一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统技术方案

本发明专利技术属于投影成像技术领域，特别是指一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统，包括集成投影镜头；集成投影镜头包括多个以阵列形式分布的子通道，每个子通道均包括一个子图像单元以及与其对应的一个成像透镜单元，成像透镜单元设于子图像单元一侧，每个子图像单元通过成像透镜单元在投影面的实际投影区域拼接叠加投影成像；每个子通道中，子图像单元分别根据其在阵列中的位置，提供部分最终投影成像所需的图像信息，集成投影镜头到投影面之间的距离L范围为2f～4f，f表示所有子通道的焦距。该集成投影成像光学系统可以实现边缘清晰的、高照度均匀性的投影成像效果，且易于拓展。

An integrated projection imaging optical system for short distance scenes

【技术实现步骤摘要】
一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统
本专利技术属于投影成像
，特别是指一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统及用于集成投影成像光学系统的图像处理方法。
技术介绍
微透镜阵列具有大焦深、短像距、微型化等特点，广泛应用于包括3D集成投影成像、光场成像、波前信息获取、光束整形与均匀化等领域。尤其是近二十年以来，微透镜阵列加工工艺的提高以及材料的丰富多样化，使得更高面形精度、自由度得以实现。随着微透镜阵列加工技术以及精度的日益提高，基于微透镜阵列的多孔径集成投影显示技术正在逐步得到重视。传统的单孔径投影成像光学系统，往往具有大的镜头孔径尺寸以及投影视场角，因此会造成投影系统较为庞大笨重。在实现相同的投影镜头孔径尺寸的情况下，传统的投影镜头需要更多的光学镜片来校正成像的像差，且在整个投影视场区域内很难实现理想的照度均匀性。基于微透镜阵列的超短距投影成像系统属于多孔径多通道的投影成像系统，具有照度均匀性高、体积和重量小，以及超短距离成像的优点。目前，基于微透镜阵列构成的集成投影成像光学系统，特别是超短距离投影(厘米级)，由于每个子通道成像的边缘处往往出现光强衰减，叠加后得到的最终投影成像通常存在部分区域模糊，照度均匀性差，实际成像效果不理想等缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统，包括：集成投影镜头；r>所述集成投影镜头包括多个以阵列形式分布的子通道，每个所述子通道均包括一个子图像单元以及与其对应的一个成像透镜单元，所述成像透镜单元设于所述子图像单元一侧，每个所述子图像单元通过所述成像透镜单元在投影面的实际投影区域拼接叠加投影成像；每个所述子通道中，所述子图像单元分别根据其在阵列中的位置，提供部分最终投影成像所需的图像信息，集成投影镜头到投影面之间的距离L范围为2f～4f，f表示所有子通道的焦距。可选的，单个所述子通道在所述投影面的成像大小S满足：2p≤S≤4p，p表示单个所述子通道的成像孔径大小。可选的，各个所述子通道的成像透镜单元成像时，满足如下表达式：可选的，所述成像透镜单元包括至少一个成像子透镜；多个所述成像子透镜组合、胶合或部分胶合，紧密相接构成所述成像透镜单元。可选的，每个所述子通道中还包括光阑掩膜单元，所述光阑掩膜单元设于所述成像透镜单元一侧，或设于所述成像透镜单元内部两个所述成像子透镜之间。可选的，所述子图像单元为显示单元或子图像掩膜。可选的，所述集成投影成像光学系统还包括背光照明设备；所述背光照明设备设于所述集成投影镜头远离所述投影面的一侧，用于提供背光照明。可选的，每个所述子通道还包括聚光透镜单元，所述聚光透镜单元设于所述子图像单元远离所述投影面的一侧。可选的，所述集成投影镜头中，各个所述子通道相切。可选的，所述集成投影镜头中，各个所述子通道以矩形阵列、六边形阵列或圆形阵列的形式分布。本专利技术还提供了一种用于上述任一项所述的集成投影成像光学系统的图像处理方法，包括：子图像单元提供的图像信息根据其在阵列中的位置预畸变，子图像预畸变校正方法为径向基函数图像变形方法，包括：设投影面上每个理想网格采样点为Mj'(xj',yj')，其对应的预畸变网格点为Mj(xj,yj)，则Mj'(xj',yj')与Mj(xj,yj)满足如下公式：Ri(d)＝(d2+λri2)μ/2＝[(xj-xcenter_i)2+(yj-ycenter_i)2+λri2]μ/2采用n阶多项式基函数实现图像预畸变过程，其中，Ri(d)代表第i个基函数，中心位于(xcenter_i,ycenter_i)；αx,i、αy,i为相应的基函数的权重；pm(xj,yj)为m阶多项式，用以保证m阶拟合精度；j为由1至n的整数；λ为缩放因子，特征半径ri等于理想网格采样点之间的最小间隔。可选的，投影成像的每一像点对应不少于四个所述子通道的图像信息。根据本专利技术的适用于短距离场景的集成投影成像光学系统，可以实现完整、清晰、照度均匀且像质高的短距离投影成像效果，系统体积更为轻薄，占用空间小，在实现较好成像质量的同时达到设备轻小型的需求。附图说明图1是本专利技术实施例中一种适用于短距离的集成投影成像光学系统结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种适用于短距离的集成投影镜头结构示意图；图3是本专利技术实施例中集成投影镜头不同阵列排布方式示意图；图4是本专利技术实施例中集成投影镜头多通道投影成像分析示意图；图5是本专利技术实施例中集成投影镜头多通道投影成像原理示意图；图6是本专利技术实施例中可投影区域分析与实际投影区域分析示意图；图7是本专利技术实施例中的不同成像透镜单元结构示意图。图中：1：集成投影镜头；11：投影成像阵列组件；111：光阑掩膜阵列层；112：第一成像透镜阵列子层；1121：成像子透镜；113：第二成像透镜阵列子层；110：集成投影镜头中列；100：中心子通道；101：第一子通道；102：第二子通道；103：第三子通道；104：第四子通道；108：第一边缘子通道；109：第二边缘子通道；12：子图像阵列层；120：中心子通道掩膜图像；121：第一子通道掩膜图像；122：第二子通道掩膜图像；123：第三子通道掩膜图像；124：第四子通道掩膜图像；13：背光汇聚阵列层；131：聚光透镜单元；2：背光照明光束；3：投影面；4：最终投影成像；4-100：中心子通道成像区域；4-101：第一子通道成像区域；4-102：第二子通道成像区域；4-103：第三子通道成像区域；4-104：第四子通道成像区域；42：外接矩形边界；43：成像矩形边界；44：舍弃投影区域；45：实际投影区域。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术中，表述“第一”和“第二”等可以修饰本专利技术的多种组成元件，但是不限制对应的组成元件。例如，表述不限制对应的组成元件的顺序和/或重要性等。表述可以用于将一个组成元件与另一组成元件区分开来。例如，第一用户装置和第二用户装置全部为用户装置，且代表不同的用户装置。例如，第一组成元件可以被命名为第二组成元件而不脱离本专利技术的精神和范围。相同地，即使第二组成元件也可以被命名为第一组成元件。本专利技术实施例提供的一种适用于短距离的集成投影成像光学系统，包括集成投影镜头1。如图1所示，投影面3设于集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统，其特征在于，包括：集成投影镜头；/n所述集成投影镜头包括多个以阵列形式分布的子通道，每个所述子通道均包括一个子图像单元以及与其对应的一个成像透镜单元，所述成像透镜单元设于所述子图像单元一侧，每个所述子图像单元通过所述成像透镜单元在投影面的实际投影区域拼接叠加投影成像；/n每个所述子通道中，所述子图像单元分别根据其在阵列中的位置，提供部分最终投影成像所需的图像信息，集成投影镜头到投影面之间的距离L范围为2f～4f，f表示所有子通道的焦距。/n

【技术特征摘要】
20200121 CN 20201007163941.一种适用于短距离场景的集成投影成像光学系统，其特征在于，包括：集成投影镜头；
所述集成投影镜头包括多个以阵列形式分布的子通道，每个所述子通道均包括一个子图像单元以及与其对应的一个成像透镜单元，所述成像透镜单元设于所述子图像单元一侧，每个所述子图像单元通过所述成像透镜单元在投影面的实际投影区域拼接叠加投影成像；
每个所述子通道中，所述子图像单元分别根据其在阵列中的位置，提供部分最终投影成像所需的图像信息，集成投影镜头到投影面之间的距离L范围为2f～4f，f表示所有子通道的焦距。


2.根据权利要求1所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：单个所述子通道在所述投影面的成像大小S满足：2p≤S≤4p，p表示单个所述子通道的成像孔径大小。


3.根据权利要求2所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：各个所述子通道的成像透镜单元成像时，满足如下表达式：





4.根据权利要求1至3任一项所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：
所述成像透镜单元包括至少一个成像子透镜；多个所述成像子透镜组合、胶合或部分胶合，紧密相接构成所述成像透镜单元。


5.根据权利要求4所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：
每个所述子通道中还包括光阑掩膜单元，所述光阑掩膜单元设于所述成像透镜单元一侧，或设于所述成像透镜单元内部两个所述成像子透镜之间。


6.根据权利要求5所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：
所述子图像单元为显示单元或子图像掩膜。


7.根据权利要求1所述的集成投影成像光学系统，其特征在于：
所述集成投影成像光...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德文，刘悦，顾罗，
申请(专利权)人：北京耐德佳显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11