交互式投影光学系统及交互式投影光学设备的制作方法

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种交互式投影光学系统及交互式投影光学设备。

背景技术：

交互式投影光学系统基于投影元件，配合传感器感测、跟踪算法，使用户可以在交互界面上操作，实现交互功能。

由于现有的手机、电脑等便携数码产品的键盘以及操作界面都是在显示屏上显示出来，并且利用触摸屏来完成相应的输入工作，或者是利用外接输入键盘来实现操作，从而使得输入操作不方便，以及不便于携带。

因此，利用交互式投影光学系统实现人机交互，通过投影出各种所需交互的界面和操作图案，来实现输入等操作。

然而，现有的交互式投影光学系统所投影出的操作图案容易出现变形，操作图案的调整不方便；并且往往产生投影的面积较大而实际得到的有效操作界面即操作图案的亮度不高的问题，从而导致使用者的操作舒适度下降，浪费光能。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种交互式投影光学系统及设备，通过对光路的有效调节，实现对操作图案的灵活调整。

为了达到上述目的，本发明提供了一种交互式投影光学系统，包括：

光源，用于发射出光束；

角度扩束镜头，设置于光源的一侧，用于对光束进行第一阶段角度调制，然后使光束进入光束调制镜头；

光束调制镜头，设置于角度扩束镜头远离光源的一侧，用于对从角度扩束镜头调制的光束沿多个不同的方向进行第二阶段方向调制，并且投影出交互界面；

影像元件，设置于光源与广角镜头之间、或者角度扩束镜头与光束调制镜头之间、或者光束调制镜头与交互界面之间，从而使光束透过影像元件形成目标图案并最终投影到所述交互界面中；其中，第二阶段调制包括：光束调制镜头对光束沿一个方向进行第一调制处理，同时对光束沿剩余方向进行第二调制处理，经处理后的光束使得最终投影在交互界面的目标图案沿所述剩余方向得到扩大。

优选地，所述角度扩束镜头、光束调制镜头、影像元件构成的光路为同轴光路或非同轴光路。优选地，所述第一调制处理为压缩处理，第二调制处理为再扩散处理。

优选地，所述光束调制镜头对扩散后的光束沿垂直交互界面的方向和平行交互界面的方向进行调制，其中，沿垂直交互界面的方向进行压缩处理，沿平行交互界面的方向进行再扩散处理，使得形成的目标图案沿平行交互界面的方向拉伸。

优选地，所述角度扩束镜头采用广角镜头。

优选地，所述广角镜头的片数为单片或多片。

优选地，所述广角镜头的表面采用球面、非球面、或二次曲面。

优选地，所述光束调制镜头的片数为单片或多片。

优选地，所述光束调制镜头为柱面镜、或胎面镜、或实现不同方向的光束角度特殊调制的镜片。

优选地，所述影像元件具有微缩影像。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种交互式投影光学设备，其包含上述任意一项所述的交互式投影光学系统。

本发明的交互式投影光学系统，通过设计角度扩束镜头、光束调制镜头以及影像元件之间的相互配合关系，实现了对交互界面的投影尺寸以及目标图案的投影尺寸的自由调制，并且，通过对光束进行不同方向的不同处理，使得透射的交互界面的光斑能量更加均匀，提高交互界面的投影面的照度、亮度等光学参数，提高人机交互效率，并且能够在低功率的光源条件下得到亮度较高的交互界面，提高光源光能量的利用率；同时，对影像元件的位置进行自由选择设置，可以降低对交互式投影光学系统的装备难度，节约成本。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的交互式投影光学系统的方块图

图2为本发明的一个较佳实施例的交互式投影光学系统的结构示意图

图3为本发明的一个较佳实施例的交互式投影光学系统的光束、交互界面和目标图案之间的关系示意图

图4为本发明的一个较佳实施例的交互式投影光学系统的投影示意图

图5为本发明的一个较佳实施例的交互式投影光学系统的投影示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的交互式投影光学系统，包括：光源，角度扩束镜头，光束调制镜头，影像元件。其中，光源用于发射出光束，本实施例中，光源发出的光束采用倾斜入射，倾斜入射使得交互界面与投影光学系统之间存在一定的倾斜角度，使得投影光斑相对变大，相对可调，从而也不阻挡系统中的其它光路，还能够降低系统的设计难度。角度扩束镜头设置于光源的一侧，用于对光束进行扩散后进入光束调制镜头；光束调制镜头设置于角度扩束镜头远离光源的一侧，用于对扩散后的光束沿多个不同的方向进行调制，并且投影出交互界面；

影像元件设置于光源与广角镜头之间、或者角度扩束镜头与光束调制镜头之间、或者光束调制镜头与交互界面之间，从而使光束透过影像元件形成目标图案并最终投影到所述界面中。

通过光束调制镜头对扩散后的光束沿一个方向进行第一调制处理，对扩散后的光束沿剩余方向进行第二调制处理，经处理后的光束使得最终投影在交互界面的目标图案沿剩余方向得到扩大，从而得到所需要尺寸的目标图案。

以下结合附图1～4和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1，本实施例中的交互式投影光学系统包括光源1、角度扩束镜头 2、光束调制镜头3和影像元件4。光源1可以采用激光光源，或LED光源等，从而可以发射出激光光束；可以根据不同的需求采用不同的光源。

角度扩束镜头2可以采用广角镜头，广角镜头的片数为单片或多片，可以采用球面、非球面、或二次曲面。广角镜头设置于光源1的一侧，广角镜头凸起的一面面对光源，用于对光束进行扩散后进入光束调制镜头；

光束调制镜头3的片数可以采用单片或多片，可以采用柱面镜、或胎面镜等，光束调制镜头3设置于角度扩束镜头2远离光源1的一侧，用于对扩散后的光束沿多个不同的方向进行调制，并且投影出交互界面；

影像元件4具有微缩影像，镜像元件4设置于光源1与广角镜头2之间、或者角度扩束镜头2与光束调制镜头3之间、或者光束调制镜头3与交互界面之间，从而使光束透过影像元件4形成目标图案并最终投影到交互界面中。

为了实现对光束的有效调节，使得调节后的光束在低功率光源条件下，能够产生足够亮度和光照的交互界面，本实施例中，请参阅图2并结合图1，将角度扩束镜头2、光束调制镜头3、影像元件4构成的光路设置为同轴光路，也即是光束镜头2、光束调制镜头3和影像元件4的中心轴位于同一直线上，不仅可以提高光源1的光斑在交互界面的集中度，还可以减少光源浪费。

本实施例中，请参阅图3并结合图2，光束调制镜头3对扩散后的光束沿一个方向y进行第一调制处理，对扩散后的光束沿剩余方向x进行第二调制处理，经处理后的光束使得最终投影在交互界面的目标图案M沿剩余方向x得到扩大。本实施例中，可以沿y方向的第一调制处理为压缩处理，也即是图3中投影光束的阴影面，沿x方向的第二调制处理为再扩散处理。具体的，光束调制镜头3 对扩散后的光束沿垂直交互界面的方向y和平行交互界面的方向x进行调制，其中，沿垂直交互界面的方向y进行压缩处理，沿平行交互界面的方向x进行再扩散处理，使得形成的目标图案M沿平行交互界面的方向拉伸，这样使得交互界面在x方向得到拉伸，从而适合x方向长度较大的目标图案。

此外，该交互式投影光学系统，还可以包括传感器，用于探测操作者对交互界面中目标图案的操作行为信号，并将探测到的操作行为信号输出。这里可以采用红外传感器等，当操作者在交互界面中操作目标图案时，传感器能够感测到操作者在目标图案上的操作动作。

举例来说，请参阅图4和图5，光源、角度扩束镜头、光束调制镜头和影像元件设置于一鼠标中，从鼠标的通光孔中伸出经光束调制镜头调制后的光束和影像元件投出的目标图案，投影至一台面上，例如，形成位于台面上的交互界面和键盘图案或者幻灯片图案内容，交互界面上的光束的区域在平行于交互界面的一方向得到扩散拉伸，而垂直与于交互界面的一方向得到压缩，这样，照射到交互界面的光斑得到集聚，即使在低功率光源条件下，也可以使得交互界面的亮度和照度满足需求，节约了能源。例如，操作者在敲击键盘时，传感器探测到敲击键盘的位置，或者操作者点击幻灯片上的文字或图形时，传感器探测到敲击的位置，从而将探测到的位置信息发送给鼠标内部的处理器来进行处理，处理器根据敲击的位置信息来反馈相应的信息到显示设备上，例如，显示器，或者投影显示设备。

需要说明的是，影像元件中的微缩影像可以是任意图案。

因此，本实施例的交互式投影光学系统，可以采用倾斜入射，并结合设置固定的影像元件用于作为虚拟的人机交互界面，利用光束调制镜头对光束进行自由调制，光束调制后能够提高光源利用率、提高系统能源利用率，从而降低系统发热，还能够有效减小系统尺寸、增加便携性等。

此外，本实施例中还提供了一种交互式投影光学设备，其中包含本实施例上述的交互式投影光学系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。