CN111290105A - 光学系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学系统及投影设备，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元，第二镜组、第一镜组以及反射镜，所述反射镜凸向所述显示单元设置；所述第一镜组沿光线传输方向依次包括第四透镜、第三透镜、第二透镜以及第一透镜；所述第二镜组沿光线传输方向依次包括第九透镜、第八透镜、第七透镜、第六透镜以及第五透镜；所述光学系统的焦距f大于或等于‑1.5mm，并且小于或等于‑1.1mm；所述光学系统的光圈数F#大于或等于1.6，并且小于或等于2.4。本发明提供一种光学系统及投影设备，解决了现有技术中，投影设备中的透镜切边导致的透镜组装与检测难度大的问题。

Description

光学系统及投影设备

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种光学系统及投影设备。

背景技术

目前，投影设备通常为中长焦镜头，为了保证投影设备投影画面的尺寸，通常需要将投影设备设置在与投影画面距离超过一米的距离，由于投影设备与投影画面的距离相距较远，在使用投影设备过程中不可避免的会有人员从投影设备与投影画面之间经过，由于投影设备投射的光线较强，当人眼在观察投影设备投射出的光线时，容易造成人员因为强光导致短暂的眩光，造成人员的眼镜损伤。

为了改善问题，投影设备的光学系统中开始使用超短焦镜头作为投影镜头，现有技术中，超短焦投影设备主要使用反射式投影，为了防止光源发出的光线不被投影光学系统的光线遮挡，通常会将投影光学系统中部分透镜的边缘进行切除，从而增加了透镜在组装与检测时的难度。

发明内容

本发明提供一种光学系统及投影设备，旨在解决现有技术中，投影设备中的透镜切边导致的透镜组装与检测难度大的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种投影镜组，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元，第二镜组、第一镜组以及反射镜，所述反射镜凸向所述显示单元设置；

所述第一镜组沿光线传输方向依次包括第四透镜、第三透镜、第二透镜以及第一透镜；

所述第二镜组沿光线传输方向依次包括第九透镜、第八透镜、第七透镜、第六透镜以及第五透镜；

所述光学系统的焦距f大于或等于-1.5mm，并且小于或等于-1.1mm；

所述光学系统的光圈数F#大于或等于1.6，并且小于或等于2.4。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

20≤R100/f≤50；-5.2≤R11/f≤-1.8；-4.1≤R12/f≤-1.5；10≤R21/f≤23；

30≤R22/f≤50；10≤R31/f≤30；-20≤R32/f≤-8；-30≤R41/f≤-10；

10≤R42/f≤50；-28≤R51/f≤-15；-20≤R52/f≤-5；-20≤R61/f≤-5；

5≤R62/f≤15；5≤R71/f≤15；0≤R72/f≤10；-100≤R81/f≤-10；

10≤R82/f≤25；-100≤R91/f≤-10；5≤R92/f≤100；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述R100为反射镜的中心球面半径；

所述R11为所述第一透镜的出光面的中心球面半径；所述R12为所述第一透镜的入光面的中心球面半径；所述R21为所述第二透镜的出光面的中心球面半径；所述R22为所述第二透镜的入光面的中心球面半径；所述R31为所述第三透镜的出光面的中心球面半径；所述R32为所述第三透镜的入光面的中心球面半径；所述R41为所述第四透镜的出光面的中心球面半径；所述R42为所述第四透镜的入光面的中心球面半径；所述R51为所述第五透镜的出光面的中心球面半径；所述R52为所述第五透镜的入光面的中心球面半径；所述R61为所述第六透镜的出光面的中心球面半径；所述R62为所述第六透镜的入光面的中心球面半径；所述R71为所述第七透镜的出光面的中心球面半径；所述R72为所述第七透镜的入光面的中心球面半径；所述R81为所述第八透镜的出光面的中心球面半径；所述R82为所述第八透镜的入光面的中心球面半径；所述R91为所述第九透镜的出光面的中心球面半径；所述R92为所述第九透镜的入光面的中心球面半径。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

-0.5≤D1/f≤-1.6；-1.5≤D2/f≤-0.5；-1.5≤D3/f≤-0.5；-1.5≤D4/f≤-0.5；

-1.0≤D5/f≤-0.5；-5.0≤D6/f≤-0.5；-1.0≤D7/f≤-0.5；-4.0≤D8/f≤-0.5；-1.0≤D9/f≤-0.5；

其中，所述D1至D9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的中心厚度。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

Nd1＞1.5；Nd2＞1.5；Nd3＞1.5；Nd4＞1.5；Nd5＜1.92；Nd6＞1.5；

Nd7＜1.92；Nd8＞1.5；Nd9＞1.5；

其中，所述Nd1至Nd9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的折射率。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

Vd1＜60.0；Vd2＜82.0；Vd3＜82.0；Vd4＜82.0；Vd5＜50.0；Vd6＜82.0；

Vd7＜50.0；Vd8＜82.0；Vd9＜82.0；

其中，所述Vd1至Vd9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的色散系数。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

-30≤f1/f≤-10；-60≤f2/f≤-30；-5≤f3/f≤-1；-50≤f4/f≤-40；30≤f5/f≤70；-25≤f6/f≤-10；

-30≤f7/f≤-15；10≤f8/f≤30；5≤f9/f≤30；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述f1至f9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的焦距。

可选的，所述光学系统还包括平板玻璃以及棱镜，

所述平板玻璃设于所述显示单元与所述第九透镜之间；

所述棱镜设于所述平板玻璃与所述显示单元之间。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

-50≤L100/f≤-20；-30≤L1/f≤-10；-10≤L2/f≤-4；-20≤L3/f≤0；-10≤L4/f≤-3；

-10≤L5/f≤-2；-0.6≤L6/f≤0；L7＝0；-0.05≤L8/f≤-2；-2≤L9/f≤-0.05；-3≤L10/f≤-1；

-3.0L11/f≤-0.5；-1.5≤L12/f≤-0.5；

其中，

所述L100为所述反射镜与所述第一透镜的出光面的距离；

所述L1为所述第一透镜的入光面与所述第二透镜的出光面的距离；

所述L2为所述第二透镜的入光面与所述第三透镜的出光面的距离；

所述L3为所述第三透镜的入光面与所述第四透镜的出光面的距离；

所述L4为所述第四透镜的入光面与所述光阑的距离；

所述L5为所述光阑与所述第五透镜的出光面的距离；

所述L6为所述第五透镜的入光面与所述第六透镜的出光面的距离；

所述L7为所述第六透镜的入光面与所述第七透镜的出光面的距离；

所述L8为所述第七透镜的入光面与所述第八透镜的出光面的距离；

所述L9为所述第八透镜的入光面与所述第九透镜的出光面的距离；

所述L10为所述第九透镜的入光面与所述平板玻璃的出光面的距离；

所述L11为所述平板玻璃的入光面与所述棱镜的出光面的距离；

所述L12为所述棱镜的入光面与所述显示单元的出光面的距离。

可选的，所述光学系统满足以下关系：

Nd10＞1.5；Vd10＜82.0；-15≤D11/f≤-5；Nd11＞1.6；Vd411＜60.0；

其中，

所述Nd10为所述平板玻璃的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃的色散系数；

所述D10为所述棱镜的中心厚度，所述Nd10为所述平板玻璃的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃的色散系数。

为实现上述目的，本申请提出一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括壳体与如上述任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。

本申请提出的技术方案中，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元、第二镜组、第一镜组以及反射镜，所述第一镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第二镜组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，所述显示单元发出的光线依次经过所述第二镜组以及所述第一镜组后，在所述反射镜反射后投射出投影画面。通过所述第二镜组与所述第一镜组的综合作用，使经过所述反射镜反射的光线不会被所述第一镜组阻隔，从而无需对所述光学系统中的透镜的边缘进行切除，从而解决了现有技术中，投影设备中的透镜切边导致的透镜组装与检测难度大的问题。

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是本发明投影光学系统的结构示意图；

图2是本发明投影光学系统除反射镜外的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的调制传递函数图；

图4是本发明第一实施例的场曲与光学畸变图；

图5是本发明第一实施例的相对照度图；

图6是本发明第二实施例的调制传递函数图；

图7是本发明第二实施例的场曲与光学畸变图；

图8是本发明第二实施例的相对照度图；

图9是本发明第三实施例的调制传递函数图；

图10是本发明第三实施例的场曲与光学畸变图；

图11是本发明第三实施例的相对照度图；

图12是本发明第四实施例的调制传递函数图；

图13是本发明第四实施例的场曲与光学畸变图；

图14是本发明第四实施例的相对照度图。

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组、投影光学系统以及增强现实设备。

请参照图1与图2，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元10，第二镜组30、第一镜组20以及反射镜40，所述反射镜40凸向所述显示单元10设置；

所述第一镜组20沿光线传输方向依次包括第四透镜24、第三透镜23、第二透镜22以及第一透镜21；

所述第二镜组30沿光线传输方向依次包括第九透镜35、第八透镜34、第七透镜33、第六透镜32以及第五透镜31；

所述光学系统的焦距f大于或等于-1.5mm，并且小于或等于-1.1mm；

所述光学系统的光圈数F#大于或等于1.6，并且小于或等于2.4。

其中，所述光圈值是指所述镜组的相对孔径的倒数，所述光圈值等于所述镜组的焦距与所述镜组的通光直径的比值，当所述光圈值越大时，通光孔径越小，进光量越多，当所述光圈值越小时，通光孔径越大，进光量越少。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

20≤R100/f≤50；-5.2≤R11/f≤-1.8；-4.1≤R12/f≤-1.5；10≤R21/f≤23；

30≤R22/f≤50；10≤R31/f≤30；-20≤R32/f≤-8；-30≤R41/f≤-10；

10≤R42/f≤50；-28≤R51/f≤-15；-20≤R52/f≤-5；-20≤R61/f≤-5；

5≤R62/f≤15；5≤R71/f≤15；0≤R72/f≤10；-100≤R81/f≤-10；

10≤R82/f≤25；-100≤R91/f≤-10；5≤R92/f≤100；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述R100为反射镜40的中心球面半径；所述R11为所述第一透镜21的出光面的中心球面半径；所述R12为所述第一透镜21的入光面的中心球面半径；所述R21为所述第二透镜22的出光面的中心球面半径；所述R22为所述第二透镜22的入光面的中心球面半径；所述R31为所述第三透镜23的出光面的中心球面半径；所述R32为所述第三透镜23的入光面的中心球面半径；所述R41为所述第四透镜24的出光面的中心球面半径；所述R42为所述第四透镜24的入光面的中心球面半径；所述R51为所述第五透镜31的出光面的中心球面半径；所述R52为所述第五透镜31的入光面的中心球面半径；所述R61为所述第六透镜32的出光面的中心球面半径；所述R62为所述第六透镜32的入光面的中心球面半径；所述R71为所述第七透镜33的出光面的中心球面半径；所述R72为所述第七透镜33的入光面的中心球面半径；所述R81为所述第八透镜34的出光面的中心球面半径；所述R82为所述第八透镜34的入光面的中心球面半径；所述R91为所述第九透镜35的出光面的中心球面半径；所述R92为所述第九透镜35的入光面的中心球面半径。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

-0.5≤D1/f≤-1.6；-1.5≤D2/f≤-0.5；-1.5≤D3/f≤-0.5；-1.5≤D4/f≤-0.5；

-1.0≤D5/f≤-0.5；-5.0≤D6/f≤-0.5；-1.0≤D7/f≤-0.5；-4.0≤D8/f≤-0.5；-1.0≤D9/f≤-0.5；

其中，所述D1为所述第一透镜21的中心厚度；所述D2为所述第二透镜22的中心厚度；所述D3为所述第三透镜23的中心厚度；所述D4为所述第四透镜24的中心厚度；所述D5为所述第五透镜31的中心厚度；所述D6为所述第六透镜32的中心厚度；所述D7为所述第七透镜33的中心厚度；所述D8为所述第八透镜34的中心厚度；所述D9为所述第九透镜35的中心厚度。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

Nd1＞1.5；Nd2＞1.5；Nd3＞1.5；Nd4＞1.5；Nd5＜1.92；Nd6＞1.5；

Nd7＜1.92；Nd8＞1.5；Nd9＞1.5；

其中，所述Nd1为所述第一透镜21的折射率；所述Nd2为所述第二透镜22的折射率；所述Nd3为所述第三透镜23的折射率；所述Nd4为所述第四透镜24的折射率；所述Nd5为所述第五透镜31的折射率；所述Nd6为所述第六透镜32的折射率；所述Nd7为所述第七透镜33的折射率；所述Nd8为所述第八透镜34的折射率；所述Nd9为所述第九透镜35的折射率。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

Vd1＜60.0；Vd2＜82.0；Vd3＜82.0；Vd4＜82.0；Vd5＜50.0；Vd6＜82.0；

Vd7＜50.0；Vd8＜82.0；Vd9＜82.0；

其中，所述Vd1为所述第一透镜21的色散系数；所述Vd2为所述第二透镜22的色散系数；所述Vd3为所述第三透镜23的色散系数；所述Vd4为所述第四透镜24的色散系数；所述Vd5为所述第五透镜31的色散系数；所述Vd6为所述第六透镜32的色散系数；所述Vd7为所述第七透镜33的色散系数；所述Vd8为所述第八透镜34的色散系数；所述Vd9为所述第九透镜35的色散系数。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

-30≤f1/f≤-10；-60≤f2/f≤-30；-5≤f3/f≤-1；-50≤f4/f≤-40；30≤f5/f≤70；-25≤f6/f≤-10；-30≤f7/f≤-15；10≤f8/f≤30；5≤f9/f≤30；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述f1为所述第一透镜21的焦距；所述f2为所述第二透镜22的焦距；所述f3为所述第三透镜23的焦距；所述f4为所述第四透镜24的焦距；所述f5为所述第五透镜31的焦距；所述f6为所述第六透镜32的焦距；所述f7为所述第七透镜33的焦距；所述f8为所述第八透镜34的焦距；所述f9为所述第九透镜35的焦距。

在可选的实施方式中，所述光学系统还包括光阑50、平板玻璃60以及棱镜70，

所述光阑50设于所述第一镜组20与所述第二镜组30之间；

所述平板玻璃60设于所述显示单元10与所述第九透镜35之间；

所述棱镜70设于所述平板玻璃60与所述显示单元10之间。

其中，光阑50是指光学系统中用于限制光束的光学元件，主要用于限制所述光学系统的光线或视场大小，具体的，所述光阑50用于限制从所述第二镜组30进入所述第一镜组20的光线大小。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

-50≤L100/f≤-20；-30≤L1/f≤-10；-10≤L2/f≤-4；-20≤L3/f≤0；-10≤L4/f≤-3；-10≤L5/f≤-2；-0.6≤L6/f≤0；L7＝0；-0.05≤L8/f≤-2；-2≤L9/f≤-0.05；-3≤L10/f≤-1；-3.0L11/f≤-0.5；-1.5≤L12/f≤-0.5；

其中，所述L100为所述反射镜40与所述第一透镜21的出光面的距离；所述L1为所述第一透镜21的入光面与所述第二透镜22的出光面的距离；所述L2为所述第二透镜22的入光面与所述第三透镜23的出光面的距离；所述L3为所述第三透镜23的入光面与所述第四透镜24的出光面的距离；所述L4为所述第四透镜24的入光面与所述光阑50的距离；所述L5为所述光阑50与所述第五透镜31的出光面的距离；所述L6为所述第五透镜31的入光面与所述第六透镜32的出光面的距离；所述L7为所述第六透镜32的入光面与所述第七透镜33的出光面的距离；所述L8为所述第七透镜33的入光面与所述第八透镜34的出光面的距离；所述L9为所述第八透镜34的入光面与所述第九透镜35的出光面的距离；所述L10为所述第九透镜35的入光面与所述平板玻璃60的出光面的距离；所述L11为所述平板玻璃60的入光面与所述棱镜70的出光面的距离；所述L12为所述棱镜70的入光面与所述显示单元10的出光面的距离。

在可选的实施方式中，所述光学系统满足以下关系：

Nd10＞1.5；Vd10＜82.0；-15≤D11/f≤-5；Nd11＞1.6；Vd411＜60.0；

其中，所述Nd10为所述平板玻璃60的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃60的色散系数；所述D10为所述棱镜70的中心厚度，所述Nd10为所述平板玻璃60的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃60的色散系数。

第一实施例

在第一实施例中，光学系统设计数据如下表1所示：

表1

其中，所述反射镜40、所述第一透镜21以及所述第九透镜35为非球面结构，其中α1、α2、α3、α4、α5、α6为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表2所示。

表2

所述第一实施例中，各参数如下所述：

所述反射镜40的中心球面半径R100为-42.674mm；

所述第一透镜21的出光面的中心球面半径R11为5.465mm；

所述第一透镜21的入光面的中心球面半径R12为3.648mm；

所述第二透镜22的出光面的中心球面半径R21为-20.755mm；

所述第二透镜22的入光面的中心球面半径R22为-55.605mm；

所述第三透镜23的出光面的中心球面半径R31为-19.774mm；

所述第三透镜23的入光面的中心球面半径R32为13.837mm；

所述第四透镜24的出光面的中心球面半径R41为25.818mm；

所述第四透镜24的入光面的中心球面半径R42为-25.818mm；

所述第五透镜31的出光面的中心球面半径R51为26.403mm；

所述第五透镜31的入光面的中心球面半径R52为14.044mm；

所述第六透镜32的出光面的中心球面半径R61为14.044mm；

所述第六透镜32的入光面的中心球面半径R62为-10.368mm；

所述第七透镜33的出光面的中心球面半径R71为-10.368mm；

所述第七透镜33的入光面的中心球面半径R72为无限；

所述第八透镜34的出光面的中心球面半径R81为20.690mm；

所述第八透镜34的入光面的中心球面半径R82为20.690mm；

所述第九透镜35的出光面的中心球面半径R91为45.011mm；

所述第九透镜35的入光面的中心球面半径R92为-17.914mm。

所述第一透镜21的中心厚度D1为1.5mm；

所述第二透镜22的中心厚度D2为1.0mm；

所述第三透镜23的中心厚度D3为0.882mm；

所述第四透镜24的中心厚度D4为3.848mm；

所述第五透镜31的中心厚度D5为0.799mm；

所述第六透镜32的中心厚度D6为4.141mm；

所述第七透镜33的中心厚度D7为0.837mm；

所述第八透镜34的中心厚度D8为3.848mm；

所述第九透镜35的中心厚度D9为2.934mm；

所述反射镜40与所述第一透镜21的出光面的距离L100为40mm；

所述第一透镜21的入光面与所述第二透镜22的出光面的距离L1为14.058mm；

所述第二透镜22的入光面与所述第三透镜23的出光面的距离L2为8.384mm；

所述第三透镜23的入光面与所述第四透镜24的出光面的距离L3为3.193mm；

所述第四透镜24的入光面与所述光阑50的距离L4为9.101mm；

所述光阑50与所述第五透镜31的出光面的距离L5为7.489mm；

所述第五透镜31的入光面与所述第六透镜32的出光面的距离L6为0mm；

所述第六透镜32的入光面与所述第七透镜33的出光面的距离L7为0mm；

所述第七透镜33的入光面与所述第八透镜34的出光面的距离L8为0.223mm；

所述第八透镜34的入光面与所述第九透镜35的出光面的距离L9为0.1mm；

所述第九透镜35的入光面与所述平板玻璃60的出光面的距离L10为2.0mm；

所述平板玻璃60的入光面与所述棱镜70的出光面的距离L11为2.0mm；

所述棱镜70的入光面与所述显示单元10的出光面的距离L12为1.9mm。

所述光学系统的焦距为f为-1.37mm；

所述光学系统的光圈数F#为1.71mm。

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。调制传递函数的纵轴数值越高表示成像分辨率越高。

请参照图4，图4为第一实施例的场曲与光学畸变图，其中，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2mm，其中最大畸变为最大视场处。

请参照图5，图5为第一实施例的相对照度图，其中，相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比。

第二实施例

在第二实施例中，光学系统设计数据如下表3所示：

表3

其中，所述反射镜40、所述第一透镜21以及所述第九透镜35为非球面结构，其中α1、α2、α3、α4、α5、α6为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表4所示。

表4

所述第二实施例中，各参数如下所述：

所述反射镜40的中心球面半径R100为-39.168mm；

所述第一透镜21的出光面的中心球面半径R11为4.344mm；

所述第一透镜21的入光面的中心球面半径R12为2.93mm；

所述第二透镜22的出光面的中心球面半径R21为-31.55mm；

所述第二透镜22的入光面的中心球面半径R22为19.692mm；

所述第三透镜23的出光面的中心球面半径R31为-43.939mm；

所述第三透镜23的入光面的中心球面半径R32为21.792mm；

所述第四透镜24的出光面的中心球面半径R41为21.792mm；

所述第四透镜24的入光面的中心球面半径R42为-36.334mm；

所述第五透镜31的出光面的中心球面半径R51为32.259mm；

所述第五透镜31的入光面的中心球面半径R52为33.584mm；

所述第六透镜32的出光面的中心球面半径R61为33.584mm；

所述第六透镜32的入光面的中心球面半径R62为-9.287mm；

所述第七透镜33的出光面的中心球面半径R71为-9.287mm；

所述第七透镜33的入光面的中心球面半径R72为无限；

所述第八透镜34的出光面的中心球面半径R81为28.144mm；

所述第八透镜34的入光面的中心球面半径R82为-28.144mm；

所述第九透镜35的出光面的中心球面半径R91为33.85mm；

所述第九透镜35的入光面的中心球面半径R92为-14.925mm。

所述第一透镜21的中心厚度D1为1.5mm；

所述第二透镜22的中心厚度D2为1mm；

所述第三透镜23的中心厚度D3为0.799mm；

所述第四透镜24的中心厚度D4为4.3mm；

所述第五透镜31的中心厚度D5为1.287mm；

所述第六透镜32的中心厚度D6为3.663mm；

所述第七透镜33的中心厚度D7为0.86mm；

所述第八透镜34的中心厚度D8为4.297mm；

所述第九透镜35的中心厚度D9为3.432mm；

所述反射镜40与所述第一透镜21的出光面的距离L100为40mm；

所述第一透镜21的入光面与所述第二透镜22的出光面的距离L1为13.372mm；

所述第二透镜22的入光面与所述第三透镜23的出光面的距离L2为4.876mm；

所述第三透镜23的入光面与所述第四透镜24的出光面的距离L3为0mm；

所述第四透镜24的入光面与所述光阑50的距离L4为15.866mm；

所述光阑50与所述第五透镜31的出光面的距离L5为5.171mm；

所述第五透镜31的入光面与所述第六透镜32的出光面的距离L6为0mm；

所述第六透镜32的入光面与所述第七透镜33的出光面的距离L7为0mm；

所述第七透镜33的入光面与所述第八透镜34的出光面的距离L8为0.119mm；

所述第八透镜34的入光面与所述第九透镜35的出光面的距离L9为0.1mm；

所述第九透镜35的入光面与所述平板玻璃60的出光面的距离L10为2.5mm；

所述平板玻璃60的入光面与所述棱镜70的出光面的距离L11为2mm；

所述棱镜70的入光面与所述显示单元10的出光面的距离L12为1.9mm。

所述光学系统的焦距为f为-1.35mm；

所述光学系统的光圈数F#为1.71mm。

请参照图6，图6为第二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。调制传递函数的纵轴数值越高表示成像分辨率越高。

请参照图7，图7为第二实施例的场曲与光学畸变图，其中，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3mm，其中最大畸变为最大视场处。

请参照图8，图8为第二实施例的相对照度图，其中，相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比。

第三实施例

在第三实施例中，光学系统设计数据如下表5所示：

表5

其中，所述反射镜40、所述第一透镜21以及所述第九透镜35为非球面结构，其中α1、α2、α3、α4、α5、α6为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表6所示。

表6

所述第三实施例中，各参数如下所述：

所述反射镜40的中心球面半径R100为-41.213mm；

所述第一透镜21的出光面的中心球面半径R11为5.459mm；

所述第一透镜21的入光面的中心球面半径R12为3.687mm；

所述第二透镜22的出光面的中心球面半径R21为-20.191mm；

所述第二透镜22的入光面的中心球面半径R22为-46.635mm；

所述第三透镜23的出光面的中心球面半径R31为-20.066mm；

所述第三透镜23的入光面的中心球面半径R32为13.198mm；

所述第四透镜24的出光面的中心球面半径R41为27.201mm；

所述第四透镜24的入光面的中心球面半径R42为-33.006mm；

所述第五透镜31的出光面的中心球面半径R51为31.649mm；

所述第五透镜31的入光面的中心球面半径R52为15.452mm；

所述第六透镜32的出光面的中心球面半径R61为14.582mm；

所述第六透镜32的入光面的中心球面半径R62为-10.475mm；

所述第七透镜33的出光面的中心球面半径R71为-10.475mm；

所述第七透镜33的入光面的中心球面半径R72为无限；

所述第八透镜34的出光面的中心球面半径R81为25.724mm；

所述第八透镜34的入光面的中心球面半径R82为-25.724mm；

所述第九透镜35的出光面的中心球面半径R91为38.126mm；

所述第九透镜35的入光面的中心球面半径R92为-19.026mm。

所述第一透镜21的中心厚度D1为1.5mm；

所述第二透镜22的中心厚度D2为1mm；

所述第三透镜23的中心厚度D3为0.799mm；

所述第四透镜24的中心厚度D4为3.12mm；

所述第五透镜31的中心厚度D5为1.005mm；

所述第六透镜32的中心厚度D6为0.5mm；

所述第七透镜33的中心厚度D7为0.799mm；

所述第八透镜34的中心厚度D8为3.86mm；

所述第九透镜35的中心厚度D9为2.963mm；

所述反射镜40与所述第一透镜21的出光面的距离L100为40mm；

所述第一透镜21的入光面与所述第二透镜22的出光面的距离L1为14.099mm；

所述第二透镜22的入光面与所述第三透镜23的出光面的距离L2为7.704mm；

所述第三透镜23的入光面与所述第四透镜24的出光面的距离L3为3.371mm；

所述第四透镜24的入光面与所述光阑50的距离L4为9.844mm；

所述光阑50与所述第五透镜31的出光面的距离L5为6.133mm；

所述第五透镜31的入光面与所述第六透镜32的出光面的距离L6为4.732mm；

所述第六透镜32的入光面与所述第七透镜33的出光面的距离L7为0mm；

所述第七透镜33的入光面与所述第八透镜34的出光面的距离L8为0.152mm；

所述第八透镜34的入光面与所述第九透镜35的出光面的距离L9为0.1mm；

所述第九透镜35的入光面与所述平板玻璃60的出光面的距离L10为2.5mm；

所述平板玻璃60的入光面与所述棱镜70的出光面的距离L11为2mm；

所述棱镜70的入光面与所述显示单元10的出光面的距离L12为1.9mm。

所述光学系统的焦距为f为-1.36mm；

所述光学系统的光圈数F#为1.71mm。

请参照图9，图9为第三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。调制传递函数的纵轴数值越高表示成像分辨率越高。

请参照图10，图10为第三实施例的场曲与光学畸变图，其中，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1.8mm，其中最大畸变为最大视场处。

请参照图11，图11为第三实施例的相对照度图，其中，相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比。

第四实施例

在第四实施例中，光学系统设计数据如下表7所示：

表7

其中，所述反射镜40、所述第一透镜21以及所述第九透镜35为非球面结构，其中α1、α2、α3、α4、α5、α6为非球面透镜的非球面高次项系数，具体如表8所示。

表8

所述第四实施例中，各参数如下所述：

所述反射镜40的中心球面半径R100为-39.185mm；

所述第一透镜21的出光面的中心球面半径R11为4.351mm；

所述第一透镜21的入光面的中心球面半径R12为2.932mm；

所述第二透镜22的出光面的中心球面半径R21为-32.072mm；

所述第二透镜22的入光面的中心球面半径R22为19.47mm；

所述第三透镜23的出光面的中心球面半径R31为19.47mm；

所述第三透镜23的入光面的中心球面半径R32为-44.334mm；

所述第四透镜24的出光面的中心球面半径R41为21.884mm；

所述第四透镜24的入光面的中心球面半径R42为-36.332mm；

所述第五透镜31的出光面的中心球面半径R51为36.662mm；

所述第五透镜31的入光面的中心球面半径R52为38.619mm；

所述第六透镜32的出光面的中心球面半径R61为33.914mm；

所述第六透镜32的入光面的中心球面半径R62为-9.305mm；

所述第七透镜33的出光面的中心球面半径R71为-9.305mm；

所述第七透镜33的入光面的中心球面半径R72为无限；

所述第八透镜34的出光面的中心球面半径R81为28.138mm；

所述第八透镜34的入光面的中心球面半径R82为-28.138mm；

所述第九透镜35的出光面的中心球面半径R91为33.783mm；

所述第九透镜35的入光面的中心球面半径R92为-14.927mm。

所述第一透镜21的中心厚度D1为1.5mm；

所述第二透镜22的中心厚度D2为1mm；

所述第三透镜23的中心厚度D3为4.873mm；

所述第四透镜24的中心厚度D4为4.244mm；

所述第五透镜31的中心厚度D5为1.272mm；

所述第六透镜32的中心厚度D6为3.768mm；

所述第七透镜33的中心厚度D7为0.855mm；

所述第八透镜34的中心厚度D8为4.2mm；

所述第九透镜35的中心厚度D9为3.434mm；

所述反射镜40与所述第一透镜21的出光面的距离L100为40mm；

所述第一透镜21的入光面与所述第二透镜22的出光面的距离L1为13.351mm；

所述第二透镜22的入光面与所述第三透镜23的出光面的距离L2为0mm；

所述第三透镜23的入光面与所述第四透镜24的出光面的距离L3为0.799mm；

所述第四透镜24的入光面与所述光阑50的距离L4为15.624mm；

所述光阑50与所述第五透镜31的出光面的距离L5为4.999mm；

所述第五透镜31的入光面与所述第六透镜32的出光面的距离L6为0.5mm；

所述第六透镜32的入光面与所述第七透镜33的出光面的距离L7为0mm；

所述第七透镜33的入光面与所述第八透镜34的出光面的距离L8为0.127mm；

所述第八透镜34的入光面与所述第九透镜35的出光面的距离L9为0.1mm；

所述第九透镜35的入光面与所述平板玻璃60的出光面的距离L10为2.5mm；

所述平板玻璃60的入光面与所述棱镜70的出光面的距离L11为2mm；

所述棱镜70的入光面与所述显示单元10的出光面的距离L12为1.9mm。

所述光学系统的焦距为f为-1.35mm；

所述光学系统的光圈数F#为1.71mm。

请参照图12，图12为第四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。调制传递函数的纵轴数值越高表示成像分辨率越高。

请参照图13，图13为第四实施例的场曲与光学畸变图，其中，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±0.1mm，且切线面与弧矢面的最大场曲差异小于0.8mm，其中最大畸变为最大视场处。

请参照图14，图14为第四实施例的相对照度图，其中，相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比。

本发明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)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿光线传输方向依次包括显示单元，第二镜组、第一镜组以及反射镜，所述反射镜凸向所述显示单元设置；

所述第一镜组沿光线传输方向依次包括第四透镜、第三透镜、第二透镜以及第一透镜；

所述第二镜组沿光线传输方向依次包括第九透镜、第八透镜、第七透镜、第六透镜以及第五透镜；

所述光学系统的焦距f大于或等于-1.5mm，并且小于或等于-1.1mm；

所述光学系统的光圈数F#大于或等于1.6，并且小于或等于2.4。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

20≤R100/f≤50；-5.2≤R11/f≤-1.8；-4.1≤R12/f≤-1.5；10≤R21/f≤23；

30≤R22/f≤50；10≤R31/f≤30；-20≤R32/f≤-8；-30≤R41/f≤-10；

10≤R42/f≤50；-28≤R51/f≤-15；-20≤R52/f≤-5；-20≤R61/f≤-5；

5≤R62/f≤15；5≤R71/f≤15；0≤R72/f≤10；-100≤R81/f≤-10；

10≤R82/f≤25；-100≤R91/f≤-10；5≤R92/f≤100；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述R100为所述反射镜的中心球面半径；

所述R11为所述第一透镜的出光面的中心球面半径；所述R12为所述第一透镜的入光面的中心球面半径；

所述R21为所述第二透镜的出光面的中心球面半径；所述R22为所述第二透镜的入光面的中心球面半径；

所述R31为所述第三透镜的出光面的中心球面半径；所述R32为所述第三透镜的入光面的中心球面半径；

所述R41为所述第四透镜的出光面的中心球面半径；所述R42为所述第四透镜的入光面的中心球面半径；

所述R51为所述第五透镜的出光面的中心球面半径；所述R52为所述第五透镜的入光面的中心球面半径；

所述R61为所述第六透镜的出光面的中心球面半径；所述R62为所述第六透镜的入光面的中心球面半径；

所述R71为所述第七透镜的出光面的中心球面半径；所述R72为所述第七透镜的入光面的中心球面半径；

所述R81为所述第八透镜的出光面的中心球面半径；所述R82为所述第八透镜的入光面的中心球面半径；

所述R91为所述第九透镜的出光面的中心球面半径；所述R92为所述第九透镜的入光面的中心球面半径。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

-0.5≤D1/f≤-1.6；-1.5≤D2/f≤-0.5；-1.5≤D3/f≤-0.5；-1.5≤D4/f≤-0.5；

-1.0≤D5/f≤-0.5；-5.0≤D6/f≤-0.5；-1.0≤D7/f≤-0.5；-4.0≤D8/f≤-0.5；-1.0≤D9/f≤-0.5；

其中，所述D1至D9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的中心厚度。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

Nd1＞1.5；Nd2＞1.5；Nd3＞1.5；Nd4＞1.5；Nd5＜1.92；Nd6＞1.5；

Nd7＜1.92；Nd8＞1.5；Nd9＞1.5；

其中，所述Nd1至Nd9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的折射率。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

Vd1＜60.0；Vd2＜82.0；Vd3＜82.0；Vd4＜82.0；Vd5＜50.0；Vd6＜82.0；

Vd7＜50.0；Vd8＜82.0；Vd9＜82.0；

其中，所述Vd1至Vd9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的色散系数。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

-30≤f1/f≤-10；-60≤f2/f≤-30；-5≤f3/f≤-1；-50≤f4/f≤-40；30≤f5/f≤70；-25≤f6/f≤-10；

-30≤f7/f≤-15；10≤f8/f≤30；5≤f9/f≤30；

其中，所述f为所述光学系统的焦距，所述f1至f9为所述第一透镜、所述第二透镜、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、所述第九透镜的焦距。

7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括光阑、平板玻璃以及棱镜，

所述光阑设于所述第一镜组与所述第二镜组之间；

所述平板玻璃设于所述显示单元与所述第九透镜之间；

所述棱镜设于所述平板玻璃与所述显示单元之间。

8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

-50≤L100/f≤-20；-30≤L1/f≤-10；-10≤L2/f≤-4；-20≤L3/f≤0；-10≤L4/f≤-3；

-10≤L5/f≤-2；-0.6≤L6/f≤0；L7＝0；-0.05≤L8/f≤-2；-2≤L9/f≤-0.05；-3≤L10/f≤-1；

-3.0L11/f≤-0.5；-1.5≤L12/f≤-0.5；

其中，

所述L100为所述反射镜与所述第一透镜的出光面的距离；

所述L1为所述第一透镜的入光面与所述第二透镜的出光面的距离；

所述L2为所述第二透镜的入光面与所述第三透镜的出光面的距离；

所述L3为所述第三透镜的入光面与所述第四透镜的出光面的距离；

所述L4为所述第四透镜的入光面与所述光阑的距离；

所述L5为所述光阑与所述第五透镜的出光面的距离；

所述L6为所述第五透镜的入光面与所述第六透镜的出光面的距离；

所述L7为所述第六透镜的入光面与所述第七透镜的出光面的距离；

所述L8为所述第七透镜的入光面与所述第八透镜的出光面的距离；

所述L9为所述第八透镜的入光面与所述第九透镜的出光面的距离；

所述L10为所述第九透镜的入光面与所述平板玻璃的出光面的距离；

所述L11为所述平板玻璃的入光面与所述棱镜的出光面的距离；

所述L12为所述棱镜的入光面与所述显示单元的出光面的距离。

9.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：

Nd10＞1.5；Vd10＜82.0；-15≤D11/f≤-5；Nd11＞1.6；Vd411＜60.0；

其中，

所述Nd10为所述平板玻璃的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃的色散系数；

所述D10为所述棱镜的中心厚度，所述Nd10为所述平板玻璃的折射率，所述Vd10为所述平板玻璃的色散系数。

10.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括壳体与如权利要求1-9任一项所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。

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