專(zhuān)利名稱(chēng)：投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
投影鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型屬于數(shù)字投影機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于各種DLP，LCD，及LCOS等具有像方遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)的數(shù)字投影儀上，與TIR、PBS等棱鏡照明光路配合使用的投影鏡頭。
背景技術(shù)：
隨著近幾年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以DLP、IXD、LCOS等技術(shù)為主的投影顯示產(chǎn)業(yè)都得到了迅速發(fā)展。這些年來(lái)，DLP投影顯示技術(shù)憑借其豐富的色彩、高清晰的畫(huà)面、高亮度的圖像及高對(duì)比度的顯示得到迅速發(fā)展，它可以實(shí)現(xiàn)體積更小，重量更輕的產(chǎn)品特性。由此DLP微型投影機(jī)也得到了迅猛的發(fā)展。DLP技術(shù)中的核心部件主要采用的是DMD數(shù)字圖像芯片，DMD是美國(guó)德州儀器公司獨(dú)家掌握并開(kāi)發(fā)的數(shù)字圖像芯片，它是由很多矩陣排列的數(shù)字微反射鏡組成，工作時(shí)微型反光鏡隨圖像數(shù)字信號(hào)會(huì)有10度、12度的翻轉(zhuǎn)，將來(lái)自照明光源的光束通過(guò)微反射鏡的翻轉(zhuǎn)反射進(jìn)入投影鏡頭成像在屏幕上。為匹配DMD芯片的入射角度，提高投影顯示畫(huà)面的均勻性，合理布局投影設(shè)備部件，照明系統(tǒng)多采用TIR棱鏡。因此，DLP系統(tǒng)根據(jù)不同產(chǎn)品方案分遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)和非遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)。這就需要采用與TIR棱鏡匹配的不同類(lèi)型的投影鏡頭。對(duì)于LCOS及IXD投影光學(xué)系統(tǒng)，它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是需要遠(yuǎn)心光束照明成像芯片，當(dāng)然也就需要像方遠(yuǎn)心光路的投影鏡頭與之相匹配，這樣可更好的保證像面照度均勻性。另外，由于DLP，LCOS或IXD系統(tǒng)均會(huì)采用TIR或PBS棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的照明。因此，投影鏡頭在與之匹配時(shí)需要保留較長(zhǎng)的后工作距離，這大大增加了鏡頭長(zhǎng)度和軸外像差的控制難度，其措施一般是增加鏡片，一般大于十片從而導(dǎo)致鏡頭變得復(fù)雜。另外，由于投影機(jī)為了保證使用便利采用100%的補(bǔ)償，而在視場(chǎng)角增大時(shí)，會(huì)有明顯的畸變產(chǎn)生。本實(shí)用新型就是在此種情況下作出的。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠與遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)相匹配，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、性價(jià)比高、實(shí)現(xiàn)在較長(zhǎng)后工作距離達(dá)到滿意的成像質(zhì)量，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求而選擇不同調(diào)焦方式的適合大批量生產(chǎn)的投影鏡頭。針對(duì)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:投影鏡頭，其特征在于包括主體殼體、物鏡組合體，其中，物鏡組合體是由排列在同一光軸上的負(fù)透鏡LI，正透鏡L2和負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6、正透鏡L7組成，并從左到右依次排列組裝在主體殼體中并且成像方在左邊，并且在主體殼體中央設(shè)置調(diào)焦凸輪，從而實(shí)現(xiàn)整組調(diào)焦。如上所述的投影鏡頭，其特征在于在所述負(fù)透鏡L3上設(shè)有光闌，所述負(fù)透鏡LI為單負(fù)透鏡，在成像方具有凸表面；正透鏡L2為雙凸單正透鏡，在成像方具有凸表面；負(fù)透鏡L3為單負(fù)透鏡、在成像方具有凹表面；正透鏡L4為雙凸透鏡，在成像方具有凸表面；負(fù)透鏡L5和正透鏡L6共同組成雙膠合透鏡，在成像方具有凹表面，雙膠合透鏡的膠合面朝向背離光闌，其作用是用來(lái)校正高級(jí)像差；正透鏡L7為單正透鏡，在成像方具有凸表面。如上所述的投影鏡頭，其特征在于所述各透鏡之間的間隔距離為:負(fù)透鏡LI與正透鏡L2之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.8〈d/f〈l.0 ;正透鏡L2與負(fù)透鏡L3之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.5〈d/f〈0.7 ;負(fù)透鏡L3與正透鏡L4之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.004〈d/f〈0.006 ;正透鏡L4與雙膠合透鏡之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.6〈d/f〈0.8 ;雙膠合透鏡與正透鏡L7之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.008<d/f<0.010。如上所述的投影鏡頭，其特征在于:所述的負(fù)透鏡LI的材料為480R環(huán)烯烴共聚物材料，其焦距為負(fù)。如上所述的投影鏡頭，其特征在于所述雙膠合透鏡的負(fù)透鏡L5和正透鏡L6分別為冕牌玻璃材料的平凹透鏡與火石玻璃材料的雙凸透鏡。如上所述的投影鏡頭，其特征在于所述負(fù)透鏡LI和正透鏡L7均為非球面透鏡，正透鏡L2、負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6均為球面透鏡。
如上所述的投影鏡頭，其特征在于負(fù)透鏡LI的焦距為f\，正透鏡L2至正透鏡L7的組合焦距為f，則該光學(xué)系統(tǒng)需滿足條件:0.7<|^/^_7|<1.0。本實(shí)用新型具體的優(yōu)點(diǎn)在于:1.靠近屏幕的第一負(fù)透鏡與最后的第四正透鏡采用了非球面設(shè)計(jì)，其中第一負(fù)透鏡的非球面用于校正軸外視場(chǎng)的各單色像差和畸變。第四正透鏡的非球面用于校正軸上各單色像差。2.采用了像方遠(yuǎn)心光路，使出射主光線與光軸夾角小于3°，達(dá)到圖像對(duì)比度好，能量利用率高的效果。3.該鏡頭具有光學(xué)性能好，像面照度均勻性高，成像清晰度高，外形尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。4.在鏡筒中央安裝了調(diào)焦凸輪，方便整組調(diào)焦。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型投影鏡頭的光線軌跡圖；圖3是本實(shí)用新型投影鏡頭的傳遞函數(shù)曲線圖；圖4是本實(shí)用新型投影鏡頭的場(chǎng)曲和畸變曲線圖；圖5是本實(shí)用新型投影鏡頭的垂軸色差曲線圖；圖6是本實(shí)用新型投影鏡頭的垂軸像差曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明:如圖所示，投影鏡頭，包括主體殼體、物鏡組合體，其中，物鏡組合體是由排列在同一光軸上的負(fù)透鏡LI，正透鏡L2和負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6、正透鏡L7組成，并從左到右依次排列組裝在主體殼體中并且成像方在左邊，并且在主體殼體中央設(shè)置調(diào)焦凸輪，從而實(shí)現(xiàn)整組調(diào)焦。具體來(lái)說(shuō)，在所述負(fù)透鏡L3上設(shè)有光闌，所述負(fù)透鏡LI為單負(fù)透鏡，在成像方具有凸表面；正透鏡L2為雙凸單正透鏡，在成像方具有凸表面。負(fù)透鏡L3為單負(fù)透鏡、在成像方具有凹表面。正透鏡L4為雙凸透鏡，在成像方具有凸表面。負(fù)透鏡L5和正透鏡L6共同組成雙膠合透鏡，在成像方具有凹表面，雙膠合透鏡的膠合面朝向背離光闌，其作用是用來(lái)校正高級(jí)像差。正透鏡L7為單正透鏡，在成像方具有凸表面。所述各透鏡之間的間隔距離為:負(fù)透鏡LI與正透鏡L2之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.8〈d/f〈l.0 ;正透鏡L2與負(fù)透鏡L3之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.5〈d/f〈0.7 ;負(fù)透鏡L3與正透鏡L4之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.004〈d/f〈0.006 ;正透鏡L4與雙膠合透鏡之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.6〈d/f〈0.8 ;雙膠合透鏡與正透鏡L7之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為
0.008<d/f<0.010。作為本實(shí)施例優(yōu)選方式，所述的負(fù)透鏡LI的材料為480R環(huán)烯烴共聚物材料，其焦距為負(fù)。作為本實(shí)施例優(yōu)選方式，所述雙膠合透鏡的負(fù)透鏡L5和正透鏡L6分別為冕牌玻璃材料的平凹透鏡與火石玻璃材料的雙凸透鏡。作為本實(shí)施例優(yōu)選方式，所述負(fù)透鏡LI和正透鏡L7均為非球面透鏡，正透鏡L2、負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6均為球面透鏡。作為本實(shí)施例優(yōu)選方式，負(fù)透鏡LI的焦距為f1;正透鏡L2至正透鏡L7的組合焦距為f，則該光學(xué)系統(tǒng)需滿足條件:0.7< I fVf2_71〈1.0。
該鏡頭的有益效果如下:第一，該投影鏡頭采用反攝遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)方案，即采用像面遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，使用了一個(gè)負(fù)透鏡作為整個(gè)系統(tǒng)的前端部分，這樣可以很好地保證系統(tǒng)有較長(zhǎng)的后工作距離的要求。并且由于這個(gè)負(fù)透鏡使用的是480R材料的非球面，可以有助于校正大視場(chǎng)的畸變和象散，具有負(fù)光焦度的發(fā)散透鏡將大視場(chǎng)光線折射后使得后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)不會(huì)承擔(dān)過(guò)大的視場(chǎng)高級(jí)像差的校正壓力。所以，為了保證大視場(chǎng)成像的質(zhì)量和長(zhǎng)的后工作距離，光學(xué)系統(tǒng)的光焦度分配滿足一定的范圍，負(fù)透鏡LI的焦距為f1;正透鏡L2到正透鏡L7的組合焦距為f，則該光學(xué)系統(tǒng)需滿足條件:0.7〈|4/%_7|〈1.0。如果|fVf2_7|彡1.0，該系統(tǒng)就不能保證足夠長(zhǎng)的后工作距離，若|fVf2_7|彡0.7，那么負(fù)組的光焦度會(huì)變得過(guò)大，從而導(dǎo)致像差過(guò)大。第二、通過(guò)負(fù)透鏡LI對(duì)各個(gè)視場(chǎng)的光束發(fā)散后，使得光線的投射高度增加，孔徑高級(jí)像差將會(huì)增大，于是選取了一塊高折射率材料的第一正透鏡對(duì)光束進(jìn)行會(huì)聚，一方面可以適當(dāng)減小孔徑高級(jí)像差所帶來(lái)的影響，同時(shí)也更能保證像面均勻性的提高。第三、為了防止進(jìn)入后組的光束的入射角過(guò)大，使用雙凸形狀的正透鏡L2置于光闌靠近芯片的一側(cè)，使得進(jìn)入后組的軸外光束的入射角適當(dāng)減小，從而減小了高級(jí)像差的影響。系統(tǒng)后組中的負(fù)透鏡L3、正透鏡L4組成的膠合透鏡在該系統(tǒng)中由于工作于匯聚光束中，根據(jù)這樣的物象關(guān)系，需要將負(fù)透鏡L3放在屏幕一側(cè)的方向，以至于在校正系統(tǒng)的綜合像差時(shí)不至于膠合面的半徑過(guò)小，從而保證透鏡的加工工藝性進(jìn)一步提高。表I為投影鏡頭的各個(gè)透鏡L1- L7的結(jié)構(gòu)參數(shù)表:序號(hào)表面類(lèi)型半徑厚度折射率色散系數(shù)
1Asphere25.834 0.17 1.525279 55.95
2Asphere0.85 0.89
3Sphere3.2-64 0.57 1.806099 33.27
4Sphere-9.113 0.51
5Sphere-1.448 0.31 1.568829 56.04 stop SphereInfinity 0.0042
7Sphere2.238 0.43 1.83481 4° Ti
8Sphere-3.089 0.7
9Sphere-1.164 0.12 1.846663 23.78
10Sphere3.49 0.55 1.75552.32
11Sphere-1.979 0.0083
12Asphere1.789 0.67 1.525279 55.95
13Asphere-1.592 0.45
14SphereInfinity 1.42 1.638542 55.45
15SphereInfinity 0.12
16SphereInfinity 0.054 1.5168b4.1 (
17SphereInfinity 0.072 IMA SphereInfinity o其中，序號(hào)14-15的數(shù)據(jù)為棱鏡的數(shù)據(jù)，序號(hào)16-17的數(shù)據(jù)為濾光片的數(shù)據(jù)。表2為負(fù)透鏡LI和正透鏡L7的各非球面失高與半徑R的比值范圍
非球面isag/Rj的范圍
第--非球面1第二非球面2 第三非球面13 第園非球面140.12 0.0020<Isag/RI< 0.070<|sag/R|< 0.033<|sag/R|< 0.035<|sag/R!<
權(quán)利要求1.投影鏡頭，其特征在于包括主體殼體、物鏡組合體，其中，物鏡組合體是由排列在同一光軸上的負(fù)透鏡LI，正透鏡L2和負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6、正透鏡L7組成，并從左到右依次排列組裝在主體殼體中并且成像方在左邊，并且在主體殼體中央設(shè)置調(diào)焦凸輪，從而實(shí)現(xiàn)整組調(diào)焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影鏡頭，其特征在于在所述負(fù)透鏡L3上設(shè)有光闌，所述負(fù)透鏡LI為單負(fù)透鏡，在成像方具有凸表面；正透鏡L2為雙凸單正透鏡，在成像方具有凸表面；負(fù)透鏡L3為單負(fù)透鏡、在成像方具有凹表面；正透鏡L4為雙凸透鏡，在成像方具有凸表面；負(fù)透鏡L5和正透鏡L6共同組成雙膠合透鏡，在成像方具有凹表面，雙膠合透鏡的膠合面朝向背離光闌，其作用是用來(lái)校正高級(jí)像差；正透鏡L7為單正透鏡，在成像方具有凸表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影鏡頭，其特征在于所述各透鏡之間的間隔距離為:負(fù)透鏡LI與正透鏡L2之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.8〈d/f〈l.0 ;正透鏡L2與負(fù)透鏡L3之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.5〈d/f〈0.7 ;負(fù)透鏡L3與正透鏡L4之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.004〈d/f〈0.006 ;正透鏡L4與雙膠合透鏡之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.6〈d/f〈0.8 ;雙膠合透鏡與正透鏡L7之間的空氣間隔與有效焦距f的比值范圍為0.008〈d/f〈0.010。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的投影鏡頭，其特征在于:所述的負(fù)透鏡LI的材料為480R環(huán)烯烴共聚物材料，其焦距為負(fù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的投影鏡頭，其特征在于所述雙膠合透鏡的負(fù)透鏡L5和正透鏡L6分別為冕牌玻璃材料的平凹透鏡與火石玻璃材料的雙凸透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的投影鏡頭，其特征在于所述負(fù)透鏡LI和正透鏡L7均為非球面透鏡，正透鏡L2、負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6均為球面透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的投影鏡頭，其特征在于負(fù)透鏡LI的焦距為f\，正透鏡L2至正透鏡L7的組合焦距為f，則該光學(xué)系統(tǒng)需滿足條件:0.7<|^2_7|<1.0。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種投影鏡頭，它包括主體殼體、物鏡組合體，其中，物鏡組合體是由排列在同一光軸上的負(fù)透鏡L1，正透鏡L2和負(fù)透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5，正透鏡L6、正透鏡L7組成，并從左到右依次排列組裝在主體殼體中并且成像方在左邊，并且在主體殼體中央設(shè)置調(diào)焦凸輪，從而實(shí)現(xiàn)整組調(diào)焦。本實(shí)用新型提供一種能夠與遠(yuǎn)心照明系統(tǒng)相匹配，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、性價(jià)比高、實(shí)現(xiàn)在較長(zhǎng)后工作距離達(dá)到滿意的成像質(zhì)量，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求而選擇不同調(diào)焦方式的適合大批量生產(chǎn)的投影鏡頭。
文檔編號(hào)G02B13/22GK203054330SQ20122052170
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者晏正濤, 楊聚慶, 朱佳巍 申請(qǐng)人:中山市眾盈光學(xué)有限公司