CN107678149A - 投影装置以及投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置以及投影镜头，其中，投影镜头包括具有负屈光度的第一透镜群以及具有正屈光度的第二透镜群。第一透镜群包括从屏幕端至光阀端依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，且屈光度分别为正、负、负、正。第二透镜群配置在第一透镜群与光阀端之间，且包括从屏幕端至光阀端依序排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，且屈光度分别为正、正、负、正。投影镜头于广角端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dw，投影镜头于望远端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dt，且2<dw/dt<5.5。本发明的投影镜头具有尺寸小、重量轻且光学品质良好等优点，应用此投影镜头的投影装置具有尺寸小、重量轻及良好的投影品质等优点。

Description

投影装置以及投影镜头

技术领域

本发明涉及一种投影装置与投影镜头。

背景技术

投影镜头的光学品质对投影装置的成像品质具有关键性的影响。就目前市场而言，投影镜头主要朝向小型化的设计趋势发展。在竞争激烈的市场中，如何在保有投影镜头的变焦功能的情况下，缩减投影镜头的重量及体积，且同时又能兼顾投影镜头的光学品质，便成为研发人员亟欲解决的问题之一。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种投影装置，其可具有尺寸小、重量轻及良好的成像品质等优点。

本发明提供一种投影镜头，其尺寸小、重量轻且光学品质良好。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种投影装置，其包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用于将照明光束转换为影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，且配置于屏幕端以及光阀端之间。投影镜头包括第一透镜群以及第二透镜群。第一透镜群具有负屈光度，且第一透镜群包括从屏幕端至光阀端依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的屈光度分别为正、负、负、正。第二透镜群具有正屈光度，且第二透镜群配置在第一透镜群与光阀端之间。第二透镜群包括从屏幕端至光阀端依序排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，且第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜的屈光度分别为正、正、负、正。投影镜头于广角端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dw，投影镜头于望远端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dt，且2<dw/dt<5.5。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种投影镜头用于配置于屏幕端以及光阀端之间。投影镜头包括第一透镜群以及第二透镜群。第一透镜群具有负屈光度，且第一透镜群包括从屏幕端至光阀端依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的屈光度分别为正、负、负、正。第二透镜群具有正屈光度，且第二透镜群配置在第一透镜群与光阀端之间。第二透镜群包括从屏幕端至光阀端依序排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，且第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜的屈光度分别为正、正、负、正。投影镜头于广角端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dw，投影镜头于望远端时第一透镜群与第二透镜群的间距为dt，且2<dw/dt<5.5。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的上述实施例中，投影镜头可藉由第一透镜群以及第二透镜群进行调焦及/或变焦，还可修正像差。因此，投影镜头可具有尺寸小、重量轻且光学品质良好等优点，且应用此投影镜头的投影装置可具有尺寸小、重量轻及良好的成像品质等优点。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B分别是依照本发明一实施例的一种投影装置在广角端(wide-end)及望远端(tele-end)的示意图。

图1C及图1D分别是依照本发明另一实施例的一种投影装置在广角端及望远端的示意图。

图2A与图2B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的绕射调制转换函数(diffraction modulation transfer function)曲线图。

图3A与图3B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的纵向球差(longitudinal spherical aberration)图。

图4A与图4C分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的像散场曲(field curvature)图。

图4B与图4D分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的畸变(distortion)图。

图5A与图5B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的横向光线扇形(ray fan)图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A及图1B分别是依照本发明一实施例的一种投影装置在广角端(wide-end)及望远端(tele-end)的示意图，所谓广角端与望远端是指同一投影镜头中，将焦距调整到最短与最长的状况。请参照图1A及图1B，投影装置100包括照明系统110、光阀120以及投影镜头130。照明系统110用于提供照明光束B1，且照明系统110可以是任何用于提供照明光束B1至光阀120的光学系统。光阀120配置于照明光束B1的传递路径上，且光阀120用于将照明光束B1转换为影像光束B2。举例而言，光阀120可以是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-Crystal-On-Silicon panel,LCOS panel)或其他适当的空间光调变器(Spatial Light Modulator,SLM)。投影镜头130配置于影像光束B2的传递路径上，且配置于屏幕端X1以及光阀端X2之间。在本实施例中，投影镜头130用于接收来自光阀120的影像光束B2，以进一步将影像光束B2投射于屏幕SC、墙壁或是其他可成像的物件上。在本实施例中，屏幕端X1以屏幕SC的位置界定之，而光阀端X2以光阀120的位置界定之。

投影镜头130包括第一透镜群G1以及第二透镜群G2。第一透镜群G1具有负屈光度，且第一透镜群G1包括从屏幕端X1至光阀端X2依序排列的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4的屈光度分别为正、负、负、正。第二透镜群G2具有正屈光度，且第二透镜群G2配置在第一透镜群G1与光阀端X2之间。第二透镜群G2包括从屏幕端X1至光阀端X2依序排列的第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8。第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8的屈光度分别为正、正、负、正。

在本实施例中，第一透镜L1具有一凸面(表面S1)，且此凸面面向屏幕端X1。在本实施例中，第二透镜L2具有一凹面(表面S4)，且此凹面面向光阀端X2。在本实施例中，第三透镜L3为双凹透镜。在本实施例中，第四透镜L4具有一凸面(表面S7)，且此凸面面向屏幕端X1。在本实施例中，第五透镜L5为双凸透镜，第六透镜L6为双凸透镜，且第七透镜L7为双凹透镜。在本实施例中，第八透镜L8具有一凸面(表面S16)，且此凸面面向光阀端X2。

在本实施例中，第八透镜L8面向屏幕端X1的表面S15例如为凹面，本发明不限于此。然而，在其他未示出的实施例中，第八透镜L8面向屏幕端X1的表面S15也可以是凸面，即第八透镜L8可为双凸透镜，本发明不限于此。此外，在本实施例中，第一透镜L1面向光阀端X2的表面S2例如为凹面，本发明不限于此。在本实施例中，第二透镜L2面向屏幕端X1的表面S3例如为凸面，本发明不限于此。在本实施例中，第四透镜L4面向光阀端X2的表面S8例如为凹面，本发明不限于此。

在本实施例的投影镜头130中，第一透镜L1最靠近屏幕端X1。在本实施例中，第一透镜L1为球面透镜，因此有助于降低投影镜头130的制作成本。另一方面，在本实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7可皆为球面透镜，以进一步降低投影镜头130整体的制作成本。

此外，在本实施例的投影镜头130中，第八透镜L8最靠近光阀端X2。藉由第八透镜L8为非球面透镜，除了有助于修正像差(如球面像差、彗形像差、像散场曲或畸变等)之外，还有助于缩减第八透镜L8的直径，从而可缩减投影镜头130的重量、体积及制作成本。然而在其他实施例中，第八透镜L8也可以是球面透镜，以降低投影镜头130整体的制作成本，本发明并不限于此。

在本实施例中，第六透镜L6与第七透镜L7可形成双胶合镜片。如此，除了有助于修正像差之外，还有助于缩减第二透镜群G2的总长度，从而可进一步缩减投影镜头130的体积。

在本实施例的投影镜头130中，第一透镜群G1中相邻两透镜之间的距离为定值，且第二透镜群G2中相邻两透镜之间的距离为定值，亦即本实施例的每一透镜群中任两相邻的透镜之间的距离不随投影镜头130的焦距的改变而变化。具体而言，在本实施例的第一透镜群G1中，第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离是固定的，第二透镜L2与第三透镜L3之间的距离是固定的，且第三透镜L3与第四透镜L4之间的距离是固定的。在本实施例的第二透镜群G2中，第五透镜L5与第六透镜L6之间的距离是固定的，以此类推。上述距离是指在投影镜头130的光轴A上，两相邻透镜中心之间的直线距离。

另一方面，在本实施例中，第一透镜群G1与屏幕SC之间的距离D1例如是可变的，但本发明并不限于此。此外，本实施例的第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离D2以及第二透镜群G2与光阀120之间的距离D3是可变的。具体地，在本实施例中，第一透镜群G1及/或第二透镜群G2用于在屏幕端X1与光阀端X2之间移动，以使投影镜头130可在图1A中的广角端与图1B中的望远端之间做切换，而进行调焦(focus)及/或变焦(zoom)。举例而言，当投影镜头130于广角端时，第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离D2例如是14.2毫米，而第二透镜群G2与光阀120之间的距离D3例如是22.3毫米，本发明并不限于此。再举例而言，当投影镜头130于望远端时，第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离D2例如是3.6毫米，而第二透镜群G2与光阀120之间的距离D3例如是25.8毫米，本发明并不限于此。具体而言，在本实施例中，第二透镜群G2为变焦群，且第一透镜群G1为对焦群。在本实施例中，当屏幕SC与影像源(例如是光阀120所在位置)的距离固定不变时，可使第二透镜群G2相对于影像源移动以改变投影画面的大小(亦即达到变焦的效果)。另外，在本实施例中，第一透镜群G1移动可进行投影镜头130的调焦动作。

在本实施例中，投影镜头130于广角端时第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离D2为dw，投影镜头130于望远端时第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离D2为dt，且2<dw/dt<5.5。具体而言，当dw/dt>2时，则投影镜头130可以实现较高的变焦比例。举例而言，投影镜头130的变焦比例例如可达到1.3倍。另一方面，当dw/dt<5.5时，则投影镜头130的镜头总长(total track)不会过长，且有助于缩小化第一透镜群G1的透镜体积，使得投影镜头130可以兼具小体积以及良好的成本效益。进一步而言，在一些实施例中，为了使得上述的效益更为显著，投影镜头130更可以例如是符合2.8<dw/dt<4.7，本发明并不限于此。

在一些实施例中，可以藉由适当的机构设置，使投影镜头130的第一透镜群G1与第二透镜群G2连动，以实现真实变焦(true zoom)。具体而言，在这些实施例中，投影镜头130在广角端及望远端之间作切换时，同时可调整第一透镜群G1与第二透镜群G2的位置，因而可以不用额外进行对焦的步骤，便可调整画面的清晰度。也就是说，在可实现真实变焦的实施例中，当第二透镜群G2移动时，第一透镜群G1也随之作补偿式的移动，以确保投影镜头130在变焦过程中，屏幕SC上的影像画面都能够保持清晰，本发明并不限于此。然而在其他实施例中，投影镜头130也可以设计为非真实变焦，即第一透镜群G1与第二透镜群G2可不进行连动，本发明并不限于此。

在本实施例中，投影镜头130可进一步包括孔径光阑AS，且孔径光阑AS位于第七透镜L7与第八透镜L8之间。然而，本发明并不限制孔径光阑的位置。举例来说，在其他实施例中，请参考图1C与图1D所示的投影装置100A，投影镜头130A中的孔径光阑AS也可以位于第五透镜L5与第六透镜L6之间，但本发明仍不限于此。除此之外，在本实施例中，第二透镜群G2与光阀120之间可设置玻璃盖(cover glass)140，以保护光阀120。

由上述可知，藉由第一透镜群G1以及第二透镜群G2，本实施例调整投影镜头130的焦距以及修正像差(如球面像差、彗形像差、像散场曲或畸变等)，进而使投影镜头130可具有尺寸小、重量轻且光学品质良好等优点。如此一来，应用此投影镜头130的投影装置100可具有轻薄尺寸与良好的投影品质等优点。

以下内容将举出投影镜头130的一实施例。需注意的是，以下内容所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的改动，但其仍应属于本发明的范畴内。

表一

请参照图1A及表一，表一中列出第一透镜L1至第八透镜L8以及玻璃盖140的表面。具体而言，表面S1为第一透镜L1面向屏幕端X1的表面，而表面S2为第一透镜L1面向光阀端X2的表面，表面S14为孔径光阑AS所在平面，而表面S19为光阀120面向屏幕端X1的表面，以此类推。另外，表一中的距离是指于光轴A上两相邻表面之间的直线距离。具体而言，对应表面S1的距离，即于光轴A上表面S1至表面S2之间的直线距离；而对应表面S2的间距，即于光轴A上表面S2至表面S3之间的直线距离，以此类推。此外，表一中的表面的曲率半径为无限大(∞)是指所述表面为平面。

在本实施例中，第八透镜L8可为非球面透镜。非球面透镜的公式如下所示：

上式中，X为光轴A方向的偏移量(sag)。R是密切球面(osculating sphere)的半径，也就是接近光轴A处的曲率半径(如表一所列的曲率半径)。k是二次曲面系数(conic)，本实施例的k例如为0，但本发明不限于此。Y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。系数A₂、A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄为非球面系数(aspheric coefficient)。在本实施例中，系数A₂为0。以下表二举例说明第八透镜L8为非球面透镜时的表面S15、S16的A₄、A₆、A₈、A₁₀参数值。

表二

图2A与图2B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的绕射调制转换函数(diffraction modulation transfer function)曲线图。图3A与图3B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的纵向球差(longitudinal sphericalaberration)图，且图3A与图3B为投影装置100于最大场(maximum field)为10毫米的条件下的模拟结果。另外，图4A与图4C分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的像散场曲(field curvature)图。图4B与图4D分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的畸变(distortion)图。图5A与图5B分别为图1A与图1B实施例的投影装置于广角端与望远端的横向光线扇形(ray fan)图。在本实施例中，图3A至图5B的图形例如是以波长为620奈米、550奈米及460奈米的光所模拟出的图形。图2A至图5B所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的投影镜头130能够达到良好的光学品质。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的上述实施例中，投影镜头可藉由第一透镜群以及第二透镜群进行调焦及/或变焦，还可修正像差。因此，投影镜头可具有尺寸小、重量轻且光学品质良好等优点，且应用此投影镜头的投影装置可具有尺寸小、重量轻及良好的投影品质等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

【符号说明】

100、100A：投影装置

110：照明系统

120：光阀

130、130A：投影镜头

140：玻璃盖

A：光轴

AS：孔径光阑

B1：照明光束

B2：影像光束

D1、D2、D3：距离

G1：第一透镜群

G2：第二透镜群

L1：第一透镜

L2：第二透镜

L3：第三透镜

L4：第四透镜

L5：第五透镜

L6：第六透镜

L7：第七透镜

L8：第八透镜

S1～S19：表面

SC：屏幕

X1：屏幕端

X2：光阀端

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中

所述照明系统用于提供照明光束；

所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用于将所述照明光束转换为影像光束；以及

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，且配置于屏幕端以及光阀端之间，所述投影镜头包括第一透镜群和第二透镜群，其中，

所述第一透镜群具有负屈光度，所述第一透镜群包括从所述屏幕端至所述光阀端依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜的屈光度分别为正、负、负、正；以及

所述第二透镜群具有正屈光度，所述第二透镜群配置在所述第一透镜群与所述光阀端之间，且包括从所述屏幕端至所述光阀端依序排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜的屈光度分别为正、正、负、正，其中所述投影镜头于广角端时所述第一透镜群与所述第二透镜群的间距为dw，所述投影镜头于望远端时所述第一透镜群与所述第二透镜群的间距为dt，且2<dw/dt<5.5。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影镜头还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第七透镜与所述第八透镜之间或是位于所述第五透镜与所述第六透镜之间。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述第一透镜具有第一凸面，且所述第一凸面面向所述屏幕端，所述第二透镜具有凹面，且所述凹面面向所述光阀端，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜具有第二凸面，且所述第二凸面面向所述屏幕端，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凹透镜，所述第八透镜具有第三凸面，且所述第三凸面面向所述光阀端。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜为球面透镜，且所述第八透镜为非球面透镜或球面透镜。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述第六透镜与所述第七透镜形成双胶合镜片。

6.一种投影镜头，用于配置于屏幕端以及光阀端之间，其特征在于，所述投影镜头包括：

第一透镜群，具有负屈光度，所述第一透镜群包括从所述屏幕端至所述光阀端依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜的屈光度分别为正、负、负、正；以及

第二透镜群，具有正屈光度，所述第二透镜群配置在所述第一透镜群与所述光阀端之间，且包括从所述屏幕端至所述光阀端依序排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜的屈光度分别为正、正、负、正，其中所述投影镜头于广角端时所述第一透镜群与所述第二透镜群的间距为dw，所述投影镜头于望远端时所述第一透镜群与所述第二透镜群的间距为dt，且2<dw/dt<5.5。

7.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第七透镜与所述第八透镜之间或是位于所述第五透镜与所述第六透镜之间。

8.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜具有第一凸面，且所述第一凸面面向所述屏幕端，所述第二透镜具有凹面，且所述凹面面向所述光阀端，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜具有第二凸面，且所述第二凸面面向所述屏幕端，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凹透镜，所述第八透镜具有第三凸面，且所述第三凸面面向所述光阀端。

9.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜为球面透镜，且所述第八透镜为非球面透镜或球面透镜。

10.如权利要求6所述的投影镜头，其特征在于，所述第六透镜与所述第七透镜形成双胶合镜片。