CN102608735B - 变焦投影镜头 - Google Patents

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Abstract

一种变焦投影镜头，沿其光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个负光焦度的第一透镜群及一个正光焦度的第二透镜群。该第一透镜群包括一个负光焦度的第一透镜。该第二透镜群沿该光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个负光焦度的第四透镜和一个正光焦度的第五透镜。该变焦投影镜头在广角端到摄远端变换过程中，该第一透镜群及该第二透镜群均沿该光轴移动。该变焦投影镜头满足以下条件式：1.9＜|F1/Fw|＜2.1；0.5＜|f4/Fw|＜0.8；0.95＜|f5/Fw|＜1.2；其中，F1为该第一透镜群的有效焦距，f4为该第四透镜的有效焦距，f5为该第五透镜的有效焦距，Fw为该变焦投影镜头在广角端的有效焦距。上述三个条件式提高投影品质的同时是实现了小型化。

Description

变焦投影镜头
技术领域
本发明涉及一种变焦投影镜头。
背景技术
随着半导体技术的发展，各种投影仪，例如数字光处理(Digital LightProcessing，DLP)投影仪、液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)投影仪及硅晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)投影仪，采用的空间光调制器(Spatial lightmodulator，SLM)，例如数字微镜芯片(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。因此，对应于空间光调制器的像素要求以及尺寸要求，应用在投影仪中的变焦投影镜头(一般对应设置在空间光调制器前面)也需要在保证良好投影画面品质的同时缩小尺寸。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种投影品质高而且小型化的变焦投影镜头。
一种变焦投影镜头，沿其光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个负光焦度的第一透镜群及一个正光焦度的第二透镜群。该第一透镜群包括一个负光焦度的第一透镜。该第二透镜群沿该光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个负光焦度的第四透镜和一个正光焦度的第五透镜。该变焦投影镜头在广角端到摄远端变换过程中，该第一透镜群及该第二透镜群均沿该光轴移动。该变焦投影镜头满足以下条件式：
(1)1.9＜|F1/Fw|＜2.1
(2)0.5＜|f4/Fw|＜0.8
(3)0.95＜|f5/Fw|＜1.2
其中，F1为该第一透镜群的有效焦距，f4为该第四透镜的有效焦距，f5为该第五透镜的有效焦距，Fw为该变焦投影镜头在广角端的有效焦距。
上述三个条件式对第一透镜群及第二透镜群的光焦度的合理分配，使得变焦投影镜头的像散和球差在得到有效控制进而提高投影品质的同时，变焦投影镜头也较小型化。
附图说明
图1为本发明的变焦投影镜头处于广角端状态时的结构示意图。
图2为本发明的变焦投影镜头处于摄远端状态时的结构示意图。
图3为图1的变焦投影镜头的球面像差图。
图4为图1的变焦投影镜头的场曲图。
图5为图1的变焦投影镜头的畸变图。
图6为图1的变焦投影镜头的横向色差图。
图7为图2的变焦投影镜头的球面像差图。
图8为图2的变焦投影镜头的场曲图。
图9为图2的变焦投影镜头的畸变图。
图10为图2的变焦投影镜头的横向色差图。
主要元件符号说明
变焦投影镜头    10
第一透镜群      100
第二透镜群      200
成像面          300
第一透镜        102
第二透镜        202
第三透镜        204
第四透镜        206
第五透镜        208
光阑            20
玻璃片          400
第一表面至第十二表面  S1～S12
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，其为本发明较佳实施方式的变焦投影镜头10沿其光轴方向从放大端至缩小端(近SLM端)依次包括一具有负光焦度的第一透镜群100、一个具有正光焦度的第二透镜群200及及一个成像面300。
第一透镜群100包括一个负光焦度的第一透镜102。第一透镜102包括一个靠近放大端的第一表面S1以及一个靠近缩小端的第二表面S2。
第二透镜群200沿光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个正光焦度的第二透镜202、一个正光焦度的第三透镜204、一个负光焦度的第四透镜206和一个正光焦度的第五透镜208。第二透镜202包括一个靠近放大端的第三表面S3以及一个靠近缩小端的第四表面S4。第三透镜204包括一个靠近放大端的第五表面S5以及一个靠近缩小端的第六表面S6。第四透镜206包括一个靠近放大端的第七表面S7以及一个靠近缩小端的第八表面S8。第五透镜208包括一个靠近放大端的第九表面S9以及一个靠近缩小端的第十表面S10。
变焦投影镜头10可应用于DLP投影机。投影时，SLM调制的投影信号光自一SLM表面93投射到变焦投影镜头10，光线依次经第二透镜群200及第一透镜群10，投射于屏幕(图未示)上便可得到投影画面。变焦投影镜头在广角端到摄远端变换过程中，第一透镜群100及第二透镜群200均沿光轴移动。在本实施方式中，变焦投影镜头10实现1.1倍的变焦投影，所有透镜的表面均为球面。
为实现小型化的要求，变焦投影镜头10满足以下条件式：
(1)1.9＜|F1/Fw|＜2.1；(2)0.5＜|f4/Fw|＜0.8；(3)0.95＜|f5/Fw|＜1.2。
其中，F1为该第一透镜群的有效焦距，f4为该第四透镜的有效焦距，f5为该第五透镜的有效焦距，Fw为该变焦投影镜头在广角端的有效焦距。条件式(1)限制了变焦投影镜头10的光学总长。条件式(2)及(3)修正了场曲及像差。如此，该三个条件式对第一透镜群100及第二透镜群200的光焦度的合理分配，使得变焦投影镜头10的像散和球差在得到有效控制进而提高投影品质的同时，变焦投影镜头10也较小型化。
优选地，变焦投影镜头100还满足以下条件：
(4)L*Φw＜3.8。
其中，L为变焦投影镜头10位于广角端时的光学总长，Φw为变焦投影镜头100位于广角端时的光焦度。条件式(4)进一步限制了变焦投影镜头10的光学总长及变倍比(即，变焦投影镜头10在望远端的有效焦距与广角端的有效焦距之比)。
优选地，变焦投影镜头100还满足以下条件：
(5)w≥27°。
其中，w为变焦投影镜头100位于广角端半视场角。
优选地，变焦投影镜头100还包括一个设置于第三透镜204与第四透镜206间的光阑(Aperture stop)20，以限制经过进入第一透镜群100的光通量。变焦投影镜头100在变焦过程中，光阑20随第二透镜群200一起移动，并且光阑孔径保持不变。
优选地，变焦投影镜头100还包括一个设置于第二透镜群200与成像面300之间的玻璃片400，以保护变焦投影镜头100。玻璃片400包括一个靠近放大端的第十一表面S11以及一个靠近缩小端的第十二表面S12。
本实施方式中，变焦投影镜头100的各光学元件满足表1、表2的条件，其中，F1＝-44.5，f4＝-14.675，f5＝23.96，Fw＝22.1，L＝g3mm，Φw＝0.045，w＝26.95°。
表1、表2中，约定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，下同)，Nd为对应透镜组对d光(波长为587纳米，下同)的折射率，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(abbenumber，下同)；f为变焦投影镜头100的有效焦距，L为变焦投影镜头100的光学总长，F#为光圈数，D1为第二表面S2到第三表面S3的轴上距离，D2为第十表面S10到成像面300的轴上距离。
表1
Figure BDA0000044462950000041
Figure BDA0000044462950000051
表2
本实施方式的变焦投影镜头100处于广角端时，其像差、场曲、畸变及横向色差分别如图3到图6所示。图3中，根据针对波长分别为460nm、550nm、610nm的光观察到的球面像差曲线，变焦投影镜头100处于广角端时对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在(-0.3mm，0.3mm)范围内。图4中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.3mm，0.3mm)范围内。而从图5中可知，畸变量被控制在(-2％，0)范围内。根据图6，变焦投影镜头100对可见光产生的横向色差值控制在(-4um，4um)范围内。
本实施方式的变焦投影镜头100处于摄远端时，其像差、场曲、畸变及横向色差分别如图7到图10所示。图7中，根据针对波长分别为460nm、550nm、610nm的光观察到的球面像差曲线，变焦投影镜头100处于摄远端时对可见光产生的像差值控制在(-0.3mm，0.3mm)范围内。图8中，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.3mm，0.3mm)范围内。而从图9中可知，畸变量被控制在(-2％，0)范围内。根据图10，变焦投影镜头100对可见光产生的横向色差值控制在(-4um，4um)范围内。由此可见，变焦投影镜头100处于广角端及摄影端时的球面像差、场曲、畸变及横向色差都能被控制(修正)在较小的范围内。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种变焦投影镜头，沿其光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个负光焦度的第一透镜群及一个正光焦度的第二透镜群；该第一透镜群包括一个负光焦度的第一透镜；该第二透镜群沿该光轴方向从放大端到缩小端依序包括一个正光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个负光焦度的第四透镜和一个正光焦度的第五透镜；该变焦投影镜头在广角端到摄远端变换过程中，该第一透镜群及该第二透镜群均沿该光轴移动；该变焦投影镜头满足以下条件式：
1.9＜|F1/Fw|＜2.1；
0.5＜|f4/Fw|＜0.8；
0.95＜|f5/Fw|＜1.2；
其中，F1为该第一透镜群的有效焦距，f4为该第四透镜的有效焦距，f5为该第五透镜的有效焦距，Fw为该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，该变焦投影镜头还满足以下条件式：L*Φw＜3.8；其中，L为该变焦投影镜头位于广角端时的光学总长，Φw为该变焦投影镜头位于广角端时的光焦度。
3.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头还满足以下条件式：w≥27°；其中，w为该变焦投影镜头位于广角端半视场角。
4.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头还包括一个设置于该第三透镜与该第四透镜间的光阑。
5.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头还包括一个设置于该第二透镜群与该变焦投影镜头的成像面之间的玻璃片。
6.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，该变焦投影镜头实现1.1倍的变焦投影。
7.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所有透镜的表面均为球面。 
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