一种短焦投影镜头的制作方法

1.本实用新型涉及微型投影仪技术领域，更具体的说是涉及一种短焦投影镜头。


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透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，近年来随着商务、娱乐以及家庭影院的兴起，短焦投影镜头由于投影距离较短，不占空间，投影幅面较大，有着良好的观赏效果，故而受到市场的青睐。
4.现有的许多投影镜头为了满足成像质量，会降低数值孔径或者增加镜片数量，但是降低数值孔径会降低成像亮度，而增加镜片数量会增大镜头尺寸和成本。而且大部分的投影镜头的投射比都在1以上，对于一些短焦投影场景不适用。
5.本实用主要针对以上使用场景，解决现有存在的弊端，提出了一种短焦投影镜头。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型目的在于提供一种短焦投影镜头，该镜头投射比仅为0.6，该镜头具有小投射比、成像质量高、镜片数量少、畸变小、公差合理、成本较低等优点。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种短焦投影镜头，该投影镜头包括一个具有负光焦度的第一群组透镜、光阑、一个具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃和成像面，所述第一群组透镜位于光阑之前，第一群组透镜的第一片为具有负光焦度的透镜p1，第二片为具有负光焦度的透镜g2，第三片为具有正光焦度的透镜g3；所述第二群组透镜位于光阑之后，第二群组透镜的第一片为具有正光焦度的透镜g4，第二片为具有负光焦度的双胶合透镜g5-g6，第三片为具有正光焦度的透镜p7；所述第二群组透镜之后依次设有分光器件、保护玻璃以及成像面。
8.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述透镜p1和透镜p7的材质为塑胶材质，而透镜g2、透镜g3、透镜g4、双胶合透镜g5-g6均为玻璃材料制成。
9.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述第一群组透镜满足以下条件：
10.物镜系统的第一群组透镜焦距f1与物镜系统焦距f之比约为-11.187,
11.p1镜片焦距fp1与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.702,
12.g2镜片焦距fg2与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.389,
13.g3镜片焦距fg3与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为-0.818。
14.5、优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述第二群组透镜满足以下条件：
15.物镜系统的第二群组透镜焦距f2与物镜系统焦距f之比约为4.263，
16.g4镜片焦距fg4与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为2.570，
17.双胶合镜片g5-g6的焦距fg5-g6与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为-5.745，
18.p7镜片的焦距fp7与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为1.059。
19.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述投影镜头的投射比达到0.6，同时镜头的有效焦距＝2.766mm，f/no.＝1.75。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.1、本实用公开的短焦投影镜头，投射比仅为0.6，能以更小的距离投射更大的画面。
22.2、本实用公开的短焦投影镜头，总长小，满足微型投影设备的需求。
23.3、本实用公开的短焦投影镜头，相对照度全视场高于95％，全视场mtf 高于0.7，成像质量非常优秀；畸变能达到0.5％以内，tv畸变在0.1％以内，畸变矫正非常优秀。
24.4、本实用公开的短焦投影镜头，所述镜片均采用玻塑混合，有效降低了镜片数量，仅使用了7个镜片，有效降低了镜头成本和组装难度。
25.5、本实用公开的短焦投影镜头，点列图光斑半径(《2um)远小于像元尺寸(5.4um)，点列图表现优秀。
26.6、本实用公开的短焦投影镜头，色差矫正良好，轴向色差小于2um，小于0.4个像素点。
27.7、本实用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。
附图说明
28.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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1附图为本实用新型的结构示意图。
30.图2附图为本实用新型的空间频率mtf图。
31.图3附图为本实用新型的垂轴色差图。
32.图4附图为本实用新型的场曲评价图。
33.图5附图为本实用新型的mtf离焦图。
34.图中：1、第一群组透镜；2、第二群组透镜；3、光阑；4、分光器件；5、保护玻璃；6、成像面。
具体实施方式
35.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。
36.请参阅附图1-5，为本实用新型公开的一种短焦投影镜头，该投影镜头包括一个具有负光焦度的第一群组透镜1、光阑3、一个具有正光焦度的第二群组透镜2、分光器件4、保护玻璃5和成像面6，所述第一群组透镜1位于光阑3之前，第一群组透镜1的第一片为具有负
光焦度的透镜p1，第二片为具有负光焦度的透镜g2，第三片为具有正光焦度的透镜g3；所述第二群组透镜 2位于光阑3之后，第二群组透镜2的第一片为具有正光焦度的透镜g4，第二片为具有负光焦度的双胶合透镜g5-g6，第三片为具有正光焦度的透镜p7；所述第二群组透镜2之后依次设有分光器件4、保护玻璃5以及成像面6。
37.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述透镜p1和透镜p7的材质为塑胶材质，而透镜g2、透镜g3、透镜g4、双胶合透镜g5-g6均为玻璃材料制成。
38.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述第一群组透镜1满足以下条件：
39.物镜系统的第一群组透镜焦距f1与物镜系统焦距f之比约为-11.187,
40.p1镜片焦距fp1与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.702,
41.g2镜片焦距fg2与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.389,
42.g3镜片焦距fg3与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为-0.818。
43.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述第二群组透镜2满足以下条件：
44.物镜系统的第二群组透镜焦距f2与物镜系统焦距f之比约为4.263，
45.g4镜片焦距fg4与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为2.570，
46.双胶合镜片g5-g6的焦距fg5-g6与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为-5.745，
47.p7镜片的焦距fp7与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为1.059。
48.优选的，在上述一种短焦投影镜头中，所述投影镜头的投射比达到0.6，同时镜头的有效焦距＝2.766mm，f/no.＝1.75。
49.其中各元件具体参数如下表所示：
50.[0051][0052]
其中非球面镜片p1、p7各阶系数如下表所示：
[0053][0054]
在具体实施方式中，光学镜头应满足以下条件式：
[0055]
0.55《epnd/ih《0.65
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(1)
[0056]
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。
[0057]
满足条件式(1)时，能够实现镜头的通光量与成像面大小的合理均衡，使镜头的光圈值可达1.75，实现大光圈的效果，能有效提高整体投影亮度。
[0058]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：11.42
[0059]
11mm-1《tl/f/ih《12mm-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0060]
其中，tl表示所述光学镜头的光学总长，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。
[0061]
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。
[0062]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0063]
2.7mm《ih/tanθ《2.8mm
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(3)
[0064]
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半视场角。
[0065]
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。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。
[0066]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0067]
0.5《et1/ct1《2
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(4)
[0068]
0.5《et7/ct7《2
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(5)
[0069]
其中，ct1表示所述第一透镜的中心厚度，et1表示所述第一透镜的边缘厚度，ct7表示所述第七透镜的中心厚度，et7表示所述第七透镜的边缘厚度。
[0070]
满足条件式(4)、(5)时，能合理限制第一透镜和第七透镜两个非球面镜片的形状，降低镜片的加工成型难度；
[0071]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0072]
cra《2
°
(6)
[0073]
其中，cra表示所述光学镜头在成像面的主光线入射角。
[0074]
满足条件式(6)时，能够很好的匹配dmd芯片，实现良好的投影效果。
[0075]
附图2为mtf示意图，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上。
[0076]
附图3为镜头的垂轴色差图，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)。
[0077]
附图4中，左图为场曲评价图，右图为畸变评价图。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，而 tv畸变则要求控制在1％内；本技术实施例的畸变形状能使系统tv畸变非常小，系统畸变在0.5％以内，而tv畸变量在0.1％以内，系统的tv畸变非常优秀。
[0078]
附图5为镜头的mtf离焦图，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0.028mm，是一个非常好的设计状态，有利于系统的稳定。
[0079]
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。对于实施例公开的装置而言，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。
[0080]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种短焦投影镜头，该投影镜头包括一个具有负光焦度的第一群组透镜、光阑、一个具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃和成像面，其特征在于：所述第一群组透镜位于光阑之前，第一群组透镜的第一片为具有负光焦度的透镜p1，第二片为具有负光焦度的透镜g2，第三片为具有正光焦度的透镜g3；所述第二群组透镜位于光阑之后，第二群组透镜的第一片为具有正光焦度的透镜g4，第二片为具有负光焦度的双胶合透镜g5-g6，第三片为具有正光焦度的透镜p7；所述第二群组透镜之后依次设有分光器件、保护玻璃以及成像面。2.根据权利要求1所述的一种短焦投影镜头，其特征在于，所述透镜p1和透镜p7的材质为塑胶材质，而透镜g2、透镜g3、透镜g4、双胶合透镜g5-g6均为玻璃材料制成。3.根据权利要求1所述的一种短焦投影镜头，其特征在于，所述第一群组透镜满足以下条件：物镜系统的第一群组透镜焦距f1与物镜系统焦距f之比约为-11.187,p1镜片焦距fp1与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.702,g2镜片焦距fg2与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为0.389,g3镜片焦距fg3与物镜系统第一群组透镜焦距f1之比约为-0.818。4.根据权利要求1所述的一种短焦投影镜头，其特征在于，所述第二群组透镜满足以下条件：物镜系统的第二群组透镜焦距f2与物镜系统焦距f之比约为4.263，g4镜片焦距fg4与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为2.570，双胶合镜片g5-g6的焦距fg5-g6与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为-5.745，p7镜片的焦距fp7与物镜系统第二群组透镜焦距f2之比约为1.059。5.根据权利要求1所述的一种短焦投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的投射比达到0.6，同时镜头的有效焦距＝2.766mm，f/no.＝1.75。

技术总结
本实用新型公开了一种短焦投影镜头，该投影镜头包括一个具有负光焦度的第一群组透镜、光阑、一个具有正光焦度的第二群组透镜、分光器件、保护玻璃和成像面，所述第一群组透镜位于光阑之前，第一群组透镜的第一片为具有负光焦度的透镜P1，第二片为具有负光焦度的透镜G2，第三片为具有正光焦度的透镜G3；所述第二群组透镜位于光阑之后，第二群组透镜的第一片为具有正光焦度的透镜G4，第二片为具有负光焦度的双胶合透镜G5-G6，第三片为具有正光焦度的透镜P7；所述第二群组透镜之后依次设有分光器件、保护玻璃以及成像面。本实用提供了一种短焦投影镜头，该镜头投射比仅为0.6，具有小投射比、成像质量高、镜片数量少、畸变小、公差合理、成本较低的优点。成本较低的优点。成本较低的优点。


技术研发人员：董俊 魏威 邹思源 林丰 贺银波
受保护的技术使用者：深圳市点睛创视技术有限公司
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/5/25