CN214504006U - 投影镜头、投影显示系统及投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种投影镜头、投影显示系统及投影显示装置，其中，所述投影镜头通过将位于物方一侧的光线依次经过第六透镜、胶合透镜、第三透镜、第二透镜，并从第一透镜射出所述投影镜头，在像方一侧成像，使得投影镜头的亮度提升。并且，本实用新型提供的投影镜头通过从像方到物方依次设置所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述胶合透镜以及所述第六透镜，从而使投影镜头的畸变小于1％，中心视场小于0.5像素，边缘视场小于0.7像素；且本投影镜头通过减少透镜的使用数量，达成了简化投影镜头的结构，即减小投影镜头的体积和重量，从而满足投影镜头对小型化的要求的效果。

Description

投影镜头、投影显示系统及投影显示装置

相关申请

本申请要求2020年11月13日申请的，申请号为202022637917.6，名称为“投影镜头、投影显示系统及投影显示装置”的中国专利申请的优先权，在此将其全文引入作为参考。

技术领域

本实用新型涉及投影成像技术领域，特别涉及一种投影镜头、投影显示系统及投影显示装置。

背景技术

微型投影是将传统投影显示装置进行小型化，便携化的一种投影技术。在微型投影技术领域中，微投设备正逐步向着微型化，高亮度，便携式的方向发展。

但目前的微型投影镜头的光学结构过于复杂，体积较大，难以满足微型投影镜头对小型化的要求，且其亮度差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种投影镜头、投影显示系统及投影显示装置，旨在解决微型投影镜头的光学结构过于复杂，体积较大，难以满足小型化的要求以及亮度差的问题。

所述投影镜头从像方到物方顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜具有凸向像方的第一表面以及凹向物方的第二表面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜具有凸向像方的第三表面以及凹向物方的第四表面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜具有凸向像方的第五表面以及凸向物方的第六表面；

胶合透镜；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜具有凸向像方的第十一表面以及凸向物方的第十二表面；

其中，所述胶合透镜包括：

靠近所述第三透镜设置的第四透镜，所述第四透镜具有凹向物方的第七表面以及凹向像方的第八表面；

第五透镜，所述第五透镜具有凸向物方的第九表面以及凸向像方的第十表面，所述第八表面与所述第九表面胶合。

在一可选实施例中，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜均为玻璃透镜。

在一可选实施例中，所述第六透镜为非球面凸透镜。

在一可选实施例中，所述第一透镜为塑料透镜。

在一可选实施例中，所述第三透镜为双凸透镜。

在一可选实施例中，所述投影镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

为实现上述目的，本实用新型还提出了一种投影显示系统，所述投影显示系统包括如上所述的投影镜头；

所述投影显示系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述第六透镜远离所述第五透镜的一侧。

在一可选实施例中，所述投影显示系统还包括：

直角棱镜，所述直角棱镜设于所述显示单元与所述第六透镜之间。

为实现上述目的，本实用新型还提出了一种投影显示装置，其特征在于，所述投影显示装置包括如上所述的投影显示系统。

本实用新型提供了一种投影镜头、投影显示系统及投影显示装置，其中，所述投影镜头通过将位于所述物方一侧的光线依次经过所述第六透镜、所述第五透镜、所述第四透镜、所述第三透镜、所述第二透镜，并从所述第一透镜射出所述投影镜头，并在所述像方一侧成像，使得投影镜头的亮度提升。并且，本实用新型提供的投影镜头通过从像方到物方依次设置所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜以及所述第六透镜，从而使投影镜头的畸变小于1％，中心视场小于0.5像素，边缘视场小于0.7像素；且本投影镜头通过减少透镜的使用数量，以简化投影镜头的结构，即减小投影镜头的体积和重量，从而满足投影镜头对小型化的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性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实用新型的一些实施例，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示出的获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例投影镜头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例投影镜头的光路示意图；

图3为本实用新型实施例投影镜头的调制传递函数图；

图4为本实用新型实施例投影镜头的点列图；

图5为本实用新型实施例投影镜头的场曲与畸变图；

图6为本实用新型实施例投影镜头的垂轴色差图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供了一种投影镜头。

请参照图1，所述投影镜头具有物方A和像方B，物方A(后侧)为投影过程中，投影图像的像源所在的一侧，像方B(前侧)为投影图像所在的一侧。具体地，所述投影镜头从像方B到物方A顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜10，所述第一透镜10具有凸向像方的第一表面11以及凹向物方的第二表面12；

具有负光焦度的第二透镜20，所述第二透镜20具有凸向像方的第三表面21以及凹向物方的第四表面22；

具有正光焦度的第三透镜30，所述第三透镜30具有凸向像方的第五表面31以及凸向物方的第六表面32；

胶合透镜，所述胶合透镜包括：

靠近所述第三透30镜设置的第四透镜40，所述第四透镜40具有凹向像方的第七表面41以及凹向物方的第八表面42；

第五透镜50，所述第五透镜50具有凸向像方的第九表面51以及凸向物方的第十表面52，其中，所述第八表面42与所述第九表面胶合51；

具有正光焦度的第六透镜60，所述第六透镜60具有凸向像方的第十一表面61以及凸向物方的第十二表面62；

其中，位于所述物方一侧的光线依次经过所述第六透镜60、所述第五透镜50、所述第四透镜40、所述第三透镜30、所述第二透镜20，并从所述第一透镜10射出所述投影镜头，并在所述像方一侧成像。

本实施例中，光焦度为像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，表征光学系统偏折光线的能力。光焦度常用字母φ表示，折射球面光焦度φ＝(n’-n)/r＝n’/f'＝-n/f，其中，n’为像方折射率，n为物方折射率，r为球面半径，f'为像焦距，f为物焦距。

请参照图2，位于所述物方A一侧的光线从所述投影镜头的光轴一侧进入所述投影镜头后，沿所述投影镜头的光轴的另一侧射出所述投影镜头，从而能够使成像画面均投影在所述投影镜头光轴的另一侧，从而提升投影镜头的亮度。

本实用新型提出的技术方案中，位于所述物方A一侧的光线依次经过所述第六透镜60、所述第五透镜50、所述第四透镜40、所述第三透镜30、所述第二透镜20，并从所述第一透镜10射出所述投影镜头，从而使得投影镜头的亮度提升，且本投影镜头通过减少透镜的使用数量，实现了简化投影镜头的结构，即减小投影镜头的体积和重量的效果，从而使得可以满足投影镜头对小型化的要求。

在一些可选的实施方式中，所述第二透镜20、所述第三透镜30、所述胶合透镜(包括所述第四透镜40和所述第五透镜50)、所述第六透镜60均为玻璃透镜。在一具体实施例中，所述第二透镜20、所述第三透镜30、所述第四透镜40、所述第五透镜50、所述第六透镜60均为光学玻璃镜片。

可选地，所述第二透镜20的折射率为1.5，阿贝数为81.6；所述第三透镜30的折射率为1.9，阿贝数为31.3；所述胶合透镜的折射率为1.5，阿贝数为81.6；所述第六透镜50的折射率为1.52，阿贝数为64。

在一实施例中，在光线经过位于物方A一侧的所述第六透镜60后，由于所述第六透镜60为光学玻璃镜片，能够减少或避免光源在工作过程中产生的高温对所述投影镜头成像的影响。

在一些可选的实施方式中，所述第六透镜60为非球面凸透镜，即所述第十一表面61以及所述第十二表面62为非球面结构。其中，当第六透镜60的表面为非球面结构时，能够有效的减小镜片的边缘像差，从而提高所述投影镜头的性能。可以理解的是，通过非球面结构，可以有效地实现多个球面透镜校正像差的效果，这有利于实现所述投影镜头的小型化。

在一些可选的实施方式中，所述第三透镜30为双凸透镜。

在一些可选的实施方式中，所述第一透镜10为塑料透镜。具体的，所述第一透镜10的折射率为1.53，阿贝数为55.87。

如表1所示，为所述第一透镜10、所述第二透镜20、所述第三透镜30、所述胶合透镜(包括第四透镜40和第五透镜50)以及所述第六透镜60对应的参数表。其中，第一透镜10的第二表面12和第二透镜20的第三表面21之间的间距为6.11mm，第二透镜20的第四表面22和第三透镜30的第五表面31之间的间距为1.27mm，第三透镜30的第六表面32和第四透镜40的第七表面41之间的间距为0.22mm。第五透镜50的第十表面52与第六透镜60的第十一表面61之间的间距为1.57mm。第六透镜60的第十二表面62直角棱镜200靠近第六透镜60的表面之间的间距为2mm。

表1：

在一些可选的实施方式中，所述投影镜头还包括光阑70，所述光阑70设于所述第三透镜30与所述胶合透镜第四透镜40之间。其中，所述光阑70用于控制光线从所述胶合透镜(第四透镜40和第五透镜50)向所述第三透镜30通过，从而调节经过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。

可选地，参照表1，所述光阑70的厚度为2.5mm。

可选地，所述投影镜头的物方A远心光路在±1°的范围之内。

请参照图3，图3为上述实施例的投影镜头的调制传递函数图。调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)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。其中，投影镜头的投影距离为1000mm，以投影屏幕为38寸，投影角度为视场取样间频率坐标，传递函数MTF值为纵坐标。

请参照图4，图4为上述实施例的所述投影镜头的点列图。所述点列图的均方根半径小于像素5.4um。其中，点列图是指由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，用于评价所述投影显示系统的成像质量。

请参照图5，图5为上述实施例的所述投影镜头的场曲与畸变图。场曲是指像场弯曲，主要用于表示光学系统中，整个光束的交点与理想像点的不重合程度；畸变是指物体通过光学系统成像时，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。其中，所述投影镜头的畸变＜1％。

请参照图6，图6为上述实施例的所述投影镜头的垂轴色差图。垂轴色差又称为倍率色差，主要是指物方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在像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。其中，图示中投影镜头的中心视场小于2.7um(0.5pixel)，边缘视场小于3.58um(0.7pixel)。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种投影显示系统，所述投影显示系统包括如上述任一项实施方式所述的投影镜头。另外，所述投影镜头还包括显示单元100(如图1或图2所示)，所述显示单元100设于所述第六透镜60远离所述第五透镜50的一侧，其中，所述显示单元100为数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)或硅上液晶(LiquidCrystal On Silicon，LCOS)芯片或其他可用于出射光线的显示元件或显示设备。

其中，以所述显示单元100为DMD为例，所述显示单元100为0.2英寸的DMD。上述DMD是一种由多个高速数字式光反射开光组成的阵列，即由许多小型铝制反射镜面构成的，镜片的多少由显示分辨率决定，一个小镜片对应一个像素。

具体的，位于所述物方A一侧的光线的中心与所述投影镜头的光轴共线，光线依次经过所述所述第六透镜60、所述第五透镜50、所述第四透镜40、所述第三透镜30、所述第二透镜20，并从所述第一透镜10的第一表面11射出所述投影镜头，并在所述像方B一侧成像。

请参照图1与图2，在一些可选的实施方式中，所述投影显示系统还包括直角棱镜200，所述直角棱镜200设于所述显示单元100与所述第六透镜60之间。在一实施例中，所述直角棱镜200用于将所述显示单元100背离所述投影镜头一侧的光线传递至所述投影镜头。可选实施例中，所述直角棱镜200的直角边长为9mm。

在一些可选的实施方式中，所述投影显示系统还包括盖玻片300，其中，所述盖玻片300设于所述显示单元100与所述直角棱镜200之间，用于防止所述显示单元100受到外界环境或其他元件的冲击影响，以保护所述显示单元100。可选实施例中，所述盖玻片300的厚度为1.1mm。

所述投影显示系统设计数据如下表2所示：

表2：

名称	厚度	折射率	阿贝数
				直角棱镜	9	1.71	53.9
	0.6
				盖玻片	0.7	1.5100	64.2000
	0.3030

至于所述投影镜头的设计参数，请参照上述实施例，在此并不一一赘述。

上述实施例中，所述投影显示系统的偏心比为100％，当所述显示单元100靠近所述光轴的一侧置于所述光轴上时，所述投影显示系统的投影画面位于所述光轴远离所述显示单元100的一侧，并且所述投影画面靠近所述光轴的一侧位于所述光轴上。

所述投影显示系统的投射比为1.2，F数为1.7，其中，所述投射比是指投影显示装置的投影距离与画面宽度之比；F数也称为光圈数，用于表示光学系统的像方焦距与入瞳直径的比。

本实用新型还提出一种投影显示装置，所述投影显示装置包括如上述任一实施方式所述的投影显示系统，该投影显示系统的具体结构参照上述实施例，由于该投影显示系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，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。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头从像方到物方顺序包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜具有凸向像方的第一表面以及凹向物方的第二表面；

具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜具有凸向像方的第三表面以及凹向物方的第四表面；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜具有凸向像方的第五表面以及凸向物方的第六表面；

胶合透镜；

具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜具有凸向像方的第十一表面以及凸向物方的第十二表面；

其中，所述胶合透镜包括：

靠近所述第三透镜设置的第四透镜，所述第四透镜具有凹向物方的第七表面以及凹向像方的第八表面；

第五透镜，所述第五透镜具有凸向物方的第九表面以及凸向像方的第十表面，所述第八表面与所述第九表面胶合。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜均为玻璃透镜。

3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第六透镜为非球面凸透镜。

4.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜为塑料透镜。

5.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第三透镜为双凸透镜。

6.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光阑，所述光阑设于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

7.一种投影显示系统，其特征在于，所述投影显示系统包括如权利要求1～6任一项所述的投影镜头；

所述投影显示系统还包括显示单元，所述显示单元设于所述第六透镜远离所述第五透镜的一侧。

8.根据权利要求7所述的投影显示系统，其特征在于，所述投影显示系统还包括：

直角棱镜，所述直角棱镜设于所述显示单元与所述第六透镜之间。

9.一种投影显示装置，其特征在于，所述投影显示装置包括如权利要求7～9任一项所述的投影显示系统。

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