微型投影鏡頭的制作方法
【專利摘要】一種微型投影鏡頭，包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有正光焦度的第二透鏡組、位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌以及顯示芯片，所述第一透鏡組位于光闌前面，包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，第一透鏡具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透鏡為雙膠合透鏡，具有負光焦度，靠近光闌；所述第二透鏡組位于光闌后面，包括雙膠合的具有正光焦度第四及第五透鏡、具有正光焦度第六透鏡及具有正光焦度的第七透鏡。本發(fā)明的微型投影鏡頭具有尺寸小、結(jié)構緊湊、畸變小、像方遠心以及大視場角等一系列優(yōu)點。
【專利說明】微型投影鏡頭
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種投影顯示技術，尤其涉及一種具有長投射比、像面遠心、尺寸小、結(jié)構緊湊的微型投影鏡頭。
【背景技術】
[0002]投影設備在現(xiàn)代文化、商業(yè)、娛樂活動中扮演著日益重要的角色。在目前的投影系統(tǒng)中，無論是采用液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)、娃基液晶(LiquidCrystal on Silicon, LCOS)或者是數(shù)字處理(Digital Light Procession, DLP)等投影原理，投影鏡頭均是其中不可缺少的重要光學部件:光經(jīng)過反射式或穿透式的光調(diào)變裝置后，需要經(jīng)過投影鏡頭投射至投影屏上成像。
[0003]微型投影系統(tǒng)對體積小型化提出了更高的要求，相應地投影鏡頭尺寸也要求小而且緊湊，才能夠?qū)崿F(xiàn)將投影系統(tǒng)模塊嵌入到各種應用終端里面?，F(xiàn)有的應用于小型投影系統(tǒng)的投影鏡頭，體積大部分都不夠小，難以實現(xiàn)嵌入式的應用。另外目前大部分微型投影鏡頭都用到非球面鏡片，因為非球面面型檢測技術的工業(yè)檢測技術難度大，效率低，增加了檢測成本。
[0004]中國發(fā)明專利申請第200810241681.5號揭示了一種微型投影鏡頭，包括前組透鏡、后組透鏡以及設置于前組透鏡和后組透鏡之間的光闌。前組透鏡包括順序排列的第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡。其中，第二透鏡與第三透鏡組成前膠合鏡。后組透鏡包括順序排列的第四透鏡及第五透鏡。其中，第四透鏡的凸面彎向光闌。光闌位于后組透鏡的前方焦點處。前組透鏡中第三透鏡臨近光闌的曲面頂點與光闌之間的間隔小于后組透鏡中第四透鏡臨近光闌的曲面頂點與光闌之間的間隔。
[0005]該發(fā)明所揭示的微型投影鏡頭雖然結(jié)構簡單、尺寸較小，但是該投影鏡頭的視場角只有15度，無法滿足大視場角的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于改善以上所述目前投影鏡頭的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸小、結(jié)構緊湊、具有長投射比、畸變小、像方遠心以及大視場角等優(yōu)點的微型投影鏡頭。
[0007]本發(fā)明微型投影鏡頭包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有正光焦度的第二透鏡組、位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌以及顯示芯片，所述第一透鏡組位于光闌前面，包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，第一透鏡具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透鏡為雙膠合透鏡，具有負光焦度，靠近光闌；所述第二透鏡組位于光闌后面，包括雙膠合的具有正光焦度第四及第五透鏡、具有正光焦度第六透鏡及具有正光焦度的第七透鏡。
[0008]相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的微型投影鏡頭尺寸小、結(jié)構緊湊，并且所有鏡片均采用球面鏡片，成本低，同時具有畸變小、像方遠心、大視場角等一系列優(yōu)點?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的微型投影鏡頭的光學結(jié)構圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的微型投影鏡頭的O度、5.6度、11.2度、16.8度、19.6度、28度各視場角在芯片面的光線點列圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的微型投影鏡頭的各視場芯片面?zhèn)鬟f函數(shù)MTF值，此傳遞函數(shù)值以投影設備投影距離680mm，投影屏幕20寸為判斷情況，以投影角度為視場取樣。橫坐標為空間頻率坐標，縱坐標為傳遞函數(shù)MTF值。
[0012]圖4是本發(fā)明的微型投影鏡頭的場曲與畸變圖。
[0013]圖5是本發(fā)明的微型投影鏡頭的垂軸色差圖。
[0014]圖6是本發(fā)明的微型投影鏡頭的軸向色差圖。
【具體實施方式】
[0015]現(xiàn)在結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]圖1是本發(fā)明微型投影鏡頭的光學結(jié)構圖。如圖1所示，本發(fā)明的微型投影鏡頭包括具有負光焦度的第一透鏡組110、具有正光焦度的第二透鏡組120、設置于第一透鏡組110和第二透鏡組120之間的光闌150以及一顯示芯片140。
[0017]第一透鏡組110包括順序排列的第一透鏡111、第二透鏡112及第三透鏡113。第二透鏡組120包括順序排列的第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123及第七透鏡124。
[0018]本發(fā)明微型投影`鏡頭一共有12個光學面，其中9個空氣面(1、2、3、5、6、8、9、10、
11、12)，2個膠合面(4、7)。第一透鏡111為平凸透鏡，凸面朝向投影屏130，第二透鏡112為正彎月透鏡，第三透鏡113為負彎月透鏡并與第二透鏡112膠合，凹面都朝向光闌150。第一透鏡組110的組合焦距為負，第二透鏡組120的組合焦距為正，前組為負，后組為正的結(jié)構使得該微型投影鏡頭的主面后移，后節(jié)距增大，以留出足夠的空間給投影照明引擎光學元件。其中，第一透鏡組110的第一透鏡111正組在前，第二透鏡112與第三透鏡113膠合的負組在后，這種結(jié)構可以有效校正畸變。光闌150位于第二透鏡組120的焦平面上，這樣使出瞳成像到無窮遠，從而實現(xiàn)了像方遠心。
[0019]本發(fā)明微型投影鏡頭的投射比為T，總焦距為f，總長度(不含像距)為L，第一透鏡組110的組合焦距為f (11)，第二透鏡組120的組合焦距為f(12)。第一透鏡111焦距為Π，第二透鏡112與第三透鏡113組成的膠合透鏡組合焦距為f23，第四透鏡121與第五透鏡122組成的膠合透鏡的組合焦距為f45，第六透鏡123的焦距為f6，第七透鏡124焦距為f7，所述透鏡的焦距和曲率有如下關系:
0.25<r5/r4<0.35 r3>0 ；r4>0 ；r5>0 ； (I)
0.4<|f23/fl|<0.55(2)
f45 ^ f6 ^ f7(3)
其中，r3為第3面曲率，以此類推。這里定義r3>0，r4>0, r5>0，三個面同時朝向光闌150，并與第二透鏡組120關于光闌150形成對稱的結(jié)構，可以有效的校正軸上像差以及慧差。第六透鏡123為彎月正透鏡，凹面朝向光闌150的方向。第七透鏡124為正透鏡，形狀為平凸或者雙凸，如果是平凸透鏡，凸面朝向顯示芯片140的方向。
[0020]本發(fā)明所述的微型投影鏡頭，各透鏡的材料安排如下:第一透鏡111、第二透鏡112、第三透鏡113材料使用火石玻璃或冕牌玻璃都可以，第一透鏡建議使用折射率高的材料，最好使用鑭系高折射率的冕牌材料。
[0021]第四透鏡121、第五透鏡122和第六透鏡123是整個鏡頭消色差的關鍵所在。其玻璃材料安排分為以下三種情況:
第四透鏡121為火石玻璃，第五透鏡122為火石玻璃，第六透鏡123為冕牌玻璃；
第四透鏡121為冕牌玻璃，第五透鏡122為冕牌玻璃，第六透鏡123為火石玻璃；
第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123全部使用低色散的冕牌玻璃。
[0022]在一個具體的實施例中，本發(fā)明所述的微型投影鏡頭的各透鏡的材料可安排如下:
第一透鏡111材料使用冕牌玻璃；第二透鏡112材料使用火石玻璃；第三透鏡113材料使用高阿貝數(shù)的冕牌玻璃；第四透鏡121材料使用高折射率低阿貝數(shù)的火石玻璃；第五透鏡122材料使用冕牌玻璃；第六透鏡123材料使用冕牌玻璃；第七透鏡124材料使用冕牌玻
3? ο
[0023]以下給出本發(fā)明所述的微型投影鏡頭的一個實施例數(shù)據(jù):
波長:445nm-532nm-640nm
投射比:1.5 全視場角:56°
有效焦距:7.513mm 像高:7.9mm 像方 F/#:3.2 結(jié)構數(shù)據(jù):
【權利要求】
1.一種微型投影鏡頭，包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有正光焦度的第二透鏡組、位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌以及顯示芯片，其特征在于:所述第一透鏡組位于光闌前面，包括第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡，第一透鏡具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透鏡為雙膠合透鏡，具有負光焦度，靠近光闌；所述第二透鏡組位于光闌后面，包括雙膠合的具有正光焦度第四及第五透鏡、具有正光焦度第六透鏡及具有正光焦度的第七透鏡。
2.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:上述投影鏡頭的投射比為1.5。
3.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述微型投影鏡頭一共有12個光學面，其中r3、r4> r5分別為第三、四、五個光學面的曲率,它們滿足如下關系:0.25<r5/r4<0.35 并且 r3>0、r4>0、r5>0。
4.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡的焦距為Π，第二透鏡與第三透鏡膠合起來的組合焦距為f23，有如下關系成立:0.4< I f23/f 11〈0.55。
5.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡組的組合焦距為負，第一透鏡為平凸透鏡，凸面朝向投影屏；第二透鏡為彎月正透鏡，第三透鏡為彎月負透鏡，所述第二透鏡與第三透鏡膠合，凹面都朝向光闌。
6.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第一透鏡組中，第一透鏡用高阿貝數(shù)冕牌玻璃，第二透鏡和第三透鏡組成的雙膠合透鏡由一個高折射率低阿貝數(shù)火石玻璃與一個低折射率高阿貝數(shù)的冕牌玻璃組合而成。
7.如權利要求1所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡組的組合焦距為正，第四透鏡與第五透鏡膠合，位于光闌后面；第六透鏡為彎月正透鏡，凹面朝向光闌方向，第七透鏡為正透鏡，形狀為平凸或者雙凸，如果是平凸透鏡，凸面朝向顯示芯片方向。
8.如權利要求7所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡組中，第四透鏡與第五透鏡組成的雙膠合透鏡的焦距為f45，第六透鏡的焦距f6，第七透鏡的焦距為f7，它們之間的焦距值基本相當，差異小于20%: I (f45-f6)/f6 I <20% ； | (f45-f7)/f7 | <20% ；(f7-f6)/f6|<20%o
9.如權利要求8所述的微型投影鏡頭，其特征在于:所述第二透鏡組中，第四透鏡和第五透鏡組成的雙膠合透鏡由一個高折射率低阿貝數(shù)火石玻璃與一個低折射率高阿貝數(shù)的冕牌玻璃組合而成。
【文檔編號】G02B13/22GK103823289SQ201210468534
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權日:2012年11月19日
【發(fā)明者】張品祥, 程琳 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司