CN102162901B - 微型投影机的投影透镜单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型投影机的投影透镜单元，其包含透镜列，色组合稜镜，覆盖玻璃及影像盘，透镜列包含第一透镜至第六透镜依序从投射有影像的屏幕排列，第一透镜包含形成于第一透镜第一侧的停止侧，该停止侧切断光通路以执行孔径阑(diaphragm aperture)的功能，经过第一透镜至第六透镜的光依照该孔径阑仅通过透镜侧的单方向，而光不能经过的部份透镜侧被切断而使透镜列的全高度减小。

Description

微型投影机的投影透镜单元

本申请案请求韩国专利申请案2010-0014695的优先权，该申请案于2010年2月10日提出，该案的揭示在此完全并入做为参考。

技术领域

本发明关于投影机的投影透镜，借以放大投射所产生的影像于屏幕等上。尤其是有关于一种微型投影机的投影透镜，装设于小型移动器具，例如移动电话而减小透镜列的高度。

背景技术

由于电子技术的发展，如移动电话及PDA等个人用移动器具的使用迅速增加，而与MP3，PMP，照相机等具有不同作用的移动器具被免除了。依照多功能的趋势，开始有具备以所谓微型投影机或奈(纳)米投影机著称的微型投影机功能的移动器具开始出现了。

在设计小型投影机的透镜时，达成透镜的极小化而高功能乃至为重要。不仅如此，透镜的价格要低而重量要轻，减少畸变与色差，而且满足较长的后焦距长度才可。

例如，图1说明一种迷你投影机传统透镜单元1，其中全长约有60mm。

如图1所示，迷你投影机的透镜单元1包含有：由7个透镜组成的透镜列10，色组合用的稜镜20，覆盖用玻璃30及影像盘40。从透镜列10的第一透镜11至第七透镜17的长度称为全长，而从第七透镜17(所排列的最后透镜)至影像盘40的长度称为后焦距长(BFL)。

如图1所示的迷你投影机的传统透镜单元1，其全长通常大约有60mm，而后焦距长大约为32mm。但后焦距长可随透镜列10的设计而变。

依照图1所示传统技术使用迷你投影器的透镜单元1时，其全长大约有60mm，如为微型投影机的透镜单元，其全长大约为10mm，这可以认为相对的以约1∶10的比率减少了迷你投影器的透镜单元1的长度。

然而，在减少具有全长约60mm的迷你投影机的透镜单元1至具有全长约10mm的微型投影机的透镜单元，其透镜列10的设计可配合改变予以减少，但至于减小透镜直径就有很多限制，亦即透镜高度的设计。

发明内容

因此，本发明的目的在提供一种微型投影机的投影透镜单元，其能通过减少形成透镜列的透镜数目来减短全长并减小透镜高度。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种微型投影机的投影透镜单元，包含有透镜列，免组合用稜镜，覆盖玻璃，及影像盘。所述透镜列包含第一透镜至第六透镜，依序从投射影像的屏幕排列。第一透镜包含形成于第一透镜第一侧的停止侧，该停止侧阻断光的通路，因而完成孔径阑的功能，从第一透镜至第六透镜通过的光依孔径阑只行经透镜侧的单一方向，而光所不能通过的部份透镜侧乃被阻止，于是减小透镜列的全高。

第一透镜具有正(+)折射率，第二透镜具有正(+)折射率，第三透镜具有负(-)折射率，第四透镜具有正(+)折射率，第五透镜具有正(+)折射率，第六透镜具有正(+)折射率，及第三及第四透镜形成单双重透镜。

不仅如此，从第一透镜第一侧至第六透镜第二侧的全长是13mm或小于此，第一透镜至第六透镜中的两个为非球面透镜，而最好第一透镜至第五透镜亦可为非球面。

又，第一透镜至第六透镜的焦距分别是f₁，f₂，f_3-4，f₅及f₆，第一透镜与第二透镜的组合焦距f_1-2及第三透镜至第六透镜的组合焦距f_3-6设计成能满足下列的公式：1＜|f_1-2/f_3-6|＜2。

又，第二透镜的焦距f₂及第六透镜的焦距f₆设计成能满足下列公式1＜|f₂/f₆|＜2。但，最好组合焦距f_1-2为12mm至15mm，及组合焦距f_3-6为9mm至10mm。

附图说明

图1说明传统的迷你投影机所用投影透镜单元；

图2说明本发明的微型投影机的投影透镜单元；

图3说明微型投影机的部份投影透镜单元，其是沿图2的X-X′线；

图4说明本发明图3的投影透镜单元的概观图；

附图标记：1、透镜单元；10、透镜列；20、稜镜；30、覆盖用玻璃；40、影像盘；11、第一透镜；12、第二透镜；13、第三透镜；14、第四透镜；15、第五透镜；16、第六透镜；17、第七透镜；10A、投影透镜单元；100、透镜列；200、覆盖玻璃；300、色组合稜镜；400、影像盘；500、屏幕；110、第一透镜；120、第二透镜；130a、第三透镜；130b、第四透镜；130、第三透镜组；140、第五透镜；150、第六透镜；S1、第一侧；S2、第二侧；S3、第三侧；S4、第四侧；S5、第五侧；S6、第六侧；S7、第七侧；S8、第八侧；S9、第九侧；S10、第十侧；S11、第十一侧。

具体实施方式

下文中参照附图详细说明本发明内容，其是以较佳实施例说明，以便令对本技术具有普通知识者可容易明了本发明而加以实施。

图2为说明本发明的微型投影机的投影透镜单元10A的示意图。

如图2所示的投影透镜单10A包含有；由6片透镜片组成的透镜列100，覆盖玻璃200，色组合稜镜300，及影像盘400。

透镜列100投影透镜的全长，最后全长为13mm或以下。透镜列100中，第一透镜至第六透镜110，120，130a，130b，140及150依序位于其上投有影像的屏幕500上。

又，写在图2盒子内的各号码S1到S11代表从屏幕500到影像盘400依序配置的透镜排列的第n侧。例如S11代表从屏幕500到影像盘400的透镜排列的第11侧。

第一透镜110的第一侧S1被赋予执行孔径阑的功能，其中在光学系统中光通过透镜列100中心轴的光束高度对该光学系统结构尺寸的比率接近于1。第一透镜110的第一侧S1与第二侧S2对屏幕有正(+)的曲率。是使用一种透镜片其形状为弯月形而向屏幕凸出。亦即第一透镜具有正折射率。

第二透镜120的第三侧S3与第四侧S4对屏幕具有正曲率。第二透镜120使用弯月形的透镜片而其凸出侧对着屏幕。亦即第二透镜120具有正折射率。

在本发明的实施例中，第三透镜130a与第四透镜130b供做单只的第三透镜组130，位于从屏幕500起第二透镜120的后面。第三透镜130a的第三侧S3向着屏幕500者具有第五侧S5的功能，第三透镜130a的双重侧及第四透镜130b具有第六侧S6的功能，第四透镜130b另一侧而较凸出于屏幕500者具有第七侧S7的功能。在一个包含电视摄像与磁带录像两用机，数位照相机及投影机的可变焦距透镜光学系统中，例如放大色差中的高次色差可通过使用高色散透镜(第三透镜130a)及低色散透镜(第四透镜130b)做为双重透镜来减小。由于这个原因，第三透镜130a与第四透镜130b被当做双重透镜使用。

在此实施例中，用做高色散透镜的第三透镜130a使用阿贝数(色散值的倒数)Vd＝28.32的透镜，而第四透镜130b使用阿贝数为Vd＝60.34的透镜。第三透镜130a与第四透镜130b的阿贝数被设计成相差30或以上。

又，在本发明中，第三透镜130a的第五侧S5具有负(-)曲率，而双重侧的第六侧S6具有正曲率。第四透镜130b的第七侧S7具有负曲率。亦即含有第三透镜130a的第三透镜组及第四透镜130b具有负折射率。

又，第五透镜140是由一个透镜片作成并含有第八侧S8与第九侧S9。第八侧S8与第九侧S9都具有负曲率。第五透镜140形成弯月形而其顶部凸出。亦即第五透镜140具有正折射率。

又，第六透镜150由透镜片作成而含有第十侧S10及第十一侧S11，第十侧S10具有正曲率而第十一侧S11具有负曲率。第六透镜150具有向屏幕500的凸出侧及凸出顶部。亦即第六透镜150具有正折射率。于是，第六透镜150的焦距f₆乃小于12(f₆＜12)。透镜列100的透镜中，第六透镜150设计成具有最高能力。

本发明的透镜列100的结构中，第一透镜110的第一侧S1有孔径阑的功能，其中在光学系统中光通过透镜列100中心轴的光束高度对该光学系统结构尺寸的比率接近于1。因此，当有一束通过孔径阑的光束从第二透镜120经过至第六透镜150时，光束得以向透镜列100所有侧的单一方向行进。因此得以切断并处理部份第三透镜至第六透镜，其是位于线段X-X′之下而光束不能通过此径，如图中以线段X-X′表示。这些透镜部份光束所不能通过者即如图3和图4所示那样被切断，以此减小透镜列100的整个高度。

又，如上述情形，透镜列100包含第一透镜至第六透镜，这些都是焦阑透镜。第一至第六透镜依序配置成正，正，负，正，正，及正折射率。各透镜的折射率将另参照下列表1予以说明。

表1指出本发明所使用的透镜列100的第一透镜110至第六透镜150的焦距。在表1中，由于有两个透镜片，即第三透镜130a及第四透镜130b形成单一双重透镜，这些可认为第三透镜组。如表1表示，由于第六透镜150的f₆＜12，设计成在透镜列100的透镜中具有最高折射率。

表1

透镜(组)号码	侧号	焦距
			1	S1～S2	45.00
2	S3～S4	15.66
			3	S5～S6	-5.69
4	S6～S7	7.86
			3-4(第3组)	S5～S7	-13.51

5	S8～S9	55.99
			6	S10～S11	11.98
			1-6(列)	S1～S11	10.37

下面的表2指出本发明所使用透镜列100的第一透镜110至第六透镜150各个透镜的折射率。在表2中，由于两个透镜片，即第三透镜130a及第四透镜130b形成单一双重透镜，这些透镜被定为第三透镜组130。

表2

透镜(组)号码	侧号	折射率(k)
			1	S1～S2	0.022
2	S3～S4	0.064
			3-4(第3组)	S5～S7	-0.074
5	S8～S9	0.018
			6	S10～S11	0.083
			1-6(列)	S1～S11	0.096

各透镜的折射率为透镜或折射侧焦距的倒数。折射率的数值是由下列公式导出：K＝(n₁-n)(1/R₁/R₂)。

其中n₁为透镜的折射率，n为空气的折射率，R₁为透镜第一侧S1的曲率，及R₂为透镜第二侧S2的曲率。又，当透镜列100的总折射率为K时，K＝1/EFL(EFL为有效焦距)。

在影像盘400上形成的影像被投影机(未图示)的分光镜系统分成RG，及B时，颜色组合即为照明系统颜色组合单元所完成，然后影像就被形成于影像盘400上。影像经过色组合稜镜300而缩短光通路后通过第六透镜150的第十一侧S11及第十侧S10。

在发明所使用的第六透镜150的阿贝数为60.3而焦距f₆为11.98mm。

又，从第六透镜150收敛的光经这第五透镜140的第九侧S9及第八侧S8。第五透镜140的阿贝数为55.8，而焦距f5为55.99mm。

如从第五透镜140及第六透镜150的排列得知，第五透镜140排列成具有曲率半径绝对值较小的侧位置向着色组合稜镜300，而第六透镜150排列成其两侧曲率半径相等，光线在第三透镜组130至第六透镜150及第五透镜140收敛。

第三透镜组130是由第三透镜130a及第四透镜130b组成而具有三个透镜侧，即第五侧S5，第六侧S6及第七侧S7。所采用的双重透镜其第三透镜组130的焦距f₃为-13.51mm。最好第三透镜组130能被设计成其曲率半径具有较大绝对值而能位于向色组合稜镜300的位置，而其曲率半径绝对值较小的第五侧S5位于向屏幕500的位置。光线在第二透镜120经第七侧S7至第五透镜收敛。

又，从第三透镜组130收敛的光通过第二透镜120的第四侧S4及第三侧S3。本发明所使用的第二透镜120是使用具有阿贝数29.5的透镜，而其焦距f₂为15.66mm，经过第四侧S4及第三侧S3的光分散以便入射于第一透镜110。

其次，分散于第二透镜120的入射光经过第一透镜110的第二侧S2与第一侧S1。本发明所使用的第一透镜110是使用阿贝数55.8及焦距f₁为45.00mm之透镜，经过第二侧S2与第一侧S1的光被扩大以便入射于屏幕500。第一透镜110的第一侧有停止侧的功能，以此扮演孔径阑的角色。

在本实施例中，第一透镜的第一侧S1有停止侧的功能。但本发明并不限定如此而已。即使停止侧是形成于第一透镜的第二侧S2，或形成于第一透镜与第二透镜之间，依照本设计透镜列的整体高度可能获得减小。亦即在本发明中，希望停止侧的位置愈靠近屏幕愈好，这样可减小透镜列的整体高度。

又，在本实施例中，本发明有构想，配置第三透镜组130，以此改进透镜的性能，包含光学透镜的象差，畸变等，无论如何，第一透镜至第六透镜的任一个都可采用非球面透镜或双重透镜。

如以上的说明，在由六个透镜片作成的透镜列设计中，第一透镜110及第六透镜150可采用表面硬度较高的透镜，这是考虑到防止透镜表面被刮伤的发生。

将这些重点列入考虑后，本发明使用属于非球面透镜的第一透镜110及第五透镜140来改善投影透镜的性能。本发明的非球面透镜可以下列公式1代表：

【公式1】

$X=\frac{Y^2/R}{1+\sqrt{1-{(1+K)(Y/R)}^2}}+{\mathrm{AY}}^4+{\mathrm{BY}}^6+{\mathrm{CY}}^8+{\mathrm{DY}}^{10}+{\mathrm{EY}}^{12}+{\mathrm{FY}}^{14}$

其中X及Y代表方向，也就是说X轴代表光轴方向而Y轴代表与光轴成直角的方向。非球面曲线可得自以同轴回转从【公式1】获得的曲线。然则R为透镜的曲率半径，K为锥面常数，A，B，C，D，E，F各为非球面系数。

如以上的说明，本发明的微型投影机的透镜列100中，第一透镜至第六透镜的各焦距为f₁，f₂，f_3-4，f₅及f₆，最好的焦距f都是10mm至11mm。

又，微型投影机的透镜列100中，第一透镜及第二透镜的组合焦距f_1-2，及第三至第六透镜的组合焦距f_3-6满足以下公式：1＜|f_1-2/f_3-6|＜2。更好为|f_1-2/f_3-6|＝1.27961mm。

又，第二透镜的焦距f₂及第六透镜的焦距f₆满足以下公式：1＜|f₂/f₆|＜2，更好为，|f₂/f₆|＝1.31mm。曼好的情形是组合焦距f_1-2可在12mm～15mm，而组合焦距f_3-6为9mm～10mm。

如以上所做的说明，本发明的微型投影机的投影透镜单元，由于做为元件之一而构成透镜列的光阑孔径位于第一透镜的第一侧S1，透镜列的所有侧都不需要而透镜侧的一部份被利用以投射影像。于是透镜列的高度就可以减小了。

本发明是以较佳实施例予以说明。然则所须讲明本发明的范围并不限定于所公开的实施例。反之，发明的范围欲包含各种修饰与替代方案，可使习于本行业技艺人士能易于实施。申请专利范围应符合广泛解释以涵盖这些修饰与同等方案。

Claims (6)

1.一种微型投影机的投影透镜单元，包含：透镜列，色组合棱镜，覆盖玻璃及影像盘，其特征在于，

所述透镜列包含第一透镜至第六透镜，依序从投射有影像的屏幕排列；从第一透镜至第六透镜的各焦距分别为f₁，f₂，f₃，f₄，f₅及f₆，所述第一透镜及所述第二透镜的组合焦距f_1-2及所述第三透镜至第六透镜的组合焦距f_3-6满足以下公式1＜|f_1-2/f_3-6|＜2；

该第一透镜包含形成于第一透镜第一侧的停止侧，该停止侧切断光通路以执行孔径阑的功能，经过第一透镜至第六透镜的光依照该孔径阑仅通过透镜侧的单方向，而光不能经过的部份透镜侧被切断而使透镜列的全高度减小。

2.如权利要求1所述的微型投影机的投影透镜单元，其特征在于，所述第一透镜具有正折射率，所述第二透镜具有正折射率，所述第三透镜具有负折射率，所述第四透镜具有正折射率，所述第五透镜具有正折射率，所述第六透镜具有正折射率，且所述第三透镜及第四透镜，共形成双重透镜。

3.如权利要求1所述的微型投影机的投影透镜单元，其特征在于，从第一透镜的第一侧至第六透镜的第十一侧的全长为13mm或以下，且第一透镜至第六透镜中的两个为非球面透镜。

4.如权利要求1所述的微型投影机的投影透镜单元，其特征在于，所述第一透镜及第五透镜为高硬度的非球面透镜。

5.如权利要求1所述的微型投影机的投影透镜单元，其特征在于，所述第二透镜的焦距f₂及所述第六透镜的焦距f₆满足以下公式：1＜|f₂/f₆|＜2。

6.如权利要求1所述的微型投影机的投影透镜单元，其特征在于，所述组合焦距f_1-2为12mm至15mm，所述组合焦距f_3-6为9mm至10mm。

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