CN114089501B - 应用于投影的光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于投影的光学镜头，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组依次具有负屈光度、正屈光度和正屈光度，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和子透镜组，第一透镜和第二透镜分别具有正屈光度，第一透镜组、第一透镜、第二透镜和子透镜组分别可沿光轴移动以实现改变焦距，第三透镜组用于在变焦过程中使光学镜头的后焦距保持不变。本光学镜头通过对各透镜组包括透镜数量、各透镜面形、厚度、折射率或者透镜间空气间隔等光学参数进行优化设计，能够使光学镜头提供高解析性能。并且整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径。因此，本应用于投影的光学镜头整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径以及提供高解析性能。

Description

应用于投影的光学镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种应用于投影的光学镜头。
背景技术
目前，大多数投影仪为单焦点投影仪，然而随着市场需求，投影仪逐渐采用变焦镜头，采用变焦镜头可以在不改变工作距离的情况下，比如连续变焦镜头可以在一定范围内通过连续变焦得到不同尺寸的投影画面，因此变焦镜头越来越多地应用到投影***中。
设计较大口径的镜头可以有效地获得更多光线数，可以使投影画面获得更高亮度，但是大口径镜头的设计使***轴外像差的校正以及畸变的校正成为难点，解析性能也更加难以设计确保。为了获得更高的解析性能，通常会将镜头结构做得更大，使用更多的镜片枚数，从而使镜头结构变得更复杂及成本更高。
因此，获得具有高解析性能的大口径变焦镜头，且结构简单、紧凑以及小型化，就成为本技术领域需要克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于投影的光学镜头，整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径以及提供高解析性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于投影的光学镜头，包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组依次具有负屈光度、正屈光度和正屈光度，其中，所述第二透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜、第二透镜和子透镜组，所述第一透镜、所述第二透镜分别具有正屈光度；
所述第一透镜组、所述第一透镜、所述第二透镜和所述子透镜组分别可沿光轴移动以实现改变所述光学镜头的焦距，所述第三透镜组用于在变焦过程中使所述光学镜头的后焦距保持不变。
优选的，所述第一透镜组包括具有负屈光度的第三透镜以及具有负屈光度的第四透镜。
优选的，所述第三透镜的第一面和第二面均为非球面，所述第四透镜为双凹透镜，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为平凸透镜。
优选的，所述子透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第五透镜的第二面和所述第六透镜的第一面贴合，所述第七透镜的第二面和所述第八透镜的第一面贴合，所述第八透镜的第二面和所述第九透镜的第一面贴合。
优选的，还包括设置在所述第二透镜和所述子透镜组之间的光阑，在变焦过程中所述光阑相对于所述子透镜组的位置、距离都不变。
优选的，满足以下条件式：TTLw/EFLw≤11，其中，TTLw表示所述光学镜头处于广角端时的总长度，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距，光学镜头的总长度是指光学镜头最靠近放大侧的透镜的第一面到缩小侧像平面的距离。
优选的，满足以下条件式：BFL/EFLw>2.8，其中，BFL表示所述光学镜头的后焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
优选的，满足以下条件式：EFLt/EFLw≥1.25，其中，EFLt表示所述光学镜头处于长焦端时的有效焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
优选的，满足以下条件式：TAw≤1.37°，TAt≤1.13°，其中，TAw表示所述光学镜头处于广角端时的远心角，TAt表示所述光学镜头处于长焦端时的远心角。
优选的，满足以下条件式：Fnow≤1.7，Fnot≤1.824，其中，Fnow表示所述光学镜头处于广角端时的光圈值，Fnot表示所述光学镜头处于长焦端时的光圈值。
由上述技术方案可知，本发明所提供的一种应用于投影的光学镜头，包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，其中各个透镜组依次具有负屈光度、正屈光度和正屈光度，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和子透镜组，第一透镜和第二透镜分别具有正屈光度。本光学镜头通过对各透镜组包括透镜数量、各透镜面形、厚度、折射率或者透镜间空气间隔等光学参数进行优化设计，能够有效地降低像差和畸变，使光学镜头能够提供高解析性能。并且本光学镜头整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径。因此，本应用于投影的光学镜头整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径以及提供高解析性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种应用于投影的光学镜头处于长焦端的示意图；
图2为图1所示光学镜头处于广角端的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种应用于投影的光学镜头，包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组依次具有负屈光度、正屈光度和正屈光度，其中，所述第二透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜、第二透镜和子透镜组，所述第一透镜、所述第二透镜分别具有正屈光度；
所述第一透镜组、所述第一透镜、所述第二透镜和所述子透镜组分别可沿光轴移动以实现改变所述光学镜头的焦距，所述第三透镜组用于在变焦过程中使所述光学镜头的后焦距保持不变。
第一透镜组、第二透镜组为调焦作用，通过第一透镜组、第二透镜组分别沿光轴移动以实现变焦，具体，在变焦过程中第二透镜组的第一透镜、第二透镜、子透镜组分别可沿光轴移动，从而通过第一透镜组、第一透镜、第二透镜和子透镜组分别沿光轴移动以实现改变光学镜头的焦距。第三透镜组为固定组，在变焦过程中其相对位置不变，在变焦过程中通过第三透镜组使光学镜头的后焦距保持不变。
本光学镜头通过对各透镜组包括透镜数量、各透镜面形、厚度、折射率或者透镜间空气间隔等光学参数进行优化设计，能够有效地降低像差和畸变，使光学镜头能够提供高解析性能。并且本光学镜头整体结构简单紧凑以及小型化，并且能够具有大口径。
优选的，本实施例镜头满足以下条件式：TTLw/EFLw≤11，其中，TTLw表示所述光学镜头处于广角端时的总长度，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距，光学镜头的总长度是指光学镜头最靠近放大侧的透镜的第一面到缩小侧像平面的距离。
优选的，本实施例镜头满足以下条件式：BFL/EFLw>2.8，其中，BFL表示所述光学镜头的后焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
优选的，本实施例镜头满足以下条件式：EFLt/EFLw≥1.25，其中，EFLt表示所述光学镜头处于长焦端时的有效焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
优选的，本实施例镜头满足以下条件式：TAw≤1.37°，TAt≤1.13°，其中，TAw表示所述光学镜头处于广角端时的远心角，TAt表示所述光学镜头处于长焦端时的远心角。
优选的，本实施例镜头满足以下条件式：Fnow≤1.7、Fnot≤1.824，其中，Fnow表示所述光学镜头处于广角端时的光圈值，Fnot表示所述光学镜头处于长焦端时的光圈值。
需要说明的是，屈光度是指平行光经过光学***，光线的传播方向会发生偏折，用于表征光学***对入射平行光束的屈折本领。光学***具有正屈光度，表明对光线的屈折是汇聚性的；光学***具有负屈光度，表明对光线的屈折是发散性的。另外，对于本实施例镜头包括的各个透镜，每一透镜包括朝向放大侧的第一面和朝向缩小侧的第二面。放大侧是指投影屏幕所处于的一侧，缩小侧是指用于向镜头射入光的照明***所处于的一侧。
另外，本实施例光学镜头中，依需求可设置至少一光阑，以减少杂散光，有助于提升成像品质。
下面结合具体实施方式和附图对本应用于投影的光学镜头进行说明。请参考图1，图1为一实施例提供的一种应用于投影的光学镜头处于长焦端的示意图，图2为图1所示光学镜头处于广角端的示意图。由图可看出，所述镜头包括第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3。
其中，第一透镜组G1包括第三透镜103和第四透镜104，第三透镜103具有负屈光度，第四透镜104具有负屈光度。优选的，第三透镜103为非球面透镜，其第一面和第二面均为非球面，第三透镜103采用非球面设计用以修正畸变与彗差，通过合理优化其非球面系数，能够有效地对轴外像差进行校正。示例性的第三透镜103的第一面和第二面可均为偶次非球面。第四透镜104为双凹透镜，第四透镜104可以是球面透镜或者非球面透镜。
第二透镜组G2包括第一透镜101、第二透镜102和子透镜组，第一透镜101、第二透镜102分别具有正屈光度。其中，通过第四透镜104和第一透镜101用于接收来自第三透镜103的光线，第四透镜104的第二面产生较大的负向球差和正向彗差，第一透镜101的第一面导致正向球差及负向彗差，用以补正第四透镜104第二面的像差，但第四透镜104仍残留较大的正向畸变。第一透镜101为双凸透镜，第一透镜101的第一面和第二面可以是球面或者非球面。第二透镜102为平凸透镜，会导致负向畸变，可以对前组透镜的畸变进行校正。
优选的，第四透镜104的第一面和第二面均为球面且两者的曲率半径相同，或/和第一透镜101的第一面和第二面均为球面且两者的曲率半径相同，能够有效地降低成本及简化生产组装工艺。
子透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第五透镜105、第六透镜106、第七透镜107、第八透镜108、第九透镜109和第十透镜110，第五透镜105的第二面和第六透镜106的第一面贴合，第七透镜107的第二面和第八透镜108的第一面贴合，第八透镜108的第二面和第九透镜109的第一面贴合。
第五透镜105和第六透镜106分别具有正屈光度、负屈光度，第五透镜105为双凸透镜，第六透镜106为双凹透镜。第七透镜107、第八透镜108和第九透镜109分别具有负屈光度、正屈光度和负屈光度，第七透镜107为凹透镜，第八透镜108为双凸透镜，第九透镜109为凹透镜。第十透镜110具有正屈光度，为平凸透镜。
第五透镜105和第六透镜106胶合，第七透镜107、第八透镜108和第九透镜109胶合，本光学镜头包含了两组胶合透镜组，通过其中各透镜采用高低折射率材质，可以进行消色差设计，保证整个光学***具有较小色差。
优选的，本实施例镜头还包括光阑112，光阑112设置在第二透镜102和子透镜组之间，并且在变焦过程中光阑112相对于所述子透镜组的距离不变，将第二透镜102设置在光阑112前端，可以有效地汇聚光线，减小光阑开口口径，有助于设计出外径体积小的投影镜头。
第三透镜组G3包括第十一透镜111，第十一透镜111具有正屈光度，可选的第十一透镜111可为平凸透镜。本实施例光学镜头中，第二透镜102、第十透镜110和第十一透镜111采用平凸透镜，设计透镜的其中一面为平面，可以有效地降低镜片生产所需的模具成本。
通过第三透镜组G3使在变焦过程中光学镜头的后焦距保持不变，这样如果将本光学镜头应用于投影机，能够保证第三透镜组G3最靠近缩小侧的透镜与数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)芯片之间的距离保持不变，能够有足够的空间布置其它必需的部件。
优选的，本实施例中可将第三透镜103采用非球面设计，其它各个透镜都采用球面透镜，本实施例光学镜头通过一个透镜采用非球面设计，就能够提供高解析性能，并且有效地控制了产品成本。本实施例光学镜头通过第一透镜组G1、第一透镜101、第二透镜102和子透镜组分别沿光轴移动以实现改变光学镜头的焦距，请结合参考图1和图2，具体由长焦端到广角端变焦过程中，第一透镜组G1向放大侧移动，第一透镜101向放大侧移动，第二透镜102和子透镜组分别向缩小侧移动。
优选的，本实施例镜头还包括设置在第三透镜组G3靠近缩小侧一侧的光学镜113，所述光学镜113用于将数字微镜元件的出射光折射或者反射，使光进入第三透镜组G3，以增加像素，光学镜113通过摆动改变将光折射或者将光反射。通过设置能够摆动的光学镜113，使得投影镜头能够同时获得光学镜静止时数字微镜元件自身尺寸固有的分辨率以及光学镜113工作抖动时的高分辨率。优选的，光学镜113在磁场力作用下产生摆动，通过向光学镜113提供磁场并控制磁场方向或者磁场强度大小，可以控制光学镜113工作抖动，
本实施例镜头能够达到变焦比>1.25。在一具体实例中，光圈数Fnow＝1.7，畸变小于1％，能够在焦距8.92-11.17mm范围内连续变焦。配合0.33寸的DMD，在广角端工作距离2150mm处可投射出对角线203.2cm(80寸)的画面，在长焦端可形成对角线64寸的画面。镜头在空间极限频率93lp/mm处，各个焦段MTF值均处于良好状态，畸变较小，结构小型化，成像质量好。
需要说明的是，在本光学镜头中，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近光轴处；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近光轴处。近光轴处是指光轴附近的区域。本光学镜头中，透镜优选选用具有高透光率和优良可加工性的材料制作，有利于透镜的制作成型，以提升制造良率，也有利于降低生产成本。
以上对本发明所提供的一种应用于投影的光学镜头进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种应用于投影的光学镜头，其特征在于，包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组依次具有负屈光度、正屈光度和正屈光度，其中，所述第二透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜、第二透镜和子透镜组，所述第一透镜、所述第二透镜分别具有正屈光度；
所述第一透镜组、所述第一透镜、所述第二透镜和所述子透镜组分别可沿光轴移动以实现改变所述光学镜头的焦距，所述第三透镜组用于在变焦过程中使所述光学镜头的后焦距保持不变；
所述第一透镜组包括具有负屈光度的第三透镜以及具有负屈光度的第四透镜，所述子透镜组包括由放大侧至缩小侧依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜分别具有正屈光度、负屈光度、负屈光度、正屈光度和负屈光度，所述第十透镜具有正屈光度，所述第三透镜组包括第十一透镜，所述第十一透镜具有正屈光度。
2.根据权利要求1所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，所述第三透镜的第一面和第二面均为非球面，所述第四透镜为双凹透镜，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为平凸透镜。
3.根据权利要求1所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，所述第五透镜的第二面和所述第六透镜的第一面贴合，所述第七透镜的第二面和所述第八透镜的第一面贴合，所述第八透镜的第二面和所述第九透镜的第一面贴合。
4.根据权利要求1所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，还包括设置在所述第二透镜和所述子透镜组之间的光阑，在变焦过程中所述光阑相对于所述子透镜组的位置、距离都不变。
5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，满足以下条件式：TTLw/EFLw≤11，其中，TTLw表示所述光学镜头处于广角端时的总长度，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距，光学镜头的总长度是指光学镜头最靠近放大侧的透镜的第一面到缩小侧像平面的距离。
6.根据权利要求1-4任一项所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，满足以下条件式：BFL/EFLw>2.8，其中，BFL表示所述光学镜头的后焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
7.根据权利要求1-4任一项所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，满足以下条件式：EFLt/EFLw≥1.25，其中，EFLt表示所述光学镜头处于长焦端时的有效焦距，EFLw表示所述光学镜头处于广角端时的有效焦距。
8.根据权利要求1-4任一项所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，满足以下条件式：TAw≤1.37°，TAt≤1.13°，其中，TAw表示所述光学镜头处于广角端时的远心角，TAt表示所述光学镜头处于长焦端时的远心角。
9.根据权利要求1-4任一项所述的应用于投影的光学镜头，其特征在于，满足以下条件式：Fnow≤1.7，Fnot≤1.824，其中，Fnow表示所述光学镜头处于广角端时的光圈值，Fnot表示所述光学镜头处于长焦端时的光圈值。
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