CN102455494B - 变焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

一种变焦投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个负光焦度第一透镜组、一个正光焦度第二透镜组、一个正光焦度第三透镜组、一个负光焦度第四透镜组及一个正光焦度第五透镜组。第五透镜组固定设置，第一、第二、第三及第四透镜组移动设置。变焦投影镜头满足以下条件式：1.0＜|F1/Fw|＜1.3；2.5＜|F3/Fw|＜2.7；2.81＜|F5/Fw|＜2.83；0.21＜|F2/F4|＜0.24；其中，F1、F2、F3、F4、F5分别为第一、第二、第三、第四、第五透镜组的有效焦距，Fw为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。上述条件式可保证变焦投影镜头在变焦过程中维持高分辨率的要求。

Description

变焦投影镜头

技术领域

本发明涉及一种光学技术，尤其涉及一种变焦投影镜头。

背景技术

现在许多投影机具备变焦功能，以适应不同的投影场所，如空旷的商业场所或狭小的家庭娱乐场所。这种具有变焦功能的投影机镜头通常包括多个透镜组，通过改变透镜组之间的相对位置改变变焦投影镜头的有效焦距，从而实现变焦功能。但是，如果各透镜组的光焦度分配不合理，可能会导致：(1)无法有效修正像差和畸变；(2)无法满足变焦投影镜头缩小端(近DMD端)不满足远心(Telecentric)成像要求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可在变焦过程中维持高分辨率的变焦投影镜头。

一种变焦投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度的第二透镜组、一个具有正光焦度的第三透镜组、一个具有负光焦度的第四透镜组及一个具有正光焦度的第五透镜组。所述第五透镜组固定设置，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述第四透镜组移动设置。所述变焦投影镜头满足以下条件式：1.0＜|F1/Fw|＜1.3；2.5＜|F3/Fw|＜2.7；2.81＜|F5/Fw|＜2.83；0.21＜|F2/F4|＜0.24；其中，F1、F2、F3、F4、F5分别为第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组的有效焦距，Fw为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。

在上述条件式内对该变焦投影镜头的光焦度进行合理分配，以保证该变焦投影镜头在变焦过程中维持高分辨率的要求。

附图说明

图1为本发明的变焦投影镜头采用广角倍率时的系统构成示意图。

图2为本发明的变焦投影镜头采用摄远倍率时的系统构成示意图。

图3为本图1的变焦投影镜头采用广角倍率时的球差(Sphericalaberration)特性曲线图。

图4为图1的变焦投影镜头采用广角倍率时的场曲(Fieldcurvature)特性曲线图。

图5为图1的变焦投影镜头采用广角倍率时的畸变(Distortion)特性曲线图。

图6为图1的变焦投影镜头采用广角倍率时的横向色差(Lateralchromatic aberration)特性曲线图。

图7为图2的变焦投影镜头采用摄远倍率时的球差特性曲线图。

图8为图2的变焦投影镜头采用摄远倍率时的场曲特性曲线图。

图9为图2的变焦投影镜头采用摄远倍率时的畸变特性曲线图。

图10为图2的变焦投影镜头采用摄远倍率时的横向色差特性曲线图。

主要元件符号说明

变焦投影镜头         100

第一透镜组           10

第一透镜             11

第二透镜             12

第二透镜组           20

第三透镜             21

第四透镜             22

第五透镜             23

第三透镜组           30

第四透镜组           40

第七透镜             41

第八透镜             42

第九透镜             43

第十透镜             44

第五透镜组           50

光阑                 91

棱镜                 92

第一平板玻璃         93

第二平板玻璃         94

第三平板玻璃         95

第四平板玻璃         96

第五平板玻璃         97

保护玻璃             98

成像面               99

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，其为本发明实施方式所提供的变焦投影镜头100的示意图，所述变焦投影镜头100的广角端半视场角ω大于等于29度。本实施方式中，该变焦投影镜头100从放大端至缩小端(近DMD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、一个具有负光焦度的第四透镜组40及一个具有正光焦度的第五透镜组50。其中，第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30及第四透镜组40沿光轴移动设置，用于改变变焦投影镜头100的有效焦距，实现变焦功能。所述第五透镜组50固定设置，用于防止变焦过程中DMD受到碰撞。另外，通过第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30及第四透镜组40四个透镜组的移动可以保证整个焦距范围内成像质量的一致性。其中第一透镜组10是调焦透镜组。

本实施方式中，所述变焦投影镜头100应用于DMD投影仪，投影时，DMD调制的投影信号光自成像面99依次经第五透镜组50、第四透镜组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。具体地，DMD投影仪投影时，成像面99投射出的投影信号光依次经过保护玻璃98、第五平板玻璃97、第四平板玻璃96、第三平板玻璃95、第二平板玻璃94及第一平板玻璃93后进入变焦投影镜头100。所述第五平板玻璃97、第四平板玻璃96、第三平板玻璃95、第二平板玻璃94及第一平板玻璃93可以根据使用需要镀不同功能的膜层，例如滤光膜。

具体地，变焦投影镜头100满足条件式：

(1)1.0＜|F1/Fw|＜1.2；

(2)2.5＜|F3/Fw|＜2.7；

(3)2.81＜|F5/Fw|＜2.83；

(4)0.21＜|F2/F4|＜0.24。

其中，F1，F2，F3，F4及F5分别为第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、第四透镜组40及第五透镜组50的有效焦距，Fw为变焦投影镜头100广角端的有效焦距。

在条件式(1)～(4)内对变焦投影镜头100的光焦度进行合理分配(限定各透镜组光焦度与变焦投影镜头100光焦度的关系)。一方面，保证变焦投影镜头100在变焦范围内具有较高分辨率(可在变焦过程中维持高分辨率)；另一方面，保证变焦投影镜头100的缩小端满足远心成像的要求。

优选地，为控制变焦投影镜头100产生的色差，变焦投影镜头100还满足条件式：

(5)1.6＜(Nd4+Nd5)/2；

(6)40＜(Vd4-Vd5)＜46，

其中，Nd4为第四透镜对d光(波长为587.6纳米，下同)的折射率，Vd4为第四透镜对d光的阿贝数(Abbe number)，Nd5为所述第五透镜对d光的折射率，Vd5为所述第五透镜对d光的阿贝数。

具体地，所述第一透镜组10从放大端到缩小端依次包括具有负光焦度的第一透镜11、具有负光焦度的第二透镜12，以合理分配所述第一透镜组10的光焦度。所述第一透镜11为一个非球面塑料镜片。因为所述第一透镜11远离投影机热源，与空气直接接触，温度较变焦投影镜头100的其他镜片低，受热变形小，所以考虑采用塑料镜片。

所述第二透镜组20从放大端到缩小端依次包括具有正光焦度的第三透镜21、具有正光焦度的第四透镜22及具有负光焦度的第五透镜23，以合理分配第二透镜组20的光焦度。所述第四透镜22与第五透镜23胶合成胶合透镜。

所述第三透镜组30包括具有正光焦度的第六透镜。

所述第四透镜组40从放大端到缩小端依次包括具有负光焦度的第七透镜41、具有负光焦度的第八透镜42、具有正光焦度的第九透镜43及具有正光焦度的第十透镜44，以合理分配所述第四透镜组40的光焦度。

第五透镜组50包括具有正光焦度的第十一透镜。

更加具体地，所述变焦投影镜头100还包括一个设置于第五透镜23与第三透镜组30之间(即第二透镜组20与第三透镜组30之间)的固定孔径的光阑91(Aperture stop)，以限制轴外光线由第三透镜组30进入第五透镜23而产生较严重的畸变及场曲。另外，光阑91使得经过第三透镜组30的光线更加对称，利于修正彗差(coma)。

为减小温度变化对后焦的影响，除第一透镜11之外的其他透镜都采用玻璃材料制成。

为了具有较宽松的公差，除第一透镜11之外的其他透镜均为球面玻璃镜片。

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。

该变焦投影镜头100各光学元件满足表1、表2及表3的条件。

以下结合图3至图10，以具体实施方式进一步说明变焦投影镜头100。表1至表3中各参数的含义如下：

F：变焦投影镜头100的有效焦距；

D4：第一透镜组10与第二透镜组20的表面间距，即第二透镜12像侧表面与第三透镜21物侧表面之间的距离；

D10：第二透镜组20与第三透镜组30的表面间距，即第五透镜23像侧表面与第三透镜组30物侧表面之间的距离；

D12：第三透镜组30与第四透镜组40的表面间距，即第三透镜组30像侧表面与第七透镜41物侧表面之间的距离；

D19：第四透镜组40与第五透镜组50的表面间距，即第十透镜44像侧表面与所述第五透镜组50物侧表面之间的距离；

F_No：F number数；

Nd：对应透镜对d光的折射率；

vd：对应透镜对d光的阿贝数。

本实施方式中的变焦投影镜头100满足表1、表2及表3所列的条件。

表1

变焦投影镜头100状态	F	FNo	D4	D10	D12	D19
							广角倍率	18.2	5.2153	16.398	13.5166	2.767	0.1684
摄远倍率	23.49	5.9418	10.509	9.951	7.811	7.838

表2

表3

本实施方式的变焦投影镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线、畸变特性曲线及横向色差特性曲线分别如图3至图10所示(图3-6对应广角倍率的变焦投影镜头100，图7-10对应摄远倍率的变焦投影镜头100)。图3、7中，曲线F，d及C分别为F光(波长为486.1纳米，下同)、d光及C光(波长为656.3纳米，下同)经变焦投影镜头100的球差特性曲线(下同)。可见，实施方式的变焦投影镜头100对可见光(400-700nm)产生的球差被控制在-0.1mm～0.1mm间。图4、8中，曲线T及S为子午场曲(Tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(Sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.2mm～0.2mm间。图5、9中，曲线为畸变特性曲线(下同)。可见，畸变量被控制在-1.5％～1.5％间。图6、10中，两条曲线分别为波长为F光及C光经变焦投影镜头100的横向色差特性曲线(下同)，d光经变焦投影镜头100的横向色差特性曲线与纵轴重合(下同)。可见，实施方式的变焦投影镜头100对可见光产生的横向色差被控制在-10微米(Micron，um)～10um间。综前，在保证足够的后焦距及缩小端远心成像的前提下，变焦投影镜头100在变焦范围内，其产生的球差、场曲、畸变及横向色差被控制(修正)在较小的范围内。

在上述条件式内对该变焦投影镜头的光焦度进行合理分配，以保证该变焦投影镜头在变焦过程中维持高分辨率的要求。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，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的内。

Claims (9)

1.一种变焦投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度的第二透镜组、一个具有正光焦度的第三透镜组、一个具有负光焦度的第四透镜组及一个具有正光焦度的第五透镜组，所述第五透镜组固定设置，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组及所述第四透镜组移动设置，其特征在于，所述变焦投影镜头满足以下条件式﹕

1.0<|F1/Fw|<1.3；

2.5<|F3/Fw|<2.7；

2.81<|F5/Fw|<2.83；

0.21<|F2/F4|<0.24；

其中，F1、F2、F3、F4、F5分别为第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组的有效焦距，Fw为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。

2.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组从放大端到缩小端依次包括第一透镜与第二透镜，所述第一透镜及第二透镜均具有负光焦度，第二透镜组从放大端到缩小端依次包括第三透镜、第四透镜与第五透镜，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有负光焦度。

3.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括第六透镜，所述第六透镜具有正光焦度，所述第四透镜组从放大端到缩小端依次包括第七透镜、第八透镜与第九透镜、及第十透镜，所述第七透镜、第八透镜均具有负光焦度，所述第九透镜及所述第十透镜均具有正光焦度，所述第五透镜组包括第十一透镜，所述第十一透镜具有正光焦度。

4.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头还满足以下条件式﹕

1.6<(Nd4+Nd5)/2；

40<(Vd4-Vd5)<46，

其中，Nd4为所述第四透镜对波长587纳米光的折射率，Vd4为所述第四透镜对波长587纳米光的阿贝数，Nd5为所述第五透镜对波长587纳米光的折射率，Vd5为所述第五透镜对波长587纳米光的阿贝数。

5.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头的广角端半视场角大于等于29度。

6.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜为一个非球面塑胶镜片，其余透镜均为球面玻璃镜片。

7.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头还包含一个光阑，该光阑位于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间。

8.如权利要求7所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述光阑设置于所述第五透镜靠近缩小端表面，所述光阑的孔径大小在变焦过程中保持不变。

9.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组为调焦透镜组。

Images