一种微透镜阵列的光学投影系统转让专利
申请号 : CN202010805929.7
文献号 : CN111856852B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 江程 , 佘俊 , 南基学
申请人 : 广东烨嘉光电科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,包括依次设置的光源(10)、准直透镜(20)、第一微透镜阵列(30)、投影源(40)、正透镜模块(50)、第二微透镜阵列(60)和接收面(70),所述第一微透镜阵列(30)包括n个阵列排布的第一微透镜单元(31),所述投影源(40)包括n个阵列排布的投影图像单元(41),所述正透镜模块(50)包括至少一个具有正光焦度的光学结构面,所述第二微透镜阵列(60)包括n个阵列排布的第二微透镜单元(61);
各个投影图像单元(41)分别与两侧的各个所述第一微透镜单元(31)和各个所述第二微透镜单元(61)对应,相对的所述第一微透镜单元(31)和所述第二微透镜单元(61)具有共同的光轴;
所述投影源(40)与所述正透镜模块(50)之间的距离为s,所述第二微透镜阵列(60)与所述接收面(70)之间的距离为L′,所述第一微透镜阵列(30)与所述第二微透镜阵列(60)之间的距离≈s,所述正透镜模块(50)的等效焦距f0=L′,所述第一微透镜单元(31)的焦距f1≈s,所述第二微透镜单元(61)的焦距f2=s。
2.根据权利要求1所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述第一微透镜单元(31)为平凸透镜,所述第一微透镜单元(31)的平面紧贴所述投影源(40)。
3.根据权利要求1所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述投影源(40)包括至少两种具有不同投影图像的所述投影图像单元(41)。
4.根据权利要求1所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述正透镜模块(50)具有正光焦度的光学结构面为非球面或菲涅尔结构面。
5.根据权利要求4所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述正透镜模块(50)包括一个具有正光焦度的光学结构面和一个平面。
6.根据权利要求5所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述第二微透镜单元(61)为平凸透镜。
7.根据权利要求6所述的一种微透镜阵列的光学投影系统,其特征在于,所述正透镜模块(50)与所述第二微透镜阵列(60)为一体成型的复合透镜(80),所述正透镜模块(50)的平面紧贴所述第二微透镜阵列(60)的平面。
说明书 :
一种微透镜阵列的光学投影系统
技术领域
背景技术
键盘图像的投影。
镜片数目较多,系统的总长度大。
的像高较大,不能忽略,如微透镜单元的高度与投影实像的高度比大于1/50时,由于每个成
像光路的偏移,会造成接收面上形成多个错开的实像单元,导致最终无法形成清晰且单一
的投影实像。
偏置,使之对应的光轴与第一微透镜阵列的光轴不重合,从而实现多通道的图像重合叠加,
最终实现近距离投影且投影实像单一,但由于第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的光轴偏
置错开,即第一微透镜阵列中某单元中的部分光进入到第二微透镜阵列的相邻单元,相邻
通道之间的光信息会相互串扰,最终造成投影实像形成重影。
发明内容
一微透镜阵列包括n个阵列排布的第一微透镜单元,投影源包括n个阵列排布的投影图像单
元,正透镜模块包括至少一个具有正光焦度的光学结构面,第二微透镜阵列包括n个阵列排
布的第二微透镜单元;
s。
使多光通道中的各个子实像单元在接收面上复合叠加,从而获得清晰的投影实像,此外,第
一微透镜单元、投影图像单元和第二微透镜单元的中心共轴,能够有效避免相邻的光通道
之间发生串光,可有效避免最终所获的投影实像形成重影。
附图说明
合透镜80。
具体实施方式
和接收面70,光源10可以为LED灯珠,投影源40可以为菲林片、液晶屏等,正透镜模块50位于
投影源40和第二微透镜阵列60之间,接收面70可以为墙面、地面、白屏等,微透镜阵列也称
复眼透镜,第一微透镜阵列30包括n个阵列排布的第一微透镜单元31,投影源40包括n个阵
列排布的投影图像单元41,正透镜模块50包括至少一个具有正光焦度的光学结构面,第二
微透镜阵列60包括n个阵列排布的第二微透镜单元61;
一微透镜单元31和第二微透镜单元61之间形成一个光通道单元,各个投影图像单元41分别
位于各个光通道单元中;
镜阵列60与接收面70之间的距离为L′,L′为投影距离,第一微透镜阵列30与第二微透镜阵
列60之间的距离≈s,即第一微透镜阵列30与投影源40在沿光轴的空间位置几乎不存在差
异,同时第二微透镜阵列60与正透镜模块50在沿光轴方向的空间位置几乎不存在差异,相
邻两个第一微透镜单元31中心的间距、相邻两个投影图像单元41中心的间距以及相邻两个
第二微透镜单元61中心的间距均为d1,相邻两个投影图像单元41的虚像中心的间距为d2,即
相邻两个子物像单元中心的间距为d2,投影源40的虚像与正透镜之间的距离为s′,根据薄
透镜的成像公式可得s′=(f0*s)/(f0‑s),d2=(f0*d1)/(f0‑s),根据图4中的三角比例关系
可得,(L′+s′)/L′=d2/d1,设置正透镜模块50的等效焦距f0=L′,由于第一微透镜单元31的
作用是场镜,能够把来自准直透镜20的平行光聚焦于第二微透镜单元61的中心,设置第一
微透镜单元31的焦距f1≈s,可取f1=s,能够确保第一微透镜单元31能够将平行光聚焦到第
二微透镜单元61的中心,能够有效确保光能的利用率,第二微透镜单元61起投影成像的作
用,根据图4中心处投影图像单元41的成像光路图,薄透镜的成像公式可得1/L′+1/s′=1/
f2,设置第二微透镜单元61的焦距f2=s,通过上述关系式计算获得的f0、f1、f2的数值为理想
值,在具体应用中可根据实际情况在理想值的基础上进行调整以适配对应的需求。
镜阵列30形成正立放大的虚像,如图4所示,第二微透镜单元61的光轴与第一微透镜单元31
的虚像光轴不共线,第二微透镜单元61的光轴与投影图像单元41的虚像光轴也不共线,投
影图案单元的虚像为子物像单元,各个子物像单元经过第二微透镜阵列60的投影作用后获
得的子实像单元能够在接收面70上叠加复合,最终获得清晰的投影实像。
位置坐标,E为接收面70的照度,(xi,yi)为投影源40的位置坐标,Ei为投影源40的照度。
可以是双凸面透镜或凹凸透镜,甚至可以设置为多微透镜组合。
最终所形成图像不同的各种子实像单元在接收面70上复合叠加,从而形成图像特定的投影
实像。
的成像质量好,菲涅尔结构面能够降低正透镜模块50的厚度。
如图6所示,复合透镜80靠近投影源40的一侧为非球面结构,复合透镜80的另一面为第二微
透镜阵列60结构;如图7所示,复合透镜80靠近投影源40的一侧为菲涅尔透镜结构,复合透
镜80的另一面为第二微透镜阵列60结构。通过复合正透镜模块50和第二微透镜阵列60获得
一体化的复合透镜80,能够有效减少系统的光学零件数量,从而有效减少因光学零件对光
能造成的反射等损耗,可有效提高系统对光能的利用率,还能降低系统成本,降低装配难
度。
为多微透镜组合。
来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保
护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。