利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统的制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明属于投影显示领域，具体涉及一种利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统。【
背景技术：
】[0002]目前投影显示系统已广泛应用于教育、商务及生活中的方方面面。使用投影显示系统时，往往需要手动调整投影镜头，使该镜头的呈像面与显示屏幕处于同一平面，以获得清晰的影像。[0003]投影显示系统依靠变焦调整机构和投影镜头组来实现影像的变焦。变焦调整机构由变焦环、滚轮、弹片等机械件组成，投影镜头组由凸透镜、凹透镜、胶合透镜、非球面镜等一系列镜片组成，往往其结构复杂，体型较大。投影镜头组中的非球面镜可消除图像畸变、像差、和色差，但其制造工艺复杂，制作成本高。[0004]长期以来，人们致力于研究投影显示系统的自动变焦技术，以及变焦投影镜头的优化(如：专利文献，公开号CN102621792A，CN103163636B)。利用影像感测等技术虽可实现投影显示系统的自动变焦，但该系统仍不可缺少电机等机械结构。优化后的投影镜头镜片数目越少，越有利于降低成本，但不利于校正镜头产生的各种图像畸变、像差和色差，成像质量下降，镜片数目与成像质量成相互矛盾的关系。还有学者利用相位型空间光调制器实现对光束的调制（如TomoyoshiShimobabaet.al.，LenslesszoomableholographicprojectionusingscaledFresneldiffraction?OpticsExpress21，25285-25290(2013)；Hung-ChunLinet.al.?Aholographicprojectionsystemwithanelectricallytuningandcontinuouslyadjustableopticalzoom，0pticsExpress20,27222-27229(2012))。[0005]为克服现有传统投影显示系统机械式变焦系统结构复杂、体积庞大、变焦速度缓慢、容易损坏等缺点，本发明提供了一种利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统，简化了变焦系统的结构，缩小了系统的体积，增强了系统的可靠性，可实现投影显示系统的快速变焦，图像的畸变校正，图像的缩放及平移等功能。【
发明内容】[0006]本发明的目的是提供一种利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统。光源通过扩束镜后产生的照明光束投射到幅值型空间光调制器上，通过幅值型空间光调制器后加载了图像灰度信息的光束照射到相位型空间光调制器上，计算机根据透镜的相位分布函数，计算生成所需透镜的理想相位灰度图，该相位灰度图作为调制因子被加载至相位型空间光调制器，实现对图像的调制，可完成投影显示系统焦距的改变、图像畸变的校正、图像的缩放及平移等功能，最终图像被投影到显示屏幕上。[0007]本发明的特征在于，利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统，至少含有光源、扩束镜、计算机、幅值型空间光调制器、相位型空间光调制器和显示屏幕。其中，计算机既向幅值型空间光调制器加载投影图像，又向相位型空间光调制器加载调制图像。所述扩束镜、所述计算机、所述幅值型空间光调制器、所述相位型空间光调制器和所述显示屏幕依次设置在所述光源的光路上。[0008]采用本发明实现利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示步骤为:光源产生光束，入射至扩束镜，扩束镜可改变入射光的光束直径和发散角，进行光束的准直，准直后的光束射向幅值型空间光调制器。计算机将所需投影的图像加载到幅值型空间光调制器上，被扩束镜准直后的光束照亮，该光束携带图像信息照射到相位型空间光调制器。计算机根据透镜的相位分布函数，计算生成所需透镜的理想相位灰度图，加载至相位型空间光调制器，对幅值型空间光调制器投射出的含有图像信息的光束进行调制，其效用等价于传统投影显示系统中的光学变焦镜头组，可完成投影显示系统焦距的改变、图像畸变的校正、图像的缩放及平移等功能。最终图像被投影到显示屏幕上，实现投影显示功能。[0009]所述光源，既可以是单色激光光源，也可以是由宽波长光源通过滤光得到的窄带光源。[0010]所述幅值型空间光调制器可以是透射式的，也可以是反射式的。[0011]所述相位型空间光调制器可以是透射式的，也可以是反射式的。[0012]所述幅值型空间光调制器和相位型空间光调制器既可以是分立器件，分别实现幅值调制和相位调制功能，也可以是同时实现幅值调制和相位调制功能的复合型空间光调制器。[0013]所述幅值型空间光调制器和相位型空间光调制器可以分别通过物理拼接或者光学拼接方式，由多个单一的幅值型空间光调制器和单一相位型空间光调制器，拼接成拼接式幅值型空间光调制器和拼接式相位型空间光调制器，实现大尺寸投影显示。[0014]所述利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统，既可以采用一套所述的利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统实现单彩色投影，也可以采用两套及以上的所述的利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统，通过合束棱镜实现多彩色投影。[0015]与现有技术相比，本发明提供的投影显示系统具有以下优点：[0016]1.该投影显示系统将幅值型空间光调制器和相位型空间光调制器结合，通过相位型空间光调制器加载调制因子，可实现投影显示系统的数字变焦，省略现有投影显示系统中的变焦调整机构和投影镜头组，光路更加简单；[0017]2.传统投影显示系统的光学变焦镜头组为进行畸变矫正需要设计复杂的非球面透镜，且透镜加工及其复杂昂贵，同时镜头组被设计好后，其畸变校正的功能参数即已固定，不可更改，而该系统是通过相位型空间光调制器加载调制因子，调制因子可动态改变，即可动态实现图像的畸变校正，以及图像的实时平移和图像大小的实时调整，代价小，使用调整方便。[0018]3、整个投影显示系统变成了无机械运动的全电化系统，提高了系统的鲁棒性和响应速度，并且易于对其进行非机械式自动实时调整，改善投影显示质量。【附图说明】[0019]本发明利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统的附图有10个。[0020]图1利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统第一个实施例的结构示意图。[0021]图2镜的相位变换作用示意图。[0022]图3值型空间光调制器上所加载的投影图像。[0023]图4焦距f=240cm、260cm、280cm、300cm时，数字透镜的相位调制图。[0024]图5焦距f=240cm、260cm、280cm、300cm时，显示屏幕上的投影图像。[0025]图6焦距f=240cm时增加平移调制因子后的数字透镜相位调制图。[0026]图7焦距f=240cm时增加平移调制因子前后显示屏幕上的投影图像。[0027]图8利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统第二个实施例的结构示意图。[0028]图9利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统第三个实施例的结构示意图。[0029]图10利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统第四个实施例的结构示意图。[0030]图1~图10中，（1)-光源，（2)_扩束镜，（3)_计算机，（4)_幅值型空间光调制器，(5)_相位型空间光调制器，（6)_显示屏幕，（7)_复合型空间光调制器，（8)_拼接式幅值型空间光调制器，（9)_拼接式相位型空间光调制器，（10)-合束棱镜。【具体实施方式】[0031]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明"利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统"实施方式作进一步地详细描述。[0032]图1为本发明提供的利用相位型空间光调制器的可变焦投影显示系统的第一个实施例，包括光源（1)，扩束镜(2)，计算机(3)，幅值型当前第1页1 2