CN113917670B - 一种高分辨率超短焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨率超短焦投影镜头，包括透镜组件，所述透镜组件沿光线入射方向依次包括非球面透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅱ、负弯月透镜Ⅲ、负弯月透镜Ⅳ、凹凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅱ、双凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅲ、非球面透镜Ⅱ、正弯月透镜Ⅴ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅲ、双凹透镜Ⅰ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅳ、正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ。本发明提供了一种畸变小于2%，投射比大小为0.5，F数为1.8，93lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.58，相对照度>60%的高分辨率超短焦投影镜头，较好地解决了大视场的情况下，畸变校正、垂轴色差和场曲控制的问题。

Description

一种高分辨率超短焦投影镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，具体地来说，涉及一种高分辨率超短焦投影镜头。

背景技术

超短焦投影镜头是一种光学镜头，其普遍应用在高清晰度超短焦距投影仪上，其在短距离上投射大画面，极大地节约了用户的使用空间，增加了自由活动空间,提升了教学、演讲和展示的互动性。

不可避免地，现有的超短焦投影镜头在设计过程中常常会带来TV畸变大、垂轴色差严重、场曲的问题。

中国专利，公开号CN205301690U，公开一种超短焦投影镜头，文中提出“一种超短焦投影镜头，包括投射面和DMD芯片之间同光轴设置的前负透镜组、后正透镜组和场镜，所述前负透镜组包括依次同光轴设置的第一非球面透镜、平凹透镜、弯月透镜、平凸透镜、凸平透镜、第一双凹透镜、凹凸透镜和凸凹透镜，所述凸凹透镜的凹面设置有光阑；所述后正透镜组包括依次同光轴设置的低温玻璃模压非球面透镜和三胶合镜片组。”。该现有技术中虽然对TV畸变进行改善，但是仅能达到TV畸变小于0.3％，同时仍然存在着垂轴色差大和场曲优化效果一般的技术问题。

中国专利，公开号CN103913825A，公开一种超短焦投影镜头，文中提出“包括位于投射面和DMD 芯片之间的若干个同轴排布的透镜，所述透镜从投射面到DMD 芯片的排布顺序依次是第一非球面透镜、平凹透镜、弯月透镜、平凸透镜、第二非球面透镜、第一双胶合透镜、第一凸透镜、第二双胶合透镜、第二凸透镜和场镜。”。该现有技术中虽然解决了TV畸变的问题，但是其对于垂轴色差和场曲的改善效果有限，投影画面质量仍然一般。

为解决上述技术问题，需要提供一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分辨率超短焦投影镜头，以同时解决上述背景技术中提出的现有高分辨率超短焦投影镜存在的TV畸变大、垂轴色差严重、场曲的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高分辨率超短焦投影镜头，包括透镜组件、DMD芯片、以及等效棱镜，所述透镜组件沿光线入射方向依次包括非球面透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅱ、负弯月透镜Ⅲ、负弯月透镜Ⅳ、凹凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅱ、双凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅲ、非球面透镜Ⅱ、光阑、正弯月透镜Ⅴ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅲ、双凹透镜Ⅰ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅳ、正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ，所述第一双胶合透镜由凹凸透镜Ⅰ和凹凸透镜Ⅱ胶合而成，所述第二双胶合透镜由双凸透镜Ⅰ和凹凸透镜Ⅲ胶合而成，所述第三双胶合透镜由双凹透镜Ⅰ和双凸透镜Ⅱ胶合而成，所述第四双胶合透镜由正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ胶合而成；所述DMD 芯片为0.47英寸、分辨率为1920×1080，所述DMD芯片设于双凸透镜Ⅲ的前方，所述等效棱镜设于DMD芯片与双凸透镜Ⅲ之间，所述DMD芯片靠近等效棱镜的一侧设有芯片保护玻璃。

其中，所述负弯月透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅱ、负弯月透镜Ⅲ、负弯月透镜Ⅳ、凹凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅱ、双凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅲ、正弯月透镜Ⅴ、双凸透镜Ⅱ、双凹透镜Ⅰ、双凸透镜Ⅱ、正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ均为玻璃球面透镜，所述非球面透镜Ⅰ和非球面透镜Ⅱ均为塑胶非球面透镜，所述非球面透镜Ⅲ和非球面透镜Ⅴ均为玻璃非球面透镜，所述非球面的面型满足以下方程式：

，

其中，z为矢高，c为半径所对应的曲率，r为径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为圆锥系数，a_i为对应的阶数2i的径向坐标所对应的非球面系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种畸变小于2%，投射比大小为0.5，F数为1.8，93lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0.58，相对照度>60%的高分辨率超短焦投影镜头，较好地解决了大视场的情况下，畸变校正、垂轴色差和场曲控制的问题；

2、本发明的镜头中通过四个非球面面型与十四个球面面型的匹配，极大程度地简化了镜头结构，缩小了镜头体积，降低了生产成本，同时实现了不同温度下的像质互补；同时，配合使用两个塑胶透镜，进一步，有效地降低了生产成本；

3、本发明中使用四个双胶合透镜，将较大的组装公差转换为较小的胶合公差，提升组装的工艺性，极大地提升了镜头的量产良率。

附图说明

图1为本发明高分辨率超短焦投影镜头光路图；

图中：1，非球面透镜Ⅰ，2、负弯月透镜Ⅰ，3、负弯月透镜Ⅱ，4、负弯月透镜Ⅲ，5、负弯月透镜Ⅳ，6、凹凸透镜Ⅰ，7、凹凸透镜Ⅱ，8、双凸透镜Ⅰ，9、凹凸透镜Ⅲ，10、非球面透镜Ⅱ，11、正弯月透镜Ⅴ，12、双凸透镜Ⅱ，13、非球面透镜Ⅲ，14、双凹透镜Ⅰ，15、双凸透镜Ⅱ，16、非球面透镜Ⅳ，17、正弯月透镜Ⅵ，18、双凸透镜Ⅲ，19、光阑，20、等效棱镜，21、芯片保护玻璃，22、DMD芯片。

图2为本发明高分辨率超短焦投影镜头MTF曲线图的界面形式图；

图3为本发明高分辨率超短焦投影镜头离焦MTF曲线图的界面形式图；

图4为本发明高分辨率超短焦投影镜头场曲与畸变图的界面形式图；

图5为本发明高分辨率超短焦投影镜头垂轴色差图的界面形式图。

实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种高分辨率超短焦投影镜头，结构如下：从物侧到像侧依次包括透镜组件、等效棱镜20、芯片保护玻璃21、DMD芯片22，透镜组件包括沿光线入射方向依次设置的非球面透镜Ⅰ1、负弯月透镜Ⅰ2、负弯月透镜Ⅱ3、负弯月透镜Ⅲ4、负弯月透镜Ⅳ5、凹凸透镜Ⅰ6、凹凸透镜Ⅱ7、双凸透镜Ⅰ8、凹凸透镜Ⅲ9、非球面透镜Ⅱ10、光阑19、正弯月透镜Ⅴ11、双凸透镜Ⅱ12、非球面透镜Ⅲ13、双凹透镜Ⅰ14、双凸透镜Ⅱ15、非球面透镜Ⅳ16、正弯月透镜Ⅵ17和双凸透镜Ⅲ18；

同时，凹凸透镜Ⅰ6和凹凸透镜Ⅱ7胶合成第一双胶合透镜，双凸透镜Ⅰ8和凹凸透镜Ⅲ9胶合成第二双胶合透镜，双凹透镜Ⅰ14和双凸透镜Ⅱ15胶合成第三双胶合透镜，正弯月透镜Ⅵ17和双凸透镜Ⅲ18胶合成第四双胶合透镜，负弯月透镜Ⅰ2、负弯月透镜Ⅱ3、负弯月透镜Ⅲ4、负弯月透镜Ⅳ5、凹凸透镜Ⅰ6、凹凸透镜Ⅱ7、双凸透镜Ⅰ8、凹凸透镜Ⅲ9、正弯月透镜Ⅴ11、双凸透镜Ⅱ12、双凹透镜Ⅰ14、双凸透镜Ⅱ15、正弯月透镜Ⅵ17和双凸透镜Ⅲ18均为玻璃非球面镜片，非球面透镜Ⅰ1和非球面透镜Ⅱ10为塑胶非球面镜片，非球面透镜Ⅲ13和非球面透镜Ⅳ16为玻璃非球面镜片，且非球面的面型满足以下方程式：

，其中，z为矢高，c为半径所对应的曲率，r为径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为圆锥系数，a_i为对应的阶数2i的径向坐标所对应的非球面系数。

以下是0 .47英寸分辨率为1920×1080的DMD芯片22为例，给出本发明一种高分辨率超短焦投影镜头的参数：

。

上述表面序号的排序方法为:从非球面透镜Ⅰ1的远离DMD芯片22的一面，定为序号1，随后按透镜组件的顺序依次向后为每个面标号。

非球面数据：

。

最终得到的高分辨率超短焦投影镜头的规格：

。

如图2是本发明MTF曲线图的界面形式图，如图3是本发明离焦MTF曲线图的界面形式图，图中93lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束大于0 .58，说明该镜头成像画质清晰均匀，具备高分辨率。

如图4是本发明场曲与畸变图的界面形式图，从图中知，TV畸变小于0.2%，具备广角低畸变的优点，同时有效改善场曲。

如图5是本发明垂轴色差图的界面形式图，垂轴色差描述的是各个视场位置的不同光波的主光线在像面处高度方向上的差值，从图中知，两个曲线的最大处横轴绝对值相加＜833*0.5，具有低横向色差的特征。

Claims (2)

1. 一种高分辨率超短焦投影镜头，包括透镜组件，其特征在于，所述透镜组件沿光线入射方向依次包括非球面透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅱ、负弯月透镜Ⅲ、负弯月透镜Ⅳ、凹凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅱ、双凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅲ、非球面透镜Ⅱ、正弯月透镜Ⅴ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅲ、双凹透镜Ⅰ、双凸透镜Ⅱ、非球面透镜Ⅳ、正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ，其中，所述凹凸透镜Ⅰ和凹凸透镜Ⅱ胶合成第一双胶合透镜，所述双凸透镜Ⅰ和凹凸透镜Ⅲ胶合成第二双胶合透镜，所述双凹透镜Ⅰ和双凸透镜Ⅱ胶合成第三双胶合透镜，所述正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ胶合成第四双胶合透镜，所述非球面透镜Ⅰ和非球面透镜Ⅱ均为塑胶非球面透镜，所述非球面透镜Ⅲ和非球面透镜Ⅴ均为玻璃非球面透镜，所述负弯月透镜Ⅰ、负弯月透镜Ⅱ、负弯月透镜Ⅲ、负弯月透镜Ⅳ、凹凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅱ、双凸透镜Ⅰ、凹凸透镜Ⅲ、正弯月透镜Ⅴ、双凸透镜Ⅱ、双凹透镜Ⅰ、双凸透镜Ⅱ、正弯月透镜Ⅵ和双凸透镜Ⅲ均为玻璃球面透镜，所述镜头还包括DMD芯片、等效棱镜、以及光阑，所述光阑设于非球面透镜Ⅱ与正弯月透镜Ⅴ之间，所述DMD芯片设于双凸透镜Ⅲ的前方，所述等效棱镜设于DMD芯片与双凸透镜Ⅲ之间，所述DMD芯片靠近等效棱镜的一侧设有芯片保护玻璃，所述DMD 芯片为0.47英寸、分辨率为1920×1080，投射比大小为0.5，F数为1.8。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率超短焦投影镜头，其特征在于，所述非球面的面型满足以下方程式：

，

其中，z为矢高，c为半径所对应的曲率，r为径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为圆锥系数，a_i为对应的阶数2i的径向坐标所对应的非球面系数。

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