CN112433342B - 一种超高分辨率微型投影镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超高分辨率微型投影镜头，包括依次设置的具有正焦距的第一透镜组、光阑、具有正焦距的第二透镜组、振镜、棱镜、窗口片和DMD。第一透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；第二透镜组包括依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，第六透镜、第七透镜、第八透镜为三胶合透镜。第二透镜为塑料非球面透镜，第十透镜为玻璃非球面透镜，其他透镜均为玻璃球面透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜及三胶合透镜为负的光焦度，第四透镜、第五透镜、第九透镜及第十透镜为正的光焦度。本发明的微型投影镜头，总长小，可以兼容XPR技术，实现4K超高分辨率，满足微型投影设备的需求。

Description

一种超高分辨率微型投影镜头
技术领域
本发明涉及微信投影镜头技术领域，尤其涉及一种超高分辨率微型投影镜头。
背景技术
投影镜头是投影设备的核心组件：光经过反射式或穿透式的光调变装置后，需要经过投影镜头投射至投影屏上成像。
随着投影设备在生活中扮演的角色越来越大，应用到的领域也会越来越多。更多的设备需要嵌入微型投影设备，这对投影镜头的要求也越来越高，尺寸更小，结构更加紧凑。
然而目前市面上现有的投影镜头，为了达到小尺寸，其分辨率会有所下降，因而不能满足高分辨率用户的需求。
发明内容
本发明提供了一种超高分辨率微型投影镜头，以解决现有的微型投影镜头达不到市场要求的高分辨率的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种超高分辨率微型投影镜头，包括依次设置的具有正焦距的第一透镜组、光阑、具有正焦距的第二透镜组、棱镜、窗口片和DMD。
优选地，所述镜头还包括设置于所述第二透镜组和所述棱镜之间的振镜。
优选地，所述第一透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第二透镜组包括依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第六透镜、第七透镜、第八透镜为三胶合透镜。
优选地，所述第二透镜为塑料非球面透镜，第十透镜为玻璃非球面透镜，其他透镜均为玻璃球面透镜。
优选地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及三胶合透镜为负的光焦度，所述第四透镜、第五透镜、第九透镜及第十透镜为正的光焦度。
优选地，所有的球面透镜所用材料的光学常数满足以下条件式：1.48<Nd≤1.95，17<Vd<85，其中Nd、Vd分别为所用光学材料对d光的折射率和阿贝数。
优选地，所述镜头为远心镜头，所述镜头的投射比为1.2。
优选地，所述镜头有效焦距＝12.74mm，F/NO.＝1.7。
优选地，所述第一透镜采用折射率为1.95的光学玻璃材质。
优选地，所述镜头采用0.47英寸的DMD芯片。
本发明的有益效果是：
(1)本发明公开的微型投影镜头，总长小，满足微型投影设备的需求。
(2)本发明公开的微型投影镜头采用远心***，照度均匀，全视场照度不小于0.8。
(3)本发明公开的微型投影镜头，可以兼容XPR技术，在使用XPR时，实现4K分辨率；在不使用XPR时，实现1080P分辨率。
(4)本发明公开的微型投影镜头，相对照度全视场高于0.8，成像质量良好，畸变能达到1％以内。
(5)相比于市面上的其他微投镜头，本发明所述镜头最后一片透镜采用玻璃非球面，能够有效解决其他微投镜头因塑料非球面受热而导致跑焦严重的问题。
(6)第一透镜使用高折射率的光学玻璃材料，能有效降低光束高度，对校正畸变、减小后续镜片口径有较大作用。
(7)塑料非球面安排于第二片镜片位置能有效避免划伤、磕碰对非球面面型造成的影响。
(8)使用三胶合透镜，对校正二级光谱有较大作用，且胶合透镜安排于光阑附近，校正色差效果较好。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的光学结构图。
图2为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的各视场传递函数MTF图。
图3为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的点列图。
图4为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的场曲畸变图。
图5为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的相对照度图。
图6为本发明实施例1提供的一种超高分辨率微型投影镜头的垂轴色差图。
图7为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的光学结构图。
图8为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的各视场传递函数MTF图。
图9为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的点列图。
图10为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的场曲畸变图。
图11为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的垂轴色差图。
附图标记：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；6、光阑；7、第六透镜；8、第七透镜；9、第八透镜；10、第九透镜；11、第十透镜；12、振镜；13、棱镜；14、窗口片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
实施例1：
参见图1，图1为本发明应用例提供的微型投影镜头的光学结构图；本发明提供了一种超高分辨率微型投影镜头，该镜头包括：依次设置的，具有正焦距的第一透镜组、光阑6、具有正焦距的第二透镜组、振镜12、棱镜13、窗口片14和DMD；其中第一透镜组包括，第一透镜1为玻璃球面透镜，第二透镜2为塑料非球面透镜，第三透镜3为玻璃球面透镜，第四透镜4为玻璃球面透镜，第五透镜5为玻璃球面透镜；其中第二透镜组包括，第六透镜7为玻璃球面透镜、第七透镜8为玻璃球面透镜、第八透镜9为玻璃球面透镜，第九透镜10为玻璃球面透镜，第十透镜11为玻璃非球面透镜。
其中第一透镜1为负的光焦度，第二透镜2为负的光焦度，第三透镜3为负的光焦度，第四透镜4为正的光焦度，第五透镜5为正的光焦度，第六透镜7、第七透镜8以及第八透镜9构成三胶合透镜，为负的光焦度，第九透镜10为正的光焦度，第十透镜11为正的光焦度。
其中第一透镜1，使用高折射率的光学玻璃材质，现有的光学玻璃材质折射率一般在1.4到2.0，第一透镜1使用的材料折射率较高，选用1.95左右，能有效降低光束高度，对校正畸变、减小后续镜片口径有较大作用。塑料非球面安排于第二片镜片位置能有效避免划伤、磕碰对非球面面型造成的影响。使用三胶合透镜，对校正二级光谱有较大作用，且胶合透镜安排于光阑6附近，校正色差效果较好。第十透镜11能有效解决由于塑料非球面受热而导致的镜头跑焦的缺陷。该镜头具有偏置大、投射比大、成像质量高的特点。
本发明提供的微型投影镜头的具体参数如表1所示：
表1
Figure GDA0003559238770000051
Figure GDA0003559238770000061
表1中Nd代表折射率，Vd代表阿贝数。
其中第二透镜2和第十透镜11是非球面，其非球面面型的表达式为
Figure GDA0003559238770000062
其中，Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离，ρ表示非球面上的点到光轴的距离，c表示非球面的中心曲率，k表示圆锥率，An表示非球面高阶次数。
其中，第二透镜2和第十透镜11非球面系数如表2。
表2
Figure GDA0003559238770000063
本实施例使用0.47英寸的DMD芯片，像元尺寸为5.4μ，对应的设计分辨率为93lp/mm，有效焦距＝12.74mm，F/NO.＝1.7，offset＝100％，投影距离1.6m至3.2m，对应投影尺寸为60寸至120寸，其投射比为1.2，此时利用振镜可以达到4K分辨率。本应用例为远心***，具有很小的远心度。
根据表1的镜头参数，可得出如图1所示的微型投影镜头。图2为全视场MTF随空间频率变化的图像，MTF越接近衍射极限，表示成像质量越好，在93lp/mm空间频率下各个视场的传递函数MTF>0.5，成像质量良好。图3为各个视场的点列图，镜头全视场RMS均小于像元尺寸(5.4μ)，可以清晰成像。图4中，左图为场曲随视场变化的图像，场曲在-0.05mm到0.05mm的范围内；右图为畸变随视场变化的图像，畸变控制在1％以内。图5为相对照度随视场变化的图像，相对照度指在一个视场下其照度与中心照度的比值，可以看出全视场下照度不小于0.8。图6为垂轴色差图像，由图像可得垂轴色差被控制在2.1μ以下，小于半个像元尺寸，垂轴色差控制良好。
实施例2
参见图7，图7为本发明实施例2提供的一种超高分辨率微型投影镜头的光学结构图。本实施例不使用振镜(XPR)，通过调节后截距，达到常规分辨率1080P，具体参数如表3所示：
表3
Figure GDA0003559238770000071
根据表3所述镜头参数，可得出如图7所示的微型投影镜头。图8为全视场MTF随空间频率变化的图像，在93lp/mm空间频率下各个视场的传递函数MTF>0.45。图9为各个视场的点列图，各个视场的光斑大小由于球差的存在而有所变大，但全视场RMS仍小于像元尺寸(5.4μ)。图10中，左图为场曲随视场变化的图像，场曲在-0.05mm到0.05mm的范围内；右图为畸变随视场变化的图像，畸变控制在1％以内。图11为垂轴色差图像，由图像可得垂轴色差被控制在2.1μ以下，小于半个像元尺寸，垂轴色差控制良好。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种超高分辨率微型投影镜头，其特征在于，包括依次设置的具有正焦距的第一透镜组、光阑、具有正焦距的第二透镜组、振镜、棱镜、窗口片和DMD；
所述第一透镜组由依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜组成；所述第二透镜组由依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜组成，所述第六透镜、第七透镜、第八透镜为三胶合透镜；
所述第二透镜为塑料非球面透镜，第十透镜为玻璃非球面透镜，其他透镜均为玻璃球面透镜；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及三胶合透镜为负的光焦度，所述第四透镜、第五透镜、第九透镜及第十透镜为正的光焦度；
所有的球面透镜所用材料的光学常数满足以下条件式：1.48<Nd≤1.95，17<Vd<85，其中Nd、Vd分别为所用光学材料对d光的折射率和阿贝数；
所述镜头有效焦距＝12.74mm，F/NO.＝1.7。
2.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微型投影镜头，其特征在于，所述镜头为远心镜头，所述镜头的投射比为1.2。
3.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微型投影镜头，其特征在于，所述第一透镜采用折射率为1.95的光学玻璃材质。
4.根据权利要求1所述的一种超高分辨率微型投影镜头，其特征在于，所述镜头采用0.47英寸的DMD芯片。
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