CN105652421A - 一种用于数字投影仪的镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于数字投影仪的镜头，包括沿光轴自物面到像面依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；所述第四透镜和第五透镜之间设置有孔径光阑，且孔径光阑靠近第五透镜；该发明为采用了像方远心光路，控制CRA在一定范围内和照明***相匹配，达到图像对比度好，能量利用率高的效果；靠近屏幕的第一透镜和第八透镜采用了非球面设计，其中第一透镜为非球面用于校正轴外视场的各单色像差和畸变，第八透镜用于校正轴上各单色像差。

Description

一种用于数字投影仪的镜头
技术领域
本发明涉及一种镜头，尤其涉及到一种用于数字投影仪的镜头。
背景技术
随着近几年来半导体技术的发展，以DLP(DigitalLightProcessing：数字光处理)、LCD(LiquidCrystalDisplay：液晶显示器)、LCOS(LiquidCrystalonSilicon：硅基液晶)等技术为主的投影显示产业都得到了迅速发展。这些年来，DLP投影显示技术凭借其丰富的色彩、高清晰的画面、高亮度的图像及高对比度的显示得到迅速发展，它可以实现体积更小，重量更轻的产品特性，由此DLP(DigitalLightProcessing：数字光处理)微型投影机也得到了迅猛的发展。DLP(DigitalLightProcessing：数字光处理)技术中的核心部件主要采用的是DMD(DigitalMicromirrorDevice:数字微反射镜)图像芯片，DMD(DigitalMicromirrorDevice:数字微反射镜)是美国德州仪器公司独家掌握并开发的数字图像芯片，它是由很多矩阵排列的数字微反射镜组成，工作时微型反光镜随图像数字信号会有10度、12度的翻转，将来自照明光源的光束通过微反射镜的翻转反射进入投影镜头成像在屏幕上。为匹配DMD(DigitalMicromirrorDevice:数字微反射镜)芯片的入射角度，提高投影显示画面的均匀性，合理布局投影设备部件，照明***多采用TIR(totalinternalreflection:全内反射)棱镜，因此，DLP(DigitalLightProcessing：数字光处理)***根据不同产品方案分远心照明***和非远心照明***。这就需要采用与TIR棱镜匹配的不同类型的投影镜头。
对于LCOS(LiquidCrystalonSilicon：硅基液晶)及LCD(LiquidCrystalDisplay：液晶显示器)投影光学***，它们有一个共同的特点就是需要远心光束照明成像芯片，当然也就需要像方远心光路的投影镜头与之相匹配，这样可更好的保证像面照度均匀性。另外，由于DLP(DigitalLightProcessing：数字光处理),LCOS(LiquidCrystalonSilicon：硅基液晶)或LCD(LiquidCrystalDisplay：液晶显示器)***均会采用TIR(totalinternalreflection:全内反射)或PBS(polarizationbeamsplitter偏振分光棱镜)棱镜来实现有效的照明，因此，投影镜头在与之匹配时需要保留较长的后工作距离，这大大增加了镜头长度和轴外像差的控制难度，其措施一般是增加镜片，一般都大于十片从而导致镜头变得复杂，而在视场角增大时，会有明显的畸变产生。通过调查不难发现市场上一些投影仪镜头一般存在体积大、像质不高、视场角度小等缺点。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种能够适用于0.47inch1080pDMD(数字微反射镜芯片的具有较长后工作距离与远心照明***相匹配的广角微型高清投影镜头，该镜头增大了视场角但依然实现照度均匀的效果，边缘相对照度大于80％。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于数字投影仪的镜头，包括沿光轴自物面到像面依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；
所述第四透镜和第五透镜之间设置有孔径光阑，且孔径光阑靠近第五透镜；
所述第一透镜为正透镜、第二透镜为负透镜、第三透镜正透镜、第四透镜为正透镜、第五透镜正透镜、第六透镜为正透镜、第七透镜为负透镜、第八透镜为正透镜和第九透镜为正透镜；
所述第一透镜为弯月形凹透镜，第二透镜为弯月形凹透镜、第三透镜为双凹透镜、第四透镜双凸透镜、第五透镜、第六透镜为平凹透镜，第七透镜为凹透镜、第八透镜为弯月形凹透镜和第九透镜为双凸透镜；
第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜J1，且双胶合透镜J1的胶合面背离孔径光阑；
所述第一透镜和第八透镜均为非球面透镜；所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第九透镜均为球面透镜；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的组合焦距为f1-4，第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜的组合焦距为f5-9；且0.75<|f1-4/f5-9|<0.95。
进一步的，所述第六透镜透镜材料为冕牌玻璃，第七透镜透镜材料为火石玻璃。
进一步的，所述第一透镜和第八透镜透镜材料为E48R环烯烃共聚物。
进一步的，第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为0.28mm，第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为5.666mm，第三透镜和第四透镜之间的空气间隔为1.636mm，第四透镜与孔径光阑之间的空气间隔为10.175mm，孔径光阑光栏和第五透镜之间空气间隔为0.1mm，第五透镜与第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜J1的胶合镜片之间空气间隔为5.044mm，第五透镜与第六透镜和第七透镜组成双胶合透镜J1的胶合镜片与第八透镜之间空气间隔为0.104mm，第八透镜和第九透镜之间空气间隔为0.1mm。
有益效果：
1.靠近屏幕的第一透镜和第八透镜采用了非球面设计，其中第一透镜为非球面用于校正轴外视场的各单色像差和畸变，第八透镜用于校正轴上各单色像差。
2.采用了像方远心光路，控制CRA在一定范围内和照明***相匹配，达到图像对比度好，能量利用率高的效果。
3.该镜头具有高解像力，边缘解像达到芯片极限分辨率93本，像素到达200万超高清。
4.该镜头体积小且后工作距离大，光学TTL小于4.7cm，外径小于24mm,后工作距离大于19mm。
5.该镜头实现视场角大于86度广角效果但畸变仅2％，且边缘像质不降低。
6.该镜头在增大了视场角但依然实现照度均匀的效果，边缘相对照度大于80％。
附图说明
附图1为用于数字投影仪的镜头结构示意图；
附图2为用于数字投影仪的镜头的传递函数曲线图；
附图3为用于数字投影仪的镜头的场曲和畸变曲线图；
附图4为用于数字投影仪的镜头的垂轴色差曲线图；
附图5为用于数字投影仪的镜头的能量集中度曲线图；
附图标记如下：
L1-第一透镜、L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；L8-第八透镜；L9-第九透镜。
具体实施方式
现结合附图1至5对本发明做进一步的阐述：
一种用于数字投影仪的镜头，该投影镜头采用反摄远光学***方案，第一透镜L1以及第八透镜L8透镜材料均为E48R非球面透镜，第一透镜L1为非球面透镜用于校正轴外视场的各单色像差和畸变，第八透镜L8用于校正轴上各单色像差。
为了保证广角的实现同时实现长后工作距离，因而光焦度分配如下，第一透镜Ll到第四透镜L4的组合焦距为f1-4，第五透镜L5到第九透镜L9的组合焦距为f5-9，则该光学***需满足条件：|0.75<f1-4/f5-9|＜0.95，如果|f1-4/f5-9|≥0.95，该***就不能保证足够长的后工作距离，若|f1-4/f5-9|≤0.75，那么负组的光焦度会变得过大，从而导致像差过大。
通过发散透镜对各个视场的光束发散后，使得光线的投射高度增加，孔径高级像差将会增大，于是选取第四透镜L4了一块高折射率材料的正透镜对光束进行会聚，一方面可以适当减小孔径高级像差所带来的影响，同时也更能保证像面均匀性的提高。
为了不使得进入后组的光束的入射角过大，使用双凸形状的第四透镜L4置于孔径光阑附近，使得进入后组的轴外光束的入射角适当减小，从而减小了高级像差的影响；***后组中的第六透镜L6、第七透镜L7组合构成的胶合透镜J1在该***中由于工作于汇聚光束中，根据这样的物象关系，需要将火石玻璃第七透镜L7放在屏幕一侧的方向，屏幕一侧方向就是像的方向，与物是对立的方向，以至于在校正***的综合像差时不至于胶合面的半径过小，从而保证透镜的加工工艺性进一步提高。
结合附图1，本发明的投影机投影镜头，其中物镜为由排列在同一光轴上的第一透镜L1，第二透镜L2和第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5，第六透镜L6、第七透镜L7，第八透镜L8，第九透镜L9。其中第一透镜L1与第八L8为非球面，该投影镜头采用像面远心结构，表1和表2分别为像方远心定焦投影镜头的为第一透镜L1与第八L8非球镜片参数；第一透镜L1和第二透镜L2之间的空气间隔为0.28mm，第二透镜L2和第三透镜L3之间的空气间隔为5.666mm，第三透镜L3和第四透镜L4之间的空气间隔为1.636mm，第四透镜L4与孔径光阑之间的空气间隔为10.175mm，孔径光阑光栏和第五透镜L5之间空气间隔为0.1mm，第五透镜L5与第六透镜L6和第七透镜L7组成双胶合透镜J1的胶合镜片之间空气间隔为5.044mm，第五透镜L5与第六透镜L6和第七透镜L7组成双胶合透镜J1的胶合镜片与第八透镜L8之间空气间隔为0.104mm，第八透镜L8和第九透镜L9之间空气间隔为0.1mm。
非球面公式如下：
表1为第一透镜的镜头参数
表2为第八透镜的镜头参数
将表1和表2的前后表面的各个参数和非球面参数满足该公式。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于数字投影仪的镜头，其特征在于，包括沿光轴自物面到像面依次为第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)和第九透镜(L9)；
所述第四透镜(L4)和第五透镜(L5)之间设置有孔径光阑，且孔径光阑靠近第五透镜(L5)；
所述第一透镜(L1)为正透镜、第二透镜(L2)为负透镜、第三透镜(L3)正透镜、第四透镜(L4)为正透镜、第五透镜(L5)正透镜、第六透镜(L6)为正透镜、第七透镜(L7)为负透镜、第八透镜(L8)为正透镜和第九透镜(L9)为正透镜；
所述第一透镜(L1)为弯月形凹透镜，第二透镜(L2)为弯月形凹透镜、第三透镜(L3)为双凹透镜、第四透镜(L4)双凸透镜、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)为平凹透镜，第七透镜(L7)为凹透镜、第八透镜(L8)为弯月形凹透镜和第九透镜(L9)为双凸透镜；
第六透镜(L6)和第七透镜(L7)组成双胶合透镜J1，且双胶合透镜J1的胶合面背离孔径光阑；
所述第一透镜(L1)和第八透镜(L8)均为非球面透镜；所述第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)和第九透镜(L9)均为球面透镜；
所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)和第四透镜(L4)的组合焦距为f1-4，第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)和第九透镜(L9)的组合焦距为f5-9；且0.75<|f1-4/f5-9|<0.95。
2.根据权利要求1所述的用于数字投影仪的镜头，其特征在于，所述第六透镜(L6)透镜材料为冕牌玻璃，第七透镜(L7)透镜材料为火石玻璃。
3.根据权利要求1所述的用于数字投影仪的镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)和第八透镜(L8)透镜材料为E48R环烯烃共聚物。
4.根据权利要求1所述的用于数字投影仪的镜头，其特征在于，第一透镜(L1)和第二透镜(L2)之间的空气间隔为0.28mm，第二透镜(L2)和第三透镜(L3)之间的空气间隔为5.666mm，第三透镜(L3)和第四透镜(L4)之间的空气间隔为1.636mm，第四透镜(L4)与孔径光阑之间的空气间隔为10.175mm，孔径光阑光栏和第五透镜(L5)之间空气间隔为0.1mm，第五透镜(L5)与第六透镜(L6)和第七透镜(L7)组成双胶合透镜J1的胶合镜片之间空气间隔为5.044mm，第五透镜(L5)与第六透镜(L6)和第七透镜(L7)组成双胶合透镜J1的胶合镜片与第八透镜(L8)之间空气间隔为0.104mm，第八透镜(L8)和第九透镜(L9)之间空气间隔为0.1mm。
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