CN204405927U - 超短焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超短焦投影镜头，用于将显示器显示的第一图像成像为放大的第二图像，该超短焦投影镜头包括沿光路前后排列的用于将所述第一图像成像为第一中间像的第一透镜组、设置在第一中间像的成像位置处的孔径光阑、用于将第一中间像成像为第二中间像的第二透镜组和用于将第二中间像反射，形成放大的第二图像的反射镜。第一透镜组、孔径光阑述第二透镜组具有同一主光轴。超短焦投影镜头的透射比为0.2～0.25，焦距为-2.9mm～-3.2mm，第一图像相对于主光轴的偏移量大于120％。本实用新型能够短距离投影大图像，且成像质量高。

Description

超短焦投影镜头

技术领域

本实用新型涉及光学***领域，特别是涉及超短焦投影镜头。

背景技术

超短焦投影镜头能够有效地缩短投影机的投影距离，是目前市面上短距离投射大尺寸画面的重要解决途径。

在缩短投影镜头焦距的设计上有三种方式：折射式、反射式和混合式。折射式设计的镜头全部由透镜组成，包括球面透镜或非球面透镜，由于这种设计的镜头其透镜镜片的数量较大且种类繁多，因此结构往往较复杂，不利于制造。反射式设计的镜头全部由反射镜组成，包括球面或非球面的反射镜，反射镜可以是凸面、凹面或平面反射镜，但非球面反射镜的加工及检测的难度较大，多片的反射镜无疑增大了镜头的成本和制造难度。混合式设计的镜头综合了折射式和反射式的技术特点，采用了透镜和反射镜相结合的设计方式，是目前市面上超短焦投影镜头的主流方案。

目前也有很多种基于先折射后反射的混合式设计原理的结构被提出。基于先折射后反射的混合式设计原理的镜头或***，但是由于需要在较短的距离内投射出尺寸较大的画面，要求低透射比，以至于投射出的图像会存在畸变、球差或色差等，景深和像面亮度均难以控制，所得的图像质量不高。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种超短焦投影镜头，能够短距离投影大图像，并且提高成像质量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种超短焦投影镜头，用于将显示器显示的第一图像成像为放大的第二图像，该超短焦投影镜头包括沿光路前后排列的第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组和反射镜。第一透镜组用于将所述第一图像成像为第一中间像。孔径光阑设置在所述第一中间像的成像位置处。第二透镜组用于将所述第一中间像成像为第二中间像。反射镜位于所述第二透镜组的后方，用于将所述第二中间像反射，形成放大的第二图像。所述第一透镜组、所述孔径光阑和所述第二透镜组具有同一主光轴；所述超短焦投影镜头的透射比为0.2～0.25，焦距为-2.9mm～-3.2mm，所述第一图像相对于主光轴的偏移量大于120％。

其中，所述反射镜为平面镜或者凹面反射镜。

其中，当所述反射镜为凹面反射镜时，所述凹面反射镜与所述第一透镜组具有同一主光轴。

其中，所述凹面反射镜的凹面为自由曲面。

其中，所述反射镜设在所述第二中间像之后。

其中，所述第一透镜组包括沿光路依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜为一双凸透镜，所述第二透镜为一双凸透镜，所述第三透镜为一凸凹透镜，所述第四透镜为一双凹透镜，所述第五透镜为一凸凹透镜。

其中，所述第四透镜和所述第五透镜胶合为一个整体。

其中，所述第四透镜的折射率高于所述第五透镜；所述第四透镜的色散大于第五透镜的色散；所述第四透镜的阿贝数低于所述第五透镜的阿贝数。

其中，所述第二透镜组中至少包含有一片非球面透镜。

其中，所述第二透镜组包括沿光路依次排列的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，第十二透镜和第十三透镜；所述第六透镜为一双凸透镜，所述第七透镜为一双凸透镜，所述第八透镜为一凸凹透镜，所述第九透镜为一凹凸透镜，所述第十透镜为一双凹透镜，所述第十一透镜为一非球面透镜，所述十二透镜为一凹凸透镜，所述第十三透镜为一凹凸透镜。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型通过设置具有相同主光轴的第一透镜组和第二透镜组，使进入投影镜头的第一图像经过第一透镜组折射形成第一中间像，第一中间像经过第二透镜组折射成像为第二中间像，且通过反射镜将第二中间像反射而形成放大的第二图像。由于本实用新型先利用第一透镜组形成畸变量小的第一中间像，再通过第二透镜组修正且放大第一中间像而形成第二中间像，最后通过反射镜将第二中间像的影像光束投射至屏幕，使得在屏幕上能形成近乎无扭曲的影像。经过两次形成中间像，能有效改善像差。此外，在第一透镜组和第二透镜组之间还设置了孔径光阑，该孔径光阑能提高像的清晰度，控制景深，改善成像质量，并且还能控制成像物空间的范围以及控制像面的亮度。而将该孔径光阑设在第一中间像的位置处，能改善轴外点的成像质量，使得反射光斑成分被排除，可以获得提高图像对比度的效果。另外，通过在光线传播路径上设置反射镜，增加了光程，从而实现短焦投影。本实用新型的结构使该投影光学***具有较低的透射比，因此，本实用新型的超短焦投影镜头实现了短距离投影大图像，且成像质量高。

附图说明

图1是本实用新型超短焦投影镜头第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例的结构示意图；

图3是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例的成像原理示意图；

图4是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例成像的整体示意图。

其中，

第一图像         100、200

第一透镜组       101、201

第二透镜组       102、202

第一中间像       103、203

第二中间像       104、204

反射镜           105、205

孔径光阑         106、206

第一透镜         2011

第二透镜         2012

第三透镜         2013

第四透镜         2014

第五透镜         2015

第六透镜         2021

第七透镜         2022

第八透镜         2023

第九透镜         2024

第十透镜         2025

第十一透镜       2026

第十二透镜       2027

第十三透镜       2028

超短焦投影镜头   207

显示器件         208

棱镜             209

屏幕             210

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型超短焦投影镜头进行详细说明。

参阅图1，是本实用新型超短焦投影镜头第一实施例的结构示意图。

一种超短焦投影镜头，用于将显示器显示的第一图像100成像为放大的第二图像。该超短焦投影镜头包括沿光路前后排列的第一透镜组101、孔径光阑106、第二透镜组102和反射镜105。

其中，第一透镜组101用于将第一图像100成像为第一中间像103。第二透镜组102用于将第一中间像103成像为第二中间像104。孔径光阑106设置在第一透镜组101和第二透镜组102之间、第一中间像103的成像位置处。本实施例中，孔径光阑106经过所述第一透镜组101所成的像与第一透镜组101和第二透镜组102组成的光学***的出瞳相匹配。反射镜105用于将第二中间像104反射，形成放大的第二图像。反射镜105可以是平面镜或者凹面反射镜。该反射镜设置在第二透镜组102之后，可以在第二中间像104成像位置处或者第二中间像104之后。本实施例中，反射镜105是平面镜，并且设置在第二中间像104之后。第一透镜组101、孔径光阑106和第二透镜组102具有同一主光轴。超短焦投影镜头的透射比为0.2～0.25，焦距为-2.9mm～-3.2mm，第一图像100相对于主光轴的偏移量大于120％。

区别于现有技术，本实用新型通过设置具有相同主光轴的第一透镜组101和第二透镜组102，使进入投影镜头的第一图像100经过第一透镜组101折射形成第一中间像103，第一中间像103经过第二透镜组102折射成像为第二中间像104，且通过反射镜105将第二中间像104反射而形成放大的第二图像。由于本实用新型先利用第一透镜组101形成畸变量小的第一中间像103，再通过第二透镜组102修正且放大第一中间像103而形成第二中间像104，最后通过反射镜105将第二中间像104的影像光束投射至屏幕，使得在屏幕上能形成近乎无扭曲的影像。经过两次形成中间像，能有效改善像差。此外，在第一透镜组101和第二透镜组102之间还设置了孔径光阑106，该孔径光阑106能提高像的清晰度，控制景深，改善成像质量，并且还能控制成像物空间的范围以及控制像面的亮度。而将该孔径光阑106设在第一中间像103的位置处，能改善轴外点的成像质量，使得反射光斑成分被排除，可以获得提高图像对比度的效果。另外，通过在光线传播路径上设置反射镜，增加了光程，从而实现短焦投影。本实用新型的结构使该投影光学***具有较低的透射比，因此，本实用新型的超短焦投影镜头实现了短距离投影大图像，且成像质量高。

请参阅图2至图4，图2是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例的结构示意图。图3是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例的成像原理示意图。图4是本实用新型超短焦投影镜头第二实施例成像的整体示意图。

本实施例中，超短焦投影镜头207还包括位于第一透镜组201前方的显示器件208和棱镜209，显示器件208用于显示的第一图像200，该第一图像200经过棱镜209和第一透镜组201折射在孔径光阑206处成像为第一中间像203。第一中间像203经过第二透镜组202折射成像为第二中间像204。反射镜205位于第二中间像204后方，其将第二中间像204反射，最终在屏幕210上形成放大的第二图像。

其中，第一透镜组201包括沿光路前后排列的第一透镜2011、第二透镜2012、第三透镜2013、第四透镜2014和第五透镜2015。第一透镜2011为一双凸透镜，第二透镜2012为一双凸透镜，第三透镜2013为一凸凹透镜，第四透镜2014为一双凹透镜，第五透镜2015为一凸凹透镜。该五块透镜将进入光学***的第一图像成像为畸变量小的第一中间像。

轴上物点发出的光束，经透镜组以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，该弥散斑称为球差。另外，不同波长的光，颜色各不相同，其通过透镜时的折射率也各不相同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑，或者使像带有晕环，使像模糊不清。因此，需要消除球差和色差，才能提高成像质量。本实施例中，为了消除球差和色差，将第四透镜2014和第五透镜2015胶合为一个整体。单块凸透镜具有负球差，单块凹透镜具有正球差，因而将单块凸透镜和单块凹透镜胶合能有效消除球差。并且，该第四透镜2014的折射率高于第五透镜2015。第四透镜2014的色散大于第五透镜2015的色散。第四透镜2014的阿贝数低于第五透镜2015的阿贝数。因而该胶合的第四透镜2014和第五透镜2015能有效消除色差，这是由于在光角度一定时，透镜的阿贝数越大，色差越小，通常情况下，凸透镜产生负色差，凹透镜产生正色差。因此，将双凹的第四透镜2014和凸凹的第五透镜2015胶合为一个整体，以使他们的色差相互补偿。此外，第四透镜2014和第五透镜2015的折射率和阿贝数差别较大，在消除色差的同时，正负球差也能够尽量减少，并且产生剩球差以平衡其他透镜的球差。

第二透镜组202至少包含有一块非球面透镜，用于修正球面透镜在准直和聚焦***中所带来的球差，通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差，使成像清晰，从而提高成像质量。例如，本实施例的第二透镜组202包括沿光路前后排列的第六透镜2021、第七透镜2022、第八透镜2023、第九透镜2024、第十透镜2025、第十一透镜2026，第十二透镜2027和第十三透镜2028。其中，第六透镜2021为一双凸透镜，第七透镜2022为一双凸透镜，第八透镜2023为一凸凹透镜，第九透镜2024为一凹凸透镜，第十透镜2025为一双凹透镜，第十一透镜2026为一非球面透镜，十二透镜2027为一凹凸透镜，第十三透镜2028为一凹凸透镜。该非球面透镜简化了为提高光学品质所涉及的元素，同时提高了***的稳定性，并且降低了***的综合成本。

本实施例的反射镜205是凹面反射镜。且该凹面反射镜与第一透镜组201具有同一主光轴，凹面反射镜的凹面为自由曲面。凹面反射镜能减少图像变形，提高质量。而凹面为自由曲面的凹面反射镜具有更多的自由度，其表面光滑有质，能减少光损和画面畸变，使反射的图像亮度高和不变形，从而大大提高光学***的像质。

本实用新型通过两次形成中间像，改善了像差；通过孔径光阑的设置，减少了光斑、并提高了图像对比度；并通过反射镜增加了光程，实现了短焦投影，且具有较低的透射比，实现了短距离投影大图像，且成像质量高。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超短焦投影镜头，用于将显示器显示的第一图像成像为放大的第二图像，其特征在于，包括沿光路前后排列的：

第一透镜组，用于将所述第一图像成像为第一中间像；

孔径光阑，设置在所述第一中间像的成像位置处；

第二透镜组，用于将所述第一中间像成像为第二中间像；

反射镜，位于所述第二透镜组的后方，用于将所述第二中间像反射，形成放大的第二图像；

所述第一透镜组、所述孔径光阑和所述第二透镜组具有同一主光轴；所述超短焦投影镜头的透射比为0.2～0.25，焦距为-2.9mm～-3.2mm，所述第一图像相对于主光轴的偏移量大于120％。

2.根据权利要求1所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述反射镜为平面镜或者凹面反射镜。

3.根据权利要求2所述的超短焦投影镜头，其特征在于，当所述反射镜为凹面反射镜时，所述凹面反射镜与所述第一透镜组具有同一主光轴。

4.根据权利要求3所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述凹面反射镜的凹面为自由曲面。

5.根据权利要求4所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述反射镜设在所述第二中间像之后。

6.根据权利要求1所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括沿光路依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜为一双凸透镜，所述第二透镜为一双凸透镜，所述第三透镜为一凸凹透镜，所述第四透镜为一双凹透镜，所述第五透镜为一凸凹透镜。

7.根据权利要求6所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜胶合为一个整体。

8.根据权利要求7所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述第四透镜的折射率高于所述第五透镜；所述第四透镜的色散大于第五透镜的色散；所述第四透镜的阿贝数低于所述第五透镜的阿贝数。

9.根据权利要求8所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述第二透镜组中至少包含有一片非球面透镜。

10.根据权利要求9所述的超短焦投影镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括沿光路依次排列的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，第十二透镜和第十三透镜；所述第六透镜为一双凸透镜，所述第七透镜为一双凸透镜，所述第八透镜为一凸凹透镜，所述第九透镜为一凹凸透镜，所述第十透镜为一双凹透镜，所述第十一透镜为一非球面透镜，所述十二透镜为一凹凸透镜，所述第十三透镜为一凹凸透镜。