一種超短焦投影鏡頭的制作方法
【專利摘要】一種超短焦投影鏡頭，它包括DMD芯片，它還包括位于投射面和DMD芯片之間的若干個同軸排布的透鏡，所述透鏡從投射面到DMD芯片的排布順序依次是第一非球面透鏡、平凹透鏡、彎月透鏡、平凸透鏡、第二非球面透鏡、第一雙膠合透鏡、第一凸透鏡、第二雙膠合透鏡、第二凸透鏡和場鏡。所述DMD芯片相對于光軸偏置放置，偏置放置距離為0.9mm到1.0mm之間；所DMD芯片為0.65英寸，分辨率為1920×1080。所述第一非球面透鏡為塑料偶次曲面鏡片。所述第二非球面透鏡為偶次曲面塑膠鏡片。本發(fā)明型提供一款視場為120°，畸變小于2%，投射比為0.45，焦距為6.8mm的高分辨率超短焦投影鏡頭。此鏡頭是一款結(jié)構(gòu)簡單，無特殊材料的超廣角成像物鏡。
【專利說明】一種超短焦投影鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電顯示行業(yè)中的投影技術(shù)，尤其涉及一種使用于1920X1080高分辨率投影儀的光學(xué)超短焦投影鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上出現(xiàn)的短焦投影儀有兩種形式，一種為反射式投影儀，該工作原理是在短焦投影鏡頭前面加一塊非球面反光鏡面，經(jīng)過反射后投影到屏幕。這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非球面反射鏡的成本相對較高。而另一種為普通短焦投影鏡頭，但該類鏡頭的分辨率較低。
[0003]目前的投影鏡頭為了提高投影的畫面質(zhì)量，一般設(shè)計(jì)的鏡頭焦距均較長，但其視角卻很?。槐娝苤?，焦距越短，視角越大，因光學(xué)原理產(chǎn)生的畸變也就越強(qiáng)烈。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對高清投影器材的需求也日益旺盛。傳統(tǒng)的長焦距、視角窄的投影鏡頭無論從尺寸還是投影畫面質(zhì)量均難以滿足需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種超短焦投影鏡頭，它具有結(jié)構(gòu)簡單、高分辨率和超廣角低畸變的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)超廣角的成像特點(diǎn)，確定為負(fù)組在前，正組在后的分離“反遠(yuǎn)距”型物鏡，根據(jù)此結(jié)構(gòu)型式來選擇相近結(jié)構(gòu)的鏡頭作為初始結(jié)構(gòu)，然后通過適當(dāng)?shù)慕咕嗫s放和像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到像質(zhì)優(yōu)良的短焦距投影物鏡。
[0006]本發(fā)明采用的結(jié)構(gòu)是:超短焦投影鏡頭包括位于投射面和DMD芯片之間的若干個同軸排布的透鏡，所述透鏡從投射面到DMD芯片的排布順序依次是第一非球面透鏡、平凹透鏡、彎月透鏡、平凸透鏡、第二非球面透鏡、第一雙膠合透鏡、第一凸透鏡、第二雙膠合透鏡、第二凸透鏡和場鏡。
[0007]并且，所述DMD芯片相對于光軸偏置放置,偏置放置距離為0.9mm到1.0mm之間，以滿足該投影物鏡在正投影工作時出射畫面向上偏置為110% ;所DMD芯片為0.65英寸、分辨率為1920X 1080。優(yōu)選的是:所述DMD芯片相對于光軸的偏置放置距離為0.93mm。
[0008]并且，所述第一非球面透鏡的焦距介于-35mm與-45mm之間；所述平凹透鏡的焦距介于-25mm與-35mm之間；所述彎月透鏡的焦距介于_330mm與_380mm之間；所述平凸透鏡的焦距介于45mm與55mm之間；所述第二非球面透鏡的焦距介于_25mm與_35mm之間；所述第一雙膠合透鏡的焦距介于75mm與85mm之間；所述第一凸透鏡的焦距介于15mm與25mm之間；所述第二雙膠合透鏡的焦距介于-20mm與-30mm之間；所述第二凸透鏡的焦距介于15mm與25mm之間；所述場鏡的焦距介于45mm與65mm之間。
[0009]并且，所述第一非球面透鏡的折射率介于1.5與1.6之間；所述平凹透鏡的折射率介于1.55與1.65之間；所述彎月透鏡的折射率介于1.75與1.85之間；所述平凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間；所述第二非球面透鏡的焦距介于1.5與1.6之間；所述第一雙膠合透鏡中，靠近第二非球面透鏡的一片透鏡折射率介于1.75與1.85之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間；所述第一凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間；所述第二雙膠合透鏡中，靠近第一凸透鏡的一片透鏡的折射率介于1.45與1.55之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間；所述第二凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間；所述場鏡的折射率介于1.55與1.65之間。
[0010]優(yōu)選的是:所述透鏡除第一非球面透鏡和第一雙膠合透鏡外的均為光學(xué)玻璃。所述第一非球面透鏡為塑料偶次曲面鏡片。所述第一雙膠合透鏡為偶次曲面塑膠鏡片。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明型提供一款視場為120°，畸變小于2%，投射比為
0.45，焦距為6.76mm的高分辨率超短焦投影鏡頭。此鏡頭是一款結(jié)構(gòu)簡單，無特殊材料的超廣角成像物鏡。經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后在Im處形成對角線為2.4m的像面。本發(fā)明是基于光學(xué)成像原理，使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對短焦投影物鏡反復(fù)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修改來達(dá)到像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了短距離內(nèi)投射出大畫面，同時保證成像質(zhì)量達(dá)到最佳要求。該投影物鏡在沒有復(fù)雜的非球面反射鏡的幫助下達(dá)到了 120度的視場，使用偏置放置DMD，可以實(shí)現(xiàn)在I米距離內(nèi)投射出100英寸的高清畫面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明投影鏡頭的MTF曲線圖。
[0014]圖3是本發(fā)明投影鏡頭的點(diǎn)列圖。
[0015]圖4是本發(fā)明投影鏡頭的場曲和畸變圖。
[0016]圖5為本發(fā)明投影鏡頭的DMD放置位置圖。
[0017]在圖中，1、第一非球面透鏡2、平凹透鏡3、彎月透鏡4、平凸透鏡5、第二非球面透鏡6、第一雙膠合透鏡7、第一凸透鏡8、第二雙膠合透鏡9、第二凸透鏡10、場鏡11、DMD芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。
[0019]本發(fā)明所采用的透鏡除第一非球面透鏡I和第一雙膠合透鏡外6的均為光學(xué)玻璃，所述第一非球面透鏡I為塑料偶次曲面鏡片。所述第一雙膠合透鏡6為偶次曲面塑膠鏡片。超短焦投影鏡頭包括位于投射面和DMD芯片11之間的若干個同軸排布的透鏡，所述透鏡從投射面到DMD芯片11的排布順序依次是第一非球面透鏡1、平凹透鏡2、彎月透鏡3、平凸透鏡4、第二非球面透鏡5、第一雙膠合透鏡6、第一凸透鏡7、第二雙膠合透鏡8、第二凸透鏡9和場鏡10。從圖1中可以看出本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于裝調(diào)的特點(diǎn)。其中，DMD芯片11為德州儀器0.65英寸DMD芯片，分辨率為1920X1080，可適配于各種高清投影儀。DMD投影芯片上的畫面經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后在Im處形成2.4m的畫面。
[0020]本發(fā)明應(yīng)用“反遠(yuǎn)距”型物鏡為初始結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)出短焦投影鏡頭。其中，第一非球面透鏡I為非球面透鏡，第一片非球面近似于曲率69.7_，第二面近似于曲率27.1mm ;平凹透鏡2中一面為平面，另外一面為曲率19mm的凹面；彎月透鏡3為兩面曲率分別為40_和60_曲率的彎月型透鏡；平凸透鏡4第一面曲率27_第二面為平面；第二非球面透鏡5的第一面約等效為曲率45.7mm,第二面等效約為20mm的非球面；第一雙膠合透鏡6第一面的曲率為25.1mm第二面為平面，第三面曲率為30mm ;第一凸透鏡7兩面的曲率分別為21.6mm和17.6mm ;第二雙膠合透鏡8的三面曲率分別為30.3mm、13.5mm和19.4mm ;第二凸透鏡9的兩面曲率分別為22.8_和23.7mm ;場鏡10為平凸透鏡，第一面曲率為37mm，第二面為平面；
[0021]并且，各個透鏡的焦距和折射率也是特定的，其中第一非球面透鏡I的焦距介于-35mm與-45mm之間；平凹透鏡2的焦距介于_25mm與-35mm之間；彎月透鏡3的焦距介于-330mm與_380mm之間；平凸透鏡4的焦距介于45mm與55mm之間；第二非球面透鏡5的焦距介于-25mm與_35mm之間；第一雙膠合透鏡6的焦距介于75mm與85mm之間；第一凸透鏡7的焦距介于15mm與25mm之間；第二雙膠合透鏡8的焦距介于_20mm與_30mm之間；第二凸透鏡9的焦距介于15mm與25mm之間；場鏡10的焦距介于45mm與65mm之間；
[0022]第一非球面透鏡I的折射率介于1.5與1.6之間；平凹透鏡2的折射率介于1.55與1.65之間；彎月透鏡3的折射率介于1.75與1.85之間；平凸透鏡4的折射率介于1.45與1.55之間；第二非球面透鏡5的焦距介于1.5與1.6之間；第一雙膠合透鏡6中，靠近第二非球面透鏡5的一片透鏡折射率介于1.75與1.85之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間；第一凸透鏡7的折射率介于1.45與1.55之間；第二雙膠合透鏡8中，靠近第一凸透鏡7的一片透鏡的折射率介于1.45與1.55之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間；第二凸透鏡9的折射率介于1.45與1.55之間；場鏡10的折射率介于1.55與1.65之間。
[0023]鏡片之間的距離設(shè)定方面，如圖1的標(biāo)識設(shè)定，其中，第一非球面透鏡I和平凹透鏡2之間的距離Cl1為24.1mm ;平凹透鏡2和彎月透鏡3之間的距離d2為17.5mm ;彎月透鏡3和平凸透鏡4之間的距離d3為16.7mm ;平凸透鏡4和第二非球面透鏡5之間的距離d4為11.3mm ;第二非球面透鏡5和第一雙膠合透鏡6之間的距離d5為3_ ;第一雙膠合透鏡6和第一凸透鏡7之間的距離d6為0.3mm ;第一凸透鏡7和第二雙膠合透鏡8之間的距離d7為0.14mm ;第二雙膠合透鏡8和第二凸透鏡9之間的距離d8為0.6mm ;第二凸透鏡9和場鏡10之間的距離d9為24.4mm ;場鏡10和DMD芯片11之間距離為0mm。此鏡頭是一款結(jié)構(gòu)簡單，無特殊材料的超廣角成像物鏡。經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后在Im處形成對角線為2.4m的像面。本發(fā)明是基于光學(xué)成像原理，使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)組合透鏡光焦度公式
[0024]φ = φ j+ φ 2-d Φ ! Φ 2
[0025]對各透鏡的曲率、材料以及厚度進(jìn)行修改以調(diào)節(jié)各透鏡的焦距(以上公式中的Φ為焦距的倒數(shù))，對鏡組之間的間距(以上公式中的d)進(jìn)行反復(fù)修改調(diào)節(jié)并組合計(jì)算，在沒有加入復(fù)雜的自由曲面反射鏡和特殊材料的幫助下，最終得出視場為120度，焦距為
6.8mm,光學(xué)筒長158.8mm, F2.4,畸變小于2%,各視場像質(zhì)均勻并且像質(zhì)較佳的光學(xué)投影鏡頭。該鏡頭使用了偏置放置DMD, DMD芯片相對于光軸偏置放置,偏置放置距離為0.9mm到
1.0mm之間，優(yōu)選的是DMD緣距離物鏡光軸偏置0.93mm,如圖5所示，從而保證在正投影工作時出射畫面向上偏置110%，實(shí)現(xiàn)出射光束高于投影鏡頭位置，投影畫面不會被投影物鏡遮擋。并且實(shí)現(xiàn)了在I米距離內(nèi)投射出100英寸的高清畫面。圖2是本發(fā)明投影鏡頭的MTF曲線圖。圖中在701 p/mm下各視場的MTF曲線緊湊成一束而且數(shù)值均大于0.4，除了邊緣視場外均大于0.5值，說明該鏡頭工作的成像畫面清晰均勻，滿足1920X 1080的高分辨率要求。0.65英寸DMD芯片的像素大小為7.5微米，對應(yīng)奎尼斯線對為661p/mm，在該線對數(shù)下MTF數(shù)值大于0.3即可滿足該芯片的分辨要求。圖3是本發(fā)明投影鏡頭的點(diǎn)列圖。從圖知，各個視場下的點(diǎn)列圖平均尺寸均小于6微米，像質(zhì)很好。圖4是本發(fā)明投影鏡頭的場曲和畸變圖。從圖知，該鏡頭場曲小于0.1mm畸變均小于2%。
【權(quán)利要求】
1.一種超短焦投影鏡頭，其特征在于，它包括位于投射面和DMD芯片之間的若干個同軸排布的透鏡，所述透鏡從投射面到DMD芯片的排布順序依次是第一非球面透鏡、平凹透鏡、彎月透鏡、平凸透鏡、第二非球面透鏡、第一雙膠合透鏡、第一凸透鏡、第二雙膠合透鏡、第二凸透鏡和場鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于，所述DMD芯片相對于光軸偏置放置，偏置放置距離為0.9mm到1.0mm之間，以滿足該投影物鏡在正投影工作時出射畫面向上偏置為110% ;所DMD芯片為0.65英寸、分辨率為1920X 1080。
3.如權(quán)利要求1所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于， 所述第一非球面透鏡的焦距介于_35_與_45_之間； 所述平凹透鏡的焦距介于-25mm與_35mm之間； 所述彎月透鏡的焦距介于-330mm與_380mm之間； 所述平凸透鏡的焦距介于45mm與55mm之間； 所述第二非球面透鏡的焦距介于-25mm與-35mm之間； 所述第一雙膠合透鏡的焦距介于75mm與85mm之間； 所述第一凸透鏡的焦距介于15mm與25mm之間； 所述第二雙膠合透鏡的焦距介于-20mm與-30mm之間； 所述第二凸透鏡的焦距介于15mm與25mm之間； 所述場鏡的焦距介于45mm與65mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于， 所述第一非球面透鏡的折射率介于1.5與1.6之間； 所述平凹透鏡的折射率介于1.55與1.65之間； 所述彎月透鏡的折射率介于1.75與1.85之間； 所述平凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間； 所述第二非球面透鏡的焦距介于1.5與1.6之間； 所述第一雙膠合透鏡中，靠近第二非球面透鏡的一片透鏡折射率介于1.75與1.85之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間； 所述第一凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間； 所述第二雙膠合透鏡中，靠近第一凸透鏡的一片透鏡的折射率介于1.45與1.55之間，另一片透鏡的折射率介于1.75與1.85之間； 所述第二凸透鏡的折射率介于1.45與1.55之間； 所述場鏡的折射率介于1.55與1.65之間。
5.如權(quán)利要求1所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于，所述透鏡除第一非球面透鏡和第一雙膠合透鏡外的均為光學(xué)玻璃。
6.如權(quán)利要求2所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于，所述DMD芯片相對于光軸的偏置放置距離為0.93mm。
7.如權(quán)利要求1、3或4所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于，所述第一非球面透鏡為塑料偶次曲面鏡片。
8.如權(quán)利要求1、3或4所述的超短焦投影鏡頭，其特征在于，所述第一雙膠合透鏡為偶次曲面塑膠鏡片。
【文檔編號】G02B13/18GK103913825SQ201410160470
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】宋鑫, 趙永成 申請人:廣州市晶華光學(xué)電子有限公司