CN210376855U - 一种用于0.47dmd芯片的变焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光投影技术领域，公开了一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，解决现有变焦投影镜头所存在的光焦度分配不合理的问题。本实用新型从放大端到缩小端依次包括：光焦度为负值的第一透镜组、光焦度为正值的第二透镜组、光焦度为正值的第三透镜组；第一透镜组固定设置，第二至第三透镜组移动设置，变焦投影镜头满足以下条件式：1.73＜|F₁/F_w|＜1.91；1.84＜|F₂/F_w|＜2.04；1.44＜|F₃/F_w|＜1.60；其中，F₁‑F₃分别为第一至第三透镜组的有效焦距，F_w为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。本实用新型适用于DMD投影仪。

Description

一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头

技术领域

本实用新型涉及激光投影技术领域，特别涉及一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头。

背景技术

由于投影装置的技术已逐渐成熟，其主要组件之一为变焦镜头，亦使影像能清晰成像，而该变焦镜头的技术特征，是由一靠近投影测的第一透镜群及一靠近影像源侧的第二透镜群所构成，且该第一透镜群的光焦度为负值，用以发散光线及该第二透镜群具有正屈光度，用以收敛光线。通常该第一透镜群及第二透镜群分别具有数个透镜，其数个透镜结构相当复杂，而该数个透镜结构的光学设计，其主要参数为阿贝数、折射率，该阿贝数评估一个光学系统色散能力好坏的数值，当阿贝数愈小，则色散程度愈大，反之，当阿贝数愈大，则色散愈小；该折射率当光线经过透镜后，因光速在不同材料内的行进速度不同，会使光线产生折射现象，且材料的折射率可随波长而变化称为色散，两者的关系皆与色散有关，如此一来，该阿贝数与该折射率之间具有光学匹配关系。但是，如果各透镜组的光焦度分配不合理，可能会导致如下结果：

(1)无法有效修正像差和畸变；

(2)无法让变焦投影镜头缩小端(近DMD端)满足远心成像要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提出一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，解决现有变焦投影镜头所存在的光焦度分配不合理的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，从放大端到缩小端依次包括：光焦度为负值的第一透镜组、光焦度为正值的第二透镜组、光焦度为正值的第三透镜组；第一透镜组固定设置，第二至第三透镜组移动设置，变焦投影镜头满足以下条件式：1.73＜|F₁/F_w|＜1.91；1.84＜|F₂/F_w|＜2.04；1.44＜|F₃/F_w|＜1.60；其中，F₁-F₃分别为第一至第三透镜组的有效焦距，F_w为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。

进一步的，所述第一透镜组从放大端到缩小端依次包括第一至第四透镜，所述第一透镜的光焦度为正值，第二至四透镜的光焦度均为负值；

所述第二透镜组从放大端到缩小端依次包括第五透镜到第八透镜，所述第五透镜的光焦度为正值，所述第六透镜的光焦度为正，所述第七透镜的光焦度为负值，所述第八透镜的光焦度为正值；

所述第三透镜组从放大端到缩小端依次包括第九透镜到第十三透镜，所述第九透镜、第十透镜的光焦度均为负值，所述第十一透镜的光焦度为正值，所述第十二透镜的光焦度为正值，所述第十三透镜的光焦度为正值。

进一步的，本实用新型还包括光阑，所述光阑设置于所述第九透镜靠近放大端的表面，所述光阑的孔径大小在变焦过程中会发生改变。

进一步的，本实用新型还包括棱镜和平板玻璃；所述第三透镜和第九透镜为非球面镜片，第一至第二、第四至第八、第十至第十二透镜为球面镜片。

本实用新型的有益效果是：本发明通过对光焦度相关的条件式进行优化，实现对该变焦投影镜头的光焦度进行合理分配，保证了变焦投影镜头在变焦过程中符合高分辨率的要求。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为变焦投影镜头采用S状态时的轴向像差特性曲线。

图3为变焦投影镜头采用S状态时的场曲特性曲线。

图4为变焦投影镜头采用S状态时的畸变特性曲线。

图5为变焦投影镜头采用S状态时的垂轴色差特性曲线。

图6为变焦投影镜头采用M状态时的轴向像差特性曲线。

图7为变焦投影镜头采用M状态时的场曲特性曲线。

图8为变焦投影镜头采用M状态时畸变特性曲线。

图9为变焦投影镜头采用M状态时的垂轴色差特性曲线。

图10为变焦投影镜头采用L状态时的轴向像差特性曲线。

图11为变焦投影镜头采用L状态时的场曲特性曲线。

图12为变焦投影镜头采用L状态时的畸变特性曲线。

图13为变焦投影镜头采用L状态时的垂轴色差特性曲线。

图中编号：100为变焦投影镜头，10第一透镜组，20为第二透镜组，30为第三透镜组，11-14分别为第一至第四透镜，21-24为第五至第八透镜，31-35为第九至第十三透镜，91为虚拟面，92为光阑，93为棱镜，94为平板玻璃，95为成像面。

具体实施方式

如图1所示，实施例提供一种变焦投影镜头100，该变焦投影镜头100的广角端半视场角ω可达到30.562度。本实施方式中，该变焦投影镜头100从放大端至缩小端(近DMD端)依次包括：一个光焦度为负值的第一透镜组10、一个光焦度为正值的第二透镜组20、一个光焦度为正值的第三透镜组30。所述第一透镜组10固定设置，所述第二透镜组20、第三透镜组30移动设置，用于改变变焦投影镜头100的有效焦距，实现变焦功能。通过第二透镜组20、第三透镜组30移动设置可以保证整个焦距范围内成像质量的一致性。

本实施方式中，所述变焦投影镜头100应用于采用0.47DMD芯片的DMD投影仪，其中所述0.47DMD芯片即对角线尺寸为0.47英寸的DMD芯片，投影时，DMD调制的投影信号光自成像面95依次经第三透镜组30、第二透镜组20及第一透镜组10，投射于屏幕(图未示)上便可得到投影画面。具体地，DMD投影仪投影时，成像面95投射出的投影信号光依次经过平板玻璃94和棱镜93后进入变焦投影镜头100。所述平板玻璃94可以根据使用需要镀不同功能的膜层，例如滤光膜、增透膜等。

具体地，本例中的变焦投影镜头100满足以下条件式：

(1)1.73＜|F1/Fw|＜1.91；

(2)1.84＜|F2/Fw|＜2.04；

(3)1.44＜|F3/Fw|＜1.60；

其中，F1、F2、F3分别为第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30的有效焦距，Fw为变焦投影镜头100广角端的有效焦距。

在条件式(1)～(3)内对变焦投影镜头100的光焦度进行合理分配(限定各透镜组光焦度与变焦投影镜头100光焦度的关系)，既能保证变焦投影镜头100在变焦范围内具有较高分辨率，也可以保证变焦投影镜头100的缩小端满足远心成像的要求。

优选地，为控制变焦投影镜头100产生的色差，变焦投影镜头100还满足关系式：

(1)1.488＜Ndall＜1.755；

(2)27.55＜Vdall＜70.13。

其中Ndall、Vdall分别为所用光学材料对d光(波长为588nm)的折射率和阿贝数。

具体的来说，所述第一透镜组10从放大端到缩小端依次包括的光焦度为正值的第一透镜11、光焦度为负值的第二透镜12、光焦度为负值的第三透镜13、光焦度为负值的第四透镜14，以合理分配所述第一透镜组10的光焦度。所述第二透镜组20包括的光焦度为正值的第五透镜21、光焦度为正的第六透镜22、光焦度为负值的第七透镜23、光焦度为正值的第八透镜24，以提供第二透镜组20的光焦度。所述第三透镜组30从放大端到缩小端依次包括光焦度为负值的第九透镜31、光焦度为负值的第十透镜32、光焦度为正值的第十一透镜33、光焦度为正值的第十二透镜34、光焦度为正值的第十三透镜35，以合理分配第三透镜组30的光焦度。

另外，所述变焦投影镜头100还包括一个设置于第二透镜组20的第八透镜24与第三透镜组30的第九透镜31之间的孔径光阑92(Aperture stop)，该光阑设置于所述第九透镜靠近放大端的表面，以限制轴外光线由第九透镜31进入第八透镜24而产生较严重的畸变及场曲。另外，光阑92使得经过第二透镜组20的光线更加对称，利于修正彗差。

为减小温度变化对后焦的影响，除第一透镜11之外的其他透镜都采用玻璃材料制成。

为了具有较宽松的公差，除第三透镜13和第九透镜21之外的其他透镜均为球面镜片。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的表达式为：

其中，c为弧度，c＝1/R，R为球面顶点处的曲率半径(从左向右为正),K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。

该变焦投影镜头100各光学元件满足表1、表2及表3的参数条件。

以下将结合图2至图13，以具体实施方式进一步说明变焦投影镜头100。表1至表3中各参数的含义如下：

F:变焦投影镜头100的有效焦距；

FNo:光圈值；

D1:第一透镜组10与第二透镜组20的表面间距，即第四透镜14像侧表面与第二透镜组20物侧表面之间的距离；

D2：虚拟平面91与光阑92之间的距离。

D3：第三透镜组30与棱镜93之间的距离。

Nd：对应透镜对d光的折射率；

vd：对应透镜对d光的阿贝数。

以下表1、表2及表3列出了投影镜头100的各个参数。

表1

第三透镜和第九透镜的非球面系数如下表所示：

变焦投影镜头在不同状态下，D1-D3的取值如下表所示：

实施例分别将波长为λ1＝446nm、λ2＝520nm、λ3＝550nm及λ4＝632nm的光线经S、M、L状态下的变焦投影镜头100，得到变焦投影镜头100的球差特性曲线、场曲特性曲线和畸变特性曲线以及垂轴色差特性曲线分别如图2至图13所示，其中，图2至图5对应S状态，图6至图9对应M状态，图10至图13对应L状态。通过观察图2、6、10可知，本实施方式中的变焦投影镜头100对可见光(400-700nm)产生的球差被控制在-0.05mm～0.05mm的区间内；通过观察图3、7、11可知，本实施方式中的变焦投影镜头100对可见光(400-700nm)产生的子午场曲值及弧矢场曲值被控制在-0.05mm～0.05mm间；通过观察图图4、8、12可知，本实施方式中的变焦投影镜头100对可见光(400-700nm)产生的畸变量被控制在-3％～3％之间；通过观察图5、9、13可知，本实施方式中的变焦投影镜头100对可见光(400-700nm)产生的垂轴色差被控制在-1.2μm～1.2μm之间。综前，在保证足够的后焦距及DMD端远心成像的前提下，本实施的变焦投影镜头100在变焦范围内产生的球差、场曲、畸变及垂轴色差被控制(修正)在较小的范围内，可以保证投影镜头的优良的成像特性。

可见，经过上述条件式内对该变焦投影镜头的光焦度进行合理分配，实施例保证该变焦投影镜头在变焦过程中达到高分辨率的要求。

Claims (4)

1.一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，其特征在于，从放大端到缩小端依次包括：光焦度为负值的第一透镜组、光焦度为正值的第二透镜组、光焦度为正值的第三透镜组；第一透镜组固定设置，第二至第三透镜组移动设置，变焦投影镜头满足以下条件式：1.73＜|F₁/F_w|＜1.91；1.84＜|F₂/F_w|＜2.04；1.44＜|F₃/F_w|＜1.60；其中，F₁-F₃分别为第一至第三透镜组的有效焦距，F_w为变焦投影镜头在广角端的有效焦距。

2.如权利要求1所述的一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组从放大端到缩小端依次包括第一至第四透镜，所述第一透镜的光焦度为正值，第二至四透镜的光焦度均为负值；

所述第二透镜组从放大端到缩小端依次包括第五透镜到第八透镜，所述第五透镜的光焦度为正值，所述第六透镜的光焦度为正，所述第七透镜的光焦度为负值，所述第八透镜的光焦度为正值；

所述第三透镜组从放大端到缩小端依次包括第九透镜到第十三透镜，所述第九透镜、第十透镜的光焦度均为负值，所述第十一透镜的光焦度为正值，所述第十二透镜的光焦度为正值，所述第十三透镜的光焦度为正值。

3.如权利要求2所述的一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设置于所述第九透镜靠近放大端的表面，所述光阑的孔径大小在变焦过程中会发生改变。

4.如权利要求3所述的一种用于0.47DMD芯片的变焦投影镜头，其特征在于，还包括棱镜、平板玻璃和成像面；所述第三透镜和第九透镜为非球面镜片，第一至第二、第四至第八、第十至第十二透镜为球面镜片；

所述第三透镜和第九透镜表面的非球面面型的表达式为：

其中，c为弧度，c＝1/R，R为球面顶点处的曲率半径,K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标；

变焦投影镜头中各透镜的参数如下表所示：

表中，D1为第一透镜组与第二透镜组的表面间距，D2为第二透镜组与光阑之间的间距；D3为第三透镜与棱镜之间的距离，D1-D3的单位均为mm，曲率半径的单位为mm；

第三透镜和第九透镜的非球面系数如下表所示：

变焦投影镜头在不同状态时，D1-D3的取值如下表所示：

其中，F为变焦投影镜头的有效焦距，单位为mm，FNo为光圈值。

Images