一種用于投影照明光路的中繼透鏡組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于投影照明光路的中繼透鏡組件，包括導光棒、顯示芯片、依次設(shè)于導光棒與顯示芯片之間的中繼透鏡組和棱鏡，其特征在于，所述中繼透鏡組包括依次設(shè)置的分別具有至少一個透鏡的中繼前組透鏡和中繼后組透鏡，所述光源經(jīng)導光棒形成光斑，所述光斑經(jīng)過所述中繼前組透鏡與所述中繼后組透鏡形成會聚光束，再經(jīng)過棱鏡放大成像至顯示芯片上。本實用新型通過對顯示芯片以及中繼透鏡組進行優(yōu)化，使得光路中的斜光束損失大大減少，提升了系統(tǒng)光的利用率。
【專利說明】—種用于投影照明光路的中繼透鏡組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及中繼透鏡組件，尤其涉及一種用在投影照明光路中的中繼透鏡組件。

【背景技術(shù)】
[0002]微投影發(fā)展已有多年了，現(xiàn)在已從教育和專業(yè)投影產(chǎn)品的領(lǐng)域，朝向個人消費、家庭娛樂及小型會務(wù)等應用領(lǐng)域的延伸，微投影在價廉、小尺寸、節(jié)能及功能集成等方面顯現(xiàn)了極大的市場潛力。
[0003]傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)采用高壓汞燈以及金屬鹵化物燈為照明光源，由于光源發(fā)光面小，其發(fā)出的光束很容易做到平行或者會聚，若把光束做到平行的話，我們一般采用復眼鏡來做光的整形和均勻化，而若把光束做到會聚的，就采用導光棒來實現(xiàn)光的整形和均勻化。但是，高壓汞燈以及金屬鹵化物燈都不能滿足現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的發(fā)展要求，因此，以發(fā)光二級管為光源的技術(shù)路線是微投影走向技術(shù)升級和占據(jù)市場規(guī)模的核心內(nèi)容之一，與傳統(tǒng)的照明裝置相比，因微投影顯示芯片的尺寸相對較小而光源發(fā)光面積又相對較大，在投影系統(tǒng)的照明光路的設(shè)計中，在光的利用率方面面臨更大的挑戰(zhàn)。
[0004]無論是采用復眼鏡還是采用導光棒作為照明勻光裝置，當光源的發(fā)光面積相對顯示芯片的尺寸較大時，系統(tǒng)的光效率和光學指標都較低，對采用復眼鏡的平行光路而言，斜光束的成分很多，這樣一來，在復眼鏡的落在顯示芯片上的會聚焦面的主光斑以外的地方會產(chǎn)生很多偏軸的次級光斑，這些次級光斑不能參與成像，同時又會形成雜光，降低系統(tǒng)的對比度；對采用導光棒的會聚光束來說，光源面積的增加，帶來了會聚光斑尺寸的變大，而會聚光斑尺寸的變大勢必會增加導光棒的口徑，導光棒口徑的增加會降低導光棒經(jīng)過中繼透鏡后成像在芯片上的光斑尺寸的垂軸放大率，或者是在會聚到顯示芯片上的光斑尺寸與顯示芯片尺寸匹配的前提下，增加照明光束的孔徑角，導致大量的斜光進入不了投影鏡頭而參與成像。
[0005]因此，如何提供一種光利用率高的采用發(fā)光二級管為光源的中繼透鏡組件是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種用于投影照明光路的中繼透鏡組件，包括導光棒、顯示芯片、依次設(shè)于導光棒與顯示芯片之間的中繼透鏡組和棱鏡，所述中繼透鏡組包括依次設(shè)置的包含至少一個透鏡的中繼前組透鏡和包含至少一個透鏡的中繼后組透鏡，所述中繼前組透鏡與中繼后組透鏡的中心間距大于中繼后組透鏡的平均直徑，所述光源經(jīng)導光棒形成光斑，所述光斑經(jīng)過中繼前組透鏡與中繼后組透鏡后形成會聚光束，再經(jīng)過棱鏡后成像至顯示芯片上。
[0007]在一實施例中，所述顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件；所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.37倍；所述中繼前組透鏡采用玻璃材料制成，包括光焦度為0.041、阿貝數(shù)為64.1的平凸鏡，和光焦度為0.033、阿貝數(shù)為64.1的第一雙凸鏡，所述平凸鏡的平面朝向所述導光棒，所述第一雙凸鏡的凸面均為球面；所述中繼后組透鏡采用塑膠材料制成，包括一光焦度為0.056、阿貝數(shù)為56.1的第二雙凸鏡，所述第二雙凸鏡的凸面均為非球面。
[0008]在另一實施例中，所述顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件；所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.41倍；所述中繼前組透鏡由兩片透鏡組成，均采用玻璃材料，其中包括光焦度為0.041、阿貝數(shù)為64.1的平凸鏡，和光焦度為0.032、阿貝數(shù)為64.1的雙凸鏡，所述平凸鏡的平面朝向所述導光棒，所述平凸鏡和所述雙凸鏡的凸面均為球面；所述中繼后組透鏡也由兩片透鏡組成，均采用玻璃材料，其中包括一光焦度為0.022、阿貝數(shù)為64.1的第一平凸鏡，和光焦度為0.029、阿貝數(shù)為64.1的第二平凸鏡，所述第一平凸鏡的平面朝向所述中繼前組透鏡，所述第二平凸鏡的平面朝向棱鏡，所述第一平凸鏡和所述第二平凸鏡的凸面均為球面。
[0009]在其他實施例中，顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件；所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.46倍；所述中繼前組透鏡采用塑膠材料制成，包括光焦度為0.073、阿貝數(shù)為56.1的第一雙凸鏡，所述第一雙凸鏡的凸面均為非球面；所述中繼后組透鏡也采用塑膠材料制成，包括一光焦度為0.049、阿貝數(shù)為56.1的第二雙凸鏡，所述第二雙凸鏡的兩個凸面為鏡像對稱的非球面。
[0010]在上述實施例中，中繼前組透鏡與中繼后組透鏡之間還可以設(shè)置一可用于改變光束角度的反光鏡。此外，當所述中繼前組透鏡和所述中繼后組透鏡分別采用一個透鏡時，所述中繼前組透鏡與導光棒出光面的中心距離是中繼后組透鏡與棱鏡沿光軸的中心距離的2倍。
[0011]本實用新型在導光棒與顯示芯片之間采用中繼透鏡組進行優(yōu)化，來最大限度的減少斜光束的損失，提升系統(tǒng)光的利用率。本實用新型在照明光斑與顯示芯片尺寸方面進行了很好的匹配，成像光斑的均勻性好，邊沿變形小。本實用新型還為中繼透鏡組設(shè)計了適當?shù)姆糯蟊堵?，使照明光束孔徑角與投影鏡頭數(shù)字孔徑角相匹配。中繼透鏡組中的透鏡可以采用塑膠材料和/或玻璃材料混合使用，提高量產(chǎn)工藝性和降低成本，中繼透鏡組采用中繼前組透鏡和中繼后組透鏡的兩組分離結(jié)構(gòu)，便于中間安放反光鏡，壓縮系統(tǒng)尺寸空間。相對全反射式棱鏡截面垂直中心軸來說，全反射式棱鏡的光線入射角與出射角是相等的，這種對稱設(shè)計能實現(xiàn)最小偏轉(zhuǎn)角。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的第一實施例；
[0013]圖2為本實用新型的第二實施例；
[0014]圖3為本實用新型的第三實施例；
[0015]圖4為本實用新型的第四實施例；
[0016]圖5為本實用新型的第五實施例；
[0017]圖6為本實用新型的第六實施例。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型的各個實施例進行詳細的說明。
[0019]圖1是本實用新型的第一實施例，該實施例中，用于投影照明光路的中繼透鏡組件包括導光棒、顯示芯片、依次設(shè)于導光棒與顯示芯片之間的中繼透鏡組和棱鏡，中繼透鏡組包括依次設(shè)置的中繼前組透鏡和中繼后組透鏡，中繼前組透鏡和中繼后組透鏡中所包含的透鏡數(shù)量不限，中繼前組透鏡或中繼后組透鏡可以包含1枚透鏡，或者2枚，或者2枚以上等，光源會經(jīng)過導光棒形成光斑，然后光斑經(jīng)過中繼前組透鏡與中繼后組透鏡形成會聚光束，再經(jīng)過棱鏡放大成像至顯示芯片上。
[0020]在本實施例中，中繼前組透鏡與中繼后組透鏡的中心間距要大于中繼后組透鏡的平均直徑，例如，當中繼前組透鏡與中繼后組透鏡分別只有1枚透鏡時，中心間距指的是兩枚透鏡相對的弧面的中點之間的距離，也就是如圖1所示的距離7e，當中繼前組透鏡與中繼后組透鏡分別包含了 2枚或者2枚以上的透鏡時，中心間距指的是中繼前組透鏡與中繼后組透鏡中相鄰的那兩枚透鏡的中心間距，即中繼前組透鏡距離中繼后組透鏡最近的一枚透鏡，與中繼后組透鏡離中繼前組透鏡最近的一枚透鏡。本實施例中，中繼前組透鏡與中繼后組透鏡的中心間距要大于中繼后組透鏡的平均直徑。
[0021]圖2是本實用新型的第二實施例，該實施例中，從導光棒5的出光口 5a出射的光斑，經(jīng)過中繼透鏡放大，透過棱鏡3后成像在顯示芯片4上。作為一個應用于采用0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件為顯示芯片的實施例，中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.37倍，中繼透鏡組由三片透鏡構(gòu)成，其中中繼前組透鏡由兩片透鏡組成，包含采用玻璃材料制成的平凸鏡la，該平凸鏡la的光焦度0.041，阿貝數(shù)64.1，且平凸鏡la的平面位于靠近導光棒5的一側(cè)，平凸鏡la的凸面為球面；中繼前組透鏡還包括采用玻璃材料制成的第一雙凸鏡lb，第一雙凸鏡lb的光焦度0.033，阿貝數(shù)64.1，第一雙凸鏡lb的兩個凸面均為球面。中繼后組透鏡包括采用塑膠材料制成的第二雙凸鏡2a，第二雙凸鏡2a的光焦度0.056，阿貝數(shù)56.1,且第二雙凸鏡2a的兩個凸面均為非球面。
[0022]圖3是本實用新型的第三實施例，在該實施例中，從導光棒5的出光口 5a出射的光斑，經(jīng)過中繼透鏡組會聚，透過棱鏡3后成像在顯示芯片4上，作為一個應用于采用0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件為顯示芯片的實施例，中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.41倍。在該實施例中，中繼透鏡組由四片透鏡構(gòu)成，其中中繼前組透鏡包括2片透鏡，中繼后組透鏡也包括2片透鏡，中繼前組透鏡包括采用玻璃材料制成的第一平凸鏡lc，第一平凸鏡lc的光焦度為0.041，阿貝數(shù)為64.1，第一平凸鏡lc的凸面為球面，其平面位于靠近導光棒5的一側(cè)；中繼前組透鏡還包括采用玻璃材料制成的雙凸鏡1山光焦度0.032，阿貝數(shù)64.1，雙凸鏡Id的兩凸面均為球面；中繼后組透鏡包括采用玻璃材料制成的第二平凸鏡2b，第二平凸鏡2b的光焦度為0.022，阿貝數(shù)為64.1，第二平凸鏡2b的平面朝向雙凸鏡ld，且第二平凸鏡2b的凸面為球面；中繼后組透鏡還包括采用玻璃制成的第三平凸鏡2c，第三平凸鏡2c的光焦度為0.029，阿貝數(shù)為64.1，第三平凸鏡2c的平面朝向棱鏡3，凸面為球面。
[0023]圖4是本實用新型的第四實施例，從導光棒5的出光口 5a出射的光斑，經(jīng)過中繼透鏡放大，透過棱鏡3后成像在顯示芯片4上，作為一個應用于采用0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件為顯示芯片的實施例，中繼前組透鏡為一采用塑膠材料制成的、光焦度為0.073、阿貝數(shù)為56.1的第一雙凸鏡le，第一雙凸鏡le的兩凸面均為非球面；中繼后組透鏡為一采用塑膠材料制成的、光焦度為0.049、阿貝數(shù)為56.1的第二雙凸鏡2d，第二雙凸鏡2d的兩凸面均為非球面，所述兩非球面的面形彼此鏡像。
[0024]本實用新型還可以有多個變形，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員基于本實用新型的構(gòu)思，所演變的這些變形都應納入本實用新型的保護范圍內(nèi)。例如，如圖5所示，中繼前組透鏡1與導光棒5的出光口 5a的中心間距為7a，中繼后組透鏡2與棱鏡3沿光軸的中心間距為7b，兩個間距應滿足7a=2*7b。再如圖6所示，中繼前組透鏡和中繼后組透鏡之間可放置一反光鏡來改變光路的方向，反光鏡可與中繼前組透鏡或中繼后組透鏡的光軸呈45°擺放，使得光束改變90度傳播。
[0025]對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)本實用新型描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其他各種各樣相應的改變以及形變，而所有這些改變以及形變都應屬于本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于投影照明光路的中繼透鏡組件，包括導光棒、顯示芯片、依次設(shè)于導光棒與顯示芯片之間的中繼透鏡組和棱鏡，其特征在于，所述中繼透鏡組包括依次設(shè)置的分別具有至少一個透鏡的中繼前組透鏡和中繼后組透鏡，所述光源經(jīng)導光棒形成光斑，所述光斑經(jīng)過所述中繼前組透鏡與所述中繼后組透鏡形成會聚光束，再經(jīng)過棱鏡放大成像至顯示芯片上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述中繼前組透鏡與所述中繼后組透鏡的中心間距大于所述中繼后組透鏡的平均直徑。
3.如權(quán)利要求1所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件； 所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.37倍； 所述中繼前組透鏡采用玻璃為材料，包括光焦度為0.041、阿貝數(shù)為64.1的平凸鏡和光焦度為0.033、阿貝數(shù)為64.1的第一雙凸鏡，所述平凸鏡的平面朝向所述導光棒，所述第一雙凸鏡的凸面均為球面； 所述中繼后組透鏡采用塑膠為材料，包括光焦度為0.056、阿貝數(shù)為56.1的第二雙凸鏡，所述第二雙凸鏡的兩個凸面均為非球面。
4.如權(quán)利要求1所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件； 所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.41倍； 所述中繼前組透鏡包括均采用玻璃材料制成的第一平凸鏡和雙凸鏡，所述第一平凸鏡的光焦度為0.041，阿貝數(shù)為64.1，所述第一平凸鏡的凸面為球面，平面位于靠近導光棒的一側(cè)；所述雙凸鏡的光焦度0.032，阿貝數(shù)64.1，所述雙凸鏡的兩凸面均為球面； 所述中繼后組透鏡包括均采用玻璃材料制成的第二平凸鏡和第三平凸鏡，所述第二平凸鏡的光焦度為0.022，阿貝數(shù)為64.1，所述第二平凸鏡的凸面為球面，平面朝向所述雙凸鏡；所述第三平凸鏡的光焦度為0.029，阿貝數(shù)為64.1，所述第三平凸鏡的凸面為球面，平面朝向棱鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述顯示芯片為0.45英寸的數(shù)字微鏡顯示器件； 所述中繼透鏡組的近軸放大倍率為1.46倍； 所述中繼前組透鏡為一采用塑膠材料制成的、光焦度為0.073、阿貝數(shù)為56.1的第一雙凸鏡，所述第一雙凸鏡的兩凸面均為非球面；所述中繼后組透鏡為一采用塑膠材料制成的、光焦度為0.049、阿貝數(shù)為56.1的第二雙凸鏡，所述第二雙凸鏡的兩個凸面為鏡像對稱的非球面。
6.如權(quán)利要求2所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述中繼前組透鏡與所述中繼后組透鏡之間設(shè)有一可用于改變會聚光束傳播方向的反光鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的用于投影照明光路的中繼透鏡組件，其特征在于，所述中繼前組透鏡與所述導光棒出光面的中心距離是所述中繼后組透鏡與所述棱鏡沿光軸方向的中心距離的2倍。
【文檔編號】G03B21/20GK204086786SQ201420438676
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張建平 申請人:深圳市瑪卡光電科技有限公司