CN101093273A - 光学投影设备的调焦/变焦装置和投影光学系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光学投影设备的调焦装置以及投影光学系统，该调焦装置具有简单的结构并且能够精确地调焦。调焦装置包括：框架，包括具有第一螺距的内螺纹部分；镜筒，可动地安装在框架内，包括具有小于第一螺距的第二螺距的外螺纹部分；调整环，包括与具有第一螺距的内螺纹部分对应的外螺纹部分和与具有第二螺距的外螺纹部分对应的内螺纹部分，该调整环用于将镜筒支撑在框架内，并且使镜筒沿着光轴方向运动。

Description

光学投影设备的调焦/变焦装置和投影光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学投影设备，更具体地讲，涉及一种用于数字光处理(DLP)光学投影设备的调焦装置和投影光学系统。
背景技术
众所周知，数字光处理(DLP)光学投影设备包括照明光学系统、数字微镜装置(DMD)模块和投影光学系统，投影光学系统用于将含有DMD模块形成的图像信息的光放大和投影到屏幕上。
投影光学系统包括：后投影透镜组，将含有DMD模块形成的图像信息的光放大和聚焦；反射镜，将经过后投影透镜组的光朝预定方向反射；前投影透镜组，将被反射镜反射的光放大和投影到屏幕上。
后投影透镜组包括调焦装置，图1示意性地示出了采用这样的调焦装置的一般的后投影透镜组。参照图1，后投影透镜组10包括框架11、安装在框架11中以沿着光轴方向运动的镜筒12、支撑镜筒12的固定板13以及调焦装置14。
调焦装置14包括调整环17和推动单元18。调整环17包括内螺纹部分16并且与镜筒12可旋转地组装在一起。具有预定螺距的外螺纹部分15形成在镜筒12的外表面的一部分上，并且内螺纹部分16与外螺纹部分15对应。推动单元18将调整环17推向框架11，这是投影光学系统的参考位置。
透镜安装在镜筒12内。因此，可旋转调整环17以使得镜筒12向光轴方向运动，从而调节投影光学系统的焦点。
但是，具有调焦装置14的投影光学系统包括调整环17、固定板13和包括磁铁、弹簧等的推动单元18。因此，投影光学系统包括许多部件。结果，很难使投影光学系统紧凑，并且投影光学系统的装配很复杂。
另外，镜筒12由于调整环17的旋转而自由地沿着光轴方向运动。因此，调节焦点的精确性降低。换句话说，在焦点被调节之后，推动单元18(例如磁铁或者螺旋弹簧)将调整环17推向框架11，使得调整环17接触框架11。但是，调整环17和框架11之间可能不能达到接触。因此，焦点会分散。
发明内容
因此，提出本发明总体构思以解决上面提到的问题，并且本发明总体构思的一方面是提供一种光学投影设备的调焦装置，该调焦装置具有简单的结构并且能够提高调焦的精确度。
本发明总体构思的另一方面是提供一种包括所述调焦装置的光学投影设备的投影光学系统。
根据本发明的一方面，提供了一种用于光学投影设备的调焦装置，其包括：框架，包括具有第一螺距的第一螺纹部分；镜筒，可动地安装在框架中，并且包括具有第二螺距的第二螺纹部分；调整环，包括与第一螺纹部分对应的第三螺纹部分和与第二螺纹部分对应的第四螺纹部分，所述调整环用于将镜筒支撑在框架中，并且使镜筒沿着光轴方向运动。
第一螺距可与第二螺距不同。第一螺距可大于第二螺距。第一螺距与第二螺距的比例可为2∶1。
第一螺纹部分和第四螺纹部分可以是内螺纹部分，第二螺纹部分和第三螺纹部分可以是外螺纹部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种光学投影设备的调焦装置，包括：框架，提供光学系统的参考表面；镜筒，安装在框架内，并且包括多个透镜；调整环，将镜筒支撑在框架内，并且调整环旋转以使镜筒沿着光轴方向前进和后退。
调整环可包括第一筒部和第二筒部，第一筒部包括具有第一螺距的外螺纹部分，第二筒部包括具有第二螺距的内螺纹部分，其中，外螺纹部分旋到框架上，内螺纹部分旋到镜筒上。
第二筒部的直径可大于第一筒部的直径，并且可在第二筒部的外表面上形成有不平整部分以防止第二筒部从用户的手中滑脱。第一螺距可大于第二螺距。
根据本发明的另一方面，提供了一种光学投影设备的投影光学系统，包括：后投影透镜组，用于放大和聚焦包含由数字微镜装置(DMD)模块形成的图像信息的光；前投影透镜组，将从后投影透镜组照射出的光投影到屏幕上。后投影透镜组可包括：框架，包括具有第一螺距的内螺纹部分；镜筒，可动地安装在框架内，并且包括具有第二螺距的外螺纹部分；调整环，包括与具有第一螺距的内螺纹部分对应的外螺纹部分和与具有第二螺距的外螺纹部分对应的内螺纹部分，所述调整环用于将镜筒支撑在框架内，并且使镜筒沿着光轴方向运动。
所述投影光学系统还可包括用于防止镜筒在其沿着光轴方向运动时旋转的镜筒旋转防止单元。
镜筒旋转防止单元可包括：切口，形成在框架上，沿着与光轴方向平行的方向被加长；螺钉，穿过切口旋到镜筒上。
所述投影光学系统还可包括反射镜，其用于将从后投影透镜组照射出的包含图像信息的光朝着前投影透镜组反射。
螺钉可通过导向件旋到镜筒上，导向件的直径等于切口沿短轴方向的宽度。
镜筒的端部可被D形切除。
附图说明
通过下面结合附图对本发明特定实施例进行的描述，本发明的上述方面和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示意性地示出一般的光学投影设备的调焦装置的示图；
图2是根据本发明实施例的调焦装置的分解图；
图3是图2中示出的调焦装置的装配图；
图4是图2中示出的调焦装置的仰视图；
图5是示意性地示出采用根据本发明实施例的调焦装置的光学投影设备的投影光学系统的示图。
具体实施方式
以下，将参照附图更详细地描述本发明的特定实施例。
在以下描述中，相同的标号被用作指代不同附图中的相同元件。提供在说明书中定义的内容(例如详细的结构和元件)以帮助全面理解本发明。显然，不用这些详细定义的内容也可实现本发明。另外，由于公知的功能或构造在不必要的细节处会使得本发明不清楚，所以不对它们进行详细描述。
参照图2至图4，根据本发明实施例的光学投影设备的调焦装置包括框架100、镜筒200和调整环300。
镜筒安装部分102被设置在框架100内并且连接到前投影透镜组600和反射镜700(将参照附图5在以下进行描述)，以形成预定光路。
镜筒安装部分102的直径D1等于镜筒200的直径D2，并且镜筒安装部分102具有非常小的公差，从而防止光轴歪斜。另外，具有第一螺距P1的框架内螺纹部分110形成在镜筒安装部分102的入口101的内表面上，使得调整环300旋到框架内螺纹部分110中。
镜筒200从照明光学系统(未示出)接收包含图像信息的光，按照预定的放大倍率放大和聚焦所述光，并且将所述光传播到安装在图5所示的前投影透镜组600中的投影透镜610上。
镜筒200安装在框架100中，以通过调整环300运动。镜筒200随着调整环300的旋转执行滑动操作，以基于光轴前进和后退。安装作镜筒200中的多个透镜的后焦距(BFL)通过滑动操作而被调节。为此，具有第二螺距P2的镜筒外螺纹部分210形成在镜筒200的表面的一部分上并且旋到调整环300上。
凸缘220形成在镜筒200上与镜筒外螺纹部分210相邻的位置，以防止在利用调整环300的旋转调节镜筒200的BFL的过程中镜筒200过度地插入到框架100中。
可省略镜筒200的一部分部件(该部分部件与和镜筒200相邻的其它部件干涉)，以使数字光处理(DLP)引擎紧凑。例如，会干涉形成照明光学系统的照明透镜(未示出)的前透镜201可被D形切除(D-cut)，如图2所示。如果前透镜201被如上所述D形切除，则由于干涉相邻于前透镜201的其它部件而浪费的空间被最小化。但是，虽然透镜被如上所述D形切除，包含图像信息的光也不经过透镜的D形切除部分。因此，D形切割不影响图像的投影。
调整环300包括第一筒部310和第二筒部320，第二筒部320的直径大于第一筒部310的直径。
第一筒部310具有调整环外螺纹部分311，调整环外螺纹部分311与具有第一螺距P1的框架内螺纹部分110对应，第二筒部320具有调整环内螺纹部分321，调整环内螺纹部分321与具有第二螺距P2的镜筒外螺纹部分210对应。不平整部分330形成在第二筒部320的表面上，以防止第二筒部320从用户的手中滑脱。
调整环外螺纹部分311的第一螺距P1可与调整环内螺纹部分321的第二螺距P2不同。根据本发明的一方面，第一螺距P1可为1mm，第二螺距P2可为0.5mm。
第一螺距P1和第二螺距P2可根据投影光学系统的透镜的尺寸不同而变化，并且第一螺距P1和第二螺距P2之间的比例可改变为不同的比例。第二螺距P2可以大于第一螺距P1。
镜筒200的BFL位置移动满足方程1：
BFL位置移动＝(第一螺距(P1)一第二螺距(P2))×旋转角/360...(1)
例如，如果调整环300旋转一周(旋转360°)，第一螺距P1为1mm，第二螺距P2为0.5mm，则镜筒200的BFL移动为+0.5mm。
根据本发明的一方面，如果旋转调整环300来调节镜筒200的BFL，则可还包括用于防止镜筒200由于调整环300的旋转而旋转的镜筒旋转防止单元400。
镜筒旋转防止单元400包括形成在框架100中的切口410和螺钉430。
切口410沿着与图2至图4所示的光轴垂直的方向穿透框架100，以连接到形成在框架100中的镜筒安装部分102，并且切口410沿着与光轴方向平行的方向被加长为L。另外，螺钉430穿过切口410旋到形成在镜筒200上的螺纹孔202中。因此，通过螺钉430，镜筒200可沿着光轴方向运动而不允许绕光轴旋转。
螺钉430可穿过如图2至图4所示的导向件420旋到镜筒200上，以使镜筒200平稳地沿着光轴方向运动。为此，导向件420的直径可等于切口410沿短轴方向的宽度。如上所述，如果使用导向件420，则可防止螺钉430在镜筒200的运动期间由于与切口410的接触而磨损。
现在，将描述具有根据本发明实施例的光学投影设备的调焦装置的投影光学系统。
根据本实施例的投影光学系统包括后投影透镜组500和前投影透镜组600。后投影透镜组500接收来自照明光学透镜组(未示出)的光以及来自数字微镜装置(DMD)模块(未示出)的图像，并且将所述光和图像放大和聚焦。被后投影透镜组500放大和聚焦的图像通过反射镜700传送到前投影透镜组600，然后被投影到屏幕(未示出)上。
后投影透镜组500包括框架100、镜筒200和调整环300。框架100包括具有第一螺距P1的框架内螺纹部分110。镜筒200可运动地安装在框架100内，并且包括具有第二螺距P2的镜筒外螺纹部分210。调整环300包括与具有第一螺距P1的框架内螺纹部分110对应的调整环外螺纹部分311和与具有第二螺距P2的镜筒外螺纹部分210对应的调整环内螺纹部分321。
调整环300将镜筒200支撑在框架100内并且使镜筒200沿着光轴方向运动，以调节安装在镜筒200中的透镜的BFL。
前投影透镜组600包括用于将被后投影透镜组500放大和聚焦后的图像投影到屏幕上的投影透镜610。
如果投影光学系统具有以上构造(调整环300调节镜筒20的BFL，并且同时将镜筒200固定到框架100中)，则可减少投影光学系统的许多部件。
当旋转调整环300以调节镜筒200的BFL时，镜筒200可不与调整环300一起旋转并且可沿着与光轴平行的方向来回运动。因此，即使在镜筒200不能旋转并且安装在镜筒200中的透镜被D形切除的投影光学系统中，也可稳定并精确地调节镜筒200的BFL。
另外，第二螺距P2比第一螺距P1更密集。因此，镜筒200的移动距离可被更加精确地调节。换句话说，如果按照先前实施例中的第一螺距P1为1mm并且第二螺距P2为0.5mm，则当调整环300旋转1°时，镜筒200可沿着光轴方向移动0.0014mm。因此，可非常精确地调节BFL。
如上所述，根据本发明，可用一个构件(即，调整环)将镜筒支撑在框架中，并且同时可调节镜筒的BFL。因此，可用少量的部件来构造用于调节镜筒的BFL的调焦装置。结果，可简单地组装调焦装置，并且可降低其制造成本。
另外，调整环可具有不同的螺距，以通过调整环的旋转精密地移动镜筒。结果，可更加精确地调节BFL。
上述实施例和优点只是示例性的而不用于限制本发明。本教导可被容易地应用到其它类型的装置中。另外，对本发明实施例的描述只是阐述性的，而不限制权利要求的范围，并且许多替换、修改和改变对于本领域技术人员来说是清楚的。

Claims (18)

1、一种光学投影设备的调焦装置，包括：
框架，包括具有第一螺距的第一螺纹部分；
镜筒，可动地安装在框架中，并且包括具有第二螺距的第二螺纹部分；
调整环，包括与第一螺纹部分对应的第三螺纹部分和与第二螺纹部分对应的第四螺纹部分，所述调整环用于将镜筒支撑在框架中，并且使镜筒沿着光轴方向运动。
2、如权利要求1所述的调焦装置，其中，第一螺距与第二螺距不同。
3、如权利要求2所述的调焦装置，其中，第一螺距大于第二螺距。
4、如权利要求3所述的调焦装置，其中，第一螺距与第二螺距的比例为2∶1。
5、如权利要求1所述的调焦装置，其中，第一螺纹部分和第四螺纹部分是内螺纹部分，第二螺纹部分和第三螺纹部分是外螺纹部分。
6、一种光学投影设备的调焦装置，包括：
框架，提供光学系统的参考表面；
镜筒，安装在框架中，并且包括多个透镜；
调整环，将镜筒支撑在框架中，并且调整环旋转以使镜筒沿着光轴方向前进和后退。
7、如权利要求6所述的调焦装置，其中，调整环包括第一筒部和第二筒部，第一筒部包括具有第一螺距的外螺纹部分，第二筒部包括具有第二螺距的内螺纹部分，其中，外螺纹部分旋到框架上，内螺纹部分旋到镜筒上。
8、如权利要求7所述的调焦装置，其中，第二筒部的直径大于第一筒部的直径，并且在第二筒部的外表面上形成有不平整部分以防止第二筒部从用户的手中滑脱。
9、如权利要求7所述的调焦装置，其中，第一螺距大于第二螺距。
10、一种光学投影设备的投影光学系统，包括：
后投影透镜组，用于放大和聚焦包含由数字微镜装置模块形成的图像信息的光；
前投影透镜组，将从后投影透镜组照射出的光投影到屏幕上，
其中，后投影透镜组包括：
框架，包括具有第一螺距的内螺纹部分；
镜筒，可动地安装在框架内，并且包括具有第二螺距的外螺纹部分；
调整环，包括与具有第一螺距的内螺纹部分对应的外螺纹部分和与具有第二螺距的外螺纹部分对应的内螺纹部分，所述调整环用于将镜筒支撑在框架中，并且使镜筒沿着光轴方向运动。
11、如权利要求10所述的投影光学系统，其中，第一螺距与第二螺距不同。
12、如权利要求11所述的投影光学系统，其中，第一螺距大于第二螺距。
13、如权利要求12所述的投影光学系统，其中，第一螺距与第二螺距的比例为2∶1。
14、如权利要求13所述的投影光学系统，还包括用于防止镜筒在其沿着光轴方向运动时旋转的镜筒旋转防止单元。
15、如权利要求14所述的投影光学系统，其中，镜筒旋转防止单元包括：
切口，形成在框架上，沿着与光轴方向平行的方向被加长；
螺钉，穿过切口旋到镜筒上。
16、如权利要求10所述的投影光学系统，还包括反射镜，其用于将从后投影透镜组照射出的包含图像信息的光朝着前投影透镜组反射。
17、如权利要求15所述的投影光学系统，其中，螺钉通过导向件旋到镜筒上，导向件的直径等于切口沿短轴方向的宽度。
18、如权利要求14所述的投影光学系统，其中，镜筒的端部被D形切除。
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