一种投影系统的光路修正方法及投影系统与流程

本发明涉及投影
技术领域：
，尤指一种投影系统的光路修正方法及投影系统。
背景技术：
：投影系统在进行图像显示时，仅需要通过视频电缆将生成模拟信号输入投影系统，即可以将图像投影在屏幕上进行显示。由于其便利性在显示领域应用十分广泛。而投影系统中的光学引擎对最终显示画面的效果起到至关重要的作用，光学引擎所出现的微小偏差可能会造成多种显示问题。例如，对于投影系统而言会出现“温飘”现象。光线经过镜片时会产生一定热量，由于各个镜片的材质、直径、厚度等都不尽相同，其受热后所发生的变化也有所差异，这种变化会最终体现在对光线的折射率等方面。由于温度变化而导致的光学引擎中镜片的折射率发生变化，使得投射出的光线与最初设计光线有所差异，最终影响到投影画面使其解析度等变差等的现象称为“温飘”现象。投影系统的“温飘”现象大部分是由光学引擎中的镜片变形后引起的。光学引擎中通常存在多个光学镜片，光线通过这些镜片的时候，会产生一部分热量，而这部分热量则可能会引起镜片体积、面型上的变化，从而导致镜片的折射率发生改变，最终使得实际投射光线与原设计光线发生变化而造成显示画质变差。出现温飘问题后，通常的做法是反复调整镜片间的间距，使之符合预设光路设计(比如在设计时提前考虑设备实际工作时透镜可能会发生的形变情况，从而提前适当调整相关镜片的间距参数)，而在实际设计时可提前调整的间距参数都是固定的，这种方法只能是减小某一固定条件下(例如在某个确定的环境温度下使用时)设备温飘的程度，且一旦确定后无法根据实际情况再次调整。但设备实际运行时，因为环境温度变化等原因，各个镜片的温度分布会非常复杂且不会维持一个固定的数值，因此并不能完全消除温飘问题，并调整手段较被动。此外，还可以对升温较快，影响温漂较明显的镜片进行定向散热来消除温飘现象，但这种方法的实施难度很大，当镜片是密封式设计时，效果也极为有限。技术实现要素：本发明实施例提供一种投影系统的光路修正方法及投影系统，用以消除由于光学引擎的温度变化而造成的温飘现象。第一方面，本发明实施例提供一种投影系统的光路修正方法，包括：在所述投影系统的光学引擎的光路偏离原设计光路时，检测所述光学引擎中的第一镜片的当前温度；根据所述第一镜片的当前温度以及预先确定的各镜片的温度关系数据，将位于所述第一镜片两侧的至少一个第二镜片加热至预先确定的温度，以使所述光学引擎出射时的光路与原设计光路一致。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述方法中，所述第一镜片为对所述光学引擎的光路影响最大的镜片。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述方法中，所述各镜片的温度关系数据采用以下方式确定：在同一工作温度下当所述光学引擎的光路偏离原设计光路时，记录所述第一镜片的当前温度；对所述第二镜片进行加热，使所述光学引擎出射时的光路与原设计光路保持一致，记录各被加热镜片的当前温度，以得到该工作温度下各镜片的温度值与温度对应关系；获取多个工作温度下各镜片的温度值与温度对应关系，以得到所述各镜片的温度关系数据。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述方法中，所述光学引擎中对光路影响最大的镜片采用以下方式确定：将所述光学引擎中尺寸最小的镜片确定为所述光学引擎中对光路影响最大的镜片。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述方法中，所述第二镜片为在光路中位于所述第一镜片之前和/或之后的至少一个镜片。第二方面，本发明实施例提供一种投影系统，包括：光学引擎、加热单元、温度检测单元以及分别与所述加热单元和所述温度检测单元相连接的控制单元；其中，所述加热单元，用于对所述光学引擎中的第一镜片两侧的至少一个第二镜片进行加热；所述温度检测单元，用于实时检测被加热镜片的温度；所述控制单元，用于根据所述温度检测单元所检测的温度控制所述加热单元的加热功率，以使被加热镜片的温度达到预先确定的温度。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，所述第一镜片为所述光学引擎中对所述光学引擎的光路影响最大的镜片。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，所述加热单元与所述光学引擎中的各镜片一一对应。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，还包括：位于所述投影系统成像位置处的光路测试单元；所述光路测试单元，用于测试所述投影系统的成像，以确定所述光学引擎的光路是否偏离原设计光路。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，所述光路测试单元为画面检测图卡。在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，还包括：与所述控制单元相连接的温度关系数据存储单元，用于存储多个工作温度下被加热镜片需达到的温度以及各镜片的温度对应关系。本发明有益效果如下：本发明实施例提供的投影系统的光路修正方法及投影系统，通过在投影系统的光学引擎的光路偏离原设计光路时，检测光学引擎中的第一镜片的当前温度；根据第一镜片的当前温度以及预先确定的各镜片的温度关系数据，将位于第一镜片两侧的至少一个第二镜片加热至预先确定的温度，以使光学引擎出射时的光路与原设计光路一致。根据光学引擎中的第一镜片的当前工作温度，加热位于第一镜片两侧的第二镜片至预先确定的温度，从而抵消使光学引擎的光路偏离原设计光路所带来的影响，消除由于镜片的温度变化而造成的温飘现象。附图说明图1为本发明实施例提供的投影系统的光路修正方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的投影系统的温度关系数据的确定方式的流程示意图；图3为本发明实施例提供的加热镜片的光路图；图4为本发明实施例提供的待加热镜片的示意图；图5为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一；图6为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二。具体实施方式本发明实施例提供一种投影系统的光路修正方法及投影系统，用以消除由于温度变化而造成的温飘现象。为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的投影系统的光路修正方法及投影系统。如图1所示，本发明实施例提供的投影系统的光路修正方法，包括：s101、在投影系统的光学引擎的光路偏离原设计光路时，检测光学引擎中的第一镜片的当前温度；s102、根据第一镜片的当前温度以及预先确定的各镜片的温度关系数据，将位于第一镜片两侧的至少一个第二镜片加热至预先确定的温度，以使光学引擎出射时的光路与原设计光路一致。在实际应用中，光学引擎温度导致的温飘现象通常是光学引擎中的镜片在受到光源照射后温度上升，使得镜片体积、面型上的变化最终导致镜片的折射率发生改变而引起的。而镜片这种由于温度增加而导致的折射率变化，可以采用对其两侧的镜片的光学参数进行改变的方式，对上述镜片的折射率变化而引起的光路偏移进行补偿。在本发明实施例提供的上述光路修正方法中，预先确定存储各镜片的温度关系数据，该温度关系数据为在各工作温度下，第一镜片以及第二镜片的温度以及对应关系，且第一镜片以及第一镜片在维持各工作温度下的各温度值，则可以消除温标现象，使光学引擎的光路不会发生偏离。那么在光学引擎中的第一镜片受温度影响发生光学参数的变化时，可以将该镜片两侧的至少一个第二镜片加热到预先确定的温度，由此可以对第一镜片对光路的影响进行补偿，最终使得光学引擎的光路与原设计光路一致，从而不会影响投影系统的正常工作。进一步地，在本发明实施例提供的上述光路修正方法中，将对光学引擎的光路影响最大的镜片确定为上述第一镜片。在实际应用中可通过光学仿真软件进行仿真模拟以确定光学引擎中对光路影响最大的镜片，例如，可依次改变光学引擎中各镜片的外形尺寸参数，监测变化参数之后的光路与原设计光路之间的差别，在改变某一镜片的外形尺寸参数后使得光路变化达到最大时，可初步确定该镜片为光学引擎中对光路影响最大的镜片。另外，还可以在产品开发阶段对实际投影系统的机样进行测试，亦可确定出对光路影响最大的镜片。在确定了对光中影响最大的镜片之后，可将该镜片在光路中位于其之前或之后的至少一个镜片确定为上述第二镜片。第二镜片可相邻于上述对光路影响最大的镜片，且在将第二镜片加热至预先确定好的温度下可以抵消由上述对光路影响最大的镜片对光路的影响，以使进行加热处理后的光学引擎最终出射的光路与原设计光路一致。需要说明的是，在进行光学仿真时可能会出现不只一个镜片对光路影响都较大的情况，此时可选择其中一个作为上述对光路影响最大的镜片即可。在具体实施时，在本发明实施例提供的上述光路修正方法中，各镜片的温度关系数据采用以下如图2所示的方式确定，具体包括：s201、在同一工作温度下当光学引擎的光路偏离原设计光路时，记录第一镜片的当前温度；s202、对第二镜片进行加热，使光学引擎出射时的光路与原设计光路保持一致，记录各被加热镜片的当前温度，以得到该工作温度下各镜片的温度值与温度对应关系；s203、获取多个工作温度下各镜片的温度值与温度对应关系，以得到各镜片的温度关系数据。具体来说，由于不同的工作温度下光学引擎所产生的温飘程度并不相同，而本发明实施例提供的上述方法是通过温度的调节以消除温飘现象，因此针对不同的工作温度进行温度数据的获取。工作温度通常指投影系统所处环境的温度，例如可分别对工作温度为20℃、22℃和25℃三个温度下获取上述第一镜片以及第二镜片等的温度。下面以其中任意一个工作温度下的温度数据获取为例进行说明，其它工作温度下的温度数据步骤均相同。在通过上述方法确定出对光学引擎的光路影响最大的第一镜片(以下均以镜片a代替)以及位于第一镜片两侧的至少一个第二镜片(以下均以镜片b代替)之后，在某一室温条件t1下，光学引擎头处于工作状态一段时间之后，如图3所示，由于镜片a经过光照后发生一定的形变成为如图3.中的a’，导致光线在经过a’后在原设计光路的基础上有一定的偏离，如图3所示，原设计光路为a，偏离后的光路为a’，此时记录下该工作温度下的镜片a的温度ta1。对镜片b逐渐升温加热，使得镜片b亦产生一定的形变，与此同时监测光学引擎的光路。在对镜片b加热到某一温度tb1使其产生的形变为图3中的b’时，光线在经过a’和b’之后的光路与原设计光路再一次重合，如图3所示。此时，记录下镜片b的当前加热所达到的温度tb1，从而可以得到在该工作温度t1下，镜片a和镜片b的温度数据，即ta1和tb1，从而也获得了该工作温度下镜片a与镜片b的温度对应关系。采用上述相同的方法可以得到其它工作温度，如t2、t3、t4温度下，对应的镜片a的温度数据ta2、ta3和ta4，以及对应的镜片b的温度数据tb2、tb3和tb4。在实际应用时，可在工作温度为t1时，将镜片b的温度加热至tb1，即可消除温飘现象；在工作温度为t3时，将镜片b的温度加热至tb3消除温飘现象。其中，镜片b可为镜片a在光路中位于其之前的镜片，也可为位于其之后的镜片。在镜片b为位于镜片a之前的镜片时，通过加热前方的镜片b，使镜片b发生形变到合适的程度，对进入镜片a的光路提前进行改变，恰好使光线通过已经发生形变的镜片a后的方向和状态，与原来未发生形变时的设计光路相重合(或非常近似)，从而抵消镜片a形变对于光路的影响。同样地，在镜片b为位于镜片a之后的镜片时，通过加热后方的镜片b，使光路通过形变后的镜片a发生改变之后，通过形变后的镜片b再发生一次形变，使两次的形变相互抵消，最终光路仍按照最初设计状态照射出光学引擎即可。此外，由于上述第二镜片为在光路中位于第一镜片之前的至少一个镜片和/或之后的至少一个镜片。那么在第二镜片为两个以上的情况下，在确定各第二镜片的温度数据时，需要同时对各第二镜片进行加热，并不断调节其加热温度，待光学引擎出射时的光路与原设计光路一致(亦可以为在观看光学引擎的成像现在发生温飘现象)时，将各镜片当前温度确定为在此时的工作温度条件下各镜片的温度数据。由此可以得到m个不同工作温度下的n个镜片温度数据如下表所示：工作温度镜片s1温度镜片s2温度…镜片sn温度t1ts11ts21…tsn1t2ts12ts22…tsn2……………tmts1mts2m…tsnm其中，镜片s1为上述的第一镜片，可为对光学引擎光路影响最大的镜片；镜片s2-镜片sn为上述第二镜片，即需要对其温度进行调整的镜片，且n为大于2的整数。在温度数据获取的过程中，还可以记录上述镜片在加热达到表格中的温度时所采用的加热功率，从而在后续应用过程中，在确定了工作温度之后，可直接相应镜片调整至对应的加热功率即可。将上述得到的数据存储到存储设备中，作为预先确定的温度关系数据在实际应用时直接调用。具体地，以上述的温度关系数据的表格为例，若镜片s1为对光路影响最大的第一镜片，镜片s2和镜片s3为此次需要进行加热的第二镜片。根据本发明实施例提供的上述方法，可先检测镜片s1的当前温度，或者可以检测当前的工作温度，经过温度关系数据查表可以找到镜片s2和镜片s3需要加热达到的温度，那么分别将镜片s2和镜片s3加热至对应的温度即可消除温飘。由上述说明可知，在记录温度关系数据时亦获取了各镜片的加热功率等数据，因此，分别控制镜片s2和镜片s3所对应的加热设备加热至对应的加热功率，使镜片s2和镜片s3达到的预设的温度值并产生一定的热膨胀，从而抵消镜片s1产生的形变对原设计光路所产生的影响。此外，在实际应用时，将光学引擎中尺寸最小的镜片确定为镜头中对光路影响最大的镜片。由于光学引擎中各个镜片的材质、尺寸等不尽相同，也会导致在温度变化时其变形量各不相同。理论上相同材质尺寸越小的镜片，同等光能量通过时产生的热量会比较集中，受热后发生的形变对光路影响也会较大，因此，通常将光学引擎中尺寸最小的镜片确定为镜头中对光中影响最大的镜片。而在通常情况下，由于光学引擎中的镜片变形后比较容易引起温飘，每个镜片发热产生形变后对于温飘的影响程度不同。如图4所示，镜片p1、p2、p3、p4都会对温飘产生一定影响，通过光学仿真或者是实际样机测试才能得出对温飘影响最大的镜片。例如镜片p3为对温飘影响最大，即对光路影响最大的第一镜片，镜片p2和p4分别位于镜片p3的前方和后方(按照光路方向)，加热镜片p2的目的是为了提前改变进入镜片p3的光路，从而抵消一部分镜片p3的变形对光路产生的影响；而加热镜片p4的目的是为了将镜片p3变形后已经对光路产生的影响进行矫正。由此也可以看出，上述进行加热的第二镜片不一定是紧邻镜片p3的镜片，只要其在光路方向位于镜片p3的前后位置，可以对镜片p3变形后对光路的影响进行修正使得光路最终仍按照最初设计状态出射即可。例如，在图4中镜片p2为对光路影响最大的镜片时，则虚线框内部的镜片都可以作为位于镜片p2前方的待加热镜片。本发明实施例提供的上述投影系统的光路修正方法，根据光学引擎中的第一镜片的当前工作温度，加热位于第一镜片两侧的第二镜片至预先确定的温度，从而抵消使光学引擎的光路偏离原设计光路所带来的影响，消除由于镜片的温度变化而造成的温飘现象。基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种投影系统，如图5所示，本发明实施例提供的投影系统，包括：光学引擎10、加热单元12、温度检测单元13，以及分别与加热单元12和温度检测单元13相连接的控制单元14。加热单元12，用于对光学引擎中的第一镜片11两侧的至少一个第二镜片进行加热；温度检测单元13，用于实时检测被加热镜片的温度；控制单元14，用于根据温度检测单元13所检测的温度控制加热单元12的加热功率，以使被加热镜片的温度达到预先确定的温度。在实际应用中，光源的发射光经过光学引擎成像，由投影屏幕进行接收，观看者通过观看投影屏幕看到显示画面。而光线在通过光学引擎时，光学引擎中的各镜片在受到光照之后其温度都会发生改变，通常情况下会造成镜片的膨胀，此时变形的镜片的面型、曲率、厚度等参数都会发生变化，使得光线通过变形的镜片后的折射方向偏离原设计方向，造成投影屏幕接收到的成像的解析度变差不再是清晰的像，即发生了温飘现象。有鉴于此，本发明针对上述现象对光学引擎中的各个镜片进行前期实验检测。例如，可以将光学引擎中的各镜片的参数录入光学仿真软件追踪光路，在温度不断变化的前提下可以确定出各镜片中对光路影响最大的镜片。此时，可在不同的工作温度下测量该镜片所达到的温度，从而通过不断改变位于该镜片之前和/或之后的镜片的温度，使得光学引擎在光线出射时的光路与原设计光路基本一致。由此可以确定出位于上述第一镜片之前和/或之后的第二镜片所需要加热达到的温度，在这些镜片对应加热到确定好的温度时，光学引擎将不再发生温飘现象。因此，在本发明实施例提供的上述投影系统中，设置加热单元12和温度检测单元13，再将各加热单元12和各温度检测单元13分别连接至控制单元14。在确定出光学引擎中第一镜片的当前温度之后，可利用控制单元14控制加热单元12对其两侧的至少一个第二镜片进行加热，并实时检测被加热镜片的温度，当被加热镜片的温度还未达到预先确定的温度时，控制单元14控制加热单元12增大加热功率，待被加热镜片的温度达到上述预先确定的温度时，可以使光学引擎出射时的光路与原设计光路一致，即消除光学引擎的温飘现象。在实际应用中，上述的第一镜片11为对光学引擎的光路影响最大的镜片，如上所述，通常为光学引擎中尺寸最小的镜片。加热单元12可设置为与镜片一一对应，从而可实现对镜片的单独加热。通常情况下可采用电加热的方式为对应的镜片进行加热。例如，加热单元12可为在目标加热镜片(即该加热单元12对应的镜片)周围不影响正常光路的位置加入的若干圈电热丝，与对应镜片接触，对电热丝通电后电热丝发热，从而达到给镜片加热的效果。此外，上述的加热单元12还也可以采用电磁加热的方式为对应的镜片进行加热。例如，加热单元12可为在目标加热镜片附近的金属部件位置放置若干线圈，通电后线圈产生的磁场与金属部件产生作用，使金属部件发热，间接达到给对应的镜片加热的目的。金属部件可以是对镜片进行固定支架或其它与镜片相接触的其它导热材料的部件等。进一步地，在本发明实施例提供的上述投影系统中，上述温度检测单元13可为热电偶或红外感应装置等，可将其设置在对应的镜片临近的特定位置处，用于实时监测对应的镜片的温度变化。在具体实施时，在本发明实施例提供的上述投影系统中，如图6所示，还包括：位于投影系统成像位置处的光路测试单元15。光路测试单元15，用于测试投影系统的成像，以确定所述光学引擎的光路是否偏离原设计光路。具体地，光路测试单元15可位于投影系统的成像位置，即位于实际应用中投影屏幕所在位置，以检测投影系统的成像效果。结合光路测试单元15还可以检测出光学引擎中对光路影响最大的上述第一镜片11。例如，依次改变光学引擎中各镜片的温度的同时监测光路测试单元15的测试结果，检测到成像清晰度变化最大时，光路偏离原设计光路的程度较大，此时所对应镜片即为对光学引擎的光路影响最大的镜片。在实际应用中，本发明实施例提供的上述光路测试单元15可为画面检测图卡。或者，在使用光学仿真软件确定对光学引擎光路影响最大的镜片时，该光路测试单元15也可为仿真软件中的具有光路仿真功能的模块，在此不做限定。除此之外，在本发明实施例提供的上述投影系统中，如图6所示，还包括：与控制单元14相连接的温度关系数据存储单元16。温度关系数据存储单元16，用于存储多个工作温度下被加热镜片需达到的温度以及各镜片的温度对应关系。如上所述，在确定了不同的工作温度下光学引擎中的各镜片被加热到预先确定好的温度下可以消除温飘，则这些通过实验确定出来的温度及其在各工作温度下的对应关系即可存储在上述温度关系数据存储单元16中，以使控制单元14在通过温度检测单元13检测到各镜片的当前温度时，调用温度关系数据，将相应的镜片加热至预设的温度来消除光学引擎的温飘现象。本发明实施例提供的上述投影系统可为激光投影系统，具体可应用于前投系统或背投系统。除上述的光学引擎部分以外，还包括光源及投影屏幕等部件。在具体实施时，信号源将信息通过控制电路的调制输入到光学引擎中，由光学引擎将光源的光与显示信号相结合后输出至投影镜头，再由投影屏幕接收光学引擎的成像，以供观看者观看。本发明实施例提供的上述投影系统可以根据光学引擎的工作温度，加热光学引擎中对光路影响最大的第一镜片两侧的第二镜片至预先确定的温度，从而消除使光学引擎的光路偏离，消除由于镜头温度变化而造成的温飘现象。本发明实施例提供的投影系统的光路修正方法及投影系统，通过在投影系统的光学引擎的光路偏离原设计光路时，检测光学引擎中的第一镜片的当前温度；根据第一镜片的当前温度以及预先确定的各镜片的温度关系数据，将位于第一镜片两侧的至少一个第二镜片加热至预先确定的温度，以使光学引擎出射时的光路与原设计光路一致。根据光学引擎中的第一镜片的当前工作温度，加热位于第一镜片两侧的第二镜片至预先确定的温度，从而抵消使光学引擎的光路偏离原设计光路所带来的影响，消除由于镜片的温度变化而造成的温飘现象。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12