一种用于LCD投影的物镜系统的制作方法

一种用于lcd投影的物镜系统
技术领域
1.本实用新型涉及投影物镜技术领域，特别是涉及一种用于lcd投影的物镜系统。


背景技术：

2.lcd投影机是液晶技术、照明科技以及集成电路的发展带来的高科技产物。其关键技术是液晶板的制造。lcd投影机利用液晶的光电效应，即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。
3.现有的许多lcd投影镜头为了满足低成本，会使用一些通用的镜头设计，尽管降低了镜头成本，但是往往投影的成像效果都比较差。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于lcd投影的物镜系统。本实用新型设置第一透镜群组和第二透镜群组，改变透镜的数量，排列透镜的组合，降低了投影系统的成本，提升了投影成像的质量。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.一种用于lcd投影的物镜系统，其特征在于，包括：
7.依次排布的成像面、菲林片、第二透镜群、光阑和第一透镜群；
8.所述光源发出的光线经所述成像面反射，所述光线依次通过所述菲林片、所述第二透镜群、所述光阑和所述第一透镜群，在幕布成像；
9.所述第一透镜群置于所述光阑后；
10.所述第一透镜群包括:第一透镜、第二透镜，其中，所述第一透镜为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜为具有负光焦度的透镜；
11.所述第二透镜群置于所述光阑前；
12.所述第二透镜群包括：第三透镜和第四透镜，其中，所述第三透镜为具有正光焦度的透镜，所述第四透镜为具有负光焦度的透镜。
13.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为球面镜片。
14.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为玻璃镜片；所述菲林片由塑胶材质制成。
15.优选地，所述物镜系统的第一透镜群焦距f1与所述物镜系统焦距f之比为-2.382；所述物镜系统的第一透镜焦距fg1与所述第一透镜群焦距f1之比为
ꢀ‑
0.279；所述物镜系统的第二透镜焦距fg2与所述第一透镜群焦距f1之比为 0.175；所述物镜系统的第二透镜群焦距f2与所述物镜系统焦距f之比为0.574；所述物镜系统的第三透镜焦距fg3与所述第二透镜群焦距f2之比为0.993；所述物镜系统的第四透镜焦距fg4与所述第二透镜群焦距f2之比为-0.7188；所述菲林片焦距f4与所述物镜系统焦距f之比为0.803。
16.优选地，所述物镜系统对应视场的mtf值大于0.6；所述物镜系统色差值小于0.4个像素大小；所述物镜系统相对照度大于0.95；所述物镜系统畸变小于0.3％；所述物镜系统tv畸变小于0.2％。
17.优选地，所述物镜系统投射比为1.3。
18.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
19.本实用新型提供了一种用于lcd投影的物镜系统，本实用新型通过采用 4片透镜，结构简单，降低了投影系统的成本，并且通过设置不同材质透镜，利用透镜间的排布组合和低投射比的物镜系统，提升了成像的质量。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型实施例提供的物镜系统组成图；
22.图2为本实用新型实施例提供的空间频率mtf图；
23.图3为本实用新型实施例提供的垂轴色差图；
24.图4为本实用新型实施例提供的场曲评价图；
25.图5为本实用新型实施例提供的畸变评价图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
28.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
29.本实用新型的目的是提供一种用于lcd投影的物镜系统，本实用新型设置透镜群，并设置镜片的材质与个数，解决了在长距离的情况下投影造成的成像像质低，镜头体积与质量不平衡和成本过高的问题。
30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
31.如图1所示，本实施例提供了一种用于lcd投影的物镜系统，包括：
32.依次排布的成像面5、菲林片4、第二透镜群2、光阑3和第一透镜群1；所述光源发出的光线经所述成像面5反射，所述光线依次通过所述菲林片4、所述第二透镜群2、所述光阑3和所述第一透镜群1，在幕布成像；
33.所述第一透镜群1置于所述光阑3后；
34.所述第一透镜群1包括:第一透镜g1、第二透镜g2，其中，所述第一透镜g1为具有正光焦度的透镜，所述第二透镜g2为具有负光焦度的透镜；
35.所述第二透镜群2置于所述光阑3前；
36.所述第二透镜群2包括：第三透镜g3和第四透镜g4，其中，所述第三透镜g3为具有正光焦度的透镜，所述第四透镜g4为具有负光焦度的透镜。
37.进一步的，所述第一透镜g1、所述第二透镜g2、所述第三透镜g3和所述第四透镜g4均为球面镜片。
38.进一步的，所述第一透镜g1、所述第二透镜g2、所述第三透镜g3和所述第四透镜g4均为玻璃镜片；所述菲林片4由塑胶材质制成。
39.进一步的，所述物镜系统的第一透镜群1焦距f1与所述物镜系统焦距f 之比为-2.382；所述物镜系统的第一透镜g1焦距fg1与所述第一透镜群1焦距f1之比为-0.279；所述物镜系统的第二透镜g2焦距fg2与所述第一透镜群 1焦距f1之比为0.175；所述物镜系统的第二透镜群2焦距f2与所述物镜系统焦距f之比为0.574；所述物镜系统的第三透镜g3焦距fg3与所述第二透镜群 2焦距f2之比为0.993；所述物镜系统的第四透镜g4焦距fg4与所述第二透镜群2焦距f2之比为-0.7188；所述菲林片4焦距f4与所述物镜系统焦距f之比为0.803。物镜系统焦距为透镜群组所有光学镜片组合的焦距，即整支系统的焦距。表1为物镜系统具体参数表，物镜系统具体参数表如下所示：
40.表1物镜系统具体参数表
41.[0042][0043]
其中，菲林片4焦距f4为92.565mm。
[0044]
进一步的，所述物镜系统对应视场的mtf值大于0.6；所述物镜系统色差值小于0.4个像素大小；所述物镜系统相对照度大于0.95；所述物镜系统畸变小于0.3％；所述物镜系统tv畸变小于0.2％。
[0045]
如图2所示，mtf(英语名称：modulation transfer function)指标是目前镜头最精确和科学的评价标准。纵坐标为对比度，越接近1，代表物镜系统成像越好。横坐标代表分辨率，单位每毫米线对数。本技术实施例采用的像源像素大小为46.1um，对应的设计分辨率为10.8线对每毫米。物镜系统一般至少要求各个视场的mtf数值在设计分辨率达到0.3以上，而本技术实施例各个视场的mtf值都在0.6上。
[0046]
如图3所示，图3为镜头的垂轴色差图，纵坐标为像高视场值大小，横坐标为数值大小，单位微米。图中以主波长为基准，分别绘制蓝光、红光与绿光(主波长)之间各视场的色差值。物镜系统一般要求色差值在一个像源像素大小以内，本技术实施例的轴色差控制在10um以内，小于0.4个像素大小(像素大小46.1um)。
[0047]
如图4-5所示，图4为场曲评价图，图5为畸变评价图，纵坐标代表物镜系统的视场角度。场曲图的横坐标代表场曲值的大小，畸变图的横坐标代表畸变量。畸变是物镜系统的一个非常重要的指标，一般都需要控制在3％以内，而tv畸变则要求控制在1％内；本技术实施例的系统畸变在0.3％以内，而tv 畸变量也在0.2％以内，系统的畸变属性优秀。
[0048]
进一步的，所述物镜系统投射比为1.3，适用大部分的日常观影需求，且总长小，满足微型投影设备的需求。
[0049]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0050]
0.51《epnd/ih《0.61
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(1)
[0051]
其中，epnd表示所述光学镜头的通光孔径，ih表示所述光学镜头的实际半像高。
[0052]
满足条件式(1)时，能够实现镜头的通光量与成像面5大小的合理均衡。
[0053]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0054]
0.02mm-1
《t
l
/f/ih《0.03mm-1
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(2)
[0055]
其中，t
l
表示所述光学镜头的光学总长，f表示所述光学镜头的有效焦距， ih表示所述光学镜头的实际半像高。
[0056]
满足条件式(2)时，能合理均衡镜头的总长与解像能力的关系。tl/f/ih 的值超过上限时，镜头的整体总长过大，或者说如果整体缩短总长的情况下，像高会不足；t
l
/f/ih的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。
[0057]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0058]
110mm《ih/tanθ《120mm
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(3)
[0059]
其中，ih表示所述光学镜头的实际半像高，θ表示所述光学镜头的半视场角。
[0060]
满足条件式(3)时，能够合理限定光学镜头的畸变，降低畸变矫正的难度。ih/tanθ的值超过下限时，镜头的畸变会朝负方向增大；ih/tanθ的值超过上限时，镜头的畸变会朝正方向变大。
[0061]
在实施方式中，光学镜头满足以下条件式：
[0062]
cra《2
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(4)
[0063]
其中，cra表示所述光学镜头在成像面5的主光线入射角。
[0064]
满足条件式(4)时，能够很好的匹配lcd液晶显示屏，实现良好的投影效果。
[0065]
本实用新型的有益效果如下：
[0066]
(1)只利用4片透镜相互排列组合，降低了投影系统的成本和组装难度。
[0067]
(2)相对照度全视场高于95％，全视场mtf高于0.6，成像质量非常优秀；畸变能达到0.3％以内，tv畸变在0.2％以内，畸变矫正非常优秀。
[0068]
(3)点列图均方根半径(《30um)远小于像元尺寸(46.1um)，点列图表现优秀。
[0069]
(4)离焦曲线矫正良好，画面清晰度的一致性良好，有利于系统的稳定。
[0070]
(5)分辨率达到了1920*1080，能够带来很好的观影体验。
[0071]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0072]
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。