一種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡及投影儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物 鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 投影機顯示圖像的原理是先將光線照射到圖像顯示單元上來產(chǎn)生影像，最后通過 投影物鏡投影在屏幕上，且投影物鏡與屏幕之間會保持一定的距離，投影距離越大，屏幕上 獲取的畫面越大。一般的定焦鏡頭，只能在一個特定的距離成特定大小的清晰畫面，要想獲 得其它大小的清晰畫面，就需要選擇配合適的投影鏡頭，因此，如何能在一個較大的投影距 離范圍內(nèi)清晰成像，適合大多數(shù)用戶使用，是投影鏡頭研究的要點之一。目前，傳統(tǒng)的投影 儀一般采用調(diào)節(jié)后焦面位置或者變焦的方式來增大系統(tǒng)成清晰像的投影距離范圍。采用調(diào) 節(jié)后焦面位置的方法來增大投影距離范圍，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，且增加了加工成本和 安裝難度。采用變焦的方式來增大投影距離范圍，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
[0003] CN201020693871. 3公開了一種大景深定焦投影鏡頭，采用實際工作環(huán)境所要求的 調(diào)焦物距處的物平面為基準(zhǔn)的設(shè)計方法，擴大了系統(tǒng)景深，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡便，但是只能 在一個較小的投影距離范圍上清晰成像。
[0004] CN201010013717. 1公開了一種相位板以及應(yīng)用該相位板的景深拓展成像系統(tǒng)，通 過在系統(tǒng)的孔徑平面、入瞳或者出瞳上添加一塊三次方型的相位板，系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù) MTF能夠變得對離焦和由離焦引起的因素不敏感，從而擴大了系統(tǒng)的景深。但經(jīng)過該實用新 型的成像系統(tǒng)需要經(jīng)過額外的數(shù)字圖像復(fù)原算法，最終才可以得到清晰圖像，且只是拓展 了成像系統(tǒng)的景深，并沒有顯著增大成像鏡頭的投影距離范圍。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本實用新型提出了一種基于波前編碼的免調(diào) 焦投影物鏡及投影儀。波前編碼技術(shù)是在光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面插入一塊編碼板對光學(xué)系統(tǒng)的 波前進行調(diào)制，使得在較大的投影距離范圍內(nèi)，其光學(xué)傳遞函數(shù)MTF或點擴散函數(shù)PSF不變 或?qū)ν队熬嚯x變化不敏感，從而實現(xiàn)在不調(diào)焦的情況下在較大投影距離范圍內(nèi)屏幕上都可 以得到清晰的像。
[0006] 所述的基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡，不需要調(diào)節(jié)后焦平面，不需要額外的電 子矯正系統(tǒng)，可在較大范圍的投影距離(如〇. 5米至5米）上都能成清晰圖像。
[0007] 技術(shù)方案如下。
[0008] -種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡，包括編碼板和投影物鏡組，編碼板位于投 影物鏡組的光闌面上，且編碼板1位于光闌上的一面滿足XY多項式，其方程為：
[0010] 其中，an，bn為上述編碼板方程的參數(shù)，實現(xiàn)在投影距離范圍內(nèi)，不調(diào)焦，投影屏幕 上都可以得到清晰圖面。
[0011] 所述的投影距離為〇. 5米至5米，也可以根據(jù)具體要求設(shè)計為其它。
[0012] 所述的編碼板，另外一面可以為球面或者非球面。
[0013] 所述的編碼板的材料為光學(xué)級塑料或光學(xué)玻璃。
[0014] 所述的投影物鏡組沿光線傳播方向依次包括微顯示芯片、折光棱鏡和投影鏡片。 編碼板與投影物鏡同軸。
[0015] 所述的微顯示芯片為DMD、LCoS或IXD。
[0016] 所述的折光棱鏡為PBS棱鏡或TIR棱鏡。
[0017] 所述投影物鏡組數(shù)目根據(jù)具體芯片分辨率需求設(shè)計。
[0018] 所述投影物鏡組的鏡片材料為球面或非球面。
[0019] 一種投影儀，采用所述的免調(diào)焦投影物鏡。
[0020] 本實用新型的有益效果是：圖像經(jīng)過投影物鏡后，不需要調(diào)節(jié)鏡頭后截距或者焦 距，也不需要額外的電子矯正系統(tǒng)，僅采用了一塊波前編碼板，便能夠?qū)崿F(xiàn)在較大投影距離 范圍內(nèi)可以清晰成像，適合大多數(shù)用戶使用。且波前編碼板的結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，使得整 個投影物鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小巧緊湊，制造成本低，同時具有高光效率、高均勻性和高 對比度的優(yōu)點，無輻射，綠色環(huán)保，非常適合于規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0021] 圖1為一種LCOS免調(diào)焦微型投影光引擎；
[0022] 圖2為一種DMD免調(diào)焦微型投影光引擎；
[0023] 圖3為免調(diào)焦投影物鏡；
[0024] 圖4為免調(diào)焦投影物鏡在5米投影距離處不同視場弧矢和子午方向的MTF曲線；
[0025] 圖5為傳統(tǒng)投影物鏡在5米投影距離處不同視場弧矢和子午方向的MTF曲線；
[0026] 圖6為免調(diào)焦投影物鏡在投影距離0. 5米至5米，30線對/毫米處，不同視場弧 矢和子午方向的MTF曲線；
[0027] 圖7為傳統(tǒng)投影物鏡在投影距離0. 5米至5米，30線對/毫米處，不同視場弧矢 和子午方向的MTF曲線；
[0028] 圖8為免調(diào)焦投影物鏡在投影距離5米處的點列圖；
[0029] 圖9為免調(diào)焦投影物鏡在投影距離2米處的點列圖；
[0030] 圖10為免調(diào)焦投影物鏡在投影距離0. 5米處的點列圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型做進一步說明：
[0032] 本實用新型提出的一種應(yīng)用波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡，通過在傳統(tǒng)投影物鏡的 光闌面上引入具有波前編碼的編碼板，很大程度上拓延了投影儀成清晰像的投影距離范 圍，且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單。
[0033] 圖1為一種LCOS免調(diào)焦微型投影光引擎，由LED光源11，準(zhǔn)直透鏡和中繼透鏡組 12,微型顯示芯片LC0S21，PBS棱鏡22,免調(diào)焦投影物鏡23組成，LED發(fā)出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直 鏡和中繼透鏡組后入射到LCOS微顯示芯片上將LCOS芯片圖像點亮，最后LCOS上的圖像經(jīng) 過免調(diào)焦投影物鏡組放大成像后，在5米至0. 55米的投影距離范圍內(nèi)，都能成清晰像。
[0034] 圖2為一種DMD免調(diào)焦微型投影光引擎，由LED光源11，準(zhǔn)直透鏡和中繼透鏡組 12,微型顯示芯片DMD31，TIR棱鏡32,免調(diào)焦投影物鏡33組成，LED發(fā)出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直鏡 和中繼透鏡組后入射到DMD微顯示芯片上，最后DMD上的圖像經(jīng)過免調(diào)焦投影物鏡后，在5 米至0. 55米的投影距離范圍內(nèi)，都能成清晰像。
[0035] 圖3所示為一種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡，包括編碼板1和投影物鏡組2，
[0036] F/2. 0,有效焦距15_，實施例中，編碼板1的數(shù)學(xué)表達式為：
[0038] 免調(diào)焦投影物鏡在5米投影距離處，不同視場的弧矢和子午方向的調(diào)制傳遞函數(shù) 曲線如圖4中所示；圖5中所示為傳統(tǒng)投影物鏡在5米投影距離處，不同視場的弧矢和子午 方向的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線。
[0039] 圖4可見，免調(diào)焦投影物鏡在5米投影距離上，0視場、0. 3視場、0. 7視場和全視 場的弧矢和子午方向的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF吻合度很好，隨空間頻率的增大，MTF數(shù)值逐漸減 小，且在30線對/毫米處仍能達到0. 2以上。
[0040] 圖5可見，傳統(tǒng)投影物鏡在5米投影距離處，調(diào)制傳遞函數(shù)MTF隨著空間頻率的增 大而明顯減小，其中，0. 7視場和全視場的弧矢MTF在27線對/毫米處接近0，此時，投影物 鏡不能清晰成像。
[0041] 圖6所示為：免調(diào)焦投影物鏡在投影距離0. 5米至5米，30線對/毫米處，0視場、 0.3視場、0.7視場和全視場的弧矢和子午方向的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線。圖中，MTF值保 持在0. 2到0. 5之間，數(shù)值較高，且不存在零點，即在0. 5米至5米投影距離范圍內(nèi)，免調(diào)焦 投影物鏡在屏幕上的像差很小且基本相同，在屏幕上都可以得到清晰圖像。
[0042] 圖7為傳統(tǒng)投影物鏡在投影距離0. 5米至5米，30線對/毫米處，0視場、0. 3視 場、〇. 7視場和全視場的弧矢和子午方向的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線。圖中，在投影距離0. 5 米處，不同視場弧矢子午方向的MTF值幾乎為0,不能成像；在2米投影距離處，不同視場的 弧矢子午方向的MTF值增大到0. 8,成像清晰，也就是說，傳統(tǒng)投影物鏡只能在一個投影距 離處成清晰像，在其它位置處不能成清晰像。
[0043] 圖8、9和10分別為免調(diào)焦投影物鏡在5米、2米和0. 5米處的點列圖，圖中表明： 不同投影距離處，各視場的像差基本相同。
[0044] 以上實施例對本實用新型作了描述，但是，不應(yīng)將這些描述理解為一種限制情形， 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說參考以上對本實用新型的描述顯然能夠作出對公開實施例中 的各種改進以及另外實施例，凡依本實用新型的構(gòu)思所作出的變換，均屬于本實用新型的 保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：包括編碼板（1)和投影物鏡組 (2)，編碼板（1)位于投影物鏡組（2)的光闌面上，且編碼板（1)位于光闌面的一面滿足XY 多項式，其方程為：其中，an，bn為上述編碼板（1)方程的參數(shù)，實現(xiàn)在投影距離范圍內(nèi)，不調(diào)焦，投影屏幕 上都可以得到清晰圖面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的投影距離為0. 5米至5 米。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的編碼板（1)，另外一面 可以為平面，也可以為球面或者非球面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的編碼板（1)的材料為光 學(xué)級塑料或光學(xué)玻璃。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的投影物鏡組（2)沿光線 傳播方向依次包括微顯示芯片、折光棱鏡和投影鏡片。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的微顯示芯片為DMD、 LCoS 或 LCD。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述的折光棱鏡為PBS棱鏡 或TIR棱鏡。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述投影物鏡組（2 )數(shù)目可以 根據(jù)具體芯片分辨率需求設(shè)計。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的免調(diào)焦投影物鏡，其特征在于：所述投影物鏡組（2)的鏡片材 料為球面或非球面。10. -種投影儀，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-9任一項所述的免調(diào)焦投影物鏡。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于波前編碼的免調(diào)焦投影物鏡及投影儀，其中包括編碼板和投影物鏡組。投影物鏡組將物體放大成像，得到的圖像經(jīng)過編碼板進行波前編碼，實現(xiàn)在較大投影距離范圍內(nèi)不調(diào)焦而成像清晰。相比傳統(tǒng)的投影物鏡，本實用新型公開的免調(diào)焦投影物鏡，不需要調(diào)節(jié)鏡頭后截距或者焦距，也不需要額外的電子矯正系統(tǒng)，僅采用了一塊波前編碼板，使得結(jié)構(gòu)更簡單化的同時，在較大投影距離范圍內(nèi)可以都成像清晰。整個投影物鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小巧緊湊，制造成本低，同時具有高光效率、高均勻性和高對比度的優(yōu)點，無輻射，綠色環(huán)保，適合于規(guī)?；a(chǎn)。
【IPC分類】G02B27/00, G03B21/14, G02B13/00
【公開號】CN204964858
【申請?zhí)枴緾N201520730071
【發(fā)明人】張文字, 張麗, 周建軍
【申請人】浙江水晶光電科技股份有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月21日