本发明涉及投影系统，更具体地说，涉及一种带红外光源的投影系统，其中的投影光与红外光均从同一投影物镜射出。
背景技术：
如图1所示，传统投影系统中的核心是投影模组，在投影模组中通常包括投影光源100和投影物镜200，投影光源100发出的光经投影物镜200后作为投影光射出，在屏幕上形成投影平面。为了形成互动的投影系统，还可进一步增设红外监控功能，例如在专利号200820071126.8的中国实用新型专利中，就公开了一种“大屏幕红外监控投影物镜”。其中设置了一个分光元件和一个红外监控模块，外部反射的红外光可进入投影物镜、然后经分光元件传送到红外监控模块，从而实现红外监控、互动。
在现有的各种带红外监控功能的投影系统中，红外光源发出的红外光与投影光源分别经过的是不同的光通道，红外光源均独立于投影物镜，其缺点是不利于制成互动式投影，且独立的红外光源设置起来也比较麻烦。
技术实现要素：
针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决传统投影系统中红外光源均独立于投影物镜，设置麻烦、且不利于制成互动式投影的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带红外光源的投影系统，包括投影模组，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第二镜片组、第一镜片组后作为投影光射出；其中，还包括红外光源，所述红外光源发出的红外光至少经所述第一镜片组后与所述投影光一起射出。
本发明的投影物镜中还可包括第一分光元件，所述系统中还包括与所述第一分光元件连接的红外监控模组，所述红外监控模组包括监控物镜及感应芯片；所述红外光源发出的红外光在被反射回来后至少经过所述第一镜片组、第一分光元件后传送到所述红外监控模组。
本发明的一种优选方案中，所述第一分光元件设于所述第二镜片组与投影光源之间，在所述第一镜片组与第二镜片组之间设有第二分光元件；所述投影光源发出的光依次经所述第一分光元件、第二镜片组、第二分光元件、第一镜片组后作为投影光射出，成像在投影平面上；所述红外光源发出的红外光经所述第二分光元件导入，并经所述第一镜片组后与所述投影光一起射出，并且能够覆盖所述投影平面上的投影图像范围；所述射出的红外光在被反射回来后依次经所述第一镜片组、第二分光元件、第二镜片组、第一分光元件后传送到所述红外监控模组。
本发明的另一种优选方案中，所述第一分光元件设于所述第一镜片组与第二镜片组之间；所述投影光源发出的光依次经所述第二镜片组、第一分光元件、第一镜片组后作为投影光射出，成像在投影平面上；所述红外光源发出的红外光依次经所述第二镜片组、第一分光元件、第一镜片组后与所述投影光一起射出，也成像在所述投影平面上的同一区域；所述射出的红外光在被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。
针对第一分光元件设于所述第一镜片组与第二镜片组之间的情况，可在所述第二镜片组与投影光源之间设第二分光元件；所述投影光源发出的光先经过所述第二分光元件，再依次经所述第二镜片组、第一分光元件、第一镜片组后作为投影光射出，成像在投影平面上；所述红外光源发出的红外光经所述第二分光元件导入，并依次经所述第二镜片组、第一分光元件、第一镜片组后与所述投影光一起射出，并且能够覆盖所述投影平面上的投影图像范围。
针对第一分光元件设于所述第一镜片组与第二镜片组之间的情况，所述投影光源可包括光源合成单元和照明单元，所述光源合成单元包括红色光源、绿色光源、蓝色光源；所述红外光源设于所述光源合成单元中，且与所述红色光源经过相同的光通道之后射出。
在本发明中，所述红外监控模组的光轴过所述第一分光元件后与所述投影物镜的光轴同轴，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满足清晰要求时、所述投影物镜也同步实现聚焦清晰。满足此同步调焦的光路特征为：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第一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第一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第一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，可将所述第一镜片组、第二分光元件、第二镜片组设为可整体前后移动的结构，所述第一分光元件设为固定结构；然后增设用于驱动所述第一镜片组、第二分光元件、以及第二镜片组整体前后移动的调焦装置。
本发明中，还可将所述第一镜片组设为可前后移动的结构，所述第二镜片组和第一分光元件为固定结构；然后增设用于驱动所述第一镜片组前后移动的调焦装置。
本发明中，所述调焦装置可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。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下特点：1、红外光源参与投影模组成像时，在成像面上不仅有可见光图像、还有红外光图像；2、红外光源不参与成像时，至少会经过投影光源通道中的第一镜片组投射出来，并且能够覆盖投影平面上的投影图像范围；3、可通过第一分光元件和红外监控模组获得连续的红外图像；4、设置有调焦装置，可实现自动调焦功能；5、由于整个投影画面都充满了红外光线，很容易实现互动操作功能。
附图说明
图1是传统投影系统的原理图；
图2是本发明优选实施例一中投影系统原理图；
图3是本发明优选实施例二中投影系统原理图；
图4是本发明优选实施例三中投影系统原理图；
图5是本发明优选实施例四中投影系统原理图；
图6是本发明优选实施例五中投影系统原理图；
图7是本发明优选实施例六中投影系统原理图；
图8是本发明一个优选实施例中的调焦工作原理图；
图9是本发明优选实施例七中投影系统原理图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施例一如图2所示，该投影系统的投影模组中包括投影光源100及投影物镜200，该投影系统中还包括红外光源400。
本实施例中，投影光源100包括光源合成单元101和照明单元102，光源合成单元101包括红色光源1011、绿色光源1012、蓝色光源1013，并设置有第三分光元件1014、第四分光元件1015，本实施例中的第三分光元件1014可通过蓝光、反射绿光，第四分光元件1015则可通过蓝光和绿光，反射红光及红外光。红外光源400设于所述光源合成单元101中，且与红色光源101走相同的光通道。经过该光源合成单元101的处理，可将红光、绿光、蓝光、以及红外光组合在一起，再经照明单元102传送到投影物镜200。其中，光源合成单元101还可包括白光光源。
其中，红外光源400可包括LED光源和激光光源；光源合成单元101中的可见光光源为LED光源或激光+LED的混合光源；照明单元包括匀光元件(光棒、复眼等)与光处理器(LCOS芯片与DMD芯片)。
本实施例中，还包括第一分光元件500及与之连接的红外监控模组300；第一分光元件500设于第一镜片组201与第二镜片组202之间。其中，第一分光元件500是两块相互粘接的直角棱镜501，这两个直角棱镜的粘接面501上设有分光膜，其作用是可透射由右向左的可见光，但会半透半反由右向左和由左向右的红外光，使反射回来的红外光的一部分会转移到红外监控模组300。该分光元件500还可以是具有相同功能的分光片。
其中，从投影光源100发出的红光、绿光、蓝光依次经第二镜片组202、第一分光元件500、第一镜片组201后作为投影光射出，成像在投影平面上；从红外光源400发出的红外光也依次经第二镜片组202、第一分光元件500、第一镜片组201后与投影光一起射出，也成像在同一投影平面上；可以看出，这里的可见光与红外光走的是相同的光通道，投射至投影平面后，可见光与红外光的投影图像区域完全相同。射出的红外光在被反射回来后，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，最终由其中的感应芯片301接收并转换为电信号，从而可实现互动监控。
本发明的实施例二如图3所示，它与图2所示实施例一的区别在于光源合成单元101内的光组合顺序，从右至左可以看出，先是绿光，然后再加入蓝光，最后再加入红光和红外光。组合后的红光、绿光、蓝光、红外光均依次经第二镜片组202、第一分光元件500、第一镜片组201后射出。
本发明的实施例三如图4所示，它与图2所示实施例一的区别也在于光源合成单元101内的光组合顺序，从右至左可以看出，先是红光和红外光，然后再加入绿光，最后再加入蓝光。
本发明的实施例四如图5所示，它与图2所示实施例一的区别也在于光源合成单元101内的光组合顺序，从右至左可以看出，先是红光和红外光，然后再加入蓝光，最后再加入绿光。
本发明的实施例五如图6所示，它与图2所示实施例一的区别在于红外光源400设于光源合成单元101外部，具体来说，在第二镜片组202与投影光源100之间设有第二分光元件600，其作用是可通过由右向左的可见光，并导入红外光源400发出的红外光。此时，投影光源100发出的光先经过第二分光元件600，再依次经第二镜片组202、第一分光元件500、第一镜片组201后作为投影光射出，成像在投影平面上；红外光源400发出的红外光经第二分光元件600导入，并依次经第二镜片组202、第一分光元件500、第一镜片组201后与投影光一起射出，并且能够覆盖投影平面上的投影图像范围。射出的红外光在被反射回来后，与实施例一中相同，也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。
在上述实施例中，红外监控模组300的光轴过第一分光元件500后与投影物镜200的光轴同轴，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满足清晰要求时、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：当照明单元102中显示芯片的有效面积大于投影画面在感应芯片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第一分光元件500到显示芯片的光学系统的放大倍率；当照明单元102中显示芯片的有效面积小于投影画面在感应芯片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第一分光元件500到显示芯片的光学系统的放大倍率；当照明单元102中显示芯片的有效面积等于投影画面在感应芯片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第一分光元件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。
本发明的实施例六如图7所示，它与图2所示实施例一的区别在于第一分光元件500、第二分光元件600以及红外光源400的位置均不同，并且第一分光元件500的胶合面501上镀的是透射可见光反射红外光的分光膜，而第二分光元件600上镀的是透射可见光半透半反红外光的分光膜。其中，第一分光元件500设于第二镜片组202与投影光源100之间，第二分光元件600设于第一镜片组201与第二镜片组202之间。此时，投影光源100发出的光依次经第一分光元件500、第二镜片组202、第二分光元件600、第一镜片组201后作为投影光射出，成像在投影平面上；红外光源400发出的红外光经第二分光元件600导入，并经第一镜片组201后与投影光一起射出，并且能够覆盖投影平面上的投影图像范围；射出的红外光在被反射回来后依次经第一镜片组201、第二分光元件600、第二镜片组202、第一分光元件500后传送到红外监控模组300。
本发明的实施例七如图9所示，它与图2所示实施例一的区别在于，红外光是经第五分光元件1016单独引入的。具体实施时，红外光还可从绿光处引入，或者从蓝光处引入，即与绿色或蓝色光源经过相同的光通道引入。
本发明图7所示的实施例中，可将第一镜片组201、第二分光元件600、第二镜片组202设为可整体前后移动的结构，此时第一分光元件500为固定结构；然后可设置用于驱动第一镜片组201、第二分光元件600、以及第二镜片组202整体前后移动的调焦装置。
本发明图2至图6、图9所示的实施例中，可将第一镜片组201设为可前后移动的结构，此时第二镜片组202和第一分光元件500为固定结构；然后可设置用于驱动第一镜片组201前后移动的调焦装置。
具体来说，前述调焦装置可以是手动调焦装置，即通过人眼观察投影出来的图像是否清晰，进而实现调焦。前述调焦装置还可以是自动调焦装置，如图8所示，此时的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7所示的实施例中，调焦马达会驱动第一镜片组201、第二分光元件600、以及第二镜片组202整体前后移动。在图2至图6所示的实施例中，调焦马达会驱动第一镜片组201前后移动。
由上述实施例可以看出，本发明的特点之一是可将红外光源400设于投影光源100的光源合成单元101中，此时红外光源参与了投影系统的成像，投影系统将图像投射到成像面上(包括屏幕、墙体、白纸、玻璃等)之后，成像面上不仅有可见光图像、还有红外光图像。
本发明的特点之二还可将红外光源400设于投影物镜内或投影物镜与投影光源100之间，通过第二分光元件从外部导入投影光源的通道，此时红外光源不参投影系统的成像，红外光源发出的红外光经过投影模组后，能够覆盖整个投影图像的范围。
本发明的特点之三是成像系统中间增加了第一分光元件500，第一分光元件500可以高效率地透射可见光、半透半反红外光，成像面上的红外光反射回来后，第一分光元件500会将部分红外光导向红外监控模组300，到达感应芯片301(例如CMOS芯片)上，从而可以获得连续的红外图像。
本发明的特点之四是设置有调焦装置，从图2至图7所示的实施例可以看出，该投影系统中的第一分光元件500前面(左边)的镜片为活动镜片组，针对这些活动镜片组可设置调焦装置。具体可以是自动调焦装置，通过调焦马达驱动这些活动镜片组前后移动来达到调焦功能，使投影图像调到最清晰；由于红外监控模组的设置位置决定了它会共用这些活动镜片组，当可见光图像不清晰时，监控模组采集到的红外图像也不清晰，此时利用调焦控制电路向调焦马达发出控制信号进行调焦，直到红外图像清晰；又因为可见光图像与红外光图像是同步成像的，所以此时可见光图像也会相应地被调清晰，这样就实现了自动调焦功能。
本发明的特点之五是具有互动功能，由于整个投影画面都充满了红外光线，当人体、手指或其它物体进入到投影区域，红外监控模组上的感应芯片都能采集到有差异的图像，然后利用图像处理系统判断出人体、手指、或其它物体的位置坐标及动作方向，从而实现互动操作。