CN115032774B - 一种投影镜头及激光投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影镜头及激光投影装置，该镜头沿其光轴方向从物端到成像面依次可以包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组以及棱镜；所述第一透镜组包括两片玻璃材质的球面透镜以及一片塑料材质的非球面透镜。本申请提供的投影镜头，球面玻璃加塑料非球面的方案，能兼顾大靶面、高解像力、大位移、低畸变、低色差、低生产成本。同时个别负片采用超低色散玻璃，用于弥补环境温度变化导致的焦面漂移。值得大面积推广使用。

Description

一种投影镜头及激光投影装置

技术领域

本发明涉及光学投影设备技术领域，特别是涉及一种投影镜头及激光投影装置。

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。

现有技术中，激光投影镜头的构造方式有以下三种方案：

1、纯球面玻璃方案：这种方案难以同时满足大靶面、大位移、低畸变、高解像力等要求。

2、球面玻璃加玻璃非球面方案：这种方案虽然性能较好，但成本较高。

3、球面玻璃加塑料非球面方案：这种方案虽然成像质量较好，但在环境温度变化时容易产生焦面漂移。

发明内容

本发明提供了一种投影镜头及激光投影装置。

本发明提供了如下方案：

一种投影镜头，沿其光轴方向从物端到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组以及棱镜；

所述第一透镜组包括两片玻璃材质的球面透镜以及一片塑料材质的非球面透镜；

所述投影镜头满足以下条件式：

所述第一透镜组包括至少一片超低色散材料的透镜；

12<TT/f<20；

2<BFL/f；

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距。

优选地：所述投影镜头还满足以下条件式：

-0.3<f1/f3<-0.6；

其中，f1位所述第一透镜组之焦距，f3位所述第三透镜组之焦距。

优选地：所述投影镜头还满足以下条件式：

1<f2/f3<2；

其中，f2位所述第二透镜组之焦距。

优选地：所述第一透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第三透镜为所述材料材质的非球面透镜。

优选地：所述第一透镜包括第一透镜前表面和第一透镜后表面；所述第二透镜包括第二透镜前表面和第二透镜后表面；所述第三透镜包括第三透镜前表面和第三透镜后表面；

其中，所述第一透镜前表面、所述第二透镜前表面以及所述第三透镜前表面均为凸面；所述第一透镜后表面、所述第二透镜后表面以及所述第三透镜后表面均为凹面；所述第一透镜前表面以及所述第一透镜后表面均为球面；所述第二透镜前表面以及所述第二透镜后表面均为球面；所述第三透镜前表面以及所述第三透镜后表面均为非球面。

优选地：所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第四透镜以及所述第五透镜均为胶合透镜。

优选地：所述第四透镜包括第四透镜前表面、第一胶合面以及第四透镜后表面；所述第五透镜包括一个第五透镜前表面、第二胶合面以及第五透镜后表面；所述第六透镜包括第六透镜前表面以及第六透镜后表面；

其中，所述第四透镜前表面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为凸面，所述第五透镜前表面为凹面；所述第四透镜前表面、所述第一胶合面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜前表面、所述第二胶合面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为球面。

优选地：所述第三透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第七透镜以及所述第八透镜均为胶合透镜。

优选地：所述第七透镜包括第七透镜前表面、第三胶合面和第七透镜后表面；所述第八透镜包括第八透镜前表面、第四胶合面和第八透镜后表面；所述第九透镜包括第九透镜前表面和第九透镜后表面；所述第十透镜包括第十透镜前表面和第十透镜后表面；

其中，所述第七透镜前表面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为凸面；所述第八透镜前表面以及所述第九透镜前表面均为凹面；所述第七透镜前表面、所述第三胶合面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜前表面、所述第四胶合面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜前表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为球面。

一种激光投影装置，包括光源、光调制元件、上述的投影镜头以及光导光学系统；

所述光导光学系统用于将来自所述光源的光引导到所述光调制元件，并且将来自所述光调制元件的光引导到所述投影镜头。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种投影镜头及激光投影装置，在一种实现方式下，该镜头沿其光轴方向从物端到成像面依次可以包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组以及棱镜；所述第一透镜组包括两片玻璃材质的球面透镜以及一片塑料材质的非球面透镜。本申请提供的投影镜头，球面玻璃加塑料非球面的方案，能兼顾大靶面、高解像力、大位移、低畸变、低色差、低生产成本。同时个别负片采用超低色散玻璃，用于弥补环境温度变化导致的焦面漂移。值得大面积推广使用。

当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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是本发明实施例提供的一种投影镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的子午场曲特性曲线T和弧矢场曲特性曲线S的曲线图；

图3是本发明实施例提供的畸变特性曲线图；

图4是本发明实施例提供的影镜头分别为针对F线(波长为486nm)，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)观察到的像差曲线图。

图中：第一透镜组G1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第一透镜前表面L1S1、第一透镜后表面L1S2、第二透镜前表面L2S1、第二透镜后表面L2S2、第三透镜前表面L3S1、第三透镜后表面L3S2、第二透镜组G2、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第四透镜前表面L4S1、第一胶合面L4S2、第四透镜后表面L4S3、第五透镜前表面L5S、第二胶合面L5S2、第五透镜后表面L5S3、第六透镜前表面L6S1、第六透镜后表面L6S2、第三透镜组G3、光圈ST、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第七透镜前表面L7S1、第三胶合面L7S2、第七透镜后表面L7S3、第八透镜前表面L8S1、第四胶合面L8S2、第八透镜后表面L8S3、第九透镜前表面L9S1、第九透镜后表面L9S2、第十透镜前表面L10S1、第十透镜后表面L10S2、棱镜G4、成像面G5。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1，为本发明实施例提供的一种投影镜头，如图1所示，该镜头沿其光轴方向从物端到成像面G5依次包括：具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有正光焦度的第三透镜组G3以及棱镜G4；

所述第一透镜组G1包括两片玻璃材质的球面透镜以及一片塑料材质的非球面透镜；

所述投影镜头满足以下条件式：

所述第一透镜组包括至少一片超低色散材料的透镜；

12<TT/f<20；

2<BFL/f；

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距。BFL即从所述第三透镜组的最后一个透镜至成像面的距离。

本申请实施例提供的投影镜头，第一透镜组采用负光焦度能可以有效平衡轴外像差，同时第一透镜组采用球面玻璃加塑料非球面方案，解决了采用纯球面玻璃方案以及球面玻璃加非球面玻璃存在的各种缺点。本申请提供的第一透镜组即可以保证获得良好的成像质量，又由于至一片透镜为超低色散材料的透镜，可以用于弥补环境温度变化导致的焦面漂移。另外满足上述条件的投影镜头，同时具有大靶面、高解像力、大位移、低畸变、低色差、低温度漂移、低生产成本等优点。

为了进一步的提高本申请实施例提供的镜头的性能，本申请实施例还可以提供所述投影镜头还满足以下条件式：

-0.3<f1/f3<-0.6；

其中，f1位所述第一透镜组之焦距，f3位所述第三透镜组之焦距。

进一步的，所述投影镜头还满足以下条件式：

1<f2/f3<2；

其中，f2位所述第二透镜组之焦距。

上述两个条件式的用途会在后文进行详细介绍。

在具体设置第一透镜组、第二透镜组以及第二透镜组时，本申请实施例可以提供所述第一透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第三透镜为所述材料材质的非球面透镜。

进一步的，所述第一透镜包括第一透镜前表面和第一透镜后表面；所述第二透镜包括第二透镜前表面和第二透镜后表面；所述第三透镜包括第三透镜前表面和第三透镜后表面；

其中，所述第一透镜前表面、所述第二透镜前表面以及所述第三透镜前表面均为凸面；所述第一透镜后表面、所述第二透镜后表面以及所述第三透镜后表面均为凹面；所述第一透镜前表面以及所述第一透镜后表面均为球面；所述第二透镜前表面以及所述第二透镜后表面均为球面；所述第三透镜前表面以及所述第三透镜后表面均为非球面。

所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第四透镜以及所述第五透镜均为胶合透镜。

进一步的，所述第四透镜包括第四透镜前表面、第一胶合面以及第四透镜后表面；所述第五透镜包括一个第五透镜前表面、第二胶合面以及第五透镜后表面；所述第六透镜包括第六透镜前表面以及第六透镜后表面；

其中，所述第四透镜前表面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为凸面，所述第五透镜前表面为凹面；所述第四透镜前表面、所述第一胶合面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜前表面、所述第二胶合面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为球面。

所述第三透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第七透镜以及所述第八透镜均为胶合透镜。

进一步的，所述第七透镜包括第七透镜前表面、第三胶合面和第七透镜后表面；所述第八透镜包括第八透镜前表面、第四胶合面和第八透镜后表面；所述第九透镜包括第九透镜前表面和第九透镜后表面；所述第十透镜包括第十透镜前表面和第十透镜后表面；

其中，所述第七透镜前表面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为凸面；所述第八透镜前表面以及所述第九透镜前表面均为凹面；所述第七透镜前表面、所述第三胶合面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜前表面、所述第四胶合面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜前表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为球面。

下面结合附图对本申请实施例提供的投影镜头进行详细介绍。

本申请实施例提供的一种投影镜头，如图1所示，沿其光轴方向从物端到成像面G5依序包括：一个具有负光焦度的第一透镜组G1、一个具有正光焦度的第二透镜组G2、一个具有正光焦度的第三透镜组G3及一棱镜G4。

在本申请提供的实施例中，该第一透镜组G1沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。该第一透镜L1包括一个第一透镜前表面L1S1和一个第一透镜后表面L1S2。该第二透镜L2包括一个第二透镜前表面L2S1和一个第二透镜后表面L2S2。该第三透镜L3包括一个第三透镜前表面L3S1和一个第三透镜后表面L3S2。其中，第一透镜前表面L1S1、第二透镜前表面L2S1和第三透镜前表面L2S1为凸面，第一透镜后表面L1S2、第二透镜后表面L2S2和第三透镜后表面L3S2为凹面。第一透镜前表面L1S1和第一透镜后表面L1S2为球面。第二透镜前表面L2S1和第二透镜后表面L2S2为球面。第三透镜前表面L1S2和第三透镜后表面L2S2为非球面。

在本申请提供的实施例中，该第二透镜组G2沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6。该第四透镜L4为一胶合透镜，包括一个第四透镜前表面L4S1、一个第一胶合面L4S2和一个第四透镜后表面L4S3。该第五透镜L5为一胶合透镜，包括一个第五透镜前表面L5S1、一个第二胶合面L5S2和一个第五透镜后表面L5S3。该第六透镜L6包括一个第六透镜前表面L6S1和一个第六透镜后表面L6S2。

其中，第四透镜前表面L4S1、第四透镜后表面L4S3、第五透镜后表面L5S3、第六透镜前表面L6S1和第六透镜后表面L6S2为凸面，第五透镜前表面L5S1为凹面。第四透镜前表面L4S1、第一胶合面L4S2、第四透镜后表面L4S3、第五透镜前表面L5S1、第二胶合面L5S2、第五透镜后表面L5S3、第六透镜前表面L6S1和第六透镜后表面L6S2均为球面。

在本申请提供的实施例中，该第三透镜组G3沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈ST、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10。该第七透镜L7为胶合透镜，包括一个第七透镜前表面L7S1、一个第三胶合面L7S2和一个第七透镜后表面L7S3。该第八透镜L8为胶合透镜，包括一个第八透镜前表面L8S1、一个第四胶合面L8S2和一个第八透镜后表面L8S3。该第九透镜L9包括一个第九透镜前表面L9S1和一个第九透镜后表面L9S2。该第十透镜L10包括一个第十透镜前表面L10S1和一个第十透镜后表面L10S2。

其中，第七透镜前表面L7S1、第七透镜后表面L7S3、第八透镜后表面L8S3、第九透镜后表面L9S2、第十透镜前表面L10S1和第十透镜后表面L10S2为凸面。第八透镜前表面L8S1和第九透镜前表面L9S1为凹面。第七透镜前表面L7S1、第三胶合面L7S2、第七透镜后表面L7S3、第八透镜前表面L8S1、第四胶合面L8S2、第八透镜后表面L8S3、第九透镜前表面L9S1、第九透镜后表面L9S2、第十透镜前表面L10S1和第十透镜后表面L10S2均为球面。

该棱镜G4的作用是对光线进行转折，方便光机系统布局。

本申请提供的投影镜头采用反摄远结构，使得镜头具有较大视场和较长的后焦。第一透镜组采用负光焦度能有效平衡轴外像差，光圈ST置于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，使得整体镜头结构相对于光圈ST对称，能较好校慧差、像散、垂轴色差、畸变等。此外，第三透镜L3采用非球面设计，可大大改善镜头的平场性，有效提升镜头解像力，同时，只采用1片非球面，避免给装调增加难度。

所述投影镜头满足下列条件式：

(1)第一透镜组需采用至少一片超低色散材料

(2)12<TT/f<20

(3)2<BFL/f

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距，即从所述第三透镜组的最后一个透镜至成像面的距离。

条件式(1)用于弥补环境温度变化导致的焦面漂移；条件式(2)限制了所述投影镜头的整体长度，在负正正的光焦度搭配下，保证了镜头总长于像差之间的平衡；条件式(3)确保了光机系统有足够空间可放置于第三透镜组G3于成像面G5之间。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(4)-0.3<f1/f3<-0.6

其中，f1位所述第一透镜组之焦距，f3位所述第三透镜组之焦距。

条件式(4)可同时确保控制远心系统与满足广视角之要求。

进一步，所述投影镜头还满足以下条件式：

(5)1<f2/f3<2

其中，f2位所述第二透镜组之焦距。

条件式(5)确保了所述投影镜头保持负正正之光焦度分配，并使得第二透镜组G2与

第三透镜组G3所产生之像差能互相平衡。

本申请实施例所提供的投影镜头的各光学组件满足表1和表2的条件。其中，R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离、Nd为对应透镜对d光(波长为587nm)的折射率，Vd为的d光在对应透镜的阿贝数。

表1

表2

表面	K	A2	A4	A6	A8
						L3S1	-1.1	0	-9.14E-03	2.72E-05	1.30E-05
L3S2	-0.88	0	2.34E-02	-8.54E-03	1.58E-04

本申请提供的实施例提供的投影镜头的场曲、畸变、球差分别如图2、图3、图4所示。

图2中，曲线T和S分别为子午场曲特性曲线和弧矢场曲特性曲线。

图3中，曲线为畸变特性曲线。

图4中，所述投影镜头分别为针对F线(波长为486nm)，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差曲线。

可见，本申请提供的投影镜头，通过上述四个公式的限制，使得所述投影镜头具有高分辨率、短焦距等特点，从而提高所述投影镜头的成像品质。

总之，本申请提供的投影镜头，球面玻璃加塑料非球面的方案，能兼顾大靶面、高解像力、大位移、低畸变、低色差、低生产成本。同时个别负片采用超低色散玻璃，用于弥补环境温度变化导致的焦面漂移。值得大面积推广使用。

本申请实施例还可以提供一种激光投影装置，包括光源、光调制元件、上述的投影镜头以及光导光学系统；

所述光导光学系统用于将来自所述光源的光引导到所述光调制元件，并且将来自所述光调制元件的光引导到所述投影镜头。

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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种投影镜头，其特征在于，沿其光轴方向从物端到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组以及棱镜；

所述第一透镜组包括两片玻璃材质的球面透镜以及一片塑料材质的非球面透镜；所述第一透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第三透镜为所述塑料材质的非球面透镜；所述第一透镜包括第一透镜前表面和第一透镜后表面；所述第二透镜包括第二透镜前表面和第二透镜后表面；所述第三透镜包括第三透镜前表面和第三透镜后表面；

其中，所述第一透镜前表面、所述第二透镜前表面以及所述第三透镜前表面均为凸面；所述第一透镜后表面、所述第二透镜后表面以及所述第三透镜后表面均为凹面；所述第一透镜前表面以及所述第一透镜后表面均为球面；所述第二透镜前表面以及所述第二透镜后表面均为球面；所述第三透镜前表面以及所述第三透镜后表面均为非球面；

所述第二透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括第四透镜、第五透镜以及第六透镜；所述第四透镜以及所述第五透镜均为胶合透镜；

所述投影镜头满足以下条件式：

所述第一透镜组包括至少一片超低色散材料的透镜；

12<TT/f<20；

2<BFL/f；

其中，TT为投影镜头总长，f为投影镜头焦距，BFL为投影镜头后焦距。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足以下条件式：

-0.3<f1/f3<-0.6；

其中，f1为所述第一透镜组之焦距，f3为所述第三透镜组之焦距。

3.根据权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足以下条件式：

1<f2/f3<2；

其中，f2为所述第二透镜组之焦距。

4.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第四透镜包括第四透镜前表面、第一胶合面以及第四透镜后表面；所述第五透镜包括一个第五透镜前表面、第二胶合面以及第五透镜后表面；所述第六透镜包括第六透镜前表面以及第六透镜后表面；

其中，所述第四透镜前表面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为凸面，所述第五透镜前表面为凹面；所述第四透镜前表面、所述第一胶合面、所述第四透镜后表面、所述第五透镜前表面、所述第二胶合面、所述第五透镜后表面、所述第六透镜前表面以及所述第六透镜后表面均为球面。

5.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜组沿其光轴方向从物端到成像面依序包括光圈、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第七透镜以及所述第八透镜均为胶合透镜。

6.根据权利要求5所述的投影镜头，其特征在于，所述第七透镜包括第七透镜前表面、第三胶合面和第七透镜后表面；所述第八透镜包括第八透镜前表面、第四胶合面和第八透镜后表面；所述第九透镜包括第九透镜前表面和第九透镜后表面；所述第十透镜包括第十透镜前表面和第十透镜后表面；

其中，所述第七透镜前表面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为凸面；所述第八透镜前表面以及所述第九透镜前表面均为凹面；所述第七透镜前表面、所述第三胶合面、所述第七透镜后表面、所述第八透镜前表面、所述第四胶合面、所述第八透镜后表面、所述第九透镜前表面、所述第九透镜后表面、所述第十透镜前表面以及所述第十透镜后表面均为球面。

7.一种激光投影装置，其特征在于，包括光源、光调制元件、权利要求1至6中任一项所述的投影镜头以及光导光学系统；

所述光导光学系统用于将来自所述光源的光引导到所述光调制元件，并且将来自所述光调制元件的光引导到所述投影镜头。