CN110187470A - 投影镜头、投影光学系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影镜头、投影光学系统及投影设备，投影镜头从像方到物方顺序包括第一至第八透镜，其中第一透镜为具有负光焦度的弯月型透镜；第二透镜为双凹透镜；第三透镜为双凸透镜；第四透镜为凹凸透镜；第五透镜为双凹透镜；第六透镜为双凸透镜，第五透镜与第六透镜胶合；第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第八透镜为双凸透镜；光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头。本发明的主要目的是提供一种投影镜头、投影光学系统及投影设备，旨在解决现有技术中投影镜头无法进行偏心投影，导致投影设备操作繁琐，使用不便的问题。

Description

投影镜头、投影光学系统及投影设备

技术领域

本发明涉及投影成像领域，尤其涉及一种投影镜头、投影光学系统及投影设备。

背景技术

微型投影是将传统投影设备进行小型化，便携化的一种投影技术。在微型投影技术领域中，微投设备正逐步向着微型化，高亮度，便携式的方向发展，目前的微型投影光学系统中，投影设备在使用时通常放置于桌面向墙面投影，由于微型投影镜头不具备偏心投影功能，只能沿着光学系统的光轴进行投影，投影设备导致投影出的投影画面会存在部分被遮挡的情况，影响用户的观影效果，因此投影设备在使用时通常需要抬高所述投影镜头，以便对投影镜头的投影角度进行调整，从而造成投影设备操作繁琐，使用不便。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种投影镜头、投影光学系统及投影设备，旨在解决现有技术中投影镜头无法进行偏心投影，导致投影设备操作繁琐，使用不便的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种投影镜头，所述投影镜头从像方到物方顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜具有凸向像方的第一表面以及凹向物方的第二表面；

第二透镜，所述第二透镜具有凹向像方的第三表面以及凹向物方的第四表面；

第三透镜，所述第三透镜具有凸向像方的第五表面以及凸向物方的第六表面；

第四透镜，所述第四透镜具有凸向像方的第七表面以及凹向物方的第八表面；

第五透镜，所述第五透镜具有凹向像方的第九表面以及凹向物方的第十表面；

第六透镜，所述第六透镜具有凸向像方的第十一表面以及凸向物方的第十二表面；所述第十表面与所述第十一表面胶合；

具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜具有凸向像方的第十三表面以及凸向物方的第十四表面；

第八透镜，所述第八透镜具有凸向像方的第十五表面以及凸向物方的第十六表面；

光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头。

可选地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜均为玻璃透镜。

可选地，所述第二透镜为塑料透镜。

可选地，所述第三表面与所述第四表面均为非球面结构。

可选地，所述第五表面与所述第六表面的曲率半径相等；所述第十三表面与所述十四表面的曲率半径相等。

可选地，所述第十五表面与第十六表面均为非球面结构。

可选地，所述投影镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

为实现上述目的，本申请提出一种投影光学系统，所述投影光学系统包括如上述任一项实施方式所述的投影镜头；所述投影光学系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述第八透镜远离所述第七透镜的一侧。

可选地，所述投影光学系统还包括直角棱镜，所述直角棱镜设于所述显示单元与所述第八透镜之间。

为实现上述目的，本申请提出一种投影设备，所述投影设备包括如上述任一项实施方式所述的投影光学系统。

本申请提出的技术方案中，光线依次经过第八透镜、第七透镜、第六透镜、第五透镜、第四透镜、第三透镜、第二透镜后，从第一透镜的第一表面射出所述投影镜头，光线经过所述投影光学系统后能够发生偏移，光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头，从而能够使投影画面均投影在投影镜头光轴的一侧，避免了所述投影镜头无法进行偏心投影，导致投影设备操作繁琐，使用不便的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明投影光学系统的结构示意图；

图2为本发明投影光学系统的光路示意图；

图3为本发明投影光学系统的点列图；

图4为本发明投影光学系统的调制传递函数图；

图5为本发明投影光学系统的场曲与畸变图；

图6为本发明投影光学系统的垂轴色差图。

附图标号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种投影镜头、投影光学系统及投影设备。

请参照图1，所述投影镜头从像方到物方顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜10，所述第一透镜10具有凸向像方的的第一表面11以及凹向物方的第二表面12；

第二透镜20，所述第二透镜20具有凹向像方的第三表面21以及凹向物方的第四表面22；

第三透镜30，所述第三透镜30具有凸向像方的第五表面31以及凸向物方的第六表面32；

第四透镜40，所述第四透镜40具有凸向像方的第七表面41以及凹向物方的第八表面42；

第五透镜50，所述第五透镜50具有凹向像方的第九表面51以及凹向物方的第十表面52；

第六透镜60，所述第六透镜60具有凸向像方的第十一表面61以及凸向物方的第十二表面62；所述第十表面52与所述第十一表面61胶合；

具有正光焦度的第七透镜70，所述第七透镜70具有凸向像方的的第十三表面71以及凸向物方的第十四表面72；

第八透镜80，所述第八透镜80具有凸向像方的的第十五表面81以及凸向物方的第十六表面82；

光源从所述投影镜头的光轴一侧发出的光线在经过所述投影镜头后，从所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头。

本申请提出的技术方案中，光线依次经过第八透镜、第七透镜、第六透镜、第五透镜、第四透镜、第三透镜、第二透镜后，从第一透镜的第一表面射出所述投影镜头，光线经过所述投影光学系统后能够发生偏移，光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头，从而能够使投影画面均投影在投影镜头光轴的一侧，避免了所述投影镜头无法进行偏心投影，导致投影设备操作繁琐，使用不便的问题。

在一些可选的实施方式中，所述第一透镜10、所述第三透镜30、所述第四透镜40、所述第五透镜50、所述第六透镜60、所述第七透镜70、所述第八透镜80均为玻璃透镜。在一具体实施例中，所述第一透镜10、所述第三透镜30、所述第四透镜40、所述第五透镜50、所述第六透镜60、所述第七透镜70、所述第八透镜80均为光学玻璃镜片，其中，

所述第一透镜10的折射率为1.922，阿贝数为18.895；

所述第三透镜30的折射率为1.805，阿贝数为25.5；

所述第四透镜40的折射率为1.833，阿贝数为37.2；

所述第五透镜50的折射率为1.78，阿贝数为25.7；

所述第六透镜60的折射率为1.59，阿贝数为61.2；

所述第七透镜70的折射率为1.61，阿贝数为58.6；

所述第八透镜80的折射率为1.5，阿贝数为81.6。

在一实施例中，光源发出的光线首先经过所述第八透镜80，所述第八透镜80为光学玻璃镜片，能够减少或避免光源在工作过程中产生的高温对所述投影镜头成像的影响。

在一些可选的实施方式中，所述第二透镜20为塑料透镜。具体的，所述第二透镜20的折射率为1.523，阿贝数为52.1。

在一些可选的实施方式中，所述第三表面21与所述第四表面22均为非球面结构。其中，当透镜表面为非球面结构时，能够有效的减小镜片的边缘像差，提高所述投影镜头的性能。通过非球面结构，有效地实现多个球面透镜校正像差的效果，有利于实现所述投影镜头的小型化。

在一些可选的实施方式中，所述第五表面31与所述第六表面32的曲率半径相等；所述第十三表面71与所述十四表面的曲率半径相等。具体的，在所述投影镜头实际装配过程中，为了避免所述第三透镜30的所述第五表面31与所述第六表面32，以及所述第七透镜70的所述第十三表面71与所述第十四表面72曲率半径相近而导致组装出错，设置所述第五表面31与所述第六表面32的曲率半径相等，设置所述第十三表面71与所述十四表面的曲率半径相等，从而可以帮助所述投影镜头在组装过程中，不必严格考虑所述第三透镜30与所述第七透镜70的安装方向，减少了所述投影镜头组装出错的情况。

在一些可选的实施方式中，所述第十五表面81与第十六表面82均为非球面结构。其中，当透镜表面为非球面结构时，能够有效的减小镜片的边缘像差，提高所述投影镜头的性能。通过非球面结构，有效地实现多个球面透镜校正像差的效果，有利于实现所述投影镜头的小型化。

在一些可选的实施方式中，所述投影镜头还包括光阑90，所述光阑90设于所述第四透镜40与所述第五透镜50之间。其中，所述光阑90用于控制光线从所述第五透镜50向所述第四透镜40通过，调节经过所述投影镜头的光通量，同时减少其他透镜经过反射产生的杂散光干扰。

为实现上述上述目的，本申请还提出一种投影光学系统，所述投影光学系统包括如上述任一项实施方式所述的投影镜头。另外，所述投影镜头还包括显示单元100，光源设于所述第八透镜80远离所述第七透镜70的一侧，具体的，光源的中心与所述投影镜头的光轴共线，光源发出的光线依次经过所述第八透镜80、所述第七透镜70、所述第六透镜60、所述第五透镜50、所述第四透镜40、所述第三透镜30、所述第二透镜20、所述第一透镜10后，从所述第一表面11出射抵达像面。具体实施方式中，所述显示单元100可以为数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)芯片或硅上液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)芯片或其他可用于出射光线的显示元件或显示设备。

请参照图1与图2，在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统还包括直角棱镜110，所述直角棱镜110设于光源与所述第八透镜80之间。在一实施例中，所述直角棱镜110用于将光源发出的光线传递至所述投影镜头。优选实施例中，所述直角棱镜110的边长为14mm。

在一些可选的实施方式中，所述投影光学系统还包括保护玻璃120，其中，所述保护玻璃120设于所述显示单元100与所述直角棱镜110之间，用于保护所述显示单元100受到外界环境或其他元件的冲击影响。优选实施例中，所述保护玻璃120的厚度为1.1mm。

所述第一实施例投影光学系统设计数据如下表1所示：

表1

上述实施例中，所述投影光学系统的偏心比为100％，当所述显示单元100靠近所述光轴的一侧置于所述光轴上时，所述投影光学系统的投影画面位于所述光轴远离所述显示单元100的一侧，并且所述投影画面靠近所述光轴的一侧位于所述光轴上。

所述投影光学系统的投射比为1.2，F数为1.7，其中，所述投射比是指投影设备的投影距离与画面宽度之比；F数也称为光圈数，用于表示光学系统的像方焦距与入瞳直径的比。

请参照图3，图3为上述实施例的所述投影光学系统的点列图，所述点列图的均方根半径小于像素5.4μm。其中点列图是指由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，用于评价所述投影光学系统的成像质量。

请参照图4，图4为上述实施例的所述投影光学系统的调制传递函数图，其中，调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价对景物细部还原能力。

请参照图5，图5为上述实施例的所述投影光学系统的场曲与畸变图，其中，场曲是指像场弯曲，主要用于表示光学系统中，整个光束的交点与理想像点的不重合程度。畸变是指物体通过光学系统成像时，物体不同部分有不同的放大率的像差，畸变会导致物像的相似性变坏，但不影响像的清晰度。

请参照图6，图6为上述实施例的所述投影光学系统的垂轴色差图，其中，垂轴色差是指又称为倍率色差，主要是指物方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在像方出射时变成多根光线，氢蓝光与氢红光在像面上的焦点位置的差值。

本申请还提出一种投影设备，所述投影设备包括如上述任一实施方式所述的投影光学系统，该投影光学系统的具体结构参照上述实施例，由于该投影光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头从像方到物方顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜具有凸向像方的第一表面以及凹向物方的第二表面；

第二透镜，所述第二透镜具有凹向像方的第三表面以及凹向物方的第四表面；

第三透镜，所述第三透镜具有凸向像方的第五表面以及凸向物方的第六表面；

第四透镜，所述第四透镜具有凸向像方的第七表面以及凹向物方的第八表面；

第五透镜，所述第五透镜具有凹向像方的第九表面以及凹向物方的第十表面；

第六透镜，所述第六透镜具有凸向像方的第十一表面以及凸向物方的第十二表面；

所述第十表面与所述第十一表面胶合；

具有正光焦度的第七透镜，所述第七透镜具有凸向像方的第十三表面以及凸向物方的第十四表面；

第八透镜，所述第八透镜具有凸向像方的第十五表面以及凸向物方的第十六表面；

光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜均为玻璃透镜。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜为塑料透镜。

4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三表面与所述第四表面均为非球面结构。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第五表面与所述第六表面的曲率半径相等；所述第十三表面与所述第十四表面的曲率半径相等。

6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第十五表面与第十六表面均为非球面结构。

7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

8.一种投影光学系统，其特征在于，所述投影光学系统包括如权利要求1-7任一项所述的投影镜头；所述投影光学系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述第八透镜远离所述第七透镜的一侧。

9.如权利要求8所述的投影光学系统，其特征在于，所述投影光学系统还包括直角棱镜，所述直角棱镜设于所述显示单元与所述第八透镜之间。

10.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如权利要求8-9任一项所述的投影光学系统。