CN102231039B

CN102231039B - 投影装置

Info

Publication number: CN102231039B
Application number: CN 201110179252
Authority: CN
Inventors: 林明坤; 吴宗训
Original assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Current assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102231039A

Abstract

本发明提供的投影装置包括影像产生装置以及投影镜头。投影镜头设于影像产生装置的光阀与投影幕之间，且投影镜头包括复数个镜片。镜片包括第一镜片、第二镜片以及第三镜片，且第一镜片、第二镜片以及第三镜片为非球面镜片。投影镜头的有效焦距介于5mm与8mm之间，且投影镜头的有效焦距毫米值与镜片的数量的总和介于14与17之间。通过本发明，可以使投影装置具有短焦距与大投影视角的效果，更可有效地降低投影装置的镜片数量，进而解决投影装置过重的问题。

Description

投影装置

技术领域

本发明关于一种投影装置，尤指一种具有至少三个非球面镜片的投影镜头的投影装置。

背景技术

随着科技日新月异，投影装置在家庭、娱乐或商务用途上已逐渐扮演着不可或缺的角色。传统投影装置是由影像产生装置以及投影镜头所组成，且影像产生装置产生影像藉由投影镜头放大且投射至投影幕上。

由于以往制作投影镜头的镜片是采用球面设计，因此投影镜头中需使用许多镜片来解决像差与影像模糊失焦等问题，而造成投影镜头的尺寸以及重量受到限制。请参考图1，图1为习知投影镜头的示意图。如图1所示，习知投影镜头10为了搭配使用(对角线)尺寸大于0.4英寸以上的影像产生装置需使用十四个镜片12，来消除像差以及影像失真，并且各镜片12的镜面为球面镜面。因此，在逐渐缩短焦距的情况下，投影镜头10的镜片12数量快速增加。然而，随着投影装置朝向轻薄短小的趋势发展，投影镜头的镜片数量过多会造成投影装置的体积受到限制而无法缩小，且容易因投影装置的重量过重，而造成使用者的负担。

因此，提供同时具有大投影视角、小尺寸以及重量轻的特性的投影装置实为业界努力的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种投影装置，以改善因缩短焦距而造成投影装置重量过重的问题。

为达上述之目的，本发明提供一种投影装置，用于将影像投射至投影幕上。投影装置包括影像产生装置以及投影镜头。影像产生装置用以产生具有影像的投射光，且影像产生装置具有光阀，使投射光从光阀射出。投影镜头设于光阀与投影幕之间，且投影镜头包括复数个镜片。镜片具有光轴，且投射光经镜片于投影幕上产生投影影像，其中镜片包括第一镜片、第二镜片以及第三镜片，且第一镜片、第二镜片以及第三镜片为非球面镜片。镜片满足第一关系式14≤(EFL+N)≤17以及第二关系式5≤EFL≤8，其中EFL为投影镜头的有效焦距毫米值，且N为镜片的数量。

根据本发明所述的投影装置，投影影像的中心与光阀的中心分别位在光轴的两侧。

根据本发明所述的投影装置，在该复数个镜片中，第一镜片为最邻近投影幕的镜片。

根据本发明所述的投影装置，在该复数个镜片中，第二镜片为最邻近光阀的镜片。

根据本发明所述的投影装置还包括光栏，设置于第一镜片与第二镜片之间。进一步地，第三镜片设于该光栏与该第二镜片之间。

根据本发明所述的投影装置，第一镜片、第二镜片以及第三镜片分别具有二个非球面镜面。

根据本发明所述的投影装置，光阀的对角线长度大于0.4英寸(inch)。

本发明的投影装置使用至少三个非球面镜片，使其有效焦距介于5mm与8mm之间，以具有短焦距与大投影视角的功效，并且本发明的投影装置的有效焦距与投影装置的镜片数量的总和介于14与17之间，使镜片数量限定于6至12个之间，更可有效地降低投影装置的镜片数量，进而解决投影装置过重的问题。

附图说明

图1为习知投影镜头的示意图。

图2为本发明的投影装置的示意图。

图3为本发明一第一较佳实施例的投影镜头的示意图。

图4为本发明一第二较佳实施例的投影装置的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参考图2，图2为本发明的投影装置的示意图。如图2所示，投影装置100用于将影像102投射至投影幕104上，且投影装置100包括影像产生装置106以及投影镜头108。其中，影像产生装置106用于产生具有影像102的投射光。影像产生装置106具有光阀110，使投射光从光阀110射出。本实施例的影像产生装置106可为包含光源、各式光学元件等的光机系统(light engine)，且光阀可例如为液晶面板(LCD panel)、数位微镜元件(digital micro-mirrordevice，DMD)，但本发明的影像产生装置与光阀不以此为限。投影镜头108设置于投影幕104与光阀110之间，且包括复数个镜片，并具有光轴112，藉此从光阀110射出的投射光可藉由投影镜头108投射至投影幕104上，以于投影幕104上呈现出放大的投影影像114。并且，投影镜头108具有有效焦距，满足第一关系式14≤(EFL+N)≤17以及第二关系式5≤EFL≤8，其中EFL为投影镜头的有效焦距毫米值(即单位mm前的数值)，且N为镜片的数量。换句话说，镜片的数量介于6至12个之间。由此可知，本发明的投影装置100采用一次成像的方式将倒立的影像102成像至投影幕104上，而形成正立且放大的投影影像114。并且，投影影像114的中心与光阀110的中心分别位在光轴112的两侧。此外，光阀的对角线长度约略大于0.4英寸(inch)。

为了清楚说明本发明的投影镜头，请参考图3，且一并参考图2。图3为本发明一第一较佳实施例的投影镜头的示意图。如图3所示，本实施例的镜片可区分为第一镜片L11、第二镜片L12、第三镜片L13、第四镜片L14、第五镜片L15、第六镜片L16、第七镜片L17以及第八镜片L18，其中第一镜片L11、第二镜片L12以及第三镜片L13为非球面镜片，且第四镜片L14、第五镜片L15、第六镜片L16、第七镜片L17以及第八镜片L18为球面镜片。此等透镜从邻近投影幕104的一侧至邻近光阀110的一侧的顺序依序为第一镜片L11、第四镜片L14、第五镜片L15、第六镜片L16、第三镜片L13、第七镜片L17、第八镜片L18以及第二镜片L12，亦即第一镜片L11为此等镜片中最邻近投影幕104者，且第二镜片L12为此等镜片中最邻近光阀110者。另外，投影镜头108另包括光栏116，设于第六镜片L16与第三镜片L13之间，且光栏116与第六镜片L16的间距大于光栏116与第三镜片L13的间距。其中，第三镜片L13为非球面镜片中最邻近光栏116之一者。于本实施例中，第一镜片L11为凸凹透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S11与面对光阀110的凹镜面S12。第二镜片L12为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S13以及面对光阀110的凸镜面S14。第三镜片L13为凹凸透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S15以及面对光阀110的凸镜面S16。第四镜片L14为双凹透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S17以及面对光阀110的凹镜面S18。第五镜片L15为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S19以及面对光阀110的凸镜面S110。第六镜片L16为凸凹透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S111以及面对光阀110的凹镜面S112。第七镜片L17为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S113以及面对光阀110的凸镜面S114。第八镜片L18为双凹透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S115以及面对光阀110的凹镜面S116，其中第八镜片L18的凹镜面S115与第七镜片L17面对光阀110的凸镜面S114重合，而具有相同的曲率半径。并且，本实施例的第一镜片L11至第八镜片L18由塑胶所构成，且其镜面的光学资料与配置关系列举于表1中，但本发明并不以此为限。于表1中，「厚度」的值代表对应此列的表面至下一列的表面的距离，即此列的镜面与下一列的镜面的间距。

表1

并且，第一镜片L11的凸镜面S11与凹镜面S12、第二镜片L12的二凸镜面S13、S14以及第三镜片L13的凹镜面S15以及凸镜面S16皆为非球面镜面，且非球面镜面的表面多项式可表示为：

z = \frac{{ar}^{2}}{1 + \sqrt{1 - a^{2} (b + 1) r^{2}}} + {cr}^{4} + {dr}^{6} + {er}^{8} + {fr}^{10}

其中z为非球面镜面的凹陷度(sag)，r为非球面镜面的孔径半径，a为非球面镜面顶点处的曲率半径，b为圆锥系数，以及c、d、e、f为分别为四阶、六阶、八阶以及十阶的非球面系数。本实施例的第一镜片L11的凸镜面S11与凹镜面S12、第二镜片L12的二凸镜面S13、S14以及第三镜片L13的凹镜面S15以及凸镜面S16的非球面系数列举于表2中(数值以科学计数的格式表示)，但本发明并不以此为限。

表2

镜面	b	c	d	e	f
						S11	-1.519E+01	2.550E-06	3.278E-09	-4.164E-12	3.192E-15
S12	-6.668E-01	-1.538E-05	-5.110E-08	2.063E-10	-3.928E-13
						S15	-8.798E+01	2.234E-04	1.245E-06	-9.167E-08	5.578E-11
S16	0.000E+00	4.196E-04	-8.062E-06	1.429E-07	-5.416E-09

S13	-1.934E+00	-1.989E-04	2.798E-06	-3.245E-08	1.991E-10
						S14	-6.003E-01	-2.790E-05	-3.526E-07	-7.187E-10	1.474E-11

由上述资料可知，本实施例的投影镜头108的有效焦距约略为6.95mm(EFL为6.95)，且投影镜头108的投影视角约略为60度。并且，本实施例的投影镜头108仅使用三个非球面镜片即可具有有效焦距介于5mm与8mm之间的功效，且投影镜头108的镜片的总数量仅为八片，因此不仅具有短焦距的功效，更可降低投影镜头108的镜片数量，以减少投影镜头108的整体重量。

此外，本发明的投影镜头并不以上述实施例为限。请参考图4，图4为本发明一第二较佳实施例的投影装置的示意图。如图4所示，本实施例的投影镜头200的镜片可区分为第一镜片L21、第二镜片L22、第三镜片L23、第四镜片L24、第五镜片L25、第六镜片L26、第七镜片L27、第八镜片L28、第九镜片L29、第十镜片L210以及第十一镜片L211，其中第一镜片L21、第二镜片L22以及第三镜片L23为非球面镜片，且第四镜片L24、第五镜片L25、第六镜片L26、第七镜片L27、第八镜片L28、第九镜片L29、第十镜片L210以及第十一镜片L211为球面镜片。本实施例的镜片从邻近投影幕104的一侧至邻近光阀110的一侧的顺序依序为第一镜片L21、第四镜片L24、第五镜片L25、第六镜片L26、第七镜片L27、第八镜片L28、第三镜片L23、第九镜片L29、第十镜片L210、第十一镜片L211以及第二镜片L22。第一镜片L21为此等镜片中最邻近投影幕104者，且第二镜片L22为此等镜片中最邻近光阀110者。另外，投影镜头200的光栏116设于第七镜片L27与第八镜片L28之间，且光栏116与第七镜片L27的间距大于光栏116与第八镜片L28的间距。其中，第三镜片L23为非球面镜片中最邻近光栏116者。此外，本实施例的第一镜片L21为凸凹透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S21与面对光阀110的凹镜面S22。第二镜片L22为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S23以及面对光阀110的凸镜面S24。第三镜片L23为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S25以及面对光阀110的凸镜面S26。第四镜片L24为凸凹透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S27以及面对光阀110的凹镜面S28。第五镜片L25为双凹透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S29以及面对光阀110的凹镜面S210。第六镜片L26为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S211以及面对光阀110的凸镜面S212。第七镜片L27为凸凹透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S213以及面对光阀110的凹镜面S214。第八镜片L28为双凹透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S215以及面对光阀110的凹镜面S216。第九镜片L29为双凹透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S217以及面对光阀110的凹镜面S218。第十镜片L210为双凸透镜，且具有面对投影幕104的凸镜面S219以及面对光阀110的凸镜面S220。第十一镜片L211为凹平透镜，且具有面对投影幕104的凹镜面S221以及面对光阀110的平坦镜面S222，其中第十一镜片L211的凹镜面S221与第十镜片L210面对光阀110的凸镜面S220重合，而具有相同的曲率半径。并且，本实施例的第一镜片L21至第十一镜片L211的镜面的光学资料与配置关系列举于表3中，但本发明并不以此为限。于表3中，「厚度」的值代表对应此列的表面至下一列的表面的距离，即此列的镜面与下一列的镜面的间距。

表3

并且，本实施例的第一镜片L21的凸镜面S21与凹镜面S22、第二镜片L22的二凸镜面S23、S24以及第三镜片L23的二凸镜面S25、S26亦为非球面镜面，且根据上述的表面多项式，本实施例的第一镜片L21的凸镜面S21与凹镜面S22、第二镜片L22的二凸镜面S23、S24以及第三镜片L23的二凸镜面S25、S26的非球面系数可列举于表4中(数值以科学计数的格式表示)，但本发明并不以此为限。

表4

镜面	b	c	d	e	f
						S21	-7.815E+00	3.769E-06	1.413E-10	-4.141E-13	3.216E-16
S22	-6.864E-01	-5.104E-06	-4.883E-08	1.796E-10	-3.010E-13
						S25	1.572E+00	-3.222E-04	-1.552E-05	6.183E-07	-2.979E-08
S26	-3.930E+00	-2.783E-05	1.016E-05	-5.557E-07	1.953E-08
						S23	5.089E+00	1.817E-04	3.564E-07	1.489E-09	9.106E-11
S24	-1.698E+00	1.657E-04	3.993E-06	4.985E-08	1.974E-10

根据上述资料，本实施例的投影镜头200的有效焦距系约略为5.22mm(EFL为5.22)，且投影镜头200的投影视角约略为67.2度。并且，本实施例的投影镜头200仅使用三个非球面镜片即可具有有效焦距介于5mm与8mm之间的功效，且投影镜头200的镜片的总数量仅为十一片，因此不仅可藉由缩短焦距来以提升投影镜头200的投影视角，更可避免过度增加投影镜头200的整体重量。

综上所述，本发明的投影装置使用至少三个非球面镜片，使其有效焦距介于5mm与8mm之间，以具有短焦距与大投影视角的功效，并且本发明的投影装置的有效焦距与投影装置的镜片数量的总和介于14与17之间，使镜片数量限定于6至12个之间，更可有效地降低投影装置的镜片数量。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种投影装置，用于将影像投射至投影幕上，该投影装置包括：

影像产生装置，用以产生具有该影像的投射光，且该影像产生装置具有光阀，使该投射光从该光阀射出；以及

投影镜头，设于该光阀与该投影幕之间，并具有光轴，其特征在于该投影镜头包括：

复数个镜片，该投射光经该复数个镜片于该投影幕上产生投影影像，其中该复数个镜片包括第一镜片、第二镜片以及第三镜片，且该第一镜片、该第二镜片以及该第三镜片为非球面镜片，在该复数个镜片中，该第一镜片为最邻近该投影幕的镜片；

其中该复数个镜片满足第一关系式14≦(EFL+N)≦17以及第二关系式5≦EFL≦8，其中EFL为该投影镜头的有效焦距毫米值，且N为该复数个镜片的数量。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该投影影像的中心与该光阀的中心分别位在该光轴的两侧。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于在该复数个镜片中，该第二镜片为最邻近该光阀的镜片。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于还包括光栏，设置于该第一镜片与该第二镜片之间。

5.如权利要求4所述的投影装置，其特征在于该第三镜片设于该光栏与该第二镜片之间。

6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该第一镜片、该第二镜片以及该第三镜片分别具有二个非球面镜面。

7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该光阀的对角线长度大于0.4英寸。