一种适用于DLP光固化3D打印的投影镜头的制作方法

一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头
技术领域
[0001]
本发明涉及透镜技术领域，尤其涉及一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头。


背景技术：

[0002]
dlp是“digital light procession”的缩写，即数字光处理。也就是把影像信号经过数字处理后光投影出来，是基于美国德州仪器公司开发的数字微镜元件——dmd来完成可视数字信息显示的技术。
[0003]
光固化(sla)是一种多见的3d打印过程，与传统的打印较为类似。就像调色剂堆积在纸张上一样，3d打印机可在一系列2d截面中堆积资料层，这么一层一层叠加起来，就能发生3d物体。在选用sla技术的情况下，材料是一种可用紫外线(uv)光源进行固化的树脂。当该树脂固化时，其单体能交联以创立一个聚合物链——该聚合物链可发生固体材料。
[0004]
当sla技术与dlp技术结合时，dmd会由uv光源点亮。然后dmd的像素被别离处理，图画被投影到树脂层，然后发生一系列截面，这些截面可组成3d物体。选用dlp技术能够带来多种优势，比方能用光学技能使来自dmd的各个像素成像，而不是让光源直接在树脂上成像，这么可优化分辨率和特征尺度。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的就在于提供一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头，本发明利用dlp技术的光固化3d打印具有以下优势：打印精度高，物体表面光滑；打印速度快。
[0006]
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]
一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头，包括沿光轴依次排列的具有正焦距的第一群组透镜、光阑、具有正焦距的第二群组透镜、振镜、棱镜、dmd窗口和成像面。
[0008]
优选地，所述第一群组透镜包括第一至第五透镜；所述第二群组透镜包括第六至第九透镜。
[0009]
优选地，所述第一透镜、第八透镜为玻璃非球面透镜，其他透镜均为玻璃球面透镜；所述第四透镜、第五透镜为胶合透镜。
[0010]
优选地，所述第一透镜、第二透镜、第六透镜为负的光焦度，所述第三透镜、胶合透镜(第四、第五透镜)、第七透镜、第八透镜、第九透镜为正的光焦度。
[0011]
优选的，所述非球面透镜面型的表达式为：
[0012][0013]
其中，z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，ρ表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，a
n
表示非球面高阶次数。
[0014]
优选地，光阑设置于胶合透镜和第六透镜之间。
[0015]
优选地，所有的透镜均为玻璃材料，所用玻璃材料的光学常数满足以下条件式：1.48＜n
d
＜1.9，20＜v
d
＜85，其中n
d
、v
d
分别为所用光学材料对d光的折射率和阿贝数。
[0016]
本发明的有益效果在于：
[0017]
本发明的一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头，具有照度均匀性好、成像分辨率高、超低畸变的特点，相对照度全视场高于0.99，且本镜头所选玻璃材质，均对405nm波段有良好的透过率。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]
图1为本申请镜头的光学结构图。
[0020]
图2为本申请镜头的各视场传递函数mtf图。
[0021]
图3为本申请镜头的点列图。
[0022]
图4为本申请镜头的场曲畸变图。
[0023]
图5为本申请镜头的相对照度图。
[0024]
图6为本申请镜头的垂轴色差图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0026]
在任一实施例中，如图1所示，本发明的一种适用于dlp光固化3d打印的投影镜头，包括沿光轴依次排列的具有正焦距的第一群组透镜、光阑、具有正焦距的第二群组透镜、振镜、棱镜、dmd窗口和成像面。其中第一群组透镜包括，第一透镜为玻璃非球面透镜，第二透镜为玻璃球面透镜，第三透镜为玻璃球面透镜，第四透镜为玻璃球面透镜，第五透镜为玻璃球面透镜，第四、第五透镜构成胶合透镜；其中第二群组透镜包括，第六玻璃球面透镜、第七球面玻璃透镜、第八玻璃非球面透镜，第九玻璃球面透镜；镜头使用镜片均为玻璃材质，能有效降低由于塑料镜片受热而导致的镜头跑焦的影响，该镜头具有照度均匀且成像质量高的特点。
[0027]
其中第一透镜为负的光焦度，第二透镜为负的光焦度，第三透镜为正的光焦度，第四透镜、第五透镜构成胶合透镜，为正的光焦度，第六透镜为负的光焦度，第七透镜为正的光焦度，第八透镜为正的光焦度，第九透镜为正的光焦度。
[0028]
本申请提供的一种镜头的具体参数如表1所示：
[0029]
表1本申请镜头的具体参数：
[0030][0031]
其中第一透镜和第八透镜是非球面，其非球面面型的表达式为：
[0032][0033]
其中，r为球面顶点处的曲率半径，k、a
n
为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。
[0034]
其中，第一透镜和第八透镜为非球面透镜，其非球面系数如表2。
[0035]
表2本申请非球面透镜的非球面系数：
[0036][0037]
本实施例使用0.66英寸的dmd芯片，像元尺寸为5.4μ，对应的设计分辨率为93lp/mm，有效焦距＝25.15mm，f/no.＝2.2。
[0038]
根据表1所述镜头参数，可得出如图1所示的镜头。图2为全视场mtf随空间频率变化的图像，mtf越接近衍射极限，表示成像质量越好，在93lp/mm空间频率下各个视场的传递函数mtf＞0.7，成像质量良好。图3为各个视场的点列图，镜头全视场rms均小于像元尺寸(5.4μ)，可以清晰成像。图4为镜头的场曲畸变图，左侧图为场曲随视场变化的图像，场曲在-0.05mm到0.05mm的范围内；右侧图为畸变随视场变化的图像，畸变控制在0.5％以内。图5为相对照度随视场变化的图像，相对照度指在一个视场下其照度与中心照度的比值，可以看出全视场下照度不小于0.99。图6为垂轴色差图像，由图像可得垂轴色差被控制在1.7μ以下，小于半个像元尺寸，垂轴色差控制良好。
[0039]
与现有技术相比，本申请具有以下特点：本申请所述镜头，分辨率高，成像质量高；照度均匀，全视场照度不小于0.99；具有畸变超低的特点；所选玻璃材质，均对405nm波段有良好的透过率。
[0040]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。