CN101581823B - 一种投影机镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光学镜头领域，其目的在于提供一种投影机镜头，从物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述透镜均采用玻璃材质并为球面镜，所述第一、第二透镜为凹向像方的弯月形透镜，所述第三和第四透镜粘合在一起形成凸向像方的透镜，所述第五透镜为双凸透镜。由于投影机镜头的镜片完全采用球面设计，可以通过优化球面系数如球面的曲率半径、镜片间的间隔和镜片厚度等参数来修正各种相差，使投影机镜头达到成像质量要求。此外，采用玻璃材质的镜片可以提高亮度，增强透光率，从而获得良好的成像质量，并且在达到分辨率高、体积小的要求的同时可以降低投影机镜头的成本。
Description
技术领域
本发明属于光学镜头领域，特别是关于一种可与便携式电子装置配合使用的微型投影机镜头。
背景技术
投影机一般包括镜头及LCD(液晶显示)芯片。LCD投影机色彩还原性较好、分辨率可达SXGA(Super Extended Graphics Array)标准即130万像素。此外，LCD投影机体积小，重量轻，携带起来方便，是投影机市场上的主流产品。
而在发展微型投影机的领域中，LCD微显芯片在小型化和低耗能以及降低成本方面都有瓶颈困难，很难有开拓性的发展；于此相对的F-LCOS(Ferroelectric Liquid Crystal on Silicon铁电液晶硅)技术，拥有更小的体积和低耗电量，为更小巧的投影产品提供了可能性。采用多路时间分割技术机型单色转换，在黑色底板上应用红绿蓝LED(发光二极管)元件替代像素滤波器，可以同步显示信号，不存在延迟问题，同时成本也更为降低。是目前最适宜量产实用的微显示投影技术。而于此相配套的投影显示镜头也必将向更微型小巧的方向发展，同时需要保证高的成像质量。
投影机镜头是投影机内的重要组件，镜头决定成像性能的优劣，因而镜头性能成为设计投影机的重要考虑因素。随着科技的不断发 展，各种便携式电子装置也日渐趋于轻巧、美观及多功能化。其中，镜头的小型化很大程度上限制了微型投影机的体积。为了与F-LCOS的微显技术相适应，现有的投影镜头必须向更少的镜头片数，更小的外径和更短的总长方向发展。
EP058651B1和US5,644,435分别公开一种用于小型投影机的变焦距镜头，但这类镜头如果要达到较高的分辨率，需要较多镜片，成本较高，体积也较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种分辨率高，外径小，短总长，低成本的微型投影仪用镜头。
其技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种投影机镜头，所述投影机镜头从物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述透镜均采用玻璃材质并为球面镜，所述第一、第二透镜为凹向像方的弯月形透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第三和第四透镜粘合在一起形成凸向像方的透镜，所述第五透镜为双凸透镜。
本发明的有益效果是：其完全采用球面设计，从而可以通过优化球面系数如球面的曲率半径、镜片间的间隔和镜片厚度等参数来修正各种相差，使投影机镜头达到成像质量要求。同时采用玻璃镜片设计可以提高亮度，增强透过率，同时获得良好的成像质量；该投影机镜头设计，其光学全长为35mm，其模块高度可做到比较短，使其可较 小的整合于小型投影机中，较好的满足了投影机的微型化要求；同时该设计中透镜全部采用玻璃材质，使其耐高温，耐潮湿，且使得成像亮度高，透过率高，并且在达到分辨率高、体积小的要求的同时可以降低投影机镜头的成本。
附图说明
图1是本发明投影机镜头实施方式1的结构示意图。
图2是本发明投影机镜头实施方式1的光学畸变图。
图3是本发明投影机镜头实施方式1的光学场区图。
图4是本发明投影机镜头实施方式1的投影解析力图。
图5是本发明投影机镜头实施方式1的相对照度图。
图6是本发明投影机镜头实施方式2的结构示意图。
图7是本发明投影机镜头实施方式2的光学畸变图。
图8是本发明投影机镜头实施方式2的光学场区图。
图9是本发明投影机镜头实施方式2的投影解析力图。
图10是本发明投影机镜头实施方式2的相对照度图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、6所示的投影机镜头从物方到像方依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5。所述透镜1-5 均为球面镜，且都采用玻璃材质。
第一透镜1为凹向像方的弯月形透镜，其具有第一球面R1和第二球面R2，其中第一透镜1的第一球面R1为光线首先接触的面。第二透镜2为凹向像方的弯月形透镜，其具有第三球面R3和第四球面R4。第三透镜3和第四透镜4分别为双凹透镜和双凸透镜，并用胶粘合在一起形成凸向像方的透镜，其中，第三透镜3具有分别凹向物方及像方的第五球面R5及第六球面R6，第四透镜4具有凸向像方的第七球面R7，第六球面R6为第三透镜3和第四透镜4的胶合面。第五透镜5为双凸透镜，其具有第八球面R8和第九球面R9。
第一透镜1的折射率n1范围为1.60＜n1＜1.80，，色散v1范围为20＜v1＜40。优选地，第一透镜1采用S-LAL7型号的玻璃材质，其折射率为1.74947，色散为35.0427。
第二透镜2的折射率n2范围为1.55＜n2＜1.75，色散v2范围为55＜v2＜70。优选地，第二透镜2采用N-LAK21型号的玻璃材质，其折射率为1.640495，色散为60.1019。
第三透镜3的折射率n3范围为1.70＜n3＜1.90，色散v3范围为25＜v3＜35。优选地，第三透镜3采用N-LASF型号的玻璃材质，其折射率为1.850249，色散为32.17013。
第四透镜4的折射率n4范围为1.50＜n4＜1.70，色散v4范围为50＜v4＜70。优选地，第四透镜4采用N-LAK7型号的玻璃材质，其折射率为1.6516000，色散为58.5178。
第五透镜5的折射率n5范围为1.50＜n5＜1.70，色散v5范围可为 45＜v5＜65。优选地，第五透镜5采用LACL1型号的玻璃材质，其折射率为1.640851，色散为56.8353。
该镜头还包括镜头光阑0，镜头光阑0位于第二透镜2和第三透镜3之间。
该投影机镜头满足如下关系式：
|f1/F|＞1.8；
|f2/F|＞1.3；
|f3/F|＜0.65；
1.05＜|f5/F|＜1.4；
其中，f1为第一透镜1的焦距；f2为第二透镜2的焦距；f3为第三透镜3的焦距；f5为第五透镜5的焦距；F为整个透镜组的有效焦距。
具体实施方式一、二给出了基于上述结构构成的实施方式的具体参数值。
表1中所列为第一具体实时方式投影机镜头的第一透镜1到第五透镜5的一组光学参数。本发明的镜头有效焦距为F＝13mm。
表1
| 类型 | 曲率半径(mm) | 厚度(mm) | 通光口径(mm) |
| 第一球面 | 18 | 2.02 | 12.12 |
| 第二球面 | 150 | 0.05 | 11.21 |
| 第三球面 | 7.124567 | 1.99 | 9.25 |
| 第四球面 | 7.124567 | 4.22 | 8.45 |
| 第五球面 | -11.25879 | 1.95 | 5.12458 |
| 第六球面 | 12.587945 | 1.01 | 5.89547 |
| 第七球面 | -6.213456 | 5.02 | 9.45 |
| 第八球面 | 30.123456 | 0.05 | 11.24 |
| 第九球面 | -15.25467 | 4.12 | 12 |
上表中的厚度(间隔)指的是此面到下一个面的距离，如上表中第一球面行中厚度为2.02，即指的是第一镜片中前一面与后一面的距离，即第一镜片的厚度。而第二球面行中厚度0.05，指的是此面到下一面(即第二镜片的第一面)的距离，此时就是指的镜片间的间隔。
上述实施例中，f1＝33.04mm，f2＝-17.34mm，f3＝-8.04mm，f5＝16.95mm。
请参阅图2至5，在表1的光学参数条件下，该投影机镜头的子午场曲和弧矢场曲小于0.5毫米，光学畸变小于1％，其投影解析力如图4所示。
请参阅图6至图10，其为本发明的第二具体实施方式。该实施例中，f1＝-25.55mm，f2＝20mm，f3＝7.6mm，f5＝-16.88mm，F＝13mm。
表2所列是本实施例投影机镜头的第一透镜1到第五透镜5的一组光学参数。
表2
| 类型 | 曲率半径(mm) | 厚度(mm) | 通光口径(mm) |
| 第一球面 | 5.8233 | 2.39 | 7.34 |
| 第二球面 | 85.79 | 1.5 | 7.34 |
| 第三球面 | 15.3846 | 2 | 4.56 |
| 第四球面 | 28.5714 | 2.7 | 3.01 |
| 第五球面 | -10.436 | 1.77 | 1.994705 |
| 第六球面 | 5.8066 | 1.32 | 3.09 |
| 第七球面 | -14.98 | 4.42 | 5.41 |
| 第八球面 | 22.452 | 0.08 | 6.73 |
| 第九球面 | -7.046 | 2.98 | 6.73 |
本实施例的投影机镜头的镜片完全采用球面设计，可以通过优化球面系数如球面的曲率半径、镜片间的间隔及镜片厚度等参数来修正各种相差，使投影机镜头达到成像质量要求。本例如：可通过调整第一透镜1的第二球面R2使畸变有较大改变，达到调整畸变的目的；可通过调整第四透镜4的第七球面R7的曲率半径，使球差有较大改变，达到调整球差的目的；可通过调整第二透镜2的第四球面R4及第四透镜4的第七球面R7的曲率半径，使场曲有较大改变，达到调整场曲的目的。此外，采用玻璃材质的镜片可以提高亮度，增强透光 率，从而获得良好的成像质量，并且在达到分辨率高、体积小的要求的同时可以降低投影机镜头的成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种投影机镜头，其特征在于：所述投影机镜头从物方到像方依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述透镜均采用玻璃材质并为球面镜，所述第一、第二透镜为凹向像方的弯月形透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第三和第四透镜粘合在一起形成凸向像方的透镜，所述第五透镜为双凸透镜；所述第一透镜的折射率n1范围为1.60＜n1＜1.80，色散v1范围为20＜v1＜40；所述第二透镜的折射率n2范围为1.55＜n2＜1.75，色散v2范围为55＜v2＜70；所述第三透镜的折射率n3范围为1.70＜n3＜1.90，色散v3范围为25＜v3＜35；所述第四透镜的折射率n4范围为1.50＜n4＜1.70，色散v4范围为50＜v4＜70；所述第五透镜的折射率n5范围为1.50＜n5＜1.70，色散v5范围为45＜v5＜65。
2.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：还包括位于所述第二透镜和所述第三透镜之间的光阑。
3.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：所述投影机镜头满足如下关系式：
|f1/F|＞1.8；
|f2/F|＞1.3；
|f3/F|＜0.65；
1.05＜|f5/F|＜1.4；
其中：f1为第一透镜1的焦距；f2为第二透镜2的焦距；f3为第三透镜3的焦距；f5为第五透镜5的焦距；F为整个镜头的有效焦距。
4.根据权利要求3所述的一种投影机镜头，其特征在于：所述第一透镜具有第一球面和第二球面，其中第一球面为光线首先接触的面；第二透镜具有第三球面和第四球面；第三透镜具有分别凹向物方及像方的第五球面及第六球面，第四透镜具有凸向像方的第七球面，第六球面为第三透镜和第四透镜的胶合面，第五透镜为双凸透镜，其具有第八球面和第九球面。
5.根据权利要求4所述的一种投影机镜头，其特征在于：所述镜头参数如下：
其中，
f1＝33.04mm，f2＝-17.34mm，f3＝-8.04mm，f5＝16.95mm，F＝13mm。
6.根据权利要求4所述的一种投影机镜头，其特征在于：所述镜头参数如下：
其中，f1＝-25.55mm，f2＝20mm，f3＝7.6mm，f5＝-16.88mm，F＝13mm。
7.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：优选地，第一透镜1采用S-LAL7型号的玻璃材质，其折射率为1.74947，色散为35.0427。
8.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：优选地，第二透镜2采用N-LAK21型号的玻璃材质，其折射率为1.640495，色散为60.1019。
9.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：优选地，第三透镜3采用N-LASF型号的玻璃材质，其折射率为1.850249，色散为32.17013。
10.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：第四透镜4采用N-LAK7型号的玻璃材质，其折射率为1.6516000，色散为58.5178。
11.根据权利要求1所述的一种投影机镜头，其特征在于：第五透镜5采用LACL1型号的玻璃材质，其折射率为1.640851，色散为56.8353。
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