自动调焦系统、方法以及投影设备与流程

本发明涉及投影显示领域，尤其是涉及一种自动调焦系统、方法以及投影设备。

背景技术：

传统的投影仪多是采用手动调焦的方式，但也有一些新的投影仪具有自动调焦功能，例如，在专利号为201510041467.5的发明专利中，采用拍摄镜头对投射在屏幕上的投影画面拍照，获得的投射效果的输出图像同理论的输入图像进行比较，然后确定投影镜头的最佳的焦距位置。接着在镜头的可变焦距范围内将其调至零点，然后再调整至已获得的最佳位置处。再比如，在专利号为201220730223.x的发明专利中，采用红外光源发出红外光斑于投影屏幕上，用红外检测模组检测光斑图像，通过向调焦马达发出控制信号，调整镜片组到合适的位置，达到自动调焦的效果。然而，上述方案中自动调焦的过程都相对复杂。不利于快速调焦，在整个使用过程所耗费的时间较长，且此过程中都需要使调焦镜头返回远点，从而导致投影画面完全模糊，用户完全无法观看投影画面；会影响投影机使用过程中的用户体验。

因此，实有必要提供一种新的自动调焦系统及检测方法以及投影设备以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种自动调焦方法、系统以及投影设备，能够快速实现自动对焦，可靠性好，具有良好的用户体验。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种自动调焦系统，其应用于具有投影镜头的投影系统，包括：

温度传感器单元，用于测量投影系统的实时温度参数；

距离传感器单元，用于测量投影镜头到投影屏幕间的距离参数；

调焦镜头，用于在调焦范围内调整投影系统的焦距；

存储模块，用于存储温度参数、距离参数和在不同温度不同距离下的焦距对应的调焦镜头的镜头位置参数的预设值；

控制处理模块，所述控制处理模块用于读取所述温度传感单元和所述距离传感单元的测量值并将测量值与所述存储模块存储的参数信息的预设值比对以确定当前环境下焦距所对应的调焦镜头的镜头位置；

调焦模块，用于接受所述控制处理模块发出的控制信号，调整调焦镜头到焦距所对应的镜头位置，以及获取调焦镜头的镜头位置参数。

优选的，所述存储模块内还存储有预先设置的图像信息，所述自动调焦系统还包括用于获取实时的投影图像的图像获取模块，所述控制处理模块通过所述投影图像与存储模块内预先设置的图像信息进行比对判断投影图像是否达到最佳效果。

优选的，所述距离传感器单元包括至少一个距离传感器，所述距离传感器为红外传感器、超声传感器、激光距离传感器或雷达距离传感器中的任意一种或多种。

优选的，所述投影系统包括投影屏幕，投影机外壳，投影镜头和光机，所述温度传感单元包括设置在投影机外壳、光机或投影镜头中的任意一个或多个上的温度传感器。

优选的，所述调焦模块包括驱动所述调焦镜头沿光轴方向移动的调焦马达。

优选的，所述调焦马达为步进电机，或包括至少一个位移传感器的电机，使得所述控制处理模块能够获取镜头位置参数的反馈。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种投影设备，包括如上所述的自动调焦系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种自动调焦方法，采用如上所述的自动调焦系统，所述自动调焦方法包括如下步骤：

s1：获取投影系统的实时温度参数、投影镜头到投影屏幕间的距离参数、以及当前调焦镜头所在位置参数的测量值；

s2：将步骤s1获取的测量值与预设值比对，若测量值与预设值不一致，即判断为需要调焦，进入步骤s3；若测量值与预设值一致，即判断为不需要调焦，进入步骤s0结束此次调焦过程；

s3：根据s1获取的温度参数和距离参数的测量值确定与当前测量值相匹配的调焦镜头所在的镜头位置的预设值；

s4：调焦模块控制调焦镜头移动至步骤s3确定的镜头位置；

s0：结束本次调焦。

优选的，进一步包括步骤s5：经过固定时间间隔返回步骤s1重复调焦过程。

优选的，进一步包括步骤s6：监测相关参数是否有变化；若检测到参数变化，则判定为需要重新调焦，返回步骤s1重复调焦过程；若未检测到参数变化，则判定为不需要重新调焦，返回步骤s5。

优选的，在步骤s4后进一步包括步骤s7：获取实时的投影图像，将获取的投影图像与预设的图像信息或输入信号进行比对，判断投影图像是否达到最佳投影效果，若判定为是，则进入步骤s5；若判定为否，则进入步骤s8；

s8：重新确定在对应参数下的调焦镜头的最佳镜头位置，存储并替换掉对应参数下的最佳镜头位置信息，重新进入步骤s4。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种自动调焦系统、方法以及投影设备，自动调焦系统包括温度传感单元、距离传感单元、调焦镜头、调焦模块、存储模块和控制处理模块，控制处理模块通过温度传感单元、距离传感单元的测量值与预设值的比对判断是否需要调焦；在需要调焦时，通过读取存储模块的预设值确定调焦镜头应该处于的镜头位置，并控制调焦模块带动调焦镜头到相应镜头位置完成调焦。本发明自动调焦系统可以自动判断是否需要调焦并实现快速准确地调焦，可靠性高，具有良好的用户体验。

附图说明

图1是本发明自动调焦系统的结构示意图；

图2是本发明自动调焦方法的流程示意图；

图3是本发明自动调焦方法另一种实施方式的流程示意图；

图4是本发明自动调焦系统进一步改进后的结构示意图；

图5是本发明自动调焦方法进一步改进后的流程示意图。

具体实施方式

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。

本发明提供一种自动调焦方法、系统以及投影设备，本发明自动调焦系统应用于投影设备中的投影系统，投影系统由投影屏幕和投影机组成，投影机包括投影机外壳以及固定在投影机外壳上的投影镜头和光机。投影屏幕可以是投影幕布、墙体、建筑物外墙面、还可以为水幕等任何可以投射图像的地方。光机产生图像经过投影镜头汇聚在投影屏幕上成像，并通过本发明自动调焦系统实现自动调焦，保证投影图像达到最佳投影效果。

本发明自动调焦系统包括温度传感单元1、距离传感单元2、存储模块3、控制处理模块4、调焦模块5和调焦镜头6。其中存储模块4内存储有预先设置的温度参数、距离参数以及在不同温度不同距离下的焦距对应的调焦镜头的镜头位置参数的预设值，温度传感单元1用于获取温度测量值，距离传感单元2用于获取距离测量值。通过温度测量值和距离测量值，调取并对比存储模块中的预设值，可以获得当前焦距位置，即当前调焦镜头应该处于的镜头位置。

本发明提供的自动调焦方法即应用上述自动调焦系统，控制处理模块获取温度传感单元1、距离传感单元2的测量值同时读取存储模块3存储的预设值；通过测量值与预设值的比对判断是否需要调焦；在需要调焦时，通过读取存储模块3的预设值确定调焦镜头6应该处于的镜头位置，并控制调焦模块5带动调焦镜头6到相应镜头位置完成调焦。

下面将结合附图和具体实施方式进行进一步说明：

请参阅图1，本发明的自动调焦系统和方法主要应用于投影设备刚开机进行初始调焦过程。

自动调焦系统包括温度传感单元1、距离传感单元2、存储模块3、控制处理模块4、调焦模块5和调焦镜头6。

温度传感单元1为温度传感器，用于测量投影系统的实时温度参数，优选的，为用于测量投影机的实时温度参数。温度传感器可以设置在投影机的光机、投影镜头或投影机外壳中的任意一个上。温度传感器既可以为一个，也可以为多个，当温度传感器为多个时，可以分别设置在投影机的不同部位上。这样，可以进一步避免测量误差，增加获取温度测量值的精确性。

距离传感器单元2为至少一个距离传感器，用于测量投影镜头到投影屏幕间的距离参数。具体的，距离传感器为红外传感器、超声传感器、激光距离传感器或雷达距离传感器中的任意一种或多种。优选的，可以采用多个距离传感器用于提高测量值的精确性，避免误差。多个距离传感器既可以为同类型的距离传感器，也可以为不同类型的距离传感器，均是可以实现本发明的目的的。

存储模块3预先设置存储有各种参数信息的预设值，具体在本实施方式中，存储模块3至少存储有温度参数、距离参数、以及在不同温度不同距离下的焦距对应的调焦镜头的镜头位置参数的预设值。在本实施方式中，相应参数的对应关系参见下表：

表1

表1的对应关系预先输入并存储在存储模块3中用于控制处理模块4的调取和对照匹配。表1中每一行分别对应不同的工作环境，每种工作环境对应一个最佳镜头位置m，当调焦镜头处于最佳镜头位置m时，此时投影系统的焦点落在投影屏幕上，投影图像的效果呈现最佳状态。在可选择的其他实施方式中，存储模块也可以存储有与自动调焦系统相关的其他参数信息。对应的，本发明还可以包括其他参数传感器7，用于检测投影系统在不同状态下的参数值，以进一步确保自动调焦的快速和准确，并可以起到对投影系统工作状态的监控作用。

存储模块3可以与控制处理模块4集成在一起，也可以单独设置，并与控制处理模块4之间通过电性连接实现信号通信。

控制处理模块4分别与温度传感单元1、距离传感单元2、存储模块3、和调焦模块5电性连接并实现信号通信。控制处理模块4可以读取存储模块3中存储的预设值。温度传感单元1和距离传感单元2测量的测量值也通过电信号的形式输入控制处理模块4，控制处理模块4调取温度传感单元1和距离传感单元2的测量值并将测量值与存储模块3中存储的参数信息的预设值比对以确定当前环境下焦距所对应的调焦镜头的镜头位置。即控制处理模块4通过温度传感单元1和距离传感单元2的测量值，根据表1中的对应关系确定最佳投影效果所对应的镜头位置m并控制调焦模块5将调焦镜头6移动的镜头相应的位置m处实现自动调焦。

调焦模块5包括接受控制处理模块4的控制信号，驱动调焦镜头沿光轴方向移动的调焦马达。优选的，调焦模块为步进电机或包括至少一个位移传感器的电机，使得所述控制处理模块能够获取镜头位置参数的反馈。这样，可以实现较为精确的位置移动。使用位移传感器可以避免电机出现“滑步”现象，即电机的实际转动角度不足，小于控制信号控制下理论上应转动的角度，从而可以避免位置移动的误差。位移传感器优选为ad传感器，通过读取进步电机对应位置的电阻值确定步进电机转动的距离。位移传感器得到的镜头位置参数的反馈输入控制处理模块4，控制处理模块4根据该反馈信号调整对于调焦模块5的控制信号的大小，实现进一步的自动化调焦，使调焦过程更迅速，高效。当然，调焦模块5还可以包括能够获取镜头位置参数的其他传感器，并不局限于位移传感器。参照图2所示，本发明的自动调焦方法包括如下步骤：

s1：通过温度传感单元1、距离传感单元2和其他参数传感器7获取投影系统的实时温度参数、投影镜头到投影屏幕间的距离参数、以及当前调焦镜头所在位置参数的测量值；

s2：将步骤s1获取的测量值与表1中的预设值比对，若测量值与表1中的预设值不一致，即判断为需要调焦，进入步骤s3；若测量值与表1中的预设值一致，即判断为不需要调焦，进入步骤s0结束此次调焦过程；

s3：根据s1获取的温度参数和距离参数的测量值查找表1确定与当前测量值相匹配的调焦镜头所在的镜头位置的预设值；

s4：调焦模块5控制调焦镜头6移动至步骤s3确定的镜头位置；

s0：完成本次调焦。

上述自动调焦方法主要应用于投影设备刚开机进行初始调焦过程。通过自动调焦系统读取当前环境参数，快速确定调焦镜头应处于的镜头位置并控制调焦模块驱动调焦镜头到达最优镜头位置实现初始化的自动调焦，调焦过程简便快速且可靠性高。

此外，投影设备或投影系统在使用过程中，相关的参数会随着外界变化或自身运行而发生变化，使得投影图像随之产生变化。因此需要对镜头焦距进行实时的调制。参数的变化一般包括如下两种情况：1、温度参数的变化，由此会影响的镜头的相关参数；即所谓的跑焦。2、产生了意外的震动，使得投影机相关机械结构发生了细微的变化，由此引起的投影图像的效果变差。

如图3所示，本实施方式为在前述内容的基础上针对上述情况进行的进一步改进，在本实施方式的自动调焦方法增加一循环步骤，每间隔一定时间后重复启动调焦过程，或在检测到外界环境变动后再次启动调焦过程。这样，可以实现投影系统的实时调制，也可以对调焦结果进行重复验证。

具体的自动调焦方法包括如下步骤：

s1：通过温度传感单元1、距离传感单元2和其他参数传感器7获取投影系统的实时温度参数、投影镜头到投影屏幕间的距离参数、以及当前调焦镜头所在位置参数的测量值；

s2：将步骤s1获取的测量值与表1中的预设值比对，若测量值与预设值不一致，即判断为需要调焦，进入步骤s3；若测量值与预设值一致，即判断为不需要调焦，结束此次调焦过程；

s3：根据s1获取的温度参数和距离参数的测量值查找表1确定与当前测量值相匹配的调焦镜头所在的镜头位置的预设值；

s4：调焦模块控制调焦镜头移动至步骤s3确定的镜头位置；

s5：经过预先设定的固定时间间隔返回步骤s1重复调焦过程；

s6：通过温度传感单元1、距离传感单元2和其他参数传感器7监测相关参数是否有变化；若检测到参数变化，则判定为需要重新调焦，返回步骤s1重复调焦过程；若未检测到参数变化，则判定为不需要重新调焦，返回步骤s5或s0。

需要说明的是，步骤s5和步骤s6没有前后顺序，也并不是两个步骤必须全部进行，即，经过固定时间或检测到相关参数变化，二者满足其一即可以启动重复调焦过程。经过一次重复调焦过程后，经过固定时间或再次检测到相关参数变动后，再次启动重复调焦，这样，可以实现自动调焦系统的实时调制，保证投影图像一直保持最佳投影效果。

当然，也可以不进行步骤s5，即不实行固定时间的实时调制，仅实现初始调制，当出现满足s6的参数变化时，进行纠偏性质的二次调焦，之后返回s0结束调焦，也是可以达到本发明目的的。

如图4和图5所示，为在前述内容的基础上进行的进一步改进，本实施方式的自动调焦系统，进一步包括图像获取模块8。

如图4所示，本实施方式中，存储模块3内还存储有预先设置的图像信息。图像获取模块8用于检测投影屏幕上的投影图像，并将检测结果输入控制处理模块4，控制处理模块4通过投影图像与存储模块内预先设置的图像信息进行比对判断投影图像是否达到最佳效果。当然，这仅是一种较优的实施方式，在可选择的其他实施方式中，预先设置的图像信息也可以是由图像的输入信号确定，即判断输入信号与实际投射图像的差异，判断是否是最佳效果。

如图5所示，本实施方式的自动调焦方法进一步包括一检测投影图像，确定是否处于最佳投影效果，并进行二次调焦的步骤。

具体的自动调焦方法包括如下步骤：

s1：通过温度传感单元1、距离传感单元2和其他参数传感器7获取投影系统的实时温度参数、投影镜头到投影屏幕间的距离参数、以及当前调焦镜头所在位置参数的测量值；

s2：将步骤s1获取的测量值与表1中的预设值比对，若测量值与预设值不一致，即判断为需要调焦，进入步骤s3；若测量值与预设值一致，即判断为不需要调焦，进入步骤s0结束此次调焦过程；

s3：根据s1获取的温度参数和距离参数的测量值查找表1确定与当前测量值相匹配的调焦镜头所在的镜头位置的预设值；

s4：调焦模块控制调焦镜头移动至步骤s3确定的镜头位置；

s7：判断投影图像是否达到最佳投影效果，若判定为是，则进入步骤s0或s5；若判定为否，则进入步骤s8；

其中步骤s7的判断方法可以通过图像获取模块获取实时的投影图像，并将获取的投影图像与存储模块中的预设图像信息比对；也可以通过判断输入信号与实际投射图像的差异来判断。

s8：重新确定在对应参数下的调焦镜头的最佳镜头位置，并在存储模块中存储并替换掉对应参数下的镜头位置信息，重新进入步骤s4。

需要说明的是，实施例三既可以为在实施例一的基础上进行改进，也可以为在实施例二的基础上进行的改进。即步骤s7中确定已经进入最佳投影效果后，既返回步骤s0，结束调焦过程，实现投影设备的初始化调焦；也可以返回步骤s5，进一步进行实时的实时调制。

步骤s8中重新确定最佳镜头位置的方法具体可以为在对应位置移动镜头，并拍摄实时的投影图像，并对比预设图像信息，以确定是否是最佳位置，若输出输入图像一致，则此位置为重新确定的最佳镜头位置。其中移动镜头可以单向、也可双向，优选双向。当重新确定镜头的最佳镜头位置后，存储在存储模块3的相应存储单元，并覆盖该存储单元中原有的镜头位置的参数以便于下一次调取。由此，实现对最佳镜头位置和与其对应的相关参数的实时修正，使得存储在存储单元中的最佳镜头位置与相关参数的对应关系实时处于最佳的对应关系；便于在下一次调焦过程中直接实现镜头的最佳位置，进一步减少判断、调整过程和步骤，进一步提高自动调焦的效率、缩短自动调焦时间，进一步提高用户体验。

通过对投影图像与预设图像信息比对，可以调焦过程进行验证，确保调焦的准确性，保证投影图像处于最佳投影效果，提高产品性能。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种自动调焦系统、方法以及投影设备，自动调焦系统包括温度传感单元、距离传感单元、调焦镜头、调焦模块、存储模块和控制处理模块，控制处理模块通过温度传感单元、距离传感单元的测量值与预设值的比对判断是否需要调焦；在需要调焦时，通过读取存储模块的预设值确定调焦镜头应该处于的镜头位置，并控制调焦模块带动调焦镜头到相应镜头位置完成调焦。本发明自动调焦系统可以自动判断是否需要调焦并实现快速准确地调焦，可靠性高，具有良好的用户体验。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。