一种通用型短焦投影光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种通用型短焦投影光学系统。所述系统包括光学透镜、光阑和光学棱镜。所述系统依次设置为：具有负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、负光焦度的第三透镜组、光阑、正光焦度的第四透镜组、光学棱镜；所述第一透镜组含非球面树脂元件；第四透镜组含低色散玻璃材料。所述通用型短焦投影光学系统的焦距f，所述第一透镜组的焦距f1，其中，‑0.15＜f/f1＜‑0.6。所述通用型短焦投影光学系统的后焦距为BFL，其中，13＜BFL＜17。所述通用型短焦投影光学系统的最大口径为D，其中，D＜60mm。本发明专利技术实现了投影光学系统在DLP和LCD投影机上的通用设计；同时，进一步降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种通用型短焦投影光学系统
本专利技术涉及光学技术域，特别是涉及一种通用型短焦投影系统。
技术介绍
投影仪广泛应用在教育、商务、工程、家用等场所。在工程领域，复杂而有限的安装环境，往往要求投影机选配短焦镜头，以在短距离内达到更大的画面效果。进口短焦选配镜头大多成本高，周期长，无法对应国内项目需求，国产镜头逐渐成为文化场馆多媒体项目的首选。高质量的成像一直是国产镜头的劣势，国产代用镜头往往从成本考虑，无法进行极致设计，牺牲了一些成像质量。对于工程常用的DLP、LCD两个类型，由于其内部结构的差异，目前包括进口镜头在内都采用了独立的设计，从而导致适用于这两种投影机的光学系统具有不同的特性，一般情况下无法互换使用。短焦光学系统具有很大的市场价值，同时又存在许多技术难点。目前市场上销售的短焦投影光学系统与不同型号投影机的通配度低，且存在口径大、总长过长，一致性不高等缺点。对于展览展示等应用的用户，由于多使用动态影像，基于成本的考虑，降低了对质量的要求，但是仍然期望国产镜头可以接近甚至达到进口镜头的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同时适用于DLP和LCD投影仪的通用型短焦光学系统，具备高性能、小体积的优点。在保持与进口镜头质量一致的前提下，解决了现有短焦投影光学系统仅能适用一种投影仪所带来的匹配度低、结构复杂、体积大、成本昂贵的问题。本专利技术采用以下技术方案：1.采用DLP投影仪宽光谱进行设计；2.采用LCD的较长后截距进行设计；3.采用非球面技术、低色散材料玻璃解决小口径、小体积、高性能成像问题；4.采用树脂压铸技术降低批量生产的成本。本专利技术有益效果如下：本专利技术在充分利用DLP和LCD投影仪的不同结构特点基础上，在保证成本可控的前提下，用较大的设计冗余，实现了通用型短焦投影光学系统的设计，从很大程度上解决了不同显示类型投影机的镜头不能共用的问题，通过结构匹配，快速调整适配多种品牌和型号的工程投影机，有利于保证质量的前提下降低成本，有利于全产品线通过单一迭代设计实现全局优化的效果；通过优化各表面的面型参数、适当地计算非球面元件的非球面方程以及合理的选取低色散玻璃材料，设计短焦投影光学系统，使系统的像差得以校正，成像质量达到衍射极限，有利于光学系统的高性能和小型化；加工满足非球面树脂的注塑和普通光学冷加工的技术要求，从而降低了生产成本。附图说明图1是本专利技术实施例中通用型短焦投影光学系统的光路仿真图；图2是本专利技术实施例中通用型短焦投影光学系统的传递函数图；图3是本专利技术实施例中通用型短焦投影光学系统的场曲和畸变图；图4是本专利技术实施例中通用型短焦投影光学系统的点列图具体实施方式为了解决现有国产镜头与不同型号投影机的通配度低，且存在口径大、总长过长，一致性不高等缺点，本专利技术提供了一种通用型短焦投影光学系统。以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例涉及一种通用型短焦投影光学系统(以下简称光学系统)，包括：具有负光焦度的第一透镜组G1、正光焦度的第二透镜组G2、负光焦度的第三透镜组G3、光阑S1、正光焦度的第四透镜组G4、光学棱镜T1；所述第一透镜组含非球面树脂元件；第四透镜组含低色散玻璃材料。光焦度是焦距的倒数，正光焦度就是正焦距的倒数，即正光焦度表明是正透镜；负光焦度就是负焦距的倒数，即负光焦度表明是负透镜。光学系统满足下列条件：1.-0.15＜f/f1＜-0.6，其中，f为光学系统的焦距；f1为第一透镜组G1的焦距。2.13＜BFL＜17，其中，BFL为光学系统的后焦距。其中，第一透镜组G1包括负光焦度的第一透镜和负光焦度的第二透镜。G1的焦距满足-0.15＜f/f1＜-0.6，在保证光学系统的焦距前提下，使光学系统结构更紧凑、加工更简单。第二透镜组G2包括正光焦度的第三透镜。具体而言，第三透镜为双凸透镜。第三透镜组G3包括负光焦度的第四透镜，其中，第四透镜为一片双胶合透镜。第四透镜组G4包括正光焦度的第五透镜和第六透镜，其中，第五透镜为一片三胶合透镜，第六透镜为一片双凸正透镜。本实施例中，第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4均不限于仅使用上述的透镜形式，也可以通过其他透镜组合来实现上述功能。在本实施例中，为了平衡色差，第六透镜采用低色散材料的玻璃；此外，为了改善系统球差、象散和场曲，同时降低加工成本，在第二透镜上设计了非球面。本实施例的光学系统还包括一个光阑S1，放置在第三透镜组G3后。本实施例的光学系统还包括一个棱镜T1，放置在第六透镜组G6后。T1是投影机内的标准零件，在光学设计时，需作为系统的一个透镜校正像差。如图1所示，工作于本专利技术波段的光线，经过棱镜，由透镜组G1会聚，通过透镜组G2，在透镜组G3上被再次聚焦，再被孔径光栏S1约束光束口径，最后经过透镜组G4会聚，通过棱镜T1，将光线会聚在像面上。通过对各个透镜组光焦度的合理分配，适当地选择透镜的几何结构参数，结合不同材料的正负透镜，可以达到系统焦距和像差校正的要求。为了保证系统具有较长的后焦距，同时缩小系统体积，在合适的透镜表面采用非球面，继续优化光学系统；同时，选择低色散材料的玻璃，进一步缩小系统色差，提高成像质量。在对系统进行优化后，投射比0.75(0.7”面板)的光学系统，其长度仅为90mm，最大口径仅为59mm，且后焦距为15mm。与传统设计相比，大大缩小了体积，减轻了系统重量，提高了后焦距。以下表1示出光学系统的一优选实例。表1在表1中，曲率半径为每个表面的曲率半径，单位为mm。间隔是指两相邻表面间的距离。例如，表面S1的间距，即表面S1至表面S2的距离。S为每个透镜的表面，数值小的一侧朝向物方，数值大的一侧朝向像方。备注栏中各透镜所对应的厚度、光学材料请参照同行中的各间距以及光学材料对应的数值。材料折射率和阿贝数为透镜的物理特性。此外，表面S10为光阑面。表2列出第二透镜的表面S3的非球面系数。表2表面kABCS30-2.5374E-73.6331E-11-7.535E-14第二透镜的非球面的面型方程为：其中，Z为非球面矢高；c为顶点曲率半径；k为圆锥曲线系数；A、B、C分别为非球面系数；y为非球面表面上点的径向坐标。表3列出本实施例光学系统的一些重要参数。表3投射比(0.7”面板)焦距(mm)F(光圈)数后焦距0.751502.115表3中包括投射比、焦距、F(光圈)数和后焦距，与传统的仅适用于一种投影仪的光学系统相比，本实施例采用非球面和低色散次材料达到了大投射比、长后焦距的目的，同时，非球面S3的非球面系数均进行了优化控制，使得非球面的表面面型能用普通模压技术制造，从而降低了对加工工艺的要求，能实现批量压铸生产，有利于减少加工成本，提高加工效率。图2给出了系统的光学传递函数情况，在频率36线对处系统的光学传递函数均大于0.4，具有良好的成像质量。图3为系统的场曲和畸变图。可以看出，光学系统的畸变在全视场内均小于0.5％，同时，场曲在全视场内均小于0.1，保证了系统成像的优良品质。图4为系统的点列图。可以看出，光学系统的成像光斑小，各个波段的光线集中度高，最边缘视场的光斑小于42μm，极大程度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用型短焦投影光学系统，其特征在于，所述系统包括：光学透镜、光阑和光学棱镜，所述系统依次设置为：具有负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、负光焦度的第三透镜组、光阑、正光焦度的第四透镜组、光学棱镜；所述第一透镜组含非球面树脂元件；第四透镜组含低色散玻璃材料；所述通用型短焦投影光学系统的焦距f，所述第一透镜组的焦距f1，其中，‑0.15＜f/f1＜‑0.6；所述通用型短焦投影光学系统的后焦距为BFL，其中，13＜BFL＜17；所述通用型短焦投影光学系统的最大口径为D，其中，D＜60mm。

【技术特征摘要】
1.一种通用型短焦投影光学系统，其特征在于，所述系统包括：光学透镜、光阑和光学棱镜，所述系统依次设置为：具有负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、负光焦度的第三透镜组、光阑、正光焦度的第四透镜组、光学棱镜；所述第一透镜组含非球面树脂元件；第四透镜组含低色散玻璃材料；所述通用型短焦投影光学系统的焦距f，所述第一透镜组的焦距f1，其中，-0.15＜f/f1＜-0.6；所述通用型短焦投影光学系统的后焦距为BFL，其中，13＜BFL＜17；所述通用型短焦投影光学系统的最大口径为D，其中，D＜60mm。2.如权利要求1所述的通用型短焦投影光学系统，其特征在于，所述第一透镜组为一片凸面朝物方的负透镜玻璃和一片双凹非球面树脂；所述第二透镜组为一片双凸面玻璃；所述第三透镜组为一组双胶合负透镜玻璃；所述第四透镜组为一组三胶合玻璃和一片双凸面玻璃。3.如权利要求2所述的通用型短焦投影光学系统，其特征在于，第一透镜组含...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏炜，刘琳，
申请(专利权)人：北京和光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11