自動調焦的投影系統的製作方法

2023-09-18 04:50:10 2

專利名稱：自動調焦的投影系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及投影系統，更具體地說，涉及一種帶紅外監控、且可自動調焦的投影系統。
背景技術：
如圖1所示，在專利號200820071126.8的中國實用新型專利中，公開了一種「大屏幕紅外監控投影物鏡」，為了解決投影物鏡和紅外監控物鏡的調焦問題，其中設置了兩個調焦裝置，分別是投影調焦裝置17和監控調焦裝置19。也就是說，在該專利中對投影物鏡與紅外監控物鏡需要分別單獨調焦。圖1中各標號分別為:單負透鏡1、單負透鏡2、單負透鏡3、單正透鏡4、分光稜鏡
5、單正透鏡6、單負透鏡7、膠合透鏡8、膠合透鏡9、單正透鏡10、濾光鏡11、單正透鏡12、單負透鏡13、單正透鏡14、膠合透鏡15、投影鏡筒16、投影調焦手輪17、法蘭18、監控調焦手輪19、監控鏡筒20、法蘭21、CMOS晶片22、晶片固定板23、視場光欄24。當投影距離變化時，需要調整投影調焦裝置17以對投影物鏡進行調焦，即整體推動「投影鏡筒16與法蘭16前後移動」，使投影畫面聚焦清晰；由於此時裝在投影鏡筒16上的紅外監控物鏡會一起移動，所以還需要調整監控調焦裝置19以對紅外監控物鏡進行調焦，使得CMOS晶片22採集到的圖像可滿足互動操作要求。這種投影系統需要兩次調焦，操作很不方便；另一方面，投影畫面是可見光，用戶可用人眼判斷是否聚焦清晰，但紅外監控畫面為紅外不可見光，人眼是無法判斷是否已滿足互動操作要求。

實用新型內容針對現有技術的上述缺陷，本實用新型要解決傳統投影系統需要兩次調焦、操作很不方便的問題。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種自動調焦的投影系統，包括投影模組和紅外監控模組；所述投影模組包括投影光源及投影物鏡，所述投影光源發出的光依次經所述投影物鏡中的分光元件、第一鏡片組後射出；所述紅外監控模組包括監控物鏡及感應晶片；其中，還包括裝於所述投影模組上的紅外光源，所述紅外光源射出的紅外光斑落於所述紅外監控模組的監控範圍內；所述紅外光斑的紅外光經反射回來後依次經所述第一鏡片組、分光元件後傳送到所述紅外監控模組；還包括用於驅動所述第一鏡片組前後移動的調焦裝置，所述調焦裝置包括調焦控制模塊及調焦馬達，所述調焦控制模塊從所述紅外監控模組接收實時的紅外監控信號，並向所述調焦馬達發出控制信號，所述調焦馬達與所述第一鏡片組連接並可帶動其前後移動；所述紅外監控模組的光軸過所述分光元件後與所述投影物鏡的光軸同軸，且所述投影物鏡和監控物鏡的光學特性可確保所述調焦裝置在驅動所述第一鏡片組前後移動使得所述感應晶片收到的紅外監控畫面聚焦清晰時、所述投影物鏡也同步實現聚焦清晰。本實用新型中，所述投影模組與紅外監控模組的光學特性應滿足以下關係:當所述投影模組中顯示晶片的有效面積大於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率大於從所述分光元件到顯示晶片的光學系統的放大倍率；當所述投影模組中顯示晶片的有效面積小於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率小於從所述分光元件到顯示晶片的光學系統的放大倍率；當所述投影模組中顯示晶片的有效面積等於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率等於從所述分光元件到顯示晶片的光學系統的放大倍率。本實用新型中，從投影平面反射回來進入所述感應晶片形成紅外監控畫面的紅外光的光路在所述第一鏡片組上的第一透鏡表面處的光線角度，應大於或等於投影光在所述第一透鏡表面處的出射光線角度。本實用新型中，所述投影物鏡還可包括設有第二鏡片組，所述分光元件位於所述第一鏡片組與第二鏡片組之間；此時所述第二鏡片組和分光元件為固定結構；所述投影光源發出的光依次經所述投影物鏡中的第二鏡片組、分光元件、第一鏡片組後射出。本實用新型中，所述分光元件可包括兩塊相互粘接的直角稜鏡，所述兩個直角稜鏡的粘接面上設有分光膜。所述分光元件還可以是分光片。本實用新型中，所述紅外光源射出的光斑應在工作距離範圍任何距離保持清晰，方可作為調焦之參照。此時，出射光角度應小於2度。所述紅外光源包括準直雷射光源。本實用新型中，所述紅外光源發出的紅外光最好投射於所述投影模組的投影畫面邊緣。實施本實用新型的自動調焦的投影系統，具有以下有益效果:由於第一鏡片組同時滿足投影物鏡與紅外監控物鏡的調焦需求，所以紅外光源發出的紅外光斑在感應晶片上聚焦清晰的同時、也會把投影畫面聚焦清晰，也就是說，通過調焦裝置對紅外光斑進行調焦，即可同時實現對投影畫面的調焦，從而可實現自動調焦功能，極大的方便用戶使用。另夕卜，由於紅外監控模組與投影模組共用一套成像系統，紅外監控畫面在感應晶片上的感應區域是固定的，不會隨著投影畫面大小變化而變化，使互動算法不需重新標定監控點位置。

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:圖1是現有投影系統的結構示意圖；圖2是本實用新型一個優選實施例中投影系統的結構示意圖；圖3是圖2所示投影系統中的投影物鏡及紅外光源的結構示意圖；圖4是本實用新型第二實施例中的投影物鏡及紅外光源的結構示意圖；圖5A、圖5B是本實用新型中紅外光源射出的光斑相對投影畫面的位置示意圖；圖6A、圖6B、圖6C是本實用新型中紅外光斑的不同形狀且相對投影畫面有不同位置的不意圖；圖7是本實用新型一個優選實施例中的調焦工作原理圖。
具體實施方式
如圖2所示，在本實用新型的第一實施例中，該自動調焦的投影系統包括投影模組、紅外監控模組300、紅外光源400、以及調焦裝置。其中的紅外監控模組300包括監控物鏡、以及設置在監控物鏡內的感應晶片301。紅外光源400射出的光斑700應在工作距離範圍任何距離保持清晰，方可作為調焦之參照。此時，紅外光源400的出射光角度應小於2度。紅外光源400還可包括準直雷射光源。如圖3所示，投影模組又進一步包括投影光源100、以及與投影光源100連接的投影物鏡200，投影物鏡200包括殼體、設置在殼體內的第一鏡片組201、以及反射紅外光線而透射可見光線的分光元件500，分光元件500位於第一鏡片組201後面。如圖4所示，在本實用新型的第二實施例中，其工作原理與上一實施例相同，不同的是，在所述投影物鏡200中，在分光元件後面還設有第二鏡片組202，且分光元件500位於第一鏡片組201與第二鏡片組202之間；此時，第二鏡片組202和分光元件500為固定結構；投影光源100發出的光依次經第二鏡片組202、分光兀件500、第一鏡片組201後射出。紅外光源400發出的紅外光經反射回來後仍是依次經第一鏡片組201、分光元件500後傳送到紅外監控模組300。光束從投影光源100內射出，然後經過投影物鏡200投射到投影平面600上，在投影過程中，可見光線(由圖3和圖4中的A表示)可以由右向左直接通過投影物鏡200內的分光元件500，使得可見光線的投影圖像可以直接通過分光元件500投射到投影平面600上，而在投影平面600上接收到紅外光線(由圖3和圖4中的B表示)經過第一鏡片組201到達分光元件500時，紅外光線被反射到紅外監控模塊300內。調焦裝置包括調焦控制模塊及調焦馬達800，感應晶片301和調焦馬達800均與調焦控制電路電性連接。調焦控制模塊從紅外監控模組300接收實時的紅外監控信號，並向調焦馬達800發出控制信號，調焦馬達800與第一鏡片組201連接並可帶動其在殼體內前後移動；紅外監控模組300與投影物鏡200連接，且紅外監控模組300的光軸過分光元件500後與投影物鏡的光軸同軸。在上述實施例中，投影物鏡200和監控物鏡的光學特性可確保調焦裝置在驅動第一鏡片組201前後移動使得感應晶片301收到的紅外監控畫面聚焦清晰時、投影物鏡200也同步實現聚焦清晰。滿足此同步調焦的光路特徵為:當投影模組中顯示晶片的有效面積大於投影畫面600在感應晶片301上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，監控物鏡的光學放大倍率大於從分光元件500到顯示晶片的光學系統的放大倍率；當投影模組中顯示晶片的有效面積小於投影畫面600在感應晶片301上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，監控物鏡的光學放大倍率小於從分光元件500到顯示晶片的光學系統的放大倍率；當投影模組中顯示晶片的有效面積等於投影畫面600在感應晶片301上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，監控物鏡的光學放大倍率等於從分光元件500到顯示晶片的光學系統的放大倍率。本文中投影畫面是指形成於投影平面600上的投影圖像所佔據的那部分投影平面。在上述實施例中，為了保證紅外監控沒有死角，從投影平面600反射回來進入感應晶片301形成紅外監控畫面的紅外光的光路在第一鏡片組201上的第一透鏡表面處的光線角度，應大於或等於投影光在第一透鏡表面處的出射光線角度。紅外光源400射出的紅外光斑700可以是任何有邊界的形狀，並且可以落在紅外監控模組300所監控範圍內的任意位置，例如在投影畫面的內部，如圖6A、圖6B、圖6C所示。但為了不幹擾其它互動操作，另一種實施方法為紅外光斑700位於投影圖像600的外圍並貼近投影圖像邊緣，即在投影畫面的邊緣，如圖5A、圖5B所示。當然，紅外光源400射出的紅外光斑700也可投射於與所述投影畫面有一定距離的位置，其前提是要保證落在紅外監控模組300所監控範圍內。因為紅外光源400射出的光斑700在投影物鏡工作距離的任何位置都是清晰的，如果此時投影圖像600沒有聚焦，紅外監控模組300採集到紅外光斑700的圖片就不清晰，調焦控制電路會對紅外監控物鏡內的圖像進行分析，發出指令讓自動調焦馬達800推動第一鏡片組201前後移動，直到紅外監控模組300採集到的圖像清晰為止。由於第一鏡片組201同時滿足投影物鏡200與紅外監控物鏡300的調焦需求，所以此時投影圖像600也會變得清晰，從而實現了自動調焦功能。本實用新型的優點是投影平面600與紅外監控屏幕重合一致，紅外光斑700在投影物鏡工作距離內永遠清晰。由於第一鏡片組201同時滿足投影物鏡與紅外監控物鏡的調焦需求，所以紅外光斑700在感應晶片301上聚焦清晰的同時也把投影畫面600聚焦清晰了，從而實現自動調焦功能，極大的方便用戶使用。由於紅外監控模組300與投影模組200共用一套成像系統，監控畫面600在感應晶片301上的感應區域是固定的，不會隨著投影畫面600大小變化而變化，使互動算法不需重新標定監控點位置。優選地,上述分光兀件500可以選用分光稜鏡。進一步地,該分光稜鏡包括兩塊相互粘接的直角稜鏡501 (如圖3所示)，兩直角稜鏡501的粘接面上設有分光膜502。分光元件500也可以採用分光片，工作原理與採用兩塊相互粘接的直角稜鏡501是一樣的。本實用新型所述的自動調焦原理是:紅外光源射出的紅外光斑(或圖形)在任何位置都是清晰的，如果此時投影圖像沒有聚焦，紅外監控模組採集到投影屏幕上的紅外光斑(或圖形)的圖片就不清晰，調焦控制電路內的圖像算法會對紅外監控物鏡內的圖像進行分析，發出指令讓自動調焦馬達推動第一鏡片組前後移動，直到紅外監控模組採集到的圖像清晰為止；對某一特定投影系統，由於紅外光源位置已固定、且紅外光斑圖像已固定，具體可以是與預存的紅外光斑圖像進行比對從而判斷是否已達清晰要求；由於第一鏡片組同時滿足投影物鏡與紅外監控物鏡的調焦需求，所以此時投影圖像也變得清晰，從而實現了自動調焦功能。本實用新型中自動調焦裝置的工作原理如圖7所示，該調焦裝置包括調焦控制模塊及調焦馬達，調焦控制模塊從紅外監控模組300接收實時的紅外監控信號(粗線條表示電信號)，並向調焦馬達發出控制信號，調焦馬達與被調的投影物鏡連接、並可帶動其前後移動。在圖3和圖4所示的實施例中，調焦馬達會驅動第一鏡片組201前後移動。以上實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據此實施，並不能限制本實用新型的保護範圍。凡跟本實用新型權利要求範圍所做的均等變化與修飾，均應屬於本實用新型權利要求的涵蓋範圍。
權利要求1.一種自動調焦的投影系統，包括投影模組和紅外監控模組(300)； 所述投影模組包括投影光源(100 )及投影物鏡(200 )，所述投影光源(100 )發出的光依次經所述投影物鏡(200)中的分光元件(500)、第一鏡片組(201)後射出；所述紅外監控模組(300)包括監控物鏡及感應晶片(301);其特徵在於， 還包括裝於所述投影模組上的紅外光源(400)，所述紅外光源(400)射出的紅外光斑(700 )落於所述紅外監控模組(300 )的監控範圍內；所述紅外光斑(700 )的紅外光經反射回來後依次經所述第一鏡片組(201)、分光元件(500 )後傳送到所述紅外監控模組(300 ); 還包括用於驅動所述第一鏡片組(201)前後移動的調焦裝置，所述調焦裝置包括調焦控制模塊及調焦馬達，所述調焦控制模塊從所述紅外監控模組(300)接收實時的紅外監控信號，並向所述調焦馬達發出控制信號，所述調焦馬達與所述第一鏡片組(201)連接並可帶動其前後移動； 所述紅外監控模組(300)的光軸過所述分光元件(500)後與所述投影物鏡(200)的光軸同軸，且所述投影物鏡(200)和監控物鏡的光學特性可確保所述調焦裝置在驅動所述第一鏡片組(201)前後移動使得所述感應晶片(301)收到的紅外監控畫面聚焦清晰時、所述投影物鏡也同步實現聚焦清晰。
2.根據權利要求1所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於，所述投影物鏡(200)中還設有第二鏡片組(202)，所述分光元件(500)位於所述第一鏡片組(201)與第二鏡片組(202)之間；所述第二鏡片組(202)和分光元件(500)為固定結構；所述投影光源(100)發出的光依次經所述第二鏡片組(202)、分光元件(500)、第一鏡片組(201)後射出。
3.根據權利要求1或2所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於，所述投影模組與紅外監控模組(300)之間應滿足以下關係: 當所述投影模組中顯示晶片的有效面積大於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率大於從所述分光元件(500)到顯示晶片的光學系統的放大倍率； 當所述投影模組中顯示晶片的有效面積小於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率小於從所述分光元件(500)到顯示晶片的光學系統的放大倍率； 當所述投影模組中顯示晶片的有效面積等於投影畫面在所述感應晶片上可對應形成的紅外監控畫面的面積時，所述監控物鏡的光學放大倍率等於從所述分光元件(500)到顯示晶片的光學系統的放大倍率。
4.根據權利要求3所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於，從投影平面(600)反射回來進入所述感應晶片(301)形成紅外監控畫面的紅外光的光路在所述第一鏡片組(201)上的第一透鏡表面處的光線角度，應大於或等於投影光在所述第一透鏡表面處的出射光線角度。
5.根據權利要求1或2所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於，所述分光元件(500)包括兩塊相互粘接的直角稜鏡(501)，所述兩個直角稜鏡(501)的粘接面上設有分光膜(502)。
6.根據權利要求1或2所述的自動調焦的投影系統， 其特徵在於，所述分光元件(500)為分光片。
7.根據權利要求1或2所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於，所述紅外光源(400)的出射光角度小於2度。
8.根據權利要求7所述的自動調焦的投影系統，其特徵在於， 所述紅外光源(400)包括準直雷射光源。
專利摘要本實用新型涉及一種自動調焦的投影系統，為解決傳統投影系統需要兩次調焦等問題，本實用新型的投影系統中包括投影模組、紅外監控模組(300)、裝於投影模組上的紅外光源(400)，以及用於驅動第一鏡片組(201)前後移動的調焦裝置；紅外光源發出的紅外光斑落於所述紅外監控模組的監控範圍內，但最好投射於投影模組的投影畫面內部或邊緣，並會在反射回來後依次經第一鏡片組、分光元件後傳送到紅外監控模組；通過對紅外監控模組採集到的由紅外光源發出的紅外光斑圖片進行分析，即可向調焦馬達發出控制信號，調整第一鏡片組到合適位置，從而可達到自動調焦的功能。
文檔編號G03B21/20GK203012335SQ20122073022
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年11月30日
發明者那慶林, 黃彥, 麥浩晃, 王海湘 申請人:神畫科技(深圳)有限公司