一种用于桌面投影的超短焦物镜制造技术

本发明专利技术公开一种用于桌面投影的超短焦物镜，包括：显示芯片，用于显示待投影物面；折射透镜组，设置于所述显示芯片的成像光路上，包括位于同一主光轴上的多个球面透镜和非球面透镜，用于平衡所述投影物面光线经过所述折射透镜组形成的像差；反射镜组，用于减小所述折射透镜组引起的场曲和畸变，反射由所述折射透镜组出射的成像光束，使图像成像于桌面上。本发明专利技术通过多个球面透镜和两个非球面透镜配合，平衡投影物面光线经过折射透镜组形成的像差；通过反射镜组减小场曲和畸变，并反射光线，实现短距离和高质量的投影大图像。

Ultra-Short Focus Object for Desktop Projection

The invention discloses an ultra-short focus objective lens for desktop projection, which comprises a display chip for displaying the object to be projected, a refractive lens group, arranged on the imaging optical path of the display chip, including a plurality of spherical and non-spherical lenses on the same main optical axis, for balancing the aberration formed by the projected object light passing through the refractive lens group, and a reflector group. It is used to reduce the field curvature and distortion caused by the refractive lens group, to reflect the imaging beam emitted by the refractive lens group, and to image the image on the desktop. The method balances the aberration of projected object light through refractive lens group by combining multiple spherical lenses and two aspherical lenses, reduces field curvature and distortion through reflector group, and reflects light, realizes large projected images of short distance and high quality.

【技术实现步骤摘要】
一种用于桌面投影的超短焦物镜
本专利技术涉及光电显示行业中的投影技术，尤其涉及用于成像显示的超短焦投影镜头系统。
技术介绍
随着半导体技术的快速发展，数字光处理(DLP)投影仪，液晶显示(LCD)投影仪、硅晶(LCoS)投影仪等投影仪器在提高像素的同时，也在朝着小型化的方向发展，以满足消费者对投影画面品质以及便携性的要求。超短焦投影技术由于其在短距离内能够投影大画面、提高空间利用率的优势，在短焦投影市场上得到了广泛的关注。目前市场上的超短焦投影镜头包括三种方式：反射式，折射式，混合式。由于投影镜头主要采用的是折射透镜，难以避免像面会产生畸变、色差、彗差等像差。混合式的超短焦投影镜头通过最后的反射镜来减少折射透镜组引起的场曲和畸变，提高成像的质量。目前市场上推出的一些超短焦投影镜头为了降低了生产成本和装配难度，放弃了非球面透镜以及双胶合透镜结构，但是也由此造成了一些缺陷，一方面增加了球面透镜的使用数量，降低了系统的便利性；另一方面也增加了系统的像差，成像质量相对较差。目前市场上的超短焦投影镜头大多是使用在墙面投影的镜头，在桌面上实现投影的超短焦物镜的系统并不常见，而这种镜头在一些交互式智能音箱、游戏机等设备中的使用需求日渐增大。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于桌面投影的超短焦物镜，采用了适量的双胶合透镜和非球面透镜，在保持生产加工便利性的同时，提高了成像的质量，能够实现短距离投影大图像。本专利技术提供一种用于桌面投影的超短焦物镜，包括：显示芯片，用于显示待投影物面；折射透镜组，设置于所述显示芯片的成像光路上，所述透镜组包括多个球面透镜及非球面透镜，光线经过不同的球面透镜会产生正像差和负像差，通过多个透镜的配合作用，可以平衡投影物面光线经过折射透镜组产生的像差；反射镜组，位于所述折射透镜组背离所述显示芯片的一侧，用于减小所述折射透镜组引起的场曲和畸变，并反射光线，在桌面上形成放大的投影像面。可选地，还包括：折射棱镜，设置于所述显示芯片和所述显示折射透镜组之间，用于扩大成像光束的照射角度；可选地，所述折射透镜组包括沿光路排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜；所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为平凹透镜，所述第四透镜为凸凹透镜，所述第五透镜为凹凸透镜，所述第六透镜为凹凸透镜，所述第七透镜为凸凹透镜；所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为凹凸透镜，所述第十透镜为双凹的非球面透镜，所述第十一透镜为凸凹的非球面透镜。各透镜光学中心位于同一主光轴上，其中加入的两片非球面透镜的折射率分别为1.64和1.49，在一定程度上节省了整个系统的透镜使用量，同时也提高了系统的性能，减小了像差。可选地，孔径光阑设置于所述第七透镜与第八透镜之间，用于控制景深、成像物空间的范围以及像的亮度。所述折射透镜组和所述孔径光阑在同一主光轴上，显示芯片相对主光轴有偏置，反射镜组相对于主光轴有偏置。可选地，所述第二透镜和所述第三透镜胶合为一个整体，所述第四透镜和所述第五透镜胶合为一个整体，所述第六透镜和所述第七透镜胶合为一个整体。可选地，所述第二透镜的厚度大于所述第三透镜的厚度；所述第二透镜的折射率小于所述第三透镜的折射率；所述第二透镜的阿贝数大于所述第三透镜的阿贝数；所述第四透镜的厚度小于所述第五透镜的厚度；所述第四透镜的折射率大于所述第五透镜的折射率；所述第四透镜的阿贝数小于所述第五透镜的阿贝数；所述第六透镜的厚度大于所述第七透镜的厚度；所述第六透镜的折射率小于所述第七透镜的折射率；所述第六透镜的阿贝数大于所述第七透镜的阿贝数。可选地，所述折射透镜组只包含两个非球面透镜，能降低系统的公差敏感性，有效减少生产、检验和装配成本。可选地，非球面透镜为偶次非球面，且非球面系数的阶数不超过十阶。可选地，所述第十透镜的材质为高折射率材料OKP1，所述第十一透镜的材质为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。可选地，所述反射镜组包括平面反射镜和非球面反射镜。可选地，所述非球面反射镜为凹面，且非球面系数的阶数不超过十二阶，其面型由下式确定；其中，z为矢高，c为曲面顶点处的曲率，r为曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离，k为圆锥系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8表示偶次项对应的系数。可选地，所述显示芯片为数字微镜器件DMD，包含1080P、WXGA、XGA等各种分辨率。所述显示芯片、折射透镜组和反射镜组过程的投影物镜系统能提供6.615mm的最大视场(物面高度)，放大倍率约为55～65倍，像空间NA为0.0066，后焦81.14mm，满足在1080P、WXGA、XGA等各分辨率下的高质量成像。本专利技术的优点是，能够在桌面上实现短距离投影大图像，并提高成像质量。设计过程中使用了两片易加工的非球面透镜和一片非球面反射镜，其余全部采用球面透镜，最大地减少了机械结构的装配带来的误差。整个系统全部采用常用环保玻璃，结构简单，零件工艺好，性价比高，适合规模化生产。附图说明图1是本专利技术超短焦物镜系统的具体结构示意图；图2是本专利技术超短焦物镜系统的整体成像示意图；图3是本专利技术超短焦物镜系统在屏幕上各视场的MTF曲线；图4是本专利技术超短焦物镜系统在视场1的畸变图。具体实施方式为使本专利技术的结构、特征及优点更加清晰明了，现结合附图对本专利技术作进一步详细说明，但不应理解为对本专利技术保护范围的任务限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1是本专利技术超短焦物镜的具体结构示意图。该超短焦物镜包括：显示芯片100，折射透镜组200和反射镜组300。显示芯片100是一种数字微镜器件DMD，用于调制从投影机照明系统出射的光束，以显示微图像，且用于充当物镜的物面，本专利技术支持1080P、WXGA、XGA等各种分辨率的DMD芯片，均能满足高质量成像。折射棱镜120设置于显示芯片110和折射透镜组200之间，用于扩大成像光束的照射角度。折射透镜组200，设置于显示芯片100的成像光路上，用于平衡系统的像差，包括沿光路依次排列的第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203、第四透镜204、第五透镜205、第六透镜206、第七透镜207、第八透镜208、第九透镜209、第十透镜210和第十一透镜211。第一透镜201为双凸透镜，第二透镜202为双凸透镜，第三透镜203为平凹透镜，第四透镜204为凸凹透镜，第五透镜205为凹凸透镜，第六透镜206为凹凸透镜，第七透镜207为凸凹透镜。第八透镜208为双凸透镜，第九透镜209为凹凸透镜，第十透镜210为双凹的非球面透镜，第十一透镜211为凸凹的非球面透镜。孔径光阑220设置于第七透镜207和第八透镜208之间，可以提高成像清晰度，控制景深，改善成像质量，并且还能控制成像物空间的范围以及控制像面的亮度。反射镜组300，设置于折射透镜组200之后，包括依次设置的平面反射镜310和非球面反射镜320；用于校准折射透镜组200的场曲和畸变，并反射成像光束，使图像成像于桌面上。可选的，第二透镜202和第三透镜203胶合为一个整体，第四透镜204和第五透镜205胶合为一个整体，第六透镜206和第七透镜207胶合为一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，包括：显示芯片，用于显示待投影物面；折射透镜组，设置于所述显示芯片的成像光路上，包括位于同一主光轴上的多个球面透镜和非球面透镜，用于平衡所述投影物面光线经过所述折射透镜组形成的像差；反射镜组，用于减小所述折射透镜组引起的场曲和畸变，反射由所述折射透镜组出射的成像光束，使图像成像于桌面上。

【技术特征摘要】
1.一种用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，包括：显示芯片，用于显示待投影物面；折射透镜组，设置于所述显示芯片的成像光路上，包括位于同一主光轴上的多个球面透镜和非球面透镜，用于平衡所述投影物面光线经过所述折射透镜组形成的像差；反射镜组，用于减小所述折射透镜组引起的场曲和畸变，反射由所述折射透镜组出射的成像光束，使图像成像于桌面上。2.如权利要求1所述的用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，所述显示芯片与折射透镜组间设有折射棱镜，用于扩大成像光束的照射角度。3.如权利要求1所述的用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，所述折射透镜组包括沿光路依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜；所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为平凹透镜，所述第四透镜为凸凹透镜，所述第五透镜为凹凸透镜，所述第六透镜为凹凸透镜，所述第七透镜为凸凹透镜，所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为凹凸透镜，所述第十透镜为双凹的非球面透镜，所述第十一透镜为凸凹的非球面透镜。4.如权利要求3所述的用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，所述第七透镜与所述第八透镜间设有孔径光阑，用于控制景深、成像物空间的范围以及像的亮度。5.如权利要求3所述的用于桌面投影的超短焦物镜，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜胶合为一个整体，所述第四透镜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑臻荣，王旭成，陶骁，吴仍茂，孙鹏，常胜倩，丁章浩，张金雷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33