CN113156753A - 一种投影系统及投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种投影系统及投影仪，该投影系统包括出光模块、匀光模块、光调制模块、数字微镜阵列和投影成像模块。出光模块用于出射投影系统所需的发光光束。匀光模块包括匀光片，匀光片用于对发光光束进行匀光处理，形成匀光光束。光调制模块包括第一调制单元，第一调制单元用于调整匀光光束入射至数字微镜阵列。数字微镜阵列用于反射匀光光束形成反射光束，反射光束携带编码图案。光调制模块还包括第二调制单元，第二调制单元用于反射至少部分反射光束至投影成像模块。投影成像模块用于将反射光束投影至待投影位置。通过设置匀光片用于均匀发光光束，保证投影效果前提下，有效减少投影系统的体积，降低制作成本。

Description

一种投影系统及投影仪

技术领域

本发明实施例涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影系统及投影仪。

背景技术

结构光三维成像技术被广泛应用于精密测量领域，其成像原理是通过投影编码条纹至测量物体表面，采集相机获取受该物体形貌调制后的变形条纹信息，该调制后的条纹包含测量物体的高度信息，从而进一步获取测量物体的三维形貌。

现有技术中结构光三维成像技术的常见结构为双采集相机加一个投影仪组成一个3D相机，工业相机和FA镜头的体积很小，3D相机的整体体积由于投影仪中采用了反光碗、复眼或者匀光棒等多种光学元件进行了光束整形，使得整体结构复杂，尺寸较大，制造成本较高，不利于3D相机的小型化设计、批量以及规模化生产。

发明内容

本发明实施例提供一种投影系统及投影仪，采用匀光片作为匀光组件进行匀光，保证使用效果的前提下，有利于减少系统的体积，降低制造成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种投影系统，包括出光模块、匀光模块、光调制模块、数字微镜阵列和投影成像模块；

所述出光模块用于出射所述投影系统所需的发光光束；

所述匀光模块包括匀光片，所述匀光片位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行匀光处理，形成匀光光束；

所述光调制模块包括第一调制单元，所述第一调制单元位于所述匀光光束的传播路径上，用于调整所述匀光光束入射至所述数字微镜阵列；

所述数字微镜阵列用于反射所述匀光光束形成反射光束，所述反射光束携带编码图案；

所述光调制模块还包括第二调制单元，所述第二调制单元位于所述反射光束的传播路径上，用于反射至少部分所述反射光束至所述投影成像模块；

所述投影成像模块用于将所述反射光束投影至待投影位置。

可选的，所述匀光片包括喷砂玻璃和/或磨砂玻璃。

可选的，所述投影系统还包括准直模块，所述准直模块位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行准直。

可选的，所述准直模块包括弯月透镜和非球面透镜；

所述弯月透镜位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行会聚，形成会聚光束；

所述非球面透镜位于所述会聚光束的传播路径上，用于对所述会聚光束进行准直。

可选的，所述出光模块包括发光二极管、卤素灯、激光光源以及超高压汞灯的至少一种。

可选的，所述出光模块包括蓝光发光二极管。

可选的，所述第一调制单元包括楔形棱镜。

可选的，所述第二调制单元包括直角棱镜，所述直角棱镜用于反射所述反射光束中入射角大于或者等于全反射角的光束，透射所述反射光束中入射角小于全反射角的光束。

可选的，所述投影成像模块包括若干个光学透镜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种投影仪，包括任一项所述的投影系统。

本发明通过一种投影系统及投影仪，该投影系统包括出光模块、匀光模块、光调制模块、数字微镜阵列和投影成像模块。出光模块用于出射投影系统所需的发光光束。匀光模块包括匀光片，匀光片位于发光光束的传播路径上，用于对发光光束进行匀光处理，形成匀光光束。光调制模块包括第一调制单元，第一调制单元位于匀光光束的传播路径上，用于调整匀光光束入射至数字微镜阵列。数字微镜阵列用于反射匀光光束形成反射光束，反射光束携带编码图案。光调制模块还包括第二调制单元，第二调制单元位于反射光束的传播路径上，用于反射至少部分反射光束至投影成像模块。投影成像模块用于将反射光束投影至待投影位置。本发明实施例提供的投影系统，匀光模块采用匀光片进行出光模块出射的发光光束进行匀光处理，相比于传统的复眼和匀光棒用于匀光处理，在保证投影效果的前提下，可有效减少投影系统的体积，降低制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。

图1为本发明实施例提供的一种投影系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种投影仪的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例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所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种投影系统的结构示意图，如图1所示，该投影系统100包括出光模块101、匀光模块102、光调制模块103、数字微镜阵列104和投影成像模块105。出光模块101用于出射投影系统所需的发光光束。匀光模块102包括匀光片1021，匀光片1021位于发光光束的传播路径上，用于对发光光束进行匀光处理，形成匀光光束。光调制模块103包括第一调制单元1031，第一调制单元1031位于匀光光束的传播路径上，用于调整匀光光束入射至数字微镜阵列104。数字微镜阵列104用于反射匀光光束形成反射光束，反射光束携带编码图案。光调制模块103还包括第二调制单元1032，第二调制单元1032位于反射光束的传播路径上，用于反射至少部分反射光束至投影成像模块105；投影成像模块105用于将反射光束投影至待投影位置111。

其中，出光模块101用于出射投影系统所需的发光光束，出光模块101可以为单一光源或组合光源，单一光源可以包括灯泡光源、LED光源、激光光源等；组合光源可以为红光光源、绿光光源和蓝光光源进行组合出光，组合光源可根据实际需求进行调节，保证发光光束的波长丰富。匀光模块102接收出光模块101出射的发光光束，利用匀光模块102的匀光片1021进行发光光束的匀光处理，保证发光光束的传播路径上，形成匀光光束。匀光片1021可以达到传统投影系统中复眼、积分柱和匀光棒的匀光效果，从而避免复眼、积分柱和匀光棒制备的高成本开销，大幅度降低投影系统的制造成本，同时有利于投影系统的小型化发展。光调制模块103可以为反向全内反射棱镜(RTIR棱镜)，利用全反射原理对光束的角度进行选择，在全反射面上，大于全反射角入射光束的光束全部反射，而入射角小于全反射角的则全部透射，光调制模块103包括第一光调制单元1031和第二光调制单元1032，第一光调制单元1031可根据经匀光模块102出射的匀光光束进行调整，保证匀光光束达到入射至数字微镜阵列104的尺寸。数字微镜阵列104是一种数控微光机电系统的空间照明调制器，由高速数字式光反射开关阵列组成的器件，采用二进制脉宽调制技术能精确地控制光源，可用于调制光束的传播方向。由于数字微镜阵列104上分布着近百万片可高速翻转的透镜，每个透镜都对应着投影图像上的一个光学像素，经第一光调制单元1031出射的匀光光束可经过数字微镜阵列104中的透镜形成反射光束，反射光束携带编码图案，用于形成投影图像。经数字微镜阵列104出射的反射光束，经光调制模块103的第二光调制单元1032反射至少部分用于形成投影图像的反射光束至投影成像模块105；投影成像模块105包括球面反光镜、聚光将、凸透镜、平面镜等多个光学透镜，对第二光调制单元1032出射的携带有编码图案的反射光束进行一系列调制，投影至特定工作距离的待投影位置111，形成投影图像。

本发明通过提供一种投影系统，投影系统包括出光模块、匀光模块、光调制模块、数字微镜阵列和投影成像模块，匀光模块采用匀光片代替传统的大体积的复眼和匀光棒等匀光组件，在保证投影效果的前提下，可有效减少投影系统的体积，降低制造成本。

可选的，匀光片1021包括喷砂玻璃和/或磨砂玻璃。

其中，相比于传统的投影系统中的的复眼或者匀光棒匀光系统，采用匀光片代替，匀光片可以为毛玻璃，利用喷砂工艺制成喷砂玻璃或磨砂工艺制成磨砂玻璃，并根据实际需求进行单面喷砂、单面磨砂、双面喷砂或双面磨砂，以及控制喷砂或磨砂的密度来改变光束的均匀性和能量利用率。双面的高密度喷砂或磨砂可以提高投影效果的均匀性，但可能会造成系统能量利用效率的降低。

可选的，投影系统100还包括准直模块106，准直模块106位于发光光束的传播路径上，用于对发光光束进行准直。

其中，准直模块106设置在出光模块101与匀光模块102之间，示例性的以出光模块101采用发光二极管进行出射发光光束进行说明，由于发光二极管出射的发光光束分散，光束传播过程相邻的两条光线会相离越来越远，通过准直模块106对分散的发光光束进行准直处理，使得相邻光线之间保持平行，减少发光光束的传播过程的的光线发散，影响投影效果。

可选的，准直模块106包括弯月透镜1061和非球面透镜1062；

弯月透镜1061位于发光光束的传播路径上，用于对发光光束进行会聚，形成会聚光束；

非球面透镜1062位于会聚光束的传播路径上，用于对会聚光束进行准直。

其中，示例性的以出光模块101采用发光二极管进行出射发光光束进行说明，投影系统100包括准直模块106，准直模块106可以包括弯月透镜1061和非球面透镜1062，弯月透镜1061一面为凹透镜，另一面为凸透镜，可以为会聚透镜也可以为发散透镜，主要是由折射率、曲率和半径共同决定的，应用于投影系统、成像系统和激光测量系统。由于发光二极管出射的发光光束为发散光束，为保证投影效果，需要进行光线的会聚，此时弯月透镜1061为会聚透镜，进行发光光束的会聚，形成会聚光束。非球面透镜1062具有更佳的曲率半径，可以维持良好的像差修正，将弯月透镜1061出射的会聚光束进行准直，保证发光光束经准直模块106以准直的发光光束入射至匀光模块102，保证后续匀光模块102的对发光光束的匀光效果。

可选的，出光模块101包括发光二极管、卤素灯、激光光源以及超高压汞灯的至少一种。

其中，出光模块101为投影系统100提供出光光源，出光模块可以为发光二极管、卤素灯、激光光源或超高压汞灯等，用于出射光束，当以发光二极管作为出光模块101具备色彩好、使用寿命长、亮度稳定、体积小巧等优点。当卤素灯作为出光模块101，其制作成本较低。当激光光源作为出光模块101，其原理是利用光电效应使激发态粒子在受到激辐射的作用下发光，亮度高，使用寿命和稳定性也很高，成本较高。当超高压汞灯作为出光模块101，光功率高，发热量大。在实际应用中可根据不同应用场景的需求进行选择本发明实施例不做具体限定。

可选的，出光模块101包括蓝光发光二极管。

其中，出光模块101可以采用蓝光发光二极管作为投影光源。蓝光发光二极管出射的蓝光由于波长更短，衍射效应更弱，因此刻画细节的能力更强，拍摄微小的物体，蓝光抗干扰性强，在结构光三维测量领域，可选择蓝光发光二激光作为最佳的出光光源。

可选的，第一调制单元1031包括楔形棱镜。

其中，楔形棱镜主要用于控制光束偏转，楔形棱镜带有倾角斜面，可以使得光路向较厚的一边偏折，楔角越大，入射到棱镜后光束偏转角度也越大。楔形棱镜设置在匀光光束的传播路径上，当匀光光束入射至楔形棱镜，经楔形棱镜的偏转作用，改变匀光光束的传播路径，入射至数字微镜阵列104。

可选的，第二调制单元1032包括直角棱镜，直角棱镜用于反射反射光束中入射角大于或者等于全反射角的光束，透射反射光束中入射角小于全反射角的光束。

其中，直角棱镜通常用来转折光路或者将光学系统所成的像偏转90°，多应用于照相机、望远镜、显微镜等精密的光学仪器去除多余的像。根据棱镜的方位不同，成像可为左右一致而上下颠倒与左右不一上下一致。直角棱镜也可用于合像、光束偏移等应用。直角棱镜可以为等腰直角棱镜，高效地内部全反射入射光。当经数字微镜阵列104对第一调制单元1031出射的匀光光束，进行光束调整形成反射光束，反射光束入射至第二调制单元1032，第二调制单元1032利用直角棱镜的全反射特性，将反射光束中入射角大于或者等于全反射角的光束进行反射至投影成像模块105，用于投影成像。

可选的，投影成像模块105包括若干个光学透镜。

其中，如图1所示，投影成像模块105包括多个光学透镜，多个光学透镜可以将第二调制单元1032反射反射光束中入射角大于或者等于全反射角的光束按照一定的放大倍数投影至待投影位置111上。投影成像模块105中各个光学透镜的面型、材质、焦距等可根据实际情况进行选择，本发明不做具体限定。

图2为本发明实施例提供的一种投影仪的结构示意图，如图2所示，该投影仪200，包括任一项所述的投影系统201。

需要说明的是，由于本实施例提供的投影仪具备上述实施例提供的投影系统的相同或相应的有益效果，此处不做赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种投影系统，其特征在于，包括出光模块、匀光模块、光调制模块、数字微镜阵列和投影成像模块；

所述出光模块用于出射所述投影系统所需的发光光束；

所述匀光模块包括匀光片，所述匀光片位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行匀光处理，形成匀光光束；

所述光调制模块包括第一调制单元，所述第一调制单元位于所述匀光光束的传播路径上，用于调整所述匀光光束入射至所述数字微镜阵列；

所述数字微镜阵列用于反射所述匀光光束形成反射光束，所述反射光束携带编码图案；

所述光调制模块还包括第二调制单元，所述第二调制单元位于所述反射光束的传播路径上，用于反射至少部分所述反射光束至所述投影成像模块；

所述投影成像模块用于将所述反射光束投影至待投影位置。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述匀光片包括喷砂玻璃和/或磨砂玻璃。

3.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统还包括准直模块，所述准直模块位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行准直。

4.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述准直模块包括弯月透镜和非球面透镜；

所述弯月透镜位于所述发光光束的传播路径上，用于对所述发光光束进行会聚，形成会聚光束；

所述非球面透镜位于所述会聚光束的传播路径上，用于对所述会聚光束进行准直。

5.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述出光模块包括发光二极管、卤素灯、激光光源以及超高压汞灯的至少一种。

6.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述出光模块包括蓝光发光二极管。

7.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述第一调制单元包括楔形棱镜。

8.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述第二调制单元包括直角棱镜，所述直角棱镜用于反射所述反射光束中入射角大于或者等于全反射角的光束，透射所述反射光束中入射角小于全反射角的光束。

9.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述投影成像模块包括若干个光学透镜。

10.一种投影仪，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的投影系统。

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