CN116594147A - 投影镜头及投影设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种包括投影镜头及投影设备，投影镜头具有一个非球面透镜和若干球面透镜，以通过非球面透镜提高***的视场角、很好的校正了轴外像差和***畸变，若干球面透镜中，部分球面透镜结合形成胶合透镜组，胶合透镜组采用负正胶合架构，并利用胶合面正负球差相消，以使光学***整体球差达到校正作用，从而能够在有限的体积内，仅使用一个非球面透镜和有限个球面透镜即实现高质量、高亮度的成像，达到成本与性能的平衡。
Description
技术领域
本申请涉及储能技术领域，更具体地，涉及投影镜头及投影设备。
背景技术
随着投影仪被越来越多地广泛应用于各个领域中，用户对于投影仪的应用场景多元化需求也在不断加强，投影仪由此也向更小型，更轻便的方向发展，这样不仅携带方便，且十分有利于用户随时转换应用场景。
从而，其核心组件——投影镜头的设计也不断地在进步优化。而小体积，高成像质量和高通光量的镜头在设计原理上是互相矛盾的，因此如何做到体积，成本与性能的平衡就是光学设计者需要解决的难题。
发明内容
本申请提供一种投影镜头及投影设备，能够在有限的体积内，仅使用一个非球面透镜和有限个球面透镜即实现高质量、高亮度的成像，达到成本与性能的平衡。
第一方面，本申请提出了一种投影镜头，具有一个非球面透镜和若干球面透镜，投影镜头包括由放大侧至缩小侧的方向上同光轴设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，非球面透镜设置于第一透镜群；第二透镜群包括胶合透镜组，胶合透镜组包括两个以上的球面透镜，且胶合透镜组的相邻两个球面透镜中，一个球面透镜的屈光度为负，另一个球面透镜的屈光度为正；其中，当胶合透镜组的球面透镜的数量为两个时，胶合透镜组的数量为至少两个，当胶合透镜组的球面透镜的数量大于两个时，胶合透镜组的数量为至少一个。
在任意实施方式中，胶合透镜组的相邻两个球面透镜的折射率存在差值。
在任意实施方式中，在第一透镜群中，非球面透镜位于远离光阑的一侧。
在任意实施方式中，第一透镜群包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜设置为非球面透镜且屈光度为负，第二透镜、第三透镜和第四透镜设置为球面透镜，第二透镜的屈光度为负，第三透镜的屈光度为正，第四透镜的屈光度为正。
在任意实施方式中，在第二透镜群中，两个胶合透镜组位于靠近光阑的一侧且相邻设置，且两个胶合透镜组靠近彼此设置的球面透镜中，一个球面透镜的屈光度为负，另一个球面透镜的屈光度为正。
在任意实施方式中，第二透镜群包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，第五透镜和第六透镜胶合设置，第七透镜和第八透镜胶合设置，以形成两个胶合透镜组；其中，第五透镜的屈光度为负，第六透镜的屈光度为正，第六透镜的折射率小于第五透镜，且第七透镜的屈光度为负，第八透镜的屈光度为正，第八透镜的折射率小于第七透镜。
在任意实施方式中，第六透镜和第八透镜中的至少一者的折射率温度系数Dn/Dt为负值。
在任意实施方式中，第二透镜群还包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第九透镜和第十透镜，第九透镜与第八透镜相邻设置，第九透镜和第十透镜屈光度为正。
在任意实施方式中，所述非球面透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为90mm～160mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为5mm～20mm；第五透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为-100mm～-60mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为15mm～40mm，第六透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为15mm～40mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-40mm～-15mm；第七透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为700mm～900mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为20mm～50mm，第八透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为20mm～50mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-50mm～-20mm。
在任意实施方式中，第一透镜群的焦距f1以及第二透镜群的焦距f2满足如下条件：50mm≤f1≤100mm，10mm≤f2≤50mm；投影镜头的有效焦距EFL满足8mm≤EFL≤9mm，投影镜头的光学总长TTL满足TTL≤90mm，且光学总长与有效焦距的比值TTL/EFL≤10。
在任意实施方式中，投影镜头还满足条件(I)至条件(VII)中的至少一者：(I)投影镜头的镜头后焦距与有效焦距比例：BFL/EFL≥0.47；(II)投影镜头的光圈数：Fno≤1.7；(III)投影镜头的***视场角≧64°；(IV)投影镜头的投影距离与画面宽度比：1.0≤TR≤1.2；(V)投影镜头的光阑与第一透镜群之间的距离：T1≥7mm；(VI)非球面透镜和各球面透镜的直径：d≤21mm。
第二方面，本申请还提出了一种投影设备，投影设备包括如本申请第一方面任一实施方式的投影镜头。
根据本申请实施例的投影镜头，其具有一个非球面透镜和若干球面透镜，投影镜头包括由放大侧至缩小侧的方向上同光轴设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，非球面透镜设置于第一透镜群，以通过非球面透镜提高***的视场角、很好的校正了轴外像差和***畸变，第二透镜群包括胶合透镜组，且胶合透镜组采用负正胶合架构，利用胶合面正负球差相消，以使光学***整体球差达到校正作用，从而能够在有限的体积内，仅使用一个非球面透镜和有限个球面透镜即实现高质量、高亮度的成像，达到成本与性能的平衡。
附图说明
下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本申请一些实施例提供的投影镜头的结构示意图；
图2是本申请另一些实施例提供的投影镜头的结构示意图；
图3是本申请又一些实施例提供的投影镜头的结构示意图；
图4是本申请实施例1提供的光学畸变曲线图；
图5是本申请实施例1提供的场曲曲线图；
附图未必按照实际的比例绘制。
图中各附图标记：
L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜；L4、第四透镜；L5、第五透镜；L6、第六透镜；L7、第七透镜；L8、第八透镜；L9、第九透镜；L10、第十透镜；L56、第一双胶合透镜；L78、第二双胶合透镜；
10、第一透镜群；20、光阑；30、第二透镜群；40、抖动振镜；50、棱镜；60、保护玻璃；70、DMD芯片；80、投影面。
具体实施方式
本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
在本申请中提及“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申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该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，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者或多者”、“中的一个或多个”、“中的一种或多种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。
随着投影仪在家用、办公以及教育等场所的应用程度越来越广，使用者对于体积大小、成像质量、成本等方面有了更高的要求。但相应的设计难点也会增多，目前市面上的小体积镜头，一般采用不少于两个非球面透镜，或采用更多片球面透镜来实现所需求的镜头性能，前者对于非球面透镜的加工性能有较高的要求，而后者则需要更多的成本。
鉴于此，发明人提出了一种投影镜头及投影设备，能够在有限的体积内，仅使用一个非球面透镜和有限个球面透镜，实现高质量、高亮度的成像。
请参阅图1，本申请实施例提供一种投影镜头，具有一个非球面透镜和若干球面透镜，投影镜头包括沿光轴由放大侧至缩小侧依次设置的第一透镜群10、光阑20、第二透镜群30，非球面透镜设置于第一透镜群10。第二透镜群30包括胶合透镜组，胶合透镜组包括两个以上的球面透镜，且胶合透镜组的相邻两个球面透镜中，一个球面透镜的屈光度为负，另一个球面透镜的屈光度为正。其中，当胶合透镜组的球面透镜的数量为两个时，胶合透镜组的数量为至少两个，当胶合透镜组的球面透镜的数量大于两个时，胶合透镜组的数量为至少一个。
根据本申请实施例的投影镜头，通过将非球面透镜设置于第一透镜群10，以通过非球面透镜提高***的视场角、很好的校正了轴外像差和***畸变，同时，通过使第二透镜群30包含胶合透镜组，胶合透镜组采用负正胶合架构，利用胶合面正负球差相消，以使投影镜头的整体球差达到校正作用，从而能够在有限的体积内，仅使用一个非球面透镜和有限个球面透镜即实现高质量、高亮度的成像，达到成本与性能的平衡。
可以理解的是，本申请实施例中第二透镜群的胶合透镜组的球面透镜的数量为两个时，胶合透镜组的数量为至少两个，胶合透镜组的球面透镜的数量大于两个时，胶合透镜组的数量为至少一个。例如，第二透镜群可以包括至少一个三胶合透镜组(图中未示出)，第二透镜组也可以包括至少两个双胶合透镜组，通过胶合透镜组内各球面透镜的屈光度的搭配，以实现高质量、高亮度的成像。
在一些可选地实施例中，胶合透镜组的相邻两个球面透镜的折射率存在差值，通过将胶合透镜组采用高低折射率搭配组合，以满足消色差远离，从而有效校正光谱带宽增加带来的色差，进一步保证投影镜头的成像。
需要说明的是，本申请实施例的投影镜头尤其适合作为激光投影仪的定焦投影镜头，激光投影显示产品相具有画面对比度高，成像清晰，色彩鲜艳，亮度更高的特点，但并不限于作为激光投影仪的投影镜头，如果有其他设备应用了本申请提供的投影镜头，也理应落入本申请的保护范围。例如本申请实施例的投影镜头还可应用于LED(Light EmittingDiode，发光二极管)投影仪、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)投影仪等。
在本申请中，投影镜头的光阑20位于第一透镜群10和第二透镜群30之间，光阑20能够起到限制光束或限制成像范围大小的作用。透镜是指由透明物质制成的光学元件，其至少能够允许光线穿透。本申请的放大侧是指投影镜头应用于投影***时，靠近投影面80的一侧，缩小侧是指投影镜头靠近DMD(Digital Micro mirror Device，数字微反射镜)芯片的一侧。其中，光的传播方向是由DMD芯片70指向投影面80的一侧，即朝向DMD芯片70的一侧为入光面，朝向投影面80的一侧为出光面，在投影时，光线由DMD芯片70进入到该投影镜头，并经各透镜的入光面折射至出光面，最终离开投影镜头出射至投影面80，获得投影成像效果。
具体的，本申请实施例中的非球面透镜，其曲率半径随着中心轴而变化，非球面透镜的两侧表面可均设置为偶次非球面，通过合理优化曲面常数和非球面系数，非球面系数可以较大长度消除球差，从而能够有效地对***畸变及轴外像差(例如场曲、畸变、像散等)进行校正。
在一些可选地实施方式中，非球面透镜满足非球面多项式公式：
在公式中，z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离；c表示半径所对应的曲率；r表示第一透镜L1径向高度；k表示圆锥二次曲线系数(Conic Constant)；α1至α8分别表示二至十六阶对应的非球面系数。
其中，当k系数小于-1时，非球面透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，非球面透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1至0之间时，非球面透镜的面形曲线为椭圆；当k系数等于0时，非球面透镜的面形曲线为圆形；当k系数大于0时，非球面透镜的面形曲线为扁圆形。
因此，能够通过控制非球面透镜规格尺寸，降低加工难度，增加工艺过程产生的误差的容错率，降低成本。非球面透镜的具体材质可以选用本领域公知的材质。示例性地，非球面透镜可以为树脂非球面透镜，也可设置为玻璃非球面透镜。
可选地，在第一透镜群10中，非球面透镜位于远离光阑20的一侧。将非球面透镜设计远离光阑20位置，可以最大限度减少非球面加工误差对镜头性能的影响，有效降低对非球面透镜自身的敏感度，可适当放宽对非球面透镜的加工规格，使成本有效降低，并使得整个投影镜头结构更为紧凑，其完成了多片球面镜片才能完成的校正球差、彗差、像散等功能。可选地，非球面透镜可设置为偶次非球面透镜。
在一些可选地实施例中，第一透镜群10包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4。第一透镜L1设置为非球面透镜且屈光度为负，第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4设置为球面透镜，第二透镜L2的屈光度为负，第三透镜L3的屈光度为正，第四透镜L4的屈光度为正。
其中，第二透镜L2的屈光度为负，进一步地，第二透镜L2为双凹透镜，由放大侧指向缩小侧的方向上，第二透镜L2的彼此相对的出光面和入光面均具有凹陷空间。双凹透镜能够与呈非球面透镜的第一透镜L1配合，能够在不使用更多个球面镜片的前提下有效地发散光束，方便后续透镜群对光束进行消像差和准直。
第三透镜L3的屈光度为正，进一步地，第三透镜L3为平凸透镜或凹凸透镜。平凸透镜或凹凸透镜中的凸透镜的特性能够校正第二透镜L2的球差。例如，当第三透镜L3为平凸透镜时，其具体结构为：由放大侧指向缩小侧的方向上，第三透镜L3靠近放大侧设置的出光面为平面结构，第三入光面靠近缩小侧设置的入光面为凸出面，且朝向缩小侧的方向凸出。
第四透镜L4的屈光度为正，进一步地，第四透镜L4为双凸透镜或平凸透镜，例如，当第四透镜L4为双凸透镜时，由放大侧指向缩小侧的方向上，第四透镜L4的彼此相对的出光面和入光面凸出设置。双凸透镜能够调整光线角度，并与第三透镜L3配合校正球差和畸变，确保进入光阑20的光线的像差较小，且光线能量较为集中。
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4构成第一透镜群10，第一透镜L1的非球面主要用来汇聚来自投影面80的光线，同时可以修正离轴视场光线的畸变、像散、彗差与场曲等，第二透镜L2则可以用来发散来自第一透镜L1的光线，调整光线的角度，使其便于被后面的透镜校正。第二透镜L2靠近放大侧的一侧产生正向畸变，校正了由第一透镜L1产生的负向畸变。第三透镜L3靠近放大侧的一侧导致正向球差，用来补正第二透镜L2的负向球差；第四透镜L4主要作用为汇聚光线，将光线调整至可以最大限度地汇聚入光阑20，减小光阑20开口口径，以便于设计出外径体积小的投影镜头。
可以理解的是，当第二透镜群30的胶合透镜组的数量为至少两个时，第二透镜群30包括的两个胶合透镜组可以相邻设置，也可以间隔设置，即两个胶合透镜组之间还设置有单独的球面透镜，其具体设置方式可根据投影镜头的具体结构进行调整。
在一些可选地实施例中，第二透镜群30包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8，第五透镜L5和第六透镜L6胶合设置，第七透镜L7和第八透镜L8胶合设置，以形成两个胶合透镜组。其中，第五透镜L5的屈光度为负，第六透镜L6的屈光度为正，第六透镜L6的折射率小于第五透镜L5，且第七透镜L7的屈光度为负，第八透镜L8的屈光度为正，第八透镜L8的折射率小于第七透镜L7。
其中，第五透镜L5的屈光度为负，第六透镜L6的屈光度为正，进一步地，可将第五透镜L5设置为双凹透镜，第六透镜L6设置为双凸透镜。同时，第七透镜L7的屈光度为负，第八透镜L8的屈光度为正，进一步地，可将第七透镜L7设置为凸凹透镜，第八透镜L8设置为双凸透镜。
为便于说明，将第五透镜L5和第六透镜L6胶合形成的胶合透镜组定义为第一双胶合透镜L56，将第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成的胶合透镜组定义为第二双胶合透镜L78，即形成第一双胶合透镜L56和第二双胶合透镜L78组合来进行校正，此校正设计满足消色差原理，采用高低折射率搭配组合，可以有效的校正***色差，同时这两枚双胶合透镜均采用负正胶合架构，利用胶合面正负球差相消，以使光学***整体球差达到校正作用。
为了满足热漂移较小，在一些可选地实施例中，第六透镜L6和第八透镜L8中的至少一者的折射率的温度系数为负值。通过将第六透镜L6和第八透镜L8中的至少一者设置为折射率的温度系数Dn/Dt为负值的材料，可以有效地对整个光学***进行热补偿，以此来补偿镜头内部温度不均匀时所产生的离焦现象。本申请中Dn/Dt为折射率的温度系数为负值的材料可以选用本领域公知的材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS，也可以为其它材质，在此不再赘述。
进一步地，第六透镜L6和第八透镜L8包括低色散材料，通过第六透镜L6和第八透镜L8均采用低折射率高阿贝数且负Dn/Dt的材料，搭配第五透镜L5和第七透镜L7所采用的负屈光度高折射低阿贝数材料组合，可以进行消色差设计，保证整个光学***较小色差的同时，又可以补偿整个光学***的热失焦。
在一些可选地实施例中，第二透镜群30还包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第九透镜L9和第十透镜L10，第九透镜L9与第八透镜L8相邻设置，第九透镜L9和第十透镜L10屈光度为正。
其中，第九透镜L9和第十透镜L10为双凸透镜，第九透镜L9和第十透镜L10能够有效地约束光束口径，有效地保证了光线能够被汇聚为合适的入射光，确保了整只投影镜头有较长的后工作距离，给予镜头后方(靠近缩小侧)的光学元件足够的放置空间。
在一些可选地实施方式中，第一透镜群10的焦距f1以及第二透镜群30的焦距f2满足如下条件：50mm≤f1≤100mm，10mm≤f2≤50mm。
可以理解的是，以投影透镜共包含十枚镜片，且第一透镜L1设置为非球面透镜，第五透镜L5和第六透镜L6胶合，第七透镜L7和第八透镜L8胶合为例，各透镜的曲率半径可设置为：
在第一透镜群10中，第一透镜L1的靠近放大侧的表面的曲率半径为90mm～160mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为5mm～20mm。第二透镜L2的靠近放大侧的表面的曲率半径为-40mm～-15mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为15mm～40mm。第三透镜L3的靠近放大侧的表面的曲率半径为120mm～500mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为-40mm～-10mm。第四透镜L4的靠近放大侧的表面的曲率半径为50mm～100mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为-60mm～-25mm。
在第二透镜群30中，第五透镜L5靠近放大侧的表面的曲率半径为-100mm～-60mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为15mm～40mm，第六透镜L6靠近放大侧的表面的曲率半径为15mm～40mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-40mm～-15mm，第七透镜L7靠近放大侧的表面的曲率半径为700mm～900mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为20mm～50mm，第八透镜L8靠近放大侧的表面的曲率半径为20mm～50mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-50mm～-20mm。第九透镜L9靠近放大侧的表面的曲率半径为60mm～100mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-100mm～-60mm。第十透镜L10靠近放大侧的表面的曲率半径为15mm～40mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-60mm～-30mm。
在一些可选地实施方式中，投影镜头的有效焦距EFL满足8mm≤EFL≤9mm，投影镜头的光学总长TTL满足TTL≤90mm，且光学总长与有效焦距的比值TTL/EFL≤10。其中，镜头总长TTL可以理解为第一透镜L1的投影面80的最凹点至DMD的像源面的距离，通过使TTL≤90mm，即能够缩短投影镜头的整体长度。
在一些可选地实施方式中，投影镜头还满足条件(I)至条件(VII)中的至少一者：
(I)投影镜头的镜头后焦距与有效焦距比例：BFL/EFL≥0.47。
其中，较长的后工作距离BFL可以给予镜头后方(靠近缩小侧)的光学元件足够的放置空间，确保了在工作时不会发生结构干涉。
(II)投影镜头的光圈数：Fno≤1.7。
进一步地，1.5≤Fno≤1.7，在镜头焦距保持不变的情况下，光圈直径越大，通光口越大，能接收的光线数越多，所以亮度越高。因此，通过对Fno的数值进行限定能够提高亮度。Fno≥1.5意味着其光圈直径更大，能够对更高亮度的光源进行成像。
(III)投影镜头的***视场角≧64°，远心角TA≤1.0°。
(IV)投影镜头的投影距离与画面宽度比：1.0≤TR≤1.2。
其中，投影镜头的投影距离与画面宽度比的比值越小，说明相同投影距离，投射画面的宽度越大。本申请的投影镜头作为定焦投影镜头时，其投射比基本可以固定为1.2。
(V)投影镜头的光阑20与第一透镜群10之间的距离：T1≥7mm。
(VI)非球面透镜和各球面透镜的直径：d≤21mm。
发明人发现，在投影镜头在满足以下条件中的至少一个时，可以进一步提高投影镜头的性能。
如图1所示，在一些可选地实施方式中，投影镜头还包括DMD芯片70，DMD芯片70位于第二透镜群30的入光侧。DMD芯片70是投影镜头的核心元件，其能够控制电路、镜头的移动等；在DMD芯片70正常工作时，光线经过DMD芯片70，DMD芯片70表面布满的体积微小的可转动镜片便会通过转动来反射光线，每个镜片的旋转都可以由电路来控制的。DMD芯片70的结构类型可以采用现有技术中公知的结构，在此不对其结构进行赘述。示例性地，DMD芯片70的物理分辨率可以约为93lp/mm。
可选地，DMD芯片70偏置设置，其具体设置方式为：第一透镜群10和第二透镜群30的轴线为同一轴线，DMD的轴线与第一透镜群10的轴线平行，但是并不是同一轴线。例如，DMD芯片70的轴线位于第一透镜群10的轴线的上方或下方。通过偏置放置DMD芯片70，保证在投影工作时出射画面向上偏置，实现出射光束高于投影镜头位置，投影画面不会被投影镜头遮挡。
在一些可选地实施方式中，投影镜头还包括保护玻璃60，保护玻璃60位于DMD芯片70面向第二透镜群30的一侧，保护玻璃60能够用于保护DMD芯片70。可选地，投影设备还包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置在第二透镜群30和保护玻璃60之间的等效棱镜50和抖动振镜40，抖动振镜40沿光轴可摆动地设置，投影设备还包括第一驱动结构，第一驱动结构设置在镜筒上，第一驱动结构与抖动振镜40驱动连接，以带动抖动振镜40摆动。
上述设置中，第一驱动结构驱动抖动振镜40摆动。通过设置抖动振镜40，使得投影镜头能够同时获得振镜40静止时DMD芯片70自身尺寸固有的分辨率和抖动振镜40工作抖动时的另一高分辨率。光线会在抖动振镜40处由于抖动振镜40的作动及抖动振镜40玻璃的折射率导致DMD芯片70上每个小镜子反射的光线在不同时间出现不同的偏移量，以此实现像素点的位移。示例性地，第一驱动结构为通电线圈。通电线圈在磁场中通电，依据安培定则会产生对应的安培力使抖动振镜40振动起来，通过控制电流方向和/或大小控制正反振动及振动位置。当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使第一驱动结构为驱动电机，驱动电机与抖动振镜40连接用来驱动抖动振镜40抖动工作。
本申请中，当投影距离即物面投影侧距离发生变化以获取不同画面尺寸时，可通过调节第一透镜群10、第二透镜群30与抖动振镜40的间隔来进行调焦。可选地，投影设备还可以进一步包括第二驱动结构，第二驱动结构与光阑20驱动连接，用来驱动光阑20叶片，调节光圈孔径大小，以适应不同场景下工作。
根据本申请实施例的投影镜头，投影镜头的结构精密，且具有低成本、小体积且结构紧凑等优点。上述投影镜头配合0.33寸的DMD芯片70工作距离2125mm处可以投射出80寸的画面，镜头在空间极限频率93lp/mm处，在可见光460nm～625nm均能够保证高性能模量传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)性能良好，畸变较小，结构简单，成像质量好。本申请基于光学成像原理，可以使用光学设计软件对投影镜头各镜片曲率半径、材料、厚度、空气间隔，以及在设计一个非球面透镜和两个双胶合透镜的基础上，进行反复的光学优化设计，达到公差敏感度较低，对于镜片加工与组配的容错率有很大提升的效果，同时可物造量产性高，便于批量生产。
本申请实施例还提供了一种投影设备；所述投影设备包括本申请第一方面任一实施方式的投影镜头。本申请的投影设备也具有本申请的投影镜头的上述优点，采取本结构类型可以有效地改善***的色差并抑制***畸变发生，且在使用过程中，能够长时间保持投影画面清晰、亮度均匀。整个光学结构紧凑小型化、光圈口径大、低畸变、低成本并且能够在高温下保证高性能MTF值。
接下来结合实施例对本申请的技术方案进一步说明。
实施例1
如图1所示，投影镜头包括第一透镜群10、光阑20、第二透镜群30、振镜40、棱镜50、保护玻璃60以及DMD芯片70，第一透镜群10包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4；第二透镜群30包括第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10。
第五透镜L5和第六透镜L6构成第一双胶合透镜L56，第七透镜L7和第八透镜L8构成第二双胶合透镜L78，且第六透镜L6和第八透镜L8均采用折射率的温度系数Dn/Dt为负值的材料。
各透镜的相关参数如表1和表2所示以及如图4和图5所示。
表1 透镜参数
表1中，Infinity表示无穷，——表示不参与光的折射，无需统计其折射率。
表二：第一透镜的入光面S1与出光面S2的参数值
| 参数 | 入光面S1 | 出光面S2 |
| k | -59.7 | 2.1 |
| α1 | 4.7e-4 | 5.6e-4 |
| α2 | -7.4e-6 | -1.3e-5 |
| α3 | 1.4e-6 | 4.5e-7 |
| α4 | -1.9e-9 | -1.3e-8 |
| α5 | 1.8e-11 | 2.3e-10 |
| α6 | -9.8e-14 | -2.4e-12 |
| α7 | 2.3e-16 | 1.0e-14 |
实施例2
如图2所示，投影镜头包括第一透镜群10和第二透镜群30，第一透镜群10包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4；第二透镜群30包括第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10。
与实施例1不同的是，本申请实施例中将第八透镜L8的材料替换为折射率的温度系数Dn/Dt为正值的材料，并且，通过对其他透镜中至少一者的曲率半径在上述各透镜的曲率半径的取值范围内进行微调，以在保证整体光学性能维持较好的情况下，降低投影镜头的成本。
实施例3
如图3所示，投影镜头包括第一透镜群10和第二透镜群30，第一透镜群10包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4；第二透镜群30包括第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10。
与实施例1不同的是，投影镜头内的各透镜均采用低价材料，具体地，其透镜价格应低于H-K9L透镜价格的十倍，并且，通过对其他透镜中至少一者的曲率半径进行适当调整，以实现最低成本，且镜片厚度相对较低，可同时保证高成像性能，高透过率和低成本，实现了极致的性价比。
各透镜的相关参数如表3及表4所示。
表3透镜参数
表3中，Infinity表示无穷，——表示不参与光的折射，无需统计其折射率。
表4：第一透镜的入光面S1与出光面S2的参数值
| 参数 | 入光面S1 | 出光面S2 |
| k | -1.2 | -0.1 |
| α1 | 1.5e-04 | 1.6e-04 |
| α2 | -1.1e-06 | -3.3e-07 |
| α3 | 4.1e-09 | -5.8e-09 |
| α4 | 2.0e-11 | 1.2e-10 |
| α5 | -2.0e-13 | -3.6e-12 |
| α6 | 7.1e-16 | 9.1e-14 |
| α7 | -1.7e-18 | -5.6e-16 |
尽管已经演示和描述了说明性实施例，本领域技术人员应该理解上述实施例不能被解释为对本申请的限制，并且可以在不脱离本申请的精神、原理及范围的情况下对实施例进行改变，替代和修改。
Claims (11)
1.一种投影镜头，其特征在于，具有一个非球面透镜和若干球面透镜，所述投影镜头包括由放大侧至缩小侧的方向上同光轴设置的第一透镜群、光阑和第二透镜群，所述非球面透镜设置于所述第一透镜群；
所述第二透镜群包括胶合透镜组，所述胶合透镜组包括两个以上的所述球面透镜，且所述胶合透镜组的相邻两个所述球面透镜中，一个所述球面透镜的屈光度为负，另一个所述球面透镜的屈光度为正；
其中，当所述胶合透镜组的所述球面透镜的数量为两个时，所述胶合透镜组的数量为至少两个，当所述胶合透镜组的所述球面透镜的数量大于两个时，所述胶合透镜组的数量为至少一个。
2.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述胶合透镜组的相邻两个所述球面透镜的折射率存在差值。
3.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，在所述第一透镜群中，所述非球面透镜位于远离所述光阑的一侧。
4.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜群包括沿所述光轴由放大侧至缩小侧设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜设置为所述非球面透镜且屈光度为负，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜设置为所述球面透镜，所述第二透镜的屈光度为负，所述第三透镜的屈光度为正，所述第四透镜的屈光度为正。
5.根据权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜群包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，所述第五透镜和所述第六透镜胶合设置，所述第七透镜和所述第八透镜胶合设置，以形成两个所述胶合透镜组；
其中，所述第五透镜的屈光度为负，所述第六透镜的屈光度为正，所述第六透镜的折射率小于第五透镜，且所述第七透镜的屈光度为负，所述第八透镜的屈光度为正，所述第八透镜的折射率小于所述第七透镜。
6.根据权利要求5所述的投影镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第八透镜中的至少一者的折射率温度系数Dn/Dt为负值。
7.根据权利要求5所述的投影镜头，其特征在于，所述第二透镜群还包括沿光轴由放大侧至缩小侧设置的第九透镜和第十透镜，所述第九透镜与所述第八透镜相邻设置，所述第九透镜和第十透镜屈光度为正。
8.根据权利要求5所述的投影镜头，其特征在于，所述非球面透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为90mm～160mm，靠近缩小侧的表面的曲率半径为5mm～20mm；
第五透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为-100mm～-60mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为15mm～40mm，第六透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为15mm～40mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-40mm～-15mm；
第七透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为700mm～900mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为20mm～50mm，第八透镜的靠近放大侧的表面的曲率半径为20mm～50mm，靠近缩小侧表面的曲率半径为-50mm～-20mm。
9.根据权利要求1至8任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜群的焦距f1以及所述第二透镜群的焦距f2满足如下条件：50mm≤f1≤100mm，10mm≤f2≤50mm；
所述投影镜头的有效焦距EFL满足8mm≤EFL≤9mm，所述投影镜头的光学总长TTL满足TTL≤90mm，且所述光学总长与所述有效焦距的比值TTL/EFL≤10。
10.根据权利要求1至8任一项所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头还满足条件(I)至条件(VII)中的至少一者：
(I)所述投影镜头的镜头后焦距与有效焦距比例：BFL/EFL≥0.47；
(II)所述投影镜头的光圈数：Fno≤1.7；
(III)所述投影镜头的***视场角≧64°；
(IV)所述投影镜头的投影距离与画面宽度比：1.0≤TR≤1.2；
(V)所述投影镜头的所述光阑与所述第一透镜群之间的距离：T1≥7mm；
(VI)所述非球面透镜和各所述球面透镜的直径：d≤21mm。
11.一种投影设备，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的投影镜头。
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