非球面超短焦投影镜头的制作方法

本实用新型涉及光电显示领域，具体地，涉及投影设备领域，特别是一种非球面超短焦投影镜头。

背景技术：

目前，一般的投影机只配备了标准镜头，这样的投影机如果要投出152.4cm的画面需要将投影机放置在2.2m远的地方， 203.2cm则要在2.6m远的地方，而254cm大的画面则要达到3m至 4m远的地方。如果进行投影的空间不大，但是又需要展示较大的画面，尤其在小型会议室里，这种镜头就满足不了需求。而且，如果演讲者无意中不时地遮挡住光线，台下观看的人会因此受到很大影响。考虑到这些因素，近年来，有人实用新型了短焦镜头，使得对投影距离的高要求有所改善，但不能保证像质，缩短的投影距离也有限。目前市面上出现的短焦投影仪分为两种形式，一种为反射式投影仪，该投影仪是在普通投影镜头前面加一块反光板或非球面反光镜面，经过反射后投影到屏幕上，这种技术的缺点在于仪器结构复杂，成本较高，而且成像质量也不尽人意；另一种为普通短焦投影镜头，该类镜头分辨率较低，而且通常为非远心镜头，畸变严重。

投影镜头为了提高投影的画面质量，一般设计的镜头焦距均较长，但其视角却很小；众所周知，焦距越短，视角越大，因光学原理产生的畸变也就越强烈。随着电子技术的飞速发展，人们对高清投影器材的需求也日益旺盛。传统的长焦距、视角窄的投影镜头无论从尺寸还是投影画面质量均难以满足需要。同时，由于一般设计的镜头未做到严格的像方远心，造成了较为严重的投影面照度不均匀的现象。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种非球面超短焦投影镜头。

根据本实用新型提供的一种非球面超短焦投影镜头，其特征在于，位于投射面和DMD芯片之间的若干同轴透镜包括：将广角光线偏转为近轴光束的前组镜头组、将近轴光束远心成像于DMD芯片的后组镜头组，其中，

所述的前组镜头组从物端到像端依次包括：第一非球面透镜(1)、第二非球面透镜(2)、第一平凹透镜(3)、双凹透镜(4)、凸凹透镜 (5)、第一凸透镜(6)、第一平凸透镜(7)，

所述的后组镜头组从物端到像端依次包括：第二凸透镜(8)、第二平凹透镜(9)、第一双凸透镜(10)、第三平凹透镜(11)、第二双凸透镜(12)、第二平凸透镜(13)、第三平凸透镜(14)。

进一步的，所述的非球面超短焦投影镜头，其特征在于，所述的凸凹透镜(5)和所述的第一凸透镜(6)组成第一双胶合透镜；所述的第二平凹透镜(9)和所述的第一双凸透镜(10)组成第二双胶合透镜；所述的第三平凹透镜(11)和所述的第二双凸透镜(12)组成第三双胶合透镜。

进一步的，所述的非球面超短焦投影镜头，其特征在于，

所述的第一非球面透镜(1)的焦距介于-100mm与-90mm之间；

所述的第二非球面透镜(2)的焦距介于70mm与80mm之间；

所述的第一平凹透镜(3)的焦距介于-60mm与50mm之间；

所述的双凹透镜(4)的焦距介于-50mm与40mm之间；

所述的凸凹透镜(5)的焦距介于-100与-90mm之间；

所述的第一凸透镜(6)的焦距介于30mm与40mm之间；

所述的第一平凸透镜(7)的焦距介于80mm与90mm之间；

所述的第二凸透镜(8)的焦距介于120mm与130mm之间；

所述的第二平凹透镜(9)的焦距介于-20mm与-10mm之间；

所述的第一双凸透镜(10)的焦距介于20mm与30mm之间；

所述的第三平凹透镜(11)的焦距介于-25mm与-20mm之间；

所述的第二双凸透镜(12)的焦距介于25mm与30mm之间；

所述的第二平凸透镜(13)的焦距介于65mm-70mm之间；

所述的第三平凸透镜(14)的焦距介于35mm与45mm之间。

进一步的，所述的非球面超短焦投影镜头，其特征在于，所述的透镜采用玻璃材料制成。

进一步的，所述的非球面超短焦投影镜头，其特征在于，所述的非球面超短焦投影镜头的有效焦距为：6.5mm。

进一步的，所述的非球面超短焦投影镜头，其特征在于，所述的 DMD芯片相对于光轴偏置放置。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提供的非球面超短焦投影镜头具有物方远心、高分辨率、超广角与超低畸变的优点；

2、本实用新型通过设置高折射率玻璃，有效降低了镜片的曲率半径，减小了制造难度。

3、本实用新型在没有加入复杂的自由曲面反射镜和特殊材料的帮助下，最终得出视场为113度，焦距为6.5mm，光学筒长206mm， F2.6，畸变小于0.5％，各视场像质均匀并且像质较佳的光学投影镜头。

4、本实用新型通过偏置放置DMD芯片，保证在正投影工作时出射画面向上偏置，实现出射光束高于投影镜头位置，投影画面不会被投影物镜遮挡。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为非球面超短焦投影镜头结构示意图；

其中，1、第一非球面透镜，2、第二非球面透镜，3、第一平凹透镜，4、双凹透镜，5、凸凹透镜，6、第一凸透镜，7、第一平凸透镜，8、第二凸透镜，9、第二平凹透镜，10、第一双凸透镜、11、第三平凹透镜，12、第二双凸透镜、13、第二平凸透镜、14、第三平凸透镜。

图2为非球面超短焦投影镜头光路图；

图3为非球面超短焦投影镜头MTF曲线图的界面形式图；

图4为非球面超短焦投影镜头场曲与畸变图的界面形式图；

图5为非球面超短焦投影镜头投影照度模拟图的界面形式图；

图6为DMD芯片偏置模拟图的界面形式图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型是这样来实现的，根据超广角的成像特点，确定为负组在前，正组在后的分离“反远距”型物镜，根据此结构型式来选择相近结构的镜头作为初始结构，然后通过适当的焦距缩放和像差的优化设计，最终得到像质优良的短焦距投影物镜。本实用新型为14片镜片构成，具体为：前组镜头组从物端到像端依次包括：第一非球面透镜(1)、第二非球面透镜(2)、第一平凹透镜(3)、双凹透镜(4)、凸凹透镜(5)、凸透镜(6)、第一平凸透镜(7)。

后组镜头组从物端到像端依次包括：凸透镜(8)、第二平凹透镜 (9)、第一双凸透镜(10)、第三平凹透镜(11)、第二双凸透镜(12)、第二平凸透镜(13)、第三平凸透镜(14)。

其中镜片使用了高折射率玻璃，有效降低了镜片的曲率半径，减小了制造难度。凸凹透镜(5)和所述的凸透镜(6)组成第一双胶合透镜；第二平凹透镜(9)和所述的第一双凸透镜(10)组成第二双胶合透镜；第三平凹透镜(11)和所述的第二双凸透镜(12)组成第三双胶合透镜。

优选的，镜头可以选用如下参数：

优选的，镜头采用高折射率玻璃，折射率超过1.7。

该镜头可以使用偏置放置DMD，DMD芯片相对于光轴偏置放置，偏置放置距离最大为正负2.0mm，在光轴偏置2mm时，投影效果图 5所示。从而保证在正投影工作时出射画面向上偏置，实现出射光束高于投影镜头位置，投影画面不会被投影物镜遮挡。并且实现了在1.5米距离内投射出3.2米×2.4米的高清画面。

镜头有效焦距为6.50mm；总长为240mm；F/#为2.6；出瞳位置为500；视场角为113°。

图2是本实用新型投影镜头的光路图。可见，光线经过前组镜头偏转为近轴光束，经后组镜头组将近轴光束远心成像于DMD芯片。

图3为非球面超短焦投影镜头MTF曲线图的界面形式图，图中在70lp/mm下各视场的MTF曲线紧凑成一束而且数值均大于0.4，除了边缘视场外均大于0.5值，说明该镜头工作的成像画面清晰均匀，满足1920×1080的高分辨率要求。0.7英寸DMD芯片的像素大小为7.5微米，对应MTF线对为66lp/mm，在该线对数下MTF 数值大于0.3即可满足该芯片的分辨要求。从图知，该镜头场曲小于0.1mm畸变均小于0.5％。

如图4所示，本实用新型具有极佳的投影面辐照均匀度，全视场辐照均匀度>93％，如图5为非球面超短焦投影镜头投影照度模拟图的界面形式图，如图6为DMD芯片偏置模拟图的界面形式图。

该设计可通过镜片形式和镜片间距的变化产生相应的变形设计，以应用于相似的投影系统。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。