适应性强的微显示投影透镜族制造技术

一种投影透镜族，包括多个透镜系统，每个所述透镜系统具有双高斯式基础结构，所述基础结构在所述透镜系统的开始处和末端处具有非球面透镜，在所述非球面透镜之间设有系统光阑，每个非球面透镜与所述系统光阑之间具有消色差透镜元件对。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及投影镜头，更具体地说，涉及对于多种优化参数都具有良好性能的透镜族。
技术介绍
在微显示系统中，从成像器输出的调制过的光由投影透镜系统投影到屏幕上以形成可视图像。用于现有微显示系统的投影透镜系统通常包括11到13个透镜元件。为了产生可视图像，投影透镜系统必须具有较高性能。为满足性能要求所需的透镜元件的数目和质量可能导致透镜系统成本很高。此外，现有的投影镜头通常是为具体应用场合定制的，导致透镜系统设计成本高昂，且灵活性有限。
技术实现思路
本专利技术提供了一种投影透镜系统，它包括双高斯式结构，在透镜系统的开始处和末端处具有非球面透镜元件，在非球面透镜之间设有系统光阑，每个非球面透镜与系统光阑之间具有消色差透镜元件对。本专利技术还提供了一种投影透镜族，它包括多个透镜系统，每个透镜系统具有双高斯式基础结构，所述基础结构在透镜系统的开始处和末端处具有非球面透镜元件，在非球面透镜元件之间设有系统光阑，每个非球面透镜与系统光阑之间具有消色差透镜元件对。每个透镜系统都得到了优化以提供不同的成本/性能选择。附图说明本专利技术将参考下列附图进行说明，其中图1示出了根据本专利技术一种实施例的一种示例性投影透镜系统，它包括用于透镜系统族的基础结构；图2示出了图1中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图3示出了根据本专利技术一种实施例，采用长镜头的可替换示例性投影透镜系统；图4示出了图3中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图5示出了图3中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线；图6示出了根据本专利技术的一种实施例，采用了基础结构和附加非球面透镜的可替换示例性投影透镜系统；图7示出了图6中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图8示出了图6中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线；图9示出了根据本专利技术的一种实施例，采用了长镜头和附加非球面透镜的可替换示例性投影透镜系统；图10示出了图9中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图11示出了图9中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线；图12示出了根据本专利技术的一种实施例，采用基础结构和附加消色差透镜的可替换示例性投影透镜系统；图13示出了图12中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图14示出了图12中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线；图15示出了根据本专利技术的一种实施例，采用了长镜头和附加消色差透镜的可替换示例性投影透镜系统；图16示出了图15中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线；图17示出了图15中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线；图18示出了根据本专利技术的一种实施例，采用附加非球面透镜和附加消色差透镜，并且附加的消色差透镜上具有非球面的可替换示例性投影透镜系统；图19示出了图18中的示例性投影透镜系统光学传递函数的一组计算曲线； 图20示出了图18中的示例性投影透镜系统场曲失真的一组计算曲线。具体实施例方式本专利技术采用6到9个透镜元件提供了具有良好性能的投影透镜系统，还提供了透镜系统族，所述透镜系统族给具体应用提供了在性能/成本之间进行平衡的机会，以便以对于该应用最低的成本获得所需性能而无需定制设计。如图1、3、6、9、12、15和18所示的投影透镜系统族，是根据本专利技术的一种示例性实施例提供的。对于该示例性透镜族中的透镜系统，计算所得性能如图2、4、5、7、8、10、11、13、14、16、17、19和20所示。这族示例性的透镜系统提供了适应性强的基础结构，该结构具有各种性能增强变体以允许在成本/性能之间进行平衡来满足特定应用的需要而无需定制设计。示例性透镜族中的透镜系统从成像器(未示出)接收光经过调制的象素的输出矩阵，并将其投影到屏幕(未示出)上以提供可视图像。透镜系统族提供了多个带有6到9个透镜元件的高性能投影透镜系统，与11到13个透镜元件的透镜系统相比，降低了成本。图示的透镜系统族中每个透镜系统都具有图1所示的基本结构10。基本结构10包括6个透镜元件。两个丙烯酸非球面透镜(即非球面)81、85(分别是最前面和最后面的透镜)设在透镜系统10的相反端，各形成一个非球面透镜元件。两个玻璃消色差镜头(即消色差透镜)82、84(由便宜的玻璃型号制成)设置在非球面81、85之间，光阑83设在消色差透镜82、84之间。每个消色差透镜82、84包括两个球面透镜元件(即具有均匀球面几何形状的透镜元件)。第二非球面透镜85的两个表面都具有前向曲率(即正半径)。第一非球面透镜81中，第一表面81a具有后向曲率(即负半径)，而第二表面81b具有前向曲率。第一消色差透镜82具有限定了两个透镜元件82x、82y的三个表面82a、82b和82c。第一表面82a具有负方向的曲率，第二表面82b和第三表面82c具有正方向的曲率。第二消色差透镜84也具有限定了两个透镜元件84x、84y的三个表面83a、83b和83c。第二消色差透镜84的每个表面84a、84b和84c都具有负方向的曲率。消色差透镜元件由便宜的玻璃制成，例如SF14、SF15、BAK1和BALF4。表1中提供了示例性基础结构中透镜81、82、84、85的表面数据，表2中提供了非球面系数。这些示例性透镜表面是专利技术人采用ZEMAXTM软件结合专利技术人确定的新颖特性来开发的。厚度值是到前一表面的距离(即对于透镜元件后表面的厚度，是指该透镜元件的厚度，对于透镜前表面的厚度，是指该透镜前面的空气间隙)。表1(单位为毫米) 表2 投影透镜系统设在成像器(未示出)与观察屏幕(未示出)之间。成像器提供光象素的矩阵，象素的强度根据供给成像器的信号进行了调制。在使用LCOS成像器的微显示情况下，来自成像器的输出穿过偏振分束器，即PBS(未示出)，并进入包括单个非球面透镜元件的第一非球面81，第一非球面81将被调制的光矩阵导入第一消色差透镜82。第一消色差透镜82包括由例如胶连接的两个球透镜元件82x、82y。第一消色差透镜82对光进行聚焦，使其在透镜系统的光阑83处会聚并倒转。在经过系统光阑83之后，光矩阵是发散的，直到进入第二消色差透镜84。第二消色差透镜84使光矩阵会聚并将光矩阵导入第二非球面透镜85。第二非球面透镜85以发散方式将光矩阵投影到观察屏幕上，使光象素分布在整个观察屏幕上。图2示出了对于上述基础结构10，计算得到的光学传递函数的模(MTF)。这些值是用ZEMAXTM软件计算得到的。如图2所示，对于每毫米36周的空间频率，MTF在最差位置处大于约0.48。对于基础结构10，用ZEMAXTM软件确定的失真，也称为网格畸变，约为0.55％，这表明在最差位置，来自宽度200象素矩阵的成像器的特定象素的光会投影到观察屏幕上距离预计位置或最佳位置约半个象素宽度的位置处。表1的厚度值之和表明，基础结构提供的系统长度小于1050毫米。图3示出示例性透镜系统族中的第一优化透镜系统110。第一优化透镜系统110类似于上述基础结构10，顺序地包括具有两个表面181a、181b的第一非球面透镜181；具有三个表面182a、182b和182c的第一消色差透镜182；系统光阑183；具有三个表面184a、184b和184c的第二消色差透镜184本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾斯特尔·索恩·小霍尔，
申请(专利权)人：汤姆逊许可证公司，
类型：发明
国别省市：