CN201203695Y - 一种微显示投影镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于投影成像技术领域，具体涉及一种微显示投影镜头。本实用新型为克服现有技术存在的投影镜头都要求有一定的后截距，镜头设计和加工难度加大，焦距越短时问题越突出的不足，现提出的技术方案是一种微显示投影镜头，包括镜筒和镜筒内同一光轴上设置的透镜，其特殊之处在于：在镜筒内若干个透镜中离物面光路最近的透镜的像面一侧的任意位置的光轴上设置有透明的棱镜。与现有技术相比，本实用新型的优点是：1.减小了镜头的后截距，基本上对后截距无要求；2.简化投影镜头设计，优化投影镜头结构；3.适用范围扩大，长、短焦距及变焦距投影镜头均可适用。

Description

一种微显示投影镜头

技术领域：

本实用新型属于投影成像技术领域，具体涉及一种微显示投影镜头。

背景技术：

微显示投影技术的主要光学架构是微显示光学引擎，所说的光学引擎一般包括光源、微显示成像芯片、合像系统和投影镜头。其工作原理是利用微显示成像芯片来调制光源发射出来准备投影到屏幕上的光信号，即将光源分离成三色分别加以控制，再将三色图像合成要投影的图像，然后利用投影镜头投影到屏幕上。现有的微显示光学引擎中，合像系统中包括棱镜，它和投影镜头是相互独立的结构，微显示成像芯片是投影镜头的物面，在物面和投影镜头之间有合像系统，因此，在应用过程中需要投影镜头具有一定的后截距要求。

微显示投影技术的关键就是投影镜头，特别是高清晰数字电视为适应进入普通家庭的需要，其发展趋势是大屏幕、超薄化，而投影镜头的投影距离是制约实现大屏幕、超薄化的关键因素。为了减小投影空间，需要减小投影镜头的投影距离，也就是需要设计和制造短焦距的投影镜头。更短焦距投影镜头的开发是比较困难的，因为有大的视场角，镜头中色差和畸变等技术指标不容易达到设计要求，在制造技术上实现也有相当大难度。

现有的投影镜头，无论是长焦距、短焦距还是变焦距投影镜头，其结构特点均是：在镜筒内的同一光轴上设置有多个被分成若干组的球面透镜，同时根据焦距的长短，对后截距都有一定的要求。这是由于投影镜头中后截距和焦距存在相互制约的关系。设投影镜头的结构总光焦度为1，设前组光焦度为

后组光焦度为d是前后组之间的距离，

是反远距型镜头的后截距，f′反远距型镜头的焦距，1/γ₁为反远距型物镜的反远距比，即 $\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_1}=\frac{l_2^{\′}}{f\′}.$ 在高斯光学成象中，存在：的关系。在整个镜头长度要求合适的情况下，及前组和后组之间距离d确定时，要增大1/γ₁就必须增大

值。再由公式

(其中为前组负担的孔径角)和公式(其中

为后组负担的孔径角)可知，

值的增大，必然引起前组和后组分担的孔径角增大，最终引起与孔径有关的高级象差的增加，从而需要对系统复杂化以消除产生的高级象差。从上面的论述可以看到，投影镜头的焦距越短，同时需要较长的后截距时，其投影镜头的设计难度越大。例如中国专利CN2735365Y公开的一种由11片透镜组成的投影镜头，其后截距达到40.02mm。

综上所述，现有技术存在的不足是：都要求有一定的后截距，导致光学引擎结构复杂，增大镜头设计和加工难度，在焦距越短时，问题越突出。

发明内容：

本实用新型提供一种微显示投影镜头，以克服现有技术存在的投影镜头都要求有一定的后截距，镜头设计和加工难度加大，焦距越短时问题越突出的不足。

一种微显示投影镜头，包括镜筒和镜筒内同一光轴上设置的透镜，其特殊之处在于：在镜筒内若干个透镜中离物面光路最近的透镜的像面一侧的任意位置的光轴上设置有透明的棱镜。

上述透镜分为N组时，N-1个棱镜分别设置于透镜组之间。

上述透镜分为N组时，N个棱镜之间设置有透镜组。

上述棱镜的两个端面可以是球面、平面、非球面和/或自由曲面。

上述棱镜的两个端面是平面。易于加工，使用效果也最好。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、减小了镜头的后截距，基本上对后截距无要求：本实用新型的实现在于该棱镜是作为镜头的一部分进行设计，在采用该棱镜后，能够使得镜头的后截距小于10mm，最佳后截距为10mm。而传统投影镜头中后截距大于10mm，在后截距小于10mm就无法在镜头与投影芯片之间安装分光合色系统。

2、简化投影镜头设计，优化投影镜头结构：本实用新型的实现在于该棱镜是投影镜头的一部分，参与投影镜头的成像，在该棱镜去掉以后，投影镜头的物象关系将不存在。在传统投影镜头中，其镜头和投影芯片之间的合像系统去掉后，投影镜头的物象关系仍然存在，可以用于投影。本实用新型的棱镜具有分光合色的功能，这样可以在镜头中实现分光合色，使得光学引擎中不再需要单独的合像系统，从而对投影镜头的后截距没有特殊的要求。可以简化投影镜头的设计，优化投影镜头的结构，在使用相同的透镜数量时可以提高镜头的成像质量。

3、适用范围扩大，长、短焦距及变焦距投影镜头均可适用：本实用新型的实现在于采用该棱镜，可以实现在镜头的侧面进行光线的输入或者输出。传统的投影镜头只能够实现从投影镜头的物面或者像面端进行光线的输入和输出。因此无论是长焦距、短焦距还是变焦距投影镜头都可以采用本结构，本实用新型特别适用于在短焦距的投影镜头中采用。本实用新型主要适用于高清晰数字电视和数字多媒体投影机，同时也适用于其它投影成像系统中。

附图说明：

图1是常见三片式光学引擎的结构示意图；

图2是本实用新型棱镜的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2的结构示意图；

图5是本实用新型实施例3的结构示意图；

图6是本实用新型实施例4的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-光源，2-微显示芯片，3-第一透镜组，4-第一棱镜，5-第二透镜组，6-第二棱镜，7-第三透镜组，8-第三棱镜，9-合像系统，10-镜筒。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本实用新型做详细地说明。

参见图1，所示的一种微显示投影镜头在三片式光学引擎中的工作原理图。光源1产生高亮度、准直的线偏振光，进入由棱镜结构构成的具有分光合色功能的合像系统9，经过其中的棱镜结构进行分光，单色光入射到微显示成像芯片2上，通过调制后反射再次进入合像系统9的棱镜结构中，进行合色后通过投影镜头进行投影。该投影镜头中包括镜筒10和镜筒内同一光轴上设置的根据需要被分割成若干组的球面透镜。

参见图2，本实用新型中所采用棱镜为柱状结构，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、晶体或透明无机物制成，其厚度满足能够进行分光合色的要求即可采用。

本实用新型中所采用棱镜可以是一个或多个，所采用的棱镜独立完成或者合作完成分光合色功能即可。

具体的实现方案参见下面的实施例。

实施例1，参见图3。该投影镜头中包括镜筒10、微显示芯片2、由若干透镜构成的第一透镜组3和第二透镜组5，还包括厚度满足能够进行分光合色要求的透明的第一棱镜4，它被设置在镜筒10内离物面光路最近的第一透镜组3的像面一侧的光轴上，即被夹设在第一透镜组3和第二透镜组5之间。

在投影过程中，光源1发出的光线通过第一棱镜4的第一通光面进入投影镜头，光源1发出具有一定的会聚角的偏正光，会聚角与投影镜头中的光线透过第一棱镜4进入第一透镜组3的会聚角相同。光线经过第一棱镜4进行分光，透过第一棱镜4的第二通光面进入第一透镜组3，然后入射到微显示芯片2上，经过调制后沿原路返回，分别透过第一透镜组3和第一棱镜4的第二通光面，进入第一棱镜4进行合色，从而实现合像，最后通过第一棱镜4的第三通光面和第二透镜组5进行投影成像。

实施例2，参见图4。该投影镜头中包括镜筒10、微显示芯片2，由若干透镜随意分割而成的第一透镜组3、第二透镜组5和第三透镜组7，以及镜筒内离物面光路最近的第一透镜组3的像面一侧的光轴上设置的透明的第一棱镜4和第二棱镜6，第一棱镜4和第二棱镜6的厚度满足能够进行分光的要求，它们被分别设置于透镜组之间。

在投影过程中，光源1发出的光线通过第二棱镜6的第一通光面进入投影镜头，光源1发出具有一定的会聚角的偏正光，会聚角与投影镜头中光线透过第二棱镜6进入第二透镜组5的会聚角相同。光线经过第二棱镜6进行分光，分光后的光线先后透过第二棱镜6的第二通光面、第二透镜组5、第一棱镜4和第一透镜组3，入射到微显示芯片2上，经过调制后沿原路返回，经过第一透镜组3，通过第一棱镜4进行合色，从而实现合像，最后通过第二透镜组5、第二棱镜6和第三透镜组7进行投影成像。

实施例3，参见图5。该投影镜头中包括镜筒10、微显示芯片2，由若干透镜随意分割而成的第一透镜组3、第二透镜组5和第三透镜组7，以及镜筒内离物面光路最近的第一透镜组3的像面一侧的光轴上设置的透明的第一棱镜4、第二棱镜6和第三棱镜8，这些棱镜被分别设置于透镜组之间。

在投影过程中，光源1发出的光线通过棱镜4的第一通光面进入投影镜头，光源1发出具有一定的会聚角的偏正光，会聚角与投影镜头中光线透过第一棱镜4进入第一透镜组3的会聚角相同。光线经过第一棱镜4进行分光，分光后的光线透过棱镜4的第二通光面、第一透镜组3，入射到微显示芯片2上，经过调制后沿原路返回，经过第一透镜组3、第一棱镜4和第二透镜组5，再通过第二棱镜6进行第一次合色，透过第三透镜组7，第三棱镜8进行第二次合色，从而实现合像，最后通过和第三透镜组7进行投影成像。

实施例4，参见图6。该投影镜头中包括镜筒10、微显示芯片2、若干透镜构成的第一透镜组3，还包括厚度满足能够进行分光合色要求的第一棱镜4，它被设置在镜筒10内第一透镜组3中离物面光路最近的透镜的像面一侧的光轴上。

在投影过程中，光源1发出的光线通过第一棱镜4的第一通光面进行入投影镜头，光源1发出具有一定的会聚角的偏正光，会聚角与投影镜头中光线透过第一棱镜4进入第一透镜组3的会聚角相同。光线经过第一棱镜4进行分光，经过第一棱镜4的第二通光面和第一透镜组3，然后入射到微显示芯片2上，经过调制后沿原路返回，透过第一透镜组3，经过第一棱镜4进行合色后投影成像。

本实用新型投影镜头中的棱镜不仅具有分光合色的功能，同时参与投影镜头的成像，有利于整个光学系统的像差校正。本实用新型开拓思路，投影镜头中采用棱镜，利于像差校正，又能够用于分光合色，达到简化系统的目的。由于在投影镜头中实现了光学引擎所需的分光合色的合像功能，因此在投影镜头与芯片之间不需要加入分光器件，从而使得对投影镜头的后截距没有特殊要求，可以简化投影镜头的设计，优化投影镜头的结构，在使用相同的透镜数量时可以提高镜头的成像质量。

Claims (5)

1、一种微显示投影镜头，包括镜筒和镜筒内同一光轴上设置的透镜，其特征在于：在镜筒内若干个透镜中离物面光路最近的透镜的像面一侧的任意位置的光轴上设置有透明的棱镜。

2、如权利要求1所述的一种微显示投影镜头，其特征在于：所述透镜分为N组时，N-1个棱镜分别设置于透镜组之间。

3、如权利要求1所述的一种微显示投影镜头，其特征在于：所述透镜分为N组时，N个棱镜之间设置有透镜组。

4、如权利要求2或3所述的一种微显示投影镜头，其特征在于：所述棱镜的两个端面是球面、平面、非球面和/或自由曲面。

5、如权利要求4所述的一种微显示投影镜头，其特征在于：所述棱镜的两个端面是平面。

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