[发明专利]一种图像投影仪

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种图像投影仪，尤其涉及增强现实投影仪，用于增强物体的外观。

【背景技术】

一种图像投影仪如增强现实投影，通过将图像投影到物体上而改变物体的外观。图案、颜色和可见纹理叠加在物体的表面上，使物体看起来不同，或提供信息在表面上。

为了确保在一些医疗过程如显微外科或整容手术（甚至在娇贵而精致的人体如人脑等上的手术）中的成功率，增强现实是非常有用的。例如，医疗专业人员发现，如果只是观看人体皮肤是很难看到那部分皮肤正下方的人体内部结构的。颜色、强光和环境光的分布都会消除表面纹理或使表面纹理不清晰。因此，确定在皮肤下或皮下部位如大血管的确切位置是很困难的，甚至在光线充足的环境，更何况如果血管正在一堆厚厚皮下脂肪之下的情况。增强现实投影仪能够鉴别皮下结构，例如通过增强皮下血管和周围组织之间的视觉对比，可以缓解这些困难。用于这类医疗应用的增强现实投影仪可以包括红外成像元件。皮下血管中的血蛋白吸收近红外波长，而周围的组织则反射它们。因此，可以拍摄到近红外图像，暗色部分表示人体血管，明亮部分表示周围组织。然后增强现实投影根据该红外图像产生一个可见颜色的正图像，其被投射到同一人体部位以突出显示皮肤下的血管位置。为更好地表示血管，可以处理投影图像以增加图像的对比度，或提高边缘检测等。

然而，这项技术的实用性是有限的，因为目前有的增强现实投影机无法实现投影图像和物体之间良好的视场匹配；它们无法提供正确的图像尺寸再现，在将图像重合到物体上时无法提供足够的精度，由于红外成像元件和所述图像投影仪之间的角度不匹配。为了克服这种不匹配，数字信号处理技术是一个选择，而不是选择相对繁琐的光学系统设计。对红外图像进行数字处理，以调整投影图像的大小和角度去配合物体。但是，已经发现这样的数字信号处理技术不足以实现高精度的视场匹配，可能是因为有太多的变量去计算。此外，这样的数字信号处理技术需要很高的处理能力，可能要在多任务环境下去竞争计算资源。因此，增强现实投影仪往往无法顺利并实时地刷新投影图像。这限制了该技术应用到增强移动物体的外观。

因此，期望能有这样的增强现实投影仪，它能有良好的图像和物体之间的视场匹配，并可以足够快地更新图像，以跟随移动物体的变化。

【发明概述】

在第一方面，本发明提出了一种图像投影仪，包括：成像元件，用于在一个接收路径上以至少一个第一波长拍摄物体的图像；投影元件，用于在一个投影路径中以至少一个第二波长将图像投影到所述物体上；波长选择性分光器，用于反射所述至少一个第一波长和所述至少一个第二波长中的任一个波长，并且允许所述至少一个第一波长和所述至少一个第二波长中的另一个波长穿过，所述成像元件和所述投影元件被安排布置成使得投影路径和接收路径中的任何一个穿过分光器，而投影路径和接收路径中的另一个则被分光器反射，分光器使分光器到物体之间的接收路径和投影路径相重合，分光器使从分光器分别到投影元件和成像元件的投影路径和接收路径相分离，其中，所述投影元件到分光器之间的投影路径，与成像元件到分光器之间的接收路径，相对于分光器是共轭的。

“共轭”在光学用途上的意思是，投影元件到分光器之间的投影路径，与分光器和成像元件之间的接收路径，具有相同距离，并且该投影路径到分光器有效平面的角度，与接收路径与分光器有效平面的角度，是相同的。

“重合”或“重合的”具有通常的几何意义，这意味着两条或多条线路完全相同，或意味着两个或多个点在位置上完全匹配。在此说明书中，本领域技术人员将理解，两个路径“重合”表示两个路径完全相同，但他们的行进方向可以是相反的。

有利地，投影路径和接收路径的分离，提供了隔离成像元件和投影元件的可能性。这会减少两个元件之间的干扰。但是，尽管它们之间相互隔离，但是这两个元件关于分光器的共轭位置，与投影路径和接收路径的重合部分组合起来，就提供了良好的视场匹配。

通常，所述成像元件有一感应表面，投影元件有一投影表面，所述感应表面的面积和投影表面的面积基本相同。或者，投影元件有一投影表面，成像元件包括一个视场光栏，视场光栏是成像元件的一部分，与投影元件关于分光器共轭，视场光栏用于调整视场光栏上接收到的图像，使成像图像和投影图像大小匹配。有了视场光栏，就可以自由地使用面积不匹配的投影元件和成像元件。

具有“相同面积”，在这里本领域技术人员应当理解为尺寸，也就是有相同的长宽比。这是为了使形成在成像元件上的图像，与形成在投影表面上的图像，有相同的长宽比。