CN110673306A - 一种小型全高清短焦投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型全高清短焦投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面和DMD芯片之间的反射镜和若干个同轴设置的透镜组件，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是第一负弯月透镜、第二正弯月透镜、第三凹透镜、第四正弯月透镜、第五正弯月透镜、三胶合透镜、第七凸透镜；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。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；使用合适的F数设计，保证MTF保持较高数值。

Description

一种小型全高清短焦投影镜头
技术领域
本发明属于光电显示行业中的投影技术，尤其涉及一种小型全高清短焦投影镜头。
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。本发明使用非球面镜片来设计镜头和反射镜，达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求。
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全高清短焦投影镜头，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；使用合适的F数设计，保证MTF保持较高数值。
本发明采用的结构是：一种小型全高清短焦投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面和DMD芯片之间的反射镜和若干个同轴设置的透镜组件，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是第一负弯月透镜、第二正弯月透镜、第三凹透镜、第四正弯月透镜、第五正弯月透镜、三胶合透镜、第七凸透镜；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，所述投影镜头还包括棱镜组、光阑和振镜，所述棱镜组设置于DMD芯片与第七凸透镜之间，所述光阑设置于第五正弯月透镜和三胶合透镜之间；所述振镜设置于第七凸透镜与棱镜组之间的振镜。
进一步地，所述反射镜为非球面反射镜，凹面反射，凹面朝向第一负弯月透镜。
进一步地，所述投影镜头的焦距介于2.5～3.5mm。
进一步地，所述第三凹透镜的焦距介于-10～30mm；所述第四正弯月透镜的焦距介于20～40mm；所述第五正弯月透镜的焦距介于40～80mm；所述三胶合透镜的焦距介于80～140mm。
进一步地，所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50～1.60；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.50～1.60；所述第三凹透镜的折射率介于1.65～1.75；所述第四正弯月透镜的折射率介于1.75与1.85；所述第五正弯月透镜的折射率介于1.55～1.70；所述三胶合透镜中，靠近光阑的凸透镜的折射率介于1.65～1.75，中间的凹透镜的折射率介于1.80～1.90，靠近第七凸透镜的凸透镜折射率介于1.55～1.70；所述第七凸透镜的折射率介于1.50～1.60。
进一步地，所述第一负弯月透镜、第二正弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
更进一步地，所述DMD芯片为0.33英寸，分辨率为1920×1080，所述DMD芯片垂直于光轴，芯片中心偏离镜头中心，镜头中心在芯片区域之外。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供低F数2.4，一款畸变小于0.9％，焦距为2.9mm的投影镜头；
2、此镜头是一款结构精密，控制低成本，较小体积的成像物镜。上述透镜系统后在0.50m位置形成对角线为56英寸的像面。
3、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；
4、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；使用合适的F数设计，保证MTF保持较高数值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的投影示意图；
图3是本发明的使用XPR技术画面示意图；
图4是本发明的MTF曲线图；
图5是本发明的点列图。
图中：1、反射镜；2、透镜组件；21、第一负弯月透镜；22、第二正弯月透镜；23、第三凹透镜；24、第四正弯月透镜；25、第五正弯月透镜；26、三胶合透镜；27、第七凸透镜；3、投影面；4、DMD芯片；5、棱镜组；6、光阑；7、振镜；8、窗口玻璃。
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：一种小型全高清短焦投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面3和DMD芯片4之间的反射镜1和若干个同轴设置的透镜组件2、窗口玻璃8，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是第一负弯月透镜21、第二正弯月透镜22、第三凹透镜23、第四正弯月透镜24、第五正弯月透镜25、三胶合透镜26、第七凸透镜27；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。
所述投影镜头还包括棱镜组5、光阑6和振镜7，所述棱镜组设置于DMD芯片与第七凸透镜之间，所述光阑设置于第五正弯月透镜和三胶合透镜之间；所述振镜设置于第七凸透镜与棱镜组之间的振镜。
所述反射镜为非球面反射镜，凹面反射，凹面朝向第一负弯月透镜。
所述投影镜头的焦距介于2.5～3.5mm。
所述DMD芯片为0.33英寸，在镜头和棱镜组之间加入振镜，使用XPR技术达到像素翻倍，实现全高清1920×1080。DMD芯片垂直于光轴，芯片中心偏离镜头中心，镜头中心在芯片区域之外。
所述第三凹透镜的焦距介于-10mm与-30mm之间；所述第四正弯月透镜的焦距介于20mm与40mm之间；所述第五正弯月透镜的焦距介于40mm与80mm之间；所述三胶合透镜的焦距介于80mm与140mm之间。
并且，所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；所述第二正弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；所述第三凹透镜的折射率介于1.65与1.75之间；所述第四正弯月透镜的折射率介于1.75与1.85之间；所述第五正弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述三胶合透镜中，靠近光阑的凸透镜的折射率介于1.65与1.75之间，中间的凹透镜的折射率介于1.80与1.90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1.50与1.60之间。
所述第一负弯月透镜、第二正弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
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，给出本发明一种小型全高清短焦投影镜头光学系统实施例的参数。
Figure BDA0002226565610000041
Figure BDA0002226565610000051
非球面系数：
Surface x2 x4 x6 x8
1 0 -2.00760E-05 1.97150E-08 -1.73002E-11
2 0 2.08473E-04 -1.52074E-06 3.00398E-09
3 0 3.09842E-04 -3.00447E-06 5.55640E-09
4 0 1.16066E-04 -3.01363E-08 -1.86895E-09
5 0 -7.76558E-05 1.98865E-06 -1.45202E-08
17 0 0 0 0
18 0 0 0 0
最终得到焦距2.9mm,从反射镜到芯片工作面总长108mm，F2.4，畸变小于0.9％,各视场像质均匀并且像质最佳的短焦投影镜头。本发明实现在0.50m位置形成对角线为56英寸的像面。
图2是本发明离轴投影的示意图。
图3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二分之根号二，即像素大小为3.81um。
图4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0.41，说明该镜头成像画面清晰均匀。0.33英寸DMD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>0.41即满足该芯片的分辨率要求。
图5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5.930微米，像质很好。

Claims (8)

1.一种小型全高清短焦投影镜头，包括投影镜头本体，其特征在于：所述投影镜头包括设于投影面和DMD芯片之间的反射镜和若干个同轴设置的透镜组件，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是第一负弯月透镜、第二正弯月透镜、第三凹透镜、第四正弯月透镜、第五正弯月透镜、三胶合透镜、第七凸透镜；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所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括棱镜组、光阑和振镜，所述棱镜组设置于DMD芯片与第七凸透镜之间，所述光阑设置于第五正弯月透镜和三胶合透镜之间；所述振镜设置于第七凸透镜与棱镜组之间的振镜。
3.根据权利要求1所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于：所述反射镜为非球面反射镜，凹面反射，凹面朝向第一负弯月透镜。
4.一种小型全高清短焦投影镜头，包括投影镜头本体，其特征在于：所述投影镜头的焦距介于2.5～3.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于：
所述第三凹透镜的焦距介于-10～30mm；
所述第四正弯月透镜的焦距介于20～40mm；
所述第五正弯月透镜的焦距介于40～80mm；
所述三胶合透镜的焦距介于80～140mm。
6.根据权利要求1所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于：
所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50～1.60；
所述第二正弯月透镜的折射率介于1.50～1.60；
所述第三凹透镜的折射率介于1.65～1.75；
所述第四正弯月透镜的折射率介于1.75与1.85；
所述第五正弯月透镜的折射率介于1.55～1.70；
所述三胶合透镜中，靠近光阑的凸透镜的折射率介于1.65～1.75，中间的凹透镜的折射率介于1.80～1.90，靠近第七凸透镜的凸透镜折射率介于1.55～1.70；
所述第七凸透镜的折射率介于1.50～1.60。
7.根据权利要求1所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于：所述第一负弯月透镜、第二正弯月透镜和第七凸透镜为非球面透镜。
8.根据权利要求1所述的一种小型全高清短焦投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片为0.33英寸，分辨率为1920×1080，所述DMD芯片垂直于光轴，芯片中心偏离镜头中心，镜头中心在芯片区域之外。
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