由指点器194指点的目标点“S”的位置。关于交互式投影装置1900的结构和操作的其它细节类似于针对图2A和图2B的交互式投影装置200以及图15A和图15B的交互式投影装置1500而描述的那些细节，因此为了简明而省略。
在图19A和图19B的实施例中，将指点器194和不可见光发射装置1912以及可在第二表面192上移动的物体实施为分别用于形成第二和第一散射图像的光源。然而，在其它实施例中，可实施光源的各种组合以用于形成第二和第一散射图像。
图20和图21是根据此两个实施例的交互式投影装置2000和2100的示意图。在交互式投影装置2000中，面向第一表面191的不可见光发射装置2013取代指点器194的地位。在交互式投影装置2100中，组合到光源2110中（或者与光源2110分离）的不可见光发射装置2014取代图19中的指点器194和不可见光发射装置1912两者的地位。
另外，还注意到可将额外的不可见光源进一步添加到交互式投影装置2100，以便增加第一或第二表面191或192上的亮度。举例来说，将额外的不可见光源2213添加到图22中的交互式投影装置2200，以便增加第一表面191上的亮度。另一方面，将额外的不可见光源2313添加到交互式投影装置2300，以便增加第二表面192上的亮度。
虽然上文已描述了某些实施例，但将理解，所描述的实施例仅作为实例。因此，本文所描述的装置和方法不应限于所描述的实施例。事实上，当结合以上描述和附图考虑时，本文所描述的装置和方法应仅依据所附权利要求书而受限。
Claims (20)
1.一种交互式投影装置，其包括：
光源，其经配置以发射输入光束，其中所述光源包括可见光发射装置；
第一光束分光器，其经配置以将所述输入光束分成第一和第二分光束；
第一图像形成装置，其经配置以基于所述第一分光束而产生第一图像光束，且将所述第一图像光束发射到第一投影表面上，进而在所述第一投影表面上产生第一投影图像；
第二图像形成装置，其经配置以基于所述第二分光束而产生第二图像光束，且将所述第二图像光束发射到第二投影表面上，进而在所述第二投影表面上产生第二投影图像；
第二光束分光器，其经配置以将从所述第二投影表面接收到的第一经散射光束分成第三和第四分光束；
以及
第一检测器，其经配置以检测所述第三分光束的光，进而从所述第二投影表面获取散射图像。
2.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括过滤器，所述过滤器经配置以从所述第三分光束过滤掉可见光。
3.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括：
第三光束分光器，其安置成在一侧面向所述第二光束分光器，且在另一侧面向所述第一检测器；以及
立方体，其安置在所述第二光束分光器与所述第二图像形成装置之间，其中所述立方体具有与所述第一光束分光器的折射率相同的折射率，且其中所述第一光束分光器安置在所述光源与所述第一图像形成装置之间，以及所述第一投影表面与所述第二光束分光器之间，且所述第二光束分光器安置在所述第一光束分光器与所述第三光束分光器之间，以及所述第二投影表面与所述立方体之间。
4.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括：
第三光束分光器，其安置在所述第一光束分光器与所述第一图像形成装置之间；
反射器，其安置成在一侧面向所述第三光束分光器，且在另一侧面向所述第一表面；以及
立方体，其安置在所述第一检测器与所述第二光束分光器之间，其中所述立方体具有与所述第一光束分光器的折射率相同的折射率，且其中所述第一光束分光器安置在所述光源与所述第三光束分光器之间，以及所述第二图像形成装置与所述第二光束分光器之间，且所述第二光束分光器安置在所述第二投影表面与所述第一光束分光器之间，且在一侧面向所述立方体。
5.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括：
第三光束分光器，其安置在所述第二图像形成装置与所述第一光束分光器之间，且在一侧面向所述第二光束分光器；以及
第一立方体，其安置在所述第一检测器与所述第二光束分光器之间，且在一侧面向所述第一检测器，其中所述第一立方体具有与所述第一光束分光器的折射率相同的折射率，且其中所述第一光束分光器安置在所述光源与所述第三光束分光器之间，以及所述第一投影表面与所述第一图像形成装置之间，且所述第二光束分光器安置在所述第二投影表面与所述立方体之间，且在一侧面向所述第三光束分光器。
6.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其中所述第一和第二图像形成装置中的每一者是选自包括硅基液晶(LCOS)装置和反射性液晶显示器(LCD)装置的群组的反射性成像形成装置。
7.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其中所述光束分光器是偏振光束分光器。
8.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其中所述第一经散射光束包含来自指点器的光以及待检测的由物体散射的外界不可见光中的至少一者，所述指点器经配置以根据用户控制而发射不可见光和可见光中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括不可见光发射装置，所述不可见光发射装置选自包括红外光发射装置和紫外光发射装置的群组，其中不可见光源组合到所述光源中或与所述光源分离，且经配置以将不可见光发射到所述第一光束分光器和所述第二投影表面中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以根据所述第一检测器所产生的检测信号而产生反应控制信号。
11.根据权利要求10所述的交互式投影装置，其中所述检测信号由所述第一检测器在将表示所述第三分光束的所述可见光的信号与表示所述投影图像的信号进行比较之后产生。
12.根据权利要求1所述的交互式投影装置，其中所述第一光束分光器还将从第一投影表面接收到的第二经散射光束分成第五和第六分光束；
其还包括：
第二检测器，其经配置以检测所述第五分光束的光，进而从所述第一投影表面获取第二散射图像。
13.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其进一步包括：
第一过滤器，其经配置以从所述第三分光束过滤掉可见光；以及
第二过滤器，其经配置以从所述第五分光束过滤掉可见光。
14.根据权利要求13所述的交互式投影装置，其进一步包括：
第三光束分光器，其安置在所述第二光束分光器与所述第二过滤器之间，且在一侧面向所述第一过滤器；
第一立方体，其安置在所述第二图像形成装置与所述第二投影表面之间；
第二立方体和第三立方体，其安置在所述第一光束分光器与所述第一图像形成装置之间，其中所述第一和第三立方体具有与所述第三光束分光器的折射率相同的折射率，且所述第二立方体具有与所述第二光束分光器的折射率相同的折射率，且其中所述第一光束分光器安置在所述光源与所述第二立方体之间，以及所述第一投影表面与所述第二光束分光器之间，且所述第二光束分光器安置在所述第二投影表面与所述第一立方体之间，以及所述第一光束分光器与第三光束分光器之间。
15.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其中所述第一和第二图像形成装置中的每一者是选自包括硅基液晶(LCOS)装置和反射性液晶显示器(LCD)装置的群组的反射性成像形成装置。
16.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其中所述光束分光器是偏振光束分光器。
17.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其中所述第一和第二经散射光束中的每一者包含来自指点器的光以及待检测的由物体散射的外界不可见光中的至少一者，所述指点器经配置以根据用户控制而发射不可见光和可见光中的至少一者。
18.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其进一步包括至少一个不可见光发射装置，所述不可见光发射装置选自包括红外光发射装置和紫外光发射装置的群组，其中至少一个不可见光源组合到所述光源中或与所述光源分离，且经配置以将不可见光发射到所述第一光束分光器、所述第一投影表面和所述第二投影表面中的至少一者。
19.根据权利要求12所述的交互式投影装置，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以根据由所述第一和第二检测器产生的检测信号而产生反应控制信号。
20.根据权利要求19所述的交互式投影装置，其中所述检测信号由所述检测器在将表示所述第五分光束的所述可见光的信号与表示所述投影图像的信号进行比较之后产生。
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