CN115047591B

CN115047591B - 投影镜头以及投影装置

Info

Publication number: CN115047591B
Application number: CN202210604810.2A
Authority: CN
Inventors: 郭飞; 王显彬
Original assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-09-05
Anticipated expiration: 2042-05-30
Also published as: WO2023231111A1; CN115047591A

Abstract

本申请实施例提供了一种投影镜头及投影装置；其中，所述投影镜头由物方到像方沿同一光轴依次包括：前透镜组、后透镜组及光阑，其中，所述光阑位于所述前透镜组与所述后透镜组之间；所述前透镜组的焦距为f₁₁，f₁₁满足：40mm＜f₁₁＜60mm；所述后透镜组的焦距为f₂₂，f₂₂满足：2mm＜f₂₂＜12mm。本申请实施例提供的光学结构方案，使得形成的投影镜头的长度较短，有利于实现整个投影装置的小型化。

Description

投影镜头以及投影装置

技术领域

本申请实施例涉及投影成像技术领域，更具体地，本申请实施例涉及一种投影镜头以及投影装置。

背景技术

近年来，微投影技术发展的越来越快，随着用户对于微投影装置便携需求的提升，小型化成为微投影发展的一大趋势。在微型投影技术领域中，微投影设备正逐步朝向微型化、便携式及成像画面质量佳的方向发展。

但是，目前微型投影镜头的光学结构大多过于复杂、体积较大，难以满足微型投影镜头对小型化的要求。而且，目前的微型投影镜头所匹配的发光芯片尺寸是较大的，导致形成的投影装置不便携带。

发明内容

本申请的目的在于提供一种投影镜头以及投影装置的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种投影镜头，所述投影镜头由物方到像方沿同一光轴依次包括：前透镜组、后透镜组及光阑，其中，所述光阑位于所述前透镜组与所述后透镜组之间；

其中，所述前透镜组的焦距为f₁₁，f₁₁满足：40mm＜f₁₁＜60mm；

所述后透镜组的焦距为f₂₂，f₂₂满足：2mm＜f₂₂＜12mm。

可选地，所述前透镜组与所述光阑的空气间隔设置为A₁₁，A₁₁与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₁₁/TTL，A₁₁/TTL满足：0.033＜A₁₁/TTL＜0.167。

可选地，所述光阑与所述后透镜组的空气间隔设置为A₂₂，A₂₂与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₂₂/TTL，A₂₂/TTL满足：0.06＜A₂₂/TTL＜0.2。

可选地，所述投影镜头还包括转折棱镜，所述转折棱镜位于所述后透镜组背离所述光阑的一侧；

所述后透镜组与所述转折棱镜的空气间隔为A₃₃，A₃₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₃₃/TTL，A₃₃/TTL满足：0＜A₃₃/TTL＜2。

可选地，所述投影镜头的焦距为f，f满足：3mm＜f＜5mm。

可选地，所述前透镜组包括光焦度为负的第一透镜及光焦度为正的第二透镜。

可选地，所述第一透镜的焦距为f₁，f₁满足：-8mm＜f₁＜-4mm；

所述第二透镜的焦距为f₂，f₂满足：8mm＜f₂＜12mm。

可选地，所述后透镜组包括依次设置的第三透镜、第四透镜及第五透镜，其中，所述第三透镜与所述第四透镜相邻的两个表面相互胶合；

所述第三透镜的光焦度为负，所述第四透镜及所述第五透镜的光焦度为正。

可选地，所述第三透镜的焦距为f₃，f₃满足：-18mm＜f₃＜-14mm；

所述第四透镜的焦距为f₄，f₄满足：15.5mm＜f₄＜19.5mm；

所述第五透镜的焦距为f₅，f₅满足：7mm＜f₅＜11mm。

第二方面，本申请提供了一种投影装置。所述投影装置包括：

壳体；以及

如上所述的投影镜头，所述投影镜头设置于所述壳体。

根据本申请实施例，提供了一种投影镜头，该投影镜头的光学结构设计较为简单，可以满足对投影镜头的小尺寸要求，而且可以匹配小尺寸的发光芯片，这就可以减小整个投影镜头体积和重量，便于携带。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1为本申请实施例提供的投影镜头的结构示意图之一；

图2为图1提供的投影镜头的光路图；

图3为图1提供的投影镜头的场曲与畸变图；

图4为图1提供的投影镜头的调制传递函数图；

图5为图1提供的投影镜头的离焦调制传递函数图；

图6为图1提供的投影镜头的相对照度图；

图7为图1提供的投影镜头的垂轴色差图；

图8为本申请实施例提供的投影镜头的结构示意图之二；

图9为图8提供的投影镜头的场曲与畸变图；

图10为图8提供的投影镜头的调制传递函数图；

图11为图8提供的投影镜头的离焦调制传递函数图；

图12为图8提供的投影镜头的相对照度图；

图13为图8提供的投影镜头的垂轴色差图；

图14为本申请实施例提供的投影镜头的结构示意图之三；

图15为图14提供的投影镜头的场曲与畸变图；

图16为图14提供的投影镜头的调制传递函数图；

图17为图14提供的投影镜头的离焦调制传递函数图；

图18为图14提供的投影镜头的相对照度图；

图19为图14提供的投影镜头的垂轴色差图。

附图标记说明：

10、前透镜组；11、第一透镜；12、第二透镜；20、后透镜组；21、第三透镜；22、第四透镜；23、第五透镜；30、光阑；40、图像源；50、转折棱镜；60、透光保护器件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本申请实施例提供了一种投影镜头，其可以应用于投影装置中。所述投影镜头可以与小尺寸的显示器匹配，例如0.16英寸的数字微镜元件(DMD)，以形成尺寸较小的投影镜头，满足投影装置小型化的发展趋势。

在本申请的实施例中，如图1和图2所示，所述投影镜头由物方到像方沿同一光轴依次包括：前透镜组10、后透镜组20及光阑30，其中，所述光阑30位于所述前透镜组10与所述后透镜组20之间；

其中，所述前透镜组10的焦距为f₁₁，f₁₁满足：40mm＜f₁₁＜60mm；

所述后透镜组20的焦距为f₂₂，f₂₂满足：2mm＜f₂₂＜12mm。

也就是说，本申请实施例提供的投影镜头，其对应的光学结构设计为以光阑30为界，可以包括两个透镜组：其中一个透镜组为前透镜组10，将其靠近物方设置；其中的另一个透镜组为后透镜组20，将其靠近像方设置。并且，前透镜组和透镜组的光焦度均为正。

需要说明的是，其中的像方是指投影过程中，投影图像(或称投影画面)的光源所在的一侧，如图1和图2中最右侧示出的图像源40。其中的物方是指投影图像成像于投影面(例如为墙面)所在的一侧，如图1和图2中最左侧。

本申请实施例的投影镜头，在后透镜组20背离光阑30的一侧还可以设置光源，如显示器/显示屏幕，其可以发射投影光线。本申请实施例的投影镜头可以匹配小尺寸的显示器，例如0.16英寸的数字微镜元件(DMD)。

其中，光阑30例如为孔径光阑。光阑30可用于限制通过的投影光线的直径，调节射出所述投影镜头的光通量，同时减少其他透镜经过反射产生的杂散光干扰，从而使投影光线的成像更加清晰。

通常，光阑30的孔径为一个固定值。当然，为了灵活调整成像清晰度，使投影镜头能够更好的适应高低分辨率的切换，还可以将光阑30设置为可以调整孔径大小的方式。

投影光线由上述的显示器发出，可以自像方朝向物方发射，依次经过后透镜组20、光阑30及前透镜组10之后，最终输出至物方的投影面上，从而可以呈现出投影图像。

根据本申请实施例，提供了一种投影镜头，该投影镜头的光学结构设计较为简单，可以满足对投影镜头的小尺寸要求，而且可以匹配小尺寸的发光芯片，这样就可以减小整个投影镜头体积和重量，便于携带。

在本申请的一些示例中，所述前透镜组与所述光阑30的空气间隔设置为A₁₁，A₁₁与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₁₁/TTL，A₁₁/TTL满足：0.033＜A₁₁/TTL＜0.167。

在本申请的一些示例中，所述光阑30与所述后透镜组的空气间隔设置为A₂₂，A₂₂与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₂₂/TTL，A₂₂/TTL满足：0.06＜A₂₂/TTL＜0.2。

也就是说，本申请实施例提供的光学结构中，合理调整了光阑30与前透镜组10的空气间隔，以及光阑30与后透镜组20的空气间隔。对光阑30前后的空气间隔按照上述的约束条件：(1)有利于透镜与镜筒结构配合，便于装配，可以适当降低工艺组装难度；(2)有利于降低光阑30前后透镜的公差敏感度，从而可以提高整个投影镜头组装良率；(3)有利于减小投影镜头的轴外边缘像差，提高最终的投影成像的画面质量。

如图1和图2所示，所述投影镜头还可以搭配图像源40，所述图像源40例如为0.16英寸的数字微镜元件。所述图像源40位于所述后透镜组20背离所述光阑30的一侧，所述图像源40可以用于投射投影光线。

本申请实施例提供的投影镜头，其形成的光学结构能够匹配0.16英寸的数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)使用。该投影镜头的偏心比(offset)为100％，当匹配的0.16英寸的数字微镜元件靠近光轴的一侧置于光轴上时，投影镜头形成的投影画面位于光轴远离该0.16英寸的数字微镜元件的一侧，并且投影画面靠近光轴的一侧位于光轴上。

本申请实施例提供的投影镜头，其可以匹配0.16英寸的数字微镜元件(DigitalMicromirror Device，DMD)，在保证投影显示效果较佳的同时，能很大程度的降低整个投影镜头的尺寸。使得本申请实施例提供的投影镜头尺寸小、结构更为紧凑，有利于实现投影装置的小型化，更加便于携带。

DMD是由很多矩阵排列的数字微镜元件组成，工作时每个微反射镜都能够朝正反两个方向进行偏转并锁定，从而使光线按既定的方向进行投射，并且以数万赫兹的频率进行摆动，将来自照明光源的光束通过微反射镜的翻转反射进入投影镜头成像在屏幕上。DMD具有分辨率高，信号无需数模转换等优点。

在本申请的一些示例中，如图1和图2所示，所述投影镜头还包括转折棱镜50，所述转折棱镜50位于所述后透镜组20背离所述光阑30的一侧；

所述后透镜组20与所述转折棱镜50的空气间隔为A₃₃，A₃₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₃₃/TTL，A₃₃/TTL满足：0＜A₃₃/TTL＜2。

其中，所述转折棱镜50的厚度为4mm～10mm。

例如，所述转折棱镜50的厚度可以为8mm。

转折棱镜50可用于将投影镜头搭配的图像源40，也即0.16英寸的数字微镜元件发出光脉冲信号三色图像组合成一个图像，并将相应的投影光线传播至后透镜组和前透镜组，以便后续投影图像的显示。

在本申请的实施例中，所述后透镜组20与所述转折棱镜50的空气间隔为A₃₃，A₃₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₃₃/TTL，A₃₃/TTL满足：0＜A₃₀/TTL＜2。该设计的目的在于：(1)可以为投影镜头与照明主体部分留有充足的装配间隙，便于结构设计与工艺组装，提高量产性；(2)有利于降低投影镜头的公差敏感度，从而提高投影镜头组装良率；(3)有利于减小投影镜头的长度尺寸，实现投影镜头的小型化设计。

在本申请的一些示例中，所述投影镜头的焦距为f，f满足：3mm＜f＜5mm。

本申请的实施例中，通过合理调整前透镜组和后透镜组的有效焦距，可以优化投影镜头的有效焦距。使投影光线能够实现合理的距离聚焦。避免出现投影光线会聚的距离太短，投影镜头距离投影面太近，导致投影光线难以形成较大尺寸的投影画面。这样，可以进一步优化本申请实施例的投影镜头。

在本申请的一些示例中，如图1和图2所示，所述前透镜组10包括第一透镜11及第二透镜12。

可选的是，所述第一透镜11的焦距为f₁，f₁满足：-8mm＜f₁＜-4mm；

所述第二透镜12的焦距为f₂，f₂满足：8mm＜f₂＜12mm。

在本申请实施例的投影镜头中，第一透镜11具有负光焦度，第二透镜12具有正光焦度。也即，将具有负光焦度的第一透镜11与具有正光焦度的第二透镜12搭配，该设计有助于减小光学成像过程中产生的场曲和畸变。也就是说，前透镜组的光焦度搭配设计可以减小光学成像过程中产生的场曲和畸变。例如，可以将投影画面的畸变控制在1％以下，这样，可以很好地满足人眼观看水平。

其中，光焦度是指像方光束会聚度与物方光束会聚度的差值，其可以用来表征光学结构偏振光线的能力。其中，具有负光焦度的镜片一般是中间较薄、周边比较厚的透镜，其又可以称为凹透镜，具有发散光线的作用。其中，具有正光焦度的镜片一般是中间较厚、周边比较薄的一种透镜，其又可以称为凸透镜，具有汇聚光线的作用。

在本申请的一些示例中，如图1和图2所示，所述后透镜组20包括依次设置的第三透镜21、第四透镜22及第五透镜23，其中，所述第三透镜21与所述第四透镜22相邻的两个表面相互胶合。

可选的是，所述第三透镜21的焦距为f₃，f₃满足：-18mm＜f₃＜-14mm；

所述第四透镜22的焦距为f₄，f₄满足：15.5mm＜f₄＜19.5mm；

所述第五透镜23的焦距为f₅，f₅满足：7mm＜f₅＜11mm。

在本申请实施例的投影镜头中，后透镜组20包括第三透镜21、第四透镜22及第五透镜23；其中，第三透镜21具有负光焦度，第四透镜22和第五透镜23均具有正光焦度，通过将第三透镜21和第四透镜22胶合组成双胶合透镜，可以消除光学成像过程中的色差。例如可以将色差控制在＜2μm。

本申请的一个具体实施例中，如图1和图2所示，所述投影镜头由物方到像方沿同一光轴依次包括有第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22及第五透镜23，其中，所述第一透镜11具有负光焦度，所述第二透镜12具有正光焦度，所述第三透镜21具有负光焦度，所述第四透镜22具有正光焦度，所述第五透镜23具有正光焦度；所述第三透镜21及所述第四透镜22相邻的表面相互胶合；所述第一透镜11与所述第二透镜12组成前透镜组10，所述第三透镜21、所述第四透镜22及所述第五透镜23组成后透镜组20，所述前透镜组10及所述后透镜组20均具有正光焦度。

本申请实施例提供的光学方案，位于像方一侧的投影光线依次经过第五透镜23、第四透镜22和第三透镜21、第二透镜12，并从第一透镜11射出所述投影镜头，可以使得透投影镜头的亮度得以提升。

本申请实施例提供的投影镜头，仅通过五个透镜组合形成了投影镜头，由于该投影镜头中所包含的透镜数量较少且结构紧凑，这样，可以简化投影镜头的结构，减小投影镜头的体积和重量，从而可以满足投影镜头对小型化的要求。本申请实施例的光学方案中，镜片数量相对传统方案较少，并在光路中采用一个胶合透镜，可以降低生成成本和组装难度。

本申请实施例提供的投影镜头，通过五个不同的透镜之间的配合使用，能够有效消除光学成像中产生的像差，从而保证成像质量，使得最终形成的投影镜头的畸变小、色差小、光学性能优良。可以实现小尺寸高像质的效果。

可选的是，如图1和图2所示，所述第一透镜11朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凹面；所述第二透镜12朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；所述第三透镜21朝向物方一侧的表面为凹面，朝向像方一侧的表面为凹面；所述第四透镜22朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；所述第五透镜23朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面。

也就是说，在本申请实施例提供的投影镜头中：第一透镜11为凹凸透镜，其为弯月形透镜；第二透镜12为具有正光焦度的双凸透镜；第三透镜21为具有负光焦度的双凹透镜；第四透镜22为具有正光焦度的双凸透镜；第五透镜23为具有正光焦度的双凸透镜；其中，第三透镜21的凹面与第四透镜的凸面相互胶合。整个光路结构的设计紧凑，有利于投影镜头的小型化。并且，该光路结构设计，可以扩大投影镜头的视场角，可以达到28°以上，以实现大视场效果。

可选的是，第一透镜11的凸面的曲率半径R₁满足：5＜R₁＜50，第一透镜11的凹面的曲率半径R₂满足：1＜R₂＜20。

可选的是，第二透镜12的凸面的曲率半径R₃满足：5＜R₃＜60，第二透镜12的凹面的曲率半径R₄满足：-30＜R₄＜-5。

可选的是，第三透镜21的凸面的曲率半径R₅满足：-50＜R₅＜-5，第三透镜21的凹面的曲率半径R₆满足：2＜R₆＜30。

可选的是，第四透镜22的凸面的曲率半径R₇满足：2＜R₇＜30，第四透镜22的凹面的曲率半径R₈满足：-30＜R₈＜-5。

可选的是，第五透镜23的凸面的曲率半径R₉满足：2＜R₉＜50，第五透镜23的凹面的曲率半径R₁₀满足：-30＜R₁₀＜-1。

对各个透镜的每个表面的曲率半径进行约束，不仅可以降低透镜的制作难度，还有利于减小投影镜头的公差敏感度，提升最终透镜镜头组装的良率。

在整个光路结构中，为了进一步保证后透镜组20的会聚投影光线实现短距离投影的效果。在投影镜头的后透镜组中，第五透镜23的入光面和出光面均设计为凸面，第四透镜22的入光面和出光面也均设计为凸面，第三透镜21的入光面和出光面均设计为凹面。也即，第五透镜23和第四透镜22均采用双凸透镜，通过采用双凸透镜可以使得投影光线产生较大角度的偏折，进而缩短投影光线的聚焦位置。第三透镜21采用了双凹透镜，可以使投影光线有效发散，如此设计可以提高投影画面的大小。

为了进一步保证前透镜组的光线有效发散，将其中的第二透镜12的入光面和出光面均设计为凸面，同时将第一透镜11的入光面设计为弯曲的凹面，第一透镜11的出光面设计为具有一定曲率的凸面。也即，第二透镜12采用双凸透镜，可以通过双凸透镜使光线产生大角度的偏折，可以缩短光线的聚焦位置。第一透镜11采用了入光面为凹面，出光面为凸面的设计，这样，投影光线在经过第一透镜11时，投影光线从凹面入射，凸面出射，可以会聚光束，进一步调整投影光线的传播路径，使得在投影面上可以投影出清晰的图像。

在本申请的实施例中，前透镜组和后透镜组的所有透镜的材质例如可以为玻璃材质。

由于玻璃材质价格优势，这样可以降低整个投影镜头的制作成本。同时，利用玻璃材质还具有耐高温的特性。玻璃材料的受热畸变率较低，具有较高的稳定性，因此，可以将光路中的各个透镜设计为玻璃材质，特别是靠近图像源40的后透镜组中的各个透镜设置为玻璃材质，从而可以避免高温对投影镜头的影响。

当然，本领域技术人员可以根据具体需要对投影镜头中各个透镜的材质进行合理的选择，本申请实施例中对此不作限制。

在本申请一个具体的实施例中，所述第一透镜11的焦距为f₁，f₁满足：-8mm＜f₁＜-4mm；所述第二透镜12的焦距为f₂，f₂满足：8mm＜f₂＜12mm；所述第三透镜21的焦距为f₃，f₃满足：-18mm＜f₃＜-14mm；所述第四透镜22的焦距为f₄，f₄满足：15.5mm＜f₄＜19.5mm；所述第五透镜23的焦距为f₅，f₅满足：7mm＜f₅＜11mm。

本申请的实施例中，投影光线可以依次经过第五透镜23、第四透镜22和第三透镜21后会聚。如果第五透镜23的焦距过小，例如小于7mm，将会导致投影光线的距离太短，这可能导致投影光线难以形成较大尺寸的画面。但是，第五透镜23的焦距如果过大，例如大于11mm，又会导致投影光线的距离过长，难以在有限的空间内形成投影画面，还会使得整个投影镜头的尺寸过长，这些都是不利的。因此，本申请实施例中将第五透镜23的焦距f₅设置在7mm至11mm之间。同样地，将第四透镜22的焦距f₄设置在15.5mm至19.5mm之间，将第三透镜40的焦距f₃设置在-18mm至-14mm之间。都是为了是投影光线可以形成尺寸合适且清晰的画面。

本申请的实施例中，投影光线经后透镜组射出之后依次经过第二透镜12以及第一透镜11后发散。需要说明的是，为了避免投影光线过于发散，将第二透镜12的焦距f₂设置为大于8mm，并且为了保证投影画面的尺寸较大，能满足用户的观看要求，第二透镜12的焦距f₂同时要满足小于12。同样地，避免光线过于发散，第一透镜11的焦距f₁大于-8mm，并且为了保证投影画面的尺寸满足要求，第一透镜11的焦距f₁还要满足小于-4mm。第一透镜11和第二透镜12的焦距经合理调整，使投影光线能够实现合理的距离聚焦。可以避免出现投影光线会聚的距离太短，投影镜组距离投影面太近，导致投影光线难以形成较大尺寸的投影画面。

本申请实施例提供的投影镜头，其中各个透镜的光焦度分配均匀，使得每个透镜的公差敏感度较低，以此可以提升投影镜头良率，便于量产。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜11的厚度T₁与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为T₁/TTL，T₁/TTL满足：0.015＜T₁/TTL＜0.067；

所述第二透镜12的厚度T₂与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为T₂/TTL，T₂/TTL满足：0.027＜T₂/TTL＜0.1；

所述第三透镜21的厚度T₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为T₃/TTL，T₃/TTL满足：0.01＜T₃/TTL＜0.067；

所述第四透镜22的厚度T₄与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为T₄/TTL，T₄/TTL满足：0.033＜T₄/TTL＜0.133；

所述第五透镜23的厚度T₅与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为T₅/TTL，T₅/TTL满足：0.067＜T₅/TTL＜0.167。

通过限定投影镜头中各个透镜的厚度：(1)可使得形成的投影镜头的长度/尺寸得以控制，实现小型化，同时可以控制投影画面的质量；(2)可适当的节省原料，降低生成成本；(3)有利于降低镜片的制作工艺难度。

可选的是，所述第一透镜11与所述第二透镜12的空气间隔为A₁，A₁与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₁/TTL，A₁/TTL满足：0.067＜A₁/TTL＜0.233；

所述第三透镜21与所述第四透镜22的空气间隔为A₃，A₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₃/TTL，A₃/TTL满足：0＜A₃/TTL＜0.5；

所述第四透镜22与所述第五透镜23的空气间隔为A₄，A₄与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₄/TTL，A₄/TTL满足：0＜A₄/TTL＜1。

可选的是，如图1和图2所示，所述投影镜头还包括透光保护器件60，所述透光保护器件60位于所述转折棱镜50与所述图像源40之间。

其中，透光保护器件60可以为一透明玻璃板。透明玻璃板例如可以盖设于图像源40的出光面，能够在保证很好的透光率的前提下，有效保护图像源40，防止外界的灰尘进入图像源40。

可选的是，所述第一透镜11及所述第五透镜23为非球面镜片；所述第二透镜12、所述第三透镜21及所述第四透镜22为球面镜片。

本申请实施例的方案中，整个投影镜头中的五片镜片中，仅采用两片非球面镜片，相比其他采用三片甚至更多非球面镜片的投影镜头来说，本申请实施例的投影镜头通过减少非球面镜片的数量，达到降低生产成本的目的，同时能够保证高清晰度、低畸变的像质。

例如，第一透镜11的两个表面均为非球面，通过中心位置的曲率和边缘位置的曲率不同，可以减少像差，使得成像更加清晰，有利于投影镜头的小型化。第五透镜23的两个表面例如均为非球面，该设计可以有效消除光学成像过程中产生的球差、慧差和像散，实现校正像差的效果。

本申请实施例提供的投影镜头，可实现成像的像高＞4mm，F数＞1.5，透射比＞1，视场角＞30°。

其中，F数指投影镜头的光圈比。具体地，光圈比是指焦距与光圈直径的比值，当光圈比越小时，投影镜头的相对口径越大，通光量越大；当光圈比越大时，投影镜头的相对口径越小，通光量越小。本申请的投影镜头为大光圈F，极大程度上满足了投影镜头对亮度的要求。

其中，投射比是指投影距离与投影画面宽度的比值。

其中，视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角可用FOV表示。本申请的投影镜头具备较大的视场角。

为了进一步优化投影镜头的性能，以下采用三个例子进行说明。

实施例1

如图1和图2所示，投影镜头由物方到像方沿同一光轴依次包括：第一透镜11、第二透镜12、第三透镜21、第四透镜22及第五透镜23，所述第一透镜11及所述第三透镜21均具有负光焦度，所述第二透镜12、所述第四透镜22及所述第五透镜23均具有正光焦度，所述第三透镜21及所述第四透镜22相邻的表面相互胶合；所述第一透镜11所述第二透镜12组成前透镜组10，所述第三透镜21、所述第四透镜22及所述第五透镜23组成后透镜组20，所述前透镜组10的焦距为f₁₁，f₁₁满足：40mm＜f₁₁＜60mm；所述后透镜组20的焦距为f₂₂，f₂₂满足：2mm＜f₂₂＜12mm；在前透镜组10和后透镜组20之间设置有光阑30。

其中，所述第一透镜11朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凹面；所述第二透镜12朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；所述第三透镜21朝向物方一侧的表面为凹面，朝向像方一侧的表面为凹面；所述第四透镜22朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；所述第五透镜23朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；所述第一透镜11及所述第五透镜23为非球面镜片；所述第二透镜12、所述第三透镜21及所述第四透镜22为球面镜片。

所述投影镜头可以搭配图像源40，所述图像源为0.16英寸的数字微镜元件，所述图像源40设于所述第五透镜23背离所述第四透镜22的一侧，所述图像源40用于投射出投影光线；

所述投影镜头还包括转折棱镜50，所述转折棱镜50位于所述第五透镜23与所述图像源40之间，所述转折棱镜50的厚度为8mm；

所述投影镜头还包括透光保护器件60，所述透光保护器件60位于所述转折棱镜50与所述图像源40之间；

所述投影镜头的光学总长为30mm。

参见下表1，其中包含各个透镜的曲率半径、厚度、材料、半口径。其中，序号间隔位置的厚度表示为相邻两个透镜之间的距离。

表1

根据本申请实施例1提供的投影镜头：

投影镜头的投射比为1.2。

投影镜头的F数为1.8。F数指投影镜头的光圈比，为大光圈F no1.8，极大程度上满足了投影镜头对亮度的要求。

投影镜头的视场角满足：FOV＝32.1°，具备较大的视场角。

基于表1的数据，如图3所示，示出的是投影镜头的场曲与畸变图。其中，场曲是指像场弯曲，主要用于表示投影镜头中，整个光束的交点与理想像点的不重合程度。畸变是指物体通过投影镜头成像时，物体不同部分有不同的放大率的像差，畸变会导致物像的相似性变坏，但不影响像的清晰度。根据图3可知，畸变小于1％，满足人眼观看要求。

基于表1的、数据，如图4所示，示出的是投影镜头的各视场芯片面调制传递函数图，即MTF(ModulationTransferFunction)图，MTF图用于是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于评价对景物细部还原能力。根据图4可知，投影镜头的图像源40为0.16英寸的情况下，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。根据图4可知，MTF＞0.6，成像质量良好。

基于表1的数据，如图5所示，示出的是投影镜头的离焦MTF图，MTF＞0.4的离焦范围大于0.025mm，具备较大的离焦范围，热虚焦风险低，并可适应不稳定的点亮环境。

基于表1的数据，如图6所示，示出的是投影镜头的相对照度图，其最边缘相对中心照度＞78％，说明该投影镜头成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

基于表1的数据，如图7所示，示出的是投影镜头的垂轴色差图，垂轴色差是指又称为倍率色差，主要是指像方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在物方出射时变成多根光线，氢蓝光与氢红光在像面上的焦点位置的差值。根据图7可知，投影镜头的垂轴色差＜2μm，成像拖影程度极低，成像质量较好。

实施例2

如图8所示，该投影镜头与实施例1不同之处在于：

参见下表2，其中包含各个透镜的曲率半径、厚度、材料、半口径。其中，序号间隔位置的厚度表示为相邻两个透镜之间的距离。投影镜头的光学总长为25mm。

表2

根据本申请实施例2提供的投影镜头：

投影镜头的投射比为1.2。

投影镜头的F数为1.7。F数指投影镜头的光圈比，为大光圈F no1.7，极大程度上满足了投影镜头对亮度的要求。

投影镜头的视场角满足：FOV＝32°，具备较大的视场角。

基于表2的数据，如图9所示，示出的是投影镜头的场曲与畸变图。根据图9可知，畸变小于0.9％，满足人眼观看要求。

基于表2的数据，如图10所示，示出的是投影镜头的各视场芯片面调制传递函数图，即MTF(ModulationTransferFunction)图，根据图10可知，投影装置的图像源40为0.16英寸的情况下，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＞0.6，成像质量良好。

基于表2的数据，如图11所示，示出的是投影镜头的离焦MTF图，MTF＞0.4的离焦范围大于0.016mm，具备较大的离焦范围，热虚焦风险低，并可适应不稳定的点亮环境。

基于表2的数据，如图12所示，示出的是投影镜头的相对照度图，其最边缘相对中心照度＞78％，说明该投影镜头成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

基于表2的数据，如图13所示，示出的是投影镜头的垂轴色差图。根据图13可知，投影镜头的垂轴色差＜2.3μm，成像质量较好。

实施例3

如图14所示，该投影镜头与实施例1不同之处在于：

参见下表3，其中包含各个透镜的曲率半径、厚度、材料、半口径。其中，序号间隔位置的厚度表示为相邻两个透镜之间的距离。

所述投影镜头的光学总长也为30mm。

表3

根据本申请实施例3提供的投影镜头：

投影镜头的投射比为1.2。

投影镜头的视场角满足：FOV＝32.1°，具备较大的视场角。

基于表3的数据，如图15所示，示出的是投影镜头的场曲与畸变图。根据图15可知，畸变小于0.95％，满足人眼观看要求。

基于表3的数据，如图16所示，示出的是投影镜头的各视场芯片面调制传递函数图，即MTF(ModulationTransferFunction)图。根据图16可知，投影装置的图像源40为0.16英寸的情况下，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＞0.6，成像质量良好。

基于表3的数据，如图17所示，示出的是投影镜头的离焦MTF图，MTF＞0.4的离焦范围大于0.02mm，具备较大的离焦范围，热虚焦风险低，并可适应不稳定的点亮环境。

基于表3的数据，如图18所示，示出的是投影镜头的相对照度图，其最边缘相对中心照度＞80％，说明该投影镜头成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

基于表3的数据，如图19所示，其中示出的是投影镜头的垂轴色差图。根据图19可知，投影镜头的垂轴色差＜2.7μm，成像质量较好。

本申请实施例还提供了一种投影装置，所述投影装置包括壳体，及如上所述的投影镜头，所述投影镜头设置于所述壳体。

其中的投影镜头的具体结构可参见上述的各个实施例。

由于本申请的投影装置采用上述所有实施例的投影镜头，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头由物方到像方沿同一光轴包括：前透镜组（10）、后透镜组（20）及光阑（30），其中，所述光阑（30）位于所述前透镜组（10）与所述后透镜组（20）之间；

所述后透镜组的焦距为f₂₂，f₂₂满足：2mm＜f₂₂＜12mm；

所述投影镜头的焦距为f，f满足：3mm＜f＜5mm；

所述前透镜组（10）包括光焦度为负的第一透镜（11）及光焦度为正的第二透镜（12）；

所述后透镜组（20）包括依次设置的第三透镜（21）、第四透镜（22）及第五透镜（23），其中，所述第三透镜（21）与所述第四透镜（22）相邻的两个表面相互胶合；

所述第三透镜（21）的光焦度为负，所述第四透镜（22）及所述第五透镜（23）的光焦度为正。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述前透镜组与所述光阑（30）的空气间隔设置为A₁₁，A₁₁与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₁₁/TTL，A₁₁/TTL满足：0.033＜A₁₁/TTL＜0.167。

3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述光阑（30）与所述后透镜组的空气间隔设置为A₂₂，A₂₂与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₂₂/TTL，A₂₂/TTL满足：0.06＜A₂₂/TTL＜0.2。

4.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转折棱镜（50），所述转折棱镜（50）位于所述后透镜组（20）背离所述光阑（30）的一侧；

所述后透镜组（20）与所述转折棱镜（50）的空气间隔为A₃₃，A₃₃与所述投影镜头的光学总长TTL的比值为A₃₃/TTL，A₃₃/TTL满足：0＜A₃₃/TTL＜2。

5.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜（11）的焦距为f₁，f₁满足：-8mm＜f₁＜-4mm；

所述第二透镜（12）的焦距为f₂，f₂满足：8mm＜f₂＜12mm。

6.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（21）的焦距为f₃，f₃满足：-18mm＜f₃＜-14mm；

所述第四透镜（22）的焦距为f₄，f₄满足：15.5mm＜f₄＜19.5mm；

所述第五透镜（23）的焦距为f₅，f₅满足：7mm＜f₅＜11mm。

7.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：

壳体；以及

如权利要求1至6中任一项所述的投影镜头，所述投影镜头设置于所述壳体。