CN107144945B - 一种大光圈投影光学系统 - Google Patents

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

一种大光圈投影光学系统

【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-005a₃：4.1070432e-007a₄：-2.7340371e-010a₅：-7.7509157e-013a₆：-1.5269798e-014a₇：5.0212787e-017

第二透镜2的第二面S4的系数为：k：-1.750529

a₁：0

a₂：-1.8327946e-005a₃：-6.7572957e-008a₄：2.3927704e-009a₅：-5.8877382e-012a₆：-5.6641876e-014a₇：2.0893724e-016

第七透镜7的第一面S13的系数为：k：-0.9849285

a₁：0

a₂：-1.7586777e-005a₃：-8.2907262e-008a₄：4.4520215e-011a₅：-1.9180415e-012a₆：1.7761685e-014a₇：-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-007a₃：-9.0829998e-008a₄：-1.4387509e-010a₅：1.5958182e-012a₆：-6.4299937e-015a₇：-6.4467233e-018。

Claims (4)

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)、第二透镜(2)、光阑(10)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)以及棱镜(8)；

该大光圈投影光学系统由上述七片透镜组成；

所述第一透镜(1)为球面透镜，且光焦度为负；

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)；

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；

所述第四透镜(4)为球面透镜，且光焦度为负；

所述第五透镜(5)为球面透镜，且光焦度为正；

所述第六透镜(6)为球面透镜，且光焦度为正；

所述第七透镜(7)为非球面透镜；且光焦度为正；

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。

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。

4.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。