CN110426815B - 一种小型低f数高清投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开小型低F数高清投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头的焦距介于7mm与8mm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，所述透镜组件包括第一负弯月透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正弯月透镜、第五凸透镜、三胶合透镜、第七凸透镜。本发明以光阑为界，负组镜片在前，正组镜片在后的反远距型物镜，根据此结构选择相近结构的镜头为初始结构，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。使用双非球面镜片来设计镜头，达到较高的清晰度；使用低F数设计，同时保证MTF保持较高数值；双非球面设计也满足低畸变的特殊需求。

Description

一种小型低F数高清投影镜头
技术领域
本发明属于光电显示行业中的投影技术，尤其涉及一种小型低F数高清投影 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。一般投影镜头使用单非球面镜片就能满足要求。
一般投影镜头F数在2到2.5之间。而小于1.8的低F数投影镜头在使用中， 具有了更高的光线利用率，配合光源模块，极大提高投影镜头投影画面的亮度。 但低F数镜头较难设计，尤其是低F数设计会降低MTF，即画面的清晰度。
目前在镜头和芯片之间加入振镜，使用XPR技术，可使分辨率翻倍。但是为 了加入振镜，镜头的后焦距需要预留一定的空间。而加大背焦在设计上难度相对 增大。同时分辨率加大也提升了镜头对解像力的设计要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型低F数高清投影镜头，本发 明的目的是使用双非球面镜片来设计镜头，达到较高的清晰度；使用低F数设计， 同时保证MTF保持较高数值；双非球面设计也满足低畸变的特殊需求。
本发明的实现是以光阑为界，负组镜片在前，正组镜片在后的反远距型物镜， 根据此结构选择相近结构的镜头为初始结构，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。
本发明采用的结构是：一种小型低F数高清投影镜头，包括投影镜头本体， 所述投影镜头的焦距介于7mm与8mm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，所述透镜组件包括第一负弯月透镜、第 二负透镜、第三负透镜、第四正弯月透镜、第五凸透镜、三胶合透镜、第七凸透 镜。
作为优选，所述投影镜头包括设置于DMD芯片与第七凸透镜之间的振镜和 棱镜组。
进一步地，所述投影镜头还包含置于第五凸透镜和三胶合透镜之间的光阑面。
进一步地，所述DMD芯片为0.33英寸，分辨率为1920×1080，DMD芯片工 作面垂直于光轴，芯片中心最大偏离中心100％以上。
进一步地，所述第二负透镜的焦距介于-160mm与-100mm之间；所述第三负 透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第四正弯月透镜的焦距介于60mm与 100mm之间；所述第五凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；所述三胶合透 镜的焦距介于130mm与190mm之间。
进一步地，所述第一负弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第二 负透镜的折射率介于1.80与2.00之间；所述第三负透镜的折射率介于1.45与1.55 之间；所述第四正弯月透镜的折射率介于1.55与1.65之间；所述第五凸透镜的 折射率介于1.75与1.90之间；所述三胶合透镜中，靠近第五凸透镜的凸透镜的 折射率介于1.55与1.70之间，中间的凹透镜折射率介于1.75与1.85之间，靠近 第七凸透镜的凸透镜折射率介于1.55与1.70之间；所述第七凸透镜的折射率介于 1.45与1.60之间。
进一步地，所述F数介于1.6与1.8之间。
进一步地，所述第一负弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
本发明的有益效果为：
1、本发明以光阑为界，负组镜片在前(其中负组镜片包括第一负弯月透镜、 第二负透镜、第三负透镜、第四正弯月透镜、第五凸透镜)，正组镜片(其中正组 镜片包括三胶合透镜、第七凸透镜)在后的反远距型物镜，根据此结构选择相近 结构的镜头为初始结构，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、本发明提供一款低F数在1.6到1.8之间，投射比1.0，畸变小于0.5％， 像面直径11.2mm，焦距为7mm与8mm之间的投影镜头。此镜头是一款结构简 单，成本控制与优化后的成像物镜，经上述透镜系统后在1m位置形成对角线为 宽幅1m的像面。本发明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；
3、使用双非球面镜片来设计镜头，达到较高的清晰度；使用低F数设计，同 时保证MTF保持较高数值；双非球面设计也满足低畸变的特殊需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的使用XPR技术画面示意图；
图3是本发明的MTF曲线图；
图4是本发明的点列图。
图中：1、投影面；2、DMD芯片；3、第一负弯月透镜；4、第二负弯月透镜； 5、双凹透镜；6、第一凸透镜；7、第二凸透镜；8、三胶合透镜；9、第三凸透镜； 10、第一正弯月透镜；11、棱镜组；12、光阑面。
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。
从图1中本发明采用的结构是：一种小型低F数高清投影镜头，包括投影镜 头本体，所述投影镜头的焦距介于7mm与8mm之间，所述投影镜头包括设于投 影面1和DMD芯片2之间的若干个同轴设置的透镜组件，所述透镜组件包括第一 负弯月透镜3第二负透镜4、第三负透镜5、第四正弯月透镜6、第五凸透镜7、 三胶合透镜8、第七凸透镜9。
其中所述投影镜头包括设置于DMD芯片与第七凸透镜之间的振镜10和棱镜 组11。所述投影镜头还包含置于第五凸透镜和三胶合透镜之间的光阑面12。
所述DMD芯片为0.33英寸，分辨率为1920×1080，DMD芯片工作面垂直于 光轴，芯片中心最大偏离中心100％以上。
所述第二负透镜的焦距介于-160mm与-100mm之间；所述第三负透镜的焦距 介于-40mm与-20mm之间；所述第四正弯月透镜的焦距介于60mm与100mm之 间；所述第五凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；所述三胶合透镜的焦距介 于130mm与190mm之间。
所述第一负弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第二负透镜的折 射率介于1.80与2.00之间；所述第三负透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所 述第四正弯月透镜的折射率介于1.55与1.65之间；所述第五凸透镜的折射率介 于1.75与1.90之间；所述三胶合透镜中，靠近第五凸透镜的凸透镜的折射率介 于1.55与1.70之间，中间的凹透镜折射率介于1.75与1.85之间，靠近第七凸透 镜的凸透镜折射率介于1.55与1.70之间；所述第七凸透镜的折射率介于1.45与 1.60之间；所述F数介于1.6与1.8之间。
所述第一负弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
上述小型低F数高清投影镜头以光阑为界，负组镜片在前(其中负组镜片包 括第一负弯月透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正弯月透镜、第五凸透镜)， 正组镜片(其中正组镜片包括三胶合透镜、第七凸透镜)在后的反远距型物镜， 根据此结构选择相近结构的镜头为初始结构，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。
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。
Figure BDA0002136178040000041
Figure BDA0002136178040000051
非球面系数：
Surface x2 x4
1 0 -5.88991E-05
2 0 1.11402E-04
16 0 -3.86663E-05
最终得到投射比1.0，焦距7.7mm,光学筒长65mm，F1.7，畸变小于0.5％,像 面直径11.2mm，各视场像质均匀并且像质最佳的光学投影镜头。本发明实现在 1m位置形成宽幅为1m的像面。
如图2是本发明的使用XPR技术画面示意图。通过振镜使像素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
Figure BDA0002136178040000052
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0.36，说明该镜头成像画面清晰均匀。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>0.36即满足该芯片的分辨率要求。
图4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7.791微米，像质很好。

Claims (5)

1.一种小型低F数高清投影镜头，包括投影镜头本体，其特征在于：所述投影镜头的焦距介于7mm与8mm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，所述透镜组件包括第一负弯月透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正弯月透镜、第五凸透镜、三胶合透镜、第七凸透镜；所述第二负透镜的焦距介于-160mm与-100mm之间；所述第三负透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第四正弯月透镜的焦距介于60mm与100mm之间；所述第五凸透镜的焦距介于10mm与30mm之间；所述三胶合透镜的焦距介于130mm与190mm之间；所述第一负弯月透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第二负透镜的折射率介于1.80与2.00之间；所述第三负透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第四正弯月透镜的折射率介于1.55与1.65之间；所述第五凸透镜的折射率介于1.75与1.90之间；所述三胶合透镜中，靠近第五凸透镜的凸透镜折射率介于1.55与1.70之间，中间的凹透镜折射率介于1.75与1.85之间，靠近第七凸透镜的凸透镜折射率介于1.55与1.70之间；所述第七凸透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述F数介于1.6与1.8之间。
2.根据权利要求1所述的一种小型低F数高清投影镜头，其特征在于：所述投影镜头包括设置于DMD芯片与第一正弯月透镜之间的棱镜组。
3.根据权利要求1所述的一种小型低F数高清投影镜头，其特征在于：所述投影镜头还包含置于第二凸透镜和三胶合透镜之间的光阑面。
4.根据权利要求1所述的一种小型低F数高清投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片为0.33英寸，分辨率为1920×1080，所述DMD芯片工作面垂直于光轴，芯片中心最大偏离中心100％以上。
5.根据权利要求1所述的一种小型低F数高清投影镜头，其特征在于：所述第一负弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
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