CN104345453A - 一种超短距投影镜头设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超短距投影镜头设计方法。其步骤包括：1）根据显示芯片对角线尺寸和显示芯片偏置尺寸设置物方视场、计算系统放大倍率；2）在光学设计软件中，根据设计要求设置显示芯片的物方数值孔径；3）在光学设计软件中设置超短距投影镜头初始结构；4）在光学设计软件中将反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸作为约束目标，反复运行软件，直至反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸比在子午方向的尺寸小；5）在光学设计软件中输入系统放大倍率作为约束目标，反复运行软件，直至在屏幕上获得良好的清晰度和2%以内的畸变，即得到超短距投影镜头最终产品。本发明不依赖于任何现有的镜头设计作为初始结构，实现从零开始的设计。

Description

一种超短距投影镜头设计方法

技术领域

本发明涉及一种超短距投影镜头设计方法。

背景技术

目前，常规的投影镜头通常具有焦距大、视场小、投射比大等不足。但是，随着投影机的发展，大尺寸投影显示越来越受到消费者的青睐，普通投影镜头已不能很好地满足小空间投射出大尺寸画面的要求，成为限制投影机快速发展的重要原因之一。虽然现在有个别投影机的投射比小于1，但常常因为对比度、清晰度较差，色差、畸变较大等原因也未能很好的满足市场的需求。个别超短距投影机采用了自由曲面形反射镜，由于自由曲面面形在加工、检测等方面仍存在难度，所以其精度难以得到保证。

现有的超短距投影镜头设计方法无法直接实现超短距投影镜头的设计，而是需要利用现有的非超短距投影镜头进行改造，这就极大的限制了超短距投影镜头的性能提高，同时设计者无法自由的控制组件的面型，导致了超短距投影镜头的容差性降低，在实际生产中镜头良率偏低。现有的超短距投影镜头设计方法需要利用数值计算的方法来构建超短距投影镜头的反射镜，无法实现整个超短距投影镜头的同时整体设计，也限制了超短距投影镜头的性能提升。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超短距投影镜头设计方法的技术方案。

所述的一种超短距投影镜头设计方法，其特征在于包括如下步骤：

1）根据显示芯片对角线尺寸和显示芯片偏置尺寸设置物方视场，根据屏幕尺寸、显示芯片对角线尺寸计算得到系统放大倍率；

2）在光学设计软件中，根据设计要求设置显示芯片的物方数值孔径；

3）根据物方视场和显示芯片的物方数值孔径，在光学设计软件中输入超短距投影镜头初始结构，超短距投影镜头初始结构从显示芯片到第十一反射镜初始结构按顺序包含以下组件：显示芯片，显示芯片保护玻璃，TIR棱镜，第一玻璃透镜初始结构，第二玻璃透镜初始结构，第三玻璃透镜初始结构，第四双胶合玻璃透镜初始结构，第五玻璃透镜初始结构，第六玻璃透镜初始结构，第七玻璃透镜初始结构，第八玻璃透镜初始结构，第九玻璃透镜初始结构，第十塑胶透镜初始结构，第十一反射镜初始结构；

4）在超短距投影镜头初始结构中，第十塑胶透镜初始结构与第十一反射镜初始结构的表达式设置为非球面表达式，其表达式形式为：

其中：是面型高度，是面型顶点曲率，是圆锥系数，是曲面点坐标在垂直光轴平面的投影与光轴的距离，是的系数，n为正整数，第十塑胶透镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零，第十一反射镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零；

5）在光学设计软件中输入系统放大倍率作为约束目标，将超短距投影镜头初始结构中除显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜以外的所有组件的厚度、间距、曲率、材料、非球面表达式系数全部设置为变量，反复运行光学设计软件，直至在屏幕上获得良好的清晰度和2%以内的畸变，即得到超短距投影镜头最终产品；该超短距投影镜头最终产品从显示芯片到第十塑胶透镜按顺序包含以下组件：显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜、第一玻璃透镜、第二玻璃透镜、第三玻璃透镜、第四双胶合玻璃透镜、第五玻璃透镜、第六玻璃透镜、第七玻璃透镜、第八玻璃透镜、第九玻璃透镜、第十塑胶透镜、第十一反射镜。

所述的一种超短距投影镜头设计方法，其特征在于所述的超短距投影镜头初始结构中，第十一反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸比在子午方向的尺寸小。

本发明的超短距镜头设计方法可以不借助任何现有镜头，实现从零开始的设计，可以同时整体构建超短距投影镜头的所有组件，无需独立构建反射镜，可以方便设计者灵活的实现需要的面型，以保证超短距投影镜头较好的容差性能，可以方便的实现在超短距离投出超大屏幕，同时具有良好的生产良率的超短距投影镜头的设计。

附图说明

图1为超短距投影镜头最终产品示意图；

图中：1-显示芯片，2-显示芯片保护玻璃，3-TIR棱镜，4-第一玻璃透镜，5-第二玻璃透镜，6-第三玻璃透镜，7-第四双胶合玻璃透镜，8-第五玻璃透镜，9-第六玻璃透镜，10-第七玻璃透镜，11-第八玻璃透镜，12-第九玻璃透镜，13-第十塑胶透镜，14-第十一反射镜。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细说明：

本发明超短距投影镜头设计方法，包括如下步骤：

1）根据显示芯片对角线尺寸和显示芯片偏置尺寸设置物方视场，根据屏幕尺寸、显示芯片对角线尺寸计算得到系统放大倍率；

2）在光学设计软件中，根据设计要求设置显示芯片的物方数值孔径；

3）根据物方视场和显示芯片的物方数值孔径，在光学设计软件中输入超短距投影镜头初始结构，超短距投影镜头初始结构从显示芯片到第十一反射镜初始结构按顺序包含以下组件：显示芯片，显示芯片保护玻璃，TIR棱镜，第一玻璃透镜初始结构，第二玻璃透镜初始结构，第三玻璃透镜初始结构，第四双胶合玻璃透镜初始结构，第五玻璃透镜初始结构，第六玻璃透镜初始结构，第七玻璃透镜初始结构，第八玻璃透镜初始结构，第九玻璃透镜初始结构，第十塑胶透镜初始结构，第十一反射镜初始结构；

4）在超短距投影镜头初始结构中，第十塑胶透镜初始结构与第十一反射镜初始结构的表达式设置为非球面表达式，其表达式形式为：

其中：是面型高度，是面型顶点曲率，是圆锥系数，是曲面点坐标在垂直光轴平面的投影与光轴的距离，是的系数，n为正整数，第十塑胶透镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零，第十一反射镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零；

5）在光学设计软件中将第十一反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸作为约束目标，将超短距投影镜头初始结构中除显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜，第十一反射镜初始结构以外的所有组件的厚度、间距、曲率、材料、非球面表达式系数全部设置为变量，反复运行软件，直至第十一反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸比在子午方向的尺寸小；

6）在光学设计软件中输入系统放大倍率作为约束目标，将超短距投影镜头初始结构中除显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜以外的所有组件的厚度、间距、曲率、材料、非球面表达式系数全部设置为变量，反复运行软件，直至在屏幕上获得良好的清晰度和2%以内的畸变，即得到超短距投影镜头最终产品；该超短距投影镜头最终产品从显示芯片到第十塑胶透镜按顺序包含以下组件：显示芯片1、显示芯片保护玻璃2、TIR棱镜3、第一玻璃透镜4、第二玻璃透镜5、第三玻璃透镜6、第四双胶合玻璃透镜7、第五玻璃透镜8、第六玻璃透镜9、第七玻璃透镜10、第八玻璃透镜11、第九玻璃透镜12、第十塑胶透镜13、第十一反射镜14。

本发明中使用的光学设计软件可以是包括CODEV、ZEMAX、OSLO等软件在内的任何一款具有成像光学设计功能的光学设计软件。其中CODEV是Optical Research Associates公司推出的光学设计软件，ZEMAX是ZEMAX Development Corporation公司推出的光学设计软件，OSLO是Lambda Research Corporation公司推出的光学设计软件。

本发明的超短距镜头设计方法可以不借助任何现有镜头，实现从零开始的设计，可以同时整体构建超短距投影镜头的所有组件，无需独立构建反射镜，可以方便设计者灵活的实现需要的面型，以保证超短距投影镜头较好的容差性能，可以方便的实现在超短距离投出超大屏幕，同时具有良好的生产良率的超短距投影镜头的设计。

Claims (2)

1.一种超短距投影镜头设计方法，其特征在于包括如下步骤：

1）根据显示芯片对角线尺寸和显示芯片偏置尺寸设置物方视场，根据屏幕尺寸、显示芯片对角线尺寸计算得到系统放大倍率；

2）在光学设计软件中，根据设计要求设置显示芯片的物方数值孔径；

3）根据物方视场和显示芯片的物方数值孔径，在光学设计软件中输入超短距投影镜头初始结构，超短距投影镜头初始结构从显示芯片到第十一反射镜初始结构按顺序包含以下组件：显示芯片，显示芯片保护玻璃，TIR棱镜，第一玻璃透镜初始结构，第二玻璃透镜初始结构，第三玻璃透镜初始结构，第四双胶合玻璃透镜初始结构，第五玻璃透镜初始结构，第六玻璃透镜初始结构，第七玻璃透镜初始结构，第八玻璃透镜初始结构，第九玻璃透镜初始结构，第十塑胶透镜初始结构，第十一反射镜初始结构；

4）在超短距投影镜头初始结构中，第十塑胶透镜初始结构与第十一反射镜初始结构的表达式设置为非球面表达式，其表达式形式为：

其中：是面型高度，是面型顶点曲率，是圆锥系数，是曲面点坐标在垂直光轴平面的投影与光轴的距离，是的系数，n为正整数，第十塑胶透镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零，第十一反射镜初始结构的非球面表达式各项系数设置为零；

5）在光学设计软件中输入系统放大倍率作为约束目标，将超短距投影镜头初始结构中除显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜以外的所有组件的厚度、间距、曲率、材料、非球面表达式系数全部设置为变量，反复运行光学设计软件，直至在屏幕上获得良好的清晰度和2%以内的畸变，即得到超短距投影镜头最终产品；该超短距投影镜头最终产品从显示芯片到第十塑胶透镜按顺序包含以下组件：显示芯片、显示芯片保护玻璃、TIR棱镜、第一玻璃透镜、第二玻璃透镜、第三玻璃透镜、第四双胶合玻璃透镜、第五玻璃透镜、第六玻璃透镜、第七玻璃透镜、第八玻璃透镜、第九玻璃透镜、第十塑胶透镜、第十一反射镜。

2.根据权利要求1所述的一种超短距投影镜头设计方法，其特征在于所述的超短距投影镜头初始结构中，第十一反射镜初始结构的入射光斑在弧矢方向的尺寸比在子午方向的尺寸小。