CN207051641U - 一种投影镜头和投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投影镜头和投影系统，投影镜头包括沿一轴线同轴依次排布的第一球面双凸透镜、第二球面双凸透镜或平凸透镜、非球面双凸透镜、球面双凹透镜、第三球面双凸透镜、第一球面月牙透镜或平凸透镜、第二球面月牙透镜、第三球面月牙透镜、非球面月牙透镜或平凹透镜，投影系统包括沿一轴线同轴依次排布的显示装置、棱镜和如上任一所述的投影镜头。本实用新型投影镜头与DMD或LCOS显示器件配合使用，将显示器件调制后的光束收集并聚焦到显示屏幕，具有显示尺寸大，光利用效率高的特点，镜头含两片非球面透镜，在保证镜头热稳定性的同时使镜头镜片数量较少，利于降低成本及减少装配公差影响。

Description

一种投影镜头和投影系统

技术领域

本实用新型涉及图像显示技术领域，具体涉及一种投影镜头和投影系统。

背景技术

现有的数字投影显示技术主要采用DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)或者LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)作为显示器件，采用偏振分光元件(PBS)或者全反射分光元件(TIR)作为照明/成像分光器件，通过设计合理的投影镜头光路，将从显示器件上反射的图像聚焦到显示屏幕上面。以现有的技术，为了取得良好的显示图像品质以及较大的画面尺寸(投射比<1.5)，投影镜头通常结构复杂，透镜镜片数量一般在14片以上，从而造成加工以及装配工艺复杂，良率不易控制，现有投影镜头通常价格昂贵且显示图像品质参差不齐。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种投影镜头和投影系统，克服现有技术投影镜头和投影系统镜片数量多、加工以及装配工艺复杂的缺陷。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种投影镜头，包括沿一轴线同轴依次排布的第一球面双凸透镜、第二球面双凸透镜或平凸透镜、非球面双凸透镜、球面双凹透镜、第三球面双凸透镜、第一球面月牙透镜或平凸透镜、第二球面月牙透镜、第三球面月牙透镜、非球面月牙透镜或平凹透镜。

根据本实用新型的实施例，所述非球面双凸透镜、所述球面双凹透镜和第三球面双凸透镜胶合形成三胶合透镜。

根据本实用新型的实施例，所述非球面双凸透镜、所述非球面月牙透镜或所述平凹透镜的非球面形状满足如下多项式：

其中Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，r表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

一种投影系统，包括沿一轴线同轴依次排布的显示装置、棱镜和如权利要求1至3任一所述的投影镜头。

根据本实用新型的实施例，在所述显示装置的前端设置有保护玻璃。

根据本实用新型的实施例，在所述投影镜头的透镜之间设置有光阑。

根据本实用新型的实施例，所述光阑设置在第三球面双凸透镜、第一球面月牙透镜之间或者设置在第三球面双凸透镜、平凸透镜之间。

实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型投影镜头与DMD或LCOS显示器件配合使用，将显示器件调制后的光束收集并聚焦到显示屏幕，具有显示尺寸大，光利用效率高的特点，镜头含两片非球面透镜，在保证镜头热稳定性的同时使镜头镜片数量较少，利于降低成本及减少装配公差影响。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本实用新型第一投影系统实施例示意图；

图2为本实用新型第一投影系统实施例光线追迹图；

图3为本实用新型第一投影系统实施例模量传输函数MTF示意图；

图4为本实用新型第一投影系统实施例光学系统畸变示意图；

图5为本实用新型第一投影系统实施例垂轴色差图；

图6为本实用新型第二投影系统实施例示意图；

图7为本实用新型第二投影系统实施例光线追迹图；

图8为本实用新型第二投影系统实施例模量传输函数MTF示意图；

图9为本实用新型第二投影系统实施例光学系统畸变示意图；

图10为本实用新型第二投影系统实施例垂轴色差图；

图11为本实用新型第三投影系统实施例示意图；

图12为本实用新型第三投影系统实施例光线追迹图；

图13为本实用新型第三投影系统实施例模量传输函数MTF示意图；

图14为本实用新型第三投影系统实施例光学系统畸变示意图；

图15为本实用新型第三投影系统实施例垂轴色差图；

图16为本实用新型第四投影系统实施例示意图；

图17为本实用新型第四投影系统实施例光线追迹图；

图18为本实用新型第四投影系统实施例模量传输函数MTF示意图；

图19为本实用新型第四投影系统实施例光学系统畸变示意图；

图20为本实用新型第四投影系统实施例垂轴色差图。

具体实施方式

本实用新型投影镜头包括沿一轴线同轴依次排布的第一球面双凸透镜1、第二球面双凸透镜2或平凸透镜、非球面双凸透镜3、球面双凹透镜4、第三球面双凸透镜5、第一球面月牙透镜6或平凸透镜、第二球面月牙透镜7、第三球面月牙透镜8、非球面月牙透镜9或平凹透镜。根据本实用新型的实施例，非球面双凸透镜3、球面双凹透镜4和第三球面双凸透镜5胶合形成三胶合透镜。非球面双凸透镜3、非球面月牙透镜9或平凹透镜的非球面形状满足如下多项式：

其中Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，r表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

本实用新型投影系统包括沿一轴线同轴依次排布的显示装置10、棱镜11和如上所述的投影镜头。根据本实用新型的实施例，在显示装置10的前端设置有保护玻璃。在投影镜头的透镜之间设置有光阑12。光阑12设置在第三球面双凸透镜5、第一球面月牙透镜6之间或者设置在第三球面双凸透镜5、平凸透镜之间。

表1各透镜参数表

上述表1中，f'：投影成像系统焦距(以mm为单位)，fi'：各透镜焦距(以mm为单位)，Rij：各折射面半径(以mm为单位)，为非球面时，采用中心曲率的倒数，即1/c，Ti：各透镜的中心厚度(以mm为单位)，Di：各透镜后顶点到下一透镜或光学面之间的间距(以mm为单位)，Ds：光阑到下一透镜顶点间距，i：透镜序号，j：第i个透镜的前后两个折射面。以上所述透镜中，球面双凸透镜[L3]、球面双凹透镜[L4]和球双凸透镜[L5]胶合成三胶合透镜。

如图1、图2、图3、图4和图5所示为本实用新型第一投影系统实施例，

表2第一投影系统实施例光学系统参数

表3第一投影系统实施例光路具体参数表

注：沿显示区域长边方向为x，沿短边方向为y，沿光线前进方向为z，右手坐标系。半径为透镜曲率半径，非球面时采用中心曲率的倒数，即1/c。厚度为透镜中心厚度。间隔为各透镜后顶点到下一透镜或光学面之间的间距。

表4第一投影系统实施例非球面参数表

如图6、图7、图8、图9和图10所示为本实用新型第二投影系统实施例，

表5第二投影系统实施例光学系统参数

参数	单位	数值	备注
				半视场角	°	46.28	-
焦距	mm	7.50	-
				物方数值孔径		0.2545	-
MTF	％	＞56％	空间频率0.84，详情见图8
				畸变	％	＜0.93％	详情见图9
垂轴色差	μm	≤300.9	半像素尺寸298μm，详情见图10

表6第二投影系统实施例光路具体参数表

注：沿显示区域长边方向为x，沿短边方向为y，沿光线前进方向为z，右手坐标系。半径为透镜曲率半径,非球面时，采用中心曲率的倒数，即1/c。厚度为透镜中心厚度。间隔为各透镜后顶点到下一透镜或光学面之间的间距。

表7实例二非球面参数表

如图11、图12、图13、图14和图15所示为本实用新型第三投影系统实施例，

表8第三投影系统实施例光学系统参数

参数	单位	数值	备注
				半视场角	°	39.23	-
焦距	mm	9.50	-
				物方数值孔径		0.2676	-
MTF	％	＞45％	空间频率0.84，详情见图13
				畸变	％	＜0.72％	详情见图14
垂轴色差	μm	≤228	半像素尺寸297μm，详情见图15

表9第三投影系统实施例光路具体参数表

注：沿显示区域长边方向为x，沿短边方向为y，沿光线前进方向为z，右手坐标系。半径为透镜曲率半径,非球面时，采用中心曲率的倒数，即1/c。厚度为透镜中心厚度。间隔为各透镜后顶点到下一透镜或光学面之间的间距。

表10第三投影系统实施例非球面参数表

如图16、图17、图18、图19和图20所示为本实用新型第四投影系统实施例，

表11第四投影系统实施例光学系统参数

参数	单位	数值	备注
				半视场角	°	36.54	-
焦距	mm	10.42	-
				物方数值孔径		0.2676	-
MTF	％	＞49％	空间频率0.84，详情见图18
				畸变	％	＜0.95％	详情见图19
垂轴色差	μm	≤196	半像素尺寸298μm，详情见图20

表12第四投影系统实施例光路具体参数表

注：沿显示区域长边方向为x，沿短边方向为y，沿光线前进方向为z，右手坐标系。半径为透镜曲率半径,非球面时，采用中心曲率的倒数，即1/c。厚度为透镜中心厚度。间隔为各透镜后顶点到下一透镜或光学面之间的间距。

表13第四投影系统实施例非球面参数表

本领域技术人员不脱离本实用新型的实质和精神，可以有多种变形方案实现本实用新型，以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种投影镜头，其特征在于：包括沿一轴线同轴依次排布的第一球面双凸透镜、第二球面双凸透镜或平凸透镜、非球面双凸透镜、球面双凹透镜、第三球面双凸透镜、第一球面月牙透镜或平凸透镜、第二球面月牙透镜、第三球面月牙透镜、非球面月牙透镜或平凹透镜。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述非球面双凸透镜、所述球面双凹透镜和第三球面双凸透镜胶合形成三胶合透镜。

3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于：所述非球面双凸透镜、所述非球面月牙透镜或所述平凹透镜的非球面形状满足如下多项式：

<mrow> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>cr</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>4</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>6</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>6</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>8</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>8</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>10</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>10</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>12</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>12</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>14</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>14</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>16</mn> </msub> <msup> <mi>r</mi> <mn>16</mn> </msup> <mo>.</mo> </mrow>

其中Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，r表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面高次项系数。

4.一种投影系统，其特征在于：包括沿一轴线同轴依次排布的显示装置、棱镜和如权利要求1至3任一所述的投影镜头。

5.根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于：在所述显示装置的前端设置有保护玻璃。

6.根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于：在所述投影镜头的透镜之间设置有光阑。

7.根据权利要求6所述的投影系统，其特征在于：所述光阑设置在第三球面双凸透镜、第一球面月牙透镜之间或者设置在第三球面双凸透镜、平凸透镜之间。