CN220357311U - 镜头及单片lcd投影机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种镜头及单片LCD投影机，镜头用于单片LCD投影机，镜头包括沿镜头的出射光反方向依次共轴设置的第一镜片、第二镜片、以及第三镜片；第一镜片为凸透镜，第二镜片为凹透镜，第三镜片为凸透镜；第一镜片100的折射率范围为1.75～1.80，第二镜片200的折射率范围为1.70～1.75，第三镜片300的折射率范围为1.72～1.76。本申请通过选择第一镜片、第二镜片、以及第三镜片的折射率，当光线射入镜头后，在投影画面的四个角落区域，镜头的成像清晰度有了提高，从而提高了成像清晰度，提高了镜头的实际成像效果，提高了用户的观看使用体验。

Description

镜头及单片LCD投影机

技术领域

本申请涉及投影机技术领域，特别是涉及一种镜头及单片LCD投影机。

背景技术

单片LCD投影机包括光源、LCD面板和镜头，光源照射到LCD面板上，由于LCD面板是透光的，画面就会被照射出去，光线依次通过LCD面板和镜头后，投射到屏幕上成像。现有市面上的产品，为了将镜头成本做到极致的便宜，普遍使用3片球面玻璃镜片的架构设计，每片镜片都使用尽可能低价格的玻璃材料。采用上述设计，虽然降低了镜头成本，但是镜头的实际成像效果差，在投影画面的四个角落区域，镜头的成像清晰度较低，导致成像不够清晰，用户的观看使用体验不太好。

发明内容

基于此，有必要针对镜头的成像清晰度的问题，提供一种镜头及单片LCD投影机。

一种镜头，用于单片LCD投影机，所述镜头包括：

沿所述镜头的出射光反方向依次共轴设置的第一镜片、第二镜片、以第三镜片；

所述第一镜片为凸透镜，所述第二镜片为凹透镜，所述第三镜片为凸透镜；

所述第一镜片(100)的折射率范围为1.75～1.80，所述第二镜片(200)的折射率范围为1.7～1.75，所述第三镜片(300)的折射率范围为1.72～1.76。

在其中一个实施例中，所述第一镜片(100)的色散系数Vd1，其中，45≤Vd1≤55；所述第二镜片(200)的色散系数为Vd2，其中，Vd2＜32；所述第三镜片(300)的色散系数为Vd3，其中，40≤Vd3≤50。

在其中一个实施例中，所述第一镜片的焦距范围为90～100mm；

所述第二镜片的焦距范围为-45～-55mm；

所述第三镜片的焦距范围为65～75mm。

在其中一个实施例中，所述第一镜片和所述第二镜片之间的中心距离为15～20mm。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述第二镜片和所述第三镜片之间的光阑，所述光阑用于对射入所述第二镜片的光束的强弱进行调节。

在其中一个实施例中，所述第二镜片和所述光阑之间的中心距离范围为8～12mm；和/或，

所述光阑和所述第三镜片之间的中心距离范围为-1～1mm。

在其中一个实施例中，所述第一镜片的中心厚度范围为7～10mm；

所述第二镜片的中心厚度范围为1～3mm；

所述第三镜片的中心厚度范围为6～8mm。

在其中一个实施例中，所述第一镜片背离所述第二镜片的一侧的端面的曲率半径范围为50～60mm，所述第一镜片靠近所述第二镜片的一侧的端面的曲率半径范围为220～230mm；

所述第二镜片靠近所述第一镜片的一侧的端面的曲率半径范围为-100～-110mm，所述第二镜片靠近所述第三镜片的一侧的端面的曲率半径范围为56～60mm；

所述第三镜片靠近所述第二镜片的一侧的端面的曲率半径范围为170～180mm，所述第三镜片背离所述第二镜片的一侧的端面的曲率半径范围为-70～-80mm。

本申请还提供了一种单片LCD投影机，包括菲涅尔透镜、LCD面板、以及上述所述的镜头，所述第三镜片、所述菲涅尔透镜、所述LCD面板沿所述出射光反方向依次排布。

在其中一个实施例中，所述第三镜片和所述菲涅尔透镜之间的中心距离范围为99～109mm；和/或，

所述菲涅尔透镜和所述LCD面板之间的中心距离范围为7～11mm。

在其中一个实施例中，所述菲涅尔透镜的焦距范围为100～106mm。

在其中一个实施例中，所述菲涅尔透镜的中心厚度范围为1.6～2.0mm。

上述镜头，将第一镜片和第三镜片均设置为凸透镜，第二镜片设置为凹透镜，并且，第一镜片的折射率范围为1.75～1.80，第二镜片的折射率范围为1.70～1.75，第三镜片的折射率范围为1.72～1.76。将第一镜片、第二镜片、以及第三镜片沿镜头的出射光反方向间隔布置，且第一镜片、第二镜片、以及第三镜片的轴线共轴，单片LCD投影机的光源发出的光线依次通过第三镜片、第二镜片、第一镜片射出。本申请通过选择第一镜片、第二镜片、以及第三镜片的折射率，当光线射入镜头后，在投影画面的四个角落区域，镜头的成像清晰度有了明显的提高，从而提高了成像清晰度，提高了镜头的实际成像效果，提高了用户的观看使用体验。

附图说明

图1为本申请提供的镜头和LCD面板沿出射光反方向排布的结构示意图。

图2为本申请提供的第三镜片上设置有光阑的结构示意图。

图中：

100、第一镜片；

200、第二镜片；

300、第三镜片；

400、菲涅尔透镜；

500、光阑；

600、LCD面板。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

单片LCD投影机包括光源、LCD面板和镜头，光源照射到LCD面板上，由于LCD面板是透光的，画面就会被照射出去，光线依次通过LCD面板和镜头后，投射到屏幕上成像。现有市面上的产品，为了将将镜头成本做到极致的便宜，普遍使用3片球面玻璃镜片的架构设计，每片镜片都使用尽可能低价格的玻璃材料。采用上述设计，虽然降低了镜头成本，但是镜头的实际成像效果差，在投影画面的四个角落区域，镜头的成像清晰度较低，导致成像不够清晰，用户的观看使用体验不太好。而且，现有的单片LCD投影机的镜头达不到DLP投影机的镜头要求的单线宽解析力在5个像素以内的判断标准，通过检测发现，现有的单片LCD投影机的镜头在屏幕四个角的单线宽度都超过了上述判断标准，大都在6个像素、7个像素、甚至有些到8个像素，这也就导致现有的单片LCD投影机的清晰度不如DLP投影机。

为了解决镜头的成像清晰度的问题，本申请提供了一种镜头，用于单片LCD投影机，如图1和图2所示，镜头包括沿镜头的出射光反方向依次共轴设置的第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300；第一镜片100为凸透镜，第二镜片200为凹透镜，第三镜片300为凸透镜；第一镜片100的折射率范围为1.75～1.80，第二镜片200的折射率范围为1.70～1.75，第三镜片300的折射率范围为1.72～1.76。

上述镜头，将第一镜片100和第三镜片300均设置为凸透镜，第二镜片200设置为凹透镜，并且，第一镜片100的折射率范围为1.75～1.80，第二镜片200的折射率范围为1.70～1.75，第三镜片300的折射率范围为1.72～1.76。将第一镜片100、第二镜片200、第三镜片300沿镜头的出射光反方向间隔布置，且第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的轴线共轴，单片LCD投影机的光源发出的光线依次通过第三镜片300、第二镜片200、第一镜片100射出。本申请通过选择第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的折射率，当光线射入镜头后，在投影画面的四个角落区域，镜头的成像清晰度有了提高，从而提高了成像清晰度，提高了镜头的实际成像效果，提高了用户的观看使用体验。

在一些实施例中，第一镜片100的色散系数Vd1，其中，45≤Vd1≤55；第二镜片200的色散系数为Vd2，其中，Vd2＜32；第三镜片300的色散系数均为Vd3，其中，40≤Vd3≤50。第一镜片100和第三镜片300均为凸透镜，且采用中等色散的玻璃材料制成，其中，中等色散即是指色散系数范围在40～60之间。而第二镜片200为凹透镜，采用高色散的玻璃材料制成，其中，高色散是指色散系数小于32。

在一些实施例中，第一镜片100的焦距范围为90～100mm；第二镜片200的焦距范围为-45～-55mm；第三镜片300的焦距范围为65～75mm。通过选择第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300，焦距要素和折射率要素共同作用，进一步提高镜头的清晰度。

在一些实施例中，如图1和图2所示，还包括设置于第二镜片200和第三镜片300之间的光阑500，光阑500用于对射入第二镜片200的光束的强弱进行调节。在第二镜片200和第三镜片300之间设置光阑500，光阑500能够控制射入第二镜片200的光束的数量，也能调节对射入第二镜片200的光束的强弱进行调节，以进一步增大镜头的清晰度。

需要说明的是，在镜头中设置光阑500，通过光阑500对光束进行限制属于本领域的常规技术手段，所以光阑500的具体结构、连接方式、以及调节方式在此不多做赘述。

在一些实施例中，第二镜片200和光阑500之间的距离范围为8～12mm；光阑500和第三镜片300之间的距离范围为-1～1mm。通过对第二镜片200和光阑500之间的距离，以及第三镜片300和光阑500之间的距离进行限定，以提高镜头的清晰度。

在一些实施例中，第一镜片100和第二镜片200之间的中心距离为15～20mm。通过对第一镜片100和第二镜片200之间的中心距离进行限定，以提高镜头的清晰度。

需要说明的是，第一镜片100和第二镜片200之间的中心距离，即是指第一镜片100的轴线和第二镜片200的轴线沿光路方向的距离，在镜头技术领域，本领域技术人员能确定镜片的轴线位置，从而也就能明确的选择设置两个镜片之间的距离。同理，第二镜片200和光阑500之间的中心距离，以及第三镜片300和光阑500之间的中心距离也能够明确得出。

在一些实施例中，第一镜片100的中心厚度范围为7～10mm；第二镜片200的中心厚度范围为1～3mm；第三镜片300的中心厚度范围为6～8mm。通过对第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的中心厚度进行选择，使之不仅能够满足生产成本的要求，还要满足镜头对清晰度的要求。

在一些实施例中，第一镜片100背离第二镜片200的一侧的端面的曲率半径范围为50～60mm，第一镜片100靠近第二镜片200的一侧的端面的曲率半径范围为220～230mm；第二镜片200靠近第一镜片100的一侧的端面的曲率半径范围为-100～-110mm，第二镜片200靠近第三镜片300的一侧的端面的曲率半径范围为56～60mm；第三镜片300靠近第二镜片200的一侧的端面的曲率半径范围为170～180mm，第三镜片300背离第二镜片200的一侧的端面的曲率半径范围为-70～-80mm。通过对第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的曲率半径进行选择，从而选择适合生产加工的镜片。

本申请还提供了一种单片LCD投影机，如图1和图2所示，包括菲涅尔透镜400、LCD面板600、以及上述的镜头，第三镜片300、菲涅尔透镜400、LCD面板600沿出射光反方向依次排布。沿出射光反方向依次排布有第一镜片100、第二镜片200、第三镜片300、菲涅尔透镜400、LCD面板600，光线依次通过LCD面板600、菲涅尔透镜400、第三镜片300、第二镜片200、第一镜片100射出成像。

在一些实施例中，第三镜片300和菲涅尔透镜400之间的距离范围为99～109mm，通过对第三镜片300和菲涅尔透镜400之间的中心距离进行限定，进一步调节了单片LCD投影机的成像清晰度。

在一些实施例中，菲涅尔透镜400和LCD面板600之间的中心距离范围为7～11mm。通过限定LCD面板600和菲涅尔透镜400之间的距离，从而使单片LCD投影机的清晰度满足设计标准。

在一些实施例中，菲涅尔透镜400的焦距范围为100～106mm，通过对菲涅尔透镜400的焦距进行限定，使菲涅尔透镜400和镜头的每个镜片的焦距相互配合作用，提高单片LCD投影机的成像清晰度。

在一些实施例中，菲涅尔透镜400的中心厚度范围为1.6～2.0mm。通过对菲涅尔透镜400的中心厚度进行限定，使菲涅尔透镜400和镜头的每个镜片的中心厚度相互配合作用，提高单片LCD投影机的成像清晰度。

因为镜头的设计参数和选用的LCD屏幕大小和分辨率相关，本申请选用的是4.5吋1080p投影LCD屏幕，其物理分辨率为1920*1080，单个像素的大小为51.3um，对应的分辨力线对是每毫米9.7线对。在确定第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的折射率；第一镜片100、第二镜片200、以及第三镜片300的色散系数；第一镜片100、第二镜片200、第三镜片300、以及菲涅尔透镜400的焦距；第一镜片100、第二镜片200、第三镜片300、以及菲涅尔透镜400的中心厚度；第一镜片100和第二镜片200之间的中心距离、第二镜片200和光阑500之间的中心距离、第三镜片300和光阑500之间的中心距离、第三镜片300和菲涅尔透镜400之间的中心距离、以及LCD面板600和菲涅尔透镜400之间的中心距离后，通过专用的镜头设计的仿真模拟分析软件进行模拟，得出本申请提供的LCD投影机可以达成以下的成像指标：

(1)各视场的成像光斑RMS半径(该值越小说明镜头的解析力越好)小于一个像素大小(51.3um)，大幅小于市场上现有镜头70um以上的RMS半径，满足DLP投影机的镜头设计要求；

(2)在9.7线对每毫米处的MTF值达到0.4(该值越高说明镜头的解析力越好)，远好于市场上现有镜头MTF只有0.2的水平，满足DLP投影机的镜头设计要求；

(3)镜头在最大视场处的相对照度接近70％，优于DLP投影机的镜头设计要求最低60％的要求；

(4)全视场内的场曲小于1mm，畸变小于2.5％，满足DLP投影机的镜头设计要求；

(5)全视场内的垂轴色差小于20um，满足DLP投影机的镜头设计要求。

也就是说，在单片LCD投影机的镜头的F number 2.8～3.0(光圈大小为2.8～3.0)，投射比小于1.4时，所有的成像光学设计指标都达到了DLP投影机的镜头的设计水准。与现有的单片LCD投影机相比本申请提供的单片LCD投影机，在F number(F2.8～3.0)和投射比(小于1.4)的情况下，将镜头成像的光斑尺寸和MTF值都做了大幅度的提高，使所有的成像设计指标都达到了DLP投影产品的水平，可以大幅度提高单片LCD投影产品的成像清晰度和使用观看体验，从而大幅提高单片LCD投影产品的市场竞争力。与DLP投影机的镜头相比，本申请提供的单片LCD投影机，生产制造成本更低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种镜头，用于单片LCD投影机，其特征在于，所述镜头包括：

沿所述镜头的出射光反方向依次共轴设置的第一镜片(100)、第二镜片(200)、以及第三镜片(300)；

所述第一镜片(100)为凸透镜，所述第二镜片(200)为凹透镜，所述第三镜片(300)为凸透镜；

所述第一镜片(100)的折射率范围为1.75～1.80，所述第二镜片(200)的折射率范围为1.7～1.75，所述第三镜片(300)的折射率范围为1.72～1.76。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一镜片(100)的色散系数Vd1，其中，45≤Vd1≤55；所述第二镜片(200)的色散系数为Vd2，其中，Vd2＜32；所述第三镜片(300)的色散系数为Vd3，其中，40≤Vd3≤50。

3.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，

所述第一镜片(100)的焦距范围为90～100mm；

所述第二镜片(200)的焦距范围为-45～-55mm；

所述第三镜片(300)的焦距范围为65～75mm。

4.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一镜片(100)和所述第二镜片(200)之间的中心距离为15～20mm。

5.根据权利要求1或4所述的镜头，其特征在于，还包括设置于所述第二镜片(200)和所述第三镜片(300)之间的光阑(500)，所述光阑(500)用于对射入所述第二镜片(200)的光束的强弱进行调节。

6.根据权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第二镜片(200)和所述光阑(500)之间的中心距离范围为8～12mm；和/或，

所述光阑(500)和所述第三镜片(300)之间的中心距离范围为-1～1mm。

7.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一镜片(100)的中心厚度范围为7～10mm；

所述第二镜片(200)的中心厚度范围为1～3mm；

所述第三镜片(300)的中心厚度范围为6～8mm。

8.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一镜片(100)背离所述第二镜片(200)的一侧的端面的曲率半径范围为50～60mm，所述第一镜片(100)靠近所述第二镜片(200)的一侧的端面的曲率半径范围为220～230mm；

所述第二镜片(200)靠近所述第一镜片(100)的一侧的端面的曲率半径范围为-100～-110mm，所述第二镜片(200)靠近所述第三镜片(300)的一侧的端面的曲率半径范围为56～60mm；

所述第三镜片(300)靠近所述第二镜片(200)的一侧的端面的曲率半径范围为170～180mm，所述第三镜片(300)背离所述第二镜片(200)的一侧的端面的曲率半径范围为-70～-80mm。

9.一种单片LCD投影机，其特征在于，包括菲涅尔透镜(400)、LCD面板(600)、以及权利要求1-8任一项所述的镜头，所述第三镜片(300)、所述菲涅尔透镜(400)、所述LCD面板(600)沿所述出射光反方向依次排布。

10.根据权利要求9所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述第三镜片(300)和所述菲涅尔透镜(400)之间的中心距离范围为99～109mm；和/或，

所述菲涅尔透镜(400)和所述LCD面板(600)之间的中心距离范围为7～11mm。

11.根据权利要求9所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述菲涅尔透镜(400)的焦距范围为100～106mm。

12.根据权利要求9所述的单片LCD投影机，其特征在于，所述菲涅尔透镜(400)的中心厚度范围为1.6～2.0mm。