CN110441895A - 4k像素级高解像力的投影变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4K像素级高解像力的投影变焦镜头，用于将图像投影到目标投影表面，该投影变焦镜头沿图像到目标投影表面的方向包括同轴且依序排列的第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组、第四镜片组、光阑以及第五镜片组；其中，第一镜片组、第四镜片组以及第五镜片组为固定组，第二镜片组和第三镜片组为可变组，投影变焦镜头在小焦距往大焦距改变过程中，第二镜片组和第三镜片组均朝第一镜片组的方向移动。本发明采用合理的光焦度分配，可以更好地消除像差，降低光学畸变，实现更高的光学性能要求。

Description

4K像素级高解像力的投影变焦镜头

技术领域

本发明涉及投影变焦镜头技术领域，具体涉及一种4K像素级高解像力的投影变焦镜头。

背景技术

随着人们对影院画质的要求越来越高，4K分别率的放映机扮演着越来越重要的角色，投影变焦头是放映机是重要的组成部分，其决定了投影画面的成像质量。4K投影变焦镜头的技术难点主要包括：拉赫不变量高以及成像面直径，这两个因素决定了镜头的成像能力强以及设计难度大；镜头在使用时高倍放大的成像，像差也跟着高倍放大，特别是色差、畸变、清晰度以及照度的均匀性，因而对像差的控制要求非常严格；镜头的远心要求以及通常在镜头与空间光调制器之间加入一个棱镜结构，即需要更长的光学后焦，造成设计更加困难，结构更加复杂；镜片数量多，变焦结构复杂，因而对像差的平衡更高的要求。

综上，4K像素级投影变焦镜头的设计难度大，要求也高，并且普遍存在轴外像差较明显不如轴上像差的缺点。一般地，轴外的成像质量是轴上的60％或者更低。

因此，本领域需要一种新的投影变焦镜头来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种4K像素级高解像力的投影变焦镜头，其可以更好的消除像差，轴外像差与轴上像差接近，放映显像效果更佳。

为了实现上述目的，本发明提供的4K像素级高解像力的投影变焦镜头，用于将图像投影到目标投影表面，所述投影变焦镜头沿所述图像到所述目标投影表面的方向包括同轴且依序排列的第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组、第四镜片组、光阑以及第五镜片组；

所述第一镜片组的光焦度满足：

所述第二晶片组的光焦度满足：

所述第三镜片组的光焦度满足：

所述第四镜片组的光焦度满足：

所述第五镜片组的光焦度满足：

为短焦时投影变焦镜头的光焦度；

其中，所述第一镜片组、第四镜片组以及第五镜片组为固定组，所述第二镜片组和第三镜片组为可变组，所述投影变焦镜头在小焦距往大焦距改变过程中，所述第二镜片组和第三镜片组均朝所述第一镜片组的方向移动。

进一步地，所述第一镜片组包括依序排列的具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片以及具有负光焦度第四镜片。

进一步地，所述第二镜片组由依序排列的第五镜片和第六镜片，所述第五镜片为凸透镜，所述第六镜片为凹透镜；所述第五镜片与第六镜片之间的中心距离小于1mm，或者所述第五镜片与第六镜片胶合。。

进一步地，所述第五镜片的色散系数Vd5满足：Vd5＞55；所述第六镜片的色散系数Vd6满足：Vd6＜45。

进一步地，所述第三镜片组由依序排列的第七镜片和第八镜片，所述第七镜片为凹透镜，所述第八镜片为凸透镜；所述第七镜片与第八镜片之间的中心距离小于1mm，或者所述第七镜片与第八镜片胶合。

进一步地，所述第七镜片的色散系数Vd7满足：Vd7＜45；所述第八镜片的色散系数Vd8满足：Vd8＞55。

进一步地，所述第二镜片组和第三镜片组设置为对称结构。

进一步地，所述第四镜片组包括依序排列的第九镜片、第十镜片以及第十镜片，所述第九镜片为凹透镜；所述第十镜片与第十一镜片的中心距离小于1mm，或者所述第十镜片与第十一镜片胶合；其中，所述第十镜片的色散系数Vd10满足：Vd10＞55，所述第十一镜片的色散系数Vd11满足：Vd11＜45。

进一步地，所述第五镜片组中最靠近所述目标投影表面的镜片为双凸透镜，或凸面朝向所述第一镜片组的凸凹透镜。

进一步地，所述投影变焦镜头的变倍比大于1.2。

本发明的优点在于：

本发明提供的4K像素级高解像力的投影变焦镜头，包括同轴且依序排列的第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组、光阑、第四镜片组以及第五镜片组；所述第一镜片组的光焦度满足：所述第二晶片组的光焦度满足：所述第三镜片组的光焦度满足： 所述第四镜片组的光焦度满足：所述第五镜片组的光焦度满足： 为短焦时投影变焦镜头的光焦度；在小焦距往大焦距改变过程中，第一镜片组固定，第二镜片组和第三镜片组均朝第一镜片组方向移动。基于本发明的上述结构以及光焦度分配，可以达到良好的像差平衡，使轴外像差与轴上像差接近。

进一步地，投影变焦镜头变倍及补偿组比较简单，变倍和补偿过程更加容易实现，而且更加可靠。并且第二镜片组和第三镜片组设置成对称结构，以消除镜头的慧差及畸变，第四组及第五组作为成像组，用来消除轴外像差，使轴外像差与轴上像差接近。

附图说明

图1是本发明实施例中一种投影变焦镜头主要结构及其在短焦时的使用状态示意图；

图2是本发明实施例中一种投影变焦镜头对应中焦的使用状态示意图；

图3是本发明实施例中一种投影变焦镜头对应长焦的使用状态示意图；

图4是本发明实施例中一种投影变焦镜头在短焦时对应的MTF曲线图；

图5是本发明实施例中一种投影变焦镜头在短焦时对应的畸变曲线图；

图6是本发明实施例中一种投影变焦镜头在中焦时对应的MTF曲线图；

图7是本发明实施例中一种投影变焦镜头在中焦时对应的畸变曲线图；

图8是本发明实施例中一种投影变焦镜头在长焦时对应的MTF曲线图；

图9是本发明实施例中一种投影变焦镜头在长焦时对应的畸变曲线图；

图10是本发明实施例中一种投影变焦镜头在短焦时对应的色差曲线图；

图11是本发明实施例中一种投影变焦镜头在中焦时对应的色差曲线图；

图12是本发明实施例中一种投影变焦镜头在长焦时对应的色差曲线图；

图13是本发明实施例中一种投影变焦镜头在短焦时照度均匀性曲线图；

图14是本发明实施例中一种投影变焦镜头在中焦时照度均匀性曲线图；

图15是本发明实施例中一种投影变焦镜头在长焦时照度均匀性曲线图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

请阅附图1，图1示例性示出了本实施例提供的4K像素级高解力的投影变焦镜头的主要结构，如图1所示，本实施例提供的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其用于将图像投影到目标投影表面，该投影变焦镜头的变倍比大于1.2。该投影变焦镜头沿图像到目标投影表面包括同轴且依序排列的第一镜片组1、第二镜片组2、第三镜片组3、第四镜片组4、光阑(图中未示出)以及第五镜片组5；其中，第一镜片组1、第四镜片组4以及第五镜片组5均为固定组，第二镜片组2和第三镜片组3均为可变组，投影变焦镜头在小焦距往大焦距改变过程中，第二镜片组2和第三镜片组3均朝第一镜片组1方向移动。

其中，第一镜片组的光焦度满足：第二晶片组的光焦度满足：第三镜片组的光焦度满足： 第四镜片组的光焦度满足：第五镜片组的光焦度满足： 为短焦时投影变焦镜头的光焦度，分别为五组镜片的光焦度。

基于上述各光焦度分配的分配方案，各镜片组分配平衡且数值均较小，使像差值更小，并且公差不会过大有利于镜头的装调。光阑位于第四、第五镜片组之间，使得镜头的大小更加合理，不需要加入光晕，既能使镜头的照度均匀性更佳，照度均匀性接近100％。

第一镜片组1包括依序排列的具有负光焦度的第一镜片11、具有负光焦度的第二镜片12、具有正光焦度的第三镜片13以及具有负光焦度第四镜片14，具体地，第一镜片11可以为凸凹透镜，第二镜片12可以为双凹透镜，第三镜片13可以为双凸透镜，第四镜片14可以为双凹透镜。第一镜片组1采用负、负、正、负光焦度的透镜组合搭配可让光线更好地折射到可变组上。

第二镜片组2是由依序排列的第五镜片25和第六镜片26，第五镜片25为凸透镜，第六镜片26为凹透镜，并且第五镜片25与第六镜片26之间的中心距离小于1mm，或者第五镜片25与第六镜片26胶合，即通过胶合工艺连接。第五镜片25的色散系数Vd5满足：Vd5＞55，第六镜片26的色散系数Vd6满足：Vd6＜45。利用上述第五镜片25和第六镜片26的搭配组合可以更好地消除色差，在消除色差时，镜片的曲率半径较大，公差更加宽松，所以加工更加容易。

第三镜片组3是由依序排列的第七镜片37和第八镜片38，第七镜片37为凹透镜，第八镜片38为凸透镜，第七镜片37与第八镜片38之间的中心距离小于1mm，或者第七镜片37与第八镜片38胶合，即通过胶合工艺连接。第七镜片37的色散系数Vd7满足：Vd7＜45；第八镜片38的色散系数Vd8满足：Vd8＞55。利用上述第七镜片37和第八镜片38的搭配组合可以更好地消除色差，在消除色差时，镜片的曲率半径较大，公差更加宽松，所以加工更加容易。

进一步地，第二镜片组2和第三镜片组3可以设置为对称结构，以更好地消除镜头的慧差及畸变，实现轴外清晰度接近轴上，轴外畸变也更加小。

第四镜片组4包括依序排列的第九镜片49、第十镜片410以及第十一镜片411；第九镜片49为凹透镜，第十镜片410与第十一镜片411之间中心距离小于1mm，或者第十镜片410与第十一镜片411胶合，即通过胶合工艺连接。其中，第十镜片410的色散系数Vd10满足：Vd10＞55，第十一镜片411的色散系数Vd11满足：Vd11＜45。利用上述第十镜片410和第十一镜片411的搭配组合在消除色差时，镜片的曲率半径较大，公差更加宽松，所以加工更加容易。

第五镜片组5由10个镜片组成，其中最靠近目标投影表面的镜片(即最后一个镜片)为双凸透镜，或凸面朝向第一镜片组的凸凹透镜，如此让光线顺利折射到目标投影表面上。本实施例中，第四、第五镜片组中每组至少包含一个胶合镜片，或者中心距离小于1mm的双分离镜片，该结构可以使前三个镜片组所成的像更加品质地呈现在目标投影平面上。

本实施例的4K像素级高解像力投影变焦镜头采用了21个镜片，具有4K像素的高解像力，能够更好地相处像差，且实现小于2％的光学畸变。

参阅表1，表1示例性示出了该投影变焦镜头中各镜片的具体参数。

表1

参阅图1至图3，分别示例性示出了本发明实施例的投影变焦镜头，在短焦、中焦、长焦时的使用状态。图4、图6、图8分别示例性示出了本发明实施例的投影变焦镜头，在短焦、中焦、长焦时的MTF曲线图，MTF曲线图能够反应一个该镜头的解像水平，可以看出本发明实施例具有较高的解像力，适用于4K高清图像的投影显示。图5、图7、图9分别示例性示出了本发明实施例的投影变焦镜头，在短焦、中焦、长焦时的畸变曲线图，可以看出本发明提供的投影变焦镜头畸变率约2％，光学畸变量更低。图10至图12，分别示例性示出了本发明实施例的投影变焦镜头，在短焦、中焦、长焦时的色差曲线图。图13至图15，分别示例性示出了本发明实施例的投影变焦镜头，在短焦、中焦、长焦时的光照均匀性曲线图。可以看出本发明实施例的投影变焦镜头结构设计合理，具有更高的光学性能要求。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种4K像素级高解像力的投影变焦镜头，用于将图像投影到目标投影表面，其特征在于，所述投影变焦镜头沿所述图像到所述目标投影表面的方向包括同轴且依序排列的第一镜片组、第二镜片组、第三镜片组、第四镜片组、光阑以及第五镜片组；

所述第一镜片组的光焦度满足：

所述第二晶片组的光焦度满足：

所述第三镜片组的光焦度满足：

所述第四镜片组的光焦度满足：

所述第五镜片组的光焦度满足：

为短焦时投影变焦镜头的光焦度；

其中，所述第一镜片组、第四镜片组以及第五镜片组为固定组，所述第二镜片组和第三镜片组为可变组，所述投影变焦镜头在小焦距往大焦距改变过程中，所述第二镜片组和第三镜片组均朝所述第一镜片组的方向移动。

2.如权利要求1所述的4K像素级高解像力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第一镜片组包括依序排列的具有负光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片以及具有负光焦度第四镜片。

3.如权利要求1所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第二镜片组由依序排列的第五镜片和第六镜片，所述第五镜片为凸透镜，所述第六镜片为凹透镜；

所述第五镜片与第六镜片之间的中心距离小于1mm，或者所述第五镜片与第六镜片胶合。

4.如权利要求3所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，

所述第五镜片的色散系数Vd5满足：Vd5＞55；

所述第六镜片的色散系数Vd6满足：Vd6＜45。

5.如权利要求1所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第三镜片组由依序排列的第七镜片和第八镜片，所述第七镜片为凹透镜，所述第八镜片为凸透镜；

所述第七镜片与第八镜片之间的中心距离小于1mm，或者所述第七镜片与第八镜片胶合。

6.如权利要求5所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，

所述第七镜片的色散系数Vd7满足：Vd7＜45；

所述第八镜片的色散系数Vd8满足：Vd8＞55。

7.如权利要求1所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第二镜片组和第三镜片组设置为对称结构。

8.如权利要求1所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第四镜片组包括依序排列的第九镜片、第十镜片以及第十一镜片，所述第九镜片为凹透镜；

所述第十镜片与第十一镜片的中心距离小于1mm，或者所述第十镜片与第十一镜片胶合；

其中，所述第十镜片的色散系数Vd10满足：Vd10＞55，所述第十一镜片的色散系数Vd11满足：Vd11＜45。

9.如权利要求1所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述第五镜片组中最靠近所述目标投影表面的镜片为双凸透镜，或凸面朝向所述第一镜片组的凸凹透镜。

10.如权利要求1至9中任一项所述的4K像素级高解力的投影变焦镜头，其特征在于，所述投影变焦镜头的变倍比大于1.2。