透镜模块和投影仪制造技术

本公开内容涉及可以实现短焦距、自由对焦的激光扫描投影仪的透镜模块和投影仪。根据本公开内容的透镜模块包括：第一光学构件，包括允许从微振动镜反射的光束穿过的自由曲面透镜；以及第二光学构件，包括反射穿过第一光学构件的光束的自由曲面镜或者允许光束穿过第一光学构件的自由曲面透镜。从第二光学构件反射或穿过第二光学构件的光束的光束腰部的相应位置在与光束的传播方向正交的水平方向和垂直方向之间一致，并且水平方向和垂直方向上的相应的光束半径也一致。透镜模块可以应用于根据本发明专利技术的激光扫描投影仪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透镜模块和投影仪
本公开内容涉及透镜模块和投影仪，更具体地，涉及采用MEMS(微电机系统)镜的透镜模块以及设置有该透镜模块的用于实现短焦点化的激光扫描型的投影仪。
技术介绍
近来，对能够将图像投影在相对靠近投影仪的壳体放置的屏幕上的小型便携式投影仪的需求增加。将以图1中所描述的方式使用具有短投影距离的小型投影仪。即，如图1的部分A中所描述的，横向放置的投影仪1需要能够将图像以高视角投影在放置为相对靠近投影仪的屏幕2(类似于墙壁)上。另外，如图1的部分B中所描述的，纵向直立的投影仪1需要能够将图像投影其所放置在的桌面3(作为屏幕)上。现有投影仪的主流是这种面板类型的投影仪，即，其被设计为借助于诸如LD(激光二极管)(例如，参见PTL1)的投射光学系统，将在诸如LCOS(硅基液晶)或DMD(数字微镜器件)的图像形成元件上显示的图像投影在屏幕上。尽管存在能够在短距离投影图像的面板类型的投影仪，但是难以小型化，因为它们需要光学系统(包括透镜和反射镜)来显著放大在图像形成元件上显示的图像。具体地，采用LCOS或DMD的具有短投影距离的面板类型的投影仪不太容易地制成便携式的，因为当安装投影仪时，需要在屏幕上的全范围内进行对焦处理，以使得图像形成元件上的图像被光学地传输到屏幕上。还提出了使得来自光源的光束借助于MEMS镜在屏幕上扫描从而在屏幕上产生图像的激光扫描型的投影仪(参见PTL2)。[引用列表][专利文献][PTL1]日本专利号5041923[PTL2]日本专利号5167634
技术实现思路
技术问题光源几乎受限于LD的事实阻碍了使激光扫描型的投影仪小型化的任何尝试。LD发射不平行而是根据高斯分布从发射点散射的束光。因此，这使得安装光学系统(称为准直透镜)以便使光束聚焦在LD后面变得不可缺少。准直透镜将从LD发出的光束转换为接近平行的光。这导致自由对焦，其允许图像保持某一水平的分辨率，而不管投影仪与屏幕之间的距离。然而，自由对焦实际上仅在屏幕放置在比准直透镜后面的位置更靠后的情况下实现。(在下文中这个位置称为光束腰部，并且随后将进行更详细地描述)。换言之，自由对焦不能在屏幕放置为相比于光束腰部更靠近准直透镜的情况下实现，这使分辨率恶化。上述是难以实现以短投影距离将图像投影在放置为靠近它的屏幕上的激光扫描型的小型投影仪的原因。本公开内容完全解决上述问题。本公开内容的目标在于提供具有短投影距离的激光扫描型的自由对焦投影仪。问题的解决方案本公开内容的第一方面涉及用于投影仪的透镜模块。透镜模块包括：扫描单元，通过微振动二维扫描束光，同时反射来自光源的束光；第一光学构件，包括使被扫描单元反射的束光穿过的自由曲面透镜；以及第二光学构件，包括反射穿过第一光学构件的束光的自由曲面镜或者使穿过第一光学构件的束光穿过的自由曲面透镜。通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光在束光的传播方向上彼此垂直的水平方向和垂直方向上的相同位置处具有光束腰部并且还在水平方向和垂直方向上具有一致的光束半径。通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光可在束光的传播方向上彼此垂直的水平方向和垂直方向上的相同位置处具有光束腰部并且还在水平方向和垂直方向上的光束腰部处具有一致的光束半径。通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光可以在束光的传播方向上彼此垂直的水平方向和垂直方向上具有光束腰部，光束腰部在远离第二光学构件的距离z的位置处一致，其中，距离z满足以下公式，其中，λ表示束光的波长并且ω0表示束光的光束腰部处的光束半径。λz/πω02<1在透镜模块将通过第二光学构件反射或穿过第二光学构件的束光投射至关于束光的传播方向倾斜布置的屏幕的这种情况下，光束腰部处的光束半径可以大于透镜模块将束光投射至垂直于束光的传播方向布置的屏幕的情况。通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光可以在倾斜布置的屏幕上在水平方向和垂直方向上具有接近一致的相应光束半径。在透镜模块将通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光投射至关于传播方向倾斜布置的屏幕的这种情况下，光束腰部处的光束半径可以与束光的入射角成比例增加；并且通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光可以在倾斜布置的屏幕上在水平方向和垂直方向上具有接近一致的相应光束半径。根据本公开内容的第一方面的透镜模块可以进一步包括：准直透镜，布置在光源与微振动镜之间并且将从光源发出的高斯光束转换为就几何光学而言平行的束光。扫描单元可以是MEMS镜。束光在被作为扫描单元的MEMS镜反射之前，可以使束光穿过第一光学构件，并且还使得被MEMS镜反射的束光穿过第一光学构件。透镜模块可以产生以在水平方向或者垂直方向上给出接近直线轨迹的方式投射至屏幕的束光。根据本公开内容的第二方面的投影仪包括：光源，发射高斯光束；准直透镜，将从光源发出的高斯光束转换为就几何光学而言平行的束光；扫描单元，通过微振动二维扫描束光，同时反射来自光源的束光；第一光学构件，包括使被扫描单元反射的束光穿过的自由曲面透镜；以及第二光学构件，包括反射穿过第一光学构件的束光的自由曲面镜或者使穿过第一光学构件的束光穿过的自由曲面透镜。通过第二光学构件反射或者穿过第二光学构件的束光在束光的传播方向上彼此垂直的水平方向和垂直方向上的相同位置处具有光束腰部并且还在水平方向和垂直方向上具有一致的光束半径。根据本公开内容的第一方面和第二方面，通过第二光学构件反射或穿过第二光学构件的束光在束光的传播方向上彼此垂直的水平方向和垂直方向上的相同位置处具有光束腰部，并且还在水平方向和垂直方向上具有一致的相应的光束半径。本专利技术的有利效果本公开内容的第一方面可以实现用于具有短投影距离的激光扫描型的自由对焦投影仪的透镜模块。本公开内容的第二方面可以实现具有短投影距离的激光扫描型的自由对焦的投影仪。附图说明[图1]图1是示出了处于操作中的具有短投影距离的小型投影仪的示图。[图2]图2是用于说明从LD发出的激光束的特征的示图。[图3]图3是描述了在束光就几何光学而言通过准直透镜平行的情况下光束的半径在水平方向和垂直方向上如何改变的示图。[图4]图4是描述了在就几何光学而言束光未被准直透镜平行的情况下光束的半径在水平方向和垂直方向上如何改变的示图。[图5]图5是根据第一实施方式的水平方向上的透镜数据的表格表示法。[图6]图6是根据第一实施方式的垂直方向上的透镜数据的表格表示法。[图7]图7是示出了在第一实施方式中光束半径如何改变的示图。[图8]图8是根据第二实施方式的水平方向上的透镜数据的表格表示法。[图9]图9是根据第二实施方式的垂直方向上的透镜数据的表格表示法。[图10]图10是示出了在第二实施方式中光束半径如何改变的示图。[图11]图11是根据第三实施方式的水平方向上的透镜数据的表格表示法。[图12]图12是根据第三实施方式的垂直方向上的透镜数据的表格表示法。[图13]图13是示出了在第三实施方式中光束半径如何改变的示图。[图14]图14是描述了根据第四实施方式的透镜模块的结构的实例的示意图。[图15]图15是描述了根据第四实施方式的相对于透镜模块放置屏幕的示意图。[图16]图16是根据第四实施方式的透镜模块的透镜数据的表格表示法。[图17]图17是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于投影仪的透镜模块，包括：扫描单元，在反射来自光源的束光的同时通过微振动二维扫描所述束光；第一光学构件，包括使被所述扫描单元反射的所述束光通过的自由曲面透镜；以及第二光学构件，包括对穿过所述第一光学构件的所述束光进行反射的自由曲面镜或者使穿过所述第一光学构件的所述束光穿过的自由曲面透镜，其中被所述第二光学构件反射或者穿过所述第二光学构件的所述束光在与所述束光的传播方向正交的水平方向和垂直方向上的光束腰部的位置一致，并且还具有在所述水平方向和所述垂直方向上一致的光束半径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.14 JP 2016-0049321.一种用于投影仪的透镜模块，包括：扫描单元，在反射来自光源的束光的同时通过微振动二维扫描所述束光；第一光学构件，包括使被所述扫描单元反射的所述束光通过的自由曲面透镜；以及第二光学构件，包括对穿过所述第一光学构件的所述束光进行反射的自由曲面镜或者使穿过所述第一光学构件的所述束光穿过的自由曲面透镜，其中被所述第二光学构件反射或者穿过所述第二光学构件的所述束光在与所述束光的传播方向正交的水平方向和垂直方向上的光束腰部的位置一致，并且还具有在所述水平方向和所述垂直方向上一致的光束半径。2.根据权利要求1所述的透镜模块，其中，被所述第二光学构件反射或者穿过所述第二光学构件的所述束光在与所述束光的所述传播方向上正交的所述水平方向和所述垂直方向上的光束腰部的位置一致，并且在所述光束腰部处在所述水平方向和所述垂直方向上还具有一致的光束半径。3.根据权利要求2所述的透镜模块，其中，被所述第二光学构件反射或者穿过所述第二光学构件的所述束光在与所述束光的所述传播方向上正交的所述水平方向和所述垂直方向上的光束腰部在远离所述第二光学构件距离z的位置处一致，其中，所述距离z满足以下公式，其中，λ表示所述束光的波长并且ω0表示所述束光的所述光束腰部处的光束半径，λz/πω02<1。4.根据权利要求2所述的透镜模块，其中，在所述透镜模块将被所述第二光学构件反射或穿过所述第二光学构件的所述束光投射至相对于所述束光的所述传播方向倾斜布置的屏幕的这种情况下，所述光束腰部处的所述光束半径大于所述透镜模块将所述束光投射至垂直于所述束光的所述传播方向布置的所述屏幕的情况下所述光束腰部处的所述光束半径；并且被所述第二光学构件反射或...

【专利技术属性】
技术研发人员：市川晋，小林高志，半泽文彦，佐藤正充，小川悠介，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP