CN101614863A - 投影镜头 - Google Patents

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Abstract

一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜，一个具有正光焦度的第二透镜，一个具有负光焦度的第三透镜，以及一个具有正光焦度的第四透镜。所述投影镜头满足以下条件：3.7＜TT/f＜4及BFL/f＞1.41，其中，TT为投影镜头的总长，f为投影镜头的有效焦距，BFL为投影镜头的后焦距。满足条件的投影镜头，投影品质高、尺寸较小，方便携带使用。

Description

投影镜头
技术领域
本发明涉及一种光学技术，尤其涉及一种可适用于投影机的投影镜头。
背景技术
随着半导体技术的发展，数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影仪，液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)投影仪、硅晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)投影仪采用的空间光调制器(Spatial light modulator，SLM)，包括数字微镜芯片(Digitalmicro-mirror device，DMD)、液晶显示面板(LCD panel)及硅晶芯片(LCoS chip)，在提高像素的同时，朝小型化方向发展，以此满足消费者对投影画面品质的要求及便携性的要求。
在应用于便携型投影机中的投影镜头，投影镜头需保证良好投影画面品质的要求的同时缩小尺寸，以方便携带使用。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种投影品质高、尺寸较小的投影镜头。
一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜，一个具有正光焦度的第二透镜，一个具有负光焦度的第三透镜，以及一个具有正光焦度的第四透镜。所述投影镜头满足以下条件：3.7＜TT/f＜4及BFL/f＞1.41，其中，TT为所述投影镜头的总长，f为所述投影镜头的有效焦距，BFL为所述投影镜头的后焦距。
条件式3.7＜TT/f＜4限制了投影镜头的总长。条件式BFL/f＞1.41保证投影镜头有足够的空间放置其他光学元件。第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜采用负正负正结构保证了投影镜头长度缩小的情况下投影镜头的总长与像差之间的平衡，获取较好的投影品质。满足上述条件的投影镜头，投影品质高、尺寸较小。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的一种投影镜头示意图。
图2为图1中的投影镜头的球差图。
图3为图1中的投影镜头的场曲图。
图4为图1中的投影镜头的畸变图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细说明。
请参阅图1，其为本发明实施方式所提供的投影镜头100。该投影镜头100从放大端至缩小端(近SLM端)依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜10，一个具有正光焦度的第二透镜20，一个具有负光焦度的第三透镜30，以及一个具有正光焦度的第四透镜40。
本实施方式的投影镜头100可应用于DLP投影机。投影时，SLM(DMD芯片，图未示)调制的投影信号光自SLM表面90投射到投影镜头100，依次经第四透镜40、第三透镜30、第二透镜20及第一透镜10，投射于屏幕(图未示)上便可得到投影画面。具体地，DLP投影仪投影时，SLM表面90投射出的投影信号光进入投影镜头100。
为实现小型化的要求，该投影镜头100满足以下条件式：
(1)3.7＜TT/f＜4；及(2)BFL/f＞1.41。
其中，TT为投影镜头的总长，即为第一透镜10靠近放大端的表面到SLM表面90的距离，f为投影镜头100的有效焦距，BFL为投影镜头后焦距，即为第四透镜40的靠近缩小端表面到SLM表面90的距离。
条件式(1)限制了投影镜头100的总长。同时第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40采用负正负正结构，在合理的光焦度分配下，可达到缩小长度及控制像差的功能，保证了总长与像差之间的平衡。
条件式(2)限制投影镜头100的后焦距长度以保证其他光学投影元件，如光机***可放置于第四透镜40靠近缩小端表面到SLM表面90之间。本实施方式中，棱镜50及滤光片80依次设置于第四镜头40与SLM表面90之间，棱镜50用于变换光线的方向并分光，滤光片80用于保护SLM面(DMD芯片，图未示)。
优选地，投影镜头100还满足以下条件：
(3)-1.6＜f1/f4＜-1.38。
其中，f1为所述第一透镜10的焦距，f4为所述第四透镜40的焦距。条件式(3)满足投影镜头100控制远心(Telecentric)***满足广视角的要求，并控制投影镜头全长。利于满足投影镜头缩小端远心(Telecentric)成像要求(如此，屏幕可在一段距离范围内接收到清晰投影画面)。
为了更好的消除投影镜头100的像差，投影镜头100还满足以下条件：
(4)0.92＜f2/f4＜1.05。
其中，f2为所述第二透镜20的焦距。条件式(4)保证投影镜头满足负正负正的光焦度分配，有利于保证第二透镜20与第四透镜40所产生的像差互相平衡。
投影镜头100还包括一个设置于第二透镜20与第三透镜300之间的光阑(Aperturestop)60，以保证投影镜头100的整体结构相对于光阑60对称，同时限制经过第三透镜30的光线进入第二透镜20的光通量，并让经过第二透镜20后的光锥能更加对称，使投影镜头100的彗差(coma)得以修正。为节约成本，可采用不透光材料涂布第三透镜30放大端表面外圈，充当光阑60。可以理解，光阑60如此设置还有利于缩短投影镜头全长。
本实施方式中，第三透镜30由一个靠近放大端的负光焦度的透镜30a及一个靠近缩小端的正光焦度的透镜30b胶合形成。
可以理解，为保证良好的成像质量，实施方式的第二镜片20及第三镜片30采用玻璃材料制成。同时为节约成本，实施方式的第一镜片10及第四镜片40采用塑料材料制成(如射出成型，利于量产)。
下面请参照图2至图4，以具体实施方式来详细说明投影镜头100。本实施方式中，所述第二透镜20及第三透镜30各表面均为球面，第一透镜10及第四透镜40各表面均为非球面。第一透镜10包括一个靠近放大端的表面12及一个靠近缩小端的表面14。第二透镜20包括一个靠近放大端的表面22及一个靠近缩小端的表面24。第三透镜30包括两个靠近放大端的表面32、34及一个靠近缩小端的表面36。第四透镜40包括一个靠近放大端的表面42及一个靠近缩小端的表面44。棱镜50包括一个靠近放大端的表面52及一个靠近缩小端的表面54。滤光片80包括一个靠近放大端的表面82及一个靠近缩小端的表面84。
f：投影镜头100的有效焦距；FNo：F(光圈)数；2ω：视场角。
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为：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i
其中， h = Y 2 + Z 2 为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，A1为第i阶的非球面面型系数。
该投影镜头100的各光学元件满足表1的条件，且其TT＝68.63毫米(mm)；f＝18.25mm；BFL＝25.83mm；f1＝-33.22mm；f2＝21.95mm；f4＝23.84mm；FNo＝2.0；2ω＝33.6°。
表1
Figure A20081030227900053
表2
  表面   表面非球面面型参数
  12   K＝0；A4＝-2.20E-05；A6＝-4.09E-07；A8＝2.10E-09；A10＝-1.12E-11；A12＝3.75E-14；
  14   K＝-0.46；A4＝-3.63E-05；A6＝9.72E-07；A8＝2.15E-09；A10＝-5.20E-11；A12＝2.14E-13；
  42   K＝-0.03；A4＝-1.86E-05；A6＝6.95E-09；A8＝-9.18E-10；A10＝7.60E-12；A12＝-4.74E-14；
  44   K＝-0.05；A4＝4.38E-05；A6＝1.39E-07；A8＝5.53E-102；A10＝4.05E-12；A12＝-1.08E-14；
本实施方式的投影镜头100中，其球差、场曲及畸变分别如图2到图4所示。图2中，分别针对g线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，c线(波长值656nm)而观察到的球差值。总体而言，本实施方式的投影镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的球差值在(-0.1mm，0.1mm)范围内。图3中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.1mm，0.1mm)范围内。图4中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。由此可见，投影镜头100的球差、场曲、畸变都能被很好的校正。
所述投影镜头100尺寸较小，该投影镜头100在其尺寸较小的情况下仍保证投影镜头总长与像差之间的平衡，获取较好的投影品质。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种投影镜头，其从放大端到缩小端依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜，一个具有正光焦度的第二透镜，一个具有负光焦度的第三透镜，以及一个具有正光焦度的第四透镜。所述投影镜头满足以下条件：3.7＜TT/f＜4及BFL/f＞1.41，其中，TT为所述投影镜头的总长，f为所述投影镜头的有效焦距，BFL为所述投影镜头的后焦距。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足以下条件：1.6＜f1/f4＜1.38，其中，f1为所述第一透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足以下条件：0.92＜f2/f4＜1.05，其中，f2为所述第二透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。
4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括一个光阑，该光阑位于第二透镜与第三透镜之间。
5.如权利要求4所述的投影镜头，其特征在于，所述光阑为涂布于该第三透镜放大端表面外圈的不透光材料。
6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜及所述第三透镜的各表面均为球面。
7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜及所述第三透镜均采用玻璃材料制成。
8.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜及所述第四透镜的各表面均为非球面。
9.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜及所述第四透镜均采用塑胶材料制成。
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