CN112444932B - 投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪，属于投影领域。该投影镜头包括：依次排布且共光轴的第一镜组、第二镜组和第三镜组，第二镜组包括n个镜片，1≤n≤5；n个镜片均被配置为与其所在的投影仪中的驱动组件连接，并在驱动组件的控制下沿第二镜组的光轴移动，以改变投影镜头的像距。本发明能够简化投影镜头的调焦过程。本发明用于投影镜头的调焦。

Description

投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪

技术领域

本发明涉及投影领域，特别涉及一种投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪。

背景技术

激光显示投影技术是目前市场上一种新型的显示投影技术。目前应用该技术的激光投影仪能够实现自动调焦的功能，能够实现自动调焦功能的激光投影仪也称自动调焦投影仪。其中，调焦指的是通过调节投影仪的焦点的位置以调节投影仪的像距。

调焦投影仪包括驱动组件和投影镜头，投影镜头包括用于调焦的调焦镜组。当投影镜头向屏幕投影，且投影镜头与屏幕的距离改变时，驱动组件能够根据预先配置的距离与像距的对应关系，控制调焦镜组中的每个调焦镜片沿调焦镜组的光轴移动。

但是目前的调焦投影仪的调焦镜组中的镜片个数较多，通常镜片个数大于六，且通常该调焦镜组的两个调焦镜片之间设置有非调焦镜片。这样导致调焦过程中驱动组件需要控制的镜片数量较多，且需要控制间隔设置的调焦镜片移动，从而导致调焦过程较为复杂。

发明内容

本发明提供了一种投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪，可以简化投影镜头的调焦过程，所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种投影镜头，所述投影镜头包括：依次排布且共光轴的第一镜组、第二镜组和第三镜组，所述第二镜组包括n个镜片，1≤n≤5；

所述n个镜片均被配置为与其所在的投影仪中的驱动组件连接，并在所述驱动组件的控制下沿所述第二镜组的光轴移动，以改变所述投影镜头的像距。

第二方面，提供了一种投影镜头的调焦方法，应用于投影仪中的驱动组件，所述投影镜头为第一方面任一所述的投影镜头，所述驱动组件与所述第二镜组中的n个镜片均连接，所述方法包括：

控制所述n个镜片沿所述第二镜组的光轴移动，以改变所述投影镜头的像距。

第三方面，提供了一种投影镜头的调焦装置，所述投影镜头的调焦装置包括用于执行第二方面任一所述的投影镜头的调焦方法的各个模块。

第四方面，提供了一种投影镜头的调焦装置，包括：处理器；以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；

其中，所述处理器在运行所述可执行指令时，能够实现第二方面任一所述的投影镜头的调焦方法。

第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令；

当所述指令在处理组件上运行时，使得所述处理组件执行第二方面任一所述的投影镜头的调焦方法。

第六方面，提供了一种投影仪，所述投影仪包括：驱动组件以及第一方面任一所述的投影镜头；

所述驱动组件与所述第二镜组中的每个镜片连接，且被配置为控制所述每个镜片沿所述第二镜组的光轴移动。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供的投影镜头、投影镜头的调焦方法及装置、投影仪，投影镜头中的第二镜组最多包括五个镜片，且第二镜组中的每个镜片均能够在驱动组件的控制下沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。使得驱动组件需要控制的镜片数量较少，且使得驱动组件无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种投影仪的应用环境示意图；

图2为本发明实施例提供的一种投影镜头的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种画面尺寸为100寸的投影镜头的成像光路示意图；

图4为本发明实施例的一种画面尺寸为90寸时投影镜头的成像光路示意图；

图5为本发明实施例的一种画面尺寸为120寸时投影镜头的成像光路示意图；

图6为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时的成像对比模拟界面示意图；

图7为本发明实施例提供一种投影镜头在画面尺寸为90寸时的成像对比模拟界面示意图；

图8为本发明实施例提供的投影镜头在画面尺寸为120寸时的成像对比模拟界面示意图；

图9为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图10为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图11为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图12为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图13为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图14为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图15为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图16为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图17为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图18为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图19为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图20为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图21为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图22为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图23为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图24为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图25为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图26为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图27为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图28为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图29为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图30为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图31为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图32为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图33为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图34为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图35为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图36为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图37为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图38为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图39为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图40为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图41为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图42为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图43为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图44为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图45为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图46为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图47为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图48为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图49为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图50为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图51为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图52为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图53为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图54为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图55为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图56为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图57为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图58为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时弧矢光扇面上的图像综合误差图；

图59为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图60为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图61为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图62为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图63为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图64为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图65为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图66为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图67为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图68为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时子午光扇面上的图像综合误差图；

图69为本发明实施例提供的一种投影镜头的调焦方法的流程图；

图70为本发明实施例提供的一种投影镜头的调焦装置的框图；

图71为本发明实施例提供的另一种投影镜头的调焦装置的框图；

图72为本发明实施例提供的一种投影仪中的影像光束走向示意图；

图73为本发明实施例提供的一种投影仪的成像光路的原理示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种投影仪的应用环境示意图，参见图1，该应用环境包括投影仪1和屏幕2。该投影仪1可以包括：依次排布的光阀10、全内反射(total internalreflection，TIR)棱镜20以及投影镜头30，该投影镜头30包括沿远离TIR棱镜20方向依次排布的折射系统S1和反射系统S2。

其中，光阀10用于在受到光照时产生影像光束。示例地，该光阀10可以是数字微镜器件(digital micro mirror device，DMD)，该DMD的分辨率可以为2K分辨率(指的是器件的每行像素值达到或接近2000个)、3K分辨率(指的是器件的每行像素值达到或接近3000个)或4K分辨率(指的是器件每行像素值达到或者接近4096个)。

该TIR棱镜20用于将该影像光束反射至投影镜头30中的折射系统S1，以提高进入折射系统S1的影像光束的亮度和对比度。示例的，该TIR棱镜20可以是2个全反射棱镜，还可以是2a个全反射棱镜，a为大于1的整数。

该折射系统S1用于将进入折射系统S1的影像光束折射至反射系统S2中，此时该影像光束在折射系统S1和反射系统S2之间进行第一次成像(即影像光束在折射系统S1和反射系统S2之间形成会聚点)。

在第一次成像后，该反射系统S2用于将折射系统S1输出的影像光束投影到屏幕2上，以在屏幕2上显示大尺寸的投影画面。示例地，该反射系统S2可以对折射系统S1折射的影像光束进行畸变像差校正之后，再将影像光束投影到屏幕上，以在屏幕上显示无畸变的投影画面。

可选地，如图1所示，该投影仪1还可以包括：设置在TIR棱镜20与投影镜头30之间的映像偏移镜组40。该映像偏移镜组40用于对TIR棱镜20反射的影像光束进行偏移处理后，将偏移处理后的影像光束传递至投影镜头，以提高最终反射到投影屏幕上的画面的分辨率。示例地，该映像偏移镜组40可以为板状透明器件，例如平板透明玻璃。在该映像偏移镜组40工作时，可以通过马达等设备驱动映像偏移镜组40进行高频振动，进而实现该影像光束的偏移，通过连续的两幅投影画面对应的影像光束的错位叠加，使得投影画面错位叠加，利用人眼的视觉暂留效果，使得人眼观看到清晰的投影画面，从而提高了投影显示分辨率。

在本发明实施例中，该投影仪1可以为能够实现调焦的投影仪(也称调焦投影仪)，相应地，投影镜头30包括用于调焦的调焦镜组。示例地，如图1所示，该投影仪1还可以包括：驱动组件50。当投影镜头30向屏幕投影，且投影镜头30与屏幕的距离改变时，驱动组件50能够根据预先配置的距离与像距的对应关系，控制调焦镜组中的每个调焦镜片沿调焦镜组的光轴移动。

但是相关技术中，调焦镜组中的镜片个数较多，通常镜片个数大于6片，且通常该调焦镜组的两个调焦镜片之间设置有非调焦镜片。这样导致调焦过程中驱动组件需要控制的镜片数量较多，且需要控制间隔设置的调焦镜片移动，从而导致调焦过程较为复杂。

图2为本发明实施例提供的一种投影镜头的结构示意图，该投影镜头可以应用于图1所示的投影仪1。参见图2，该投影镜头30包括：沿投影镜头所在的投影仪的光阀的出光方向X依次排布且共光轴L的第一镜组301、第二镜组302和第三镜组303，第二镜组302包括n个镜片，1≤n≤5，图2以该第二镜组302包括三个镜片为例进行说明。该n个镜片均被配置为与其所在的投影仪中的驱动组件连接，并在驱动组件的控制下沿第二镜组302的光轴L移动，以改变投影镜头30的像距。其中，投影镜头的像距指的是投影镜头的主平面到投影镜头所投影的屏幕的距离。

综上所述，本发明实施例提供的投影镜头中，第二镜组最多包括五个镜片，且第二镜组中的每个镜片均能够在驱动组件的控制下沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。使得驱动组件需要控制的镜片数量较少，且使得驱动组件无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

需要说明的是：本发明实施例以投影镜头包括第一镜组、第二镜组和第三镜组为例进行说明，实际中，该投影镜头还可以包括其他结构，本发明实施例对此不做限定。

该投影镜头还包括：沿投影镜头所在的投影仪的光阀的出光方向依次排布的第一镜筒3051、第二镜筒3052和第三镜筒3053，上述第一镜组301位于第一镜筒3051中，第二镜组302位于第二镜筒3052中，第三镜组303位于第三镜筒3053中。各个镜组中的镜片只能在其所在的镜筒中进行移动。

可选地，该第二镜组302可以包括3个镜片。示例地，如图2所示，该第二镜组302可以包括沿投影镜头所在的投影仪的光阀的出光方向依次排布的正光焦度的第一球面透镜3021、负光焦度的第二球面透镜3022以及负光焦度的第三球面透镜3023，其中，第一球面透镜3021靠近第一镜组301，第三球面透镜3023靠近第三镜组303。

通常情况下，当投影镜头投影的画面的尺寸可调时，投影镜头的影像光束出射的点与屏幕的垂直距离(也称投影距离)也发生了变化，相应的，投影镜头所投影的画面也会不清晰。为了使得各个尺寸的投影画面均清晰，需要对投影镜头进行调焦。在本发明实施例中，对投影镜头进行调焦时，第一镜组301和第三镜组303保持不动，第二镜组302中的每个镜片在驱动组件的控制下沿第二镜组302的光轴L移动，以改变投影镜头30的像距。

示例地，以投影镜头所投影的画面的尺寸为100寸为基准，当投影距离变大以使画面的尺寸相对于100寸变小时，在调焦的过程中，第一球面透镜3021和第二球面透镜3022沿第二镜组302的光轴L向远离第一镜组301的方向移动，第三球面透镜3023沿第二镜组302的光轴L向靠近第一镜组301的方向移动。当投影距离变小以使画面的尺寸相对于100寸变大时，在调焦的过程中，第一球面透镜3021和第二球面透镜3022沿第二镜组302的光轴L向靠近第一镜组301的方向移动，第三球面透镜3023沿第二镜组302的光轴L向远离第一镜组301的方向移动。

示例地，请参考图3至图5，图3为本发明实施例的一种画面尺寸为100寸时投影镜头的成像光路示意图，图4为本发明实施例的一种画面尺寸为90寸时投影镜头的成像光路示意图，图5为本发明实施例的一种画面尺寸为120寸时投影镜头的成像光路示意图。由图3至图5可以看出，相对于画面尺寸为100寸时的投影镜头，画面尺寸为90寸时的投影镜头中，第一球面透镜3021和第二球面透镜3022沿第二镜组302的光轴L向远离第一镜组301的方向移动，第三球面透镜3023沿第二镜组302的光轴L向靠近第一镜组301的方向移动。画面尺寸为120寸时的投影镜头中，第一球面透镜3021和第二球面透镜3022沿第二镜组302的光轴L向靠近第一镜组301的方向移动，第三球面透镜3023沿第二镜组302的光轴L向远离第一镜组301的方向移动。其中，第一球面透镜3021和第二球面透镜3022的移动距离可以不同。

可选地，该第一镜组301可以包括m个镜片，m为正整数，且6≤m<16。示例地，该第一镜组301可以包括6个镜片，或者7个镜片或者11个镜片。

当该第一镜组301包括11个镜片时，该第一镜组301可以包括2个非球面透镜和9个球面透镜。例如，如图2所示，该第一镜组301包括：依次排布的正光焦度的第四球面透镜3011、正光焦度的第五非球面透镜3012、正光焦度的三胶合球面透镜3013(由三个通过胶粘接的球面透镜组成)、负光焦度的第六球面透镜3014、正光焦度的第七球面透镜3015、负光焦度的第八球面透镜3016、正光焦度的第九非球面透镜3017以及负光焦度的双胶合球面透镜3018(由两个通过胶粘接的球面透镜组成)。其中，第四球面透镜3011远离第二镜组302，双胶合球面透镜3018靠近第二镜组302。

图2示出了第一镜组301包括11个镜片的情况，当该第一镜组301包括6个镜片时，该第一镜组301可以包括1个非球面透镜和5个球面透镜。例如，该第一镜组301可以包括：依次排布的正光焦度的三胶合球面透镜、正光焦度的第四非球面透镜以及负光焦度的双胶合球面透镜，其中，三胶合球面透镜远离第二镜组302，双胶合球面透镜靠近第二镜组302。

当该第一镜组301包括7个镜片时，该第一镜组301可以包括2个非球面透镜和5个球面透镜。例如，该第一镜组301可以包括：依次排布的正光焦度的第四非球面透镜、正光焦度的三胶合球面透镜、正光焦度的第五非球面透镜以及负光焦度的双胶合球面透镜，其中，第四非球面透镜远离第二镜组302，双胶合球面透镜靠近第二镜组302。

如图2所示，上述三胶合球面透镜3013可以包括：沿靠近第二镜组302方向依次排布的正光焦度的第十球面透镜a1、负光焦度的第十一球面透镜a2和正光焦度的第十二球面透镜a3。该双胶合球面透镜3018可以包括：沿靠近第二镜组302方向依次排布的负光焦度的第十三球面透镜a4和正光焦度的第十四球面透镜a5。

该三胶合球面透镜3013和双胶合球面透镜3018主要用于校正投影镜头的色差(包括轴向色差和垂轴色差)，同时对该投影镜头的单色像差(例如球差、慧差、像散、像面弯曲或者畸变)具有一定的校正能力。其中，影像光束依次经过三胶合球面透镜3013和双胶合球面透镜3018，三胶合球面透镜3013在对投影镜头的色差进行校正后，该双胶合球面透镜3018对该投影镜头的剩余色差进行进一步的精确校正。其中，该双胶合球面透镜3018所包括的第十三球面透镜a4的光焦度为负，第十四球面透镜a5的光焦度为正，使得影像光束通过该第十三球面透镜a4产生的正色差和通过该第十四球面透镜a5产生的负色差相互抵消，从而将该影像光束的色差校正为0。需要说明的是，该三胶合球面透镜3013和双胶合球面透镜3018在投影镜头中的位置可以互换，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该第三镜组303可以包括n个镜片，n为正整数，且2<n<5。示例地，该第三镜组303可以包括3个镜片，此时，该第三镜组303可以包括1个非球面透镜和2个球面透镜。例如，如图2所示，该第三镜组303可以包括：依次排布的正光焦度的第十五球面透镜3031、负光焦度的第十六球面透镜3032以及负光焦度的第十七非球面透镜3033。其中，第十五球面透镜3031靠近第二镜组302，第十七非球面透镜3033远离第二镜组302。

通常情况下，投影镜头的镜片通常可以采用玻璃材料制成。但是玻璃材料的价格较高，且在用玻璃材料制成非球面透镜时，加工工艺较为复杂。由于该第十七非球面透镜3033与光阀的距离较远，其口径较大，较为耗材，因此，该第十七非球面透镜3033的材料可以为塑胶，例如480R(一种塑胶类型)。塑胶材料的价格较低，且在用塑胶材料制成非球面透镜时，加工工艺较为简单。示例地，可以采用模压的加工方式用塑胶材料制成非球面透镜。

本发明实施例提供的投影镜头总共包括3个非球面透镜，该3个非球面透镜分别为：第五非球面透镜3012、第九非球面透镜3017以及第十七非球面透镜3033。由于对称非球面透镜的形状规则便于加工制造，特别是旋转对称非球面透镜，更容易加工制造。因此，当该投影镜头中的3个非球面透镜均为旋转对称结构时，能够简化该投影镜头的加工过程，并降低加工成本。

该3个非球面透镜主要用于对投影镜头的像差进行校正。示例地，该第五非球面透镜3012可以用于对投影镜头的彗差、像散以及场曲进行校正。该第九非球面透镜3017可以用于对投影镜头的球差和场曲进行校正。该第十七非球面透镜3033可以用于对投影镜头的像散、场曲和畸变进行校正。其中，畸变会影响投影镜头所投影的画面的形状，彗差、像散、场曲以及球差等均会影响投影镜头所投影的画面的清晰度。该3个非球面透镜能够对彗差、像散、场曲、球差以及畸变进行校正，从而提高了投影镜头投影的画面的显示效果。

可选地，该投影镜头还可以包括：孔径光阑(图2中未示出)，该孔径光阑位于第一镜组301中的任意两个镜片之间。示例地，该孔径光阑位于第一镜组中第六球面透镜3014和第七球面透镜3015之间。该孔径光阑用于限制入射传输光瞳口径，以控制投影镜头中其他结构对投影镜头的像差的校正。

需要说明的是，由于孔径光阑主要用于限制入射传输光瞳口径，其周围能量密度分布较高，则孔径光阑附近的温度较高。因此，为了减小孔径光阑附近温度对镜片的影响，该孔径光阑附近的镜片(例如第六球面透镜3014和第七球面透镜3015)需要选取膨胀系数较小的材料。示例地，该镜片可以选取型号为L-TIM28、L-AM69HE和L-LALB的玻璃材料加工制成，该膨胀系数较小的材料可以减小该镜片的材料因温度变化造成的镜片面型(即R值，也即是该镜片的曲率半径)的变化，从而降低温度漂移对投影镜头的影响。

需要说明的是，本发明实施例提供的投影镜头包括依次排布的折射系统和反射系统，折射系统包括上述第一镜组301、第二镜组302和第三镜组303。如图2所示，该反射系统包括一个正光焦度的非球面反射镜304，该非球面反射镜304与第三镜组303相邻，其用于将第三镜组303折射的影像光束反射到屏幕上以由屏幕进行显示。

投影镜头中，各个透镜的光焦度会直接影响到像散、场曲、畸变、轴向色差以及垂轴色差，因此不同的正负光焦度搭配会对像差校正起到一定作用。本发明实施例提供的投影镜头中，当第一镜组301包括11个镜片时，第一镜组301的光焦度分别为：正、正、正、负、正、负、正、负、正、负、正；当第二镜组303包括3个镜片时，第二镜组302的光焦度分别为：正、负、负；当第三镜组303包括3个镜片时，第三镜组303的光焦度分别为：正、负、负。其中，折射系统的总光焦度为正光焦度，反射系统的总光焦度同样为正光焦度。这样能够保证投影镜头的透镜对像差的校正达到最好的效果。

可选地，本发明实施例所提供的投影镜头能够满足以下至少一个条件：条件1：第一镜组301的有效焦距与投影镜头的有效焦距的比值为a，2≤a≤12。条件2：第二镜组的有效焦距与投影镜头的有效焦距的比值为b，25≤b≤35。条件3：第三镜组的有效焦距与投影镜头的有效焦距的比值为c，25≤c≤35。其中，投影镜头的有效焦距为投影镜头后主像面到近轴像面的距离。每个镜组的有效焦距为：该镜组的后主像面到近轴像面的距离。当投影镜头满足该至少一个条件时，该投影镜头在屏幕上投影的画面的显示效果较好。

可选地，该投影镜头的有效焦距可以为d，且2.359毫米(mm)≤d≤2.370毫米。例如，该投影镜头的有效焦距可以为2.359mm，该投影镜头为超短焦投影镜头。

又一可选地，投影镜头投影的画面的尺寸可以为90寸至120寸，相应的，该投影镜头的投射比可以为e，且0.23≤e≤0.24。例如，该投影镜头的投射比可以为0.24。投影镜头的投射比为投影距离与投影画面的宽度之比，即投影距离/屏幕宽度。投射比反映了该透镜镜头的超短焦特性。超短焦投影镜头与传统的非超短焦投影机相比，其投射比较小(小于1)，因此，该投影镜头可以摆放至与投影屏幕很近的位置，节省了大量的空间，同时避免了需要靠近投影屏幕时对影像光束的遮挡。

需要说明的是，相关技术中，由于用于调焦的调焦镜片的个数较多，且两个调焦镜片之间可能设置有非调焦镜片，因此，多个调焦镜片通常位于投影镜头中的不同位置。这样导致调焦镜片所需要校正的像差较大，从而导致在对投影镜头进行调焦的过程中容易对投影镜头的投影效果造成影响。而本发明实施例中，用于调焦的调焦镜片的个数最大为5，且所有调焦镜片均设置在投影镜头的中间位置。由于影像光束先经过第一镜组301，再经过第二镜组302，因此，该投影镜头的大部分像差由第一镜组301进行校正。这样使得该第二镜组302所需要校正的像差较小，进而使得在对投影镜头进行调焦的过程中对投影镜头成像的效果的影响较小。其仅通过移动3个镜片，即能够实现90寸至120寸画面下4K高分辨率成像。

本发明实施例提供的投影镜头的解像力通常可以为93线对/毫米(lp/mm)(即4K分辨率所要求的解像力)，则投影镜头可以解析4K分辨率的图像，使得投影屏幕可以呈现更高清的图像，提升用户体验。该投影镜头的折射系统的折射系统的总长度为L1(即从图2中第四球面透镜3011靠近光阀的一侧边缘面至第十七非球面透镜3033靠近反射系统的一侧的边缘面的距离)，折射系统和反射系统之间的间距为L2，其中，1.45<L1/L2<1.85，由于该反射系统中的镜片厚度可以忽略不计，因此，该L2可以是该投影镜头总长度减去L1的数值。

由于用于调焦的镜片使用个数的减少，本发明实施例提供的投影镜头所使用的镜片个数为17，使得该投影镜头的长度的长度范围在185mm至197mm之间，例如该投影镜头的长度可以为186mm。而相关技术中能够调焦的投影镜头的镜片个数在20个左右，其长度至少为210mm。可见，本发明实施例提供的能够调焦的投影镜头的最大投影长度也小于相关技术中能够调焦的投影镜头的长度。且该投影镜头中镜片的最大口径为50mm，相关技术中的投影镜头中镜片的最大口径为60mm，其最大口径也比相关技术中的投影镜头的最大口径小。因此，本发明实施例提供的能够调焦的投影镜头的整体体积较小。

请参考图6至图8，图6为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时的成像对比模拟界面示意图，也是投影仪的畸变分析图；图7为本发明实施例提供一种投影镜头在画面尺寸为90寸时的成像对比模拟界面示意图；图8为本发明实施例提供的投影镜头在画面尺寸为120寸时的成像对比模拟界面示意图。参见图6至图8，横线与纵线的交叉点为预成像位置，叉号(×)为实际投影镜头的成像位置，则交叉点与叉号的重合率越高，其成像的畸变值越低，其成像的畸变程度也越低。假设影像光束的波长为0.5500微米(μm)，缩放比为1，如图6所示，当投影画面为100寸(2214×1245mm²)时，在该模拟界面中模拟得到的畸变最大值为-0.1092％。如图7所示，当投影画面为90寸(1992×1120mm²)时，在该模拟界面中模拟得到的畸变最大值为0.3961％。如图8所示，当投影画面为120寸(2656×1494mm²)时，在该模拟界面中模拟得到的畸变最大值为0.6081％。因此，从图6至图8可以看出，该投影镜头的成像的畸变程度较低。

请参考图9至图28，图9至图18为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时在10种不同的视场下归一化后的弧矢光扇面上的图像综合误差图，图19至图28为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为100寸时在10种不同的视场下归一化后的子午光扇面上的图像综合误差图。图9至图28的每幅图用于表示当投影画面为100寸时，在一种视场条件下3种波长光线相对于主波长光线(也即是经过发光点与光阑中心点的光线)在像面上的差值。该3种光线的波长分别为0.45μm、0.55μm和0.62μm。

如图9至图18所示，该弧矢光扇面为经过光瞳X轴的光束剖面。在弧矢光扇面上的图像综合误差图的坐标系中，横轴PX用于表示弧矢光扇面上的光线摄入光瞳的归一化高度，该归一化高度的范围为-1至1。纵轴EX用于表示经过该弧矢光扇面内指定光瞳上的光线入射到像面上时，在像面上的高度与当前视场的主光线在像面上的高度之差，该高度之差的单位为μm。在每幅图中，在EX和PX所在的坐标轴平面内，多条曲线的重合率越高，该投影镜头的色差越小。当曲线越趋近PX轴，该投影镜头的像差越小。

如图19至图28所示，该子午光扇面为经过光瞳Y轴的光束剖面。在子午光扇面上图像综合误差图的坐标系中，横轴PY用于表示子午光扇面上的光线摄入光瞳的归一化高度，该归一化高度的范围为-1至1。纵轴EY用于表示经过该子午光扇面内指定光瞳上的光线入射到像面上，在像面上的高度与该视场的主光线在像面上的高度之差，该高度之差的单位为μm。在每幅图中，在EY和PY所在的坐标轴平面内，多条曲线的重合率越高，该投影镜头的色差越小。当曲线越趋近PY轴，该投影镜头的像差越小。

请参考图29至图68，图29至图38为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时在10种不同的视场下归一化后的弧矢光扇面上的图像综合误差图。图39至图48为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为90寸时在10种不同的视场下归一化后的子午光扇面上的图像综合误差图。图49至图58为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时在10种不同的视场下归一化后的弧矢光扇面上的图像综合误差图。图59至图68为本发明实施例提供的一种投影镜头在画面尺寸为120寸时在10种不同的视场下归一化后的子午光扇面上的图像综合误差图。图29至图38可以参考图9至图18，图39至图48可以参考图19至图28，图49至图58可以参考图9至图18，图59至图68可以参考图19至图28，本发明实施例在此不做赘述。由图9至图68可知，当投影画面为100寸、90寸或者120寸时，在每个视场下的弧矢光扇面上的图像综合误差图和子午光扇面上的图像综合误差图中，多条曲线的重合率均较高，且均较趋近PY轴或PX轴，因此，该投影镜头的色差和像差较小。

综上所述，本发明实施例提供的投影镜头中，第二镜组最多包括三个镜片，且第二镜组中的每个镜片均能够在驱动组件的控制下沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。使得驱动组件需要控制的镜片数量较少，且使得驱动组件无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

进一步的，本发明实施例提供的投影镜头的折射系统包括一个三胶合透镜和一个双胶合透镜，该三胶合透镜和双胶合透镜与其他透镜相互配合，可以使投影镜头同时具有较高的色差和像差的校正能力，可以大大减少常规透镜及镜组合的使用数量，从使得投影镜头在具有较高的解像力的同时，投影镜头整体镜片的数量相应减少，有效缩短投影镜头的长度，利于实现体积小型化的投影镜头。且对于非球面透镜，塑胶材料加工较为容易，价格较低，因此该第十二非球面透镜的材料可以为塑胶，从而能够减少投影镜头的加工成本，并降低投影镜头的加工难度。

本发明实施例提供了一种投影镜头的调焦方法，该方法可以应用于投影仪中的驱动组件，该投影镜头可以为本发明实施例提供的任一投影镜头，驱动组件与该投影镜头的第二镜组中的n个镜片均连接。参见图69，该方法包括：

步骤201、控制n个镜片沿第二镜组的光轴移动，以改变投影镜头的像距。

请参考图2，第二镜组302可以包括沿光阀的出光方向依次排布的第一球面透镜3021、第二球面透镜3022以及第三球面透镜3023。可选地，该投影镜头所在的投影仪靠近屏幕的一端可以设置有距离传感器，该距离传感器用于检测投影镜头与屏幕的距离。驱动组件在控制n个镜片沿第二镜组的光轴移动之前，可以先通过距离传感器确定投影镜头与屏幕的距离变化，再根据投影镜头与屏幕的距离变化情况控制n个镜片沿第二镜组的光轴移动。可选地，该距离传感器也可以设置在投影镜头的其他位置，本发明实施例对此不做限定。

示例地，请参考图2，当驱动组件通过距离传感器确定投影镜头与屏幕的距离变大时，驱动组件可以控制第一球面透镜和第二球面透镜沿第二镜组的光轴，向远离第一镜组的方向移动，以及控制第三球面透镜沿第二镜组的光轴，向靠近第一镜组的方向移动。当驱动组件通过距离传感器确定投影镜头与屏幕的距离变小时，驱动组件可以控制第一球面透镜和第二球面透镜沿第二镜组的光轴，向靠近第一镜组的方向移动，以及控制第三球面透镜沿第二镜组的光轴，向远离第一镜组的方向移动。

综上所述，本发明实施例提供的投影镜头的调焦方法中，驱动组件能够控制第二镜组中的所有镜片沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。由于第二镜组最多包括三个镜片，因此使得驱动组件需要控制的镜片数量较少，且使得驱动组件无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

以上介绍了本发明实施例的投影镜头的调焦方法，以下介绍本发明实施例的投影镜头的调焦装置，本发明实施例的投影镜头的调焦装置可以应用于驱动组件，该驱动组件可以为图1所示的驱动组件10。应理解，应用于驱动组件的投影镜头的调焦装置可以为上述方法中的驱动组件，其具有上述方法中驱动组件的任意功能。

图70为本发明实施例提供的一种投影镜头的调焦装置的框图，该投影镜头的调焦装置300可以应用于图1所示的投影仪1中的驱动组件。参见图70，该装置300包括：

控制模块301，用于控制n个镜片沿第二镜组的光轴移动，以改变投影镜头的像距。

可选地，该控制模块301可以包括控制子模块和物理结构(例如马达)，该物理结构与n个镜片连接，物理结构能够在控制子模块的控制下移动，以带动n个镜片沿第二镜组的光轴移动。

可选地，该第二镜组包括沿光阀的出光方向依次排布的第一球面透镜、第二球面透镜以及第三球面透镜，该控制模块301，用于：

当投影镜头向屏幕投影，且投影镜头与屏幕的距离变大时，控制第一球面透镜和第二球面透镜沿第二镜组的光轴，向远离第一镜组的方向移动，以及控制第三球面透镜沿第二镜组的光轴，向靠近第一镜组的方向移动。

当投影镜头向屏幕投影，且投影镜头与屏幕的距离变小时，控制第一球面透镜和第二球面透镜沿第二镜组的光轴，向靠近第一镜组的方向移动，以及控制第三球面透镜沿第二镜组的光轴，向远离第一镜组的方向移动。

综上所述，本发明实施例提供的投影镜头的调焦装置中，控制模块能够控制第二镜组中的所有镜片沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。由于第二镜组最多包括三个镜片，因此使得控制模块需要控制的镜片数量较少，且使得控制模块无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

图71为本发明实施例提供的一种投影镜头的调焦装置的框图，参见图71，该投影镜头的调焦装置400，包括：处理器401以及用于存储处理器401的可执行指令的存储器402。其中，处理器在运行可执行指令时，能够实现本发明实施例提供的的投影镜头的调焦方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有指令，当指令在处理组件上运行时，使得处理组件执行本发明实施例提供的投影镜头的调焦方法。

本发明实施例提供了一种投影仪，该投影仪1可以参考图1所示的投影仪1，如图1所示，该投影仪1包括：光阀10、TIR棱镜20、投影镜头30、映像偏移镜组40以及驱动组件50。该投影镜头30可以为本发明实施例提供的任一投影镜头。其中，投影镜头30包括第一镜组301、第二镜组302和第三镜组303。光阀10、TIR棱镜20、第一镜组301、第二镜组302和第三镜组303依次排布。驱动组件50与第二镜组302中的每个镜片连接，且被配置为控制每个镜片沿第二镜组302的光轴移动。该投影仪1的具体结构和各个结构的功能可以参考前述图1所示的投影仪1的描述，本发明实施例在此不做赘述。

本发明实施例提供的投影仪1中，折射系统的总长度为L1，折射系统和反射系统之间的间距为L2，光阀10到第一镜组301的第一球面透镜的距离即为投影镜头30的后工作距离，由于后工作距离与后焦距(back focal length，BFL)近似相等，因此，通常将后工作距离也称为BFL，其中，0.3<BFL/L2<0.55，且0.05<BFL/(L1+L2)<0.25，这样能够满足投影镜头超短焦特性。可选地，该投影仪中，光阀像素面相对光轴的偏移量offset满足关系式：132％<offset<150％，该光阀像素面指的是该光阀反射影像光束的平面。

另外，在本发明实施例提供的投影仪中，为了配合投影镜头的小型化，光阀也相应采用小尺寸的型号，使得从光阀出射的光口径减小，投影镜头镜片的光口径也可以减小，从而利于投影镜头体积的小型化。

图72为本发明实施例提供的一种投影仪中的影像光束走向示意图，参见图72，当光阀10受到光照时，该光阀10输出影像光束，该影像光束通过TIR棱镜20后被反射至映像偏移镜组40。进而通过映像偏移镜组40被传递至投影镜头30的折射系统S1。该影像光束通过该折射系统S1后，在一定程度上聚合，进行第一次成像。第一次成像后的影像光束进入投影镜头30的反射系统S2后，反射系统S2将该影像光束反射出去，在屏幕上进行第二次成像，以由屏幕显示大尺寸图像。

图73为本发明实施例提供的一种投影仪的成像光路的原理示意图，参见图73，该影像光束从投影仪1射出后，被反射至屏幕2上，在该屏幕2上显示大尺寸的图像。

综上所述，本发明实施例提供的投影仪中，第二镜组最多包括三个镜片，且驱动组件能够控制第二镜组中的每个镜片沿第二镜组的光轴移动以改变投影镜头的像距。使得驱动组件需要控制的镜片数量较少，且使得驱动组件无需控制间隔设置的镜片移动以改变投影镜头的像距，从而简化了调焦过程。

在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头中镜组的数量为3，所述投影镜头包括：依次排布且共光轴的第一镜组、第二镜组和第三镜组，所述第一镜组由m个镜片组成，6≤m<16；所述第二镜组由n个镜片组成，1≤n≤5；所述第三镜组中镜片的数量大于2且小于5；

所述n个镜片均被配置为与其所在的投影仪中的驱动组件连接，并在所述驱动组件的控制下沿所述第二镜组的光轴移动，以改变所述投影镜头的像距；

所述第一镜组由：沿靠近所述第二镜组的方向依次排布的正光焦度的第四球面透镜、正光焦度的第五非球面透镜、正光焦度的三胶合球面透镜、负光焦度的第六球面透镜、正光焦度的第七球面透镜、负光焦度的第八球面透镜、正光焦度的第九非球面透镜以及负光焦度的双胶合球面透镜组成；其中，所述三胶合球面透镜包括：沿靠近所述第二镜组的方向依次排布的正光焦度的第十球面透镜、负光焦度的第十一球面透镜和正光焦度的第十二球面透镜；所述双胶合球面透镜包括：沿靠近所述第二镜组的方向依次排布的负光焦度的第十三球面透镜和正光焦度的第十四球面透镜；

所述第二镜组由沿光阀的出光方向依次排布的正光焦度的第一球面透镜、负光焦度的第二球面透镜以及负光焦度的第三球面透镜组成，所述第一球面透镜靠近所述第一镜组，所述第三球面透镜靠近所述第三镜组；

所述第三镜组由：沿远离所述第二镜组的方向依次排布的正光焦度的第十五球面透镜、负光焦度的第十六球面透镜以及负光焦度的第十七非球面透镜组成；

所述第一镜组的有效焦距与所述投影镜头的有效焦距的比值为a，2≤a≤12；所述第二镜组的有效焦距与所述投影镜头的有效焦距的比值为b，25≤b≤35；所述第三镜组的有效焦距与所述投影镜头的有效焦距的比值为c，25≤c≤35；所述投影镜头的有效焦距为d，2.359毫米≤d≤2.370毫米；所述投影镜头的投射比为e，0.23≤e≤0.24。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还包括：

沿所述投影镜头所在的投影仪的光阀的出光方向依次排布的第一镜筒、第二镜筒和第三镜筒，所述第一镜组位于所述第一镜筒中，所述第二镜组位于所述第二镜筒中，所述第三镜组位于所述第三镜筒中。

3.一种投影镜头的调焦方法，其特征在于，应用于投影仪中的驱动组件，所述投影镜头为权利要求1或2所述的投影镜头，所述驱动组件与所述第二镜组中的n个镜片均连接，所述方法包括：

控制所述n个镜片沿所述第二镜组的光轴移动，以改变所述投影镜头的像距。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二镜组包括沿所述光阀的出光方向依次排布的第一球面透镜、第二球面透镜以及第三球面透镜，所述控制所述n个镜片沿所述第二镜组的光轴移动，包括：

当所述投影镜头向屏幕投影，且所述投影镜头与所述屏幕的距离变大时，控制所述第一球面透镜和所述第二球面透镜沿所述第二镜组的光轴，向远离所述第一镜组的方向移动，以及控制所述第三球面透镜沿所述第二镜组的光轴，向靠近所述第一镜组的方向移动；

当所述投影镜头向屏幕投影，且所述投影镜头与所述屏幕的距离变小时，控制所述第一球面透镜和所述第二球面透镜沿所述第二镜组的光轴，向靠近所述第一镜组的方向移动，以及控制所述第三球面透镜沿所述第二镜组的光轴，向远离所述第一镜组的方向移动。

5.一种投影镜头的调焦装置，其特征在于，所述投影镜头的调焦装置包括用于执行权利要求3或4所述的投影镜头的调焦方法的控制模块。

6.一种投影镜头的调焦装置，其特征在于，包括：处理器；以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；

其中，所述处理器在运行所述可执行指令时，能够实现权利要求3或4所述的投影镜头的调焦方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令；

当所述指令在处理组件上运行时，使得所述处理组件执行权利要求3或4所述的投影镜头的调焦方法。

8.一种投影仪，其特征在于，所述投影仪包括：驱动组件以及权利要求1或2述的投影镜头；

所述驱动组件与所述第二镜组中的每个镜片连接，且被配置为控制所述每个镜片沿所述第二镜组的光轴移动。

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