CN114296219A - 一种投影镜头以及投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影镜头，包括沿投影的缩小侧到放大侧依次设置的第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组；其中，第一透镜组的光焦度为正值，第一透镜组包括沿光路依次设置的光焦度均为正的第一透镜和第二透镜；第二透镜组的光焦度为负值，第二透镜组包括沿光路依次设置的光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为正的第五透镜；投影镜头的投射比不小于5。本申请中利用光焦度为正的第一透镜组和光焦度为负的第二透镜组形成类似于反远距透镜，该投影镜头的投射比不小于5，使得投影镜头投影输出远距离小画面的投射，应用于橱窗吊投、桌面学习、工程测试等领域，扩展了投影技术的应用场景。本申请还提供一种投影仪，具有上述有益效果。

Description

一种投影镜头以及投影仪

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种投影镜头以及投影仪。

背景技术

随着投影技术的不断提升，投影技术的应用领域也越来越广泛，例如，AR显示设备投影、大屏观影投影等等。投射比是投影仪的一项关键参数，定义为投影距离与画面宽度之比，目前市面上投影仪的投射比基本都在2以内且正在逐渐减小，可以在较近的距离投射较大的画面，以满足人们对于小空间和大屏观影的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种投影镜头以及投影仪，能够实现大投射比的投影效果，在一定程度上扩展了投影技术的应用场景。

为解决上述技术问题，本发明提供一种投影镜头，包括沿投影的缩小侧到放大侧依次设置的第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组；

其中，所述第一透镜组的光焦度为正值，所述第一透镜组包括沿光路依次设置的光焦度均为正的第一透镜和第二透镜；

所述第二透镜组的光焦度为负值，所述第二透镜组包括沿光路依次设置的光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为正的第五透镜；

所述投影镜头的投射比不小于5。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一透镜的光焦度为0.0472～0.0476；所述第二透镜的光焦度为0.0301～0.0305。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一透镜的光线入射面的曲率半径为-44.67mm～-46.67mm，所述第一透镜的光线出射面的曲率半径为-11.32mm～-13.32mm；

所述第二透镜的光线入射面的曲率半径为9.41mm～7.41mm；所述第二透镜的光线出射面的曲率半径为14.94mm～12.94mm。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一透镜的阿贝数为47.6～51.6；所述第二透镜的阿贝数为62.2～66.2。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第三透镜的光焦度为-0.0159～-0.0155；所述第四透镜的光焦度为0.0512～0.0508；所述第五透镜的光焦度为0.0380～0.0384。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第三透镜的光线入射面的曲率半径为-3.43mm～-7.43mm；所述第三透镜的光线入射面和所述第四透镜的光线入射面均为平面且相互胶合；所述第四透镜的光线出射面的曲率半径为-9.68mm～-13.68mm；所述第五透镜的光线入射面的曲率半径为-70.91mm～-74.91mm；所述第五透镜的光线出射面的曲率半径为-16.41mm～-20.41mm。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第三透镜的阿贝数为21.8～25.8；所述第四透镜的阿贝数为66.3～70.3；所述第五透镜的阿贝数为29.3～33.3。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一透镜组和所述第二透镜组均为球面透镜。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一透镜组和所述第二透镜组中各个透镜表面均设置有增透膜，且各个所述透镜均为玻璃透镜。

一种投影仪，包括如上任一项所述的投影镜头。

本发明所提供的一种投影镜头，包括沿投影的缩小侧到放大侧依次设置的第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组；其中，第一透镜组的光焦度为正值，第一透镜组包括沿光路依次设置的光焦度均为正的第一透镜和第二透镜；第二透镜组的光焦度为负值，第二透镜组包括沿光路依次设置的光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为正的第五透镜；投影镜头的投射比不小于5。

本申请中利用光焦度为正的第一透镜组和光焦度为负的第二透镜组形成类似于反远距结构，且第一透镜组和第二透镜组总的透镜镜片数仅仅只需要5片镜片，即可形成投射比不小于5的投影镜头，在保证整个投影镜头结构紧凑的基础上，使得投影镜头能够实现远距离小画面的投射，以应用于橱窗吊投、桌面学习、工程测试等领域，在一定程度上扩展了投影技术的应用场景。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本申请实施例提供的投影镜头的光路结构示意图；

图2为本申请实施例提供的投影镜头投射画面的场曲示意图；

图3为本申请实施例提供的投影镜头投射画面的畸变示意图；

图4为本申请实施例提供的投影镜头投射画面的MTF示意图；

图5为本申请实施例提供的投影镜头投射画面的相对照度示意图。

具体实施方式

在常规的投影技术中，投影设备的投射比一般都设置的相对较小，以实现近距离大画面的投影效果，例如在办公环境或者家庭影院中，为了避免投影仪和投影屏幕之间的间距过大而使得人员在这一间距区间走动时，对投影光线产生遮挡，就要求投影一的投射比尽可能的小，使得投影仪在距离投影屏幕相对较小的距离也能够实现大画面的投影。

但本申请中进一步地考虑到，投影仪的应用场景还可以进一步地进行扩展，例如应用于办公桌面投影，将投影仪吊挂在办公桌面上方距离桌面存在一定距离的位置，通过投影仪向办公桌面上投射投影画面。还例如，可以用于工程测量，通过投影仪向特定工程部件上投射测试画面等等。在这些应用中，投影仪投射的画面均不需要太大，而投射的距离往往相对较远，因此要求投影仪能够输出远距离小画面的投影光线，也就要求投影仪的投射比相对较大。

而决定投影仪的投射比的关键在于投影仪的投射镜头，基于此，本申请中提供了一种能够在一定程度上实现投影仪投射出投影距离远画面小的技术方案。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，图1为本申请实施例提供的投影镜头的光路结构示意图，该投影镜头可以包括：

沿投影的缩小侧到放大侧依次设置的第一透镜组30、孔径光阑40、第二透镜组50；其中，第一透镜组30的光焦度为正值，第一透镜组30包括沿光路依次设置的光焦度均为正的第一透镜G1和第二透镜G2；第二透镜组50的光焦度为负值；第二透镜组50包括沿光路依次设置的光焦度为负的第三透镜G3、光焦度为正的第四透镜G4和光焦度为正的第五透镜G5；投影镜头的投射比不小于5。

参照图1，图像源10为提供投影画面的芯片，一般配合分光棱镜20使用，使得光源光光线通过该分光棱镜20入射至图像源之后，从图像源10反射出射携带有投影画面信息的投影光线。该投影光线一次经过第一透镜组30、孔径光阑40、第二透镜组50，最终向投影面上投射投影画面。

本实施例中的第一透镜组30采用光焦度为正的透镜组，而第二透镜组50采用光焦度为负的透镜组，通过第一透镜组30、孔径光阑40、第二透镜组50形成类似于反远距透镜的光路结构，使得最终从投影镜头出射的投影画面的投射比相对较大，该投射比可以基于实际需求设置到6以上，从而实现向投影面进行远距离小画面的投射需求。

该第一透镜组具体可以包括第一透镜G1和第二透镜G2两片透镜。从图像源10输出的带有投影画面信息的投影光线入射至第一透镜G1的光线入射面，并从第一透镜G1的光线出射面输出；从第一透镜G1输出的投影光线入射至第二透镜G2的光线入射面，并从第二透镜G2的光线出射面输出，最终经过孔径光阑40入射至第二透镜组50。

其中，第一透镜G1的光焦度可以为0.0472～0.0476；第二透镜G2的光焦度可以为0.0301～0.0305。

通过第一透镜G1和第二透镜G2之间的组合作用即可使得第一透镜组30最终的光焦度为正，当然，在实际应用中，也并不排除采用一个光焦度为正、一个光焦度为负的两个透镜，甚至采用更多片透镜组合形成第一透镜组30，只要最终组合而成的透镜组满足光焦度条件即可。但相对而言，本实施例中的第一透镜G1和第二透镜G2能够在一定程度上简化光路结构。

在图1所示的实施例中，第一透镜G1和第二透镜G2均为一面为凹面曲面另一面为凸曲面的透镜，且第一透镜G1和第二透镜G2相对的两个表面均为凸曲面。

在本申请的一种具体实施例中，该第一透镜G1的光线入射面的曲率半径可以为-44.67mm～-46.67mm，该第一透镜的厚度G1可以在2.0mm～2.40mm；第一透镜G1的光线出射面的曲率半径可以为-11.32mm～-13.32mm，该光线出射面到第二透镜G2的光线入射面之间的间距可以为0.12mm～0.42mm。

第二透镜G2的光线入射面的曲率半径可以为9.41mm～7.41mm，该第二透镜G2的厚度可以在3.66mm～4.06mm；第二透镜G2的光线出射面的曲率半径可以为14.94mm～12.94mm，该光线出射面和孔径光阑之间的间距可以为7.03mm～7.43mm。

为了进一步地降低第一透镜G1和第二透镜G2的制作难度，第一透镜G1和第二透镜G2均可以采用球面透镜。

另外，为了进一步地提升第一透镜G1和第二透镜G2的透光效果，减少光能损失，还可以在第一透镜G1和第二透镜G2的光线入射面以及光线出射面均设置增透膜。

进一步地，对于第一透镜G1和第二透镜G2还可以采用玻璃透镜，使得该投影镜头能够适应于高亮度光线的投影，避免透镜发热变形。由此，本申请中的第一透镜G1可以选择使用阿贝数为47.6～51.6的透镜，第二透镜G2则可以选择使用阿贝数为62.2～66.2的透镜。

基于上述论述，在本申请的另一可选地实施例中，第二透镜组50可以包括第三透镜G3、第四透镜G4和第五透镜G5；从第一透镜组30输出的光线入射至第三透镜G3的光线入射面并从第三透镜G3的光线出射面输出，从第三透镜G3输出的光线入射至第四透镜G4的光线入射面，并从第四透镜G4的光线出射面输出，从第四透镜G4的出射面输出的光线入射至第五透镜G5的光线入射面，并最终从第五透镜G5的光线出射面输出，并最终投射在距离相对较远的投射面上，从而获得远距离小画面的投影效果。

其中，第三透镜G3的光焦度为-0.0159～-0.0155；第四透镜G4的光焦度为0.0512～0.0508；第五透镜G5的光焦度为0.0380～0.0384。

第二透镜组50中各个透镜共同形成的光焦度为负，本实施例中采用一个光焦度为负另外两个光焦度为正的透镜组合形成光焦度符合要求的透镜组。

在图1所示的实施例中，第三透镜G3和第四透镜G4是相互胶合的两块透镜，且第三透镜G3和第四透镜G4相互胶合的表面为平面，这也能在一定程度上上简化第三透镜G3和第四透镜G4的加工难度。

可选地，本实施例中，第三透镜G3的光线入射面的曲率半径为-3.43mm～-7.43mm，该第三透镜G3的厚度可以为2.54mm～2.94mm。第三透镜G3的光线入射面和第四透镜G4的光线入射面均为平面且相互胶合，具体可以采用透明光学胶进行胶合。第四透镜G4的光线出射面的曲率半径为-9.68mm～-13.68mm，其中，该第四透镜G4的厚度可以为4.71mm～5.11mm；且该第四透镜G4的光线出射面和第五透镜G5的光线入射面之间的距离可以为0.71mm～1.11mm；第五透镜G5的光线入射面的曲率半径为-70.91mm～-74.91mm，该第五透镜G5的厚度可以在3.46mm～3.86mm；第五透镜G5的光线出射面的曲率半径为-16.41mm～-20.41mm，该光线出射面距离投影平面的距离可以为2000mm左右。

和上述第一透镜组30类似，本实施例中第二透镜组50中的第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5也均可以采用球面透镜；并且，为了避免投影光线亮度较高产生的热量较大导致镜片变性，第二透镜组50中各个透镜均可以采用玻璃透镜。此外，为了增强第二透镜组50中各个透镜的透光效果，还可以进一步地在第二透镜组50的各个透镜的光线入射面和光线出射面设置增透膜。

进一步地，在本申请的另一可选地实施例中，该第三透镜G3的阿贝数可以为21.8～25.8；第四透镜G4的阿贝数可以为66.3～70.3；第五透镜G5的阿贝数可以为29.3～33.3。

为了进一步地说明本申请中投影镜头中各个镜片参数的设定，参考表1，表1为本申请实施例提供的投影镜头的一种具体参数设定列表。

表1：

需要说明的是，表1中G1a、G1b分别是指第一透镜G1的光线入射面和光线出射面；同理G2a、G2b分别是指第二透镜G2，类似的还有第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5的光线入射面和光线出射面的面序号，对此不再详细说明。对于表1中的厚度数据可以理解为面序号对应的光学界面沿光路方向到下一个光学界面的距离。例如，对于面序号G1a的光学界面为第一透镜G1的光线入射面，其对应的厚度数据为第一透镜G1的光线入射面到第一透镜G1的光线出射面的距离，也即是第一透镜G1的厚度数据；而对于面序号G1b的光学界面为第一透镜G1的光线出射面，其对应的厚度数据即为第一透镜G1的光线出射面到第二透镜G2的光线入射面(面序号G2a对应的光学界面)的距离，同理，其余各个面序号的厚度数据也即可按照相同的方式理解，对此不一一列举。

结合表1，参照图2至图4，图2为针对表1所示规格的投影镜头对应投影光线的场曲示意图，图3为针对表1所示规格的投影镜头对应投影光线的畸变示意图，图4为针对表1所示规格的投影镜头对应MTF示意图，图5为针对表1所示规格的投影镜头的相对照度示意图。

结合表1、图2至图5可知，本实施例中仅仅利用了由5块透镜镜片组成的投影镜头，即可实现投影光线小畸变的投影效果，并满足投影光线远距离小画面的投影需求。

综上所述，本申请中所提供的投影镜头，利用一组光焦度为正另一组光焦度为负的两组透镜组组合而形成的投影镜头，使得投影光线经过该投影镜头可以实现较大投射比的投射，进而实现投影光线远距离小画面的投射，使得投影技术并不仅仅局限于近距离大画面的观影，也可以应用于橱窗吊投、桌面学习、工程测试等领域，实现了对投影技术的扩展应用。

基于上述实施例，本申请还提供了一种投影仪的实施例，该投影仪中包括如上任一项所述的投影镜头。

此外，该投影仪中还可以进一步地包含提供投影光线的光学元件，主要可以包括图像源、光源以及设置在光源和图像源之间用于对光源输出的光线进行调制之后输入值图像源的光学元件，一般光源需要输出红、蓝、黄三色光线，经过光学元件的调制，将三色光线进行均匀混合调制之后，入射至图像源，进而使得图像源反射输出携带有投影画面信息的投射光线。

当然，在实际应用中，也并不排除图像源采用集成光源和图像芯片于一体的类似于microLED芯片等元件，对此本申请中不做具体限制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影镜头，其特征在于，包括：沿投影的缩小侧到放大侧依次设置的第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组；

其中，所述第一透镜组的光焦度为正值，所述第一透镜组包括沿光路依次设置的光焦度均为正的第一透镜和第二透镜；

所述第二透镜组的光焦度为负值，所述第二透镜组包括沿光路依次设置的光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜和光焦度为正的第五透镜；

所述投影镜头的投射比不小于5。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的光焦度为0.0472～0.0476；所述第二透镜的光焦度为0.0301～0.0305。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的光线入射面的曲率半径为-44.67mm～-46.67mm，所述第一透镜的光线出射面的曲率半径为-11.32mm～-13.32mm；

所述第二透镜的光线入射面的曲率半径为9.41mm～7.41mm；所述第二透镜的光线出射面的曲率半径为14.94mm～12.94mm。

4.如权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数为47.6～51.6；所述第二透镜的阿贝数为62.2～66.2。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜的光焦度为-0.0159～-0.0155；所述第四透镜的光焦度为0.0512～0.0508；所述第五透镜的光焦度为0.0380～0.0384。

6.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜的光线入射面的曲率半径为-3.43mm～-7.43mm；所述第三透镜的光线入射面和所述第四透镜的光线入射面均为平面且相互胶合；所述第四透镜的光线出射面的曲率半径为-9.68mm～-13.68mm；所述第五透镜的光线入射面的曲率半径为-70.91mm～-74.91mm；所述第五透镜的光线出射面的曲率半径为-16.41mm～-20.41mm。

7.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜的阿贝数为21.8～25.8；所述第四透镜的阿贝数为66.3～70.3；所述第五透镜的阿贝数为29.3～33.3。

8.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组和所述第二透镜组中各个透镜均为球面透镜。

9.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组和所述第二透镜组中各个透镜表面均设置有增透膜，且各个所述透镜均为玻璃透镜。

10.一种投影仪，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的投影镜头。

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