一种投影系统

摘要

本发明公开了一种投影系统，包括：光阀调制部件和位于光阀调制部件出光侧的投影镜头；投影镜头包括：折射系统，位于光阀调制部件的出光侧，用于对光阀调制部件出射的影像光线进行成像；反射系统，位于折射系统背离光阀调制部件的一侧，用于将折射系统的成像光线向光阀调制部件背离投影镜头的一侧反射。本发明实施例提供的投影系统中的投影镜头为超短焦镜头，折射系统和反射系统均参与成像，反射系统可以将投影光线向光阀调制部件背离折射系统的一侧反射，因此在具体应用时，可以将投影屏幕设置于光阀调制部件的背面，减小投影屏幕与投影系统之间的距离，从而可以将投影系统设置于观看者和投影屏幕之间，避免画面被遮挡的问题，同时节省使用空间。

权利要求

1.一种投影系统，其特征在于，包括：光阀调制部件和位于所述光阀调制部件出光侧的投影镜头；所述投影镜头包括：折射系统，位于所述光阀调制部件的出光侧，用于对所述光阀调制部件出射的影像光线进行成像；

反射系统，位于所述折射系统背离所述光阀调制部件的一侧，用于将所述折射系统的成像光线向所述光阀调制部件背离所述投影镜头的一侧反射；

所述折射系统包括：

前群镜组，位于靠近所述反射系统的一侧；

中群镜组，位于所述前群镜组背离所述反射系统的一侧；

后群镜组，位于所述中群镜组背离所述前群镜组的一侧；

所述投影镜头的等效焦距、所述后群镜组的等效焦距、所述中群镜组的等效焦距、所述前群镜组的等效焦距和所述反射系统的等效焦距满足以下关系：

1.5＜|FB/F|＜7.5；

5＜|FM/F|＜15；

1＜|FF/F|＜12；

5＜|FC/F|＜12；

其中，F表示所述投影镜头的等效焦距，FB表示所述后群镜组的等效焦距，FM表示所述中群镜组的等效焦距，FF表示所述前群镜组的等效焦距，FC表示所述反射系统的等效焦距。

2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述反射系统、所述前群镜组、所述中群镜组和所述后群镜组共轴设置；所述前群镜组、所述中群镜组及所述反射系统之间的相对距离可调。

3.如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述后群镜组包括沿所述光阀调制部件的光出射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、孔径光阑、第八透镜、第九透镜和第十透镜；

其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜均为球面透镜；所述第二透镜为非球面透镜。

4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述第一透镜的屈光度为正，所述第二透镜的屈光度为正，所述第三透镜的屈光度为正，所述第四透镜的屈光度为负，所述第五透镜的屈光度为正，所述第六透镜的屈光度为负，所述第七透镜的屈光度为正，所述第八透镜的屈光度为正，所述第九透镜的屈光度为正，所述第十透镜的屈光度为负；

所述第三透镜和所述第四透镜相互胶合；所述第四透镜的阿贝数小于所述第三透镜的阿贝数，所述第四透镜的折射率大于所述第三透镜的折射率；

所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合；所述第五透镜和所述第七透镜的折射率均小于所述第六透镜的折射率，所述第五透镜和所述第七透镜阿贝数均大于所述第六透镜的阿贝数；

所述第九透镜和所述第十透镜相互胶合；所述第九透镜的阿贝数小于第十透镜的阿贝数，所述第九透镜的折射率大于所述第十透镜的折射率。

5.如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述中群镜组包括沿所述后群镜组的光出射方向依次设置的第十一透镜和第十二透镜；

其中，所述第十一透镜和所述第十二透镜均为球透镜。

6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述第十一透镜的屈光度为正，所述第十二透镜的屈光度为正。

7.如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述前群镜组包括沿所述中群镜组的光出射方向依次设置的第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；

其中，所述第十三透镜和所述第十四透镜均为球面透镜；所述第十五透镜为非球面透镜。

8.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述第十三透镜的屈光度为正，所述第十四透镜的屈光度为负，所述第十五透镜的屈光度为负。

9.如权利要求2‑8任一项所述的投影系统，其特征在于，所述反射系统为凹面反射镜；

所述凹面反射镜为非球面反射镜或自由曲面反射镜。

10.如权利要求1‑8任一项所述的投影系统，其特征在于，所述投影镜头的投射比为0.2～0.3；

所述折射系统和所述反射系统满足以下关系：

0.9＜L1/L2＜1.2；

所述投影镜头的后工作距离满足以下关系：

0.25＜BFL/L2＜0.4；

其中，L1表示所述折射系统的总长度，L2表示所述折射系统和所述反射系统之间的距离，BFL表示所述投影镜头的后工作距离。

11.如权利要求1‑8任一项所述的投影系统，其特征在于，还包括：分光棱镜，位于所述光阀调制部件与所述投影镜头之间，所述光阀调制部件位于所述分光棱镜的反射路径上；

投影光源，位于所述分光棱镜的入光侧；

影像偏移镜组，位于所述分光棱镜和所述投影镜头之间。

说明书

一种投影系统

技术领域

[0001] 本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影系统。

背景技术

[0002] 投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。随着投影显示技术的发展，投影显示逐渐应用于商务活动、会议展览、科学教育、军事指挥、交通管理、集中监控和广告娱乐等领域，其显示画面尺寸较大、显示清晰等优点同样适应于大屏幕显示的要求。

[0003] 镜头作为投影显示中的核心技术之一，从设计到加工均有一定的难度。目前的投影镜头距离投影屏幕或墙壁的距离较远，如果有物体在镜头与屏幕之间活动就会遮挡投影光线，影响画面显示。

发明内容

[0004] 本发明一些实施例中，投影镜头由折射系统和反射系统构成超短焦镜头，折射系统和反射系统均参与成像，反射系统可以将投影光线向光阀调制部件背离折射系统的一侧反射，因此在具体应用时，可以将投影屏幕设置于光阀调制部件的背面，减小投影屏幕与投影系统之间的距离，从而可以将投影系统设置于观看者和投影屏幕之间，避免画面被遮挡的问题，同时节省使用空间。

[0005] 本发明一些实施例中，折射系统包括前群镜组、中群镜组和后群镜组，前群镜组相对反射系统是可移动的，由此实现了不同尺寸下都有较好的畸变表现，中群镜组和前群镜组之间的相对位移可调，由此可以实现不同投影尺寸下的聚焦成像。

[0006] 本发明一些实施例中，后群镜组包括沿光阀调制部件的光出射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜。其中，第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜均为球面透镜；第二透镜为非球面透镜。第二透镜设置采用非球面透镜可以校正球差和慧差，提高投影镜头的解析度。

[0007] 本发明一些实施例中，第二透镜为双凸非球面透镜。

[0008] 本发明一些实施例中，第七透镜和第八透镜之间设置孔径光阑，可以限制投影镜头的通光量，与投影镜头的F数相适应，将边缘位置产生较大像差的光线屏蔽掉。

[0009] 本发明一些实施例中，第三透镜和第四透镜构成第一双胶合透镜组，第五透镜、第六透镜和第七透镜构成三胶合透镜组，第九透镜和第十透镜构成第二双胶合透镜组。双胶合和三胶合的搭配使用，将镜头的光谱适用范围扩展到450nm～645nm，有效校正色差。

[0010] 本发明一些实施例中，中群镜组包括沿后群镜组的光出射方向依次设置的第十一透镜和第十二透镜；其中，第十一透镜和第十二透镜均为球透镜。第十一透镜的屈光度为正，第十二透镜的屈光度为正。

[0011] 本发明一些实施例中，前群镜组包括沿中群镜组的光出射方向依次设置的第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；其中，第十三透镜和第十四透镜均为球面透镜；第十五透镜为非球面透镜。第十三透镜的屈光度为正，第十四透镜的屈光度为负，第十五透镜的屈光度为负。第十五透镜设置采用非球面透镜可以有效改善像散、畸变。

[0012] 本发明一些实施例中，第十五透镜为双凹非球面透镜。

[0013] 本发明一些实施例中，反射系统采用凹面反射镜，用于压缩光线角度。

[0014] 本发明一些实施例中，反射系统采用非球面反射镜或自由曲面反射镜，可以有效压缩光线，校正象散和畸变。

[0015] 本发明一些实施例中，投影镜头的等效焦距、后群镜组的等效焦距、中群镜组的等效焦距、前群镜组的等效焦距和反射系统的等效焦距满足以下关系：

[0016] 1.5<|FB/F|<7.5；

[0017] 5<|FM/F|<15；

[0018] 1<|FF/F|<12；

[0019] 5<|FC/F|<12；

[0020] 其中，F表示投影镜头的等效焦距，FB表示后群镜组的等效焦距，FM表示中群镜组的等效焦距，FF表示前群镜组的等效焦距，FC表示反射系统的等效焦距。

[0021] 本发明一些实施例中，投影镜头的投射比为0.2～0.3，具体可以为0.2～0.25。

[0022] 本发明一些实施例中，折射系统和反射系统满足以下关系：

[0023] 0.9

[0024] 投影镜头的后工作距离满足以下关系：

[0025] 0.25

[0026] 其中，L1表示折射系统的总长度，L2表示折射系统和反射系统之间的距离，BFL表示投影镜头的后工作距离。

[0027] 本发明一些实施例中，在后群镜组中设置非球面透镜，增大了后工作距离，可以在光阀调制部件和投影镜头之间设置影像偏移镜组，从而实现高分辨率的图像显示。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍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。

[0029] 图1为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一；

[0030] 图2为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二；

[0031] 图3为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三；

[0032] 图4为本发明实施例提供的投影系统的横向色差曲线图；

[0033] 图5为本发明实施例提供的TV畸变曲线。

[0034] 其中，100‑光阀调制部件，200‑投影镜头，300‑分光棱镜，400‑投影光源，500‑影像偏移镜组，600‑投影屏幕，20a‑折射系统，20b‑反射系统，201‑前群镜组，202‑中群镜组，203‑后群镜组，21‑第一透镜，22‑第二透镜，23‑第三透镜，24‑第四透镜，25‑第五透镜，26‑第六透镜，27‑第七透镜，28‑第八透镜，29‑第九透镜，210‑第十透镜，211‑第十一透镜，212‑第十二透镜，213‑第十三透镜，214‑第十四透镜，215‑第十五透镜，x1‑第一双胶合透镜组，x2‑三胶合透镜组，x3‑第二双胶合透镜组，d‑孔径光阑。

具体实施方式

[0035] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

[0036] 投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。随着投影显示技术的发展，投影显示逐渐应用于商务活动、会议展览、科学教育、军事指挥、交通管理、集中监控和广告娱乐等领域，其显示画面尺寸较大、显示清晰等优点同样适应于大屏幕显示的要求。

[0037] 目前常用的投影系统为数字光处理(Digital Light Processing，简称DLP)架构，由数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)作为核心器件，由投影光源出射光线入射到DMD上产生图像，再将DMD产生的图像的出射光入射到投影镜头，由投影镜头进行成像，最终由投影屏幕接收。

[0038] 投影镜头出射的光线通常会投射到屏幕或墙壁上，再经过投影屏幕或墙壁的反射入射到人眼。目前家用投影仪需要使投影镜头与投影屏幕之间相距一定的距离，以使投影画面清晰。然而如果有物体在投影屏幕与投影镜头之间活动时，活动物体就会将投影镜头出射的光线遮挡，从而使得投影屏幕上画面缺失，影响显示效果。

[0039] 有鉴于此，本发明实施例提供一种投影系统，采用超短焦投影镜头，减小投影系统到投影屏幕之间的距离，避免投影画面被遮挡的问题。

[0040] 图1为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之一。

[0041] 如图1所示，本发明实施例提供的投影系统包括：光阀调制部件100和位于光阀调制部件出光侧的投影镜头200。

[0042] 其中，光阀调制部件100是整个投影系统的核心器件，可以采用数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)。以下以单片DMD应用为例进行说明。DMD为反射式光阀器件，投影光源出射的光线以符合DMD所要求的照明尺寸和入射角度照射DMD，DMD表面包括成千上万个微小反射镜，每个小反射镜可单独受驱动进行偏转，通过控制DMD的偏转角度使反射光入射到投影镜头200，经过投影镜头的成像之后用于投影成像。

[0043] 投影镜头200包括：折射系统20a和反射系统20b。

[0044] 折射系统20a，位于光阀调制部件100的出光侧，用于对光阀调制部件200出射的影像光线进行成像。

[0045] 反射系统20b，位于折射系统20a背离光阀调制部件100的一侧，用于将折射系统的成像光线向光阀调制部件背离投影镜头的一侧反射。

[0046] 本发明实施例提供的投影系统中的投影镜头为超短焦镜头，折射系统和反射系统均参与成像，反射系统可以将投影光线向光阀调制部件背离折射系统的一侧反射，因此在具体应用时，可以将投影屏幕设置于光阀调制部件的背面，减小投影屏幕与投影系统之间的距离，从而可以将投影系统设置于观看者和投影屏幕之间，避免画面被遮挡的问题，同时节省使用空间。

[0047] 如图1所示，投影镜头中的折射系统20a包括：前群镜组201、中群镜组202和后群镜组203；前群镜组201位于靠近反射系统20b的一侧；中群镜组202位于前群镜组201背离反射系统20b的一侧；后群镜组203位于中群镜组202背离前群镜组201的一侧。反射系统20b采用凹面反射镜。

[0048] 其中，反射系统20b、前群镜组201、中群镜组202和后群镜组203共轴设置。反射系统20b、前群镜组201和中群镜组202主要用于压缩光线，使得投影系统具有合适的投射比，可以实现较大尺寸的图像显示；前群镜组203用于提高图像解析度。

[0049] 本发明实施例中，前群镜组201相对反射系统20b是可移动的，由此实现了不同尺寸下都有较好的畸变表现，中群镜组202和前群镜组201之间的相对位移可调，由此可以实现不同投影尺寸下的聚焦成像。

[0050] 目前的超短焦镜头均是基于单色产品进行设计，光谱范围通常只覆盖到450nm～620nm，随着三色激光光源技术的成熟，使用单色的镜头进行三色成像，不可避免的存在红色、绿色、蓝色像素偏差较大的问题，严重影响了成像质量。

[0051] 而本发明实施例提供超短焦镜头适用全色激光光谱，解决现有镜头全光谱条件下，红绿蓝三色偏差大的问题。

[0052] 具体地，如图1所示，后群镜组203包括沿光阀调制部件100的光出射方向依次设置的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23、第四透镜24、第五透镜25、第六透镜26、第七透镜27、孔径光阑d、第八透镜28、第九透镜29和第十透镜210。

[0053] 其中，第一透镜21、第三透镜23、第四透镜24、第五透镜25、第六透镜26、第七透镜27、第八透镜28、第九透镜29和第十透镜210均为球面透镜；第二透镜22为非球面透镜。

[0054] 本发明实施例在靠近光阀调制部件100一侧的后群镜组中设置非球面镜，可以校正球差和慧差，提高投影镜头的解析度。在具体实施时，可以将靠近光阀调制部件透镜设置成非球面透镜，例如，可以将第一透镜21或第二透镜22设置为非球面透镜，选择将第二透镜22设置为非球面透镜与将第一透镜21设置为非球面透镜相比，可以降低加工精度，提高可制造性设计。另外，第二透镜22采用非球面透镜还可以增大镜头的后工作距离(光阀调制部件至第一透镜的距离)，从而可以在该位置设置影像偏移镜组，实现高分辨率图像显示。

[0055] 在一些实施例中，第一透镜21的屈光度为正，第二透镜22的屈光度为正，第三透镜23的屈光度为正，第四透镜24的屈光度为负，第五透镜25的屈光度为正，第六透镜26的屈光度为负，第七透镜27的屈光度为正，第八透镜28的屈光度为正，第九透镜29的屈光度为正，第十透镜210的屈光度为负。

[0056] 其中，第二透镜22可以采用双凸非球面透镜。

[0057] 第三透镜23和第四透镜24相互胶合，构成第一双胶合透镜组x1。第四透镜24的阿贝数小于第三透镜23的阿贝数，第四透镜24的折射率大于第三透镜23的折射率。其中，第三透镜23阿贝数vd3的取值范围为：701.45。在进行光学设计时，可以根据上述取值范围选择合适的材料加工第三透镜和第四透镜。

[0058] 第五透镜25、第六透镜26和第七透镜27相互胶合，构成三胶合透镜组x2。第五透镜25和第七透镜27的折射率均小于第六透镜26的折射率，第五透镜25和第七透镜27阿贝数均大于第六透镜26的阿贝数。其中，第六透镜的阿贝数vd6的取值范围为：171.85。在进行光学设计时，可以根据上述取值范围选择合适的材料加工第五透镜、第六透镜和第七透镜。

[0059] 第九透镜29和第十透镜210相互胶合，构成第二双胶合透镜组x3。第九透镜29的阿贝数小于第十透镜210的阿贝数，第九透镜29的折射率大于第十透镜210的折射率。其中，第九透镜29和第十透镜210的折射率差Δnd满足：0≤Δnd≤0.1。在进行光学设计时，可以根据上述取值范围选择合适的材料加工第九透镜和第十透镜。

[0060] 在本发明实施例中，采用两个双胶合透镜组和一个三胶合透镜组来改善不同光谱产生的色差，使得本发明实施例提供的投影镜头光谱覆盖到450nm～645nm的范围。其中，三组胶合透镜组x2用于改善投影镜头的不同光谱的球差，并对镜头的轴向色差、垂轴色差进行矫正，第一双胶合透镜组x1和第二双胶合透镜组x3用于矫正系统残余轴向色差和慧差。采用两个双胶合透镜组配合一个三胶合透镜组可以在保证有效校正色差的前提下降低加工精度，提升可制造性设计。

[0061] 如图1所示，中群镜组202包括沿后群镜组201的光出射方向依次设置的第十一透镜211和第十二透镜212；其中，第十一透镜211和第十二透镜212均为球透镜。第十一透镜211的屈光度为正，第十二透镜212的屈光度为正。

[0062] 前群镜组201包括沿中群镜组202的光出射方向依次设置的第十三透镜213、第十四透镜214和第十五透镜215；其中，第十三透镜213和第十四透镜214均为球面透镜；第十五透镜215为非球面透镜。第十三透镜213的屈光度为正，第十四透镜214的屈光度为负，第十五透镜215的屈光度为负。

[0063] 前群镜组201和中群镜组202进一步将反射系统20b的反射光进一步压缩。通过调整前群镜组201、中群镜组202和反射系统20b三者之间的相对距离，可以实现不同尺寸的图像显示，同时投影图像均可以清晰成像于投影屏幕上。

[0064] 本发明实施例在靠近反射系统20b一侧的前群镜组中设置非球面镜，用于校正畸变。在具体实施时，反射系统20b会将光线进行大比例压缩，将第十五透镜215设置为非球同镜可以有效改善像散、畸变。在实际应用中，第十五透镜215可以采用双凹非球面透镜。

[0065] 反射系统20b可以采用凹面反射镜，用于压缩光线角度，具体地可以采用非球面反射镜或自由曲面反射镜。在本发明实施例中，反射系统20b参与成像，有效进行光线压缩，以实现大尺寸图像显示。在对光线进行大比例压缩时不可避免地产生畸变问题，因此采用非球面反射镜和自由曲面反射镜可以有效校正象散和畸变。

[0066] 另外，在第七透镜27和第八透镜28之间还设置了孔径光阑d，可以限制投影镜头的通光量，与投影镜头的F数相适应，将边缘位置产生较大像差的光线屏蔽掉。

[0067] 根据实际使用需求，本发明实施例还对以上构架的投影镜头焦距进行限制。具体地，投影镜头的等效焦距、后群镜组的等效焦距、中群镜组的等效焦距、前群镜组的等效焦距和反射系统的等效焦距满足以下关系：

[0068] 1.5<|FB/F|<7.5；

[0069] 5<|FM/F|<15；

[0070] 1<|FF/F|<12；

[0071] 5<|FC/F|<12；

[0072] 其中，F表示投影镜头200的等效焦距，FB表示后群镜组201的等效焦距，FM表示中群镜组202的等效焦距，FF表示前群镜组203的等效焦距，FC表示反射系统20b的等效焦距。

[0073] 投影镜头中的折射系统20a和反射系统20b整体产生正的屈光度，用于对光线进行会聚。该投影镜头200采用二次成像架构，光阀调制部件100出射的光束通过折射系统20a后在反射系统20b和折射系统20a之间进行第一次成像，第一次成像经反射系统20b的反射后在投影屏幕上形成二次无畸变的图像。

[0074] 本发明实施例提供的上述投影镜头整体架构紧凑，通过设置孔径光阑d、非球面透镜和非球面反射镜或自由曲面反射镜对大视场像差进行矫正，提高了投影镜头的解析能力，从而可以在450nm～645nm光谱范围内实现高质量的图像显示。

[0075] 本发明实施例提供的超短焦投影镜头的投射比可以为0.2～0.3，实际可以达到0.2～0.25，满足超短焦的使用需求，大大缩短投影仪与投影屏幕之间的距离，在缩短投影距离的同时可以实现70～100英寸的图像显示。

[0076] 折射系统20a和反射系统20b满足以下关系：

[0077] 0.9

[0078] 投影镜头200的后工作距离满足以下关系：

[0079] 0.25

[0080] 其中，L1表示折射系统的总长度，L2表示折射系统和反射系统之间的距离，BFL表示投影镜头的后工作距离。

[0081] 通过对前群镜组201、中群镜组202和后群镜组203中的各透镜采用合适的面型和屈光度的设计，控制镜片数量，实现小型化，适用全色激光的投影显示。其中，仅使用1～2片非球面透镜，大大减小了镜头的复杂程度及体积，通过双胶合和三胶合的搭配使用，将镜头的光谱适用范围由原来的450nm～620nm扩展到了450nm～645nm，解决了单色镜头色差偏差大的问题，并且该镜头从体积、复杂程度、成本及加工方面均有很大提升。

[0082] 后工作距离的增大，可以使得在光阀调制部件100和投影镜头之间设置影像偏移镜组，从而实现高分辨率的图像显示。

[0083] 图2为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

[0084] 如图2所示，投影系统还包括：分光棱镜300、投影光源400和影像偏移镜组500。

[0085] 分光棱镜300位于光阀调制部件100与投影镜头200之间，光阀调制部件100位于分光棱镜300的反射路径上；投影光源400位于分光棱镜300的入光侧。投影光源400出射的光线经过匀光部件和照明光路之后以合适的尺寸照射到分光棱镜300之上，分光棱镜300将光源光线反射到光阀调制部件100之上，例如光阀调制部件100采用DMD，DMD对源光线进行调制后进行反射，那么DMD出射的投影光线经过分光棱镜300之后向投影镜头200入射。

[0086] 在分光棱镜300和投影镜头200之间还设置有影像偏移镜组500，影像偏移镜组500可以采用平板玻璃，其所在平面可以产生角度变化，当影像偏移镜组500在不同的放置角度之间以较高频率产生震动时，可以将DMD出射光线投射到投影镜头的不同位置，从而实现影像的偏移，那么配合DMD以其震动频率切换数据，可以在不改变DMD物理分辨率的前提下实现高分辨率的图像显示。

[0087] 图3为本发明实施例提供的投影系统的结构示意图之三。

[0088] 参照图3，本发明实施例提供的投影系统还可以包括投影屏幕600，该投影屏幕600可以为与投影系统一起装配的幕布，也可以为墙面，在此不做限定。由图3可以看出，经过投影镜头200的成像之后最终的图像投射到投影屏幕600上，投影系统的后表面与投影屏幕600之间的距离远小于投影画面的尺寸，实现超短焦投影显示。

[0089] 本发明实施例还对上述投影镜头进行光学仿真，其中投影镜头的F数为2.0，有效焦距(Effective Focal Length，简称FFL)为‑3.85mm，偏移量(光阀调制部件100出射光中心与光轴之间的距离与光阀调制部件出光光束的半高度之比)为140％～150％，解析能力可以达到93lp/mm，可以投射出画面尺寸为70英寸～100英寸，投射比(投影距离/画面长度)为0.20～0.25。

[0090] 图4为本发明实施例提供的投影系统的横向色差曲线图，横坐标表示横向色差，也可称为垂轴色差；纵坐标表示视场或物高。

[0091] 如图4所示，一个像素的宽度为p，虚线表示450nm～550nm波段对应的色差曲线，实线表示450nm～645nm波段对应的色差曲线。由图4可以看出，红色波段、绿色波段和蓝色波段的色差小于等于0.3个像素。本发明实施例提供的投影镜头可以有效改善不同基色光产生的色差，光谱扩展为450nm～645nm。

[0092] 图5为本发明实施例提供的TV畸变曲线图，横轴表示x方向，纵轴表示y方向。

[0093] TV畸变可以体现出投影系统的投影图像的扭曲程度，如图5所示，采用本发明实施例提供的投影镜头的投影系统的TV畸变小于或等于0.2％，可以满足实际使用需求。

[0094] 根据第一发明构思，投影镜头由折射系统和反射系统构成超短焦镜头，折射系统和反射系统均参与成像，反射系统可以将投影光线向光阀调制部件背离折射系统的一侧反射，因此在具体应用时，可以将投影屏幕设置于光阀调制部件的背面，减小投影屏幕与投影系统之间的距离，从而可以将投影系统设置于观看者和投影屏幕之间，避免画面被遮挡的问题，同时节省使用空间。

[0095] 根据第二发明构思，折射系统包括前群镜组、中群镜组和后群镜组，前群镜组相对反射系统是可移动的，由此实现了不同尺寸下都有较好的畸变表现，中群镜组和前群镜组之间的相对位移可调，由此可以实现不同投影尺寸下的聚焦成像。

[0096] 根据第三发明构思，后群镜组包括沿光阀调制部件的光出射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜。其中，第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜均为球面透镜；第二透镜为非球面透镜。第二透镜设置采用非球面透镜可以校正球差和慧差，提高投影镜头的解析度。

[0097] 根据第四发明构思，第二透镜为双凸非球面透镜。

[0098] 根据第五发明构思，第七透镜和第八透镜之间设置孔径光阑，可以限制投影镜头的通光量，与投影镜头的F数相适应，将边缘位置产生较大像差的光线屏蔽掉。

[0099] 根据第六发明构思，第三透镜和第四透镜构成第一双胶合透镜组，第五透镜、第六透镜和第七透镜构成三胶合透镜组，第九透镜和第十透镜构成第二双胶合透镜组。双胶合和三胶合的搭配使用，将镜头的光谱适用范围扩展到450nm～645nm，有效校正色差。

[0100] 根据第七发明构思，中群镜组包括沿后群镜组的光出射方向依次设置的第十一透镜和第十二透镜；其中，第十一透镜和第十二透镜均为球透镜。第十一透镜的屈光度为正，第十二透镜的屈光度为正。

[0101] 根据第八发明构思，前群镜组包括沿中群镜组的光出射方向依次设置的第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；其中，第十三透镜和第十四透镜均为球面透镜；第十五透镜为非球面透镜。第十三透镜的屈光度为正，第十四透镜的屈光度为负，第十五透镜的屈光度为负。第十五透镜设置采用非球面透镜可以有效改善像散、畸变。

[0102] 根据第九发明构思，第十五透镜为双凹非球面透镜。

[0103] 根据第十发明构思，反射系统采用凹面反射镜，用于压缩光线角度。

[0104] 根据第十一发明构思，反射系统采用非球面反射镜或自由曲面反射镜，可以有效压缩光线，校正象散和畸变。

[0105] 根据第十二发明构思，投影镜头的等效焦距、后群镜组的等效焦距、中群镜组的等效焦距、前群镜组的等效焦距和反射系统的等效焦距满足以下关系：

[0106] 1.5<|FB/F|<7.5；

[0107] 5<|FM/F|<15；

[0108] 1<|FF/F|<12；

[0109] 5<|FC/F|<12；

[0110] 其中，F表示投影镜头的等效焦距，FB表示后群镜组的等效焦距，FM表示中群镜组的等效焦距，FF表示前群镜组的等效焦距，FC表示反射系统的等效焦距。

[0111] 根据第十三发明构思，投影镜头的投射比为0.2～0.3，具体可以为0.2～0.25。

[0112] 根据第十四发明构思，折射系统和反射系统满足以下关系：

[0113] 0.9

[0114] 投影镜头的后工作距离满足以下关系：

[0115] 0.25

[0116] 其中，L1表示折射系统的总长度，L2表示折射系统和反射系统之间的距离，BFL表示投影镜头的后工作距离。

[0117] 根据第十五发明构思，在后群镜组中设置非球面透镜，增大了后工作距离，可以在光阀调制部件和投影镜头之间设置影像偏移镜组，从而实现高分辨率的图像显示。

[0118] 根据第十六发明构思，投影镜头整体架构紧凑，通过设置孔径光阑、非球面透镜和非球面反射镜或自由曲面反射镜对大视场像差进行矫正，提高了投影镜头的解析能力，从而可以在450nm～645nm光谱范围内实现高质量的图像显示。

[0119] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0120] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。