两组移动式变焦投影镜头制造技术

本发明专利技术涉及一种两组移动式变焦投影镜头，其主要特点是：该镜头的光学系统是由具有负光焦度的前移动透镜组Ｕ１和正光焦度的后移动透镜组Ｕ２组成，其中，前移动透镜组Ｕ１、后移动透镜组Ｕ２沿光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列，并从广角端到远摄端沿光轴相对移动实现变焦。该镜头省去了常规的前固定透镜组和后固定透镜组，镜头中的透镜全部采用球面透镜，并在保证成像质量的同时，以较少数量透镜的组合、常规的光学材料构成整个系统，可大幅度降低产品成本，并能够满足大批量生产的工艺性需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学器具
，是一种适合在DLP投影仪上配套使用的两组移动式变焦投影镜头。
技术介绍
DLP投影显示技术在近几年来发展迅速，其发展趋势为大屏幕、高清晰度、高亮度的图像显示，而且更能实现体积小、重量轻等现代产品特点。DLP技术中的核心部件较多采用的是DMD数字图像芯片，DMD是美国德州仪器公司独家开发并掌握的数字图像芯片，由于其面世的时间相对较短，因此与DMD技术相匹配的DLP投影成像光学系统的技术不多，而现有的LCD、LCOS等投影镜头采用的是远心光路系统，不能满足DMD数字图像芯片的配套要求，主要是由于DMD上的微型反光镜在工作时随图像数字信号会有10或12度的翻转，将来自照明光源的光束通过微反光镜的翻转后反射进入投影镜头的入瞳，并聚焦在屏幕上。在现有的技术中，公开的变焦投影镜头，一部分应用了非球面技术，即在变焦投影镜头的光学系统中通过加入非球面透镜来改善系统的成像质量。但应用的非球面透镜对其加工和装配要求严格，不利于生产效率的提高和成本的降低。另一些没有采用非球面透镜的技术中，为了达到较好的光学性能，其技术措施一是增加透镜组合的数量，普遍在12片以上，二是采用国外进口的高折射率的高挡光学材料，例如对像差有显著改善的FCD1之类的材料，其价格昂贵、工艺性差、加工效率和成品率很低，不能满足大批量生产的工艺性要求。日本专利02120574技术公开的一种变焦投影镜头中，所采用的材料就包括FCD1、LAF等高档材料，且透镜数量均在12片以上，因而也同样存在造价高、工效低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够与DMD数字图像芯片相匹配，且结构紧凑、透镜数量少、造价低、生产效率高、适合大批量生产要求的两组移动式变焦投影镜头。为达到这样的目的，本专利技术所提供的变焦投影镜头，其光学系统是由具有负光焦度的前移动透镜组U1和具有正光焦度的后移动透镜组U2组成，其中，前移动透镜组U1、后移动透镜组U2沿光轴从屏幕侧向像面侧的顺序排列，并从广角端到远摄端沿光轴相对移动实现变焦，即该变焦投影镜头为两组移动式变焦，前移动透镜组的组合焦距为f1，后移动透镜组的焦距f2，两者的符号相反，并且满足不等式0.86＜|f1/f2|＜1.17。前移动透镜组U1从屏幕侧向像面方向由正透镜L1、负透镜L2、负透镜L3、正透镜L4组成，其组合焦距为负。后移动透镜组中的U2从屏幕侧向像面方向由正透镜L5、负透镜L6、正透镜L7、负透镜L8、胶合透镜L9、L10组成，其组合焦距为正。前移动透镜组U1中的正透镜L1为双凸透镜，负透镜L2为弯月透镜和负透镜L3为双凹透镜组成，正透镜L4为双凸透镜。后移动透镜组U2中的胶合透镜L9、L10分别由冕玻璃和火石玻璃材料制成，其中，冕玻璃透镜位于像面一侧。系统光栏位置在后移动透镜组U2的正透镜L7上，并在变焦过程中随透镜组U2一起移动，并且系统栏口径保持不变，从像平面出射的主光线与光轴在光栏处相交。后移动透镜组U2中的正透镜L7与胶合透镜L9、L10直接相靠。前移动透镜组U1和后移动透镜组U2中所有透镜均为球面透镜，透镜总数为10片。为充分提高像面均匀性，该投影镜头的出瞳距离控制在和DMD微反射镜的反射光角度相匹配的范围内，另外，为了结构的简单及可行，投影镜头的尾端的口径设置最小，以保证有足够的空间使得照明光路能得到有效合理的布置。投影镜头的后部口径不能设置太小，以保证整个系统的F数和成像面的照度均匀性。本专利技术的优点在于1、系统中未采用工艺复杂的非球面透镜，因而提高了透镜及变焦镜头加工和装配的简易性，提高了产品成品率和生产效率，能够满足大批量生产的工艺性需要。2、在保证成像质量的同时，以较少数量的球面透镜组合构成整个系统，并采用常规的光学材料，可大幅度降低产品成本。3、通过两个透镜组的移动保证整个焦距范围内成像质量的一致性，并能保持较高水平的像差矫正，结构中省去了前后固定透镜组，因此结构更为紧凑。4、本专利技术设置了与DMD数字图像芯片相匹配的短出瞳距离保证系统，其光能输出和对比度的得到显著提高。5、本专利技术具有结构紧凑、调焦精确方便、投影图象清晰等优点。附图说明图1是本专利技术变焦镜头的结构示意图；图2是本专利技术变焦镜头短焦的光学系统图；图3是本专利技术变焦镜头长焦的光学系统图；图4是是本专利技术的变焦镜头在短焦的光线轨迹图；图5是本专利技术的变焦镜头在长焦的光线轨迹图；图6是本专利技术变焦镜头在短焦的场曲线和畸变曲线图；图7是本专利技术变焦镜头在中焦的场曲线和畸变曲线图；图8是本专利技术变焦镜头在长焦的场曲线和畸变曲线图；图9是本专利技术变焦镜头在短焦的传递函数曲线图；图10是本专利技术变焦镜头在中焦的传递函数曲线图；图11是本专利技术变焦镜头在长焦的传递函数曲线图；图12是本专利技术变焦镜头在短焦的垂轴像差曲线图；图13是本专利技术变焦镜头在中焦的垂轴像差曲线图； 图14是本专利技术变焦镜头在长焦的垂轴像差曲线图。具体实施例方式结合图1，参看图2、图3，本专利技术的两组移动式变焦投影镜头，包括前镜筒1、滚轮2、5、7、变焦支架3、大隔圈4、变焦镜筒6、导向镜筒8、小隔圈9、后镜筒10、像面镜筒11和光学系统，各部构件均按常规方式组装。在本案中，除光学系统外，其余构件均为公知技术，其结构不再赘述。所述光学系统采用前移动透镜组U1和后移动透镜组U2的两组10片透镜结构，该系统对于不同距离的投影图像可通过前移动透镜组U1的前后移动进行调焦。在图2、3中，U1为前移动透镜组，U2为后移动透镜组，dw是短焦时两移动组即U1与U2之间的间隔，dt是长焦时U1与U2之间的间隔。本专利技术为两组相对移动的变焦系统，也就是光束在经过后移动透镜组U2后不再经过常规的后固定透镜组而直接在芯片上形成实像，因此，后移动透镜组U2的焦距必须为正，即整个系统为负—正型结构，这样可以使得结构进一步紧凑。变焦镜头前移动透镜组U1包括4个透镜，即2个正透镜和2个负透镜，后移动透镜组U2包括6个透镜，即3个正透镜和3个负透镜，这样，由正负透镜的对应搭配可以保证前后移动透镜组的像差能充分独自矫正，也才可能构成一个仅由两组移动透镜构成并达到满意成像质量的变焦系统，而且这样的结构更有利于在变焦过程中的像质稳定。为了不让后端的透镜口径太大，系统光栏设置在镜头的后部，否则，在满足后部透镜口径小的前提下，像差的矫正变得十分困难。还可以通过适当加大前端透镜的口径，使得光束的轨迹更加平滑。对光线具有发散作用的前移动透镜组U1将远距离的物体成像在后移动透镜组U2的物方2倍焦距附近的位置，使后移动透镜组U2处于放大率为一1的位置附近，这样有利于为实现一定的变焦比不至于透镜组的移动距离过长。为了能使变焦投影镜头在不同的投影距离成像清晰，分配在前固定U1的光焦度要合理，应该满足不等式0.86＜|f1/f2|＜1.17。其中，f1为前固定组U1的组合焦距，f2为后移动透镜组U2的焦距，超出这个范围，其它位置的像差就较难控制。为了方便，在镜头的第一面前设一虚面，该虚面的厚度也作为变焦配置的结构参数，由于这个厚度相对投影距离来说很小，因此它对实际使用效果并不影响。本专利技术变焦投影镜头的结构参数见表1，变焦配置参数见表2，系统的倍率色差见表3。表1 表2 表3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两组移动式变焦投影镜头，其特征在于：该镜头的光学系统是由具有负光焦度的前移动透镜组［Ｕ１］和具有正光焦度的后移动透镜组［Ｕ２］组成，其中，前移动透镜组［Ｕ１］、后移动透镜组［Ｕ２］沿光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列，并从广角端到远摄端沿光轴相对移动实现变焦，即该变焦投影镜头为两组移动式变焦，前移动透镜组的组合焦距为ｆ１，后移动透镜组的组合焦距为ｆ２，两者的符号相反，并且满足不等式：０．８６＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．１７。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹红曲，马永珍，
申请(专利权)人：利达光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]