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CN101387736B - 投影镜头 - Google Patents

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Abstract

一种投影镜头，其从放大端至缩小端依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜，一个具有负光焦度的第二透镜，一个具有正光焦度的第三透镜，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：1.4＜TT/f＜1.7，其中，TT为投影镜头的总长，f为投影镜头的有效焦距。满足条件的投影镜头，结构简单、成本低、方便携带使用。

Description

投影镜头
技术领域
本发明涉及一种投影镜头，尤其涉及一种可适用于玩具投影机的投影镜头。
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。
在应用于玩具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。同时还需具有足够的视场角(Wide angle)，以在较狭小的场合(短投影距离)获得较大画幅(Large screen)。以配合SLM组成高投影品质、结构简单、低成本型投影机。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种成本低、结构简单的投影镜头。
一种投影镜头，其从放大端至缩小端依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜，一个具有负光焦度的第二透镜，一个具有正光焦度的第三透镜，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：1.4＜TT/f＜1.7，其中，TT为投影镜头的总长，f为投影镜头的有效焦距。
条件式1.4＜TT/f＜1.7限制了投影镜头的总长。第一透镜、第二透镜及第三透镜采用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，结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种投影镜头示意图。
图2为本发明实施例1的投影镜头的球差图。
图3为本发明实施例1的投影镜头的场曲图。
图4为本发明实施例1的投影镜头的畸变图。
图5为本发明实施例2的投影镜头的球差图。
图6为本发明实施例2的投影镜头的场曲图。
图7为本发明实施例2的投影镜头的畸变图。
图8为本发明实施例3的投影镜头的球差图。
图9为本发明实施例3的投影镜头的场曲图。
图10为本发明实施例3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例作进一步的详细说明。
请参阅图1，其为本发明实施例所提供的投影镜头100。该投影镜头100从放大端至缩小端(近SLM端)依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜10，一个具有负光焦度的第二透镜20，一个具有正光焦度的第三透镜30，以及一个具有正光焦度的第四透镜40。
本实施例的投影镜头100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。
为实现小型化及低成本的要求，该投影镜头100满足以下条件式：
(1)1.4＜TT/f＜1.7。
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。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及第三透镜30采用正负正结构，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。
优选地，投影镜头100还满足以下条件：
(2)BFL3/f＞0.79。
其中，BFL3为投影镜头后焦距，即为第三透镜30的靠近缩小端表面到SLM表面90的距离。条件(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，如光机系统可放置于第三透镜30靠近缩小端面到SLM表面90之间。
优选地，投影镜头100还满足以下条件：
(3)1.4＜f4/f＜1.6。
其中，f4为所述第四透镜的焦距。条件式(3)满足投影镜头100对总光焦度的要求，以有效平衡第四透镜40产生的单色像差，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的色差，尤其是倍率色差，投影镜头100还满足以下条件：
(4)AVE(Vb1-3)＞55。
其中，AVE(Vb1-3)为第一透镜10与第三透镜30的平均阿贝数。条件式(4)有助于保证投影镜头100总长与色差之间的平衡。
所述投影镜头100还包括一个设置于第一透镜10与第二透镜20之间的光阑(Aperturestop)60，以限制经过第二透镜20的光线进入第一透镜10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二透镜20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。
可以理解，为保证良好的图像质量，实施例的第一镜片10、第二镜片20、第三镜片30及第四镜片40采用玻璃材料制成。
下面请参照图2至图10，以具体实施例来详细说明投影镜头100。以下每个实施例中，所述第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40各表面均为球面。
f：投影镜头100的有效焦距；FNo：F(光圈)数；2ω：视场角。
实施例1
该投影镜头100的各光学元件满足表1的条件，且其TT＝135毫米(mm)；f＝82.91mm；BFL3＝66.83mm；f4＝124.74mm；AVE(Vb1-3)＝59.4372；FNo＝3.41；2ω＝33.72°。
表1
  投影镜头100   曲率半径(mm)   厚度(mm)   折射率   阿贝数
  第一透镜10靠放大端表面   28.05737   12   1.696797   55.5322
  第一透镜10靠缩小端表面   35.18796   22.53765   ---   ---
  光阑60   无穷大   7.933927   ---   ---
  第二透镜20靠放大端表面   14.61593   9.688149   1.84666   23.7779
  第二透镜20靠缩小端表面   22.67261   1   ---   ---
  第三透镜30靠放大端表面   无穷大   12   1.696797   55.5322
  第三透镜30靠缩小端表面   47.49873   53.24028   ---   ---
  第四透镜40靠放大端表面   67.60116   12   1.5168   64.1673
  第四透镜40靠缩小端表面   无穷大   3   ---   ---
  滤光片60靠放大端表面   无穷大   1.5   1.523014   58.5876
  滤光片60靠缩小端表面   无穷大   0.1   ---   ---
该实施例1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，实施例1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(-2(mm，2mm)范围内。图3中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-1mm，1mm)范围内。图4中的畸变率控制在(-1％，1％)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。
实施例2
该投影镜头100的各光学元件满足表2的条件，且其TT＝130毫米(mm)；f＝82.52mm；BFL3＝68.86mm；f4＝125.98mm；AVE(Vb1-3)＝60.3236；FNo＝3.41；2ω＝34°。
表2
  投影镜头100   曲率半径(mm)   厚度(mm)   折射率   阿贝数
  第一透镜10靠放大端表面   25.25499   12.5   1.62041   60.3236
  第一透镜10靠缩小端表面   32.98193   17.5604   ---   ---
  光阑60   无穷大   8.639082   ---   ---
  第二透镜20靠放大端表面   13.55623   8.940455   1.755201   27.5795
  第二透镜20靠缩小端表面   20.87062   1   ---   ---
  第三透镜30靠放大端表面   无穷大   12.5   1.62041   60.3236
  第三透镜30靠缩小端表面   43.81359   51.76006   ---   ---
  第四透镜40靠放大端表面   93.72847   12.5   1.743972   44.8504
  第四透镜40靠缩小端表面   无穷大   3   ---   ---
  滤光片60靠放大端表面   无穷大   1.5   1.523014   58.5876
  滤光片60靠缩小端表面   无穷大   0.1   ---   ---
该实施例2的投影镜头100中，其球差、场曲及畸变分别如图5到图7所示。图5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，实施例2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(-2mm，2mm)范围内。图6中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-1mm，1mm)范围内。图7中的畸变率控制在(-1％，1％)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。
实施例3
该投影镜头100的各光学元件满足表3的条件，且其TT＝125毫米(mm)；f＝84.53mm；BFL3＝69.84mm；f4＝130.81mm；AVE(Vb1-3)＝55.5322；FNo＝3.44；2ω＝33°。
表3
  投影镜头100   曲率半径(mm)   厚度(mm)   折射率   阿贝数
  第一透镜10靠放大端表面   25.14608   12.8   1.651597   58.5507
  第一透镜10靠缩小端表面   34.77398   14.76302   ---   ---
  光阑60   无穷大   9.944934   ---   ---
  第二透镜20靠放大端表面   13.71061   9.668122   1.784696   26.2912
  第二透镜20靠缩小端表面   22.50503   1.3   ---   ---
  第三透镜30靠放大端表面   无穷大   9.698434   1.62041   60.3236
  第三透镜30靠缩小端表面   43.81694   49.42549   ---   ---
  第四透镜40靠放大端表面   92.80003   12.8   1.743972   44.8504
  第四透镜40靠缩小端表面   无穷大   3   ---   ---
  滤光片60靠放大端表面   无穷大   1.5   1.523014   58.5876
  滤光片60靠缩小端表面   无穷大   0.1   ---   ---
该实施例3的投影镜头100中，其球差、场曲及畸变分别如图8到图10所示。图8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，实施例3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(-2mm，2mm)范围内。图9中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-1mm，1mm)范围内。图10中的畸变率控制在(-0.5％，0.5％)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具有结构简单、成本低，且该投影镜头在其结构简单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 (6)

1.一种投影镜头，其从放大端至缩小端依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜，一个具有负光焦度的第二透镜，一个具有正光焦度的第三透镜，以及一个具有正光焦度的第四透镜及一个SLM表面，所述投影镜头满足以下条件：1.4＜TT/f＜1.7，其中，TT为投影镜头的总长，f为投影镜头的有效焦距，所述投影镜头还满足以下条件：1.4＜f4/f＜1.6，其中，f4为所述第四透镜的焦距，所述投影镜头还满足以下条件：BFL3/f＞0.79，其中，BFL3为投影镜头的后焦距也即为所述第三透镜的靠近缩小端表面到SLM表面的距离，TT＝135毫米、f＝82.91毫米、BFL3＝66.83毫米，f4＝124.74毫米；或TT＝130毫米、f＝82.52毫米、BFL3＝68.86毫米、f4＝125.98毫米；或TT＝125毫米、f＝84.53毫米、BFL3＝69.84毫米、f4＝130.81毫米。
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式AVE(Vb1-3)＞55，其中，AVE(Vb1-3)为所述第一透镜与第三透镜的平均阿贝数。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括一个光阑，该光阑位于第一透镜与第二透镜之间。
4.如权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，所述光阑为涂布于该第二透镜放大端表面外圈的不透光材料。
5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜的各表面均为球面。
6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜均采用玻璃材料制成。
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