一种折反式扫描光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种折反式扫描光学系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的第一反射镜、振镜系统、非球面反射镜、非球面透镜和第二反射镜，非球面透镜为非旋转对称的非球面透镜。本实用新型专利技术折反式扫描光学系统，结构紧凑便携，比透射式系统所应用镜片数量更少，用于在桌面、墙面扫描投射出应用信息或键盘等小屏幕，可以作为家用AI的智能设备；扫描范围为150mm×200mm，扫描分辨率可以达到720p，扫描光斑尺寸小，投影清晰度高，可作为家庭小型化扫描设备。

A catadioptric scanning optical system

【技术实现步骤摘要】
一种折反式扫描光学系统
本技术涉及一种折反式扫描光学系统，属于扫描光学领域。
技术介绍
激光扫描投影使用红、绿、蓝(三基色)单色激光器为光源，混合成全彩色，利用多种方法实现行和场的扫描，当扫描速度高于所成像的临界闪烁频率，就可以满足人眼“视觉残留”的要求，人眼就可清晰观察，临界闪烁频率应不低于50Hz。激光扫描投影具有分辨率高、速度快，体积小、重量轻等特点，可用于激光投影机，激光投影机很好的弥补了3LCD和DLP两种投影方式存在的缺陷，工作寿命长，不会因长时间的工作而导致屏幕亮度变暗；色域广泛，是普通投影机的色域2倍左右。此外，“激光扫描投影技术”也可用在车用屏幕抬头显示器，以及感测、工业侦测等领域。然而现有激光扫描光学系统存在结构体积大等缺陷，且投影清晰度尚需进一步提升。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本技术提供一种折反式扫描光学系统，结构较紧凑，体积较小；最终扫描光斑尺寸小，投影清晰度高。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案如下：一种折反式扫描光学系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的第一反射镜、振镜系统、非球面反射镜、非球面透镜和第二反射镜，非球面透镜为非旋转对称的非球面透镜。上述折反式扫描光学系统是以激光作为光源，在经过振镜反射后再经过非球面反射镜和非球面平凸透镜进行光学聚焦，最终投射到目标平面上，结构紧凑便携，比透射式系统所应用镜片数量更少，用于在桌面、墙面扫描投射出应用信息或键盘等小屏幕，可以作为家用AI的智能设备。上述折反式扫描光学系统光源为可见光准直激光束，通过第一反射镜转变光线传播方向，入射到振镜系统，振镜摆角决定最终的扫描范围，激光照射到非球面反射镜，通过该非球面反射镜进行反射聚焦，再通过之后的非旋转对称的非球面透镜校正不同振镜摆动角度产生的像散和畸变，最后通过第二反射镜改变出射光的传播方向，最终投射到目标平面上。上述折反式扫描光学系统的扫描范围为150mm×200mm，扫描面距离出光口为200mm，扫描分辨率可以达到720p，可作为家庭小型化扫描设备。本申请振镜系统直接购买现有市售产品即可，比如北京世纪桑尼公司S-8107H型号振镜系统。本技术采用多片非球面缩减了整体仪器体积，同时提高了成像清晰度。非球面反射镜和非球面透镜所采用的非球面方程均为：c＝1/r，其中，z为光轴方向的矢高，c为非球面面型曲率，k为多项式因子，a1为多项式二次项系数，a2为多项式4次项系数，a3为多项式6次项系数，a4为多项式8次项系数，r为坐标轴镜像坐标，在xy坐标系中满足r2＝x2+y2。为了减少能量损耗，优选，非球面反射镜直径为25±1mm，中心厚度为3±0.1mm，反射率>99.5％。进一步优选，非球面反射镜的反射面Rt(粗糙度最大高度)<0.1um，Ra(表面粗糙度)<0.01um，整个镜片设计波长为400nm～700nm可见光。为进一步减小像散和畸变，非球面透镜直径为25±1mm，中心厚度为3±0.1mm，透射率>99.5％。为进一步减小像散和畸变，提高投影清晰度，第一反射镜的反射面与水平方向夹角为45°，振镜系统的轴向(光线传播方向)与水平方向平行，非球面反射镜的反射面与水平方向夹角为135°，非球面透镜与水平方向夹角为135°，第二反射镜的反射面与水平方向夹角为25°。所用光源为准直激光束，光源与第一反射镜的中心间距20mm～150mm可调；第一反射镜与振镜系统的中心间距为10mm±5mm，振镜系统与非球面反射镜的中心间距为15mm±5mm，非球面反射镜与非球面透镜的中心间距为中心间距为10mm，非球面透镜与第二反射镜中心间距为中心间距为20mm。第二反射镜出光照射到投影面上，距离为大于200mm。为了减少光能损耗，优选，第一反射镜为平面反射镜，直径为5mm，中心厚度为1.5mm，反射率>99.5％。优选，第二反射镜平面反射镜，直径为50mm，中心厚度为3mm，反射率>99.5％。本技术未提及的技术均参照现有技术。本技术折反式扫描光学系统，结构紧凑便携，比透射式系统所应用镜片数量更少，用于在桌面、墙面扫描投射出应用信息或键盘等小屏幕，可以作为家用AI的智能设备；扫描范围为150mm×200mm，扫描分辨率可以达到720p，扫描光斑尺寸小，投影清晰度高，可作为家庭小型化扫描设备。附图说明图1为本技术实施例中折反式扫描光学系统结构示意图；图2为本技术实施例中折反式扫描光学系统的扫描聚焦光斑图；图3为本技术实施例中折反式扫描光学系统的MTF曲线图；图4为本技术实施例中折反式扫描光学系统的像差示意图；图中，1为激光出射，2为第一反射镜，3为振镜系统，4为非球面反射镜，5为非球面透镜，6为第二反射镜，7为投影面。具体实施方式为了更好地理解本技术，下面结合实施例进一步阐明本技术的内容，但本技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。如图1所示，一种折反式扫描光学系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的第一反射镜、振镜系统(采用北京世纪桑尼公司S-8107H型号振镜系统)、非球面反射镜、非球面透镜和第二反射镜，非球面透镜为非旋转对称的非球面透镜。第一反射镜的反射面与水平方向夹角为45°，振镜系统的轴向与水平方向平行，非球面反射镜的反射面与水平方向夹角为135°，非球面透镜与水平方向夹角为135°，第二反射镜的反射面与水平方向夹角为25°。非球面反射镜和非球面透镜所采用的非球面方程均为：c＝1/r，其中，z为光轴方向的矢高，c为非球面面型曲率，k为多项式因子，a1为多项式二次项系数，a2为多项式4次项系数，a3为多项式6次项系数，a4为多项式8次项系数，r为坐标轴镜像坐标，在xy坐标系中满足r2＝x2+y2。非球面反射镜的反射面Rt<0.1um，Ra<0.01um，整个镜片设计波长为400nm～700nm可见光。各透镜的参数如表1所示。表1上表中，φ为镜片直径，CT表示中心厚度，R表示反射率，T表示透射率。所用光源为准直激光束，激光束直径为1.5mm，由红、绿、蓝三基色组成。光源以垂直于水平方向、且与第一反射镜的反射面呈135°的角度入射在第一反射镜上，光源与第一反射镜的中心间距20mm～150mm可调；第一反射镜与振镜系统的中心间距为10mm；振镜系统与非球面反射镜的中心间距为15mm；非球面反射镜与非球面透镜的中心间距为中心间距为10mm；非球面透镜与第二反射镜中心间距为中心间距为20mm。扫描聚焦光斑如图2所示，达到衍射极限范围内，光斑直径大小在160μm左右，投影清晰度高、相差小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折反式扫描光学系统，其特征在于：包括沿入射光线传输方向依次设置的第一反射镜、振镜系统、非球面反射镜、非球面透镜和第二反射镜；非球面透镜为非旋转对称的非球面透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种折反式扫描光学系统，其特征在于：包括沿入射光线传输方向依次设置的第一反射镜、振镜系统、非球面反射镜、非球面透镜和第二反射镜；非球面透镜为非旋转对称的非球面透镜。


2.如权利要求1所述的折反式扫描光学系统，其特征在于：非球面反射镜和非球面透镜所采用的非球面方程均为：c＝1/r，其中，z为光轴方向的矢高，c为非球面面型曲率，k为多项式因子，a1为多项式二次项系数，a2为多项式4次项系数，a3为多项式6次项系数，a4为多项式8次项系数，r为坐标轴镜像坐标，在xy坐标系中满足r2＝x2+y2。


3.如权利要求2所述的折反式扫描光学系统，其特征在于：非球面反射镜的直径为25±1mm，中心厚度为3±0.1mm，反射率>99.5％。


4.如权利要求2所述的折反式扫描光学系统，其特征在于：非球面反射镜的反射面Rt<0.1um，Ra<0.01um。


5.如权利要求2所述的折反式扫描光学系统，其特征在于：非球面透镜直径为25±1mm，中心厚度为3±0.1mm，透射率>99.5％。


6.如权利要求1-5任意一项所述的折反式扫描光学系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玉春，吴禹，王国力，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32