[发明专利]一种在倾斜表面成像的投影仪光路系统及其畸变补偿方法

说明书

本发明提供一种能够在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，按照该光路系统结构设计的投影设备，能够将不垂直于设备光轴的倾斜平面作为投影面，并获得清晰图像。该系统的基本组成包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元以及光照单元，其中图像生成单元用于产生待投图像，图像倾角控制单元用于改变图像与透镜光轴之间的夹角、透镜单元对图像进行透镜成像、光照单元为系统提供光源。本发明还提供一种透镜倾斜成像畸变补偿方法，该方法具有以下有益效果：通过对待投影图像进行畸变补偿，能够有效抵消上述系统中由于成像平面倾斜于光轴而产生的图像畸变。

技术领域

本发明涉及一种投影仪光路系统，尤其涉及一种在与投影仪光轴倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统及其成像畸变补偿方法。

背景技术

投影仪是一种用来将图像或者视频投射到幕布上的设备，广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所。

目前，根据图像显示技术的不同，可以将投影仪分为LCD投影仪、LCOS投影仪、DLP投影仪。其中LCD投影利用LCD液晶屏幕产生影像信息，通过高亮度光源将液晶画面投射进入透镜，并通过透镜成像在幕布上获得投影画面；LCOS投影仪则是基于反射式microLCD投影技术，利用LCOS面板来调节光源发出欲投影至屏幕的光信号；DLP投影技术是基于美国TI公司开发的DMD芯片的一种全数字反射式投影技术，DMD芯片是其核心装置。

无论是LCD投影仪、LCOS投影仪还是DLP投影仪，当前市场上生产的投影仪其核心图像生成单元（LCD屏幕、LCOS面板、DMD芯片）都要求和投影仪光轴垂直，在正对投影仪并与光路垂直的平面上产生清晰的画面。在实际应用时，存在光路容易被中间物体遮挡等问题，与此同时，要求成像面必须垂直于投影仪光轴也是一种限制。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够在与投影仪光轴不垂直的倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，通过控制投影仪中画面生成单元产生的画面与投射透镜成一定的倾斜角度，以使投影仪能够在倾斜的表面上产生清晰的投影画面。

本发明提供一种在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，用于在倾斜表面投影产生清晰画面，该投影仪光路系统包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元以及光照单元，图像生成单元用于产生待投影的画面（例如LCD屏、DMD芯片），图像倾角控制单元用于改变图像生成单元产生图像与透镜光轴之间的夹角，透镜单元用于对图像生成单元产生的画面进行透镜成像，其中投射透镜指的是最终将画面投射出去的透镜或透镜组，光照单元用于产生投射光，将画面投射到成像平面之上。

进一步地，图像生成单元产生的图像所在平面与透镜单元中的投射透镜光轴不垂直，而是呈一定的倾斜角度。

进一步地，图像生成单元可以为能够产生图像信息的各种部件，例如LCD屏幕、DMD芯片等。

进一步地，图像倾角控制单元可以为电机等控制的自动化图像倾角改变机构或者手动改变图像生成单元倾角的机械结构。

进一步地，光路系统光轴与图像生成单元产生的图像之间存在一定的倾角。

本发明还提供一种透镜倾斜成像畸变补偿方法，包括以下步骤：

（1）从图像倾角控制单元获取图像平面与光轴夹角（图1），记为θ；

（2）根据夹角结合公式（1）计算图像平面各点距离透镜的距离l，其中l的计算公式根据图像点位于上平面还是下平面而不同；

（1）

（3）图像生成单元根据公式（2）对图像中距离透镜距离为l的图像宽度按层进行重新渲染，其中l为距离，f为焦距，m为缩放系数；

（2）

（4）图像生成单元生成补偿后的图像，作为最终投影画面。