一种低投射比光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低投射比光学系统，涉及光学系统领域，针对镜头设计中无法在保证像质的前提下同时兼顾成本与小型化的问题，本发明专利技术提出采用多胶合透镜、玻璃非球面、塑胶非球面混合的方案，有效补偿了镜头各群组的色差，降低了通常在后群镜组补偿的难点，可以有效平衡镜组间的像差，降低系统的敏感度，实现小体积下，更短的投射比，而且本发明专利技术技术方案整体机构紧凑，通过光阀、球面透镜、胶合透镜、反射镜以及合理的材料搭配实现低投射比和高分辨率的成像质量的同时，让镜头在体积和可制造性方面均有较大提升。面均有较大提升。面均有较大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种低投射比光学系统


[0001]本专利技术涉及光学系统领域，尤其涉及一种低投射比光学系统。

技术介绍

[0002]投影显示市场广阔，但是镜头作为投影显示中的核心技术之一，从设计到加工难度都比较高，尤其是在保证像质的前提下同时兼顾成本与小型化，是镜头设计中的一大难点。
[0003]目前超短焦投影镜头采用的技术方案，使用折反混合系统，反射系统应用曲面反射可以缩短投影距离，市场上为了降低设计难度和提升可制造性，投射比通常设计在0.3~0.22之间，使用单一的系统架构，没有充分发挥各个群组之间协同的作用，这样在大的投影画面应用上，投影距离没法更进一步缩小，增加了光线进入屏幕的角度，对镜头的性能提出更高的要求。通常的设计方案在低投射比的投影条件时，边缘光线的矫正能力存在不足，特别是在画面的角落位置劣化明显，无法有效改善镜头的大角度的像质劣化问题，影响产品的应用场景。
[0004]因此亟需设计出更低投射比的超短焦镜头，进一步提升产品性能。

技术实现思路

[0005]针对镜头设计中无法在保证像质的前提下同时兼顾成本与小型化的问题，本专利技术提出采用多胶合透镜、玻璃非球面、塑胶非球混合的方案，重点在分镜组加入了胶合透镜，有效补偿了镜头各群组的色差，降低了通常在后群镜组补偿的难点，结合不同的反射面形态和出射面的曲率控制，可以有效平衡镜组间的像差，降低系统的敏感度，实现小体积下，更短的投射比。
[0006]本专利技术提出一种低投射比光学系统，具体包括依次设置的光阀、照明棱镜、影像偏置镜和投影镜头，所述投影镜头包括折射系统及反射系统，折射系统由1个玻璃非球面镜、15个玻璃球面镜和1个塑胶非球面镜组成，所述15个玻璃球面镜由4个双胶合透镜、1个三胶合透镜和4个单透镜组成，且在塑胶非球面镜前放置1个双胶合透镜，三胶合透镜和双胶合透镜共同实现对光学镜头中的轴向色差、垂轴色差进行校正，反射系统包括第18透镜，所述第18透镜为塑胶材料的非球面或自由曲面反射镜，采用奇偶混合非球面方程，用于增强边缘光线的矫正。
[0007]进一步的，所述光阀为DMD芯片或LCOS芯片。
[0008]进一步的，所述照明棱镜为TIR全反射棱镜。
[0009]进一步的，所述折射系统依次由第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组构成，在第一透镜组和第二透镜组之间设置有孔径光阑，且所述孔径光阑靠近第二透镜组，所述第一透镜组从影像偏置镜到孔径光阑方向依次为：第1透镜，为单透镜，第2透镜，为玻璃非球面镜，第3透镜、第4透镜、第5透镜组合成的三胶合透镜，第6透镜，为单透镜，
第7透镜、第8透镜组成的双胶合透镜，所述第二透镜组从孔径光阑到第12透镜方向依次为：第9透镜、第10透镜组成的双胶合透镜，第11透镜、第12透镜组成的双胶合透镜，所述第三透镜组从第13透镜到反射系统方向依次为：第13透镜，为单透镜，第14透镜、第15透镜组成的双胶合透镜，第16透镜，为塑胶非球面镜，第17透镜，为单透镜。
[0010]进一步的，所述投影镜头的参数为：第4透镜的阿贝数选取范围在25~35，折射率范围在1.9~2.2；第7透镜的折射率取值范围在1.9~2.2；第8透镜的阿贝数范围在40~50；第15透镜的阿贝数范围在20~28，折射率范围在1.7~1.9；第16透镜的折射率为1.5；第18透镜的折射率为1.5。
[0011]进一步的，所述折射系统，从第1透镜到第17透镜方向的透镜的光焦度分配分别为正、正、正、负、正、正、负、正、正、负、正、负、正、正、负、负、负，折射系统总的光焦度为正光焦度，反射系统总的光焦度为正光焦度。
[0012]进一步的，所述折射系统及反射系统产生正的屈光度，折射系统的总长度L1，折射系统和反射系统之间的间距L2，满足条件：0.5<L1/L2<2。
[0013]进一步的，所述投影镜头的等效焦距长F1，折射系统的等效焦距长F2，反射系统的等效焦距长F3，满足条件：3<|F2/F1|<6，8<|F3/F1|<12。
[0014]进一步的，所述光阀到第1透镜的距离BFL，满足条件：0.1<BFL/(L1+L2)<0.25。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：其一，本专利技术通过采用多胶合透镜、玻璃非球面、塑胶非球混合的方案，结合不同的反射面形态和出射面的曲率控制，可以有效平衡镜组间的像差，降低系统的敏感度，实现小体积镜头全长仅为190mm，更短的投射比，大光圈条件下，投射比实现0.18；其二，本专利技术通过在分镜组加入了胶合透镜，有效补偿了镜头各群组的色差，降低了通常在后群镜组补偿的难点，实现了低的投射比设计方案，用较小的体积提升了镜头性能；其三，本专利技术技术方案整体结构紧凑，通过光阀、球面透镜、胶合透镜、反射镜以及合理的材料搭配实现了低投射比和高分辨率的成像质量的同时，同时让镜头在体积和可制造性方面均有较大提升。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为低投射比光学系统的结构示意图；图2为折射系统的结构示意图；图3为低投射比光学系统成像光路示意图；
图4为不同视场条件下的光斑点列图。
[0018]附图标记：1、光阀；2、照明棱镜；3、影像偏置镜；4、投影镜头；41、折射系统；411、第1透镜；412、第2透镜；413、第3透镜；414、第4透镜；415、第5透镜；416、第6透镜；417、第7透镜；418、第8透镜；419、第9透镜；4110、第10透镜；4111、第11透镜；4112、第12透镜；4113、第13透镜；4114、第14透镜；4115、第15透镜；4116、第16透镜；4117、第17透镜；42、反射系统；421、第18透镜；5、孔径光阑。
具体实施方式
[0019]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本专利技术为进一步解释具体的
技术实现思路
而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本专利技术明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本专利技术的保护范围的理解。
[0021]下面结合附图（表）对本专利技术的具体实施方式做出说明。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低投射比光学系统，其特征在于，具体包括依次设置的光阀（1）、照明棱镜（2）、影像偏置镜（3）和投影镜头（4），所述投影镜头（4）包括折射系统（41）及反射系统（42），折射系统（41）由1个玻璃非球面镜、15个玻璃球面镜和1个塑胶非球面镜组成，所述15个玻璃球面镜由4个双胶合透镜、1个三胶合透镜和4个单透镜组成，且在塑胶非球面镜前放置1个双胶合透镜，三胶合透镜和双胶合透镜共同实现对光学镜头中的轴向色差、垂轴色差进行校正，反射系统（42）包括第18透镜（421），所述第18透镜（421）为塑胶材料的非球面或自由曲面反射镜，采用奇偶混合非球面方程，用于增强边缘光线的矫正。2.根据权利要求1所述的一种低投射比光学系统，其特征在于，所述光阀（1）为DMD芯片或LCOS芯片。3.根据权利要求1所述的一种低投射比光学系统，其特征在于，所述照明棱镜（2）为TIR全反射棱镜。4.根据权利要求1所述的一种低投射比光学系统，其特征在于，所述折射系统（41）依次由第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组构成，在第一透镜组和第二透镜组之间设置有孔径光阑（5），且所述孔径光阑（5）靠近第二透镜组，所述第一透镜组从影像偏置镜（3）到孔径光阑（5）方向依次为：第1透镜（411），为单透镜，第2透镜（412），为玻璃非球面镜，第3透镜（413）、第4透镜（414）、第5透镜（415）组合成的三胶合透镜，第6透镜（416），为单透镜，第7透镜（417）、第8透镜（418）组成的双胶合透镜，所述第二透镜组从孔径光阑（5）到第12透镜（4112）方向依次为：第9透镜（419）、第10透镜（4110）组成的双胶合透镜，第11透镜（4111）、第12透镜（4112）组成的双胶合透镜，所述第三透镜组从第13透镜（4113）到反射系统（42）方向依次为：第13透镜（4113），为单透镜，第14透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭跃武，徐航宇，雷禄，
申请(专利权)人：沂普光电天津有限公司，
类型：发明
国别省市：