CN112379510B - 无偏轴式镜头系统 - Google Patents

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Abstract

无偏轴式镜头系统。它包括沿成像光路依次设置的一透镜组、一菱镜、一DMD保护玻璃、成像面，所述成像面为DMD显示器，所述透镜组为多个球面透镜，所述透镜组依次包括第一正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜；所述透镜组满足下列关系：bfl/f=0.846（1），1.5<f1/f<2.2（2），Nd1<1.65（3），Vd1>60（4），2<R3/R4<4（5）。该无偏轴式镜头系统采用多个球面透镜将视场角FOV控制在16度至20度范围，且镜头构架体积小，同时由于采用球面透镜，制作成本低。

Description

无偏轴式镜头系统
技术领域
本发明涉及投影镜头技术领域，特别是一种采用多个球面透镜将视场角FOV控制在16度至20度范围、同时体积小且成本低的无偏轴式镜头系统。
背景技术
DMD(数字微镜器件)是一种由多个高速数字式光反射开光组成的阵列，DMD是由许多小型铝制反射镜面构成的,镜片的多少由显示分辨率决定,一个小镜片对应一个像素，相对于TFT-LCD(液晶)的透射率低,对比度小,DMD的反射率高,对比度大，将物体成像于DMD器件上,通过DMD器件的像素级可控特性及其高速的翻转频率,再将每个像点依次扫描到探测器上,并能实现白天对可见光条件下物体的高速被动式点扫描成像。
DMD微阵列反射镜显示器使用时需要搭配投影镜头，为了配合DMD需求的光学特征，投影镜头的像端为远心设计，此外为搭配用于汽车HUD光学系统，因此属于无偏轴式设计，目前已知用于汽车HUD的投影镜头的视场角FOV介于16度至20度范围内，但镜头构架尺寸都偏大，同时主要使用非球面透镜调节视场角，而非球面透镜加工难度大，使得制作成本大。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种无偏轴式镜头系统，该无偏轴式镜头系统采用多个球面透镜将视场角FOV控制在16度至20度范围，且镜头构架体积小，同时由于采用球面透镜，制作成本低。
为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:
本发明无偏轴式镜头系统，它包括沿成像光路依次设置的一透镜组、一菱镜、一DMD保护玻璃、成像面，所述成像面为DMD显示器，所述透镜组为多个球面透镜，用于将成像光线的视场角FOV控制在16度至20度范围，所述透镜组依次包括第一正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜；
所述透镜组满足下列关系：
bfl/f =0.846 （1），
1.5 < f1/f < 2.2 （2），
Nd1 < 1.65 （3），
Vd1 > 60 （4），
2<R3/R4<4 （5）；
所述关系（1）、（2）、（3）、（4）、（5）中：
Bfl为镜头系统不包含菱镜及DMD保护玻璃时的后焦距，
F为镜头系统整体的有效焦距，
f1为第一正透镜的独立焦距，
Nd1为第一正透镜在d光频谱下的折射率，
Vd1为第一正透镜為在d光频谱下的Abbe数值，
R3为第二负透镜的左面曲率半径，
R4为第二负透镜的右面曲率半径。
进一步，所述镜头系统的第二负透镜和第三负透镜之间为光圈位置，所述镜头系统以光圈为分界，光圈左侧为放大端，由第一正透镜、第二负透镜组成，通过导入一特定角度光束，同时维持色差不过度发散，光圈右侧为缩小端，由第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜组成，光圈右侧透镜组用于继续修正光束像差，同时用于将放大端导入光束进一步弯折为远心telecentric光束，进而能够适合DLP的DMD入射和反射光束的特性需求。
进一步，所述第三负透镜、第四正透镜为一正负胶合透镜组。
本发明无偏轴式镜头系统,其有益效果有：
1、该无偏轴式镜头系统采用多个球面透镜将视场角FOV控制在16度至20度范围，且镜头构架体积小；
2、同时由于采用球面透镜，制作成本低。
附图说明：
图1，为本发明无偏轴式镜头系统的结构图；
图2，为图1所示实施例的成像光路图；
图3，为本发明无偏轴式镜头系统（瞳孔半径为4.4755毫米时）的纵向色差图；
图4，为本发明无偏轴式镜头系统的畸变百分比图；
图5，为本发明无偏轴式镜头系统在影像高度为0毫米时的光程差与光瞳口径关系图；
图6，为本发明无偏轴式镜头系统在影像高度为6.9550毫米时的光程差与光瞳口径关系图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例：
如图1~图 6，本发明无偏轴式镜头系统100，它包括沿成像光路依次设置的一透镜组1、一菱镜2、一DMD保护玻璃3、成像面4，所述成像面为DMD显示器，所述透镜组1为多个球面透镜，用于将成像光线的视场角FOV控制在16度至20度范围，所述透镜组1依次包括第一正透镜11、第二负透镜12、第三负透镜13、第四正透镜14、第五正透镜15；
所述透镜组满足下列关系：
bfl/f =0.846 （1），
1.5 < f1/f < 2.2 （2），
Nd1 < 1.65 （3），
Vd1 > 60 （4），
2<R3/R4<4 （5）；
所述关系（1）、（2）、（3）、（4）、（5）中：
Bfl为镜头系统不包含菱镜及DMD保护玻璃时的后焦距，
F为镜头系统整体的有效焦距，
f1为第一正透镜11的独立焦距，
Nd1为第一正透镜11在d光频谱下的折射率，
Vd1为第一正透镜11為在d光频谱下的Abbe数值，
R3为第二负透镜12的左面曲率半径，
R4为第二负透镜12的右面曲率半径。
所述镜头系统的第二负透镜和第三负透镜之间为光圈位置，所述镜头系统以光圈为分界，光圈左侧为放大端，由第一正透镜、第二负透镜组成，通过导入一特定角度光束，同时维持色差不过度发散，光圈右侧为缩小端，由第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜组成，光圈右侧透镜组用于继续修正光束像差，同时用于将放大端导入光束进一步弯折为远心telecentric光束，进而能够适合DLP的DMD入射和反射光束的特性需求。
所述第三负透镜13、第四正透镜14为一正负胶合透镜组。
本实施例中，镜片及光学参数如下表：
表面位置 曲率半径（mm） 厚度（mm） 折射率 Abbe数值 二次曲面
物面 Infinity 605 0
第一正透镜前表面 24.86597 3.177111 1.603101 65.409791 0
第一正透镜后表面 508.9322 0.7347575 0
第二负透镜前表面 9.4 6.223986 1.677903 55.559699 0
第二负透镜后表面 4.691427 5.229539 0
光圈 Infinity 0.3691941 0
第三负透镜前表面 -14.34994 2.940851 1.7495 34.819955 0
第三负透镜后表面 10.6405 5.46203 1.620412 60.368242 0
第四正透镜前表面 10.6405 5.46203 1.620412 60.368242 0
第四正透镜后表面 -9.044214 5.518924 0
第五正透镜前表面 46.5213 5.504117 1.620141 63.480444 0
第五正透镜后表面 -18.97059 2.421349 0
菱镜前表面 Infinity 14 1.607384 56.713858 0
菱镜后表面 Infinity 1.193 0
DMD保护玻璃前表面 Infinity 1.1 1.510072 63.364525 0
DMD保护玻璃后表面 Infinity 0.51 0
像面 Infinity 0
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (3)

1.无偏轴式镜头系统，其特征在于，它由沿成像光路依次设置的一透镜组、一菱镜、一DMD保护玻璃、成像面组成，所述成像面为DMD显示器，所述透镜组为多个球面透镜，用于将成像光线的视场角FOV控制在16度至20度范围，所述透镜组由依次设置的第一正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜组成；
所述透镜组满足下列关系：
bfl/f =0.846 （1），
1.5 < f1/f < 2.2 （2），
Nd1 < 1.65 （3），
Vd1 > 60 （4），
2<R3/R4<4 （5）；
所述关系（1）、（2）、（3）、（4）、（5）中：
Bfl为镜头系统不包含菱镜及DMD保护玻璃时的后焦距，
F为镜头系统整体的有效焦距，
f1为第一正透镜的独立焦距，
Nd1为第一正透镜在d光频谱下的折射率，
Vd1为第一正透镜為在d光频谱下的Abbe数值，
R3为第二负透镜的左面曲率半径，
R4为第二负透镜的右面曲率半径。
2.根据权利要求1所述的无偏轴式镜头系统，其特征在于，所述镜头系统的第二负透镜和第三负透镜之间为光圈位置，所述镜头系统以光圈为分界，光圈左侧为放大端，由第一正透镜、第二负透镜组成，通过导入一特定角度光束，同时维持色差不过度发散，光圈右侧为缩小端，由第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜组成，光圈右侧透镜组用于继续修正光束像差，同时用于将放大端导入光束进一步弯折为远心telecentric光束，进而能够适合DLP的DMD入射和反射光束的特性需求。
3.根据权利要求2所述的无偏轴式镜头系统，其特征在于，所述第三负透镜、第四正透镜为一正负胶合透镜组。
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