CN111880362B - 一种大尺寸投影的投影镜头及使用其的投影系统 - Google Patents

一种大尺寸投影的投影镜头及使用其的投影系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种大尺寸投影的投影镜头，包括至少两片共轴的镜片，所述投影镜头的焦距f为130mm～150mm。本发明还提供了一种投影系统，采用本发明的投影镜头和投影系统，可以实现大尺寸的投影显示，且成本较低，便于携带。

Description

一种大尺寸投影的投影镜头及使用其的投影系统
技术领域
本发明涉及一种投影技术，特别是指一种大尺寸投影的投影镜头及使用其的投影系统。
背景技术
随着显示设备的多样化发展，便携且可移动性强的微型投影设备正逐渐代替电视等传统的显示设备，成为普通消费者的首选。但是，目前市场上的微型投影设备为了实现便携的效果，多采用微型OLED或者LCOS显示屏，采用这种显示屏，放大倍数过大时，会导致画面存在颗粒感。成像效果好的微型投影设备价格极为昂贵，所以，一款经济实用，成像效果好且放大倍数较大的微型投影设备是目前市场上所急需的。
发明内容
针对上述问题，本发明实施例提供一种大尺寸投影的投影镜头及使用其的投影系统，可以在控制成本的同时，实现投影画面的大尺寸显示并不降低显示效果。
一种投影镜头，包括至少两片共轴的镜片，所述投影镜头的焦距f为130mm～150mm。
进一步的，所述镜片中有一片镜片为非球面。
进一步的，所述投影镜头包含6片镜片，其中远离显示屏一侧起，第五片镜片为非球面，其焦距f5为75mm～100mm。
本发明还提供了一种投影系统，包括如权利要求1至3任一所述的
投影镜头、显示屏以及照明部分；其中，所述显示屏为尺寸范围在3.0英寸～5.5英寸的LCD显示屏，将要显示的画面通过投影镜头进行投影显示；
照明部分用于向LCD显示屏提供背光。
进一步的，所述透镜阵列中子透镜数量为35片～300片。
进一步的，所述照明部分包括菲涅尔透镜、透镜阵列以及LED阵列；其中，菲涅尔透镜与投影镜头中的镜片共轴；透镜阵列中的子透镜按照预定阵列排列；LED阵列中的子LED位于子透镜的中心，与子透镜一一对应。
进一步的，所述子LED的亮度范围为80流明～200流明，发光角范围为30度～100度。
进一步的，所述菲涅尔透镜的焦距为-235mm～245mm。
进一步的，菲涅尔透镜与透镜阵列之间的距离为3mm～9mm。
进一步的，透镜阵列与LED阵列之间的距离范围为2mm～8.5mm。
采用本发明所述的投影镜头及投影系统，可适用于大尺寸的LCD显示屏，放大显示倍数，配合投影镜头，在提高放大率的同时，不会降低显示画面的质量。同时，采用本发明中所述的照明部分，为显示屏提供补充背光，可使本发明所述的投影系统在正常的环境光中使用。LCD显示屏成本相对较低，本发明所述的投影系统，在实现便携式、放大显示画面、保证显示质量的同时，可以有效的控制投影系统的成本。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。
图1为本发明实施例中投影镜头的组成示意图；
图2为本发明实施例中投影系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中照明部分的结构示意图；
图4(a)、图4(b)为本发明实施例中透镜阵列的阵列结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
图1为本发明公开的实施例中用于大尺寸投影的投影镜头的示意图。本发明提供的投影镜头包含至少两片共轴的镜片，所述投影镜头的焦距f为130mm～150mm，为了便于加工，降低成本，优选的，投影镜头中的一片镜片的面型为非球面，其余镜片的面型为球面，本领域技术人员可以理解的，采用其他的面型诸如自由曲面等，也属于本发明的保护范围。
如图1所示的，本发明所提供的典型的实施例中，所述投影镜头包含6片镜片，为方便描述，从投影侧到显示屏的逆光路方向，即远离显示屏的一侧镜片起，第一片镜片P1为球面镜，具有负焦距的弯月型镜片，其凹面朝向孔径光阑，P1的焦距f1为-3000mm～-800mm，厚度d1为4.5mm～7.2mm，孔径范围为65mm～85mm，所用材料折射率范围为1.47～1.62。第二片镜片P2为球面镜，具有负焦距的弯月型镜片，凹面朝向孔径光阑，焦距f2的范围为-250mm～-90mm，厚度d2为5.8mm～7.6mm，孔径范围为65mm～75mm，材料折射率范围为1.67～1.81；第三片镜片P3为球面镜，具有负焦距的双凹镜片，曲率较小的一面朝向孔径光阑，焦距f3范围为-230mm～-150mm，厚度d3为1.8mm～3.1mm，孔径范围为65mm～70mm，材料折射率范围为1.70～1.80；第四片镜片P4为球面镜，具有正焦距的弯月镜片，其凹面朝向孔径光阑，焦距f4范围为200mm～250mm，厚度d4为4.5mm～6.5mm，材料折射率范围为1.80～1.90；为提高像质，第五片镜片P5为非球面镜片，具有正焦距的双凸镜片，曲率较大的一面朝向孔径光阑，焦距f5范围为75mm～100mm，厚度d5为15mm～20mm，孔径范围为65mm～75mm，材料折射率为1.80～1.90。所述第五片镜片P5的非球面符合非球面方程：
Figure GDA0003827109770000031
其中，k为二次曲线系数，c为顶点曲率，Ai为各阶非球面系数。
P5的前表面，即靠近光阑的表面的非球面参数如表1所示：
表1
非球面系数 最小值 最大值
A1 -0.58 -0.49
A2 -1.96e-007 -1.94e-007
A3 2.0e-010 2.1e-010
A4 -2.9e-013 -2.7e-013
A5 -4.26e-018 -4.16e-018
A6 3.78e-019 3.85e-019
A7 -1.99e-022 -1.86e-022
A8 -1.33e-025 -1.25e-025
A9 1.27e-028 1.29e-028
A10 -2.40e-032 -2.35e-032
P5的后表面，即远离光阑的表面的非球面参数如表2所示：
表2
非球面系数 最小值 最大值
A1 -0.50 -0.45
A2 -6.26e-008 -6.21e-008
A3 -8.04e-011 -7.94e-011
A4 2.08e-013 2.12e-013
A5 -3.15e-016 -3.11e-016
A6 5.30e-019 5.34e-019
A7 -7.60e-022 -7.53e-022
A8 5.93e-025 5.98e-025
A9 -2.02e-028 -1.98e-028
A10 1.91e-032 1.97e-032
第六片镜片P6为球面镜，具有负焦距的弯月型镜片，其凹面朝向孔径光阑，焦距f6范围为-200mm～-150mm，厚度d6范围为1.9mm～3.3mm，孔径范围为65mm～80mm，材料折射率为1.60～1.75。
为实现投影画面大，便于携带的目的，配合上述的投影镜头，本发明还提供了一种基于上述投影镜头的投影系统，如图2所述，具体包括，如上所述的投影镜头201，显示屏202以及照明部分203。
为降低成本，实现大尺寸的投影，显示屏202为LCD显示屏，尺寸大小在3.0英寸至5.5英寸之间，然而，本领域技术人员可以理解的，相同尺寸的其他类型的显示屏同样能够用于本发明的技术方案，在本发明的保护范围之内。为了弥补LCD显示屏亮度的不足，照明部分203为显示屏202提供背光，如图3所示的，包括菲涅尔透镜2031、透镜阵列2032和LED阵列2033。其中，菲涅尔透镜2031的面型为二次曲面，曲率半径为120mm～130mm，二次曲线参数为-0.85～1.12，焦距为-235mm～245mm。其与透镜阵列2032之间的距离范围为3mm～9mm，透镜阵列2032与LED阵列2033之间的距离范围为2mm～8.5mm。透镜阵列由结构相同的子透镜构成，LED阵列由结构相同的子LED构成，所述子LED位于子透镜的中心，与子透镜一一对应。子透镜的排布根据需要设定，子透镜的数量越多，与之对应的子LED的数量也随之增多，相应的，照明度也就越高，在本发明所述的方案中，优选的，透镜阵列2032中子透镜的数量为35片～300片，在此范围内，为进一步节省空间，采用如图4(a)的方形排列，或者图4(b)所示的棱形排列方式，本领域技术人员可以理解的，在本发明子透镜数量范围内的其他排列方式，仍在本发明的保护范围之内。为达到本发明中的照度需求，子LED的亮度范围为80流明～200流明，发光角范围为30度～100度。
透镜阵列2032中子透镜焦距范围为6mm～9mm，孔径范围为直径5mm～15mm，本发明中子透镜为非球面透镜，具有正焦距的弯月型镜片，其凸面朝向孔径光阑，所述子透镜前表面，即靠近光阑的表面的非球面参数如表3所示：
表3
Figure GDA0003827109770000051
Figure GDA0003827109770000061
所述子透镜的后表面，即远离光阑的表面的非球面参数如表4所示：
表4
非球面系数 最小值 最大值
A1 -10.0 -9.76
A2 -0.0129 -0.0115
A3 0.00186 0.00193
A4 -0.000141 -0.000132
A5 5.64e-006 5.69e-006
A6 -8.30e-008 -8.22e-008
A7 -1.814e-009 -1.791e-009
A8 9.104e-011 9.151e-011
A9 -1.30e-012 -1.27e-012
A10 6.29e-015 6.33e-015
采用本发明所示的投影系统，LED阵列2033为本发明的投影系统提供补充光源，其所发出的光经过透镜阵列2032对补充光源进行整形，初步提高补充光源的平行度。然后经由菲涅尔透镜2031使补充光源变为近似平行光，为LCD显示屏补充背光亮度，使其可以满足整个投影系统的亮度需求。最后经由投影镜头201把LCD显示屏上的高亮度图像进行投影。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适用于LCD显示屏的大尺寸投影的投影镜头，包括6片镜片，其特征在于，所述6片镜片中仅有一片镜片为非球面，其他镜片为球面镜，从远离显示屏的一侧镜片起：
第一片镜片P1具有负焦距的弯月型镜片，其凹面朝向孔径光阑；第二片镜片P2具有负焦距的弯月型镜片，凹面朝向孔径光阑；第二片镜片后为孔径光阑；第三片镜片P3为具有负焦距的双凹镜片，曲率较小的一面朝向在镜片P3前的孔径光阑；第四片镜片P4为具有正焦距的弯月镜片，其凹面朝向孔径光阑；第五片镜片P5为非球面镜片，具有正焦距的双凸镜片，曲率较大的一面朝向孔径光阑；第六片镜片P6为具有负焦距的弯月型镜片；所述投影镜头的焦距f为130mm~150mm。
2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头第五片镜片的焦距f5为75mm~100mm，厚度d5为15mm~20mm。
3.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的投影镜头、LCD显示屏以及照明部分；其中，所述显示屏为尺寸范围在3.0英寸~5.5英寸，将要显示的画面通过投影镜头进行投影显示；
照明部分用于向LCD显示屏提供补充背光。
4.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述照明部分包括
菲涅尔透镜、透镜阵列以及LED阵列；其中，
菲涅尔透镜为二次曲面的透镜，与投影镜头中的镜片共轴；
透镜阵列中的子透镜按照预定阵列排列；LED阵列中的子LED位于子透镜的中心，与子透镜一一对应。
5.根据权利要求4所述的投影系统，其特征在于，所述透镜阵列中子
透镜数量为35片~300片。
6.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述透镜阵列中子
透镜的焦距范围为6mm~-9mm。
7.根据权利要求6所述的投影系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜的
焦距为-235mm~245mm。
8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，菲涅尔透镜与透镜阵列之间的距离为3mm~9mm。
9.根据权利要求7或8所述的投影系统，其特征在于，透镜阵列与LED阵列之间的距离范围为2mm~8.5mm。
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