專利名稱：一種高分辯率廣角投影鏡頭及投影儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學技術領域，特別是涉及高分辯率廣角投影鏡頭及投影儀。
背景技術：
目前普遍使用的投影鏡頭的焦距較大，視場角較小，視場角一般小于60度，因此投射比例(Throw Ratio)較大，投射比例一般大于2。在投影鏡頭的實際應用中，在投射距離為I米時，投射圖象小于50英寸，不能很好地滿足在較小空間投射較大圖象的要求。現在雖然有個別型號的投影鏡頭投射比例小于1，但由于對比度和清晰度較差，色差較大或者存在視覺(TV)畸變，也不能很好地滿足市場的需求。

發明內容
本發明主要解決的技術問題是提供一種高分辯率廣角投影鏡頭及投影儀，能夠實現校正色差、提高對比度和均勻性。為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是提供一種高分辯率廣角投影鏡頭，其焦距投射比例小于O. 6，并且包括沿第一方向依次設置的第一透鏡組、第二透鏡組、光闌以及第三透鏡組。其中，鏡頭包括以第一方向為參考而設置于第三透鏡組前面的棱鏡組合。其中，第一透鏡組包括沿第一方向依次設置的第一凸凹負透鏡、凸凹非球面鏡以及第二凸凹負透鏡，或沿第一方向依次設置的第一凸凹負透鏡、凸凹非球面鏡以及第一雙凹負透鏡。其中，第一透鏡組焦距為F1，F1介于-13毫米與-12毫米之間；第一凸凹負透鏡焦距為Fl-I，Fl-I介于-120毫米與-110毫米之間；凸凹非球面鏡焦距為Fl_2，F1-2介于-55 毫米與-45毫米之間；第二凸凹負透鏡或第一雙凹負透鏡焦距為Fl-3，F1-3介于-40毫米與-30毫米之間，凸凹非球面鏡的材料為有機玻璃，第一凸凹負透鏡材料的折射率為nl-1， nl-1介于I. 48與I. 62之間；第二凸凹負透鏡或第一雙凹負透鏡材料的折射率為nl_3， nl-3介于I. 6與I. 7之間。其中，第二透鏡組包括沿第一方向依次設置的第三凸凹負透鏡、第一雙凸正透鏡以及第二雙凸正透鏡。其中，第二透鏡組焦距為F2，F2介于30毫米與40毫米之間；第三凸凹負透鏡焦距為F2-1，F2-1介于75毫米與85毫米之間；第一雙凸正透鏡焦距為F2_2，F2-2介于75毫米與85毫米之間；第二雙凸正透鏡焦距為F2-3，F2-3介于60毫米與80毫米之間，第三凸凹負透鏡材料的折射率為n2-l，n2-l介于I. 8與I. 85之間；第一雙凸正透鏡材料的折射率為n2-2，n2-2介于I. 75與I. 81之間；第二雙凸正透鏡材料的折射率為n2_3，n2_3介于
1.6與I. 66之間，第三凸凹負透鏡與第一雙凸正透鏡為膠合或雙分離組合。其中，第三透鏡組包括沿第一方向依次設置的第三雙凸正透鏡、第四凹凸負透鏡、 第二雙凹負透鏡、第四雙凸正透鏡、第五雙凸正透鏡、第六雙凸正透鏡以及第七雙凸正透鏡，或沿第一方向依次設置的第三雙凸正透鏡、第四凹凸負透鏡、第二雙凹負透鏡、第四雙凸正透鏡、第五凹凸正透鏡、第六雙凸正透鏡以及第七雙凸正透鏡。其中，第三透鏡組焦距為F3，F3介于40毫米與50毫米之間；第三雙凸正透鏡焦距為F3-1，F3-1介于-300毫米與-200毫米之間；第四凹凸負透鏡焦距為F3_2，F3-2介于-300毫米與-200毫米之間；第二雙凹負透鏡焦距為F3-3，F3-3介于-100毫米與-80毫米之間；第四雙凸正透鏡焦距為F3-4，F3-4介于-100毫米與-80毫米之間；第五雙凸正透鏡或第五凹凸正透鏡焦距為F3-5，F3-5介于140毫米與160毫米之間；第六雙凸正透鏡焦距為F3-6，F3-6介于85毫米與110毫米之間；第七雙凸正透鏡焦距為F3_7，F3-7介于35 毫米與45毫米之間，第三雙凸正透鏡材料的折射率為n3-l，n3-l介于I. 48與-I. 52之間； 第四凹凸負透鏡材料的折射率為n3-2，n3-2介于I. 8與I. 85之間；第二雙凹負透鏡材料的折射率為n3-3，n3-3介于I. 8與I. 85之間；第四雙凸正透鏡材料的折射率為η3_4，η3_4 介于I. 48與I. 52之間；第五雙凸正透鏡或第五凹凸正透鏡材料的折射率為η3-5，η3_5介于I. 48與I. 52之間；第六雙凸正透鏡材料的折射率為η3-6，η3-6介于I. 48與I. 52之間； 第七雙凸正透鏡材料的折射率為η3-7，η3-7介于I. 8與I. 85之間，第三雙凸正透鏡、第四凹凸負透鏡、第二雙凹負透鏡和第四雙凸正透鏡為膠合組合。為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是提供一種高分辯率廣角投影儀，包括被投影芯片和的高分辯率廣角投影鏡頭，以第一方向為參考，被投影芯片設置于第三透鏡組前面。其中，投影儀包括位于第三透鏡組和被投影芯片之間的棱鏡組合。本發明的有益效果是區別于現有技術的情況，本發明通過第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組分別進行色差校正，可以實現更好地校正投影鏡頭的色差。并且，利用光闌和第三透鏡組可以實現象方遠心設計，可以提高投影鏡頭的對比度和均勻性。本發明與現有技術相比，能夠校正投影鏡頭的色差，提高投影鏡頭的對比度和均勻性，滿足了投影鏡頭的市場需求。


圖I是本發明高分辯率廣角投影鏡頭一實施例的結構示意圖；圖2是本發明高分辯率廣角投影儀一實施例的結構示意圖；圖3是本發明高分辯率廣角投影儀一實施例的光路軌跡示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。參閱圖1，本發明高分辨率投影儀一實施例包括沿第一方向依次設置的第一透鏡組11、第二透鏡組12、光闌13以及第三透鏡組14。第一透鏡組11、第二透鏡組12、以及第三透鏡組14間隔設置，光闌13位于第二透鏡組12與第三透鏡組14之間。在實際過程中，可以在沿第一方向，前后移動第一透鏡組11實現調焦，也可以在沿第一方向，前后移動第二透鏡組12實現調焦。其中，設置光闌13可以實現象方遠心光路設計，也可以提高對比度和均勻性。此外，第一透鏡組11、第二透鏡組12和第三透鏡組14能夠分別進行色差校正。
鏡頭包括以第一方向為參考而設置于第三透鏡組前面的棱鏡組合15，棱鏡組合 15可以為熱紅外光譜棱鏡(TIR)、偏振分光棱鏡(PBS)或多棱鏡(X棱鏡)。以第一方向為參考，被投影芯片16設置于第三透鏡組14前面，被投影芯片16可以為數字光處理顯示器(DLP)、硅基液晶顯示器(LCOS)或液晶顯示器(LCD)。根據不同的照明系統和不同的被投影芯片可以選擇不同的棱鏡組合15或者取消棱鏡組合15。根據照明系統的不同，在被投影芯片16為數字光處理顯示器時，棱鏡組合15選擇熱紅外光譜棱鏡；在被投影芯片16為娃基液晶顯不器時,棱鏡組合15選擇偏振分光棱鏡； 在被投影芯片16為液晶顯示器時，棱鏡組合15選擇多棱鏡。另外根據不同的照明應用，也可以選擇取消棱鏡組合15。參閱圖2，第一透鏡組11沿第一方向依次設置第一凸凹負透鏡21、凸凹非球面鏡
22、第一雙凹負透鏡23。第一凸凹負透鏡21、凸凹非球面鏡22、第一雙凹負透鏡23均為負性透鏡。第一雙凹負透鏡23可以被第二凸凹負透鏡所代替。凸凹非球面鏡22的材料為有機玻璃。通過前后移動第一透鏡組11可以實現調焦的目的。凸凹非球面鏡22可以校正TV畸變；此外，第一透鏡組11通過沿第一方向依次設置的第一凸凹負透鏡21、凸凹非球面鏡22、第一雙凹負透鏡23可以實現校正色差。第一透鏡組11焦距為Fl，Fl介于-13毫米與-12毫米之間；第一凸凹負透鏡21 焦距為Fl-1，Fl-I介于-120毫米與-110毫米之間；凸凹非球面鏡22焦距為Fl_2，F1-2 介于-55毫米與-45毫米之間；第一雙凹負透鏡23焦距為Fl-3，Fl-3介于-40毫米與-30 毫米之間，第一凸凹負透鏡21材料的折射率為nl-1，nl-1介于I. 48與I. 62之間；第一雙凹負透鏡23材料的折射率為nl-3，nl-3介于I. 6與I. 7之間。第二透鏡組12沿第一方向依次設置第三凸凹負透鏡31、第一雙凸正透鏡32以及第二雙凸正透鏡33。第三凸凹負透鏡31與第一雙凸正透鏡32可以為膠合組合也可以為雙分離組合。第三凸凹負透鏡31、第一雙凸正透鏡32以及第二雙凸正透鏡33均為正性透鏡。其中，前后移動第二透鏡組12可以實現內調焦的目的。第二透鏡組12通過沿第一方向依次設置第三凸凹負透鏡31、第一雙凸正透鏡32 以及第二雙凸正透鏡33可以實現色差校正。第二透鏡組12焦距為F2，F2介于30毫米與40毫米之間；第三凸凹負透鏡31焦距為F2-1，F2-1介于75毫米與85毫米之間；第一雙凸正透鏡32焦距為F2_2，F2-2介于 75毫米與85毫米之間；第二雙凸正透鏡33焦距為F2-3，F2-3介于60毫米與80毫米之間， 第三凸凹負透鏡31材料的折射率為n2-l，n2-l介于I. 8與I. 85之間；第一雙凸正透鏡32 材料的折射率為n2-2，n2-2介于I. 75與I. 81之間；第二雙凸正透鏡33材料的折射率為 n2-3，n2-3介于I. 6與I. 66之間，第三凸凹負透鏡31與第一雙凸正透鏡21為膠合或雙分離組合。第三透鏡組14沿第一方向依次設置第三雙凸正透鏡41、第四凹凸負透鏡42、第二雙凹負透鏡43、第四雙凸正透鏡44、第五凹凸正透鏡45、第六雙凸正透鏡46以及第七雙凸正透鏡47。所述第五凹凸正透鏡45可以被第五雙凸正透鏡所代替；所述第三雙凸正透鏡 41、所述第四凹凸負透鏡42、所述第二雙凹負透鏡43和第四雙凸正透鏡44均為負性透鏡且為膠合組合；第五凹凸正透鏡45，第六雙凸正透鏡46，第七雙凸正透鏡47均為正性透鏡。第三透鏡組14可以校正色差，第三透鏡組14與光闌13組成象方遠心設計，可以提高對比度和均勻性。第三透鏡組14焦距為F3，F3介于40毫米與50毫米之間；第三雙凸正透鏡41焦距為F3-1，F3-1介于-300毫米與-200毫米之間；第四凹凸負透鏡42焦距為F3_2，F3_2介于-300毫米與-200毫米之間；第二雙凹負透鏡43焦距為F3-3，F3-3介于-100毫米與-80 毫米之間；第四雙凸正透鏡44焦距為F3-4，F3-4介于-100毫米與-80毫米之間；第五凹凸正透鏡45焦距為F3-5，F3-5介于140毫米與160毫米之間；第六雙凸正透鏡46焦距為 F3-6，F3-6介于85毫米與110毫米之間；第七雙凸正透鏡47焦距為F3_7，F3_7介于35毫米與45毫米之間，第三雙凸正透鏡41材料的折射率為n3-l，n3_l介于I. 48與-I. 52之間；第四凹凸負透鏡42材料的折射率為n3-2，n3-2介于I. 8與I. 85之間；第二雙凹負透鏡43材料的折射率為n3-3，n3-3介于I. 8與I. 85之間；第四雙凸正透鏡44材料的折射率為n3-4，n3-4介于I. 48與I. 52之間；第五凹凸正透鏡45材料的折射率為n3_5，n3_5介于I. 48與I. 52之間；第六雙凸正透鏡46材料的折射率為η3_6，η3_6介于I. 48與I. 52之間；第七雙凸正透鏡47材料的折射率為η3-7，η3-7介于I. 8與I. 85之間。根據對第一透鏡組、第一透鏡組以及第三透鏡組內部各個透鏡參數的設定，可以實現增大鏡頭的視場角，降低投射比例的目的，較好的滿足在較小空間投射較大圖像的要求。下面以O. 65英寸DMD芯片為例，給出本發明一高分辨率廣角投影鏡頭的光學系統
實施例的參數。投影鏡頭的參數如下
SURFRADIUSTHICKNESSMATERICAL2:69.590007.000000K9—CHINA3:30.860008.7200004:71.381475.000000PMMA5:18.0000020.7000006:INFINITY2.7420007:-89.380003.000000SLAL14—OHARA8:36.0880024.8700009:128.130003.000000STIH53 0HARA10:44.9300010.300000NBFD15—HOYA11:-105.100000.15000012:44.830007.000000ZF I—CHINA13:-735.7400024.440000STO:INFINITY6.85000015:225.720003.750000NPK52—SCHOTT16:-16.692001.200000STIH53 0HARA17:-69.309000.71000018:-205.780001.200000STIH53 0HARA19:28.180004.050000NPK52—SCHOTT20:-56.650003.64000021:-219.780002.600000NPK52—SCHOTT22:-47.074000.15000023:163.820003.350000NPK52—SCHOTT24:-105.630000.15000025:53.970004.300000STIH53 0HARA26:-79.190002.50000027:INFINITY24.000000K9—CHINA28:INFINITY1.00000029:INFINITY3.010000B1063—CORNFR30:INFINITY0.500000
S4非球面參數
4th Order Coefficient (A) 6th Order Coefficient (B) 8th Order Coefficient (C) 10th Order Coefficient (D) 12th Order Coefficient (E) 14th Order Coefficient (F) S5非球面參數
Conic Constant (K)
4th Order Coefficient (A) 6th Order Coefficient (B) 8th Order Coefficient (C) 10th Order Coefficient (D) 12th Order Coefficient (E) 14th Order Coefficient (F)
1.885783e-005 -1.578728e-008 -1.397818e-011 5.526000 e-014 -5.409204e-017 2.0408474 e-020
-1.767484 4.495645 e-005
1.751875 e-008 -1.448446e-010 -3.892293 e-014 8.180335 e-016 -9.183994 e-019參閱圖3，本發明高分辯率廣角投影儀一實施例的光路軌跡示意圖。從圖中我們可以看出光線51、光線52以及光線53在進入投影儀之前自上而下排布，光線51、光線52以及光線53在離開投影儀之后自下而上排布，出射圖像相對于入射圖像是倒置的。光線51、光線52以及光線53在依次通過第一透鏡組、第二透鏡組以及第三透鏡組的過程中，沿第一方向，光線的色差不斷得到更好校正。通過光闌和第三透鏡組形成的象方遠心設計，光線51、 光線52以及光線53的對比度和均勻性得到提高。按照對第一透鏡組、第二透鏡組以及第三透鏡組內部各個透鏡參數的設定，可以增加投影儀的視場角，降低投射比例。具體實施例可以達到的技術效果為視場角為105度，投射比例為O. 6，焦距F為 8.7mm。在投射距離為一米時，投射圖像為80英寸。區別于現有技術的情況，本發明通過所述第一透鏡組、所述第二透鏡組和所述第三透鏡組分別進行色差校正，可以實現更好地校正所述投影鏡頭的色差。并且，利用光闌和所述第三透鏡組可以實現象方遠心設計，可以提高所述投影鏡頭的對比度和均勻性。本發明與現有技術相比，能夠校正所述投影鏡頭的色差，提高所述投影鏡頭的對比度和均勻性， 滿足了所述投影鏡頭的市場需求。以上僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
1.一種高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于，其焦距投射比例小于O. 6，并且包括沿第一方向依次設置的第一透鏡組、第二透鏡組、光闌以及第三透鏡組。
2.根據權利要求I所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述鏡頭包括以第一方向為參考而設置于第三透鏡組前面的棱鏡組合。
3.根據權利要求I所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第一透鏡組包括沿第一方向依次設置的第一凸凹負透鏡、凸凹非球面鏡以及第二凸凹負透鏡，或沿第一方向依次設置的第一凸凹負透鏡、凸凹非球面鏡以及第一雙凹負透鏡。
4.根據權利要求3所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第一透鏡組焦距為Fl，Fl介于-13毫米與-12毫米之間；所述第一凸凹負透鏡焦距為Fl-LFl-I介于-120毫米與-110毫米之間；所述凸凹非球面鏡焦距為Fl-2，F1-2介于-55毫米與-45毫米之間；所述第二凸凹負透鏡或第一雙凹負透鏡焦距為Fl-3，F1-3介于-40毫米與-30毫米之間，所述凸凹非球面鏡的材料為有機玻璃，所述第一凸凹負透鏡材料的折射率為nl-1，nl-1介于I. 48與I. 62之間；所述第二凸凹負透鏡或第一雙凹負透鏡材料的折射率為nl-3，nl-3介于I. 6與I. 7之間。
5.根據權利要求I所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組包括沿第一方向依次設置的第三凸凹負透鏡、第一雙凸正透鏡以及第二雙凸正透鏡。
6.根據權利要求5所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第二透鏡組焦距為F2，F2介于30毫米與40毫米之間；所述第三凸凹負透鏡焦距為F2-1，F2-1介于75毫米與85毫米之間；所述第一雙凸正透鏡焦距為F2_2，F2_2介于75 毫米與85毫米之間；所述第二雙凸正透鏡焦距為F2-3，F2-3介于60毫米與80毫米之間， 所述第三凸凹負透鏡材料的折射率為n2-l，n2-l介于I. 8與I. 85之間；所述第一雙凸正透鏡材料的折射率為n2-2，n2-2介于I. 75與I. 81之間；所述第二雙凸正透鏡材料的折射率為n2-3，n2-3介于I. 6與I. 66之間，所述第三凸凹負透鏡與所述第一雙凸正透鏡為膠合或雙分離組合。
7.根據權利要求I所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第三透鏡組包括沿第一方向依次設置的第三雙凸正透鏡、第四凹凸負透鏡、第二雙凹負透鏡、第四雙凸正透鏡、第五雙凸正透鏡、第六雙凸正透鏡以及第七雙凸正透鏡，或沿第一方向依次設置的第三雙凸正透鏡、第四凹凸負透鏡、第二雙凹負透鏡、第四雙凸正透鏡、第五凹凸正透鏡、第六雙凸正透鏡以及第七雙凸正透鏡。
8.根據權利要求7所述的高分辯率廣角投影鏡頭，其特征在于所述第三透鏡組焦距為F3，F3介于40毫米與50毫米之間；所述第三雙凸正透鏡焦距為F3-1，F3-1介于-300毫米與-200毫米之間；所述第四凹凸負透鏡焦距為F3_2，F3-2 介于-300毫米與-200毫米之間；所述第二雙凹負透鏡焦距為F3-3，F3-3介于-100毫米與-80毫米之間；所述第四雙凸正透鏡焦距為F3-4，F3-4介于-100毫米與-80毫米之間； 所述第五雙凸正透鏡或第五凹凸正透鏡焦距為F3-5，F3-5介于140毫米與160毫米之間； 所述第六雙凸正透鏡焦距為F3-6，F3-6介于85毫米與110毫米之間；所述第七雙凸正透鏡焦距為F3-7，F3-7介于35毫米與45毫米之間，所述第三雙凸正透鏡材料的折射率為n3_l，n3-l介于I. 48與-I. 52之間；所述第四凹凸負透鏡材料的折射率為n3_2，n3_2介于I. 8 與I. 85之間；所述第二雙凹負透鏡材料的折射率為n3-3，n3_3介于I. 8與I. 85之間；所述第四雙凸正透鏡材料的折射率為n3-4，n3-4介于I. 48與I. 52之間；所述第五雙凸正透鏡或第五凹凸正透鏡材料的折射率為n3-5，n3-5介于I. 48與I. 52之間；所述第六雙凸正透鏡材料的折射率為n3-6，n3-6介于I. 48與I. 52之間；所述第七雙凸正透鏡材料的折射率為n3-7，n3-7介于I. 8與I. 85之間，所述第三雙凸正透鏡、所述第四凹凸負透鏡、所述第二雙凹負透鏡和所述第四雙凸正透鏡為膠合組合。
9.一種高分辯率廣角投影儀，其特征在于，包括被投影芯片和如權利要求I、3 8中任一項所述的高分辯率廣角投影鏡頭，以第一方向為參考，所述被投影芯片設置于第三透鏡組前面。
10.根據權利要求9所述的高分辯率廣角投影儀，其特征在于，所述投影儀包括位于第三透鏡組和被投影芯片之間的棱鏡組合。
全文摘要
本發明公開了一種高分辯率廣角投影鏡頭以及投影儀。該投影鏡頭焦距投射比例小于0.6，包括沿第一方向依次設置的第一透鏡組、第二透鏡組、光闌以及第三透鏡組；同時，本發明涉及一種高分辨率廣角投影儀，其中投影儀包括被投影芯片和高分辯率廣角投影鏡頭，以第一方向為參考，被投影芯片設置于第三透鏡組前面。通過上述結構，可以校正投影鏡頭及投影儀的色差，提高對比度和均勻性。
文檔編號G02B13/22GK102590985SQ20111036167
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉美鴻 申請人:深圳市億思達顯示科技有限公司