CN109254387B - 投影镜头及图像输出设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影镜头及图像输出设备，涉及投影镜头领域。该投影镜头包括：第一透镜，所述第一透镜为平凸透镜，具有正屈光度；第二透镜，具有负屈光度；第三透镜，具有负屈光度；第四透镜，具有正屈光度；第五透镜，具有正屈光度；第六透镜，所述第六透镜为平凸透镜，具有正屈光度；其中，所述第一透镜靠近物面，所述第六透镜靠近像面；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜沿着光轴，按照从第一透镜到第六透镜的先后顺序布置；其中，还包括棱镜，所述棱镜设于所述第六透镜和像面之间。实现了易于加工，成本低，且组装公差松散，同时镜头尺寸相比其他远心结构的镜头尺寸有所减小。

Description

投影镜头及图像输出设备

技术领域

本发明涉及投影镜头技术领域，具体而言，涉及一种投影镜头及图像输出设备。

背景技术

投影仪在教学、生活、工作中使用的越来越广泛，投影仪的投影质量是评判投影仪优劣的关键因素，投影镜头是投影仪光路的最后一部分，投影镜头的品质决定着投影的质量，改善投影镜头的素质，能够直接提升投影仪的投影质量。

现有技术中，投影镜头包括具有正屈光力的第一透镜群及具有正屈光力的第二透镜群，这种结构的投影镜头的包括多块非球面镜，工艺复杂，难以加工，装配时对公差要求严格，生产成本和工艺要求高。

因此，需要一种成本低、易制造、易组装的投影镜头。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种投影镜头及图像输出设备，以解决镜头镜片工艺复杂、成产成本高、组装难的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种投影镜头，包括：第一透镜，第一透镜为平凸透镜，具有正屈光度。第二透镜，具有负屈光度。第三透镜，具有负屈光度。第四透镜，具有正屈光度。第五透镜，具有正屈光度。第六透镜，第六透镜为平凸透镜，具有正屈光度。其中，第一透镜靠近物面，第六透镜靠近像面。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜沿着光轴，按照从第一透镜到第六透镜的先后顺序布置。其中，还包括棱镜，棱镜设于第六透镜和像面之间。

进一步地，第一透镜和第六透镜的物方表面为凸面且为球面、像方表面为半径无穷大的球面。

进一步地，第二透镜为弯月透镜，第二透镜的物方表面为凸面、像方表面为凹面且均为球面。

进一步地，第三透镜为弯月透镜，第三透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面。

进一步地，第四透镜为弯月透镜，第四透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面。第四透镜的物方表面与第三透镜的像方表面贴合。

进一步地，第五透镜为弯月透镜，第五透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面。

进一步地，还满足：0.35<BFL/TTL<0.46，其中，TTL为镜头总长，表示第一透镜物方表面到像面的距离，BFL为镜头后焦距，表示第六透镜像方表面到像面的距离。

可选地，还包括光阑，光阑设置于第一透镜、第二透镜之间，用于控制光线的通过量。

可选地，还包括光阑，光阑设置于第二透镜、第三透镜之间，用于控制光线的通过量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种图像输出设备，包括第一方面的投影镜头。

本发明的有益效果是：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜构成的远心结构，使得镜头像面照度均匀、对比度好、能量利用率高，其中，第一透镜、第六透镜为平凸透镜，使用平凸透镜制作投影镜头，易于加工，成本低，且组装公差松散，同时镜头尺寸相比其他远心结构的镜头尺寸有所减小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的投影镜头结构示意图；

图2为本发明一实施例场景一提供的投影镜头结构示意图；

图3为本发明一实施例场景一提供的投影镜头场曲和畸变像差图；

图4为本发明一实施例场景一提供的投影镜头调制传递函数(ModulationTransfer Function，MTF)曲线图；

图5为本发明一实施例场景一提供的投影镜头垂轴色差图；

图6为本发明一实施例场景二提供的投影镜头结构示意图；

图7为本发明一实施例场景二提供的投影镜头场曲和畸变像差图；

图8为本发明一实施例场景二提供的投影镜头MTF曲线图；

图9为本发明一实施例场景二提供的投影镜头垂轴色差图；

图10为本发明实施例提供的一种图像输出设备的结构示意图。

图标：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-第五透镜；6-第六透镜；7-棱镜；8-保护镜片；9-数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)；10-光阑。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，同时，像方和物方为共轭关系，在本发明中，为了表述清晰，以第一透镜所在的一方为物方，以第六透镜所在的一方为像方，但不以此为限。

图1为本发明一实施例提供的投影镜头结构示意图。

如图1所示，该投影镜头包括：

第一透镜1，第一透镜1为平凸透镜，具有正屈光度。第二透镜2，具有负屈光度。第三透镜3，具有负屈光度。第四透镜4，具有正屈光度。第五透镜5，具有正屈光度。第六透镜6，第六透镜6为平凸透镜，具有正屈光度。其中，第一透镜1靠近物面，第六透镜6靠近像面S15。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6沿着光轴，按照从第一透镜1到第六透镜6的先后顺序布置，组成远心结构，其中，还包括棱镜7，棱镜7设于第六透镜6和像面S15之间。

其中，上述棱镜7为分光棱镜，用于转折光路，例如，在投影镜头的使用中，存在照明光路和成像光路，通过分光棱镜将照明光路与成像光路进行连接，构成完整的投影光路。

需要说明的是，远心结构指光线经过镜头后，主光线与光轴接***行，在本实施例中，光线经过镜头后主光线与光轴的夹角小于1°，使用远心结构可以使得、像面照度均匀、对比度好、能量利用率高。

可选地，上述透镜也可以是透镜群组，例如，第一透镜1可以是至少2个透镜组成的透镜群组，该透镜群组与第一透镜1的光学性能相同，透镜群组中的透镜数量和种类不做限制，以能够达到所述的光学性能为准。

本发明实施例提供的投影镜头，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜构成的远心结构，使得镜头像面照度均匀、对比度好、能量利用率高，其中，第一透镜、第六透镜为平凸透镜，使用平凸透镜制作投影镜头，易于加工，成本低，且组装公差松散，同时镜头尺寸相比其他远心结构的镜头尺寸有所减小。

为了更好的说明图1中所示投影镜头的结构及其镜面参数，下面给出一种可能的实现方式进行说明。

需要说明的是，本文中使用f表示焦距，单位为毫米；R表示光学透镜的表面曲率半径，单位为毫米；D为对应光学表面到后一个光学表面的轴上距离，单位为毫米；Nd为对应光学透镜对d光(光的波长为587nm)的折射率，Vd为d光对应的光学透镜的阿贝数。

第一透镜1的物方表面S1为凸面且为球面、像方表面S2为半径无穷大的球面。

第六透镜6的物方表面S10为凸面且为球面、像方表面S11为半径无穷大的球面。

在本实施例中，第一透镜1的材质为玻璃，焦距满足22<f<46；折射率满足：1.76<Nd<1.79；阿贝数满足：25<Vd<42。

可选的，第一透镜1的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

在本实施例中，第六透镜6的材质为玻璃，焦距满足：15<f<25，折射率满足：1.62<Nd<1.74，阿贝数满足：50<Vd<65。

可选的，第六透镜6的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

其中，第一透镜1和第六透镜6为平凸透镜，平凸透镜易于加工，成本低，易组装，能够有效的降低投影镜头的加工难度以及成本。

第二透镜2为弯月透镜，第二透镜2的物方表面S3为凸面、像方表面S4为凹面且均为球面。

在本实施例中，第二透镜2的材质为玻璃，焦距满足：-15<f<-20，折射率满足：1.58<Nd<1.61，阿贝数满足：42<Vd<50。

可选的，第二透镜2的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

第三透镜3为弯月透镜，第三透镜3的物方表面S5为凸面、像方表面S6为凹面且均为球面。

在本实施例中，第三透镜3的材质为玻璃，焦距满足：-8<f<-5，折射率满足：1.80<Nd<1.85，阿贝数满足：22<Vd<32。

可选的，第三透镜3的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

第四透镜4为弯月透镜，第四透镜4的物方表面S6为凹面、像方表面S7为凸面且均为球面。第四透镜4的物方表面S6与第三透镜3的像方表面S6贴合。

在本实施例中，第四透镜4的材质为玻璃，焦距满足：8<f<10，折射率满足：1.76<Nd<1.81，阿贝数满足：45<Vd<50。

可选的，第四透镜4的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

在本实施例中，第三透镜3和第四透镜4胶合连接。

第五透镜5为弯月透镜，第五透镜5的物方表面S8为凹面、像方表面S9为凸面且均为球面。

在本实施例中，第五透镜5的材质为玻璃，焦距满足：17<f<24，折射率满足：1.62<Nd<1.74，阿贝数满足：50<Vd<65。

可选的，第五透镜5的材质还可以为塑料、石英等满足光学性能的材质。

在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6均为玻璃材质，能够有效的减小热失焦的现象，使投影时影像更加稳定。

本实施例中，提供的投影镜头还满足：0.35<BFL/TTL<0.46，其中，TTL为镜头总长，表示第一透镜1物方表面到像面S15的距离，BFL为镜头后焦距，表示第六透镜6像方表面到像面S15的距离。

在本实施例中，为了有足够的空间放置棱镜7，需要对镜头后焦距做一定的限制，将BFL/TTL限制在0.35-0.46之间，保证了第六透镜6与像面S15之间放置了棱镜7之后，还能够留下足够的空间用于结构设计，以及处理杂光。

进一步地，该投影镜头还包括保护镜片8，保护镜片8设于棱镜7和像面S15之间，用于保护像面S15放置的成像元件。

成像元件包DMD9，保护镜片8与DMD9一体成型。

可选地，当物面与投影镜头之间的距离改变时，调整第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6与像面S15之间的距离，获得清晰的影像。

在本实施例中，由于镜头投影出的影像照射在显示介质上时，显示介质所处的平面与物面不在同一平面，导致投射的影像出现模糊的情况，此时，需要进行调焦操作，例如，通过调整第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6与像面S15之间的距离，来改变物面所在平面的位置，以获得清晰的影像，其中，在调整第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6与像面S15之间的距离时，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6之间的距离保持不变。

可选的，调焦操作还可以通过改变第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6之间的距离来实现，调焦操作具体如何实现，在此不做限制。

本发明提供的投影镜头存在多种可能的实现方式，以场景一和场景二为例，对该投影镜头进行说明。场景一和场景二中的结构、参数仅为投影镜头的实现方式举例，而并非限制必须如此设置。

场景一

图2为本发明一实施例场景一提供的投影镜头结构示意图。

如图2所示，还包括光阑10，光阑10设置于第一透镜1、第二透镜2之间，用于控制光线的通过量，同时能够压缩投影镜头的整体体积。

场景一中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、棱镜7、保护镜片8、DMD9、光阑10的参数如下表所示：

该投影镜头的焦距f＝11.17mm，总长TTL＝30.14mm，光圈F_No.＝1.7，其中，光圈为相对孔径的倒数。需要说明的是，相对孔径为入瞳直径和焦距的比值，入瞳直径为光阑10对它前面的光学***所成像的直径。

图3为本发明一实施例场景一提供的投影镜头场曲和畸变像差图。

如图3所示，本实施例场景一提供的投影镜头场曲小于0.05mm，最大畸变为0.8％。

图4为本发明一实施例场景一提供的投影镜头MTF曲线图。

如图4所示，本实施例场景一提供的投影镜头的全视场在93lp/mm空间频率下的MTF>48％。

图5为本发明一实施例场景一提供的投影镜头垂轴色差图。

如图5所示，本实施例场景一提供的投影镜头的成像***垂轴色差最大为2.4μm。

由上述参数可知，场景一提供的投影镜头畸变小、MTF表现优异，垂轴色差小，光圈达到F1.7，具有优秀的成像品质。

场景二

图6为本发明一实施例场景二提供的投影镜头结构示意图。

如图6所示，还包括光阑10，光阑10设置于第二透镜2、第三透镜3之间，用于控制光线的通过量。

在场景二中，将光阑10设置于第二透镜2与第三透镜3之间，使得镜头整体结构相对对称，能够有效地平衡彗差和畸变，提高镜头的成像质量。

场景二中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、棱镜7、保护镜片8、DMD9、光阑10的参数如下表所示：

该投影镜头的焦距f＝10.33mm，总长TTL＝39.93mm，光圈F_No.＝1.7，其中，光圈为相对孔径的倒数。需要说明的是，相对孔径为入瞳直径和焦距的比值，入瞳直径为光阑10对它前面的光学***所成像的直径。

图7为本发明一实施例场景二提供的投影镜头场曲和畸变像差图。

如图7所示，本实施例场景二提供的投影镜头场曲小于0.05mm，最大畸变为0.8％。

图8为本发明一实施例场景二提供的投影镜头MTF曲线图。

如图8所示，本实施例场景二提供的投影镜头的全视场在93lp/mm空间频率下的MTF>50％。

图9为本发明一实施例场景二提供的投影镜头垂轴色差图。

如图9所示，该成像***垂轴色差最大为2.8μm。

由上述参数可知，场景二提供的投影镜头畸变小、MTF表现优异，垂轴色差小，光圈达到F1.7，具有优秀的成像品质。

进一步地，对于上述实施例提供的投影镜头，其可以被应用于图像输出设备，例如，台式投影仪、编写投影仪或其他具备投影功能的终端产品，下面给出一种可能的实现方式，对图像输出设备进行说明。

图10为本发明实施例提供的一种图像输出设备的结构示意图。

如图10所示，该设备包括：投影镜头901、光源903、成像元件902。

其中，光源用于照射在成像元件上，并通过投影镜头将成像元件上的图像投射出去。

可选地，该设备可能还具备：处理器、存储器、射频电路和其他相关的输入/输出组件，用于实现该设备的相应功能，此处不予限定。

该图像输出设备使用了上述的投影镜头，因此有益效果与之相似，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种投影镜头，其特征在于，所述投影镜头中具有屈光度的透镜的数量为六片，其中，包括：

第一透镜，所述第一透镜为平凸透镜，具有正屈光度；

第二透镜，具有负屈光度；

第三透镜，具有负屈光度；

第四透镜，具有正屈光度；

第五透镜，具有正屈光度；

第六透镜，所述第六透镜为平凸透镜，具有正屈光度；

其中，所述第一透镜靠近物面，所述第六透镜靠近像面；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜沿着光轴，按照从第一透镜到第六透镜的先后顺序布置；

其中，还包括棱镜，所述棱镜设于所述第六透镜和像面之间；

所述第三透镜为弯月透镜；

所述第三透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面；

所述第四透镜为弯月透镜；

所述第四透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面；

所述第四透镜的物方表面与所述第三透镜的像方表面贴合；

所述棱镜为分光棱镜，用于将照明光路与成像光路进行连接，构成完整的投影光路；

还包括光阑，所述光阑设置于所述第一透镜、所述第二透镜之间，用于控制光线的通过量；

所述第三透镜的焦距满足：-8<f<-5，折射率满足：1.80<Nd<1.85，阿贝数满足：22<Vd<32；

所述第四透镜的焦距满足：8<f<10，折射率满足：1.76<Nd<1.81，阿贝数满足：45<Vd<50。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第六透镜的物方表面为凸面且为球面、像方表面为半径无穷大的球面。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜为弯月透镜；

所述第二透镜的物方表面为凸面、像方表面为凹面且均为球面。

4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第五透镜为弯月透镜；

所述第五透镜的物方表面为凹面、像方表面为凸面且均为球面。

5.如权利要求1-4任一项所述的投影镜头，其特征在于，还满足：0.35<BFL/TTL<0.46，其中，所述TTL为镜头总长，表示所述第一透镜物方表面到所述像面的距离，所述BFL为镜头后焦距，表示所述第六透镜像方表面到所述像面的距离。

6.一种图像输出设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的投影镜头。

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