CN212160320U

CN212160320U - 一种投影光学系统

Info

Publication number: CN212160320U
Application number: CN202021312713.9U
Authority: CN
Inventors: 杨雄
Original assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2030-07-07

Abstract

本实用新型公开了一种投影光学系统，包括显示芯片、棱镜、第一子光学系统和第二子光学系统，所述显示芯片的一端设置为棱镜，所述棱镜的一端设置为第一子光学系统，所述第一子光学系统一端设置为第二子光学系统，所述显示芯片的物通过棱镜和所述第一子光学系统放大成第一实像，所述第二子光学系统对所述第一实像再次放大成第二实像。本实用新型解决了现有技术中分辨率高和投射比低无法兼顾的问题。

Description

一种投影光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，具体的说，是一种投影光学系统。

背景技术

投影显示相较于其它显示技术，更胜任大尺寸、高分辨率的显示需求。近二十年来，投影显示得到广泛应用，一方面，显示分辨率显著提升，从最初的480p发展到目前的4k；另一方面，投射比持续减小，投射比<0.4的投影光学系统被发明且已经上市。由于畸变和倍率色差的问题，光学投影系统的高分辨和小投射比是相互矛盾的指标。公开资料显示，投射比<0.4的投影光学系统，都采用折反混合设计，且最后一个光学元件为非球面或自由曲面的反射镜，以实现对畸变的良好校正，同时尽量少地引入色差。比如专利CN101395516A揭示的投影光学系统，投射比<0.4，只满足XGA分辨率显示。又比如CN105158884A揭示的投影光学系统，投射比<0.4，分辨率只达到1080P。又比如CN105974560A揭示的投影光学系统，甚至没有给出分辨率。专利CN207181796U揭示的投影光学系统实际分辨率只达到1080P。为此，发明人采用折反混合设计，提供一种小投射比，高分辨率的投影光学系统，该光学系统能够满足原生4k和像素漂移8k分辨率的投影显示需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种投影光学系统，用于解决现有技术中分辨率高和投射比低无法兼顾的问题。

本实用新型通过下述技术方案解决上述问题：

一种投影光学系统，包括显示芯片、棱镜、第一子光学系统和第二子光学系统，所述显示芯片的一端设置为棱镜，所述棱镜的一端设置为第一子光学系统，所述第一子光学系统一端设置为第二子光学系统，所述显示芯片的物通过棱镜和所述第一子光学系统放大成第一实像，所述第二子光学系统对所述第一实像再次放大成第二实像。

所述第一子光学系统包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第二子光学系统包括反射镜，所述第一透镜组一端设置为为棱镜，所述第一透镜组的另一端设置为光阑，所述第一透镜组包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述光阑的另一端设置为第二透镜组，所述第二透镜组包含多个透镜，所述第三透镜组位于第二透镜组和反射镜之间，所述第三透镜组包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述第三透镜组的光焦度为负，所述反射镜位于第一实像之后。

所述第一透镜组设置为8个透镜，所述第二透镜组包含7个透镜，所述第三透镜组包含3个透镜。

所述第一透镜组设置为6个透镜，所述6个透镜中，第2、3透镜胶合，第4、5透镜胶合，所述第二透镜组设置为8个透镜，其中2个透镜设置为非球面透镜，所述第三透镜组设置为4个透镜。

所述第一实像的放大率>5,所述第二实像的放大率>5,整个投影光学系统的放大率>25。

所述显示芯片上物的最大物高为H,第一透镜组焦距为F1,0.2<H/F1<0.35。

所述显示芯片上物的最大物高主光线在反射镜上的入射角小于35度。

投影系统的工作波长设置为长波W1、中波W2和短波W3，最大物高长波W1主光线入射到第一子光学系统最后折射镜的高度为y1，最大物高长波W1主光线入射到反射镜上的高度为y2，最大物高短波W3主光线入射到第一光学最后折射镜的高度为y3，最大物高短波W3主光线入射到反射镜上的高度为y4，当y1>y3时，y2<y4,当y1<y3时，y2>y4。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型采用折反混合得设计，提供得小投射比，高分辨率得投影光学系统，能够满足原生4K和像素漂移8K分辨率得投影显示需求，解决了现有技术中小投射比和高分辨率无法兼顾得技术问题，提高了用户的使用感，提高了设备的适用性。

附图说明

图1为本实用新型的投影显示光路示意图。

图2为本实用新第一实施列的结构示意图。

图3为采用本实用新型第一实施列时的畸变曲线图。

图4为采用本实用新型第二实施列时的方波调制传递函数曲线图。

图5为本实用新型第二实施列的结构示意图。

图6为采用本实用新型第二实施列时的畸变曲线图。

图7为采用本实用新型第二实施列时的方波调制传递函数曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

结合图1和图2所示，一种投影光学系统，包括显示芯片100、棱镜200、第一子光学系统300和第二子光学系统500，所述显示芯片100的一端设置为棱镜200，所述棱镜200的一端设置为第一子光学系统300，所述第一子光学系统300一端设置为第二子光学系统500，所述显示芯片100的物通过棱镜200和所述第一子光学系统300放大成10倍的第一实像，所述第二子光学系统500对所述第一实像再次放大成145倍的第二实像，第二子光学系统500是反射系统，所以第一实像和第二子光学系统500处理以后的最终实像均在同一侧。

所述第一子光学系统300包括第一透镜组301、第二透镜组302和第三透镜组303，所述第二子光学系统500包括反射镜，所述第一透镜组301一端设置为为棱镜200，所述第一透镜组301的另一端设置为光阑，所述第一透镜组301包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述光阑的另一端设置为第二透镜组302，所述第二透镜组302包含多个透镜，所述第三透镜组303位于第二透镜组302和反射镜之间，所述第三透镜组303包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述第三透镜组303的光焦度为负，所述反射镜位于第一实像之后。

在本实施列中，所述第一透镜组301设置为8个透镜，所述第二透镜组302包含7个透镜，所述第三透镜组303包含3个透镜。

所述显示芯片100上物的最大物高为H,所述第一透镜组301焦距为F1,0.2<H/F1<0.35。

将上述的投影光学系统应用于实际场景中，该投影系统的最大物高H为13.8mm，第一透镜组的焦距F1为58mm，满足关系0.2<H/F1<0.35。光阑布置在第一透镜组和第二透镜组之间，简化地，光阑布置在第一透镜组301最后一个透镜表面上，由镜框担任光阑的作用。第二透镜组在平衡系统畸变和像散上起到重要作用。本实例最大物高主光线入射到反射镜的入射角为28度。本实例设置了三个工作波长，长波W1为641nm，中波W2为550nm,,短波W3为446nm.最大物高长波W1主光线入射第一子光学系统最后折射表面的高度y1为-44.983mm，入射到反射镜上的高度y2为-82.775mm，最大物高短波W3主光线入射到第一子光学系统最后折射表面的高度为y3为-45.483mm,入射到反射镜上的高度为y4为-82.191mm，各高度关系按数字大小有y1>y3，y2<y4。

本实例所有非球面透镜和非球面反射镜表面都由如下曲线方程表示：

该方程表示的非球面为旋转对称非球面，以Z轴为对称轴。其中，Z(r)表示曲面在Z轴方向的矢高，r表示曲面任意点的旋转半径，c为球面曲率，k为二次曲面常数，A、B、C、D、E、F、G、H、J为非球面高次项系数。

本实例光学系统参数如表1所示。

表1：

本实例内环物高2.3mm，外环物高13.8mm，畸变如图3所示，全视场畸变都控制在0.5％以内。

将本实例光学系统倒置，分析得到显示芯片处的方波传递函数如图4所示：从图中可以看到，180线对传递函数值超过0.4，满足对比度要求。结合本实例的物高，135线对已经满足原生4k和像素漂移8k显示分辨率要求，180线对明显超出这一需求。

实施列2：

结合图1和图5所示，在本实施列中，所述第一透镜组301设置为6个透镜，所述6个透镜中，第2、3透镜胶合，第4、5透镜胶合，所述第二透镜组302设置为8个透镜，其中2个透镜设置为非球面透镜，所述第三透镜组303设置为4个透镜。

所述显示芯片100上的最大物高为H,所述第一透镜组301焦距为F1,0.2<H/F1<0.35。

本实例中，该投影系统最大物高H为13.8mm，第一透镜组301的焦距F1为46mm，满足关系0.2<H/F1<0.35。系统光阑可以布置在第一透镜组和第二透镜组之间，简化地，系统光阑布置在第一透镜组301的最后一个透镜表面上，由镜框担任光阑的作用。第二透镜组在平衡系统畸变和像散上起到重要作用，第三透镜组光焦度为负，从而减小最大物高主光线入射到第二子光学系统500反射镜的入射角。本实例最大物高主光线入射到反射镜的入射角为31度，小于35度。本实例设置了三个工作波长，长波W1为641nm，中波W2为550nm,,短波W3为446nm.最大物高长波W1主光线入射第一子光学系统最后折射表面的高度y1为-60.749mm，入射到反射镜上的高度y2为-74.685mm，最大物高短波W3主光线入射到第一子光学系统最后折射表面的高度为y3为-60.493mm,入射到反射镜上的高度为y4为-75.405mm，各高度关系按数字大小有y1<y3，Y2>Y4。

第二子光学系统500为非球面反射镜。

本实例光学系统参数如表2所示。

表2：

本实例内环物高2.3mm，外环物高13.8mm，畸变如图6所示，全视场畸变都控制在0.5％以内。

将本实例光学系统倒置，分析得到显示芯片处的方波传递函数如图7所示：从图中可以看到，200线对传递函数值超过0.5，满足对比度要求。结合本实例的物高，135线对已经满足原生4k和像素漂移8k显示分辨率要求，200线对明显超出这一需求。

尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims

1.一种投影光学系统，其特征在于：包括显示芯片、棱镜、第一子光学系统和第二子光学系统，所述显示芯片的一端设置为棱镜，所述棱镜的一端设置为第一子光学系统，所述第一子光学系统一端设置为第二子光学系统，所述显示芯片的物通过棱镜和所述第一子光学系统放大成第一实像，所述第二子光学系统对所述第一实像再次放大成第二实像。

2.根据权利要求1所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述第一子光学系统包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第二子光学系统包括反射镜，所述第一透镜组一端设置为为棱镜，所述第一透镜组的另一端设置为光阑，所述第一透镜组包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述光阑的另一端设置为第二透镜组，所述第二透镜组包含多个透镜，所述第三透镜组位于第二透镜组和反射镜之间，所述第三透镜组包含多个透镜，其中一个为非球面透镜，所述第三透镜组的光焦度为负，所述反射镜位于第一实像之后。

3.根据权利要求2所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述第一透镜组设置为8个透镜，所述第二透镜组包含7个透镜，所述第三透镜组包含3个透镜。

4.根据权利要求2所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述第一透镜组设置为6个透镜，所述6个透镜中，第2、3透镜胶合，第4、5透镜胶合，所述第二透镜组设置为8个透镜，其中2个透镜设置为非球面透镜，所述第三透镜组设置为4个透镜。

5.根据权利要求1所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述第一实像的放大率>5,所述第二实像的放大率>5,整个投影光学系统的放大率>25。

6.根据权利要求1所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述显示芯片上物的最大物高为H,第一透镜组焦距为F1,0.2<H/F1<0.35。

7.根据权利要求1所述的一种投影光学系统，其特征在于：所述显示芯片上物的最大物高主光线在反射镜上的入射角小于35度。

8.根据权利要求1所述的一种投影光学系统，其特征在于：投影系统的工作波长设置为长波W1、中波W2和短波W3，最大物高长波W1主光线入射到第一子光学系统最后折射镜的高度为y1，最大物高长波W1主光线入射到反射镜上的高度为y2，最大物高短波W3主光线入射到第一光学最后折射镜的高度为y3，最大物高短波W3主光线入射到反射镜上的高度为y4，当y1>y3时，y2<y4,当y1<y3时，y2>y4。