一种投影镜头及投影设备的制作方法

1.本公开涉及投影显示技术领域，具体涉及一种投影镜头及投影设备。


背景技术：

2.随着微型投影仪技术的发展，超短焦投影仪逐渐进入人们的视野。目前微型投影仪主要应用于家庭娱乐，教育学习，商务会议，军事等领域。在投影仪领域中，投射比是一项关键参数，投射比越低，投影机距离墙面的距离越短，占用空间越小，但是同时视场角越大，设计难度更高。
3.目前投影仪的投射比正在逐渐减小，主流的设计方案有两种，一种带有反光碗，一种不使用反光碗。下面分别阐述两种方案的劣势所在。
4.有反光碗：反光碗的反射面一般采用非球面或者自由曲面，用来承担更多的像差校正作用，但是由于反射碗包含了很大的光焦度，因此其公差非常敏感，导致有反光碗的架构，其组装的困难程度和耗时都比较高。
5.无反光碗：该架构由于不使用反光碗，因此一般需要更多的镜片来校正像差，目前满足畸变、cra(主光线角度)、清晰度等要求的投影镜头一般采用11片以上的镜片，更多的镜片虽然可以保证镜头的光学性能，但是会带来更多的组装公差，使组装难度上升。


技术实现要素：

6.本公开的目的是提供一种投影镜头及投影设备，以在避免使用反射碗的情况下，使用较少的透镜实现高精度投影。
7.本公开第一方面实施例提供一种投影镜头，所述投影镜头从像方到物方顺序包括透镜前组和透镜后组；其中，
8.所述透镜前组至少包括五个透镜，且所述透镜前组具有负光焦度；
9.所述透镜后组至少包括四个透镜，且所述透镜后组具有正光焦度。
10.根据本公开的一些实施方式中，所述透镜前组从像方到物方顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，光焦度依次设置为负、负、负、正、负。
11.根据本公开的一些实施方式中，所述透镜后组从像方到物方顺序包括第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，光焦度依次设置为负、正、正、正。
12.根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜和所述第二透镜构成第一双胶合结构；所述第六透镜和所述第七透镜构成第二双胶合结构。
13.根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜为一凹面朝向物方的凸凹透镜，所述第二透镜为一凹面朝向物方的弯月型透镜，所述第三透镜为一凹面朝向物方的凸凹透镜，所述第四透镜为一双凸透镜，所述第五透镜为一凹面朝向物方的凸凹透镜，
14.根据本公开的一些实施方式中，所述第六透镜为一凹面朝向物方的凸凹透镜，所述第七透镜为一双凸透镜，所述第八透镜为一双凸透镜，所述第九透镜为一双凸透镜。
15.根据本公开的一些实施方式中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第八透镜和
所述第九透镜的两面均为非球面。
16.根据本公开的一些实施方式中，所述第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的两面均为球面。
17.根据本公开的一些实施方式中，所述投影镜头中所有透镜的两面都镀有增透膜。
18.本公开第二方面实施例提供一种投影设备，包括第一方面中所述的投影镜头。
19.本公开提供的投影镜头及投影设备中，所述投影镜头从像方到物方顺序包括透镜前组、孔径光阑、透镜后组、棱镜和空间调制器件。其中，空间调制器件的投影光线依次经过棱镜、透镜后组、孔径光阑和透镜前组至像方成像，由于本技术投影镜头的两端使用非球面透镜，对于大视场角的镜头，能够降低边缘像差，因此本技术在避免使用反射碗的情况下，可以使用较少的透镜来实现高精度投影。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
21.图1示出了本公开所提供的一种投影镜头的示意图；
22.图2示出了本公开所提供的投影镜头上各光学面的示意图；
23.图3示出了本公开所提供的投影镜头的光路示意图。
具体实施方式
24.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
25.需要说明，本发明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。
26.另外，在本发明中如涉及“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。在本发明的描述中，“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。
27.在本发明中，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发明中的具体含义。
28.另外，本发明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，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.图1示出了本公开所提供的一种投影镜头的示意图；本公开提供的上述投影镜头
从像方到物方顺序包括透镜前组和透镜后组；如图1所示，从像方到物方具体包括透镜前组、孔径光阑、透镜后组、棱镜和空间调制器件；
30.其中，透镜前组至少包括五个透镜，且透镜前组具有负光焦度；透镜后组至少包括四个透镜，且透镜后组具有正光焦度。
31.具体的，如图1所示，透镜前组包括从出光端至入光端依次设置的第一透镜gm1、第二透镜gm2、第三透镜gm3、第四透镜g4和第五透镜g5，且该透镜前组具有负光焦度；透镜后组包括从出光端至入光端依次设置的第六透镜g6、第七透镜g7、第八透镜gm8和第九透镜gm9，且该透镜后组具有正光焦度。
32.本技术中，透镜前组中包含3片非球面透镜，该3片非球面透镜位于投影镜头最前端；透镜后组中包含2片非球面透镜，该2片非球面透镜位于投影镜头最后端。对于大视场角的镜头，边缘视场的像差占据主要部分，而降低边缘像差的最有效途径，就是在镜头的两端使用非球面透镜。
33.此外，还可以在棱镜和空间调制器件之间设置保护玻璃，保护玻璃的尺寸设置为不小于空间调制器件的尺寸，通过保护玻璃可对空间调制器件进行隔离防护。
34.本技术中，所有光学透镜的前表面和后表面都镀有增透膜，以减少或消除透镜、棱镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。
35.本实施例中，使用了较多的非球面，替代了传统的反射碗，降低了投影镜头组装难度与加工难度，并且减少了透镜数量，降低了组装公差敏感度与加工成本。
36.具体的，如图1所示，第一透镜gm1为一凹面朝向物方的凸凹透镜，第二透镜gm2为一凹面朝向物方的弯月型透镜，第三透镜gm3为一凹面朝向物方的凸凹透镜，第四透镜g4为一双凸透镜，第五透镜g5为一凹面朝向物方的凸凹透镜，第六透镜g6为一凹面朝向物方的凸凹透镜，第七透镜g7为一双凸透镜，第八透镜gm8为一双凸透镜，第九透镜gm9为一双凸透镜。
37.具体的，如图1所示，第一透镜gm1和第二透镜gm2构成第一双胶合结构；第六透镜g6和第七透镜g7构成第二双胶合结构，胶合透镜能够减少在高分辨率成像或低分辨率成像过程中的像差。
38.具体的，第一透镜gm1、第二透镜gm2、第三透镜gm3、第八透镜gm8和第九透镜gm9的两面均为非球面。第四透镜g4、第五透镜g5、第六透镜g6和第七透镜g7的两面均为球面。应理解，两面是指透镜的前表面和后表面。
39.应理解，本技术的投影镜头采用多组多片结构，球面透镜和非球面透镜配合使用，合理使用非球镜片可以有效降低投影镜头结构复杂度，减少透镜使用数量。
40.具体的，第一透镜的折射率和阿贝数分别为1.52和81.6，第二透镜的折射率和阿贝数分别为1.51和82，第三透镜的折射率和阿贝数分别为1.56和61，第四透镜的折射率和阿贝数分别为1.82和30，第五透镜的折射率和阿贝数分别为1.77和82，第六透镜的折射率和阿贝数分别为1.96和17.5，第七透镜的折射率和阿贝数分别为1.59和41.2，第八透镜的折射率和阿贝数分别为1.52和54.2，第九透镜的折射率和阿贝数分别为1.73和81.9。
41.具体的，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有负光焦度，所述第六透镜具有负光焦度，所述第七透镜具有正光焦度，所述第八透镜具有正光焦度，所述第九透镜具有
正光焦度。
42.透镜光焦度和面型的具体参数如下表1。
[0043][0044]
表1
[0045]
为有效提升投影镜头的光学性能，本技术的投影镜头的光学设计基本参数如下表2所示，其中的参数包含透镜的面类型、曲率半径r(mm)、前后透镜面间距(mm)、折射率、阿贝数和半口径(mm)(圆形透镜的半径)，其中，第一透镜gm1的表面序号为s1和s2，其它各透镜以此类推，如图2所示。obj表示投影物面，例如投影到一墙面。stop表示孔径光阑所在的光阑面。ima表示空间调制器件的像面。
[0046]
[0047][0048]
表2
[0049]
本技术中，非球面光学镜片采用的非球面面形方程为：
[0050][0051]
其中，c为非球面顶点的曲率，k为二次曲面系数，a1，a2，a3，a4，a5为高阶非球面系数，z为光轴方向的偏移量，r为非球面高度，即从透镜中心往透镜边缘的高度。
[0052]
本技术中的非球面的基本数据如下表3。
[0053]
面ka1a2a3a4a5s14.4340
‑
1.95e
‑
005
‑
6.21e
‑
0082.69e
‑
011
‑
4.80e
‑
014s2
‑
0.06504.94e
‑
0053.41e
‑
007
‑
4.93e
‑
0100s3
‑
0.01805.32e
‑
005
‑
7.07e
‑
007
‑
2.99e
‑
0090s4
‑
0.7560
‑
2.18e
‑
004
‑
1.93e
‑
0062.03e
‑
009
‑
2.91e
‑
010s50.34606.21e
‑
0054.470e
‑
007
‑
5.92e
‑
009
‑
1.52e
‑
010s6
‑
0.40703.28e
‑
004
‑
3.96e
‑
0063.29e
‑
008
‑
3.54e
‑
010s14
‑
12.82701.18e
‑
004
‑
6.65e
‑
007
‑
6.17e
‑
008
‑
2.71e
‑
009s151.8260
‑
1.03e
‑
004
‑
6.61e
‑
0061.94e
‑
007
‑
1.23e
‑
009s1631.89803.99e
‑
005
‑
6.48e
‑
0071.55e
‑
007
‑
2.90e
‑
009s17
‑
8.69501.08e
‑
0041.25e
‑
005
‑
5.98e
‑
009
‑
1.45e
‑
009
[0054]
表3
[0055]
图3示出了本公开所提供的投影镜头的光路示意图。
[0056]
另外，本技术中的空间调制器件可选用dmd(digital micromirror device，数字微镜设备)、激光、lcos(liquid crystal on silicon，硅上液晶或片上液晶)或者lcd(liquid crystaldisplay，液晶显示)等。
[0057]
本公开提供的投影镜头中，所述投影镜头从像方到物方顺序包括透镜前组、孔径光阑、透镜后组、棱镜和空间调制器件。其中，空间调制器件的投影光线依次经过棱镜、透镜后组、孔径光阑和透镜前组至像方成像，由于本技术投影镜头的两端使用非球面透镜，对于大视场角的镜头，能够降低边缘像差，因此本技术在避免使用反射碗的情况下，可以使用较少的透镜来实现高精度投影。
[0058]
与上述投影镜头相对应，本技术还提供一种投影设备，该投影设备包括上述投影镜头。
[0059]
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。