CN105158883B - 投影镜头及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影镜头及投影装置，投影镜头应用在投影装置的影像投影上，投影装置用来投射影像至屏幕且包含成像单元，投影镜头包含第一透镜组及第二透镜组。第一透镜组具有负屈光度，第一透镜组邻近屏幕且具有第一透镜，第一透镜具有第一负屈光度。第二透镜组具有正屈光度，第二透镜组邻近成像单元且包含第二透镜，第二透镜具有第二负屈光度。第一透镜的阿贝数为V_d1，第二透镜的阿贝数为V_d2，且0.4≦V_d2/V_d1≦1.2，V_d1＜50，借以有效地修正影像畸变以及消除横向色像差。

Description

投影镜头及投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影镜头及具有该投影镜头的投影装置，尤指一种具有短焦投影功能的投影镜头及具有该投影镜头的投影装置。

背景技术

随着科技的进步，投影机常用来在会议简报中展示影像资料。为了配合会议室的场地大小，超短焦的投影镜头以其便于携带及调焦便利的优点逐渐成为市场主流。常见的短焦投影镜头设计采用以五片镜片组成二群变倍透镜群的配置，其中相对靠近投影屏幕的第一透镜群具有负屈光度以用来发散光线，且相对远离投影屏幕的第二透镜群具有正屈光度以收敛光线，但此设计通常使用高价位的非球面透镜以消除横向色像差(Lateral ColorAberration)，故导致短焦投影镜头的制造成本居高不下。

因此，有必要设计一种新型的投影镜头及其投影装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有短焦投影功能的投影镜头及其投影装置，在有效修正影像畸变以及消除横向色像差的同时，还能满足产品的价格及量产优势。

为达到上述目的，本发明提供了一种投影镜头，包含：

投影镜头，应用在投影装置的影像投影上，该投影装置用来投射影像至屏幕，且该投影装置包含成像单元，该投影镜头包含：

第一透镜组，具有负屈光度，该第一透镜组邻近该屏幕且具有第一透镜，该第一透镜具有第一负屈光度；以及

第二透镜组，具有正屈光度，该第二透镜组邻近该成像单元且包含第二透镜，该第二透镜具有第二负屈光度；

其中，该第一透镜的阿贝数为V_d1，该第二透镜的阿贝数为V_d2，且0.4≦V_d2/V_d1≦1.2，V_d1＜50。

较佳的，该第二透镜的折射系数大于等于1.64且小于等于1.87，该第二透镜的阿贝数大于等于20且小于等于35。

较佳的，该第二透镜由重火石玻璃材质所组成。

较佳的，该第二透镜组还包含第三透镜、第四透镜，以及第五透镜，该第三透镜以及该第四透镜位于该第一透镜以及该第二透镜之间，该第五透镜位于该成像单元以及该第二透镜之间，该第一透镜至该第三透镜的距离为d₁，该第五透镜至该成像单元的距离为d_bf1，且d_bf1/d₁≦1，d_bf1≧20mm。

较佳的，该第五透镜为非球面透镜。

较佳的，该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜，以及该第五透镜的焦距均大于该第一透镜的焦距。

较佳的，该第一透镜的焦距为f1，该第二透镜的焦距为f2，且0.2≦∣f2∣/∣f1∣≦0.5。

为达上述目的，本发明还提供一种投影装置，用来投射影像至屏幕，该投影装置包含：

光源，用来提供光线；

成像单元，用来接收该光线；以及

投影镜头，设置于该成像单元与该屏幕之间以用来投射该光线至该屏幕，该投影镜头包含：

第一透镜组，具有负屈光度，该第一透镜组邻近该屏幕且具有第一透镜，该第一透镜具有第一负屈光度；以及

第二透镜组，具有正屈光度，该第二透镜组邻近该成像单元且包含第二透镜，该第二透镜具有第二负屈光度；

其中，该第一透镜的阿贝数为V_d1，该第二透镜的阿贝数为V_d2，且0.4≦V_d2/V_d1≦1.2，V_d1＜50。

较佳的，该第二透镜的折射系数大于等于1.64且小于等于1.87，该第二透镜的阿贝数大于等于20且小于等于35。

较佳的，该第二透镜由重火石玻璃材质所组成。

较佳的，该第二透镜组还包含第三透镜、第四透镜，以及第五透镜，该第三透镜以及该第四透镜位于该第一透镜以及该第二透镜之间，该第五透镜位于该成像单元以及该第二透镜之间，该第一透镜至该第三透镜的距离为d₁，该第五透镜至该成像单元的距离为d_bf1，且d_bf1/d₁≦1，d_bf1≧20mm。

较佳的，该第五透镜为非球面透镜。

较佳的，该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜，以及该第五透镜的焦距均大于该第一透镜的焦距。

较佳的，该第一透镜的焦距为f₁，该第二透镜的焦距为f₂，且0.2≦∣f₂∣/∣f₁∣≦0.5。

与现有技术相比，本发明采用负屈光度的第一透镜组内具有负屈光度的第一透镜与正屈光度的第二透镜组内包含负屈光度的第二透镜的透镜配置，以及采用第一透镜的阿贝数V_d1小于50且第一透镜的阿贝数V_d1与第二透镜的阿贝数V_d2的比例值为0.4至1.2(即0.4≦V_d2/V_d1≦1.2)的设计，如此即可有效地修正影像畸变以及消除横向色像差，从而提高投影装置的成像质量以及降低投影镜头的透镜数量，以满足产品的价格及量产优势。

附图说明

图1为本发明实施例所提出的投影装置的示意图。

图2为图1的投影镜头的结构示意图。

图3为图2的投影镜头的像场弯曲及成像畸变模拟图。

图4为图2的投影镜头的横向色像差模拟图。

图5为图2的投影镜头的调制转换函数模拟图。

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。

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。

请参阅图1，其为本发明实施例所提出的投影装置10的示意图。如图1所示，投影装置10用来投射影像到屏幕12以展示影像资料，投影装置10包含光源14、成像单元16、投影镜头18、滤光单元20以及反射元件22。光源14输出光线，滤光单元20接收光线并将光线滤光成多个色光，经过滤光单元20处理后的光线被反射元件22反射而由成像单元16所接收。成像单元16接收来自反射元件22的多个色光并传递到投影镜头18。投影镜头18设置在成像单元16与屏幕12之间，将来自成像单元16的光线投射到屏幕12上。在数位光学处理(DigitalLight Processing,DLP)投影机中，滤光单元20为色轮，成像单元16为数位微型反射镜(Digital Micromirror Device,DMD)，反射元件22为凹面镜。在液晶投影机中，滤光单元20是滤光片，反射元件22是反射镜面，且成像单元16是液晶面板。

请参阅图2，为图1中投影镜头18的结构示意图。如图2所示，投影镜头18包含第一透镜组24以及第二透镜组26，第一透镜组24相对邻近屏幕12，第二透镜组26相对邻近成像单元16，其中第一透镜组24具有负屈光度以用来发散光线。第二透镜组26具有正屈光度以用来聚合光线。由图2可知，第一透镜组24具有第一透镜28，第一透镜28具有负屈光度而可为弯月型负透镜，第二透镜组26包含第二透镜30，第二透镜30具有负屈光度而可为双凹负透镜，在此实施例中，第一透镜28的阿贝数为V_d1，第二透镜30的阿贝数为V_d2，且0.4≦V_d2/V_d1≦1.2，V_d1＜50，借以有效地修正影像畸变(Distortion)以及消除横向色像差。在实际应用中，第二透镜30的折射系数较佳地大于等于1.64且小于等于1.87，第二透镜30的阿贝数V_d2较佳地大于等于20且小于等于35，更进一步地，第二透镜30可较佳地由具有高折射率与高色散系数的重火石玻璃(heavy flint-glass)材质所组成。

除此之外，由图2可知，第二透镜组26还包含第三透镜32、第四透镜34，以及第五透镜36，第三透镜32以及第四透镜34位于第一透镜28以及第二透镜30之间，第五透镜36位于成像单元16以及第二透镜30之间。在此实施例中，最靠近成像单元16的第五透镜36可较佳为由玻璃材质所组成的非球面透镜，以符合耐高温以及可进一步地消除色像差的实际需求，但不以此为限，具体由设计人员视设计需求而定。即，在本发明实施例中，投影镜头18仅由五片两群的透镜组所建构而成，其中只包含了一片弯月型负透镜(即第一透镜28)、一片双凹负透镜(即第二透镜30)，以及三片具有正屈光度的正透镜(即第三透镜32、第四透镜34，以及第五透镜36)。表一列举了投影镜头18的各透镜的较佳参数值。于表一中，“距离”的值代表对应此列的表面至下一列的表面的间距，即此列镜面与下一列镜面的间距，且表面S7代表投影镜头18的光圈19的所在位置，表面S12代表成像单元16的所在位置。

表一

为了兼顾投影镜头18的制作成本与结构设计，本发明可较佳地将投影镜头18与成像单元16的距离比例以及第一透镜组24与第二透镜组26内的透镜焦距比例分别限定在特定数值范围内，但不此为限。举例来说，第一透镜28至第三透镜32的距离为d₁(实质上可视为投影镜头18的前焦)，第五透镜36至成像单元16的距离为d_bf1(实质上可视为投影镜头18的后焦)，第一透镜28的焦距为f1，第二透镜30的焦距为f2，则在此实施例中，d_bf1/d₁≦1，d_bf1≧20mm，更进一步地，0.2≦∣f2∣/∣f1∣≦0.5。也就是说，在实际应用中，若是投影镜头18与成像单元16的距离比例大于上限(即d_bf1/d₁>1)，会导致投影镜头18的总长度较短，投影镜头18的后焦d_bf1相对应过长且需较多元件控制色像差，如此不但会提高投影镜头18的设计与制作成本，同时也会造成第一透镜组24以及第二透镜组26配置过近而容易在调焦过程产生结构干涉而损坏，反之，当投影镜头18与成像单元16的距离比例符合上述限制(即d_bf1/d₁≦1，d_bf1≧20mm，0.2≦∣f2∣/∣f1∣≦0.5)时，投影镜头18的总长度与投影镜头18的后焦d_bf1可被控制在适当范围内，从而确实地避免投影镜头18与投影装置10的其他元件(如成像单元16等)干涉的情况发生，并且可有效地降低投影镜头18的设计与制作成本。需注意的是，由表一可知，在考虑焦距的正负性的情况下，第二透镜30、第三透镜32、第四透镜34，以及第五透镜36的焦距均大于第一透镜28的焦距；另一方面，若是在取绝对值的前提下，第二透镜30具有最小的焦距绝对值，也就是说，在此实施例中，相较于第一透镜28、第三透镜32、第四透镜34，以及第五透镜36，距离光圈19最近的第二透镜30可具有相对最高的屈光能力而产生进一步消除横向色像差的功效。

请参阅图3至图5，图3为图2中投影镜头18的像场弯曲(field curvature)及成像畸变(distortion)模拟图，图4为图2中投影镜头18的横向色像差模拟图，图5为图2中投影镜头18的调制转换函数(modulation transfer function,MTF)模拟图。从上述图式分析可知，本发明投影镜头18在成像畸变、像场弯曲与横向色像差等方面取得良好的控制，根据调制转换函数模拟图可得知本发明的投影镜头18在反差对比度及锐利度都有极佳的表现。

综上所述，本发明采用负屈光度的第一透镜组内具有负屈光度的第一透镜与正屈光度的第二透镜组内包含负屈光度的第二透镜的透镜配置，以及采用第一透镜的阿贝数V_d1小于50且第一透镜的阿贝数V_d1与第二透镜的阿贝数V_d2的比例值为0.4至1.2(即0.4≦V_d2/V_d1≦1.2)的设计，如此即可有效地修正影像畸变以及消除横向色像差，从而提高投影装置的成像质量以及降低投影镜头的透镜数量，以满足产品的价格及量产优势。

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 (9)

1.一种投影镜头，其特征在于，包含：投影镜头，应用在投影装置的影像投影上，该投影装置用来投射影像至屏幕，且该投影装置包含成像单元，该投影镜头包含：

第一透镜组，具有负屈光度，该第一透镜组邻近该屏幕且具有第一透镜，该第一透镜具有第一负屈光度；以及

第二透镜组，具有正屈光度，该第二透镜组邻近该成像单元且包含第二透镜，该第二透镜具有第二负屈光度；

第五透镜，该第五透镜位于该成像单元以及该第二透镜之间，该第五透镜为非球面透镜；

其中，该第一透镜的阿贝数为V_d1，第一透镜的折射率等于1.546538，该第二透镜的阿贝数为V_d2，且0.4≦V_d2/V_d1≦1.2，V_d1＜50。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第二透镜的折射系数大于等于1.64且小于等于1.87，该第二透镜的阿贝数大于等于20且小于等于35。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第二透镜由重火石玻璃材质所组成。

4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第二透镜组还包含第三透镜、第四透镜以及第五透镜，该第三透镜以及该第四透镜位于该第一透镜以及该第二透镜之间，该第五透镜位于该成像单元以及该第二透镜之间，该第一透镜至该第三透镜的距离为d₁，该第五透镜至该成像单元的距离为d_bf1，且d_bf1/d₁≦1，d_bf1≧20mm。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第二透镜组还包含第三透镜和第四透镜，该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜以及该第五透镜的焦距均大于该第一透镜的焦距。

6.如权利要求1至5任一项所述的投影镜头，其特征在于，该第一透镜的焦距为f₁，该第二透镜的焦距为f₂，且0.2≦∣f₂∣/∣f₁∣≦0.5。

7.一种投影装置，用来投射影像至屏幕，其特征在于，该投影装置包含：

光源，用来提供光线；

如权利要求1-6中任意一项所述的投影镜头；以及

该成像单元，用来接收该光线，该投影镜头设置于该成像单元与该屏幕之间以用来投射该光线至该屏幕。

8.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该第一透镜的焦距为f₁，该第二透镜的焦距为f₂，且0.2≦∣f₂∣/∣f₁∣≦0.5。

9.如权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该投影装置为数位光学处理投影机或液晶投影机。