CN111650720A - 全高清投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全高清投影镜头，包含投影镜头本体，所述投影镜头包括从投影面到DMD芯片之间的若干个同轴排布的透镜组件，所述透镜组件从投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一负弯月透镜、第二负弯月透镜、双凹透镜、第一正透镜、第二正透镜、第一双胶合透镜、第三正透镜、第二双胶合透镜、第四正透镜，所述投影镜头还包括设置于DMD芯片与第四正透镜之间的棱镜组。本发明在减小非球面口径和降低成本的同时，具有高像质，低畸变，均匀性好等优点。

Description

全高清投影镜头
技术领域
本发明属于光电显示行业中的投影技术，尤其涉及一种使用于为1920×1080和1920×1200两款的投影机的全高清投影镜头。
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。本发明使用塑胶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。较大口径的非球面镜片有开模成本较高，边缘面型精度较低的问题，使用小口径非球面镜片不仅可以降低成本，还能提高产品质量。
0.65英寸和0.67英寸DMD芯片常规利用F数为2.4。本发明F数介于1.9与2.2之间，本发明配合光源模块，具有了更高的光线利用率，极大提高投影镜头投影画面的亮度。但降低低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。本发明使用较低F数设计，同时保证MTF保持较高数值。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了全高清投影镜头，该镜头使用塑胶非球面镜片，达到非球面所具有的较高的清晰度和TV畸变要求；使用低F数设计，同时保证MTF保持较高数值；尽量减小非球面镜片口径和优化非球面面型，达到降低非球面开模成本的目的；控制球面镜片的数量、材料和口径，达到控制球面镜片成本的目的。
本发明采用的结构是：一种全高清投影镜头，包含投影镜头本体，所述投影镜头包括从投影面到DMD芯片之间的若干个同轴排布的透镜组件，所述透镜组件从投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一负弯月透镜、第二负弯月透镜、双凹透镜、第一正透镜、第二正透镜、第一双胶合透镜、第三正透镜、第二双胶合透镜、第四正透镜，所述投影镜头还包括设置于DMD与第四正透镜之间的棱镜组。
作为优选，所述投影镜头还包括包含置于第二正透镜和第一双胶合透镜之间的光阑面。
进一步地，所述DMD芯片为0.65英寸分辨率为1920×1080或0.67英寸1920×1200，其中DMD芯片中心对准且垂直于光轴。
进一步地，所述第二负弯月透镜的焦距介于-150mm与-100mm之间；所述双凹透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间；所述第二正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；所述第一双胶合透镜的焦距介于-30mm与-50mm之间；所述第三正透镜的焦距介于20mm与40mm之间；所述第二双胶合透镜的焦距介于-200mm与-100mm之间；所述第四正透镜的焦距介于20mm与40mm之间。
进一步地，所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；所述第二负弯月透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述双凹透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第一正透镜的折射率介于1.80与1.90之间；所述第二正透镜的折射率介于1.70与1.80之间；所述第一双胶合透镜中，靠近光阑的正透镜折射率介于1.45与1.55之间，靠近第三正透镜的负透镜折射率介于1.80与1.90之间；所述第三正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第二双胶合透镜中，靠近第三正透镜的负透镜的折射率介于1.85与1.95之间，靠近第四正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第四正透镜的折射率介于1.70与1.85之间。
进一步地，第一负弯月透镜左右两面为非球面。
本发明的有益效果为：1、本发明提供低F数2.0，一款视场角94°，畸变小于0.2％，焦距为9mm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860m位置形成对角线为1.65m的像面；2、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、以光阑为界，负组镜片在前，正组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；4.设计过程严格控制成本：尽量减小非球面镜片口径和优化非球面面型，达到降低非球面开模成本的目的；控制球面镜片的数量、材料和口径，达到控制球面镜片成本的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的MTF曲线图；
图3是本发明的点列图。
图中：1、第一负弯月透镜；2、第二负弯月透镜；3、双凹透镜；4、第一正透镜；5、第二正透镜；6、第一双胶合透镜；7、第三正透镜；8、第二双胶合透镜；9、第四正透镜；10、DMD芯片，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：一种全高清投影镜头，包含投影镜头本体，所述投影镜头包括从投影面到DMD芯片之间的若干个同轴排布的透镜组件，所述透镜组件从投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一负弯月透镜1、第二负弯月透镜2、双凹透镜3、第一正透镜4、第二正透镜5、第一双胶合透镜6、第三正透镜7、第二双胶合透镜8、第四正透镜9，所述投影镜头还包括设置于DMD芯片10与第四正透镜9之间的棱镜组11。
所述投影镜头还包括所述投影镜头还包括包含置于第二正透镜和第一双胶合透镜之间的光阑面12。
所述DMD芯片为0.65英寸分辨率为1920×1080或0.67英寸1920×1200，其中DMD芯片中心对准且垂直于光轴。
其中所述第二负弯月透镜的焦距介于-150mm与-100mm之间；所述双凹透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间；所述第二正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；所述第一双胶合透镜的焦距介于-30mm与-50mm之间；所述第三正透镜的焦距介于20mm与40mm之间；所述第二双胶合透镜的焦距介于-200mm与-100mm之间；所述第四正透镜的焦距介于20mm与40mm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；所述第二负弯月透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述双凹透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第一正透镜的折射率介于1.80与1.90之间；所述第二正透镜的折射率介于1.70与1.80之间；所述第一双胶合透镜中，靠近光阑的正透镜折射率介于1.45与1.55之间，靠近第三正透镜的负透镜折射率介于1.80与1.90之间；所述第三正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第二双胶合透镜中，靠近第三正透镜的负透镜的折射率介于1.85与1.95之间，靠近第四正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第四正透镜的折射率介于1.70与1.85之间。
所述第一负弯月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0.65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 BDA0002501874700000041
Figure BDA0002501874700000051
非球面系数：
Surface x2 x4 x6 x8 x10 x12
1 3.59058E-03 4.63511E-06 -3.97809E-09 3.91909E-12 -8.91006E-16 -1.78306E-18
2 1.73332E-02 6.20404E-06 -9.19471E-09 1.67774E-11 -2.98970E-14 -6.06014E-18
x14 x16 x18 x20 x22 x24 X26
1.80736E-21 8.98506E-25 -8.28210E-28 -8.85665E-31 1.11209E-33 -6.17627E-37 1.54334E-40
-2.13462E-20 -1.38119E-23 3.75641E-25 -1.95747E-28 -1.80184E-31 -1.46598E-33 1.81585E-36
最终得到视场94度，焦距9mm,光学筒长200mm，F2.0，畸变小于0.2％,最大有效口径64mm,各视场像质均匀并且像质最佳的光学投影镜头。本发明使用10片球面镜片和1片有效口径64mm塑料非球面镜片，严格控制成本。本发明实现在860m位置形成对角线为1.65m的像面。
如图2是本发明的MTF曲线图.图中66lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.63，说明该镜头成像画面清晰均匀。1920×1200的0.67芯片的像素是7.56微米，对应奎尼斯线对为66lp/mm，在该线对下MTF数值>0.63即满足该芯片的分辨率要求。0.65芯片小于0.67芯片，像素同样是7.56微米，对应奎尼斯线对为66lp/mm，在该线对下MTF数值>0.63即满足该芯片的分辨率要求。
图3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9.03微米，像质很好。

Claims (6)

1.一种全高清投影镜头，包含投影镜头本体，其特征在于，所述投影镜头包括从投影面到DMD芯片之间的若干个同轴排布的透镜组件，所述透镜组件从投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一负弯月透镜、第二负弯月透镜、双凹透镜、第一正透镜、第二正透镜、第一双胶合透镜、第三正透镜、第二双胶合透镜、第四正透镜，所述投影镜头还包括设置于DMD芯片与第四正透镜之间的棱镜组。
2.根据权利要求1所述的全高清投影镜头，其特征在于：所述投影镜头还包括包含置于第二正透镜和第一双胶合透镜之间的光阑面。
3.根据权利要求1所述的全高清投影镜头，其特征在于：所述DMD芯片为0.65英寸分辨率为1920×1080或0.67英寸1920×1200，其中DMD芯片中心对准且垂直于光轴。
4.根据权利要求1所述的全高清投影镜头，其特征在于：其特征在于：
所述第二负弯月透镜的焦距介于-150mm与-100mm之间；
所述双凹透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；
所述第一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间；
所述第二正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；
所述第一双胶合透镜的焦距介于-30mm与-50mm之间；
所述第三正透镜的焦距介于20mm与40mm之间；
所述第二双胶合透镜的焦距介于-200mm与-100mm之间；
所述第四正透镜的焦距介于20mm与40mm之间。
5.根据权利要求1所述的全高清投影镜头，其特征在于：
所述第一负弯月透镜的折射率介于1.50与1.60之间；
所述第二负弯月透镜的折射率介于1.45与1.55之间；
所述双凹透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第一正透镜的折射率介于1.80与1.90之间；
所述第二正透镜的折射率介于1.70与1.80之间；
所述第一双胶合透镜中，靠近光阑的正透镜折射率介于1.45与1.55之间，靠近第三正透镜的负透镜折射率介于1.80与1.90之间；
所述第三正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；所述第二双胶合透镜中，靠近第三正透镜的负透镜的折射率介于1.85与1.95之间，靠近第四正透镜的折射率介于1.45与1.55之间；
所述第四正透镜的折射率介于1.70与1.85之间。
6.根据权利要求1所述的全高清投影镜头，其特征在于：第一负弯月透镜左右两面为非球面。
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