CN207799220U

CN207799220U - 短焦投影物镜

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Publication number: CN207799220U
Application number: CN201820073154.7U
Authority: CN
Inventors: 张云涛; 张师朋; 尚洁阳; 盛亚茗; 张平华
Original assignee: Jiaxing Zhongrun Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Jiaxing Zhongrun Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2028-01-17

Abstract

一种短焦投影物镜，从出射端到光源端依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第三镜片、光阑、具有正光焦度的第三透镜组、棱镜以及带有固体摄像元件的成像面。本实用新型采用最少的镜片数量，引入塑胶非球面，设计出了高像素，小畸变，小色差，小体积，轻重量，无温度偏移的短焦投影物镜，适用于‑40℃到+80℃类似车载投影和手持投影等各种复杂环境。

Description

短焦投影物镜

技术领域

本实用新型涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种短焦投影物镜。

背景技术

现有的投影用镜头，因为设计时没有考虑许多实际携带使用中的问题，例如①体积过大：大部分现有的投影物镜，其长度与口径都比较大，导致在设计后期投影机机身以及相应的配套设施的时，为了迎合其尺寸不得不将产品整体尺寸都做得比较大。这导致了采用这些投影物镜均无法应用于便携式投影仪以及车载微型投影仪。②重量过大：以往的投影镜头，为了消色差和减少畸变，通常通过添加镜片数量来提升性能，这无形中提高了镜头整体的重量，使得镜头的便携性大大降低，通常只能在固定的场合使用，无法灵活更换使用场所。③焦距长，投射比大：现有的大部分镜头，都保留了以往设计中的镜片数量多，结构复杂，焦距过长的特点。这导致了采用这些物镜的产品投射比大，也就是说在相同的投影距离时能投射的画面更小。这一特性也限制了产品的使用范围，例如在车厢这种小空间内就无法使用这类长焦的投影仪。④工作温度范围小：以往的投影物镜在设计时往往没有考虑消热差，这导致了其镜头在高低温的表现非常不稳定。由于机构材料以及镜片材料本身的物理特性，其在不同的温度下对光路的走向会产生影响，使得焦平面发生偏移，产生虚焦现象，从而导致投影出的画面模糊不清，影响使用。所以，现有市场内的大部分产品的工作温度都在0到40摄氏度这一范围内，远远无法适应在外界复杂环境中使用。另外，现有产品为了保证镜头不产生因为温度变化产生的性能差距，通常会设计相应的一整套散热系统，这也变相增加了产品体积与重量。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种短焦投影物镜，采用最少的镜片数量，引入塑胶非球面，设计出了高像素，小畸变，小色差，小体积，轻重量，无温度偏移的短焦投影物镜，适用于-40℃到+80℃类似车载投影和手持投影等各种复杂环境。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型从出射端到光源端依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第三镜片、光阑、具有正光焦度的第三透镜组、棱镜以及带有固体摄像元件的成像面。

所述的短焦投影物镜的总长度与有效焦距的比值为(15,20)，光学后焦与有效焦距的比值为(3,5)，像面高度与有效焦距的比值为(1,1.3)。

所述的第一透镜组的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(-2.6,-1.2)，以保证大视场角的同时控制畸变。

所述的第三镜片的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(3,5)，有效矫正球差与慧差。

所述的第三透镜组的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(2.5,3.4)，有效修正色差及场曲。

所述的第一透镜组包括：具有负光焦度的第一镜片和具有负光焦度的第二镜片。

所述的第三透镜组，包括具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第五、第六胶合镜片和具有正光焦度的第七镜片。

所述的第四镜片的焦距与第二镜片的焦距比值为(-3.5,-1.5)，由于两个控制温度偏移的非球面焦距比值成一定比例系数，得以相互补偿温度变化对光路性能的影响。

所述的第六镜片和第七镜片的镜片折射率随温度的变化率小于零。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型采用消热差设计，合理分配两块塑胶非球面的面型以及光焦度，让两块非球面在温度变化过程中对光路的影响相互抵消，使得镜头在高低温下不虚焦，以达到在更多复杂环境中使用的目的。

附图说明

图1是实施例1的半剖图；

图2是实施例1的各像差图；

图3是实施例1的光线色差图；

图4是实施例2的各像差图；

图5是实施例2的光线色差图；

图6是实施例3的半剖图；

图7是实施例3的各像差图；

图8是实施例3的光线色差图；

图中：L1～L7为第一至第七镜片，S1～S19为第一至第十九透镜、光阑和棱镜表面、STP 为光阑、P为棱镜、ICF为滤光片、IMG为像面、“R”为每个表面的曲率半径，并代表非球面的“近轴曲率”。“D”代表表面间距，“Nd”代表d线的折射率，且“Vd”代表阿贝系数。此外，物距为一米。长度度量的单位为“mm”。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例包括：包括具有负光焦度的第一镜片L1和具有负光焦度的第二镜片L2的第一透镜组；具有正光焦度的第三镜片L3；包括具有正光焦度的第四镜片L4、具有负光焦度的第五、第六胶合镜片L5、L6和具有正光焦度的第七镜片L7的第三透镜组。

其中第二镜片和第四镜片均为非球面

光学特性参数：焦距F＝2.8，相对孔径Fno＝1.9，TR0.55。

	R	D	Nd	Vd
					OBJ	SPHERE	120
1	17.35	1	1.77	49
					2	7.97	3.1
3	24.08	1.6	1.52	56
					4	4.55	13.3
5	17.5	5.6	1.84	23
					6	-22.5	2.0
7	INF	0.4
					8	-12.51	4.2	1.52	56
9	-8.18	0.1
					10	-13.73	2.3	1.84	23
11	8.796	2.7	1.59	67
					12	-10.73	0.1
13	16.46	2.3	1.61	63
					14	-12.54	0.7
15	INF	10.00	1.74	37
					16	INF	0.50
17	INF	0.70	1.52	60
					18	INF	0.30
19	INF	0.00
					IMG

表中符号为P的为非球面透镜，第五镜片的第二表面S11即为第六镜片的第一表面。

本实施例中第二镜片L2和第四镜片L4为非球面透镜，其中非球面透镜sag值满足：

其中：Z为透镜的sag值， c为曲率半径的倒数，h为透镜边到光轴的高度，k为圆锥系数，A、B、C、D和E分别代表高阶非球面系数。

本实施例非球面系数列于下表：

如图2所示，为实施例1各像差图，包括轴向色差，场曲和畸变。从图中可以看出，该镜头RGB三色的轴向色差得到了很好的矫正，可以实现画面的清晰投影；场曲曲线可以看出， T线和S线都有很好的收敛，场曲和像散均十分优秀，保证整个画面成像均一的要求；畸变曲线看出，镜头畸变控制很好，光学畸变在1％以内。图3是光线色差图，如图所示，本实施例对RGB三色的倍率色差和慧差进行了很好的修正，满足高像素投影要求。

实施例2

如图1所示，为本实施例半剖结构，与实施例1相比，本实施例的区别在于Fno更小，TR较大。

光学特性参数：焦距F＝3，相对孔径Fno＝1.7，TR0.6。

表中符号为P的为非球面透镜。

本实施例非球面系数列于下表：

	#3	#4	#8	#9
					K	0	-0.1760832	-53.254	-0.548977
A	0.5	0.0013645	-0.0045063	0.00099656
					B	-3.31E-05	-9.08E-06	0.00064336	2.15E-02
C	6.37E-07	-1.04E-06	-5.47E-05	2.35E-07
					D	-6.16E-09	3.20E-08	5.54E-06	7.12E-08
E	2.64E-11	-3.56E-10	0	0

如图4所示，为本实施例各像差图，包括轴向色差，场曲和畸变。从图中可以看出，该镜头RGB三色的轴向色差得到了很好的矫正，可以实现画面的清晰投影；场曲曲线可以看出， T线和S线都有很好的收敛，场曲和像散均十分优秀，保证整个画面成像均一的要求；畸变曲线看出，镜头畸变控制很好，光学畸变在1％以内。图5是光线色差图，如图所示，本实施例对RGB三色的倍率色差和慧差进行了很好的修正，满足高像素投影要求。

实施例3

如图6所示，为本实施例半剖结构，与实施例1相比，本实施例中的第一镜片L1和第四镜片L4均为非球面。

光学特性参数：焦距F＝3，相对孔径Fno＝1.5，TR0.6。

表中符号为P的为非球面透镜。

本实施例非球面系数列于下表：

	#1	#2	#8	#9
					K	0	0	-55.254	-0.648977
A	0.0004	0.00039	-0.0046063	0.00069656
					B	-2.04E-06	1.95E-06	0.00052336	1.15E-05
C	8.25E-09	3.6E-08	-5.047E-05	2.15E-07
					D	3.02E-013	-7.3E-10	2.28E-06	1.252E-08
E	-1.26E-14	-9.6E-12	0	0

如图7所示，为本实施例各像差图，包括轴向色差，场曲和畸变。从图中可以看出，该镜头RGB三色的轴向色差得到了很好的矫正，可以实现画面的清晰投影；场曲曲线可以看出， T线和S线都有很好的收敛，场曲和像散均十分优秀，保证整个画面成像均一的要求；畸变曲线看出，镜头畸变控制很好，光学畸变在1％以内。图8是光线色差图，如图所示，本实施例对RGB三色的倍率色差和慧差进行了很好的修正，满足高像素投影要求。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims

1.一种短焦投影物镜，其特征在于，从出射端到光源端依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第三镜片、光阑、具有正光焦度的第三透镜组、棱镜以及带有固体摄像元件的成像面。

2.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的短焦投影物镜的总长度与有效焦距的比值为(15,20)，光学后焦与有效焦距的比值为(3,5)，像面高度与有效焦距的比值为(1,1.3)。

3.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第一透镜组的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(-2.6,-1.2)。

4.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第三镜片的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(3,5)。

5.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第三透镜组的焦距与短焦投影物镜的有效焦距的比值为(2.5,3.4)。

6.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第一透镜组包括：具有负光焦度的第一镜片和具有负光焦度的第二镜片，其中任意一片为塑胶制成的非球面镜片。

7.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第三镜片为具有正光焦度的第三镜片。

8.根据权利要求1所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第三透镜组，包括具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第五、第六胶合镜片和具有正光焦度的第七镜片，其中第四镜片为塑胶制成的非球面镜片。

9.根据权利要求8所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第四镜片的焦距与第二镜片的焦距比值为(-3.5,-1.5)，由于两个控制温度偏移的非球面焦距比值成比例，得以相互补偿温度变化对光路性能的影响。

10.根据权利要求8所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的第六胶合镜片和第七镜片的镜片折射率随温度的变化率小于零。

11.根据权利要求6或8所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的非球面镜片，其sag值满足：

其中：c为曲率半径的倒数，h为透镜边到光轴的高度，k为圆锥系数，A、B、C、D和E分别代表高阶非球面系数。

12.根据权利要求1～10中任一所述的短焦投影物镜，其特征是，所述的短焦投影物镜，具体为以下任意一种组合：

①第一镜片的第一表面为球面，其曲率半径为17.35，其厚度为1，其折射率为1.77，其阿贝数为49；第一镜片的第二表面为球面，其曲率半径为7.97，其厚度为3.1；第二镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为24.08，其厚度为1.6，其折射率为1.52，其阿贝数为56；第二镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为4.55，其厚度为13.3；第三镜片的第一表面为球面，其曲率半径为17.5，其厚度为5.6，其折射率为1.84，其阿贝数为23；第三镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-22.5，其厚度为2；光阑的厚度为0.4；第四镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为-12.51，其厚度为4.2，其折射率为1.52，其阿贝数为56；第四镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为-8.18，其厚度为0.1；第五镜片的第一表面为球面，其曲率半径为-13.73，其厚度为2.3，其折射率为1.84，其阿贝数为23；第五镜片的第二表面为球面，其曲率半径为8.796，其厚度为2.7，其折射率为1.59，其阿贝数为67；第六镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-10.73，其厚度为0.1；第七镜片的第一表面为球面，其曲率半径为16.46，其厚度为2.3，其折射率为1.61，其阿贝数为63；第七镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-12.54，其厚度为0.7；棱镜的第一表面的厚度为10，其折射率为1.74，其阿贝数为37；棱镜的第二表面的厚度为0.5；滤光片的第一表面的厚度为0.7，其折射率为1.52，其阿贝数为60；滤光片的第二表面的厚度为0.3；第二镜片的第一表面的圆锥系数为0，其四阶非球面系数为0.0008，其六阶非球面系数为-2.31E-05，其八阶非球面系数为3.64E-07，其十阶非球面系数为-3.17E-09，其十二阶非球面系数为1.22E-11；第二镜片的第二表面的圆锥系数为-1.0760832，其四阶非球面系数为0.0013645，其六阶非球面系数为-1.08E-05，其八阶非球面系数为-1.04E-06，其十阶非球面系数为3.20E-08，其十二阶非球面系数为-3.56E-10；第四镜片的第一表面的圆锥系数为-66.806228，其四阶非球面系数为-0.0045063，其六阶非球面系数为0.00064336，其八阶非球面系数为-7.01E-05，其十阶非球面系数为3.31E-06，其十二阶非球面系数为0；第四镜片的第二表面的圆锥系数为-0.34275087，其四阶非球面系数为0.000699656，其六阶非球面系数为1.02E-05，其八阶非球面系数为-5.23E-07，其十阶非球面系数为1.88E-08，其十二阶非球面系数为0；

②第一镜片的第一表面为球面，其曲率半径为15.72，其厚度为1，其折射率为1.69，其阿贝数为50；第一镜片的第二表面为球面，其曲率半径为7.95，其厚度为3.5；第二镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为21.87，其厚度为1.4，其折射率为1.5，其阿贝数为56；第二镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为4.84，其厚度为12.44；第三镜片的第一表面为球面，其曲率半径为23.16，其厚度为3，其折射率为1.86，其阿贝数为20；第三镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-16.86，其厚度为1.31；光阑的厚度为0.4；第四镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为-15，其厚度为3，其折射率为1.56，其阿贝数为56；第四镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为-8，其厚度为0.1；第五镜片的第一表面为球面，其曲率半径为-10，其厚度为0.6，其折射率为1.8，其阿贝数为23；第五镜片的第二表面为球面，其曲率半径为10，其厚度为3，其折射率为1.62，其阿贝数为63；第六镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-8.32，其厚度为0.1；第七镜片的第一表面为球面，其曲率半径为53.14，其厚度为3，其折射率为1.63，其阿贝数为63；第七镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-9.94，其厚度为0.8；棱镜的第一表面的厚度为10，其折射率为1.7，其阿贝数为37；棱镜的第二表面的厚度为0.5；滤光片的第一表面的厚度为0.7，其折射率为1.5，其阿贝数为60；滤光片的第二表面的厚度为0.3；第二镜片的第一表面的圆锥系数为0，其四阶非球面系数为0.5，其六阶非球面系数为-3.31E-05，其八阶非球面系数为6.37E-07，其十阶非球面系数为-6.16E-09，其十二阶非球面系数为2.64E-11；第二镜片的第二表面的圆锥系数为-0.1760832，其四阶非球面系数为0.0013645，其六阶非球面系数为-9.08E-06，其八阶非球面系数为-1.04E-06，其十阶非球面系数为3.20E-08，其十二阶非球面系数为-3.56E-10；第四镜片的第一表面的圆锥系数为-53.254，其四阶非球面系数为-0.0045063，其六阶非球面系数为0.00064336，其八阶非球面系数为-5.47E-05，其十阶非球面系数为5.54E-06，其十二阶非球面系数为0；第四镜片的第二表面的圆锥系数为-0.548977，其四阶非球面系数为0.00099656，其六阶非球面系数为2.15E-02，其八阶非球面系数为2.35E-07，其十阶非球面系数为7.12E-08，其十二阶非球面系数为0；

③第一镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为26.76，其厚度为1.68，其折射率为1.525，其阿贝数为56；第一镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为8.64，其厚度为5.87；第二镜片的第一表面为球面，其曲率半径为-155.2，其厚度为0.8，其折射率为1.77，其阿贝数为49；第二镜片的第二表面为球面，其曲率半径为7.43，其厚度为14.27；第三镜片的第一表面为球面，其曲率半径为11.87，其厚度为2.93，其折射率为1.86，其阿贝数为37；第三镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-60.27，其厚度为4.35；光阑的厚度为0.57；第四镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为-11.2，其厚度为4.73，其折射率为1.525，其阿贝数为56；第四镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为-6.27，其厚度为0.1；第五镜片的第一表面为球面，其曲率半径为-9.96，其厚度为0.5，其折射率为1.85，其阿贝数为27；第五镜片的第二表面为球面，其曲率半径为8.58，其厚度为3.2，其折射率为1.59，其阿贝数为63；第六镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-10.03，其厚度为0.1；第七镜片的第一表面为球面，其曲率半径为16.52，其厚度为3.08，其折射率为1.59，其阿贝数为63；第七镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-12.41，其厚度为0.6；棱镜的第一表面的厚度为10，其折射率为1.7，其阿贝数为37；棱镜的第二表面的厚度为0.5；滤光片的第一表面的厚度为0.7，其折射率为1.5，其阿贝数为60；滤光片的第二表面的厚度为0.3；第一镜片的第一表面的圆锥系数为0，其四阶非球面系数为0.0004，其六阶非球面系数为-2.04E-06，其八阶非球面系数为8.25E-09，其十阶非球面系数为3.02E-13，其十二阶非球面系数为-1.26E-14；第一镜片的第二表面的圆锥系数为0，其四阶非球面系数为0.00039，其六阶非球面系数为1.95E-06，其八阶非球面系数为3.60E-08，其十阶非球面系数为-7.30E-10，其十二阶非球面系数为-9.60E-12；第四镜片的第一表面的圆锥系数为-55.254，其四阶非球面系数为-0.0046063，其六阶非球面系数为0.00052336，其八阶非球面系数为-5.05E-05，其十阶非球面系数为2.28E-06，其十二阶非球面系数为0；第四镜片的第二表面的圆锥系数为-0.648977，其四阶非球面系数为0.00069656，其六阶非球面系数为1.15E-05，其八阶非球面系数为2.15E-07，其十阶非球面系数为1.25E-08，其十二阶非球面系数为0。