一种红外投影系统的制作方法

本发明涉及投影显示技术及人机交互领域，特别涉及一种红外投影系统。

背景技术：

目前的微型投影光机大部分采用美国德州仪器公司的dlp技术，其主要图像和光线控制器件一般称为dmd光调制器。它是一种反射率极高的微型反射镜阵列，需要配合照明光学系统和投影光学系统将通常使用的rgb三原色构成的画面转换成我们人眼易见的投影画面。其中常用的将照明光学系统和投影光学系统组合在一起的方法是使用一具有透镜表面的全内反射元件。

目前常见的人机交互实现方案为，使用普通白炽灯光源投影机来投影图像，另外设置红外光源来照射屏幕，设置红外摄像机来拍摄屏幕红外影像，以此捕捉使用者在屏幕上手指的动作，以实现人机交互。但这种方式整个系统过于复杂，使用过程中需要调试红外光源，反复进行校正，而且白炽灯的光源亮度远远达不到所需。

结合以上将红外光源和投影光源结合，将投影装置和摄像装置集为一体，不仅可以简化系统，使操作简便更能使投影亮度达到一定要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种将投影画面和红外光整合在一起且投影装置和摄像装置为一个模组的投影系统，简化了交互系统的结构组成，使操作更简便。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种红外投影系统，包括：用于产生交互图像和红外光投影模块；用于时序性的获取投影模块投射出的交互图像和红外光的摄像模块；以及用于投射交互图像和红外光的投影区域；其中，所述投影模块包括：led光源单元；红外光源单元；用于将led光源单元和红外光源单元发射的光源进行合光的合光单元；用于产生投影图像的图像显示单元；和用于接收来自图像显示单元经合光单元反射的图像的镜头；其中，所述合光单元包括用于对led光源单元和红外光源单元发射的光源进行透射和反射并入射到图像显示单元汇合的棱镜组和透镜组。

优选地，所述的红外光源单元和所述led光源单元分别位于所述合光单元的不同侧，所述led光源单元的光经过透镜组的反射和棱镜组的透射到达图像显示单元，红外光源单元的红外光依次透射透镜组和棱镜组到达图像显示单元。

优选地，所述棱镜组与透镜组之间设置有空隙，相互靠近的面为平面。

优选地，所述的棱镜组包括一个或多个棱镜。

优选地，所述的透镜组包括一个或多个透镜。

优选地，所述的透镜组包括多个透镜，多个透镜之间可胶合也可不胶合。

优选地，所述的所述的投影模块和摄像模块为一个模组，所述镜头的出射光路前设有滤光单元，所述滤光单元设置为可完全透射可见光和红外光并反射50％的红外光，所述摄像模块位于滤光单元反射红外光的出光方向。

优选地，所述的滤光单元前设置有用以提高红外光利用率的波片，所述波片位于滤光单元的出射光路的前方，且与镜头的中心轴线垂直。

优选地，所述的滤光单元设置为滤光组件，所述滤光组件位于镜头的出射光路前方且与镜头出光面成45度；所述波片设置为第一波片，所述第一波片位于滤光组件的出射光路前方，与镜头的中心轴线垂直。

优选地，所述的滤光单元设置为滤光棱镜组件，所述滤光棱镜组件包括两个直角棱镜粘合而成，所述滤光棱镜组件的粘合面位于镜头的出射光路前方且与镜头出光面成45度；其中，所述所述波片设置为第二波片，所述第二波片位于滤光棱镜组件的出射光路的前方，胶合在滤光棱镜组件靠近投影区域的一面，与镜头的中心轴线垂直。

本发明的有益效果为：通过投影模块和摄像模块来实现交互投影，其中通过滤光元件将投影模块和摄像模块集成一个模组，从而简化的系统，通过合光系统的光路整合作用，将led光源和红外光源进行合光，以实现不外设红外装置，来实现人机交互操作，免去了反复校正红外光的操作。

附图说明

图1是本发明实施例一红外投影系统结构示意图；

图2是本发明实施例一合光单元第一种方案结构示意图；

图3是本发明实施例一合光单元第二种方案结构示意图；

图4是本发明实施例一合光单元第三种方案结构示意图；

图5是本发明实施例二的红外投影系统结构示意图；

图6、图7为本发明实施例三的红外投影结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例一

如图1所示为本发明红外投影系统结构示意图，包括用于产生交互图像和红外光的投影模块、用于时序性的获取投影模块投射出的交互图像和红外光的摄像模块600和用于投射交互图像和红外光的投影区域700，此实施例的投影模块和摄像模块600为一个模组，即指各部件封装在一个整体内。其中，投影模块包括：产生rgb三原色的led光源单元300、产生红外光的红外光源单元200、用于将led光源单元300和红外光源单元200发射的光源进行合光的合光单元100、产生投影图像的图像显示单元400和用于接收经合光单元100反射图像的镜头500。其中，所述合光单元100包括用于对led光源单元和红外光源单元发射的光源进行透射和反射并进行汇合的棱镜组和透镜组。

其中，本发明实施例中，所述红外光源单元200和led光源单元300分别位于合光单元100不同侧，其中合光单元100包括：棱镜组和透镜组(图中未标示)。led光源单元300的出射光经过透镜组和棱镜组的的反射(可以是两次也可以是更多次)或透射到达图像显示单元400，红外光源系统200出射的红外光依次透射透镜组和棱镜组到达图像显示单元400。

其中，本发明实施例中，所述棱镜组与透镜组之间设置有空隙，相互靠近的面为平面。

所述的所述的投影模块和摄像模块为一个模组，所述镜头500的出射光路前设有滤光单元，所述滤光单元设置为可完全透射可见光和红外光并反射红外光，比如，反射50％的红外光，所述摄像模块600位于滤光单元反射红外光的出光方向。

其中，本发明实施例中，所述滤光单元设置为滤光组件501，所述滤光组件501位于镜头500的出射光路前方且与镜头500出光面成45度，可完全透射可见光和红外光并反射50％的红外光。

其中，所述滤光单元前设置有用以提高红外光的利用率波片，本发明实施例中，所述波片设置为第一波片502，所述第一波片502位于滤光组件501的出射光路前方与镜头500的中心轴线垂直，用以提高红外光的利用率。

其中，滤光组件501可以为透50％红外光的滤光片也可为针对红外光的偏振片，第一波片502为1/4波片(四分之一波片)。

其中，led光源系统300，包括：作为光源的rgb三原色的led灯，即红光led光源、绿光led光源和蓝光led光源，准直透镜组，分光镜组，中继透镜组，复眼透镜或光棒。

其中，红外光源单元200，包括：波长在800到1000的红外光光源、准直透镜组、复眼透镜或光棒和中继透镜。

其中，图像显示单元400主要为光线调制器件，例如dmd芯片。

其中，本发明实施例中，所述的棱镜组包括一个或多个棱镜。所述的透镜组包括一个或多个透镜。

所述的合光单元还可以设置成如图2所示的合光单元106，其中，棱镜组设置为直角棱镜101，所述直角棱镜的三个面都为平面，其中两个面的夹角为90度；透镜组包括第一棱镜105、第一自由曲面透镜107和第二自由曲面透镜108，其中第一棱镜105的三个面都设置为平面，第一自由曲面透镜107和第二自由曲面透镜108各有一个面为平面，其他面均为曲面；其中，第一自由曲面透镜107的平面与第一棱镜105的第一个面相互靠近，且设置一定的间隙，第二自由曲面透镜108的平面与第一棱镜105的第二面胶合；其中直角棱镜101的斜边所在的面与第一棱镜105的第三个面相互靠近且设置一定的间隙。

其中，本发明实施例中，所述的合光单元还可以设置成如图3所示的合光单元103，棱镜组包括直角棱镜101和第二棱镜104，直角棱镜101和第二棱镜104胶合，透镜组为第一透镜102。所述直角棱镜101的三个面都为平面，其中两个面的夹角为90度；其中第二棱镜104为三个面都为平面的棱镜，其中一个面与直角棱镜101斜边所在的面胶合。所述第一透镜102设置为只有一个面为平面，其余面为曲面的棱镜，其中第一透镜102的平面与第二棱镜104的一个面相互靠近，且互相设置一定的间隙。

其中，本发明实施例中，所述的合光单元还可以设置成如图4所示的合光单元109，棱镜组为直角棱镜101，透镜组为第一透镜102。其中，所述直角棱镜101的三个面都为平面，两个面的夹角可以设置为90度；所述第一透镜102设置为只有靠近直角棱镜101的一个面为平面，其余面为曲面的棱镜，其中第一透镜102的平面与直角棱镜101的斜边所在的平面相互靠近，且为了获得较好的折射率，第一透镜102的平面与直角棱镜101的斜边所在的平面之间设置有一定的间隙，且设置一定的间隙。

本发明的实施例一中，图2的合光单元106、图3的合光单元103和图4的合光单元109的结构均可应用在本实施例中作为图1所示的合光单元100的具体实施方式。但是本发明实施例的合光单元不限于上述的结构，只要是能够实现将led光源单元和红外光源单元发射的光源进行透射和反射并进行汇合的棱镜组和透镜组的结构均在本发明实施例的范围之内。其中，所述的棱镜组可以包括一个或多个棱镜；所述的透镜组包括一个或多个透镜，多个透镜之间可胶合，也可不胶合，只要满足相互靠近，且相互之间保持一定的间隙即可。

本发明实施例中，led光源单元300的出射光经过透镜组的两次反射到达图像显示单元400，红外光源系统200出射的红外光依次透射透镜组和棱镜组到达图像显示单元400，led光源单元300的出射光与红外光源系统200出射光经图像显示单元400反射汇合，汇合后的可见光和红外光出射到棱镜组与棱镜组相互靠近的面上，经反射后光线透过镜头500，经滤光组件501透射后入射到投影区域700；经投影区域700反射的红外光再透过第一波片502，入射到滤光组件501与投影区域700相对应的面上，并反射50％的红外光入射到摄像模块600。

本实施例通过滤光组件501将投影模块和摄像模块集成一个模组，从而简化的系统，通过合光系统的光路整合作用，将led光源单元300出射的led光源和红外光源系统200出射的红外光源进行合光，入射到投影区域700，实现红外光源来照射屏幕；同时，投影区域700再将入射其上的红外光光源通过滤光组件501的反射入射到摄像模块600以实现拍摄屏幕红外影像；这样本发明实施例通过不单独外设红外装置，来实现人机交互操作，免去了反复校正红外光的操作。

实施例二

如图5所示为本实施例的红外投影系统结构示意图，与实施例一的不同之处在于，本实施例中所述滤光单元设置为滤光棱镜组件503来替代滤光组件501，所述的滤光棱镜组件503由两个直角棱镜粘合而成，滤光棱镜组件503的粘合面位于镜头500的出射光路前方且与镜头500出光面成45度，此滤光棱镜组件503可以为pbs(polarizationbeamsplitter)棱镜，也可在直角棱镜粘合处510镀有可透射可见光并二次反射投影区域反射来的红外光的滤光膜或镀有对红外光有偏振作用的偏振膜。其中，所述滤光棱镜组件503前设置有用以提高红外光的利用率的第二波片511，所述第二波片511位于滤光棱镜组件503的出射光路的前方，胶合在滤光棱镜组件503靠近投影区域的一面，与镜头500的中心轴线垂直，用以提高红外光的利用率。

实施例三

如图6、图7所示为本实施例红外投影系统结构示意图，本实施例与实施例一的区别在于，如图6的投影模块601完全保留了实施例一中的投影模块结构，但如图7所示将摄像模块602外设，从而省去实施例一中的滤光组件501和第一波片502，依旧保留投影区域701。通过投影区域701反射的光线可以直接入射到摄像模块602，不需要再经过过滤光组件501和第一波片502的反射和过滤，结构更加简单。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出简单的推演及替换，都应该视为本发明的保护范围。