一种投影镜头的制作方法

1.本发明涉及投影装置技术领域，尤其涉及一种投影镜头。


背景技术：

2.投影显示技术近年来发展迅速，投影装置能够以较小的装置体积投影出大尺寸影像画面。投影镜头是影响投影画面质量的关键，目前投影装置趋于小型化发展，对投影镜头也要求占用体积更小，这导致了投影镜头的光圈数增大，减少了投影光学系统的通光量。现有的影镜头采用了的镜片数量较多，成像畸变较大，结构不够紧凑，装配复杂，生产难度大，成本高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种投影镜头，解决目前技术中投影装置的投影镜头镜片数量多，结构紧凑，成像畸变大的问题。
4.为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
5.一种投影镜头，包括沿投射出光方向依次设置的第四镜片组、第三镜片组、光阑、第二镜片组和第一镜片组，所述的第一镜片组的屈光度为负以发散光束，所述的第二镜片组的屈光度为正以调整光束口径，所述第三镜片组的屈光度为负并矫正球差、色差及正弦差，所述第四镜片组的屈光度为正。本发明所述的投影镜头采用多个镜片组相结合，第一镜片组有效发散光束以保证投影出大尺寸影像画面，第二镜片组调整光束口径并有效汇聚光线，能与第一镜片组的产生的畸变、球差相补偿，保障成像质量，减小光阑开口口径，可以有效减小投影镜头的整体占用体积，提高结构紧凑性，并且利用位于光阑进光侧的第三镜片组进一步的矫正球差、色差及正弦差，提高成像质量，第四镜片组的屈光度为正能有效地约束光束口径，能保障所述投影镜头具有较长的后工作距离，给予足够的空间来放置振镜、棱镜数字微镜器件等光学元件，便于装配生产，提高结构紧凑性的同时保障投影质量。
6.进一步的，所述第一镜片组包括沿投射出光方向依次设置的负屈光度的镜片二和负屈光度的镜片一，所述的镜片一为树脂非球面透镜，有利于提高系统的视场角，校正轴外像差，非球面透镜能够减少球面透镜的使用数量，较大降低投影镜头系统的复杂程度，降低成本，提高结构紧凑性，并且所述镜片一的进光侧和出光侧均为偶次非球面，通过合理优化非球面系数，有效地对轴外像差进行校正。
7.进一步的，所述镜片二为双凹透镜，所述镜片二进光侧的曲率半径与其出光侧的曲率半径相同，便于制作，降低成本，并且镜片二与镜片一配合能在不使用多片普通球面镜片的前提下有效地发散光束，方便后续透镜组对光束进行消像差和准直，减少镜片数量，提高结构紧凑性，降低投影镜头的成本。
8.进一步的，所述的第二镜片组包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片四和正屈光度的镜片三，所述的镜片四和镜片三均为双凸透镜，通过合理优化二者的曲率与
间隔，可以较准确地约束光束口径，最大限度地使光线完全通过光阑，减少光能量损失，提高投影质量。
9.进一步的，所述的第三镜片组包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片六和负屈光度的镜片五，所述的镜片六与镜片五组合构成双胶合透镜，结构紧凑，缩减投影镜头的总长，减小投影镜头的整体占用空间。
10.进一步的，所述镜片五的折射率高于镜片六的折射率，镜片五的折射率大于等于1.75，镜片六的折射率小于等于1.55，能够同时校正球差、色差及正弦差，提高投影质量。
11.进一步的，所述的镜片五为双凹透镜，所述的镜片六为双凸透镜，所述的镜片六进光侧的曲率半径与其出光侧的曲率半径相同，便于制作，降低成本，简化生产组装工艺。
12.进一步的，所述的第四镜片组包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片八和正屈光度的镜片七，能够有效地约束光束口径，保证较长的后工作距离，便于放置振镜、棱镜数字微镜器件等光学元件，从而保障能方便地进行组装，所述的镜片八和镜片七均为双凸透镜，所述的镜片七进光侧的曲率半径与其出光侧的曲率半径相同，便于制作，降低成本。
13.进一步的，还包括在第四镜片组的入光侧沿着投射出光方向依次设置的数字微镜器件、棱镜和振镜，所述的数字微镜器件相对于光轴偏置放置，保证在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镜头遮挡。
14.进一步的，所述投影镜头的有效焦距为6mm≤efl≤7mm，所述投影镜头的镜头后焦距与有效焦距的比例为bfl/efl≥2.8，所述投影镜头的光圈数为fno≤1.7，所述投影镜头的总长为ttl≤60mm，所述投影镜头的视场角fov≥63
°
，所述第四镜片组、第三镜片组、第二镜片组和第一镜片组中各镜片的通光口径小于18mm。光圈直径更大，也就是通光的口径更大，能接收的光线数越多，在保障小体积、提高结构紧凑性的同时提高亮度，从而有效提高投影质量。
15.与现有技术相比，本发明优点在于：
16.本发明所述的投影镜头采用屈光度为负正负正的镜片组相结合，能够有效发散光束以保证投影尺寸，并且调整光束口径以汇聚光线，矫正球差、色差及正弦差，降低畸变，提高成像质量，减少镜片使用量，提高结构紧凑性，减小占用体积，易于装配、成本低。
附图说明
17.图1为投影镜头的整体结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明实施例公开的一种投影镜头，有效抑制畸变的发生，改善投影系统的色差，结构紧凑，占用空间小，成本低，光圈口径大，能够确保高性能mtf值。
20.如图1所示，一种投影镜头，主要包括沿投射出光方向依次设置的第四镜片组g4、
第三镜片组g3、光阑10、第二镜片组g2和第一镜片组g1，所述的第一镜片组g1的屈光度为负以发散光束，所述的第二镜片组g2的屈光度为正以调整光束口径，所述第三镜片组g3的屈光度为负并矫正球差、色差及正弦差，所述第四镜片组g4的屈光度为正，沿着投射出光方向为屈光度正、负、正、负的镜片结构，构成大口径高性能定焦投影镜头，有效提高定焦投影镜头的消像差能力，低畸变、大口径光圈、低成本，结构紧凑。占用空间小。
21.具体的，所述第一镜片组g1包括沿投射出光方向依次设置的负屈光度的镜片二l2和负屈光度的镜片一l1，所述的第二镜片组g2包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片四l4和正屈光度的镜片三l3，所述的第三镜片组g3包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片六l6和负屈光度的镜片五l5，所述的第四镜片组g4包括沿投射出光方向依次设置的正屈光度的镜片八l8和正屈光度的镜片七l7；
22.其中，所述的镜片一l1为树脂非球面透镜，所述镜片一l1的进光侧和出光侧均为偶次非球面，所述的镜片一l1的多项式公式为：
[0023][0024]
通过合理优化非球面透镜的系数，能有效地对轴外像差进行校正，所述镜片二l2为双凹透镜，并且镜片二l2进光侧的曲率半径与其出光侧的曲率半径相同，大大地降低了成本并且简化了生产组装工艺，镜片一l1与镜片二l2的配合，能够在不使用多片普通球面镜片的前提下有效地发散光束，方便其余透镜组对光束进行消像差和准直。具体的，镜片一l1入光侧的表面的曲率半径为-50mm～20mm，镜片一l1出光侧的表面的曲率半径为10mm～60mm，镜片二l2入光侧表面的曲率半径为-50mm～0mm，镜片二l2出光侧表面的曲率半径为0mm～50mm；
[0025]
所述的镜片四l4和镜片三l3都为双凸透镜，通过合理优化二者的曲率与间隔，可以较准确地约束光束口径，最大限度地使光线完全通过光阑，减少光能量损失，提高投影质量。具体的，镜片三l3的入光侧表面曲率半径为0mm～50mm，镜片三l3的出光侧表面曲率半径为-70mm～-20mm,镜片四l4的入光侧表面曲率半径为0mm～50mm，镜片四l4的出光侧表面曲率半径为-100mm～-50mm；
[0026]
所述的镜片六l6与镜片五l5组合构成双胶合透镜，焦距为负的f56，所述镜片五l5的折射率高于镜片六l6的折射率，具体的，镜片五l5的折射率范围为1.75～1.95，所述的镜片六l6的折射率范围为1.35～1.55，两者的折射率相差较大，可以进行消色差设计，保证整个光学系统较小色差，可同时校正球差及正弦差；并且，所述的镜片五l5为双凹透镜，所述的镜片六l6为双凸透镜，所述的镜片六l6进光侧的曲率半径与镜片六l6出光侧的曲率半径相同，镜片五l5的入光侧表面曲率半径为-50mm～0mm，镜片五l5的出光侧表面曲率半径为0mm～50mm，镜片六l6的入光侧表面的曲率半径为0mm～50mm，镜片六l6和出光侧表面的曲率半径为-50mm～0mm。
[0027]
所述的镜片八l8和镜片七l7均为双凸透镜，所述的镜片七l7进光侧的曲率半径与其出光侧的曲率半径相同。具体的，镜片七l7的入光侧表面曲率半径为0mm～50mm，镜片七l7的出光侧表面曲率半径为-50mm～0mm，镜片八l8的入光侧表面曲率半径为0mm～50mm，镜片八l8的出光侧表面曲率半径为-200mm～-100mm，有效地约束光束口径，保证较长的后工作距离，便于放置振镜、棱镜数字微镜器件等光学元件，从而保障能方便的进行组装。
[0028]
并且，为了提高投影质量，镜片一l1的非球面用来修正畸变、像散、彗差与球差，镜片二l2的出光侧表面会产生正向畸变，而镜片二l2的入光侧表面会产生负向球差；而镜片三l3的出光侧表面会产生正向球差，能够补正镜片二l2入光侧的负向球差，而镜片四l4的入光侧表面会产生负向畸变，能够用来补偿镜片二l2出光侧的正向畸变，镜片四l4临近光阑10设置，可以有效的汇聚光线，减小光阑开口口径，可以有效减小投影镜头的整体体积，并且镜片七l7出光侧表面会有少量的正向畸变，能够用来平衡补偿镜片四l4的入光侧表面的负向畸变，进而从整体上降低畸变，提高投影质量。
[0029]
投影镜头还包括在第四镜片组g4的入光侧沿着投射出光方向依次设置的数字微镜器件40、棱镜30和振镜20，所述的数字微镜器件相对于光轴偏置放置，保证在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镜头遮挡，振镜使得投影镜头能够同时获得振镜静止时dmd自身尺寸固有的分辨率和振镜工作抖动时的高分辨率。
[0030]
从整体而言，前述的投影镜头的有效焦距为6mm≤efl≤7mm，所述投影镜头的镜头后焦距与有效焦距的比例为bfl/efl≥2.8，所述投影镜头的光圈数为fno≤1.7，所述投影镜头的总长为ttl≤60mm，所述投影镜头的视场角fov≥63
°
，所述镜片一l1至镜片八l8的通光口径分别都小于18mm。上述投影镜头的光圈口径大，从而通过的光线多，在保障结构紧凑、体积小的情况下能有效提高投影亮度，投影镜头整体结构精密、装配方便、实施成本低。采用0.23寸的的数字微镜器件能够在1500mm处投射出2125mm(80寸)的画面，镜头在空间极限频率93lp/mm处，各个视场mtf值均大于53％，畸变小于0.71％，成像质量好。
[0031]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。