專利名稱：自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及投影系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種帶紅外監(jiān)控、且可自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)。
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(jiān)控投影物鏡”，為了解決投影物鏡和紅外監(jiān)控物鏡的調(diào)焦問題，其中設置了兩個調(diào)焦裝置，分別是投影調(diào)焦裝置17和監(jiān)控調(diào)焦裝置19。也就是說，在該專利中對投影物鏡與紅外監(jiān)控物鏡需要分別單獨調(diào)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、分光棱鏡
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(diào)焦手輪17、法蘭18、監(jiān)控調(diào)焦手輪19、監(jiān)控鏡筒20、法蘭21、CMOS芯片22、芯片固定板23、視場光欄24。當投影距離變化時，需要調(diào)整投影調(diào)焦裝置17以對投影物鏡進行調(diào)焦，即整體推動“投影鏡筒16與法蘭16前后移動”，使投影畫面聚焦清晰；由于此時裝在投影鏡筒16上的紅外監(jiān)控物鏡會一起移動，所以還需要調(diào)整監(jiān)控調(diào)焦裝置19以對紅外監(jiān)控物鏡進行調(diào)焦，使得CMOS芯片22采集到的圖像可滿足互動操作要求。這種投影系統(tǒng)需要兩次調(diào)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(jiān)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(nèi)容針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，本實用新型要解決傳統(tǒng)投影系統(tǒng)需要兩次調(diào)焦、操作很不方便的問題。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，包括投影模組和紅外監(jiān)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(fā)出的光依次經(jīng)所述投影物鏡中的分光元件、第一鏡片組后射出；所述紅外監(jiān)控模組包括監(jiān)控物鏡及感應芯片；其中，還包括裝于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于所述紅外監(jiān)控模組的監(jiān)控范圍內(nèi)；所述紅外光斑的紅外光經(jīng)反射回來后依次經(jīng)所述第一鏡片組、分光元件后傳送到所述紅外監(jiān)控模組；還包括用于驅動所述第一鏡片組前后移動的調(diào)焦裝置，所述調(diào)焦裝置包括調(diào)焦控制模塊及調(diào)焦馬達，所述調(diào)焦控制模塊從所述紅外監(jiān)控模組接收實時的紅外監(jiān)控信號，并向所述調(diào)焦馬達發(fā)出控制信號，所述調(diào)焦馬達與所述第一鏡片組連接并可帶動其前后移動；所述紅外監(jiān)控模組的光軸過所述分光元件后與所述投影物鏡的光軸同軸，且所述投影物鏡和監(jiān)控物鏡的光學特性可確保所述調(diào)焦裝置在驅動所述第一鏡片組前后移動使得所述感應芯片收到的紅外監(jiān)控畫面聚焦清晰時、所述投影物鏡也同步實現(xiàn)聚焦清晰。本實用新型中，所述投影模組與紅外監(jiān)控模組的光學特性應滿足以下關系:當所述投影模組中顯示芯片的有效面積大于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率大于從所述分光元件到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率；當所述投影模組中顯示芯片的有效面積小于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率小于從所述分光元件到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率；當所述投影模組中顯示芯片的有效面積等于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率等于從所述分光元件到顯示芯片的光學系統(tǒng)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芯片形成紅外監(jiān)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，應大于或等于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，所述分光元件位于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(fā)出的光依次經(jīng)所述投影物鏡中的第二鏡片組、分光元件、第一鏡片組后射出。本實用新型中，所述分光元件可包括兩塊相互粘接的直角棱鏡，所述兩個直角棱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范圍任何距離保持清晰，方可作為調(diào)焦之參照。此時，出射光角度應小于2度。所述紅外光源包括準直激光光源。本實用新型中，所述紅外光源發(fā)出的紅外光最好投射于所述投影模組的投影畫面邊緣。實施本實用新型的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，具有以下有益效果:由于第一鏡片組同時滿足投影物鏡與紅外監(jiān)控物鏡的調(diào)焦需求，所以紅外光源發(fā)出的紅外光斑在感應芯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(diào)焦裝置對紅外光斑進行調(diào)焦，即可同時實現(xiàn)對投影畫面的調(diào)焦，從而可實現(xiàn)自動調(diào)焦功能，極大的方便用戶使用。另夕卜，由于紅外監(jiān)控模組與投影模組共用一套成像系統(tǒng)，紅外監(jiān)控畫面在感應芯片上的感應區(qū)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(jiān)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(xiàn)有投影系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是本實用新型一個優(yōu)選實施例中投影系統(tǒng)的結構示意圖；圖3是圖2所示投影系統(tǒng)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(yōu)選實施例中的調(diào)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(diào)焦的投影系統(tǒng)包括投影模組、紅外監(jiān)控模組300、紅外光源400、以及調(diào)焦裝置。其中的紅外監(jiān)控模組300包括監(jiān)控物鏡、以及設置在監(jiān)控物鏡內(nèi)的感應芯片301。紅外光源400射出的光斑700應在工作距離范圍任何距離保持清晰，方可作為調(diào)焦之參照。此時，紅外光源400的出射光角度應小于2度。紅外光源400還可包括準直激光光源。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(nèi)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位于第一鏡片組201后面。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，在分光元件后面還設有第二鏡片組202，且分光元件500位于第一鏡片組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(fā)出的光依次經(jīng)第二鏡片組202、分光兀件500、第一鏡片組201后射出。紅外光源400發(fā)出的紅外光經(jīng)反射回來后仍是依次經(jīng)第一鏡片組201、分光元件500后傳送到紅外監(jiān)控模組300。光束從投影光源100內(nèi)射出，然后經(jīng)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(nèi)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(jīng)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(jiān)控模塊300內(nèi)。調(diào)焦裝置包括調(diào)焦控制模塊及調(diào)焦馬達800，感應芯片301和調(diào)焦馬達800均與調(diào)焦控制電路電性連接。調(diào)焦控制模塊從紅外監(jiān)控模組300接收實時的紅外監(jiān)控信號，并向調(diào)焦馬達800發(fā)出控制信號，調(diào)焦馬達800與第一鏡片組201連接并可帶動其在殼體內(nèi)前后移動；紅外監(jiān)控模組300與投影物鏡200連接，且紅外監(jiān)控模組300的光軸過分光元件500后與投影物鏡的光軸同軸。在上述實施例中，投影物鏡200和監(jiān)控物鏡的光學特性可確保調(diào)焦裝置在驅動第一鏡片組201前后移動使得感應芯片301收到的紅外監(jiān)控畫面聚焦清晰時、投影物鏡200也同步實現(xiàn)聚焦清晰。滿足此同步調(diào)焦的光路特征為:當投影模組中顯示芯片的有效面積大于投影畫面600在感應芯片301上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，監(jiān)控物鏡的光學放大倍率大于從分光元件500到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率；當投影模組中顯示芯片的有效面積小于投影畫面600在感應芯片301上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，監(jiān)控物鏡的光學放大倍率小于從分光元件500到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率；當投影模組中顯示芯片的有效面積等于投影畫面600在感應芯片301上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，監(jiān)控物鏡的光學放大倍率等于從分光元件500到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率。本文中投影畫面是指形成于投影平面600上的投影圖像所占據(jù)的那部分投影平面。在上述實施例中，為了保證紅外監(jiān)控沒有死角，從投影平面600反射回來進入感應芯片301形成紅外監(jiān)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，應大于或等于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，并且可以落在紅外監(jiān)控模組300所監(jiān)控范圍內(nèi)的任意位置，例如在投影畫面的內(nèi)部，如圖6A、圖6B、圖6C所示。但為了不干擾其它互動操作，另一種實施方法為紅外光斑700位于投影圖像600的外圍并貼近投影圖像邊緣，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也可投射于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(jiān)控模組300所監(jiān)控范圍內(nèi)。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(jiān)控模組300采集到紅外光斑700的圖片就不清晰，調(diào)焦控制電路會對紅外監(jiān)控物鏡內(nèi)的圖像進行分析，發(fā)出指令讓自動調(diào)焦馬達800推動第一鏡片組201前后移動，直到紅外監(jiān)控模組300采集到的圖像清晰為止。由于第一鏡片組201同時滿足投影物鏡200與紅外監(jiān)控物鏡300的調(diào)焦需求，所以此時投影圖像600也會變得清晰，從而實現(xiàn)了自動調(diào)焦功能。本實用新型的優(yōu)點是投影平面600與紅外監(jiān)控屏幕重合一致，紅外光斑700在投影物鏡工作距離內(nèi)永遠清晰。由于第一鏡片組201同時滿足投影物鏡與紅外監(jiān)控物鏡的調(diào)焦需求，所以紅外光斑700在感應芯片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(xiàn)自動調(diào)焦功能，極大的方便用戶使用。由于紅外監(jiān)控模組300與投影模組200共用一套成像系統(tǒng)，監(jiān)控畫面600在感應芯片301上的感應區(qū)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(jiān)控點位置。優(yōu)選地,上述分光兀件500可以選用分光棱鏡。進一步地,該分光棱鏡包括兩塊相互粘接的直角棱鏡501 (如圖3所示)，兩直角棱鏡501的粘接面上設有分光膜502。分光元件500也可以采用分光片，工作原理與采用兩塊相互粘接的直角棱鏡501是一樣的。本實用新型所述的自動調(diào)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(jiān)控模組采集到投影屏幕上的紅外光斑(或圖形)的圖片就不清晰，調(diào)焦控制電路內(nèi)的圖像算法會對紅外監(jiān)控物鏡內(nèi)的圖像進行分析，發(fā)出指令讓自動調(diào)焦馬達推動第一鏡片組前后移動，直到紅外監(jiān)控模組采集到的圖像清晰為止；對某一特定投影系統(tǒng)，由于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；由于第一鏡片組同時滿足投影物鏡與紅外監(jiān)控物鏡的調(diào)焦需求，所以此時投影圖像也變得清晰，從而實現(xiàn)了自動調(diào)焦功能。本實用新型中自動調(diào)焦裝置的工作原理如圖7所示，該調(diào)焦裝置包括調(diào)焦控制模塊及調(diào)焦馬達，調(diào)焦控制模塊從紅外監(jiān)控模組300接收實時的紅外監(jiān)控信號(粗線條表示電信號)，并向調(diào)焦馬達發(fā)出控制信號，調(diào)焦馬達與被調(diào)的投影物鏡連接、并可帶動其前后移動。在圖3和圖4所示的實施例中，調(diào)焦馬達會驅動第一鏡片組201前后移動。以上實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)此實施，并不能限制本實用新型的保護范圍。凡跟本實用新型權利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應屬于本實用新型權利要求的涵蓋范圍。
權利要求1.一種自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，包括投影模組和紅外監(jiān)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(fā)出的光依次經(jīng)所述投影物鏡(200)中的分光元件(500)、第一鏡片組(201)后射出；所述紅外監(jiān)控模組(300)包括監(jiān)控物鏡及感應芯片(301);其特征在于， 還包括裝于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 )落于所述紅外監(jiān)控模組(300 )的監(jiān)控范圍內(nèi)；所述紅外光斑(700 )的紅外光經(jīng)反射回來后依次經(jīng)所述第一鏡片組(201)、分光元件(500 )后傳送到所述紅外監(jiān)控模組(300 ); 還包括用于驅動所述第一鏡片組(201)前后移動的調(diào)焦裝置，所述調(diào)焦裝置包括調(diào)焦控制模塊及調(diào)焦馬達，所述調(diào)焦控制模塊從所述紅外監(jiān)控模組(300)接收實時的紅外監(jiān)控信號，并向所述調(diào)焦馬達發(fā)出控制信號，所述調(diào)焦馬達與所述第一鏡片組(201)連接并可帶動其前后移動； 所述紅外監(jiān)控模組(300)的光軸過所述分光元件(500)后與所述投影物鏡(200)的光軸同軸，且所述投影物鏡(200)和監(jiān)控物鏡的光學特性可確保所述調(diào)焦裝置在驅動所述第一鏡片組(201)前后移動使得所述感應芯片(301)收到的紅外監(jiān)控畫面聚焦清晰時、所述投影物鏡也同步實現(xiàn)聚焦清晰。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述投影物鏡(200)中還設有第二鏡片組(202)，所述分光元件(500)位于所述第一鏡片組(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(fā)出的光依次經(jīng)所述第二鏡片組(202)、分光元件(500)、第一鏡片組(201)后射出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述投影模組與紅外監(jiān)控模組(300)之間應滿足以下關系: 當所述投影模組中顯示芯片的有效面積大于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率大于從所述分光元件(500)到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率； 當所述投影模組中顯示芯片的有效面積小于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率小于從所述分光元件(500)到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率； 當所述投影模組中顯示芯片的有效面積等于投影畫面在所述感應芯片上可對應形成的紅外監(jiān)控畫面的面積時，所述監(jiān)控物鏡的光學放大倍率等于從所述分光元件(500)到顯示芯片的光學系統(tǒng)的放大倍率。
4.根據(jù)權利要求3所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于，從投影平面(600)反射回來進入所述感應芯片(301)形成紅外監(jiān)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，應大于或等于投影光在所述第一透鏡表面處的出射光線角度。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述分光元件(500)包括兩塊相互粘接的直角棱鏡(501)，所述兩個直角棱鏡(501)的粘接面上設有分光膜(502)。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)， 其特征在于，所述分光元件(500)為分光片。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光源(400)的出射光角度小于2度。
8.根據(jù)權利要求7所述的自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，其特征在于， 所述紅外光源(400)包括準直激光光源。
專利摘要本實用新型涉及一種自動調(diào)焦的投影系統(tǒng)，為解決傳統(tǒng)投影系統(tǒng)需要兩次調(diào)焦等問題，本實用新型的投影系統(tǒng)中包括投影模組、紅外監(jiān)控模組(300)、裝于投影模組上的紅外光源(400)，以及用于驅動第一鏡片組(201)前后移動的調(diào)焦裝置；紅外光源發(fā)出的紅外光斑落于所述紅外監(jiān)控模組的監(jiān)控范圍內(nèi)，但最好投射于投影模組的投影畫面內(nèi)部或邊緣，并會在反射回來后依次經(jīng)第一鏡片組、分光元件后傳送到紅外監(jiān)控模組；通過對紅外監(jiān)控模組采集到的由紅外光源發(fā)出的紅外光斑圖片進行分析，即可向調(diào)焦馬達發(fā)出控制信號，調(diào)整第一鏡片組到合適位置，從而可達到自動調(diào)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(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)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