本發(fā)明涉及投影顯示技術(shù)及人機(jī)交互領(lǐng)域，特別涉及一種紅外投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前的微型投影光機(jī)大部分采用美國德州儀器公司的dlp技術(shù)，其主要圖像和光線控制器件一般稱為dmd光調(diào)制器。它是一種反射率極高的微型反射鏡陣列，需要配合照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)將通常使用的rgb三原色構(gòu)成的畫面轉(zhuǎn)換成我們?nèi)搜垡滓姷耐队爱嬅?。其中常用的將照明光學(xué)系統(tǒng)和投影光學(xué)系統(tǒng)組合在一起的方法是使用一具有透鏡表面的全內(nèi)反射元件。

目前常見的人機(jī)交互實現(xiàn)方案為，使用普通白熾燈光源投影機(jī)來投影圖像，另外設(shè)置紅外光源來照射屏幕，設(shè)置紅外攝像機(jī)來拍攝屏幕紅外影像，以此捕捉使用者在屏幕上手指的動作，以實現(xiàn)人機(jī)交互。但這種方式整個系統(tǒng)過于復(fù)雜，使用過程中需要調(diào)試紅外光源，反復(fù)進(jìn)行校正，而且白熾燈的光源亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到所需。

結(jié)合以上將紅外光源和投影光源結(jié)合，將投影裝置和攝像裝置集為一體，不僅可以簡化系統(tǒng)，使操作簡便更能使投影亮度達(dá)到一定要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將投影畫面和紅外光整合在一起且投影裝置和攝像裝置為一個模組的投影系統(tǒng)，簡化了交互系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，使操作更簡便。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種紅外投影系統(tǒng)，包括：用于產(chǎn)生交互圖像和紅外光投影模塊；用于時序性的獲取投影模塊投射出的交互圖像和紅外光的攝像模塊；以及用于投射交互圖像和紅外光的投影區(qū)域；其中，所述投影模塊包括：led光源單元；紅外光源單元；用于將led光源單元和紅外光源單元發(fā)射的光源進(jìn)行合光的合光單元；用于產(chǎn)生投影圖像的圖像顯示單元；和用于接收來自圖像顯示單元經(jīng)合光單元反射的圖像的鏡頭；其中，所述合光單元包括用于對led光源單元和紅外光源單元發(fā)射的光源進(jìn)行透射和反射并入射到圖像顯示單元匯合的棱鏡組和透鏡組。

優(yōu)選地，所述的紅外光源單元和所述led光源單元分別位于所述合光單元的不同側(cè)，所述led光源單元的光經(jīng)過透鏡組的反射和棱鏡組的透射到達(dá)圖像顯示單元，紅外光源單元的紅外光依次透射透鏡組和棱鏡組到達(dá)圖像顯示單元。

優(yōu)選地，所述棱鏡組與透鏡組之間設(shè)置有空隙，相互靠近的面為平面。

優(yōu)選地，所述的棱鏡組包括一個或多個棱鏡。

優(yōu)選地，所述的透鏡組包括一個或多個透鏡。

優(yōu)選地，所述的透鏡組包括多個透鏡，多個透鏡之間可膠合也可不膠合。

優(yōu)選地，所述的所述的投影模塊和攝像模塊為一個模組，所述鏡頭的出射光路前設(shè)有濾光單元，所述濾光單元設(shè)置為可完全透射可見光和紅外光并反射50％的紅外光，所述攝像模塊位于濾光單元反射紅外光的出光方向。

優(yōu)選地，所述的濾光單元前設(shè)置有用以提高紅外光利用率的波片，所述波片位于濾光單元的出射光路的前方，且與鏡頭的中心軸線垂直。

優(yōu)選地，所述的濾光單元設(shè)置為濾光組件，所述濾光組件位于鏡頭的出射光路前方且與鏡頭出光面成45度；所述波片設(shè)置為第一波片，所述第一波片位于濾光組件的出射光路前方，與鏡頭的中心軸線垂直。

優(yōu)選地，所述的濾光單元設(shè)置為濾光棱鏡組件，所述濾光棱鏡組件包括兩個直角棱鏡粘合而成，所述濾光棱鏡組件的粘合面位于鏡頭的出射光路前方且與鏡頭出光面成45度；其中，所述所述波片設(shè)置為第二波片，所述第二波片位于濾光棱鏡組件的出射光路的前方，膠合在濾光棱鏡組件靠近投影區(qū)域的一面，與鏡頭的中心軸線垂直。

本發(fā)明的有益效果為：通過投影模塊和攝像模塊來實現(xiàn)交互投影，其中通過濾光元件將投影模塊和攝像模塊集成一個模組，從而簡化的系統(tǒng)，通過合光系統(tǒng)的光路整合作用，將led光源和紅外光源進(jìn)行合光，以實現(xiàn)不外設(shè)紅外裝置，來實現(xiàn)人機(jī)交互操作，免去了反復(fù)校正紅外光的操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一紅外投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一合光單元第一種方案結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一合光單元第二種方案結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例一合光單元第三種方案結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例二的紅外投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6、圖7為本發(fā)明實施例三的紅外投影結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。

實施例一

如圖1所示為本發(fā)明紅外投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括用于產(chǎn)生交互圖像和紅外光的投影模塊、用于時序性的獲取投影模塊投射出的交互圖像和紅外光的攝像模塊600和用于投射交互圖像和紅外光的投影區(qū)域700，此實施例的投影模塊和攝像模塊600為一個模組，即指各部件封裝在一個整體內(nèi)。其中，投影模塊包括：產(chǎn)生rgb三原色的led光源單元300、產(chǎn)生紅外光的紅外光源單元200、用于將led光源單元300和紅外光源單元200發(fā)射的光源進(jìn)行合光的合光單元100、產(chǎn)生投影圖像的圖像顯示單元400和用于接收經(jīng)合光單元100反射圖像的鏡頭500。其中，所述合光單元100包括用于對led光源單元和紅外光源單元發(fā)射的光源進(jìn)行透射和反射并進(jìn)行匯合的棱鏡組和透鏡組。

其中，本發(fā)明實施例中，所述紅外光源單元200和led光源單元300分別位于合光單元100不同側(cè)，其中合光單元100包括：棱鏡組和透鏡組(圖中未標(biāo)示)。led光源單元300的出射光經(jīng)過透鏡組和棱鏡組的的反射(可以是兩次也可以是更多次)或透射到達(dá)圖像顯示單元400，紅外光源系統(tǒng)200出射的紅外光依次透射透鏡組和棱鏡組到達(dá)圖像顯示單元400。

其中，本發(fā)明實施例中，所述棱鏡組與透鏡組之間設(shè)置有空隙，相互靠近的面為平面。

所述的所述的投影模塊和攝像模塊為一個模組，所述鏡頭500的出射光路前設(shè)有濾光單元，所述濾光單元設(shè)置為可完全透射可見光和紅外光并反射紅外光，比如，反射50％的紅外光，所述攝像模塊600位于濾光單元反射紅外光的出光方向。

其中，本發(fā)明實施例中，所述濾光單元設(shè)置為濾光組件501，所述濾光組件501位于鏡頭500的出射光路前方且與鏡頭500出光面成45度，可完全透射可見光和紅外光并反射50％的紅外光。

其中，所述濾光單元前設(shè)置有用以提高紅外光的利用率波片，本發(fā)明實施例中，所述波片設(shè)置為第一波片502，所述第一波片502位于濾光組件501的出射光路前方與鏡頭500的中心軸線垂直，用以提高紅外光的利用率。

其中，濾光組件501可以為透50％紅外光的濾光片也可為針對紅外光的偏振片，第一波片502為1/4波片(四分之一波片)。

其中，led光源系統(tǒng)300，包括：作為光源的rgb三原色的led燈，即紅光led光源、綠光led光源和藍(lán)光led光源，準(zhǔn)直透鏡組，分光鏡組，中繼透鏡組，復(fù)眼透鏡或光棒。

其中，紅外光源單元200，包括：波長在800到1000的紅外光光源、準(zhǔn)直透鏡組、復(fù)眼透鏡或光棒和中繼透鏡。

其中，圖像顯示單元400主要為光線調(diào)制器件，例如dmd芯片。

其中，本發(fā)明實施例中，所述的棱鏡組包括一個或多個棱鏡。所述的透鏡組包括一個或多個透鏡。

所述的合光單元還可以設(shè)置成如圖2所示的合光單元106，其中，棱鏡組設(shè)置為直角棱鏡101，所述直角棱鏡的三個面都為平面，其中兩個面的夾角為90度；透鏡組包括第一棱鏡105、第一自由曲面透鏡107和第二自由曲面透鏡108，其中第一棱鏡105的三個面都設(shè)置為平面，第一自由曲面透鏡107和第二自由曲面透鏡108各有一個面為平面，其他面均為曲面；其中，第一自由曲面透鏡107的平面與第一棱鏡105的第一個面相互靠近，且設(shè)置一定的間隙，第二自由曲面透鏡108的平面與第一棱鏡105的第二面膠合；其中直角棱鏡101的斜邊所在的面與第一棱鏡105的第三個面相互靠近且設(shè)置一定的間隙。

其中，本發(fā)明實施例中，所述的合光單元還可以設(shè)置成如圖3所示的合光單元103，棱鏡組包括直角棱鏡101和第二棱鏡104，直角棱鏡101和第二棱鏡104膠合，透鏡組為第一透鏡102。所述直角棱鏡101的三個面都為平面，其中兩個面的夾角為90度；其中第二棱鏡104為三個面都為平面的棱鏡，其中一個面與直角棱鏡101斜邊所在的面膠合。所述第一透鏡102設(shè)置為只有一個面為平面，其余面為曲面的棱鏡，其中第一透鏡102的平面與第二棱鏡104的一個面相互靠近，且互相設(shè)置一定的間隙。

其中，本發(fā)明實施例中，所述的合光單元還可以設(shè)置成如圖4所示的合光單元109，棱鏡組為直角棱鏡101，透鏡組為第一透鏡102。其中，所述直角棱鏡101的三個面都為平面，兩個面的夾角可以設(shè)置為90度；所述第一透鏡102設(shè)置為只有靠近直角棱鏡101的一個面為平面，其余面為曲面的棱鏡，其中第一透鏡102的平面與直角棱鏡101的斜邊所在的平面相互靠近，且為了獲得較好的折射率，第一透鏡102的平面與直角棱鏡101的斜邊所在的平面之間設(shè)置有一定的間隙，且設(shè)置一定的間隙。

本發(fā)明的實施例一中，圖2的合光單元106、圖3的合光單元103和圖4的合光單元109的結(jié)構(gòu)均可應(yīng)用在本實施例中作為圖1所示的合光單元100的具體實施方式。但是本發(fā)明實施例的合光單元不限于上述的結(jié)構(gòu)，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)將led光源單元和紅外光源單元發(fā)射的光源進(jìn)行透射和反射并進(jìn)行匯合的棱鏡組和透鏡組的結(jié)構(gòu)均在本發(fā)明實施例的范圍之內(nèi)。其中，所述的棱鏡組可以包括一個或多個棱鏡；所述的透鏡組包括一個或多個透鏡，多個透鏡之間可膠合，也可不膠合，只要滿足相互靠近，且相互之間保持一定的間隙即可。

本發(fā)明實施例中，led光源單元300的出射光經(jīng)過透鏡組的兩次反射到達(dá)圖像顯示單元400，紅外光源系統(tǒng)200出射的紅外光依次透射透鏡組和棱鏡組到達(dá)圖像顯示單元400，led光源單元300的出射光與紅外光源系統(tǒng)200出射光經(jīng)圖像顯示單元400反射匯合，匯合后的可見光和紅外光出射到棱鏡組與棱鏡組相互靠近的面上，經(jīng)反射后光線透過鏡頭500，經(jīng)濾光組件501透射后入射到投影區(qū)域700；經(jīng)投影區(qū)域700反射的紅外光再透過第一波片502，入射到濾光組件501與投影區(qū)域700相對應(yīng)的面上，并反射50％的紅外光入射到攝像模塊600。

本實施例通過濾光組件501將投影模塊和攝像模塊集成一個模組，從而簡化的系統(tǒng)，通過合光系統(tǒng)的光路整合作用，將led光源單元300出射的led光源和紅外光源系統(tǒng)200出射的紅外光源進(jìn)行合光，入射到投影區(qū)域700，實現(xiàn)紅外光源來照射屏幕；同時，投影區(qū)域700再將入射其上的紅外光光源通過濾光組件501的反射入射到攝像模塊600以實現(xiàn)拍攝屏幕紅外影像；這樣本發(fā)明實施例通過不單獨外設(shè)紅外裝置，來實現(xiàn)人機(jī)交互操作，免去了反復(fù)校正紅外光的操作。

實施例二

如圖5所示為本實施例的紅外投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例一的不同之處在于，本實施例中所述濾光單元設(shè)置為濾光棱鏡組件503來替代濾光組件501，所述的濾光棱鏡組件503由兩個直角棱鏡粘合而成，濾光棱鏡組件503的粘合面位于鏡頭500的出射光路前方且與鏡頭500出光面成45度，此濾光棱鏡組件503可以為pbs(polarizationbeamsplitter)棱鏡，也可在直角棱鏡粘合處510鍍有可透射可見光并二次反射投影區(qū)域反射來的紅外光的濾光膜或鍍有對紅外光有偏振作用的偏振膜。其中，所述濾光棱鏡組件503前設(shè)置有用以提高紅外光的利用率的第二波片511，所述第二波片511位于濾光棱鏡組件503的出射光路的前方，膠合在濾光棱鏡組件503靠近投影區(qū)域的一面，與鏡頭500的中心軸線垂直，用以提高紅外光的利用率。

實施例三

如圖6、圖7所示為本實施例紅外投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例與實施例一的區(qū)別在于，如圖6的投影模塊601完全保留了實施例一中的投影模塊結(jié)構(gòu)，但如圖7所示將攝像模塊602外設(shè)，從而省去實施例一中的濾光組件501和第一波片502，依舊保留投影區(qū)域701。通過投影區(qū)域701反射的光線可以直接入射到攝像模塊602，不需要再經(jīng)過過濾光組件501和第一波片502的反射和過濾，結(jié)構(gòu)更加簡單。

以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定發(fā)明的具體實施僅限于這些說明。對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，可以做出簡單的推演及替換，都應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。