本實用新型涉及一種投影光學系統(tǒng)，更具體地說是一種大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前投影機用的變焦距投影光學系統(tǒng)普遍存在這樣的缺點：分辨率偏低，在變焦過程中不能夠?qū)崿F(xiàn)同步變焦，即鏡頭在變倍過程中需要調(diào)整對焦群畫面才能清晰，而且對焦范圍小，高溫虛焦，體積大、放大倍率小等等。目前市場上還沒有鏡頭能夠同時克服上述缺點，只有少數(shù)鏡頭，只能在某一方面進行改善，但卻要犧牲鏡頭其它性能指標，比如為了實現(xiàn)同步變焦，就得增加投影光學系統(tǒng)體積；為了實現(xiàn)較近的對焦距離、就得將投影光學系統(tǒng)復雜化；為了高溫共焦，就得采用玻璃鏡片，從而導致分辨率變低；為了提高投影放大倍率，就得降低投影畫面亮度等，這些遠遠不能滿足市場上對投影鏡頭投影清晰度、體積小型化、在變倍過程中無需對焦、高溫不虛焦等要求，目前市場上還沒有克服以上全部缺點的變焦投影鏡頭。

因此，本實用新型正是基于以上的不足而產(chǎn)生的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，光圈大，體積小，像素高，能夠同步變焦、微距對焦、高溫共焦及高像素變焦的投影光學系統(tǒng)。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)光芯片100，所述的發(fā)光芯片100一側(cè)設(shè)有相對其固定的第一透鏡組10，所述的第一透鏡組10與發(fā)光芯片100之間設(shè)有能相對發(fā)光芯片100移動而完成投影光學系統(tǒng)對焦的第二透鏡組20，所述的第二透鏡組20與發(fā)光芯片100之間依次設(shè)有能同時相對發(fā)光芯片100移動而完成投影光學系統(tǒng)變倍的第三透鏡組30、光闌200、第四透鏡組40和第五透鏡組50，所述的第五透鏡組50與發(fā)光芯片100之間還設(shè)有棱鏡60，其中，所述的第一透鏡組10的光焦度φ₁為負，所述的第二透鏡組20的光焦度φ₂為負，所述的第三透鏡組30的光焦度φ₃為正，所述的第四透鏡組40的光焦度φ₄為正，所述的第五透鏡組50的光焦度φ₅為正。

如上所述的大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一透鏡組10的光焦度φ₁滿足：-0.07≤φ₁≤-0.03；所述的第二透鏡組20的光焦度φ₂滿足：-0.03≤φ₂≤-0.01；所述的第三透鏡組30的光焦度φ₃滿足：0.02≤φ₃≤0.05；所述的第四透鏡組40的光焦度φ₄滿足：0.01≤φ₄≤0.04；所述的第五透鏡組50的光焦度φ₅滿足：0.02≤φ₅≤0.04。

如上所述的大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一透鏡組10包括第一鏡片1和設(shè)在第一鏡片1與發(fā)光芯片100之間的第二鏡片2；所述的第二透鏡組20包括第三鏡片3；所述的第三透鏡組30包括第四鏡片4；所述的第四透鏡組40包括第五鏡片5；所述的第五透鏡組50包括從第一透鏡組10至發(fā)光芯片100方向依次設(shè)置的第六鏡片6、第七鏡片7、第八鏡片8和第九鏡片9。

如上所述的大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：所述的第二鏡片2為塑膠非球面透鏡，所述的第五鏡片5和第九鏡片9均為玻璃非球面鏡片，所述的第一鏡片1、第三鏡片3、第四鏡片4、第六鏡片6、第七鏡片7、第八鏡片8均為玻璃球面透鏡。

如上所述的大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：所述的第六鏡片6和第七鏡片7為粘合在一起的膠合鏡片組。

如上所述的大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，其特征在于：所述的第二鏡片2、第五鏡片4和第九鏡片9的非球面的表面形狀滿足以下方程：

在公式中，參數(shù)c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當k系數(shù)小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線，當k系數(shù)等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數(shù)介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k系數(shù)等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k系數(shù)大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；a₁至a₈分別表示各徑向坐標所對應的系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有如下優(yōu)點：

1、本實用新型在同一投影距離完成對焦后，能夠?qū)崿F(xiàn)在變倍過程中無需再次對焦并能保證全程投影畫面清晰，在從低倍到高倍的整個變倍過程中都能實現(xiàn)近距離到無窮遠范圍內(nèi)清晰投影。

2、本實用新型分辨率非常高，在變倍過程中可保持整個畫面清晰，并且投影畫面對比度高。

3、本實用新型在同一投影距離，并在高溫狀態(tài)下清晰度可保持不變，無需對焦。

【附圖說明】

圖1是本實用新型示意圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述：

一種大光圈小體積高像素變焦投影光學系統(tǒng)，包括發(fā)光芯片100，所述的發(fā)光芯片100一側(cè)設(shè)有相對其固定的第一透鏡組10，所述的第一透鏡組10與發(fā)光芯片100之間設(shè)有能相對發(fā)光芯片100移動而完成投影光學系統(tǒng)對焦的第二透鏡組20，所述的第二透鏡組20與發(fā)光芯片100之間依次設(shè)有能同時相對發(fā)光芯片100移動而完成投影光學系統(tǒng)變倍的第三透鏡組30、光闌200、第四透鏡組40和第五透鏡組50，其中，所述的第一透鏡組10的光焦度φ₁為負，所述的第二透鏡組20的光焦度φ₂為負，所述的第三透鏡組30的光焦度φ₃為正，所述的第四透鏡組40的光焦度φ₄為正，所述的第五透鏡組50的光焦度φ₅為正。第三透鏡組30、第四透鏡組40和第五透鏡組50均為正透鏡組，并且采用第三透鏡組30、第四透鏡組40和第五透鏡組50同步移動的方式進行變倍，使得投影光學系統(tǒng)在變倍過程中第三透鏡組30、第四透鏡組40、第五透鏡組50整體的焦平面位置均在第一透鏡組10和第二透鏡組30整組的共軛位置上，實現(xiàn)像面不移動，使得投影光學系統(tǒng)在變倍過程中無需手動對焦即可實現(xiàn)全程投射畫面清晰。第二透鏡組20為負透鏡組，抵消因像面在微距和無窮遠處產(chǎn)生的共軛距變化量，實現(xiàn)像面補償，使投射畫面足夠清晰，實現(xiàn)在整個變倍過程都能夠從微距到無窮遠范圍內(nèi)清晰投影。

設(shè)計時采用第一透鏡組10相對發(fā)光芯片100固定，而且第二透鏡組20可在第一透鏡組10和第三透鏡組30之間相對發(fā)光芯片100移動，同時第一透鏡組10的光焦度φ₁和第二透鏡組20的光焦度φ₂均為負，從而保證了大角度入射的光線能夠進入后面的透鏡群組，使得整個投影光學系統(tǒng)的焦平面位置向后移動，實現(xiàn)較小的總長，從而使投影光學系統(tǒng)體積小而緊湊。

所述的第一透鏡組10的光焦度φ₁滿足：-0.07≤φ₁≤-0.03；所述的第二透鏡組20的光焦度φ₂滿足：-0.03≤φ₂≤-0.01；所述的第三透鏡組30的光焦度φ₃滿足：0.02≤φ₃≤0.05；所述的第四透鏡組40的光焦度φ₄滿足：0.01≤φ₄≤0.04；所述的第五透鏡組50的光焦度φ₅滿足：0.02≤φ₅≤0.04。當?shù)谝煌哥R組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30、第四透鏡組40和第五透鏡組50的光焦度φ₁、φ₂、φ₃、φ₄和φ₅分別滿足以上表達式時，能夠大幅度提高投影光學系統(tǒng)的光學性能。

所述的第一透鏡組10包括第一鏡片1和設(shè)在第一鏡片1與發(fā)光芯片100之間的第二鏡片2；所述的第二透鏡組20包括第三鏡片3；所述的第三透鏡組30包括第四鏡片4；所述的第四透鏡組40包括第五鏡片5；所述的第五透鏡組50包括從第一透鏡組10至發(fā)光芯片100方向依次設(shè)置的第六鏡片6、第七鏡片7、第八鏡片8和第九鏡片9。

所述的第二鏡片2為塑膠非球面透鏡，所述的第五鏡片5和第九鏡片9均為玻璃非球面鏡片，所述的第一鏡片1、第三鏡片3、第四鏡片4、第六鏡片6、第七鏡片7、第八鏡片8均為玻璃球面透鏡。第二鏡片2采用非球面，能夠校正入射光線的慧差，使第一鏡片1的口徑能夠減小，實現(xiàn)較小的外徑，從而實現(xiàn)小體積；光闌200與第四透鏡組40采用同步移動的方式，并且第四鏡片4采用玻璃球面透鏡，使大口徑的光線像差得到校正，實現(xiàn)較大光圈。第五鏡片5采用非球面，能夠校正大口徑入射光線的球差和光闌慧差，使后面透鏡群組承擔較小的像差殘余量。第五透鏡組50采用第六鏡片6和第七鏡片7這個膠合透鏡組與第八鏡片8和第九鏡片9這兩片單透鏡配合，而且膠合透鏡組的膠合面彎向光闌200，使大口徑的光線像差能夠進一步得到校正，同時第九鏡片9采用非球面，投影光學系統(tǒng)因角度產(chǎn)生的殘余像差，使得周邊解像力提高，進而使整個投影光學系統(tǒng)像差小，分辨率高，投射畫面清晰。第五鏡片5采用玻璃非球面，降低因光闌200處高溫導致的焦點漂移，第九鏡片9采用玻璃非球面，降低因發(fā)光芯片100引起的后組高溫對焦點位置的影響，同時補償前組透鏡因溫度引起的焦點漂移量，使整個投影光學系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下實現(xiàn)像面補償，高溫不虛焦，實現(xiàn)高溫共焦。

所述的第二鏡片2、第五鏡片5和第九鏡片9的非球面的表面形狀滿足以下方程：

在公式中，參數(shù)c為半徑所對應的曲率，y為徑向坐標其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)；當k系數(shù)小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線，當k系數(shù)等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數(shù)介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓，當k系數(shù)等于0時，透鏡的面形曲線為圓形，當k系數(shù)大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形；a₁至a₈分別表示各徑向坐標所對應的系數(shù)。

以下案例為1.2倍變焦投影鏡頭的實際設(shè)計參數(shù)：

第二透鏡2的第一面S3的系數(shù)為：

k：0.9655508

a₁：0

a₂：0.00016113012

a₃：-1.1121334e-006

a₄：4.6316682e-009

a₅：2.3580794e-012

a₆：-4.100098e-014

a₇：-5.3695792e-016

a₈：1.0863362e-018。

第二透鏡2的第二面S4的系數(shù)為：

k：1.043183

a₁：0

a₂：0.00012145431

a₃：-1.2901404e-006

a₄：-2.2674029e-009

a₅：5.2804281e-011

a₆：-4.1924371e-014

a₇：-5.4028716e-015

a₈：2.0818976e-017。

第五透鏡5的第一面S9的系數(shù)為：

k：-94.51348

a₁：0

a₂：-1.3090723e-006

a₃：-4.393733e-007

a₄：-3.4709789e-009

a₅：3.7508959e-012

a₆：3.1684678e-013

a₇：-4.8775678e-015

a₈：-4.8224638e-018。

第五透鏡5的第二面S10的系數(shù)為：

k：1.673698

a₁：0

a₂：-2.0217113e-005

a₃：-2.1630279e-007

a₄：-5.3141003e-010

a₅：-1.5557725e-011

a₆：-7.8751681e-014

a₇：2.2996132e-015

a₈：-1.8434583e-017。

第九透鏡9的第一面S16的系數(shù)為：

k：83.98607

a₁：0

a₂：-2.1208048e-005

a₃：-1.8568486e-007

a₄：2.0493656e-009

a₅：-1.5488894e-011

a₆：4.8998077e-014

a₇：-5.1341938e-017

a₈：7867813e-020。

第九透鏡9的第二面S17的系數(shù)為：

k：-9.692794

a₁：0

a₂：-0.00010128489

a₃：6.943532e-007

a₄：-5.3466646e-009

a₅：3.3159121e-011

a₆：-1.5293411e-013

a₇：3.7363546e-016

a₈：-2.2500886e-019。

1.2倍變焦投影鏡頭的投射范圍為0.5m至無窮遠處，1.2倍變焦投影鏡頭對焦時，第二透鏡組20相對第一透鏡組10移動范圍為6.4～7.0mm，在對焦時，第三透鏡組30、第四透鏡組40和第五透鏡組50保持固定不動。當1.2倍變焦投影鏡頭的投射距離設(shè)置為1.35m時，各個透鏡組之間的變焦移動間隔范圍如下：第二透鏡組20與第三透鏡組30之間的間隔為3.53～6.86mm,第三透鏡組30與第四透鏡組40之間的間隔為13.72～16.63mm，第四透鏡組40與第五透鏡組50之間的間隔為1.49～6.05mm。