CN108761979A - 一种转继镜组 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种转继镜组，涉及投影仪领域，用于增加后工作距离同时不增加镜头长度。转继镜组用于对来自显示芯片的主光束进行转继后，使主光束入射至超短焦镜组的入射面，转继镜组包括第一透镜组和第二透镜组；第一透镜组和第二透镜组用于透射主光束，其中，第一透镜组的等效焦距等于超短焦镜组的后工作距离，并且第二透镜组的等效焦距等于超短焦镜组的后工作距离，超短焦镜组的后工作距离指仅使用超短焦镜组正常投影时，从显示芯片至超短焦镜组的入射面的距离。本申请实施例应用于投影镜头设计。
Description
技术领域
本申请涉及投影仪领域，尤其涉及一种转继镜组。
背景技术
目前可以实现短距离透射大画面的系统架构可分为两大类，一类为数字光处理(Digital Light Procession，DLP)系统，一类为液晶附硅(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)系统，对于这两类系统，因系统架构原因，要实现优质的成像质量，多要求投影镜头有长的后工作距离，后工作距离指投影镜头最内侧镜片距离显示芯片(例如数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)芯片、LCOS芯片等)之间的距离。
后工作距离加长，会增加超短焦镜头设计难度、加工难度和装调难度。例如对于镜头设计难度：后工作距离越长，则镜头镜片的尺寸越大，像差越难以校正，从而导致镜头的设计难度增大。对于加工难度：后工作距离越大，为校正像差，必然使用更多或更大的非球面镜片，非球面镜片尺寸变大，非球面镜片的加工难度会成倍增大。对于装调难度：由于非球面镜片增多，且若将系统偏移(offset)降低，则切边镜片的装调及加工难度均会成倍增大。另外，系统偏移难以做小：由于后工作距离增大，导致镜头镜片的尺寸增大，如偏移低，则会出现挡光的问题，进一步导致镜头设计难度增大，如需要将偏移做小，就需要对多片镜片进行切边处理，导致系统的设计难度增大。
发明内容
本申请的实施例提供一种转继镜组，用于增加后工作距离同时不增加镜头的设计难度。
为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种转继镜组，所述转继镜组用于对来自显示芯片的主光束进行转继后，使所述主光束入射至超短焦镜组的入射面，所述转继镜组包括第一透镜组和第二透镜组；
所述第一透镜组和所述第二透镜组用于透射所述主光束，其中，所述第一透镜组的等效焦距等于所述超短焦镜组的后工作距离，并且所述第二透镜组的等效焦距等于所述超短焦镜组的后工作距离，所述超短焦镜组的后工作距离指仅使用超短焦镜组正常投影时，从所述显示芯片至所述超短焦镜组的入射面的距离。
本申请实施例提供的转继镜组，通过增加的两个镜头群组，使得从显示芯片出射的光实现等比例转移，照射至原投影镜头，从而增加镜头的后工作距离，而不需要对投影镜头进行重新设计，因此不会增加镜头的设计难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请的实施例提供的增加后工作距离的激光投影镜头的结构示意图一；
图2为本申请的实施例提供的第一透镜组以及第二透镜组的光线路径示意图；
图3为本申请的实施例提供的增加后工作距离的激光投影镜头的结构示意图二；
图4为本申请的实施例提供的增加后工作距离的激光投影镜头的结构示意图三；
图5为本申请的实施例提供的减小镜头长度的激光投影镜头的结构示意图一；
图6为本申请的实施例提供的减小镜头长度的激光投影镜头的结构示意图二；
图7为本申请的实施例提供的减小镜头长度的激光投影镜头的结构示意图三；
图8为本申请的实施例提供的减小镜头长度的激光投影镜头的结构示意图四。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1中所示，本申请实施例提供了一种激光投影镜头，包括转继镜组10。转继镜组10用于对来自显示芯片12的主光束进行转继后，使主光束入射至超短焦镜组11的入射面，最终通过曲面反射镜15进行投影，在显示芯片12与超短焦镜组11间有一片或多片平行玻璃(或称全内反射(Total Internal Reflection，TIR)棱镜)16。
转继镜组10包括第一透镜组13和第二透镜组14。第一透镜组13和第二透镜组14沿光轴方向布置于超短焦镜组11和显示芯片12之间，超短焦镜组11、第一透镜组13以及第二透镜组14共光轴，第一透镜组13与第二透镜组14构成双远心架构，第一透镜组13的焦距以及第二透镜组14的焦距等于超短焦镜组11的后工作距离D，参照图2中所示，超短焦镜组11的后工作距离D指超短焦镜组11入光面镜片111距离显示芯片12之间的距离。在本申请中，超短焦镜组11的后工作距离为62mm～95mm，第一透镜组13与第二透镜组14的间距范围为45mm～82mm。
对于DLP TIR架构，显示芯片12指DMD芯片，对于LCOS架构，显示芯片12指LCOS芯片。上述镜头会要求镜头的后工作距离较长。
本申请实施例要求第一透镜组13与第二透镜组14构成双远心架构，并且第一透镜组13的焦距以及第二透镜组14的焦距等于超短焦镜组11的后工作距离D，通过增加的这两个群组，使得从显示芯片12出射的光实现等比例转移，照射至原超短焦镜组11，从而增加镜头的后工作距离，而不需要对投影镜头进行重新设计，因此不会增加镜头的设计难度。另外，通过双远心架构，平行光入射，平行光出射，尽可能降低对系统像差的影响。同时可以充分考虑镜头的像差，使得此两组镜片在满足上述功能外，还可以实现一定的像差补正功能。
第一透镜组13可以包括最多两片镜片。具体的，第一透镜组可以包括一片非球面镜片；或者，第一透镜组可以包括从靠近出光面到远离出光面的方向依次排布的一个非球面镜片和一个球面镜片，该球面镜片用于对像差进行调整；或者，第一透镜组可以包括一片球面镜片；或者，第一透镜组可以包括两片非球面镜片；或者，第一透镜组可以包括两片球面镜片。
第二透镜组14可以包括从靠近出光面到远离出光面的方向依次排布的最多两片球面镜片，或者包括一片非球面镜片。
对于第一透镜组和所述第二透镜组中镜片的R值和间距，可以根据镜片材质进行设计。第一透镜组和所述第二透镜组中镜片的厚度小于或等于15mm。
参照图3中所示，为第一透镜组13和第二透镜组14的一种示例，满足第一透镜组13的焦距以及第二透镜组14的焦距均等于超短焦镜组11的后工作距离D。第一透镜组13包括第一镜片LS1和第二镜片LS2，第二透镜组14包括第三镜片LS3和第四镜片LS4，共计采用四片镜片。假设镜头的后工作距离D为87mm，则各镜片设计要求如表1所示：
表1
其中，各数值的单位为毫米。R值指镜片其中一面的曲率半径，沿光轴顺光轴方向为正，逆光轴方向为负。如表1中所示，第一镜片LS1具有两个面，第一面的曲率半径为-655.6mm，第二面的曲率半径为-53.04mm，其他镜片也同理。肉厚指镜片中心的厚度，空气间隙是指镜片组中在主光轴上相邻镜片的距离。
参照图4中所示，为第一透镜组13和第二透镜组14的另一种示例，同样满足第一透镜组13的焦距以及第二透镜组14的焦距均等于超短焦镜组11的后工作距离D。第一透镜组13包括第一镜片LS1和第二镜片LS2，第二透镜组14包括第三镜片LS3，这三片镜片从靠近出光面到远离出光面(从左到右)的方向依次排布。第一镜片LS1为球面镜片，焦距为41.61mm；第二镜片LS2为球面镜片，焦距为52.04mm；第三镜片LS3为非球面镜片，焦距为48.35mm。第一镜片LS1到第二镜片LS2的镜间距为5mm，第二镜片LS2到第三镜片LS3的镜间距为65.09mm。
此时，其他系统参数可以如表2所示，其中每个镜片存在两个球面，以第三镜片LS3为例，其两个镜面的半径分别为47.16mm和-49.2mm，第三镜片LS3的厚度为15mm，第三镜片LS3与棱镜的间距为20mm，两个球面的半口径均为21.5mm，非球面的系数为-7。
表2
本领域技术人员可以理解，上述具体示例仅示意性的示出了的设计方式，本申请实施例不限定第一透镜组13或第二透镜组14所包含镜片的数量以及各镜片的R值、肉厚、空气间隙等设计参数，只要满足第一透镜组13的焦距以及第二透镜组14的焦距等于超短焦镜组11的后工作距离D即可。
参照图5-图8中所示，在图1-图4所示增加后工作距离的激光投影镜头架构基础上，本申请实施例提供一种激光投影镜头，其还包括反射镜组17，用于对在转继镜组10中转继的主光束进行至少一次反射。
第一透镜组13和第二透镜组14以及至少一片反射镜17沿来自显示芯片12的主光束的传输路径布置。由于反射镜只是改变主光束的传输方向，不会改变整个镜头后工作距离，所以实际后工作距离与图1一样得到了增加。并且由于主光束的传输方向改变，显示芯片12和平板玻璃16不必与超短焦镜组11光轴保持一条直线，可以调整镜头的转折方向，因此整体镜头长度可以相应减小。本申请实施例不会增加镜头的设计难度，通过转折光路，结合整机布局，尽可能减少镜头尺寸。
图5中所示为反射镜17包括一片反射镜的示例。在第一透镜组13与第二透镜组14间设置第一反射镜171。沿第一透镜组13光轴出射的主光束经第一反射镜171反射后，沿第二透镜组14的光轴入射第二透镜组14。该示例对主光束的传输方向改变了一次。
图6中所示为反射镜17包括两片反射镜的示例。在第一透镜组13与第二透镜组14间设置第一反射镜171，在第二透镜组14与超短焦镜组11间设置第二反射镜172。沿第一透镜组13光轴出射的主光束经第一反射镜171反射后，沿第二透镜组14的光轴入射第二透镜组14；沿第二透镜组14光轴出射的主光束经第二反射镜172反射后，沿超短焦镜组11的光轴入射超短焦镜组11。该示例对主光束的传输方向改变了两次。
图7中所示为反射镜17包括三片反射镜的示例。在第一透镜组13与第二透镜组14间设置第一反射镜171，在第二透镜组14与超短焦镜组11间设置第二反射镜172和第三反射镜173。沿第一透镜组13光轴出射的主光束经第一反射镜171反射后，沿第二透镜组14的光轴入射第二透镜组14；沿第二透镜组14光轴出射的主光束经第二反射镜172和第三反射镜173的反射后，沿超短焦镜组11的光轴入射超短焦镜组11。该示例对主光束的传输方向改变了三次。
图8中所示为反射镜17包括四片反射镜的示例。在第一透镜组13与第二透镜组14间设置第一反射镜171和第二反射镜172，在第二透镜组14与超短焦镜组11间设置第三反射镜173和第四反射镜174。沿第一透镜组13光轴出射的主光束经第一反射镜171和第二反射镜172的反射后，沿第二透镜组14的光轴入射第二透镜组14；沿第二透镜组14光轴出射的主光束经第三反射镜173和第四反射镜174的反射后，沿超短焦镜组11的光轴入射超短焦镜组11。该示例对主光束的传输方向改变了四次。
本领域技术人员可以理解，本申请实施例不限于上述四种情况，其同样可以采用更多片平面反射镜，并且各个平面反射镜的镜面大小、旋转角度和旋转轴都可以根据系统架构进行调整。
Claims (15)
1.一种转继镜组，其特征在于，所述转继镜组用于对来自显示芯片的主光束进行转继后，使所述主光束入射至超短焦镜组的入射面，所述转继镜组包括第一透镜组和第二透镜组；
所述第一透镜组和所述第二透镜组用于透射所述主光束，其中，所述第一透镜组的等效焦距等于所述超短焦镜组的后工作距离，并且所述第二透镜组的等效焦距等于所述超短焦镜组的后工作距离，所述超短焦镜组的后工作距离指仅使用超短焦镜组正常投影时，从所述显示芯片至所述超短焦镜组的入射面的距离。
2.根据权利要求1所述的转继镜组，其特征在于，所述第一透镜组包括最多两片镜片。
3.根据权利要求2所述的转继镜组，其特征在于，所述第一透镜组包括一片非球面镜片。
4.根据权利要求3所述的转继镜组，其特征在于，所述第一透镜组还包括一片球面镜片，所述球面镜片用于对像差进行调整。
5.根据权利要求4所述的转继镜组，其特征在于，所述非球面镜片和所述球面镜片从靠近出光面到远离出光面的方向依次排布。
6.根据权利要求1所述的转继镜组，其特征在于，所述第二透镜包括最多两片球面镜片，或者，包括一片非球面镜片。
7.根据权利要求6所述的转继镜组，其特征在于，所述两片球面镜片从靠近出光面到远离出光面的方向依次排布。
8.根据权利要求1-7任一项所述的转继镜组，其特征在于，所述第一透镜组和所述第二透镜组中镜片的厚度小于或等于15mm。
9.根据权利要求1-7任一项所述的转继镜组，其特征在于，所述超短焦镜组的后工作距离为62mm～95mm。
10.根据权利要求1-7任一项所述的转继镜组，其特征在于，所述第一透镜组与所述第二透镜组的间距范围为45mm～82mm。
11.根据权利要求1-7任一项所述的转继镜组，其特征在于，所述转继镜组中转继的主光束还通过反射镜组进行至少一次反射。
12.根据权利要求11所述的转继镜组，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜，所述第一反射镜用于对从所述第一透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第二透镜组的入射面。
13.根据权利要求11所述的转继镜组，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于对从所述第一透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第二透镜组的入射面；所述第二反射镜用于对从所述第二透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述超短焦镜组的入射面。
14.根据权利要求11所述的转继镜组，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜用于对从所述第一透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第二透镜组的入射面；所述第二反射镜用于对从所述第二透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第三反射镜；所述第三反射镜用于对从所述第二反射镜反射的主光束进行再次反射后，使所述主光束入射所述超短焦镜组的入射面。
15.根据权利要求11所述的转继镜组，其特征在于，所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜用于对从所述第一透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第二反射镜；所述第二反射镜用于对从所述第一反射镜反射的主光束进行再次反射后，使所述主光束入射所述第二透镜组的入射面；所述第三反射镜用于对从所述第二透镜组的出射面出射的主光束进行反射后，使所述主光束入射所述第四反射镜；所述第四反射镜用于对从所述第三反射镜反射的主光束进行再次反射后，使所述主光束入射所述超短焦镜组的入射面。
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