一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，陰極射線顯示正逐漸被液晶顯示、數(shù)字光處理等更亮更薄的投影設(shè)備替代， 尤其是數(shù)字光處理，已經(jīng)占據(jù)顯示背投電視市場的半壁江山。
[0003]在數(shù)字光處理中，非電系統(tǒng)的主光線不平行于光軸，主光線進入變焦透鏡之前會 產(chǎn)生一個預定的角度，運個角度會使投影到屏幕上的像產(chǎn)生向上的變形W滿足前面投影儀 的需求，降低了成像質(zhì)量。
[0004] 由于不同光源對成像質(zhì)量的影響不同，綜合考慮成本與F數(shù)的因素，許多工程 師著力于設(shè)計一個變焦投影透鏡，不僅能使用不同的光源還能保持高光效。專利號為 US8817383的發(fā)明專利就是針對運一問題而設(shè)計的，本實用新型就是對其的改進與優(yōu)化設(shè) 計。 【實用新型內(nèi)容】 陽0化]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本實用新型提供了一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)， 既能夠使用不同的光源，又能保持高光效。
[0006]本實用新型是通過W下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，包括由物方至像方依次排列的第 一透鏡組、第二透鏡組和第Ξ透鏡組，所述第一透鏡組、第二透鏡組、第Ξ透鏡組分別具有 負、正、正屈光度；
[0008]所述第一透鏡組由塑料非球面的第一透鏡、雙凹玻璃球面的第二透鏡和凸面玻璃 的第Ξ透鏡由物方至像方依次排列組成，所述第二透鏡組由凸面玻璃的第四透鏡組成，所 述第Ξ透鏡組包括具有負屈光度的第五透鏡、正屈光度的第六透鏡、正屈光度的第屯透鏡、 正屈光度的第八透鏡、負屈光度的第九透鏡和正屈光度的第十透鏡。
[0009]進一步，所述第一透鏡的負彎月面朝向像方；
[0010] 進一步，所述第五透鏡與第六透鏡構(gòu)成具有負折射力的膠合透鏡。
[0011] 進一步，所述第Ξ透鏡組中還設(shè)有光闊，所述光闊位于所述第八透鏡和第九透鏡 之間。
[0012] 在上述方案中，所述變焦光學系統(tǒng)廣角F數(shù)小于2. 1。
[0013]進一步，所述變焦光學系統(tǒng)滿足W下條件：
[0014]
其中ex是出瞳的位置；bf是系統(tǒng)的后焦距；
[0015]
其中是第一透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0016]
庚中f2是第二透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0017]
其中f3是第Ξ透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0018]
其中fu是第一透鏡的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0019]
其中fA是第八透鏡的焦距，f3是第Ξ透鏡組的焦距；
[0020]
其中Vi是第五透鏡的消光系數(shù)；V2是第六透鏡的消光系數(shù)。
[0021] 本實用新型的有益效果：
[0022] 1.通過減小變焦光學系統(tǒng)的F數(shù)，增大孔徑光闊的直徑，從而提高投影儀的光學 效率。
[0023] 2.選用非球面透鏡，在大孔徑光闊作用作用的同時減小阿貝數(shù)。
[0024] 3.通過透鏡組相對位置的變化實現(xiàn)放大率及后截距的改變，減小了像面位置變化 對成像質(zhì)量的影響，從而滿足不同光源的成像需求。
[00巧]4.通過對系統(tǒng)參數(shù)的限制，可W起到增加變焦比、減小系統(tǒng)總長、校正像差、提高 分辨率等優(yōu)異效果。
【附圖說明】
[00%] 圖1為本實用新型所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為本實用新型的變焦過程示意圖。
[0028] 圖3為本實用新型的廣角端的場曲圖。
[0029] 圖4為本實用新型的中間焦段的場曲圖。
[0030] 圖5為本實用新型的攝遠端的場曲圖。
[0031] 圖6為本實用新型的廣角端MTF曲線圖。 陽03引圖7為本實用新型的中間焦段MTF曲線圖。
[0033] 圖8為本實用新型的攝遠端MTF曲線圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖W及具體實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的保 護范圍并不限于此。
[0035] 如圖1為于投影儀的變焦光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括由物方至像方依次排列的 第一透鏡組1、第二透鏡組2和第Ξ透鏡組3,所述第一透鏡組1、第二透鏡組2、第Ξ透鏡組 3分別具有負、正、正屈光度；
[0036] 所述第一透鏡組1由塑料非球面的第一透鏡11、雙凹玻璃球面的第二透鏡12和凸 面玻璃的第Ξ透鏡13由物方至像方依次排列組成，所述第二透鏡組2由凸面玻璃的第四透 鏡21組成，所述第Ξ透鏡組3包括具有負屈光度的第五透鏡31、正屈光度的第六透鏡32、 正屈光度的第屯透鏡33、正屈光度的第八透鏡34、負屈光度的第九透鏡和正屈光度的第十 透鏡。
[0037] 第一透鏡11的負彎月面朝向像方，減小了變焦投影透鏡的總長，同時校正球差， 并可W減少透鏡數(shù)量；第五透鏡與第六透鏡構(gòu)成具有負折射力的膠合透鏡；玻璃球面第八 透鏡也可W減小變焦系統(tǒng)總長，校正球差，并減少系統(tǒng)透鏡數(shù)。
[0038] 如圖2為變焦過程示意圖，從廣角端到中間焦段，再到攝遠端的變焦過程，在運一 變焦過程中，后截距逐漸增大，第一透鏡組1沿光軸相向移動，W實現(xiàn)改變放大倍率；第二 透鏡組2沿光軸向物方移動適當補償在放大倍率變化過程中發(fā)生的焦點位置的移動；第Ξ 透鏡組保持絕對位置不變。表1為具體光學參數(shù)，其中最大半像高為13. 85,廣角端，中間焦 段，及攝遠端的F數(shù)分別為2. 0、2. 217、2. 428。表2為變焦位置參數(shù)。
[0039] 表1光學參數(shù)
[0040]

陽041] 表2變焦位置參數(shù)
[0042]
[0043] 系統(tǒng)中的非球面表面形狀滿足W下方程：
[0044]
[0045] 在公式中，參數(shù)C半徑所對應曲率，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小于-1時面形曲線為雙曲，等于-1時為拋物線，介于-1到0之 間時為楠圓，等于0時為圓形，大于0時為扁圓形。A4至AS分別表示各徑向坐標所對應的 系數(shù)，其系數(shù)見表3。
[0046] 表3徑向坐標對應系數(shù)
[0047]
[0048] 本實用新型的變焦投影透鏡的廣角F數(shù)是小于2. 1的，運意味著它可W增大孔徑 光闊的直徑，w增大系統(tǒng)的光透過率。
[0049] 為了達到更好的光學成像效果，本實用新型還滿足W下限制：
[0050] (1)
其中ex是出瞳的位置；bf是系統(tǒng)的后焦距；
[0051] (2)
其中是第一透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0052] (3)
其中f2是第二透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0053] (4)
其中f3是第Ξ透鏡組的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[0054] (5)
::其中fu是第一透鏡的焦距，f。是廣角端的有效焦距；
[00對 （6)
庚中fA是第八透鏡的焦距，f3是第立透鏡組的焦距；
[0056] (7)
其中Vi是第五透鏡的消光系數(shù)；V2是第六透鏡的消光系數(shù)。
[0057]如果變焦投影系統(tǒng)滿足方程（1)，將會增大系統(tǒng)的后焦距，從而增加從廣角端到攝 遠端的變焦比。如果變焦投影系統(tǒng)滿足方程（2)到方程化），將會減小系統(tǒng)總長并校正像 差。如果變焦投影系統(tǒng)滿足方程（7)，也可W校正像差。如果變焦投影系統(tǒng)滿足方程（5)到 方程（7)，將會增大像的分辨率。通過第一透鏡組與第二透鏡組之間的間隔W及第Ξ透鏡組 至IJ像面間的間隔，可W補償像的低質(zhì)量。
[005引如圖3、圖4、圖5分別為廣角端、中間焦段、攝遠端的場曲圖，從圖中可W看出，有 利的校正了各種像差，全場崎變適中，像散和縱向球差都在很小范圍內(nèi)，達到了優(yōu)良的光學 性能。
[0059] 如圖6、圖7、圖8分別為廣角端、中間焦段、攝遠端的MTF曲線圖，MTF是變焦光學 系統(tǒng)設(shè)計最重要的指標之一，定義MTF大于0,且小于1，在光學系統(tǒng)設(shè)計中MTF值越接近1， 說明鏡頭的性能越優(yōu)異，即分辨率高，反差小。從圖中可W看出，在其最大頻率范圍內(nèi)MTF 的值均在0.4W上，且Ξ種狀態(tài)下的曲線都比較平滑，說明本實用新型在Ξ種狀態(tài)下都可 獲得清晰的圖像，且圖像質(zhì)量良好。
[0060] 所述實施例為本實用新型的優(yōu)選的實施方式，但本實用新型并不限于上述實施方 式，在不背離本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見 的改進、替換或變型均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，包括由物方至像方依次排列的第一 透鏡組（1)、第二透鏡組（2)和第三透鏡組（3)，所述第一透鏡組（1)、第二透鏡組（2)、第三 透鏡組（3)分別具有負、正、正屈光度； 所述第一透鏡組（1)由塑料非球面的第一透鏡（11)、雙凹玻璃球面的第二透鏡（12)和 凸面玻璃的第三透鏡（13)由物方至像方依次排列組成，所述第二透鏡組（2)由凸面玻璃的 第四透鏡（21)組成，所述第三透鏡組（3)包括具有負屈光度的第五透鏡（31)、正屈光度的 第六透鏡（32)、正屈光度的第七透鏡（33)、正屈光度的第八透鏡（34)、負屈光度的第九透 鏡（35)和正屈光度的第十透鏡（36)。2. 如權(quán)利要求1所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡（11) 的負彎月面朝向像方。3. 如權(quán)利要求2所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第五透鏡（31) 與第六透鏡（32)構(gòu)成具有負折射力的膠合透鏡。4. 如權(quán)利要求3所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第三透鏡組中 還設(shè)有光闌，所述光闌位于所述第八透鏡（34)和第九透鏡（35)之間。5. 如權(quán)利要求1~4中任意一項所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，所述 變焦光學系統(tǒng)廣角F數(shù)小于2. 1。6. 如權(quán)利要求5所述的用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，其特征在于，所述變焦光學系統(tǒng) 滿足以下條件：其中ex是出瞳的位置；bf是系統(tǒng)的后焦距；，其中匕是第一透鏡組的焦距，f "是廣角端的有效焦距；其中&是第二透鏡組的焦距，是廣角端的有效焦距；其中&是第三透鏡組的焦距，f u是廣角端的有效焦距；，其中fu是第一透鏡的焦距，是廣角端的有效焦距；，其中fA是第八透鏡的焦距，f 3是第三透鏡組的焦距；、其中I是第五透鏡的消光系數(shù)；V2是第六透鏡的消光系數(shù)。
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于投影儀的變焦光學系統(tǒng)，屬于成像技術(shù)領(lǐng)域；包括由物方至像方依次排列的具有負屈光度的第一透鏡組、具有正屈光度的第二透鏡組和具有正屈光度的第三透鏡組；第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組在變焦過程中相對于接收面的位置是變化的；變焦投影透鏡的廣角F數(shù)小于2.1，可以擴大孔徑光闌的直徑去增加系統(tǒng)的光學效率；此外，由于大孔徑光闌，球面透鏡可以減小阿貝數(shù)；本實用新型通過透鏡組相對位置的變化實現(xiàn)放大率及后截距的改變，減小了像面位置變化對成像質(zhì)量的影響。
【IPC分類】G02B15/14, G03B21/14
【公開號】CN205003348
【申請?zhí)枴緾N201520519378
【發(fā)明人】袁玉芬, 黃嘉宣, 丁桂林
【申請人】江蘇大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年7月16日