1.本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种投影光机。


背景技术：

2.随着微型投影仪技术的发展，超短焦投影仪逐渐进入人们的视野。目前，微型投影仪主要应用于家庭娱乐、教育学习、商务会议或者军事等领域。在投影光机领域中，偏置(offset)是一项关键参数，它表示投影光机光轴投射到投影画面上的位置与投影画面中心的距离，与投影画面宽度一半的比值。
3.现有的投影光机能够达到偏置为0％，即投影画面中心与光轴重合，或者投影光机的偏置为100％，即投影画面一侧边缘的中心与光轴重合。然而，在投影光机处于观察者和投影画面之间的应用场景下，具有上述偏置的投影光机会存在从观察者的角度观看时，投影画面被投影光机遮挡的情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种投影光机，能够达到较大的偏置，能够避免在一些应用场景中投影画面被遮挡的情况。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种投影光机，包括投影镜头和图像源，所述图像源用于向所述投影镜头投射出光线，所述投影镜头的视场角和焦距满足使所述图像源能够位于所述投影镜头的像圆内，所述投影镜头相对于所述图像源的位置满足所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像中心到所述投影镜头光轴的距离，与所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像尺寸一半的比值大于1。
7.优选的，所述投影镜头相对于所述图像源的位置满足所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像中心到所述投影镜头光轴的距离，与所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像尺寸一半的比值大于等于1.5。
8.优选的，所述投影镜头相对于所述图像源的位置可改变，使得所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像中心到所述投影镜头光轴的距离可改变。
9.优选的，通过将所述投影镜头相对于所述图像源移动，改变所述投影镜头相对于所述图像源的位置。
10.优选的，所述投影镜头包括从投影画面侧到图像源侧沿着光轴依次设置的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第二透镜组具有正光焦度。
11.优选的，所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜到投影画面的距离小于所述第一透镜组中其它任一透镜到投影画面的距离，所述第一透镜的至少一表面为非球面；
12.或/和，所述第二透镜组包括第七透镜，所述第七透镜到所述图像源的距离小于所述第二透镜组中其它任一透镜到所述图像源的距离，所述第七透镜的至少一表面为非球面。
13.优选的，所述第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为正，所述第二透镜前表面为平面，后表面的曲率半径为正，所述第三透镜前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负。
14.优选的，所述第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第四透镜前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负，所述第五透镜前表面的曲率半径为负，后表面的曲率半径为正，所述第六透镜前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负，所述第七透镜前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负。
15.优选的，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜依次胶合。
16.优选的，所述第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，依次具有负光焦度、负光焦度和正光焦度；所述第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，依次具有负光焦度、负光焦度、正光焦度和正光焦度。
17.由上述技术方案可知，本发明所提供的一种投影光机包括投影镜头和图像源，图像源用于向投影镜头投射出光线，投影镜头的视场角和焦距满足使图像源能够位于投影镜头的像圆内，保证图像源投射出的光线都能够通过投影镜头后形成清晰图像。并且，投影镜头相对于图像源的位置满足图像源投射到投影镜头像圆内的像中心到投影镜头光轴的距离，与图像源投射到投影镜头像圆内的像尺寸一半的比值大于1，这样相应使得投影镜头光轴投射到投影画面上的位置到投影画面中心的距离，与投影画面尺寸一半的比值大于1，即使得投影光机达到较大的偏置，从而能够避免在一些应用场景中投影画面被遮挡的情况。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
19.图1为本发明实施例中表示投影镜头像圆的示意图；
20.图2为本发明实施例中图像源投射到投影镜头像圆上的示意图；
21.图3为本发明一具体实例的投影光机投射出画面的示意图；
22.图4为本发明又一具体实例的投影光机投射出画面的示意图；
23.图5为本发明又一实施例中图像源投射到投影镜头像圆上的示意图；
24.图6为本发明一实施例提供的一种投影光机的投影镜头的示意图；
25.图7为图6所示投影镜头的场曲曲线图；
26.图8为图6所示投影镜头的畸变曲线图；
27.图9为图6所示投影镜头的mtf图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护
的范围。
29.本实施例提供一种投影光机，包括投影镜头和图像源，所述图像源用于向所述投影镜头投射出光线，所述投影镜头的视场角和焦距满足使所述图像源能够位于所述投影镜头的像圆内，所述投影镜头相对于所述图像源的位置满足所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像中心到所述投影镜头光轴的距离，与所述图像源投射到所述投影镜头像圆内的像尺寸一半的比值大于1。
30.投影镜头的像圆是指在投影镜头焦平面上的一片区域，该区域内的光线通过投影镜头后都能够清晰成像。图像源位于投影镜头的像圆内是指图像源投射出的光线通过投影镜头后，都能够在投影镜头的像圆内形成清晰图像。可参考图1所示，图1为本实施例中表示投影镜头像圆的示意图，投影镜头100的焦距为f，视场角为θ，投影镜头100的像圆是指位于投影镜头100的焦平面上的、以投影镜头100光轴为中心、直径为h的圆形区域。图像源101位于投影镜头100的像圆内，则图像源101投射出的光线通过投影镜头100后，都能够在投影镜头100的像圆内形成清晰图像。
31.可参考图2所示，图2为本实施例中图像源投射到投影镜头像圆上的示意图，由于本实施例的投影光机设置图像源101位于投影镜头100的像圆内，因此图像源101投射到投影镜头100像圆上的像103在投影镜头的像圆102内。本实施例的投影光机设置图像源101中心偏离投影镜头100的光轴，即图像源101投射到投影镜头100像圆上的像中心与投影镜头100的光轴偏离，两者不重合。并且，具体设置投影镜头100相对于图像源101的位置满足图像源101投射到投影镜头像圆内的像103中心到投影镜头100光轴的距离，与图像源101投射到投影镜头像圆内的像103尺寸一半的比值大于1。
32.本实施例的投影光机，投影镜头的视场角和焦距满足使图像源位于投影镜头的像圆内，保证图像源投射出的光线都能够通过投影镜头后形成清晰图像。并且图像源投射到投影镜头像圆内的像中心到投影镜头光轴的距离，与图像源投射到投影镜头像圆内的像尺寸一半的比值大于1，这样相应使得投影镜头光轴投射到投影画面上的位置到投影画面中心的距离，与投影画面尺寸一半的比值大于1，即使得投影光机达到较大的偏置，能够避免在一些应用场景中投影画面被遮挡的情况。
33.优选的，投影镜头100相对于图像源101的位置满足图像源101投射到所述投影镜头像圆内的像中心到所述投影镜头100光轴的距离，与所述图像源101投射到所述投影镜头100像圆内的像尺寸一半的比值大于等于1.5。那么，相应会使得投影镜头100光轴投射到投影画面上的位置到投影画面中心的距离，与投影画面尺寸一半的比值大于等于1.5，即使得投影光机的偏置大于等于1.5。
34.若图像源101为方形，图像源101通过投影镜头100投射出的像尺寸可以是图像源101通过投影镜头100投射出的像的宽度或者长度。若图像源101为其它形状，图像源101通过投影镜头100投射出的像尺寸可以是图像源101投射出的像的其它尺寸。
35.可参考图3所示，图3为一具体实例的投影光机投射出画面的示意图，投影光机104投射出图像画面，投影镜头光轴投射到投影画面上的位置到投影画面中心的距离与投影画面宽度一半的比值即偏置为150％。
36.参考图4所示，图4为又一具体实例的投影光机投射出画面的示意图，投影光机104向地面投射出图像画面，投影镜头光轴投射到投影画面上的位置到投影画面中心的距离与
投影画面宽度一半的比值即投影光机的偏置为162％。
37.进一步优选的，本实施例的投影光机中，投影镜头101相对于所述图像源100的位置可改变，使得图像源101投射到投影镜头100像圆内的像中心到投影镜头100光轴的距离可改变，从而使得图像源101投射到投影镜头100像圆内的像中心到投影镜头100光轴的距离，与图像源101投射到投影镜头100像圆内的像尺寸一半的比值可以改变，使得本投影光机可以改变偏置大小。在实际应用中，可以根据应用需求调节投影光机的偏置大小，使用更方便。
38.可以设置投影镜头100可相对于图像源101移动，从而改变投影镜头100相对于图像源101的位置。示例性的可参考图5所示，图5为又一实施例中图像源投射到投影镜头像圆上的示意图，图中箭头表示投影镜头的像圆102相对于图像源对应的像103的移动方向。如图所示可设置投影镜头100可以相对于图像源101上下平移，使得图像源101投射到投影镜头像圆内的像103相对于像圆102能上下平移，可以实现投影光机在垂直方向偏置大小的可调。或者，可设置投影镜头100可以相对于图像源101左右平移，使得图像源101投射到投影镜头100像圆内的像103相对于像圆102能左右平移，从而可以实现投影光机在水平方向偏置大小的可调。其中需要说明的是，在将投影镜头100相对于图像源101移动时，要求投影镜头100相对于图像源101移动到任一位置处，图像源101始终处于投影镜头100的像圆内。
39.图像源可采用但不限于数字微镜器件(digital micromirror device，dmd)。
40.优选的，投影光机还可包括设置在图像源101和投影镜头100之间的棱镜，图像源101发出的光线通过棱镜传导后进入投影镜头100。棱镜可采用但不限于直角三角形棱镜。
41.可选的，本实施例的投影光机中投影镜头可包括从投影画面侧到图像源侧沿着光轴依次设置的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第二透镜组具有正光焦度。本实施例的投影镜头的视场角和焦距满足使图像源能够位于投影镜头的像圆内，并且本投影镜头包含的透镜组数量少，有助于减小镜头体积，有利于应用于微型投影仪。
42.优选的，第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜到投影画面的距离小于所述第一透镜组中其它任一透镜到投影画面的距离，所述第一透镜的至少一表面为非球面。对于大视场角的镜头，边缘视场的像差占据主要部分，而降低边缘像差的最有效途径是在镜头的两端使用非球面镜片，因而本投影镜头的第一透镜采用非球面，能够有效地降低边缘像差，提高投影镜头的成像质量。
43.优选的，第二透镜组包括第七透镜，所述第七透镜到所述图像源的距离小于所述第二透镜组中其它任一透镜到所述图像源的距离，所述第七透镜的至少一表面为非球面。本投影镜头中距离图像源最近的第七透镜采用非球面，能够有效地降低边缘像差，提高投影镜头的成像质量。
44.优选的，本投影镜头依需求可设置至少一光阑，以减少杂散光，有助于提升成像质量。
45.优选的，本投影镜头的各个透镜的前表面和后表面可设置增透膜，通过增透膜增强光透射过透镜的效率，降低光能量损失，有助于提高投影光机投射图像的质量。本实施例的投影镜头中，透镜的前表面是指透镜朝向投影画面侧的表面，透镜的后表面是指透镜朝向图像源侧的表面。
46.可选的请参考图6，图6为一实施例提供的一种投影光机的投影镜头的示意图，如图所示，所述投影镜头包括从投影画面侧到图像源侧沿着光轴依次设置的第一透镜组g1和第二透镜组g2。
47.其中，第一透镜组g1包括第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13，各个透镜依次具有负光焦度、负光焦度和正光焦度。第一透镜11前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为正，第二透镜12前表面为平面，后表面的曲率半径为正，第三透镜13前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负。
48.第二透镜组g2包括第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17，各个透镜依次具有负光焦度、负光焦度、正光焦度和正光焦度。第四透镜14前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负，第五透镜15前表面的曲率半径为负，后表面的曲率半径为正，第六透镜16前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负，第七透镜17前表面的曲率半径为正，后表面的曲率半径为负。
49.优选的，第四透镜14、第五透镜15和第六透镜16依次胶合,采用胶合透镜可以降低投影镜头的色差，另外可以降低镜头的组装工艺难度。
50.本投影镜头在第一透镜组g1和第二透镜组g2之间设置光阑10。
51.本实施例投影镜头详细的光学数据如表1所示，厚度及半口径的单位为毫米。
52.表1
[0053] 透镜面形光焦度厚度折射率阿贝数半口径第一透镜11非球面-0.0642.8251.535.589.19第二透镜12球面-0.0812.8121.6263.46.5第三透镜13球面0.0841.8342.75.4第四透镜14球面-0.0064.61.665.54.36第五透镜15球面-0.0281.4761.8125.54.5第六透镜16球面0.03841.7944.25.5第七透镜17非球面0.0633.11.5961.25.5
[0054]
本投影镜头中第一透镜11和第七透镜17采用非球面设计，非球面的曲线方程式表示如下：
[0055][0056]
其中，z表示非球面曲线上的点与光轴的垂直距离，c表示非球面顶点的曲率，k表示二次曲面系数，a1、a2、a3、a4、a5分别为高阶偶次非球面系数。
[0057]
第一透镜11和第七透镜17的非球面系数如表2所示，其中面11a和面11b分别表示第一透镜11的前表面和后表面，面17a和面17b分别表示第七透镜17的前表面和后表面。本实施例投影镜头的场曲曲线图、畸变曲线图以及mtf图分别如图7、图8和图9所示，
[0058]
表2
[0059]
面ka1a2a3a4a511a-7.19504.038e-004-6.254e-0064.195e-08-1.287e-01011b-1.15905.778e-004-3.369e-006-1.935e-079.065e-010
17a-2.6630-1.881e-0041.216e-007-5.386e-08-2.788e-0917b-9.3750-1.966e-0043.081e-006-1.791e-07-8.081e-011
[0060]
表3所示为第一透镜至第七透镜的有效孔径和焦距比值的取值范围。
[0061]
表3
[0062] 有效孔径/焦距的范围第一透镜110.58～0.6第二透镜120.51～0.53第三透镜130.42～0.44第四透镜140.02～0.04第五透镜150.12～0.14第六透镜160.2～0.22第七透镜170.34～0.36
[0063]
本实施例的投影镜头应用于投影光机，参考图6所示在投影镜头和图像源101之间设置有棱镜105。本实施例的投影镜头只用了7片镜片，应用于投影光机能够实现162％offset的投影效果，增强了用户体验。
[0064]
以上对本发明所提供的一种投影光机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。