CN113534418B - 一种超短焦镜头组件 - Google Patents

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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，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；设置于后群透镜组及前群透镜组之间的中群透镜组，中群透镜组与后群透镜组的间距不变；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，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。

Description

一种超短焦镜头组件
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组件。
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较小的设备体积，通常在光学镜头组中增加使用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组件，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，所述第四后透镜、第一前透镜与第四前透镜均为非球面透镜。
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，所述非球面反射镜与第四前透镜的面型均为奇次非球面，其面型参数如下：
Figure 840873DEST_PATH_IMAGE001
。
在本发明中，进一步地，所述第一前透镜及第四后透镜的面型均为偶次非球面，其面型参数如下：
Figure 833975DEST_PATH_IMAGE002
。
在本发明中，进一步地，所述第四后透镜由玻璃材质制成，所述第一前透镜与第四前透镜均为树脂材质制成。本方案通过在远离发热区域的位置将非球面透镜的材质选择为树脂既可以减少热量对透镜的变形影响同时又可以降低产品的制备成本，另外，将靠近热源位置的第四后透镜由玻璃材质制成，可以减少热量对透镜变形的影响。
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。
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。
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：
Figure 38691DEST_PATH_IMAGE003
其中，Z为形成非球面曲线的纵轴坐标，参数
Figure 440854DEST_PATH_IMAGE004
，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βn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：
Figure 47415DEST_PATH_IMAGE005
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，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1及表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
Figure 680260DEST_PATH_IMAGE006
表2
Figure 637852DEST_PATH_IMAGE007
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
Figure 906022DEST_PATH_IMAGE008
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。
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 (8)

1.一种超短焦镜头组件，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(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)；
中群透镜组的各个面型的曲率半径如下：
Figure 710561DEST_PATH_IMAGE001
Figure 433666DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的一种超短焦镜头组件，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组件，其特征在于，所述第四后透镜(10)、第一前透镜(5)与第四前透镜(2)均为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的一种超短焦镜头组件，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4所述的一种超短焦镜头组件，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5所述的一种超短焦镜头组件，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，其面型参数如下：
Figure 337120DEST_PATH_IMAGE003
。
7.根据权利要求5所述的一种超短焦镜头组件，其特征在于，所述第一前透镜(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：
Figure 615042DEST_PATH_IMAGE004
。
8.根据权利要求5所述的一种超短焦镜头组件，其特征在于，所述第四后透镜(10)由玻璃材质制成，所述第一前透镜(5)与第四前透镜(2)均为树脂材质制成。
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