一种用于微型投影光机的超短焦投影系统的制作方法

1.本实用新型涉及光线投影技术领域，特别是涉及一种用于微型投影光机的超短焦投影系统。

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用于微型投影光机的超短焦投影系统，通过多个不同材质透镜和对透镜有序的排列，可以均衡合理均衡成像亮度、像质和分辨率，并且充分考虑实际应用场景及加工工艺所提出来的物镜系统，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，具有很高的实际应用价值。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，包括：
8.反射面、第一透镜组、第二透镜组和像面；
9.所述反射面、所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述像面依次按照前后顺序放置；
10.所述第一透镜组包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中所述第一透镜和所述第二透镜均为负光焦度透镜，所述第一透镜和所述第二透镜组合用于获得负光焦度从而获得的后工作距离；所述第三透镜为正光焦度透镜、所述第四透镜为负光焦度透镜、所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜、第四透镜和所述第五透镜组合以所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的排列顺序来消除成像系统中的场曲；所述第六透镜为非球面透镜，用于平衡像差作用；
11.所述第二透镜组包括：第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜，所述第八透镜为负光焦度透镜、所述第九透镜为负光焦度胶合透镜、所述第十透镜为负光焦度胶合透镜、所述第十一透镜为正光焦度透镜、所述第十二透镜为正光焦度透镜、其中所述第八透镜用于调整光线角度；所述第九透镜和所述第十透镜用于减小系统二级光谱；
所述第十一透镜和所述第十二透镜为非球面透镜，用于为系统提供最大的像差矫正保护；
12.所述反射面用于接收光线并且将光线依次反射给所述第一透镜组和所述第二透镜组；
13.所述反射面侧面轮廓曲线由偶次多项式公式表征；
14.所述像面用于接收所述反射面的光线，形成具体影像；
15.优选地，分光器件、保护玻璃和光阑；
16.所述光阑放置在所述第一透镜组后；
17.所述光阑放置在所述第二透镜组前；
18.所述分光器件放置在所述第二透镜组后；
19.所述保护玻璃放置在所述分光器件后，对系统进行保护作用；
20.所述物面紧靠放置于所述反射面前，用于提供光线；
21.所述像面在所述保护玻璃放置后；
22.优选地，所述第九透镜为低折射率高阿贝数材质，所述第十透镜为高折射率低阿贝数材质；
23.优选地，所述第一透镜组透镜、所述第二透镜组透镜、所述分光器件和所述保护玻璃均为玻璃材料制成；
24.优选地，所述第一透镜为屈光度的非球面透镜，对光束具有较强的光线偏转能力；
25.优选地，所述第一透镜和所述第六透镜之间要设置三块以上的球面镜片。
26.优选地，所述第六透镜为球面透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜为非球面透镜；
27.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：
28.本实用新型提供了一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，包括所述第一透镜组和所述第二透镜组，通过对每组镜片材料的选定，获取每片镜片的焦距比，利用每片镜片的焦距比，对每组镜片进行有序的排列和组合，可以均衡成像亮度、像质和分辨率，并且充分考虑实际应用场景及加工工艺所提出来的物镜系统，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，具有很高的实际应用价值。
附图说明
29.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。
30.图1为本实用新型提供的实施例中的投影系统结构图；
31.图2为本实用新型提供的实施例中的空间频率mtf图；
32.图3为本实用新型提供的实施例中的垂轴差图；
33.图4为本实用新型提供的实施例中的相对照度图；
34.图5为本实用新型提供的实施例中的最大视场主光线与光轴夹角示意图。
35.附图标记说明：1、第一透镜组；2、第二透镜组；3、反射面；4、光阑；5、振镜；6、分光器件；7、保护玻璃；8、像面；9、物面；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；gm6、第六透镜；g7、第七透镜；g8、第八透镜；g9、第九透镜；g10、第十透镜；gm11、第十一透镜；gm12、第十二透镜。
具体实施方式
36.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。
37.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。
38.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。
39.本实用新型提供了一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，通过多个不同材质透镜和对透镜有序的排列，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(现有常见为自由曲面)、像质低、视场角不够的问题，具有很高的实际应用价值。
40.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。
41.图1为本实用新型提供的实施例中的投影系统结构图，如图1所示，本实用新型提供了一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，包括：
42.反射面3、第一透镜组1、第二透镜组2和像面8；
43.所述反射面3、所述第一透镜组1、所述第二透镜组2和所述像面8 依次按照前后顺序放置；
44.所述第一透镜组1包括：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和第六透镜gm6，其中所述第一透镜gm1和所述第二透镜g2均为负光焦度透镜，所述第一透镜gm1和所述第二透镜g2 组合用于获得负光焦度从而获得的后工作距离；所述第三透镜g3为正光焦度透镜、所述第四透镜g4为负光焦度透镜、所述第五透镜g5为正光焦度透镜，所述第三透镜g3、第四透镜g4和所述第五透镜g5组合以所述第三透镜g3、所述第四透镜g4和所述第五透镜g5的排列顺序来消除成像系统中的场曲；所述第六透镜gm6为非球面透镜，用于平衡像差作用；
45.所述第二透镜组2包括：第八透镜g8、第九透镜g9、第十透镜g10、第十一透镜gm11和第十二透镜gm12，所述第八透镜g8为负光焦度透镜、所述第九透镜g9为负光焦度胶合透镜、所述第十透镜g10为负光焦度胶合透镜、所述第十一透镜gm11为正光焦度透镜、所述第十二透镜gm12为正光焦度透镜、其中所述第八透镜g8用于调整光线角度；所述第九透镜g9和所述第十透镜g10用于减小系统二级光谱；所述第十一透镜gm11和所述第十二透镜
gm12为非球面透镜，用于为系统提供最大的像差矫正保护；
46.进一步地，物镜系统的所述第一透镜组1焦距f1与物镜系统焦距f之比约为10.735；
47.所述第一透镜gm1镜片焦距f
gm1
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为-0.972；
48.所述第二透镜g2镜片焦距f
g2
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为-0.688；
49.所述第三透镜g3镜片焦距f
g3
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为0.661；
50.所述第四透镜g4镜片焦距f
g4
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为-0.487；
51.所述第五透镜g5镜片焦距f
g5
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为0.660；
52.所述第六透镜gm6镜片焦距f
gm6
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为1.046；
53.所述第七透镜g7镜片焦距f
g7
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为-6.369；
54.物镜系统的所述第二透镜组2焦距f2与物镜系统焦距f之比约为4.872；
55.所述第八透镜g8镜片焦距f
g8
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为0.991；
56.所述第九透镜g9镜片和所述第十透镜g10镜片焦距f
g9
和f
g10
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为-0.364；
57.所述第十一透镜gm11镜片焦距f
gm11
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为0.502；
58.所述第十二透镜gm12镜片焦距f
gm12
与物镜系统所述第一透镜组1焦距f1之比约为0.891；
59.所述反射面3用于接收光线，并且依次反射到所述第一透镜组1和所述第二透镜组2；
60.所述像面8用于接收所述反射面3的光线，形成具体影像；
61.进一步地，本实施例公开了物镜系统参数，如表1所示：
62.表1物镜系统参数
63.[0064][0065]
更进一步地，本实施例公开了所述反射面3、所述第一透镜gm1、所述第六透镜gm6、所述第十一透镜gm11和所述第十二透镜gm12各阶系数，如表2所示：
[0066]
表2-非球面系数
[0067][0068]
分光器件6、保护玻璃7和光阑4；
[0069]
所述光阑4放置在所述第一透镜组1后；
[0070]
所述光阑4放置在所述第二透镜组2前；
[0071]
所述分光器件6放置在所述第二透镜组2后；
[0072]
所述保护玻璃7放置在所述分光器件6后，对系统进行保护作用；
[0073]
所述物面9紧靠放置于所述反射面前，用于提供光线；
[0074]
所述像面8在所述保护玻璃7放置后；
[0075]
所述反射面3侧面轮廓曲线由偶次多项式公式表征；
[0076]
所述第九透镜gm9为低折射率高阿贝数材质，所述第十透镜g10为高折射率低阿贝数材质；
[0077]
所述第一透镜组1透镜、所述第二透镜组2透镜、所述分光器件6 和所述保护玻璃7均为玻璃材料制成；
[0078]
所述第一透镜gm1为屈光度的非球面透镜，对所述光束具有较强的光线偏转能力；
[0079]
所述第一透镜gm1和所述第六透镜gm6之间要设置三块以上的球面镜片；
[0080]
所述第六透镜gm6为球面透镜，所述第十一透镜gm11和所述第十二透镜gm12为非球面透镜。
[0081]
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：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0.7以上，具备极优秀的成像质量。
[0082]
由图2可见镜头低、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。
[0083]
图3为本实用新型提供的实施例中的垂轴差图；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)之间各视场的差值。投影镜头一般要求差值在一个像源像素大小以内，本技术实施例的垂轴差控制在2.2um以内，小于0.4个像素大小(像素大小5.4um)。
[0084]
图4为本实用新型提供的实施例中的相对照度图；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；
[0085]
由相对照度图可见，其具备较高的像面照度均匀度，也可推断是系统具备高效率、高亮度的特点。高亮度的原理在于：数值孔径＝d(入瞳直径)/f(焦距)，在保持焦距不变的情况下，数值孔径越大，意味着入瞳直径越大，入瞳在光学里面代表光学的进光口，进光口越大，能接收到的光能就越大，所以亮度就越高。
[0086]
图5为本实用新型提供的实施例中的最大视场主光线与光轴夹角示意图；如图5所示，所述超短焦投影镜头最大视场主光线与镜片组光轴夹角为27
°
；
[0087]
更进一步地，实施例公开了以下条件式：
[0088]
光学镜头满足以下条件式：
[0089]
0.3＜epnd/ih＜0.35
ꢀꢀꢀ
(1)
[0090]
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。
[0091]
满足条件式(1)时，能够实现超短焦镜头规格下的大通光量与大像面的合理均衡，有效提高整体投影亮度。
[0092]
光学镜头满足以下条件式：
[0093]
6＜tl/f/ih＜6.5
ꢀꢀꢀ
(2)
[0094]
其中，tl表示所述光学镜头镜片组的光学总长，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。
[0095]
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(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(无法达到离轴率135％)；tl/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。
[0096]
光学镜头满足以下条件式：
[0097]
2.0mm＜ih/tanθ＜2.4mm
ꢀꢀꢀ
(3)
[0098]
其中，ih表示所述光学镜头的实际半像高，θ表示反射面3前镜头镜片组最大视场主光线与光轴角度。
[0099]
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。同时可限定视场大小，进而控制投影画幅的尺寸。
[0100]
光学镜头满足以下条件式：
[0101]
cra＜2
°ꢀꢀꢀ
(4)
[0102]
其中，cra表示所述光学镜头在像面8的主光线入射角。
[0103]
满足条件式(4)时，能够很好的匹配dmd芯片，实现良好的投影效果。
[0104]
本实用新型的有益效果如下：
[0105]
本实用新型提供了一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，包括所述第一透镜组和所述第二透镜组，通过对每组镜片材料的选定，获取每片镜片的焦距比，利用每片镜片的焦距比，对每组镜片进行有序的排列和组合，可以均衡成像亮度、像质和分辨率，并且充分考虑实际应用场景及加工工艺所提出来的物镜系统，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，具有很高的实际应用价值。
[0106]
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。
[0107]
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。

技术特征：

1.一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，包括：反射面、第一透镜组、第二透镜组和像面；所述反射面、所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述像面依次按照前后顺序放置；所述第一透镜组包括：依次排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，所述第一透镜和所述第二透镜均为负光焦度透镜，所述第一透镜和所述第二透镜组合用于获得负光焦度从而获得的后工作距离；所述第三透镜为正光焦度透镜、所述第四透镜为负光焦度透镜、所述第五透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜、第四透镜和所述第五透镜组合用于消除成像系统中的场曲；所述第六透镜为非球面透镜，用于平衡像差；所述第二透镜组包括：依次排布的第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜，所述第八透镜为负光焦度透镜、所述第九透镜为负光焦度胶合透镜、所述第十透镜为负光焦度胶合透镜、所述第十一透镜为正光焦度透镜、所述第十二透镜为正光焦度透镜；其中，所述第八透镜用于调整光线角度；所述第九透镜和所述第十透镜用于减小系统二级光谱；所述第十一透镜和所述第十二透镜为非球面透镜，用于为系统提供像差矫正保护；所述反射面用于接收光线，并且依次反射到所述第一透镜组和所述第二透镜组；所述像面用于接收光线，形成具体影像。2.根据权利要求1所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述用于微型投影光机的超短焦投影系统，还包括：物面、分光器件、保护玻璃和光阑；所述光阑放置在所述第一透镜组后；所述光阑放置在所述第二透镜组前；所述分光器件放置在所述第二透镜组后；所述保护玻璃放置在所述分光器件后；所述物面紧靠放置于所述反射面前，用于提供光线；所述保护玻璃放置在所述像面前。3.根据权利要求1所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述第九透镜为低折射率高阿贝数材质，所述第十透镜为高折射率低阿贝数材质。4.根据权利要求2所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述第一透镜组透镜、所述第二透镜组透镜、所述分光器件和所述保护玻璃均为玻璃材料制成。5.根据权利要求1所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述第一透镜为非球面透镜，用于对光线进行偏折。6.根据权利要求1所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第六透镜之间要设置三块以上的球面镜片。7.根据权利要求1所述的用于微型投影光机的超短焦投影系统，其特征在于，所述第六透镜为球面透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜为非球面透镜。

技术总结

本实用新型提供了一种用于微型投影光机的超短焦投影系统，所述微型投影光机的超短焦投影系统包括：反射面、第一透镜组、第二透镜组和像面，反射面、第一透镜组、第二透镜组和像面依次按照前后顺序放置，反射面接收光线并且依次反射穿过第一透镜组和第二透镜组到像面成像，通过对第一透镜组和第二透镜组镜片材质的选取和镜片之间的相互组合以及有序排列，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(现有常见为自由曲面)、像质低、视场角不够的问题，具有很高的实际应用价值。高的实际应用价值。高的实际应用价值。