CN102590985A - 一种高分辩率广角投影镜头及投影仪 - Google Patents

一种高分辩率广角投影镜头及投影仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分辩率广角投影镜头以及投影仪。该投影镜头焦距投射比例小于0.6，包括：沿第一方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组；同时，本发明涉及一种高分辨率广角投影仪，其中投影仪包括被投影芯片和高分辩率广角投影镜头，以第一方向为参考，被投影芯片设置于第三透镜组前面。通过上述结构，可以校正投影镜头及投影仪的色差，提高对比度和均匀性。

Description

一种高分辩率广角投影镜头及投影仪
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及高分辩率广角投影镜头及投影仪。
背景技术
目前普遍使用的投影镜头的焦距较大，视场角较小，视场角一般小于60度，因此投射比例(Throw Ratio)较大，投射比例一般大于2。在投影镜头的实际应用中，在投射距离为1米时，投射图象小于50英寸，不能很好地满足在较小空间投射较大图象的要求。
现在虽然有个别型号的投影镜头投射比例小于1，但由于对比度和清晰度较差，色差较大或者存在视觉(TV)畸变，也不能很好地满足市场的需求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高分辩率广角投影镜头及投影仪，能够实现校正色差、提高对比度和均匀性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高分辩率广角投影镜头，其焦距投射比例小于0.6，并且包括：沿第一方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组。
其中，镜头包括以第一方向为参考而设置于第三透镜组前面的棱镜组合。
其中，第一透镜组包括沿第一方向依次设置的第一凸凹负透镜、凸凹非球面镜以及第二凸凹负透镜，或沿第一方向依次设置的第一凸凹负透镜、凸凹非球面镜以及第一双凹负透镜。
其中，第一透镜组焦距为F1，F1介于-13毫米与-12毫米之间；第一凸凹负透镜焦距为F1-1，F1-1介于-120毫米与-110毫米之间；凸凹非球面镜焦距为F1-2，F1-2介于-55毫米与-45毫米之间；第二凸凹负透镜或第一双凹负透镜焦距为F1-3，F1-3介于-40毫米与-30毫米之间，凸凹非球面镜的材料为有机玻璃，第一凸凹负透镜材料的折射率为n1-1，n1-1介于1.48与1.62之间；第二凸凹负透镜或第一双凹负透镜材料的折射率为n1-3，n1-3介于1.6与1.7之间。
其中，第二透镜组包括沿第一方向依次设置的第三凸凹负透镜、第一双凸正透镜以及第二双凸正透镜。
其中，第二透镜组焦距为F2，F2介于30毫米与40毫米之间；第三凸凹负透镜焦距为F2-1，F2-1介于75毫米与85毫米之间；第一双凸正透镜焦距为F2-2，F2-2介于75毫米与85毫米之间；第二双凸正透镜焦距为F2-3，F2-3介于60毫米与80毫米之间，第三凸凹负透镜材料的折射率为n2-1，n2-1介于1.8与1.85之间；第一双凸正透镜材料的折射率为n2-2，n2-2介于1.75与1.81之间；第二双凸正透镜材料的折射率为n2-3，n2-3介于1.6与1.66之间，第三凸凹负透镜与第一双凸正透镜为胶合或双分离组合。
其中，第三透镜组包括沿第一方向依次设置的第三双凸正透镜、第四凹凸负透镜、第二双凹负透镜、第四双凸正透镜、第五双凸正透镜、第六双凸正透镜以及第七双凸正透镜，或沿第一方向依次设置的第三双凸正透镜、第四凹凸负透镜、第二双凹负透镜、第四双凸正透镜、第五凹凸正透镜、第六双凸正透镜以及第七双凸正透镜。
其中，第三透镜组焦距为F3，F3介于40毫米与50毫米之间；第三双凸正透镜焦距为F3-1，F3-1介于-300毫米与-200毫米之间；第四凹凸负透镜焦距为F3-2，F3-2介于-300毫米与-200毫米之间；第二双凹负透镜焦距为F3-3，F3-3介于-100毫米与-80毫米之间；第四双凸正透镜焦距为F3-4，F3-4介于-100毫米与-80毫米之间；第五双凸正透镜或第五凹凸正透镜焦距为F3-5，F3-5介于140毫米与160毫米之间；第六双凸正透镜焦距为F3-6，F3-6介于85毫米与110毫米之间；第七双凸正透镜焦距为F3-7，F3-7介于35毫米与45毫米之间，第三双凸正透镜材料的折射率为n3-1，n3-1介于1.48与-1.52之间；第四凹凸负透镜材料的折射率为n3-2，n3-2介于1.8与1.85之间；第二双凹负透镜材料的折射率为n3-3，n3-3介于1.8与1.85之间；第四双凸正透镜材料的折射率为n3-4，n3-4介于1.48与1.52之间；第五双凸正透镜或第五凹凸正透镜材料的折射率为n3-5，n3-5介于1.48与1.52之间；第六双凸正透镜材料的折射率为n3-6，n3-6介于1.48与1.52之间；第七双凸正透镜材料的折射率为n3-7，n3-7介于1.8与1.85之间，第三双凸正透镜、第四凹凸负透镜、第二双凹负透镜和第四双凸正透镜为胶合组合。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高分辩率广角投影仪，包括被投影芯片和的高分辩率广角投影镜头，以第一方向为参考，被投影芯片设置于第三透镜组前面。
其中，投影仪包括位于第三透镜组和被投影芯片之间的棱镜组合。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组分别进行色差校正，可以实现更好地校正投影镜头的色差。并且，利用光阑和第三透镜组可以实现象方远心设计，可以提高投影镜头的对比度和均匀性。本发明与现有技术相比，能够校正投影镜头的色差，提高投影镜头的对比度和均匀性，满足了投影镜头的市场需求。
附图说明
图1是本发明高分辩率广角投影镜头一实施例的结构示意图；
图2是本发明高分辩率广角投影仪一实施例的结构示意图；
图3是本发明高分辩率广角投影仪一实施例的光路轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，本发明高分辨率投影仪一实施例包括：沿第一方向依次设置的第一透镜组11、第二透镜组12、光阑13以及第三透镜组14。第一透镜组11、第二透镜组12、以及第三透镜组14间隔设置，光阑13位于第二透镜组12与第三透镜组14之间。
在实际过程中，可以在沿第一方向，前后移动第一透镜组11实现调焦，也可以在沿第一方向，前后移动第二透镜组12实现调焦。
其中，设置光阑13可以实现象方远心光路设计，也可以提高对比度和均匀性。此外，第一透镜组11、第二透镜组12和第三透镜组14能够分别进行色差校正。
镜头包括以第一方向为参考而设置于第三透镜组前面的棱镜组合15，棱镜组合15可以为热红外光谱棱镜(TIR)、偏振分光棱镜(PBS)或多棱镜(X棱镜)。
以第一方向为参考，被投影芯片16设置于第三透镜组14前面，被投影芯片16可以为数字光处理显示器(DLP)、硅基液晶显示器(LCOS)或液晶显示器(LCD)。根据不同的照明系统和不同的被投影芯片可以选择不同的棱镜组合15或者取消棱镜组合15。
根据照明系统的不同，在被投影芯片16为数字光处理显示器时，棱镜组合15选择热红外光谱棱镜；在被投影芯片16为硅基液晶显示器时，棱镜组合15选择偏振分光棱镜；在被投影芯片16为液晶显示器时，棱镜组合15选择多棱镜。另外根据不同的照明应用，也可以选择取消棱镜组合15。
参阅图2，第一透镜组11沿第一方向依次设置第一凸凹负透镜21、凸凹非球面镜22、第一双凹负透镜23。第一凸凹负透镜21、凸凹非球面镜22、第一双凹负透镜23均为负性透镜。第一双凹负透镜23可以被第二凸凹负透镜所代替。凸凹非球面镜22的材料为有机玻璃。通过前后移动第一透镜组11可以实现调焦的目的。
凸凹非球面镜22可以校正TV畸变；此外，第一透镜组11通过沿第一方向依次设置的第一凸凹负透镜21、凸凹非球面镜22、第一双凹负透镜23可以实现校正色差。
第一透镜组11焦距为F1，F1介于-13毫米与-12毫米之间；第一凸凹负透镜21焦距为F1-1，F1-1介于-120毫米与-110毫米之间；凸凹非球面镜22焦距为F1-2，F1-2介于-55毫米与-45毫米之间；第一双凹负透镜23焦距为F1-3，F1-3介于-40毫米与-30毫米之间，第一凸凹负透镜21材料的折射率为n1-1，n1-1介于1.48与1.62之间；第一双凹负透镜23材料的折射率为n1-3，n1-3介于1.6与1.7之间。
第二透镜组12沿第一方向依次设置第三凸凹负透镜31、第一双凸正透镜32以及第二双凸正透镜33。第三凸凹负透镜31与第一双凸正透镜32可以为胶合组合也可以为双分离组合。第三凸凹负透镜31、第一双凸正透镜32以及第二双凸正透镜33均为正性透镜。其中，前后移动第二透镜组12可以实现内调焦的目的。
第二透镜组12通过沿第一方向依次设置第三凸凹负透镜31、第一双凸正透镜32以及第二双凸正透镜33可以实现色差校正。
第二透镜组12焦距为F2，F2介于30毫米与40毫米之间；第三凸凹负透镜31焦距为F2-1，F2-1介于75毫米与85毫米之间；第一双凸正透镜32焦距为F2-2，F2-2介于75毫米与85毫米之间；第二双凸正透镜33焦距为F2-3，F2-3介于60毫米与80毫米之间，第三凸凹负透镜31材料的折射率为n2-1，n2-1介于1.8与1.85之间；第一双凸正透镜32材料的折射率为n2-2，n2-2介于1.75与1.81之间；第二双凸正透镜33材料的折射率为n2-3，n2-3介于1.6与1.66之间，第三凸凹负透镜31与第一双凸正透镜21为胶合或双分离组合。
第三透镜组14沿第一方向依次设置第三双凸正透镜41、第四凹凸负透镜42、第二双凹负透镜43、第四双凸正透镜44、第五凹凸正透镜45、第六双凸正透镜46以及第七双凸正透镜47。所述第五凹凸正透镜45可以被第五双凸正透镜所代替；所述第三双凸正透镜41、所述第四凹凸负透镜42、所述第二双凹负透镜43和第四双凸正透镜44均为负性透镜且为胶合组合；第五凹凸正透镜45，第六双凸正透镜46，第七双凸正透镜47均为正性透镜。
第三透镜组14可以校正色差，第三透镜组14与光阑13组成象方远心设计，可以提高对比度和均匀性。
第三透镜组14焦距为F3，F3介于40毫米与50毫米之间；第三双凸正透镜41焦距为F3-1，F3-1介于-300毫米与-200毫米之间；第四凹凸负透镜42焦距为F3-2，F3-2介于-300毫米与-200毫米之间；第二双凹负透镜43焦距为F3-3，F3-3介于-100毫米与-80毫米之间；第四双凸正透镜44焦距为F3-4，F3-4介于-100毫米与-80毫米之间；第五凹凸正透镜45焦距为F3-5，F3-5介于140毫米与160毫米之间；第六双凸正透镜46焦距为F3-6，F3-6介于85毫米与110毫米之间；第七双凸正透镜47焦距为F3-7，F3-7介于35毫米与45毫米之间，第三双凸正透镜41材料的折射率为n3-1，n3-1介于1.48与-1.52之间；第四凹凸负透镜42材料的折射率为n3-2，n3-2介于1.8与1.85之间；第二双凹负透镜43材料的折射率为n3-3，n3-3介于1.8与1.85之间；第四双凸正透镜44材料的折射率为n3-4，n3-4介于1.48与1.52之间；第五凹凸正透镜45材料的折射率为n3-5，n3-5介于1.48与1.52之间；第六双凸正透镜46材料的折射率为n3-6，n3-6介于1.48与1.52之间；第七双凸正透镜47材料的折射率为n3-7，n3-7介于1.8与1.85之间。
根据对第一透镜组、第一透镜组以及第三透镜组内部各个透镜参数的设定，可以实现增大镜头的视场角，降低投射比例的目的，较好的满足在较小空间投射较大图像的要求。
下面以0.65英寸DMD芯片为例，给出本发明一高分辨率广角投影镜头的光学系统实施例的参数。投影镜头的参数如下：
Figure BDA0000108657840000061
Figure BDA0000108657840000071
S4非球面参数：
Figure BDA0000108657840000072
S5非球面参数：
参阅图3，本发明高分辩率广角投影仪一实施例的光路轨迹示意图。从图中我们可以看出光线51、光线52以及光线53在进入投影仪之前自上而下排布，光线51、光线52以及光线53在离开投影仪之后自下而上排布，出射图像相对于入射图像是倒置的。光线51、光线52以及光线53在依次通过第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组的过程中，沿第一方向，光线的色差不断得到更好校正。通过光阑和第三透镜组形成的象方远心设计，光线51、光线52以及光线53的对比度和均匀性得到提高。按照对第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组内部各个透镜参数的设定，可以增加投影仪的视场角，降低投射比例。
具体实施例可以达到的技术效果为：视场角为105度，投射比例为0.6，焦距F为8.7mm。在投射距离为一米时，投射图像为80英寸。
区别于现有技术的情况，本发明通过所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组分别进行色差校正，可以实现更好地校正所述投影镜头的色差。并且，利用光阑和所述第三透镜组可以实现象方远心设计，可以提高所述投影镜头的对比度和均匀性。本发明与现有技术相比，能够校正所述投影镜头的色差，提高所述投影镜头的对比度和均匀性，满足了所述投影镜头的市场需求。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高分辩率广角投影镜头，其特征在于，其焦距投射比例小于0.6，并且包括：
沿第一方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组。
2.根据权利要求1所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述镜头包括以第一方向为参考而设置于第三透镜组前面的棱镜组合。
3.根据权利要求1所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第一透镜组包括沿第一方向依次设置的第一凸凹负透镜、凸凹非球面镜以及第二凸凹负透镜，或沿第一方向依次设置的第一凸凹负透镜、凸凹非球面镜以及第一双凹负透镜。
4.根据权利要求3所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第一透镜组焦距为F1，F1介于-13毫米与-12毫米之间；所述第一凸凹负透镜焦距为F1-1，F1-1介于-120毫米与-110毫米之间；所述凸凹非球面镜焦距为F1-2，F1-2介于-55毫米与-45毫米之间；所述第二凸凹负透镜或第一双凹负透镜焦距为F1-3，F1-3介于-40毫米与-30毫米之间，所述凸凹非球面镜的材料为有机玻璃，所述第一凸凹负透镜材料的折射率为n1-1，n1-1介于1.48与1.62之间；所述第二凸凹负透镜或第一双凹负透镜材料的折射率为n1-3，n1-3介于1.6与1.7之间。
5.根据权利要求1所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第二透镜组包括沿第一方向依次设置的第三凸凹负透镜、第一双凸正透镜以及第二双凸正透镜。
6.根据权利要求5所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第二透镜组焦距为F2，F2介于30毫米与40毫米之间；所述第三凸凹负透镜焦距为F2-1，F2-1介于75毫米与85毫米之间；所述第一双凸正透镜焦距为F2-2，F2-2介于75毫米与85毫米之间；所述第二双凸正透镜焦距为F2-3，F2-3介于60毫米与80毫米之间，所述第三凸凹负透镜材料的折射率为n2-1，n2-1介于1.8与1.85之间；所述第一双凸正透镜材料的折射率为n2-2，n2-2介于1.75与1.81之间；所述第二双凸正透镜材料的折射率为n2-3，n2-3介于1.6与1.66之间，所述第三凸凹负透镜与所述第一双凸正透镜为胶合或双分离组合。
7.根据权利要求1所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第三透镜组包括沿第一方向依次设置的第三双凸正透镜、第四凹凸负透镜、第二双凹负透镜、第四双凸正透镜、第五双凸正透镜、第六双凸正透镜以及第七双凸正透镜，或沿第一方向依次设置的第三双凸正透镜、第四凹凸负透镜、第二双凹负透镜、第四双凸正透镜、第五凹凸正透镜、第六双凸正透镜以及第七双凸正透镜。
8.根据权利要求7所述的高分辩率广角投影镜头，其特征在于：
所述第三透镜组焦距为F3，F3介于40毫米与50毫米之间；所述第三双凸正透镜焦距为F3-1，F3-1介于-300毫米与-200毫米之间；所述第四凹凸负透镜焦距为F3-2，F3-2介于-300毫米与-200毫米之间；所述第二双凹负透镜焦距为F3-3，F3-3介于-100毫米与-80毫米之间；所述第四双凸正透镜焦距为F3-4，F3-4介于-100毫米与-80毫米之间；所述第五双凸正透镜或第五凹凸正透镜焦距为F3-5，F3-5介于140毫米与160毫米之间；所述第六双凸正透镜焦距为F3-6，F3-6介于85毫米与110毫米之间；所述第七双凸正透镜焦距为F3-7，F3-7介于35毫米与45毫米之间，所述第三双凸正透镜材料的折射率为n3-1，n3-1介于1.48与-1.52之间；所述第四凹凸负透镜材料的折射率为n3-2，n3-2介于1.8与1.85之间；所述第二双凹负透镜材料的折射率为n3-3，n3-3介于1.8与1.85之间；所述第四双凸正透镜材料的折射率为n3-4，n3-4介于1.48与1.52之间；所述第五双凸正透镜或第五凹凸正透镜材料的折射率为n3-5，n3-5介于1.48与1.52之间；所述第六双凸正透镜材料的折射率为n3-6，n3-6介于1.48与1.52之间；所述第七双凸正透镜材料的折射率为n3-7，n3-7介于1.8与1.85之间，所述第三双凸正透镜、所述第四凹凸负透镜、所述第二双凹负透镜和所述第四双凸正透镜为胶合组合。
9.一种高分辩率广角投影仪，其特征在于，包括被投影芯片和如权利要求1、3～8中任一项所述的高分辩率广角投影镜头，以第一方向为参考，所述被投影芯片设置于第三透镜组前面。
10.根据权利要求9所述的高分辩率广角投影仪，其特征在于，所述投影仪包括：位于第三透镜组和被投影芯片之间的棱镜组合。
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