專利名稱：：Dlp變焦投影鏡頭的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于光學器具
技術領域：
，是一種適合在DLP投影儀上與非遠心照明光路配套使用的變焦投影鏡頭。技術背景DLP投影顯示技術在近幾年來發(fā)展迅速，其發(fā)展趨勢為在短投影距離上實現(xiàn)大屏幕、髙清晰度、髙亮度的圖像顯示，它更能實現(xiàn)體積小，重量輕等產(chǎn)品特性。DLP技術中的核心部件主要采用的是DMD數(shù)字圖像芯片，DMD是美國德州儀器公司獨家掌握并開發(fā)的數(shù)字圖像芯片，由于其面世的時間相對較短，因此與DMD技術相匹配的DLP投影成像光學系統(tǒng)的專利技術不多，而現(xiàn)有的LCD、LCOS等投影鏡頭采用的是遠心光路系統(tǒng)，不能完全滿足DMD數(shù)字圖像芯片的配套要求，主要是由于DMD上的微型反光鏡在工作時隨圖像數(shù)字信號會有10或12度的翻轉，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并聚焦在屏幕上，基于這一特點，LCD、LCOS等投影鏡頭往往不能滿足DMD數(shù)字圖像芯片的配套要求。另外在現(xiàn)有技術中，公開的變焦投影鏡頭，一部分應用了非球面技術，即在變焦投影鏡頭的光學系統(tǒng)中通過加入非球面透鏡來改善系統(tǒng)的成像質量。但非球面透鏡的應用對其加工和裝配要求嚴格，不利于生產(chǎn)效率的提髙和成本的降低。而在沒有采用非球面透鏡的技術中，為了達到較好的光學性能，其技術措施一是透鏡組合的數(shù)量較多，普遍在12片以上，二是采用國外進口的高折射率的高檔光學材料，例如對像差有顯著改善的FCD1之類的材料，其價格昂貴、工藝性差、加工效率和成品率很低。日本專利02120574技術公開的一種變焦投影鏡頭中，所采用的材料就包括FCD1、LAF等高檔材料，且透鏡數(shù)量均在12片以上，因而也同樣存在造價高、工效低等問題。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種能夠與DMD數(shù)字圖像芯片相匹配，且結構緊湊、透鏡數(shù)量少、造價低、生產(chǎn)效率高、適合大批量生產(chǎn)要求的DLP變焦投影鏡頭。為達到這樣的目的，本發(fā)明所提供技術方案是該變焦投影鏡頭中的光學系統(tǒng)是由具有負光焦度的調焦組U1和負光焦度的變焦組U2以及正光焦度的補償組U3組成；Ul、U2、U3沿光軸從屏幕側向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，其中，調焦是通過調焦組Ul沿光軸前后移動來實現(xiàn)，且兼具變焦功能，變焦是通過變焦組U2和補償組U3從廣角端到遠攝端沿光軸相對移動來實現(xiàn)，即該鏡頭為非同步變焦系統(tǒng)，調焦組的組合焦距為fl,變焦組的焦距f2，兩者的符號相反，并且滿足下列不等式0.55鄰/￡2|<0.72其申；所述調焦組Ul從屏幕惻向像面方向由負透鏡L1和負透鏡L2組成，其組合焦距為負。所述變焦組U2從屏幕側向像面方向由正透鏡L3、正透鏡L4、負透鏡L5組成，變焦組U2總的焦距為負。所述變焦組U2中正透鏡[L4]的前表面(屏幕側)向像面方向彎曲。所述補償組U3從屏幕側向像面方向由正透鏡L6、正透鏡L7、負透鏡L8、正透鏡L9、正透鏡L10組成，其申，正透鏡L7、負透鏡L8組成一個雙膠合透鏡組，雙膠合透鏡組中的正透鏡L7由具有低色散的冕玻璃構成、負透鏡L8由火石玻璃構成，負透鏡L8為雙凹透鏡，膠合面彎向光欄，該補償組U3總的焦距為正。所述系統(tǒng)申各透鏡均采用球面透鏡，其透鏡的總數(shù)是10片。為充分提高像面均勻性，DLP投影鏡頭的出瞳距離要控制在和DMD微反射鏡的反射光角度相匹配的范圍內，另外，為了結構的簡單及可行，DLP投影鏡頭的尾端的口徑要盡量的小，以保證有足夠的空間使得照明光路能得到有效合理的布置。當然，投影鏡頭的后部口徑也不能太小，太小的口徑一方面不能保證整個系統(tǒng)的F數(shù)，還可能影響到成像面的照度均勻性。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、系統(tǒng)中未采用工藝復雜的非球面透鏡，因而提高了透鏡及變焦鏡頭的加工和裝配的簡易性，提高了產(chǎn)品成品率和生產(chǎn)效率，更適應批量生產(chǎn)。2、在保證滿意成像質量的同時，以較少數(shù)量的球面透鏡組合構成整個系統(tǒng)，并采用常規(guī)的光學材料，降低產(chǎn)品成本。3、通過各個透鏡組的非同步變焦移動來保證整個焦距范圍內成像質量的一致性，這樣使得鏡頭的結構更加簡單，成本更低，并保持較髙水平的像差矯正，結構中又省去了后固定透鏡組，因此結構更為緊湊。4、本發(fā)明設置了與DMD數(shù)字圖像芯片相匹配的短出瞳距離以保證整個系統(tǒng)的光能輸出和對比度得到顯著提高。5、本發(fā)明具有結構緊湊、調焦方便、投影圖象清晰等特點。圖1是本發(fā)明變焦鏡頭的結構示意圖；圖2是本發(fā)明變焦鏡頭短焦的光學系統(tǒng)圖；圖3是本發(fā)明變焦鏡頭長焦的光學系統(tǒng)圖；圖4是本發(fā)明變焦鏡頭在短焦的光線軌跡圖；圖5是本發(fā)明變焦鏡頭在長焦的光線軌跡圖；圖6是本發(fā)明變焦鏡頭在短焦的場曲和畸變曲線圖；圖7是本發(fā)明變焦鏡頭在長焦的場曲和畸變曲線圖；圖8是本發(fā)明變焦鏡頭在短焦的傳遞函數(shù)曲線圖；圖9是本發(fā)明變焦鏡頭在長焦的傳遞函數(shù)曲線圖；圖IO是本發(fā)明變焦鏡頭在短焦的垂軸像差曲線圖；圖n是本發(fā)明變焦鏡頭在長焦的垂軸像差曲線圖；圖12是本發(fā)明變焦鏡頭在短焦的點列圖；圖13是本發(fā)明變焦鏡頭在長焦的點列圖。具體實施方式參看圖l，圖2、圖3,本發(fā)明的變焦投影鏡頭，主要部件包括壓圈l、調焦鏡筒2、調焦限位片3、導向筒4、曲線筒5、滾輪導釘6、變焦鏡筒7、補償鏡筒8、隔圈9、滾輪導釘IO、滾輪導釘11和光學系統(tǒng)的透鏡L1L10，其中，調焦鏡筒2通過多頭螺紋與導向筒4連接，其旋轉角度大小由調焦限位片3來控制;導向筒4的外部套裝有曲線筒5，通過滾輪導釘6和滾輪導釘11分別連接變焦鏡筒7和補償鏡筒8，轉動曲線筒5，可使各滾輪導釘分別沿各自的曲線槽運動，并帶動變焦鏡筒7和補償鏡筒8移動，滾輪導釘10的作用是在轉動曲線筒5時保證其和導向筒4不產(chǎn)生軸向移動，以此保證鏡頭的像面穩(wěn)定。本發(fā)明的DLP變焦投影鏡頭中的光學系統(tǒng)采用IO片球面透鏡結構，系統(tǒng)中只包括一個膠合透鏡L7、L8,處于光欄后。該鏡頭采用常規(guī)的機械式補償凸輪機構，對于不同距離的投影圖像可通過調焦組Ul沿光軸的前后移動調焦來實現(xiàn)，并通過補償組U3沿光軸的前后移動來保證像面穩(wěn)定，整個系統(tǒng)為負一負一正型結構。圖2是短焦光學系統(tǒng)圖，圖申S4W、S10W、Lkw分別表示在短焦時調焦組Ul與變焦組U2之間的間隔、變焦組U2與補償組U3之間的間隔以及后工作距離；圖3是長焦光學系統(tǒng)圖，圖中S4T、S10T、LkT分別表示在長焦時調焦組Ul與變焦組U2之間的間隔、變焦組U2與補償組U3之間的間隔以及后工作距離；可以看出，本發(fā)明為三組相對移動的變焦系統(tǒng)，其中，調焦組ui為非同步移動，在調焦時同時實現(xiàn)變焦，這樣作可簡化結構，降低成本。另外，光束在經(jīng)過補償組U3后不再經(jīng)過常規(guī)的后固定透鏡組而直接在芯片上形成實像，因此，補償組U3的焦距必須為正，即整個系統(tǒng)為負一負一正型結構，這樣可以使得結構進一步緊湊。變焦鏡頭調焦組Ul包括2個負透鏡，即Ll和L2，均由低折射率低色散的冕玻璃構成，它的作用是在變焦組U2的物方2倍焦距附近產(chǎn)生一個物體虛像。變焦組U2由3個透鏡組成，即2個正透鏡L3、L4和1個負透鏡L5,其中透鏡L4處于像差的反常區(qū)，能在利于保證成像質量的同時，使結構更加緊湊。補償組U3由4個正透鏡L6、L7、L9、L10和一個負透鏡L8組成，由正負透鏡的對應搭配可以保證前后移動透鏡組的像差盡量能獨自矯正，構成一個由全球面光學系統(tǒng)并達到滿意成像質量的變焦鏡頭，使其更有利于在變焦過程中的像質穩(wěn)定。為了不讓后端的透鏡口徑太大，系統(tǒng)光欄設置在鏡頭的后部(圖2、圖3所示；)，否則，要滿足后部透鏡口徑小這個要求，像差的矯正變得十分困難，當然，還可以通過適當加大調焦組U1的口徑，使得光束的軌跡更加平滑。對光線具有發(fā)散作用的調焦組Ul將遠距離的物成像在變焦組U2的物方2倍焦距附近的位置，使變焦組U2處于放大率為一1的位置附近，有利于為實現(xiàn)一定的變焦比不至于透鏡組的移動距離過長而使整個系統(tǒng)體積過大。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U1和變焦組U2的光焦度控制要合理，應該滿足下列不等式0.85<|fl/G|<1.15其中，fl為調焦組Ul的組合焦距，f2為變焦組的組合焦距，如果超出這個范圍，其它焦距位置的像差就較難控制。本發(fā)明變焦投影鏡頭的結構參數(shù)如下咖2.35DIMM肌640.0550.0440，0REF2WTW111XRI0.00.00.00.00.00.00，00*00.00.0YRI1.072.34.15.87.2818,99.610.210.7WTFl，Ol，O1.0l，O1.01，01，01.01，01.0VUYCL00.0O，OO，OO，O0.00，00.00*00，0VIjY0*00.00*00*0O，O0.0CL00.00.00.0SO0，02000.0S53.1012,0QK3CHINAS25.355.08846018472THC0S88.231.5QK3—CHINAS29.023.02369^182THC0S-269.7854.9LAC12—HOYACCY0—S-35.3080.2S36.3053.55NBFD15—HOYACCY0—S291.071.39747856565THC0S+59.981.5FD6—HOYAS20.376-5043054425THC0S23.014.37FD6—HOYAS-235.010.07—S0.01.11STOS-37.6173.25LAK4CHINAS-20.2S1.5ZF4—CHINAS35.3760.72737373326THC0S774.3863.55LAF2一H0YACCY0一S-25.030-2S52,12.6LAK7—CHINAS-60.91.11—S0.01.05B1063一CORNFRS0.028.2466889虧01THC0S0.00.052SI0,00.0ZOO3ZOOFN〇2.352.392.43ZOOTH工S423.02419.37416.0ZOOTHCS4000ZOOTH工S2228.24728.9229.603ZOOTHCS22000ZOOTH工S106.5046.6246.747ZOOTHCS10000下表是系統(tǒng)在長短焦距時的垂軸色差<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表中Field為相對全視場的視場坐標，R為長波與參考光的倍率色差，單位微米，B為短波與參考光的倍率色差，單位微米。參看圖4、圖5，是本發(fā)明的變焦鏡頭在短焦、長焦的光線軌跡圖；圖4是短焦的光線軌跡圖，圖5是長焦的光線軌跡圖。參看圖6、圖7，是本發(fā)明的變焦鏡頭在短焦、長焦的場曲和畸變曲線圖，圖6是短焦的場曲和畸變曲線圖，圖7是長焦的場曲和畸變曲線圖。參看圖8、圖9，是本發(fā)明的變焦鏡頭在短焦、長焦在461p/mm的傳遞函數(shù)曲線圖，圖8是短焦的傳遞函數(shù)曲線圖，圖9是長焦的傳遞函數(shù)曲線圖。參看圖10、圖11，是本發(fā)明的變焦鏡頭在短焦、長焦的垂軸像差曲線圖，圖10是短焦的垂軸像差曲線圖，圖11是長焦的垂軸像差曲線圖。參看圖12、圖13，是本發(fā)明的變焦鏡頭在短焦、長焦的點列圖，圖12是短焦的點列圖，圖13是長焦的點列圖。權利要求1、一種DLP變焦投影鏡頭，其特征在于鏡頭中的光學系統(tǒng)是由具有負光焦度的調焦組[U1]和負光焦度的變焦組[U2]以及正光焦度的補償組[U3]組成，[U1]、[U2]、[U3]沿光軸從屏幕側向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，其中，[U2]和[U3]從廣角端到遠攝端沿光軸相對移動實現(xiàn)變焦，調焦組的組合焦距為f1，變焦組的焦距為f2，兩者的符號相反，并且滿足下列不等式0.55＜|f1/f2|＜0.722、根據(jù)權利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述調焦組[U1〗從屏幕側向像面方向由負透鏡[L1]和負透鏡[L2]組成，其組合焦距為負。3、根據(jù)權利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述變焦組[U2]從屏幕側向像面方向由正透鏡[L3]、正透鏡[L4]、負透鏡[L5]組成，變焦組[U2〗的總焦距為負。4、根據(jù)權利要求1或3所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述變焦組[U2]中正透鏡[L4]的前表面(屏幕側)向像面方向彎曲。5、根據(jù)權利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述補償組[U3]從屏幕側向像面方向由正透鏡[L6]、正透鏡[L7]、負透鏡[L8]、正透鏡L9]、正透鏡[L10]組成，其中，正透鏡[L7]、負透鏡[L8]組成一個雙膠合透鏡組，補償組[U3]總的焦距為正。6、根據(jù)權利要求1或5所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述雙膠　合透鏡組中的正透鏡[L7]由冕玻璃構成、負透鏡[L8]由火石玻璃構成，負透鏡L8〗為雙凹透鏡，膠合面彎向光欄。7、根據(jù)權利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于:所述調焦組[U1〗、變焦組[U2]和補償組[U3]中的各透鏡均為球面透鏡，其透鏡的總數(shù)是10片。全文摘要本發(fā)明涉及一種DLP變焦投影鏡頭，其主要特點是鏡頭中的光學系統(tǒng)是由具有負光焦度的調焦組U1和負光焦度的變焦組U2以及正光焦度的補償組U3組成，U1、U2、U3沿光軸從屏幕側向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，其中，調焦是通過U1組的沿光軸前后移動來實現(xiàn)，且兼具變焦功能，變焦是通過U2和U3從廣角端到遠攝端沿光軸相對移動來實現(xiàn)，即該鏡頭為非同步變焦系統(tǒng)，鏡頭中的透鏡全部采用球面透鏡，工藝性好，適應批量生產(chǎn)，同時還具有結構緊湊、成本低等優(yōu)點。文檔編號G02B15/177GK101149467SQ20071005455公開日2008年3月26日申請日期2007年6月12日優(yōu)先權日2007年6月12日發(fā)明者曹紅曲,王天州,馬永珍申請人:利達光電股份有限公司