CN109001895A - 一种小型高清超短焦投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型高清超短焦投影镜头，焦距为2mm与2.5mm之间，包括设于投影面和DMD芯片之间的若干个同轴设置的透镜组件和反射镜，所述透镜组件从反射镜到DMD芯片之间的若干个同轴排布顺序包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一凹透镜、第一凸透镜、第二凸透镜、双胶合透镜、三胶合透镜、第三凸透镜；所述DMD芯片调制的投影光束依次通过所述透镜组件和所述反射镜并在所述投影面上成像。本发明使用特殊的透镜结构和球面反射镜，前两片透镜经过正反两次透射，不仅减少了镜头所需的镜片数，极大减小了镜头体积，可应用与小型投影设备，且达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求。

Description

一种小型高清超短焦投影镜头
技术领域
本发明属于光电投影技术领域，尤其涉及一种小型高清超短焦投影镜头。
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。超短焦投影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。同时，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。
此外现有的超短焦镜头设计包含了多个镜片数，具有较大的镜头体积，难以适应现有的小型投影设备的需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明使用特殊的透镜结构和球面反射镜，前两片透镜经过正反两次透射，不仅减少了镜头所需的镜片数，极大减小了镜头体积，可应用与小型投影设备，且达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求。
本发明提供以下技术方案：一种小型超短焦高清投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头的焦距为2mm与2.5mm之间，所述投影镜头包括设于投影面和 DMD芯片之间的若干个同轴设置的透镜组件和反射镜，所述透镜组件从反射镜到 DMD芯片之间的若干个同轴排布顺序包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一凹透镜、第一凸透镜、第二凸透镜、双胶合透镜、三胶合透镜、第三凸透镜；所述DMD芯片调制的投影光束依次通过所述透镜组件和所述反射镜并在所述投影面上成像。
作为优选，所述小型超短焦高清投影镜头还包括设置于DMD芯片与第三凸透镜之间的棱镜组。
进一步地，所述小型超短焦高清投影镜头还包含置于双胶合透镜和三胶合透镜之间的光阑。
进一步地，所述反射镜为球面反射镜，包括一凹面，所述凹面朝向所述第一正弯月透镜。
进一步地，所述DMD芯片为0.3英寸，分辨率为1280×720和0.33英寸1368 ×768。
进一步地，所述DMD芯片垂直于所述透镜组件的光轴，芯片中心偏离镜头中心，芯片长边与偏离轴垂直且镜头中心在芯片区域之外。
进一步地，所述反射镜曲率半径介于15mm与40mm之间；所述第一正弯月透镜的焦距介于50mm与75mm之间；所述第二正弯月透镜的焦距介于300mm与正无穷之间；所述第一凹透镜的焦距介于-30mm与-10mm之间；所述第一凸透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第二凸透镜的焦距介于40mm与65mm之间；所述双胶合透镜的焦距介于60mm与80mm之间；所述三胶合透镜的焦距介于20mm与35mm 之间；所述第三凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间。
进一步地，所述第一正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.55与1.75之间；所述第一凹透镜的折射率介于1.45 与1.60之间；所述第一凸透镜的折射率介于1.75与1.90之间；所述第二凸透镜的折射率介于1.60与1.75之间；所述双胶合透镜中，靠近第二凸透镜的凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间，靠近光阑的凸透镜折射率介于1.50与1.60之间；所述三胶合透镜中，靠近光阑的凸透镜的折射率介于1.45与1.55之间，中间的凹透镜的折射率介于1.75与1.85之间，靠近第三凸透镜的凸透镜折射率介于1.65与1.75之间；所述第三凸透镜的折射率介于1.65与1.80之间。
进一步地，所述第一正弯月透镜和第一凹透镜左右两面为非球面。
本发明的有益效果为：
1、以光阑为界，负组镜片在前，正组在后的反远距型物镜，其中正组又分为经过两次透射的A组和只经过以此投射的B组，根据此结构设想构造A组、B组和负组分别用若干镜片代替组成初始结构，改换芯片大小，通过更换增减玻璃材质、焦距缩放和像差控制的优化设计，最终达到像质优良的投影镜头设计；
2、使用特殊的透镜结构和球面反射镜，前两片透镜经过正反两次透射，不仅减少了镜头所需的镜片数，极大减小了镜头体积，可应用与小型投影设备，且达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求；
3、本申请提供的小型超短焦高清投影镜头的光圈数2.4，畸变小于1％，焦距为2mm与2.5mm之间，结构精密，控制低成本，为较小体积的成像物镜，上述透镜系统后在0.38m位置形成对角线为60英寸的像面；
4、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。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的画面投影示意图；
图3是本发明型的MTF曲线图；
图4是本发明的点列图。
图中：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、第一凹透镜；34、第一凸透镜；35、第二凸透镜；36、双胶合透镜；361、第二凹透镜；362、第四凸透镜；37、三胶合透镜；371、第五凸透镜；372、第三凹透镜；373、第六凸透镜；38、第三凸透镜；4、棱镜组；5、窗口玻璃；6、光阑；7、投影面。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。
实施例1：如图1所示，本发明提供一种小型超短焦高清投影镜头，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及投影面7。
所述反射镜为球面反射镜，包括一凹面，所述凹面朝向所述第一正弯月透镜 31。
所述DMD芯片为0.3英寸，分辨率为1280×720和0.33英寸1368×768；DMD 芯片垂直于所述透镜组件的光轴，芯片中心偏离镜头中心，芯片长边与偏离轴垂直且镜头中心在芯片区域之外。
所述透镜组件从反射镜到DMD芯片之间的若干个同轴排布顺序包括第一正弯月透镜31、第二正弯月透镜32、第一凹透镜33、第一凸透镜34、第二凸透镜35、双胶合透镜36、三胶合透镜37、第三凸透镜38。
具体地，所述反射镜曲率半径介于15mm与40mm之间；所述第一正弯月透镜的焦距介于50mm与75mm之间；所述第二正弯月透镜的焦距介于300mm与正无穷之间；所述第一凹透镜的焦距介于-30mm与-10mm之间；所述第一凸透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第二凸透镜的焦距介于40mm与65mm之间；所述双胶合透镜的焦距介于60mm与80mm之间；所述三胶合透镜的焦距介于20mm与35mm之间；所述第三凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间。
所述双胶合透镜36包括第二凹透镜361及第四凸透镜362，所述第二凹透镜361靠近第五凸透镜35，所述第四凸透镜362靠近所述三胶合透镜37，所述三胶合透镜37包括第五凸透镜371、第三凹透镜372及第六凸透镜373，所述第五凸透镜371靠近光阑6，所述第六凸透镜373靠近第三凸透镜38。
所述第一正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.55与1.75之间；所述第一凹透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第一凸透镜的折射率介于1.75与1.90之间；所述第二凸透镜的折射率介于1.60与1.75之间；所述双胶合透镜中，靠近第二凸透镜的第二凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间，靠近光阑的第四凸透镜折射率介于1.50与1.60之间；所述三胶合透镜中，靠近光阑的第五凸透镜的折射率介于1.45与1.55之间，中间的第三凹透镜的折射率介于1.75与1.85之间，靠近第三凸透镜的第六凸透镜折射率介于1.65与1.75之间；所述第三凸透镜的折射率介于1.65与1.80之间。
需要说明的是，其中第一正弯月透镜和第一凹透镜左右两面为非球面。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0.33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：
Surface x2 x4 x6 x8
2 0 -7.98202E-05 -2.33186E-07 -3.68165E-10
3 0 -1.53945E-04 1.37197E-06 -2.74149E-09
6 0 -3.31711E-05 8.21825E-07 -1.39412E-09
7 0 -3.91949E-06 1.58385E-07 1.03174E-09
最终得到焦距2.27mm,光学筒长100mm，F2.4，畸变小于1％,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0.38m位置形成对角线为60 英寸的像面。
如图2是本发明离轴投影的示意图。
如图3是本发明的MTF曲线图.图中93lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.51，说明该镜头成像画面清晰均匀。1368×768的0.33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>0.51即满足该芯片的分辨率要求。0.3芯片小于0.33芯片，像素同样是5.4微米，对应奎尼斯线对为93lp/mm，在该线对下MTF数值>0.51即满足该芯片的分辨率要求。
如图4是本申请的点列图，从图中知，各视场下的点列图平均弥散斑半径小于5.3微米，像质很好。
组装所述小型超短焦高清投影镜头时，所述透镜组件3设于所述反射镜1和所述DMD芯片2之间；所述透镜组件3从所述反射镜1和所述DMD芯片2同光轴设置，所述棱镜组4设于所述DMD芯片2与所述第三凸透镜38之间，所述光阑6 设于所述双胶合透镜36和所述三胶合透镜37之间。所述DMD芯片2垂直于所述透镜组件3的光轴，所述投影镜头的中心在所述DMD芯片2的区域之外。所述DMD 芯片2调制的投影光束依次通过所述透镜组件3和所述反射镜1并在所述投影面 7上成像。
上述小型超短焦高清投影镜头使用特殊的透镜结构和球面反射镜，前两片透镜经过正反两次透射，不仅减少了镜头所需的镜片数，极大减小了镜头体积，可应用与小型投影设备，且达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求。

Claims (10)

1.一种小型高清超短焦投影镜头，其特征在于，焦距为2mm与2.5mm之间，包括设于投影面和DMD芯片之间的若干个同轴设置的透镜组件和反射镜，所述透镜组件从反射镜到DMD芯片之间的若干个同轴排布顺序包括第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、第一凹透镜、第一凸透镜、第二凸透镜、双胶合透镜、三胶合透镜、第三凸透镜；所述DMD芯片调制的投影光束依次通过所述透镜组件和所述反射镜并在所述投影面上成像。
2.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于，所述小型高清超短焦投影镜头还包括设置于DMD芯片与第三凸透镜之间的棱镜组。
3.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于，所述小型高清超短焦投影镜头还包含置于双胶合透镜和三胶合透镜之间的光阑。
4.根据权利要求1-3所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于，所述双胶合透镜包括第二凹透镜及第四凸透镜，所述第二凹透镜靠近第五凸透镜，所述第四凸透镜靠近所述三胶合透镜，所述三胶合透镜包括第五凸透镜、第三凹透镜及第六凸透镜，所述第五凸透镜靠近光阑，所述第六凸透镜靠近第三凸透镜。
5.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：所述反射镜为球面反射镜，包括一凹面，所述凹面朝向所述第一正弯月透镜。
6.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片为0.3英寸，分辨率为1280×720和0.33英寸1368×768。
7.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片垂直于所述透镜组件的光轴，芯片中心偏离镜头中心，芯片长边与偏离轴垂直且镜头中心在芯片区域之外。
8.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：
所述反射镜曲率半径介于15mm与40mm之间；
所述第一正弯月透镜的焦距介于50mm与75mm之间；
所述第二正弯月透镜的焦距介于300mm与正无穷之间；
所述第一凹透镜的焦距介于-30mm与-10mm之间；
所述第一凸透镜的焦距介于30mm与50mm之间；
所述第二凸透镜的焦距介于40mm与65mm之间；
所述双胶合透镜的焦距介于60mm与80mm之间；
所述三胶合透镜的焦距介于20mm与35mm之间；
所述第三凸透镜的焦距介于20mm与40mm之间。
9.根据权利要求4所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：
所述第一正弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；
所述第二正弯月透镜的折射率介于1.55与1.75之间；
所述第一凹透镜的折射率介于1.45与1.60之间；
所述第一凸透镜的折射率介于1.75与1.90之间；
所述第二凸透镜的折射率介于1.60与1.75之间；
所述双胶合透镜中，靠近第二凸透镜的第二凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间，靠近光阑的第四凸透镜折射率介于1.50与1.60之间；
所述三胶合透镜中，靠近光阑的第五凸透镜的折射率介于1.45与1.55之间，中间的第三凹透镜的折射率介于1.75与1.85之间，靠近第三凸透镜的第六凸透镜折射率介于1.65与1.75之间；
所述第三凸透镜的折射率介于1.65与1.80之间。
10.根据权利要求1所述的小型高清超短焦投影镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜和第一凹透镜左右两面为非球面。
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