CN103048857B - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种投影装置，用于投射影像至投影幕上，投影装置包含有用于提供影像的光阀以及用于投射影像的非远心投影镜头。非远心投影镜头包含有复数个球面透镜，该复数个球面透镜包含第一透镜组以及第二透镜组。第一透镜组设置于光阀与投影幕之间，具有负折射率，第一透镜组包含第一弯月型透镜。第二透镜组设置于第一透镜组与光阀之间，具有正折射率，第二透镜组包含第二弯月型透镜。本发明仅使用球面透镜，使得投影装置轻薄短小，且生产成本降低。由于玻璃相较于塑胶具有较低的膨胀系数，因此可避免因受到温度变化的影响所产生的脱膜或光学特性的变化，使得投影装置受到温度变化的影响被降低，且在高温度变化下维持稳定的成像。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，尤其指一种使用球面透镜的非远心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。传统投影装置由光阀以及投影镜头所组成，光阀用于产生影像，并藉由投影镜头放大且投射至一投影幕上。

一般投影装置可区分为远心投影装置与非远心投影装置。由于非远心投影装置的主光线与光轴不平行，使得主光线是以一角度射入变焦投影镜头，因此投影画面可在投影幕上朝上偏移，以符合需求。于传统非远心投影装置中，为了节省成本，需使用非球面透镜来缩减投影镜头中的透镜数量，且非球面透镜通常是由塑胶所构成，以降低透镜成本。然而，当投影镜头中使用大量非球面透镜时，非球面透镜之间的光学成像上的匹配并不容易，因此在制作投影镜头时容易导致良率不佳。并且，随着投影装置的亮度越来越高，例如：达到2500到3000流明，光源所产生的温度越高，使得投影镜头需承受越高的温度变化。然而，由塑胶所构成的非球面透镜具有高膨胀系数，因此在高温度变化的情况下容易会有脱膜或光学特性的变化，使得投影镜头无法在高温度变化下维持稳定的成像。

有鉴于此，降低投影装置受到温度变化的影响，且满足投影装置具有轻薄短小的特性，以节省成本，成为业界努力的方向和目标。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种投影装置，以降低受到温度变化的影响，并节省成本。

为达上述目的，本发明提供一种投影装置，用于投射影像至投影幕上。投影装置包含有光阀以及非远心投影镜头，该光阀用于提供该影像；该非远心投影镜头包含有复数个球面透镜，该非远心投影镜头用于投射该影像，且该复数个球面透镜包含有第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组设置于该光阀与该投影幕之间，该第一投影组具有负折射率，且该第一透镜组包含有第一弯月型透镜；第二透镜组设置于该第一透镜组与该光阀之间，该第二透镜组具有正折射率，且该第二透镜组包含有第二弯月型透镜。

作为可选的技术方案，该第二透镜组还包含有第一透镜和第二透镜，该第二弯月型透镜位于该第一透镜与该第二透镜之间。

作为可选的技术方案，该复数个球面透镜还包含有第三透镜组，该第三透镜组设置于该第一透镜组与该第二透镜组之间，并具有正折射率。

作为可选的技术方案，该第三透镜组包含有第三弯月型透镜。

作为可选的技术方案，该第三透镜组包含有第三透镜，该第三透镜为双凸透镜。

作为可选的技术方案，该非远心投影镜头满足第一关系式：ft/fw≤1.2，其中ft为该非远心投影镜头于望远模式时的有效焦距，fw为该非远心投影镜头于广角模式时的有效焦距。

作为可选的技术方案，该非远心投影镜头满足第二关系式：ft/fw≥1.1。

作为可选的技术方案，该非远心投影镜头满足第三关系式：bfl/fw≧0.8，以及第四关系式：18厘米≦fw≦23厘米，其中bfl为该第二透镜组与该光阀间的间距。

作为可选的技术方案，该非远心投影镜头还包含有光栏，该光栏设置于该第一透镜组与该第二透镜组之间。

作为可选的技术方案，该第一弯月型透镜为该复数个球面透镜中最邻近该投影幕者。

作为可选的技术方案，该第一透镜组仅由该第一弯月型透镜所构成。

作为可选的技术方案，当该非远心投影镜头从广角模式向望远模式改变时，该第一透镜组朝向该第二透镜组移动。

作为可选的技术方案，该复数个球面透镜的数量为5个或者6个。

本发明的非远心投影镜头仅使用球面透镜，使得投影装置具有轻薄短小的特性，且由于球面透镜相较于非球面透镜具有较低的成本，因此本发明的投影装置可降低生产成本。又由于玻璃相较于塑胶具有较低的膨胀系数，因此由玻璃所构成的球面透镜相较于由塑胶所构成的球面透镜与非球面透镜更可避免因受到温度变化的影响所产生的脱膜或光学特性的变化，使得投影装置受到温度变化的影响可被降低，且在高温度变化下维持稳定的成像。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的投影装置的示意图；

图2为本发明第一实施例的投影装置的示意图；

图3为本发明第二实施例的投影装置的示意图。

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明的投影装置的示意图。如图1所示，投影装置100包括光阀(light valve)102以及非远心投影镜头104，投影装置100用于投射影像106至投影幕108上。其中，光阀102具有复数个像素单元，以用于提供影像106，即影像106于光阀102的位置处生成，光阀102可为一反射式显示面板或一数码微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不限于此。举例来说，投影装置100可藉由光源与照明透镜将光束照射于光阀102上，且透过光阀102上的微镜元件反射部分光束，使得所反射的光束具有影像106，但本发明并不限于此。另外，非远心投影镜头104包含有复数个球面透镜，设置于光阀102与投影幕108之间，以用于将光阀102所提供的影像106投射至投影幕108上，非远心投影镜头104具有光轴104a，而投射在投影幕108上的投影影像110的中心与光阀102的中心分别位在光轴104a的两侧。并且，非远心投影镜头104于望远模式时具有的有效焦距为ft，且于广角模式时具有的有效焦距为fw，使得非远心投影镜头104于望远模式时的有效焦距ft与于广角模式时的有效焦距fw的比值为非远心投影镜头104的变焦倍率(zoom ratio)ft/fw。本发明的非远心投影镜头104满足第一关系式：ft/fw≦1.2，较佳地，非远心投影镜头104还满足第二关系式：ft/fw≧1.1。再者，非远心投影镜头104具有后焦距bfl，且本发明的非远心投影镜头104满足第三关系式和第四关系式，其中，第三关系式为：bfl/fw≧0.8，第四关系式为：18厘米(mm)≦fw≦23厘米。

以下将进一步详细说明本发明的投影装置的实施方式。请参考图2，图2为本发明第一实施例的投影装置的示意图。如图2所示，非远心投影镜头104包含有光栏(aperture stop)112、第一透镜组114、第二透镜组116以及第三透镜组118，光栏112设置于第一透镜组114与第二透镜组116之间。于本实施例中，第一透镜组114由第一弯月型透镜(meniscus lens)L11所组成，且具有负折射率。第二透镜组116设置于第一透镜组114与光阀102之间，并具有正折射率及后焦距bfl(第二透镜组116与光阀102两者间的间距)，且第二透镜组116由第二弯月型透镜L12、第一透镜L14以及第二透镜L15所组成。第三透镜组118设置于第一透镜组114与第二透镜组116之间，并具有正折射率，且第三透镜组118由第三弯月型透镜L13与第三透镜L16所组成。并且，第一弯月型透镜L11、第二弯月型透镜L12、第一透镜L14、第二透镜L15、第三弯月型透镜L13以及第三透镜L16皆为球面透镜，因此非远心投影透镜104的球面透镜的数量为6个。球面透镜从邻近投影幕108的一侧至邻近光阀102的一侧的顺序依序为第一弯月型透镜L11、第三透镜L16、第三弯月型透镜L13、第一透镜L14、第二弯月型透镜L12以及第二透镜L15，其中第一弯月型透镜L11为球面透镜中最邻近投影幕108者，且光栏112位于第三弯月型透镜L13与第一透镜L14之间，而光栏112与第三弯月型透镜L13间的间距大于光栏112与第一透镜L14间的间距，但本发明不限于此。当非远心投影镜头104从广角模式向望远模式改变时，第一透镜组114朝向第二透镜组116与第三透镜组118移动，且第二透镜组116与第三透镜组118之间的配置关系并未改变，使第一透镜组114与第三透镜组118间的间距缩小，且第二透镜组116与光阀102间的间距增加。本实施例的投影装置100还包含透明保护基板120，例如：玻璃基板。透明保护基板120设置于光阀102与第二透镜组116之间，用以保护光阀102。并且，本实施例的光阀102的对角线长度可约为0.55英寸(inch)，但本发明不限于此。另外，本发明的非远心投影镜头的球面透镜数量并不限为6个，且第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组的透镜组合亦不限于上述。于本发明的其他实施例中，第一透镜组除了第一弯月型透镜之外亦可包含其他球面透镜，第二透镜组除了第二弯月型透镜、第一透镜与第二透镜之外亦可包含其他球面透镜，且第三透镜组除了第三弯月型透镜与第三透镜之外亦可包含其他球面透镜。

于本实施例中，第一弯月型透镜L11具有面对投影幕108的凸镜面S11与面对光阀102的凹镜面S12。第三透镜L16为双凸透镜，且具有面对投影幕108的凸镜面S13与面对光阀102的凸镜面S14。第三弯月型透镜L13具有面对投影幕108的凸镜面S15以及面对光阀102的凹镜面S16。第一透镜L14为双凹透镜，且具有面对投影幕108的凹镜面S17与面对光阀102的凹镜面S18。第二弯月型透镜L12具有面对投影幕108的凹镜面S19与面对光阀102的凸镜面S110。第二透镜L15为双凸透镜，且具有面对投影幕108的凸镜面S111与面对光阀102的凸镜面S112。透明保护基板120具有面对投影幕108的平镜面S113与面对光阀102的平镜面S114。本实施例的球面透镜由玻璃所构成，但不限于此，本发明的球面透镜亦可由其他透明材料所构成，例如：塑胶。当非远心投影镜头104处于广角模式时，球面透镜与透明保护基板120的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”的值代表对应于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间的间距。

表1

另外，当非远心投影镜头104分别处于广角模式与望远模式时，非远心投影镜头104的后焦距bfl与有效焦距列举于表2中，但本发明并不以此为限。由表2可知，本实施例的非远心投影镜头104于广角模式时的有效焦距fw为21.2厘米，满足第四关系式：18≦fw≦23，且非远心投影镜头104于望远模式时的有效焦距ft为23.32厘米，因此非远心投影镜头104的变焦倍率ft/fw=23.32/21.2，即为1.1，满足第一关系式与第二关系式(第一关系式：ft/fw≦1.2，第二关系式：ft/fw≧1.1)。再者，非远心投影镜头104于广角模式时的后焦距bfl为23.2厘米，由于此时bfl/fw=23.2/21.2，即约为1.09，因此非远心投影镜头104满足第三关系式：bfl/fw≧0.8。

值得注意的是，本实施例的非远心投影镜头104仅使用6个球面透镜，使得投影装置100具有轻薄短小的特性，且由于球面透镜相较于非球面透镜具有较低的成本，因此本实施例的投影装置100可有效降低成本。并且，由于玻璃相较于塑胶具有较低的膨胀系数，因此由玻璃所构成的球面透镜相较于由塑胶所构成的球面透镜与非球面透镜更可避免透镜因受到温度变化的影响所产生的脱膜或光学特性的变化，使得本实施例的投影装置100受到温度变化的影响可被降低，且在高温度变化下维持稳定的成像。另外，本实施例的非远心投影镜头104仅使用球面透镜即可具有达到1.1倍的变焦倍率、其后焦距bfl与广角模式时的有效焦距fw的比值大于或等于0.8以及其于广角模式时的有效焦距fw介于18厘米与23厘米之间的功效。

表2

模式	后焦距(mm)	有效焦距(mm)
			广角模式	23.2	21.2
望远模式	24.49	23.32

此外，当非远心投影镜头104从广角模式向望远模式改变时，第一弯月型透镜L11朝向第三透镜L16移动，且第三透镜L16、第三弯月型透镜L13、光栏112、第一透镜L14、第二弯月型透镜L12与第二透镜L15之间的配置关系并未改变。非远心投影镜头104于广角模式与望远模式时的第一弯月型透镜L11与第三透镜L16间的间距以及第二透镜L15与光阀102间的间距(即后焦距bfl)列举于表3中，但本发明并不以此为限。

表3

	广角模式(mm)	望远模式(mm)
			S12至S13间的间距	31.86012	25.576543
S112至光阀102间的间距	23.200163	24.487826

本发明的投影装置并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，然而为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，下文中使用相同标号标注相同元件，并不再对重复部分作赘述。

请参考图3，图3为本发明第二实施例的投影装置的示意图。如图3所示，相较于第一实施例，本实施例的投影装置200的非远心投影镜头202的球面透镜的数量仅为5个。并且，第一透镜组204由第一弯月型透镜L21所组成，且第一透镜组204具有负折射率。第二透镜组206设置于第一透镜组204与光阀102之间，并具有正折射率及后焦距bfl(第二透镜组206与光阀102间的间距)，且第二透镜组206由第二弯月型透镜L22、第一透镜L23以及第二透镜L24所构成。第三透镜组208设置于第一透镜组204与第二透镜组206之间，并具有正折射率。其中，值得一提的是，本实施例的第三透镜组208与第一实施例的第三透镜组118的差异在于，本实施例的第三透镜组208并未包含有弯月型透镜，而仅由第三透镜L25所构成。第一弯月型透镜L21、第二弯月型透镜L22、第一透镜L23、第二透镜L24以及第三透镜L25亦皆为球面透镜，且光栏112设置于第一透镜组204与第二透镜组206之间。球面透镜从邻近投影幕108的一侧至邻近光阀102的一侧的顺序依序为第一弯月型透镜L21、第三透镜L25、第一透镜L23、第二弯月型透镜L22以及第二透镜L24。本发明的非远心投影镜头的球面透镜数量亦不限为上述5个，且本发明的第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组的透镜组合亦不限于上述，而亦可包含其他球面透镜。

于本实施例中，第一弯月型透镜L21具有面对投影幕108的凸镜面S21与面对光阀102的凹镜面S22。第三透镜L25为双凸透镜，且具有面对投影幕108的凸镜面S23与面对光阀102的凸镜面S24。第一透镜L23为双凹透镜，且具有面对投影幕108的凹镜面S25与面对光阀102的凹镜面S26。第二弯月型透镜L22具有面对投影幕108的凹镜面S27与面对光阀102的凸镜面S28。第二透镜L24为双凸透镜，且具有面对投影幕108的凸镜面S29与面对光阀102的凸镜面S210。另外，透明保护基板120具有面对投影幕108的平镜面S211以及面对光阀102的平镜面S212。当非远心投影镜头202处于广角模式时，球面透镜与透明保护基板120的镜面的光学资料与配置关系列举于表4中，但本发明并不以此为限。于表4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4

另外，当非远心投影镜头202分别处于广角模式与望远模式时，非远心投影镜头202的后焦距bfl与有效焦距列举于表5中，但本发明并不以此为限。由表5可知，本实施例的非远心投影镜头202于广角模式时的有效焦距fw与于望远模式时的有效焦距ft与第一实施例相同，因此亦满足第一关系式：ft/fw≦1.2，与第二关系式：ft/fw≧1.1。再者，本实施例的非远心投影镜头202于广角模式时的后焦距bfl为26.288厘米，而此时的有效焦距fw为21.2，bfl/fw=26.288/21.2，即1.24，因此非远心投影镜头202满足第三关系式：bfl/fw≧0.8。

值得注意的是，相较第一实施例的非远心投影镜头104使用6个球面透镜，本实施例的非远心投影镜头202仅使用5个球面透镜，因此更可有效降低透镜成本。并且，本实施例的非远心投影镜头202亦可利用玻璃所构成的球面透镜来避免由塑胶所构成的非球面透镜因受到温度变化的影响所产生的脱膜或光学特性的变化，以及具有达到1.1倍的变焦倍率、其后焦距bfl与广角模式的有效焦距fw比值大于或等于0.8以及其广角模式的有效焦距fw介于18厘米与23厘米之间的功效。

表5

模式	后焦距(mm)	有效焦距(mm)
			广角模式	26.288	21.2
望远模式	27.655	23.32

此外，当本实施例的非远心投影镜头202从广角模式向望远模式改变时，第一弯月型透镜L21朝向第三透镜L25移动，且第三透镜L25、光栏112、第一透镜L23、第二弯月型透镜L22与第二透镜L24之间的配置关系并未改变。并且，本实施例的非远心投影镜头202于广角模式与望远模式时的第一弯月型透镜L21与第三透镜L25间的间距以及第二透镜L24与光阀102间的间距(即后焦距bfl)列举于表6中，但本发明并不以此为限。

表6

	广角模式(mm)	望远模式(mm)
			S22至S23间的间距	31.86012	15.896983
S210至光阀102间的间距	26.28834	27.655169

综上所述，本发明的非远心投影镜头仅使用由玻璃所构成的球面透镜，以避免由塑胶所构成的非球面透镜因受到温度变化的影响所产生的脱膜或光学特性的变化，使得投影装置受到温度变化的影响可被降低，且在高温度变化下维持稳定的成像。并且，本发明的非远心投影镜头仅使用个位数的球面透镜，使得投影装置可具有轻薄短小的特性，以降低成本，且还可满足第一、第二、第三与第四关系式。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种投影装置，用于投射影像至投影幕上，其特征在于该投影装置包含有：

光阀，用于提供该影像；以及

非远心投影镜头，包含有复数个球面透镜，该非远心投影镜头用于投射该影像，且该复数个球面透镜包含有：

第一透镜组，设置于该光阀与该投影幕之间，该第一透镜组具有负折射率，且该第一透镜组包含有第一弯月型透镜；以及

第二透镜组，设置于该第一透镜组与该光阀之间，该第二透镜组具有正折射率，且该第二透镜组包含有第二弯月型透镜，

该非远心投影镜头满足第一关系式：ft/fw≤1.2，其中ft为该非远心投影镜头于望远模式时的有效焦距，fw为该非远心投影镜头于广角模式时的有效焦距。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该第二透镜组还包含有第一透镜和第二透镜，该第二弯月型透镜位于该第一透镜与该第二透镜之间。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该复数个球面透镜还包含有第三透镜组，该第三透镜组设置于该第一透镜组与该第二透镜组之间，并具有正折射率。

4.根据权利要求3所述的投影装置，其特征在于：该第三透镜组包含有第三弯月型透镜。

5.根据权利要求3或4所述的投影装置，其特征在于：该第三透镜组包含有第三透镜，该第三透镜为双凸透镜。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该非远心投影镜头满足第二关系式：ft/fw≥1.1。

7.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于：该非远心投影镜头满足第三关系式：bfl/fw≧0.8，以及第四关系式：18厘米≦fw≦23厘米，其中bfl为该第二透镜组与该光阀间的间距。

8.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该非远心投影镜头还包含有光栏，该光栏设置于该第一透镜组与该第二透镜组之间。

9.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该第一弯月型透镜为该复数个球面透镜中最邻近该投影幕者。

10.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该第一透镜组仅由该第一弯月型透镜所构成。

11.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：当该非远心投影镜头从广角模式向望远模式改变时，该第一透镜组朝向该第二透镜组移动。

12.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该复数个球面透镜的数量为5个或者6个。