CN103596639B - 自动调焦的投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动调焦的投影系统，为解决传统投影系统需要两次调焦等问题，本发明的投影系统中包括投影模组、红外监控模组(300)、装于投影模组上的红外光源(400)，以及用于驱动第一镜片组(201)前后移动的调焦装置；红外光源发出的红外光斑落于所述红外监控模组的监控范围内，但最好投射于投影模组的投影画面内部或边缘，并会在反射回来后依次经第一镜片组、分光元件后传送到红外监控模组；通过对红外监控模组采集到的由红外光源发出的红外光斑图片进行分析，即可向调焦马达发出控制信号，调整第一镜片组到合适位置，从而可达到自动调焦的功能。

Description

自动调焦的投影系统

技术领域

本发明涉及投影系统，更具体地说，涉及一种带红外监控、且可自动调焦的投影系统。

背景技术

如图1所示，在专利号200820071126.8的中国实用新型专利中，公开了一种“大屏幕红外监控投影物镜”，为了解决投影物镜和红外监控物镜的调焦问题，其中设置了两个调焦装置，分别是投影调焦装置17和监控调焦装置19。也就是说，在该专利中对投影物镜与红外监控物镜需要分别单独调焦。

图1中各标号分别为：单负透镜1、单负透镜2、单负透镜3、单正透镜4、分光棱镜5、单正透镜6、单负透镜7、胶合透镜8、胶合透镜9、单正透镜10、滤光镜11、单正透镜12、单负透镜13、单正透镜14、胶合透镜15、投影镜筒16、投影调焦手轮17、法兰18、监控调焦手轮19、监控镜筒20、法兰21、CMOS芯片22、芯片固定板23、视场光栏24。

当投影距离变化时，需要调整投影调焦装置17以对投影物镜进行调焦，即整体推动“投影镜筒16与法兰16前后移动”，使投影画面聚焦清晰；由于此时装在投影镜筒16上的红外监控物镜会一起移动，所以还需要调整监控调焦装置19以对红外监控物镜进行调焦，使得CMOS芯片22采集到的图像可满足互动操作要求。

这种投影系统需要两次调焦，操作很不方便；另一方面，投影画面是可见光，用户可用人眼判断是否聚焦清晰，但红外监控画面为红外不可见光，人眼是无法判断是否已满足互动操作要求。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决传统投影系统需要两次调焦、操作很不方便的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自动调焦的投影系统，包括投影模组和红外监控模组；所述投影模组包括投影光源及投影物镜，所述投影光源发出的光依次经所述投影物镜中的分光元件、第一镜片组后射出；所述红外监控模组包括监控物镜及感应芯片；其中，还包括装于所述投影模组上的红外光源，所述红外光源射出的红外光斑落于所述红外监控模组的监控范围内；所述红外光斑的红外光经反射回来后依次经所述第一镜片组、分光元件后传送到所述红外监控模组；还包括用于驱动所述第一镜片组前后移动的调焦装置，所述调焦装置包括调焦控制模块及调焦马达，所述调焦控制模块从所述红外监控模组接收实时的红外监控信号，并向所述调焦马达发出控制信号，所述调焦马达与所述第一镜片组连接并可带动其前后移动；所述红外监控模组的光轴过所述分光元件后与所述投影物镜的光轴同轴，且所述投影物镜和监控物镜的光学特性可确保所述调焦装置在驱动所述第一镜片组前后移动使得所述感应芯片收到的红外监控画面聚焦清晰时、所述投影物镜也同步实现聚焦清晰。本发明中，所述投影模组与红外监控模组的光学特性应满足以下关系：当所述投影模组中显示芯片的有效面积大于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率大于从所述分光元件到显示芯片的光学系统的放大倍率；当所述投影模组中显示芯片的有效面积小于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率小于从所述分光元件到显示芯片的光学系统的放大倍率；当所述投影模组中显示芯片的有效面积等于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率等于从所述分光元件到显示芯片的光学系统的放大倍率。

本发明中，从投影平面反射回来进入所述感应芯片形成红外监控画面的红外光的光路在所述第一镜片组上的第一透镜表面处的光线角度，应大于或等于投影光在所述第一透镜表面处的出射光线角度。

本发明中，所述投影物镜还可包括设有第二镜片组，所述分光元件位于所述第一镜片组与第二镜片组之间；此时所述第二镜片组和分光元件为固定结构；所述投影光源发出的光依次经所述投影物镜中的第二镜片组、分光元件、第一镜片组后射出。

本发明中，所述分光元件可包括两块相互粘接的直角棱镜，所述两个直角棱镜的粘接面上设有分光膜。所述分光元件还可以是分光片。

本发明中，所述红外光源射出的光斑应在工作距离范围任何距离保持清晰，方可作为调焦之参照。此时，出射光角度应小于2度。所述红外光源包括准直激光光源。

本发明中，所述红外光源发出的红外光最好投射于所述投影模组的投影画面边缘。

实施本发明的自动调焦的投影系统，具有以下有益效果：由于第一镜片组同时满足投影物镜与红外监控物镜的调焦需求，所以红外光源发出的红外光斑在感应芯片上聚焦清晰的同时、也会把投影画面聚焦清晰，也就是说，通过调焦装置对红外光斑进行调焦，即可同时实现对投影画面的调焦，从而可实现自动调焦功能，极大的方便用户使用。另外，由于红外监控模组与投影模组共用一套成像系统，红外监控画面在感应芯片上的感应区域是固定的，不会随着投影画面大小变化而变化，使互动算法不需重新标定监控点位置。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有投影系统的结构示意图；

图2是本发明一个优选实施例中投影系统的结构示意图；

图3是图2所示投影系统中的投影物镜及红外光源的结构示意图；

图4是本发明第二实施例中的投影物镜及红外光源的结构示意图；

图5A、图5B是本发明中红外光源射出的光斑相对投影画面的位置示意图；

图6A、图6B、图6C是本发明中红外光斑的不同形状且相对投影画面有不同位置的示意图；

图7是本发明一个优选实施例中的调焦工作原理图。

具体实施方式

如图2所示，在本发明的第一实施例中，该自动调焦的投影系统包括投影模组、红外监控模组300、红外光源400、以及调焦装置。其中的红外监控模组300包括监控物镜、以及设置在监控物镜内的感应芯片301。红外光源400射出的光斑700应在工作距离范围任何距离保持清晰，方可作为调焦之参照。此时，红外光源400的出射光角度应小于2度。红外光源400还可包括准直激光光源。

如图3所示，投影模组又进一步包括投影光源100、以及与投影光源100连接的投影物镜200，投影物镜200包括壳体、设置在壳体内的第一镜片组201、以及反射红外光线而透射可见光线的分光元件500，分光元件500位于第一镜片组201后面。

如图4所示，在本发明的第二实施例中，其工作原理与上一实施例相同，不同的是，在所述投影物镜200中，在分光元件后面还设有第二镜片组202，且分光元件500位于第一镜片组201与第二镜片组202之间；此时，第二镜片组202和分光元件500为固定结构；投影光源100发出的光依次经第二镜片组202、分光元件500、第一镜片组201后射出。红外光源400发出的红外光经反射回来后仍是依次经第一镜片组201、分光元件500后传送到红外监控模组300。

光束从投影光源100内射出，然后经过投影物镜200投射到投影平面600上，在投影过程中，可见光线(由图3和图4中的A表示)可以由右向左直接通过投影物镜200内的分光元件500，使得可见光线的投影图像可以直接通过分光元件500投射到投影平面600上，而在投影平面600上接收到红外光线(由图3和图4中的B表示)经过第一镜片组201到达分光元件500时，红外光线被反射到红外监控模块300内。

调焦装置包括调焦控制模块及调焦马达800，感应芯片301和调焦马达800均与调焦控制电路电性连接。调焦控制模块从红外监控模组300接收实时的红外监控信号，并向调焦马达800发出控制信号，调焦马达800与第一镜片组201连接并可带动其在壳体内前后移动；红外监控模组300与投影物镜200连接，且红外监控模组300的光轴过分光元件500后与投影物镜的光轴同轴。在上述实施例中，投影物镜200和监控物镜的光学特性可确保调焦装置在驱动第一镜片组201前后移动使得感应芯片301收到的红外监控画面聚焦清晰时、投影物镜200也同步实现聚焦清晰。满足此同步调焦的光路特征为：当投影模组中显示芯片的有效面积大于投影平面600在感应芯片301上可对应形成的红外监控画面的面积时，监控物镜的光学放大倍率大于从分光元件500到显示芯片的光学系统的放大倍率；当投影模组中显示芯片的有效面积小于投影平面600在感应芯片301上可对应形成的红外监控画面的面积时，监控物镜的光学放大倍率小于从分光元件500到显示芯片的光学系统的放大倍率；当投影模组中显示芯片的有效面积等于投影平面600在感应芯片301上可对应形成的红外监控画面的面积时，监控物镜的光学放大倍率等于从分光元件500到显示芯片的光学系统的放大倍率。本文中投影画面是指形成于投影平面600上的投影图像所占据的那部分投影平面。

在上述实施例中，为了保证红外监控没有死角，从投影平面600反射回来进入感应芯片301形成红外监控画面的红外光的光路在第一镜片组201上的第一透镜表面处的光线角度，应大于或等于投影光在第一透镜表面处的出射光线角度。

红外光源400射出的红外光斑700可以是任何有边界的形状，并且可以落在红外监控模组300所监控范围内的任意位置，例如在投影画面的内部，如图6A、图6B、图6C所示。但为了不干扰其它互动操作，另一种实施方法为红外光斑700位于投影平面600的外围并贴近投影图像边缘，即在投影画面的边缘，如图5A、图5B所示。当然，红外光源400射出的红外光斑700也可投射于与所述投影画面有一定距离的位置，其前提是要保证落在红外监控模组300所监控范围内。

因为红外光源400射出的光斑700在投影物镜工作距离的任何位置都是清晰的，如果此时投影平面600没有聚焦，红外监控模组300采集到红外光斑700的图片就不清晰，调焦控制电路会对红外监控物镜内的图像进行分析，发出指令让自动调焦马达800推动第一镜片组201前后移动，直到红外监控模组300采集到的图像清晰为止。由于第一镜片组201同时满足投影物镜200与红外监控物镜300的调焦需求，所以此时投影平面600也会变得清晰，从而实现了自动调焦功能。

本发明的优点是投影平面600与红外监控屏幕重合一致，红外光斑700在投影物镜工作距离内永远清晰。由于第一镜片组201同时满足投影物镜与红外监控物镜的调焦需求，所以红外光斑700在感应芯片301上聚焦清晰的同时也把投影平面600聚焦清晰了，从而实现自动调焦功能，极大的方便用户使用。由于红外监控模组300与投影模组200共用一套成像系统，投影平面600在感应芯片301上的感应区域是固定的，不会随着投影平面600大小变化而变化，使互动算法不需重新标定监控点位置。

优选地，上述分光元件500可以选用分光棱镜。进一步地，该分光棱镜包括两块相互粘接的直角棱镜501(如图3所示)，两直角棱镜501的粘接面上设有分光膜502。分光元件500也可以采用分光片，工作原理与采用两块相互粘接的直角棱镜501是一样的。

本发明所述的自动调焦原理是：红外光源射出的红外光斑(或图形)在任何位置都是清晰的，如果此时投影图像没有聚焦，红外监控模组采集到投影屏幕上的红外光斑(或图形)的图片就不清晰，调焦控制电路内的图像算法会对红外监控物镜内的图像进行分析，发出指令让自动调焦马达推动第一镜片组前后移动，直到红外监控模组采集到的图像清晰为止；对某一特定投影系统，由于红外光源位置已固定、且红外光斑图像已固定，具体可以是与预存的红外光斑图像进行比对从而判断是否已达清晰要求；由于第一镜片组同时满足投影物镜与红外监控物镜的调焦需求，所以此时投影图像也变得清晰，从而实现了自动调焦功能。

本发明中自动调焦装置的工作原理如图7所示，该调焦装置包括调焦控制模块及调焦马达，调焦控制模块从红外监控模组300接收实时的红外监控信号(粗线条表示电信号)，并向调焦马达发出控制信号，调焦马达与被调的投影物镜连接、并可带动其前后移动。在图3和图4所示的实施例中，调焦马达会驱动第一镜片组201前后移动。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种自动调焦的投影系统，包括投影模组和红外监控模组(300)；

所述投影模组包括投影光源(100)及投影物镜(200)，所述投影光源(100)发出的光依次经所述投影物镜(200)中的分光元件(500)、第一镜片组(201)后射出；所述红外监控模组(300)包括监控物镜及感应芯片(301)；其特征在于，

还包括装于所述投影模组上的红外光源(400)，所述红外光源(400)射出的红外光斑(700)落于所述红外监控模组(300)的监控范围内；所述红外光斑(700)的红外光经反射回来后依次经所述第一镜片组(201)、分光元件(500)后传送到所述红外监控模组(300)；

还包括用于驱动所述第一镜片组(201)前后移动的调焦装置，所述调焦装置包括调焦控制模块及调焦马达，所述调焦控制模块从所述红外监控模组(300)接收实时的红外监控信号，并向所述调焦马达发出控制信号，所述调焦马达与所述第一镜片组(201)连接并可带动其前后移动；

所述红外监控模组(300)的光轴过所述分光元件(500)后与所述投影物镜(200)的光轴同轴，且所述投影物镜(200)和监控物镜的光学特性可确保所述调焦装置在驱动所述第一镜片组(201)前后移动使得所述感应芯片(301)收到的红外监控画面聚焦清晰时，所述投影物镜也同步实现聚焦清晰；

所述分光元件(500)包括两块相互粘接的直角棱镜(501)，两个所述直角棱镜(501)的粘接面上设有分光膜(502)；

所述红外光源(400)的出射光角度小于2度。

2.根据权利要求1所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述投影物镜(200)中还设有第二镜片组(202)，所述分光元件(500)位于所述第一镜片组(201)与第二镜片组(202)之间；所述第二镜片组(202)和分光元件(500)为固定结构；所述投影光源(100)发出的光依次经所述第二镜片组(202)、分光元件(500)、第一镜片组(201)后射出。

3.根据权利要求1或2所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述投影模组与红外监控模组(300)之间应满足以下关系：

当所述投影模组中显示芯片的有效面积大于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率大于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率；

当所述投影模组中显示芯片的有效面积小于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率小于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率；

当所述投影模组中显示芯片的有效面积等于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率等于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率。

4.根据权利要求3所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，从投影平面(600)反射回来进入所述感应芯片(301)形成红外监控画面的红外光的光路在所述第一镜片组(201)上的第一透镜表面处的光线角度，应大于或等于投影光在所述第一透镜表面处的出射光线角度。

5.根据权利要求1所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述红外光源(400)包括准直激光光源。

6.一种自动调焦的投影系统，包括投影模组和红外监控模组(300)；

所述投影模组包括投影光源(100)及投影物镜(200)，所述投影光源(100)发出的光依次经所述投影物镜(200)中的分光元件(500)、第一镜片组(201)后射出；所述红外监控模组(300)包括监控物镜及感应芯片(301)；其特征在于，

还包括装于所述投影模组上的红外光源(400)，所述红外光源(400)射出的红外光斑(700)落于所述红外监控模组(300)的监控范围内；所述红外光斑(700)的红外光经反射回来后依次经所述第一镜片组(201)、分光元件(500)后传送到所述红外监控模组(300)；

还包括用于驱动所述第一镜片组(201)前后移动的调焦装置，所述调焦装置包括调焦控制模块及调焦马达，所述调焦控制模块从所述红外监控模组(300)接收实时的红外监控信号，并向所述调焦马达发出控制信号，所述调焦马达与所述第一镜片组(201)连接并可带动其前后移动；

所述红外监控模组(300)的光轴过所述分光元件(500)后与所述投影物镜(200)的光轴同轴，且所述投影物镜(200)和监控物镜的光学特性可确保所述调焦装置在驱动所述第一镜片组(201)前后移动使得所述感应芯片(301)收到的红外监控画面聚焦清晰时，所述投影物镜也同步实现聚焦清晰；

所述分光元件(500)为分光片；

所述红外光源(400)的出射光角度小于2度。

7.根据权利要求6所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述投影物镜(200)中还设有第二镜片组(202)，所述分光元件(500)位于所述第一镜片组(201)与第二镜片组(202)之间；所述第二镜片组(202)和分光元件(500)为固定结构；所述投影光源(100)发出的光依次经所述第二镜片组(202)、分光元件(500)、第一镜片组(201)后射出。

8.根据权利要求6或7所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述投影模组与红外监控模组(300)之间应满足以下关系：

当所述投影模组中显示芯片的有效面积大于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率大于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率；

当所述投影模组中显示芯片的有效面积小于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率小于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率；

当所述投影模组中显示芯片的有效面积等于投影画面在所述感应芯片上可对应形成的红外监控画面的面积时，所述监控物镜的光学放大倍率等于从所述分光元件(500)到显示芯片的光学系统的放大倍率。

9.根据权利要求8所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，从投影平面(600)反射回来进入所述感应芯片(301)形成红外监控画面的红外光的光路在所述第一镜片组(201)上的第一透镜表面处的光线角度，应大于或等于投影光在所述第一透镜表面处的出射光线角度。

10.根据权利要求6所述的自动调焦的投影系统，其特征在于，所述红外光源(400)包括准直激光光源。