CN113267878A - 一种短焦全高清投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种短焦全高清投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一正弯月透镜、第二负弯月透镜、第三负弯月透镜、第四负弯月透镜、第五正弯月透镜、第六负透镜，第七正透镜、第八正透镜、第九三胶合透镜、第十正透镜、第十一正透镜。本发明提供低得到视场100度，焦距9.1mm，畸变小于0.8％，F数2.4，像面直径22mm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。此短焦全高清投影镜头基于光学成像原理，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。

Description

一种短焦全高清投影镜头
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全高清像质的投影机的短焦全高清投影镜头。
背景技术
目前较高像素的投影仪普遍使用塑胶非球面的投影镜头，清晰度和TV畸变要求比较容易满足。但是塑胶镜片存在易老化，易磨损，脏污不易去除，不耐高温，不耐高亮度等的缺点，限制了镜头的使用寿命和使用条件。
使用玻璃作为非球面的加工材料，对镜片的厚薄比有严格要求，对镜头的口径与厚度的比值也有限制，相同口径镜片使用玻璃材料需要的镜片厚度增大一倍以上。玻璃非曲面要加工出需要的精度，镜片要平缓又厚实，如此对镜片形状的限制更大，大大提高了玻璃非球面镜片在镜头设计中的难度。
发明内容
本发明的目的是使用玻璃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。使用合理的镜头结构，达到短焦投射比和较高的清晰度。
本发明的实现是以光阑为界，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。
本发明采用的结构是：一种短焦全高清投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一正弯月透镜、第二负弯月透镜、第三负弯月透镜、第四负弯月透镜、第五正弯月透镜、第六负透镜，第七正透镜、第八正透镜、第九三胶合透镜、第十正透镜、第十一正透镜。
作为优选，所述投影镜头包括设于芯片与第十一正透镜之间的棱镜组。
作为又一优选，所述投影镜头还包含置设于第八正透镜和第九三胶合透镜之间的光阑面。
进一步地，所述芯片显示面垂直于光轴，芯片中心可离开光轴放置。
进一步地，所述第一正弯月透镜的焦距介于100mm与300mm之间；所述第二负弯月透镜的焦距介于-80mm与-50mm之间；所述第三负弯月透镜的焦距介于-120mm与-80mm之间；所述第四负弯月透镜的焦距介于-100mm与-60mm之间；所述第六负透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第七正透镜的焦距介于60mm与100mm之间；所述第八正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；所述第九三胶合透镜的焦距介于-160mm与-80mm之间；所述第十正透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第十一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间。
进一步地，所述第一正弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；所述第二负弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；所述第三负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第四负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第五弯月透镜的折射率介于1.50与1.65之间；所述第六负透镜的折射率介于1.80与2.00之间；所述第七正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；所述第八正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；所述第九三胶合透镜中，靠近第八正透镜的负透镜折射率介于1.75与1.95之间，中间的正透镜折射率介于1.45与1.60之间，靠近第十正透镜的负透镜折射率介于1.75与1.95之间；所述第十正透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第十一正透镜的折射率介于1.55与1.70之间。
进一步地，所述F数介于2.2与2.6之间。
更进一步地，所述第五弯月透镜左右两面为非球面。
本发明的有益效果为：本发明提供低得到视场100度，焦距9.1mm，畸变小于0.8％，F数2.4，像面直径22mm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。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。
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。
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：一种短焦全高清投影镜头，包括投影镜头本体，所述投影镜头包括设于投影面到芯片14之间的若干个同轴排布顺序是第一正弯月透镜1、第二负弯月透镜2、第三负弯月透镜3、第四负弯月透镜4、第五正弯月透镜5、第六负透镜6，第七正透镜7、第八正透镜8、第九三胶合透镜9、第十正透镜10、第十一正透镜11；所述镜头包括设置于芯片与第十一正透镜之间的棱镜组12。所述镜头包含置于第八正透镜和第九三胶合透镜之间的光阑面13。
所述芯片显示面垂直于光轴，芯片中心可离开光轴放置。
所述第一正弯月透镜的焦距介于100mm与300mm之间；所述第二负弯月透镜的焦距介于-80mm与-50mm之间；所述第三负弯月透镜的焦距介于-120mm与-80mm之间；所述第四负弯月透镜的焦距介于-100mm与-60mm之间；所述第六负透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；所述第七正透镜的焦距介于60mm与100mm之间；所述第八正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；所述第九三胶合透镜的焦距介于-160mm与-80mm之间；所述第十正透镜的焦距介于30mm与50mm之间；所述第十一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间。
并且所述第一正弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；所述第二负弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；所述第三负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第四负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；所述第五弯月透镜的折射率介于1.50与1.65之间；所述第六负透镜的折射率介于1.80与2.00之间；所述第七正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；所述第八正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；所述第九三胶合透镜中，靠近第八正透镜的负透镜折射率介于1.75与1.95之间，中间的正透镜折射率介于1.45与1.60之间，靠近第十正透镜的负透镜折射率介于1.75与1.95之间；所述第十正透镜的折射率介于1.45与1.60之间；所述第十一正透镜的折射率介于1.55与1.70之间。
此外所述投影镜头的F数介于2.2与2.6之间；所述第五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1920×1080的0.65英寸DMD芯片与投影镜头的光轴是离轴放置为例，给出本发明一种投影镜头光学系统实施例的参数。
Figure BDA0003073202900000041
Figure BDA0003073202900000051
非球面系数：
Surface x2 x4 x6 x8
1 0 5.62353E-05 -5.16878E-08 7.36650E-11
2 0 5.19330E-05 -3.61091E-08 -3.20999E-11
最终得到视场100度，焦距9.1mm，畸变小于0.8％，F数2.4，像面直径22mm，各视场像质均匀并且像质最佳的光学投影镜头。当使用1920×1080的0.65DMD芯片时，芯片长边边缘与镜头中心重合，ANSI标准投射比可达0.6。
如图2是本发明的MTF曲线图.图中67lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.55，说明该镜头成像画面清晰均匀。1920×1080的0.65DMD芯片的像素是7.56微米，对应奎尼斯线对为67lp/mm，在该线对下MTF数值>0.55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3.743微米，像质很好。

Claims (8)

1.一种短焦全高清投影镜头，包括投影镜头本体，其特征在于：所述投影镜头包括设于投影面到芯片之间的若干个同轴排布顺序是第一正弯月透镜、第二负弯月透镜、第三负弯月透镜、第四负弯月透镜、第五正弯月透镜、第六负透镜，第七正透镜、第八正透镜、第九三胶合透镜、第十正透镜、第十一正透镜。
2.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：所述投影镜头包括设置于芯片与第十一正透镜之间的棱镜组。
3.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：所述投影镜头还包括设置于第八正透镜和第九三胶合透镜之间的光阑面。
4.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：所述芯片显示面垂直于光轴，芯片中心可离开光轴放置。
5.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：
所述第一正弯月透镜的焦距介于100mm与300mm之间；
所述第二负弯月透镜的焦距介于-80mm与-50mm之间；
所述第三负弯月透镜的焦距介于-120mm与-80mm之间；
所述第四负弯月透镜的焦距介于-100mm与-60mm之间；
所述第六负透镜的焦距介于-40mm与-20mm之间；
所述第七正透镜的焦距介于60mm与100mm之间；
所述第八正透镜的焦距介于50mm与80mm之间；
所述第九三胶合透镜的焦距介于-160mm与-80mm之间；
所述第十正透镜的焦距介于30mm与50mm之间；
所述第十一正透镜的焦距介于80mm与120mm之间。
6.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：
所述第一正弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；
所述第二负弯月透镜的折射率介于1.65与1.85之间；
所述第三负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第四负弯月透镜的折射率介于1.55与1.70之间；
所述第五弯月透镜的折射率介于1.50与1.65之间；
所述第六负透镜的折射率介于1.80与2.00之间；
所述第七正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；
所述第八正透镜的折射率介于1.65与1.80之间；
所述第九三胶合透镜中，靠近第八正透镜的负透镜折射率介于1.75与1.95之间，中间的正透镜折射率介于1.45与1.60之间，靠近第十正透镜的透镜折射率介于1.75与1.95之间；
所述第十正透镜的折射率介于1.45与1.60之间；
所述第十一正透镜的折射率介于1.55与1.70之间。
7.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：所述F数介于2.2与2.6之间。
8.根据权利要求1所述的一种短焦全高清投影镜头，其特征在于：所述第五弯月透镜左右两面为非球面。
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