CN107229104A - 一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头 - Google Patents
一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，设置于一投影机中，自物侧依次序包括：第一透镜群组、第二透镜群组和第三透镜群组；所述第一透镜群组包括：第一非球面透镜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；所述第二透镜群组包括：孔径光阑20、第一透镜、第二透镜、第三透镜23、第四透镜24；所述第三透镜群组包括：第一透镜31、第二透镜32；所述投影镜头具有一镜头有效光焦度Φ0及一后焦距BFL，且BFL×Φ0≥1.0，ΦG1/Φ0＞0.5、|ΦG2|/Φ0＞0.7、ΦG3/Φ0＞0.15。本发明成像质量高、变焦比大、成本低廉，均为玻璃材质，其性能随温度变化小，另外，通过使用非球面透镜，来降低孔径光阑加宽而衍生的像差。
Description
技术领域
本发明涉及数字光处理投影机领域，具体涉及一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头。
背景技术
随着科技的发展，投影显示技术不断进步，投影机被广泛应用于商务、教育、家庭影院等各个领域。其中，数字光处理投影机(Digital Light Procession，DLP)已逐渐成为主流投影机之一，对DLP用投影镜头的需求也越来越高，随着投影机亮度的不断提高，现有技术中很多镜头的温度随投影机内部温度的升高而升高，投影性能劣化很严重。另外，现有变焦投影镜头的变焦比比较小，在许多场合需要一组镜头进行更换，增加产品的复杂性和成本。
其中，数字光处理投影装置的远心系统(telecentric)的主光线(chief ray)与光轴平行，较以往的非远心系统的投影机，可以使投影画面的亮度均匀性大幅度提高到90％以上。以往的一种非远心系统前投影式投影机，适用于高压汞灯光源，为了价格的考虑通常孔径光阑的孔径小，相对孔径(F‐number)则较大，通常相对孔径大于2.4。
而由于近来各式光源发展成熟，因此，如何提供一种适合用于不同光源的小相对孔径且可避免光效率不足的变焦投影镜头，为目前相关业者的研发重点之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中投影机的变焦投影镜头光效率不足的缺陷，提供一种适合用于不同光源的小相对孔径投影机且可避免光效率不足的变焦投影镜头。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，设置于一投影机中，其特征在于，自物侧依次序包括：
第一透镜群组，具有一正的光焦度ΦG1；
第二透镜群组，具有一负的光焦度ΦG2；
第三透镜群组，具有正的光焦度ΦG3；
所述第一透镜群组自显示芯片10侧依序包括：
第一非球面透镜11，具有正的光焦度Φ11；
第二透镜12，具有正的光焦度Φ12；
第三透镜13，具有负的光焦度Φ13；
第四透镜14，具有正的光焦度Φ14；
第五透镜15，具有负的光焦度Φ15；
第六透镜16，具有正的光焦度Φ16；
所述第二透镜群组自显示芯片10侧依序包括：
孔径光阑20；
第一透镜21，具有正的光焦度Φ21；
第二透镜22，具有负的光焦度Φ22；
第三透镜23，具有负的光焦度Φ23；
第四透镜24，具有负的光焦度Φ24；
所述第三透镜群组自显示芯片10侧依序包括：
第一透镜31，具有正的光焦度Φ31；
第二透镜32，具有负的光焦度Φ32；
所述投影镜头具有一镜头有效光焦度Φ0及一后焦距BFL，且BFL×Φ0≥1.0，ΦG1/Φ0＞0.5、|ΦG2|/Φ0＞0.7、ΦG3/Φ0>0.15。
在本发明公开的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头中，所述第一透镜群组光焦度ΦG1和第二透镜群组光焦度ΦG2满足下列条件：0.6＜|ΦG1/ΦG2|＜0.9；所述第二透镜群组光焦度ΦG2和第三透镜群组光焦度ΦG3满足下列条件：4＜|ΦG2/ΦG3|＜6。
在本发明公开的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，所述投影镜头具有一有效焦距长EFL，所述有效焦距长EFL还满足下列条件：
17毫米(mm)<EFL<29毫米(mm)。
在本发明公开的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，所述投影镜头具有一镜头F数，且该镜头相对孔径F数(F‐number)满足下列条件：2.0<F<2.4。
在本发明公开的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，第一群组包含有一非球面透镜，所述非球面透镜的光焦度ΦA满足下列条件：0.35＜|ΦA/ΦG1|<0.6。
本发明的功效在于降低该变焦投影镜头的相对孔径，也就是放大孔径光阑的口径，提升投影机的光效率，另外通过使用非球面透镜，来降低孔径光阑加宽而衍生的像差。
本发明通过采用全玻璃透镜及无胶合面，避免高亮度投影中很多镜头的温度随投影机内部温度的升高而升高，从而造成投影性能劣化严重的问题。
附图说明
图1是实施例一的配置示意图。
图2是实施例一广角端的球面像差图。
图3是实施例一广角端的倍率色像差图。
图4是实施例一广角端的像场弯曲图。
图5是实施例一广角端的畸变图。
图6是实施例一广角端的光学转换函数图。
图7是实施例一望远程的球面像差图。
图8是实施例一望远程的倍率色像差图。
图9是实施例一望远程的像场弯曲图。
图10是实施例一望远程的畸变图。
图11是实施例一望远程的光学转换函数图。
图12是实施例二的配置示意图。
图13是实施例三的配置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1，本发明用于投影机的远心变焦投影镜头的较佳实施例，由像端至物端依序包含第一透镜群组1、第二透镜群组2及第三透镜群组3，依序为正、负、正光焦度，通过正、负、正光焦度的三个透镜群组可以有效地增加变焦倍率比值。
上述第一透镜群组1，由像端至物端依序包括玻璃非球面透镜11、玻璃球面双凸透镜(biconcave)12、玻璃球面凹凸透镜13、玻璃球面双凸透镜14、玻璃球面双凹透镜15和玻璃球面双凸透镜16。通过使用非球面透镜11，可以有效缩减变焦投影镜头总长、修正投影影像的像差、减少透镜使用数量。
上述第二透镜群组2，由像端至物端依序包括孔径光阑(aperture stop)20、玻璃球面双凹透镜21、玻璃球面双凹透镜22、玻璃球面弯月透镜23和玻璃球面弯月透镜24。
上述第三透镜群组3，由像端至物端依序包括玻璃球面正透镜31和一片玻璃球面凹凸透镜32。
上述变焦投影镜头在广角端的相对孔径(F‐number，F#)小于2.1，也就是放大了孔径光阑口径，提升了投影机的光效率。
上述变焦投影镜头满足以下条件式：
|ex/bf|>9.5 (1)
1.9＜|f1/fW|＜2.2 (2)
1.4＜|f2/fW|＜1.8 (3)
7.0＜|f3/fW|＜7.8 (4)
3.1＜|fA/fW|＜3.6 (5)
其中：ex为系统出瞳位置，bf为镜头后焦长度，fW为该变焦投影镜头在广角端的焦距，f1为该第一透镜群组1的焦距，f2为该第二透镜群组2的焦距，f3为该第三透镜群组3的焦距，fA为该第一透镜群组1中该非球面透镜11的焦距。
通过满足条件式(1)，可以进一步拉长变焦投影镜头后焦长度bf，提高广角端(Wild‐Angle)至望远程(Telephoto)的变焦倍率比值；通过满足条件式(2)至条件式(4)，能够有效地缩减变焦投影镜头总长，并修正投影影像的像差；通过满足条件式(5)，可提升该变焦投影镜头的解像能力。
实施例一
表1‐1为实施例一公开的变焦投影镜头的各式参数。在本实施例中，第一透镜群组1包括玻璃非球面透镜11、玻璃球面双凸透镜12、玻璃球面凹凸透镜13、玻璃球面双凸透镜14、玻璃球面双凹透镜15和玻璃球面双凸透镜16。
第二透镜群组2，由像端至物端依序包括孔径光阑20、玻璃球面双凹透镜21、玻璃球面双凹透镜22、玻璃球面弯月透镜23和玻璃球面弯月透镜24。
第三透镜群组3，由像端至物端依序包括玻璃球面正透镜31和一片玻璃球面凹凸透镜32。
系统出瞳位置ex为‐404.879毫米，镜头后焦长度bf为36.0毫米，变焦投影镜头在广角端的焦距fW为17.8958毫米，第一透镜群组1焦距f1为34.06毫米，第二透镜群组2焦距f2为‐24.579毫米，第一透镜群组1中非球面透镜11的焦距fA为58.759毫米，第三透镜群组3焦距f3为120.924毫米，满足前述条件式(1)至(5)。
此外，相对孔径由广角端、中间状态、望远程依序为2.0、2.0、2.1，变焦投影镜头焦距由广角端、中间状态、望远程依序为17.8958毫米、21.8371毫米、27.2402毫米、孔径光阑孔径大小为18.5毫米。
表1‐1
非球面可由下列方程式表示：
以表面顶点作为参考点，z为沿光轴方向在高度r位置距光轴的位移值，k为此面的二次项圆锥系数(conic coefficient)，C为曲率半径的倒数，α1至α8为高阶非球面系数，该第一透镜群组1的非球面透镜11的系数表1‐2所示。
表1‐2
请参照图2，为实施例一在广角端时的球面像差(longitudinal aberration)图，其中瞳半径(pupil radius)为6.6775毫米。图3为倍率色像差图(lateralcolor)，纵轴的最高成像半高为11.5毫米。图4为场曲(field curvature)图，表面不同高度的成像位置，S代表子午光线，T代表弧矢光线，横坐标为成像点到理想像面的距离，纵坐标为理想像高。图5为表现歪曲像差的畸变(distortion)图，表现横向放大率，横坐标为成像点到理想像点的百分比差，纵坐标为理想像高。图6为光学转换函数图(MTF，modulationtransferfunction)，显示对应空间频率(spatial frequency)变化的光学转换函数模数(modulusof the OTF，optical transfer function)。
实施例一在望远程时球面像差图、倍率色像差图、场曲图、畸变图、光学转换函数图依序为图7至图11。
根据图2至图11，球面像差、倍率色像差、场曲像差、歪曲像差并不严重，其中，通过图7与图11，可得知实施例一具有良好的光学分辨率。
实施例二
表2‐1为实施例二公开的变焦投影镜头的各式参数。在实施例二中，第一透镜群组1的凸透镜为凸凹透镜14，其凹面朝向孔径光阑20。第二透镜群组2凸透镜为凸凹透镜21，凹面朝向孔径光阑20。该第三透镜组3凹凸透镜32的凸面朝向像侧，凹面朝向孔径光阑20。
系统出瞳位置ex为‐399.937毫米，镜头后焦长度bf为35.0毫米，变焦投影镜头在广角端的焦距fW为17.523毫米，第一透镜群组1焦距f1为30.123毫米，第一透镜组1中该非球面透镜11的焦距fA为51.889毫米，第二透镜群组2焦距f2为‐29.066毫米，第三透镜群组3焦距f3为110.941毫米，满足前述条件式(1)至(5)。
此外，相对孔径由广角端、中间状态、望远程依序为2.0、2.0、2.1，该变焦投影镜头焦距由广角端、中间状态、望远程依序为17.5235毫米、24.9939毫米、29.7404毫米，孔径光阑孔径大小为16.108毫米。
表2‐1
上述第一透镜群组2的非球面透镜23系数如表2‐2所示。
表2‐2
实施例三
表3‐1为实施例三公开的变焦投影镜头的各式参数。在实施例三中，第一透镜群组1的凸透镜14为双凸透镜，第二透镜组2的玻璃球面凸透镜21双凸透镜，该群组还包含一非球面透镜23，第三透镜群组3还包含一双凹透镜31。
系统出瞳位置ex为‐401.268毫米，镜头后焦长度bf为35.0毫米，变焦投影镜头在广角端的焦距fW为18.521毫米，第一透镜群组1焦距f1为32.159毫米，该第二透镜群组2焦距f2为‐28.832毫米，第三透镜群组3焦距f3为104.905毫米，满足前述条件式(1)至(5)。
此外，相对孔径由广角端、中间状态、望远程依序为2.0、2.0、2.1，该变焦投影镜头焦距由广角端、中间状态、望远程依序为18.521毫米、25.620毫米、28.741毫米，孔径光阑的孔径大小为16.195毫米。
表3‐1
综上所述，通过使用非球面透镜，可以有效缩减变焦投影镜头总长、修正投影影像的像差、减少透镜使用数量，故确实能达成本发明的目的。
本发明通过使用玻璃非球面透镜，而不使用胶合透镜，可以避免高亮度工程投影机中投影镜头的温度性能变化，从而影响投影机镜头的清晰度。
本发明采用远心结构设计，避免了非远心镜头引起的画面亮度不均匀的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，设置于一投影机中，其特征在于，
自物侧依次序包括：
第一透镜群组，具有一正的光焦度ΦG1；
第二透镜群组，具有一负的光焦度ΦG2；
第三透镜群组，具有正的光焦度ΦG3；
所述第一透镜群组自显示芯片(10)侧依序包括：
第一非球面透镜(11)，具有正的光焦度Φ11；
第二透镜(12)，具有正的光焦度Φ12；
第三透镜(13)，具有负的光焦度Φ13；
第四透镜(14)，具有正的光焦度Φ14；
第五透镜(15)，具有负的光焦度Φ15；
第六透(16)，具有正的光焦度Φ16；
所述第二透镜群组自显示芯片(10)侧依序包括：
孔径光阑(20)；
第一透镜(21)，具有正的光焦度Φ21；
第二透镜(22)，具有负的光焦度Φ22；
第三透镜(23)，具有负的光焦度Φ23；
第四透镜(24)，具有负的光焦度Φ24；
所述第三透镜群组自显示芯片(10)侧依序包括：
第一透镜(31)，具有正的光焦度Φ31；
第二透镜(32)，具有负的光焦度Φ32；
所述投影镜头具有一镜头有效光焦度Φ0及一后焦距BFL，且BFL×Φ0≥1.0，ΦG1/Φ0＞0.5、|ΦG2|/Φ0＞0.7、ΦG3/Φ0＞0.15。
2.根据权利要求1所述的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，其特征在于：
所述第一透镜群组光焦度ΦG1和第二透镜群组光焦度ΦG2满足下列条件：
0.6＜|ΦG1/ΦG2|＜0.9；所述第二透镜群组光焦度ΦG2和第三透镜群组光焦度ΦG3
满足下列条件：4|1G2/ΦG3|＜6。
3.根据权利要求1所述的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，其特征在于：所述投影镜头具有一有效焦距长EFL，所述有效焦距长EFL还满足下列条件：17毫米(mm)<EFL<29毫米(mm)。
4.根据权利要求1所述的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，其特征在于：所述投影镜头具有一镜头F数，且该镜头相对孔径F数(F-number)满足下列条件：2.0<F<2.4。
5.根据权利要求1所述的具有长后焦距的大变倍比远心投影镜头，其特征在于：
第一群组包含有一非球面透镜，所述非球面透镜的光焦度ΦA满足下列条件：
0.35＜|ΦA/ΦG1|＜0.6。
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Address after: The new Pearl Road District of Hefei City, Anhui province 230012 No. 8 Building A, floor 9, 100 Applicant after: HEFEI KESHI LASER TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 230012 E District dormitory building of A group in New Station New Station Industrial Logistics Park, Hefei City, Anhui Applicant before: HEFEI KESHI LASER TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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Inventor after: Shi Cuixia Inventor before: Wu Xinmin |
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Address after: 230011 Hefei Changbai Plastic Co., Ltd. 901 Production Complex Building, No. 8 Pearl Road, Xinzhan District, Hefei City, Anhui Province Applicant after: HEFEI HANSHI LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: The new Pearl Road District of Hefei City, Anhui province 230012 No. 8 Building A, floor 9, 100 Applicant before: HEFEI KESHI LASER TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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Effective date of registration: 20190926 Address after: 246400 Anqing Taihu County, Anhui Province, Longshan Road and Outer Ring East Road Intersection Anhui Kaixin Garment Co., Ltd. Production Building 2 Floor Applicant after: ANHUI HANSHI LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 230011 Hefei Changbai Plastic Co., Ltd. 901 Production Complex Building, No. 8 Pearl Road, Xinzhan District, Hefei City, Anhui Province Applicant before: HEFEI HANSHI LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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