本發(fā)明涉及光電顯示行業(yè)的投影技術(shù)，尤其是一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來隨著投影技術(shù)的發(fā)展，投影儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用、教育、辦公等領(lǐng)域，其中，超短焦投影能夠在短距離投影的情況下投射出大尺寸的畫面，備受廣大用戶的喜愛。

目前市場上的超短焦投影鏡頭有兩種設(shè)計(jì)方式：1、采用折射式的反遠(yuǎn)距鏡頭結(jié)構(gòu)，鏡頭體積大，使用鏡片數(shù)量較多，為了校正畸變和場曲，不得不犧牲分辨率，導(dǎo)致分辨率偏低，制造公差敏感，無法批量生產(chǎn)；2、混合式的結(jié)構(gòu)即折射透鏡組件加反射透鏡組，目前采用這種結(jié)構(gòu)的超短焦鏡頭普遍分辨率偏低、投射比小，亮度低、投射距離變化時場曲和畸變明顯變大，導(dǎo)致解像力變差，并且投射距離的范圍較小，雖然少數(shù)鏡頭的分辨率達(dá)到了1080P，但是為了提高分辨率，卻犧牲了投射比，并增加較多非球面，導(dǎo)致制造良率低，無法批量生產(chǎn)；也有少部分鏡頭為了降低成本，采用塑膠非球面，導(dǎo)致鏡頭在投影機(jī)長時間使用時因高溫發(fā)熱而產(chǎn)生虛焦現(xiàn)象，目前市場上還沒有超短焦鏡頭能夠同時克服上述缺點(diǎn)。

因此，本發(fā)明正是基于以上的不足而產(chǎn)生的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)分辨率高，亮度高，高溫不虛焦，投射距離范圍大、不同投射距離下解像力不降低、畸變不變大、可批量生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在投射方向上依次設(shè)置有：照明系統(tǒng)、折射透鏡組件、非球面反射鏡；所述照明系統(tǒng)包括DMD芯片、等效棱鏡；

所述折射透鏡組件包括：

能相對DMD芯片前后移動的第一透鏡組，所述第一透鏡組的光焦度為正；

能相對DMD芯片前后移動的第二透鏡組，所述第二透鏡組的光焦度為正；

能相對DMD芯片前后移動的第三透鏡組，所述第三透鏡組的光焦度為負(fù)；

相對DMD芯片靜止的第四透鏡組，所述第四透鏡組的光焦度為正。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一透鏡組包括沿投射方向依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、光闌和第七透鏡；所述第二透鏡組包括第八透鏡；所述第三透鏡組包括第九透鏡；所述第四透鏡組包括沿投射方向依次設(shè)置的第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡和第十三透鏡。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述的DMD芯片相對于光軸偏離放置，使得DMD芯片的中心與光軸偏離距離為0.8mm-1mm。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一透鏡組的光焦度滿足0.03≤|φ₂₁₀|≤0.04；所述第二透鏡組的光焦度滿足0.004≤|φ₂₂₀|≤0.005；所述第三透鏡組的光焦度滿足0.03≤|φ₂₃₀|≤0.035；所述第四透鏡組的光焦度滿足0.007≤|φ₂₄₀|≤0.008，所述非球面反射鏡的光焦度滿足0.03≤|φ₃₀₀|≤0.033。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第十一透鏡的光焦度φ₁₁為負(fù)，所述第十透鏡的光焦度φ₁₀為正，光焦度滿足0.8≤|φ₁₁/φ₁₀|≤0.9；所述第十三透鏡的光焦度φ₁₃為負(fù)，所述第十二透鏡的光焦度φ₁₂為正，光焦度滿足0.2≤|φ₁₃/φ₁₂|≤0.3。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第六透鏡的光焦度為負(fù)，光焦度φ₆滿足：0.008≤|φ₆|≤0.009；所述第六透鏡的兩面均彎向DMD芯片；所述第五透鏡的光焦度為正，第四透鏡的光焦度為負(fù)，第四透鏡兩面均彎向非球面反射鏡，光焦度滿足0.04≤|φ₄/φ₅|≤0.041，折射率滿足0.3≤(ND₄-ND₅)≤0.4；所述第三透鏡的光焦度為正，所述第二透鏡的光焦度為負(fù)，第二透鏡的兩面均彎向非球面反射鏡，光焦度滿足0.014≤|φ₂/φ₃|≤0.016，折射率滿足0.4≤(ND₂-ND₃)≤0.43。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第二透鏡與所述第三透鏡通過光學(xué)膠水粘合，所述第四透鏡與所述第五透鏡通過光學(xué)膠水粘合。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一透鏡、第六透鏡、第八透鏡、第九透鏡和非球面反射鏡為玻璃非球面鏡片。

如上所述的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：所述第一透鏡、第六透鏡、第八透鏡、第九透鏡和非球面反光鏡的非球面表面形狀滿足方程式：

上述方程式中參數(shù)c為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k系數(shù)小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當(dāng)k系數(shù)等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)k系數(shù)介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k系數(shù)等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k系數(shù)大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到了如下效果：

1、本發(fā)明分辨率高，實(shí)現(xiàn)了0.18以下投射比，并在高溫狀態(tài)下不虛焦。

2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不同投射距離下的分辨率不降低和畸變不變大。

3、本發(fā)明通過對系統(tǒng)光焦度的合理分配，使裝配敏感度大幅度降低，可進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

【附圖說明】

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中：

圖1為本發(fā)明示意圖；

圖2為本發(fā)明光路示意圖；

附圖說明：100、照明系統(tǒng)；110、DMD芯片；120、等效棱鏡；200、折射透鏡組件；210、第一透鏡組；220、第二透鏡組；230、第三透鏡組；240、第四透鏡組；300、非球面反射鏡；1、第一透鏡；2、第二透鏡；3、第三透鏡；4、第四透鏡；5、第五透鏡；6、第六透鏡；7、第七透鏡；8、第八透鏡；9、第九透鏡；10、第十透鏡；11、十一透鏡；12、第十二透鏡；13、第十三透鏡；14、光闌。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。

如圖1和圖2所示，一種超短焦投影光學(xué)系統(tǒng)，在投射方向上依次設(shè)置有：照明系統(tǒng)100、折射透鏡組件200、非球面反射鏡300；所述照明系統(tǒng)100包括DMD芯片110、等效棱鏡120；

所述折射透鏡組件200包括：

相對DMD芯片110前后移動的第一透鏡組210，所述第一透鏡組210的光焦度為正；所述第一透鏡組相對DMD芯片可前后移動，補(bǔ)償鏡頭裝配時后焦的變化量。

能相對DMD芯片110前后移動的第二透鏡組220，所述第二透鏡組220的光焦度為正。

能相對DMD芯片110前后移動的第三透鏡組230，所述第三透鏡組230的光焦度為負(fù)。第三透鏡組和第二透鏡組為聯(lián)動組，相對DMD芯片110一起移動。

相對DMD芯片110靜止的第四透鏡組240，所述第四透鏡組240的光焦度為正。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述的第一透鏡組210包括沿投射方向依次設(shè)置的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、光闌14和第七透鏡7；所述第二透鏡組220包括第八透鏡8；第八透鏡8的兩面均彎向非球面反射鏡300；所述第三透鏡組230包括第九透鏡9；所述第四透鏡組240包括沿投射方向依次設(shè)置的第十透鏡10、第十一透鏡11、第十二透鏡12和第十三透鏡13。

如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述的DMD芯片110相對于光軸偏離放置，使得DMD芯片110的中心與光軸偏離距離為0.8mm-1mm。用來滿足折射透鏡組件200的出射光線經(jīng)過非球面反射鏡300后的光線與折射透鏡組件不干涉；DMD芯片為0.65英寸，其分辨率為1920*1080。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第一透鏡組210的光焦度滿足0.03≤|φ₂₁₀|≤0.04；所述第二透鏡組220的光焦度滿足0.004≤|φ₂₂₀|≤0.005；所述第三透鏡組230的光焦度滿足0.03≤|φ₂₃₀|≤0.035；所述第四透鏡組240的光焦度滿足0.007≤|φ₂₄₀|≤0.008，所述非球面反射鏡300的光焦度滿足0.03≤|φ₃₀₀|≤0.033。當(dāng)透鏡組按照上述光焦度分配時，可實(shí)現(xiàn)0.18以下投射比，高溫不虛焦，并可大幅度降低系統(tǒng)裝配公差的敏感度，可進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

第三透鏡組光焦度為負(fù)，第二透鏡組光焦度為正，第三透鏡組和第二透鏡組采用同步移動的方式，第三透鏡組和第二透鏡組光焦度滿足：6.5≤|φ₂₃₀/φ₂₂₀|≤6.8，第三透鏡組采用玻璃非球面，兩面均彎向DMD芯片，第二透鏡組220為玻璃非球面，兩面均背向DMD芯片，以上條件同時滿足后，可補(bǔ)償不同投射距離下的共軛距離變化量，實(shí)現(xiàn)較大范圍的投射距離，同時可校正不同投射距離下的場曲和畸變，使不同投射距離下的分辨率保持不變。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第十一透鏡11的光焦度φ₁₁為負(fù)，所述第十透鏡10的光焦度φ₁₀為正，光焦度滿足0.8≤|φ₁₁/φ₁₀|≤0.9；所述第十三透鏡13的光焦度φ₁₃為負(fù)，所述第十二透鏡12的光焦度φ₁₂為正，光焦度滿足0.2≤|φ₁₃/φ₁₂|≤0.3。能夠減小非球面反射鏡的尺寸，從而使光學(xué)系統(tǒng)體積小。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第六透鏡6的光焦度為負(fù)，光焦度φ₆滿足：0.008≤|φ₆|≤0.009；所述第六透鏡6的兩面均彎向DMD芯片；可校正光闌產(chǎn)生的光闌球差和慧差，并可加大后組光線的高度，實(shí)現(xiàn)較大光圈，提升投射畫面亮度；所述第五透鏡5的光焦度為正，第四透鏡4的光焦度為負(fù)，滿足0.04≤|φ₄/φ₅|≤0.041；折射率滿足0.3≤(ND₄-ND₅)≤0.4；所述第四透鏡4的兩面均彎向非球面反射鏡300；所述第三透鏡3的光焦度為正，所述第二透鏡2的光焦度為負(fù)，滿足0.014≤|φ₂/φ₃|≤0.016；折射率滿足0.4≤(ND₂-ND₃)≤0.43。可大幅度降低系統(tǒng)的高級像差，提升系統(tǒng)分辨率，降低系統(tǒng)對像差的敏感度，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。第一透鏡1采用玻璃非球面，校正系統(tǒng)其它鏡片產(chǎn)生的畸變和象散，使系統(tǒng)最終得到高質(zhì)量的成像。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第二透鏡2與所述第三透鏡3通過光學(xué)膠水粘合，所述第四透鏡4與所述第五透鏡5通過光學(xué)膠水粘合。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第一透鏡1、第六透鏡6、第八透鏡9、第九透鏡10和非球面反射鏡300為玻璃非球面鏡片。

如圖1和圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第一透鏡1、第六透鏡6、第八透鏡8、第九透鏡9和非球面反光鏡300的非球面表面形狀滿足方程式：

上述方程式中參數(shù)c為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當(dāng)k系數(shù)小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當(dāng)k系數(shù)等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當(dāng)k系數(shù)介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當(dāng)k系數(shù)等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當(dāng)k系數(shù)大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；α₁至α₈分別表示各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)。

以下案例為0.18投射比、分辨率為1080P的超短焦鏡頭的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)：

非球面反射鏡S1的系數(shù)為：

k：-1.484

a1：0

a2：-4.1775889e-008

a3：-1.7469322e-011

a4：1.7400545e-015

a5：-1.3744689e-019

a6：5.819994e-024

a7：-9.0128358e-029

第九透鏡9的第一面S10的系數(shù)為：

k：-1.209079

a1：0

a2：1.4598802e-005

a3：7.3836402e-009

a4：-1.0722255e-010

a5：2.2856103e-013

a6：-2.2696405e-016

a7：5.7114412e-020

第九透鏡9的第二面S11的系數(shù)為：

k：-0.7290704

a1：0

a2：3.2176776e-005

a3：1.5832509e-007

a4：5.9875149e-011

a5：-8.0436318e-013

a6：2.8736159e-015

a7：4.7557297e-018

第八透鏡8的第一面S12的系數(shù)為：

k：14.41962

a1：0

a2：7.714615e-007

a3：-4.3287749e-009

a4：-3.2946437e-011

a5：-9.887032e-014

a6：-1.4271619e-015

a7：-6.8875224e-018

a8：-1.7003567e-020

第八透鏡8的第二面S13的系數(shù)為：

k：-0.7130752

a1：0

a2：-1.4711743e-006

a3：4.3075608e-009

a4：-4.7317027e-011

a5：-2.0277632e-013

a6：-1.4895262e-016

a7：1.5629029e-018

a8：-7.1817264e-020

第六透鏡6的第一面S17的系數(shù)為：

k：21.03896

a1：0

a2：-7.4996101e-005

a3：9.4385801e-007

a4：-2.6751325e-008

a5：-4.8054944e-010

a6：2.7932337e-011

a7：-3.046491e-013

第六透鏡6的第二面S18的系數(shù)為：

k：0.6876403

a1：0

a2：-4.9595905e-005

a3：2.787858e-007

a4：1.0856431e-008

a5：-1.5897707e-010

a6：-1.7977373e-011

a7：4.0060191e-013

第一透鏡1的第一面S25的系數(shù)為：

k：-1.789004

a1：0

a2：8.263905e-006

a3：-1.7911823e-008

a4：3.7017951e-011

a5：4.6598193e-014

a6：7.4790277e-017

a7：6.4726266e-019

第一透鏡1的第二面S26的系數(shù)為：

k：-0.5580475

a1：0

a2：-2.9634338e-005

a3：2.3313592e-008

a4：-5.5797887e-011

a5：1.3393404e-013

a6：2.4826738e-016

a7：6.2566959e-019

超短焦投影鏡頭的投射范圍為0.35m至0.6m，超短焦投影鏡頭對焦時，移動第一透鏡組調(diào)整后焦，調(diào)整范圍為±0.1mm，后焦調(diào)整好后，第一透鏡組固定不動，第二透鏡組和第三透鏡組聯(lián)動進(jìn)行對焦，對焦時各透鏡組之間的間隔變化范圍如下：第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔為17.1mm～19.28mm,第二透鏡組與第三透鏡組之間的間隔為14.6mm～13.5mm，第三透鏡組與第四透鏡組之間的間隔為2.0mm～1.0mm。