一种大视场低畸变全球面投影镜头

技术领域

本发明属于光学成像系统领域，尤其涉及一种大视场低畸变全球面投影光学镜头。

背景技术

投影镜头是投影系统的重要组成部分，随着人们对大尺寸投影画面的追求，投射出更大尺寸、更高质量的画面是投影镜头的发展方向。随着投影镜头视场的增大，光学系统的畸变校正难度增大，畸变较大会使投射出的画面扭曲失真较严重，特别是图像边缘部分的变形。

对于大视场投影镜头，轴外视场的相对照度会影响投影出的图像均匀性，影响观影感受，因此投影镜头轴外视场需要有较高的相对照度。为了获得更高质量的投影图像，投影镜头需要对各种像差进行有效校正，大视场投影镜头的像差校正难度较大。

为了投射出大尺寸、高质量的画面，目前投影镜头主要通过使用高次非球面或自由曲面等复杂面型对系统像差进行校正和提高轴外视场的相对照度，但高次非球面和自由曲面加工难度大会增加投影镜头的成本，另外高次非球面和自由曲面对安装精度要求高，也会增加系统的装配难度。

发明内容

本发明设计了一种大视场低畸变全球面投影镜头，投影镜头采用反摄远型结构增大物方视场，投影镜头全部由球面透镜组成，有利于降低成本和装调难度，采用像方远心光路设计提高轴外视场的相对照度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大视场低畸变全球面投影镜头，从物方到像方依次包括前负透镜组、后正透镜组和棱镜；所述的前负透镜组包括前组透镜一、前组透镜二、前组透镜三、前组透镜四和前组透镜五，其中前组透镜一、前组透镜二、前组透镜三和前组透镜四为弯月透镜，前组透镜五为双凸透镜；所述的后正透镜组包括后组透镜一、后组胶合透镜、后组透镜二、后组透镜三和后组透镜四，孔径光阑位于后组透镜一和后组胶合透镜之间，其中后组透镜一为弯月透镜，后组胶合透镜由一块弯月透镜和一块双凸透镜组成，后组透镜二为弯月透镜，后组透镜三为双凸透镜，后组透镜四为平凸透镜。

进一步，所述的前组透镜一焦距59mm＜

进一步，所述的前组透镜一和前组透镜二距离为0.3mm，前组透镜二和前组透镜三距离为3.48mm，前组透镜三和前组透镜四距离为5.2mm，前组透镜四和前组透镜五距离为3.09mm，前组透镜五和后组透镜一距离为7.76mm，后组透镜一和后组胶合透镜距离为12.83mm，后组胶合透镜和后组透镜二距离为0.3mm，后组透镜二和后组透镜三距离为0.3mm，后组透镜三和后组透镜四距离为0.3mm，后组透镜四和棱镜距离为4.2mm。

更进一步，所述的棱镜大小为22mm×22mm×22mm，材料为HK9L。

再进一步，所述投影镜头的光学系统工作波段为450～650nm，F数为2.7，前组透镜一顶点到像面距离小于95mm，投影镜头在450mm处投影范围大于440mm×440mm，最大相对畸变小于0.5%，焦距小于11mm。

本发明产生的有益效果是：本发明的投影镜头采用反摄远型结构增大物方视场，在450mm处投影尺寸大于440mm×440mm，可以获得大尺寸的投射画面。投影镜头采用像方远心光路设计，不同视场主光线在像面上的入射角小于1°，轴外视场相对照度大于95.5%，投射出的画面均匀性好。光学系统采用高低色差玻璃组合进行消像差，成像质量良好，最大相对畸变小于0.5%。投影镜头全部采用球面透镜设计，加工成本低，装调难度小，投影镜头成像质量良好。本发明的投影镜头具有大视场、低畸变、高像质和低成本等优点，可以应用于投影领域。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的光路图；

图3为本发明实施例的MTF图；

图4为本发明实施例的点列图；

图5为本发明实施例的畸变图；

图6为本发明实施例的相对照度图。

各附图标记为：1—前组透镜一，2—前组透镜二，3—前组透镜三，4—前组透镜四，5—前组透镜五，6—后组透镜一，7—后组胶合透镜，8—后组透镜二，9—后组透镜三，10—后组透镜四，11—棱镜。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种大视场低畸变全球面投影光学镜头，采用反远摄的结构型式，从物方到像方依次为前组透镜一1、前组透镜二2、前组透镜三3、前组透镜四4和前组透镜五5，后组透镜一6、后组胶合透镜7、后组透镜二8、后组透镜三9、后组透镜四10，棱镜11，其中孔径光阑位于后组透镜一6和后组胶合透镜7之间。

进一步的，本发明前负透镜组的前组透镜一1、前组透镜二2、前组透镜三3和前组透镜四4为弯月透镜，前组透镜五5为双凸透镜。后组透镜一6为弯月透镜，后组胶合透镜7由一块弯月透镜和一块双凸透镜组成，后组透镜二8为弯月透镜，后组透镜三9为双凸透镜，后组透镜四10为平凸透镜。

进一步的，本发明后正透镜组的后组透镜一6为弯月透镜，后组胶合透镜7由一块弯月透镜和一块双凸透镜组成，后组透镜二8为弯月透镜，后组透镜三9为双凸透镜，后组透镜四10为平凸透镜。

进一步的，投影镜头的前组透镜一1焦距59mm＜

进一步的，投影镜头的前组透镜一1和前组透镜二2距离为0.3mm，前组透镜二2和前组透镜三3距离为3.48mm，前组透镜三3和前组透镜四4距离为5.2mm，前组透镜四4和前组透镜五5距离为3.09mm，前组透镜五5和后组透镜一6距离为7.76mm，后组透镜一6和后组胶合透镜7距离为12.83mm，后组胶合透镜7和后组透镜二8距离为0.3mm，后组透镜二8和后组透镜三9距离为0.3mm，后组透镜三9和后组透镜四10距离为0.3mm，后组透镜四10和棱镜11距离为4.2mm。

所述的棱镜11大小为22mm×22mm×22mm，材料为HK9L。

本发明投影镜头的光学系统工作波段为450～650nm，F数为2.7，前组透镜一1顶点到像面距离小于95mm，投影镜头在450mm处投影范围大于440mm×440mm，最大相对畸变小于0.5%，焦距小于11mm。

图3为本发明实施例投影镜头的MTF图，在70lp/mm处所有视场MTF值基本都在0.4以上；图4为本发明实施例投影镜头的点列图，轴上视场点列图直径约为4.4μm，轴外视场点列图直径最大值约为8.3μm；图5为本发明实施例投影镜头的相对畸变，最大相对畸变小于0.5%；图6为本发明实施例的相对照度图，轴外视场相对照度大于95.5%，以上结果表明投影镜头投射出来的画面成像质量好，畸变小，均匀性好。

综上所述，本发明的投影镜头采用反摄远型结构增大物方视场，采用像方远心光路设计，提高轴外视场相对照度。光学系统采用高低色差玻璃组合进行消像差，成像质量良好，相对畸变小。投影镜头的光学元件全部采用球面透镜设计，加工成本低，装调难度小。本发明的投影镜头具有大视场、低畸变、高像质和低成本等优点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。