CN103823289A

CN103823289A - 微型投影镜头

Info

Publication number: CN103823289A
Application number: CN201210468534.8A
Authority: CN
Inventors: 张品祥; 程琳
Original assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-28

Abstract

一种微型投影镜头，包括具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、位于第一透镜组和第二透镜组之间的光阑以及显示芯片，所述第一透镜组位于光阑前面，包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，第一透镜具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透镜为双胶合透镜，具有负光焦度，靠近光阑；所述第二透镜组位于光阑后面，包括双胶合的具有正光焦度第四及第五透镜、具有正光焦度第六透镜及具有正光焦度的第七透镜。本发明的微型投影镜头具有尺寸小、结构紧凑、畸变小、像方远心以及大视场角等一系列优点。

Description

微型投影镜头

技术领域

本发明涉及一种投影显示技术，尤其涉及一种具有长投射比、像面远心、尺寸小、结构紧凑的微型投影镜头。

背景技术

投影设备在现代文化、商业、娱乐活动中扮演着日益重要的角色。在目前的投影系统中，无论是采用液晶显示器（Liquid Crystal Display, LCD）、硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCOS）或者是数字处理（Digital Light Procession, DLP）等投影原理，投影镜头均是其中不可缺少的重要光学部件：光经过反射式或穿透式的光调变装置后，需要经过投影镜头投射至投影屏上成像。

微型投影系统对体积小型化提出了更高的要求，相应地投影镜头尺寸也要求小而且紧凑，才能够实现将投影系统模块嵌入到各种应用终端里面。现有的应用于小型投影系统的投影镜头，体积大部分都不够小，难以实现嵌入式的应用。另外目前大部分微型投影镜头都用到非球面镜片，因为非球面面型检测技术的工业检测技术难度大，效率低，增加了检测成本。

中国发明专利申请第200810241681.5号揭示了一种微型投影镜头，包括前组透镜、后组透镜以及设置于前组透镜和后组透镜之间的光阑。前组透镜包括顺序排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜。其中，第二透镜与第三透镜组成前胶合镜。后组透镜包括顺序排列的第四透镜及第五透镜。其中，第四透镜的凸面弯向光阑。光阑位于后组透镜的前方焦点处。前组透镜中第三透镜临近光阑的曲面顶点与光阑之间的间隔小于后组透镜中第四透镜临近光阑的曲面顶点与光阑之间的间隔。

该发明所揭示的微型投影镜头虽然结构简单、尺寸较小，但是该投影镜头的视场角只有15度，无法满足大视场角的需求。

发明内容

基于改善以上所述目前投影镜头的缺点，本发明的目的在于提供一种尺寸小、结构紧凑、具有长投射比、畸变小、像方远心以及大视场角等优点的微型投影镜头。

本发明微型投影镜头包括具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、位于第一透镜组和第二透镜组之间的光阑以及显示芯片，所述第一透镜组位于光阑前面，包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，第一透镜具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透镜为双胶合透镜，具有负光焦度，靠近光阑；所述第二透镜组位于光阑后面，包括双胶合的具有正光焦度第四及第五透镜、具有正光焦度第六透镜及具有正光焦度的第七透镜。

相较于现有技术，本发明的微型投影镜头尺寸小、结构紧凑，并且所有镜片均采用球面镜片，成本低，同时具有畸变小、像方远心、大视场角等一系列优点。

附图说明

图1是本发明的微型投影镜头的光学结构图。

图2是本发明的微型投影镜头的0度、5.6度、11.2度、16.8度、19.6度、28度各视场角在芯片面的光线点列图。

图3 是本发明的微型投影镜头的各视场芯片面传递函数MTF值，此传递函数值以投影设备投影距离680mm，投影屏幕20寸为判断情况，以投影角度为视场取样。横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值。

图4是本发明的微型投影镜头的场曲与畸变图。

图5是本发明的微型投影镜头的垂轴色差图。

图6是本发明的微型投影镜头的轴向色差图。

具体实施方式

现在结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明微型投影镜头的光学结构图。如图1所示，本发明的微型投影镜头包括具有负光焦度的第一透镜组110、具有正光焦度的第二透镜组120、设置于第一透镜组110和第二透镜组120之间的光阑150以及一显示芯片140。

第一透镜组110包括顺序排列的第一透镜111、第二透镜112及第三透镜113。第二透镜组120包括顺序排列的第四透镜121、第五透镜122、第六透镜123及第七透镜124。

本发明微型投影镜头一共有12个光学面，其中9个空气面（1、2、3、5、6、8、9、10、11、12），2个胶合面（4、7）。第一透镜111为平凸透镜，凸面朝向投影屏130，第二透镜112为正弯月透镜，第三透镜113为负弯月透镜并与第二透镜112胶合，凹面都朝向光阑150。第一透镜组110的组合焦距为负，第二透镜组120的组合焦距为正，前组为负，后组为正的结构使得该微型投影镜头的主面后移，后节距增大，以留出足够的空间给投影照明引擎光学元件。其中，第一透镜组110的第一透镜111正组在前，第二透镜112与第三透镜113胶合的负组在后，这种结构可以有效校正畸变。光阑150位于第二透镜组120的焦平面上，这样使出瞳成像到无穷远，从而实现了像方远心。

本发明微型投影镜头的投射比为T，总焦距为f，总长度（不含像距）为L，第一透镜组110的组合焦距为f(11)，第二透镜组120的组合焦距为f(12)。第一透镜111焦距为f1，第二透镜112与第三透镜113组成的胶合透镜组合焦距为f23，第四透镜121与第五透镜122组成的胶合透镜的组合焦距为f45，第六透镜123的焦距为f6，第七透镜124焦距为f7，所述透镜的焦距和曲率有如下关系：

0.25<r5/r4<0.35 r3>0；r4>0；r5>0；(1)

0.4<|f23/f1|<0.55 (2)

f45≈f6≈f7 (3)

其中，r3为第3面曲率，以此类推。这里定义r3>0，r4>0，r5>0，三个面同时朝向光阑150，并与第二透镜组120关于光阑150形成对称的结构，可以有效的校正轴上像差以及慧差。第六透镜123为弯月正透镜，凹面朝向光阑150的方向。第七透镜124为正透镜，形状为平凸或者双凸，如果是平凸透镜，凸面朝向显示芯片140的方向。

本发明所述的微型投影镜头，各透镜的材料安排如下：

第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113材料使用火石玻璃或冕牌玻璃都可以，第一透镜建议使用折射率高的材料，最好使用镧系高折射率的冕牌材料。

第四透镜121、第五透镜122和第六透镜123是整个镜头消色差的关键所在。其玻璃材料安排分为以下三种情况：

第四透镜121为火石玻璃，第五透镜122为火石玻璃，第六透镜123为冕牌玻璃；

第四透镜121为冕牌玻璃，第五透镜122为冕牌玻璃，第六透镜123为火石玻璃；

第四透镜121、第五透镜122、第六透镜123全部使用低色散的冕牌玻璃。

在一个具体的实施例中，本发明所述的微型投影镜头的各透镜的材料可安排如下：

第一透镜111材料使用冕牌玻璃；第二透镜112材料使用火石玻璃；第三透镜113材料使用高阿贝数的冕牌玻璃；第四透镜121材料使用高折射率低阿贝数的火石玻璃；第五透镜122材料使用冕牌玻璃；第六透镜123材料使用冕牌玻璃；第七透镜124材料使用冕牌玻璃。

以下给出本发明所述的微型投影镜头的一个实施例数据：

波长：445nm-532nm-640nm

投射比：1.5

全视场角：56°

有效焦距：7.513mm

像高：7.9mm

像方F/#：3.2

结构数据：

面序	曲率半径	厚度	折射率	阿贝数	口径
						1	14.612	1.94	1.64	60.2	9.90
2	997.741	0.152			8.90
						3	5.466	1.27	1.81	25.5	6.60
4	6.468	0.92	1.49	70.4	5.30
						5	2.03	1.512			3.20
Stop	Infinity	0.282			1.85
						7	-9.788	2.74	1.85	25.5	2.20
8	28.278	2.10	1.50	81.6	4.80
						9	-4.004	1.364			5.80
10	-33.395	1.80	1.61	58.6	8.00
						11	-8.761	0.20			8.60
12	26.832	1.9	1.62	58.1	9.26
						13	-18.379	1.00			9.40
14	Infinity	7.40	1.65	33.8	9.20
						15	Infinity	1.00			9.20
16	Infinity	0.70	1.52	64.2	8.10
						SI	Infinity				3.97

图2 是本发明的微型投影镜头的0度、5.6度、11.2度、16.8度、19.6度、28度各视场角在芯片面的光线点列图。点列图的均方根半径应小于显示芯片像素大小7.5um。

图3是本发明的微型投影镜头的各视场芯片面传递函数MTF值，此传递函数值以投影设备投影距离680mm，投影屏幕20寸为判断情况，以投影角度为视场取样。横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值。从图中可以看出，本发明的微型投影镜头10在92.6线对空间频率时，轴上视场点MTF值0.75，边缘视场MTF值0.35。

图4是本发明的微型投影镜头的场曲与畸变图，从图中可以看出最大畸变为1.6%。

图5和图6分别是本发明的微型投影镜头的垂轴色差图和轴向色差图。其中在图5中，横轴表示色差大小，纵轴表示视场。在图6中，横轴表示沿着轴向焦点的位置，纵轴表示波长。

虽然参照本发明的优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述。但，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种微型投影镜头，包括具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、位于第一透镜组和第二透镜组之间的光阑以及显示芯片，其特征在于：所述第一透镜组位于光阑前面，包括第一透镜、第二透镜及第三透镜，第一透镜具有正光焦度，靠近一投影屏，所述第二、第三透镜为双胶合透镜，具有负光焦度，靠近光阑；所述第二透镜组位于光阑后面，包括双胶合的具有正光焦度第四及第五透镜、具有正光焦度第六透镜及具有正光焦度的第七透镜。

2. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：上述投影镜头的投射比为1.5。

3. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：所述微型投影镜头一共有12个光学面，其中r3、r4、r5分别为第三、四、五个光学面的曲率，它们满足如下关系：0.25<r5/r4<0.35 并且 r3>0、r4>0、r5>0。

4. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第一透镜的焦距为f1，第二透镜与第三透镜胶合起来的组合焦距为f23，有如下关系成立：0.4<|f23/f1|<0.55。

5. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第一透镜组的组合焦距为负，第一透镜为平凸透镜，凸面朝向投影屏；第二透镜为弯月正透镜，第三透镜为弯月负透镜，所述第二透镜与第三透镜胶合，凹面都朝向光阑。

6. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第一透镜组中，第一透镜用高阿贝数冕牌玻璃，第二透镜和第三透镜组成的双胶合透镜由一个高折射率低阿贝数火石玻璃与一个低折射率高阿贝数的冕牌玻璃组合而成。

7. 如权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第二透镜组的组合焦距为正，第四透镜与第五透镜胶合，位于光阑后面；第六透镜为弯月正透镜，凹面朝向光阑方向，第七透镜为正透镜，形状为平凸或者双凸，如果是平凸透镜，凸面朝向显示芯片方向。

8. 如权利要求7所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第二透镜组中，第四透镜与第五透镜组成的双胶合透镜的焦距为f45，第六透镜的焦距f6，第七透镜的焦距为f7，它们之间的焦距值基本相当，差异小于20%：|(f45-f6)/f6|<20% ；|(f45-f7)/f7|<20%； |(f7-f6)/f6|<20%。

9. 如权利要求8所述的微型投影镜头，其特征在于：所述第二透镜组中，第四透镜和第五透镜组成的双胶合透镜由一个高折射率低阿贝数火石玻璃与一个低折射率高阿贝数的冕牌玻璃组合而成。