本發(fā)明涉及數字光處理投影機領域，具體涉及一種具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭。

背景技術：

隨著科技的發(fā)展，投影顯示技術不斷進步，投影機被廣泛應用于商務、教育、家庭影院等各個領域。其中，數字光處理投影機(digitallightprocession，dlp)已逐漸成為主流投影機之一，對dlp用投影鏡頭的需求也越來越高，隨著投影機亮度的不斷提高，現有技術中很多鏡頭的溫度隨投影機內部溫度的升高而升高，投影性能劣化很嚴重。另外，現有變焦投影鏡頭的變焦比比較小，在許多場合需要一組鏡頭進行更換，增加產品的復雜性和成本。

其中，數字光處理投影裝置的遠心系統(tǒng)(telecentric)的主光線(chiefray)與光軸平行，較以往的非遠心系統(tǒng)的投影機，可以使投影畫面的亮度均勻性大幅度提高到90％以上。以往的一種非遠心系統(tǒng)前投影式投影機，適用于高壓汞燈光源，為了價格的考慮通常孔徑光闌的孔徑小，相對孔徑(f‐number)則較大，通常相對孔徑大于2.4。

而由于近來各式光源發(fā)展成熟，因此，如何提供一種適合用于不同光源的小相對孔徑且可避免光效率不足的變焦投影鏡頭，為目前相關業(yè)者的研發(fā)重點之一。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術中投影機的變焦投影鏡頭光效率不足的缺陷，提供一種適合用于不同光源的小相對孔徑投影機且可避免光效率不足的變焦投影鏡頭。

本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是，提供一種具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭，設置于一投影機中，其特征在于，自物側依次序包括：

第一透鏡群組，具有一正的光焦度φg1；

第二透鏡群組，具有一負的光焦度φg2；

第三透鏡群組，具有正的光焦度φg3；

所述第一透鏡群組自顯示芯片10側依序包括：

第一非球面透鏡11，具有正的光焦度φ11；

第二透鏡12，具有正的光焦度φ12；

第三透鏡13，具有負的光焦度φ13；

第四透鏡14，具有正的光焦度φ14；

第五透鏡15，具有負的光焦度φ15；

第六透鏡16，具有正的光焦度φ16；

所述第二透鏡群組自顯示芯片10側依序包括：

孔徑光闌20；

第一透鏡21，具有正的光焦度φ21；

第二透鏡22，具有負的光焦度φ22；

第三透鏡23，具有負的光焦度φ23；

第四透鏡24，具有負的光焦度φ24；

所述第三透鏡群組自顯示芯片10側依序包括：

第一透鏡31，具有正的光焦度φ31；

第二透鏡32，具有負的光焦度φ32；

所述投影鏡頭具有一鏡頭有效光焦度φ0及一后焦距bfl，且bfl×φ0≥1.0，φg1/φ0＞0.5、|φg2|/φ0＞0.7、φg3/φ0>0.15。

在本發(fā)明公開的具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭中，所述第一透鏡群組光焦度φg1和第二透鏡群組光焦度φg2滿足下列條件：0.6＜|φg1/φg2|＜0.9；所述第二透鏡群組光焦度φg2和第三透鏡群組光焦度φg3滿足下列條件：4＜|φg2/φg3|＜6。

在本發(fā)明公開的具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭，所述投影鏡頭具有一有效焦距長efl，所述有效焦距長efl還滿足下列條件：

17毫米(mm)<efl<29毫米(mm)。

在本發(fā)明公開的具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭，所述投影鏡頭具有一鏡頭f數，且該鏡頭相對孔徑f數(f‐number)滿足下列條件：2.0<f<2.4。

在本發(fā)明公開的具有長后焦距的大變倍比遠心投影鏡頭，第一群組包含有一非球面透鏡，所述非球面透鏡的光焦度φa滿足下列條件：0.35＜|φa/φg1|<0.6。

本發(fā)明的功效在于降低該變焦投影鏡頭的相對孔徑，也就是放大孔徑光闌的口徑，提升投影機的光效率，另外通過使用非球面透鏡，來降低孔徑光闌加寬而衍生的像差。

本發(fā)明通過采用全玻璃透鏡及無膠合面，避免高亮度投影中很多鏡頭的溫度隨投影機內部溫度的升高而升高，從而造成投影性能劣化嚴重的問題。

附圖說明

圖1是實施例一的配置示意圖。

圖2是實施例一廣角端的球面像差圖。

圖3是實施例一廣角端的倍率色像差圖。

圖4是實施例一廣角端的像場彎曲圖。

圖5是實施例一廣角端的畸變圖。

圖6是實施例一廣角端的光學轉換函數圖。

圖7是實施例一望遠程的球面像差圖。

圖8是實施例一望遠程的倍率色像差圖。

圖9是實施例一望遠程的像場彎曲圖。

圖10是實施例一望遠程的畸變圖。

圖11是實施例一望遠程的光學轉換函數圖。

圖12是實施例二的配置示意圖。

圖13是實施例三的配置示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1，本發(fā)明用于投影機的遠心變焦投影鏡頭的較佳實施例，由像端至物端依序包含第一透鏡群組1、第二透鏡群組2及第三透鏡群組3，依序為正、負、正光焦度，通過正、負、正光焦度的三個透鏡群組可以有效地增加變焦倍率比值。

上述第一透鏡群組1，由像端至物端依序包括玻璃非球面透鏡11、玻璃球面雙凸透鏡(biconcave)12、玻璃球面凹凸透鏡13、玻璃球面雙凸透鏡14、玻璃球面雙凹透鏡15和玻璃球面雙凸透鏡16。通過使用非球面透鏡11，可以有效縮減變焦投影鏡頭總長、修正投影影像的像差、減少透鏡使用數量。

上述第二透鏡群組2，由像端至物端依序包括孔徑光闌(aperturestop)20、玻璃球面雙凹透鏡21、玻璃球面雙凹透鏡22、玻璃球面彎月透鏡23和玻璃球面彎月透鏡24。

上述第三透鏡群組3，由像端至物端依序包括玻璃球面正透鏡31和一片玻璃球面凹凸透鏡32。

上述變焦投影鏡頭在廣角端的相對孔徑(f‐number，f#)小于2.1，也就是放大了孔徑光闌口徑，提升了投影機的光效率。

上述變焦投影鏡頭滿足以下條件式：

|ex/bf|>9.5(1)

1.9＜|f1/fw|＜2.2(2)

1.4＜|f2/fw|＜1.8(3)

7.0＜|f3/fw|＜7.8(4)

3.1＜|fa/fw|＜3.6(5)

其中：ex為系統(tǒng)出瞳位置，bf為鏡頭后焦長度，fw為該變焦投影鏡頭在廣角端的焦距，f1為該第一透鏡群組1的焦距，f2為該第二透鏡群組2的焦距，f3為該第三透鏡群組3的焦距，fa為該第一透鏡群組1中該非球面透鏡11的焦距。

通過滿足條件式(1)，可以進一步拉長變焦投影鏡頭后焦長度bf，提高廣角端(wild‐angle)至望遠程(telephoto)的變焦倍率比值；通過滿足條件式(2)至條件式(4)，能夠有效地縮減變焦投影鏡頭總長，并修正投影影像的像差；通過滿足條件式(5)，可提升該變焦投影鏡頭的解像能力。

實施例一

表1‐1為實施例一公開的變焦投影鏡頭的各式參數。在本實施例中，第一透鏡群組1包括玻璃非球面透鏡11、玻璃球面雙凸透鏡12、玻璃球面凹凸透鏡13、玻璃球面雙凸透鏡14、玻璃球面雙凹透鏡15和玻璃球面雙凸透鏡16。

第二透鏡群組2，由像端至物端依序包括孔徑光闌20、玻璃球面雙凹透鏡21、玻璃球面雙凹透鏡22、玻璃球面彎月透鏡23和玻璃球面彎月透鏡24。

第三透鏡群組3，由像端至物端依序包括玻璃球面正透鏡31和一片玻璃球面凹凸透鏡32。

系統(tǒng)出瞳位置ex為‐404.879毫米，鏡頭后焦長度bf為36.0毫米，變焦投影鏡頭在廣角端的焦距fw為17.8958毫米，第一透鏡群組1焦距f1為34.06毫米，第二透鏡群組2焦距f2為‐24.579毫米，第一透鏡群組1中非球面透鏡11的焦距fa為58.759毫米，第三透鏡群組3焦距f3為120.924毫米，滿足前述條件式(1)至(5)。

此外，相對孔徑由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為2.0、2.0、2.1，變焦投影鏡頭焦距由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為17.8958毫米、21.8371毫米、27.2402毫米、孔徑光闌孔徑大小為18.5毫米。

表1‐1

非球面可由下列方程式表示：

以表面頂點作為參考點，z為沿光軸方向在高度r位置距光軸的位移值，k為此面的二次項圓錐系數(coniccoefficient)，c為曲率半徑的倒數，α1至α8為高階非球面系數，該第一透鏡群組1的非球面透鏡11的系數表1‐2所示。

表1‐2

請參照圖2，為實施例一在廣角端時的球面像差(longitudinalaberration)圖，其中瞳半徑(pupilradius)為6.6775毫米。圖3為倍率色像差圖(lateralcolor)，縱軸的最高成像半高為11.5毫米。圖4為場曲(fieldcurvature)圖，表面不同高度的成像位置，s代表子午光線，t代表弧矢光線，橫坐標為成像點到理想像面的距離，縱坐標為理想像高。圖5為表現歪曲像差的畸變(distortion)圖，表現橫向放大率，橫坐標為成像點到理想像點的百分比差，縱坐標為理想像高。圖6為光學轉換函數圖(mtf，modulationtransferfunction)，顯示對應空間頻率(spatialfrequency)變化的光學轉換函數模數(modulusoftheotf，opticaltransferfunction)。

實施例一在望遠程時球面像差圖、倍率色像差圖、場曲圖、畸變圖、光學轉換函數圖依序為圖7至圖11。

根據圖2至圖11，球面像差、倍率色像差、場曲像差、歪曲像差并不嚴重，其中，通過圖7與圖11，可得知實施例一具有良好的光學分辨率。

實施例二

表2‐1為實施例二公開的變焦投影鏡頭的各式參數。在實施例二中，第一透鏡群組1的凸透鏡為凸凹透鏡14，其凹面朝向孔徑光闌20。第二透鏡群組2凸透鏡為凸凹透鏡21，凹面朝向孔徑光闌20。該第三透鏡組3凹凸透鏡32的凸面朝向像側，凹面朝向孔徑光闌20。

系統(tǒng)出瞳位置ex為‐399.937毫米，鏡頭后焦長度bf為35.0毫米，變焦投影鏡頭在廣角端的焦距fw為17.523毫米，第一透鏡群組1焦距f1為30.123毫米，第一透鏡組1中該非球面透鏡11的焦距fa為51.889毫米，第二透鏡群組2焦距f2為‐29.066毫米，第三透鏡群組3焦距f3為110.941毫米，滿足前述條件式(1)至(5)。

此外，相對孔徑由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為2.0、2.0、2.1，該變焦投影鏡頭焦距由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為17.5235毫米、24.9939毫米、29.7404毫米，孔徑光闌孔徑大小為16.108毫米。

表2‐1

上述第一透鏡群組2的非球面透鏡23系數如表2‐2所示。

表2‐2

實施例三

表3‐1為實施例三公開的變焦投影鏡頭的各式參數。在實施例三中，第一透鏡群組1的凸透鏡14為雙凸透鏡，第二透鏡組2的玻璃球面凸透鏡21雙凸透鏡，該群組還包含一非球面透鏡23，第三透鏡群組3還包含一雙凹透鏡31。

系統(tǒng)出瞳位置ex為‐401.268毫米，鏡頭后焦長度bf為35.0毫米，變焦投影鏡頭在廣角端的焦距fw為18.521毫米，第一透鏡群組1焦距f1為32.159毫米，該第二透鏡群組2焦距f2為‐28.832毫米，第三透鏡群組3焦距f3為104.905毫米，滿足前述條件式(1)至(5)。

此外，相對孔徑由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為2.0、2.0、2.1，該變焦投影鏡頭焦距由廣角端、中間狀態(tài)、望遠程依序為18.521毫米、25.620毫米、28.741毫米，孔徑光闌的孔徑大小為16.195毫米。

表3‐1

綜上所述，通過使用非球面透鏡，可以有效縮減變焦投影鏡頭總長、修正投影影像的像差、減少透鏡使用數量，故確實能達成本發(fā)明的目的。

本發(fā)明通過使用玻璃非球面透鏡，而不使用膠合透鏡，可以避免高亮度工程投影機中投影鏡頭的溫度性能變化，從而影響投影機鏡頭的清晰度。

本發(fā)明采用遠心結構設計，避免了非遠心鏡頭引起的畫面亮度不均勻的問題。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。