專利名稱：微顯示投影鏡頭的實現(xiàn)方法及采用該方法的投影鏡頭的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于投影成像技術(shù)領域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭的實現(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)的主要光學架構(gòu)是微顯示光學引擎，所說的光學引擎一般 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 成像芯片來調(diào)制光源發(fā)射出來準備投影到屏幕上的光信號，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)有的微顯示光學引擎中，合像系統(tǒng)中包括棱鏡，它和投影鏡頭是相 互獨立的結(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，在應用過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)字電視為適應進入 普通家庭的需要，其發(fā)展趨勢是大屏幕、超薄化，而投影鏡頭的投影距離是制 約實現(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，也就是需要設計和制造短焦距的投影鏡頭。更短焦距投影鏡頭的開 發(fā)是比較困難的，因為有大的視場角，鏡頭中色差和畸變等技術(shù)指標不容易達 到設計要求，在制造技術(shù)上實現(xiàn)也有相當大難度。
現(xiàn)有的投影鏡頭，無論是長焦距、短焦距還是變焦距投影鏡頭，其結(jié)構(gòu)特 點均是在鏡筒內(nèi)的同一光軸上設置有多個被分成若干組的球面透鏡，同時根 據(jù)焦距的長短，對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。設投影鏡頭的結(jié)構(gòu)總光焦度為1，設前組光焦度為伊,，
后組光焦度為伊2， ^是前后組之間的距離，/;是反遠距型鏡頭的后截距，/反遠距型鏡頭的焦距，乂為反遠距型物鏡的反遠距比，即丄-i。在高斯光學
成象中，存在^,=1-JA的關(guān)系。在整個鏡頭長度要求合適的情況下，及前
組和后組之間距離j確定時，要增大^^，就必須增大^值。再由公式";=仍(其
中a為前組負擔的孔徑角)和公式";=1-^ (其中";-";為后組負擔的孔徑角) 可知，p,值的增大，必然引起前組和后組分擔的孔徑角增大，最終引起與孔徑 有關(guān)的高級象差的增加，從而需要對系統(tǒng)復雜化以消除產(chǎn)生的高級象差。從上 面的論述可以看到，投影鏡頭的焦距越短，同時需要較長的后截距時，其投影鏡
頭的設計難度越大。例如中國專利CN2735365Y公開的一種由11片透鏡組成的 投影鏡頭，其后截距達到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，導致光學引 擎結(jié)構(gòu)復雜，增大鏡頭設計和加工難度，在焦距越短時，問題越突出。

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，鏡頭設計和加工難度加 大，焦距越短時問題越突出的不足。
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現(xiàn)方法， 是在鏡筒內(nèi)若干個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 設置透明的具有分光合色功能的棱鏡。
上述透鏡分為N組時，N-1個棱鏡分別設置于透鏡組之間。 上述透鏡分為N組時，N個棱鏡之間設置有透鏡組。
一種微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內(nèi)同一光軸上設置的透鏡，其特殊
之處在于在鏡筒內(nèi)若干個透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側(cè)的任意位
置的光軸上設置有透明的棱鏡。
上述透鏡分為N組時，N-1個棱鏡分別設置于透鏡組之間。 上述透鏡分為N組時，N個棱鏡之間設置有透鏡組。上述棱鏡的兩個端面可以是球面、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)點是
1、 減小了鏡頭的后截距，基本上對后截距無要求本發(fā)明的實現(xiàn)在于該棱 鏡是作為鏡頭的一部分進行設計，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就無法在鏡頭與投影芯片之間安裝分光合色系統(tǒng)。
2、 簡化投影鏡頭設計，優(yōu)化投影鏡頭結(jié)構(gòu)本發(fā)明的實現(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現(xiàn)分光合色，使得光學引擎中不再需要單獨的^t 系統(tǒng)，從而對投影鏡頭的后截距沒有特殊的要求?？梢院喕队扮R頭的設計， 優(yōu)化投影鏡頭的結(jié)構(gòu)，在使用相同的透鏡數(shù)量時可以提高鏡頭的成像質(zhì)量。
3、 適用范圍擴大，長、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用本發(fā)明的實現(xiàn)
在于采用該棱鏡，可以實現(xiàn)在鏡頭的側(cè)面進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行光線的輸入和輸出。因此 無論是長焦距、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，同時也適用于其它投影成像系統(tǒng)中。


圖1是常見三片式光學引擎的結(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)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例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。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細地說明。
參見圖1，所示的一種微顯示投影鏡頭在三片式光學引擎中的工作原理圖。 光源l產(chǎn)生高亮度、準直的線偏振光，進入由棱鏡結(jié)構(gòu)構(gòu)成的具有分光合色功 能的合像系統(tǒng)9，經(jīng)過其中的棱鏡結(jié)構(gòu)進行分光，單色光入射到微顯示成像芯 片2上，通過調(diào)制后反射再次進入合像系統(tǒng)9的棱鏡結(jié)構(gòu)中，進行合色后通過 投影鏡頭進行投影。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現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi) 若干個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置透明 的具有分光合色功能的棱鏡。
參見圖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 機物制成，其厚度滿足能夠進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或多個，所采用的棱鏡獨立完成或者合作 完成分光合色功能即可。
具體的實現(xiàn)方案參見下面的實施例。
實施例1，參見圖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行分光合色 要求的透明的第一棱鏡4，它被設置在鏡筒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，即被夾設在第一透鏡組3和第二透鏡組5之間。
在投影過程中，光源1發(fā)出的光線通過第一棱鏡4的第一通光面進入投影鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中的光線透
過第一棱鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經(jīng)過第一棱鏡4進行分光， 透過第一棱鏡4的第二通光面進入第一透鏡組3，然后入射到微顯示芯片2上， 經(jīng)過調(diào)制后沿原路返回，分別透過第一透鏡組3和第一棱鏡4的第二通光面， 進入第一棱鏡4進行合色，從而實現(xiàn)合像，最后通過第一棱鏡4的第三通光面 和第二透鏡組5進行投影成像。
實施例2，參見圖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的厚度滿足能夠進行分光的要求，它 們被分別設置于透鏡組之間。
在投影過程中，光源1發(fā)出的光線通過第二棱鏡6的第一通光面進入投影 鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透過 第二棱鏡6進入第二透鏡組5的會聚角相同。光線經(jīng)過第二棱鏡6進行分光， 分光后的光線先后透過第二棱鏡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)過調(diào)制后沿原路返回，經(jīng)過第一 透鏡組3，通過第一棱鏡4進行合色，從而實現(xiàn)合像，最后通過第二透鏡組5、 第二棱鏡6和第三透鏡組7進行投影成像。
實施例3，參見圖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，這些棱鏡被分別設置于透鏡組之間。
在投影過程中，光源1發(fā)出的光線通過棱鏡4的第一通光面進入投影鏡頭， 光源1發(fā)出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透過第一棱 鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經(jīng)過第一棱鏡4進行分光，分光后 的光線透過棱鏡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)過調(diào)制后沿原路返回，經(jīng)過第一透鏡組3、第一棱鏡4和第二透鏡組5，再通過 第二棱鏡6進行第一次合色，透過第三透鏡組7，第三棱鏡8進行第二次合色， 從而實現(xiàn)合像，最后通過和第三透鏡組7進行投影成像。
實施例4，參見圖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行分光合色要求的第一棱鏡4， 它被設置在鏡筒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。 '
在投影過程中，光源1發(fā)出的光線通過第一棱鏡4的第一通光面進行入投 影鏡頭，光源l發(fā)出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透 過第一棱鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經(jīng)過第一棱鏡4進行分光， 經(jīng)過第一棱鏡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) 過調(diào)制后沿原路返回，透過第一透鏡組3，經(jīng)過第一棱鏡4進行合色后投影成像。
本發(fā)明投影鏡頭中的棱鏡不僅具有分光合色的功能，同時參與投影鏡頭的 成像，有利于整個光學系統(tǒng)的像差校正。本發(fā)明開拓思路，投影鏡頭中采用棱 鏡，利于像差校正，又能夠用于分光合色，達到簡化系統(tǒng)的目的。由于在投影 鏡頭中實現(xiàn)了光學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，從而使得對投影鏡頭的后截距沒有特殊要求，可以簡 化投影鏡頭的設計，優(yōu)化投影鏡頭的結(jié)構(gòu)，在使用相同的透鏡數(shù)量時可以提高 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現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi)若干個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現(xiàn)方法，其特征在于所述透鏡分為N組時，N-1個棱鏡分別設置于透鏡組之間。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種微顯示投影鏡頭的實現(xiàn)方法，其特征在于所述透鏡分為N組時，N個棱鏡之間設置有透鏡組。
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)同一光軸上設置的透鏡，其特征在于在鏡筒內(nèi)若干個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，N-l個棱鏡分別設置于透鏡組之間。
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，N個棱鏡之間設置有透鏡組。
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端面是平面。
全文摘要
本發(fā)明屬于投影成像技術(shù)領域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭的實現(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，鏡頭設計和加工難度加大，焦距越短時問題越突出的不足。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現(xiàn)方法，是在鏡筒內(nèi)若干個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置透明的具有分光合色功能的棱鏡。同時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)點是減小了鏡頭的后截距，基本上對后截距無要求；簡化投影鏡頭設計，優(yōu)化投影鏡頭結(jié)構(gòu)；適用范圍擴大，長、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用。
文檔編號G02B13/00GK101303448SQ200810150118
公開日2008年11月12日 申請日期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, 陽志強 申請人:西安工業(yè)大學