CN105785557B - 一种超短焦投影物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超短焦投影物镜。它包括TIR棱镜、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的反射镜以及显示芯片（DMD）；光路依次经过显示芯片、TIR棱镜、第一双凸透镜、第一凸凹透镜、第一双胶合透镜、第二双凸透镜、孔径光阑、第三双凸透镜、第二凸凹透镜、第一双凹透镜、第一凹凸透镜、非球面透镜组、凹面反射镜。此超短焦投影物镜通过光学系统优化组合，实现了凹面反射镜后端离投影屏幕340mm的距离，投射出60inch的图像的效果，投射比达0.258，50inch至70inch内可调，实现了超短距离内投射大屏幕的目的。本发明的超短焦投影物镜结构简单，畸变小于0.15%，公差易于实现，体积小，成像质量清晰，工艺性良好等一系列的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像系统中投影显示领域的投影物镜，尤其涉及一种小型超短焦投影物镜。
背景技术
在投影显示领域，超短焦投影已成为投影技术的趋势。超短焦投影的优势在于在保证图像质量的前提下，短距离内投射大尺寸屏。超短焦投影物镜的投射比是指整个光学系统的最后端到屏幕的距离与投影的画面宽度的比值，通常情况下默认投影画面位于显示设备所放置的水平以上，投射比才有意义。
超短焦投影镜头相比传统的投影镜头能够更有效地控制投影尺寸，是使无屏电视进入家用市场的重要途径。
可如今的市场上，关于超短焦的产品体积偏大，虽有百寸大屏的超短焦投影，可未必真正适合刚需家庭的要求，而且较高的价格，又令普通消费者望而却步。
发明内容
本发明的目的是提供一种超短焦投影物镜，在340mm的距离内实现60inch的大屏画面，它具有结构紧凑，成像清晰，畸变极小，公差适中，工艺性良好的优点。
一种超短焦投影物镜，包括TIR棱镜、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的反射镜以及显示芯片（DMD）；所述的透镜组包括具有口径相当的9片同轴排列的球面透镜和非球面透镜组；所述的反射镜为凹面反射镜；光路依次经过显示芯片、TIR棱镜、第一双凸透镜、第一凸凹透镜、第一双胶合透镜、第二双凸透镜、孔径光阑、第三双凸透镜、第二凸凹透镜、第一双凹透镜、第一凹凸透镜、非球面透镜组、凹面反射镜；所述的非球面透镜组包括前透镜、后透镜，前透镜、后透镜至少其中之一为非球面透镜；
凹面反射镜的有效通光口径为A，显示芯片（DMD）对角线尺寸为B，从后透镜到凹面反射镜沿光轴的距离为C，从第一双凸透镜到后透镜的距离为D，有以下关系：
A/B<5.2
C/B<8.7
D/B<7.8；
第一双凸透镜、第一凸凹透镜、第一双胶合透镜、第二双凸透镜作为透镜组M，透镜组M中各个透镜的平均有效口径为E；第三双凸透镜、第二凸凹透镜、第一双凹透镜、第一凹凸透镜、非球面透镜组作为透镜组N，透镜组N中各个透镜的平均有效口径为G，有以下关系：E/G<1.23。
所述超短焦投影物镜，在像面投出60inch画面的时候，反射镜的端点到像面的距离为340mm，投射比为0.258，整组投影物镜到像面的畸变小于0.15%。
所述超短焦投影物镜，工作时投射出屏幕的大小50inch至70inch可调，通过调节凹面反射镜的前后位置即可实现。
所述显示芯片相对于光轴偏置放置，偏置的大小为1mm，投影物镜在工作时出射光线向上偏置为120%。
所述凹面反射镜的凹面为奇次非球面曲线。
所述的第一双胶合透镜包括了一个双凹和一个双凸透镜，胶合为一个整体，其中双凹透镜采用高折射低色散的材料，相应的双凸透镜采用低折射高色散材料。
所述的非球面透镜组包括第一偶次非球面透镜、第二偶次非球面透镜。
本发明的有益效果：
而本发明涉及的超短焦投影物镜仅需340mm即可投射出60inch的大屏，像质高，畸变极小，且偏置达到120%，成本可以达到同样屏幕尺寸电视产品的一半，拉开了家庭式投影的序幕。
本发明涉及的投影物镜的投射比达0.258，多个透镜口径相当，公差合适，易于加工。
附图说明
图1A是本发明超短焦投影物镜的光学结构图；
图1B是本发明超短焦投影物镜的带有光路的光学结构图；
图2是本发明超短焦投影物镜带有成像屏幕的光路图；
图3是本发明超短焦投影物镜的屏幕上各视场的传递函数MTF值，此传递函数值以凹面反射镜最后端到成像屏幕距离为340mm，投影屏幕60inch为判断情况。横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值；
图4是本发明超短焦投影物镜各视场在屏幕面上的光线点列图；
图5是本发明超短焦投影物镜各视场在屏幕面上的畸变方格图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1A是本发明超短焦投影物镜的光学结构图，包括TIR棱镜、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的反射镜以及显示芯片1（DMD）；
所述的透镜组包括具有口径相当的9片同轴排列的球面透镜和非球面透镜组；
所述的第一双胶合透镜4包括了一个双凹和一个双凸透镜，胶合为一个整体，其中双凹透镜采用高折射低色散的材料，相应的双凸透镜采用低折射高色散材料。
所述的非球面透镜组包括第一偶次非球面透镜、第二偶次非球面透镜。
所述的反射镜为凹面反射镜，其方程曲线为奇次非球面曲线；
图1B是本发明超短焦投影物镜的带有光路的光学结构图，光路依次经过显示芯片1、TIR棱镜、第一双凸透镜2、第一凸凹透镜3、第一双胶合透镜4、第二双凸透镜5、孔径光阑、第三双凸透镜6、第二凸凹透镜7、第一双凹透镜8、第一凹凸透镜9、非球面透镜组、凹面反射镜12；所述的非球面透镜组包括前透镜10、后透镜11，前透镜10、后透镜11至少其中之一为非球面透镜；
凹面反射镜12的有效通光口径为A，显示芯片1（DMD）对角线尺寸为B，从后透镜11到凹面反射镜12沿光轴的距离为C，从第一双凸透镜2到后透镜11的距离为D，有以下关系：
A/B<5.2
C/B<8.7
D/B<7.8；
由此表明本发明在体积的控制上比现有的超短焦投影物镜更小。
第一双凸透镜2、第一凸凹透镜3、第一双胶合透镜4、第二双凸透镜5作为透镜组M，透镜组M中各个透镜的平均有效口径为E；第三双凸透镜6、第二凸凹透镜7、第一双凹透镜8、第一凹凸透镜9、非球面透镜组作为透镜组N，透镜组N中各个透镜的平均有效口径为G，有以下关系：E/G<1.23。由此表明该透镜物镜对镜头的体积作了有效的控制，实现了镜头公差和工艺的良好性。
图2是本发明超短焦投影物镜带有成像屏幕的光路图，所述的超短焦投影物镜，在像面投出60inch画面的时候，反射镜的端点到像面的距离为340mm，投射比为0.258。
所述超短焦投影物镜，工作时投射出屏幕的大小50inch至70inch可调，通过调节凹面反射镜12的前后位置即可实现。
所述显示芯片1相对于光轴偏置放置，偏置的大小为1mm，投影物镜在工作时出射光线向上偏置为120%。
图3是本发明超短焦投影物镜的屏幕上各视场的传递函数MTF值，全视场大于0.45，其中，大视场的成像质量还要优于小视场的成像质量，来保证投影画面的清晰。
图4是本发明超短焦投影物镜各视场在屏幕面上的光线点列图；
图5是本发明超短焦投影物镜各视场在屏幕面上的畸变方格图，整组投影物镜在像面的畸变小于0.15%。
以上所述仅为本发明实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或是等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超短焦投影物镜，其特征在于，包括TIR棱镜、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的反射镜以及显示芯片（1）；
所述的透镜组包括具有口径相当的9片同轴排列的球面透镜和非球面透镜组；
所述的反射镜为凹面反射镜；
光路依次经过显示芯片（1）、TIR棱镜、第一双凸透镜（2）、第一凸凹透镜（3）、第一双胶合透镜（4）、第二双凸透镜（5）、孔径光阑、第三双凸透镜（6）、第二凸凹透镜（7）、第一双凹透镜（8）、第一凹凸透镜（9）、非球面透镜组、凹面反射镜（12）；所述的非球面透镜组包括前透镜（10）、后透镜（11），前透镜（10）、后透镜（11）至少其中之一为非球面透镜；
凹面反射镜（12）的有效通光口径为A，显示芯片（1）对角线尺寸为B，从后透镜（11）到凹面反射镜（12）沿光轴的距离为C，从第一双凸透镜（2）到后透镜（11）的距离为D，有以下关系：
A/B<5.2
C/B<8.7
D/B<7.8；
第一双凸透镜（2）、第一凸凹透镜（3）、第一双胶合透镜（4）、第二双凸透镜（5）作为透镜组M，透镜组M中各个透镜的平均有效口径为E；第三双凸透镜（6）、第二凸凹透镜（7）、第一双凹透镜（8）、第一凹凸透镜（9）、非球面透镜组作为透镜组N，透镜组N中各个透镜的平均有效口径为G，有以下关系：E/G<1.23。
2.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，在像面投出60inch画面的时候，反射镜的端点到像面的距离为340mm，投射比为0.258，整组投影物镜到像面的畸变小于0.15%。
3.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，工作时投射出屏幕的大小50inch至70inch可调，通过调节凹面反射镜（12）的前后位置即可实现。
4.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，所述显示芯片（1）相对于光轴偏置放置，偏置的大小为1mm，投影物镜在工作时出射光线向上偏置为120%。
5.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，所述凹面反射镜（12）的凹面为奇次非球面曲线。
6.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，所述的第一双胶合透镜（4）包括了一个双凹和一个双凸透镜，胶合为一个整体，其中双凹透镜采用高折射低色散的材料，相应的双凸透镜采用低折射高色散材料。
7.如权利要求1所述超短焦投影物镜，其特征在于，所述的前透镜（1 0）为第一偶次非球面透镜，所述的后透镜（11）为第二偶次非球面透镜。
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