一种四组元二组动LCOS投影变焦镜头及变焦方法与流程

本发明涉及光学技术领域，特别是一种四组元二组动lcos投影变焦镜头及变焦方法。

背景技术：

现在许多投影机具备变焦功能，具有广角投影镜头的投影显示设备可在较短的距离内投射出较大的影像画面。这种具有变焦功能的投影机镜头通常包括多个透镜组，通过改变透镜组之间的相对位置改变变焦投影镜头的有效焦距，从而实现变焦功能。对16:9的0.61英寸lcos投影显示芯片，在2米距离投射出屏幕55英寸至75英寸的画面，具有100%偏轴功能且具有1.4倍的变焦功能的投影镜头，在保证具有良好像质的同时，更能适应不同的投影场所，如空旷的商业场所或狭小的家庭娱乐场所。目前本领域这种大孔径大视场变焦距投影镜头多采用三组动实现变焦，结构繁杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四组元二组动lcos投影变焦镜头及变焦方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种四组元二组动lcos投影变焦镜头，包括：从物方到像方沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置的具有负光焦度的前固定组a、具有负光焦度的变倍组b、具有正光焦度的补偿组c以及具有正光焦度的后固定组d。

在本发明一实施例中，所述具有负光焦度的前固定组a包括沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置的第一负光焦度的月牙透镜a1、第二负光焦度的月牙透镜a2以及第一正光焦度的月牙透镜a3；所述具有负光焦度的变倍组b包括沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置的第一负光焦度的双凹透镜b1和第一正光焦度的双凸透镜b2；所述具有正光焦度的补偿组c包括沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置的第二正光焦度的双凸透镜c1、第二负光焦度的双凹透镜c2、第三正光焦度的双凸透镜c3以及第四正光焦度的双凸透镜c4；所述具有正光焦度的后固定组d包括一第五正光焦度的双凸透镜d1。

在本发明一实施例中，还包括一沿轴向光线同轴设置于所述变倍组b与所述补偿组c之间的光阑；焦距变化时，所述光阑与具有正光焦度的补偿组一起移动。

在本发明一实施例中，所述具有负光焦度的前固定组a的焦距为fa′=-58.47mm；所述具有负光焦度的变倍组b的焦距为fb′=-94.04mm；所述具有正光焦度的补偿组c的焦距为fc′=44.48mm；所述具有正光焦度的后固定组d1的焦距为fd′=87.48mm。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1的焦距为-69，75mm；所述第二负光焦度的月牙透镜a2的焦距为-44.58mm；所述第一正光焦度的月牙透镜a3的焦距为57.05mm；所述第一负光焦度的双凹透镜b1的焦距为-46.46mm；所述第一正光焦度的双凸透镜b2的焦距为63.56mm；所述第二正光焦度的双凸透镜c1的焦距为42.84mm；所述第二负光焦度的双凹透镜c2的焦距为-26.90mm；所述第三正光焦度的双凸透镜c3的焦距为44.22mm；所述第四正光焦度的双凸透镜c4的焦距为54.61mm；所述第五正光焦度的双凸透镜d1的焦距为87.48mm。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1的前后表面的曲率半径分别为42.26mm和19.44mm；所述第二负光焦度的月牙透镜a2前后表面的曲率半径分别为74.98mm和17.87mm，且前后表面的圆锥系数分别为13.88和-1.35；所述第一正光焦度的月牙透镜a3前后表面的曲率半径分别为33.13mm和106.02mm；所述第一负光焦度的双凹透镜b1前后表面的曲率半径分别为-30.13mm和133.71mm；所述第一正光焦度的双凸透镜b2前后表面的曲率半径分别为133.71mm和-81.21mm；所述第二正光焦度的双凸透镜c1前后表面的曲率半径分别为34.29mm和-330.78mm；所述第二负光焦度的双凹透镜c2前后表面的曲率半径分别为-36.48mm和55.60mm；所述第三正光焦度的双凸透镜c3前后表面的曲率半径分别为41.95mm和-50.65mm，且前后表面的圆锥系数分别为-11.97和6.23；所述第四正光焦度的双凸透镜c4前后表面的曲率半径分别为182.17mm和-38.83mm；所述第五正光焦度的双凸透镜d1前后表面的曲率半径分别为59.20mm和-604.54mm。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1的中心厚度为8mm；所述第二负光焦度的月牙透镜a2的中心厚度为2.69mm；所述第一正光焦度的月牙透镜a3的中心厚度为8mm；所述第一负光焦度的双凹透镜b1的中心厚度为3.34mm；的中心厚度为8mm；所述第一正光焦度的双凸透镜b2的中心厚度为4.75mm；所述第二正光焦度的双凸透镜c1的中心厚度为4.77mm；所述第二负光焦度的双凹透镜c2的中心厚度为3.48mm；的中心厚度为8mm；所述第三正光焦度的双凸透镜c3的中心厚度为8mm；所述第四正光焦度的双凸透镜c4的中心厚度为7.44mm；所述第五正光焦度的双凸透镜d1的中心厚度为4.74mm。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1与所述第二负光焦度的月牙透镜a2之间的间隔为10.49mm；所述第二负光焦度的月牙透镜a2与所述第一正光焦度的月牙透镜a3之间的间隔为6.38mm；所述第一负光焦度的双凹透镜b1和所述第一正光焦度的双凸透镜b2组成双胶合透镜；光阑与所述第二正光焦度的双凸透镜c1之间的间隔为2.3mm；所述第二正光焦度的双凸透镜c1和所述第二负光焦度的双凹透镜c2之间的间隔为13.17mm；所述第二负光焦度的双凹透镜c2与所述第三正光焦度的双凸透镜c3之间的间隔为0.84mm；所述第三正光焦度的双凸透镜c3和所述第四正光焦度的双凸透镜c4之间的间隔为4.97mm；所述第五正光焦度的双凸透镜d1与像面之间的间隔为34mm。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1的折射率为1.58至1.60，阿贝数为67至68；所述第二负光焦度的月牙透镜a2的折射率为1.52至1.55，阿贝数为55至56；所述第一正光焦度的月牙透镜a3的折射率为1.79至1.81，阿贝数为25至26；所述第一负光焦度的双凹透镜b1的折射率为1.66至1.69，阿贝数为55至56；所述第一正光焦度的双凸透镜b2的折射率为1.79至1.81，阿贝数为46至47；所述第二正光焦度的双凸透镜c1的折射率为1.72至1.74，阿贝数为54至55；所述第二负光焦度的双凹透镜c2的折射率为1.79至1.81，阿贝数为25至26；所述第三正光焦度的双凸透镜c3的折射率为1.52至1.55，阿贝数为55至56；所述第四正光焦度的双凸透镜c4的折射率为1.58至1.60，阿贝数为67至68；所述第五正光焦度的双凸透镜d1的折射率为1.60至1.63，阿贝数为63至64。

在本发明一实施例中，所述第一负光焦度的月牙透镜a1、所述第二负光焦度的月牙透镜a2、所述第一正光焦度的月牙透镜a3、所述第一负光焦度的双凹透镜b1、所述第一正光焦度的双凸透镜b2、所述第二正光焦度的双凸透镜c1、所述第二负光焦度的双凹透镜c2、所述第三正光焦度的双凸透镜c3、所述第四正光焦度的双凸透镜c4以及所述所述第五正光焦度的双凸透镜d1的前后表面镀覆中心波长587.5nm，且光谱范围400nm至700nm的多层增透膜。

还提供一种四组元二组动lcos投影变焦镜头的变焦方法，所述具有负光焦度的前固定组a与所述具有负光焦度的变倍组b之间的间隔为6.56mm至9.58mm可变，所述具有负光焦度的变倍组b与所述具有正光焦度的补偿组c之间的间隔为2mm至19.84mm可变，所述具有正光焦度的补偿组c与所述具有正光焦度的后固定组d之间的间隔为10.72mm至25.54mm可变，通过上述间隔的变化使焦距在16.26mm至22.76mm变化。

进一步的，当焦距为16.26mm时f数为1.8；当焦距为22.76mm时f数为2.0。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用二组动实现变焦，在保证成像质量优良的前提下，使繁杂的结构大大简化，可以将16:9的0.61英寸lcos投影显示芯片在2米距离投影出屏幕55英寸至75英寸的画面；具有100%偏轴功能；且有1.4倍的变焦功能；视场角大，孔径大，成像质量优良，体积小，并且结构紧凑、畸变小。

附图说明

图1为本发明中的四组元二组动lcos投影变焦镜头结构示意图。

图2为本发明一实施例中四组元二组动lcos投影变焦镜头在短焦状态的mtf图。

图3为本发明一实施例中四组元二组动lcos投影变焦镜头在中焦状态的mtf图。

图4为本发明一实施例中四组元二组动lcos投影变焦镜头在长焦状态的mtf图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种四组元二组动lcos投影变焦镜头，如图1所示，采用四组元二组动变焦透射式结构，从物方到像方沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置具有负光焦度的前固定组a、具有负光焦度的变倍组b、具有正光焦度的补偿组c、具有正光焦度的后固定组d。前固定组a依次设有负光焦度的月牙透镜a1、负光焦度的月牙透镜a2、正光焦度的月牙透镜a3；变倍组b设有由负光焦度的双凹透镜b1和正光焦度的双凸透镜b2组成的双胶合透镜，该双胶合透镜的光焦度为负；补偿组c依次设有光阑、正光焦度的双凸透镜c1、负光焦度的双凹透镜c2、正光焦度的双凸透镜c3、正光焦度的双凸透镜c4；后固定组d设有正光焦度的双凸透镜d1。

进一步的，负光焦度的月牙透镜a2和正光焦度的双凸透镜c3为光学塑料材质的非球面透镜，其余透镜均为标准球面。

进一步的，该变焦镜头工作在可见光波段，所有透镜前后表面镀覆中心波长587.5nm，光谱范围400-700nm的多层增透膜。

进一步的，如图1所示，该变焦投影镜头还包括一沿轴向光线同轴设置于变倍组b与补偿组c之间的光阑，焦距变化时光阑与补偿组一起移动。光阑距第二正光焦度的双凸透镜c1的距离为2.3mm。焦距变化时，所述光阑与具有正光焦度的补偿组一起移动。

进一步的，该镜头前固定组a的焦距为fa′=-58.47mm7，变倍组b的焦距为fb′=-94.04mm,补偿组c的焦距为fc′=44.48mm,后固定组d的焦距为fd′=87.48mm。

进一步的，透镜a1的焦距为-69，75mm；透镜a2的焦距为-44.58mm；透镜a3的焦距为57.05mm；透镜b1的焦距为-46.46mm；透镜b2的焦距为63.56mm；透镜c1的焦距为42.84mm；透镜c2的焦距为-26.90mm；透镜c3的焦距为44.22mm；透镜c4的焦距为54.61mm；透镜d1的焦距为87.48mm。

进一步的，前固定组a中透镜a1前后表面的曲率半径为42.26mm和19.44mm；透镜a2前后表面的曲率半径为74.98mm和17.87mm，其圆锥系数分别为13.88和-1.35；透镜a3前后表面的曲率半径为33.13mm和106.02mm。变倍组b中透镜b1前后表面的曲率半径为-30.13mm和133.71mm；透镜b2前后表面的曲率半径为133.71mm和-81.21mm。补偿组c中透镜c1前后表面的曲率半径为34.29mm和-330.78mm；透镜c2前后表面的曲率半径为-36.48mm和55.60mm；透镜c3前后表面的曲率半径为41.95mm和-50.65mm，其圆锥系数分别为-11.97和6.23；透镜c4前后表面的曲率半径为182.17mm和-38.83mm。后固定组d中透镜d1前后表面的曲率半径为59.20mm和-604.54mm。

进一步的，前固定组a中负光焦度的月牙透镜a1的中心厚度为8mm；负光焦度的月牙透镜a2的中心厚度为2.69mm；正光焦度的月牙透镜a3的中心厚度为8mm；变倍组b中负光焦度的双凹透镜b1的中心厚度为3.34mm；的中心厚度为8mm；正光焦度的双凸透镜b2的中心厚度为4.75mm；补偿组c中正光焦度的双凸透镜c1的中心厚度为4.77mm；负光焦度的双凹透镜c2的中心厚度为3.48mm；正光焦度的双凸透镜c3的中心厚度为8mm；正光焦度的双凸透镜c4的中心厚度为7.44mm；后固定组d中正光焦度的双凸透镜d1的中心厚度为4.74mm。

进一步的，前固定组a中透镜a1和透镜a2之间的间隔为10.49mm；透镜a2和透镜a3之间的间隔为6.38mm。变倍组b中透镜b1和透镜b2组成双胶合透镜。补偿组c中透镜c1和透镜c2之间的间隔为13.17mm；透镜c2和透镜c3之间的间隔为0.84mm；透镜c3和透镜c4之间的间隔为4.97mm。正光焦度的双凸透镜d1与像面之间的间隔为34mm。

进一步的，负光焦度的月牙透镜a1的折射率为1.58至1.60，阿贝数为67至68；负光焦度的月牙透镜a2的折射率为1.52至1.55，阿贝数为55至56；正光焦度的月牙透镜a3的折射率为1.79至1.81，阿贝数为25至26；负光焦度的双凹透镜b1的折射率为1.66至1.69，阿贝数为55至56；正光焦度的双凸透镜b2的折射率为1.79至1.81，阿贝数为46至47；正光焦度的双凸透镜c1的折射率为1.72至1.74，阿贝数为54至55；负光焦度的双凹透镜c2的折射率为1.79至1.81，阿贝数为25至26；正光焦度的双凸透镜c3的折射率为1.52至1.55，阿贝数为55至56；正光焦度的双凸透镜c4的折射率为1.58至1.60，阿贝数为67至68；正光焦度的双凸透镜d1的折射率为1.60至1.63，阿贝数为63至64。

较佳的，在本实施例中，前固定组a中透镜a1的折射率为1.59，阿贝数为67.3；透镜a2的折射率为1.54，阿贝数为55.6；透镜a3的折射率为1.81，阿贝数为25.48。变倍组b中透镜b1的折射率为1.68，阿贝数为55.6；透镜b2的折射率为1.80，阿贝数为46.8。补偿组c中透镜c1的折射率为1.73，阿贝数为54.7；透镜c2的折射率为1.81，阿贝数为25.48；透镜c3的折射率为1.54，阿贝数为55.6；透镜c4的折射率为1.59，阿贝数为67.3。后固定组d中透镜d1的折射率为1.62，阿贝数为63.4。

进一步的，具有负光焦度的前固定组a与具有负光焦度的变倍组b之间的间隔为6.56mm至9.58mm可变，具有负光焦度的变倍组b与具有正光焦度的补偿组c之间的间隔为2mm至19.84mm可变，具有正光焦度的补偿组c与具有正光焦度的后固定组d之间的间隔为10.72mm至25.54mm可变，通过上述间隔的变化使焦距在16.26mm至22.76mm变化。

较佳的，在本实施例中，当前固定组的透镜a3与变倍组的b1之间的间隔为6.56mm，变倍组b2和光阑之间的间隔为19.84mm，补偿组的c4和后固定组透镜d1之间的间隔为10.72mm时，焦距为16.26mm。

较佳的，在本实施例中，当前固定组的透镜a3与变倍组的b1之间的间隔为9.58mm，变倍组b2和光阑之间的间隔为2mm，补偿组的c4和后固定组透镜d1之间的间隔为25.54mm时，焦距为22.76mm。

进一步的，本实施案例中，lcos投影变焦镜头实现的技术指标如下：

焦距：16.26mm-22.76mm；

f数：1.8-2.0；

显示芯片尺寸：0.61英寸（16:9）；

投影距离：2米；

投影屏幕：55英寸-75英寸

视场：47.8°-63.7°；

偏称轴：100%；

光学总长：165mm；

变倍比：1.4倍；

投射比：1.2；

适用光谱：400-700nm；

畸变：小于3%；

71lp/mm（线对/毫米），各个焦距段全视场mtf（调制传递函数）≥0.45。

进一步的，如图2所示，为四组元二组动lcos投影变焦镜头在焦距16.26mm短焦状态的mtf曲线，在特征频率71lp/mm（线对/毫米）时，子午和弧矢mtf分别为0.51和0.53。

进一步的，如图3所示，为四组元二组动lcos投影变焦镜头在焦距19.51mm中焦状态的mtf曲线，在特征频率71lp/mm（线对/毫米）时，子午和弧矢mtf分别为0.48和0.63。

进一步的，如图4所示，为四组元二组动lcos投影变焦镜头在焦距22.76mm长焦状态的mtf曲线，在特征频率71lp/mm（线对/毫米）时，子午和弧矢mtf分别为0.50和0.49。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。