CN108761727A - 一种微型投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型投影镜头，本发明的结构紧凑，成像效果良好，高分辨率，孔径大，后焦及景深长，公差松，生产时良率高，第二非球面玻璃镜片采用玻璃非球面，相比现有技术的塑胶非球面，有效的改善了微型投影机受热跑焦问题，且在相似的镜头设计中，采用的镜片数量更少，尺寸更小。

Description

一种微型投影镜头
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种微型投影镜头。
背景技术
随着投影设备在生活中扮演的角色越来越多，应用到的领域也会越来越多。更多的设备需要嵌入微型投影设备，这对投影光机的要求也越来越高，尺寸更小，结构更加紧凑，成像效果更好，分辨率更高是目前市场上对微型投影仪的要求，由于市场对高分辨率和高成像质量投影仪的需求，所以4K分辨率的投影仪应运而生，现有的投影镜头分辨率达不到市场上要求的高分辨率，并且现有的设计镜头尺寸太大，重量大，并不是很适用于微型投影镜头，而该镜头相比以往设计的光学系统的镜片数量更要少，尺寸更小，成像质量和分辨率也更高的4倍，属于超高清分辨率。
现有的投影镜头分辨率达不到市场上要求的高分辨率，并且现有的设计存在着镜头尺寸太大，重量大，并不是很适用于微型投影镜头。
发明内容
本发明提供的一种微型投影镜头，解决了现有的投影镜头分辨率达不到市场上要求的高分辨率，并且现有的设计存在着镜头尺寸太大，重量大，并不是很适用于微型投影镜头。
本发明提供的一种微型投影镜头，所述镜头从放大端至缩小端依次包括：
第一非球面塑料镜片P1，第一球面玻璃镜片G2，第二球面玻璃镜片G3，第三球面玻璃镜片G4，光阑，第四球面玻璃镜片G5，第五球面玻璃镜片G6，第一胶合玻璃镜片G7+G8，第二非球面玻璃镜片G9，平板玻璃G10，棱镜 GM11，DMD保护玻璃，DMD成像面；
所述第一非球面塑料镜片具体为：具有负焦距的弯月透镜，其凹面朝光阑孔径方向，且所述第一非球面塑料镜片的两个表面均为塑料非球面；
所述第一球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第一球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第二球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝孔径光阑方向，所述第二球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第三球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其平面朝孔径光阑方向，所述第三球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第四球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，所述第四球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第五球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第五球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第一胶合玻璃镜片由具有正焦距的双凸透镜和具有负焦距的弯月透镜胶合而成，所述弯月透镜的胶合面弯向光阑侧，所述双凸透镜的两个表面均为玻璃球面，所述双凸透镜的胶合面为玻璃胶合面，所述弯月透镜的两个表面均为玻璃球面，所述弯月透镜的胶合面为玻璃胶合面；
所述第二非球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的双凸透镜，其凹面朝光阑方向，所述第二非球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃非球面。
可选地，所述第一非球面塑料镜片的有效焦距大于-30.78mm，小于 -25.54mm。
可选地，所述第一球面玻璃镜片的有效焦距大于-25.76mm，小于 -20.43mm。
可选地，所述第二球面玻璃镜片的有效焦距大于31.57mm，小于40.38mm。
可选地，所述第三球面玻璃镜片的有效焦距大于46.26mm，小于53.14mm。
可选地，所述第四球面玻璃镜片的有效焦距大于26.39mm，小于34.74mm。
可选地，所述第五球面玻璃镜片的有效焦距大于-20.06mm，小于 -13.41mm。
可选地，所述第一胶合玻璃镜片双凸透镜的有效焦距大于21.56mm，小于29.22mm。
可选地，所述第一胶合玻璃镜片弯月透镜的有效焦距大于-60.17mm，小于-46.89mm。
可选地，所述第二非球面玻璃镜片的有效焦距大于19.17mm，小于 -29.89mm。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种微型投影镜头，所述镜头从放大端至缩小端依次包括：第一非球面塑料镜片P1，第一球面玻璃镜片G2，第二球面玻璃镜片G3，第三球面玻璃镜片G4，光阑，第四球面玻璃镜片G5，第五球面玻璃镜片G6，第一胶合玻璃镜片G7+G8，第二非球面玻璃镜片G9，平板玻璃G10，棱镜 GM11，DMD保护玻璃，DMD成像面；所述第一非球面塑料镜片具体为：具有负焦距的弯月透镜，其凹面朝光阑孔径方向，且所述第一非球面塑料镜片的两个表面均为塑料非球面；所述第一球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第一球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；所述第二球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝孔径光阑方向，所述第二球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；所述第三球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其平面朝孔径光阑方向，所述第三球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；所述第四球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，所述第四球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；所述第五球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第五球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；所述第一胶合玻璃镜片由具有正焦距的双凸透镜和具有负焦距的弯月透镜胶合而成，所述弯月透镜的胶合面弯向光阑侧，所述双凸透镜的两个表面均为玻璃球面，所述双凸透镜的胶合面为玻璃胶合面，所述弯月透镜的两个表面均为玻璃球面，所述弯月透镜的胶合面为玻璃胶合面；所述第二非球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的双凸透镜，其凹面朝光阑方向，所述第二非球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃非球面，本发明的结构紧凑，成像效果良好，高分辨率，孔径大，后焦及景深长，公差松，生产时良率高，第二非球面玻璃镜片采用玻璃非球面，相比现有技术的塑胶非球面，有效的改善了微型投影机受热跑焦问题，且在相似的镜头设计中，采用的镜片数量更少，尺寸更小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种微型投影镜头的一个实施例的结构示意图以下为附图说明：
图2是本发明的光学系统的MTF(光学传递函数)图；
第一非球面塑料镜片：P1；第一球面玻璃镜片：G2；第二球面玻璃镜片： G3；第三球面玻璃镜片：G4；第四球面玻璃镜片：G5；第五球面玻璃镜片： G6；第一胶合玻璃镜片的双凸透镜：G7；第一胶合玻璃镜片的弯月透镜：G8；第二非球面玻璃镜片：G9；平板玻璃：G10；棱镜：GM11；DMD成像面： IMA。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一种微型投影镜头的一个实施例的结构图，如图1所示，本发明实施例提供的微型投影镜头，镜头从放大端至缩小端依次包括：
第一非球面塑料镜片P1，第一球面玻璃镜片G2，第二球面玻璃镜片G3，第三球面玻璃镜片G4，光阑，第四球面玻璃镜片G5，第五球面玻璃镜片G6，第一胶合玻璃镜片G7+G8，第二非球面玻璃镜片G9，平板玻璃G10，棱镜 GM11，DMD保护玻璃，DMD成像面；
第一非球面塑料镜片具体为：具有负焦距的弯月透镜，其凹面朝光阑孔径方向，且第一非球面塑料镜片的两个表面均为塑料非球面；
第一球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，第一球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
第二球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝孔径光阑方向，第二球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
第三球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其平面朝孔径光阑方向，第三球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
第四球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，第四球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
第五球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，第五球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
第一胶合玻璃镜片由具有正焦距的双凸透镜和具有负焦距的弯月透镜胶合而成，弯月透镜的胶合面弯向光阑侧，双凸透镜的两个表面均为玻璃球面，双凸透镜的胶合面为玻璃胶合面，弯月透镜的两个表面均为玻璃球面，弯月透镜的胶合面为玻璃胶合面；
第二非球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的双凸透镜，其凹面朝光阑方向，第二非球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃非球面。
该镜头G9设置为玻璃非球面镜片，有效的解决了微投镜头由于塑胶非球面镜片受热而导致的镜头跑焦的缺陷。
该镜头大部分都使用平凸镜片或是具有定位平面的镜片，可以对镜片组装时有很好的定位效果，提高装配精度。
该镜头具有尺寸小，视场角大，光圈大F/1.7，后焦长大于24mm且高成像质量和高分辨率的特点。
如图1，本发明实施例中的微型投影镜头由负透镜P1，负透镜G2，正透镜G3，正透镜G4，光阑孔径，正透镜G5，负透镜G6，正透镜G7，负透镜 G8以及正透镜G9，依次从放大端至缩小端排列的方式实现。
可选地，
第一镜片P1，材料满足：1.5<Nd<1.7,40<Vd<60采用塑料材料E48R所制成具有负光焦度弯月型透镜，其中凹面朝光阑孔径方向，且两个表面S1、S2 均为塑料非球面。
第二镜片G2，材料满足：1.6<Nd<1.7,30<Vd<40采用玻璃材料H-BAF8 所制成具有负光焦度双凹透镜，且两个表面S3、S4均为玻璃球面。
第三镜片G3，材料满足：1.5<Nd<1.7,50<Vd<60采用玻璃材料H-ZK10 所制成具有正光焦度平凸型透镜，其中凸面朝孔径光阑方向，且两个表面S5、 S6均为玻璃球面。
第四镜片G4，材料满足：1.5<Nd<1.7,25<Vd<40采用玻璃材料H-F4所制成具有正光焦度平凸型透镜，其中平面朝孔径光阑，且两个表面S7、S8均为玻璃球面。
第五镜片G5，材料满足：1.5<Nd<1.6,60<Vd<70采用玻璃材料H-ZPK2 所制成具有正光焦度双凸型透镜，且两个表面S10、S11均为玻璃球面。
第六镜片G6，材料满足：1.8<Nd<1.9,25<Vd<40采用玻璃材料H-ZLAF56B 所制成具有负光焦度双凹型透镜，且两个表面S12、S13均为玻璃球面。
第七镜片G7，材料满足：1.6<Nd<1.7,55<Vd<70采用玻璃材料H-LAK4L 所制成具有正光焦度双凸型透镜，且两个表面S14为玻璃非球面，S15为玻璃胶合面。
第八镜片G8，材料满足：1.6<Nd<1.8,20<Vd<35采用玻璃材料H-ZF13 所制成具有负光焦度弯月型透镜，其中凹面朝光阑方向，且两个表面S15为玻璃胶合面，S16为玻璃球面。
第九镜片G9，材料满足：1.4<Nd<1.6,55<Vd<70采用玻璃材料D-K59所制成具有正光焦度双凸型透镜，且两个表面S15、S16均为玻璃非球面。
可选地，该投影镜头满足以下条件：
-30.78mm<f1<-25.54mm
-25.76mm<f2<-20.43mm
31.57mm<f3<40.38mm
46.26mm<f4<53.14mm
26.39mm<f5<34.74mm
-20.06mm<f6<-13.41mm
21.56mm<f7<29.22mm
-60.17mm<f8<-46.89mm
19.17mm<f9<-29.89mm
图2是本发明的光学系统的MTF(光学传递函数)图；
其中，f1为第一镜片G1有效焦距，f2为第二镜片P2有效焦距，f3为第三镜片G3有效焦距，f4为第四镜片G4有效焦距，f5为第五镜片G5有效焦距，f6为第六镜片G6有效焦距，f7为第七镜片G7有效焦距，f8为第八镜片 G8有效焦距，f9为第八镜片G9有效焦距；
表一
表面序号 曲率半径 厚度 间距 Nd Vd 说明
S1 15.425 2.874 1.53 55.7 第一镜片P1
S2 6.750 13.173
S3 -17.346 3.800 1.63 39.1 第二镜片G2
S4 74.175 2.616
S5 infinity 8.894 1.62 56.7 第三镜片G3
S6 -26.940 0.100
S7 33.892 6.895 1.62 36.3 第四镜片G4
S8 infinity 23.917
STO 0 光阑
S10 26.502 3.443 1.60 65.5 第五镜片G5
S11 -132.004 2.894
S12 -31.737 0.850 1.81 33.3 第六镜片G6
S13 23.707 2.732
S14 316.650 4.231 1.64 60.2 第七镜片G7
S15 -16.402 0.900 1.78 25.7 第八镜片G8
S16 -28.335 5.538
S17 26.992 5.731 1.52 63.5 第九镜片G9
S18 -23.049 6.000
S19 infinity 2.000 1.52 64.2 平板玻璃
S20 infinity 14.00 1.74 44.9 棱镜
为达到上述目的且有效提升该微型投影镜头光学效能，本发明该投影镜头具体参数如图表一；其中参数包含各镜片的厚度、间距，各镜片的折射率 Nd(Refractive index)，曲率半径R(Radius of curvature)，数值孔径F/NO.，焦距F(Focus Length)以及各镜片的阿贝系数Vd(Abbe number)。
其中有几个表面为非球面，非球面透镜P2的表面S3、S4和非球面凹凸型透镜G7的表面S13、S14，由非球面公式才能得出球面相对应的曲线；如下公式：
其中：Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离；r表示非表
面上的点到光轴的距离；c表示非球面的中心曲率；k表示圆锥率；a2、a4、 a6、a8、a10、a12表示非球面高次项系数。
非球面透镜P1和G9各阶系数，如表二:
表二
本发明实施例提供的一种微型投影镜头，镜头从放大端至缩小端依次包括：第一非球面塑料镜片P1，第一球面玻璃镜片G2，第二球面玻璃镜片G3，第三球面玻璃镜片G4，光阑，第四球面玻璃镜片G5，第五球面玻璃镜片G6，第一胶合玻璃镜片G7+G8，第二非球面玻璃镜片G9，平板玻璃G10，棱镜 GM11，DMD保护玻璃，DMD成像面；第一非球面塑料镜片具体为：具有负焦距的弯月透镜，其凹面朝光阑孔径方向，且第一非球面塑料镜片的两个表面均为塑料非球面；第一球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，第一球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；第二球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝孔径光阑方向，第二球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；第三球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其平面朝孔径光阑方向，第三球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；第四球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，第四球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；第五球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，第五球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；第一胶合玻璃镜片由具有正焦距的双凸透镜和具有负焦距的弯月透镜胶合而成，弯月透镜的胶合面弯向光阑侧，双凸透镜的两个表面均为玻璃球面，双凸透镜的胶合面为玻璃胶合面，弯月透镜的两个表面均为玻璃球面，弯月透镜的胶合面为玻璃胶合面；第二非球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的双凸透镜，其凹面朝光阑方向，第二非球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃非球面，本发明的结构紧凑，成像效果良好，高分辨率，孔径大，后焦及景深长，公差松，生产时良率高，第二非球面玻璃镜片采用玻璃非球面，相比现有技术的塑胶非球面，有效的改善了微型投影机受热跑焦问题，且在相似的镜头设计中，采用的镜片数量更少，尺寸更小。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微型投影镜头，其特征在于，所述镜头从放大端至缩小端依次包括：
第一非球面塑料镜片P1，第一球面玻璃镜片G2，第二球面玻璃镜片G3，第三球面玻璃镜片G4，光阑，第四球面玻璃镜片G5，第五球面玻璃镜片G6，第一胶合玻璃镜片G7+G8，第二非球面玻璃镜片G9，平板玻璃G10，棱镜GM11，DMD保护玻璃，DMD成像面；
所述第一非球面塑料镜片具体为：具有负焦距的弯月透镜，其凹面朝光阑孔径方向，且所述第一非球面塑料镜片的两个表面均为塑料非球面；
所述第一球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第一球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第二球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其凸面朝孔径光阑方向，所述第二球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第三球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，其平面朝孔径光阑方向，所述第三球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第四球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的平凸透镜，所述第四球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第五球面玻璃镜片具体为：具有负焦距的双凹透镜，所述第五球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃球面；
所述第一胶合玻璃镜片由具有正焦距的双凸透镜和具有负焦距的弯月透镜胶合而成，所述弯月透镜的胶合面弯向光阑侧，所述双凸透镜的两个表面均为玻璃球面，所述双凸透镜的胶合面为玻璃胶合面，所述弯月透镜的两个表面均为玻璃球面，所述弯月透镜的胶合面为玻璃胶合面；
所述第二非球面玻璃镜片具体为：具有正焦距的双凸透镜，其凹面朝光阑方向，所述第二非球面玻璃镜片的两个表面均为玻璃非球面。
2.根据权利要求1所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第一非球面塑料镜片的有效焦距大于-30.78mm，小于-25.54mm。
3.根据权利要求2所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第一球面玻璃镜片的有效焦距大于-25.76mm，小于-20.43mm。
4.根据权利要求3所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第二球面玻璃镜片的有效焦距大于31.57mm，小于40.38mm。
5.根据权利要求4所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第三球面玻璃镜片的有效焦距大于46.26mm，小于53.14mm。
6.根据权利要求5所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第四球面玻璃镜片的有效焦距大于26.39mm，小于34.74mm。
7.根据权利要求6所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第五球面玻璃镜片的有效焦距大于-20.06mm，小于-13.41mm。
8.根据权利要求7所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第一胶合玻璃镜片双凸透镜的有效焦距大于21.56mm，小于29.22mm。
9.根据权利要求8所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第一胶合玻璃镜片弯月透镜的有效焦距大于-60.17mm，小于-46.89mm。
10.根据权利要求9所述的微型投影镜头，其特征在于，所述第二非球面玻璃镜片的有效焦距大于19.17mm，小于-29.89mm。
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