一种用于微型投影的物镜系统的制作方法

1.本技术涉及物镜系统技术领域，尤其涉及一种用于微型投影的物镜系统。


背景技术：

2.随着技术水平的成熟，投影设备被越来越多的领域所使用，例如家庭影音、广告投影、工业投影检测等。其中，具有小体积、高亮度、高分辨率等特点的投影光机需求也愈加强烈。而制造出尺寸更小、成像质量更好、成本更低的投影光机镜头是各大投影设备厂商的目标之一。
3.随着微型投影设备的发展，对微型投影设备物镜的要求也日益提升，但目前的用于微型投影的物镜系统的像质仍无法满足人们的需求，人们开始追求更小的投射比和畸变、更均匀的光场分布以及更清晰的画质。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种用于微型投影的物镜系统，用于解决现有的物镜系统的像质较差的技术问题。
5.有鉴于此，本技术提供了一种用于微型投影的物镜系统，由物侧至像侧沿光轴依次设置有具有正光焦度的第一透镜群组、光阑、具有正光焦度的第二透镜群组和成像面；
6.第一透镜群组依次设置有具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第一双胶合透镜和具有正光焦度的第四透镜；
7.第二透镜群组依次设置有具有负光焦度的第二双胶合透镜、具有正光焦度的第三双胶合透镜和具有正光焦度的第九透镜；
8.第一透镜的第一表面和第二表面均为非球面；
9.第一透镜群组的焦距与物镜系统的焦距之比为3.286：1；
10.所述第一透镜的焦距与所述第一透镜群组的焦距之比为
‑
0.507：1；
11.第一双胶合透镜的焦距与所述第一透镜群组的焦距之比为
‑
1.719：1；
12.第四透镜的焦距与所述第一透镜群组的焦距之比为0.632：1；
13.第二透镜群组的焦距与物镜系统的焦距之比为1.939：1；
14.第二双胶合透镜的焦距与第二透镜群组的焦距之比为
‑
1.273：1；
15.第三双胶合透镜的焦距与第二透镜群组的焦距之比为1.123：1；
16.第九透镜的焦距与第二透镜群组的焦距之比为1.602：1。
17.优选地，所述物镜系统的焦距为1.75，所述光阑的孔径为12.54mm。
18.优选地，所述第一双胶合透镜包括第二透镜和第三透镜；
19.所述第二双胶合透镜包括第五透镜和第六透镜；
20.所述第三双胶合透镜包括第七透镜和第八透镜。
21.优选地，所述第九透镜的第一表面和第二表面均为非球面，所述第一透镜和所述第九透镜的非球面满足以下公式：
[0022][0023]
式中，x表示非球面顶点切平面的距离，c为非球面顶点的曲率，h表示到光轴的距离，k表示圆锥系数，a4表示4阶非球面系数，a6表示6阶非球面系数，a8表示8阶非球面系数，a10表示10阶非球面系数。
[0024]
优选地，所述第一透镜的第一表面的曲率半径为27mm，其第二表面的曲率半径为7.109mm，其厚度为2mm，其折射率为1.53，其阿贝数为55.8，其第二表面与所述第二透镜的第一表面的最近间距为7.7mm；
[0025]
所述第二透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为
‑
11.998mm，其厚度为1mm，其折射率为1.76，其阿贝数为27.5；
[0026]
所述第三透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为18.557mm，其第二表面为球面，其第二表面的曲率半径为
‑
16.431mm，其厚度为6.21mm，其折射率为1.67，其阿贝数为42.0，其第二表面与所述第四透镜的第一表面的最近间距为1.040mm；
[0027]
所述第四透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为33.698mm，其第二表面为球面，其第二表面的曲率半径为
‑
35.338mm，其厚度为4.62mm，其折射率为1.76，其阿贝数为27.5，其第二表面与所述光阑的最近间距为8.55mm；
[0028]
所述光阑与所述第五透镜的第一表面的最近间距为7.51mm；
[0029]
所述第五透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为
‑
34.737mm，其厚度为6.47mm，其折射率为1.62，其阿贝数为60.4；
[0030]
所述第六透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为
‑
12.619mm，其第二表面为球面，其第二表面的曲率半径为82.150mm，其厚度为1.54mm，其折射率为1.72，其阿贝数为29.5，其第二表面与所述第七透镜的第一表面的最近间距为0.29mm；
[0031]
所述第七透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为20.037mm，其厚度为6.860mm，其折射率为1.49，其阿贝数为70.4；
[0032]
所述第八透镜的第一表面为球面，其第一表面的曲率半径为
‑
11.954mm，其第二表面为球面，其第二表面的曲率半径为
‑
18.734mm，其厚度为1.060mm，其折射率为1.73，其阿贝数为40.5，其第二表面与所述第九透镜的第一表面的最近间距为0.458mm；
[0033]
所述第九透镜的第一表面的曲率半径为56.598mm，其第二表面的曲率半径为
‑
31.776mm，其厚度为3.6mm，其折射率为1.59，其阿贝数为61.2。
[0034]
优选地，所述第九透镜与所述成像面的光轴上依次设有抖动器件、分光器件和保护玻璃。
[0035]
优选地，所述第九透镜的第二表面与所述抖动器件的最近间距为2.5mm，所述抖动器件与所述分光器件的最近间距为4mm，所述分光器件与所述保护玻璃的最近间距为0.5mm，所述保护玻璃与所述成像面的最近间距为0.303mm。
[0036]
优选地，所述分光器件和所述保护玻璃均采用玻璃材料制成。
[0037]
从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
[0038]
本实用新型提供了一种用于微型投影的物镜系统，由物侧至像侧沿光轴依次设置有具有正光焦度的第一透镜群组、光阑、具有正光焦度的第二透镜群组和成像面，通过合理设计各光学透镜结构以及物镜系统中各个光学透镜或透镜群组的焦距比例，保证了其镜头
的场曲和畸变均非常优秀，保证了整个画面成像均匀，成像质量较高。
附图说明
[0039]
图1为本技术实施例提供的一种用于微型投影的物镜系统的结构示意图；
[0040]
图2为本技术实施例提供的一种用于微型投影的物镜系统的空间频率mtf指标图；
[0041]
图3为本技术实施例提供的一种用于微型投影的物镜系统的垂轴色差图；
[0042]
图4为本技术实施例提供的一种用于微型投影的物镜系统的场曲评价图；
[0043]
图5为本技术实施例提供的一种用于微型投影的物镜系统的畸变评价图。
具体实施方式
[0044]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0045]
为了便于理解，请参阅图1，本技术提供的一种用于微型投影的物镜系统，由物侧至像侧沿光轴依次设置有具有正光焦度的第一透镜群组100、光阑l、具有正光焦度的第二透镜群组200和成像面300；
[0046]
第一透镜群组100依次设置有具有负光焦度的第一透镜p1、具有负光焦度的第一双胶合透镜g23和具有正光焦度的第四透镜g4；
[0047]
第二透镜群组200依次设置有具有负光焦度的第二双胶合透镜g56、具有正光焦度的第三双胶合透镜g78和具有正光焦度的第九透镜g9；
[0048]
第一透镜p1的第一表面和第二表面均为非球面；
[0049]
第一透镜群组100的焦距与物镜系统的焦距之比为3.286：1；
[0050]
第一透镜p1的焦距与第一透镜群组100的焦距之比为
‑
0.507：1；
[0051]
第一双胶合透镜g23的焦距与第一透镜群组100的焦距之比为
‑
1.719：1；
[0052]
第四透镜g4的焦距与第一透镜群组100的焦距之比为0.632：1；
[0053]
第二透镜群组200的焦距与物镜系统的焦距之比为1.939：1；
[0054]
第二双胶合透镜g56的焦距与第二透镜群组200的焦距之比为
‑
1.273：1；
[0055]
第三双胶合透镜g78的焦距与第二透镜群组200的焦距之比为1.123：1；
[0056]
第九透镜g9的焦距与第二透镜群组200的焦距之比为1.602：1。
[0057]
进一步地，物镜系统的焦距为1.75，光阑l的孔径为12.54mm。
[0058]
可以理解的是，根据光学原理，数值孔径＝d/f，其中，d代表入瞳直径，f代表物镜焦距，因此，在保持物镜的焦距不变的情况下，数值孔径越大，则入瞳直径越大，入瞳直径也即光阑l的进光口，进光口越大，则接收到的光能就越大，成像亮度也就越高，而光阑l的进光口决定于光阑l的孔径。而一般来说，相对孔径值越小，成像质量越容易满足，但是相对孔径值越小，通过的光能就越小，导致投影亮度的降低；因此，在本实施例中，根据上述原理，对物镜系统的焦距和光阑l的孔径进行了合理的设计，使得既能保证成像质量，又对投影亮度有不少的提升，在本实施例中，数值孔径为7.65。
[0059]
进一步地，第一双胶合透镜g23包括第二透镜g2和第三透镜g3；
[0060]
第二双胶合透镜g56包括第五透镜g5和第六透镜g6；
[0061]
第三双胶合透镜g78包括第七透镜g7和第八透镜g8。
[0062]
在一个具体实施例中，第一双胶合透镜g23由第二透镜g2和第三透镜g3胶合组成，第二双胶合透镜g56由第五透镜g5和第六透镜g6胶合组成，第三双胶合透镜g78由第七透镜g7和第八透镜g8胶合组成。
[0063]
进一步地，第九透镜g9的第一表面和第二表面均为非球面，第一透镜p1和第九透镜g9的非球面满足以下公式：
[0064][0065]
式中，x表示非球面顶点切平面的距离，c为非球面顶点的曲率，h表示到光轴的距离，k表示圆锥系数，a4表示4阶非球面系数，a6表示6阶非球面系数，a8表示8阶非球面系数，a10表示10阶非球面系数。
[0066]
在本实施例中，第一透镜p1和第九透镜g9的参数及各阶非球面系数如表1。
[0067]
表1
[0068][0069][0070]
需要说明的是，表1中的s1表示为第一透镜p1的第一表面，s2表示为第一透镜p1的第二表面，s10表示为第九透镜g9的第一表面，s11表示为第九透镜g9的第二表面，在本实施例中，第一表面为靠近物侧的表面，第二表面为靠近像侧的表面。
[0071]
由表1可以得出，第一透镜p1和第九透镜g9的最高非球面阶数均为10阶，其阶数较低，易于制造且降低制造成本。
[0072]
进一步地，参考图1，第九透镜g9与成像面300的光轴上依次设有抖动器件400、分光器件500和保护玻璃600。
[0073]
在一个具体实施例中，分光器件500和保护玻璃600均采用玻璃材料制成，第一透镜采用塑胶材质制成。
[0074]
进一步地，表2表示为该物镜系统中各个透镜和光学器件的光学特性参数。
[0075]
表2
[0076][0077][0078]
需要说明的是，s0表示物源，s1为第一透镜p1的第一表面，s2为第一片透镜p1的第二表面；s3为第二透镜g2的第一表面，s4为第三透镜g3的第一表面，s5为第三透镜g3的第二表面，s6为第四透镜g4的第一表面，s7为第四透镜g4的第二表面，s9表示第五透镜g5的第一表面，s10为第六透镜g6的第一表面，s11为第六透镜g6的第二表面，s12表示第七透镜g7的
第一表面，s13为第八透镜g8的第一表面，s14为第八透镜g8的第二表面，s15为第九透镜g9的第一表面，s16为第九透镜g9的第二表面，依次类推。nd为折射率，vd为阿贝数。
[0079]
为了验证本实施例提供的物镜系统能够实现较好的成像质量，请参见图2～5。
[0080]
其中，图2示意出了本实施例提供的物镜系统的空间频率mtf指标图，mtf(modulation transfer function)指标是物镜较为精确和科学的评价标准，图2中，纵坐标为对比度，其越接近1，代表物镜成像质量越好；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5.4um，对应的设计分辨率为93线对每毫米。在一般示例中，投影镜头一般至少要求各个视场的mtf数值在对比度达到0.3以上，而由图2可以看出，本技术实施例各个视场的对比度都大于0.5，这说明成像质量较高，更好地满足投影的要求。
[0081]
图3示意出了本实施例中物镜系统的垂轴色差图，纵坐标为像高视场值，横坐标为数值，单位为微米，图中以主波长为基准，其图中由左至右分别绘制蓝光、红光与绿光的主波长之间各视场的色差值，一般情况下，投影镜头一般要求色差值在一个像源像素大小以内，而本技术实施例的垂轴色差控制在2.5um以内，小于0.6个像素大小，说明本实施例提供的物镜系统色差较为均匀，更好地满足投影的要求。
[0082]
图4示意出了本实施例中物镜系统的场曲评价图，横坐标为场曲值，纵坐标为视场角度；图5为本实施例中物镜系统的畸变评价图，横坐标为畸变量，纵坐标为视场角度。由图4～5可以看出，本实施例中物镜系统的tv畸变量在0.4％以内，而一般情况下，投影所要求的tv畸变要求控制在1％以内，说明本实施例提供的物镜系统的场曲和畸变均非常优秀，保证了整个画面成像均匀，成像质量较高。
[0083]
需要说明的是，本实施例提供了一种用于微型投影的物镜系统，通过合理设计各光学透镜结构以及物镜系统中各个光学透镜或透镜群组的焦距比例，保证了其镜头的场曲和畸变均非常优秀，保证了整个画面成像均匀，成像质量较高。
[0084]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。