專利名稱：微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法及采用該方法的投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于投影成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法 及采用該方法的投影鏡頭。
背景技術(shù)：
微顯示投影技術(shù)的主要光學(xué)架構(gòu)是微顯示光學(xué)引擎，所說(shuō)的光學(xué)引擎一般 包括光源、微顯示成像芯片、合像系統(tǒng)和投影鏡頭。其工作原理是利用微顯示 成像芯片來(lái)調(diào)制光源發(fā)射出來(lái)準(zhǔn)備投影到屏幕上的光信號(hào)，即將光源分離成三 色分別加以控制，再將三色圖像合成要投影的圖像，然后利用投影鏡頭投影到 屏幕上?，F(xiàn)有的微顯示光學(xué)引擎中，合像系統(tǒng)中包括棱鏡，它和投影鏡頭是相 互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，微顯示成像芯片是投影鏡頭的物面，在物面和投影鏡頭之間有 合像系統(tǒng)，因此，在應(yīng)用過(guò)程中需要投影鏡頭具有一定的后截距要求。
微顯示投影技術(shù)的關(guān)鍵就是投影鏡頭，特別是高清晰數(shù)字電視為適應(yīng)進(jìn)入 普通家庭的需要，其發(fā)展趨勢(shì)是大屏幕、超薄化，而投影鏡頭的投影距離是制 約實(shí)現(xiàn)大屏幕、超薄化的關(guān)鍵因素。為了減小投影空間，需要減小投影鏡頭的 投影距離，也就是需要設(shè)計(jì)和制造短焦距的投影鏡頭。更短焦距投影鏡頭的開(kāi) 發(fā)是比較困難的，因?yàn)橛写蟮囊晥?chǎng)角，鏡頭中色差和畸變等技術(shù)指標(biāo)不容易達(dá) 到設(shè)計(jì)要求，在制造技術(shù)上實(shí)現(xiàn)也有相當(dāng)大難度。
現(xiàn)有的投影鏡頭，無(wú)論是長(zhǎng)焦距、短焦距還是變焦距投影鏡頭，其結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)均是在鏡筒內(nèi)的同一光軸上設(shè)置有多個(gè)被分成若干組的球面透鏡，同時(shí)根 據(jù)焦距的長(zhǎng)短，對(duì)后截距都有一定的要求。這是由于投影鏡頭中后截距和焦距 存在相互制約的關(guān)系。設(shè)投影鏡頭的結(jié)構(gòu)總光焦度為1，設(shè)前組光焦度為伊,，
后組光焦度為伊2， ^是前后組之間的距離，/;是反遠(yuǎn)距型鏡頭的后截距，/反遠(yuǎn)距型鏡頭的焦距，乂為反遠(yuǎn)距型物鏡的反遠(yuǎn)距比，即丄-i。在高斯光學(xué)
成象中，存在^,=1-JA的關(guān)系。在整個(gè)鏡頭長(zhǎng)度要求合適的情況下，及前
組和后組之間距離j確定時(shí)，要增大^^，就必須增大^值。再由公式";=仍(其
中a為前組負(fù)擔(dān)的孔徑角)和公式";=1-^ (其中";-";為后組負(fù)擔(dān)的孔徑角) 可知，p,值的增大，必然引起前組和后組分擔(dān)的孔徑角增大，最終引起與孔徑 有關(guān)的高級(jí)象差的增加，從而需要對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜化以消除產(chǎn)生的高級(jí)象差。從上 面的論述可以看到，投影鏡頭的焦距越短，同時(shí)需要較長(zhǎng)的后截距時(shí)，其投影鏡
頭的設(shè)計(jì)難度越大。例如中國(guó)專利CN2735365Y公開(kāi)的一種由11片透鏡組成的 投影鏡頭，其后截距達(dá)到40. 02mm。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的不足是都要求有一定的后截距，導(dǎo)致光學(xué)引 擎結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大鏡頭設(shè)計(jì)和加工難度，在焦距越短時(shí)，問(wèn)題越突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法及采用該方法的投影鏡頭，以 克服現(xiàn)有技術(shù)存在的投影鏡頭都要求有一定的后截距，鏡頭設(shè)計(jì)和加工難度加 大，焦距越短時(shí)問(wèn)題越突出的不足。
為克服上述不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法， 是在鏡筒內(nèi)若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)任意位置的光軸上 設(shè)置透明的具有分光合色功能的棱鏡。
上述透鏡分為N組時(shí)，N-1個(gè)棱鏡分別設(shè)置于透鏡組之間。 上述透鏡分為N組時(shí)，N個(gè)棱鏡之間設(shè)置有透鏡組。
一種微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內(nèi)同一光軸上設(shè)置的透鏡，其特殊
之處在于在鏡筒內(nèi)若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)的任意位
置的光軸上設(shè)置有透明的棱鏡。
上述透鏡分為N組時(shí)，N-1個(gè)棱鏡分別設(shè)置于透鏡組之間。 上述透鏡分為N組時(shí)，N個(gè)棱鏡之間設(shè)置有透鏡組。上述棱鏡的兩個(gè)端面可以是球面、平面、非球面和/或自由曲面。 上述棱鏡的兩個(gè)端面是平面。易于加工，使用效果也最好。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 減小了鏡頭的后截距，基本上對(duì)后截距無(wú)要求本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)在于該棱 鏡是作為鏡頭的一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，在采用該棱鏡后，能夠使得鏡頭的后截距小
于10mra，最佳后截距為10mm。而傳統(tǒng)投影鏡頭中后截距大于lOmm，在后截距 小于10mm就無(wú)法在鏡頭與投影芯片之間安裝分光合色系統(tǒng)。
2、 簡(jiǎn)化投影鏡頭設(shè)計(jì)，優(yōu)化投影鏡頭結(jié)構(gòu)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)在于該棱鏡是投 影鏡頭的一部分，參與投影鏡頭的成像，在該棱鏡去掉以后，投影鏡頭的物象 關(guān)系將不存在。在傳統(tǒng)投影鏡頭中，其鏡頭和投影芯片之間的合像系統(tǒng)去掉后， 投影鏡頭的物象關(guān)系仍然存在，可以用于投影。本發(fā)明的棱鏡具有分光合色的 功能，這樣可以在鏡頭中實(shí)現(xiàn)分光合色，使得光學(xué)引擎中不再需要單獨(dú)的^t 系統(tǒng)，從而對(duì)投影鏡頭的后截距沒(méi)有特殊的要求?？梢院?jiǎn)化投影鏡頭的設(shè)計(jì)， 優(yōu)化投影鏡頭的結(jié)構(gòu)，在使用相同的透鏡數(shù)量時(shí)可以提高鏡頭的成像質(zhì)量。
3、 適用范圍擴(kuò)大，長(zhǎng)、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)
在于采用該棱鏡，可以實(shí)現(xiàn)在鏡頭的側(cè)面進(jìn)行光線的輸入或者輸出。傳統(tǒng)的投 影鏡頭只能夠?qū)崿F(xiàn)從投影鏡頭的物面或者像面端進(jìn)行光線的輸入和輸出。因此 無(wú)論是長(zhǎng)焦距、短焦距還是變焦距投影鏡頭都可以采用本結(jié)構(gòu)，本發(fā)明特別適 用于在短焦距的投影鏡頭中采用。本發(fā)明主要適用于高清晰數(shù)字電視和數(shù)字多 媒體投影機(jī)，同時(shí)也適用于其它投影成像系統(tǒng)中。


圖1是常見(jiàn)三片式光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
1-光源，2-微顯示芯片，3-第一透鏡組，4-第一棱鏡，5-第二透鏡組，6-第二棱鏡，7-第三透鏡組，8-第三棱鏡，9-合像系統(tǒng)，10-鏡筒。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)地說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1，所示的一種微顯示投影鏡頭在三片式光學(xué)引擎中的工作原理圖。 光源l產(chǎn)生高亮度、準(zhǔn)直的線偏振光，進(jìn)入由棱鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成的具有分光合色功 能的合像系統(tǒng)9，經(jīng)過(guò)其中的棱鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行分光，單色光入射到微顯示成像芯 片2上，通過(guò)調(diào)制后反射再次進(jìn)入合像系統(tǒng)9的棱鏡結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行合色后通過(guò) 投影鏡頭進(jìn)行投影。該投影鏡頭中包括鏡筒10和鏡筒內(nèi)同一光軸上設(shè)置的根據(jù) 需要被分割成若干組的球面透鏡。
本發(fā)明給出的技術(shù)方案是 一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi) 若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)的任意位置的光軸上設(shè)置透明 的具有分光合色功能的棱鏡。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明中所采用棱鏡為柱狀結(jié)構(gòu)，其端面a和端面b可以是球 面、平面、非球面和/或自由曲面，最好是平面。它可以由玻璃、晶體或透明無(wú) 機(jī)物制成，其厚度滿足能夠進(jìn)行分光合色的要求即可采用。
本發(fā)明中所采用棱鏡可以是一個(gè)或多個(gè)，所采用的棱鏡獨(dú)立完成或者合作 完成分光合色功能即可。
具體的實(shí)現(xiàn)方案參見(jiàn)下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1，參見(jiàn)圖3。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2、由若干 透鏡構(gòu)成的第一透鏡組3和第二透鏡組5,還包括厚度滿足能夠進(jìn)行分光合色 要求的透明的第一棱鏡4，它被設(shè)置在鏡筒10內(nèi)離物面光路最近的第一透鏡組 3的像面一側(cè)的光軸上，即被夾設(shè)在第一透鏡組3和第二透鏡組5之間。
在投影過(guò)程中，光源1發(fā)出的光線通過(guò)第一棱鏡4的第一通光面進(jìn)入投影鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會(huì)聚角的偏正光，會(huì)聚角與投影鏡頭中的光線透
過(guò)第一棱鏡4進(jìn)入第一透鏡組3的會(huì)聚角相同。光線經(jīng)過(guò)第一棱鏡4進(jìn)行分光， 透過(guò)第一棱鏡4的第二通光面進(jìn)入第一透鏡組3，然后入射到微顯示芯片2上， 經(jīng)過(guò)調(diào)制后沿原路返回，分別透過(guò)第一透鏡組3和第一棱鏡4的第二通光面， 進(jìn)入第一棱鏡4進(jìn)行合色，從而實(shí)現(xiàn)合像，最后通過(guò)第一棱鏡4的第三通光面 和第二透鏡組5進(jìn)行投影成像。
實(shí)施例2，參見(jiàn)圖4。該投影鏡頭中包括鏡筒10、'微顯示芯片2，由若干 透鏡隨意分割而成的第一透鏡組3、第二透鏡組5和第三透鏡組7，以及鏡筒內(nèi) 離物面光路最近的第一透鏡組3的像面一側(cè)的光軸上設(shè)置的透明的第一棱鏡4 和第二棱鏡6，第一棱鏡4和第二棱鏡6的厚度滿足能夠進(jìn)行分光的要求，它 們被分別設(shè)置于透鏡組之間。
在投影過(guò)程中，光源1發(fā)出的光線通過(guò)第二棱鏡6的第一通光面進(jìn)入投影 鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會(huì)聚角的偏正光，會(huì)聚角與投影鏡頭中光線透過(guò) 第二棱鏡6進(jìn)入第二透鏡組5的會(huì)聚角相同。光線經(jīng)過(guò)第二棱鏡6進(jìn)行分光， 分光后的光線先后透過(guò)第二棱鏡6的第二通光面、第二透鏡組5、第一棱鏡4 和第一透鏡組3，入射到微顯示芯片2上，經(jīng)過(guò)調(diào)制后沿原路返回，經(jīng)過(guò)第一 透鏡組3，通過(guò)第一棱鏡4進(jìn)行合色，從而實(shí)現(xiàn)合像，最后通過(guò)第二透鏡組5、 第二棱鏡6和第三透鏡組7進(jìn)行投影成像。
實(shí)施例3，參見(jiàn)圖5。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2，由若干 透鏡隨意分割而成的第一透鏡組3、第二透鏡組5和第三透鏡組7，以及鏡筒內(nèi) 離物面光路最近的第一透鏡組3的像面一側(cè)的光軸上設(shè)置的透明的第一棱鏡4、 第二棱鏡6和第三棱鏡8，這些棱鏡被分別設(shè)置于透鏡組之間。
在投影過(guò)程中，光源1發(fā)出的光線通過(guò)棱鏡4的第一通光面進(jìn)入投影鏡頭， 光源1發(fā)出具有一定的會(huì)聚角的偏正光，會(huì)聚角與投影鏡頭中光線透過(guò)第一棱 鏡4進(jìn)入第一透鏡組3的會(huì)聚角相同。光線經(jīng)過(guò)第一棱鏡4進(jìn)行分光，分光后 的光線透過(guò)棱鏡4的第二通光面、第一透鏡組3，入射到微顯示芯片2上，經(jīng)過(guò)調(diào)制后沿原路返回，經(jīng)過(guò)第一透鏡組3、第一棱鏡4和第二透鏡組5，再通過(guò) 第二棱鏡6進(jìn)行第一次合色，透過(guò)第三透鏡組7，第三棱鏡8進(jìn)行第二次合色， 從而實(shí)現(xiàn)合像，最后通過(guò)和第三透鏡組7進(jìn)行投影成像。
實(shí)施例4，參見(jiàn)圖6。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2、若干透 鏡構(gòu)成的第一透鏡組3，還包括厚度滿足能夠進(jìn)行分光合色要求的第一棱鏡4， 它被設(shè)置在鏡筒10內(nèi)第一透鏡組3中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)的光軸 上。 '
在投影過(guò)程中，光源1發(fā)出的光線通過(guò)第一棱鏡4的第一通光面進(jìn)行入投 影鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會(huì)聚角的偏正光，會(huì)聚角與投影鏡頭中光線透 過(guò)第一棱鏡4進(jìn)入第一透鏡組3的會(huì)聚角相同。光線經(jīng)過(guò)第一棱鏡4進(jìn)行分光， 經(jīng)過(guò)第一棱鏡4的第二通光面和第一透鏡組3，然后入射到微顯示芯片2上，經(jīng) 過(guò)調(diào)制后沿原路返回，透過(guò)第一透鏡組3，經(jīng)過(guò)第一棱鏡4進(jìn)行合色后投影成像。
本發(fā)明投影鏡頭中的棱鏡不僅具有分光合色的功能，同時(shí)參與投影鏡頭的 成像，有利于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的像差校正。本發(fā)明開(kāi)拓思路，投影鏡頭中采用棱 鏡，利于像差校正，又能夠用于分光合色，達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)的目的。由于在投影 鏡頭中實(shí)現(xiàn)了光學(xué)引擎所需的分光合色的合像功能，因此在投影鏡頭與芯片之 間不需要加入分光器件，從而使得對(duì)投影鏡頭的后截距沒(méi)有特殊要求，可以簡(jiǎn) 化投影鏡頭的設(shè)計(jì)，優(yōu)化投影鏡頭的結(jié)構(gòu)，在使用相同的透鏡數(shù)量時(shí)可以提高 鏡頭的成像質(zhì)量。
權(quán)利要求
1、一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi)若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)任意位置的光軸上設(shè)置透明的具有分光合色功能的棱鏡。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述透鏡分為N組時(shí)，N-1個(gè)棱鏡分別設(shè)置于透鏡組之間。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述透鏡分為N組時(shí)，N個(gè)棱鏡之間設(shè)置有透鏡組。
4、 采用權(quán)利要求1的方法的微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內(nèi)同一光軸上設(shè)置的透鏡，其特征在于在鏡筒內(nèi)若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)的任意位置的光軸上設(shè)置有透明的棱鏡。
5、 如權(quán)利要求4所述的微顯示投影鏡頭，其特征在于所述透鏡分為N 組時(shí)，N-l個(gè)棱鏡分別設(shè)置于透鏡組之間。
6、 如權(quán)利要求4所述的微顯示投影鏡頭，其特征在于所述透鏡分為N 組時(shí)，N個(gè)棱鏡之間設(shè)置有透鏡組。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的微顯示投影鏡頭，其特征在于所述棱鏡的兩個(gè)端面是球面、平面、非球面和/或自由曲面。
8、 如權(quán)利要求7所述的微顯示投影鏡頭，其特征在于所述棱鏡的兩個(gè)端面是平面。
全文摘要
本發(fā)明屬于投影成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法及采用該方法的投影鏡頭。本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)存在的投影鏡頭都要求有一定的后截距，鏡頭設(shè)計(jì)和加工難度加大，焦距越短時(shí)問(wèn)題越突出的不足。為克服上述不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種微顯示投影鏡頭的實(shí)現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi)若干個(gè)透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)任意位置的光軸上設(shè)置透明的具有分光合色功能的棱鏡。同時(shí)提供了采用該方法的投影鏡頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是減小了鏡頭的后截距，基本上對(duì)后截距無(wú)要求；簡(jiǎn)化投影鏡頭設(shè)計(jì)，優(yōu)化投影鏡頭結(jié)構(gòu)；適用范圍擴(kuò)大，長(zhǎng)、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用。
文檔編號(hào)G02B13/00GK101303448SQ200810150118
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者謙 彌, 杭凌俠, 郭忠達(dá), 陽(yáng)志強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)