CN114967084A - 一种投影变焦镜头及投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投影变焦镜头及投影机,其从物侧到像侧依次包括:一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度的第二透镜组,在第二透镜组内部有一个光阑。其中第一透镜组只有一枚负光焦度透镜。其中第二透镜组,从物侧到像侧依次包括一枚正光焦度透镜,光阑,一组负光焦度胶合透镜和一枚正光焦度的透镜组成。在第二透镜组中,至少使用了1片非球面镜片。第一透镜组、第二透镜组的材料、光焦度组合满足一定的条件,可以有效的控制各种像差,获得良好的光学性能,满足0.65"DMD 1080P成像品质的要求。该投影镜头的镜片数量少,结构简单,容易制造,使得投影镜头的成本降低。整个镜头镜片数量少,镜头透过率高,有利于获得较高的投影亮度。

Description

一种投影变焦镜头及投影机
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域,特别涉及一种投影变焦镜头及投影机。
背景技术
投影机作为教学和影院等生活中各场所必备的投影设备,投影镜头是在投影机光路中的最后一个环节,也是一个极为重要的环节,投影镜头的设计不仅影响投影机的性能,也决定了投影效果的质量。
目前常见的数字投影显示技术,主要采用DMD(Digital Micromirror Device,数字微镜器件)或LCOS(Liquid Crystal On Silicon,硅基液晶)作为显示器件,运用偏振分光元件或者全反射分光元件作为照明或者成像分光器件,通过设计合理的投影镜头光路,从而将显示器件上反射的图像聚集到投影屏幕上。
近年来,投影变焦镜头需求逐渐从WXGA过渡到以1080P像素为主。在像质要求提高的情况下,传统的做法是增加镜片数量。而镜片数量的增加,会导致组装公差多,制造难度增加,还会导致整个镜头的透过率下降。所以,如何利用较少的镜片,研究出一种制造性好、成本低,又能满足性能要求的产品,显得非常有必要。
发明内容
本发明目的在于提供一种投影变焦镜头及投影机,以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题,至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案:
本发明提供了一种投影变焦镜头,包括:
8.一种投影变焦镜头,其特征在于,包括:
从物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组,在所述第二透镜组内部有一个光阑;
所述第一透镜组和所述第二透镜组均为可沿光轴移动的调焦组;
所述第一透镜组只有一枚负光焦度透镜;
所述第二透镜组从物侧到像侧依次包括一枚正光焦度透镜、光阑、一组负光焦度胶合透镜和一枚正光焦度的透镜;
并且满足以下的条件式:
2<|f1/f2︱<3
TTL/fw<5
BFL>22.5
其中,
f1:第一透镜组的焦距,
f2:第二透镜组的焦距,
TTL:镜头第一片镜片第一面到DMD像面之间的距离,
fw:镜头广角端的焦距,
BFL:镜头第二透镜组最后一片镜片第二面到DMD像面之间的距离。
本发明的有益效果是:
第一透镜组、第二透镜组的材料、光焦度组合满足一定的条件,可以有效的控制各种像差,获得良好的光学性能,满足0.65"DMD1080P成像品质的要求。该投影镜头的镜片数量少,结构简单,容易制造,使得投影镜头的成本降低。整个镜头镜片数量少,镜头透过率高,有利于获得较高的投影亮度。
作为上述技术方案的进一步改进,所述投影变焦镜头只有两个群组。
作为上述技术方案的进一步改进,所述第二透镜组中间有一个光阑,且光阑位置固定不变。
作为上述技术方案的进一步改进,所述第一透镜组由一片弯月透镜组成,其中第一面和第二面均向像方弯曲;
所述投影变焦镜头第一透镜组满足以下的条件式:
Vd11>50
其中,
Vd11:第一透镜组第一片镜片色散系数。
作为上述技术方案的进一步改进,所述第二透镜组特征在于:第一透镜为正光焦度透镜;第二透镜和第三透镜组合成胶合透镜,其中第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜,第三透镜为具有负光焦度的双凹透镜,其中第三透镜的第一面与第二透镜的第二面半径始终相同,两个面组成胶合面;第四透镜为弯月型正透镜,其中第一面和第二面均向物方弯曲,且至少有一个面为非球面。
作为上述技术方案的进一步改进,所述第二透镜组满足以下的条件式:
Vd21>50
20>Vd22-Vd23>15
Vd23<26
Vd24>50
|f234/fw|>5
其中,
Vd21:第二透镜组第一片镜片的色散系数,
Vd22:第二透镜组第二片镜片的色散系数,
Vd23:第二透镜组第三片镜片的色散系数,
Vd24:第二透镜组第四片镜片的色散系数,
f234:第二透镜组第三、四片镜片形成的胶合镜片的焦距,
fw:广角端焦距。
本发明还提供了一种投影机,包括上述的任意一项所述的一种投影变焦镜头。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明;
图1表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端结构图。
图2表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端结构图。
图3表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端MTF曲线。
图4表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端MTF曲线。
图5表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端畸变曲线。
图6表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端畸变曲线。
图7表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端色差曲线。
图8表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端色差曲线。
图9表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端结构图。
图10表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端结构图。
图11表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端MTF曲线。
图12表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端MTF曲线。
图13表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端畸变曲线。
图14表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端畸变曲线。
图15表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头广角端色差曲线。
图16表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影变焦镜头望远端色差曲线。
附图标记:10表示第一透镜组;20表示第二透镜组;30表示光圈;40表示DMD保护玻璃;50表示像面;100表示整个投影镜头系统结构。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例,本发明之较佳实施例在附图中示出,附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述,使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案,但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,如果具有“若干”之类的词汇描述,其含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图16,本发明的一种投影变焦镜头及投影机作出如下实施例:
图1和图2是本发明的实施例一,所涉及的投影变焦镜头100的结构为100。所述光学投影变焦镜头100从物侧到像侧依次包括: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,在第二透镜组20内部有一个光阑30。其中,40表示DMD保护玻璃;50表示像面。
在进行从广角端向望远端的变倍时,将所述第二透镜组20沿着光轴向物方移动,从而进行变焦,并且通过使所述第一透镜组10沿光轴移动,而对变倍引起的像面在光轴方向的移动进行补偿并进行合焦。
并且以满足以下的条件式(1)、(2)、(3)的方式构成:
2<|f1/f2︱<3 ---------------(1)
TTL/fw<5 ---------------(2)
BFL>22.5 ---------------(3)
其中,
f1:第一透镜组10的焦距,
f2:第二透镜组20的焦距,
TTL:镜头第一片镜片第一面到DMD像面之间的距离,
fw:镜头广角端的焦距,
BFL:镜头第二透镜组20最后一片镜片第二面到DMD像面之间的距离。
所述投影变焦镜头100还包括一个光阑30。所述光阑30位于第二透镜组20第一片透镜和第二片透镜之间,以限制经过所述第一透镜组10的光线进入所述第二透镜组20的光通量,并让经过所述第二透镜组20后的光锥能更加对称,使所述光学投影镜头100的慧差得以修正。为方便机构的设计,该光阑30位置设置为固定位置。
本实施方式中,所述第一透镜组10从物侧到像侧依次为:由一片弯月透镜组成,其中第一面和第二面均向像方弯曲。
所述投影变焦镜头100第一透镜组10以满足以下的条件式(4)的方式构成:
Vd11>50 ---------------(4)
其中,
Vd11:第一透镜组10第一片镜片色散系数。
本实施方式中,所述第二透镜组20从物侧到像侧依次为:第一透镜为正光焦度透镜;第二透镜和第三透镜组合成胶合透镜,其中第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜,第三透镜为具有负光焦度的双凹透镜,其中第三透镜的第一面与第二透镜的第二面半径始终相同,两个面组成胶合面。第四透镜为弯月型正透镜;其中第一面和第二面均向物方弯曲,且至少有一个面为非球面。
所述投影变焦镜头100第二透镜组20以满足以下的条件式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)的方式构成:
Vd21>50 --------------(5)
20>Vd22-Vd23>15 --------------(6)
Vd23<26 --------------(7)
Vd24>50 --------------(8)
|f234/fw|>5 --------------(9)
其中,
Vd21:第二透镜组20第一片镜片的色散系数,
Vd22:第二透镜组20第二片镜片的色散系数,
Vd23:第二透镜组20第三片镜片的色散系数,
Vd24:第二透镜组20第四片镜片的色散系数,
f234:第二透镜组20第三、四片镜片形成的胶合镜片的焦距,
fw:广角端焦距。
在第二透镜组20中,至少使用了1片非球面镜片。第一透镜组10、第二透镜组20的材料、光焦度组合满足一定的条件,可以有效的控制各种像差,获得良好的光学性能,满足0.65"DMD 1080P成像品质的要求。该投影变焦镜头100的镜片数量少,结构简单,容易制造,使得投影变焦镜头100的成本降低。整个镜头镜片数量少,投影变焦镜头100透过率高,有利于获得较高的投影亮度。
并且,投影变焦镜头100只有两个群组,指的是只有两个镜组,例如,本实施例中为第一透镜组10、第二透镜组20。
接下来,说明本发明所涉及的投影变焦镜头100的具体实施例。
首先,本发明提供的投影变焦镜头100存在多种可能的实现方式,参照图1、图2、图9和图10,以下具体以实施例一和实施例二为例对该投影镜头进行说明,而实施例一和实施例二中的结构、参数仅为投影变焦镜头100的实现方式举例,并非限制必须如此设置。
表一(其中*非球面)
实施例一:
Figure BDA0003709511530000091
实施例二:
Figure BDA0003709511530000092
在表一所示的透镜数据中的面编号Si一栏中,表示出了将最靠近物体侧的结构要素的面作为第一面,沿着像方向,面编号逐渐增加。在曲率半径Ri一栏中,表示出了Si编号对应的曲率半径的值。在面间隔Di一栏中,表示出了Si编号对应的镜片肉厚或镜片之间的间隔数值。曲率半径Ri和面间隔Di的单位是毫米(mm)。在折射率Ndj、阿贝数vdj一栏中,分别表示从物体侧起第j号(j=1~9)光学组件相对于d光(波长587.6nm)的折射率和阿贝数的值。
表二
实施例一:
K b c d e f g h
S9 2.5E+00 1.1E-04 4.4E-06 -4.1E-08 2.6E-09 5.8E-11 -1.2E-12 0.0E+00
S10 -4.3E-01 1.4E-05 7.0E-07 -5.2E-09 1.4E-10 3.7E-12 -7.3E-14 0.0E+00
实施例二:
K b c d e f g h
S9 9.0E-01 -8.6E-05 8.8E-07 -6.5E-08 2.9E-10 2.5E-10 -1.0E-11 1.5E-13
S10 -6.6E-02 -1.3E-05 -9.0E-08 5.1E-09 -2.4E-11 1.6E-12 -2.7E-14 8.5E-16
在表二中作为非球面数据而示出在数据中,记号“E”表示紧接它的数据是以10为底的“幂指数”,表示将由以10为底的指数函数所表示的数值乘以“E”前的数值。例如如果是“1.0E-02”,则表示“1.0X10-2”。
以下表二的数据为非球面系数,此非球面系数是以透镜表面中心为原点,光轴为x轴,透镜表面的非球面面型表达式满足以下公式(A)
Figure BDA0003709511530000101
以上公式(A)中相关参数具体含义如下﹕
X------非球面的深度(mm),
Y------从光轴到透镜面的距离(高度)(mm),
C------为镜片曲率半径,C=1/R,
K------圆锥常数,
b、c、d、e、f、g、h------非球面镜片系数。
以下表三中f为整个系统的近轴焦距,单位为(mm)、FNO.为光圈、2ω为视角(ω:半视角)。
表三
实施例一:
f FNO. D1 D2
22 2.5 55.1° 46.33 20.75
25.42 2.65 50.4° 36.918 22.875
实施例二:
f FNO. D1 D2
20.4 2.5 58.8° 45.87 20.79
23.82 2.65 50.2° 34.94 22.92
此外,表四描述了本发明条件式与实施例的具体值。
表四
条件式 实施例一 实施例二
2<|f1/f2︱<3 2.49 2.77
TTL/EFFL<5 4.41 4.7
BFL>22.5 22.6 22.6
Vd11>50 60.4 60.4
Vd21>50 54.6 52
20>Vd22-Vd23>15 19.5 19.5
Vd23<26 25.5 25.5
Vd24>50 53 53
|f234/fw|>5 78 10.7
从以上实施例具体数据的说明,结合实施例附图作进一步描述:
从图3、图4、图11、图12的MTF曲线可以看出,全视场在67lp/mm的空间频率下,光学传递函数广角端MTF>50%,望远端MTF>40%。
从图5、图6、图13、图14畸变图可以看出,全视场最大畸变小于1.6%。
从图7、图8、图15、图16色差图可以看出,全视场垂轴色差最大为6μm。
从以上实施例一和实施例二得到的该投影变焦镜头100成像结果和参数可知,本发明投影变焦镜头100MTF表现优异、畸变小、垂轴色差小,满足0.65"DMD 1080P的需求。因为镜片数量少,使整个镜头透过率高;因为镜片数量少,制造性好。这样的镜头不仅可以有很好的解像能力,还可以更好的利用光效,从而提升在投影机上使用时投影机投影画面的亮度。
另外,本发明不限于上述的实施方式,也可以做各种变形。例如,各透镜成分的曲率半径、面间隔以及折射率的值等不限于上述各数值实施例所表示的值,也可以采用其它的值。这些依据本发明精神所做的变化,都包含在本发明所要求的保护范围之内。
本发明还提供了一种投影机,包括上述的任意一项所述的一种投影变焦镜头100。该投影机具有成本降低、投影亮度较高的优点。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明,但本发明创造并不限于实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种投影变焦镜头,其特征在于,包括:
从物侧到像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组,在所述第二透镜组内部有一个光阑;
所述第一透镜组和所述第二透镜组均为可沿光轴移动的调焦组;
所述第一透镜组只有一枚负光焦度透镜;
所述第二透镜组从物侧到像侧依次包括一枚正光焦度透镜、光阑、一组负光焦度胶合透镜和一枚正光焦度的透镜;
并且满足以下的条件式:
2<|f1/f2︱<3
TTL/fw<5
BFL>22.5
其中,
f1:第一透镜组的焦距,
f2:第二透镜组的焦距,
TTL:镜头第一片镜片第一面到DMD像面之间的距离,
fw:镜头广角端的焦距,
BFL:镜头第二透镜组最后一片镜片第二面到DMD像面之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种投影变焦镜头,其特征在于:
所述投影变焦镜头只有两个群组。
3.根据权利要求1所述的一种投影变焦镜头,其特征在于:
所述第二透镜组中间有一个光阑,且光阑位置固定不变。
4.根据权利要求1所述的一种投影变焦镜头,其特征在于:
所述第一透镜组由一片弯月透镜组成,其中第一面和第二面均向像方弯曲;
所述投影变焦镜头第一透镜组满足以下的条件式:
Vd11>50
其中,
Vd11:第一透镜组第一片镜片色散系数。
5.根据权利要求1所述的一种投影变焦镜头,其特征在于:
所述第二透镜组特征在于:第一透镜为正光焦度透镜;第二透镜和第三透镜组合成胶合透镜,其中第二透镜为具有正光焦度的双凸透镜,第三透镜为具有负光焦度的双凹透镜,其中第三透镜的第一面与第二透镜的第二面半径始终相同,两个面组成胶合面;第四透镜为弯月型正透镜,其中第一面和第二面均向物方弯曲,且至少有一个面为非球面。
6.根据权利要求5所述的一种投影变焦镜头,其特征在于:
所述第二透镜组满足以下的条件式:
Vd21>50
20>Vd22-Vd23>15
Vd23<26
Vd24>50
|f234/fw|>5
其中,
Vd21:第二透镜组第一片镜片的色散系数,
Vd22:第二透镜组第二片镜片的色散系数,
Vd23:第二透镜组第三片镜片的色散系数,
Vd24:第二透镜组第四片镜片的色散系数,
f234:第二透镜组第三、四片镜片形成的胶合镜片的焦距,
fw:广角端焦距。
7.一种投影机,其特征在于,包括上述权利要求1至6任意一项所述的一种投影变焦镜头。
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