CN111596512A - 投影镜头和投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影镜头和投影设备，投影镜头从物方到像方顺序包括空间光调制器、第一透镜组、光阑和第二透镜组，空间光调制器调制的投影信号光依次经过第一透镜组、光阑和第二透镜组后输出至投影面进行投影；其中，在靠近像方的方向上，第二透镜组最靠外的透镜为塑料透镜，第二透镜组的其余透镜和第一透镜组的所有透镜的材质的热形变率小于塑料透镜的热形变率。上述方案解决投影镜头的画面解析度容易受到温度影响的技术问题。

Description

投影镜头和投影设备

技术领域

本发明涉及投影成像的技术领域，特别涉及投影镜头和投影设备。

背景技术

随着微型投影技术逐步普及的前提下，由于其体积较小，挪动方便，且对应用的场合要求较低，使得其能应用的领域越来越多，随着微型投影技术的发展，对投影镜头的要求也越来越高，但是由于造价的影响，一般微型投影镜头都会采用数量不等的塑料透镜，而塑料透镜却很容易受到温度影响，从而导致画面解析度下降。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种投影镜头，旨在解决投影镜头的画面解析度容易受到温度影响的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种投影镜头，所述投影镜头从物方到像方顺序包括：

空间光调制器、第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述空间光调制器调制的投影信号光依次经过所述第一透镜组、所述光阑和所述第二透镜组后输出至投影面进行投影；其中，

在靠近像方的方向上，所述第二透镜组最靠外的透镜为塑料透镜，所述第二透镜组的其余透镜和所述第一透镜组的所有透镜的材质的热形变率小于所述塑料透镜的热形变率。

可选地，所述第二透镜组的其余透镜和所述第一透镜组的所有透镜的材质均为玻璃材质。

可选地，所述投影镜头还包括振动器件，所述振动器件设于所述第一透镜组和所述空间光调制器之间，所述振动器件，具有振动模式和常规模式，所述投影镜头处于振动模式下的分辨率为所述投影镜头处于常规模式下的分辨率的两倍。

可选地，所述投影镜头还包括棱镜，所述棱镜设于所述第一透镜组和所述空间光调制器之间。

可选地，所述空间光调制器为数字微反射镜芯片。

可选地，所述数字微反射镜芯片上设置有保护玻璃。

可选的，所述保护玻璃的厚度为1.1mm。

可选地，所述第二透镜组从像方到物方顺序包括：

所述塑料透镜，为正弯月透镜；

第二透镜，为负弯月透镜；

第三透镜，为负弯月透镜；

第四透镜，为正弯月透镜；

第五透镜，为平凸透镜。

可选地，所述第一透镜组从像方到物方顺序包括：

第六透镜，为凸透镜；

第七透镜，为凹透镜；

第八透镜，为凸透镜；

第九透镜，为等凸透镜；

第十透镜，为凸透镜。

可选地，所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜构成三合胶透镜。

为实现上述目的，本发明还提出一种投影设备，包括如上所述的投影镜头。

本发明的技术方案投影镜头从物方到像方顺序包括空间光调制器、第一透镜组、光阑、第二透镜组，第二透镜组远离所述光阑一侧的透镜为塑料透镜。所述空间光调制器调制的投影信号光依次经过所述第一透镜组、所述光阑和所述第二透镜组后输出至投影面进行投影，其中在靠近像方的方向上，所述第二透镜组最靠外的透镜为塑料透镜，所述第二透镜组的其余透镜和所述第一透镜组的所有透镜的材质的热形变率小于所述塑料透镜的热形变率。本发明的技术方案通过将投影镜头中的塑料透镜减少至一个，并且将塑料透镜最大程度上远离入射光设置，从而可以减少日常使用中入射光对塑料透镜的画面解析度的影响，延长整体的投影镜头的寿命。

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为本发明投影镜头的结构示意图；

图2为本发明投影镜头的光路示意图；

图3为本发明投影镜头的结构参数图；

图4为本发明投影镜头的各视场芯片面传递函数图；

图5为本发明投影镜头的芯片面的光线点列图；

图6为本发明投影镜头的场曲与畸变图；

图7为本发明智能功率模块的垂轴色差图。

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，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。

本发明提出一种投影镜头，旨在解决投影镜头的画面解析度容易受到温度影响的技术问题。

在一实施例中，如图1、2所示，投影镜头从物方到像方顺序包括空间光调制器40、第一透镜组30、光阑20、第二透镜组10，第二透镜组10远离光阑20一侧的透镜为塑料透镜101。

其中，空间光调制器40调制的投影信号光依次经过第一透镜组30、光阑20和第二透镜组10后输出至投影面进行投影。在靠近像方的方向上，第二透镜组10最靠外的透镜为塑料透镜，第二透镜组10的其余透镜和第一透镜组30的所有透镜的材质的热形变率小于塑料透镜101的热形变率。本发明的技术方案通过将投影镜头的塑料透镜101减少至一个，并且将塑料透镜101最大程度上远离空间光调制器以及物方入射光设置，由于空间光调制器在工作过程中产生热量，使得投影镜头中的塑料透镜容易受到高温的影响产生形变。此时，将塑料透镜101最大程度上远离空间光调制器以及物方入射光设置后，从而可以减少日常使用中空间光调制器以及物方入射光等投影镜头本身的热源对塑料透镜101的画面解析度的影响，使得塑料透镜101的畸变率低于1％，延长整体的投影镜头的寿命。

其中，为了进一步避免高温对投影镜头的影响，减小热漂效应，第二透镜组10的其余透镜和所述第一透镜组30的所有透镜的材质均为玻璃材质。由于在同等温度下，玻璃材质的受热畸变率远远低于塑料材质，从而可以最大程度上避免高温对投影镜头的影响。

在一实施例中，如图1所示，投影镜头还包括振动器件50，振动器件50设于第一透镜组30和空间光调制器40之间。

振动器件50，具有振动模式和常规模式，投影镜头处于振动模式下的分辨率为投影镜头处于常规模式下的分辨率的两倍。从而在增加振动器件50之后可以通过更改振动器件50的模式去改变投影镜头的分辨率，实现一个镜头多种功能的复用，节约用户购置投影镜头的成本。

在一实施例中，振动器件50可以为扩展像素分辨率移束器XPR-25。

在常规模式下，振动器件50为普通玻璃器件，光经由其中透过不会发生折射，从而不会导致初始像素点偏移，在振动模式下，振动器件50被施以驱动电压发生高频振动，使得经由振动器件50的光脉冲信号发生偏折，将振动频率进行控制，由于人眼视觉暂留效应，使得光脉冲信号到达人眼的时候可以将一个像素扩展为两个像素，从而实现投影镜头的分辨率增加。

在一实施例中，如图1所示，投影镜头还包括棱镜60，棱镜60设于第一透镜组30和空间光调制器40之间。

其中，棱镜60可以将光脉冲信号的三色图像组合成一个图像。

在一实施例中，棱镜60为直角棱镜60。

在一实施例中，空间光调制器40为数字微反射镜芯片。

其中，数字微反射镜芯片(DMD)，是一种由多个高速数字式光反射开光组成的阵列。DMD是由许多小型铝制反射镜面构成的，透镜的多少由显示分辨率决定，一个小透镜对应一个像素。相对于TFT-LCD(液晶)的透射率低、对比度小，DMD的反射率高，对比度大。将物体成像于DMD器件上，通过DMD器件的像素级可控特性及其高速的翻转频率，再将每个像点依次扫描到探测器上，能实现白天对可见光条件下物体的高速被动式点扫描成像。加入适当光源还可实现主动式扫描成像。

在一实施例中，如图1所示，数字微反射镜芯片和棱镜60之间还设置有盖玻片70。

在一实施例中，第二透镜组10从像方到物方顺序包括：塑料透镜101为正弯月透镜，具有具正光焦度。第二透镜102为负弯月透镜。第三透镜103为负弯月透镜。第四透镜104为正弯月透镜。第五透镜105为平凸透镜。

在一实施例中，塑料透镜101的折射率在1.45-1.55之间，第二透镜102的折射率在1.55-1.65之间，第三透镜103的折射率在1.75-1.85之间，第四透镜104的折射率在1.85-1.95之间，第五透镜105的折射率在1.80-1.90之间。

在一实施例中，为了进一步增强投影镜头的放大功能，第一透镜组30从像方到物方顺序包括：

第六透镜306为凸透镜，第七透镜307为凹透镜。第八透镜308为凸透镜。第九透镜309为等凸透镜。第十透镜310为凸透镜，玻璃非球面。

在一实施例中，第六透镜306的折射率在1.65-1.75之间，第七透镜307的折射率在1.80-1.90之间，第八透镜308的折射率在1.45-1.55之间，第九透镜309的折射率在17.5-18.5之间。

在一实施例中，为了进一步优化投影镜头的性能，塑料透镜101和第二透镜102的间距在1.90mm-1.95mm之间，第二透镜102和第三透镜103的间距在10.55mm-10.60mm之间，第三透镜103和第四透镜104的间距在4.85mm-4.90mm之间，第四透镜104和第五透镜105的间距在3.130mm-3.135mm之间，第五透镜105和光阑20的间距在13.45mm-13.50mm之间，光阑20和第六透镜306的间距在2.8mm-3.0mm之间，第八透镜308和第九透镜309的间距在1.45mm-1.55mm之间，第八透镜308和第九透镜309的间距在1.45mm-1.55mm之间，第九透镜309和塑料透镜101的间距在1.45mm-1.55mm之间，塑料透镜101和棱镜60的间距在4.5mm-5.5mm之间，棱镜60和盖玻片70之间的间距在0.55mm-0.65mm之间，盖玻片70和数字微反射镜芯片之间的间距在0.305mm-0.310mm之间。

为了更加充分的说明在本方案之下进行投影镜头设计的优越性，参考图3，给出一组镜头的参数表，在此数据下，测得如图4所示的投影镜头的各视场芯片面传递函数，此时，投影设备的投影距离为1600mm，投影屏幕60寸为判断情况，以投影角度为视场取样间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值，MTF＞0.5@all field。然后测得如图5所示的投影镜头芯片面的光线点列图，此时，0-0.7视场点列图均方根半径小于像素5.4um，边缘视场5.574um。然后，测得如图6所示的投影镜头的场曲与畸变图以及如图7所示的投影镜头的垂轴色差图。综合上述示意图，在图3结构参数下的投影镜头，不仅实现了减少日常使用中入射光对塑料透镜101的画面解析度的影响，使得塑料透镜101的畸变率低于1％，延长整体的投影镜头的寿命。还使得投影镜头的结构紧凑，其投射比可以达到1.2，光圈达到FNO1.7，极大程度上满足了对亮度的要求，且其像方远心光路在1°内，具备较大的视场角。

在一实施例中，为了保护数字微反射镜芯片的同时还不影响其正常功能，数字微反射镜芯片上设置有保护玻璃。可选地，保护玻璃的厚度为1.1mm，当然，于其他实施例中，保护玻璃的厚度还可以采用其他数值。

在一实施例中，为了进一步纠正投影镜头的色偏现象，减小色差，第六透镜306、第七透镜307以及第八透镜308构成三合胶透镜。

为实现上述目的，本发明还提出一种投影设备，包括如上所述的投影镜头。

值得注意的是，因为本发明投影设备包含了上述投影镜头的全部实施例，因此本发明投影设备具有上述投影镜头的所有有益效果，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，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，所述投影镜头从物方到像方顺序包括：空间光调制器、第一透镜组、光阑和第二透镜组，所述空间光调制器调制的投影信号光依次经过所述第一透镜组、所述光阑和所述第二透镜组后输出至投影面进行投影；其中，

在靠近像方的方向上，所述第二透镜组最靠外的透镜为塑料透镜，所述第二透镜组的其余透镜和所述第一透镜组的所有透镜的材质的热形变率小于所述塑料透镜的热形变率。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜组的其余透镜和所述第一透镜组的所有透镜的材质均为玻璃材质。

3.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振动器件，所述振动器件设于所述第一透镜组和所述空间光调制器之间，所述振动器件，具有振动模式和常规模式，所述投影镜头处于振动模式下的分辨率为所述投影镜头处于常规模式下的分辨率的两倍。

4.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，所述棱镜设于所述第一透镜组和所述空间光调制器之间。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述空间光调制器为数字微反射镜芯片。

6.如权利要求5所述的投影镜头，其特征在于，所述数字微反射镜芯片上设置有保护玻璃。

7.如权利要求1至6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜组从像方到物方顺序包括：

所述塑料透镜，为正弯月透镜；

第二透镜，为负弯月透镜；

第三透镜，为负弯月透镜；

第四透镜，为正弯月透镜；

第五透镜，为平凸透镜。

8.如权利要求1至6任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组从像方到物方顺序包括：

第六透镜，为凸透镜；

第七透镜，为凹透镜；

第八透镜，为凸透镜；

第九透镜，为等凸透镜；

第十透镜，为凸透镜。

9.如权利要求8所述的投影镜头，其特征在于，所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜构成三合胶透镜。

10.一种投影设备，其特征在于，包括如1-9任一项所述的投影镜头。

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