CN113495347B

CN113495347B - 一种超短焦镜头

Info

Publication number: CN113495347B
Application number: CN202111041925.7A
Authority: CN
Inventors: 郭跃武; 徐航宇; 雷禄; 侯健; 陈果
Original assignee: Yipu Photoelectric Tianjin Co ltd
Current assignee: Yipu Photoelectric Tianjin Co ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN113495347A

Abstract

本发明涉及超短焦镜头技术领域，公开了一种超短焦镜头，包括镜头壳体以及安装在镜头壳体内部的透镜组件，透镜组件包括折射透镜组及非球面反射镜，非球面反射镜设置于折射透镜组的光线的出射一侧，以将光线投射至屏幕上，折射透镜组包括沿光线入射侧到光线出射侧方向依次设置的：可沿中心轴线方向前后移动的后群透镜组及前群透镜组；中群透镜组与后群透镜组之间的间距保持不变；本装置通过前群透镜组的透镜的组合搭配形式，可在后期调大投射画面尺寸时，通过对前群透镜组移动以调节清晰度的同时可以对画面边缘的畸变进行矫正由此提高在更大尺寸的画面上投射时的画面质量。同时整个透镜组合中非球面的透镜的数量较少，便于加工制造。

Description

一种超短焦镜头

技术领域

本发明涉及超短焦镜头技术领域，具体涉及一种超短焦镜头。

背景技术

近年来随着投影技术的发展，投影仪已经被广泛应用于各种场景中，其中，超短焦投影设备以其距离短投影画面大的特点，被广泛应用于家用及办公等领域。

现有的短焦镜头的光学系统为了实现了较小的设备体积，通常在光学镜头组中增加使用了较多的非球面镜来对光路进行处理，但是由于非球面镜的加工难度大导致设备制造成本增加，另外，由于非球面镜对误差较为敏感所以在安装时非球面镜对安装精度要求较高，由此也更加容易导致最终产品的制造良率低，无法进行大批量生产的问题。另外，现有的超短焦镜头在调大投射画面尺寸的时候画面会出现畸变，影响画面质量。到目前市场上还没有超短焦镜头能够同时克服上述缺点。因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超短焦镜头，该镜头已易于生产制造，且在放大画面尺寸时畸变小画面质量高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超短焦镜头，包括镜头壳体以及安装在镜头壳体内部的透镜组件，所述透镜组件包括一组折射透镜组及非球面反射镜，非球面反射镜设置于折射透镜组的光线的出射一侧，以将光线投射至屏幕上，其中，

所述折射透镜组包括沿光线入射侧到光线出射侧方向依次设置的：

可沿中心轴线方向前后移动的后群透镜组及前群透镜组；以及设置于后群透镜组及前群透镜组之间的中群透镜组，所述中群透镜组与后群透镜组之间的间距保持不变；

所述前群透镜组包括光焦度为正的第一前透镜，光焦度为正的第二前透镜，光焦度为负的第三前透镜及第四前透镜。通过前群透镜组的透镜的组合搭配形式，可在后期调大投射画面尺寸时，通过对前群透镜组移动以调节清晰度的同时可以对画面边缘的畸变进行矫正由此提高在更大尺寸的画面上投射时的画面质量。

在本发明中，进一步地，所述中群透镜组包括光焦度为正的第一中透镜及光焦度为负的第二中透镜，所述第一中透镜与第二中透镜相互胶合连接。此结构用于矫正场曲与像散。

在本发明中，进一步地，所述后群透镜组包括光焦度为正的第一后透镜，光焦度为正的第二后透镜，光焦度为负的第三后透镜，光焦度为正的第四后透镜，光焦度为负的第五后透镜，光焦度为正的第六后透镜。由此形成的透镜组合可形成一远心光路，可以保证入射的光线相互平行进而保证画面的均匀性，同时还减少了画面亮度的损失。

在本发明中，进一步地，所述第二后透镜与第三后透镜相互胶合连接成为第一胶合透镜组，所述第五后透镜与第六后透镜相互胶合连接成为第二胶合透镜组。第一胶合透镜组与第二胶合透镜组内的透镜的排列放置位置关于第四后透镜成一个类似对称的结构，由此第一胶合透镜组与第二胶合透镜组以及第四后透镜组成的透镜组合可以很好的起到矫正场曲效果。

在本发明中，进一步地，所述非球面反射镜与第四前透镜的面型均为奇次非球面透镜，所述第四后透镜与第一前透镜均为偶次非球面透镜。

在本发明中，进一步地，所述第二中透镜的色散系数的值在20-40之间。由于第二中透镜为光焦度为负的双凹型透镜，通过选择色散系数在20-40之间的材质可以减小第二中透镜的膨胀系数，由此可以避免在第二中透镜于第一中透镜胶合时出现脱胶的情况，同时该色散系数范围内的材质较硬便于加工成型，由此可以提高产品制备时的良品率。

在本发明中，进一步地，所述第二后透镜与第三后透镜的色散系数的差值以及所述第五后透镜与第六后透镜的色散系数的差值均落在25~50之间。通过高低色散系数的正负透镜的胶合搭配可以很好的起到消除色差的效果。

在本发明中，进一步地，所述镜头壳体包括调节镜筒及外保护壳体，所述折射透镜组固定设置于调节镜筒内部，所述非球面反射镜(1)与调节镜筒固定设置于外保护壳体内。

在本发明中，进一步地，所述调节镜筒包括一级调节镜筒、二级调节镜筒、限位柱、后群安装镜筒、中群安装镜筒及前群安装镜筒，所述二级调节镜筒转动设置于一级调节镜筒外侧，所述后群安装镜筒转动设置于一级调节镜筒内，所述中群安装镜筒固定连接于后群安装镜筒上，所述前群安装镜筒滑动设置于一级调节镜筒内，所述一级调节镜筒以及二级调节镜筒上开设有调节轨道，所述限位柱穿过调节轨道分别与后群安装镜筒以及前群安装镜筒相连接。通过使一级调节镜筒、二级调节镜筒分别与后群安装镜筒及前群安装镜筒发生相对转动以实现对后群透镜组及前群透镜组的前后的位置的调节。

在本发明中，进一步地，所述后群安装镜筒与中群安装镜筒之间存在通气间隙，以使后群安装镜筒与前群安装镜筒之间形成连通的密闭腔室，所述一级调节镜筒上开设有气压通孔，以使密闭腔室与外部大气连通。通过设置气压通孔以实现密闭腔室的体积在发生变化时其内部的气压保持不变，由此可以避免由于气压变化导致镜片变形影响成像质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的装置通过前群透镜组的透镜的组合搭配形式，可在后期调大投射画面尺寸时，通过对前群透镜组移动以调节清晰度的同时可以对画面边缘的畸变进行矫正由此提高在更大尺寸的画面上投射时的画面质量。

同时，通过整个透镜组合中非球面的透镜的数量较少，便于加工制造，同时降低生产成本。

附图说明

图1为本发明折射透镜组的总体结构示意图。

图2为表示本发明成像质量的MTF曲线图。

图3为本发明的分解结构示意图。

图4为本发明的调节镜筒的分解结构示意图。

图5为本发明中折射透镜组安装在调节镜筒内的剖切结构示意图。

图6为本发明的总体结构示意图。

附图中：1、非球面反射镜；2、第四前透镜；3、第三前透镜；4、第二前透镜；5、第一前透镜；6、第二中透镜；7、第一中透镜；8、第六后透镜；9、第五后透镜；10、第四后透镜；11、第三后透镜；12、第二后透镜；13、第一后透镜；14、镜筒保护壳；141、传感器元件；142、电机组件；143、主安装架体；144、下连接壳；145、上连接盖板；146、俯仰球关节调节块；147、调节螺栓；15、调节镜筒；151、后群安装镜筒；152、中群安装镜筒；153、一级调节镜筒；154、调节轨道；155、驱动齿块；156、限位柱；157、二级调节镜筒；158、前群安装镜筒；159、气压通孔；16、密闭腔室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图2，本发明一较佳实施方式提供一种超短焦镜头，包括一组折射透镜组及非球面反射镜1，非球面反射镜1设置于折射透镜组的光线的出射一侧，以将光线投射至屏幕上，其中，

所述折射透镜组包括沿光线入射侧到光线出射侧（也即图1的中光轴方向）方向依次设置的：

可沿中心轴线方向前后移动的后群透镜组及前群透镜组；以及设置于后群透镜组及前群透镜组之间的中群透镜组，所述中群透镜组与后群透镜组之间的间距保持不变；后群透镜组镜组的移动是为了可以调节后群透镜组的焦点的位置，以使其与光阑重合进而形成圆心光路，以保证图像画面的均匀性。前群透镜组的前后的移动调节是为了在投射到更大尺寸的屏幕上时具有更好的清晰度以及降低画面边缘的畸变。

所述前群透镜组包括光焦度为正的第一前透镜5，光焦度为正的第二前透镜4，光焦度为负的第三前透镜3及第四前透镜2。

所述中群透镜组包括光焦度为正的第一中透镜7及光焦度为负的第二中透镜6，所述第一中透镜7与第二中透镜6相互胶合连接。所述第二中透镜6的色散系数的值在20-40之间。

所述后群透镜组包括光焦度为正的第一后透镜13，光焦度为正的第二后透镜12，光焦度为负的第三后透镜11，光焦度为正的第四后透镜10，光焦度为负的第五后透镜9，光焦度为正的第六后透镜8。所述第二后透镜12与第三后透镜11相互胶合连接成为第一胶合透镜组，所述第五后透镜9与第六后透镜8相互胶合连接成为第二胶合透镜组。所述第二后透镜12与第三后透镜11的色散系数的差值以及所述第五后透镜9与第六后透镜8的色散系数的差值均落在25~50之间。

非球面反射镜1与第四前透镜2的面型均为奇次非球面，面型方程如下：

其中，Z为形成非球面曲线的纵轴坐标，参数

，r为径向长度，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；β₁至β_n分别表示各径向坐标所对应的系数。

第一前透镜5及第四后透镜10的面型均为偶次非球面，面型方程如下：

式中的参数的含义与非球面反射镜1的面型方程中的含义一致，再此不再赘述。

非球面反射镜1与第四前透镜2的面型均为奇次非球面其面型参数如下表1，第一前透镜5及第四后透镜10的面型均为偶次非球面其面型参数如下表2（表中的第一面、第二面、第三面...请参照图1的标示，也即各面从左到右的依次排序序号）所示：

表1

表2

本实施例中除了非球面反射镜1、第四前透镜2、第一前透镜5及第四后透镜10的面型为非球面以外，其余的透镜的面型均为球面。

本实施例中的透镜的具体参数如下表3所示，其中表中的第一面、第二面、第三面...请参照图1的标示，也即各面从左到右的依次排序序号；

表3

如下图2所示为本实施例的成像质量的MTF曲线。由图可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.5以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.5以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的超短焦镜头具有更高的成像质量。

镜头壳体包括调节镜筒15及外保护壳体，折射透镜组固定设置于调节镜筒15内部，非球面反射镜1与调节镜筒15固定设置于外保护壳体内。外保护壳体提供对非球面反射镜1的安装空间以及对调节镜筒15形成保护。

调节镜筒15包括一级调节镜筒153、二级调节镜筒157、限位柱156、后群安装镜筒151、中群安装镜筒152及前群安装镜筒158，二级调节镜筒157转动设置于一级调节镜筒153外侧，后群安装镜筒151转动设置于一级调节镜筒153内，前群安装镜筒158滑动设置于一级调节镜筒153内，中群安装镜筒152固定连接于后群安装镜筒151上随着中群安装镜筒152的移动而移动，由此保证中群透镜组与后群透镜组之间的间距保持不变，且中群安装镜筒152的外直径小于前群安装镜筒158的内径由此可以使得后群安装镜筒151与中群安装镜筒152之间存在通气间隙。

一级调节镜筒153以及二级调节镜筒157上开设有调节轨道154，限位柱156穿过一级调节镜筒153上的调节轨道154后固定在后群安装镜筒151的外侧壁上，由此由于该处的调节轨道154的延伸方向为沿着圆周表面斜向上或者斜向下，所以通过使得限位柱156在调节轨道154内的移动就可以使后群安装镜筒151与一级调节镜筒153在轴向位置发生相对移动。另外，在一级调节镜筒153与二级调节镜筒157相互重叠的部分上设有调节轨道154，前群安装镜筒158滑动设置于一级调节镜筒153内，二级调节镜筒157的外侧设置有驱动齿块155，用于与外部的驱动设备相连接以使二级调节镜筒157可与一级调节镜筒153发生相对转动，当二级调节镜筒157可与一级调节镜筒153发生相对转动时，由于限位柱156同时受到设置在二级调节镜筒157可与一级调节镜筒153上的调节轨道154的限制，由于设在二级调节镜筒157上的调节轨道154的延伸方向为沿着圆周表面斜向上或者斜向下，另外，设在一级调节镜筒153上的调节轨道154的延伸方向为沿轴向方向延伸，所以当以上的两组调节轨道154重叠后发生相对转动时会使得限位柱156沿轴向进行移动，由于限位柱156与前群安装镜筒158相连接由此可以实现前群透镜组的前后的位置的调节。

后群安装镜筒151与中群安装镜筒152之间存在通气间隙，以使后群安装镜筒151与前群安装镜筒158之间形成连通的密闭腔室16，一级调节镜筒153上开设有气压通孔159，以使密闭腔室16与外部大气连通。通过设置气压通孔159以实现密闭腔室16的体积在发生变化时其内部的气压保持不变，由此可以避免由于气压变化导致镜片变形影响成像质量。

如图6所示，外保护壳体包括镜筒保护壳14以及非球面反射镜安置壳体。如图3所示，非球面反射镜安置壳体包括主安装架体143，在主安装架体143上固定设有下连接壳144及上连接盖板145，所述上连接盖板145上固定设有出射窗口用以输出非球面反射镜1反射出来的所有光线。通过下连接壳144及上连接盖板145在主安装架体143上的固定连接后会形成一个封闭的安装腔室以安装放置非球面反射镜1，主安装架体143上开设有安置腔室该安置腔室用于内置安装俯仰球关节调节块146。内置后再通过上连接盖板145覆盖后可以实现对俯仰球关节调节块146的密封安装以延长其使用寿命。镜筒保护壳14上还固定连接有用于检测二级调节镜筒157转动位置的传感器元件141，以及用于驱动二级调节镜筒157转动的电机组件142。

在对非球面反射镜1进行整体的前后位移调节时，先将固定在俯仰球关节调节块146上U型孔中的螺钉松出然后在通过转动调节螺栓147来调节非球面反射镜1的前后位置，调节完成后再将螺钉紧固拧入U型孔中将俯仰球关节调节块146固定；

当需要进行俯仰角度调节时，直接通过旋转调节螺栓147来调节非球面反射镜1下部的位置移动，由于非球面反射镜1的上部由球关节进行转动连接，所以在调节调节螺栓147时非球面反射镜1进行俯仰角度的变动而不会发生位移。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims

1.一种超短焦镜头，包括镜头壳体以及安装在镜头壳体内部的透镜组件，所述透镜组件包括一组折射透镜组及非球面反射镜(1)，非球面反射镜(1)设置于折射透镜组的光线的出射一侧，以将光线投射至屏幕上，其特征在于：

所述前群透镜组包括光焦度为正的第一前透镜(5)，光焦度为正的第二前透镜(4)，光焦度为负的第三前透镜(3)及第四前透镜(2)；所述中群透镜组包括光焦度为正的第一中透镜(7)及光焦度为负的第二中透镜(6)，所述第一中透镜(7)与第二中透镜(6)相互胶合连接；所述后群透镜组包括光焦度为正的第一后透镜(13)，光焦度为正的第二后透镜(12)，光焦度为负的第三后透镜(11)，光焦度为正的第四后透镜(10)，光焦度为负的第五后透镜(9)，光焦度为正的第六后透镜(8)。

2.根据权利要求1所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述第二后透镜(12)与第三后透镜(11)相互胶合连接成为第一胶合透镜组，所述第五后透镜(9)与第六后透镜(8)相互胶合连接成为第二胶合透镜组。

3.根据权利要求2所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述非球面反射镜(1)与第四前透镜(2)的面型均为奇次非球面透镜，所述第四后透镜(10)与第一前透镜(5)均为偶次非球面透镜。

4.根据权利要求1所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述第二中透镜(6)的色散系数的值在20-40之间。

5.根据权利要求2所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述第二后透镜(12)与第三后透镜(11)的色散系数的差值以及所述第五后透镜(9)与第六后透镜(8)的色散系数的差值均落在25~50之间。

6.根据权利要求1所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述镜头壳体包括调节镜筒及外保护壳体，所述折射透镜组固定设置于调节镜筒内部，所述非球面反射镜(1)与调节镜筒固定设置于外保护壳体内。

7.根据权利要求6所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述调节镜筒包括一级调节镜筒、二级调节镜筒、限位柱、后群安装镜筒、中群安装镜筒及前群安装镜筒，所述二级调节镜筒转动设置于一级调节镜筒外侧，所述后群安装镜筒转动设置于一级调节镜筒内，所述中群安装镜筒固定连接于后群安装镜筒上，所述前群安装镜筒滑动设置于一级调节镜筒内，所述一级调节镜筒以及二级调节镜筒上开设有调节轨道，所述限位柱穿过调节轨道分别与后群安装镜筒以及前群安装镜筒相连接。

8.根据权利要求7所述的一种超短焦镜头，其特征在于，所述后群安装镜筒与中群安装镜筒之间存在通气间隙，以使后群安装镜筒与前群安装镜筒之间形成连通的密闭腔室，所述一级调节镜筒上开设有气压通孔，以使密闭腔室与外部大气连通。