DLP长后工作距变焦投影镜头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种ＤＬＰ长后工作距变焦投影镜头，其主要特点是：镜头中的光学系统是由具有负光焦度的调焦组Ｕ１和正光焦度的变焦组Ｕ２以及正光焦度的补偿组Ｕ３组成，Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３沿光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列，其中，调焦是通过Ｕ１组的前后移动来实现，变焦是通过Ｕ２和Ｕ３从广角端到远摄端沿光轴相对移动来实现，在变焦过程中，从镜头第一面到像面总的距离保持不变，该系统具有在较长后工作距离的像面上达到满意成像质量等特点，镜头中的透镜全部采用球面透镜，工艺性好，适应批量生产。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学器具
，是一种适合在DLP投影仪上与非远 心照明光路配套使用的长后工作距变焦投影镜头。技术背景DLP投影显示技术在近几年来发展迅速，其发展趋势为在短投影距离上 实现大屏幕、髙清晰度、髙亮度的图像显示，它更能实现体积小，重量轻等 产品特性。DLP技术中的核心部件主要采用的是DMD数字图像芯片；DMD 是美国德州仪器公司独家掌握并开发的数字图像芯片，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专利技术不多， 而现有的LCD、LCOS等投影镜头采用的是远心光路系统,不能完全满足DMD 数字图像芯片的配套要求，这主要是由于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射镜的 翻转反射进入投影镜头的入瞳并聚焦在屏幕上，基于这一特点，LCD、 LCOS 等投影镜头往往不能充分满足DMD数字图像芯片的配套要求。另外，在现有公开的变焦投影镜头技术中， 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 或简化系统结构，但非球面透镜的应用对其加工和装配要求严格，不利于生 产效率的提髙和成本的降低，而在没有釆用非球面透镜的技术中，为了达到较好的光学性能，其技术措施一般是增加透镜的数量，普遍在12片以上，或 是采用国外进口的高折射率的高档光学材料，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。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FCDK 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。另外，光学系统在具有长的后工作距离时其像差矫正变得也十分困难， 而DLP投影系统有时也需要有较长的后工作距离来满足系统的照明要求。
技术实现思路
本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、实现在较长后工作距离达到满意成像质量、适合批量生产要求的DLP 长后工作距变焦投影镜头。为达到这样的目的，本技术所提供的技术方案是该变焦投影镜头 的光学系统是由具有负光焦度的调焦组U1和正光焦度的变焦组U2以及正光 焦度的补偿组U3组成，Ul、 U2、 U3沿光轴从屏幕側向像平面侧的顺序排列， 其中，U2和U3从广角端到远摄端沿光轴相对移动实现变焦，在变焦过程中， 从镜头第一面到像面总的距离保持不变，即该变焦投影镜头为两组移动式变 焦，调焦组的组合焦距为fl，补偿组的焦距f2，两者的符号相反，并且需满足 下列不等式其中调焦组U1从屏幂侧向像面方向由正透镜L1、负透镜L2、负透镜L3组 成，其组合焦距为负。变焦组U2从屏幕侧向像面方向由负透镜L4、正透镜L5、负透镜L6组 成，其中负透镜L4、正透镜组成一个双胶合透镜组，双胶合透镜组中的正、负透镜均由火石玻璃构成，变焦组总的焦距为正。补偿组U3从屏幕侧向像面方向由正透镜L7、正透镜L8、负透镜L9、 正透镜U0、负透镜Lll以及正透镜L12组成，其中，负透镜L9、正透镜LIO、 负透镜Lll组成一个三胶合透镜组，三胶合透镜组中的负透镜L9、 Lll由火 石玻璃构成，正透镜U0由具有低色散的冕玻璃构成， 一方面可以更有效的 矫正系统的色差，另一方面利用光学级的误差来减小机械装配误差，使得系 统的装配简易、公差更加宽容，该补偿组U3总的焦距为正。 系统中各透镜均为球面透镜，透镜总数为12片。为充分提高像面均匀性，DLP投影镜头的出瞳距离要控制在和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，DLP投 影镜头的尾端的口径要尽量的小，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。当然，投影镜头的后部口径也不能太小，太小的口径一方 面不能保证整个系统的F数，还可能影响到成像面的照度均匀性。 本技术的优点在于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 的加工和装配的简易性，提髙了产品成品率和生产效率，更适应批量生产。2、 在保证长后工作距离成像质量的同时，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，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 保持较髙水准的像差矫正，结构中又省去了后固定透镜组，因此结构更为紧凑。4、 本技术设置了与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、 本技术具有结构紧凑、调焦方便、投影图象清晰等特点。附图说明图1是本技术变焦镜头的结构示意图；图2是本技术变焦镜头短焦的光学系统图；图3是本技术变焦镜头长焦的光学系统图；图4是本技术变焦镜头在短焦的光线轨迹图；图5是本技术变焦镜头在长焦的光线轨迹图；图6是本技术变焦镜头在短焦的场曲和畸变曲线图；图7是本技术变焦镜头在长焦的场曲和畸变曲线图； 图8是本技术变焦镜头在短焦的传递函数曲线图； 图9是本技术变焦镜头在长焦的传递函数曲线图； 图IO是本技术变焦镜头在短焦的垂轴像差曲线图；图11是本技术变焦镜头在长焦的垂轴像差曲线图； 图12是本技术变焦镜头在短焦的点列图； 图13是本技术变焦镜头在长焦的点列图。 具体实旌方式参看图l、图2、图3,本技术的DLP长后工作距变焦投影镜头，主 要部件包括调焦环l、调焦限位环2、调焦镜筒3、导向筒4、滚轮导钉5、变 焦手柄6、变焦镜筒7、曲线筒8、滚轮导钉9、补偿镜筒IO、后镜筒ll、滚 轮导钉12以及光学系统透镜组。其中调焦镜筒3通过螺纹连接在导向筒4 的前端，其前部套装有调焦环1，转动调焦环1，可带动调焦镜筒3随之转动， 并相对于导向筒4轴向移动，实现调焦组U1的调焦功能，同时由安装在调焦 镜筒3上的调焦限位环2限止其移动的最大位移。导向筒4的外部套装有曲 线筒8，曲线筒8上设有用于变焦镜筒7、补偿镜筒10移动的两个曲线滑槽 和一个限止曲线筒8轴向移动的等位滑槽，并通过装在导向筒4上的滚轮导 钉5与等位滑槽的滑动配合实现曲线筒8的转动，同时限止曲线筒8的轴向 移动，变焦手柄6联接在曲线筒8上，用于操纵曲线筒8的转动。变焦镜筒7 套装在导向筒4内部，其周侧装有与曲线筒8上的曲线滑槽滑动配合的滚轮 导钉12,当曲线筒8转动时，滚轮导钉12可沿曲线滑槽滑动，并沿导向筒4 上开设的限位滑槽轴向移动，同时带动变焦镜筒7移动，达到变焦组U2变焦 的目的。为了方便补偿组U3的组装，补偿镜筒10的后端连接有后镜筒11， 补偿镜筒10与导向筒4套装连接，并通过联接在补偿镜筒10上的滚轮导钉9与曲线筒8上的曲线滑槽及导向筒4上的限位滑槽实现补偿透镜组U3的补偿 功能。正透镜L1、负透镜L2及负透镜L3通过压圈和隔圈组装在调焦镜筒3 内，构成调焦组Ul;负透镜L4、正透镜L5、负透镜L6组装在变焦镜筒7 内，构成变焦组U2;正透镜L7、正透镜L8组装在补偿镜筒10内，连同组 装在后镜筒内U的负透镜L9、正透镜LIO、负透镜Lll以及正透镜L12构成 补偿组U3。本技术的DLP变焦投影镜头中的光学系统采用12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＬＰ长后工作距变焦投影镜头，其特征在于：镜头中的光学系统是由具有负光焦度的调焦组［Ｕ１］和正光焦度的变焦组［Ｕ２］以及正光焦度的补偿组［Ｕ３］组成，调焦组［Ｕ１］、变焦组［Ｕ２］以及补偿组Ｕ３］沿光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列，其中，变焦组［Ｕ２］和补偿组［Ｕ３］从广角端到远摄端沿光轴相对移动实现变焦，在变焦过程中，从镜头第一面到像面总的距离保持不变，该变焦投影镜头为两组移动式变焦，调焦组的组合焦距为ｆ１，补偿组的焦距为ｆ２，两者的符号相反，并且满足下列不等式：０．８５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．１５。

【技术特征摘要】

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