投影鏡頭的製作方法

2023-04-30 19:13:01

專利名稱：：投影鏡頭的製作方法
技術領域：
：本發明涉及投影技術，特別涉及一種投影鏡頭。
背景技術：
：當前，數字光處理(DigitalLightProcessing,DLP)投影儀及採用液晶光閥(Lightvalve)的液晶顯示(LiquidCrystalDisplay,1XD)投影儀、矽晶(XiquidCrystalonSilicon,LCoS)投影儀已取代陰極射管(CathodeRayTube,CRT)投影儀成為市場主流產品。以往，CRT投影儀可通過電性補償(Electricallycompensation)修正投影鏡頭的像差，而DLP，LCD及LCoS投影儀並不具備電性補償能力，因此，要求應用於DLP，LCD或LCoS投影儀的投影鏡頭具有光學修正像差的能力，以獲得高質量投影畫面。另一方面，隨著半導體技術的發展，DLP，LCD及LCoS投影儀採用的空間光調製器(SpatialLightModulator,SLM)，包括數字微鏡晶片(DigitalMicro-mirrorDevice,DMD)、液晶顯示面板(LCDpanel)及矽晶晶片(LCoSchip),在提高像素的同時，朝小型化方向發展，以此滿足消費者對投影畫面品質的要求及便攜性的要求。對應地，投影鏡頭需提高解析度、縮小尺寸，以配合SLM組成高投影品質、小尺寸的投影儀。再有，投影儀產品製造技術趨於成熟，促使產品製造成本及產品價格降低，投影儀產品開始進入低端消費的家庭娛樂場所。為此，業界推出具有變焦功能的投影鏡頭。具有變焦功能的投影鏡頭通常包括多個鏡群，通過改變鏡群間的相對位置改變投影鏡頭有效焦距，以適應不同的投影場合(不同的投影距離)。如，在空曠的商業場合(長投影距離)，則採用遠攝倍率(投影鏡頭採用較長有效焦距，視場角較小)；在狹小的家庭娛樂場合(短投影距離)，則採用廣角倍率(投影鏡頭採用較短有效焦距，視場角較大)。儘管如此，為在各種投影場合獲得大畫幅(Largescreen),投影鏡頭需具足夠大的視場角(wideangle)。然而，投影鏡頭的設計存在如下矛盾提高解析度，意味需採用更多的鏡片消除各種像差(Aberration),投影鏡頭全長(投影鏡頭第一個光學面到SLM表面的距離)變長。增大視場角，往往需要縮短投影鏡頭放大端(近屏幕端)的鏡群(負光焦度)的有效焦距，提高負光焦度。然而，鏡群的有效焦距較短將產生嚴重的單色像差，特別是畸變(Distortion),投影鏡頭解析度受影響
發明內容有鑑於此，有必要提供一種高解析度、小尺寸的投影鏡頭。一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括具有負光焦度的第一鏡群及具有正光焦度的第二鏡群。該投影鏡頭滿足條件式-2〈F1/Fw〈-1.6;1.2〈F2/Fw〈l.4;vg2>56。其中，F1及F2分別為該第一鏡群及該第二鏡群的有效焦距，Fw為該投影鏡頭的最短有效焦距，vg2為該第二鏡群所有正光焦度的鏡片的阿貝數平均值。條件式-2^1/^〈-1.6用於限制該第一鏡群的光焦度(1〃1)，以縮小投影鏡頭全長、獲得足夠大的視場角、控制單色像差。條件式1.2〈F2/Fw〈1.4用於限制該第二鏡群的光焦度，以有效平衡該第一鏡群產生的單色像差，並限制投影鏡頭全長。條件式vg2〉56用於限制橫向色差。圖l為本發明實施例的投影鏡頭採用廣角倍率時的系統構成示意圖。圖2為本發明實施例的投影鏡頭採用遠攝倍率時的系統構成示意圖。圖3為本發明實施例1的投影鏡頭採用廣角倍率時的球差(Sphericalaberration)特性曲線圖。圖4為本發明實施例1的投影鏡頭採用廣角倍率時的場曲(Fieldcurvature)特性曲線圖圖5為本發明實施例1的投影鏡頭採用廣角倍率時的畸變特性曲線圖。圖6為本發明實施例1的投影鏡頭採用廣角倍率時的橫向色差(Lateralchromaticaberration)特性曲線圖。圖7為本發明實施例1的投影鏡頭採用遠攝倍率時的球差特性曲線圖。圖8為本發明實施例1的投影鏡頭採用遠攝倍率時的場曲特性曲線圖。圖9為本發明實施例1的投影鏡頭採用遠攝倍率時的畸變特性曲線圖。圖10為本發明實施例1的投影鏡頭採用遠攝倍率時的橫向色差特性曲線圖。圖11為本發明實施例2的投影鏡頭採用廣角倍率時的球差特性曲線圖。圖12為本發明實施例2的投影鏡頭採用廣角倍率時的場曲特性曲線圖。圖13為本發明實施例2的投影鏡頭採用廣角倍率時的畸變特性曲線圖。圖14為本發明實施例2的投影鏡頭採用廣角倍率時的橫向色差特性曲線圖。圖15為本發明實施例2的投影鏡頭採用遠攝倍率時的球差特性曲線圖。圖16為本發明實施例2的投影鏡頭採用遠攝倍率時的場曲特性曲線圖。圖17為本發明實施例2的投影鏡頭採用遠攝倍率時的畸變特性曲線圖。圖18為本發明實施例2的投影鏡頭採用遠攝倍率時的橫向色差特性曲線圖。圖19為本發明實施例3的投影鏡頭採用廣角倍率時的球差特性曲線圖。圖20為本發明實施例3的投影鏡頭採用廣角倍率時的場曲特性曲線圖。圖21為本發明實施例3的投影鏡頭採用廣角倍率時的畸變特性曲線圖。圖22為本發明實施例3的投影鏡頭採用廣角倍率時的橫向色差特性曲線圖。圖23為本發明實施例3的投影鏡頭採用遠攝倍率時的球差特性曲線圖。圖24為本發明實施例3的投影鏡頭採用遠攝倍率時的場曲特性曲線圖。圖25為本發明實施例3的投影鏡頭採用遠攝倍率時的畸變特性曲線圖。圖26為本發明實施例3的投影鏡頭採用遠攝倍率時的橫向色差特性曲線圖。具體實施例方式請參閱圖1及圖2，本發明實施例的投影鏡頭100從放大端到縮小端(近SLM端)依次包括具有負光焦度的第一鏡群10及具有正光焦度的第二鏡群20。第一鏡群10及第二鏡群20可移動(沿光軸)設置，如此，可通過改變第一鏡群10與第二鏡群20之間的相對位置，改變投影鏡頭IOO的有效焦距，實現變焦功能。具體地，第一鏡群10朝放大端移動及第二鏡群20遠離放大端移動，將縮短投影鏡頭100的有效焦距，反之，增長投影鏡頭100的有效焦距。調焦時，先調整第二鏡群20位置，獲得理想投影距離後，固定第二鏡群20，通過調整第一鏡群10使投影畫面變清晰。圖1的第二鏡群20位於遠放大端位置，投影鏡頭100具有廣角倍率。圖2的第二鏡群20位於近放大端位置，投影鏡頭100具有遠攝倍率。作為範例，本實施例的投影鏡頭100應用於DLP投影儀。投影時，SLM(DMD，圖未示)調製的投影信號光自SLM表面99投射入投影鏡頭100，依次經第二鏡群20及第一鏡群10，投射於屏幕(圖未示)上便可得到投影畫面。具體地，DLP投影儀投影時，投影鏡頭100與SLM表面99間還設置有玻璃片98以保護SLM。為得到高解析度、小尺寸的投影鏡頭IOO，投影鏡頭100滿足條件式(1)-2〈F1/Fw〈-1.6;(2)1.2〈F2/Fw〈l.4;(3)vg2>56。其中，F1及F2分別為第一鏡群10及第二鏡群20的有效焦距，Fw為投影鏡頭100的最短有效焦距，vg2為第二鏡群20所有正光焦度的鏡片的阿貝數平均值。條件式(1)給出第一鏡群10的光焦度(1/F1)與投影鏡頭100的最大光焦度(1/Fw)的關係，以獲得理想的視場角，並控制單色像差(在第二鏡群20修正的範圍內)。Fl/Fw較大，有利於增大視場角及縮小投影鏡頭全長，故限定Fl/Fw〉-2。考慮到F1/Fw過小，導致第一鏡群10負光焦度過大，將產生嚴重的單色像差，特別是畸變，為將畸變控制在可修正的範圍內，故另限定F1/Fw〈-1.6。另外，若不滿足F1/Fw〉-2，將導致投影鏡頭100的後焦距(第二鏡群20最後一個光學面到SLM平面的距離)不足；若不滿足F1/Fw〈-1.6，將產生較嚴重的單色像差。條件式(2)給出第二鏡群20的光焦度(1/F2)與投影鏡頭100的最大光焦度(1/Fw)的關係，以有效平衡第一鏡群10產生的單色像差，並控制投影鏡頭全長。一方面，F2/Fw較大，利於滿足投影鏡頭縮小端(近SLM端)遠心(Telecentric)成像要求(如此，屏幕可在一段距離範圍內接收到清晰投影畫面)，而F2/Fw較小，利於縮短投影鏡頭全長。另一方面，為有效平衡第一鏡群10產生的單色像差，需限定F2/Fw範圍。具體地，F2/Fw〉1.2有利於控制高階像差，而F2/Fw〈1.2有利於平衡第一鏡群10產生的場曲，故限定l.2〈F2/Fw〈1.4。條件式(3)限制第二鏡群20的所有正光焦度鏡片的整體阿貝數，以控制投影鏡頭100產生橫向色差。具體地，第一鏡群10從放大端到縮小端依次包括具有正光焦度的第一鏡片11、具有負光焦度的第二鏡片12(新月形，近放大端為凸面)、具有負光焦度的第三鏡片13及具有正光焦度的第四鏡片14，以合理分配第一鏡群10的光焦度。第二鏡群20從放大端到縮小端依次包括具有正光焦度的第五鏡片21、具有正光焦度的第六鏡片22、具有負光焦度的第七鏡片23、具有正光焦度的第八鏡片24及具有正光焦度的第九鏡片25，以合理分配第二鏡群20的光焦度。更加具體地，投影鏡頭100還包括一個設置於第六鏡片22與第七鏡片23之間的光闌97(Aperturestop),以限制軸外光線由第七透鏡23進入第六透鏡22而產生較嚴重的畸變及場曲。另外，光闌97使得經過第七透鏡23的光線更加對稱，利於修正彗差(coma)。以下結合圖3至圖26，以具體實施例進一步說明投影鏡頭IOO。具體實施例中，所有鏡片均採用玻璃球面鏡片，以降低色散及成本。另外，約定FN。為投影鏡頭100的光圈數，2w為投影鏡頭100的視場角，R為對應表面的曲率半徑，D為對應表面到後一個表面(像側)的軸上距離(兩個表面截得光軸的長度)，Fl，F2及F分別為第一鏡群10、第二鏡群20及投影鏡頭的有效焦距，Nd為對應鏡片(濾光片)對d光的折射率，vd為d光在對應鏡片(濾光片)的阿貝數。實施例l實施例1的投影鏡頭100滿足表1及表2所列的條件，且Fh-36.S239毫米(Millimeter,mm)，F2=27.7584mm。表ltableseeoriginaldocumentpage7表2tableseeoriginaldocumentpage8實施例1的投影鏡頭100的球差特性曲t1、場曲:降性曲線、畸變的特性曲糹;J,及橫向色差特性曲線分別如圖3至圖10所示(圖3-6對應廣角倍率的投影鏡頭100，圖7-10對應遠攝倍率的投影鏡頭IOO)。圖3、7中，三條曲線分別為波長為460納米(Nanometer,nm)、550nm及620nm的光線經投影鏡頭100的球差特性曲線(下同)。可見，實施例1的投影鏡頭100對可見光(400-700皿)產生的球差被控制在-0.2mnT0.2mm間。圖4、8中，曲線t及s為子午場曲(Tgmgeiitialfieldcurvature)特性曲線及弧矢場曲(Sagittalfieldcurvature)特性曲線(下同)。可見，子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.15mnT0.15mm間。圖5、9中，曲線為畸變特性曲線(下同)。可見，畸變量被控制在-5%5%間。圖6、IO中，兩條曲線分別為波長為460nm及620nm的光線經投影鏡頭100的橫向色差特性曲線(下同)。可見，實施例l的投影鏡頭100對可見光產生的橫向色差被控制在-0.2微米(Micron，um)0.2um間。綜前，儘管投影鏡頭100具有較大的視場角及較小尺寸，其產生的球差、場曲、畸變及橫向色差卻被控制(修正)在較小的範圍內。實施例2實施例2的投影鏡頭100滿足表3及表4所列的條件，且Fh-34.9895，F2=26.2553mm。表3tableseeoriginaldocumentpage8tableseeoriginaldocumentpage9實施例2的投影鏡頭100的球差特性曲IJ、場曲4寺性曲線、畸變的特性曲糹il及橫向色差特性曲線分別如圖11-18所示(圖11-14對應廣角倍率的投影鏡頭100，圖15-18對應遠攝倍率的投影鏡頭IOO)。可見，實施例2的投影鏡頭100對可見光產生的球差被控制在-0.2mnT0.2mm間;子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.15mnT0.15mm間；畸變量被控制在-5%5%間；橫向色差被控制在-0.2miT0.2um間。綜前，儘管投影鏡頭100具有較大的視場角及較小尺寸，其產生的球差、場曲、畸變及橫向色差卻被控制(修正)在較小的範圍內。實施例3實施例3的投影鏡頭100滿足表5及表6所列的條件，且Fh-35.3370mm，F2=26.1405mm。表5tableseeoriginaldocumentpage9tableseeoriginaldocumentpage10實施例3的投影鏡頭100的球差特性曲IJ、場曲特性由3線、畸變的特性由3線及橫向色差特性曲線分別如圖19-26所示(圖19-22對應廣角倍率的投影鏡頭100，圖23-26對應遠攝倍率的投影鏡頭IOO)。可見，實施例3的投影鏡頭100對可見光產生的球差被控制在-0.2mnT0.2mm間;子午場曲值及弧矢場曲值被控制在-0.15mnT0.15mm間；畸變量被控制在-5%5%間；橫向色差被控制在-0.2miT0.2um間。綜前，儘管投影鏡頭100具有較大的視場角及較小尺寸，其產生的球差、場曲、畸變及橫向色差卻被控制(修正)在較小的範圍內。應該指出，上述實施例僅為本發明的較佳實施方式，本領域技術人員還可在本發明精神內做其它變化。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內權利要求權利要求1一種投影鏡頭，其從放大端起依次包括具有負光焦度的第一鏡群及具有正光焦度的第二鏡群；其特徵在於，該投影鏡頭滿足條件式2<F1/Fw<-1.6；1.2<F2/Fw56；其中，F1及F2分別為該第一鏡群及該第二鏡群的有效焦距，Fw為該投影鏡頭的最短有效焦距，vg2為該第二鏡群所有正光焦度的鏡片的阿貝數平均值。全文摘要本發明提供一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括負光焦度的第一鏡群及正光焦度的第二鏡群，並滿足條件式-2＜F1/Fw＜-1.6；1.2＜F2/Fw＜1.4；vg2＞56。其中，F1、F2及Fw分別為第一鏡群、第二鏡群的有效焦距及投影鏡頭的最短有效焦距，vg2為第二鏡群所有正光焦度鏡片的阿貝數平均值。條件式-2＜F1/Fw＜-1.6用於縮小投影鏡頭全長、獲得足夠大的視場角、控制單色像差。條件式1.2＜F2/Fw＜1.4用於有效平衡該第一鏡群產生的單色像差，並限制投影鏡頭全長。條件式vg2＞56用於限制投影鏡頭橫向色差。由此，得到高成像質量、小尺寸的投影鏡頭。文檔編號G02B9/10GK101377561SQ20071020151公開日2009年3月4日申請日期2007年8月29日優先權日2007年8月29日發明者林群翎申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司