專利名稱：：Dlp變焦投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于光學(xué)器具
技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種適合在DLP投影儀上與非遠(yuǎn)心照明光路配套使用的變焦投影鏡頭。技術(shù)背景DLP投影顯示技術(shù)在近幾年來(lái)發(fā)展迅速，其發(fā)展趨勢(shì)為在短投影距離上實(shí)現(xiàn)大屏幕、髙清晰度、髙亮度的圖像顯示，它更能實(shí)現(xiàn)體積小，重量輕等產(chǎn)品特性。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)家掌握并開發(fā)的數(shù)字圖像芯片，由于其面世的時(shí)間相對(duì)較短，因此與DMD技術(shù)相匹配的DLP投影成像光學(xué)系統(tǒng)的專利技術(shù)不多，而現(xiàn)有的LCD、LCOS等投影鏡頭采用的是遠(yuǎn)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(shí)隨圖像數(shù)字信號(hào)會(huì)有10或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)入投影鏡頭的入瞳并聚焦在屏幕上，基于這一特點(diǎn)，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(shù)中，公開的變焦投影鏡頭，一部分應(yīng)用了非球面技術(shù)，即在變焦投影鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中通過(guò)加入非球面透鏡來(lái)改善系統(tǒng)的成像質(zhì)量。但非球面透鏡的應(yīng)用對(duì)其加工和裝配要求嚴(yán)格，不利于生產(chǎn)效率的提髙和成本的降低。而在沒(méi)有釆用非球面透鏡的技術(shù)中，為了達(dá)到較好的光學(xué)性能，其技術(shù)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(guó)外進(jìn)口的高折射率的高檔光學(xué)材料，例如對(duì)像差有顯著改善的FCD1之類的材料，其價(jià)格昂貴、工藝性差、加工效率和成品率很低。日本專利02120574技術(shù)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(jià)高、工效低等問(wèn)題。
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DMD數(shù)字圖像芯片相匹配，且結(jié)構(gòu)緊湊、透鏡數(shù)量少、造價(jià)低、生產(chǎn)效率髙、適合大批量生產(chǎn)要求的DLP變焦投影鏡頭。為達(dá)到這樣的目的，本實(shí)用新型所提供技術(shù)方案是該變焦投影鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)是由具有負(fù)光焦度的調(diào)焦組U1和負(fù)光焦度的變焦組U2以及正光焦度的補(bǔ)償組U3組成；Ul、U2、IB沿光軸從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，其中，調(diào)焦是通過(guò)調(diào)焦組Ul沿光軸前后移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且兼具變焦功能，變焦是通過(guò)變焦組U2和補(bǔ)償組U3從廣角端到遠(yuǎn)攝端沿光軸相對(duì)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即該鏡頭為非同步變焦系統(tǒng)，調(diào)焦組的組合焦距為fl，變焦組的焦距f2,兩者的符號(hào)相反，并且滿足下列不等式0.55,/G|<0.72其中所述調(diào)焦組Ul從屏幕側(cè)向像面方向由負(fù)透鏡Ll和負(fù)透鏡L2組成，其組合焦距為負(fù)。所述變焦組U2從屏幕側(cè)向像面方向由正透鏡L3、正透鏡L4、負(fù)透鏡L5組成，變焦組U2總的焦距為負(fù)。所述變焦組U2中正透鏡[L4j的前表面(屏幕側(cè))向像面方向彎曲。所述補(bǔ)償組U3從屏幕側(cè)向像面方向由正透鏡L6、正透鏡L7、負(fù)透鏡L8、正透鏡L9、正透鏡L10組成，其中，正透鏡L7、負(fù)透鏡L8組成一個(gè)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(gòu)成、負(fù)透鏡L8由火石玻璃構(gòu)成，負(fù)透鏡L8為雙凹透鏡，膠合面彎向光欄，該補(bǔ)償組U3總的焦距為正。所述系統(tǒng)中各透鏡均采用球面透鏡，其透鏡的總數(shù)是10片。為充分提髙像面均勻性，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(nèi)，另外，為了結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)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(dāng)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(gè)系統(tǒng)的F數(shù)，還可能影響到成像面的照度均勻性。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、系統(tǒng)中未采用工藝復(fù)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(jiǎn)易性，提高了產(chǎn)品成品率和生產(chǎn)效率，更適應(yīng)批量生產(chǎn)。2、在保證滿意成像質(zhì)量的同時(shí)，以較少數(shù)量的球面透鏡組合構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，并采用常規(guī)的光學(xué)材料，降低產(chǎn)品成本。3、通過(guò)各個(gè)透鏡組的非同步變焦移動(dòng)來(lái)保證整個(gè)焦距范圍內(nèi)成像質(zhì)量的一致性，這樣使得鏡頭的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本更低，并保持較髙水平的像差矯正，結(jié)構(gòu)中又省去了后固定透鏡組，因此結(jié)構(gòu)更為緊湊。4、本實(shí)用新型設(shè)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(gè)系統(tǒng)的光能輸出和對(duì)比度得到顯著提高。5、本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)焦方便、投影圖象清晰等特點(diǎn)。圖1是本實(shí)用新型變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型變焦鏡頭短焦的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖3是本實(shí)用新型變焦鏡頭長(zhǎng)焦的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖4是本實(shí)用新型變焦鏡頭在短焦的光線軌跡圖；圖5是本實(shí)用新型變焦鏡頭在長(zhǎng)焦的光線軌跡圖；圖6是本實(shí)用新型變焦鏡頭在短焦的場(chǎng)曲和畸變曲線圖；圖7是本實(shí)用新型變焦鏡頭在長(zhǎng)焦的場(chǎng)曲和畸變曲線圖；圖8是本實(shí)用新型變焦鏡頭在短焦的傳遞函數(shù)曲線圖；圖9是本實(shí)用新型變焦鏡頭在長(zhǎng)焦的傳遞函數(shù)曲線圖；圖IO是本實(shí)用新型變焦鏡頭在短焦的垂軸像差曲線圖；圖11是本實(shí)用新型變焦鏡頭在長(zhǎng)焦的垂軸像差曲線圖；圖12是本實(shí)用新型變焦鏡頭在短焦的點(diǎn)列圖；圖13是本實(shí)用新型變焦鏡頭在長(zhǎng)焦的點(diǎn)列圖。具體實(shí)施方式參看圖l，圖2、圖3，本實(shí)用新型的變焦投影鏡頭，主要部件包括壓圈1、調(diào)焦鏡筒2、調(diào)焦限位片3、導(dǎo)向筒4、曲線筒5、滾輪導(dǎo)釘6、變焦鏡筒7、補(bǔ)償鏡筒8、隔圈9、滾輪導(dǎo)釘10、滾輪導(dǎo)釘11和光學(xué)系統(tǒng)的透鏡L1L10，其中，調(diào)焦鏡筒2通過(guò)多頭螺紋與導(dǎo)向筒4連接，其旋轉(zhuǎn)角度大小由調(diào)焦限位片3來(lái)控制；導(dǎo)向筒4的外部套裝有曲線筒5，通過(guò)滾輪導(dǎo)釘6和滾輪導(dǎo)釘11分別連接變焦鏡筒7和補(bǔ)償鏡筒8，轉(zhuǎn)動(dòng)曲線筒5，可使各滾輪導(dǎo)釘分別沿各自的曲線槽運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)變焦鏡筒7和補(bǔ)償鏡筒8移動(dòng)，滾輪導(dǎo)釘10的作用是在轉(zhuǎn)動(dòng)曲線筒5時(shí)保證其和導(dǎo)向筒4不產(chǎn)生軸向移動(dòng)，以此保證鏡頭的像面穩(wěn)定。本實(shí)用新型的DLP變焦投影鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)采用10片球面透鏡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中只包括一個(gè)膠合透鏡L7、L8，處于光欄后。該鏡頭采用常規(guī)的機(jī)械式補(bǔ)償凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)于不同距離的投影圖像可通過(guò)調(diào)焦組U1沿光軸的前后移動(dòng)調(diào)焦來(lái)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)補(bǔ)償組U3沿光軸的前后移動(dòng)來(lái)保證像面穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)為負(fù)一負(fù)一正型結(jié)構(gòu)。圖2是短焦光學(xué)系統(tǒng)圖，圖中S4W、S10W、Lkw分別表示在短焦時(shí)調(diào)焦組Ul與變焦組U2之間的間隔、變焦組U2與補(bǔ)償組U3之間的間隔以及后工作距離；圖3是長(zhǎng)焦光學(xué)系統(tǒng)圖，圖中S4T、S10T、LkT分別表示在長(zhǎng)焦時(shí)調(diào)焦組Ul與變焦組U2之間的間隔、變焦組U2與補(bǔ)償組U3之間的間隔以及后工作距離；可以看出，本實(shí)用新型為三組相對(duì)移動(dòng)的變焦系統(tǒng)，其中，調(diào)焦組U1為非同步移動(dòng)，在調(diào)焦時(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)變焦，這樣作可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。另外，光束在經(jīng)過(guò)補(bǔ)償組U3后不再經(jīng)過(guò)常規(guī)的后固定透鏡組而直接在芯片上形成實(shí)像，因此，補(bǔ)償組U3的焦距必須為正，即整個(gè)系統(tǒng)為負(fù)一負(fù)一正型結(jié)構(gòu)，這樣可以使得結(jié)構(gòu)進(jìn)一步緊湊。變焦鏡頭調(diào)焦組Ul包括2個(gè)負(fù)透鏡，即L1和L2，均由低折射率低色散的冕玻璃構(gòu)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(gè)物體虛像。變焦組U2由3個(gè)透鏡組成，即2個(gè)正透鏡L3、L4和1個(gè)負(fù)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(zhì)量的同時(shí)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。補(bǔ)償組U3由4個(gè)正透鏡L6、L7、L9、LIO和一個(gè)負(fù)透鏡L8組成，由正負(fù)透鏡的對(duì)應(yīng)搭配可以保證前后移動(dòng)透鏡組的像差盡量能獨(dú)自矯正，構(gòu)成一個(gè)由全球面光學(xué)系統(tǒng)并達(dá)到滿意成像質(zhì)量的變焦鏡頭，使其更有利于在變焦過(guò)程中的像質(zhì)穩(wěn)定。為了不讓后端的透鏡口徑太大，系統(tǒng)光欄設(shè)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(gè)要求，像差的矯正變得十分困難，當(dāng)然，還可以通過(guò)適當(dāng)加大調(diào)焦組U1的口徑，使得光束的軌跡更加平滑。對(duì)光線具有發(fā)散作用的調(diào)焦組U1將遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)一定的變焦比不至于透鏡組的移動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)而使整個(gè)系統(tǒng)體積過(guò)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(diào)焦組U1和變焦組U2的光焦度控制要合理，應(yīng)該滿足下列不等式0.851,15其中，fl為調(diào)焦組U1的組合焦距，G為變焦組的組合焦距，如果超出這個(gè)范圍，其它焦距位置的像差就較難控制。本實(shí)用新型變焦投影鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下FNO2.35DIMMWL640.0550.0440.0REF2WTW111XR工0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0YR工1.072.34.15.87.28.18.99,610.210.WTF1.01』1.01.01.01.01.01.01.01.0VUY0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0VLY0.00.00.00.00.00.00.00.00.00,0SO0.02000.0S53.1012.0(QK3_CHINAS25，355，0謝6018472THC0S88.231.5QK3一CHINAS29.023.023692182THC0S-269,78S4,9LAC12一HOYACCY0S-35*3080，2S36.3053.55NBFD15一HOYACCY0<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>ZOO3ZOOFNO2.352*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(zhǎng)短焦距時(shí)的垂軸色差<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表中Field為相對(duì)全視場(chǎng)的視場(chǎng)坐標(biāo)，R為長(zhǎng)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，是本實(shí)用新型的變焦鏡頭在短焦、長(zhǎng)焦的光線軌跡圖；圖4是短焦的光線軌跡圖，圖5是長(zhǎng)焦的光線軌跡圖。參看圖6、圖7，是本實(shí)用新型的變焦鏡頭在短焦、長(zhǎng)焦的場(chǎng)曲和畸變曲線圖，圖6是短焦的場(chǎng)曲和畸變曲線圖，圖7是長(zhǎng)焦的場(chǎng)曲和畸變曲線圖。參看圖8、圖9，是本實(shí)用新型的變焦鏡頭在短焦、長(zhǎng)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(zhǎng)焦的傳遞函數(shù)曲線參看圖IO、圖ll,是本實(shí)用新型的變焦鏡頭在短焦、長(zhǎng)焦的垂軸像差曲線圖，圖10是短焦的垂軸像差曲線圖，圖n是長(zhǎng)焦的垂軸像差曲線圖。參看圖12、圖13，是本實(shí)用新型的變焦鏡頭在短焦、長(zhǎng)焦的點(diǎn)列圖，圖12是短焦的點(diǎn)列圖，圖13是長(zhǎng)焦的點(diǎn)列圖。權(quán)利要求1.一種DLP變焦投影鏡頭，其特征在于鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)是由具有負(fù)光焦度的調(diào)焦組[U1]和負(fù)光焦度的變焦組[U2]以及正光焦度的補(bǔ)償組[U3]組成，調(diào)焦組[U1]變焦組[U2]以及補(bǔ)償組[U3]沿光軸從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，其中，變焦組[U2]和補(bǔ)償組[U3]從廣角端到遠(yuǎn)攝端沿光軸相對(duì)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)變焦，調(diào)焦組的組合焦距為f1，變焦組的焦距為f2，兩者的符號(hào)相反，并且滿足下列不等式0.55＜|f1/f2|＜0.72。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述調(diào)焦組[Ul]從屏幕側(cè)向像面方向由負(fù)透鏡[L1]和負(fù)透鏡[L2]組成，其組合焦距為負(fù)。3、根據(jù)權(quán)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(cè)向像面方向由正透鏡[L3]、正透鏡[L4]和負(fù)透鏡[L5]組成，變焦組[U2]的總焦距為負(fù)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述變焦組[U2]中屏幕側(cè)第二個(gè)正透鏡[L4]的屏幕側(cè)表面向像面方向彎曲。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述補(bǔ)償組[U3]從屏幕側(cè)向像面方向由正透鏡[L6]、正透鏡[L7]、負(fù)透鏡[L8]、正透鏡[L9]、正透鏡[L10]組成，其中，正透鏡[L7]和負(fù)透鏡[L8]為雙膠合透鏡，其膠合面彎向光欄，補(bǔ)償組[U3]的總焦距為正。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述雙膠合透鏡中的正透鏡[L7]為冕玻璃透鏡，負(fù)透鏡[L8]為雙凹火石玻璃透鏡。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的DLP變焦投影鏡頭，其特征在于所述調(diào)焦組[Ul]、變焦組[U2]和補(bǔ)償組[U3]中的各透鏡均為球面透鏡，其透鏡的總數(shù)是10片。專利摘要本實(shí)用新型涉及一種DLP變焦投影鏡頭，其主要特點(diǎn)是鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)是由具有負(fù)光焦度的調(diào)焦組U1和負(fù)光焦度的變焦組U2以及正光焦度的補(bǔ)償組U3組成，U1、U2、U3沿光軸從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕校渲?，調(diào)焦是通過(guò)U1組的沿光軸前后移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且兼具變焦功能，變焦是通過(guò)U2和U3從廣角端到遠(yuǎn)攝端沿光軸相對(duì)移動(dòng)來(lái)實(shí)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(yīng)批量生產(chǎn)，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)G02B1/02GK201122199SQ20072009068公開日2008年9月24日申請(qǐng)日期2007年6月12日優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日發(fā)明者曹紅曲,王天州,馬永珍申請(qǐng)人:利達(dá)光電股份有限公司