CN221101130U - 一种超长后工作距离反摄远镜头 - Google Patents

Abstract

本发明创造属于光学成像技术领域，提出一种超长后工作距离反摄远镜头。该镜头包括第一透镜群、光阑、第二透镜群、分光棱镜和图像传感器；本镜头适用于投影设备，具有成像质量好、畸变低、光学性能一致性好和超长后工作距等特点。该镜头中包含两个三胶合透镜，对镜头色差校正有很大贡献，对投影成像有极大好处。

Description

一种超长后工作距离反摄远镜头

技术领域

本发明创造属于光学成像技术领域，具体来说涉及一种超长后工作距离反摄远镜头。

背景技术

随着投影技术的快速发展和普及，投影机及相关设备已经被广泛应用于家庭、教育、商业、医疗及工业等各种领域。投影技术可以分为DLP、LCD和LCOS等几种主流显示技术，DLP、LCD和LCOS显示芯片的图像最终通过镜头投射出超大超清的图像。其中LCD和LCOS技术中需要使用多种分光棱镜，因此所用的投射镜头往往需要很大的后工作距离。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种超长后工作距离反摄远镜头，满足LCD或LCOS投影设备对超长后工作距离的较高要求。

为实现上述目的，本发明提出的一种超长后工作距离反摄远镜头，该镜头沿光轴从物方到像方分别为第一透镜群、光阑、第二透镜群；所述第一透镜群自物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜为具有负光焦度的弯月透镜，其面型为非球面；第二透镜为具有负光焦度的双凹球面透镜，第三透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜，第四透镜为具有负光焦度的双凹球面透镜，第五透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜,其中第二透镜、第三透镜和第四透镜组合为三胶合透镜；所述第二透镜群自物方至像方依次为第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第六透镜为具有正光焦度的弯月透镜，第七透镜为具有负光焦度的弯月透镜，第八透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜，第九透镜为具有负光焦度的弯月透镜，第十透镜具有正光焦度的双凸球面透镜,其中第七透镜、第八透镜和第十透镜组合为三胶合透镜；所述光阑位于第五透镜与第六透镜之间；该镜头还包括分光棱镜和图像传感器,所述分光棱镜位于第二透镜群像侧方,所述图像传感器位于分光棱镜像侧方。

进一步地，所述第一透镜为塑料透镜。

进一步地，所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜均为玻璃透镜。

进一步地，所述镜头的等效焦距、第一透镜群的焦距和第二透镜群的焦距满足以下关系：

-5<F1/F0<-4；

3.5<F2/F0<4.5；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，F1表示所述第一透镜群的焦距，F2表示所述第二透镜群的焦距。

进一步地，所述镜头的反摄远系数，即后工作距离和镜头的等效焦距F0满足以下关系：

BFL/F0>5.0；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，BFL表示所述镜头的后工作距离。

本发明创造一种超长后工作距离反摄远镜头，该镜头沿光轴从物方到像方分别为第一透镜群、第二透镜群,另外还包括分光棱镜和图像传感器。该投射镜头透镜数量之和为十个。该镜头采用多种不同面型的透镜组合，结合每个透镜的光焦度、面型和相对位置进行设计，本镜头适用于投影设备，具有成像质量好、畸变低、光学性能一致性好和超长后工作距等特点。该镜头中包含两个三胶合透镜，对镜头色差校正有很大贡献，对投影成像有极大好处。

附图说明

为了更加详细地说明本发明的实施例和相关技术方案，下面对实施例和相关技术方案介绍时所需使用的附图进行简单描述，显然以下所描述的附图仅为本说明书的实施例。基于本实施例，在本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动成果的前提下得到的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。

图1为本发明提供的镜头结构示意图；

图2为本发明提供的光线追迹图；

图3为本发明提供的镜头场曲曲线图；

图4为本发明提供的镜头的畸变曲线图；

图5为本发明提供的镜头的光斑点列图；

图6为本发明提供的镜头的相对照度图；

图7为本发明提供的镜头的调制传递函数曲线(MTF)图；

图8为本发明提供的镜头的垂轴色差图；

图9为本发明提供的镜头的轴向色差图。

其中，1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜，S-孔径光阑，6-第六透镜，7-第七透镜，8-第八透镜，9-第九透镜，10-第十透镜，101-第一透镜群，102-第二透镜群。

具体实施方式

下面结合本发明的附图对技术方案进行详细描述。

实施例一，参看图1、图2，一种超长后工作距离反摄远镜头，该镜头沿光轴从物方到像方分别为第一透镜群101、光阑S、第二透镜群102；所述第一透镜群101自物方至像方依次为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；所述第一透镜1为具有负光焦度的弯月透镜，其面型为非球面；第二透镜2为具有负光焦度的双凹球面透镜，第三透镜3为具有正光焦度的双凸球面透镜，第四透镜4为具有负光焦度的双凹球面透镜，第五透镜5为具有正光焦度的双凸球面透镜,其中,第二透镜2、第三透镜3和第四透镜5组合为三胶合透镜；所述第二透镜群102自物方至像方依次为第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10，所述第六透镜6为具有正光焦度的弯月透镜，第七透镜7为具有负光焦度的弯月透镜，第八透镜8为具有正光焦度的双凸球面透镜，第九透镜9为具有负光焦度的弯月透镜，第十透镜10具有正光焦度的双凸球面透镜,其中第七透镜7、第八透镜8和第十透镜10组合为三胶合透镜；所述光阑S位于第五透镜5与第六透镜6之间；所述镜头还包括分光棱镜和图像传感器,所述分光棱镜位于第二透镜群102像侧方；所述图像传感器位于分光棱镜像侧方。

实施例二，在实施例一的基础上还包括，所述第一透镜1为塑料透镜。

实施例三，在实施例一的基础上还包括，所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10均为玻璃透镜。

实施例四，在实施例一的基础上还包括，所述镜头的等效焦距、第一透镜群的焦距和第二透镜群的焦距满足以下关系：

-5<F1/F0<-4；

3.5<F2/F0<4.5；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，F1表示所述第一透镜群的焦距，F2表示所述第二透镜群的焦距。

实施例五，在实施例一的基础上还包括，所述镜头的反摄远系数，即后工作距离和镜头的等效焦距F0满足以下关系：

BFL/F0>5.0；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，BFL表示所述镜头的后工作距离。

本发明及实施例提供一种超长后工作距离反摄远镜头，本发明提供的技术方案中，通过设置负的光焦度非球面透镜作为所述的第一透镜1，可校正大角度光线的像散和场曲，使进入后组的光线具有较小的角度与剩余像差；所述第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4组成的三胶合透镜通过采用高低阿贝数组合来校正色差；第五透镜5可以增加进入后组的光线密度，使得系统拥有较大的光圈；所述光阑S限制轴上光束通光口径；所述第六透镜6主要用于偏折进入后组系统的光线，降低球差；所述第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9组成的三胶合透镜通过低-高-低阿贝数组合来进一步校正色差，使系统的像差可适配三色激光光源或三色LED光源；所述第十透镜10进一步校正系统畸变。从投影镜头整体设计结构来看，具有高度对称的双高斯结构形式，为校正镜头的像散和色差提供了可能。通过十个透镜的合理设置和各光焦度的有条件的限制，实现了镜头的超长后工作距，且具有很高的成像质量。

本发明提供的镜头内各个光学部件的面型参数和各光学部件之间的间距如表1所示：

进一步地，在本发明中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：

其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次曲线系数，a_i为第2i次非球面系数。

表2非球面镜片对应的圆锥系数和非球面系数：

本发明中，镜头的投射比可以达到1.0～2.0，可以使镜头与投影屏幕之间的距离达到一个较小的值，在较短的投影距离内实现较大尺寸的图像显示。

本发明中的镜头性能数据：

图3为本发明提供的镜头的场曲曲线图；

本发明提供的镜头在子午和弧矢的场曲均为一个很小的值，具有较好的结果。

图4为本发明提供的镜头的畸变曲线图；

本发明提供的镜头的最大畸变为±0.2433％。

图5为本发明提供的镜头的光斑点列图；

本发明提供的镜头的像散、彗差和色散等像差很小。

图6为本发明提供的镜头的相对照度图；

可以看出边缘视场相对照度在75％左右。

图7为本发明提供的镜头的调制传递函数曲线(MTF)图；

可以看出，纵坐标值接近于0.5且曲线较平坦，说明镜头边缘和中心的成像差距小、成像质量较好。

图8为本发明提供的镜头的垂轴色差图；

可以看出垂轴色差都在艾里斑范围内，色彩还原度高。

图9为本发明提供的镜头的轴向色差图；

可以看出轴向色差也非常小，色彩还原度高。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式之一，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

需要说明，本发明实施案例中所有涉及方向性指示(如上、下、左、右、……)主要针对附图而言，同样上述方向性词不用于限制本发明。

本发明实施案例中涉及“第一”、“第二”等描述仅用于描述目的，不能理解为只是或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以表明或隐含包括至少一个该特征。

随着投影技术的快速发展和普及，投影机及相关设备已经被广泛应用于家庭、教育、商业、医疗及工业等各种领域。投影技术可以分为DLP、LCD和LCOS等几种主流显示技术，DLP、LCD和LCOS显示芯片的图像最终通过镜头投射出超大超清的图像。其中LCD和LCOS技术中需要使用多种分光棱镜，因此所用的投射镜头往往需要很大的后工作距离。

Claims (5)

1.一种超长后工作距离反摄远镜头，其特征是：该镜头沿光轴从物方到像方分别为第一透镜群、光阑、第二透镜群,所述第一透镜群自物方至像方依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜为具有负光焦度的弯月透镜，其面型为非球面；第二透镜为具有负光焦度的双凹球面透镜，第三透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜，第四透镜为具有负光焦度的双凹球面透镜，第五透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜，其中第二透镜、第三透镜和第四透镜组合为三胶合透镜；所述第二透镜群自物方至像方依次为第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第六透镜为具有正光焦度的弯月透镜，第七透镜为具有负光焦度的弯月透镜，第八透镜为具有正光焦度的双凸球面透镜，第九透镜为具有负光焦度的弯月透镜，第十透镜具有正光焦度的双凸球面透镜，其中第七透镜、第八透镜和第十透镜组合为三胶合透镜；所述光阑位于第五透镜与第六透镜之间；该镜头还包括分光棱镜和图像传感器，所述分光棱镜位于第二透镜群像侧方，所述图像传感器位于分光棱镜像侧方。

2.如权利要求1所述的一种超长后工作距离反摄远镜头，其特征是：所述第一透镜为塑料透镜。

3.如权利要求1所述的一种超长后工作距离反摄远镜头，其特征是：所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜均为玻璃透镜。

4.如权利要求1所述的一种超长后工作距离反摄远镜头，其特征是：所述镜头的等效焦距、第一透镜群的焦距和第二透镜群的焦距满足以下关系：

-5<F1/F0<-4；

3.5<F2/F0<4.5；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，F1表示所述第一透镜群的焦距，F2表示所述第二透镜群的焦距。

5.如权利要求4所述的一种超长后工作距离反摄远镜头，其特征是：所述镜头的反摄远系数，即后工作距离和镜头的等效焦距F0满足以下关系：

BFL/F0>5.0；

其中，F0表示所述镜头的等效焦距，BFL表示所述镜头的后工作距离。