CN217954826U

CN217954826U - 一种投影镜头及投影光机

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Publication number: CN217954826U
Application number: CN202221552890.3U
Authority: CN
Inventors: 李亚飞; 刘志刚; 王波; 张涛
Original assignee: Beijing Asu Tech Co ltd
Current assignee: Beijing Asu Tech Co ltd
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2032-06-21

Abstract

本公开实施例提供了一种投影镜头及投影光机，投影镜头包括由镜头内向外依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜以及第三透镜，第一透镜、光阑、第二透镜以及第三透镜沿同一光轴设置；第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面。本公开实施例的一种投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质，在保证光学性能的前提下，投影镜头中的透镜数量为3片，故减小了投影镜头的体积，降低了成本。

Description

一种投影镜头及投影光机

技术领域

本公开涉及投影显示器件技术领域，特别是涉及一种投影镜头及投影光机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

随着投影技术日趋成熟，投影设备不仅仅局限于工业、商务、影院、学校，还走进了每个家庭。市场需求激增，这就对投影设备提出了严苛的要求，在寻求光学性能优异的同时，还要求小型化、模块化，一致性高，成本低。然而，设计师为了追求较高的光学性能，往往需要较多的镜片，不仅使镜头体积变大还无法压低成本。

实用新型内容

本公开实施例提供了一种投影镜头及投影光机，能够提高照明端通过的光量，进而提高光机效率，同时减小光机体积，降低成本。具体技术方案如下：

第一方面，本公开实施例提供了一种投影镜头，包括：由镜头内向外依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜、所述光阑、所述第二透镜以及所述第三透镜沿同一光轴设置；

所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的物侧面为凹面，所述第三透镜的像侧面为凸面。

本公开实施例的一种投影镜头，第一透镜具有正光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，本公开实施例的一种投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质，在保证光学性能的前提下，投影镜头中的透镜数量为3片，故减小了投影镜头的体积，降低了成本。

另外，根据本公开实施例的一种投影镜头，还可以具有以下附加的技术特征：

在本公开的一些实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜均为塑料非球面透镜，所述第三透镜为玻璃球面透镜。

在本公开的一些实施例中，所述第一透镜的焦距f₃₁₁₀满足：115mm≤f₃₁₁₀≤118mm，所述第二透镜的焦距f₃₁₃₀满足：-49mm≤f₃₁₃₀≤-47mm，所述第三透镜的焦距f₃₁₄₀满足：53mm≤f₃₁₄₀≤55mm。

在本公开的一些实施例中，所述第一透镜的像侧面与所述光阑的中心距离d₄₅满足：4.5mm≤d₄₅≤6.5mm；所述第一透镜的厚度d₃₁₁₀满足：8mm≤d₃₁₁₀≤10mm；

所述光阑与所述第二透镜的物侧面的中心距离d₅₆满足：9.8mm≤d₅₆≤11.8mm；所述第二透镜的厚度d₃₁₃₀满足：3mm≤d₃₁₃₀≤5mm；

所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面的中心距离d₆₇满足：3mm≤d₅₆≤5mm；所述第三透镜的厚度d₃₁₄₀满足：12mm≤d₃₁₃₀≤14mm。

第二方面，本公开实施例提出了一种投影光机，包括照明光源、图像生成单元以及成像单元，其中，所述成像单元包括第一方面中任一项所述的投影镜头；

所述照明光源用于输出照明光线；所述图像生成单元位于所述照明光源的出射光路上，所述图像生成单元用于根据入射的照明光线形成具有投影图像的投影光线，并输出投影光线；所述投影镜头位于所述图像生成单元的出射光路上，所述投影镜头用于将具有投影图像的投影光线进行放大处理并向外投射。

根据本公开实施例的一种投影光机，光机中的投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质，在保证光学性能的前提下，投影镜头中的透镜数量为3片，故减小了投影镜头的体积，降低了成本。

另外，根据本公开实施例的一种投影光机，还可以具有以下附加的技术特征：

在本公开的一些实施例中，所述成像单元还包括：菲涅尔透镜和反射镜；

其中，所述菲涅尔透镜设置在所述图像生成单元和所述投影镜头之间，所述菲涅尔透镜具有正光焦度，所述菲涅尔透镜的物侧面为凸面，所述菲涅尔透镜的像侧面为平面，所述菲涅尔透镜处于第一光轴上；

所述反射镜设置在所述菲涅尔透镜和所述投影镜头之间，所述第一透镜、所述光阑、所述第二透镜以及所述第三透镜处于第二光轴上，所述反射镜用于将来自所述菲涅尔透镜的光反射至所述第一透镜。

在本公开的一些实施例中，所述菲涅尔透镜的焦距f₃₂₀满足：99mm≤f₃₂₀≤101mm。

在本公开的一些实施例中，所述图像生成单元与所述菲涅尔透镜的物侧面的中心距离d₁₂满足：6mm≤d₁₂≤8mm；所述菲涅尔透镜的厚度d₃₂₀满足：1.8mm≤d₃₂₀≤2.2mm；

所述菲涅尔透镜的像侧面与所述反射镜的反射面的中心距离d₂₃满足：35mm≤d₂₃≤45mm；

所述反射镜的反射面与所述第一透镜的物侧面的中心距离d₃₄满足：30mm≤d₃₄≤45mm；所述d₃₄被配置为调焦以实现不同的投影尺寸。

在本公开的一些实施例中，所述第一光轴和所述第二光轴之间的夹角为α；所述图像生成单元的法线与所述第一光轴之间的夹角为θ。

在本公开的一些实施例中，所述第一光轴和所述第二光轴之间的夹角α满足：90°≤α≤100°，所述图像生成单元的法线与所述第一光轴之间的夹角θ满足：0°≤θ≤0.64°。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本公开实施例的一种投影镜头的结构示意图；

图2为本公开实施例的一种投影光机的示意图；

图3为图2所示的一种投影光机的结构示意图；

图4为图2所示的一种投影光机的全视场传递函数MTF值示意图；

图5为图2所示的一种投影光机的全视场全波段的场曲与畸变示意图；

图6为图2所示的一种投影光机的全视场的点列示意图；

图7为图2所示的一种投影光机的全视场的几何圈入能量示意图；

图8为图2所示的一种投影光机的全视场相对照度示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本公开所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

第一方面，本公开实施例提供了一种投影镜头。如图1所示，投影镜头310包括由镜头内向外依次设置的第一透镜3110、光阑3120、第二透镜3130以及第三透镜3140，第一透镜3110、光阑3120、第二透镜3130以及第三透镜3140沿同一光轴设置；第一透镜3110具有正光焦度，第一透镜3110的物侧面3111为凸面，第一透镜3110的像侧面3112为凹面；第二透镜3130具有负光焦度，第二透镜3130的物侧面3131为凹面，第二透镜3130的像侧面3132为凸面；第三透镜3140具有正光焦度，第三透镜3140的物侧面3141为凹面，第三透镜3140的像侧面3142为凸面。

本公开实施例的一种投影镜头，第一透镜3110具有正光焦度，第一透镜3110的物侧面3111为凸面，像侧面3112为凹面，第二透镜3130具有负光焦度，第二透镜3130的物侧面3131为凹面，像侧面3132为凸面，第三透镜3140具有正光焦度，第三透镜3140的物侧面3141为凹面，像侧面3142为凸面，本公开实施例的一种投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质，在保证光学性能的前提下，投影镜头310中的透镜数量为3片，故减小了投影镜头310的体积，降低了成本。

在本公开的一些实施例中，第一透镜3110和第二透镜3130均为塑料非球面透镜，第三透镜3140为玻璃球面透镜。第一透镜3110和第二透镜3130均为塑料非球面透镜，非球面镜片可以保证照明区域的亮度均匀性≥70％，同时塑料镜片量产成本低，大大降低了投影镜头的成本；第三透镜3140为玻璃球面透镜，玻璃镜片的耐候性强。

在本公开的一些实施例中，第一透镜3110的折射率可以为1.54，第二透镜3130的折射率可以为1.64，第三透镜3140的折射率可以为1.72，故本公开实施例中的塑料镜片和玻璃镜片的折射率均较低，因而镜片成本低，从而大大降低了投影镜头310的成本。

在本公开的一些实施例中，第一透镜3110的焦距f₃₁₁₀满足：115mm≤f₃₁₁₀≤118mm，第二透镜3130的焦距f₃₁₃₀满足：-49mm≤f₃₁₃₀≤-47mm，第三透镜3140的焦距f₃₁₄₀满足：53mm≤f₃₁₄₀≤55mm。第一透镜3110、第二透镜3130以及第三透镜3140满足如上参数可以使投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质。

在本公开的一些实施例中，第一透镜3110的像侧面3112与光阑3120的中心距离d₄₅满足：4.5mm≤d₄₅≤6.5mm；第一透镜3110的厚度d₃₁₁₀满足：8mm≤d₃₁₁₀≤10mm；光阑3120与第二透镜3130的物侧面3131的中心距离d₅₆满足：9.8mm≤d₅₆≤11.8mm；第二透镜3130的厚度d₃₁₃₀满足：3mm≤d₃₁₃₀≤5mm；第二透镜3130的像侧面3132与第三透镜3140的物侧面3141的中心距离d₆₇满足：3mm≤d₅₆≤5mm；第三透镜3140的厚度d₃₁₄₀满足：12mm≤d₃₁₃₀≤14mm。第一透镜3110、光阑3120、第二透镜3130、第三透镜3140满足如上参数可以使投影镜头允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，同时，使透镜镜头具有广视角、大投影尺寸、高解析力的优点。

第二方面，本公开实施例提出了一种投影光机。如图2及图3所示，投影光机包括照明光源10、图像生成单元20以及成像单元30，其中，成像单元30包括第一方面中任一项所述的投影镜头310；照明光源10用于输出照明光线；图像生成单元20位于照明光源10的出射光路上，图像生成单元20用于根据入射的照明光线形成具有投影图像的投影光线，并输出投影光线；投影镜头310位于图像生成单元20的出射光路上，投影镜头310用于将具有投影图像的投影光线进行放大处理并向外投射。

根据本公开实施例的一种投影光机，光机中的投影镜头310允许更多的光量通过，提高了光线利用率，进而可以提高光机效率，也能大大提高投射图像的亮度和像质，在保证光学性能的前提下，投影镜头310的透镜数量为3片，故减小了投影镜头310的体积，降低了成本。

在本公开的一些实施例中，图像生成单元20选用4.0英寸的LCD显示器。

在本公开的一些实施例中，成像单元30还包括：菲涅尔透镜320和反射镜330；其中，菲涅尔透镜320设置在图像生成单元20和投影镜头310之间，菲涅尔透镜320具有正光焦度，菲涅尔透镜320的物侧面321为凸面，菲涅尔透镜320的像侧面322为平面，菲涅尔透镜320处于第一光轴上；反射镜330设置在菲涅尔透镜320和投影镜头310之间，第一透镜3110、光阑3120、第二透镜3130以及第三透镜3140处于第二光轴上，反射镜330用于将来自菲涅尔透镜320的光反射至第一透镜3110。来自图像生成单元20的光束沿第一光轴入射至菲涅尔透镜320的物侧面321，自菲涅尔透镜320的像侧面322射出的光束继续沿第一光轴传播，入射至反射镜330，光束经过反射镜330的反射后沿第二光轴传播，依次经过第一透镜3110、光阑3120、第二透镜3130以及第三透镜3140后向外投射。菲涅尔透镜320将入射的光束进行汇聚，反射镜330可以将光路进行折叠以减小投影光机的尺寸。

在本公开的一些实施例中，菲涅尔透镜320的焦距f₃₂₀满足：99mm≤f₃₂₀≤101mm。菲涅尔透镜320的焦距f₃₂₀满足如上参数有利于光束汇聚，进而提高投影亮度。

在本公开的一些实施例中，图像生成单元20与菲涅尔透镜320的物侧面321的中心距离d₁₂满足：6mm≤d₁₂≤8mm；菲涅尔透镜320的厚度d₃₂₀满足：1.8mm≤d₃₂₀≤2.2mm；菲涅尔透镜320的像侧面322与反射镜330的反射面331的中心距离d₂₃满足：35mm≤d₂₃≤45mm；反射镜330的反射面331与第一透镜3110的物侧面3111的中心距离d₃₄满足：30mm≤d₃₄≤45mm；d₃₄被配置为调焦以实现不同的投影尺寸。图像生成单元20、菲涅尔透镜320、反射镜330、第一透镜3110满足如上参数可以使投影光机具有广视角、大投影尺寸、高解析力的优点，通过调整反射镜330的反射面331与第一透镜3110的物侧面3111的中心距离d₃₄可以得到60寸～120寸的高清成像。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，第一光轴和第二光轴之间的夹角为α；图像生成单元20的法线与第一光轴之间的夹角为θ。不同于相关技术中光轴偏置的设计，本公开实施例的一种投影光机，采用镜头倾角设计的方式，即，对图像生成单元20进行同轴设计，但是将投影镜头310进行倾斜投影。设置投影镜头310的第二光轴与菲涅尔透镜320的第一光轴之间的夹角为α，以提高投影画面中心高度，同样达到了光线不与桌面干涉的目的。为减小投影镜头310的像差，设置图像生成单元20的法线与菲涅尔透镜320的第一光轴之间的夹角为θ。通过上述方法，可最大限度的利用投影镜头310和照明光源10的光学性能，提高成像质量及光机效率，减小体积和成本。

进一步地，第一光轴和第二光轴之间的夹角α满足：90°≤α≤100°，图像生成单元20的法线与第一光轴之间的夹角θ满足：0°≤θ≤0.64°。

为了更清楚的说明本公开实施例，作为一些示例中，本公开实施例列举了生产本公开实施例的一种投影光机时的各个元件的参数以及各个元件之间的距离参数。

表1 投影光机中的各元件参数表

非球面镜片表面满足下列方程：

上述公式中，c＝1/r₀；k＝-e²；a₂,a₄,a₆等为多次项系数，多数情况下a₂取0；Z为非球面上相应的点到与表面顶点相切的平面的距离，r为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率。

表2 非球面透镜参数表

本公开实施例的一种投影光机中的投影镜头的总长为44.12mm，透镜直径最大尺寸为40mm；成像单元30的有效焦距为111mm，F#为2.8，投射比为1.25，视场角为49.2度，可允许更大的光量通过，同时具有广视角、大投影尺寸、体积小、成本低的优点。

如图4所示，图像生成单元20选用4.0英寸的LCD显示器，显示器的像素为u＝46.14μm，那么其特征频率

计算可得N_r＝10.8lp/mm，本公开实施例的投影光机的镜头，在特征频率等于10.8lp/mm的情况下，其传递函数MTF>0.63，故本公开实施例的投影镜头具有高解析力。

如图5所示，本公开实施例的一种投影光机的场曲得到很好的校正，畸变小于0.11。

如图6和图7所示，在像质评价中，RMS均方根反映和衡量系统成像质量的优劣，RMS半径越小，像差就越小，成像质量就会越高。本公开实施例的一种投影光机，图像生成单元20选用4.0英寸的LCD显示器，一个像素的尺寸为46.14μm×46.14μm，图6中所示投影镜头的点列图，RMS半径最大的为边缘视场，为34.622μm；RMS半径最小为中心视场，为9.022μm。结合图7所示，像素的半宽内，边缘视场有83％以上的能量被镜头捕获，其余视场有90％的以上的能量被镜头捕获。

如图8所示，本公开实施例的一种投影光机的最大视场和中心视场的相对照度大于0.66，满足设计要求。

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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

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

Claims

1.一种投影镜头(310)，其特征在于，包括：由镜头内向外依次设置的第一透镜(3110)、光阑(3120)、第二透镜(3130)以及第三透镜(3140)，所述第一透镜(3110)、所述光阑(3120)、所述第二透镜(3130)以及所述第三透镜(3140)沿同一光轴设置；

所述第一透镜(3110)具有正光焦度，所述第一透镜(3110)的物侧面(3111)为凸面，所述第一透镜的像侧面(3112)为凹面；所述第二透镜(3130)具有负光焦度，所述第二透镜(3130)的物侧面(3131)为凹面，所述第二透镜的像侧面(3132)为凸面；所述第三透镜(3140)具有正光焦度，所述第三透镜(3140)的物侧面(3141)为凹面，所述第三透镜(3140)的像侧面(3142)为凸面。

2.根据权利要求1所述的投影镜头(310)，其特征在于，所述第一透镜(3110)和所述第二透镜(3130)均为塑料非球面透镜，所述第三透镜(3140)为玻璃球面透镜。

3.根据权利要求1所述的投影镜头(310)，其特征在于，所述第一透镜(3110)的焦距f₃₁₁₀满足：115mm≤f₃₁₁₀≤118mm，所述第二透镜(3130)的焦距f₃₁₃₀满足：-49mm≤f₃₁₃₀≤-47mm，所述第三透镜(3140)的焦距f₃₁₄₀满足：53mm≤f₃₁₄₀≤55mm。

4.根据权利要求3所述的投影镜头(310)，其特征在于，所述第一透镜(3110)的像侧面(3112)与所述光阑(3120)的中心距离d₄₅满足：4.5mm≤d₄₅≤6.5mm；所述第一透镜(3110)的厚度d₃₁₁₀满足：8mm≤d₃₁₁₀≤10mm；

所述光阑(3120)与所述第二透镜(3130)的物侧面(3131)的中心距离d₅₆满足：9.8mm≤d₅₆≤11.8mm；所述第二透镜(3130)的厚度d₃₁₃₀满足：3mm≤d₃₁₃₀≤5mm；

所述第二透镜(3130)的像侧面(3132)与所述第三透镜(3140)的物侧面(3141)的中心距离d₆₇满足：3mm≤d₅₆≤5mm；所述第三透镜(3140)的厚度d₃₁₄₀满足：12mm≤d₃₁₃₀≤14mm。

5.一种投影光机，其特征在于，包括照明光源(10)、图像生成单元(20)以及成像单元(30)，其中，所述成像单元(30)包括权利要求1-4任一所述的投影镜头(310)；

所述照明光源(10)用于输出照明光线；所述图像生成单元(20)位于所述照明光源(10)的出射光路上，所述图像生成单元(20)用于根据入射的照明光线形成具有投影图像的投影光线，并输出投影光线；所述投影镜头(310)位于所述图像生成单元(20)的出射光路上，所述投影镜头(310)用于将具有投影图像的投影光线进行放大处理并向外投射。

6.根据权利要求5所述的投影光机，其特征在于，所述成像单元(30)还包括：菲涅尔透镜(320)和反射镜(330)；

其中，所述菲涅尔透镜(320)设置在所述图像生成单元(20)和所述投影镜头(310)之间，所述菲涅尔透镜(320)具有正光焦度，所述菲涅尔透镜(320)的物侧面(321)为凸面，所述菲涅尔透镜(320)的像侧面(322)为平面，所述菲涅尔透镜(320)处于第一光轴上；

所述反射镜(330)设置在所述菲涅尔透镜(320)和所述投影镜头(310)之间，所述第一透镜(3110)、所述光阑(3120)、所述第二透镜(3130)以及所述第三透镜(3140)处于第二光轴上，所述反射镜(330)用于将来自所述菲涅尔透镜(320)的光反射至所述第一透镜(3110)。

7.根据权利要求6所述的投影光机，其特征在于，所述菲涅尔透镜(320)的焦距f₃₂₀满足：99mm≤f₃₂₀≤101mm。

8.根据权利要求7所述的投影光机，其特征在于，所述图像生成单元(20)与所述菲涅尔透镜(320)的物侧面(321)的中心距离d₁₂满足：6mm≤d₁₂≤8mm；所述菲涅尔透镜(320)的厚度d₃₂₀满足：1.8mm≤d₃₂₀≤2.2mm；

所述菲涅尔透镜(320)的像侧面(322)与所述反射镜(330)的反射面(331)的中心距离d₂₃满足：35mm≤d₂₃≤45mm；

所述反射镜(330)的反射面(331)与所述第一透镜(3110)的物侧面(3111)的中心距离d₃₄满足：30mm≤d₃₄≤45mm；所述d₃₄被配置为调焦以实现不同的投影尺寸。

9.根据权利要求6-8任一所述的投影光机，其特征在于，所述第一光轴和所述第二光轴之间的夹角为α；所述图像生成单元(20)的法线与所述第一光轴之间的夹角为θ。

10.根据权利要求6-8任一所述的投影光机，其特征在于，所述第一光轴和所述第二光轴之间的夹角α满足：90°≤α≤100°，所述图像生成单元(20)的法线与所述第一光轴之间的夹角θ满足：0°≤θ≤0.64°。