专利名称：投影镜头的制作方法
投影镜头
技术领域：
本发明属于数字投影机技术领域，具体涉及一种应用于各种DLP，IXD，及LCOS等具有像方远心光路系统的数字投影仪上，与TIR、PBS等棱镜照明光路配合使用的投影镜头。
背景技术：
随着近几年来半导体技术的发展，以DLP、IXD、LCOS等技术为主的投影显示产业都得到了迅速发展。这些年来，DLP投影显示技术凭借其丰富的色彩、高清晰的画面、高亮度的图像及高对比度的显示得到迅速发展，它可以实现体积更小，重量更轻的产品特性。由此DLP微型投影机也得到了迅猛的发展。DLP技术中的核心部件主要采用的是DMD数字图像芯片，DMD是美国德州仪器公司独家掌握并开发的数字图像芯片，它是由很多矩阵排列的数字微反射镜组成，工作时微型反光镜随图像数字信号会有10度、12度的翻转，将来自照明光源的光束通过微反射镜的翻转反射进入投影镜头成像在屏幕上。为匹配DMD芯片的入射角度，提高投影显示画面的均匀性，合理布局投影设备部件，照明系统多采用TIR棱镜。因此，DLP系统根据不同产品方案分远心照明系统和非远心照明系统。这就需要采用与TIR棱镜匹配的不同类型的投影镜头。 对于LCOS及IXD投影光学系统，它们有一个共同的特点就是需要远心光束照明成像芯片，当然也就需要像方远心光路的投影镜头与之相匹配，这样可更好的保证像面照度均匀性。另外，由于DLP，LCOS或IXD系统均会采用TIR或PBS棱镜来实现有效的照明。因此，投影镜头在与之匹配时需要保留较长的后工作距离，这大大增加了镜头长度和轴外像差的控制难度，其措施一般是增加镜片，一般大于十片从而导致镜头变得复杂。另外，由于投影机为了保证使用便利采用100%的补偿，而在视场角增大时，会有明显的畸变产生。本发明就是在此种情况下作出的。
发明内容本发明的目的是提供一种能够与远心照明系统相匹配，结构简单紧凑、性价比高、实现在较长后工作距离达到满意的成像质量，同时可根据实际结构要求而选择不同调焦方式的适合大批量生产的投影镜头。针对上述目的，本发明采用以下技术方案:投影镜头，其特征在于包括主体壳体、物镜组合体，其中，物镜组合体是由排列在同一光轴上的负透镜LI，正透镜L2和负透镜L3、正透镜L4、负透镜L5，正透镜L6、正透镜L7组成，并从左到右依次排列组装在主体壳体中并且成像方在左边，并且在主体壳体中央设置调焦凸轮，从而实现整组调焦。如上所述的投影镜头，其特征在于在所述负透镜L3上设有光阑，所述负透镜LI为单负透镜，在成像方具有凸表面；正透镜L2为双凸单正透镜，在成像方具有凸表面；负透镜L3为单负透镜、在成像方具有凹表面；正透镜L4为双凸透镜，在成像方具有凸表面；负透镜L5和正透镜L6共同组成双胶合透镜，在成像方具有凹表面，双胶合透镜的胶合面朝向背离光阑，其作用是用来校正高级像差；正透镜L7为单正透镜，在成像方具有凸表面。如上所述的投影镜头，其特征在于所述各透镜之间的间隔距离为:所述各透镜之间的间隔距离为:负透镜LI与正透镜L2之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.8<d/f <1.0 ;正透镜L2与负透镜L3之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.5〈d/f < 0.7 ;负透镜L3与正透镜L4之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.004<d/f < 0.006 ;正透镜L4与双胶合透镜之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.6〈d/f < 0.8 ;双胶合透镜与正透镜L7之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.008<d/f< 0.010。如上所述的投影镜头，其特征在于:所述的负透镜LI的材料为480R环烯烃共聚物材料，其焦距为负。如上所述的投影镜头，其特征在于所述双胶合透镜的负透镜L5和正透镜L6分别为冕牌玻璃材料的平凹透镜与火石玻璃材料的双凸透镜。如上所述的投影镜头，其特征在于所述负透镜LI和正透镜L7均为非球面透镜，其它透镜片均为球面透镜。如上所述的投影镜头，其特征在于负透镜LI的焦距为f1;正透镜L2至到正透镜L7的组合焦距为f，则该光学系统需满足条件:0.7<|^2_7|<1.0。本发明具体的优点在于:1.靠近屏幕的第一负透镜与最后的第四正透镜采用了非球面设计，其中第一负透镜的非球面用于校正轴外视场的各单色像差和畸变。第四正透镜的非球面用于校正轴上各单色像差。2.采用了像方远心光路，使出射主光线与光轴夹角小于3°，达到图像对比度好，能量利用率高的效果。3.该镜头具有光学性能好，像面照度均匀性高，成像清晰度高，外形尺寸小的优点。4.在镜筒中央安装了调焦凸轮，方便整组调焦。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明投影镜头的光线轨迹图；图3是本发明投影镜头的传递函数曲线图；图4是本发明投影镜头的场曲和畸变曲线图；图5是本发明投影镜头的垂轴色差曲线图；图6是本发明投影镜头的垂轴像差曲线图。具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作详细说明:如图所示，投影镜头，包括主体壳体、物镜组合体，其中，物镜组合体是由排列在同一光轴上的负透镜LI，正透镜L2和负透镜L3、正透镜L4、负透镜L5，正透镜L6、正透镜L7组成，并从左到右依次排列组装在主体壳体中并且成像方在左边，并且在主体壳体中央设置调焦凸轮，从而实现整组调焦。具体来说，在所述负透镜L3上设有光阑，所述负透镜LI为单负透镜，在成像方具有凸表面；正透镜L2为双凸单正透镜，在成像方具有凸表面。负透镜L3为单负透镜、在成像方具有凹表面。正透镜L4为双凸透镜，在成像方具有凸表面。负透镜L5和正透镜L6共同组成双胶合透镜，在成像方具有凹表面，双胶合透镜的胶合面朝向背离光阑，其作用是用来校正高级像差。正透镜L7为单正透镜，在成像方具有凸表面。所述各透镜之间的间隔距离为:所述各透镜之间的间隔距离为:负透镜LI与正透镜L2之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.8<d/f <1.0 ;正透镜L2与负透镜L3之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.5<d/f < 0.7 ;负透镜L3与正透镜L4之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.004<d/f < 0.006 ;正透镜L4与双胶合透镜之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.6<d/f <0.8 ;双胶合透镜与正透镜L7之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.008<d/f < 0.010。作为本实施例优选方式，所述的负透镜LI的材料为480R环烯烃共聚物材料，其焦距为负。作为本实施例优选方式，所述双胶合透镜的负透镜L5和正透镜L6分别为冕牌玻璃材料的平凹透镜与火石玻璃材料的双凸透镜。作为本实施例优选方式，所述负透镜LI和正透镜L7均为非球面透镜，其它透镜片均为球面透镜。作为本实施例优选方式，负透镜LI的焦距为f1;正透镜L2至到正透镜L7的组合焦距为f，则该光学系统需满足条件:0.7< I H I〈1.0。该镜头的有益效果如下:第一，该投影镜头采用反摄远光学系统方案，即采用像面远心结构，使用了一个负透镜作为整个系统的前端部分，这样可以很好地保证系统有较长的后工作距离的要求。并且由于这个负透镜使用的是480R材料的非球面，可以有助于校正大视场的畸变和象散，具有负光焦度的发散透镜将大视场光线折射后使得后续光学系统不会承担过大的视场高级像差的校正压力。所以，为了保证大视场成像的质量和长的后工作距离，光学系统的光焦度分配满足一定的范围，负透镜LI的焦距为，正透镜L2到正透镜L7的组合焦距为f，则该光学系统需满足条件:0.7〈|4/%_7|〈1.0。如果|fVf2_7|彡1.0，该系统就不能保证足够长的后工作距离，若|fVf2_7|彡0.7，那么负组的光焦度会变得过大，从而导致像差过大。第二、通过负透镜LI对各个视场的光束发散后，使得光线的投射高度增加，孔径高级像差将会增大，于是选取了一块高折射率材料的第一正透镜对光束进行会聚，一方面可以适当减小孔径高级像差所带来的影响，同时也更能保证像面均匀性的提高。第三、为了防止进入后组的光束的入射角过大，使用双凸形状的正透镜L2置于光阑靠近芯片的一侧，使得进入后组的轴外光束的入射角适当减小，从而减小了高级像差的影响。系统后组中的负透镜L3、正透镜L4组成的胶合透镜在该系统中由于工作于汇聚光束中，根据这样的物象关系，需要将负透镜L3放在屏幕一侧的方向，以至于在校正系统的综合像差时不至于胶合面的半径过小，从而保证透镜的加工工艺性进一步提高。表I为投影镜头的各 个透镜L1- L7的结构参数表:
权利要求
1.影镜头，其特征在于包括主体壳体、物镜组合体，其中，物镜组合体是由排列在同一光轴上的负透镜LI，正透镜L2和负透镜L3、正透镜L4、负透镜L5，正透镜L6、正透镜L7组成，并从左到右依次排列组装在主体壳体中并且成像方在左边，并且在主体壳体中央设置调焦凸轮，从而实现整组调焦。
2.据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于在所述负透镜L3上设有光阑，所述负透镜LI为单负透镜，在成像方具有凸表面；正透镜L2为双凸单正透镜，在成像方具有凸表面；负透镜L3为单负透镜、在成像方具有凹表面；正透镜L4为双凸透镜，在成像方具有凸表面；负透镜L5和正透镜L6共同组成双胶合透镜，在成像方具有凹表面，双胶合透镜的胶合面朝向背离光阑，其作用是用来校正高级像差；正透镜L7为单正透镜，在成像方具有凸表面。
3.据权利要求2所述的投影镜头，其特征在于所述各透镜之间的间隔距离为:所述各透镜之间的间隔距离为:负透镜LI与正透镜L2之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.8<d/f <1.0 ;正透镜L2与负透镜L3之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.5<d/f < 0.7 ;负透镜L3与正透镜L4之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.004〈d/f < 0.006 ;正透镜L4与双胶合透镜之间的空气间隔为与有效焦距f的比值范围为0.6<d/f <0.8 ;双胶合透镜与正透镜L7之间的空气间隔与有效焦距f的比值范围为0.008〈d/f < 0.010。
4.据权利要求1或2或3所述的投影镜头，其特征在于:所述的负透镜LI的材料为480R环烯烃共聚物材料，其焦距为负。
5.据权利要求1或2或3所述的投影镜头，其特征在于所述双胶合透镜的负透镜L5和正透镜L6分别为冕牌玻璃材料的平凹透镜与火石玻璃材料的双凸透镜。
6.据权利要求1或2或3所述的投影镜头，其特征在于所述负透镜LI和正透镜L7均为非球面透镜，其它透镜片均为球面透镜。
7.据权利要求1或2或3所述的投影镜头，其特征在于负透镜LI的焦距为f1;正透镜L2至到正透镜L7的组合焦距为f，则该光学系统需满足条件:0.7<|f1/f2_7|<1.0。
全文摘要
本发明公开了一种投影镜头，它包括主体壳体、物镜组合体，其中，物镜组合体是由排列在同一光轴上的负透镜L1，正透镜L2和负透镜L3、正透镜L4、负透镜L5，正透镜L6、正透镜L7组成，并从左到右依次排列组装在主体壳体中并且成像方在左边，并且在主体壳体中央设置调焦凸轮，从而实现整组调焦。本发明提供一种能够与远心照明系统相匹配，结构简单紧凑、性价比高、实现在较长后工作距离达到满意的成像质量，同时可根据实际结构要求而选择不同调焦方式的适合大批量生产的投影镜头。
文档编号G03B1/00GK103091937SQ20121038327
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者晏正涛, 杨聚庆, 朱佳巍 申请人:中山市众盈光学有限公司