一种投影镜头及投影设备

技术领域

本发明涉及图像显示技术领域，特别涉及一种投影镜头及投影设备。

背景技术

投影设备作为教学和影院等生活中各场所必备的投影设备，投影镜头是在投影设备光路中的最后一个环节，也是一个极为重要的环节，投影镜头的设计不仅影响投影设备的性能，也决定了投影效果的质量。

目前常见的数字投影显示技术，主要采用DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)或LCOS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)作为显示器件，运用偏振分光元件或者全反射分光元件作为照明或者成像分光器件，通过设计合理的投影镜头光路，从而将显示器件上反射的图像聚集到投影屏幕上。

调查发现，目前市场上的0.33"远心投影镜头投影像质不佳。且因为使用了较多的镜片或较多的塑料镜片，使整个镜头透过率偏低，导致最终投影出来的亮度偏低。

发明内容

本发明目的在于提供一种投影镜头及投影设备，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本发明提供了一种投影镜头，包括：

从物侧到像侧依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜组、光阑、一个具有正光焦度的第二透镜组；

所述第一透镜组从物侧到像侧依次包括两枚负光焦度透镜、一组负光焦度胶合透镜和一枚正光焦度的透镜；

所述第二透镜组从物侧到像侧依次包括一组负光焦度胶合透镜和两枚正光焦度的透镜组成；

并且以满足以下的条件式：

5<|f1/f2︱<10

TTL/EFFL<10

TTL/BFL<4.5

其中，

f1：第一组透镜的焦距，

f2：第二组透镜的焦距，

TTL：镜头第一片镜片第一面到成像面之间的距离，

EFFL：镜头的焦距，

BFL：镜头第二透镜组最后一片镜片第二面到DMD像面之间的距离。

本发明的有益效果是：

本发明的投影镜头的镜片较少，提高了镜头的透过率，提高了投影亮度。且在保证BFL足够大情况下，尽可能的减少镜头的长度。这样后焦才有足够的空间同时实现540P和1080P两种镜头的功能需求。

作为上述技术方案的进一步改进，所述投影镜头第一透镜组和第二透镜组之间有一个光阑。光阑用于控制光线的通过量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光阑位置固定不变，可方便机构的设计。

作为上述技术方案的进一步改进，所述投影镜头还包括棱镜，所述棱镜设置于所述第二透镜组和像面之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述棱镜和第二透镜组之间设置有震荡片，主要用于通过震荡实现1080P的目的。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一透镜组特征在于：第一片透镜为弯月透镜，其中第一面和第二面均向像方弯曲；第二片透镜为弯月透镜，其中第一面和第二面均向像方弯曲，且至少有一个面为非球面；第三透镜和第四透镜组合为胶合透镜，其中第三透镜第一面向物方弯曲，第四透镜第二面向物方弯曲，组合透镜的胶合面既可向物方弯曲，也可以向像方弯曲；第五透镜为双凸的正透镜。

作为上述技术方案的进一步改进，所述投影镜头第一透镜组以满足以下的条件式：

Vd11>50

Vd12>50

Vd13<24

Vd15<24

其中，

Vd11：第一透镜组第一片镜片色散系数，

Vd12：第一透镜组第二片镜片色散系数，

Vd13：第一透镜组第三片镜片色散系数，

Vd15：第一透镜组第五片镜片色散系数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二透镜组特征在于：第一透镜和第二透镜组合成胶合透镜，其中胶合透镜的第一面既可以向物方弯曲，也可以向像方弯曲，胶合透镜的第二面向物方弯曲，胶合透镜的第三面既可以向物方弯曲，也可以向像方弯曲；第三透镜为双凸的正透镜；第四透镜为正透镜，其中第一面即可以向物方弯曲，也可以向像方弯曲，第二个面向物方弯曲，且至少有一个面为非球面。

作为上述技术方案的进一步改进，所述投影镜头第二透镜组以满足以下的条件式：

Vd21>64

Vd23>64

Vd24>50

f23/f2>1.0

其中，

Vd21：第二透镜组第一片镜片的色散系数，

Vd23：第二透镜组第三片镜片的色散系数，

Vd24：第二透镜组第四片镜片的色散系数，

f23：第二透镜组第三片镜片的焦距，

f2：第二透镜组的焦距。

本发明还提供了一种投影设备，包括上述任意一项所述的投影镜头。投影设备使用的镜片数量少，使整个镜头透过率高。这样的镜头不仅可以有很好的解像能力，还可以更好的利用光效，从而提升在投影设备上使用时投影设备投影画面的亮度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影镜头结构图；

图2表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影镜头MTF曲线；

图3表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影镜头畸变图；

图4表示本发明实施例一实施方式所涉及的投影镜头色差图；

图5表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影镜头结构图；

图6表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影镜头MTF曲线；

图7表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影镜头畸变图；

图8表示本发明实施例二实施方式所涉及的投影镜头色差图。

10表示第一透镜组；20表示第二透镜组；30表示光圈；40表示震荡片；50表示棱镜；60表示DMD保护玻璃；70表示像面；100表示投影镜头。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，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发明中的具体含义。

参照图1至图8，本发明的一种投影镜头及投影设备作出如下实施例：

图一是本发明的实施例一，所述投影镜头100从物侧到像侧依次包括：一个具有正光焦度的第一透镜组10、一个具有正光焦度的第二透镜组20。

并且以满足以下的条件式(1)、(2)、(3)的方式构成：

5<|f1/f2︱<10---------------(1)

TTL/EFFL<10---------------(2)

TTL/BFL<4.5---------------(3)

其中，

f1：第一透镜组10的焦距，

f2：第二透镜组20的焦距，

TTL：镜头第一片镜片第一面到成像面之间的距离，

EFFL：镜头的焦距，

BFL：镜头第二透镜组20最后一片镜片第二面到DMD像面之间的距离。

所述投影镜头100还包括一个光阑30，以及一个震荡片40。所述光阑位于第一透镜组10和第二透镜组20之间，以限制经过所述第一透镜组10的光线进入所述第二透镜组20的光通量，并让经过所述第一透镜组10后的光锥能更加对称，使所述投影镜头100的慧差得以修正。为方便机构的设计，该光阑位置设置为固定位置。需要说明的是本发明为了描述为更为简洁，将投影镜头100简称为镜头。

所述震荡片40位于第二透镜组20与一个棱镜50之间，主要用于通过震荡实现1080P的目的。当然，震荡片40也可以取消。当设计中无此震荡片40时，则投影输出为DMD原始的像素。需要说明的棱镜50也可为照明系统中的棱镜50。60表示DMD保护玻璃，用于保护像面放置的成像元器件。

本实施方式中，所述第一透镜组10从物侧到像侧依次为：第一片透镜为弯月透镜，其中第一面和第二面均向像方弯曲；第二片透镜为弯月透镜，其中第一面和第二面均向像方弯曲，且两面均为非球面；第三透镜和第四透镜组合为胶合透镜，其中第三透镜第一面向物方弯曲，第四透镜第二面向物方弯曲，组合透镜的胶合面即可向像方弯曲；第五透镜为双凸的正透镜。

所述投影镜头100第一透镜组10以满足以下的条件式(4)、(5)、(6)、(7)的方式构成：

Vd11>50---------------(4)

Vd12>50---------------(5)

Vd13<24---------------(6)

Vd15<24---------------(7)

其中，

Vd11：第一透镜组10第一片镜片色散系数，

Vd12：第一透镜组10第二片镜片色散系数。

Vd13：第一透镜组10第三片镜片色散系数，

Vd15：第一透镜组10第五片镜片色散系数。

本实施方式中，所述第二透镜组20从物侧到像侧依次为：第一透镜和第二透镜组20合成胶合透镜，其中胶合透镜的第一面为平面，胶合透镜的第二面向物方弯曲，胶合透镜的第三面向像方弯曲；第三透镜为双凸的正透镜；第四透镜为正透镜，其中第一面向物方弯曲，第二个面向物方弯曲，且两面都为非球面。

所述投影镜头100第二透镜组20以满足以下的条件式(8)、(9)、(10)、(11)的方式构成：

Vd21>64--------------(8)

Vd23>64--------------(9)

Vd24>50--------------(10)

f23/f2>1.0--------------(11)

其中，

Vd21：第二透镜组20第一片镜片的色散系数，

Vd23：第二透镜组20第三片镜片的色散系数，

Vd24：第二透镜组20第四片镜片的色散系数，

f23：第二透镜组20第三片镜片的焦距，

f2：第二透镜组20的焦距。

接下来，说明如上述那样构成的投影透镜的作用和效果。

条件式(1)～(3)规定了投影镜头100的几何尺寸，保证BFL足够大情况下，尽可能的减少镜头的长度。这样后焦才有足够的空间同时实现540P和1080P两种镜头的功能需求。同时，镜头长度缩短，可以缩小镜片的外径，达到降低成本的目的。

条件式(4)～(6)规定了第一透镜组10关键镜片的色散。满足该条件式可以有效校正系统色差。

条件式(7)～(10)规定了第二透镜组20关键镜片的色散。满足该条件式可以有效校正系统色差。

条件式(11)规定了第二透镜组20关键镜片光焦度的分配。满足该条件式可以有效校正高低温解析的变化量，以及满足组装公差的要求。接下来，说明本发明所涉及的投影镜头100的具体实施例。

首先，本发明提供的投影镜头100存在多种可能的实现方式，以下具体以实施例一和实施例二为例对该投影镜头100进行说明，而实施例一和实施例二中的结构、参数仅为投影镜头100的实现方式举例，并非限制必须如此设置。

在表一和表二所示的透镜数据中的面编号Si一栏中，表示出了将最靠近物体侧的结构要素的面作为第一面，沿着像方向，面编号逐渐增加。在曲率半径Ri一栏中，表示出了Si编号对应的曲率半径的值。在面间隔Di一栏中，表示出了Si编号对应的镜片肉厚或镜片之间的间隔数值。曲率半径Ri和面间隔Di的单位是毫米(mm)。在折射率Ndj、阿贝数vdj一栏中，分别表示从物体侧起第j号(j＝1～9)光学组件相对于d光(波长587.6nm)的折射率和阿贝数的值。需要说明的是，*表示非球面。表一：实施例一：

表二：实施例二

在表三和表四中作为非球面数据而示出在数据中，记号“E”表示紧接它的数据是以10为底的“幂指数”，表示将由以10为底的指数函数所表示的数值乘以“E”前的数值。例如，如果是“1.0E-02”，则表示“1.0X10-2”。需要说明的是，*表示非球面。

表三：实施例一

表四：实施例二

以下表五和表六的数据为非球面系数，此非球面系数是以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达式满足以下公式(A)；

以上公式(A)中相关参数具体含义如下：

X------非球面的深度(mm)，

Y------从光轴到透镜面的距离(高度)(mm)，

C------为镜片曲率半径，C＝1/R，

K------圆锥常数，

b、c、d、e、f、g、h------非球面镜片系数。

以下表三中f为整个系统的近轴焦距，单位为(mm)、FNO.为光圈、2ω为视角(ω：半视角)。

表五：实施例一

表六：实施例二

此外，表七描述了本发明条件式与实施例的具体值。

表七：

从以上实施例具体数据的说明，结合实施例附图作进一步描述：

从图二、图六MTF曲线可以看出，全视场在93lp/mm的空间频率下，光学传递函数MTF＞65％。

从图三、图七畸变图可以看出，全视场最大畸变小于0.5％。

从图四、图八色差图可以看出，全视场垂轴色差最大为1.5μm。

从以上实施例一～二得到的该投影镜头100成像结果和参数可知，本发明投影镜头100MTF表现优异、畸变小、垂轴色差小，光圈可达到F1.7。又因为镜片数量少，使整个镜头透过率高。这样的镜头不仅可以有很好的解像能力，还可以更好的利用光效，从而提升在投影设备上使用时投影设备投影画面的亮度。

本发明还提供了一种投影设备，包括上述任意一项所述的投影镜头100。投影设备使用的镜片数量少，使整个镜头透过率高。这样的镜头不仅可以有很好的解像能力，还可以更好的利用光效，从而提升在投影设备上使用时投影设备投影画面的亮度。

另外，本发明不限于上述的实施方式，也可以做各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔以及折射率的值等不限于上述各数值实施例所表示的值，也可以采用其它的值。这些依据本发明精神所做的变化，都包含在本发明所要求的保护范围之内。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。