一種前組調焦定焦投影鏡頭的製作方法
2023-05-25 17:37:31 1
專利名稱：一種前組調焦定焦投影鏡頭的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學器具技術領域，一種適合在DLP投影儀上與非遠心照明光路配套 使用的前組調焦定焦投影鏡頭。
背景技術：
DLP投影顯示技術在近幾年來迅速發展，其核心部件主要採用的是由美國德州儀 器公司獨家掌握並開發的DMD數字圖像晶片。DLP投影照明光路系統主要有兩大類型全 反射稜鏡(TIR稜鏡)遠心光路系統和折反射非遠心光路系統。與照明光路相匹配的投影 顯示鏡頭對應也有兩種類型像方遠心成像系統和非遠心成像系統。本投影鏡頭屬於後者。近年來，大功率LED發光晶片技術取得了迅猛發展。之前，DLP投影光機所用光源 多為UHP (超高壓汞燈)，其體積大，不便於攜帶。採用LED光源的投影機體積將極大縮小， 方便隨身攜帶。本投影鏡頭結構緊湊、輪廓外徑小，適合用於可攜式LED投影鏡頭。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠與DMD數字圖像晶片相匹配，且結構緊湊、在具有 較長後工作距離的同時達到了滿意的成像質量、適合批量生產要求的前組調焦定焦投影鏡 頭。為實現上述目的，本發明所提供的技術方案是該前組調焦定焦投影鏡頭，具有光 學系統透鏡組，所述光學系統透鏡組由具有負光焦度的調焦組和正光焦度的固定組以及正 光焦度的場鏡組成，所述調焦組U1、固定組U2和場鏡U3沿光軸從屏幕側向像平面側的順 序排列，所述調焦組Ul由負透鏡Ll組成；所述固定組U2從屏幕側向像面方向依次由負透 鏡L2、正透鏡L3、正透鏡L4、正透鏡L5、負透鏡L6、負透鏡L7和正透鏡L8組成，其中負透 鏡L7、正透鏡L8組成一個雙膠合透鏡組，固定組U2總的焦距為正；所述場鏡組U3由正透 鏡L9組成。所述調焦組Ul的組合焦距為Π，固定組U2的焦距為f2，應滿足下列不等式1. 25
<|fl/f2| < 1.95，固定組U2和場鏡U3之間的距離d(Ul-U2)滿足以下不等式0. 8HIMA
<d(Ul-U2) < 1. 25HIMA，其中HIMA是最大像面直徑。所述雙膠合透鏡組中的負、正透鏡分別由火石玻璃和冕牌玻璃構成。所述調焦組U1、固定組U2和場鏡U3中各透鏡均為球面透鏡。採用上述技術方案的有益效果該定焦投影鏡頭為前組移動式調焦，包括三組光 學透鏡組，依次是調焦組Ul，固定組U2，場鏡U3，其中場鏡U3與照明光路共用。照明系統光 束經過位於鏡組U2和U3之間的反光板將光束反射，反射後的光束經場鏡U3投射到DMD上。 DMD將來自照明光源的光束通過微反射鏡的翻轉反射進入投影鏡頭的入瞳，光束第二次經 過場鏡U3和固定組U2、調焦組Ul將圖像投射到屏幕上。對光線具有發散作用的調焦組Ul 將遠距離的物成像在固定組U2的物方2倍焦距附近的位置，使固定組U2處於放大率為-1 的位置附近，這樣有利於為實現一定的投影距離範圍內不至於調焦組的移動距離過長而增加系統的總長。因此，對於不同距離的投影圖像可通過調焦組Ul的前後移動進行調焦。在 調焦過程中，固定組U2和場鏡U3組到像面總的距離保持不變，固定組對光束進行矯正壓縮 達到縮小鏡頭末埠徑的目的。本發明的優點在於1、系統中全部採用常規玻璃透鏡，有利於保證加工工藝性和裝配的簡便性，提高 了產品成品率和生產效率，降低了產品的成本，更適應批量生產。2、在保證成像質量的同時擁有長後工作距離，實現了較小的鏡頭末端輪廓口徑， 為在鏡頭末端放置照明系統的反光板等設置提供了合適的工作空間。3、通過前端透鏡組的移動保證了整個投影範圍內成像質量的一致性，並能保持較 高水準的像差矯正，相對整組調焦的結構而言，其結構更為緊湊。4、本發明裝置與DLP照明光路系統共用一塊場鏡U3，在保證照明系統的亮度和均 勻性的同時，保證了成像系統的優良像質。5、本發明裝置與DMD數字圖像晶片相匹配的出瞳距離保證系統，保證了照明系統 的光能利用率。本發明具有結構緊湊、調焦方便、投影圖象清晰等特點。
下面結合附圖對本發明的具體實施例作進一步詳細的說明。圖1是本發明投影鏡頭的結構示意圖。圖2是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的光學系統圖；圖3是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的光學系統圖；圖4是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的光線軌跡圖；圖5是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的光線軌跡圖；圖6是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的場曲和畸變曲線圖；圖7是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的場曲和畸變曲線圖；圖8是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的傳遞函數曲線圖；圖9是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的傳遞函數曲線圖；圖10是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的垂軸像差曲線圖；圖11是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的垂軸像差曲線圖；圖12是本發明投影鏡頭在500mm投影距離時的點列圖；圖13是本發明投影鏡頭在3000mm投影距離時的點列圖。
具體實施例方式結合圖1，參看圖2、圖3，本發明前組調焦定焦投影鏡頭，主要部件包括調焦壓圈 1、調焦鏡筒2、壓圈3、調焦限位環4、調焦限位螺釘5、調焦限位套筒6、隔圈7、主鏡筒8、隔 圈9、隔圈10以及光學系統透鏡組，光學系統透鏡組由具有負光焦度的調焦組Ul和正光焦 度的固定組U2以及正光焦度的場鏡U3組成，且調焦組U1、固定組U2和場鏡U3沿光軸從屏 幕側向像平面側的順序排列。其中調焦鏡筒2通過多頭螺紋和主鏡筒8連接在一起，其前 部套裝有調焦壓圈1，轉動調焦壓圈1，可帶動調焦鏡筒2隨之轉動，實現調焦組Ul的調焦 功能。同時由安裝在調焦鏡筒2上的調焦限位環4限止其移動的最大位移。調焦限位螺釘5固定在主鏡筒8上，其對調焦限位環4的位置起圓周阻擋作用。負透鏡Ll通過壓圈組裝 在調焦鏡筒2內，構成調焦組U1，其焦距為負；負透鏡L2、正透鏡L3、正透鏡L4、正透鏡L5、 負透鏡L6、負透鏡L7、正透鏡L8依次組裝在主鏡筒8內，構成固定組U2，其中負透鏡L7、 正透鏡L8分別由火石玻璃和冕牌玻璃構成，組成一個雙膠合透鏡組，固定組U2總的焦距為 正。場鏡組U3從屏幕側向像面方向由正透鏡L9組成，場鏡組的焦距為正，場鏡L9為成像 系統和照明系統共用透鏡。這樣，由正負透鏡的互相搭配可以保證在不同投影距離時，調焦 組前後移動帶來的像差能得到充分矯正，為了保證後端的透鏡口徑尺寸較小，系統光欄設 置在鏡頭的後部。否則，在滿足後端透鏡口徑小的情況下，像差的矯正變得困難。還可以通 過適當加大前端透鏡的口徑，使得光束的軌跡更加平滑。本發明的前組調焦定焦投影鏡頭中的光學系統透鏡組採用9片透鏡結構，其中調 焦組[U1]、固定組U2]和場鏡[U3]中各正透鏡由具有低色散的冕牌玻璃構成。圖2是500mm 投影距離時系統圖，圖3是3000mm投影距離時系統圖，dl是500mm投影距離時時兩移動組 即Ul與U2之間的間隔，ds是3000mm投影距離時時Ul與U2之間的間隔。本發明為前組 移動調焦的定焦系統，相對常規的整組移動調焦的定焦鏡頭來說，省去了導向筒，這樣可以 使得結構進一步緊湊。為了能使變焦投影鏡頭在不同的投影距離成像清晰，分配在調焦組Ul的光焦度 要合理，並且滿足下列不等式1. 25 < |fl/f2| <1.95，其中fl為調焦組Ul的組合焦距，f2 為固定組的組合焦距，根據本發明，同時滿足以下不等式來達到目的0. 8HIMA < d(Ul-U2) < 1.25HIMA，其中HIMA是最大像面直徑，d(Ul_U2)是固定組[U2]和場鏡[U3]之間的距 離。超出這個範圍，鏡頭未端的口徑不易控制，出瞳距離也不滿足要求。本發明前組調焦定焦投影鏡頭的歸一-化結構參荽文如下
SurfRadiusThicknessndVd
121. 391690.14175221.516464.12
21. 063760.3865969
33. 15360.06185551.603237.93
40.93566750.2008416
55. 4484390.17525731.755227.52
6-2. 9432910.6345571
715. 103050.28092711.638555.49
8-1. 2385530.01030925
90. 73046190.30927751.713053.83
102. 2164890.02929308
1114. 334080.081958541.647733.88
120.50623570.1166
13-2.7728790.051546251.647733.88
140.51546250.24226741.713053.83
15-1.4639140.9536056
161. 4329860.36082381.723437.99
17-21.685510.07731938
18Infinity 0.05412356 1. 5100 63. 5519Infinity 0.05721634IMAInfinity參看圖4、圖5，是本發明的投影鏡頭在500mm投影距離時、3000mm投影距離時的光 線軌跡圖；圖4是500mm投影距離時的光線軌跡圖，圖5是3000mm投影距離時的光線軌跡圖。參看圖6、圖7，是本發明的投影鏡頭在500mm投影距離時、3000mm投影距離時的場 曲和畸變曲線圖，圖6是500mm投影距離時的場曲和畸變曲線圖，圖7是3000mm投影距離 時的場曲和畸變曲線圖。參看圖8、圖9，是本發明的投影鏡頭在500mm投影距離時、3000mm投影距離時在 461p/mm的傳遞函數曲線圖，圖8是500mm投影距離時的傳遞函數曲線圖，圖9是3000mm投 影距離時的傳遞函數曲線圖。參看圖10、圖11，是本發明的投影鏡頭在500mm投影距離時、3000mm投影距離時的 垂軸像差曲線圖，圖10是500mm投影距離時的垂軸像差曲線圖，圖11是3000mm投影距離 時的垂軸像差曲線圖。參看圖12、圖13，是本發明的投影鏡頭在500mm投影距離時、3000mm投影距離時的 點列圖，圖12是500mm投影距離時的點列圖，圖13是3000mm投影距離時的點列圖。
權利要求
一種前組調焦定焦投影鏡頭，具有光學系統透鏡組，其特徵在於所述光學系統透鏡組由具有負光焦度的調焦組[U1]和正光焦度的固定組[U2]以及正光焦度的場鏡[U3]組成，所述調焦組[U1]、固定組[U2]和場鏡[U3]沿光軸從屏幕側向像平面側的順序排列，所述調焦組[U1]由負透鏡[L1]組成；所述固定組[U2]從屏幕側向像面方向依次由負透鏡[L2]、正透鏡[L3]、正透鏡[L4]、正透鏡[L5]、負透鏡[L6]、負透鏡[L7]和正透鏡[L8]組成，其中負透鏡[L7]、正透鏡[L8]組成一個雙膠合透鏡組，固定組[U2]總的焦距為正；所述場鏡組[U3]由正透鏡[L9]組成。
2.根據權利要求1所述的前組調焦定焦投影鏡頭，其特徵在於所述調焦組[U1]的 組合焦距為fl，固定組[U2]的焦距為f2，應滿足下列不等式1.25< |fl/f2| < 1.95， 固定組[U2]和場鏡[U3]之間的距離d(Ul-U2)滿足以下不等式0.8HIMA < d(Ul-U2) < 1. 25HIMA，其中HIMA是最大像面直徑。
3.根據權利要求1所述的前組調焦定焦投影鏡頭，其特徵在於所述雙膠合透鏡組中 的負、正透鏡的材料分別為火石玻璃和冕牌玻璃。
4.根據權利要求1所述的前組調焦定焦投影鏡頭，其特徵在於所述調焦組[U1]、固定 組[U2]和場鏡[U3]中各透鏡均為球面透鏡。
全文摘要
本發明涉及一種前組調焦定焦投影鏡頭，主要用於DMD數字微鏡陣列反射投影系統(DLP)，其主要特點是鏡頭中的光學系統是由具有負光焦度的調焦組[U1]和正光焦度的固定組[U2]以及正光焦度的場鏡[U3]組成，[U1]、[U2]、[U3]沿光軸從屏幕側向像平面側的順序排列。其中通過[U1]組的前後移動，實現各種不同投影距離的成像要求。該系統具有前組調焦、結構簡單、鏡頭未段口徑較小和長後工作距離等特點，鏡頭中的透鏡全部採用球面透鏡，工藝性好，適應批量生產。
文檔編號G03B21/00GK101887163SQ20101021254
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者曹紅曲, 李躍甫, 趙武 申請人:利達光電股份有限公司