CN105204146B - 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头 - Google Patents

一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN105204146B
CN105204146B CN201510747888.XA CN201510747888A CN105204146B CN 105204146 B CN105204146 B CN 105204146B CN 201510747888 A CN201510747888 A CN 201510747888A CN 105204146 B CN105204146 B CN 105204146B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
glass lens
glass
image surface
spacing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510747888.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105204146A (zh
Inventor
刘振杰
张文字
周建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Crystal Optech Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Crystal Optech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Crystal Optech Co Ltd filed Critical Zhejiang Crystal Optech Co Ltd
Priority to CN201510747888.XA priority Critical patent/CN105204146B/zh
Publication of CN105204146A publication Critical patent/CN105204146A/zh
Priority to US15/344,545 priority patent/US10606049B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105204146B publication Critical patent/CN105204146B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头。其特征在于包括显示芯片、折射镜头组和旋转对称反射镜，显示芯片经过折射镜头组后在折射镜头组与旋转对称反射镜之间成像为分离的子午中间像和弧矢中间像，分离的子午中间像和弧矢中间像经过旋转对称反射镜成像后在屏幕上消像散，形成清晰的图像。本发明结构简单，具有0.27‑0.31投射比，170倍‑220倍放大率，极小畸变，具有抵消像散的光学结构、高清晰度，公差非常良好，对光学零件安装精度要求较低，具有很高的量产良品率。

Description

一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头
技术领域
本发明涉及一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头。
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。随着投影技术的不断发展，超短距投影镜头的投射比已经可以小于0.3，有效的满足了小空间投射出大尺寸画面的要求。
现有的超短距投影镜头结构复杂，一般应用多片非球面透镜以校正像差，但是多片非球面透镜会造成超短距投影镜头结构复杂，公差不良，安装精度要求高。同时一些超短距投影镜头采用自由曲面反射镜来有效地矫正畸变和消除像散。虽然自由曲面反射镜相对于旋转对称反射镜具有良好的畸变矫正功能和像散消除功能，但是自由曲面反射镜加工难度大，难以精确检测，导致难以有效控制量产中自由曲面反射镜的面形。同时自由曲面反射镜对公差的要求非常严格，安装精度要求高，导致最终超短距投影镜头产品量产良率低，实际成像效果不够理想。另外，一些超短距投影镜头采用旋转对称反射镜，虽然具有结构简单，易于检测和加工的优点，但是由于旋转对称反射镜在子午方向和弧矢方向具有不同的曲率分布，因此会导致较大的像散，所以重合的子午中间像和弧矢中间像被旋转对称反射镜成像后无法同时在屏幕上形成清晰的像，从而导致画面清晰度的大幅下降。
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折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头的技术方案。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于包括显示芯片、折射镜头组和旋转对称反射镜，显示芯片经过折射镜头组后在折射镜头组与旋转对称反射镜之间成像为分离的子午中间像和弧矢中间像，分离的子午中间像和弧矢中间像经过旋转对称反射镜成像后在屏幕上消像散，形成清晰的图像。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述折射镜头组包括折射镜头调焦前组和折射镜头调焦后组，折射镜头调焦前组包括自左至右依次设置的显示芯片保护玻璃、TIR棱镜和第一玻璃透镜，折射镜头调焦后组包括自左至右依次设置的第二玻璃透镜、第三玻璃透镜、第四双胶合玻璃透镜、孔径光阑、第五玻璃透镜、第六玻璃透镜、第七玻璃透镜、第八玻璃透镜、第九玻璃透镜和第十塑胶透镜。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述显示芯片保护玻璃与TIR棱镜的间距是1.25mm，TIR棱镜与第一玻璃透镜的间距是8.6mm-8.2mm，第一玻璃透镜与第二玻璃透镜的间距是2.4mm-1.1mm，第二玻璃透镜与第三玻璃透镜的间距是0.7mm，第三玻璃透镜与第四双胶合玻璃透镜的间距是3.67mm，第四双胶合玻璃透镜与孔径光阑的间距是13.7mm，孔径光阑与第五玻璃透镜的间距是0，第五玻璃透镜与第六玻璃透镜的间距是15.25mm，第六玻璃透镜与第七玻璃透镜的间距是0.7mm，第七玻璃透镜与第八玻璃透镜的间距是3.38mm，第八玻璃透镜与第九玻璃透镜的间距是5.46mm，第九玻璃透镜与第十塑胶透镜的间距是6.67mm。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述第一玻璃透镜的厚度是5.2mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为108.83mm和29.1mm；第二玻璃透镜的厚度是6.11mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为39.2mm和76.9mm；第三玻璃透镜的厚度是1.5mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为67.73mm和26.58mm；第四双胶合玻璃透镜的厚度是7.36mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和34.4mm；第五玻璃透镜的厚度是2.8mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和50mm；第六玻璃透镜的厚度是4.2mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和37.44mm；第七玻璃透镜的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为23.84mm和53.74mm；第八玻璃透镜的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和25.02mm；第九玻璃透镜的厚度是1.5mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为23.7mm和无穷大；第十塑胶透镜的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为16.75mm和20.96mm。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述第十塑胶透镜自左至右两个表面的表达式设置为欧次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述第十塑胶透镜左侧表面的系数如下：，，，，，；
第十塑胶透镜右侧表面的系数如下：，，，，，。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述旋转对称反射镜的表达式设置为奇次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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。
所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述子午中间像和弧矢中间像的分离程度由旋转对称反射镜的一阶导数分布和二阶导数分布决定。
本发明结构简单，具有0.27-0.31投射比，170倍-220倍放大率，极小畸变，具有抵消像散的光学结构、高清晰度，公差非常良好，对光学零件安装精度要求较低，具有很高的量产良品率。
附图说明
图1为本发明超短距投影镜头最终产品示意图；
图2为显示芯片中间像示意图；
图3为本发明光学结构示意图；
图中：10-显示芯片，20-折射镜头组，30-旋转对称反射镜，40-显示芯片的中间像，50-屏幕，21-折射镜头调焦前组，22-折射镜头调焦后组，211-显示芯片保护玻璃，212-TIR棱镜，213-第一玻璃透镜，221-第二玻璃透镜，222-第三玻璃透镜，223-第四双胶合玻璃透镜，224-孔径光阑，225-第五玻璃透镜，226-第六玻璃透镜，227-第七玻璃透镜，228-第八玻璃透镜，229-第九玻璃透镜，230-第十塑胶透镜，41-子午中间像，42-弧矢中间像。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：
一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，包括显示芯片10、折射镜头组20和旋转对称反射镜30，显示芯片10经过折射镜头组20后在折射镜头组20与旋转对称反射镜30之间成像分离的为子午中间像41和弧矢中间像42（显示芯片的中间像40），分离的子午中间像和弧矢中间像经过旋转对称反射镜成像后在屏幕50上消像散（抵消），形成清晰的图像。
由于旋转对称反射镜在子午方向和弧矢方向具有不同的曲率分布，因此会导致较大的像散，所以重合的子午中间像和弧矢中间像被旋转对称反射镜成像后无法同时在屏幕上形成清晰的像，从而导致画面清晰度的大幅下降。而分离的子午中间像和弧矢中间像被旋转对称反射镜成像后，子午中间像和弧矢中间像的分离被旋转对称反射镜抵消，可以同时在屏幕上形成清晰的像，从而在屏幕上重合形成清晰的图像。本发明通过配合设置折射镜头组，显示芯片被折射镜头组成像为分离的子午中间像和弧矢中间像，该分离的子午中间像和弧矢中间像再被旋转对称反射镜成像到屏幕上。
如图2所示，折射镜头组20包括折射镜头调焦前组21和折射镜头调焦后组22。
如图3所示，折射镜头调焦前组21包括自左至右依次设置的显示芯片保护玻璃211，TIR棱镜212，第一玻璃透镜213。折射镜头调焦后组22包括自左至右依次设置的第二玻璃透镜221，第三玻璃透镜222，第四双胶合玻璃透镜223，孔径光阑224，第五玻璃透镜225，第六玻璃透镜226，第七玻璃透镜227，第八玻璃透镜228，第九玻璃透镜229，第十塑胶透镜230。
显示芯片保护玻璃211与TIR棱镜212的间距是1.25mm；TIR棱镜与第一玻璃透镜213的间距范围是8.6mm-8.2mm；第一玻璃透镜213与第二玻璃透镜221的间距范围是2.4mm-1.1mm；第二玻璃透镜221与第三玻璃透镜222的间距是0.7mm；第三玻璃透镜222与第四双胶合玻璃透镜223的间距是3.67mm；第四双胶合玻璃透镜223与孔径光阑224的间距是13.7mm；孔径光阑224与第五玻璃透镜225的间距是0；第五玻璃透镜225与第六玻璃透镜226的间距是15.25mm；第六玻璃透镜226与第七玻璃透镜227的间距是0.7mm；第七玻璃透镜227与第八玻璃透镜228的间距是3.38mm；第八玻璃透镜228与第九玻璃透镜229的间距是5.46mm；第九玻璃透镜229与第十塑胶透镜230的间距是6.67mm。
第一玻璃透镜213的厚度是5.2mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为108.83mm和29.1mm；第二玻璃透镜221的厚度是6.11mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为39.2mm和76.9mm；第三玻璃透镜222的厚度是1.5mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为67.73mm和26.58mm；第四双胶合玻璃透镜223的厚度是7.36mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和34.4mm；第五玻璃透镜225的厚度是2.8mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和50mm；第六玻璃透镜226的厚度是4.2mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和37.44mm；第七玻璃透镜227的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为23.84mm和53.74mm；第八玻璃透镜228的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为无穷大和25.02mm；第九玻璃透镜229的厚度是1.5mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为23.7mm和无穷大；第十塑胶透镜230的厚度是6mm，其左侧面和右侧面的曲率半径分别为16.75mm和20.96mm。
本发明第十塑胶透镜230自左至右两个表面的表达式设置为欧次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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230左侧表面的系数如下：，，，，，；
第十塑胶透镜右侧表面的系数如下：，，，，，。
通过调节折射镜头组，可以实现从170倍到220倍的变焦，实现从0.27到0.31的投射比。
显示芯片被折射镜头组成像为分离的子午中间像41和弧矢中间像42，在0视场时，子午中间像41和弧矢中间像42重叠；当视场增加，子午中间像41和弧矢中间像42分离程度逐渐增加；在边缘视场（最大视场），子午中间像41和弧矢中间像42分离达到最大值。
具有旋转对称性的旋转对称反射镜30相对于自由曲面旋转对称反射镜具有更好的可加工性、可检测性和公差，但是具有旋转对称性的旋转对称反射镜30对于入射光在子午方向和弧矢方向具有不同的曲率分布，这会造成显示芯片10的子午中间像41和弧矢中间像42经过旋转对称反射镜30成像后无法重叠，形成显著的像散从而无法在屏幕上形成清晰的图像；而本发明的折射镜头组20具有将显示芯片10的子午中间像41和弧矢中间像42分离的效果，可以有效抵消子午中间像41和弧矢中间像42经过旋转对称反射镜30成像后的像散，以及减小畸变，从而在屏幕上形成清晰的图像。
本发明具有旋转对称性的旋转对称反射镜30的表达式设置为奇次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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。
显示芯片10经过折射镜头组成像为分离的子午中间像41和弧矢中间像42，子午中间像41和弧矢中间像42的分离程度由旋转对称反射镜30的一阶导数分布和二阶导数分布决定。
相较于现有技术，本发明具有极低的投射比，极高的放大倍率、极小的畸变。同时本发明的折反射结合式超短距投影镜头具有抵消像散的光学结构从而具有极高的清晰度。本发明的折反射结合式超短距投影镜头结构简单，只采用一片非球面透镜、10片玻璃透镜和一个具有旋转对称性的旋转对称反射镜，易于加工，方便检测，具有非常良好的公差，对光学零件安装精度要求较低，最终超短距投影镜头产品量产良率很高，实际成像效果非常理想。

Claims (7)

1.一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于包括显示芯片、折射镜头组和旋转对称反射镜，显示芯片经过折射镜头组后在折射镜头组与旋转对称反射镜之间成像为分离的子午中间像和弧矢中间像，分离的子午中间像和弧矢中间像经过旋转对称反射镜成像后在屏幕上消像散，形成清晰的图像。
2.根据权利要求1所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述折射镜头组包括折射镜头调焦前组和折射镜头调焦后组，折射镜头调焦前组包括自左至右依次设置的显示芯片保护玻璃、TIR棱镜和第一玻璃透镜，折射镜头调焦后组包括自左至右依次设置的第二玻璃透镜、第三玻璃透镜、第四双胶合玻璃透镜、孔径光阑、第五玻璃透镜、第六玻璃透镜、第七玻璃透镜、第八玻璃透镜、第九玻璃透镜和第十塑胶透镜。
3.根据权利要求2所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述显示芯片保护玻璃与TIR棱镜的间距是1.25mm，TIR棱镜与第一玻璃透镜的间距是8.6mm-8.2mm，第一玻璃透镜与第二玻璃透镜的间距是2.4mm-1.1mm，第二玻璃透镜与第三玻璃透镜的间距是0.7mm，第三玻璃透镜与第四双胶合玻璃透镜的间距是3.67mm，第四双胶合玻璃透镜与孔径光阑的间距是13.7mm，孔径光阑与第五玻璃透镜的间距是0，第五玻璃透镜与第六玻璃透镜的间距是15.25mm，第六玻璃透镜与第七玻璃透镜的间距是0.7mm，第七玻璃透镜与第八玻璃透镜的间距是3.38mm，第八玻璃透镜与第九玻璃透镜的间距是5.46mm，第九玻璃透镜与第十塑胶透镜的间距是6.67mm。
4.根据权利要求2或3所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述第十塑胶透镜自左至右两个表面的表达式设置为偶次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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。
5.根据权利要求4所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述第十塑胶透镜左侧表面的系数如下：，，，，，；
第十塑胶透镜右侧表面的系数如下：，，，，，。
6.根据权利要求2或3所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述旋转对称反射镜的表达式设置为奇次非球面表达式，其表达式形式为：
其中：是面型高度，是拟合球面曲率，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。
7.根据权利要求6所述的一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头，其特征在于所述子午中间像和弧矢中间像的分离程度由旋转对称反射镜的一阶导数分布和二阶导数分布决定。
CN201510747888.XA 2015-11-06 2015-11-06 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头 Active CN105204146B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510747888.XA CN105204146B (zh) 2015-11-06 2015-11-06 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头
US15/344,545 US10606049B2 (en) 2015-11-06 2016-11-06 Ultra-short distance projection lens with refractive meridional image surface and refractive sagittal image surface being isolated

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510747888.XA CN105204146B (zh) 2015-11-06 2015-11-06 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105204146A CN105204146A (zh) 2015-12-30
CN105204146B true CN105204146B (zh) 2016-11-30

Family

ID=54951918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510747888.XA Active CN105204146B (zh) 2015-11-06 2015-11-06 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105204146B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109445237A (zh) * 2019-01-10 2019-03-08 上海白泽网络科技有限公司 超短焦光学投影系统及电子设备
CN112596230B (zh) * 2020-12-16 2022-09-20 航天科工微电子系统研究院有限公司 用于光电跟踪主动层析照明的光路系统
CN113625448B (zh) * 2021-08-26 2023-06-09 歌尔光学科技有限公司 投影系统的优化方法、系统及存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110120590A (ko) * 2010-04-29 2011-11-04 삼성전자주식회사 광학 시스템 및 이를 적용한 영상투사장치
CN203745713U (zh) * 2013-11-25 2014-07-30 深圳市亿思达显示科技有限公司 一种曲面反射式超短焦投影镜头
CN104345453B (zh) * 2014-11-19 2016-03-23 浙江晶景光电有限公司 一种超短距投影镜头设计方法
CN205157872U (zh) * 2015-11-06 2016-04-13 浙江水晶光电科技股份有限公司 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头

Also Published As

Publication number Publication date
CN105204146A (zh) 2015-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106338820B (zh) 一种微显示目镜、头戴目镜系统和头戴可视设备
CN104635333B (zh) 一种目镜、头戴目镜系统和微显示头戴设备
CN103777314B (zh) 广角投影镜头
CN101256273A (zh) 投影光学系统和图像投影装置
CN104536130B (zh) 一种微显示目镜、头戴目镜系统和微显示头戴设备
CN106610520B (zh) 一种内反射式折反射全景成像镜头
JP2015108797A (ja) 広角投影光学システム
CN105204146B (zh) 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头
CN104076490A (zh) 一种广角消畸变双波段共焦光学镜头
US20210088745A1 (en) Lens module, photographing module, and terminal device
CN101482689A (zh) 超薄背投光学系统
CN109491060B (zh) 一种用于桌面投影的超短焦物镜
CN204028443U (zh) 一种广角消畸变双波段共焦光学镜头
CN105589208A (zh) 一种内对焦虚拟现实光学系统
CN103513398B (zh) 一种光学成像镜头
CN205157872U (zh) 一种折射子午像面和折射弧矢像面分离的超短距投影镜头
CN106873134B (zh) 一种折反射超广角成像系统
CN106646831B (zh) 一种非球面折反射全景成像镜头
US20220221698A1 (en) Optical system and projection device
CN214202035U (zh) 一种用于投影大视场的高分辨率投影镜头
CN110873955A (zh) 一种投影机用超短焦镜头
WO2022088651A1 (zh) 潜望式光学成像系统、摄像模组和电子装置
CN209979996U (zh) 一种离轴超短焦投影镜头
CN204360009U (zh) 一种微显示目镜、头戴目镜系统和微显示头戴设备
TW201905533A (zh) 廣角投影鏡頭

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant