投影镜头及激光投影设备的制作方法

本发明涉及光学设备领域，特别涉及一种投影镜头及激光投影设备。

背景技术：

随着科学技术的提高，投影镜头在人们工作和生活中的应用越来越广泛，比如教育，办公，家用或娱乐，比如，对于家庭影院中使用的投影镜头，投影镜头分辨率越高，用户观影体验越高。因此，人们对投影镜头的要求也越来越高。

相关技术中，家用投影设备中趋向于使用超短焦的激光投影设备，该激光投影设备包括：光阀和投影镜头。该投影镜头包括：折射镜组和反射镜。其中，光阀用于产生影像光束，影像光束首先进入折射镜组，折射镜组将影像光束成像，然后经过反射镜二次成像并将成像反射到屏幕上，通过屏幕呈现成像，完成投影。为了能够实现投影镜头的不同尺寸的投影，通常可以通过调节折射镜组和反射镜之间的距离来调节该投影设备的焦平面，以调整投影镜头的投影尺寸。

目前在调节折射镜组和反射镜之间的距离的过程中，通常需要将反射镜从激光投影设备中拆卸下来，重新确定好折射镜组和反射镜之间的距离后，再将反射镜重新安装到激光投影设备中。因此，目前调整投影镜头的投影尺寸的复杂度较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种投影镜头及激光投影设备。可以解决相关技术的调整投影镜头的投影尺寸的复杂度较高问题，所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种投影镜头，所述投影镜头包括沿着光阀的出光方向依次设置的折射镜组和反射镜；

所述折射镜组包括沿所述出光方向依次设置的第一镜组、第二镜组、第三镜组和第四镜组；

所述第三镜组包括至少一个子镜组，每个所述子镜组均能够沿所述出光方向或所述出光方向的反向移动；

所述第一镜组、所述第二镜组、所述第三镜组和所述第四镜组满足焦距公式，所述焦距公式为：

其中，所述f为所述折射镜组的等效焦距，所述fb为所述第一镜组的等效焦距，所述fc为所述第二镜组的等效焦距，所述ft为所述第三镜组的等效焦距，所述fg为所述第四镜组的等效焦距，所述fm为所述反射镜的等效焦距。

可选地，所述第三镜组包括沿所述出光方向依次设置的第一子镜组、第二子镜组和第三子镜组；

所述第一子镜组包括沿所述出光方向依次设置的第1透镜、第2透镜和第3透镜，所述第二子镜组包括沿所述出光方向依次设置的第4透镜和第5透镜，所述第三子镜组包括沿所述出光方向依次设置的第6透镜、第7透镜和第8透镜，所述第4透镜为非球面透镜，所述第三镜组中除所述第4透镜外的透镜均为球面透镜。

可选地，所述第2透镜和所述第3透镜贴合构成双胶合透镜，所述第6透镜和所述第7透镜贴合构成双胶合透镜。

可选地，在所述第一子镜组中，第1透镜的屈光度为正，所述第2透镜和第3透镜所构成的双胶合透镜的屈光度为正；

在所述第二子镜组中，第4透镜和第5透镜的屈光度均为负；

在所述第三子镜组中，第6透镜和第7透镜所构成的双胶合透镜的屈光度为正，第8透镜的屈光度为正。

可选地，每个所述子镜组沿所述出光方向或所述出光方向的反向移动的距离均小于或等于4毫米。

可选地，所述第一镜组包括沿所述出光方向依次设置的第9透镜、第10透镜、第11透镜、第12透镜、第13透镜、第14透镜、第15透镜、第16透镜和第17透镜，所述第10透镜与所述第14透镜均为非球面透镜，所述第一镜组中除所述第10透镜与所述第14透镜之外的透镜均为球面透镜；

所述第11透镜和所述第13透镜分别贴合在所述第12透镜的两面构成三胶合透镜，所述第16透镜和所述第17透镜贴合构成双胶合透镜。

可选地，所述投影镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第14透镜与所述第15透镜之间。

可选地，所述第二镜组包括沿所述出光方向依次设置的第18透镜、第19透镜和第20透镜，所述第18透镜、所述第19透镜和所述第20透镜均为球面透镜；

所述第19透镜与所述第20透镜贴合构成双胶合透镜。

可选地，所述第四镜组包括沿所述出光方向依次设置的第21透镜和第22透镜，所述第21透镜为非球面透镜，所述第22透镜为球面透镜。

根据本发明的第一方面，提供了一种激光投影设备，所述激光投影设备包括光源、光阀、屏幕以及第一方面任一所述的投影镜头，

所述光源用于向所述光阀提供激光光束；

所述光阀用于将所述光源提供的激光光束调制后出射至所述投影镜头；

所述投影镜头用于将所述光阀提供的激光光束成像后出射至屏幕。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

投影镜头包括：折射镜组和反射镜。该折射镜组包括第一镜组、第二镜组、第三镜组和第四镜组。该第三镜组包括至少一个子镜组，每个子镜组均能够沿出光方向或出光方向的反向移动，可以实现调整投影镜头的投影尺寸，有效的简化了调整投影镜头的投影尺寸。并且，该折射镜组中的四个镜组满足焦距公式，使得通过第三镜组能够实现投影镜头在较大的投影范围内的连续调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例所涉及的实施环境的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种投影镜头的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种投影镜头的结构示意图；

图4是本发明实施例中的投影镜头的投影尺寸为70寸时的各个子镜组的位置的效果图；

图5是本发明实施例中的投影镜头的投影尺寸为100寸时的各个子镜组的位置的效果图；

图6是本发明实施例中的投影镜头的投影尺寸为120寸时的各个子镜组的位置的效果图；

图7是本发明实施例中的投影镜头的投影尺寸为150寸时的各个子镜组的位置的效果图；

图8是本发明实施例还提供一种激光投影设备。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例所涉及的实施环境的示意图，该实施环境可以包括屏幕10和投影镜头20。

投影镜头20可以向屏幕10透射影像光束，该影像光束能够在屏幕10上形成图像。目前的发展趋势是降低投影镜头20的投射比(投射比是投影距离s和画面宽度h的比值，投影距离s为投影镜头20和屏幕10之间的距离)，投射比越小，投影镜头就能够在越短的投影距离投射出越大的画面。透射比较小的投影镜头可以称为短焦或超短焦的投影镜头。

图2是本发明实施例提供的一种投影镜头的结构示意图，该投影镜头可以是图1所示实施环境中的该投影镜头20，该投影镜头20包括沿着光阀30(该光阀可以不包括在本发明实施例提供的投影镜头中，本发明实施例提供的投影镜头可以接收该光阀射出的光束)出光方向x依次设置的折射镜组21和反射镜22。

其中，光阀30是数字微镜元件(英文：digitalmicromirrordevice；简称：dmd)，dmd可以是2k分辨率或4k分辨率。另外，光阀30包括反射镜阵列和控制电路，当光阀30受到光照时，控制电路控制反射镜阵列反射光源系统发射出的光束，产生影像光束。有关光阀30如何具体产生影像光束为相关技术，在此不再赘述。

该折射镜组21可以包括沿该出光方向x依次设置的第一镜组211、第二镜组212、第三镜组213和第四镜组214。

在本发明实施例中，第一镜组211用于矫正除像散、畸变之外的像差。第二镜组212用于补偿在调整投影镜头20的投影尺寸的过程中产生的像差。第三镜组213用于调整投影镜头20的投影尺寸。第四镜组214用于配合反射镜22对不同投影尺寸引起的像差变化进行调整，并且，该第四镜组214为固定的镜组(也即不会沿出光方向x或出光方向x的反向移动)，以便在调整投影尺寸时，保持其与反射镜22之间的间距不变化。

其中，该第三镜组213可以包括至少一个子镜组。示例地，该第三镜组213可以包括沿出光方向x依次设置的第一子镜组213a、第二子镜组213b和第三子镜组213c。每个子镜组均能够沿出光方向x或出光方向x的反向移动。由于第三镜组213包括的每个子镜组均能够沿出光方向x或出光方向x的反向移动，因此可以通过每个子镜组的移动，可以实现调整投影镜头的投影尺寸，有效的简化了调整投影镜头的投影尺寸。

该投影镜头20中的第一镜组211、第二镜组212、第三镜组213和第四镜组214满足焦距公式。该焦距公式可以为：

其中，f为折射镜组21的等效焦距，fb为第一镜组211的等效焦距，fc为第二镜组212的等效焦距，ft为第三镜组213的等效焦距，fg为第四镜组214的等效焦距，fm为反射镜22的等效焦距。

在本发明实施例中，折射镜组21中的四个镜组满足该焦距公式，使得投影镜头20的投影尺寸较大(例如，大于或等于70寸)，并且第三镜组213中的每个子镜组均能够移动，可以实现投影镜头20在投影尺寸较大的情况下，对投影镜头20的投影尺寸进行调节。也即是，通过第三镜组213能够实现投影镜头20在较大的投影范围内的连续调节。

综上所述，本发明实施例通过的投影镜头，包括：折射镜组和反射镜。该折射镜组包括第一镜组、第二镜组、第三镜组和第四镜组。该第三镜组包括至少一个子镜组，每个子镜组均能够沿出光方向或出光方向的反向移动，可以实现调整投影镜头的投影尺寸，有效的简化了调整投影镜头的投影尺寸。并且，该折射镜组中的四个镜组满足焦距公式，使得通过第三镜组能够实现投影镜头在较大的投影范围内的连续调节。

请参考图3，其示出了本发明实施例提供的另一种投影镜头的结构示意图，折射镜组21中的第一镜组211、第二镜组212、第三镜组213和第四镜组214，以及反射镜22均位于同一光轴l上。投影镜头20可以为旋转对称系统。

可选地，第三镜组213可以包括沿出光方向x依次设置的第一子镜组213a、第二子镜组213b和第三子镜组213c。该第三镜组213包括的三个子镜组中至少有一个子镜组中包含有一个双胶合镜片。

示例地，第一子镜组213a可以包括沿出光方向x依次设置的第1透镜a1、第2透镜a2和第3透镜a3。第二子镜组213b可以包括沿出光方向x依次设置的第4透镜a4和第5透镜a5。第三子镜组213c可以包括沿出光方向x依次设置的第6透镜a6、第7透镜a7和第8透镜a8。

该第2透镜a2和第3透镜a3可以贴合，以构成双胶合镜片；该第6透镜a6和第7透镜a7可以贴合，以构成双胶合镜片。也即是，第三镜组213中的第一子镜组213a包含一个双胶合镜片，第三子镜组213c包含一个双胶合镜片。

在第三镜组213中，该第4透镜a4可以为非球面透镜，第三镜组213中除第4透镜a4外的透镜均为球面透镜。在第一子镜组213a中，第1透镜a1的屈光度为正，第2透镜a2和第3透镜a3所构成的双胶合透镜的屈光度为正。在第二子镜组213b中，第4透镜a4和第5透镜a5的屈光度均为负。在第三子镜组213c中，第6透镜a6和第7透镜a7所构成的双胶合透镜的屈光度为正，第8透镜a8的屈光度为正，。

可选地，每个子镜组沿出光方向x或出光方向x的反向移动的距离均小于或等于4毫米(mm)。也即是，每个子镜组能够移动的距离d满足：|d|≤4mm。

可选地，第一镜组211可以包括沿出光方x向依次设置的第9透镜a9、第10透镜a10、第11透镜a11、第12透镜a12、第13透镜a13、第14透镜a14、第15透镜a15、第16透镜a16和第17透镜a17。

在第一镜组211中，该第10透镜a10与第14透镜a14均为非球面透镜，可以用于矫正系统的像散和彗差；第一镜组211中除第10透镜a10与第14透镜a14之外的透镜均为球面透镜。第11透镜a11和第13透镜a13分别贴合在第12透镜a12的两面，也即，该第11透镜a11、第12透镜a12和第13透镜a13能够构成一个三胶合透镜；第16透镜a16和第17透镜a17贴合，也即，该第16透镜a16和第17透镜a17能够构成一个双胶合透镜。第9透镜a9、第10透镜a10、第14透镜a14和第15透镜a15的屈光度均为正；第11透镜a11、第12透镜a12和第13透镜a13所构成的三胶合透镜的屈光度为负，第16透镜a16和第17透镜a17所构成的双胶合透镜的屈光度为负。

第10透镜a10可以使用折射率较低，且低熔点的材料，如l-bsl7，d-k59，l-bal42(l-bsl7，d-k59，l-bal42为三种光学材料的型号)，实现更低成本的非曲面面加工和制造。

第11透镜a11、第12透镜a12和第13透镜a13所构成的三胶合透镜可以对折射镜组21的球差、场曲、色差等像差进行校正，其与非球面透镜的第10透镜a10相邻，可以很大程度的控制折射镜组21的像差。该第12透镜a12的色散系数小于35，折射率大于1.8。第11透镜a11和第13透镜a13的色散系数的范围为1.45～1.60，折射率的范围为1.45～1.60。其中，色散系数又称阿贝数(英文：abbe)是用来衡量介质的光线色散程度的物理量。材料的折射率越大，色散越强，阿贝数越小。

第16透镜a16和第17透镜a17所构成的双胶合透镜可以用于矫正折射镜组21的球差和色差，可以由色散系数差异较小的材料构成，以补偿第14透镜a14和第15透镜a15产生的色差。

在本发明实施例中，第一镜组211中镜片的材料可以均为玻璃，以提高第一镜组211抵抗热形变的能力，避免由于热形变导致的成像质量变差的问题。

可选地，第二镜组212可以包括沿出光方x向依次设置的第18透镜a18、第19透镜a19和第20透镜a20。

第二镜组212中，第18透镜a18、第19透镜a19和第20透镜a20均为球面透镜。该第19透镜a19与第20透镜a20贴合，也即，该第19透镜a19与第20透镜a20能够构成一个双胶合透镜。该第18透镜a18的屈光度为正，第19透镜a19和第20透镜a20所构成的双胶合透镜的屈光度均为正。

可选地，第四镜组214可以包括沿出光方x向依次设置的第21透镜a21和第22透镜a22。

第四镜组214，第21透镜a21为非球面透镜，其可以为塑胶非球面透镜，也可以为玻璃非球面透镜，该第21透镜21光焦度为负。第22透镜a22为球面透镜，该第22透镜a22光焦度为正。

可选地，投影镜头还包括光阑23，光阑23设置在第14透镜a14与第15透镜a15之间。如此可以便于像差的校正，并控制系统口径。

可选地，第一镜组211能够沿出光方向或出光方向的反方向移动。即第一镜组可以沿光轴前后移动，实现对系统成像质量的调整，以补偿系统的公差保证系统成像质量。第一镜组211可以为滑动移动，也可以为螺纹旋转移动。

可选地，反射镜22可以为凹面非球面反射镜或自由曲面反射镜。该反射镜22的光焦度为正。

可选地，投影镜头还包括振动镜片，振动镜片设置在光阀30和折射镜组21之间。振动镜片24振动使得经过振动镜片的相邻两帧投影图像对应的影像光束不完全重叠，并将相邻两帧投影图像对应的影像光束依次射向折射镜组，投影图像为影像光束经过投影镜头后在投影屏幕上呈现的图像。

可选地，振动镜片24为平板玻璃。振动镜片24能够振动，振动镜片24振动使得经过振动镜片24的相邻两帧投影图像对应的影像光束不完全重叠，使得射向同一像素的影像光束增加，进而提高成像的分辨率，而且由于振动镜片24的振动使得相邻两帧投影图像对应的影像光束略微错开，进而使得像素之间的过度更加平滑，从而提高成像的细腻感，进而提高成像质量，实现高分辨率的画质。

可选地，光阀30和振动镜片24之间还可以设置有全反射棱镜25，该全反射棱镜25包括两个胶合的全反射棱镜，分别为第一全反射棱镜(图3中未示出)和第二全反射棱镜(图3中未示出)。从照明系统射来的光束，首先射向第一全反射棱镜，当光束射向第一全反射棱镜时，光束发生全反射，并将发生全反射后的光束射向光阀30，再经光阀30反射后形成影像光束，然后将产生的影像光束从光阀30射向全反射棱镜25，当影像光束从光阀30射向全反射棱镜25时，影像光束不发生全反射，而是直接透过将影像光束射向振动镜片24。由于第一全反射棱镜使得射向其自身的光束发生全反射，因此使用一个全反射棱镜就可以将光束反射到光阀30上，从而不需要通过多个普通反射镜进行多次反射，进而减少了普通反射镜的使用数量，大大缩小了投影镜头的体积；另外，全反射棱镜25有助于满足远心光路的需求，可以使得光阀30产生的影像光束变得均匀，从而也提高投影图像的质量。

图3所示结构为二次成像架构，光阀30的影像光束通过折射镜组21后，在反射镜22和折射镜组21之间进行第一次成像，第一次成像经反射镜22反射后，在屏幕上形成二次无畸变的图像；本发明实施例提供的投影镜头整体紧凑，通过光阑设置、非球面透镜、反射镜对大视场像差的矫正，提高了投影镜头的解像能力，从而实现了高分辨率的成像质量。

图3所示的投影镜头20的f#在1.8至2.3之间，折射镜组212的长度小于或等于275mm，投影范围为70至150寸，投射比小于或等于0.25，远心度小于或等于1°，偏移量(该偏移量为光阀像素面相对光轴的偏移量，英文：offset)为135％至150％，后焦距离(该后焦距离为光阀30到第1透镜a1的物理距离)的范围为28至45mm。

假设，投影镜头20的f#为2.3，透射比为0.25，后焦长度为42mm，折射镜组212的长度为275mm，远心度小于或等于0.7°，|fb/f|＝8.6，|fc/f|＝145.9，|fm/f|＝8.21。当通过调整第三镜组213中的每个子镜组沿出光方向x或出光方向x的反向移动，能够实现投影镜头20在投影范围为70至150寸内的调节。例如，请参考图4至图7。其中，图4为投影镜头20的投影尺寸为70寸时的各个子镜组的位置的效果图，此时，|ft/f|＝8.8846；图5为投影镜头20的投影尺寸为100寸时的各个子镜组的位置的效果图，此时，|ft/f|＝8.8752；图6为投影镜头20的投影尺寸为120寸时的各个子镜组的位置的效果图，此时，|ft/f|＝8.8672；图7为投影镜头20的投影尺寸为150寸时的各个子镜组的位置的效果图，此时，|ft/f|＝8.8623。其中各个透镜的信息以及标记的含义可以参考图3所示实施例，在此不再赘述

综上所述，本发明实施例通过的投影镜头，包括：折射镜组和反射镜。该折射镜组包括第一镜组、第二镜组、第三镜组和第四镜组。该第三镜组包括至少一个子镜组，每个子镜组均能够沿出光方向或出光方向的反向移动，可以实现调整投影镜头的投影尺寸，有效的简化了调整投影镜头的投影尺寸。并且，该折射镜组中的四个镜组满足焦距公式，使得通过第三镜组能够实现投影镜头在较大的投影范围内的连续调节。

如图8所示，本发明实施例还提供一种激光投影设备，包括光源40、光阀30、屏幕10以及上述实施例提供的投影镜头20；光源40用于向光阀30提供激光光束；光阀30用于将光源40提供的激光光束调制后出射至投影镜头20；投影镜头20用于将光阀30提供的激光光束成像后出射至屏幕10。

其中，投影镜头20内部的光路可以如图4至图7所示。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的可选地实施例，并不用以限制本发明，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。