一種用于投影顯示的不失焦光學(xué)廣角鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于投影顯示的光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] -般情況下，投影顯示畫面時(shí)，隨著內(nèi)部熱量的累積，會(huì)導(dǎo)致熱離焦，具體表現(xiàn)為 圖像變模糊，其根源是構(gòu)成鏡頭的光學(xué)鏡片和金屬件熱脹導(dǎo)致尺寸變化，此時(shí)實(shí)際像面和 顯示器件（如IXD、LCOS、DMD)將不再重合。
[0003]目前解決這一問(wèn)題的常用方法有三種：
[0004] 1.人為調(diào)節(jié)鏡頭，以目視判斷清晰與否；
[0005] 2.給投影機(jī)內(nèi)置的電機(jī)通過(guò)遙控器發(fā)送驅(qū)動(dòng)指令調(diào)節(jié)鏡頭，以目視判斷清晰與 否；
[0006] 3.給投影機(jī)上安裝一個(gè)攝像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)控投影畫面的清晰程度，如果圖像變模 糊，由軟件計(jì)算出鏡頭需要調(diào)節(jié)移動(dòng)量，然后發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)。軟件實(shí)時(shí)處理攝像頭拍攝 畫面計(jì)算并判斷圖像是否清晰，如果不清晰，直到調(diào)整清晰位置。
[0007]上述三種解決方案的實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)整鏡頭與顯示器件之間的軸向距離，達(dá)到投影 畫面清晰的目的。
[0008] 不足之處：
[0009] 第一種方案：人為調(diào)節(jié)，客戶體驗(yàn)滿意度降低。
[0010] 第二種方案：遙控器和電機(jī)可能會(huì)失效，會(huì)導(dǎo)致客戶體驗(yàn)滿意度降低。
[0011] 第三種方案：相對(duì)第二種方案可靠性更低，攝像頭、軟件和電機(jī)有可能會(huì)失效，導(dǎo) 致客戶體驗(yàn)滿意度降低。
[0012] 采用光學(xué)無(wú)熱化技術(shù)也可以解決熱離焦的問(wèn)題，即在光學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中合理選擇 透鏡材料和透鏡隔圈材料，在寬溫度范圍內(nèi)保證不失焦。目前主要采用玻璃透鏡和金屬隔 圈材料的合理搭配，實(shí)現(xiàn)光學(xué)無(wú)熱化。但是，這種方案仍有不足之處，如鏡片數(shù)量較多、光學(xué) 系統(tǒng)體積較大、制作成本、安裝維護(hù)成本較高，因此市場(chǎng)反映效果不甚理想。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種用于投影顯示的不失焦光學(xué)廣 角鏡頭，在較寬溫度范圍實(shí)現(xiàn)不失焦，同時(shí)投影畫質(zhì)清晰細(xì)膩。
[0014] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：
[0015]用于投影顯示的不失焦光學(xué)廣角鏡頭，包括從投影屏幕方到顯示芯片方依次的第 一鏡組、第二鏡組和TIR棱鏡，第一鏡組與第二鏡組之間設(shè)置有孔徑光闌；第一鏡組和第二 鏡組的所有鏡片分為無(wú)色光學(xué)玻璃和無(wú)色光學(xué)塑料兩種材質(zhì)；第一鏡組中的前三片鏡片整 體的光焦度為負(fù)，并且其中至少有一片為塑料非球面透鏡；第二鏡組的前四片鏡片中至少 有一片為塑料非球面透鏡，前四片鏡片中的其他鏡片至少有部分鏡片構(gòu)成膠合透鏡零件， 膠合透鏡零件的光焦度為負(fù)；所述無(wú)色光學(xué)玻璃折射率nl滿足1. 4 <nl< 1. 95,無(wú)色光 學(xué)塑料折射率n2滿足1. 5 <n2 < 1. 6。
[0016] 基于以上基本解決方案，本實(shí)用新型再進(jìn)一步作如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：
[0017] 第二鏡組的最后一片透鏡的后表面與TIR棱鏡的前表面之間的軸向距離為 2-3mm〇
[0018] 第一鏡組，從投影屏幕方到顯示芯片方依次為負(fù)光焦度的第一透鏡、負(fù)光焦度的 第二透鏡、負(fù)光焦度的第三透鏡、正光焦度的第四透鏡、正光焦度的第五透鏡、負(fù)光焦度的 第六透鏡；
[0019] 第二鏡組，從投影屏幕方到顯示芯片方依次為負(fù)光焦度的第七透鏡、正光焦度的 第八透鏡、負(fù)光焦度的第九透鏡、負(fù)光焦度的第十透鏡、正光焦度的第十一透鏡。其中，第七 透鏡、第八透鏡和第九透鏡組合成三膠合鏡片組；
[0020] TIR棱鏡為平面光學(xué)元件，利用全反射原理使得照明光束和工作光束有效分離。
[0021] 第一透鏡、第二透鏡和第六透鏡為彎曲向投影屏幕方的凹透鏡，第三透鏡為雙凹 透鏡，第四透鏡和第五透鏡為雙凸透鏡；第七透鏡為彎曲向投影屏幕方的凹透鏡，第八透鏡 和第i^一透鏡為雙凸透鏡，第九透鏡為雙凹透鏡，第十透鏡與第七透鏡的彎曲方向相反。
[0022] 第一透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡、第九透 鏡和第十一透鏡為采用無(wú)色光學(xué)玻璃制作而成的球面透鏡；
[0023] 第二透鏡和第十透鏡為采用無(wú)色光學(xué)塑料制作而成的雙面非球面透鏡。
[0024] TIR棱鏡為無(wú)色光學(xué)玻璃制作而成的平板元件。
[0025] 各個(gè)鏡片之間間隔的熱膨脹系數(shù)為23. 6ixm/mk。
[0026] 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1、在同等技術(shù)指標(biāo)要求的情況下，本實(shí)用新型采用塑料非球面技術(shù)，相對(duì)于全玻 璃透鏡，可以有效減少鏡片的個(gè)數(shù)和光學(xué)系統(tǒng)體積，有效地提高了光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)透過(guò)率，使 得投影亮度提升；同時(shí)，塑料非球面透鏡，可采用模壓制作，在批量生產(chǎn)的情況下，鏡頭的成 本會(huì)更低。
[0028] 2、該鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)還具有簡(jiǎn)單緊湊、高分辨率和廣角低畸變的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2MTF@_4(TC;
[0031] 圖3象散、場(chǎng)曲和畸變0-40°C;
[0032] 圖4MTF@2(TC;
[0033] 圖5象散、場(chǎng)曲和畸變@20°C;
[0034] 圖6MTF@6(TC;
[0035] 圖7象散、場(chǎng)曲和畸變@60 °C。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 如圖1所示，本實(shí)施例采用11片透鏡，其中無(wú)色光學(xué)玻璃透鏡9片、無(wú)色光學(xué)塑料 非球面透鏡2片。從投影屏幕方到顯示芯片方依次有第一鏡組、第二鏡組和TIR棱鏡。本實(shí) 施例所述的第一鏡組1從投影屏幕方到顯示芯片方依次排列有負(fù)光焦度的第一透鏡01，負(fù) 光焦度的第二透鏡02,負(fù)光焦度的第三透鏡03,正光焦度的第四透鏡04,正光焦度的第五 透鏡05和負(fù)光焦度的第六透鏡06。其中，第一透鏡01、第二透鏡02和第六透鏡06為彎曲 向投影屏幕方的凹透鏡，第三透鏡03為雙凹透鏡，第四透鏡和第五透鏡為雙凸透鏡。所述 的第二鏡組3從投影屏幕方到顯示芯片依次排列有負(fù)光焦度的第七透鏡07、正光焦度的第 八透鏡08、負(fù)光焦度的第九透鏡09、負(fù)光焦度的第十透鏡10和正光焦度的第^^一透鏡11， 其中第七透鏡07為彎曲向投影屏幕方的凹透鏡，第八透鏡08和第^^一透鏡11為雙凸透 鏡，第九透鏡09為雙凹透鏡，第十透鏡10與第七透鏡07的彎曲方向相反，第七透鏡07、第 八透鏡08和第九透鏡09采用光學(xué)膠膠合成三膠合鏡片組。所述TIR棱鏡12位于第十一透 鏡11和顯示芯片13之間。顯示芯片13位于TIR棱鏡12之后，垂直于光軸偏置放置。孔 徑光闌2位于第一鏡組和第二鏡組之間，垂直于光軸放置。
[0037] 第一透鏡01、第二透鏡02、第三透鏡03組成一個(gè)透鏡組，即整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的前三 片，該組光焦度為負(fù)，包含不少于一片塑料非球面透鏡；第七透鏡07、第八透鏡08、第九透 鏡09、第十透鏡10組成一個(gè)透鏡組，即孔徑光闌2后面的四片透鏡，包含不少于一片塑料