本实用新型专利技术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，本实用新型专利技术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系统，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。整个投影物镜系统结构简单，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。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于投影显示
，尤其涉及一种基于波前编码的免调焦投影物 镜。
技术介绍
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系统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，使得系统的结构复杂化，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，系统的结构更加复杂。 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，扩大了系统景深，且系统结构较为简便，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系统，通 过在系统的孔径平面、入瞳或者出瞳上添加一块三次方型的相位板，系统的调制传递函数 MTF能够变得对离焦和由离焦引起的因素不敏感，从而扩大了系统的景深。但经过该实用新 型的成像系统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 了成像系统的景深，并没有显著增大成像镜头的投影距离范围。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本技术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系统的光瞳面插入一块编码板对光学系统的 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 子矫正系统，可在较大范围的投影距离(如〇. 5米至5米）上都能成清晰图像。 技术方案如下。 -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。 所述的投影距离为〇. 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IXD。 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。 本技术的有益效果是：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系统，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 个投影物镜系统结构简单，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技术做进一步说明： 本技术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，且系统的结构简单。 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LC0S21，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15_，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、〇. 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，图中表本文档来自技高网...
【技术保护点】
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XY多项式，其方程为：其中，an，bn为上述编码板（1）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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张文字，张丽，周建军，
申请(专利权)人：浙江水晶光电科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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