一种用于投影照明光路的中继透镜组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于投影照明光路的中继透镜组件，包括导光棒、显示芯片、依次设于导光棒与显示芯片之间的中继透镜组和棱镜，其特征在于，所述中继透镜组包括依次设置的分别具有至少一个透镜的中继前组透镜和中继后组透镜，所述光源经导光棒形成光斑，所述光斑经过所述中继前组透镜与所述中继后组透镜形成会聚光束，再经过棱镜放大成像至显示芯片上。本实用新型通过对显示芯片以及中继透镜组进行优化，使得光路中的斜光束损失大大减少，提升了系统光的利用率。
【专利说明】—种用于投影照明光路的中继透镜组件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及中继透镜组件，尤其涉及一种用在投影照明光路中的中继透镜组件。
【背景技术】
[0002]微投影发展已有多年了，现在已从教育和专业投影产品的领域，朝向个人消费、家庭娱乐及小型会务等应用领域的延伸，微投影在价廉、小尺寸、节能及功能集成等方面显现了极大的市场潜力。
[0003]传统的投影系统采用高压汞灯以及金属卤化物灯为照明光源，由于光源发光面小，其发出的光束很容易做到平行或者会聚，若把光束做到平行的话，我们一般采用复眼镜来做光的整形和均匀化，而若把光束做到会聚的，就采用导光棒来实现光的整形和均匀化。但是，高压汞灯以及金属卤化物灯都不能满足现在环保节能的发展要求，因此，以发光二级管为光源的技术路线是微投影走向技术升级和占据市场规模的核心内容之一，与传统的照明装置相比，因微投影显示芯片的尺寸相对较小而光源发光面积又相对较大，在投影系统的照明光路的设计中，在光的利用率方面面临更大的挑战。
[0004]无论是采用复眼镜还是采用导光棒作为照明匀光装置，当光源的发光面积相对显示芯片的尺寸较大时，系统的光效率和光学指标都较低，对采用复眼镜的平行光路而言，斜光束的成分很多，这样一来，在复眼镜的落在显示芯片上的会聚焦面的主光斑以外的地方会产生很多偏轴的次级光斑，这些次级光斑不能参与成像，同时又会形成杂光，降低系统的对比度；对采用导光棒的会聚光束来说，光源面积的增加，带来了会聚光斑尺寸的变大，而会聚光斑尺寸的变大势必会增加导光棒的口径，导光棒口径的增加会降低导光棒经过中继透镜后成像在芯片上的光斑尺寸的垂轴放大率，或者是在会聚到显示芯片上的光斑尺寸与显示芯片尺寸匹配的前提下，增加照明光束的孔径角，导致大量的斜光进入不了投影镜头而参与成像。
[0005]因此，如何提供一种光利用率高的采用发光二级管为光源的中继透镜组件是业界亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型为了解决上述现有技术中存在的技术问题，提出一种用于投影照明光路的中继透镜组件，包括导光棒、显示芯片、依次设于导光棒与显示芯片之间的中继透镜组和棱镜，所述中继透镜组包括依次设置的包含至少一个透镜的中继前组透镜和包含至少一个透镜的中继后组透镜，所述中继前组透镜与中继后组透镜的中心间距大于中继后组透镜的平均直径，所述光源经导光棒形成光斑，所述光斑经过中继前组透镜与中继后组透镜后形成会聚光束，再经过棱镜后成像至显示芯片上。
[0007]在一实施例中，所述显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件；所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.37倍；所述中继前组透镜采用玻璃材料制成，包括光焦度为0.041、阿贝数为64.1的平凸镜，和光焦度为0.033、阿贝数为64.1的第一双凸镜，所述平凸镜的平面朝向所述导光棒，所述第一双凸镜的凸面均为球面；所述中继后组透镜采用塑胶材料制成，包括一光焦度为0.056、阿贝数为56.1的第二双凸镜，所述第二双凸镜的凸面均为非球面。
[0008]在另一实施例中，所述显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件；所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.41倍；所述中继前组透镜由两片透镜组成，均采用玻璃材料，其中包括光焦度为0.041、阿贝数为64.1的平凸镜，和光焦度为0.032、阿贝数为64.1的双凸镜，所述平凸镜的平面朝向所述导光棒，所述平凸镜和所述双凸镜的凸面均为球面；所述中继后组透镜也由两片透镜组成，均采用玻璃材料，其中包括一光焦度为0.022、阿贝数为64.1的第一平凸镜，和光焦度为0.029、阿贝数为64.1的第二平凸镜，所述第一平凸镜的平面朝向所述中继前组透镜，所述第二平凸镜的平面朝向棱镜，所述第一平凸镜和所述第二平凸镜的凸面均为球面。
[0009]在其他实施例中，显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件；所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.46倍；所述中继前组透镜采用塑胶材料制成，包括光焦度为0.073、阿贝数为56.1的第一双凸镜，所述第一双凸镜的凸面均为非球面；所述中继后组透镜也采用塑胶材料制成，包括一光焦度为0.049、阿贝数为56.1的第二双凸镜，所述第二双凸镜的两个凸面为镜像对称的非球面。
[0010]在上述实施例中，中继前组透镜与中继后组透镜之间还可以设置一可用于改变光束角度的反光镜。此外，当所述中继前组透镜和所述中继后组透镜分别采用一个透镜时，所述中继前组透镜与导光棒出光面的中心距离是中继后组透镜与棱镜沿光轴的中心距离的2倍。
[0011]本实用新型在导光棒与显示芯片之间采用中继透镜组进行优化，来最大限度的减少斜光束的损失，提升系统光的利用率。本实用新型在照明光斑与显示芯片尺寸方面进行了很好的匹配，成像光斑的均匀性好，边沿变形小。本实用新型还为中继透镜组设计了适当的放大倍率，使照明光束孔径角与投影镜头数字孔径角相匹配。中继透镜组中的透镜可以采用塑胶材料和/或玻璃材料混合使用，提高量产工艺性和降低成本，中继透镜组采用中继前组透镜和中继后组透镜的两组分离结构，便于中间安放反光镜，压缩系统尺寸空间。相对全反射式棱镜截面垂直中心轴来说，全反射式棱镜的光线入射角与出射角是相等的，这种对称设计能实现最小偏转角。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的第一实施例；
[0013]图2为本实用新型的第二实施例；
[0014]图3为本实用新型的第三实施例；
[0015]图4为本实用新型的第四实施例；
[0016]图5为本实用新型的第五实施例；
[0017]图6为本实用新型的第六实施例。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的各个实施例进行详细的说明。
[0019]图1是本实用新型的第一实施例，该实施例中，用于投影照明光路的中继透镜组件包括导光棒、显示芯片、依次设于导光棒与显示芯片之间的中继透镜组和棱镜，中继透镜组包括依次设置的中继前组透镜和中继后组透镜，中继前组透镜和中继后组透镜中所包含的透镜数量不限，中继前组透镜或中继后组透镜可以包含1枚透镜，或者2枚，或者2枚以上等，光源会经过导光棒形成光斑，然后光斑经过中继前组透镜与中继后组透镜形成会聚光束，再经过棱镜放大成像至显示芯片上。
[0020]在本实施例中，中继前组透镜与中继后组透镜的中心间距要大于中继后组透镜的平均直径，例如，当中继前组透镜与中继后组透镜分别只有1枚透镜时，中心间距指的是两枚透镜相对的弧面的中点之间的距离，也就是如图1所示的距离7e，当中继前组透镜与中继后组透镜分别包含了 2枚或者2枚以上的透镜时，中心间距指的是中继前组透镜与中继后组透镜中相邻的那两枚透镜的中心间距，即中继前组透镜距离中继后组透镜最近的一枚透镜，与中继后组透镜离中继前组透镜最近的一枚透镜。本实施例中，中继前组透镜与中继后组透镜的中心间距要大于中继后组透镜的平均直径。
[0021]图2是本实用新型的第二实施例，该实施例中，从导光棒5的出光口 5a出射的光斑，经过中继透镜放大，透过棱镜3后成像在显示芯片4上。作为一个应用于采用0.45英寸的数字微镜显示器件为显示芯片的实施例，中继透镜组的近轴放大倍率为1.37倍，中继透镜组由三片透镜构成，其中中继前组透镜由两片透镜组成，包含采用玻璃材料制成的平凸镜la，该平凸镜la的光焦度0.041，阿贝数64.1，且平凸镜la的平面位于靠近导光棒5的一侧，平凸镜la的凸面为球面；中继前组透镜还包括采用玻璃材料制成的第一双凸镜lb，第一双凸镜lb的光焦度0.033，阿贝数64.1，第一双凸镜lb的两个凸面均为球面。中继后组透镜包括采用塑胶材料制成的第二双凸镜2a，第二双凸镜2a的光焦度0.056，阿贝数56.1,且第二双凸镜2a的两个凸面均为非球面。
[0022]图3是本实用新型的第三实施例，在该实施例中，从导光棒5的出光口 5a出射的光斑，经过中继透镜组会聚，透过棱镜3后成像在显示芯片4上，作为一个应用于采用0.45英寸的数字微镜显示器件为显示芯片的实施例，中继透镜组的近轴放大倍率为1.41倍。在该实施例中，中继透镜组由四片透镜构成，其中中继前组透镜包括2片透镜，中继后组透镜也包括2片透镜，中继前组透镜包括采用玻璃材料制成的第一平凸镜lc，第一平凸镜lc的光焦度为0.041，阿贝数为64.1，第一平凸镜lc的凸面为球面，其平面位于靠近导光棒5的一侧；中继前组透镜还包括采用玻璃材料制成的双凸镜1山光焦度0.032，阿贝数64.1，双凸镜Id的两凸面均为球面；中继后组透镜包括采用玻璃材料制成的第二平凸镜2b，第二平凸镜2b的光焦度为0.022，阿贝数为64.1，第二平凸镜2b的平面朝向双凸镜ld，且第二平凸镜2b的凸面为球面；中继后组透镜还包括采用玻璃制成的第三平凸镜2c，第三平凸镜2c的光焦度为0.029，阿贝数为64.1，第三平凸镜2c的平面朝向棱镜3，凸面为球面。
[0023]图4是本实用新型的第四实施例，从导光棒5的出光口 5a出射的光斑，经过中继透镜放大，透过棱镜3后成像在显示芯片4上，作为一个应用于采用0.45英寸的数字微镜显示器件为显示芯片的实施例，中继前组透镜为一采用塑胶材料制成的、光焦度为0.073、阿贝数为56.1的第一双凸镜le，第一双凸镜le的两凸面均为非球面；中继后组透镜为一采用塑胶材料制成的、光焦度为0.049、阿贝数为56.1的第二双凸镜2d，第二双凸镜2d的两凸面均为非球面，所述两非球面的面形彼此镜像。
[0024]本实用新型还可以有多个变形，本领域内的技术人员基于本实用新型的构思，所演变的这些变形都应纳入本实用新型的保护范围内。例如，如图5所示，中继前组透镜1与导光棒5的出光口 5a的中心间距为7a，中继后组透镜2与棱镜3沿光轴的中心间距为7b，两个间距应满足7a=2*7b。再如图6所示，中继前组透镜和中继后组透镜之间可放置一反光镜来改变光路的方向，反光镜可与中继前组透镜或中继后组透镜的光轴呈45°摆放，使得光束改变90度传播。
[0025]对本领域的技术人员来说，可根据本实用新型描述的技术方案以及构思，做出其他各种各样相应的改变以及形变，而所有这些改变以及形变都应属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于投影照明光路的中继透镜组件，包括导光棒、显示芯片、依次设于导光棒与显示芯片之间的中继透镜组和棱镜，其特征在于，所述中继透镜组包括依次设置的分别具有至少一个透镜的中继前组透镜和中继后组透镜，所述光源经导光棒形成光斑，所述光斑经过所述中继前组透镜与所述中继后组透镜形成会聚光束，再经过棱镜放大成像至显示芯片上。
2.如权利要求1所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述中继前组透镜与所述中继后组透镜的中心间距大于所述中继后组透镜的平均直径。
3.如权利要求1所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件； 所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.37倍； 所述中继前组透镜采用玻璃为材料，包括光焦度为0.041、阿贝数为64.1的平凸镜和光焦度为0.033、阿贝数为64.1的第一双凸镜，所述平凸镜的平面朝向所述导光棒，所述第一双凸镜的凸面均为球面； 所述中继后组透镜采用塑胶为材料，包括光焦度为0.056、阿贝数为56.1的第二双凸镜，所述第二双凸镜的两个凸面均为非球面。
4.如权利要求1所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件； 所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.41倍； 所述中继前组透镜包括均采用玻璃材料制成的第一平凸镜和双凸镜，所述第一平凸镜的光焦度为0.041，阿贝数为64.1，所述第一平凸镜的凸面为球面，平面位于靠近导光棒的一侧；所述双凸镜的光焦度0.032，阿贝数64.1，所述双凸镜的两凸面均为球面； 所述中继后组透镜包括均采用玻璃材料制成的第二平凸镜和第三平凸镜，所述第二平凸镜的光焦度为0.022，阿贝数为64.1，所述第二平凸镜的凸面为球面，平面朝向所述双凸镜；所述第三平凸镜的光焦度为0.029，阿贝数为64.1，所述第三平凸镜的凸面为球面，平面朝向棱镜。
5.如权利要求1所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述显示芯片为0.45英寸的数字微镜显示器件； 所述中继透镜组的近轴放大倍率为1.46倍； 所述中继前组透镜为一采用塑胶材料制成的、光焦度为0.073、阿贝数为56.1的第一双凸镜，所述第一双凸镜的两凸面均为非球面；所述中继后组透镜为一采用塑胶材料制成的、光焦度为0.049、阿贝数为56.1的第二双凸镜，所述第二双凸镜的两个凸面为镜像对称的非球面。
6.如权利要求2所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述中继前组透镜与所述中继后组透镜之间设有一可用于改变会聚光束传播方向的反光镜。
7.如权利要求1所述的用于投影照明光路的中继透镜组件，其特征在于，所述中继前组透镜与所述导光棒出光面的中心距离是所述中继后组透镜与所述棱镜沿光轴方向的中心距离的2倍。
【文档编号】G03B21/20GK204086786SQ201420438676
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】张建平 申请人:深圳市玛卡光电科技有限公司