一种光学投影系统及投影装置的制作方法
1.本技术涉及光学设备技术领域，更具体地，涉及一种光学投影系统及投影装置。
背景技术：
2.随着科学技术的蓬勃发展，投影技术已日趋成熟，投影设备的应用领域也变得愈来愈广，例如应用于会议讲解、巡回展示和促销活动等商业领域，应用于学校授课、学术讨论等教育领域，以及应用于家庭影院等家庭领域。近年来，数字光处理(digital light processing；dlp)投影装置已经成为目前投影装置的主流技术，其在轻巧性、耐用度、高亮度、高对比等方面都是投影显示产品中的较佳选择。
3.目前，对dlp投影装置中的光学设计主要包含照明系统设计和成像系统设计。其中，成像系统设计的优劣直接决定了该投影装置产品的成像清晰度、画面大小以及画面畸变的图像质量。一般来讲，为了提高投影装置的成像质量，投影装置中通常需要包含数量较多的多个透镜进行组合使用，然而，这样会导致投影装置的体积增大。因此，如何平衡投影装置中的透镜数量以及投影装置的成像质量成为业内研究的主要方向之一。
技术实现要素：
4.本技术的一个目的是提供一种光学投影系统及投影装置的新技术方案。
5.根据本技术的第一方面，提供了一种光学投影系统，所述光学投影系统从放大侧至缩小侧依次包括：
6.第一透镜、光阑及透镜组；
7.所述透镜组包括至少三个透镜；
8.所述透镜组中最靠近所述光阑的透镜的光焦度与所述第一透镜的光焦度相反，且所述透镜组的光焦度为正；
9.所述光学投影系统的总长度tl与所有透镜中最大的一个透镜的口径d之间的比值满足1《tl/d《2.3。
10.可选地，所述光学投影系统满足5.80mm《effl《6.60mm，其中，effl为所述光学投影系统的有效焦距。
11.可选地，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜；
12.所述第一透镜的光焦度为负，所述第二透镜的光焦度为正。
13.可选地，所述第一透镜的放大侧面为凸面、缩小侧面为凹面；所述第二透镜的放大侧面为凸面；所述第三透镜的放大侧面为凹面、缩小侧面为凹面；所述第四透镜的放大侧面为凹面、缩小侧面为凸面；所述第五透镜的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。
14.可选地，所述第一透镜的有效焦距f1满足-9.48mm《f1《-9.08mm；所述第二透镜的有效焦距f2满足4.137mm《f2《4.637mm；所述第三透镜的有效焦距f3满足-2.838mm《f3《-2.22mm；所述第四透镜的有效焦距f4满足6.26mm《f4《6.8mm，所述第五透镜的有效焦距f5满
足6.16mm《f5《6.6mm。
15.可选地，所述第一透镜到所述光阑的距离与所述第二透镜到所述光阑的距离的比值范围为1～3。
16.可选地，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜、第三透镜及第六透镜，所述第六透镜为非球面透镜；所述第二透镜与所述第三透镜之间具有空气间隔；
17.所述第一透镜的光焦度为负，所述第二透镜的光焦度为正。
18.可选地，所述第六透镜的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。
19.可选地，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜及第七透镜；
20.所述第一透镜的光焦度为正，所述第三透镜的光焦度为负。
21.可选地，所述第一透镜的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面；所述第三透镜的放大侧面为凹面、缩小侧面为凹面；所述第四透镜的放大侧面为凹面、缩小侧面为凸面；所述第五透镜的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面；所述第七透镜的放大侧面为凸面。
22.可选地，所述第七透镜的有效焦距f7满足6.7mm《f7《8.6mm。
23.可选地，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜、第四透镜及第六透镜，所述第六透镜为非球面透镜；
24.所述第一透镜的光焦度为正，所述第三透镜的光焦度为负。
25.根据本技术的第二方面，提供了一种投影装置，所述投影装置包括如第一方面所述的光学投影系统。
26.在本技术实施例提供的光学投影系统中，通过各参数的优化配置，其可以达到较佳的成像效果以及较小的体积尺寸。
27.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
28.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
29.图1所示为本技术一种光学投影系统的光学结构示意图一；
30.图2所示为本技术一种光学投影系统的光学结构示意图二；
31.图3所示为本技术一种光学投影系统的光学结构示意图三；
32.图4所示为本技术一种光学投影系统的光学结构示意图四；
33.图5所示为本技术一种光学投影系统中实施例1的调制传递函数示意图；
34.图6所示为本技术一种光学投影系统中实施例2的调制传递函数示意图。
35.附图标记说明：
36.1、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、第七透镜；8、光阑；9、等效棱镜；10、保护玻璃；11、显示芯片。
具体实施方式
37.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具
silicon，lcos)芯片、液晶显示面板(liquid crystal display，lcd)或其他可用于出射光线的显示元件，本技术对此不作限制。
47.在该实施例中，在光阑8的两侧分别设置有透镜，所述的两侧中的一侧即靠近放大侧、另一侧即靠近缩小侧。其中，光阑8的靠近放大侧只设置有一个透镜，即第一透镜1；而光阑8的靠近缩小侧设置有包含至少三个透镜的透镜组，其中，该透镜组中最靠近光阑8的透镜的光焦度与第一透镜1的光焦度相反，并且该透镜组的光焦度为正。例如，在第一透镜1的光焦度为正的情况下，透镜组中最靠近光阑8的透镜的光焦度则为负；例如，在第一透镜1的光焦度为负的情况下，透镜组中最靠近光阑8的透镜的光焦度则为正。在本技术实施例的光学投影系统中，采用反远距型光组方案，光焦度分配遵循负-正分配方式，整个光学投影系统的光焦度平衡，达到投影系统对像值的要求。并且，有助于达到低畸变、图像高分辨率的成像质量。
48.此外，在本技术实施例提供的光学投影系统中，通过将该光学投影系统的总长度tl与所有透镜中最大的一个透镜的口径d之间的比值设置为满足1《tl/d《2.3，这样可以在确保成像画面质量的同时，使得光学投影系统的结构紧凑，从而在一定程度上保证光学投影系统的体积尺寸小，使光学投影系统便于携带和使用。亦即，在本技术实施例提供的光学投影系统中，可以在缩小光学投影系统体积的情况下，提升光学投影系统的成像效果。本技术实施例提供的光学投影系统，其投射图像畸变小、相对照度高并且mtf调制函数高。
49.在一个实施例中，所述光学投影系统满足5.80mm《effl《6.60mm，其中，effl为所述光学投影系统的有效焦距。
50.在该具体的例子中，通过将光学投影系统的有效焦距effl的值设置为5.80mm《effl《6.60mm，可以在确保成像画面质量的同时，使得光学投影系统的结构紧凑，从而在一定程度上保证光学投影系统的体积尺寸小，使光学投影系统便于携带和使用。
51.参照图1所示，在一个实施例中，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5；所述第一透镜1的光焦度为负，所述第二透镜2的光焦度为正。
52.在该具体的例子中，该光学投影系统采用5片球面镜，从放大侧至缩小侧依次排布为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5。其中，第一透镜1位于光阑8的靠近放大侧，第一透镜1的光焦度为负；第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5位于光阑8的靠近缩小侧，并且，第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5中最靠近光阑8的为第二透镜2，第二透镜2的光焦度为正；且由第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5组成的透镜组的光焦度为正。该实施例中的透镜排布设计在保证光学投影系统的体积尺寸较小的同时保证了较低的成本。
53.在一个实施例中，所述第一透镜1的放大侧面为凸面、缩小侧面为凹面；所述第二透镜2的放大侧面为凸面；所述第三透镜3的放大侧面为凹面、缩小侧面为凹面；所述第四透镜4的放大侧面为凹面、缩小侧面为凸面；所述第五透镜5的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。
54.在该具体的例子中，第一透镜1为凸凹透镜，第二透镜2的放大侧面为凸面，第三透镜3为双凹透镜，第四透镜4为凸凹透镜，第五透镜5为双凸透镜。通过对第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5的以上面型结构设计，使整个光学投影系统达到较
高的像值要求以及光线汇聚能力。
55.在一个实施例中，所述第一透镜1的有效焦距f1满足-9.48mm《f1《-9.08mm；所述第二透镜2的有效焦距f2满足4.137mm《f2《4.637mm；所述第三透镜3的有效焦距f3满足-2.838mm《f3《-2.22mm；所述第四透镜4的有效焦距f4满足6.26mm《f4《6.8mm，所述第五透镜5的有效焦距f5满足6.16mm《f5《6.6mm。并且，所述第一透镜1到所述光阑8的距离与所述第二透镜2到所述光阑8的距离的比值范围为1～3。
56.在该具体的例子中，通过对第一透镜1的有效焦距f1、第二透镜2的有效焦距f2、第三透镜3的有效焦距f3、第四透镜4的有效焦距f4以及第五透镜5的有效焦距f5进行限定；以及通过对第一透镜1到光阑8的距离与第二透镜2到光阑8的距离的比值范围进行限定；能够优化光学设计指标，在满足成像质量的同时，有效减小该光学投影系统的径向尺寸，有利于该光学投影系统的轻薄化以及小型化设计。
57.参照图2所示，在一个实施例中，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜2、第三透镜3及第六透镜6，所述第六透镜6为非球面透镜；所述第二透镜2与所述第三透镜3之间具有空气间隔；所述第一透镜1的光焦度为负，所述第二透镜2的光焦度为正。
58.在该具体的例子中，相比上一个实施例，采用一个非球面透镜，即第六透镜6取代最为靠近等效棱镜9的两片球面透镜。由于非球面透镜具有较高的校正相差的能力，因此其能够以一代二，从而进一步缩小光学投影系统的体积。进一步地，所述第六透镜6的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。
59.参照图3所示，在一个实施例中，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7；所述第一透镜1的光焦度为正，所述第三透镜3的光焦度为负。
60.在该具体的例子中，该光学投影系统采用5片球面镜，从放大侧至缩小侧依次排布为第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7。其中，第一透镜1位于光阑8的靠近放大侧，第一透镜1的光焦度为正；第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7位于光阑8的靠近缩小侧，并且，第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7中最靠近光阑8的为第三透镜3，第三透镜3的光焦度为负；且由第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7组成的透镜组的光焦度为正。该实施例中的透镜排布设计在保证光学投影系统的体积尺寸较小的同时保证了较低的成本。
61.在一个实施例中，所述第一透镜1的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面；所述第三透镜3的放大侧面为凹面、缩小侧面为凹面；所述第四透镜4的放大侧面为凹面、缩小侧面为凸面；所述第五透镜5的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面；所述第七透镜7的放大侧面为凸面。
62.在该具体的例子中，第一透镜1为双凸透镜，第三透镜3为双凹透镜，第四透镜4为凸凹透镜，第五透镜5为双凸透镜；所述第七透镜7的放大侧面为凸面。通过对第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5及第七透镜7的以上面型结构设计，使整个光学投影系统达到较高的像值要求以及光线汇聚能力。
63.在一个实施例中，所述第一透镜1的有效焦距f1满足9.48mm《f1《9.08mm；所述第三透镜3的有效焦距f3满足-2.838mm《f3《-2.22mm；所述第四透镜4的有效焦距f4满足6.26mm《f4《6.8mm，所述第五透镜5的有效焦距f5满足6.16mm《f5《6.6mm所述第七透镜7的有效焦距
f7满足6.7mm《f7《8.6mm。
64.在该具体的例子中，通过对第一透镜1的有效焦距f1、第三透镜3的有效焦距f3、第四透镜4的有效焦距f4、第五透镜5的有效焦距f5以及第七透镜7的有效焦距f7进行限定；能够优化光学设计指标，在满足成像质量的同时，有效减小该光学投影系统的径向尺寸，有利于该光学投影系统的轻薄化以及小型化设计。
65.参照图4所示，在一个实施例中，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜3、第四透镜4及第六透镜6，所述第六透镜6为非球面透镜；所述第一透镜1的光焦度为正，所述第三透镜3的光焦度为负。
66.在该具体的例子中，相比上一个实施例，采用一个非球面透镜，即第六透镜6取代最为靠近等效棱镜9的两片球面透镜。由于非球面透镜具有较高的校正相差的能力，因此其能够以一代二，从而进一步缩小光学投影系统的体积。进一步地，所述第六透镜6的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。
67.本技术实施例提供的光学投影系统，其投射图像畸变小、相对照度高并且mtf调制函数高；通过以上各参数的优化配置，其可以在各个视场下达到图像清晰度较高的成像效果。
68.根据本技术的另一个实施例，提供了一种投影装置，所述投影装置包括如上所述的光学投影系统。所述投影装置例如可以为投影装置。投影装置例如可以是投影机、或者照明光机等。
69.实施例1：
70.参照图1所示，从放大侧至缩小侧，该光学投影系统依次设置有第一透镜1、光阑8、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、等效棱镜9、保护玻璃10及显示芯片11；该光学投影系统满足有效焦距effl＝6.39mm，光学投影系统的光学总长tl为8.7mm。023’dmd设计目标如下：
71.投射比为1.85，投影距离为609mm，偏置0％，tv畸变《0.5％，全视场mtf＞0.5@96lp/mm，远心度《1.5
°
，差《0.5pixel，f#1.71。
72.该实施例中的光学投影系统包含5片球面透镜；其中，第一透镜1的放大侧面s1为凸面、缩小侧面s2为凹面；所述第二透镜2的放大侧面s3为凸面、缩小侧面s4为凸面；所述第三透镜3的放大侧面s5为凹面、缩小侧面s6为凹面；所述第四透镜4的放大侧面s7为凹面、缩小侧面s8为凸面；所述第五透镜5的放大侧面s9为凸面、缩小侧面s10为凸面。
73.实施例1中涉及的各个参数如下表1所示：
74.表1
[0075][0076]
实施例1中所示的光学投影系统的调制传递函数示意图如图5所示，由图示可见，各视场的mtf值均高于0.56，可见在各个视场下经该系统成像后的图像清晰度非常高，其他性能也均满足设计要求。
[0077]
实施例2：
[0078]
参照图4所示，从放大侧至缩小侧，该光学投影系统依次设置有第一透镜1、光阑8、第三透镜3、第四透镜4、第六透镜6、等效棱镜9、保护玻璃10及显示芯片11；该光学投影系统满足有效焦距effl＝6.45mm，光学投影系统的光学总长tl为8.6mm。023’dmd设计目标如下：
[0079]
投射比为1.85，投影距离为609mm，偏置0％，tv畸变《0.5％，全视场mtf＞0.5@96lp/mm，远心度《1.5
°
，差《0.5pixel，f#1.71。
[0080]
该实施例中的光学投影系统包含3片球面透镜和1片非球面透镜；其中，第一透镜1的放大侧面s1为凸面、缩小侧面s2为凸面；所述第三透镜3的放大侧面s3为凹面、缩小侧面s4为凹面；所述第四透镜4的放大侧面s5为凹面、缩小侧面s6为凸面；所述所述第六透镜6的放大侧面s7为凸面、缩小侧面s8为凸面。
[0081]
实施例2中涉及的各个参数如下表2所示：
[0082][0083]
实施例2中所示的光学投影系统的调制传递函数示意图如图6所示，由图示可见，各视场的mtf值均高于0.55，可见在各个视场下经该系统成像后的图像清晰度非常高，其他性能也均满足设计要求。
[0084]
虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。
技术特征：
1.一种光学投影系统，其特征在于，从放大侧至缩小侧依次包括：第一透镜(1)、光阑(8)及透镜组；所述透镜组包括至少三个透镜；所述透镜组中最靠近所述光阑(8)的透镜的光焦度与所述第一透镜(1)的光焦度相反，且所述透镜组的光焦度为正；所述光学投影系统的总长度tl与所有透镜中最大的一个透镜的口径d之间的比值满足1<tl/d<2.3。2.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述光学投影系统满足5.80mm<effl<6.60mm，其中，effl为所述光学投影系统的有效焦距。3.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)及第五透镜(5)；所述第一透镜(1)的光焦度为负，所述第二透镜(2)的光焦度为正。4.根据权利要求3所述的光学投影系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的有效焦距f1满足-9.48mm<f1<-9.08mm；所述第二透镜(2)的有效焦距f2满足4.137mm<f2<4.637mm。5.根据权利要求3所述的光学投影系统，其特征在于，所述第一透镜(1)到所述光阑(8)的距离与所述第二透镜(2)到所述光阑(8)的距离的比值范围为1～3。6.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第二透镜(2)、第三透镜(3)及第六透镜(6)，所述第六透镜(6)为非球面透镜；所述第二透镜(2)与所述第三透镜(3)之间具有空气间隔；所述第一透镜(1)的光焦度为负，所述第二透镜(2)的光焦度为正。7.根据权利要求6所述的光学投影系统，其特征在于，所述第六透镜(6)的放大侧面为凸面、缩小侧面为凸面。8.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)及第七透镜(7)；所述第一透镜(1)的光焦度为正，所述第三透镜(3)的光焦度为负。9.根据权利要求8所述的光学投影系统，其特征在于，所述第七透镜(7)的放大侧面为凸面。10.根据权利要求8所述的光学投影系统，其特征在于，所述第七透镜(7)的有效焦距f7满足6.7mm<f7<8.6mm。11.根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述透镜组包括从放大侧至缩小侧依次设置的第三透镜(3)、第四透镜(4)及第六透镜(6)，所述第六透镜(6)为非球面透镜；所述第一透镜(1)的光焦度为正，所述第三透镜(3)的光焦度为负。12.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括如权利要求1-11中任一项所述的光学投影系统。
技术总结
本申请公开了一种光学投影系统及投影装置，该光学投影系统从放大侧至缩小侧依次包括第一透镜、光阑及透镜组；所述透镜组包括至少三个透镜；所述透镜组中最靠近所述光阑的透镜的光焦度与所述第一透镜的光焦度相反，且所述透镜组的光焦度为正；所述光学投影系统的总长度TL与所有透镜中最大的一个透镜的口径D之间的比值满足1<TL/D<2.3。的比值满足1<TL/D<2.3。的比值满足1<TL/D<2.3。
