CN103149665A - 投影镜头 - Google Patents

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CN103149665A CN201110403292XA CN201110403292A CN103149665A CN 103149665 A CN103149665 A CN 103149665A CN 201110403292X A CN201110403292X A CN 201110403292XA CN 201110403292 A CN201110403292 A CN 201110403292A CN 103149665 A CN103149665 A CN 103149665A
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彭芳英
柳晓娜
黄海若
王圣安
李安泽
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种投影镜头，从放大端至缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组及一个具有正光焦度的第二透镜组，该第一透镜组包括一个靠近放大端的第一透镜，该投影镜头满足以下条件式：4.5<∣F1∣/F<6；其中，F1为该第一透镜的有效焦距；F为该投影镜头的有效焦距。满足上述条件的投影镜头，在保证良好投影画面品质的要求的同时降低了生产成本。

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 on Silicon， 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)。投影镜头在保证成像品质的同时，也需要考虑降低成本的要求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种保证良好投影画面品质的同时降低成本的投影镜头。
一种投影镜头，从放大端至缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组及一个具有正光焦度的第二透镜组，该第一透镜组包括一个靠近放大端的第一透镜，该投影镜头满足以下条件式：
4.5<∣F1∣/F<6；
其中，F1为该第一透镜的有效焦距；F为该投影镜头的有效焦距。
满足上述条件的投影镜头，在保证良好投影画面品质的要求的同时降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的投影镜头的结构示意图；
图2为第一实施方式的投影镜头的球面像差图；
图3为第一实施方式的投影镜头的场曲图；
图4为第一实施方式的投影镜头的畸变图。
图5为第二实施方式的投影镜头的球面像差图。
图6为第二实施方式的投影镜头的场曲图。
图7为第二实施方式的投影镜头的畸变图。
主要元件符号说明
投影镜头 100
第一透镜组 10
第一透镜 11
第二透镜 12
第三透镜 13
第四透镜 14
第五透镜 15
第六透镜 16
第二透镜组 20
第七透镜 21
第八透镜 22
第九透镜 23
第十透镜 24
第十一透镜 25
第十二透镜 26
第十三透镜 27
第一表面 S1
第二表面 S2
第三表面 S3
第四表面 S4
第五表面 S5
第六表面 S6
第七表面 S7
第八表面 S8
第九表面 S9
第十表面 S10
第十一表面 S11
第十二表面 S12
第十三表面 S13
第十四表面 S14
第十五表面 S15
第十六表面 S16
第十七表面 S17
第十八表面 S18
第十九表面 S19
第二十表面 S20
第二十一表面 S21
第二十二表面 S22
第二十三表面 S23
第二十四表面 S24
保护玻璃 30
成像表面 40
光阑 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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，其为本发明实施方式所提供的投影镜头100，其可应用于数字光处理(digital light processing， DLP)投影机。DLP投影机包括一个数字微镜装置(digital micro-mirror device， DMD)作为空间光调制装置(spatial light modulator， SLM)。该投影镜头100具有正光焦度，从放大端至缩小端依次包括：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、一个保护玻璃30及一个成像表面(即：SLM表面)40。
该第一透镜组10包括一个具有负光焦度的第一透镜11、一个具有负光焦度的第二透镜12、一个具有负光焦度的第三透镜13、一个具有负光焦度的第四透镜14、一个具有正光焦度的第五透镜15及一个具有正光焦度的第六透镜16。该第一透镜11包括靠近放大端的第一表面S1及靠近该缩小端的第二表面S2。该第二透镜12包括靠近放大端的第三表面S3及靠近该缩小端的第四表面S4。该第三透镜13包括靠近放大端的第五表面S5及靠近该缩小端的第六表面S6。该第四透镜14包括靠近放大端的第七表面S7及靠近该缩小端的第八表面S8。该第五透镜15包括靠近放大端的第九表面S9及靠近该缩小端的第十表面S10。该第六透镜16包括靠近放大端的第十一表面S11及靠近该缩小端的第十二表面S12。其中，该第三表面S3、该第四表面S4、该第七表面S7、该第八表面S8、该第九表面S9、该第十表面S10、该第十一表面S11及该第十二表面S12均为球面。由于球面透镜不易在高温造成成像品质的变化，如此，可保证在高温环境下，成像品质仍较佳的特性。另外，该第一表面S1、该第二表面S2、该第五表面S5及该第六表面S6均为非球面。
该第二透镜组20包括一个具有正光焦度的第七透镜21、一个具有正光焦度的第八透镜22、一个具有负光焦度的第九透镜23、一个具有正光焦度的第十透镜24、一个具有负光焦度的第十一透镜25、一个具有正光焦度的第十二透镜26及一个具有正光焦度的第十三透镜27。该第八透镜22与该第九透镜23为胶合透镜，该第十一透镜25与该第十二透镜26为胶合透镜。该第七透镜21包括靠近放大端的第十三表面S13及靠近该缩小端的第十四表面S14。该第八透镜22包括靠近放大端的第十五表面S15及靠近该缩小端的第十六表面S16。该第九透镜23包括靠近放大端的该第十六表面S16及靠近该缩小端的第十七表面S17。该第十透镜24包括靠近放大端的第十八表面S18及靠近该缩小端的第十九表面S19。该第十一透镜25包括靠近放大端的第二十表面S20及靠近该缩小端的第二十一表面S21。该第十二透镜26包括靠近放大端的该第二十一表面S21及靠近该缩小端的第二十二表面S22。该第十三透镜27包括靠近放大端的第二十三表面S23及靠近该缩小端的第二十四表面S24。其中，该第十三表面S13、该第十四表面S14、该第十五表面S15、该第十六表面S16、该第十七表面S17、该第十八表面S18、该第十九表面S19、该第二十表面S20、该第二十一表面S21、该第二十二表面S22、该第二十三表面S23及该第二十四表面S24均为球面。
该光阑50位于该第九透镜23与第十透镜24之间，以限制光通量，并让经过该第九透镜23后的光锥能更加对称，使该投影镜头100的慧差得以修正。本实施方式中，为了更加节省空间，该第十透镜24的第十八表面S18上的一外围环状区域涂黑以当作该光阑50。
为了降低成本，该第一透镜组10包括至少一塑料镜片(如射出成型，利于量产)。本实施方式中，该第一透镜11及该第三透镜13均为塑料镜片。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。
当该投影镜头100投影时，光线从DMD的成像表面40射出，依次经过该保护玻璃30、该第二透镜组20及该第一透镜组10，最后投射于投影屏幕上。该保护玻璃30从放大端至缩小端包括靠近放大端的第二十五表面S25以及靠近缩小端的第二十六表面S26。其中，该保护玻璃30用于保护该成像表面40。
本实施方式的投影镜头100满足以下条件式：
(1) 4.5<∣F1∣/F<6；
其中，F1为该第一透镜11的有效焦距，其值为负值；F为该投影镜头100的有效焦距，其值为正值。
满足条件式(1)，使∣F1∣/F的值大于4.5可以保证该第一透镜11不需要使用较高折射率的硝材，降低了生产成本，且场曲容易修正，同时使∣F1∣/F的值小于6可以保证该第一透镜11的靠近该成像表面40的曲面的顶点到承靠平面距离较短，不仅容易量测面形规则度，而且使镀膜更均匀，在成像方面减少受到杂散光的影响，具有较好的成像品质。
更加优选地，该投影镜头100还满足以下条件式：
(2) 0.02<1/∣F1∣+1/∣F3∣<0.06；
其中，F1为该第一透镜11的有效焦距，其值为负值；F3为该投影镜头100的第三透镜13的有效焦距，其值为负值。
满足条件式(2)，使∣F1∣+1/∣F3∣的值大于0.02可以保证畸变容易得到补偿，同时，∣F1∣+1/∣F3∣的值小于0.06可以降低温度对该投影镜头100的影响，进一步保证了成像品质。
下面请参照图2~图7，以具体实施方式来详细说明本发明的投影镜头100。
以下每个实施方式中，F为该投影镜头100的有效焦距；F1为该第一透镜11的有效焦距；F3为该第三透镜13的有效焦距；FNo为该投影镜头100的光圈数；2ω为该投影镜头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为对应表面到后一个表面组成的透镜对d光(波长为587纳米)的折射率，Vd为对应表面到后一个表面组成的透镜的阿贝数。
第一实施方式
本实施方式的投影镜头100的各光学元件满足表1、表2及表3的条件。
表1
表面 透镜表面 R(mm) D(mm) Nd Vd
1 非球面 -119.5143 5.126748 1.525279 55.950760
2 非球面 23.87856 12.73868 -- --
3 球面 50.26009 1.864574 1.744001 44.899072
4 球面 19.31296 3.596751 -- --
5 非球面 16.38402 2.306044 1.531131 55.753858
6 非球面 10.06345 6.10837 -- --
7 球面 -298.061 3.792252 1.772487 49.590644
8 球面 25.49962 4.537637 -- --
9 球面 44.00633 5.525943 1.728250 28.315013
10 球面 -54.79348 0.8464487 -- --
11 球面 -439.6833 5.326233 1.516798 64.198266
12 球面 -84.18804 1.772943 -- --
13 球面 -582.5401 5.573058 1.487489 70.441128
14 球面 -47.16525 7.384164 -- --
15 球面 26.76838 6.738165 1.625886 35.713790
16 球面 -9.901512 1.317118 1.834000 37.345047
17 球面 19.78821 0.4918053 -- --
18 Stop 15.61624 3.737973 1.517420 52.150780
19 球面 -13.49637 0.6368761 -- --
20 球面 28.79612 3.746964 1.496997 81.608364
21 球面 -9.470331 0.8224026 1.701542 41.148948
22 球面 15.24539 0.4093521 -- --
23 球面 18.64409 3.171194 1.487489 70.441128
24 球面 -17.80329 21.09532 -- --
25 球面 无穷大 1.05 1.516798 64.198266
26 球面 无穷大 1.1 -- --
IMA 球面 无穷大 -- -- --
表2
非球面系数 S1 S2 S5 S6
A4 2.1654049e-005 -2.4879703e-005 -0.00018895388 -9.3106332e-005
A6 -1.7123811e-008 1.3178559e-007 3.8202434e-007 -4.5099436e-007
A8 6.8269893e-012 -7.1056829e-011 -1.782508e-009 4.6854112e-009
A10 -5.6946563e-015 -8.0353617e-013 5.2767848e-012 -8.6371934e-013
A12 1.471007e-017 9.1321857e-016 5.6308458e-015 1.8972789e-014
A14 -1.5087722e-020 7.7608282e-019 1.4484761e-017 5.2651015e-016
A16 5.3163673e-024 -1.2353027e-021 -3.4293024e-019 -3.8960328e-018
表3
项目 F(mm) FNo F1(mm) F3(mm) ∣F1∣/F ∣F1∣+1/∣F3∣
规格 7.01 2.6 -37.28 -56.03 5.3 0.045
对符合上述条件的投影镜头100进行测试时，采样的光线波长分别为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米。
在本实施方式中，该投影镜头100投影时的像差、场曲以及畸变分别如图2至图4所示。图2中曲线a1-a5分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线于投影镜头100中的像差曲线。本实施方式的投影镜头100对可见光产生的像差控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图3中，曲线t及s分别为子午场曲特性曲线及弧矢场曲特性曲线，其中t1-t5分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线的子午场曲特性曲线，s1-s5分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线的弧矢场曲特性曲线。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图4中曲线d1-d5分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线于投影镜头100中的畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-0.5%，0.5%)）（与图4不一致）范围内。由此可见，该投影镜头100的像差、场曲、畸变都能被控制在较小的范围内。
第二实施方式
本实施方式的投影镜头100的各光学元件满足表4、表5及表6的条件。
表4
表面 透镜表面 R(mm) D(mm) Nd Vd
1 非球面 -142.1265 4.090293 1.525279 55.950760
2 非球面 23.42297 13.3142 -- --
3 球面 67.07086 2.36738 1.815999 46.571898
4 球面 14.32691 4.136782 -- --
5 非球面 18.17428 1.944964 1.531131 55.753858
6 非球面 13.3652 4.843956 -- --
7 球面 -96.07466 2.266589 1.804200 46.502537
8 球面 26.57234 1.920898 -- --
9 球面 49.23711 7.097836 1.805181 25.456421
10 球面 -95.31072 0.8063903 -- --
11 球面 68.61087 5.11252 1.548100 45.886233
12 球面 -45.46443 5.149678 -- --
13 球面 281.2653 7.417814 1.531719 48.755584
14 球面 -27.38266 8.920428 -- --
15 球面 31.84056 3.31622 1.532561 45.942878
16 球面 -10.10198 1.800874 1.834000 37.345047
17 球面 21.54554 0.7624864 -- --
18 Stop 14.96408 2.890841 1.517419 52.189002
19 球面 -12.90413 0.256056 -- --
20 球面 32.80563 2.982972 1.531722 48.854767
21 球面 -8.423573 0.8866409 1.701542 41.148948
22 球面 14.73699 0.8969876 -- --
23 球面 23.49188 3.856434 1.487489 70.441128
24 球面 -16.13902 21.21881 -- --
25 球面 无穷大 1.05 1.516798 64.198266
26 球面 无穷大 1.1 -- --
IMA 球面 无穷大 -- -- --
表5
非球面系数 S1 S2 S5 S6
A4 2.5289199e-005 -2.072531e-005 -0.00019648251 -0.00011192903
A6 -2.2743114e-008 1.034622e-007 4.326279e-007 -1.7162945e-007
A8 9.6480706e-012 -6.4665438e-012 -1.1243956e-009 4.4433463e-009
A10 -5.985568e-016 -8.9628585e-013 5.0452097e-012 1.4977246e-011
A12 1.1031934e-017 7.167733e-016 2.2552433e-014 -7.9667271e-014
A14 -2.153744e-020 1.5764003e-018 -4.8455088e-017 -4.8827854e-016
A16 1.1265646e-023 -1.8233269e-021 -1.0694673e-018 9.6113294e-020
表6
项目 F(mm) FNo F1(mm) F3(mm) ∣F1∣/F ∣F1∣+1/∣F3∣
规格 6.98 2.68 -37.8 -56.03 5.42 0.035
在本实施方式中，该投影镜头100投影时的像差、场曲以及畸变分别如图5至图7所示。图5中曲线a6-a10分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线于投影镜头100中的像差曲线。本实施方式的投影镜头100对可见光产生的像差控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图3中，曲线t及s分别为子午场曲特性曲线及弧矢场曲特性曲线，其中t6-t10分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线的子午场曲特性曲线，s6-s10分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线的弧矢场曲特性曲线。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图4中曲线d6-d10分别为波长为450纳米、550纳米、630纳米、480纳米以及590纳米的光线于投影镜头100中的畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-1%，1%)范围内。由此可见，该投影镜头100的像差、场曲、畸变都能被控制在较小的范围内。
该投影镜头100在保证良好投影画面品质的要求的同时降低了生产成本。
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 (10)

1.一种投影镜头，从放大端至缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组及一个具有正光焦度的第二透镜组，该第一透镜组包括一个靠近放大端的第一透镜，该投影镜头满足以下条件式：
4.5<∣F1∣/F<6；
其中，F1为该第一透镜的有效焦距；F为该投影镜头的有效焦距。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足以下条件：
0.02<1/∣F1∣+1/∣F3∣<0.06；
其中，F1为该第一透镜的有效焦距；F3为该投影镜头的第三透镜的有效焦距。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第一透镜具有负光焦度，从放大端到缩小端，该第一透镜组还依次包括一个具有负光焦度的第二透镜、一个具有负光焦度的第三透镜、一个具有负光焦度的第四透镜、一个具有正光焦度的第五透镜及一个具有正光焦度的第六透镜。
4.如权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，该第一透镜及该第三透镜均为塑料镜片。
5.如权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，该第二透镜、该第四透镜、该第五透镜及该第六透镜均为球面透镜。
6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，从放大端到缩小端，该第二透镜组依次包括一个具有正光焦度的第七透镜、一个具有正光焦度的第八透镜、一个具有负光焦度的第九透镜、一个具有正光焦度的第十透镜、一个具有正光焦度的第十一透镜、一个具有负光焦度的第十二透镜及一个具有正光焦度的第十三透镜。
7.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，该第八透镜与该第九透镜为胶合透镜，该第十一透镜与该第十二透镜为胶合透镜。
8.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，该第七透镜、该第八透镜、该第九透镜、该第十透镜、该第十一透镜、该第十二透镜及该第十三透镜均为球面透镜。
9.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头还包括一个光阑，该光阑位于该第九透镜与第十透镜之间。
10.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头还包括一个靠近该缩小端的成像表面及一个保护玻璃，该保护玻璃设置于该第二透镜组与该成像表面之间。
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