一种互动投影光学系统及其工作方法

一种互动投影光学系统及其工作方法
【专利摘要】本发明公开一种互动投影光学系统及其工作方法，该系统集成一与其共用投影光学引擎光路的红外照明装置，实现红外照明区域与投影显示区域完全重合，可以避免不同投影距离下红外照明与投影画面的错区问题，同时在较低成本情况下实现三基色光源与红外光源光功率的高效利用；并且对于互动投影产品的应用，只需要选择适当的红外摄像装置，不需要另外考虑红外照明装置的匹配与调校。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及互动投影领域，尤其涉及一种互动投影光学系统及其工作方法。 一种互动投影光学系统及其工作方法

【背景技术】
[0002] 在现有技术的互动投影装置中，红外照明装置、投影光学引擎与红外摄像装置是 相互独立的模块，分别装配到投影机整机上，并通过调校使红外照明区域与红外摄像区域 均覆盖投影显示区域。红外摄像装置通过滤光片不对投影显示画面成像，当投影显示区域 出现互动目标（人、教鞭等）时则会散射红外照明光线被红外摄像装置获取。
[0003] 对于红外照明装置、投影光学引擎与红外摄像装置相互独立的互动投影系统，其 红外照明光线与投影光线不同轴，在投影距离较小时，其红外照明区域要做出较大的余量 才能全部覆盖投影区域，如图1所示。另外，由于通常投影装置都是离轴投影，如果红外照 明装置的光利用效率要达到较高的水平，即红外照明区域均匀而尽量小余量的覆盖投影显 示区域，则需要较为复杂光路结构才能实现。


【发明内容】

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术非同轴红外照明情况下出现错区的 缺陷，提供一种可以避免不同投影距离下红外照明与投影画面的错区问题的互动投影光学 系统及其工作方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种互动投影光学系统，集成 一红外照明装置，所述红外照明装置与所述投影光学系统共用投影光学引擎光路；所述互 动投影光学系统具体包括三基色光源及其照明光路；红外光源及其照明光路；光阀；复眼 匀光整形照明光路；照明成像分光组合棱镜；三片二向色镀膜玻璃片以及离轴投影成像镜 头；其中：
[0006] 所述复眼匀光整形照明光路由汇聚透镜组和复眼透镜组合所形成的光路，用于将 进入所述复眼透镜的圆形不均匀光斑转换为光阀处的矩形均匀光斑；
[0007] 所述二向色镀膜玻璃片，用于将三基色照明光路以及红外照明光路重叠，形成在 光阀处的同轴均匀矩形照明光斑；
[0008] 所述照明成像分光组合棱镜，用于分离照明光路与成像光路；
[0009] 所述离轴投影成像镜头，用于将投影屏幕上的红外照明光与可见光的投影画面重 合。
[0010] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述光阀为数字微镜芯片、硅基液晶芯片 或液晶显示面板。
[0011] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述照明成像分光组合棱镜为小气隙全反 射粘合棱镜组或偏振分光棱镜。
[0012] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述三基色光源分别为红光面光源、绿光 面光源以及蓝光面光源。
[0013] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述三基色光源和所述红外光源均为LED 光源。
[0014] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述汇聚透镜组由多个透镜组成。
[0015] 在本发明所述的互动投影光学系统中，所述复眼透镜为阵列透镜。
[0016] 本发明还提供一种互动投影光学系统的工作方法，所述互动投影光学系统为上述 的互动投影光学系统，所述工作方法包括：
[0017] 在预设周期内每显示一帧画面，三基色光源与红外光源分别开启，其中：三基色光 源按预定时序开启时红外光源关闭，光阀配合显示可见光投影画面；红外光源开启时三基 色光源关闭，光阀配合显示全开画。
[0018] 实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：该互动投影光学系统中集成一与其 共用投影光学引擎光路的红外照明装置，实现红外照明区域与投影显示区域完全重合，可 以避免不同投影距离下红外照明与投影画面的错区问题，同时在较低成本情况下实现三基 色光源与红外光源光功率的高效利用；并且对于互动投影产品的应用，只需要选择适当的 红外摄像装置，不需要另外考虑红外照明装置的匹配与调校。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0020] 图1是现有技术在非同轴红外照明情况下出现错区的结构示意图；
[0021] 图2是本发明互动投影光学系统的具体结构示意图；
[0022] 图3是本发明互动投影光学系统中三基色光源与红外光源分别与光阀相互配合 的示意图。

【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0024] 在本发明的实施例中，该互动投影光学系统中集成一红外照明装置，所述红外照 明装置与所述互动投影光学系统共用投影光学引擎光路；实现红外照明区域与投影显示区 域完全重合，可以避免不同投影距离下红外照明与投影画面的错区问题，并且对于互动投 影产品的应用，只需要选择适当的红外摄像装置，不需要另外考虑红外照明装置的匹配与 调校。
[0025] 如图2所示，所述互动投影光学系统具体包括三基色光源及其照明光路；红外光 源及其照明光路；光阀；复眼匀光整形照明光路；照明成像分光组合棱镜；三片二向色镀膜 玻璃片以及离轴投影成像镜头；其中，各个部件具体参数定义如表1所示：
[0026] 表 1
[0027]

【权利要求】
1. 一种互动投影光学系统，其特征在于，集成一红外照明装置，所述红外照明装置与 所述投影光学系统共用投影光学引擎光路；所述互动投影光学系统具体包括三基色光源及 其照明光路；红外光源及其照明光路；光阀；复眼匀光整形照明光路；照明成像分光组合棱 镜；三片二向色镀膜玻璃片以及离轴投影成像镜头；其中： 所述复眼匀光整形照明光路由汇聚透镜组和复眼透镜组合所形成的光路，用于将进入 所述复眼透镜的圆形不均匀光斑转换为光阀处的矩形均匀光斑； 所述二向色镀膜玻璃片，用于将三基色照明光路以及红外照明光路重叠，形成在光阀 处的同轴均匀矩形照明光斑； 所述照明成像分光组合棱镜，用于分离照明光路与成像光路； 所述离轴投影成像镜头，用于将投影屏幕上的红外照明光与可见光的投影画面重合。
2. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述光阀为数字微镜芯片、 娃基液晶芯片或液晶显不面板。
3. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述照明成像分光组合棱 镜为小气隙全反射粘合棱镜组或偏振分光棱镜。
4. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述三基色光源分别为红 光面光源、绿光面光源以及蓝光面光源。
5. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述三基色光源和所述红 外光源均为LED光源。
6. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述汇聚透镜组由多个透 镜组成。
7. 根据权利要求1所述的互动投影光学系统，其特征在于，所述复眼透镜为阵列透镜。
8. -种互动投影光学系统的工作方法，其特征在于，所述DLP互动投影光学系统为上 述1至7任一项所述的互动投影光学系统，所述工作方法包括： 在预设周期内每显示一帧画面，三基色光源与红外光源分别开启，其中：三基色光源按 预定时序开启时红外光源关闭，光阀配合显示可见光投影画面；红外光源开启时三基色光 源关闭，光阀配合显示全开画形成均匀红外照明重叠覆盖投影画面区域。
【文档编号】G03B21/20GK104062838SQ201410322875
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】程炎, 王凡, 王中俭, 朱青 申请人:深圳市安华光电技术有限公司