CN107144945A - 一种大光圈投影光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大光圈投影光学系统,从投射面到发光芯片依次设置有:第一透镜,第一透镜为球面透镜,且光焦度为负;第二透镜,第二透镜为非球面透镜,光焦度为负;且第二透镜两面均弯向发光芯片;光阑;第三透镜,第三透镜为球面透镜,光焦度为正,且第三透镜采用双凸透镜;第四透镜,第四透镜为球面透镜,且光焦度为负;第五透镜,第五透镜为球面透镜,且光焦度为正;第六透镜,第六透镜为球面透镜,且光焦度为正;第七透镜,第七透镜为非球面透镜;且光焦度为正;棱镜。本发明结构简单,光圈大,体积小,低成本,放大率高、高温共焦。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种投影光学系统,尤其是一种大光圈投影光学系统。
【背景技术】
随着投影技术的发展,投影机被广泛应用在教育、医疗、家用等领域,人们对投影机的要求越来越高,镜头作为投影机的核心部件,对各种参数的要求夜随之提高,但目前市场上投影机镜头普遍存在这样的缺点:镜头光圈小,导致投影机在白天投影的画面亮度低,影响日常的使用;少部分镜头虽然光圈比较大,但由于使用了较多球面或者玻璃非球面,导致价格昂贵;也有少部分镜头为了降低成本,提高镜头的放大率,在镜头中采用塑料非球面,但由于投影机发热量大,这类镜头往往会因为高温出现虚焦现象;目前市场上还没有克服以上全部缺点的投影镜头。
因此,本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供了一种结构简单,光圈大,体积小,低成本,放大率高、高温共焦的大光圈投影光学系统。
为解决上述技术问题,本发明采用了下述技术方案:一种大光圈投影光学系统,其特征在于,从投射面到发光芯片依次设置有:
第一透镜,所述第一透镜为球面透镜,且光焦度为负;
第二透镜,所述第二透镜为非球面透镜,光焦度为负;且第二透镜两面均弯向发光芯片;
光阑;
第三透镜,所述第三透镜为球面透镜,光焦度为正,且第三透镜采用双凸透镜;
第四透镜,所述第四透镜为球面透镜,且光焦度为负;
第五透镜,所述第五透镜为球面透镜,且光焦度为正;
第六透镜,所述第六透镜为球面透镜,且光焦度为正;
第七透镜,所述第七透镜为非球面透镜;且光焦度为正;
棱镜。
如上所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述的第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜采用玻璃材质,所述的第二透镜和第七透镜采用塑料材质。
如上所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第一透镜的光焦度为φ1,所述第二透镜的光焦度为φ2,所述第三透镜的光焦度为φ3,所述第四透镜的光焦度为φ4,第五透镜的光焦度为φ5,第六透镜的光焦度为φ6,第七透镜的光焦度为φ7,满足:1.68<|φ1/φ2|<1.71,-0.06<φ4<-0.05,0.028<φ5<0.031,0.02<φ6<0.025,0.01<φ7<0.02。
如上所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第二透镜的膨胀系数P2,第七透镜的膨胀系数P7,满足70<P4<80,P4/P5=1。
如上所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述的第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为光学球面玻璃,所述第二透镜和所述第七透镜为塑胶非球面镜片。
如上所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第二透镜和第七透镜的非球面的表面形状满足以下方程:
在公式中,参数c为半径所对应的曲率,y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同,k为圆锥二次曲线系数;当k系数小于-1时,透镜的面形曲线为双曲线,当k系数等于-1时,透镜的面形曲线为抛物线;当k系数介于-1到0之间时,透镜的面形曲线为椭圆,当k系数等于0时,透镜的面形曲线为圆形,当k系数大于0时,透镜的面形曲线为扁圆形;a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
与现有技术相比,本发明的一种大光圈投影光学系统,达到了如下效果:
1、本发明光圈大,可支持F1.4的光圈。
2、本发明采用玻璃镜片和塑胶镜片的混合使用,并实现了高温状态下不虚焦。
3、本发明结构简单,仅采用了2枚塑胶非球面,极大的降低了镜头的成本。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明,其中:
图1为本发明示意图;
附图说明:1、第一透镜;2、第二透镜;3、第三透镜;4、第四透镜;5、第五透镜;6、第六透镜;7、第七透镜;8、棱镜;9、发光芯片;10、光阑。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示,一种大光圈投影光学系统,从投射面到发光芯片9依次设置有:
第一透镜1,所述第一透镜1为球面透镜,且光焦度为负;
第二透镜2,所述第二透镜2为非球面透镜,光焦度为负;且第二透镜2两面均弯向发光芯片9;
光阑10;
第三透镜3,所述第三透镜3为球面透镜,光焦度为正,且第三透镜3采用双凸透镜;
第四透镜4,所述第四透镜4为球面透镜,且光焦度为负;
第五透镜5,所述第五透镜5为球面透镜,且光焦度为正;
第六透镜6,所述第六透镜6为球面透镜,且光焦度为正;
第七透镜7,所述第七透镜7为非球面透镜;且光焦度为正;
棱镜8。
如图1所示,在本实施例中,所述第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6采用玻璃材质,第二透镜2和第七透镜7采用塑料材质。本发明采用玻璃镜片和塑胶镜片的混合使用,并实现了高温状态下不虚焦。
如图1所示,在本实施例中,所述第一透镜1的光焦度为φ1,所述第二透镜2的光焦度为φ2,所述第三透镜3的光焦度为φ3,所述第四透镜4的光焦度为φ4,第五透镜5的光焦度为φ5,第六透镜6的光焦度为φ6,第七透镜7的光焦度为φ7,满足:1.68<|φ1/φ2|<1.71,-0.06<φ4<-0.05,0.028<φ5<0.031,0.02<φ6<0.025,0.01<φ7<0.02。
在本实施例中,第一透镜光焦度为负,第二透镜光焦度为负,满足1.68<|φ1/φ2|<1.71,可实现较大放大率的同时,增大后工作距离,并且第二透镜采用非球面,校正大角度光线的象散和场曲,使进入后组的光线具有较小的角度与剩余像差。第三透镜采用双凸透镜,光焦度为正,满足0.02<φ3<0.03,可增加进入后组的光线高度,并校正光阑球差;第四透镜的光焦度为负,第五透镜的光焦度为正,第六透镜的光焦度为正,第七透镜的光焦度为正,按照此光焦度负正正正的顺序从投射面到发光芯片依次排列,同时满足-0.06<φ4<-0.05,0.028<φ5<0.031,0.02<φ6<0.025,0.01<φ7<0.02,可对较高光线的球差慧差等像差进行校正,实现大光圈。第7透镜采用非球面,与第二透镜配合使用,可完全校正大角度光线的畸变和象散,提高系统分辨率。
所述第二透镜2为塑料非球面,光焦度φ4为负,第七透镜7为塑料非球面,光焦度φ7为正,两片塑料非球面的使用,极大的降低了系统的成本。
如图1所示,在本实施例中,所述第二透镜2的膨胀系数P2,第七透镜7的膨胀系数P7,满足70<P4<80,P4/P5=1,可实现高温状态下,光学系统不离焦。
如图1所示,在本实施例中,所述的第一透镜1、第三透镜3、
第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6为光学球面玻璃,所述第二透镜2和所述第七透镜7为塑胶非球面镜片。
如图1所示,在本实施例中,所述第二透镜2和第七透镜7的非球面的表面形状满足以下方程:
在公式中,参数c为半径所对应的曲率,y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同,k为圆锥二次曲线系数;当k系数小于-1时,透镜的面形曲线为双曲线,当k系数等于-1时,透镜的面形曲线为抛物线;当k系数介于-1到0之间时,透镜的面形曲线为椭圆,当k系数等于0时,透镜的面形曲线为圆形,当k系数大于0时,透镜的面形曲线为扁圆形;a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
以下案例为F1.4,使用距离1.8m,放大率为109倍的投影镜头的实际设计参数:
第二透镜2的第一面S3的系数为:
k:-1.849548
a1:0
a2:-8.2716931e-005
a3:4.1070432e-007
a4:-2.7340371e-010
a5:-7.7509157e-013
a6:-1.5269798e-014
a7:5.0212787e-017
第二透镜2的第二面S4的系数为:
k:-1.750529
a1:0
a2:-1.8327946e-005
a3:-6.7572957e-008
a4:2.3927704e-009
a5:-5.8877382e-012
a6:-5.6641876e-014
a7:2.0893724e-016
第七透镜7的第一面S13的系数为:
k:-0.9849285
a1:0
a2:-1.7586777e-005
a3:-8.2907262e-008
a4:4.4520215e-011
a5:-1.9180415e-012
a6:1.7761685e-014
a7:-7.0872787e-017
第七透镜7的第二面S14的系数为:
k:1.235455
a1:0
a2:6.6605873e-007
a3:-9.0829998e-008
a4:-1.4387509e-010
a5:1.5958182e-012
a6:-6.4299937e-015
a7:-6.4467233e-018。
Claims (6)
1.一种大光圈投影光学系统,其特征在于,从投射面到发光芯片(9)依次设置有:
第一透镜(1),所述第一透镜(1)为球面透镜,且光焦度为负;
第二透镜(2),所述第二透镜(2)为非球面透镜,光焦度为负;且第二透镜(2)两面均弯向发光芯片(9);
光阑(10);
第三透镜(3),所述第三透镜(3)为球面透镜,光焦度为正,且第三透镜(3)采用双凸透镜;
第四透镜(4),所述第四透镜(4)为球面透镜,且光焦度为负;
第五透镜(5),所述第五透镜(5)为球面透镜,且光焦度为正;
第六透镜(6),所述第六透镜(6)为球面透镜,且光焦度为正;
第七透镜(7),所述第七透镜(7)为非球面透镜;且光焦度为正;
棱镜(8)。
2.根据权利要求1所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述的第一透镜(1)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)和第六透镜(6)采用玻璃材质,所述的第二透镜(2)和第七透镜(7)采用塑料材质。
3.根据权利要求1所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第一透镜(1)的光焦度为φ1,所述第二透镜(2)的光焦度为φ2,所述第三透镜(3)的光焦度为φ3,所述第四透镜(4)的光焦度为φ4,第五透镜(5)的光焦度为φ5,第六透镜(6)的光焦度为φ6,第七透镜(7)的光焦度为φ7,满足:1.68<|φ1/φ2|<1.71,-0.06<φ4<-0.05,0.028<φ5<0.031,0.02<φ6<0.025,0.01<φ7<0.02。
4.根据权利要求1所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第二透镜(2)的膨胀系数P2,第七透镜(7)的膨胀系数P7,满足70<P4<80,P4/P5=1。
5.根据权利要求3所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述的第一透镜(1)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)和第六透镜(6)为光学球面玻璃,所述第二透镜(2)和所述第七透镜(7)为塑胶非球面镜片。
6.根据权利要求5所述的一种大光圈投影光学系统,其特征在于,所述第二透镜(2)和第七透镜(7)的非球面的表面形状满足以下方程:
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</msub>
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<mn>16</mn>
</msup>
</mrow>
在公式中,参数c为半径所对应的曲率,y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同,k为圆锥二次曲线系数;当k系数小于-1时,透镜的面形曲线为双曲线,当k系数等于-1时,透镜的面形曲线为抛物线;当k系数介于-1到0之间时,透镜的面形曲线为椭圆,当k系数等于0时,透镜的面形曲线为圆形,当k系数大于0时,透镜的面形曲线为扁圆形;a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
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