CN107015425A - 一种led超短焦投影仪镜头*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LED超短焦投影仪镜头***，涉及光电显示行业中的投影技术，包括显示芯片，沿所述显示芯片的出射光路上依次布置有折射透镜组和自由曲面反射镜；所述折射透镜组包括同轴十四片镜片，就近显示芯片的前十二片镜片均采用球面设计，第十三片镜片的凹面采用奇次非球面设计，第十三片镜片的凸面以及第十四片镜片的凹面和凸面均采用偶次非球面设计，所述折射透镜组使光束成一弯曲的实像于所述自由曲面反射镜前；所述自由曲面反射镜采用离轴非对称自由曲面设计，校正投影图像的梯形变形，把图像最终成像于屏幕。本发明所述的镜头***可有效校正像差，改善像质，缩短镜头距离。

Description

一种LED超短焦投影仪镜头***
技术领域
本发明涉及光电显示行业中的投影技术，尤其涉及一种LED超短焦投影仪镜头***。
背景技术
近年来投影显示技术获得了长足的发展，得益于高亮度光源、光学加工和超高分辨率像源等技术的日益成熟。其中短焦投影技术因为其出色的优势，短距离投影大画面，一直是投影机市场的热点，在发展过程中迅速受到了广大用户的喜爱。短焦投影目前所采用的技术主要是广角式鱼眼镜头，属于折射式设计，投影镜头全部由透镜组成，这种折射投影镜头由于结构的限制，随着视场角和F数的增大，会造成各种色差、轴外像差、场曲和畸变等问题的出现，因此无法获得更大的视场角和更短的投影距离。为了解决此问题，超短焦设计技术应运而生，在折射透镜组的前面增加一片特殊设计的反射镜，可以实现超短距离投影出大画面的要求，突破了短焦投影镜头的极限，投射比达0.38 以下。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种有效校正像差，改善像质，缩短镜头距离的LED超短焦投影仪镜头***。为此，现提出如下技术方案：
一种LED超短焦投影仪镜头***，包括显示芯片，沿所述显示芯片的出射光路上依次布置有折射透镜组和自由曲面反射镜；
所述折射透镜组包括同轴十四片镜片，就近显示芯片的前十二片镜片均采用球面设计，第十三片镜片的凹面采用奇次非球面设计，第十三片镜片的凸面以及第十四片镜片的凹面和凸面均采用偶次非球面设计，所述折射透镜组使光束成一弯曲的实像于所述自由曲面反射镜前；
所述自由曲面反射镜采用离轴非对称自由曲面设计，校正投影图像的梯形变形，把图像最终成像于屏幕。
对上述方案的进一步改进，所述前十二片镜片的材质为玻璃，第十三片镜片和第十四片镜片的材质为PMMA树脂。
对上述方案的进一步改进，所述前十二片镜片采用冕牌玻璃、火石玻璃以及低色散玻璃组合式设计。
对上述方案的进一步改进，所述第十三片镜片凹面的面型表达式为 ，所述第十三片镜片凸面的面型表达式为，上述两个表达式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A1到A8表示奇次项对应的系数，A1到A5表示偶次项对应的系数。
对上述方案的进一步改进，所述第十四片镜片凹面、凸面的面型表达式均为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A0到A5表示偶次项对应的系数。
对上述方案的进一步改进，所述自由曲面反射镜的面型表达式为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，N为级数展开式中多项式系数总数，Ai为多项式系数，E（x，y）为多项式，k为圆锥系数。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
（1）本发明所述的镜头***将球面镜片、非球面镜片和离轴自由曲面反射镜组合设计，所述折射透镜组采用冕牌玻璃、火石玻璃以及低色散玻璃组合式设计，综合校正色差，轴向像差和垂轴像差；第十三片镜片采用奇次非球面和偶次非球面组合设计，通过修改镜片表面的曲率，让近轴光线和远轴光线所形成的焦点位置重合，使光斑消失，成像的锐度会提高，解决了眩光和边缘变形的问题，提高光学像质；第十四片镜片双面均为偶次非球面设计，也是用于校正各种像差。
（2）本发明所述的自由曲面反射镜的反射面不产生色差，并且利用自由曲面的不对称性，可以校正投影图像的梯形变形，改善像质。
附图说明
图1 本发明所述的一种LED超短焦投影仪镜头***的结构示意图。
图2 本发明所述的一种LED超短焦投影仪镜头***的第十三片镜片的光学结构参数表。
图3 本发明所述的一种LED超短焦投影仪镜头***的第十四片镜片的光学结构参数表。
附图标记：显示芯片-1；前十二片镜片-2；第十三片镜片-3；第十四片镜片-4；自由曲面反射镜-5。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如附图1所示的一种LED超短焦投影仪镜头***，包括显示芯片1，沿所述显示芯片1的出射光路上依次布置有折射透镜组和自由曲面反射镜5。
所述折射透镜组包括同轴十四片镜片，就近显示芯片的前十二片镜片2均采用球面设计，所述折射透镜组将不同折射率、不同色散系数、不同玻璃材料以及不同曲率半径的十二片镜片合理组合，有效改正了镜头***中的色差、球差等像素问题。第十三片镜片3的凹面采用奇次非球面设计，其凹面的面型表达式为 ，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A1到A8表示奇次项对应的系数；第十三片镜片3的凸面采用偶次非球面设计，其凸面的面型表达式为：，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A1到A5表示偶次项对应的系数，图2为第十三片镜片3的具体的光学结构参数；第十四片镜片4的凹面和凸面均采用偶次非球面设计，其凹面、凸面的面型表达式均为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A1到A5表示偶次项对应的系数；图3为第十四片镜片4的具体的光学结构参数，所述折射透镜组使光束成一弯曲的实像于所述自由曲面反射镜5前。
所述自由曲面反射镜5采用离轴非对称自由曲面设计，校正投影图像的梯形变形，把图像最终成像与投影屏幕，所述自由曲面反射镜5的面型表达式为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，N为级数展开式中多项式系数总数，Ai为多项式系数，E（x，y）为多项式，k为圆锥系数。
在本实施例中，所述前十二片镜片2的材质为玻璃，前十二片镜片2采用冕牌玻璃、火石玻璃以及低色散玻璃组合设计；第十三片3镜片和第十四片镜片4的材质为PMMA树脂。
本发明所述的镜头***将球面镜片、非球面镜片和离轴自由曲面反射镜组合设计，所述折射透镜组将不同折射率、不同色散系数、不同玻璃材料以及不同曲率半径的十二片镜片合理组合，有效校正镜头***中的色差、球差等像差问题，第十三片镜片3采用奇次非球面和偶次非球面组合设计，通过修改镜片表面的曲率，让近轴光线和远轴光线所形成的焦点位置重合，使光斑消失，成像的锐度会提高，解决了眩光和边缘变形的问题，提高光学像质；第十四片镜片4双面均为偶次非球面设计，也是用于校正各种像差。并且本发明所述的自由曲面反射镜5的反射面不产生色差，并且利用自由曲面的不对称性，可以校正投影图像的梯形变形，改善像质。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种LED超短焦投影仪镜头***，包括显示芯片，其特征在于：沿所述显示芯片的出射光路上依次布置有折射透镜组和自由曲面反射镜；
所述折射透镜组包括同轴十四片镜片，就近显示芯片的前十二片镜片均采用球面设计，第十三片镜片的凹面采用奇次非球面设计，第十三片镜片的凸面以及第十四片镜片的凹面和凸面均采用偶次非球面设计，所述折射透镜组使光束成一弯曲的实像于所述自由曲面反射镜前；
所述自由曲面反射镜采用离轴非对称自由曲面设计，校正投影图像的梯形变形，把图像最终成像于屏幕。
2.根据权利要求1所述的一种LED超短焦投影仪镜头***，其特征在于：所述前十二片镜片的材质为玻璃，第十三片镜片和第十四片镜片的材质为PMMA树脂。
3.根据权利要求2所述的一种LED超短焦投影仪镜头***，其特征在于：所述前十二片镜片采用冕牌玻璃、火石玻璃以及低色散玻璃组合式设计。
4.根据权利要求2所述的一种LED超短焦投影仪镜头***，其特征在于：所述第十三片镜片凹面的面型表达式为，所述第十三片镜片凸面的面型表达式为，上述两个表达式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A1到A8表示奇次项对应的系数，A1到A5表示偶次项对应的系数。
5.根据权利要求2所述的一种LED超短焦投影仪镜头***，其特征在于：所述第十四片镜片凹面、凸面的面型表达式均为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，k为圆锥系数，A0到A5表示偶次项对应的系数。
6.根据权利要求1所述的一种LED超短焦投影仪镜头***，其特征在于：所述自由曲面反射镜的面型表达式为，式中z为矢高，c表示曲面顶点处的曲率，r＝x2+y2，x，y表示垂直于光轴的坐标面的正交分量，N为级数展开式中多项式系数总数，Ai为多项式系数，E（x，y）为多项式，k为圆锥系数。
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