CN212460166U - 投影镜头及投影仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投影镜头及投影仪，投影镜头构成投影仪的投影光学系统，其将图像显示元件的表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，所述投影镜头从投影表面侧向图像显示元件侧依次包括皆采用玻璃球面透镜的：具有负光焦度的第一透镜；具有正光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜；具有负光焦度的第七透镜。通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，其轴上、轴外像差校正充分，成像质量随视场变化不明显，一致性好，光学特性优良，低畸变；所有透镜都采用玻璃球面透镜，温度适用范围广。

Description

投影镜头及投影仪

技术领域

本实用新型涉及光学仪器领域，特别涉及一种投影镜头及投影仪。

背景技术

近年来大屏幕的视频工具给我们带来了更加美好的视觉感受，越来越多的年轻人热衷于用投影机进行观影。但大部分投影仪器为了达到大靶面和低畸变的效果，经常使用塑胶非球面镜片。而塑胶材料本身的热膨胀系数比较大，导致此类镜头的温度补偿非常困难，一旦使用时间过长镜头过热，图像质量就大打折扣。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种投影镜头及投影仪，可在保证图像质量的条件下兼顾大靶面和低畸变的效果。

根据本实用新型第一方面实施例的一种投影镜头，构成投影仪的投影光学系统，其将图像显示元件的表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，所述投影镜头从投影表面侧向图像显示元件侧依次包括皆采用玻璃球面透镜的：具有负光焦度的第一透镜；具有正光焦度的第二透镜；具有正光焦度的第三透镜；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜；具有负光焦度的第七透镜。

根据本实用新型第一方面实施例的投影镜头，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，在一英寸的大靶面范围内，其轴上、轴外像差校正充分，成像质量随视场变化不明显，一致性好，光学特性优良，低畸变；所有透镜都采用玻璃球面透镜，温度适用范围广，结构形式简单，大大降低了加工难度，易于保存，降低了镜头生产成本。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述第一透镜朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第二透镜呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凹面，朝向图像显示元件侧的一面为凸面；第三透镜呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第四透镜的两个面均为凸面；第五透镜的两个面均为凹面；第六透镜的两个面均为凸面；第七透镜呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述投影镜头满足以下关系式

-2<f₁/f<0；

1<f₂/f<5；

1<f₃/f<3；

0<f₄/f<1；

-1<f₅/f<0；

0<f₆/f<1；

-3<f₇/f<0；

2<TL/f<4；

其中，f为该投影镜头的焦距，f₁为第一透镜的焦距，f₂为第二透镜的焦距，f₃为第三透镜的焦距，f₄为第四透镜的焦距，f₅为第五透镜的焦距，f₆为第六透镜的焦距，f₇为第七透镜的焦距，TL为该投影镜头的总体长度。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述投影镜头满足以下关系式

1.5＜Nd₁＜1.6；

1.4＜Nd₂＜1.6；

1.8＜Nd₃＜2.0；

1.5＜Nd₄＜1.7；

1.5＜Nd₅＜1.7；

1.5＜Nd₆＜1.7；

1.4＜Nd₇＜1.6；

其中，Nd₁为第一透镜的折射率，Nd₂为第二透镜的折射率，Nd₃为第三透镜的折射率，Nd₄为第四透镜的折射率，Nd₄为第五透镜的折射率，Nd₄为第六透镜的折射率，Nd₄为第七透镜的折射率。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述投影镜头满足以下关系式

50＜Vd₁<70；

70＜Vd₂<80；

30＜Vd₃<40；

50＜Vd₄<70；

30＜Vd₅<40；

50＜Vd₆<70；

70＜Vd₇<80；

其中，Vd₁为第一透镜的色散系数，Vd₂为第二透镜的色散系数，Vd₃为第三透镜的色散系数，Vd₄为第四透镜的色散系数，Vd₅为第五透镜的色散系数，Vd₆为第六透镜的色散系数，Vd₇为第七透镜的色散系数。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述第五透镜和第六透镜之间设置有光阑。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述投影镜头满足以下关系式

0.4<A₀₁/TL<0.7；

0.07<A₀₂<0.1；

3<A₀₃<5；

0.1<A₀₄<0.5；

0.4<A_1S+A_S2<0.8；

8<A_1S/A_S2<12；

0.1<A₀₄<0.5；

0.07<A₀₅<0.1；

其中，A₀₁为第一透镜与第二透镜之间的空气间隔距离，A₀₂为第二透镜与第三透镜之间的空气间隔距离，A₀₃为第三透镜与第四透镜之间的空气间隔距离，A₀₄为第四透镜与第五透镜之间的空气间隔距离，A_1S为第五透镜与光阑STO之间的空气间隔距离，A_S2为光阑STO与第六透镜之间的空气间隔距离，A₀₅为第六透镜与第七透镜之间的空气间隔距离，TL为该投影镜头的总体长度。

根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述第一透镜到投影表面之间的距离为2.8m，所述投影镜头的焦距f＝18.8mm，F数为4.5，该投影镜头的总长TL＝69.2mm。

根据本实用新型第二方面实施例的一种投影仪，包括：光源；照明光学系统，被配置成以从所述光源出射的光照明图像显示元件；图像显示元件，被配置成通过控制穿过照明光学系统的入射光的出射而显示图像；投影光学系统，被配置成将图像显示元件的显示表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，其中，所述投影光学系统包括所述的投影镜头。

根据本实用新型第二方面实施例的投影镜头，至少具有如下有益效果：通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，在一英寸的大靶面范围内，其轴上、轴外像差校正充分，成像质量随视场变化不明显，一致性好，光学特性优良，低畸变；所有透镜都采用玻璃球面透镜，温度适用范围广，结构形式简单，大大降低了加工难度，易于保存，降低了镜头生产成本。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型第一方面实施例的投影镜头示意图；

图2为本实用新型第一方面实施例的投影镜头MTF曲线图；

图3为本实用新型第一方面实施例的投影镜头弥散斑图；

图4为本实用新型第一方面实施例的场曲和畸变曲线。

附图标记：

投影表面1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、光阑STO、第六透镜7、第七透镜8、图像显示元件9。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参考图1所示，为本技术方案根据本实用新型第一方面实施例的根据本实用新型第一方面实施例的一种投影镜头，构成投影仪的投影光学系统，其将图像显示元件9(如幻灯片)的表面上显示的图像投射至投影表面1(如墙面)，从而放大并显示该图像，所述投影镜头从投影表面侧向图像显示元件侧依次包括皆采用玻璃球面透镜的：具有负光焦度的第一透镜2；具有正光焦度的第二透镜3；具有正光焦度的第三透镜4；具有正光焦度的第四透镜5；具有负光焦度的第五透镜6；具有正光焦度的第六透镜7；具有负光焦度的第七透镜8。

通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，在一英寸的大靶面范围内，其轴上、轴外像差校正充分，成像质量随视场变化不明显，一致性好，光学特性优良，低畸变；整个系统使用球面玻璃镜片，温度稳定性好，加工性好，可用于批量生产。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述第一透镜2朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第二透镜3呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凹面，朝向图像显示元件侧的一面为凸面；第三透镜4呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第四透镜5的两个面均为凸面；第五透镜6的两个面均为凹面；第六透镜7的两个面均为凸面；第七透镜8呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述投影镜头满足以下关系式

-2<f₁/f<0；

1<f₂/f<5；

1<f₃/f<3；

0<f₄/f<1；

-1<f₅/f<0；

0<f₆/f<1；

-3<f₇/f<0；

2<TL/f<4；

其中，f为该投影镜头的焦距，f₁为第一透镜2的焦距，f₂为第二透镜3的焦距，f₃为第三透镜4的焦距，f₄为第四透镜5的焦距，f₅为第五透镜6的焦距，f₆为第六透镜7的焦距，f₇为第七透镜8的焦距，TL为该投影镜头的总体长度。

由于第一透镜2具有负的光焦度，呈弯月形状，朝向物侧的一面为凸面，可以把较大的视场的光线收入系统中，缩小后接镜片的视场角。第二透镜3、第三透镜4具有正的光焦度，可以有效减小后组镜片的光线高度，且两者且呈弯月形对称的置于光路中，基本均匀的承担光线偏角，有利于球差的减小。第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8共同作用，保证像质，并通过第二透镜3、第三透镜4控制光线高度，在较短的间隔距离内达到尺寸较大的像面高度，被图像显示元件9接收。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述投影镜头满足以下关系式

1.5＜Nd₁＜1.6；

1.4＜Nd₂＜1.6；

1.8＜Nd₃＜2.0；

1.5＜Nd₄＜1.7；

1.5＜Nd₅＜1.7；

1.5＜Nd₆＜1.7；

1.4＜Nd₇＜1.6；

其中，Nd₁为第一透镜2的折射率，Nd₂为第二透镜3的折射率，Nd₃为第三透镜4的折射率，Nd₄为第四透镜5的折射率，Nd₄为第五透镜6的折射率，Nd₄为第六透镜7的折射率，Nd₄为第七透镜8的折射率。

在本实施例中，各透镜选择合理折射率的材料，尤其是第三透镜4采用高折射率材料，有利于减小球差及减小正光焦度带来的场曲；第一透镜2、第五透镜6、第七透镜8，都具有负的光焦度，搭配低折射率的材料，可以尽可能的抵消正透镜带来的场曲，达到像面平坦的目的。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述投影镜头满足以下关系式

50＜Vd₁<70；

70＜Vd₂<80；

30＜Vd₃<40；

50＜Vd₄<70；

30＜Vd₅<40；

50＜Vd₆<70；

70＜Vd₇<80；

其中，Vd₁为第一透镜2的色散系数，Vd₂为第二透镜3的色散系数，Vd₃为第三透镜4的色散系数，Vd₄为第四透镜5的色散系数，Vd₅为第五透镜6的色散系数，Vd6为第六透镜7的色散系数，Vd7为第七透镜8的色散系数。

上述各透镜选择合理色散系数的材料，各透镜色散系数相互搭配，有利于消除系统色差，提供高分辨率彩色图像。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述第五透镜6和第六透镜7之间设置有光阑STO，用于限制光束口径。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述投影镜头满足以下关系式

0.4<A₀₁/TL<0.7；

0.07<A₀₂<0.1；

3<A₀₃<5；

0.1<A₀₄<0.5；

0.4<A_1S+A_S2<0.8；

8<A_1S/A_S2<12；

0.1<A₀₄<0.5；

0.07<A₀₅<0.1；

其中，A₀₁为第一透镜2与第二透镜3之间的空气间隔距离，A₀₂为第二透镜3与第三透镜4之间的空气间隔距离，A₀₃为第三透镜4与第四透镜5之间的空气间隔距离，A₀₄为第四透镜5与第五透镜6之间的空气间隔距离，A_1S为第五透镜6与光阑STO之间的空气间隔距离，A_S2为光阑STO与第六透镜7之间的空气间隔距离，A₀₅为第六透镜7与第七透镜8之间的空气间隔距离，TL为该投影镜头的总体长度。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述第一透镜2到投影表面之间的距离为2.8m，所述投影镜头的焦距f＝18.8mm，F数为4.5，实际成像靶面为1英寸φ25.4，该投影镜头的总长TL＝69.2mm。光学系统具体参数如下表所示：

图2和图3为本实施例方案中显微镜头光学系统的光学性能图表，其中图2为系统MTF曲线，用来评价光学系统分辨能力，从图中曲线可以看出，各视场MTF曲线比较集中，没有出现大的离散，说明该系统各项像差已经得到很好的校正，各视场一致性比较好；图3为弥散斑图，从图中可以看出各视场光线会聚非常集中，同样接近衍射极限，进一步说明通过该系统能得到很好的成像效果。图4为系统的场曲和畸变曲线，从图中可以看到畸变控制在4％左右，相对较小。

根据本实用新型第二方面实施例的一种投影仪，包括：光源；照明光学系统，被配置成以从所述光源出射的光照明图像显示元件；图像显示元件，被配置成通过控制穿过照明光学系统的入射光的出射而显示图像；投影光学系统，被配置成将图像显示元件的显示表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，其中，所述投影光学系统包括所述的投影镜头。

通过设置不同结构的镜片组合，并合理分配各个镜片的光焦度，在一英寸的大靶面范围内，其轴上、轴外像差校正充分，成像质量随视场变化不明显，一致性好，光学特性优良，低畸变；所有透镜都采用玻璃球面透镜，温度适用范围广，结构形式简单，大大降低了加工难度，易于保存，降低了镜头生产成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种投影镜头，构成投影仪的投影光学系统，其将图像显示元件的表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，其特征在于，所述投影镜头从投影表面侧向图像显示元件侧依次包括皆采用玻璃球面透镜的：

具有负光焦度的第一透镜(2)；

具有正光焦度的第二透镜(3)；

具有正光焦度的第三透镜(4)；

具有正光焦度的第四透镜(5)；

具有负光焦度的第五透镜(6)；

具有正光焦度的第六透镜(7)；

具有负光焦度的第七透镜(8)。

2.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(2)朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第二透镜(3)呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凹面，朝向图像显示元件侧的一面为凸面；第三透镜(4)呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面；第四透镜(5)的两个面均为凸面；第五透镜(6)的两个面均为凹面；第六透镜(7)的两个面均为凸面；第七透镜(8)呈弯月形状，且朝向投影表面侧的一面为凸面，朝向图像显示元件侧的一面为凹面。

3.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其特征在于：所述投影镜头满足以下关系式

-2<f₁/f<0；

1<f₂/f<5；

1<f₃/f<3；

0<f₄/f<1；

-1<f₅/f<0；

0<f₆/f<1；

-3<f₇/f<0；

2<TL/f<4；

其中，f为该投影镜头的焦距，f₁为第一透镜(2)的焦距，f₂为第二透镜(3)的焦距，f₃为第三透镜(4)的焦距，f₄为第四透镜(5)的焦距，f₅为第五透镜(6)的焦距，f₆为第六透镜(7)的焦距，f₇为第七透镜(8)的焦距，TL为该投影镜头的总体长度。

4.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其特征在于：所述投影镜头满足以下关系式

1.5＜Nd₁＜1.6；

1.4＜Nd₂＜1.6；

1.8＜Nd₃＜2.0；

1.5＜Nd₄＜1.7；

1.5＜Nd₅＜1.7；

1.5＜Nd₆＜1.7；

1.4＜Nd₇＜1.6；

其中，Nd₁为第一透镜(2)的折射率，Nd₂为第二透镜(3)的折射率，Nd₃为第三透镜(4)的折射率，Nd₄为第四透镜(5)的折射率，Nd₄为第五透镜(6)的折射率，Nd₄为第六透镜(7)的折射率，Nd₄为第七透镜(8)的折射率。

5.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其特征在于：所述投影镜头满足以下关系式

50＜Vd₁<70；

70＜Vd₂<80；

30＜Vd₃<40；

50＜Vd₄<70；

30＜Vd₅<40；

50＜Vd₆<70；

70＜Vd₇<80；

其中，Vd₁为第一透镜(2)的色散系数，Vd₂为第二透镜(3)的色散系数，Vd₃为第三透镜(4)的色散系数，Vd₄为第四透镜(5)的色散系数，Vd₅为第五透镜(6)的色散系数，Vd₆为第六透镜(7)的色散系数，Vd₇为第七透镜(8)的色散系数。

6.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其特征在于：所述第五透镜(6)和第六透镜(7)之间设置有光阑。

7.根据权利要求6所述的投影镜头，其特征在于：所述投影镜头满足以下关系式

0.4<A₀₁/TL<0.7；

0.07<A₀₂<0.1；

3<A₀₃<5；

0.1<A₀₄<0.5；

0.4<A_1S+A_S2<0.8；

8<A_1S/A_S2<12；

0.1<A₀₄<0.5；

0.07<A₀₅<0.1；

其中，A₀₁为第一透镜(2)与第二透镜(3)之间的空气间隔距离，A₀₂为第二透镜(3)与第三透镜(4)之间的空气间隔距离，A₀₃为第三透镜(4)与第四透镜(5)之间的空气间隔距离，A₀₄为第四透镜(5)与第五透镜(6)之间的空气间隔距离，A_1S为第五透镜(6)与光阑之间的空气间隔距离，A_S2为光阑与第六透镜(7)之间的空气间隔距离，A₀₅为第六透镜(7)与第七透镜(8)之间的空气间隔距离，TL为该投影镜头的总体长度。

8.根据权利要求7所述的投影镜头，其特征在于：所述第一透镜(2)到投影表面之间的距离为2.8m，所述投影镜头的焦距f＝18.8mm，F数为4.5，该投影镜头的总长TL＝69.2mm。

9.一种投影仪，其特征在于，包括：

光源；

照明光学系统，被配置成以从所述光源出射的光照明图像显示元件；

图像显示元件，被配置成通过控制穿过照明光学系统的入射光的出射而显示图像；和

投影光学系统，被配置成将图像显示元件的显示表面上显示的图像投射至投影表面，从而放大并显示该图像，其中，所述投影光学系统包括如权利要求1至8任一所述的投影镜头。

Images