[实用新型]一种大视场投影系统

说明书

本实用新型属于光学技术领域，为解决现有投影系统不能直接对全孔径成像的问题，提出一种大视场投影系统，包括：沿着光轴方向依次包括DMD芯片、4K振镜、等效棱镜、保护玻璃、折射透镜组和自由曲面反射镜、投影屏幕；光线从DMD芯片发出，依次经过4K振镜、等效棱镜、保护玻璃、折射透镜组，并在自由曲面反射镜之前进行一次成像，最后由自由曲面反射镜反射至投影屏幕形成清晰的图像。本技术方案的大视场系统在保持折射透镜组不变的情况下，直接构造反射镜，能够减小折射透镜组对计算的影响，提高计算效率；自由曲面反射镜承担了较大的光焦度和像差平衡，从而能够减少折射透镜组的复杂程度。

技术领域

本实用新型属于光学设计领域，具体涉及一种投影系统。

背景技术

自由曲面是非旋转对称的光学曲面，可以为光学设计提供更多的自由度，具有提高成像质量，减少光学元件数量等优点。在离轴光学系统中，为了避免遮拦或为了满足光学系统尺寸和重量的约束，打破了光学系统的对称性。当系统对称性被破坏时，光学系统的性能将大幅度下降，而自由曲面的使用能够恢复离轴系统的光学性能。因此自由曲面常被用在离轴显示系统中。

成像光学系统要实现对一定视场大小与孔径大小的成像，需要在成像系统中控制不同视场不同孔径位置的光线，而现有的应用于投影系统系统结构在设计时不能直接设计对全孔径成像的系统。2018年李润芝等人^[1]基于微分几何原理和斯涅尔反射定律设计了折反式超短焦投影物镜。由于在反射镜的设计过程中仅考虑了出瞳中心的光线，因此该方法设计得到的光学系统，在全视场范围内只有主光线可以完善成像，不能对全孔径成像，即仅适用于小孔径系统；其次，该方法在设计投影物镜的反射镜时，没有考虑折射透镜组，因此设计得到的反射镜可能无法与折射透镜组匹配。

李润芝,杨波,张婧京,等.采用折反式成像的超短焦距投影物镜设计[J].光学技术,2018,044(003):305-309.

实用新型内容

本实用新型的目是解决现有技术中的投影系统不能直接设计对全孔径成像的系统，为达到上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是：

一种大视场投影系统，包括：沿着光轴方向依次包括DMD芯片、4K振镜、等效棱镜、保护玻璃、折射透镜组和自由曲面反射镜、投影屏幕；光线从DMD芯片发出，依次经过4K振镜、等效棱镜、保护玻璃、折射透镜组，并在自由曲面反射镜之前进行一次成像，最后由自由曲面反射镜反射至投影屏幕形成清晰的图像。

更进一步的方案是：折射透镜组包括沿投射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，其中第一透镜、第二透镜、第三透镜、第八透镜均为双凸面透镜，第十一透镜为弯月镜且凹面朝向DMD芯片一侧。

优选的自由曲面反射镜对应的表达式为：其中x，y分别为自由曲面任意点的横坐标和纵坐标值；z_n(x,y)是第n项泽尼克多项式，k_n是第n项泽尼克多项式的系数；其中自由曲面反射镜的自由曲反射镜的偏心与倾斜为：X轴偏心0mm，Y轴偏心-5.975mm，X轴倾斜7.741°，Y轴倾斜0°。

光线从DMD芯片发出，依次经过4K振镜、等效棱镜、保护玻璃、折射透镜组，并在自由曲面反射镜之前进行一次成像，最后由自由曲面反射镜反射至投影屏幕形成清晰的图像。

该方法实现了光学系统在全视场和全孔径下成完善像的技术效果；且在保持折射透镜组不变的情况下，直接构造反射镜，能够减少折射透镜组的复杂程度。

本实用新型提供的大视场投影系统，在计算过程中，在保持折射透镜组不变的情况下，可直接构造反射镜，能够减少折射透镜组的复杂程度；将计算得到的反射镜作为初始结构，并结合折射透镜组进行优化，很容易得到大视场且成像质量良好的系统。

附图说明