CN102455489A - 投影镜头 - Google Patents

Abstract

一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一具有负光焦度的第一透镜组、一具有正光焦度的第二透镜组、一具有正光焦度的第三透镜组及一具有正光焦度的场镜。所述投影镜头满足以下条件：2.9＜TT/f＜3.7及1.85＜f4/f＜2.65。其中，TT为所述投影镜头的总长，f为所述投影镜头的有效焦距，f4为所述场镜的有效焦距。满足上述条件的投影镜头，其投影品质高、尺寸较小，方便携带使用。

Description

投影镜头

技术领域

本发明涉及一种光学技术，尤其涉及一种可适用于投影机的投影镜头。

背景技术

随着半导体技术的发展，数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影仪，液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)投影仪、硅晶(Liquid Crystal onSilicon，LCoS)投影仪采用的空间光调制器(Spatial light modulator，SLM)，包括数字微镜芯片(Digital micro-mirror device，DMD)、液晶显示面板(LCD panel)及硅晶芯片(LCoS chip)，在提高像素的同时，朝小型化方向发展，以此满足消费者对投影画面品质的要求及便携性的要求。

在应用于便携型投影机中的投影镜头，投影镜头需保证良好投影画面品质的要求的同时缩小尺寸，以方便携带使用。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种投影品质高、尺寸较小的投影镜头。

一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一具有负光焦度的第一透镜组、一具有正光焦度的第二透镜组、一具有正光焦度的第三透镜组及一具有正光焦度的场镜。所述投影镜头满足以下条件：2.9＜TT/f＜3.7及1.85＜f4/f＜2.65。其中，TT为所述投影镜头的总长，f为所述投影镜头的有效焦距，f4为所述场镜50的有效焦距。

条件式2.9＜TT/f＜3.7限制了投影镜头的总长。条件式1.85＜f4/f＜2.65保证场镜的焦距与像差之间较好的平衡。第一透镜组、第二透镜作用于、第三透镜组及场镜采用负正负正结构保证了投影镜头长度缩小的情况下投影镜头的总长与像差之间的平衡，获取较好的投影品质。满足上述条件的投影镜头，投影品质高、尺寸较小。

附图说明

图1为本发明第一实施方式提供的一种投影镜头示意图；

图2为图1中的投影镜头的球差图；

图3为图1中的投影镜头的场曲图；

图4为图1中的投影镜头的畸变图；

图5为本发明第二实施方式提供的投影镜头的结构示意图；

图6为图5中的投影镜头的像差图；

图7为图5中的投影镜头的场曲图；

图8为图5中的投影镜头的畸变图。

主要元件符号说明

投影镜头                100、100a

第一透镜组              10

第一透镜                11

第二透镜组              20

第二透镜                21

第三透镜                23

第三透镜组              30

第四透镜                31

第五透镜                33

第六透镜                35

SLM表面                 90

棱镜                    40

场镜                    50

滤光片                  80

光阑                    99

第一表面至第十六表面    S1～S16

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1，其为本发明第一实施方式所提供的投影镜头100。该投影镜头100从放大端至缩小端(近SLM端)依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组10，一个具有正光焦度的第二透镜组20，一个具有正光焦度的第三透镜组30，以及一棱镜40、一具有正光焦度的场镜50、及一滤光片80。

本实施方式的投影镜头100可应用于DLP投影机，其内部SLM采用DMD芯片(图未示)。投影时，SLM调制的投影信号光自一SLM表面90投射到投影镜头100，光线依次经所述滤光片80、场镜50、棱镜40、第三透镜组30、第二透镜组20及第一透镜组10，投射于屏幕(图未示)上便可得到投影画面。

为实现小型化的要求，该投影镜头100满足以下条件式：

(1)2.9＜TT/f＜3.7；及(2)1.85＜f4/f＜2.65。

其中，TT为投影镜头100的总长度，即为第一透镜组10靠近放大端的表面到SLM表面90的距离；f为投影镜头100的有效焦距；f4为所述场镜50的有效焦距。

条件式(1)限制了投影镜头100的总长。同时，第一透镜组10、第二透镜组20及第三透镜组30采用负正正结构，在合理的光焦度分配下，可达到缩小长度及控制像差的功能，保证了镜头总长与像差之间的平衡。总之，若投影镜头100总长过长则无法满足小型化与便于携带的原则，若投影镜头100总长过短则无法在现有的光焦度分配下得到良好的影像质量。

条件式(2)限制投影镜头100的场镜50的焦距，以保证场镜50的焦距与像差之间的平衡具有好的平衡。若场镜50的焦距过短则会造成光焦度过大，难以对其像差进行良好的补正，若场镜50的焦距过长则会造成光焦度过小，难以达到缩小端远心系统的要求。

优选地，投影镜头100还满足以下条件：

(3)0.3＜|f1/f3|＜0.55。

其中，f1为所述第一透镜组10的有效焦距，f3为所述第三透镜组30的有效焦距。条件式(3)满足投影镜头100控制远心(Telecentric)系统满足广视角的要求，并控制投影镜头全长。利于满足投影镜头100缩小端远心成像要求(如此，屏幕可在一段距离范围内接收到清晰投影画面)。

为了更好的消除投影镜头100的像差，投影镜头100还满足以下条件：

(4)0.18＜f2/f3＜0.31。

其中，f₂为所述第二透镜组20的焦距。条件式(4)保证投影镜头100满足负正正的光焦度分配，有利于保证第二透镜组20与第三透镜组30所产生的像差互相平衡，提高投影质量。

投影镜头100还包括一个设置于第二透镜组20与第三透镜组300之间的光阑(Aperture stop)99，以保证投影镜头100的整体结构相对于光阑99对称，有效地降低慧差的影响；同时限制经过第三透镜组30的光线进入第二透镜组20的光通量，并让经过第二透镜组20后的光锥更加对称，使投影镜头100的彗差(coma)得以修正。为节约成本，可采用不透光材料涂布第三透镜组30靠近放大端的表面外圈，充当所述光阑99。可以理解，光阑99如此设置还有利于缩短投影镜头100全长。

本实施方式中，所述第一透镜组10至少包括一个具有负光焦度的第一透镜11。且从放大端至缩小端，所述第一透镜10依次包括第一表面S1以及第二表面S2。所述第一表面S1以及第二表面S2均为非球面。

所述第二透镜组20从放大端至缩小端依次包括一个具有正光焦度的第二透镜21以及一个具有负光焦度的第三透镜23。所述第二透镜21与第三透镜23胶合。从放大端至缩小端，所述第二透镜21包括一个第三表面S3以及一个第四表面S4，所述第三透镜23包括所述第四表面S4以及一个靠近缩小端的第五表面S5。

所述第三透镜组30从放大端至缩小端依次包括一个具有负光焦度的第四透镜31、一个具有正光焦度的第五透镜33、及一个具有正光焦度的第六透镜35。所述第四透镜31与第五透镜33胶合。从放大端至缩小端，所述第四透镜31包括一个第六表面S6以及一个第七表面S7，所述第五透镜33包括所述第七表面S7及一个靠近缩小端的第八表面S8，所述第六透镜35包括一个第九表面S9以及第十表面S10。

为了降低成本，所述第三透镜组30包括至少一塑料镜片(如射出成型，利于量产)。可以理解，为保证良好的成像质量，其他镜片可采用玻璃材料制成。

所述棱镜40包括一个靠近放大端的第十一表面S11及一个靠近缩小端的第十二表面S12。

所述场镜50为一个具有正焦度的透镜，其包括一个靠近放大端的第十三表面S13及一个靠近缩小端的第十四表面S14。

所述滤光片80包括一个靠近放大端的第十五表面S15及一个靠近缩小端的第十六表面S16。

以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达式为：

$x=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{h}^2}}+\mathrm{\Σ}{A}_i{h}^i$

其中，c为镜面表面中心的曲率，

为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，A_i为第i阶的非球面面型系数。通过将表1至表4(请参阅下文)的数据代入上述表达式，可获知透镜表面的非球面形状。

第一实施方式

本实施方式中，投影镜头100的各光学元件满足表1、表2的条件，其中，TT＝41.6毫米(mm)；f＝12mm；f1＝-19.48mm；f2＝11.19mm；f3＝38.74mm；f4＝29.44mm；F_No＝1.47；2ω＝42.89°。

表1、表2中，约定f为投影镜头100的有效焦距；F_No为投影镜头100的光圈数；2ω为投影镜头100的视场角。R为对应表面的曲率半径，D为对应表面到后一个表面的轴上距离(两个表面截得光轴的长度)，Nd为对应透镜组对d光(波长为587纳米，下同)的折射率(下同)，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(abbe number，下同)，Conic表示透镜表面的二次曲率。

表1

表2

其中，f为所述投影镜头的有效焦距，F为数值孔径，f1为所述第一透镜组的有效焦距，f2为所述第二透镜组的有效焦距，f3为所述第三镜组的有效焦距，f4为所述场镜的有效焦距，TT为投影镜头的总长度。2w为投影角度范围。

本实施方式的投影镜头100中，其球差、场曲及畸变分别如图2到图4所示。图2中，分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的球差值。总体而言，本实施方式的投影镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的球差值在(-0.1mm，0.1mm)范围内。图3中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图4中的畸变率控制在(-1％，1％)范围内。由此可见，投影镜头100的球差、场曲、畸变都能被很好的校正。

所述投影镜头100尺寸较小，该投影镜头100在其尺寸较小的情况下仍保证投影镜头总长与像差之间的平衡，获取较好的投影品质。

第二实施方式

请参阅图5，第二实施方式中的投影镜头100a与第一实施方式的投影镜头100结构基本相同，其区别在于：第二实施方式的投影镜头100a的各光学元件满足表3、表4的条件，其中，TT＝37.6毫米(mm)；f＝12mm；f1＝-18.81mm；f2＝10.78mm；f3＝52.69mm；f4＝24.68mm；F_No＝1.47；2ω＝42.73°。

表3

表4

同样的，第二实施方式的投影镜头100a中，其球差、场曲及畸变分别如图6到图8所示。图6中，分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的球差值。总体而言，本实施方式的投影镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的球差值在(-0.1mm，0.1mm)范围内。图7中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图8中的畸变率控制在(-1％，1％)范围内。由此可见，投影镜头100a的球差、场曲、畸变都能被很好的校正。

所述投影镜头100a尺寸较小，该投影镜头100a在其尺寸较小的情况下仍保证投影镜头总长与像差之间的平衡，获取较好的投影品质。

虽然本发明已以较佳实施方式披露如上，但是，其并非用以限定本发明，另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化等。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一具有负光焦度的第一透镜组、一具有正光焦度的第二透镜组、一具有正光焦度的第三透镜组及一具有正光焦度的场镜，其特征在于，所述投影镜头满足以下条件式：

2.9＜TT/f＜3.7

1.85＜f4/f＜2.65

其中，TT为投影镜头的总长度，f为所述投影镜头的有效焦距，f4为所述场镜的有效焦距。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头还满足以下条件式：

0.3＜|f1/f3|＜0.55

其中，f1为所述第一透镜组的有效焦距，f3为所述第三透镜组的有效焦距。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头还满足以下条件式：

0.18＜f2/f3＜0.31

其中，f2为所述第二透镜组的有效焦距，f3为所述第三透镜组的有效焦距。

4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头的第一透镜组至少包括一非球面。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头的第三透镜组至少包括一非球面。

6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜组至少包括一塑料镜片。

7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头还包含一光阑，该光阑位于第二透镜组与第三透镜组之间。

8.如权利要求7所述的投影镜头，其特征在于，所述光阑为涂布于该第三透镜组靠近放大端表面外圈的不透光材料。

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