[實用新型]一種基于波前編碼的免調焦投影物鏡及投影儀

有效

• 申請號: 201520730071.7
• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號: CN204964858U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 張文字;張麗;周建軍
• 申請（專利權）人: 浙江水晶光電科技股份有限公司
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B27/00;G03B21/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本實用新型屬于投影顯示技術領域，尤其涉及一種基于波前編碼的免調焦投影物鏡。

背景技術

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清晰成像，適合大多數用戶使用，是投影鏡頭研究的要點之一。目前，傳統的投影儀一般采用調節后焦面位置或者變焦的方式來增大系統成清晰像的投影距離范圍。采用調節后焦面位置的方法來增大投影距離范圍，使得系統的結構復雜化，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，系統的結構更加復雜。

CN201020693871.3公開了一種大景深定焦投影鏡頭，采用實際工作環境所要求的調焦物距處的物平面為基準的設計方法，擴大了系統景深，且系統結構較為簡便，但是只能在一個較小的投影距離范圍上清晰成像。

CN201010013717.1公開了一種相位板以及應用該相位板的景深拓展成像系統，通過在系統的孔徑平面、入瞳或者出瞳上添加一塊三次方型的相位板，系統的調制傳遞函數MTF能夠變得對離焦和由離焦引起的因素不敏感，從而擴大了系統的景深。但經過該實用新型的成像系統需要經過額外的數字圖像復原算法，最終才可以得到清晰圖像，且只是拓展了成像系統的景深，并沒有顯著增大成像鏡頭的投影距離范圍。

實用新型內容

針對現有技術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焦投影物鏡及投影儀。波前編碼技術是在光學系統的光瞳面插入一塊編碼板對光學系統的波前進行調制，使得在較大的投影距離范圍內，其光學傳遞函數MTF或點擴散函數PSF不變或對投影距離變化不敏感，從而實現在不調焦的情況下在較大投影距離范圍內屏幕上都可以得到清晰的像。

所述的基于波前編碼的免調焦投影物鏡，不需要調節后焦平面，不需要額外的電子矯正系統，可在較大范圍的投影距離（如0.5米至5米）上都能成清晰圖像。

技術方案如下。

一種基于波前編碼的免調焦投影物鏡，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：

其中，a_n，b_n為上述編碼板方程的參數，實現在投影距離范圍內，不調焦，投影屏幕上都可以得到清晰圖面。

所述的投影距離為0.5米至5米，也可以根據具體要求設計為其它。

所述的編碼板，另外一面可以為球面或者非球面。

所述的編碼板的材料為光學級塑料或光學玻璃。

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。

所述的微顯示芯片為DMD、LCoS或LCD。

所述的折光棱鏡為PBS棱鏡或TIR棱鏡。

所述投影物鏡組數目根據具體芯片分辨率需求設計。

所述投影物鏡組的鏡片材料為球面或非球面。

一種投影儀，采用所述的免調焦投影物鏡。

本實用新型的有益效果是：圖像經過投影物鏡后，不需要調節鏡頭后截距或者焦距，也不需要額外的電子矯正系統，僅采用了一塊波前編碼板，便能夠實現在較大投影距離范圍內可以清晰成像，適合大多數用戶使用。且波前編碼板的結構簡單，易于加工，使得整個投影物鏡系統結構簡單，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點，無輻射，綠色環保，非常適合于規模化生產。

附圖說明

圖1為一種LCOS免調焦微型投影光引擎；

圖2為一種DMD免調焦微型投影光引擎；

圖3為免調焦投影物鏡；

圖4為免調焦投影物鏡在5米投影距離處不同視場弧矢和子午方向的MTF曲線；

圖5為傳統投影物鏡在5米投影距離處不同視場弧矢和子午方向的MTF曲線；

圖6為免調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；

圖7為傳統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；

圖8為免調焦投影物鏡在投影距離5米處的點列圖；

圖9為免調焦投影物鏡在投影距離2米處的點列圖；