·265·
分组成: 前固定组 (L 1)、变倍组 (L 2)、补偿组 (L 3) 和后固定组 (L 4)。它们分别具有负、正、负、正的光 焦度[2], 如图 1 所示 (图中用 T 和W 表示长焦和短 焦位置, stop 表示光阑)。设L 3 是变倍组, 向屏幕方 向做线性运动时, 为使像面位置保持不变,L 2 应向 DM D 方向作非线性的补偿运动, 此时系统由长焦 变到短焦位置。若要使这样的变焦距系统具有像方 远心光路的特性, 就需要在系统中引入孔径光阑 (孔径光阑放置在它后面透镜组的前焦面上)。现有 投影镜头光阑大多是固定的, 在中焦时处于远心位 置, 长焦和短焦时不是远心光路, 这样会使长焦和 短焦屏上的对比度降低。
焦 点的距离; f 3 和 f 3′为L 3 的物方和像方焦距;
∃34为L 3 的像方焦点到L 4 的物方焦点的距离。于是
即可推算出光阑到第 3 组透镜L 3 的距离:
pS3= -
f p 34-
3f ′3 f ′3+
f
-
4
f 3= -
p 34f 3+ f 4f ′3 p 34- f ′3+ f 4
(2)
L 3 的运动取决于L 4 的运动。令p S 5为光阑与L 5 的
间距, 并注意到第 3 组和第 4 组透镜的移动量与间
距的关系: dq3= dqs= - dp S 5, dq4= - dp 45, 于是可
得到L 3 与L 4 的运动关系:
dq3=
(p 45+ f 5) 2- 2f ′4 (p 45+ (p 45- f ′4+ f 5) 2
长了投影镜头与像面之间的距离。 而后截距[1]、棱 镜组各面之间所成的角度对投影镜头的像方出射 光线的角度要求比较严格, 为使棱镜系统不阻碍正 常光线并避免杂散光通过, 主光线与光轴的夹角要 设计得尽量小, 即主光线在像方与光轴近似平行, 这可用像方远心光路来实现。
1 光学设计
1. 1 常见结构形式 常见的投影变焦距系统一般主要由以下4部
图 4 光阑固联透镜
F ig. 4 A len s f ixed w ith stop
这样, 整个系统的变焦过程由 3 组透镜运动来
实现, 系统的高斯计算过程和双组联动系统类似,
不同的是双组联动系统中L 2 与L 4 固联在一起运
动, L 3 作补偿运动, 所以第 2 组和第 4 组的移动量
满足dq2= dq4。在图4 所示系统中, L 4 作线性移动,
收稿日期: 2006202216; 修回日期: 2006203202 作 者简介: 梅丹阳 (1979- ) , 女, 内蒙古赤峰人, 西安应用光学研究所在读硕士研究生, 主要从事光学设计工作。 E2m ail:
m eidy205@ho tm a il. com
应用光学 2006, 27 (4) 梅丹阳, 等: 变焦距投影光学系统中的远心光路设计
第 27 卷 第 4 期 2006 年 7 月
Jo
u
rna
l
应用光学 of A pp lied
O
ptics NhomakorabeaV o J
l. 27 , N o. 4 u ly, 2006
文章编号: 100222082 (2006) 0420264204
变焦距投影光学系统中的远心光路设计
f
4) <
0
(6)
对于方程:
p
2 34
+
2 (f
4-
f
3′) p 34+
f
2 4
-
2f ′23f 4= 0
设A = 1,
B = 2 (f 4-
f
3′) , C =
f
2 4
-
2f ′23f 4, 则
B 2- 4A C = f ′23> 0
得:
p
2 34
+
2 (f
4-
f
3′) p 34+
f
2 4
-
2f ′23f 4< 0 有解,
图 1 常见的投影变焦距系统 F ig. 1 Fam il iar projection zoom len s
1. 2 远心光路设计方案 若要保证整个变焦过程都是远心光路, 可将光
阑置于L 3 的前焦面上, 与L 3 固联, 去掉后固定组。 其变焦过程见图 2 所示。 这样, 其他组元就必须分 担更多的光焦度, 但因L 1 的口径很大, 不利于像差 的校正 (因为系统总长是变化的) , 故不便装调。
f
5) dq4
(8)
在运动过程中, 若要保持像面位置固定不变,
L 4 产 生 的 像 面 偏 移 需 由L 2 和L 3 的 移 动 来 补
图 5 投影变焦距远心系统 F ig. 5 Telecen tr ic zoom len s system
f ′5= 24. 77mm。 表 1 列出系统变焦过程中的主要 参数。 图 6 和图 7 分别是系统长焦 (T )、中焦 (M )、 短焦 (W ) 时的传递函数曲线和畸变曲线。 可以看 出, 系统各位置的传递函数都达到了较高的值, 畸 变也都小于 1% , 成像质量很好。
Abstract: T he con t inuou s telecen t ric zoom len s fo r a d ig ita l ligh t p rocesso r (DL P ) p ro jecto r w ith p rism s is p resen ted. T he to ta l in terna l reflect ion (T IR ) p rism s betw een the zoom len s and the d ig ita l m icro 2m irro r device (DM D ) a re ana lyzed. To ob st ruct the fa lse ligh t, it is p referab le tha t the p ro jecto r zoom len s ha s a telecen t ric inciden t side. To study the st ructu re of telecen t ric beam p a th fo r zoom len s system , the ax ia l d isp lacem en t equa t ion fo r the stop w a s deduced, w h ich keep the system telecen t ric in a ll zoom po sit ion. A th in len s g roup fixed w ith the stop sha res the pow er of the o thers and m akes the cam cu rve sm oo th. Key words: telecen t ric beam p a th design; p ro ject ion zoom len s; p ro ject ion op t ics; op t ica l design
4) 2+
dp 34
(4)
对于光焦度为负的薄透镜系统, 可近似认为- f 3=
f ′3< 0, 于是有:
dp S 4=
(p 34+ f 4) 2- 2f 3′(p 34+ (p 34- f 3′+ f 4) 2
f
4) dp 34
(5)
可以证明:
(p 34+ f 4) 2- 2f 3′(p 34+ (p 34- f 3′+ f 4) 2
即 (p 34+ f 4) 2- 2f ′3 (p 34+ f 4) < 0 有解。
·266·
应用光学 2006, 27 (4) 梅丹阳, 等: 变焦距投影光学系统中的远心光路设计
所以, 当dp S 4与dp 34符号相反时, 光阑的移动方 向与L 4 移动方向反向、与L 2 的移动同向。 1. 3 光阑固联透镜
图 2 光阑与补偿组固联 F ig. 2 The stop f ixed w ith com pen sa tion
为使系统总长不变且口径不至于过大并具有 像方远心的特性, 采用图3 所示 (图3 中略去了透镜 组L l 和L 2) 的结构。 把光阑放在第 3 组透镜之前,
图 3 光阑位于系统中间情况
式中, p 34表示L 3 与L 4 之间的距离, 光阑的运动特 性曲线可用它与后固定组L 4 的距离 p S 4描述:
p S 4= p S 3+ p 34= -
f p 34-
3f ′3 f ′3+
f
-
4
f 3+ p 34
(3)
2 边微分得到光阑与透镜组L 4 的运动关系:
dp S 4=
f 3f ′3dp 34 (p 34- f 3′+ f
长焦 中焦 短焦
p 45 mm 2. 600 27 3. 900 02 5. 200 55
表 1 各组分参数 Table 1 The param eters of every group
由于光阑与L 2 的移动方向相同, 因此可以在 光 阑前加一个光焦度与L 2 性质相同的透镜L 3, 如 图4 所示。L 3 用来分担L 2 的光焦度并可使L 2 的运 动曲线变平缓, 而且还可减小光阑后面透镜组的口
径。由 (5) 式得知, 此时光阑与透镜组L 3 共同的运 动规律为
dp 35=
(p 45+ f 5) 2- 2f ′4 (p 45+ (p 45- f 4′+ f 5) 2
引言
投影镜头的主要作用是将数字光阀上的图像 投影到大屏幕上。 针对DL P 投影仪的数字光阀 DM D , 为使屏幕上得到的图像质量较高, 分析了 DL P 投影镜头应满足的性能, 确定了投影镜头设 计方案。在DL P 投影系统中, 将经处理的视频信号 加载于DM D 上, DM D 把经全反射棱镜的入射光 反射到光学镜头, 光学镜头把图像放大投射到屏幕 上。根据光路可逆性, 设计投影镜头时, 把屏幕作为 物, DM D 作为像。但因全反射棱镜的引入, 大大加