CN218886386U - 一种大景深偏轴的地面投影镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大景深偏轴的地面投影镜头，由像源至成像侧依次包括：投影画幅面、具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃及成像面，所述分光器件为分光棱镜。本实用新型提供的大景深偏轴的地面投影镜头，可匹配大光圈大像面的光学特征群组透镜，解决该类型投影物镜景深不足的缺点，具有平衡投影工作范围、像质、光学兼容性、制造的因素，结构简单、像差平衡优异、公差合理等优点。

Description

一种大景深偏轴的地面投影镜头

技术领域

本实用新型涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种大景深偏轴的地面投影镜头。

背景技术

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。

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、汽车娱乐、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。

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：更清晰的画质、更大的投影画幅、范围更宽的投影工作距离等，而投影机中。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任意平台投影，无需考虑投影机下方空间不足问题，因此，为获得沉浸感更强的观影体验，需要更大的投影画幅，同时需具备足够深的景深才可兼顾观影的舒适感。现有镜头投影出画幅面为长方形，画幅面倾斜后景深严重不足，成像出现模糊。因此，设计一种大景深偏轴的地面投影镜头是十分有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大景深偏轴的地面投影镜头，可匹配大光圈大像面的光学特征群组透镜，解决该类型投影物镜景深不足的缺点，具有平衡投影工作范围、像质、光学兼容性、制造的因素，结构简单、像差平衡优异、公差合理等优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种大景深偏轴的地面投影镜头，由像源至成像侧依次包括：投影画幅面、具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃及成像面，所述分光器件为分光棱镜；

地面投影镜头满足0.9＜T_L/f/IH＜0.95，式中，T_L表示地面投影镜头的光学总长，f表示地面投影镜头的有效焦距，IH表示地面投影镜头的实际半像高；

所述地面投影镜头满足3.2mm＜IH/tanθ＜3.6mm，式中，θ表示地面投影镜头的半视场角；

所述地面投影镜头满足0.25＜tanθ₁/tanθ₂＜0.35，式中，θ₁为投影画幅面与光轴的倾斜角度，θ₂为成像面与光轴的倾斜角度；

所述地面投影镜头满足CRA＜2°，式中，CRA表示地面投影镜头在成像面的主光线入射角；

所述第一群组透镜由像源至成像侧依次包括第一透镜G01、第二透镜GM02、第三透镜G03、第四透镜G04及第五透镜G05；

所述第二群组透镜由像源至成像侧依次包括第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8及第九透镜GM09；

所述第一群组透镜的焦距f₁与地面投影镜头的有效焦距f之比为0.753；

所述第二群组透镜的焦距f₂与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.138。

可选的，所述第一透镜G01为具有负光焦度的双凹透镜，第二透镜GM02为具有负光焦度的凹凸透镜，第三透镜G03为具有正光焦度的凹凸透镜，第四透镜G04为具有正光焦度的凸凹透镜，第五透镜G05为具有正光焦度的凸凹透镜。

可选的，第六透镜G6为具有负光焦度的双凹透镜，第七透镜G7及第八透镜G8为具有负光焦度的胶合透镜，第九透镜GM09为具有正光焦度的双凸非球面透镜。

可选的，所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与所述第九透镜GM09的焦距f_GM09之比为-2.54；

所述第一透镜G01的焦距f_G01与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.072；

所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与地面投影镜头的有效焦距f之比为-2.616；

所述第三透镜G03的焦距f_G03与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.994；

所述第四透镜G04的焦距f_G04与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.871；

所述第五透镜G05的焦距f_G05与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.478；

所述第六透镜G06的焦距f_G06与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.723；

所述第七透镜G07的焦距f_G07以及所述第八透镜G08的焦距f_G08与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.479；

所述第九透镜GM09的焦距f_GM09与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.030。

可选的，所述具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件及保护玻璃均为玻璃材质。

可选的，所述投影画幅面与光轴夹角为10°，所述保护玻璃及成像面与光轴夹角为87°。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的大景深偏轴的地面投影镜头，该地面投影镜头由像源至成像侧依次包括：投影画幅面、具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃及成像面，所述分光器件为分光棱镜，在水平放置工作时，可以在地面平面上投出清晰的画幅，该画幅具有景深范围非常长，画质清晰，形状为等腰梯形等特征，该投影系统合理均衡成像亮度、成本、像质和分辨率，并且充分考虑实际应用场景，具有易于制造，公差合理，成本较低且成像质量高等一系列优点，可匹配大光圈大像面的光学特征群组透镜，解决该类型投影物镜景深不足的缺点。

附图说明

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。

图1为本实用新型实施例大景深偏轴的地面投影镜头结构示意图；

图2为空间频率MTF图；

图3为垂轴色差图；

图4为相对照度图；

图5为镜头各个视场的点列图；

图6为镜头各个视场的主光线入射角图。

附图标记：1、投影画幅面；2、第一群组透镜；3、光阑；4、第二群组透镜；5、风光棱镜；6、保护玻璃；7、成像面。

具体实施方式

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。

本实用新型的目的是提供一种大景深偏轴的地面投影镜头，可匹配大光圈大像面的光学特征群组透镜，解决该类型投影物镜景深不足的缺点，具有平衡投影工作范围、像质、光学兼容性、制造的因素，结构简单、像差平衡优异、公差合理等优点。

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。

如图1所示，本实用新型实施例提供的大景深偏轴的地面投影镜头，由像源至成像侧依次包括：投影画幅面1、具有正光焦度的第一群组透镜2、光阑3、具有正光焦度的第二群组透镜4、分光器件、保护玻璃6及成像面7，所述分光器件为分光棱镜5；

采用0.3inch的显示芯片，偏轴率达到120％；

地面投影镜头满足0.9＜T_L/f/IH＜0.95，式中，T_L表示地面投影镜头的光学总长，f表示地面投影镜头的有效焦距，IH表示地面投影镜头的实际半像高；

所述地面投影镜头满足3.2mm＜IH/tanθ＜3.6mm，式中，θ表示地面投影镜头的半视场角；

所述地面投影镜头满足0.25＜tanθ₁/tanθ₂＜0.35，式中，θ₁为投影画幅面与光轴的倾斜角度，θ₂为成像面与光轴的倾斜角度；

所述地面投影镜头满足CRA＜2°，式中，CRA表示地面投影镜头在成像面的主光线入射角；

所述第一群组透镜2由像源至成像侧依次包括第一透镜G01、第二透镜GM02、第三透镜G03、第四透镜G04及第五透镜G05；

所述第二群组透镜4由像源至成像侧依次包括第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8及第九透镜GM09；

所述第一群组透镜2的焦距f₁与地面投影镜头的有效焦距f之比为0.753；

所述第二群组透镜4的焦距f₂与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.138。

所述第一透镜G01为具有负光焦度的双凹透镜，第二透镜GM02为具有负光焦度的凹凸透镜，第三透镜G03为具有正光焦度的凹凸透镜，第四透镜G04为具有正光焦度的凸凹透镜，第五透镜G05为具有正光焦度的凸凹透镜。

第六透镜G6为具有负光焦度的双凹透镜，第七透镜G7及第八透镜G8为具有负光焦度的胶合透镜，第九透镜GM09为具有正光焦度的双凸非球面透镜。

所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与所述第九透镜GM09的焦距f_GM09之比为-2.54；

所述第一透镜G01的焦距f_G01与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.072；

所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与地面投影镜头的有效焦距f之比为-2.616；

所述第三透镜G03的焦距f_G03与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.994；

所述第四透镜G04的焦距f_G04与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.871；

所述第五透镜G05的焦距f_G05与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.478；

所述第六透镜G06的焦距f_G06与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.723；

所述第七透镜G07的焦距f_G07以及所述第八透镜G08的焦距f_G08与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.479；

所述第九透镜GM09的焦距f_GM09与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.030。

所述具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件及保护玻璃均为玻璃材质。

所述投影画幅面与光轴夹角为10°，所述保护玻璃及成像面与光轴夹角为87°。

其中，地面投影镜头的具体参数表如表1所示，表面序号由像源至成像侧依次为S0-S23，Nd为折射率，vd为阿贝数；

表1地面投影镜头的具体参数表

第二透镜GM02及第九透镜GM09的各阶系数如表2所示；

表2第二透镜GM02及第九透镜GM09的各阶系数

本实用新型的一个实施例为根据上述技术方案得到投影镜头，并对其进行MTF评价，其中，MTF(英语名称：Modulation Transfer Function)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。

本实用新型实施例采用的像源像素大小为7.637μm，对应的设计分辨率为65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，而经过检测本实用新型实施例各个视场的MTF值都在0.5以上，具备极优秀的成像质量，本实用新型的空间频率MTF图如图2所示；

垂轴色差图如图3所示，纵坐标为像高视场值大小，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，本实用新型实施例的垂轴色差控制在2.2μm以内，小于0.3个像素大小(像素大小7.637μm)；

相对照度图如图4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；

镜头各个视场的点列图如图5所示，各个视场的光斑半径越小，其所代表的成像质量就越好，一般全视场RMS小于像元尺寸(5.4um)，就属于优秀的水平，而本实用新型实施例全视场RMS小于5.3um，属于比较优秀的水平；

镜头各个视场的主光线入射角图如图6所示，各个视场的主光线入射角越小，光学系统效率就越高，能量损失越小，一般全视场CRA在3°以内，就属于优秀的水平，而本实用新型实施例全视场均在1.6°以内，属于非常优秀水平；

根据实施例可知，工作距离设置至1100mm处，镜头低、中、高频的MTF(调制传递函数)均有非常好的程度，可分析出其具备较高的解像效果，整个物镜系统所述焦距为10.37mm，DMD适配0.3inch，相对应的offset达到120％，投影面倾斜量达到80°(相对于竖直投影面)，DMD像面倾斜量约3°(相对于垂直像面)，景深较深，整个画幅范围内可清晰成像。

在本实施例中，地面投影镜头满足0.9＜T_L/f/IH＜0.95，式中，T_L表示地面投影镜头的光学总长，f表示地面投影镜头的有效焦距，IH表示地面投影镜头的实际半像高，满足该式时，能合理均衡镜头的总长与解像能力的关系，T_L/f/IH的值超过上限时，镜头的整体总长过大(成像系统体积过大)，若等比缩放总长或强制压缩总长，会导致像高会不足，T_L/f/IH的值低于下限时，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；

所述地面投影镜头满足3.2mm＜IH/tanθ＜3.6mm，式中，θ表示地面投影镜头的半视场角，满足该式时，能够合理限定光学镜头的畸变，降低畸变矫正的难度，IH/tanθ的值超过下限时，镜头的畸变会朝负方向增大，IH/tanθ的值超过上限时，镜头的畸变会朝正方向变大。同时可限定视场大小，进而控制投影画幅的尺寸；

所述地面投影镜头满足0.25＜tanθ₁/tanθ₂＜0.35，式中，θ₁为投影画幅面与光轴的倾斜角度，θ₂为成像面与光轴的倾斜角度，满足该式时，能够合理控制投影面景深的大小，tanθ₁/tanθ₂超上限时，整体景深较大，相应像差矫正较困难，tanθ₁/tanθ₂超下限时，整体景深相对较小，系统像差相对好矫正；

所述地面投影镜头满足CRA＜2°，式中，CRA表示地面投影镜头在成像面的主光线入射角，满足该式时，能够很好的匹配DMD芯片，实现良好的投影效果。

本实用新型提供的大景深偏轴的地面投影镜头，该地面投影镜头由像源至成像侧依次包括：投影画幅面、具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃及成像面，所述分光器件为分光棱镜，在水平放置工作时，可以在地面平面上投出清晰的画幅，该画幅具有景深范围非常长，画质清晰，形状为等腰梯形等特征，该投影系统合理均衡成像亮度、成本、像质和分辨率，并且充分考虑实际应用场景，具有易于制造，公差合理，成本较低且成像质量高等一系列优点，可匹配大光圈大像面的光学特征群组透镜，解决该类型投影物镜景深不足的缺点。

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。

Claims (6)

1.一种大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，由像源至成像侧依次包括：投影画幅面、具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃及成像面，所述分光器件为分光棱镜；

地面投影镜头满足0.9＜T_L/f/IH＜0.95，式中，T_L表示地面投影镜头的光学总长，f表示地面投影镜头的有效焦距，IH表示地面投影镜头的实际半像高；

所述地面投影镜头满足3.2mm＜IH/tanθ＜3.6mm，式中，θ表示地面投影镜头的半视场角；

所述地面投影镜头满足0.25＜tanθ₁/tanθ₂＜0.35，式中，θ₁为投影画幅面与光轴的倾斜角度，θ₂为成像面与光轴的倾斜角度；

所述地面投影镜头满足CRA＜2°，式中，CRA表示地面投影镜头在成像面的主光线入射角；

所述第一群组透镜由像源至成像侧依次包括第一透镜G01、第二透镜GM02、第三透镜G03、第四透镜G04及第五透镜G05；

所述第二群组透镜由像源至成像侧依次包括第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8及第九透镜GM09；

所述第一群组透镜的焦距f₁与地面投影镜头的有效焦距f之比为0.753；

所述第二群组透镜的焦距f₂与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.138。

2.根据权利要求1所述的大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，所述第一透镜G01为具有负光焦度的双凹透镜，第二透镜GM02为具有负光焦度的凹凸透镜，第三透镜G03为具有正光焦度的凹凸透镜，第四透镜G04为具有正光焦度的凸凹透镜，第五透镜G05为具有正光焦度的凸凹透镜。

3.根据权利要求2所述的大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，第六透镜G6为具有负光焦度的双凹透镜，第七透镜G7及第八透镜G8为具有负光焦度的胶合透镜，第九透镜GM09为具有正光焦度的双凸非球面透镜。

4.根据权利要求3所述的大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与所述第九透镜GM09的焦距f_GM09之比为-2.54；

所述第一透镜G01的焦距f_G01与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.072；

所述第二透镜GM02的焦距f_GM02与地面投影镜头的有效焦距f之比为-2.616；

所述第三透镜G03的焦距f_G03与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.994；

所述第四透镜G04的焦距f_G04与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.871；

所述第五透镜G05的焦距f_G05与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.478；

所述第六透镜G06的焦距f_G06与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.723；

所述第七透镜G07的焦距f_G07以及所述第八透镜G08的焦距f_G08与地面投影镜头的有效焦距f之比为-1.479；

所述第九透镜GM09的焦距f_GM09与地面投影镜头的有效焦距f之比为1.030。

5.根据权利要求1所述的大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，所述具有正光焦度的第一群组透镜、光阑、具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件及保护玻璃均为玻璃材质。

6.根据权利要求1所述的大景深偏轴的地面投影镜头，其特征在于，所述投影画幅面与光轴夹角为10°，所述保护玻璃及成像面与光轴夹角为87°。

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