CN214540364U - 一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头，包括：照明光源，提供光源光束；显示芯片，对输入的光源光束加以调制输出成像光；折反射棱镜，入光面接收光源光束和成像光，出光面射出第一出射光束；折射透镜组，接收第一出射光束并射出第二出射光束；反射镜，反射第二出射光束，成像在投影平面上；折射透镜组包括一调焦透镜，调焦透镜为液体透镜。本实用新型的有益效果在于使用液体透镜取代传统移动变焦镜头组，降低结构复杂度，缩减镜头体积，在投影距离300mm至500mm范围内可以自动调焦，实现130英寸以上的投影画面，理论投射比达0.1，MTF在0.55lp/mm高于0.4，使产品设计更为灵活，更易于用户使用。

Description

一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头

技术领域

本实用新型涉及成像光学的投影技术领域，具体涉及一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头。

背景技术

近年来，随着投影技术的快速发展和加工制造水平的进步，超短焦投影得到了广泛关注。

一般的，投影技术是把小尺寸的画面投射到大尺寸画面以方便观看的一种光学技术，按照投影镜头焦距分为中长焦投影，短焦投影和超短焦投影，其中，超短焦投影技术因其在短的距离实现大的投影画面，提高了空间利用率，还能避免人或物体对于投影屏幕的遮挡。一般的，行业内认为投射比小于0.4的投影镜头为超短焦投影镜头，较好的超短焦投射比可达0.21。

目前市面上的超短焦投影系统主要使用手动调焦的方式，依靠人一边在非常近的距离观察画面一边手动调焦，极不方便，且调焦耗时较久，同时依靠人手调焦也无法保证焦点的清晰度。而基于驱动电机实现的自动调焦镜头组又存在结构复杂、尺寸较大等缺点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头。

具体技术方案如下：

一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头，包括：照明光源，用于提供光源光束；显示芯片，用于对输入的光源光束加以调制输出成像光；折反射棱镜，所述折反射棱镜的入光面接收所述光源光束和所述成像光，所述折反射棱镜的出光面射出第一出射光束；折射透镜组，接收所述折反射棱镜的所述第一出射光束并射出第二出射光束；反射镜，反射所述折射透镜组出射的所述第二出射光束，并成像在一外部投影平面上；所述折射透镜组包括一调焦透镜，所述调焦透镜为液体透镜。

优选地，所述液体透镜包括：一弹性薄膜，作为变焦镜片；一外壳，与所述弹性薄膜围成一容置腔，所述容置腔内设置液体填充物；液压装置，设置于所述外壳上与所述容置腔通过一通道连通，所述液压装置通过所述通道调节所述液体透镜的内部液体压力。

优选地，所述液体透镜的焦距小于200mm，大于150mm，口径小于20mm，大于10mm，折射率低于1.5。

优选地，所述折射透镜组包括沿光路依次设置的：第一透镜组；孔径光阑；第二透镜组，包括所述液体透镜。

优选地，所述第一透镜组包括第一至第五透镜，各透镜沿光路依次排列，具体包括：第一透镜，为双凸透镜；第二透镜，为双凸透镜；第三透镜，为双凸透镜；第四透镜，为双凹透镜；第五透镜，为正弯月透镜；所述第四透镜和所述第五透镜胶合在一起。

优选地，所述第二透镜组包括六至第十三透镜，各透镜沿光路依次排列，具体包括：第六透镜，为正弯月透镜；第七透镜，为正弯月透镜；第八透镜，为液体透镜；第九透镜，为双凹透镜；第十透镜，为正弯月透镜；第十一透镜，为正弯月透镜；第十二透镜，为双凹透镜；第十三透镜，为平凸透镜。

优选地，所述显示芯片为0.65英寸数字微镜器件。

优选地，所述自动调焦超短焦投影镜头投影距离大于300mm，小于500mm。

优选地，所述反射镜为奇次非球面反射镜或自由曲面反射镜或球面反射镜。

优选地，所述显示芯片、所述折反射棱镜、所述折射透镜组、所述反射镜位于同一主光轴上。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：使用液体透镜取代传统移动变焦镜头组，大大降低了结构复杂度，缩减了镜头体积，在投影距离300mm至500mm范围内可以自动调焦，实现130英寸以上的投影画面，理论投射比达0.1，MTF在0.55lp/mm高于0.4，使产品设计具有更大的灵活性，更易于用户使用。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本实用新型的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用新型范围的限制。

图1为本实用新型实施例的整体示意图；

图2为本实用新型实施例的透镜组示意图；

图3为本实用新型实施例中透镜的详细示意图；

图4为本实用新型实施例中液体透镜的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中光路反射示意图；

图6为本实用新型实施例中镜头在300mm投影距下的MTF性能示意图；

图7为本实用新型实施例中镜头在350mm投影距下的MTF性能示意图；

图8为本实用新型实施例中镜头在400mm投影距下的MTF性能示意图；

图9为本实用新型实施例中镜头在450mm投影距下的MTF性能示意图；

图10为本实用新型实施例中镜头在500mm投影距下的MTF性能示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

本实用新型包括一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头，如图1所示，镜头包括显示芯片100，对输入的光源光束加以调制输出成像光；折射透镜组200，接收折反射棱镜的第一出射光束并射出第二出射光束；反射镜300，反射折射透镜组200出射的第二出射光束，并矫正畸变和场曲像差后成像在一外部投影平面上；折反射棱镜400，入光面接收光源光束和成像光后，自出光面射出第一出射光束；照明光源500，用于提供光源光束。

具体地，折射透镜组200包括一用于调焦的液体透镜209。

进一步地，通过使用液体透镜209作为调焦透镜可以有效地取代传统移动镜组调焦，在不降低画面清晰度的情况下大幅降低结构复杂度，减小结构体积，便于产品设计。

在一种较优的实施例中，显示芯片100为0.65英寸数字微镜器件DMD，用于接收光源的光束并加以调制，以去除非成像光，保留成像光，并将成像光反射到镜头中，从而产生高亮度、高对比度和高帧率的彩色画面。

在一种较优的实施例中，如图2所示，折射透镜组包含沿光路依次设置第一透镜组200A，孔径光阑和第二透镜组200B，第一透镜组200A位于显示芯片成像光路上，用于平衡投影镜头的像差，孔径光阑设置于第一透镜组200A之后，用于限制成像光束，第二透镜组200B设置于孔径光阑之后，含有液体透镜调焦组，用于平衡投影镜头像差和焦点调整。

在一种较优的实施例中，如图3所示，折射透镜组包括十三片球面透镜。

具体地,第一透镜组200A包括沿光路依次排列的：第一透镜201，为双凸透镜；第二透镜202，为双凸透镜；第三透镜203，为双凸透镜；第四透镜204，为双凹透镜；第五透镜205，为正弯月透镜；第四透镜204和第五透镜205胶合在一起。

具体地，第二透镜组200B包括沿光路依次排列的：第六透镜207，为正弯月透镜；第七透镜208，为正弯月透镜；第八透镜209，为液体透镜；第九透镜210，为双凹透镜；第十透镜211，为正弯月透镜；第十一透镜212，为正弯月透镜；第十二透镜213，为双凹透镜；第十三透镜214，为平凸透镜。

需要说明的是，上述所有折射透镜均为球面透镜，不包含非球面透镜，各折射透镜数据如表1所示：

表1镜头数据表

具体地，采用球面透镜可以有效降低制造成本和加工难度。

需要说明的是，如图4所示，液体透镜209由固体外壳209A，液压装置209B,可变形的薄膜209C和液体填充物209D组成。可以通过驱动内部液体压力实现镜片表面薄膜变形，从而改变焦距。

在一种较优的实施例中，液体透镜209焦距小于200mm，大于150mm，口径小于20mm，大于10mm，折射率低于1.5。

具体地，这种设计可以通过液体透镜微小的焦距改变补偿超短焦镜头像面移动。

需要说明的是，为实现不同投影距，液体透镜209取值如表2所示：

投影距/mm	曲率半径/mm	厚度/mm
			300	-87.83	2.67
350	-88.09	2.21
			400	-88.24	1.84
450	-88.36	1.57
			500	-88.49	1.36

表2液体透镜曲率与厚度

在一种较优的实施例中，反射镜300用于反射折射透镜组200出射的光束，矫正畸变和场曲像差，并成像在投影平面上。

具体地，折射透镜组200和反射镜300处于同一主光轴上以降低组装难度，有利于提升产品良率。

在一种较优的实施例中，反射镜300为20阶系数的奇次非球面反射镜。

进一步地该反射镜为奇次非球面反射镜或自由曲面反射镜或球面反射镜或偶次非球面反射镜。

在本实施例中，奇次非球面反射镜系数如表3所示：

r

k

A<sub>1</sub>

A<sub>2</sub>

A<sub>3</sub>

A<sub>4</sub>

A<sub>5</sub>

-23.10

-0.89

2.01

-0.16

0.01

1.00e-4

3.56e-7

A<sub>6</sub>

A<sub>7</sub>

A<sub>8</sub>

A<sub>9</sub>

A<sub>10</sub>

A<sub>11</sub>

A<sub>12</sub>

8.12e-9

7.52e-11

4.79e-13

-1.73e-14

-5.80e-16

-6.51e-18

2.32e-19

A<sub>13</sub>

A<sub>14</sub>

A<sub>15</sub>

A<sub>16</sub>

A<sub>17</sub>

A<sub>18</sub>

A<sub>19</sub>

-2.00e-23

-3.42e-25

-3.26e-26

-1.32e-27

-5.64e-31

-6.71e-32

-1.08e-33

A<sub>20</sub>

1.98e-35

表3奇次非球面反射镜系数

在一种较优的实施例中，如图5所示，折反射棱镜400与照明光源500搭配使用，置于显示芯片和第一透镜组200A之间，折反射棱镜400包括第一入光面、第二入光面和出光面，第一入光面与第二入光面和出光面均交叉，照明光源500的出射面与第一入光面相对，用于接收投影机照明系统直接出射的光束并使显示芯片100出射的光束穿过折反射棱镜400，照射到折射透镜组200的入口处；

在一种较优的实施例中，上述自动调焦超短焦投影镜头在300mm至500mm投影距之间的投影画面大小如表4所示，各典型投影距MTF曲线参照图6、图7、图8、图9、图10所示：

表4投影距及画面大小

具体地，通过图6、图7、图8、图9、图10所示可以得出，上述自动调焦超短焦投影镜头的MTF在0.55lp/mm高于0.4，可以有效实现近距离下大尺寸的清晰投影画面。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于液体透镜的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，包括：

照明光源，用于提供光源光束；

显示芯片，用于对输入的光源光束加以调制输出成像光；

折反射棱镜，所述折反射棱镜的入光面接收所述光源光束和所述成像光，所述折反射棱镜的出光面射出第一出射光束；

折射透镜组，接收所述折反射棱镜的所述第一出射光束并射出第二出射光束；

反射镜，反射所述折射透镜组出射的所述第二出射光束，并成像在一外部投影平面上；所述折射透镜组包括一调焦透镜，所述调焦透镜为液体透镜。

2.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述液体透镜包括

一弹性薄膜，作为变焦镜片；

一外壳，与所述弹性薄膜围成一容置腔，所述容置腔内设置液体填充物；

液压装置，设置于所述外壳上与所述容置腔通过一通道连通，所述液压装置通过所述通道调节所述液体透镜的内部液体压力。

3.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述液体透镜的焦距小于200mm，大于150mm，口径小于20mm，大于10mm，折射率低于1.5。

4.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述折射透镜组包括沿光路依次设置的：

第一透镜组；

孔径光阑；

第二透镜组，包括所述液体透镜。

5.根据权利要求4所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括沿光路依次排列的：

第一透镜，为双凸透镜；

第二透镜，为双凸透镜；

第三透镜，为双凸透镜；

第四透镜，为双凹透镜；

第五透镜，为正弯月透镜；

所述第四透镜和所述第五透镜胶合在一起。

6.根据权利要求4所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括沿光路依次排列的：

第六透镜，为正弯月透镜；

第七透镜，为正弯月透镜；

第八透镜，为所述液体透镜；

第九透镜，为双凹透镜；

第十透镜，为正弯月透镜；

第十一透镜，为正弯月透镜；

第十二透镜，为双凹透镜；

第十三透镜，为平凸透镜。

7.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述显示芯片为0.65英寸数字微镜器件。

8.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述自动调焦超短焦投影镜头投影距离大于300mm，小于500mm。

9.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述反射镜为奇次非球面反射镜或自由曲面反射镜或球面反射镜。

10.根据权利要求1所述的自动调焦超短焦投影镜头，其特征在于，所述显示芯片、所述折反射棱镜、所述折射透镜组、所述反射镜位于同一主光轴上。

Images