CN110568586A - 投影镜头及投影设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种投影镜头及投影设备，所述投影镜头包括设于投影面与显示芯片之间的若干个透镜，所述透镜沿所述投影面向所述显示芯片方向依次包括第一透镜、第一镜组、第二镜组以及第二透镜；所述第一透镜具有凹向所述投影面的第一表面以及凹向所述显示芯片的第二表面；所述第二透镜具有凸向所述投影面的第三表面以及凸向所述显示芯片的第四表面；所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度。本发明提供一种投影镜头及投影设备，解决了现有技术中投影镜头的光圈较小，导致投影设备的投影亮度较低，影响投影画面显示的问题。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影镜头及投影设备。
背景技术
在投影设备使用时，不同的使用环境需要投影设备具有不同的投影亮度，当投影环境较暗时，对投影亮度的要求较低；当投影环境较亮时，对投影亮度的要求较高。对于投影设备中的微型投影设备中来说，微型投影设备中对各部分部件，尤其是投影镜头的小型化都有着较高的要求。现有的微型投影镜头的光圈较小，投影光源发出的光线在经过投影镜头后无法全部通过所述投影镜头，从而限制所述投影设备的投影亮度，影响投影画面的显示。
发明内容
本发明提供一种投影镜头及投影设备，旨在解决现有技术中投影镜头的光圈较小，导致投影设备的投影亮度较低，影响投影画面显示的问题。
为实现上述目的，本发明提出了一所述投影镜头包括设于投影面与显示芯片之间的若干个透镜，所述透镜沿所述投影面向所述显示芯片方向依次包括第一透镜、第一镜组、第二镜组以及第二透镜；
所述第一透镜具有凹向所述投影面的第一表面以及凹向所述显示芯片的第二表面；
所述第二透镜具有凸向所述投影面的第三表面以及凸向所述显示芯片的第四表面；
所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度。
可选地，所述第一表面与所述第二表面均为非球面结构。
可选地，所述第一镜组包括第三透镜与第四透镜；
所述第三透镜具有凸向所述投影面的第五表面以及凹向所述显示芯片的第六表面；
所述第四透镜具有凸向所述投影面的第七表面；
所述第三透镜与所述第四透镜通过所述第六表面与所述第七表面胶合连接。
可选地，所述第二镜组包括第五透镜与第六透镜；
所述第五透镜具有凹向所述投影面的第八表面以及凹向所述显示芯片的第九表面；
所述第六透镜具有凸向所述投影面的第十表面以及凸向所述显示芯片的第十一表面；
所述第五透镜与所述第六透镜通过所述第九表面与所述第十表面胶合连接。
可选地，所述第一透镜为塑料材质。
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，所述投影镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第一镜组与所述第二镜组之间。
可选地，所述投影镜头还包括棱镜结构，所述棱镜结构包括相对设置的第十二表面、第十三表面以及第十五表面，还包括设于所述第十二表面与所述第十三表面之间的第十四表面；
光线从所述第十二表面进入所述棱镜结构，透射经过所述第十四表面后从所述第十三表面射出所述棱镜结构后传输至所述显示芯片，光线在所述显示芯片上发生反射后从所述第十三表面再次进入所述棱镜结构，并在所述第十四表面发生反射，并从所述第十五表面射出所述棱镜结构。
可选地，所述投影镜头还包括保护玻璃，所述保护玻璃设于所述棱镜结构与所述显示芯片之间。
为实现上述目的，本申请提出一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如上述任一项实施方式所述的投影镜头。
本申请提出的技术方案中，所述投影镜头沿投影面向显示芯片方向依次包括第一透镜、第一镜组、第二镜组以及第二透镜；所述第一透镜具有凹向所述投影面的第一表面以及凹向所述显示芯片的第二表面；所述第二透镜具有凸向所述投影面的第三表面以及凸向所述显示芯片的第四表面；所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度。从所述第一透镜进入所述投影镜头的光线在进入所述投影镜头后，依次经过所述第一透镜、所述第一镜组、所述第二镜组以及所述第二透镜，在多个透镜的共同作用下增大所述投影镜头的光学，从而解决了现有技术中投影镜头的光圈较小，导致投影设备的投影亮度较低，影响投影画面显示的问题。
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是本发明投影镜头的结构示意图；
图2是本发明投影镜头第一实施例的点列图；
图3是本发明投影镜头第一实施例的调制传递函数图；
图4是本发明投影镜头第一实施例的场曲与光学畸变图；
图5是本发明投影镜头第一实施例的垂轴色差图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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及投影设备。
所述投影镜头包括设于投影面与显示芯片800之间的若干个透镜，所述透镜沿所述投影面向所述显示芯片800方向依次包括第一透镜100、第一镜组200、第二镜组300以及第二透镜400；
所述第一透镜100具有凹向所述投影面的第一表面110以及凹向所述显示芯片800的第二表面120；
所述第二透镜400具有凸向所述投影面的第三表面410以及凸向所述显示芯片800的第四表面420；
所述第一透镜100具有负光焦度，所述第二透镜400具有正光焦度。
具体的，所述第一透镜100、所述第一镜组200、所述第二镜组300以及所述第二透镜400的光轴共线，并且所述第一透镜100的光轴与所述显示芯片800的中心垂线共线。
具体的，所述第一镜组200为由一个透镜或由多个透镜组合形成的透镜组合，当所述第一镜组200为多个透镜的透镜组合时，多个所述透镜的相分离或胶合连接。
本申请提出的技术方案中，所述投影镜头沿投影面向显示芯片方向依次包括第一透镜100、第一镜组200、第二镜组300以及第二透镜400；所述第一透镜100具有凹向所述投影面的第一表面110以及凹向所述显示芯片的第二表面120；所述第二透镜具400有凸向所述投影面的第三表面410以及凸向所述显示芯片800的第四表面420；所述第一透镜100具有负光焦度，所述第二透镜400具有正光焦度。从所述第一透镜100进入所述投影镜头的光线在进入所述投影镜头后，依次经过所述第一透镜100、所述第一镜组200、所述第二镜组300以及所述第二透镜400，在多个透镜的共同作用下增大所述投影镜头的光圈，从而解决了现有技术中投影镜头的光圈较小，导致投影设备的投影亮度较低，影响投影画面显示的问题。
在一些可选的实施方式中，所述第一表面110与所述第二表面120均为非球面结构，具体的，非球面结构相比球面结构，能够有效地减小所述光学系统的球差与畸变，从而减少所述光学系统中透镜的个数以及减小透镜的尺寸。
在一些可选的实施方式中，所述第一镜组200包括第三透镜210与第四透镜220，所述第三透镜210具有凸向所述投影面的第五表面211以及凹向所述显示芯片800的第六表面212；所述第四透镜220具有凸向所述投影面的第七表面221及远离所述投影面一侧的第八表面222，具体的，所述第三透镜210与所述第四透镜220胶合连接，可以理解的是，所述第三透镜210与所述第四透镜220的相对位置方式不限于此，于另一实施方式中，所述第三透镜210与所述第四透镜220的相对位置还可以为相分离或密接连接。
在一些可选的实施方式中，所述第二镜组300包括第五透镜310与第六透镜320，所述第五透镜310具有凹向所述投影面的第九表面311以及凹向所述显示芯片800的第十表面312；所述第六透镜320具有凸向所述投影面的第十一表面321及远离所述投影面一侧的第十二表面322，具体的，所述第五透镜310与所述第六透镜320胶合连接，可以理解的是，所述第五透镜310与所述第六透镜320的相对位置方式不限于此，于另一实施方式中，所述第五透镜310与所述第六透镜320的相对位置还可以为相分离或密接连接。
在一些可选的实施方式中，所述第一透镜100为塑料材质，具体的，所述投影镜头中，所述第二透镜400为光学玻璃材质，所述第一镜组200中的所述第三透镜210与所述第四透镜220为光学玻璃材质，所述第二镜组300中的第五透镜310与所述第六透镜320为光学玻璃材质，光学塑料相比于光学玻璃，光学塑料具有可塑性强，重量轻，加工成本低的优点。具体实施方式中，由于所述显示芯片800在工作过程中产生热量，光学玻璃相对于光学塑料，具有较好的热稳定性，因此靠近所述显示芯片800的第六透镜320为光学玻璃材质，从而避免高温对其他透镜的成像的影响。
在一些可选的实施方式中，所述第三表面410与所述第四表面420均为非球面结构。具体的，非球面结构相比球面结构，能够有效地减小所述光学系统的球差与畸变，从而减少所述光学系统中透镜的个数以及减小透镜的尺寸。
在一些可选的实施方式中，所述投影镜头还包括光阑500，所述光阑500设于所述第一镜组200与所述第二镜组300之间。所述光阑500用于控制光线通过，调节射出所述光学系统的光通量，同时减少其他透镜经过反射产生的杂散光干扰。
在一些可选的实施方式中，所述投影镜头还包括棱镜结构600，所述棱镜结构600包括相对设置的第十三表面610、第十四表面620以及第十六表面640，还包括设于所述第十三表面610与所述第十四表面620之间的第十五表面630；
光线从所述第十三表面610进入所述棱镜结构600，透射经过所述第十五表面630后从所述第十四表面620射出所述棱镜结构600后传输至所述显示芯片800，光线在所述显示芯片800上发生反射后从所述第十四表面620再次进入所述棱镜结构600，并在所述第十五表面630发生反射，并从所述第十六表面640射出所述棱镜结构600。优选实施方式中，所述棱镜结构600的为直角棱镜，所述直角棱镜的边长为10.5mm。
在一些可选的实施方式中，所述投影镜头还包括保护玻璃700，所述保护玻璃700设于所述棱镜结构600与所述显示芯片800之间。所述保护玻璃700用于保护所述显示芯片800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700的厚度为1.1mm。
请参照图1，在第一实施例中，所述投影镜头的设计数据如下表1所示：
表1
所述第一实施例中，各参数如下所述：
所述投影镜头的投射比为1.2，具体的，投射比是指投影距离与投影画面宽度的比值。
所述投影镜头的光圈比为1.65，具体的，光圈比是指焦距与光圈直径的比值，当光圈比越小时，所述投影镜头的相对口径越大，通光量越大；当光圈比越大时，所述投影镜头的相对口径越小，通光量越小。
请参照图2，图2为第一实施例的点列图，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。在所述第一实施例中，所述点列图中像点的最大值与最大视场相对应，所述点列图中均方根半径小于像素小于5.4μm。
请参照图3，图3为第一实施例的调制传递函数图，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4，图4为第一实施例的场曲与光学畸变图，具体的，场曲用于表示不同视场点的光束像点离开像面的位置变化，光学畸变是指某一视场主波长时的主光线与像面交点离开理想像点的垂轴距离；在所述第一实施例中，在切线面以及弧矢面的场曲均小于±0.05mm，且切线面与弧矢面的最大场曲差异小于0.2mm，其中最大畸变为最大视场处，最大畸变＜0.5％。
请参照图5，图5为第一实施例的垂轴色差图，其中，垂轴色差又称为倍率色差，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；在所述第一实施例中，所述光学系统的最大色散为所述光学系统的视场最大位置，所述光学系统的最大色差值小于35μm，可满足用户的需求。
在所述第一实施例中，通过所述第一透镜100、所述第一镜组200、所述第二镜组300以及所述第二透镜400的组合，提供一种投影镜头，所述投影镜头组成的光学系统为的光圈比等于1.65，最大畸变＜0.5％，最大色差值小于35μm，具有大视场角的像方远心光路。
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芯片800，所述显示芯片800设于所述保护玻璃700远离所述第一透镜100的一侧，具体的，光线依次经过所述第一透镜100、所述第一镜组200、所述第二镜组300以及所述第二透镜400后，从所述第十三表面610进入所述棱镜结构600，透射经过所述第十五表面630后从所述第十四表面620射出所述棱镜结构600后传输至所述显示芯片800，光线在所述显示芯片800上发生反射后从所述第十四表面620再次进入所述棱镜结构600，并在所述第十五表面630发生反射，并从所述第十六表面640射出所述棱镜结构600。具体实施方式中，所述显示芯片800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。
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，所述投影镜头包括设于投影面与显示芯片之间的若干个透镜，所述透镜沿所述投影面向所述显示芯片方向依次包括第一透镜、第一镜组、第二镜组以及第二透镜；
所述第一透镜具有凹向所述投影面的第一表面以及凹向所述显示芯片的第二表面；
所述第二透镜具有凸向所述投影面的第三表面以及凸向所述显示芯片的第四表面；
所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度。
2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一表面与所述第二表面均为非球面结构。
3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一镜组包括第三透镜与第四透镜；
所述第三透镜具有凸向所述投影面的第五表面以及凹向所述显示芯片的第六表面；
所述第四透镜具有凸向所述投影面的第七表面及远离所述投影面一侧的第八表面；
所述第三透镜与所述第四透镜胶合连接。
4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二镜组包括第五透镜与第六透镜；
所述第五透镜具有凹向所述投影面的第九表面以及凹向所述显示芯片的第十表面；
所述第六透镜具有凸向所述投影面的第十一表面以及凸向所述显示芯片的第十二表面；
所述第五透镜与所述第六透镜胶合连接。
5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜为光学塑料材质。
6.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。
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一镜组与所述第二镜组之间。
8.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棱镜结构，所述棱镜结构包括第十三表面、第十四表面以及第十六表面，还包括设于所述第十三表面与所述第十四表面之间的第十五表面；
光线从所述第十三表面进入所述棱镜结构，透射经过所述第十五表面后从所述第十四表面射出所述棱镜结构后传输至所述显示芯片，光线在所述显示芯片上发生反射后从所述第十四表面再次进入所述棱镜结构，并在所述第十五表面发生反射，并从所述第十六表面射出所述棱镜结构。
9.如权利要求8所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括保护玻璃，所述保护玻璃设于所述棱镜结构与所述显示芯片之间。
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1-9任一项所述的投影镜头。
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