一种超短焦投影镜头的制作方法

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本实用新型涉及投影物镜技术领域，特别是涉及一种超短焦投影镜头。背景技术：2.投影镜头是投影设备的核心组件，光线经过反射式或者投射式的光调变装置后，再经过投影镜头投射至投影屏幕上成像。3.随着科技的发展，投影设备应用在越来越多的领域，包括家庭影音、投影广告、工业检测、3d打印等。越来越多的设备需要嵌入微型投影系统，对投影设备的要求也越来越高，尺寸要求更小、成像质量要求更高，成本要求更低等等。4.随着投影设备的普及，对投影仪的技术指标也有了更高的要求：更小的投射比和畸变，更清晰的画质等，而在家庭影音和广告投影中，由于实际的应用场景，投影镜头会被要求有更高的离轴率，当离轴率达到100％时，投影光机便可以直接放置于桌面投影。超短焦投影系统离轴率大于100％，并增加光路折返方案可实现更短的工作距离，适用于更多实际应用场景。技术实现要素：5.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种超短焦投影镜头，通过对不同材质透镜的选取和有序组合，解决超短焦投影物镜边缘视场相对照度低、反射面面型加工难度大、像质低、视场角不够等问题。6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：7.一种超短焦投影镜头，包括：第一透镜群组、第二透镜群组、反射面、成像面、光阑、保护玻璃、分光器件和振镜；8.所述反射面用于接收光线，并且形成反射光线依次通过所述第一透镜群组、所述光阑、所述第二透镜群组、所述振镜、所述分光器件和所述保护玻璃在所述成像面呈现影像；9.所述第一透镜群组放置在所述光阑前；10.所述第一透镜群组包括：依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为正光焦度的双胶合透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜，所述第五透镜和所述第六透镜为为负光焦度的双胶合透镜，所述第七透镜为正光焦度透镜；11.所述第二透镜群组放置在所述光阑后；12.所述第二透镜群组包括：依次排布的第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜，其中所述第八透镜和所述第九透镜为具有正光焦度的双胶合透镜，所述第十透镜为具有正光焦度的透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜为具有负光焦度的双胶合透镜，所述第十三透镜为具有正光焦度的透镜；13.所述第一透镜、所述第十透镜和所述第十三透镜均是非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十一透镜和所述第十二透镜均为玻璃球面透镜；14.优选地，所述第一透镜群组透镜、所述第二透镜群组透镜、所述分光器件和所述保护玻璃均为玻璃材料制成；15.优选地，所述反射面采用的是非球面材质；16.优选地，所述振镜用于镜头在抖动的情况下，调整所述成像面的分辨率，在振镜抖动时候，可以提高所述成像面上图像的分辨率。17.本实用新型提供了一种超短焦投影镜头，包括所述第一透镜群组、所述第二透镜群组和反射面，通过对每组镜片选型和配置，改善镜片焦距比；所述反射面采用的是偶次非球面，且非球面系数只用到10阶，相较于自由曲面利于加工和检测；本新型根据每片镜片的材质，对所述第一透镜群组和所述第二透镜群组中的镜片进行有序排列和组合，以此来解决超短焦投影物镜边缘视场相对照度低、反射面面型加工难度大、像质低和视场角不够的问题。附图说明18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。19.图1为本实用新型提供的实施例中的超短焦镜头结构图；20.图2为本实用新型提供的实施例中的空间频率mtf图；21.图3为本实用新型提供的实施例中的垂轴色差图；22.图4为本实用新型提供的实施例中的场曲畸变图；图4a为本实用新型提供的实施例中的场曲图，图4b为本实用新型提供的实施例中的畸变图；23.图5为本实用新型提供的实施例中的mtf离焦图；24.图6为本实用新型提供的实施例中的相对照度图。25.附图标记说明：1、第一透镜群组；2、第二透镜群组；3、反射面；4、光阑；5、振镜；6、分光器件；7、保护玻璃；8、成像面；gm1、第一透镜； g2、第二透镜；g3、第三透镜；g4、第四透镜；g5、第五透镜；g6、第六透镜；g7、第七透镜；g8、第八透镜；g9、第九透镜；gm10、第十透镜；g11、第十一透镜；g12、第十二透镜；gm13、第十三透镜。具体实施方式26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。27.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。28.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。29.本实用新型提供了一种超短焦投影镜头，通过对不同材质透镜的选取和有序组合，解决超短焦投影物镜边缘视场相对照度低、反射面面型加工难度大、像质低、视场角不够等问题。30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。31.图1为本实用新型提供的实施例中的超短焦镜头结构图，如图1所示，所述超短焦投影镜头包括：第一透镜群组1、第二透镜群组2、反射面3、成像面8、光阑4、保护玻璃7、分光器件6和振镜5；32.所述反射面3用于接收光线，并且形成反射光线依次通过所述第一透镜群组1、所述光阑4、所述第二透镜群组2、所述振镜5、所述分光器件6和所述保护玻璃7在所述成像面8呈现影像；反射面3为偶次非球面，区别常见的自由曲面反射面，更有利于成型加工与面型精度的检测；33.所述第一透镜群组1包括放置在所述光阑4前；34.所述第一透镜群组1包括：依次排布的第一透镜gm1、第二透镜g2、第三透镜g3、第四透镜g4、第五透镜g5、第六透镜g6和第七透镜g7，其中所述第一透镜g1为负光焦度透镜，所述第二透镜g2和所述第三透镜g3为正光焦度的双胶合透镜，所述第四透镜g4为正光焦度透镜，所述第五透镜 g5和所述第六透镜g6为为负光焦度的双胶合透镜，所述第七透镜g7为正光焦度透镜；35.所述第二透镜群组2包括：依次排布的第八透镜g8、第九透镜g9、第十透镜gm10、第十一透镜g11、第十二透镜g12和第十三透镜gm13，其中所述第八透镜g8和所述第九透镜g9为具有正光焦度的双胶合透镜，所述第十透镜gm10为具有正光焦度的透镜，所述第十一透镜g11和所述第十二透镜g12为具有负光焦度的双胶合透镜，所述第十三透镜gm13为具有正光焦度的透镜；36.所述第一透镜gm1、所述第十透镜gm10和所述第十三透镜gm13均是非球面透镜，所述第二透镜g2、所述第三透镜g3、所述第四透镜g4、所述第五透镜g5、所述第六透镜g6、所述第七透镜g7、所述第八透镜g8、所述第九透镜g9、所述第十一透镜g11和所述第十二透镜g12均为玻璃球面透镜；所述镜头采用了四组双胶合透镜，有效的消除系统色差且利于工装。37.其中，所述反射镜焦距f3与物镜系统焦距f之比约为-8.903；38.所述第一透镜群组1焦距f1与物镜系统焦距f之比约为131.611；39.所述第一透镜gm1焦距fgm1与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为ꢀ‑0.0875；40.所述第二透镜g2和所述第三透镜g3的焦距fg2g3与所述第一透镜群组1 焦距f1之比约为0.431；41.所述第四透镜g4焦距fg4与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为0.195；42.所述第五透镜g5和所述第六透镜g6的焦距fg5g6与所述第一透镜群组1 焦距f1之比约为-0.0912；43.所述第七透镜g7焦距fg7与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为0.0889；44.所述第二透镜群组2焦距f2与物镜系统焦距f之比约为-9.196，45.所述第八透镜g8和所述第九透镜g9的焦距fg8g9与所述第一透镜群组1 焦距f1之比约为11.930；46.所述第十透镜gm10焦距fgm10与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为1.062；47.所述第十一透镜g11和所述第十二透镜g12的焦距fg11g12与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为-2.534；48.所述第十三透镜gm13焦距fgm13与所述第一透镜群组1焦距f1之比约为 1.789；49.进一步地，所述第一透镜群组1、所述第二透镜群组2、所述分光器件6 和所述保护玻璃7均为玻璃材料制成；50.所述反射面3采用的是偶次非球面，非球面系数只用到10阶，区别常见的自由曲面反射面，更有利于成型加工与面型精度的检测；51.所述镜头采用0.23英寸的dmd芯片52.所述振镜5用于镜头在抖动的情况下，调整所述成像面8的分辨率。53.进一步地，本实施例公开了物镜系统具体参数，如表1所示：54.表1-物镜系统具体参数55.[0056][0057]更进一步的，本实施例公开了非球面镜片p1、p7各阶系数，如表2所示：[0058]表2-非球面系数[0059][0060][0061]更进一步地得到，所述镜头投射比达到0.3；[0062]所述镜头有效焦距＝2.082mm，f/no.＝1.85；[0063]图2为本实用新型提供的实施例中的空间频率mtf图，如图2所示， mtf(英语名称：modulationtransferfunction)指标是目前镜头最精确和科学的评价标准。纵坐标为对比度，越接近1，代表镜头成像越好。横坐标代表分辨率，单位每毫米线对数。本技术实施例采用的像源像素大小为5.4um，对应的设计分辨率为93线对每毫米。投影镜头一般至少要求各个视场的mtf数值在设计分辨率达到0.3以上，而本技术实施例各个视场的mtf值都在0.58 以上。[0064]图3为本实用新型提供的实施例中的垂轴色差图，如图3所示，镜头的垂轴色差图，纵坐标为物高视场值大小，横坐标为数值大小，单位微米。图中以主波长为基准，分别绘制蓝光、红光与绿光(主波长)之间各视场的色差值。投影镜头一般要求色差值在一个像源像素大小以内，本技术实施例的轴色差控制在2um以内，小于0.4个像素大小(像素大小5.4um)。[0065]图4a为本实用新型提供的实施例中的场曲图，图4b为本实用新型提供的实施例中的畸变图，如图4a和图4b所示，纵坐标代表该镜头的视场角度。场曲图的横坐标代表场曲值的大小，畸变图的横坐标代表畸变量。畸变是投影镜头的一个非常重要的指标，一般都需要控制在3％以内，本技术实施例的畸变也在1％以内。[0066]图5为本实用新型提供的实施例中的mtf离焦图，如图5所示，是镜头在高频93lp/mm的离焦曲线图，曲线的集中度是很好的，mtf值为0.3的焦深达到了0.024mm，是一个较好的设计状态，有利于系统的稳定。[0067]图6为本实用新型提供的实施例中的相对照度图，如图6所示，相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比，纵坐标代表归一化照度数值，横坐标代表镜头的视场角度。同一条件下，各视场相对照度曲线过渡平滑代表投影画幅内照度均匀，各视场相对照度值越接近1代表最终投影亮度较高。[0068]更进一步地，实施例公开了以下条件式：[0069]0.25《epnd/ih《0.3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0070]其中，epnd表示所述光学镜头的通光孔径，ih表示所述光学镜头的实际半像高。[0071]满足条件式(1)时，能够实现超短焦镜头的通光量与成像面8大小的合理均衡，有效提高整体投影亮度。[0072]在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：[0073]9mm-1《tl/f/ih《10mm-1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(2)[0074]其中，tl表示所述光学镜头镜片组(gm1沿光轴到像源的距离)的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距，ih表示所述光学镜头的实际半像高。[0075]满足条件式(2)时，能合理均衡镜头的总长与解像能力的关系。tl/f/ih 的值超过上限时，镜头的整体总长过大，或者说如果整体缩短总长的情况下，像高会不足；tl/f/ih的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。[0076]在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：[0077]14mm《ih/tanθ《15mmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(3)[0078]其中，ih表示所述光学镜头的实际半像高，θ表示所述光学镜头的反射面3前镜头镜片组最大视场主光线与光轴角度。[0079]满足条件式(3)时，能够合理限定光学镜头的畸变，降低畸变矫正的难度。同时也可控制视场大小，降低反射面3优化和加工难度。[0080]在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：[0081]-9.5《f3/f《-8.5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(4)[0082]其中，f3表示所述反射面3的有效焦距，f1表示所述镜头物镜系统焦距。[0083]满足条件式(4)时，能合理限制反射面3形状，降低反射面3的加工成型难度。[0084]在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：[0085]cra《2°ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(5)[0086]其中，cra表示所述光学镜头在成像面8的主光线入射角。[0087]满足条件式(5)时，能够很好的匹配dmd芯片，实现良好的投影效果。[0088]本实用新型的有益效果如下：[0089]本实用新型公开的超短焦投影镜头，投射比仅为0.3，能以更小的距离投射更大的画面；[0090]本实用新型公开的超短焦投影镜头，相对照度全视场高于80％。[0091]本实用新型公开的超短焦投影镜头，全视场mtf高于0.58，成像质量优秀；畸变能达到1％以内；[0092]本实用新型公开的超短焦投影镜头，仅采用了3个非球面镜片，相较于其他超短焦镜头成本更低；且非球面系数只用到10阶，利于加工；[0093]本实用新型公开的超短焦投影镜头，反射面3采用的是偶次非球面，且非球面系数只用到10阶，相较于自由曲面利于加工和检测；[0094]本实用新型公开的超短焦投影镜头，色差矫正良好，轴向色差小于2um，小于0.4个像素点；[0095]本实用新型公开的短焦投影镜头，离焦曲线矫正良好，画面清晰度的一致性良好，有利于系统的稳定。[0096]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。[0097]本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。









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