变焦短距投影镜头及其变焦方法与流程

本发明涉及一种变焦短距投影镜头及其变焦方法。

背景技术：

当今各种变焦投影镜头层出不穷，但是目前的变焦投影镜头的投影物距应用大于一米。这些投影镜头对于200mm以内的物距投影成像时，因为投影物距的影响，引起投影镜头的彗差效应，不能投射出清晰的图像，并且这些投影镜头的镜片数量较多、镜片的装配结构复杂，镜头结构的不紧凑造成体积较大，携带非常不方便。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单、镜片的装配结构紧凑的变焦短距投影镜头及其变焦方法。

本发明的技术方案是，一种变焦短距投影镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前固定组A、负光焦度的变倍组B、负光焦度的补偿组C、可变光阑D和正光焦度的后固定组E，所述前固定组A包括从左向右依次设置的平凸正透镜A-1、月牙负透镜A-2、月牙正透镜A-3；所述变倍组B包括从左向右依次设置的双凹负透镜B-1、月牙正透镜B-2；所述补偿组C包括月牙负透镜C-1，所述可变光阑D的位置相对后固定组E不变；所述后固定组E包括从左向右依次设置的月牙正透镜E-1、双凸透镜E-2、月牙负透镜E-3和双凸正透镜E-4。

进一步的，所述前固定组A与变倍组B之间短焦的空气间隔为3.26mm，长焦的空气间隔为16.35mm，所述补偿组C与可变光阑D之间短焦的空气间隔为5.43mm，长焦的空气间隔为1.90mm。

进一步的，所述平凸正透镜A-1和月牙负透镜A-2中心靠在一起，所述月牙正透镜E-1和双凸透镜E-2中心靠在一起，所述月牙负透镜A-2与月牙正透镜A-3组成胶合组、双凹负透镜B-1与月牙正透镜B-2组成胶合组、双凸透镜E-2与月牙负透镜E-3组成胶合组，所述月牙负透镜E-3和双凸正透镜E-4的中心空气间隔为18.52mm，所述双凸正透镜E-4到像面的空气间隔是24.37mm，所述平凸正透镜A-1和月牙负透镜A-2的空气间隔为0.1mm，所述月牙正透镜E-1和双凸透镜E-2的空气间隔为0.1mm。

进一步的，所述镜头的机械结构包括沿光线的入射方向从左向右依次设置的调焦组件、变倍组件、补偿组件、凸轮组件、可变光栏组件，所述前固定组A设于调焦组件内，所述变倍组B设于变倍组件内，所述补偿组C设于补偿组件内，所述可变光阑D和后固定组E设于可变光栏组件内。

进一步的，所述可变光栏组件包括光栏座，所述光栏座的外部设有光栏电机、光栏电位器和用以控制光栏开口大小位置的微动开关，所述微动开关通过光栏限位支架安装在光栏座上，所述光栏座的一端套设有光栏动环，所述光栏动环与光栏座的端部之间设有光栏片，所述光栏片经铆钉连接，光栏片的一端固定在光栏座上，另一端安装在光栏动环上，所述光栏电机和光栏电位器通过光栏电机架安装在光栏座上，所述光栏电机的输出轴上设有光栏电机齿轮，所述光栏座的外周部设有光栏调节环，光栏调节环上设有光栏调节环齿轮，所述光栏电机齿轮与光栏调节环齿轮啮合，带动光栏调节环转动，所述光栏调节环经光栏调节环压圈固定在光栏座上，所述光栏调节环与光栏动环通过光栏拨钉连接，所述光栏电位器上连接有光栏电位器齿轮，所述光栏电位器齿轮与光栏调节环啮合，所述月牙正透镜E-1、双凸透镜E-2、月牙负透镜E-3设置于光栏座的内部前端，所述双凸正透镜E-4设置于光栏座的内部后端，所述月牙负透镜E-3与双凸正透镜E-4之间设有隔圈A，所述双凸正透镜E-4在光栏座的后端设有压圈，所述月牙正透镜E-1与双凸透镜E-2之间设有隔圈B，所述光栏动环与光栏座之间设有光栏动环压圈。

进一步的，所述镜头的机械结构还包括主镜筒，所述变倍组件包括位于主镜筒的内部中段的变倍滑架，所述变倍滑架的内部设有变倍镜筒，所述变倍镜筒通过螺纹安装在变倍滑架上；所述补偿组件包括位于主镜筒的内部后段的补偿滑架，所述补偿滑架的内部设有补偿镜筒，所述补偿镜筒通过螺纹安装在补偿滑架上；所述变倍滑架与补偿滑架均通过与主镜筒研磨配合安装在主镜筒上，所述主镜筒的外部中后段设有变倍凸轮，所述变倍凸轮通过钢珠置于主镜筒上，用以组成滚动轴承，并经轴承压环和变倍凸轮压圈锁紧；所述变倍凸轮上开设有按光学变焦运动方程的要求加工的变倍、补偿曲线槽，所述变倍凸轮与变倍滑架、补偿滑架经变倍导钉组件和补偿导钉组件连接在一起；所述变倍导钉组件与补偿导钉组件由变倍磙子一、变倍导环、变倍导钉、变倍磙子二组成；所述主镜筒的外部设有电动变焦机构，所述电动变焦机构包括变倍电机与微动开关二，所述变倍电机通过变倍电机支架和变倍电机立柱安装在主镜筒上，所述微动开关二通过变倍限位开关架安装在主镜筒上；所述变倍电机的输出轴上连接有变倍电机齿轮，所述变倍凸轮的外周设有环形的变倍凸轮齿轮，所述变倍电机齿轮与变倍凸轮齿轮啮合，所述主镜筒上设有两条用以限制变倍导钉组件、补偿导钉组件的直槽，所述主镜筒的内部前端套设有前组镜筒，所述前固定组A安装在前组镜筒内，所述平凸正透镜A-1的前端设有前组压圈，所述平凸正透镜A-1与月牙负透镜A-2之间设有隔圈C，所述前组镜筒与主镜筒之间设有前组调整垫片，所述变倍镜筒与变倍滑架之间设有变倍调整垫片，所述变倍组B安装在变倍镜筒内，所述双凹负透镜B-1的后端设有变倍压圈，所述月牙负透镜C-1安装在补偿镜筒内，所述月牙负透镜C-1的后端设有补偿压圈。

一种变焦短距投影镜头的变焦方法，包括以下步骤：

（1）变倍电机的转子做正负旋转运动，带动变倍凸轮做相应的转动；

（2）变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件、补偿导钉组件带动变倍滑架、补偿滑架按变倍、补偿曲线槽的方式运动，在直槽限制下，变倍滑架、补偿滑架的旋转运动变为直线运动进行变焦。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）该变焦短距投影镜头的光学系统结构简单，镜片的装配结构紧凑，镜头结构长度短，体积小携带方便；（2）该变焦短距投影镜头能够对190mm的物距实现2.1倍的连续变焦，镜头的光圈达到F2.8，MTF在60lp/mm大于0.6；（3）投射比可在2.4～4.8连续变化。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为该发明实施例的光学系统示意图；

图2为该发明实施例的机械结构示意图；

图3为该发明实施例的可变光栏组件的结构示意图一；

图4为该发明实施例的可变光栏组件的结构示意图二；

图5为该发明实施例的可变光栏组件的结构示意图三；

图6为该发明实施例的变倍组件、补偿组件的结构示意图一；

图7为该发明实施例的变倍组件、补偿组件的结构示意图二；

图8为该发明实施例的变倍组件、补偿组件的结构示意图三；

图9为该发明实施例的直槽的结构示意图；

图10为该发明实施例在短焦的成像质量MTF图；

图11为该发明实施例在长焦的成像质量MTF图；

图中：

A-前固定组A；B-变倍组B；C-补偿组C；D-可变光阑D；E-后固定组E；A-1平凸正透镜A-1；A-2月牙负透镜A-2；A-3月牙正透镜A-3；B-1双凹负透镜B-1；B-2月牙正透镜B-2；C-1月牙负透镜C-1；E-1月牙正透镜E-1；E-2双凸透镜E-2；E-3月牙负透镜E-3；E-4双凸正透镜E-4；1-调焦组件；2-变倍组件；201-变倍滑架；202-变倍镜筒；3-补偿组件；31-补偿滑架；32-补偿镜筒；4-凸轮组件；5-可变光栏组件；51-光栏座；52-光栏电机；53-光栏电位器；54-微动开关；55-光栏限位支架；56-光栏动环；57-光栏片；58-光栏电机架；59-光栏电机齿轮；510-光栏调节环；511-光栏调节环齿轮；512-光栏调节环压圈；513-光栏电位器齿轮；514-隔圈A；515-压圈；516-隔圈B；517-光栏动环压圈；6-主镜筒；7-变倍凸轮；8-轴承压环；9-变倍凸轮压圈；10-变倍磙子一；11-变倍导环；12-变倍导钉；13-变倍磙子二；14-变倍电机；15-微动开关二；16-变倍电机支架；17-变倍电机立柱；18-变倍限位开关架；19-变倍电机齿轮；20-变倍凸轮齿轮；21-直槽；211-变倍直槽；212-补偿直槽；22-前组镜筒；23-前组压圈；24-隔圈C；25-前组调整垫片；26-变倍调整垫片；27-变倍压圈；28-补偿压圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～11所示，一种变焦短距投影镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前固定组A、负光焦度的变倍组B、负光焦度的补偿组C、可变光阑D和正光焦度的后固定组E，所述前固定组A包括从左向右依次设置的平凸正透镜A-1、月牙负透镜A-2、月牙正透镜A-3；所述变倍组B包括从左向右依次设置的双凹负透镜B-1、月牙正透镜B-2；所述补偿组C包括月牙负透镜C-1，所述可变光阑D的位置相对后固定组E不变；所述后固定组E包括从左向右依次设置的月牙正透镜E-1、双凸透镜E-2、月牙负透镜E-3和双凸正透镜E-4。

在本实施例中，所述前固定组A与变倍组B之间短焦的空气间隔为3.26mm，长焦的空气间隔为16.35mm，所述补偿组C与可变光阑D之间短焦的空气间隔为5.43mm，长焦的空气间隔为1.90mm，所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔是变焦调节量，所述补偿组C与可变光阑D的空气间隔随着变倍组B的位置变化而变化以起到调像作用。

在本实施例中，所述平凸正透镜A-1和月牙负透镜A-2中心靠在一起，所述月牙正透镜E-1和双凸透镜E-2中心靠在一起，所述月牙负透镜A-2与月牙正透镜A-3组成胶合组、双凹负透镜B-1与月牙正透镜B-2组成胶合组、双凸透镜E-2与月牙负透镜E-3组成胶合组，所述月牙负透镜E-3和双凸正透镜E-4的中心空气间隔为18.52mm，所述双凸正透镜E-4到像面的空气间隔是24.37mm，所述平凸正透镜A-1和月牙负透镜A-2的空气间隔为0.1mm，所述月牙正透镜E-1和双凸透镜E-2的空气间隔为0.1mm。

在本实施例中，所述镜头的机械结构包括沿光线的入射方向从左向右依次设置的调焦组件1、变倍组件2、补偿组件3、凸轮组件4、可变光栏组件5，所述前固定组A设于调焦组件内，所述变倍组B设于变倍组件内，所述补偿组C设于补偿组件内，所述可变光阑D和后固定组E设于可变光栏组件内。

在本实施例中，所述可变光栏组件包括光栏座51，所述光栏座的外部设有光栏电机52、光栏电位器53和用以控制光栏开口大小位置的微动开关54，所述微动开关通过光栏限位支架55安装在光栏座上，所述光栏座的一端套设有光栏动环56，所述光栏动环与光栏座的端部之间设有光栏片57，所述光栏片经铆钉连接，光栏片的一端固定在光栏座上，另一端安装在光栏动环上，所述光栏电机和光栏电位器通过光栏电机架58安装在光栏座上，所述光栏电机的输出轴上设有光栏电机齿轮59，所述光栏座的外周部设有光栏调节环510，光栏调节环上设有光栏调节环齿轮511，所述光栏电机齿轮与光栏调节环齿轮啮合，带动光栏调节环转动，所述光栏调节环经光栏调节环压圈512固定在光栏座上，所述光栏调节环与光栏动环通过配制的光栏拨钉连接，当光栏调节环随光栏电机的带动而转动时通过光栏拨钉从而也带动光栏动环转动，所述光栏片随光栏动环的转动实现开口大小的切换，所述光栏电位器上连接有光栏电位器齿轮513，所述光栏电位器齿轮与光栏调节环啮合，当光圈随光栏调节环的转动发生变化时，通过光栏电位器齿轮的传递使光栏电位器随着也产生相应的转动，光栏电位器阻值发生相应变化，通过适当取样电路可以取出相应电位器变化值，并传给控制中心，从而实现光圈孔径大小的显示；反之，通过控制中心给出相应的阻值命令，可实现光栏孔径的实时控制，所述月牙正透镜E-1、双凸透镜E-2、月牙负透镜E-3设置于光栏座的内部前端，所述双凸正透镜E-4设置于光栏座的内部后端，所述月牙负透镜E-3与双凸正透镜E-4之间设有隔圈A514，所述双凸正透镜E-4在光栏座的后端设有压圈515，所述月牙正透镜E-1与双凸透镜E-2之间设有隔圈B516，所述光栏动环与光栏座之间设有光栏动环压圈517。

在本实施例中，所述镜头的机械结构还包括主镜筒6，所述变倍组件包括位于主镜筒的内部中段的变倍滑架201，所述变倍滑架的内部设有变倍镜筒202，所述变倍镜筒通过螺纹安装在变倍滑架上；所述补偿组件包括位于主镜筒的内部后段的补偿滑架31，所述补偿滑架的内部设有补偿镜筒32，所述补偿镜筒通过螺纹安装在补偿滑架上；所述变倍滑架与补偿滑架均通过与主镜筒研磨配合安装在主镜筒上，所述主镜筒的外部中后段设有变倍凸轮7，所述变倍凸轮通过钢珠置于主镜筒上，用以组成滚动轴承，并经轴承压环8和变倍凸轮压圈9锁紧；所述变倍凸轮上开设有按光学变焦运动方程的要求加工的变倍、补偿曲线槽，所述变倍凸轮与变倍滑架、补偿滑架经变倍导钉组件和补偿导钉组件连接在一起；所述变倍导钉组件与补偿导钉组件由变倍磙子一10、变倍导环11、变倍导钉12、变倍磙子二13组成；所述主镜筒的外部设有电动变焦机构，所述电动变焦机构包括变倍电机14与微动开关二15，所述变倍电机通过变倍电机支架16和变倍电机立柱17安装在主镜筒上，所述微动开关二通过变倍限位开关架18安装在主镜筒上；所述变倍电机的输出轴上连接有变倍电机齿轮19，所述变倍凸轮的外周设有环形的变倍凸轮齿轮20，所述变倍电机齿轮与变倍凸轮齿轮啮合，当变倍电机的转子做正负旋转运动时，带动变倍凸轮做相应的转动，通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件、补偿导钉组件带动变倍滑架、补偿滑架按变倍、补偿曲线槽的方式运动，所述主镜筒上设有两条用以限制变倍导钉组件、补偿导钉组件的直槽21，直槽21分为变倍直槽211与补偿直槽212，使变倍滑架、补偿滑架的旋转运动变为直线运动，严格控制变倍导钉组件和补偿导钉组件与变倍凸轮的变倍、补偿曲线槽和主镜筒上的直槽之间的配合间隙，保证变倍组件和补偿组件滑动平稳、无卡带，通过变倍电机旋转实现变倍组件和补偿组件按变焦运动方程要求做来回的直线运动，从而实现系统焦距的连续变化功能，所述主镜筒的内部前端套设有前组镜筒22，所述前固定组A安装在前组镜筒内，所述平凸正透镜A-1的前端设有前组压圈23，所述平凸正透镜A-1与月牙负透镜A-2之间设有隔圈C24，所述前组镜筒与主镜筒之间设有前组调整垫片25，所述变倍镜筒与变倍滑架之间设有变倍调整垫片26，所述变倍组B安装在变倍镜筒内，所述双凹负透镜B-1的后端设有变倍压圈27，所述月牙负透镜C-1安装在补偿镜筒内，所述月牙负透镜C-1的后端设有补偿压圈28。

一种变焦短距投影镜头的变焦方法，包括以下步骤：

（1）变倍电机的转子做正负旋转运动，带动变倍凸轮做相应的转动；

（2）变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件、补偿导钉组件带动变倍滑架、补偿滑架按变倍、补偿曲线槽的方式运动，在直槽限制下，变倍滑架、补偿滑架的旋转运动变为直线运动进行变焦。

在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

（1）焦距24~50.8mm，即变倍率为2.1；

（2）投影物镜为190mm；

（3）光圈为F/#=2.8；

（4）靶面大小为Φ14；

（5）成像质量为MTF在66lp/mm大于0.6；

（6）适用谱线范围：450nm~700nm。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。