CN104020551B - 只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头 - Google Patents

只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，从屏幕方到投影机方依次设有负光焦度的第一镜组和正光焦度的第二镜组共九片透镜组成。本发明只采用两种常见廉价的光学玻璃材料，镜片面形均为球面，结构简单，镜片形状易于加工，具有良好工艺性和低成本的同时，还具有大视场角，高分辨率，高透过率、高对比度和良好的色差校正等特点。

Description

只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头
技术领域
本发明涉及一种投影镜头，特别是一种只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头。
背景技术
随着投影技术的发展，其在展示展览、文艺演出、教育、会议等领域得到越来越多的应用，而短焦投影镜头以短距离即可投射出大画面的优势被广泛使用，在教育、会议等场合，一个短焦镜头在很短的距离就可以实现不经过演讲者的大画面投放，而在众多大型展示工程中，拼接技术的发展进一步提升了短焦投影镜头的使用效果，可以实现高亮度，高质量的超大画幅投影，其中需求量最大的就是0.8:1左右的短焦镜头。
当今主流数字投影机基于三种核心技术：即DLP、LCD、LCOS。这三种技术都需要在光学引擎中加入分色合色棱镜，棱镜的加入，一方面会引入一定的相差，特别是色差，另一方面提出了拉长镜头的后工作距离的要求。大视场角，长工作距离是两个互相制约的因素，实现这两个指标的同时又要保证良好的成像效果，这样就给设计工作带来一定难度。
以往短焦镜头的实例通过采用增加镜片数量，使镜片结构复杂化，才用非球面技术等方式解决上述问题，这样又带来镜头成本提高，工艺性降低等种种问题。
发明内容
鉴于上述现状，本发明提供了一种短焦投影镜头结构，该结构不仅可以实现近距离投射出较大画面，还对色差，球差等像差进行了很好的校正，具有很高的分辨率，可以适用于高清投影机。
本发明的技术解决方案为：一种只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，从屏幕方到投影机方依次设有负光焦度的第一镜组和正光焦度的第二镜组，第一镜组和第二镜组应满足以下条件：
5<|f1/f|<9
2.5<|f2/f|<4
其中，f1为第一镜组的焦距，f2为第二镜组的焦距，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距；
所述第一镜组，从屏幕方到投影机方，
依次为负光焦度的第一镜片、正光焦度的第二镜片、负光焦度的第三镜片、负光焦度的第四镜片、负光焦度的第五镜片和正光焦度的第六镜片；
所述第二镜组，从屏幕方到投影机方，依次排列有负光焦度的第七镜片，正光焦度的第八镜片和正光焦度的第九镜片，其中，第七镜片和第八镜片组合成双胶合镜片，组合后的双胶合镜片的光焦度为正。
本发明中，涉及第一镜组中的第一镜片是一个两面都弯向屏幕方的凹透镜，所述第二镜片是双凸面的凸透镜，所述第三镜片为双面都弯向屏幕方的凹透镜，第四镜片、第五镜片为双面都弯向屏幕方的凹透镜，第六镜片为双凸面的凸透镜。
进一步地，涉及第二镜组中的第七镜片为双面都弯向屏幕方的凹透镜，与之胶合的第八镜片为双凸面的凸透镜，第九镜片为双凸面的凸透镜。
本发明中，在所述第一镜组和第二镜组之间设有光栏。
为使镜头满足具有足够长的工作距，且具有可以装入投影机的足够小的体积，所述只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头应满足以下条件：
2.5≤BFL/f≤3.5
其中，BFL是指从最后的第九镜片到像面的距离，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距。
本发明中，为满足校正色差、球差各种像差的要求，镜头材料需满足一定要求，即所述第六镜片和第七镜片采用高色散材料，其折射率n1需满足关系式：1.5≤n1≤1.85，其阿贝数vd1需满足关系式：20≤vd1≤50；其余镜片采用低色散材料，其折射率n2需满足关系式：1.47≤n2≤1.85，其阿贝数vd2需满足关系式：35≤vd2≤75。
本发明的有益效果：
因本发明采用了九片透镜组成的两个镜组的结构方式，所以只采用两种常见廉价的光学玻璃材料制成的球面镜片，具有结构简单，镜片形状易于加工，及良好工艺性和低成本的特点。此外，还具有大视场角，高分辨率，高透过率、高对比度和良好的色差校正等效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的光线追迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对发明作进一步详细说明。
如图1所示。为保证本发明的镜头具有足够的视场角和后工作距离，该镜头采用了反远距结构形式，即负正组合的形式。从屏幕方到投影机方，包括两个镜组共九片球面玻璃透镜组成，从屏幕方到投影机方依次设有负光焦度的第一镜组1和正光焦度的第二镜组2。第一镜组1具有负的光焦度，第二镜组2具有正的光焦度。本实施例所述的第一镜组1从屏幕方到投影机方依次排列有负光焦度的第一镜片101，正光焦度的第二镜片102，负光焦度的第三镜片103，负光焦度的第四镜片104，负光焦度的第五镜片105，正光焦度的第六镜片106。其中，第一镜片101为两面都弯向屏幕方的凹透镜，第二镜片102为双面均为凸面的凸透镜，第三镜片103和第四镜片104、第五镜片105均为两面都弯向屏幕方的凹透镜，第六镜片106为双面均为凸面的凸透镜。第二镜组2从屏幕方至投影机方，依次排列有负光焦度的第七镜片107，与第七镜片107胶合的具有正光焦度的第八镜片108，正光焦度的镜片109。其中，第七镜片107是双面都弯向屏幕方的凹透镜，第八镜片108是双面为凸面的凸透镜，第九镜片109是双面均为凸面的凸透镜。光栏3位于第一镜组1和第二镜组2之间。
所述第一镜组1应满足以下关系：5<|f1/f|<9。其中，f1为所述第一镜组的焦距，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距。该关系式是实现该镜头具有大视场角的必要条件。
所述第二镜组应满足以下关系式：2.5<|f2/f|<4。其中，f2为第二镜组的焦距，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距。该关系式是具有长后工作距离和充分校正像差的前提条件。
为使镜头满足具有足够长的工作距，且具有可以装入投影机的足够小的体积，所述只是用两种材料的短焦投影镜头，该短焦投影镜头应满足以下条件：
2.5≤BFL/f≤3.5
其中，BFL是指从最后的第九镜片到像面的距离，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距。
本发明中，为满足校正色差、球差各种像差的要求，镜头材料需满足一定要求，即所述第六镜片和第七镜片采用高色散材料，其折射率n1需满足关系式：1.5≤n1≤1.85，其阿贝数vd1需满足关系式：20≤vd1≤50；其余镜片采用低色散材料，如冕牌玻璃，其折射率n2需满足关系式：1.47≤n2≤1.85，其阿贝数vd2需满足关系式：35≤vd2≤75。
本实例的光圈数为FNO，全视场角为FOV，TTL为从屏幕方起，第一个面到像面(即投影机芯片)的距离。
EFL＝1mm，FNO＝2.0，FOV＝74度，TTL＝20.68。表1是镜头的结构参数表，单位：mm。
表1
图2给出了本发明实施例的光线追迹示意图。从图中可以看出所述只用两种材料的短焦投影镜头在各个视场中，特征光线的走向，以及特征光线在各个镜片表面的入射高度。此入射高度决定了本发明的镜头结构中各个镜片的口径。

Claims (5)

1.一种只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，从屏幕方到投影机方依次设有负光焦度的第一镜组(1)和正光焦度的第二镜组(2)，第一镜组(1)和第二镜组(2)应满足以下条件：
5<|f1/f|<9
2.5<|f2/f|<4
其中，f1为第一镜组的焦距，f2为第二镜组的焦距，f为所述只使用两种材料的短焦投影镜头的焦距；
所述的第一镜组(1)，从屏幕方到投影机方，依次排列有负光焦度的第一镜片(101)、正光焦度的第二镜片(102)、负光焦度的第三镜片(103)、负光焦度的第四镜片(104)、负光焦度的第五镜片(105)和正光焦度的第六镜片(106)；
所述的第二镜组(2)，从屏幕方到投影机方，依次排列有负光焦度的第七镜片(107)、正光焦度的第八镜片(108)和正光焦度的第九镜片(109)，其中，第七镜片(107)和第八镜片(108)组合成双胶合镜片，组合后的双胶合镜片的光焦度为正。
2.根据权利要求1所述的只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，其特征在于，第一镜组(1)中的的第一镜片(101)是一个两面都弯向屏幕方的凹透镜，所述第二镜片(102)是双凸面的凸透镜，所述第三镜片(103)为双面都弯向屏幕方的凹透镜，第四镜片(104)、第五镜片(105)为双面都弯向屏幕方的凹透镜，第六镜片(106)为双凸面的凸透镜。
3.根据权利要求1所述的只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，其特征在于，第二镜组(2)中的第七镜片(107)为双面都弯向屏幕方的凹透镜，与之胶合的第八镜片(108)为双凸面的凸透镜，第九镜片(109)为双凸面的凸透镜。
4.根据权利要求1所述的只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，其特征在于，在所述第一镜组(1)和第二镜组(2)之间设有光栏(3)。
5.根据权利要求1所述的只使用两种光学材料的数字短焦投影镜头，其特征在于，整个镜头只使用了两种光学材料，且所述第六镜片(106)和第七镜片(107)采用高色散材料，其折射率n1需满足关系式：1.5≤n1≤1.85，其阿贝数vd1需满足关系式：20≤vd1≤50，其余镜片采用低色散材料，其折射率n2需满足关系式：1.47≤n2≤1.85，其阿贝数vd2需满足关系式：35≤vd2≤75。
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