CN114924399B - 一种变焦投影镜头以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种变焦投影镜头以及电子设备。沿光轴方向从放大侧至缩小侧，变焦投影镜头依次包括：第一变焦透镜组、第二变焦透镜组、补偿透镜组和固定透镜组；所述第一变焦透镜组的光焦度为正，所述第二变焦透镜组的光焦度为负，所述补偿透镜组的光焦度为正，所述固定透镜组的光焦度为正；所述第一变焦透镜组、第二变焦透镜组和补偿透镜组可沿光轴移动。

Description

一种变焦投影镜头以及电子设备
技术领域
本申请涉及光学设备技术领域，更具体地，本申请涉及一种变焦镜头以及电子设备。
背景技术
投影机可以分为CRT(Cathode Ray Tube)投影机、LCD(Liquid Crystal Display)投影机、DLP(Digital Light Processing)投影机及LCoS(Liquid Crystal on Silicon)投影机，这些投影机均是利用光学投影的方式，将影像投射在大尺寸的屏幕上。例如，DLP投影机是以DMD(Digital Micormirror Device)作为光阀成像器，其成像原理是由DMD微镜装置的转动(±10°)控制光的反射方向，这样可控制该点讯号的通断，然后再通过光学透镜将DMD微镜装置上的成像投射到屏幕上。
现有许多投影机具有变焦功能，以适用不同的投影场所。这种变焦投影镜头通常包括多个透镜组，通过调节多个透镜组之间的相关位置，以改变变焦投影镜头的有效焦距，从而实现变焦功能，但是如果多个透镜组之间的光焦度分配不均匀，则会影响变焦投影镜头的成像质量，无法有效修正场曲特征和畸变特征。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种变焦投影镜头以及电子设备新技术方案。
根据本申请的第一方面，提供了一种变焦投影镜头。沿光轴方向从放大侧至缩小侧依次包括：第一变焦透镜组、第二变焦透镜组、补偿透镜组和固定透镜组；
所述第一变焦透镜组的光焦度为正，所述第二变焦透镜组的光焦度为负，所述补偿透镜组的光焦度为正，所述固定透镜组的光焦度为正。
所述第一变焦透镜组、第二变焦透镜组和补偿透镜组可沿光轴移动。
可选地，所述第一变焦透镜组、所述第二变焦透镜组、所述补偿透镜组和所述固定透镜组中的透镜均为球面透镜。
可选地，所述变焦投影镜头从短焦端到长焦端的变焦过程中，所述第一变焦透镜组与所述第二变焦透镜组之间的第一空气间隔逐渐增大，所述第二变焦透镜组与所述补偿透镜组之间的第二空气间隔逐渐增大，所述补偿透镜组与所述固定透镜组之间的第三空气间隔逐渐减小。
可选地，所述变焦投影镜头在长焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL1，所述第一空气间隔为d1，所述第二空气间隔为d2，满足公式：0.25≤d1/TTL1≤0.3；0.03≤d2/TTL1≤0.07。
可选地，所述变焦投影镜头在短焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL2，所述第三空气间隔为d3，满足公式：0.04≤d3/TTL2≤0.06。
可选地，所述变焦投影镜头的工作F数满足：1.6≤工作F数≤1.8。
可选地，所述第一变焦透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜的光焦度为正，所述第二透镜的光焦度为负。
可选地，所述第二变焦透镜包括第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第三透镜的光焦度为正，第四透镜和第五透镜的光焦度相反。
可选地，所述变焦投影镜头包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间。
可选地，所述第四透镜和所述第五透镜胶合在一起形成双胶合透镜。
可选地，所述补偿透镜组包括第六透镜和第七透镜，所述第六透镜和第七透镜的光焦度相反。
可选地，所述固定透镜组包括第八透镜，所述第八透镜的光焦度为正。
可选地，所述第一变焦透镜组、第二变焦透镜组、补偿透镜组中均包括一个胶合透镜。
可选地，所述第一变焦透镜组、所述第二变焦透镜组、所述补偿透镜组和所述固定透镜组的有效焦距分别为f1、f2、f3和f4，所述变焦镜头短焦端焦距为fw，满足：3.52≤f1/fw≤3.80、-1.41≤f2/fw≤-1.17、1.41≤f3/fw≤1.64、2.96≤f4/fw≤3.19。
根据本申请实施例第二方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括第一方面所述的变焦投影镜头。
在本申请实施例中，提供了一种变焦投影镜头，对第一变焦透镜组、第二变焦透镜组和补偿固定组和固定透镜组的相对位置关系进行限定，以及对每一透镜组的光焦度进行限定，确保了变焦投影镜头的成像质量。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本申请的实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请的原理。
图1所示为本申请实施例变焦投影镜头处于长焦端时的结构示意图。
图2所示为本申请实施例变焦投影镜头处于长焦端时的光路图。
图3所示为本申请实施例变焦投影镜头处于短焦端时的结构示意图。
图4所示为本申请实施例变焦投影镜头处于短焦端时的光路图。
图5所示为本本申请实施例变焦投影镜头结构图中空气间隔的曲线图。
图6所示为本申请实施例变焦投影镜头处于长焦端时的调制传递函数图。
图7所示为本申请实施例变焦投影镜头处于长焦端时的畸变特性曲线图。
图8所示为本申请实施例变焦投影镜头处于长焦端时的垂轴色差曲线图。
图9所示为本申请实施例变焦投影镜头处于短焦端时的调制传递函数图。
图10所示为本申请实施例变焦投影镜头处于短焦端时的畸变特性曲线图。
图11所示为本申请实施例变焦投影镜头处于短焦端时的垂轴色差曲线图。
图12所示为一个实施例变焦投影镜头处于长焦端时的调制传递函数图。
图13所示为一个实施例变焦投影镜头处于短焦端时的调制传递函数图。
图14所示为一个实施例变焦投影镜头处于长焦端时的调制传递函数图。
图15所示为一个实施例变焦投影镜头处于短焦端时的调制传递函数图。
图16所示为一个实施例变焦投影镜头处于长焦端时的调制传递函数图。
图17所示为一个实施例变焦投影镜头处于短焦端时的调制传递函数图。
附图标记说明：
20、第一变焦透镜组；1、第一透镜；2、第二透镜；
30、第二变焦透镜组；3、第三透镜；9；孔径光阑；4、第四透镜；5、第五透镜；
40、补偿透镜组；6、第六透镜；7、第七透镜；
50、固定透镜组；8、第八透镜；
10、第一平板玻璃；11、棱镜；12、第二平板玻璃；13、影像源；
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本申请提供了一种变焦投影镜头。参照图1-图5所示，沿光轴方向从放大侧至缩小侧，变焦投影镜头依次包括：第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50。所述第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30和补偿透镜组40可沿光轴移动。
所述第一变焦透镜组20的光焦度为正，所述第二变焦透镜组30的光焦度为负，所述补偿透镜组40的光焦度为正，所述固定透镜组50的光焦度为正。
在该实施例中，第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30沿光轴移动设置，用于改变变焦投影镜头的有效焦距，实现变焦功能，同时可以令补偿透镜组40前后移动进行补偿。如此，第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30移动，在实现从短焦端向长焦端的变倍的同时也可以保证工作F数变化较小；补偿透镜组40的移动主要作用为实现变倍过程中像面位置的变化，校正***的像差及畸变，保证画面的均匀性。相对于现有技术中，最靠近放大侧的透镜组均为固定透镜组，本实施例最靠近放大侧的透镜组为移动组，在确保成像质量的情况下，调焦更加灵活。
本实施例对最靠近放大侧的透镜组(第一变焦透镜组)、和次靠近放大侧的透镜组(第二变焦透镜组)均为移动组，通过对相邻两组透镜组的移动，改变两组透镜组的之间的间隔尺寸，灵活调焦，实现了变焦功能。同时在两组变焦透镜组的缩小侧设置补偿透镜组，当两组变焦透镜组调节完成之后，通过补偿透镜组的移动对成像画面的清晰度、畸变等特征进行修正，改善成像质量。
在该实施例中，第一变焦透镜组20、补偿透镜组40和固定透镜组50的光焦度均为正，第一变焦透镜组20、补偿透镜组40和固定透镜组50对光线起到汇聚作用，第二变焦透镜组30的光焦度为负，对光线起到发散作用，第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50共同作用，可以保证在整个焦距范围内，确保成像质量的一致性。
在该实施例中，通过第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50进行合理构架，以及对第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50的光焦度进行合理分配，本申请提升了变焦投影镜头的变焦倍数。例如本申请的变焦投影镜头的变焦倍数可以达到1.5X。
在本实施例中，变焦投影镜头还包括第一平板玻璃10、棱镜11、第二平板玻璃12和影像源13。在使用中，固定透镜组50位于影像源13的出光侧，在本实施例中，第二平板玻璃12以接收影像源13发出的光线，棱镜11以接收第二平板玻璃12发出的光线。第一平板玻璃10以接收棱镜11发出的光线，固定透镜组50以接收第一平板玻璃10发出的光线。
在本实施例中，影像源13提供影像光束。影像源13例如是液晶覆硅板(LiquidCrystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)等反射式光调变器。在另一些实施例中，影像源13也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50中的透镜均为球面透镜。
在该实施例中，第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50中的透镜均为球面透镜；即第一变焦透镜组20中的透镜为球面透镜、第二变焦透镜组30中的透镜为球面透镜、补偿透镜组40中的透镜为球面透镜、以及固定透镜组50中的透镜为球面透镜。在现有技术中，变焦投影镜头中包括至少一个非球面透镜、或者变焦投影镜头中的透镜均为非球面透镜。非球面透镜具有特殊的表面几何形状，需要更高的生产/测量要求以及更高的工艺成本。
相比于现有技术，本申请变焦投影镜头中透镜均为球面透镜，球面透镜是旋转对称的光学元件，其曲率半径与几何中心的距离不变，透镜参数在整个表面上是恒定的，球面透镜在加工制造方面具有较为经济的成本优势，因此本申请降低了变焦投影镜头的成本。由于球面透镜参数较为统一，也降低了组装难度。
因此在该实施例中，对第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50的架构以及光焦度进行限定，以及对第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40和固定透镜组50的透镜类型进行限定，在确保光学成像品质的基础上，降低了变焦投影镜头的成本和组装难度。在该实施例中，变焦投影镜头中透镜均为球面透镜，加工成本低，生产良率高，对于温度变化不敏感，可以工作于-40～80℃的环境中。
在一个实施例中，参照图1-图5所示，所述变焦投影镜头从短焦端到长焦端的变焦过程中，所述第一变焦透镜组20与所述第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔逐渐增大，所述第二变焦透镜组30与所述补偿透镜组40之间的第二空气间隔逐渐增大，所述补偿透镜组40与所述固定透镜组50之间的第三空气间隔逐渐减小。
在该实施例中，参照图5所示，变焦投影镜头从短焦端到长焦端变倍过程中，第一变焦透镜组20与第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔逐渐增大，即变焦投影镜头处于短焦端(最短焦距)时，第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔最小；变焦投影镜头处于长焦端(最长焦距)时，第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔最大。例如可以是第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30向彼此靠近方向移动，缩短第一空气间隔；或者第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30向彼此远离方向移动，增长第一空气间隔。
其中第一变焦透镜组20与第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔为：第一变焦透镜组20与第二变焦透镜组30中，彼此相邻设置的两个透镜之间的空气间隔，即参照图1-图4，第一变焦透镜组20与第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔为：第二透镜2和第三透镜3之间的空气间隔为第一空气间隔。
在该实施例中，参照图5所示，变焦投影镜头从短焦端到长焦端变倍过程中，第二变焦透镜组30与所述补偿透镜组40之间的第二空气间隔逐渐增大，即变焦投影镜头处于短焦端(最短焦距)时，第二变焦透镜组30和补偿透镜组40之间的第二空气间隔最小；变焦投影镜头处于长焦端(最长焦距)时，第二变焦透镜组30和补偿透镜组40之间的第二空气间隔最大。
其中第二变焦透镜组30与补偿透镜组40之间的第二空气间隔为：第二变焦透镜组30与补偿透镜组40中，彼此相邻设置的两个透镜之间的空气间隔，即参照图1-图4，第二变焦透镜组30与补偿透镜组40之间的第二空气间隔为：第五透镜5和第六透镜6之间的空气间隔为第二空气间隔。
在该实施例中，参照图5所示，变焦投影镜头从短焦端到长焦端变倍过程中，补偿透镜组40与固定透镜组50之间的第三空气间隔逐渐减小，即变焦投影镜头处于短焦端(最短焦距)时，补偿透镜组40和固定透镜组50之间的第三空气间隔最大；变焦投影镜头处于长焦端(最长焦距)时，补偿透镜组40和固定透镜组50之间的第三空气间隔最小。
其中补偿透镜组40与固定透镜组50之间的第三空气间隔为：补偿透镜组40与固定透镜组50中，彼此相邻设置的两个透镜之间的空气间隔，即参照图1-图4，补偿透镜组40与固定透镜组50之间的第三空气间隔为：第七透镜7和第八透镜8之间的空气间隔为第三空气间隔。
在该实施例中，对变焦投影镜头中第一空气间隔、第二空气间隔和第三空气间隔的变化进行限定，在第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30可沿光轴移动，用于实现本实施例变焦投影镜头从短焦到长焦的变化。本实施例补充透镜组可沿着光轴移动，用于补偿光学变焦过程中像面位置的变化。
参照图5所示，第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30和补偿透镜组40的移动曲线呈凸轮曲线，凸轮曲线无突变。变焦投影镜头在使用中，镜筒的内表面上形成凹槽(供第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30和补偿透镜组40移动的凹槽)可加工性强。
在一个实施例中，参照图1和图2所示，所述变焦投影镜头在长焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL1，所述第一空气间隔为d1，所述第二空气间隔为d2，满足公式：0.25≤d1/TTL1≤0.3；0.03≤d2/TTL1≤0.07。
在该实施例中，变焦投影镜头在长焦模式下，第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30之间的第一空气间隔占变焦投影镜头的光学总长的25％～30％，第二变焦透镜组30和补偿透镜组40之间的第二空气间隔占变焦投影镜头的光学总长的3％～7％。在一个具体的实施例中，d1/TTL1的值可以是：0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30。d2/TTL1的值可以是：0.03、0.04、0.05、0.06、0.07。
在该实施例中，对第一空气间隔与光学总长TTL1的比值进行限定，以及对第二空气间隔与光学总长TTL1的比值进行限定，在确保光学成像品质的基础上，能够减小光学总长TTL1的长度，缩小变焦投影镜头的体积。
在一个实施例中，参照图3和图4所示，所述变焦投影镜头在短焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL2，所述第三空气间隔为d3，满足公式：0.04≤d3/TTL2≤0.06。
在该实施例中，变焦投影镜头处于短焦模式下，补偿透镜组40与固定透镜组50之间的第三空气间隔占变焦投影镜头的光学总长的4％～6％。在一个具体的实施例中，d3/TTL2的值可以是：0.04、0.05、0.06。
在该实施例中，对第三空气间隔与光学总长TTL2的比值进行限定，在确保光学成像品质的基础上，能够减小光学总长TTL2的长度，缩小变焦投影镜头的体积。
在一个实施例中，所述变焦投影镜头的工作F数满足：1.6≤工作F数≤1.8。
具体地，工作F数(working F-number，也称为工作F值)，是工作状态下，变焦投影镜头的焦距/镜头入瞳直径得出的相对值。工作F数愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多。工作F数越大，景深越小，类似长焦镜头的效果。
参照图1-图4所示，在该实施例中，第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30的移动影响了入瞳直径，入瞳直径并非是恒定的。通过变焦投影镜头的焦距的变化，以及入瞳直径的变化，使得镜头的焦距与入瞳直径的比值在预定范围内。另外本实施例也可以通过补偿投影组的运动，可以确保工作F数不变。
因此在该实施例中，变焦投影镜头在短焦端至长焦端的变倍过程中，变焦投影镜头的工作F数不跟随镜头的焦距变化而变化，保持在1.7±0.1以内，这样的设计可以保证变焦投影镜头的进光量一致，投影画面亮度不变。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述第一变焦透镜组20包括第一透镜1和第二透镜2，所述第一透镜1的光焦度为正，所述第二透镜2的光焦度为负。
在该实施例中，第一变焦透镜组20中只包括了两片透镜，两片透镜包括第一透镜1和第二透镜2。第一透镜1的光焦度为正，第一透镜1的第一面为凸面，第二面为凸面；第二透镜2的光焦度为负，第二透镜2的第一面为凹面，第二面为凸面。在该实施例中，第一透镜1的焦距范围为100mm～105mm，第二透镜2的焦距范围为1500mm～1600mm。其中第一面为靠近放大侧的表面，第二面为远离放大侧的表面。
在该实施例中，对第一透镜1和第二透镜2的光焦度进行限定，合理分配第一透镜1和第二透镜2的光焦度，使得第一变焦透镜组20的整体光焦度为正，以确保第一变焦透镜组20在配合第二变焦透镜组30和补偿透镜组40在实现变焦时，能够在变焦范围内，确保成像质量的高清晰度。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述第二变焦透镜组30包括第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5，所述第三透镜3的光焦度为负，第四透镜4和第五透镜5的光焦度相反。
在该实施例中，第二变焦透镜组30只包括了三片透镜。三片透镜包括第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5。第三透镜3的光焦度为负，第三透镜3的第一面为凸面，第二面为凹面；第四透镜4和第五透镜5的光焦度相反。其中第一面为靠近放大侧的表面，第二面为远离放大侧的表面。在该实施例中，第三透镜3的焦距为-18mm～-15mm；第四透镜4的焦距为-15mm～-12mm；第五透镜5的焦距为14mm～16mm。
在该实施例中，对第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的光焦度进行限定，合理分配第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的光焦度，使得第二变焦透镜组30的整体光焦度为负，以确保第二变焦透镜组30在配合第一变焦透镜组20和补偿透镜组40在实现变焦时，能够在变焦范围内，确保成像质量的高清晰度。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述变焦投影镜头包括孔径光阑9，所述孔径光阑9位于所述第三透镜3和所述第四透镜4之间。
在该实施例中，孔径光阑9位于第二变焦透镜组30中，孔径光阑9跟随第二变焦透镜组30一起移动。这样的设置会影响成像品质，本实施例通过在第二变焦透镜组30的缩小侧设置补偿透镜组40，通过补偿透镜组40的移动来补偿第二变焦透镜组30中因光阑移动带来的成像画面缺陷。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述第四透镜4和所述第五透镜5胶合在一起形成双胶合透镜。
在该实施例中，在第二变焦透镜组30中，位于光阑的缩小侧，具有一组双胶合透镜，用来降低成像色差。
具体地，第四透镜4和第五透镜5胶合连接形成了双胶合透镜。第四透镜4的光焦度和第五透镜5的光焦度相反，其中光焦度为正的透镜的折射率低于光焦度为负的透镜的折射率。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述补偿透镜组40包括第六透镜6和第七透镜7，所述第六透镜6和第七透镜7的光焦度相反。
在该实施例中，补偿透镜组40只包括了两片透镜，两片透镜包括第六透镜6和第七透镜7。在一个具体的实施例中，第六透镜6的光焦度为负，第六透镜6的第一面为凸面，第二面为凹面；第七透镜7的光焦度为正，第七透镜7的第一面为凸面，第二面为凸面。其中第一面为靠近放大侧的表面，第二面为远离放大侧的表面。在该实施例中，第六透镜6的焦距范围为39mm～42mm；第七透镜7的焦距范围为：-420～-400。
在该实施例中，对第六透镜6和第七透镜7的光焦度进行限定，合理分配第六透镜6和第七透镜7的光焦度，使得补偿透镜组40的整体光焦度为正，以确保补偿透镜组40在配合第一变焦透镜组20和第二变焦透镜组30在进行变焦补偿时，能够在变焦范围内，提升成像质量的高清晰度。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述固定透镜组50包括第八透镜8，所述第八透镜8的光焦度为正。
具体地，固定透镜组50相对于第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40固定设置。在该实施例中，固定透镜组50只包括了一片透镜，一片透镜包括第八透镜8，第八透镜8的光焦度为正，第八透镜8的第一面为凸面，第二面为平面。其中第一面为靠近放大侧的表面，第二面为远离放大侧的表面。在该实施例中，第八透镜8的焦距范围为60mm～65mm。
在一个实施例中，参照图1-图4所示，所述第一变焦透镜组20、第二变焦透镜组30、补偿透镜组40中均包括一个胶合透镜。
在该实施例中，在第一变焦透镜组20中，第一透镜1和第二透镜2胶合在一起。在第二变焦透镜组30中，第四透镜4和第五透镜5胶合在一起。在补偿透镜组40中，第六透镜6和第七透镜7胶合在一起。
其中第一透镜1和第二透镜2胶合在一起、以及第六透镜6和第七透镜7胶合在一起，能够缩小变焦投影镜头的光学总长。其中第四透镜4和第五透镜5胶合在一起，能够修正成像色差。
在一个具体的实施例中，参照图1-图4所示，变焦投影镜头包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8，变焦投影镜头只包含了八片透镜，对八片透镜的光焦度和透镜类型进行限定，在确保成像品质的基础上，降低了成本。
在一个实施例中，所述第一变焦透镜组20、所述第二变焦透镜组30、所述补偿透镜组40和所述固定透镜组50的有效焦距分别为f1、f2、f3和f4，所述变焦镜头短焦端焦距为fw，满足：3.52≤f1/fw≤3.80、-1.41≤f2/fw≤-1.17、1.41≤f3/fw≤1.64、2.96≤f4/fw≤3.19。
在该实施例中，通过上述条件式对变焦投影镜头进行限定，使得变焦投影镜头通过两个变焦组、以及一个补偿组的移动来调整变焦。在上述条件式内对变焦投影镜头的光焦度进行合理分配和有效焦距进行限定，一方面保证了变焦投影镜头在变焦范围内具有较高的分辨率；另一方面在上述条件式内，对变焦投影镜头的光焦度和焦距进行合理分配，使得变焦投影镜头具有较高的变焦倍率。例如在该实施例中，变焦投影镜头能够实现1.5X的变焦投影。
在该实施例中，第一变焦透镜组20的有效焦距范围为：75mm-81mm；第二变焦透镜组30的有效焦距范围为：-30mm～-25mm；补偿透镜组40的有效焦距范围为：30mm-35mm；固定透镜组50的有效焦距范围为：63mm-68mm。在该实施例中，变焦投影镜头在短焦端时，最短焦距为21.3mm，变焦投影镜头在长焦端时，最长焦距为32.3mm。
本申请实施例提供的变焦投影镜头具有以下特征：
1)通过对透镜组的光焦度进行合理分配，使得变焦投影镜头具有较大的变焦倍率。例如本申请变焦投影镜头的变焦倍率为1.5X。
2)通过对变焦投影镜头的架构进行限定，变焦投影镜头能在2米处投影出清晰画面，并可以通过调节镜头后焦，在1.5-4米范围内保证清晰画面。
3)通过上述透镜组的组合方式，使得变焦投影镜头具体较低的畸变。例如本申请变焦投影镜头的畸变范围小于1％。
4)***焦距：21.3mm-32.3mm；视场角：5°-8.5°；像圆直径：5.5mm～6.5mm；***F数：1.65～1.75。
根据本申请实施例第二方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括第一方面所述的变焦投影镜头。
在该实施例中，变焦投影镜头应用于电子设备中。例如电子设备可以是投影机。将变焦投影镜头应用于投影机内，投影机具有较高的变焦倍数，投影机的成像质量良好。
实施例1：
参照图1-图4所示，从放大侧至缩小侧，变焦投影镜头包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8、第一平板玻璃10、棱镜11、第二平板玻璃12、影像源13。
其中第三透镜3和第四透镜4之间设置有孔径光阑9。第一透镜1和第二透镜2胶合连接、第四透镜4和第五透镜5胶合连接、第六透镜6和第七透镜7胶合连接。从放大侧至缩小侧，变焦投影镜头的光焦度排列顺序为：正、负、负/负、正、负、正、正。
在该实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8均为球面透镜。本申请实施例变焦透镜镜头的透镜数量少，且均为球面透镜，通过补偿透镜组40对成像画面进行调整，降低了成本和组装难度。
在该实施例中，第一透镜1和第二透镜2胶合为玻璃胶合透镜；第四透镜4和第五透镜5胶合为玻璃胶合透镜；第六透镜6和第七透镜7胶合为玻璃胶合透镜；其余透镜均为玻璃球面透镜。
在该实施例中，变焦投影镜头利用八个透镜组成四个透镜群，并通过调整第一变焦透镜群、第二变焦透镜群和补偿透镜群的相对位置来实现变焦功能。因此，本申请的变焦投影镜头可兼顾光学成像品质、成本与组装难易度。
在该实施例中，第一透镜1的焦距范围为：100mm～105mm；第二透镜2的焦距范围为：1500mm～1600mm；第三透镜3的焦距范围为：-18mm～-15mm；第四透镜4的焦距范围为：-15mm～-12mm；第五透镜5的焦距范围为：14mm～16mm；第六透镜6的焦距范围为：39mm～42mm；第七透镜7的焦距范围为：-420mm～-400mm；第八透镜8的焦距范围为：60mm～65mm。
在该实施例中，第一变焦透镜组20的有效焦距范围为：75mm-81mm；第二变焦透镜组30的有效焦距范围为：-30mm～-25mm；补偿透镜组40的有效焦距范围为：30mm-35mm；固定透镜组50的有效焦距范围为：63mm-68mm。
在该实施例中，变焦投影镜头的***焦距范围为：21.3mm(短焦端)-32.3(长焦端)，变焦倍率为1.5X。
本实施例提供的变焦投影镜头能在2米处投影出清晰画面，并可以通过调节镜头后焦，在1.5-4米范围内保证清晰画面
变焦投影镜头的视场角：5°-8.5°；像圆直径：5.5mm～6.5mm；***F数：1.65～1.75。
本***适用于0.23”DMD TR 4-6设计。即本申请实施例通过八片透镜构造出了适用于0.23”DMD TR 4-6的光学架构，相比于现有技术，减少了透镜的使用数量，缩小了变焦投影镜头的体积。
具体地，参照图1所示，第一透镜1中靠近放大侧的面为凸面，远离放大侧的面为凸面；第二透镜2中靠近放大侧的面为凹面，远离放大侧的面为凸面；第三透镜3中靠近放大侧的面为凸面，远离放大侧的面为凹面；第四透镜4中靠近放大侧的面为凹面，远离放大侧的面为凸面；第五透镜5中靠近放大侧的面为凹面，远离放大侧的面凸面；第六透镜6中靠近放大侧的面为凸面，远离放大侧的面为凹面；第七透镜7中靠近放大侧的面为凸面，远离放大侧的面为凸面；第八透镜8中靠近放大侧的面为凸面，远离放大侧的面为平面。
以上每一片透镜、孔径光阑9对应的特征参数如表1和表2所示。其中表1为变焦投影镜头在长焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。表2为变焦投影镜头在短焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。
其中表1和表2中厚度表示对应表面到后一个表面的轴上距离；Nd为对应透镜对d光(波长为587纳米，同下)折射率；Vd为d光在对应透镜的阿贝数；
表1：
表2：
图6所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端时的调制传递函数图。图7所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端的畸变特性曲线图。图8所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端时的垂轴色差特性曲线图。图9所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端时的调制传递函数图。图10所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端的畸变特性曲线图。图11所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端时的垂轴色差特性曲线图。
参照图6所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图6可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.55以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.55以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
参照图7所示，畸变量控制在(0、0.5％)范围内，畸变量小。
参照图8所示，在最大视场3.0000mm处，垂轴色差小于0.4μm。
参照图9所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图9可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.53以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.53以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头镜头具有更高的成像质量。
参照图10所示，畸变量控制在(-0.6％、0)范围内，畸变量小。
参照图11所示，在最大视场3.0000mm处，垂轴色差小于2.4μm。
综上，变焦投影镜头在变焦范围内，其产生的场曲、畸变以及垂轴色差被控制(修正)在较小的范围内。变焦投影镜头表现出良好的成像品质。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于：每一片透镜的曲率半径和厚度尺寸存在差别。
在该实施例中，每一片透镜、孔径光阑9对应的特征参数如表3和表4所示。其中表3为变焦投影镜头在长焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。表4为变焦投影镜头在短焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。。
其中表3和表4中厚度表示对应表面到后一个表面的轴上距离；Nd为对应透镜对d光(波长为587纳米，同下)折射率；Vd为d光在对应透镜的阿贝数；
表3：
表4：
图12所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端时的调制传递函数图。图13所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端的调制传递函数图。
参照图12所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图12可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.57以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.57以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
参照图13所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图13可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.55以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.55以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
在该实施例中，变焦投影镜头的***焦距范围为：21.3mm(短焦端)-32.3(长焦端)，变焦倍率为1.5X。
本设计能在2米处投影出清晰画面，并可以通过调节镜头后焦，在1.5-4米范围内保证清晰画面
变焦投影镜头的视场角：5°-8.5°；像圆直径：5.5mm～6.5mm；***F数：1.65～1.75。
本***适用于0.23”DMD TR 4-6设计。即本申请实施例通过八片透镜构造出了适用于0.23”DMD TR 4-6的光学架构，相比于现有技术，减少了透镜的使用数量，缩小了变焦投影镜头的体积。
综上，变焦投影镜头在变焦范围内，其产生的畸变能够被控制(修正)在较小的范围内。变焦投影镜头表现出良好的成像品质。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于：每一片透镜的曲率半径和厚度尺寸存在差别。
在该实施例中，每一片透镜、孔径光阑9对应的特征参数如表5和表6所示。其中表5为变焦投影镜头在长焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。表6为变焦投影镜头在短焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。。
其中表5和表6中厚度表示对应表面到后一个表面的轴上距离；Nd为对应透镜对d光(波长为587纳米，同下)折射率；Vd为d光在对应透镜的阿贝数；
表5：
表6：
/>
图14所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端时的调制传递函数图。图15所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端的调制传递函数图。
参照图14所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图14可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.55以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.55以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
参照图15所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图15可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.57以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.57以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
在该实施例中，变焦投影镜头的***焦距范围为：21.3mm(短焦端)-32.3(长焦端)，变焦倍率为1.5X。
本设计能在2米处投影出清晰画面，并可以通过调节镜头后焦，在1.5-4米范围内保证清晰画面
变焦投影镜头的视场角：5°-8.5°；像圆直径：5.5mm～6.5mm；***F数：1.65～1.75。
本***适用于0.23”DMD TR 4-6设计。即本申请实施例通过八片透镜构造出了适用于0.23”DMD TR 4-6的光学架构，相比于现有技术，减少了透镜的使用数量，缩小了变焦投影镜头的体积。
综上，变焦投影镜头在变焦范围内，其产生的畸变能够被控制(修正)在较小的范围内。变焦投影镜头表现出良好的成像品质。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别在于：每一片透镜的曲率半径和厚度尺寸存在差别。
在该实施例中，每一片透镜、孔径光阑9对应的特征参数如表7和表8所示。其中表7为变焦投影镜头在长焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。表8为变焦投影镜头在短焦端时，每一片透镜、孔径光阑9对应的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数。。
其中表7和表8中厚度表示对应表面到后一个表面的轴上距离；Nd为对应透镜对d光(波长为587纳米，同下)折射率；Vd为d光在对应透镜的阿贝数；
表7：
表8：
图16所示为本实施例所示变焦投影镜头采用长焦端时的调制传递函数图。图17所示为本实施例所示变焦投影镜头采用短焦端的调制传递函数图。
参照图16所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图16可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.52以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.52以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
参照图17所示，其中横轴为空间频率(Spatial Frequency in cycles per mm)，纵轴为OTF模量(Modulus of the OTF)。由图17可知在空间频率在0mm-93mm的区间内图像的OTF模值一直能够保持在0.57以上，通常来说OTF模值越接近1图像的质量越高，但是由于各种因素的影响，并不存在OTF模值为1的情况，一般当OTF模值能够保持在0.57以上时，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，所以由此可知本实施例的变焦投影镜头具有更高的成像质量。
在该实施例中，变焦投影镜头的***焦距范围为：21.3mm(短焦端)-32.3(长焦端)，变焦倍率为1.5X。
本设计能在2米处投影出清晰画面，并可以通过调节镜头后焦，在1.5-4米范围内保证清晰画面
变焦投影镜头的视场角：5°-8.5°；像圆直径：5.5mm～6.5mm；***F数：1.65～1.75。
本***适用于0.23”DMD TR 4-6设计。即本申请实施例通过八片透镜构造出了适用于0.23”DMD TR 4-6的光学架构，相比于现有技术，减少了透镜的使用数量，缩小了变焦投影镜头的体积。
综上，变焦投影镜头在变焦范围内，其产生的畸变能够被控制(修正)在较小的范围内。变焦投影镜头表现出良好的成像品质。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种变焦投影镜头，其特征在于，沿光轴方向从放大侧至缩小侧依次包括：第一变焦透镜组(20)、第二变焦透镜组(30)、补偿透镜组(40)和固定透镜组(50)；
所述第一变焦透镜组(20)的光焦度为正，所述第二变焦透镜组(30)的光焦度为负，所述补偿透镜组(40)的光焦度为正，所述固定透镜组(50)的光焦度为正；
所述第一变焦透镜组(20)、第二变焦透镜组(30)和补偿透镜组(40)可沿光轴移动；
所述第一变焦透镜组(20)、所述第二变焦透镜组(30)、所述补偿透镜组(40)和所述固定透镜组(50)的有效焦距分别为f1、f2、f3和f4，所述变焦投影镜头的短焦端焦距为fw，满足：
3.52≤f1/fw≤3.80、-1.41≤f2/fw≤-1.17、1.41≤f3/fw≤1.64、2.96≤f4/fw≤3.19。
2.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜组(20)、所述第二变焦透镜组(30)、所述补偿透镜组(40)和所述固定透镜组(50)中的透镜均为球面透镜。
3.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述变焦投影镜头从短焦端到长焦端的变焦过程中，所述第一变焦透镜组(20)与所述第二变焦透镜组(30)之间的第一空气间隔逐渐增大，所述第二变焦透镜组(30)与所述补偿透镜组(40)之间的第二空气间隔逐渐增大，所述补偿透镜组(40)与所述固定透镜组(50)之间的第三空气间隔逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述变焦投影镜头在长焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL1，所述第一空气间隔为d1，所述第二空气间隔为d2，满足公式：0.25≤d1/TTL1≤0.3；
0.03≤d2/TTL1≤0.07。
5.根据权利要求3所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述变焦投影镜头在短焦端，所述变焦投影镜头的光学总长为TTL2，所述第三空气间隔为d3，满足公式：0.04≤d3/TTL2≤0.06。
6.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述变焦投影镜头的工作F数满足：1.6≤工作F数≤1.8。
7.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜组(20)包括第一透镜(1)和第二透镜(2)，所述第一透镜(1)的光焦度为正，所述第二透镜(2)的光焦度为负。
8.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第二变焦透镜包括第三透镜(3)、第四透镜(4)和第五透镜(5)，所述第三透镜(3)的光焦度为负，第四透镜(4)和第五透镜(5)的光焦度相反。
9.根据权利要求8所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述变焦投影镜头包括孔径光阑(9)，所述孔径光阑(9)位于所述第三透镜(3)和所述第四透镜(4)之间。
10.根据权利要求8所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第四透镜(4)和所述第五透镜(5)胶合在一起形成双胶合透镜。
11.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述补偿透镜组(40)包括第六透镜(6)和第七透镜(7)，所述第六透镜(6)和第七透镜(7)的光焦度相反。
12.根据权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述固定透镜组(50)包括第八透镜(8)，所述第八透镜(8)的光焦度为正。
13.根据权利要求1-12任一项所述的变焦投影镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜组(20)、第二变焦透镜组(30)、补偿透镜组(40)中均包括一个胶合透镜。
14.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-13任一项所述的变焦投影镜头。
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