CN108710194A - 投影镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影镜头，包括设于DMD芯片和投影面之间的反射镜和透镜组件，透镜组件设于反射镜和DMD芯片之间；透镜组件依次包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一负弯月透镜、第三正弯月透镜、第一凸透镜、双胶合透镜、第二凸透镜、三胶合透镜、第三凸透镜及第四凸透镜；DMD芯片调制的投影光束依次通过透镜组件和反射镜并在投影面上成像。本申请提供一款光圈数为2.4，一款畸变小于1.5％，焦距为4.8mm的投影镜头，此镜头是一款结构精密，控制低成本，较小体积的成像物镜。上述投影镜头后在0.55m位置形成对角线为60英寸的像面。
Description
技术领域
本发明涉及投影领域，尤其涉及一种投影镜头。
背景技术
目前较高像素的投影仪普遍使用非球面的投影镜头，清晰度和 TV畸变要求比较容易满足。本发明使用非球面镜片来设计镜头，达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求。
超短焦镜头设计一般使用非球面反射镜将投影画面直接投影到屏幕上，但大口径的非球面反射镜的加工较难，难以产业化。而使用球面反射镜直接投影到屏幕的效果又不理想。现有的投影机的投影镜头的F数即光圈数较高，如果降低F数的同时又会降低画面的清晰度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种投影镜头，其能解决镜头效果不理想的问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种投影镜头，包括包括设于DMD芯片和投影面之间的反射镜和透镜组件，所述透镜组件设于所述反射镜和DMD芯片之间；所述透镜组件从反射镜到DMD芯片同光轴设置，所述透镜组件依次包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一负弯月透镜、第三正弯月透镜、第一凸透镜、双胶合透镜、第二凸透镜、三胶合透镜、第三凸透镜及第四凸透镜；所述DMD芯片调制的投影光束依次通过透镜组件和反射镜并在投影面上成像。
进一步地，所述投影镜头还包括棱镜组、光阑及振镜，所述棱镜组设于所述DMD芯片与所述振镜之间，所述光阑设于双胶合透镜和第二凸透镜。
进一步地，所述反射镜为球面反射镜，所述球面反射镜包括一凹面，所述凹面朝向第一正弯月透镜。
进一步地，所述反射镜曲率半径介于20mm与60mm之间；
所述第一正弯月透镜的焦距介于50mm与70mm之间；
所述第二正弯月透镜的焦距介于190mm与240mm之间；
所述第一负弯月透镜的焦距介于-300mm与-400mm之间；
所述第三正弯月透镜的焦距介于110mm与150mm之间；
所述第一凸透镜的焦距介于110mm与150mm之间；
所述双胶合透镜的焦距介于150mm与200mm之间；
所述第二凸透镜的焦距介于50mm与75mm之间；
所述三胶合透镜的焦距介于-50mm与-40mm之间；
所述第三凸透镜的焦距介于60mm与80mm之间；
所述第四凸透镜的焦距介于30mm与50mm之间。
进一步地，所述双胶合透镜包括第一凹透镜及第五凸透镜，所述第一凹透镜靠近第一凸透镜，所述第五凸透镜靠近所述第二凸透镜，所述第一凹透镜的折射率介于1.70与1.80之间；所述第五凸透镜的折射率介于1.50与1.65之间。
进一步地，所述三胶合透镜包括第二凹透镜、第三凹透镜及第六凸透镜，所述第三凹透镜位于所述第二凹透镜和所述第六凸透镜之间，所述第二凹透镜靠近所述第二凸透镜，所述第六凸透镜之间靠近所述第三凸透镜；
所述第一正弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第二正弯月透镜的折射率介于1.55与1.65之间；
所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第三正弯月透镜的折射率介于1.90与2.00之间；
所述第六凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第二凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第一凸透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第二凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间；
所述第三凹透镜的折射率介于1.75与1.90之间；
所述第三凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第四凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间。
进一步地，所述第一正弯月透镜。
进一步地，所述第一负弯月透镜左右两面为非球面。
进一步地，所述DMD芯片为0.47英寸分辨率为1920×1080或 0.48英寸分辨率1920×1200。
进一步地，所述DMD芯片与所述透镜组件的光轴垂直；所述投影镜头的中心在所述DMD芯片的区域之外。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本申请提供一款光圈数为2.4，一款畸变小于1.5％，焦距为4.8mm 的投影镜头，此镜头是一款结构精密，控制低成本，较小体积的成像物镜。上述投影镜头后在0.55m位置形成对角线为60英寸的像面。本申请是基于光学成像原理，使用光学设计软件对投影物镜反复地进行结构达到像差的优化设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明投影镜头中一较佳实施例的示意图；
图2为图1所示投影镜头中一三胶合透镜的示意图；
图3是本发明离轴投影的示意图；
图4是本发明的XPR技术画面示意图；
图5是本发明的MTF曲线图；
图6是本发明的点列图。
图中：100、投影镜头；1、反射镜；2、DMD芯片；3、透镜组件；31、第一正弯月透镜；32、第二正弯月透镜；33、第一负弯月透镜；34、第三正弯月透镜；35、第一凸透镜；36、双胶合透镜；361、第一凹透镜；362、第五凸透镜；37、第二凸透镜；38、三胶合透镜； 381、第二凹透镜；382、第三凹透镜；383、第六凸透镜；39、第三凸透镜；391、第四凸透镜；4、棱镜组；5、窗口玻璃；6、光阑；7、投影面；8、振镜。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1-2，一种投影镜头100包括包括设于DMD芯片2) 和投影面7之间的反射镜1、透镜组件3、棱镜组4、窗口玻璃5、光阑6及振镜8。
所述反射镜1为球面反射镜，所述球面反射镜包括一凹面，所述凹面朝向第一正弯月透镜31。
所述透镜组件3依次包括第一正弯月透镜31、第二正弯月透镜 32、第一负弯月透镜33、第三正弯月透镜34、第一凸透镜35、双胶合透镜36、第二凸透镜37、三胶合透镜38、第三凸透镜39及第四凸透镜391；所述DMD芯片2调制的投影光束依次通过透镜组件3 和反射镜1并在投影面7上成像。
所述双胶合透镜36包括第一凹透镜361及第五凸透镜362，所述第一凹透镜361靠近第一凸透镜35，所述第五凸透镜362靠近所述第二凸透镜37，所述第一凹透镜361的折射率介于1.70与1.80之间；所述第五凸透镜362的折射率介于1.50与1.65之间。
所述三胶合透镜38包括第二凹透镜381、第三凹透镜382及第六凸透镜383，所述第三凹透镜382位于所述第二凹透镜381和所述第六凸透镜383之间，所述第二凹透镜381靠近所述第二凸透镜37，所述第六凸透镜383之间靠近所述第三凸透镜39。
所述反射镜1曲率半径介于20mm与60mm之间，所述第一正弯月透镜31的焦距介于50mm与70mm之间，所述第二正弯月透镜32 的焦距介于190mm与240mm之间，所述第一负弯月透镜33的焦距介于-300mm与-400mm之间，所述第三正弯月透镜34的焦距介于 110mm与150mm之间，所述第一凸透镜35的焦距介于110mm与 150mm之间，所述双胶合透镜36的焦距介于150mm与200mm之间，所述第二凸透镜37的焦距介于50mm与75mm之间，所述三胶合透镜38的焦距介于-50mm与-40mm之间，所述第三凸透镜39的焦距介于60mm与80mm之间，所述第四凸透镜391的焦距介于30mm与 50mm之间。
所述第一正弯月透镜31的折射率介于1.50与1.60之间，所述第二正弯月透镜32的折射率介于1.55与1.65之间，所述第一负弯月透镜33的折射率介于1.50与1.60之间，所述第三正弯月透镜34的折射率介于1.90与2.00之间，所述第六凸透镜383的折射率介于1.55与1.70之间，所述第二凸透镜37的折射率介于1.55与1.70之间，所述第一凸透镜35的折射率介于1.50与1.60之间，所述第二凹透镜 381的折射率介于1.65与1.75之间，所述第三凹透镜382的折射率介于1.75与1.90之间，所述第三凸透镜39的折射率介于1.55与1.70 之间，所述第四凸透镜391的折射率介于1.55与1.70之间。
组装所述投影镜头100时，所述透镜组件3设于所述反射镜1和 DMD芯片2之间；所述透镜组件3从反射镜1到DMD芯片2同光轴设置，所述棱镜组4设于所述DMD芯片2与所述振镜8之间，所述光阑6设于双胶合透镜36和第二凸透镜37，优选的，所述DMD 芯片2与所述透镜组件3的光轴垂直；所述投影镜头的中心在所述 DMD芯片2的区域之外。所述窗口玻璃5位于所述棱镜组4和DMD 芯片2之间。
本申请提供一款光圈数为2.4，一款畸变小于1.5％，焦距为4.8mm 的投影镜头，此镜头是一款结构精密，控制低成本，较小体积的成像物镜。上述投影镜头后在0.55m位置形成对角线为60英寸的像面。本申请是基于光学成像原理，使用光学设计软件对投影物镜反复地进行结构达到像差的优化设计，像质很好，结构新颖，设计巧妙，适用性强，便于推广。
需要说明的是，所述第一正弯月透镜31，所述第一负弯月透镜33左右两面为非球面，所述DMD芯片2为0.47英寸分辨率为1920 ×1080或0.48英寸分辨率1920×1200。
对各透镜的曲率半径、材料、厚度以及透镜之间的间距进行修改，达到对像差的优化。
以下是0.47英寸DMD芯片为例，给出本发明一种投影镜头光学系统实施例的参数。
非球面系数：
| 表面序号 | x2 | x4 | x6 | x8 |
| 2 | 0 | -7.59202E-05 | -7.59040E-08 | 1.33327E-10 |
| 3 | 0 | -4.94294E-05 | -2.22998E-08 | 2.95270E-11 |
| 6 | 0 | -2.78947E-05 | -1.65620E-09 | 1.25261E-11 |
| 7 | 0 | -2.42835E-05 | 9.70998E-09 | -2.74202E-12 |
最终得到焦距4.8mm,光学筒长217mm，F2.4，畸变小于1.5％，各视场像质均匀并且像质最佳的超短焦投影镜头。本发明实现在 0.55m位置形成对角线为60英寸的像面。
请参阅图3，为本发明离轴投影的示意图，请参阅图4，为本发明的使用XPR技术画面示意图。通过振镜8使像素45度方向偏移半个像素再次呈现一个像素，从而使像素数量翻倍。像素呈现菱形排布，像素中心的间距缩短为二分之根号二，即像素大小为 3.81um。
请参阅图5，为本发明的MTF曲线图，图中131lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.43，说明该镜头成像画面清晰均匀。1920×1200的0.48芯片和1920×1080的0.47芯片的像素是5.4 微米，对应奎尼斯线对为93lp/mm，在该线对下MTF数值>0.57即满足该芯片的分辨率要求。使用XPR技术后，像素变为3.81um，对应奎尼斯线对为131lp/mm，MTF数值有所降低，MTF数值>0.43，满足要求，成像画面同样清晰均匀。
请参阅图6，为是本发明的点列图，从图中知，各视场下的点列图平均弥散斑半径小于4.6微米。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种投影镜头，包括包括设于DMD芯片和投影面之间的反射镜和透镜组件，其特征在于：所述透镜组件设于所述反射镜和DMD芯片之间；所述透镜组件从反射镜到DMD芯片同光轴设置，所述透镜组件依次包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一负弯月透镜、第三正弯月透镜、第一凸透镜、双胶合透镜、第二凸透镜、三胶合透镜、第三凸透镜及第四凸透镜；所述DMD芯片调制的投影光束依次通过透镜组件和反射镜并在投影面上成像。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述投影镜头还包括棱镜组、光阑及振镜，所述棱镜组设于所述DMD芯片与所述振镜之间，所述光阑设于双胶合透镜和第二凸透镜。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述反射镜为球面反射镜，所述球面反射镜包括一凹面，所述凹面朝向第一正弯月透镜。
4.如权利要求1-3任一所述的投影镜头，其特征在于：
所述反射镜曲率半径介于20mm与60mm之间；
所述第一正弯月透镜的焦距介于50mm与70mm之间；
所述第二正弯月透镜的焦距介于190mm与240mm之间；
所述第一负弯月透镜的焦距介于-300mm与-400mm之间；
所述第三正弯月透镜的焦距介于110mm与150mm之间；
所述第一凸透镜的焦距介于110mm与150mm之间；
所述双胶合透镜的焦距介于150mm与200mm之间；
所述第二凸透镜的焦距介于50mm与75mm之间；
所述三胶合透镜的焦距介于-50mm与-40mm之间；
所述第三凸透镜的焦距介于60mm与80mm之间；
所述第四凸透镜的焦距介于30mm与50mm之间。
5.如权利要求4所述的投影镜头，其特征在于：所述双胶合透镜包括第一凹透镜及第五凸透镜，所述第一凹透镜靠近第一凸透镜，所述第五凸透镜靠近所述第二凸透镜，所述第一凹透镜的折射率介于1.70与1.80之间；所述第五凸透镜的折射率介于1.50与1.65之间。
6.如权利要求5所述的投影镜头，其特征在于：所述三胶合透镜包括第二凹透镜、第三凹透镜及第六凸透镜，所述第三凹透镜位于所述第二凹透镜和所述第六凸透镜之间，所述第二凹透镜靠近所述第二凸透镜，所述第六凸透镜之间靠近所述第三凸透镜；
所述第一正弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第二正弯月透镜的折射率介于1.55与1.65之间；
所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第三正弯月透镜的折射率介于1.90与2.00之间；
所述第六凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第二凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第一凸透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第二凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间；
所述第三凹透镜的折射率介于1.75与1.90之间；
所述第三凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第四凸透镜的折射率介于1.55与1.70之间。
7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜。
8.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述第一负弯月透镜左右两面为非球面。
9.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片为0.47英寸分辨率为1920×1080或0.48英寸分辨率1920×1200。
10.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片与所述透镜组件的光轴垂直；所述投影镜头的中心在所述DMD芯片的区域之外。
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