專利名稱：一種微顯示投影鏡頭的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于投影成像技術領域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭。
技術背景-
微顯示投影技術的主要光學架構是微顯示光學引擎，所說的光學引擎一般 包括光源、微顯示成像芯片、合像系統和投影鏡頭。其工作原理是利用微顯示 成像芯片來調制光源發射出來準備投影到屏幕上的光信號，即將光源分離成三 色分別加以控制，再將三色圖像合成要投影的圖像，然后利用投影鏡頭投影到 屏幕上。現有的微顯示光學引擎中，合像系統中包括棱鏡，它和投影鏡頭是相 互獨立的結構，微顯示成像芯片是投影鏡頭的物面，在物面和投影鏡頭之間有 合像系統，因此，在應用過程中需要投影鏡頭具有一定的后截距要求。
微顯示投影技術的關鍵就是投影鏡頭，特別是高清晰數字電視為適應進入 普通家庭的需要，其發展趨勢是大屏幕、超薄化，而投影鏡頭的投影距離是制 約實現大屏幕、超薄化的關鍵因素。為了減小投影空間，需要減小投影鏡頭的 投影距離，也就是需要設計和制造短焦距的投影鏡頭。更短焦距投影鏡頭的開 發是比較困難的，因為有大的視場角，鏡頭中色差和畸變等技術指標不容易達 到設計要求，在制造技術上實現也有相當大難度。
現有的投影鏡頭，無論是長焦距、短焦距還是變焦距投影鏡頭，其結構特 點均是在鏡筒內的同一光軸上設置有多個被分成若干組的球面透鏡，同時根 據焦距的長短，對后截距都有一定的要求。這是由于投影鏡頭中后截距和焦距 存在相互制約的關系。設投影鏡頭的結構總光焦度為1，設前組光焦度為"，
后組光焦度為， j是前后組之間的距離，/;是反遠距型鏡頭的后截距，/'反 遠距型鏡頭的焦距，乂為反遠距型物鏡的反遠距比，即丄=1。在高斯光學
成象中，存在乂=1-^^,的關系。在整個鏡頭長度要求合適的情況下，及前
組和后組之間距離"確定時，要增大^;,就必須增大仍值。再由公式";="(其
中";為前組負擔的孔徑角)和公式"，:-A、i-A(其中";i為后組負擔的孔徑角) 可知，A值的增大，必然引起前組和后組分擔的孔徑角增大，最終引起與孔徑 有關的高級象差的增加，從而需要對系統復雜化以消除產生的高級象差。從上 面的論述可以看到，投影鏡頭的焦距越短，同時需要較長的后截距時，其投影鏡
頭的設計難度越大。例如中國專利CN2735365Y公開的一種由11片透鏡組成的 投影鏡頭，其后截距達到40. 02mm。
綜上所述，現有技術存在的不足是都要求有一定的后截距，導致光學引 擎結構復雜，增大鏡頭設計和加工難度，在焦距越短時，問題越突出。 發明內容
本實用新型提供一種微顯示投影鏡頭，以克服現有技術存在的投影鏡頭都 要求有一定的后截距，鏡頭設計和加工難度加大，焦距越短時問題越突出的不 足。
一種微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內同一光軸上設置的透鏡，其特殊 之處在于在鏡筒內若干個透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側的任意位 置的光軸上設置有透明的棱鏡。
上述透鏡分為N組時，N-1個棱鏡分別設置于透鏡組之間。 上述透鏡分為N組時，N個棱鏡之間設置有透鏡組。 上述棱鏡的兩個端面可以是球面、平面、非球面和/或自由曲面。 上述棱鏡的兩個端面是平面。易于加工，使用效果也最好。 與現有技術相比，本實用新型的優點是
1、減小了鏡頭的后截距，基本上對后截距無要求本實用新型的實現在于 該棱鏡是作為鏡頭的一部分進行設計，在采用該棱鏡后，能夠使得鏡頭的后截
距小于lOmm，最佳后截距為IO咖。而傳統投影鏡頭中后截距大于10mm，在后
截距小于10mm就無法在鏡頭與投影芯片之間安裝分光合色系統。
2、 簡化投影鏡頭設計，優化投影鏡頭結構本實用新型的實現在于該棱鏡
是投影鏡頭的一部分，參與投影鏡頭的成像，在該棱鏡去掉以后，投影鏡頭的 物象關系將不存在。在傳統投影鏡頭中，其鏡頭和投影芯片之間的合像系統去 掉后，投影鏡頭的物象關系仍然存在，可以用于投影。本實用新型的棱鏡具有 分光合色的功能，這樣可以在鏡頭中實現分光合色，使得光學引擎中不再需要 單獨的合像系統，從而對投影鏡頭的后截距沒有特殊的要求。可以簡化投影鏡 頭的設計，優化投影鏡頭的結構，在使用相同的透鏡數量時可以提高鏡頭的成
3、 適用范圍擴大，長、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用本實用新型的
實現在于采用該棱鏡，可以實現在鏡頭的側面進行光線的輸入或者輸出。傳統 的投影鏡頭只能夠實現從投影鏡頭的物面或者像面端進行光線的輸入和輸出。 因此無論是長焦距、短焦距還是變焦距投影鏡頭都可以采用本結構，本實用新 型特別適用于在短焦距的投影鏡頭中采用。本實用新型主要適用于高清晰數字 電視和數字多媒體投影機，同時也適用于其它投影成像系統中。
圖1是常見三片式光學引擎的結構示意圖； 圖2是本實用新型棱鏡的結構示意圖； 圖3是本實用新型實施例1的結構示意圖； 圖4是本實用新型實施例2的結構示意圖； 圖5是本實用新型實施例3的結構示意圖； 圖6是本實用新型實施例4的結構示意圖。 附圖標記說明如下
1-光源，2-微顯示芯片，3-第一透鏡組，4-第一棱鏡，5-第二透鏡組，6-第二棱鏡，7-第三透鏡組，8-第三棱鏡,9-合像系統，10-鏡筒。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本實用新型做詳細地說明。
參見圖1，所示的一種微顯示投影鏡頭在三片式光學引擎中的工作原理圖。 光源l產生高亮度、準直的線偏振光，進入由棱鏡結構構成的具有分光合色功 能的合像系統9，經過其中的棱鏡結構進行分光，單色光入射到微顯示成像芯 片2上，通過調制后反射再次進入合像系統9的棱鏡結構中，進行合色后通過 投影鏡頭進行投影。該投影鏡頭中包括鏡筒10和鏡筒內同一光軸上設置的根據 需要被分割成若干組的球面透鏡。
參見圖2，本實用新型中所采用棱鏡為柱狀結構，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、晶體或透 明無機物制成，其厚度滿足能夠進行分光合色的要求即可采用。
本實用新型中所采用棱鏡可以是一個或多個，所采用的棱鏡獨立完成或者 合作完成分光合色功能即可。
具體的實現方案參見下面的實施例。
實施例1，參見圖3。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2、由若干 透鏡構成的第一透鏡組3和第二透鏡組5，還包括厚度滿足能夠進行分光合色 要求的透明的第一棱鏡4，它被設置在鏡筒10內離物面光路最近的第一透鏡組 3的像面--側的光軸上，即被夾設在第一透鏡組3和第二透鏡組5之間。
在投影過程中，光源1發出的光線通過第一棱鏡4的第一通光面進入投影 鏡頭，光源l發出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中的光線透 過第一棱鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經過第一棱鏡4進行分光， 透過第一棱鏡4的第二通光面進入第一透鏡組3，然后入射到微顯示芯片2上， 經過調制后沿原路返回，分別透過第一透鏡組3和第一棱鏡4的第二通光面， 進入第一棱鏡4進行合色，從而實現合像，最后通過第一棱鏡4的第三通光面 和第二透鏡組5進行投影成像。
實施例2，參見圖4。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2，由若干 透鏡隨意分割而成的第一透鏡組3、第二透鏡組5和第三透鏡組7，以及鏡筒內
離物面光路最近的第一透鏡組3的像面一側的光軸上設置的透明的第一棱鏡4
和第二棱鏡6,第一棱鏡4和第二棱鏡6的厚度滿足能夠進行分光的要求，它
們被分別設置于透鏡組之間。
在投影過程中，光源1發出的光線通過第二棱鏡6的第一通光面進入投影
鏡頭，光源l發出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透過
第二棱鏡6進入第二透鏡組5的會聚角相同。光線經過第二棱鏡6進行分光， 分光后的光線先后透過第二棱鏡6的第二通光面、第二透鏡組5、第一棱鏡4 和第一透鏡組3，入射到微顯示芯片2上，經過調制后沿原路返回，經過第一 透鏡組3，通過第一棱鏡4進行合色，從而實現合像，最后通過第二透鏡組5、 第二棱鏡6和第三透鏡組7進行投影成像。
實施例3，參見圖5。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2，由若干 透鏡隨意分割而成的第一透鏡組3、第二透鏡組5和第三透鏡組7，以及鏡筒內 離物面光路最近的第一透鏡組3的像面一側的光軸上設置的透明的第一棱鏡4、 第二棱鏡6和第三棱鏡8，這些棱鏡被分別設置于透鏡組之間。
在投影過程中，光源1發出的光線通過棱鏡4的第一通光面進入投影鏡頭， 光源1發出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透過第一棱 鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經過第一棱鏡4進行分光，分光后 的光線透過棱鏡4的第二通光面、第一透鏡組3，入射到微顯示芯片2上，經 過調制后沿原路返回，經過第一透鏡組3、第一棱鏡4和第二透鏡組5，再通過 第二棱鏡6進行第一次合色，透過第三透鏡組7，第三棱鏡8進行第二次合色， 從而實現合像，最后通過和第三透鏡組7進行投影成像。
實施例4，參見圖6。該投影鏡頭中包括鏡筒10、微顯示芯片2、若干透 鏡構成的第一透鏡組3，還包括厚度滿足能夠進行分光合色要求的第一棱鏡4， 它被設置在鏡筒10內第一透鏡組3中離物面光路最近的透鏡的像面一側的光軸 上。
在投影過程中，光源1發出的光線通過第一棱鏡4的第一通光面進行入投
影鏡頭，光源l發出具有一定的會聚角的偏正光，會聚角與投影鏡頭中光線透 過第一棱鏡4進入第一透鏡組3的會聚角相同。光線經過第一棱鏡4進行分光，
經過第一棱鏡4的第二通光面和第一透鏡組3,然后入射到微顯示芯片2上，經 過調制后沿原路返回，透過第一透鏡組3，經過第一棱鏡4進行合色后投影成像。 本實用新型投影鏡頭中的棱鏡不僅具有分光合色的功能，同時參與投影鏡 頭的成像，有利于整個光學系統的像差校正。本實用新型開拓思路，投影鏡頭 中采用棱鏡，利于像差校正，又能夠用于分光合色，達到簡化系統的目的。由 于在投影鏡頭中實現了光學引擎所需的分光合色的合像功能，因此在投影鏡頭 與芯片之間不需要加入分光器件，從而使得對投影鏡頭的后截距沒有特殊要求， 可以簡化投影鏡頭的設計，優化投影鏡頭的結構，在使用相同的透鏡數量時可 以提高鏡頭的成像質量。
權利要求1、一種微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內同一光軸上設置的透鏡，其特征在于在鏡筒內若干個透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側的任意位置的光軸上設置有透明的棱鏡。
2、 如權利要求l所述的一種微顯示投影鏡頭，其特征在于所述透鏡分為 N組時，N-1個棱鏡分別設置于透鏡組之間。
3、 如權利要求1所述的一種微顯示投影鏡頭，其特征在于所述透鏡分為N組時，N個棱鏡之間設置有透鏡組。
4、 如權利要求2或3所述的一種微顯示投影鏡頭，其特征在于所述棱鏡的兩個端面是球面、平面、非球面和/或自由曲面。
5、 如權利要求4所述的一種微顯示投影鏡頭，其特征在于所述棱鏡的兩個端面是平面。
專利摘要本實用新型屬于投影成像技術領域，具體涉及一種微顯示投影鏡頭。本實用新型為克服現有技術存在的投影鏡頭都要求有一定的后截距，鏡頭設計和加工難度加大，焦距越短時問題越突出的不足，現提出的技術方案是一種微顯示投影鏡頭，包括鏡筒和鏡筒內同一光軸上設置的透鏡，其特殊之處在于在鏡筒內若干個透鏡中離物面光路最近的透鏡的像面一側的任意位置的光軸上設置有透明的棱鏡。與現有技術相比，本實用新型的優點是1.減小了鏡頭的后截距，基本上對后截距無要求；2.簡化投影鏡頭設計，優化投影鏡頭結構；3.適用范圍擴大，長、短焦距及變焦距投影鏡頭均可適用。
文檔編號G02B13/00GK201203695SQ200820029430
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月24日 優先權日2008年6月24日
發明者謙 彌, 杭凌俠, 郭忠達, 陽志強 申請人:西安工業大學