CN105116518B - 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 - Google Patents
一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105116518B CN105116518B CN201510601510.9A CN201510601510A CN105116518B CN 105116518 B CN105116518 B CN 105116518B CN 201510601510 A CN201510601510 A CN 201510601510A CN 105116518 B CN105116518 B CN 105116518B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- projection objective
- focusing
- exempt
- projection
- encoding board
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 19
- 241000700608 Sagitta Species 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/147—Optical correction of image distortions, e.g. keystone
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪，其中包括编码板和投影物镜组。投影物镜组将物体放大成像，得到的图像经过编码板进行波前编码，实现在较大投影距离范围内不调焦而成像清晰。相比传统的投影物镜，本发明公开的免调焦投影物镜，不需要调节镜头后截距或者焦距，也不需要额外的电子矫正***，仅采用了一块波前编码板，使得结构更简单化的同时，在较大投影距离范围内可以都成像清晰。整个投影物镜***结构简单，尺寸小巧紧凑，制造成本低，同时具有高光效率、高均匀性和高对比度的优点，无辐射，绿色环保，适合于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于投影显示技术领域，尤其涉及一种基于波前编码的免调焦投影物镜。
背景技术
投影机显示图像的原理是先将光线照射到图像显示单元上来产生影像，最后通过投影物镜投影在屏幕上，且投影物镜与屏幕之间会保持一定的距离，投影距离越大，屏幕上获取的画面越大。一般的定焦镜头，只能在一个特定的距离成特定大小的清晰画面，要想获得其它大小的清晰画面，就需要选择配合适的投影镜头，因此，如何能在一个较大的投影距离范围内清晰成像，适合大多数用户使用，是投影镜头研究的要点之一。目前，传统的投影仪一般采用调节后焦面位置或者变焦的方式来增大***成清晰像的投影距离范围。采用调节后焦面位置的方法来增大投影距离范围，使得***的结构复杂化，且增加了加工成本和安装难度。采用变焦的方式来增大投影距离范围，***的结构更加复杂。
CN201020693871.3公开了一种大景深定焦投影镜头，采用实际工作环境所要求的调焦物距处的物平面为基准的设计方法，扩大了***景深，且***结构较为简便，但是只能在一个较小的投影距离范围上清晰成像。
CN201010013717.1公开了一种相位板以及应用该相位板的景深拓展成像***，通过在***的孔径平面、入瞳或者出瞳上添加一块三次方型的相位板，***的调制传递函数MTF能够变得对离焦和由离焦引起的因素不敏感，从而扩大了***的景深。但经过该发明的成像***需要经过额外的数字图像复原算法，最终才可以得到清晰图像，且只是拓展了成像***的景深，并没有显著增大成像镜头的投影距离范围。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出了一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪。波前编码技术是在光学***的光瞳面***一块编码板对光学***的波前进行调制，使得在较大的投影距离范围内，其光学传递函数MTF或点扩散函数PSF不变或对投影距离变化不敏感，从而实现在不调焦的情况下在较大投影距离范围内屏幕上都可以得到清晰的像。
所述的基于波前编码的免调焦投影物镜，不需要调节后焦平面，不需要额外的电子矫正***，可在较大范围的投影距离（如0.5米至5米）上都能成清晰图像。
技术方案如下。
一种基于波前编码的免调焦投影物镜，包括编码板和投影物镜组，编码板位于投影物镜组的光阑面上，且编码板1位于光阑上的一面满足XY多项式，其方程为：
其中，an，bn为上述编码板方程的参数，实现在投影距离范围内，不调焦，投影屏幕上都可以得到清晰图面。
所述的投影距离为0.5米至5米，也可以根据具体要求设计为其它。
所述的编码板，另外一面可以为球面或者非球面。
所述的编码板的材料为光学级塑料或光学玻璃。
所述的投影物镜组沿光线传播方向依次包括微显示芯片、折光棱镜和投影镜片。编码板与投影物镜同轴。
所述的微显示芯片为DMD、LCoS或LCD。
所述的折光棱镜为PBS棱镜或TIR棱镜。
所述投影物镜组数目根据具体芯片分辨率需求设计。
所述投影物镜组的镜片材料为球面或非球面。
一种投影仪，采用所述的免调焦投影物镜。
本发明的有益效果是：图像经过投影物镜后，不需要调节镜头后截距或者焦距，也不需要额外的电子矫正***，仅采用了一块波前编码板，便能够实现在较大投影距离范围内可以清晰成像，适合大多数用户使用。且波前编码板的结构简单，易于加工，使得整个投影物镜***结构简单，尺寸小巧紧凑，制造成本低，同时具有高光效率、高均匀性和高对比度的优点，无辐射，绿色环保，非常适合于规模化生产。
附图说明
图1为一种LCOS免调焦微型投影光引擎；
图2为一种DMD免调焦微型投影光引擎；
图3为免调焦投影物镜；
图4为免调焦投影物镜在5米投影距离处不同视场弧矢和子午方向的MTF曲线；
图5为传统投影物镜在5米投影距离处不同视场弧矢和子午方向的MTF曲线；
图6为免调焦投影物镜在投影距离0.5米至5米，30线对/毫米处， 不同视场弧矢和子午方向的MTF曲线；
图7为传统投影物镜在投影距离0.5米至5米，30线对/毫米处， 不同视场弧矢和子午方向的MTF曲线；
图8为免调焦投影物镜在投影距离5米处的点列图；
图9为免调焦投影物镜在投影距离2米处的点列图；
图10为免调焦投影物镜在投影距离0.5米处的点列图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
本发明提出的一种应用波前编码的免调焦投影物镜，通过在传统投影物镜的光阑面上引入具有波前编码的编码板，很大程度上拓延了投影仪成清晰像的投影距离范围，且***的结构简单。
图1为一种LCOS免调焦微型投影光引擎，由LED光源11，准直透镜和中继透镜组12，微型显示芯片LCOS21，PBS棱镜22，免调焦投影物镜23组成，LED发出的光线经过准直镜和中继透镜组后入射到LCOS微显示芯片上将LCOS芯片图像点亮，最后LCOS上的图像经过免调焦投影物镜组放大成像后，在5米至0.55米的投影距离范围内，都能成清晰像。
图2为一种DMD免调焦微型投影光引擎，由LED光源11，准直透镜和中继透镜组12，微型显示芯片DMD31，TIR棱镜32，免调焦投影物镜33组成，LED发出的光线经过准直镜和中继透镜组后入射到DMD微显示芯片上，最后DMD上的图像经过免调焦投影物镜后，在5米至0.55米的投影距离范围内，都能成清晰像。
图3所示为一种基于波前编码的免调焦投影物镜，包括编码板1和投影物镜组2，
F/2.0，有效焦距15mm，实施例中，编码板1的数学表达式为：
免调焦投影物镜在5米投影距离处，不同视场的弧矢和子午方向的调制传递函数曲线如图4中所示；图5中所示为传统投影物镜在5米投影距离处，不同视场的弧矢和子午方向的调制传递函数曲线。
图4可见，免调焦投影物镜在5米投影距离上，0视场、0.3视场、0.7视场和全视场的弧矢和子午方向的调制传递函数MTF吻合度很好，随空间频率的增大，MTF数值逐渐减小，且在30线对/毫米处仍能达到0.2以上。
图5可见，传统投影物镜在5米投影距离处，调制传递函数MTF随着空间频率的增大而明显减小，其中，0.7视场和全视场的弧矢MTF在27线对/毫米处接近0，此时，投影物镜不能清晰成像。
图6所示为：免调焦投影物镜在投影距离0.5米至5米，30线对/毫米处，0视场、0.3视场、0.7视场和全视场的弧矢和子午方向的调制传递函数MTF曲线。图中，MTF值保持在0.2到0.5之间，数值较高，且不存在零点，即在0.5米至5米投影距离范围内，免调焦投影物镜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图像。
图7为传统投影物镜在投影距离0.5米至5米，30线对/毫米处，0视场、0.3视场、0.7视场和全视场的弧矢和子午方向的调制传递函数MTF曲线。图中，在投影距离0.5米处，不同视场弧矢子午方向的MTF值几乎为0，不能成像；在2米投影距离处，不同视场的弧矢子午方向的MTF值增大到0.8，成像清晰，也就是说，传统投影物镜只能在一个投影距离处成清晰像，在其它位置处不能成清晰像。
图8、9和10分别为免调焦投影物镜在5米、2米和0.5米处的点列图，图中表明：不同投影距离处，各视场的像差基本相同。
以上实施例对本发明作了描述，但是，不应将这些描述理解为一种限制情形，对于本领域的技术人员来说参考以上对本发明的描述显然能够作出对公开实施例中的各种改进以及另外实施例，凡依本发明的构思所作出的变换，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于波前编码的免调焦投影物镜，其特征在于：包括编码板（1）和投影物镜组（2），编码板（1）位于投影物镜组（2）的光阑面上，且编码板（1）位于光阑面的一面满足以下方程为：
，
实现在投影距离范围内，不调焦，投影屏幕上都可以得到清晰图面；
所述的投影距离为0.5米至5米。
2.根据权利要求1所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述的编码板（1），另外一面为平面、球面或者非球面。
3.根据权利要求1所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述的编码板（1）的材料为光学级塑料或光学玻璃。
4.根据权利要求1所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述的投影物镜组（2）沿光线传播方向依次包括微显示芯片、折光棱镜和投影镜片。
5.根据权利要求4所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述的微显示芯片为DMD、LCoS或LCD。
6.根据权利要求4所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述的折光棱镜为偏振分光棱镜或全内反射棱镜。
7.根据权利要求4所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述投影物镜组（2）数目根据具体芯片分辨率需求设计。
8.根据权利要求4所述的免调焦投影物镜，其特征在于：所述投影物镜组（2）的镜片材料为球面或非球面。
9.一种投影仪，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的免调焦投影物镜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510601510.9A CN105116518B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510601510.9A CN105116518B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105116518A CN105116518A (zh) | 2015-12-02 |
| CN105116518B true CN105116518B (zh) | 2018-02-27 |
Family
ID=54664545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510601510.9A Active CN105116518B (zh) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105116518B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000028353A1 (en) * | 1998-11-12 | 2000-05-18 | U.S. Precision Lens Incorporated | Color corrected projection lenses employing diffractive optical surfaces |
| CN100422788C (zh) * | 2004-01-30 | 2008-10-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 变焦透镜组件 |
| US20090257117A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Tomoyuki Baba | Projection optical system and projection type display using the same |
| CN101324697A (zh) * | 2008-04-28 | 2008-12-17 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 光学镜头 |
| CN102759769B (zh) * | 2012-06-27 | 2014-05-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 用于波前编码成像的相位板以及带宽可调波前编码*** |
| CN204964858U (zh) * | 2015-09-21 | 2016-01-13 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
-
2015
- 2015-09-21 CN CN201510601510.9A patent/CN105116518B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105116518A (zh) | 2015-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9019597B2 (en) | Device for short-distance projection at a reasonably large angle with zoom and focusing | |
| JP3429291B2 (ja) | プロジェクションディスプレイ装置のプロジェクションレンズ | |
| US20130094095A1 (en) | Projection zoom lens | |
| EP3309597A1 (en) | Projection optical system and projector | |
| CN105190395B (zh) | 投影型影像显示装置 | |
| US20100271601A1 (en) | Projecting zoom lens and projection type display apparatus | |
| CN106199927B (zh) | 光学成像*** | |
| US8390935B2 (en) | Projection zoom lens and projection display device | |
| CN109073869A (zh) | 投影光学***以及投影仪 | |
| CN108333721B (zh) | 反射式广角镜头 | |
| TWI795592B (zh) | 投影鏡頭及投影機 | |
| CN207529010U (zh) | 广角透镜、投射型显示装置及摄像装置 | |
| JP2008107798A (ja) | ズームレンズ | |
| CN102236159A (zh) | 投影用变焦透镜和投影型显示装置 | |
| CN107490846B (zh) | 一种投影镜头 | |
| CN207636837U (zh) | 变焦透镜、投射型显示装置及摄像装置 | |
| KR20050086076A (ko) | 대화각 고해상도를 제공하는 배면 투사 광학계 | |
| JP2010054693A (ja) | 投影レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 | |
| CN209311772U (zh) | 一种微型投影镜头 | |
| JP2009210596A (ja) | 投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 | |
| CN107167992A (zh) | 一种广角小投射比的远心数字投影机镜头 | |
| US20020191160A1 (en) | Display apparatus with adjustable imaging area | |
| CN107817593A (zh) | 一种超短焦投影镜头 | |
| CN109254387B (zh) | 投影镜头及图像输出设备 | |
| CN204964858U (zh) | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Focusless Projection Objective and Projector Based on Wavefront Encoding Effective date of registration: 20230801 Granted publication date: 20180227 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Taizhou Branch Pledgor: ZHEJIANG CRYSTAL-OPTECH Co.,Ltd. Registration number: Y2023330001597 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20240102 Granted publication date: 20180227 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Taizhou Branch Pledgor: ZHEJIANG CRYSTAL-OPTECH Co.,Ltd. Registration number: Y2023330001597 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |