一种短焦投影镜头及其投影设备的制作方法

1.本技术涉及光学系统技术领域，特别是涉及一种短焦投影镜头及其投影设备。


背景技术：

2.投影机以其能够投射大尺寸画面而深受青睐，近几年来用户都想通过投影机来组建更大的显示屏幕，使其能够达到200寸、300寸甚至500寸以上，来获取更好的视觉冲击，但是投射画面的大小受制于场合空间的大小以及投影的距离，投影的特性是安装距离越远，投射画面越大，反之安装距离越近，投射画面越小。目前要在有限的空间实现超大画面，只能通过多台投影机拼接融合而成，但是这样的解决方案，使其成本造价直线飙升，让用户苦不堪言。因此，如何能在有限的距离空间内实现超大的画面成了现在迫在眉睫的关键。


技术实现要素：

3.本技术主要解决的技术问题是提供一种短焦投影镜头及其投影设备，解决现有技术中如何在有限的距离空间内实现超大的画面的问题。
4.为解决上述技术问题，本技术采用的第一个技术方案是：提供一种短焦投影镜头，该短焦投影镜头包括：光学透镜组，光学透镜组用于将微图像成像为投射图像；光学透镜组包括第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组用于将微图像成像为中间像；第二透镜组用于将中间像成像为投射图像；光阑，设置于第一透镜组与第二透镜组之间，光阑与第一透镜组、第二透镜组具有同一主光轴；其中，投射图像相对于主光轴的偏移量为180％～200％。
5.其中，第一透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；第一透镜、第三透镜和第四透镜为双凸透镜，第五透镜为双凹透镜，第六透镜为正月牙透镜，第二透镜为负月牙透镜。
6.其中，第五透镜和第六透镜胶合为一个整体。
7.其中，第二透镜组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜；第九透镜和第十四透镜为非球面透镜，第十透镜为双凸透镜，第七透镜和第八透镜为正月牙透镜，第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜为负月牙透镜；其中，非球面透镜为偶次非球面透镜。
8.其中，第十透镜和第十一透镜胶合为一个整体。
9.其中，短焦投影镜头的投射比在0.6～0.8。
10.其中，短焦投影镜头的有效焦距为5.1mm，相对孔径为1.7，最大口径小于70mm，光学总长为113mm，远心度小于1
°
。
11.其中，光学透镜组包括十四片透镜，靠近微图像的前十三片透镜的材质为玻璃，远离微图像的一片透镜的材质为塑胶。
12.为解决上述技术问题，本技术采用的第二个技术方案是：提供一种投影设备，该投影设备包括：短焦投影镜头和显示芯片，显示芯片用于显示微图像，充当短焦投影镜头的物面；其中，短焦投影镜头为上述的短焦投影镜头。
13.其中，显示芯片为数字微镜器件；数字微镜器件为0.33寸，数字微镜器件的分辨率为1368*768。
14.本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术提供一种短焦投影镜头通过光学透镜组将微图像成像为投射图像；具体地通过第一透镜组将微图像先成像为畸变量小的中间像；再通过第二透镜组将中间像成像为投射图像，经过两次成像能够有效改善像差，通过在第一透镜组与第二透镜组之间设置光阑，可以提高成像的清晰度，改善成像质量；投射图像相对于主光轴的偏移量为180％～200％，使得短焦投影镜头可以在较短的投影距离投射出较大的投影画面。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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获得其它的附图。
16.图1是本技术投影设备的结构示意图；
17.图2(a)是现有技术中短焦投影镜头的成像圈；
18.图2(b)是本技术中短焦投影镜头的成像圈。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
20.本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个特征。本技术的描述中，“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。本技术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，如果特定姿态发生改变时，则方向性指示也相应地随之改变。本技术实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。
21.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
22.请参阅图1，图1是本技术投影设备的结构示意图。本技术的投影设备1包括短焦投影镜头2和显示芯片170。显示芯片170用于显示微图像，充当投影镜头的物面。在一优选实
施例中，显示芯片170为一种数字微镜器件dmd(digital micro
‑
mirror device)，用于调制投影设备1中从照明系统来的光束，以显示微图像，充当投影设备1的物面。本技术中数字微镜器件为0.33寸，数字微镜器件的分辨率为1368*768。投影设备的相对孔径(d/f＇)为1.7；投影设备的后工作距为30.5mm。
23.短焦投影镜头2包括光学透镜组3和光阑150。其中，短焦投影镜头2的投射比在0.6～0.8。在一可选实施例中，短焦投影镜头2的投射比为0.7。短焦投影镜头2的有效焦距为5.1mm，相对孔径为1.7，最大口径小于70mm，光学总长为113mm，远心度小于1
°
。在一具体实施例中，投影设备1中的短焦投影镜头2的投射比为0.7，该投影设备1距离成像面的距离为2米，投影设备1中的短焦投影镜头2可以在成像面上投影出130寸的屏幕。
24.本实施例中，光学透镜组3用于将微图像成像为投射图像。其中，光学透镜组3包括十四片透镜。在一具体实施例中，光学透镜组3包括第一透镜组31和第二透镜组32。
25.第一透镜组31用于将微图像成像为中间像。在一具体实施例中，第一透镜组31包括第一透镜140、第二透镜130、第三透镜120、第四透镜110、第五透镜100和第六透镜90；第一透镜140、第三透镜120和第四透镜110为双凸透镜，第五透镜100为双凹透镜，第六透镜90为正月牙透镜，第二透镜130为负月牙透镜。其中，第五透镜100和第六透镜90胶合为一个整体。第一透镜140、第二透镜130、第三透镜120、第四透镜110、第五透镜100和第六透镜90的材料为玻璃材质。在一具体实施例中，第一透镜140、第二透镜130、第三透镜120、第四透镜110、第五透镜100和第六透镜90的材料依次为h
‑
laf6la、h
‑
baf5、p
‑
sk58a、h
‑
zk50gt、h
‑
zf52tt、n
‑
sk2。
26.不同波长的光，颜色各不相同，其通过透镜时的折射率也各不相同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑，或者使像带有晕环，使像模糊不清。因此，需要消除球差和色差，才能提高成像质量。本实施例中，为了消除球差和色差，将第五透镜100和第六透镜90胶合为一个整体。单块凸透镜具有负球差，单块凹透镜具有正球差，因而将单块凸透镜和单块凹透镜胶合能有效消除球差。通常情况下，凸透镜产生负色差，凹透镜产生正色差。由于第五透镜100为双凹透镜，第六透镜90为正月牙透镜。因此，将凸透镜的第六透镜90与凹透镜的第五透镜100胶合为一个整体，以使它们的色差相互补偿。也就是说，第五透镜100和第六透镜90胶合的整体由两种不同的镜片胶合在一起，校正了玻璃的色散。在消除色差的同时，正负球差也能够尽量减少，并且产生剩球差以平衡其它透镜的球差。
27.第二透镜组32用于将中间像成像为投射图像。在一具体实施例中，第二透镜组32包括第七透镜80、第八透镜70、第九透镜60、第十透镜50、第十一透镜40、第十二透镜30、第十三透镜20和第十四透镜10；第九透镜60和第十四透镜10为非球面透镜，第十透镜50和第八透镜70为双凸透镜，第七透镜80为正月牙透镜，第十一透镜40、第十二透镜30和第十三透镜20为负月牙透镜；其中，非球面透镜为偶次非球面透镜。
28.其中，第七透镜80、第八透镜70、第九透镜60、第十透镜50、第十一透镜40、第十二透镜30和第十三透镜20的材料为玻璃材质，第十四透镜10的材料为塑胶。在一具体实施例中，第七透镜80、第八透镜70、第九透镜60、第十透镜50、第十一透镜40、第十二透镜30、第十三透镜20、第十四透镜10的材质依次为h
‑
k5、h
‑
zf3、d
‑
k5、h
‑
zf71、h
‑
lak4l、h
‑
lak10、h
‑
zlaf55c、e48r。其中，第九透镜60和第十四透镜10为非球面透镜。在一具体实施例中，第九透镜60和第十四透镜10为偶次非球面透镜。具体地，第九透镜60和第十四透镜10可以消除
相差，提高投影设备1的成像质量。具体地，投影设备的短焦投影镜头2的等效焦距为1时，短焦投影镜头2的各项参数如表1所示。
29.表1短焦投影镜头个透镜的参数
30.[0031][0032]
其中，第十透镜50和第十一透镜40胶合为一个整体。其中，将凸透镜的第十透镜50与凹透镜的第十一透镜40胶合为一个整体，以使他们的色差相互补偿。也就是说，第十透镜50和第十一透镜40胶合的整体有两种不同的镜片胶合在一起，校正了玻璃的色散。在消除色差的同时，正负球差也能够尽量减少，并且产生剩球差以平衡其它透镜的球差。
[0033]
光阑150设置于第一透镜组31与第二透镜组32之间，用于控制光线的通过量。在本实施例中，将光阑150设置于第一透镜组31与第二透镜组32之间，能提高像的清晰度，控制景深，改善成像质量，并且还能控制成像物空间的范围以及控制像面的亮度。而将该光阑150设在中间像的位置处，能改善轴外点的成像质量，使得反射光斑成分被排除，可以获得提高图像对比度的效果。另外，通过在光线传播路径上设置反射镜，增加了光程，从而实现短焦投影。本技术的结构使该投影光学系统具有较低的透射比，因此，本技术的超短焦投影镜头2实现了短距离投影大图像，且成像质量高。
[0034]
在一具体实施例中，光阑150与第一透镜组31、第二透镜组32具有同一主光轴。其
中，投射图像相对于主光轴的偏移量为180％～200％。在一可选实施例中，投射图像相对于主光轴的偏移量为192％。请参阅图2(a)和2(b)，图2(a)是现有技术中短焦投影镜头的成像圈；图2(b)是本技术中短焦投影镜头的成像圈。相比与现有技术中短焦投影镜头2所投射的投射图像相对于主光轴的偏移量为100％时的成像圈，本实施例中的投射图像相对于主光轴的偏移量为192％时的成像圈明显扩大，进而扩大成像范围。
[0035]
棱镜160设置于显示芯片170与第一透镜组31之间，棱镜160用于将照明系统出来的光线全反射到显示芯片170上。
[0036]
本实施例提供的投影设备1中，从投影光源发射的入射光线进过经过棱镜160照亮显示芯片170上的微图像，再被170反射进入第二透镜组32，光线经过第二透镜组32折射至光阑150，再进入第一透镜组31折射至外部屏幕的成像面，将170的微图像放大投射到成像面。
[0037]
综上，本技术通过形成中间像，改善了像差；通过光阑150的设置，减少了光斑，并提高了图像对比度；且投影设备1具有较低的透射比，实现了短距离投影大图像，且成像质量高。
[0038]
以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利保护范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。