CN110737069A - 投影系统 - Google Patents

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CN110737069A CN201810802263.2A CN201810802263A CN110737069A CN 110737069 A CN110737069 A CN 110737069A CN 201810802263 A CN201810802263 A CN 201810802263A CN 110737069 A CN110737069 A CN 110737069A
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Abstract

一种投影系统，包括：一可独立成像的长焦镜头，其焦距介于70mm～300mm；一可独立成像的短焦镜头，其焦距介于3mm～8mm，并与长焦镜头设有一光轴；以及至少一反射元件，其改变光轴方向；借此，当长焦镜头成像后，则短焦镜头再将其成像至预定处。

Description

投影系统
技术领域
本发明是有关一种投影系统，尤指一种以短焦镜头与长焦镜头的相互配合，使投影系统可进行超短焦投影至屏幕。
背景技术
投影机是随着科技的进步，而不断创新，从一般焦距投影机至短焦距投影机，亦显示出投影机在市场上的价值，其应用广泛，包括多媒体信息简报系统、投影电视、家庭电影院、视讯会议等领域的产品，然而近几年，短焦投影机市场则以应用于教育市场及推广现代小坪数家庭使用。
次者，投影镜头为了投影成像品质，而投影镜头的焦距越长，但其视场角较小，反之，投影镜头的焦距越短，但其视场角较大，以致光学原理产生的畸变也就越强烈，故短焦投影机在缩短的投影距离时，并不能保证投影成像质量。但查，如何在缩短的投影距离时，也能兼顾投影成像品質，使投影配置调整到最佳化，亦为本发明所欲解決的课题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种投影系统，其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而在缩短的投影距离时，也能兼顾投影成像品质的功效；其长焦镜头与短焦镜头之间借由反射元件来改变光轴方向，将此投影系统配置调整到最佳化的功效；其以机壳组装长焦镜头、反射元件及短焦镜头，进而具有光机整合的功效。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种投影系统，包括：一可独立成像的长焦镜头，其焦距介于70mm～300mm；一可独立成像的短焦镜头，其焦距介于3mm～8mm，并与该长焦镜头设有一光轴；以及至少一反射元件，其改变该光轴方向；借此，当该长焦镜头成像后，则该短焦镜头再将该成像至预定处。
依据前揭特征，该光轴经由该反射元件转折后，令该光轴夹角≤90度。
依据前揭特征，该短焦镜头包括一该短焦镜头的第一透镜至一该短焦镜头的最后透镜，该短焦镜头的第一透镜与该短焦镜头的最后透镜皆为非球面透镜。
依据前揭特征，该短焦镜头的第一透镜与该短焦镜头的最后透镜之间包括一该短焦镜头的第二透镜、一该短焦镜头的第三透镜、一该短焦镜头的第四透镜及一该短焦镜头的第五透镜，而该短焦镜头的第一透镜、该短焦镜头的第二透镜、该短焦镜头的第三透镜、该短焦镜头的第四透镜、该短焦镜头的第五透镜及该短焦镜头的最后透镜的表面的半径、厚度、折射率及阿贝数，依据：
Figure BDA0001736848040000021
依据前揭特征，该长焦镜头包括一长焦镜头光圈、至少一第一胶合透镜及至少一第二胶合透镜，该第一胶合透镜与该第二胶合透镜依序位于该长焦镜头光圈的后端。
依据前揭特征，该长焦镜头光圈的前端依序设有一该长焦镜头的第一透镜与一该长焦镜头的第二透镜，且该第一胶合透镜包括一该长焦镜头的第三透镜及一该长焦镜头的第四透镜与该第二胶合透镜包括一该长焦镜头的第五透镜、一该长焦镜头的第六透镜及一该长焦镜头的第七透镜，该第二胶合透镜的后方设有一第三胶合透镜，该第三胶合透镜包括一该长焦镜头的第八透镜、一该长焦镜头的第九透镜及一该长焦镜头的第十透镜，该第三胶合透镜的后方设有一该长焦镜头的第十一透镜，而该长焦镜头的第一透镜、该长焦镜头的第二透镜、该长焦镜头的第三透镜、该长焦镜头的第四透镜、该长焦镜头的第五透镜、该长焦镜头的第六透镜、该长焦镜头的该第七透镜、该长焦镜头的该第八透镜、该长焦镜头的第九透镜、该长焦镜头的第十透镜及该长焦镜头的第十一透镜的表面的半径、厚度、折射率及阿贝数，依据：
Figure BDA0001736848040000031
依据前揭特征，该短焦镜头的最大视场角≥130度。
依据前揭特征，该长焦镜头的焦比介于1.7～2.0。
依据前揭特征，还包括一影像显示器，结合该投影系统，使该影像显示器经由该长焦镜头成像后，而可做为该短焦镜头的新影像源。
依据前揭特征，该长焦镜头的放大倍率介于1.5～2.5。
依据前揭特征，该反射元件依该影像显示器的长边方向转折，或该反射元件依该影像显示器的短边方向转折。
借助上揭技术手段，本发明以该短焦镜头与该长焦镜头的相互配合，进而在缩短的投影距离时，也能兼顾投影成像品质的功效，并以该长焦镜头与该短焦镜头之间借由该反射元件来改变该光轴方向，将该投影系统配置调整到最佳化的功效，可配合以一机壳组装该长焦镜头、该反射元件及该短焦镜头，进而具有光机整合的功效，因此，适用于超短焦投影机。
本发明的有益效果是，其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而在缩短的投影距离时，也能兼顾投影成像品质的功效；其长焦镜头与短焦镜头之间借由反射元件来改变光轴方向，将此投影系统配置调整到最佳化的功效；其以机壳组装长焦镜头、反射元件及短焦镜头，进而具有光机整合的功效。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1A是本发明短焦镜头的透镜配置示意图。
图1B是本发明短焦镜头的光线路径示意图。
图2A是本发明长焦镜头的透镜配置示意图。
图2B是本发明长焦镜头的光线路径示意图。
图3A是本发明投影系统的透镜配置示意图。
图3B是本发明投影系统的光线路径示意图。
图4是本发明投影系统投影的剖面俯视图。
图5A是本发明投影系统投影的立体示意图。
图5B是本发明投影系统的外观示意图。
图6A是本发明成像面呈现0.5840mm像高的横向光线扇形图。
图6B是本发明成像面呈现1.6500mm像高的横向光线扇形图。
图6C是本发明成像面呈现3.2990mm像高的横向光线扇形图。
图6D是本发明成像面呈现4.9490mm像高的横向光线扇形图。
图6E是本发明成像面呈现6.5990mm像高的横向光线扇形图。
图6F是本发明成像面呈现8.2490mm像高的横向光线扇形图。
图7是本发明投影系统的场曲图。
图8是本发明投影系统的畸变图。
图9是本发明投影系统的横向色差图。
图10是本发明投影系统的纵向像差图。
图中标号说明：
11 短焦镜头的第一透镜
12 短焦镜头的第二透镜
13 短焦镜头的第三透镜
14 短焦镜头的第四透镜
15 短焦镜头的第五透镜
16 短焦镜头的最后透镜
21 长焦镜头的第一透镜
22 长焦镜头的第二透镜
23 长焦镜头的第三透镜
24 长焦镜头的第四透镜
25 长焦镜头的第五透镜
26 长焦镜头的第六透镜
27 长焦镜头的第七透镜
28 长焦镜头的第八透镜
29 长焦镜头的第九透镜
210 长焦镜头的第十透镜
211 长焦镜头的第十一透镜
A1 短焦镜头光圈
A2 长焦镜头光圈
B 反射元件
C1 第一胶合透镜
C2 第二胶合透镜
C3 第三胶合透镜
D 超短投影距离
E 光学元件
G 玻璃盖板
L 投影系统
L1 短焦镜头
L2 长焦镜头
O 光轴
O1 短焦镜头光轴
O2 长焦镜头光轴
M 机壳
P 穿透式平顺图像装置
θ 光轴夹角
λ1 第一波长
λ2 第二波长
λ3 第三波长
IMA 成像面
11R1、11R2、12R1、12R2、13R1、13R2、14R1、14R2、15R1、15R2、16R1、16R2表面
21R1、21R2、22R1、22R2、23R1、24R1、24R2、25R1、26R1、27R1、27R2、28R1、29R1、210R1、210R2、211R1、211R2表面
具体实施方式
首先，请参阅图1～图10所示，本发明一种投影系统L的较佳实施例包括：一可独立成像的长焦镜头L2，其焦距介于70mm～300mm，本实施例中，该长焦镜头L2的焦距为102.03mm，但不限定于此。
一可独立成像的短焦镜头L1，其焦距介于3mm～8mm，并与该长焦镜头L2设有一光轴0，本实施例中，该短焦镜头L1的焦距为5.38mm，但不限定于此。
至少一反射元件B，其改变该光轴0方向；借此，当该长焦镜头L2成像后，则该短焦镜头L1再将该成像至预定处，本实施例中，该长焦镜头L2具有一长焦光轴O2、该短焦镜头L1具有一短焦光轴01，当该反射元件B结合该长焦镜头L2与该短焦镜头L1，则设有该光轴O，而并非以该反射元件B来区分该长焦光轴O2与该短焦光轴O1，但不限定于此。
承上，本实施例中，该短焦镜头L1包括一该短焦镜头L1的第一透镜11至一该短焦镜头L1的最后透镜16，该短焦镜头L1的第一透镜11与该短焦镜头L1的最后透镜16皆为非球面透镜(ASPH)，而该短焦镜头L1的最大视场角≥130度，另一较最佳实施中，该短焦镜头L1的最大视场角为143.83度，但不限定于此。
如图1A、图1B所示，并配合表一，其该短焦镜头L1的第一透镜11与该短焦镜头L1的最后透镜16之间包括一该短焦镜头L1的第二透镜12、一短焦镜头光圈A1、一该短焦镜头L1的第三透镜13、一该短焦镜头L1的第四透镜14及一该短焦镜头L1的第五透镜15，而该短焦镜头L1的第一透镜11、该短焦镜头L1的第二透镜12、该短焦镜头L1的第三透镜13、该短焦镜头L1的第四透镜14、该短焦镜头L1的第五透镜15及该短焦镜头L1的最后透镜16的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)，依据：
表一
Figure BDA0001736848040000071
Figure BDA0001736848040000081
进一步，该11R1、11R2分别为该短焦镜头L1的第一透镜11的投影侧表面、影像源侧表面；该12R1、12R2分别为该短焦镜头L1的第二透镜12的投影侧表面、影像源侧表面；该13R1、13R2分别为该短焦镜头L1的第三透镜13的投影侧表面、影像源侧表面；该14R1、14R2分别为该短焦镜头L1的第四透镜14的投影侧表面、影像源侧表面；该15R1、15R2分别为该短焦镜头L1的第五透镜15的投影侧表面、影像源侧表面；该16R1、16R2分别为该短焦镜头L1的最后透镜16的投影侧表面、影像源侧表面。
配合表二，其非球面透镜(ASPH)中列出该11R1、11R2分别为该非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该非球面透镜的Conic、3TH、4TH、5TH、6TH、7TH、8TH、9TH、10TH、11TH 12TH；配合表三，其非球面透镜(ASPH)中列出该13R1、16R1为该非球面透镜的投影侧表面与该13R2、16R2为该非球面透镜的影像源侧表面，并列出该非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH。
表二
ASPH 11R<sub>1</sub> 11R<sub>2</sub>
Radius -38.79 12.68
Conic -- -0.79
3TH 1.74E-03 5.80E-04
4TH -4.54E-05 8.86E-06
5TH 2.81E-07 -3.42E-07
6TH 9.58E-09 -9.58E-08
7TH 2.27E-10 9.95E-10
8TH 2.14E-12 3.54E-10
9TH -9.49E-14 -1.58E-11
10TH -1.19E-14 -1.33E-12
11TH 4.74E-17 6.73E-15
12TH 8.30E-18 2.40E-15
表三
ASPH 13R<sub>1</sub> 13R<sub>2</sub> 16R<sub>1</sub> 16R<sub>2</sub>
Radius -11.30 -12.01 11.91 28.68
Conic -0.63 -0.70 -0.67 0.00
4TH 4.01E-04 -1.50E-04 -2.23E-04 -2.06E-04
6TH -3.26E-06 1.03E-06 6.92E-07 9.79E-07
8TH 2.27E-08 1.06E-10 -1.70E-09 -2.45E-09
10TH -7.84E-11 -9.27E-12 8.39E-13 2.05E-12
承上，本实施例中，该长焦镜头L2包括一长焦镜头光圈A2、至少一第一胶合透镜C1及至少一第二胶合透镜C2，该第一胶合透镜C1与该第二胶合透镜C2依序位于该长焦镜头光圈A2的后端，而该长焦镜头L2的焦比(F/#)介于1.7～2.0，及该长焦镜头L2的放大倍率介于1.5～2.5，另一较最佳实施中，该长焦镜头L2的焦比(F/#)为1.9，及该长焦镜头L2的放大倍率为2.04，但不限定于此。
如图2A、图2B所示，并配合表四，该长焦镜头光圈A2的前端依序设有一该长焦镜头L2的第一透镜21与一该长焦镜头L2的第二透镜22，且该第一胶合透镜C1包括一该长焦镜头L2的第三透镜23及一该长焦镜头L2的第四透镜24与该第二胶合透镜C2包括一该长焦镜头L2的第五透镜25、一该长焦镜头L2的第六透镜26及一该长焦镜头L2的第七透镜27，该第二胶合透镜C2的后方设有一第三胶合透镜C3，该第三胶合透镜C3包括一该长焦镜头L2的第八透镜28、一该长焦镜头L2的第九透镜29及一该长焦镜头L2的第十透镜210，该第三胶合透镜C3的后方设有一该长焦镜头L2的第十一透镜211，而该长焦镜头L2的第一透镜21、该长焦镜头L2的第二透镜22、该长焦镜头L2的第三透镜23、该长焦镜头L2的第四透镜24、该长焦镜头L2的第五透镜25、该长焦镜头L2的第六透镜26、该长焦镜头L2的第七透镜27、该长焦镜头L2的第八透镜28、该长焦镜头L2的第九透镜29、该长焦镜头L2的第十透镜210及该长焦镜头L2的第十一透镜211的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)，依据：
表四
Figure BDA0001736848040000091
Figure BDA0001736848040000101
进一步，该21R1、21R2分别为该长焦镜头L1的第一透镜21的投影侧表面、影像源侧表面；该22R1、22R2分别为该长焦镜头L1的第二透镜22的投影侧表面、影像源侧表面；该23R1为该长焦镜头L1的第三透镜23的投影侧表面；该24R1、24R2分别为该长焦镜头L1的第四透镜24的投影侧表面、影像源侧表面；该25R1为该长焦镜头L1的第五透镜25的投影侧表面；该26R1为该长焦镜头L1的第六透镜26的投影侧表面；该27R1、27R2分别为该长焦镜头L1的第七透镜27的投影侧表面、影像源侧表面；该28R1为该长焦镜头L1的第八透镜28的投影侧表面；该29R1为该长焦镜头L1的第九透镜29的投影侧表面；该210R1、210R2分别为该长焦镜头L1的第十透镜210的投影侧表面、影像源侧表面；该211R1、211R2分别为该长焦镜头L1的第十一透镜211的投影侧表面、影像源侧表面。
配合表五，其非球面透镜(ASPH)中列出该24R1、24R2分别为该非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH。
表五
ASPH 24R<sub>1</sub> 24R<sub>2</sub>
Radius -97.90 -12.89
Conic 0.00 -0.20
4TH 0.00E+00 2.62E-05
6TH 0.00E+00 7.73E-08
8TH 0.00E+00 -2.11E-10
10TH 0.00E+00 3.56E-12
此外，一穿透式平顺图像装置(Transmissive Smooth Picture Actuator)P，设在该长焦镜头L2的第十一透镜211的后方，此为一可快速微量旋转的玻璃平板装置，借由影像偏移来合成提高分辨率，如此一来，1080P分辨率可提升至4K2K分辨率；一光学元件E，设在该穿透式平顺图像装置P的后方，本实施例中，该光学元件E可为棱镜，该棱镜的后方依序排列一玻璃盖板(Cover Glass)G及一影像显示器(Digital Micromirror Device，DMD)30的成像面IMA，但不限定于此。
如图3A、图3B所示，其该反射元件B结合该短焦镜头L1与该长焦镜头L2，并可省略该短焦镜头光圈A1，令该12R2的厚度从10.00mm修正至15.84mm，而仅保留该长焦镜头光圈A2，形成该投影系统L，本实施例中，该光轴0经由该反射元件B转折后，令该光轴夹角θ≤90度，但不限定于此。
如图4所示，其该影像显示器30结合该投影系统L，使该影像显示器30经由该长焦镜头L2成像后，而可做为该短焦镜头L1的新影像源，并以该短焦镜头L1再将该成像至一屏幕40，可配合该反射元件B依Y轴方向、X轴方向来改变该光轴0方向，将该投影系统L配置调整到最佳化，使该屏幕40与该短焦镜头L1之间形成一超短投影距离D，但不限定于此。
如图5A所示，其该投影系统L以Z轴方向与该屏幕40平行，并以该长焦镜头L2与该短焦镜头L1的相互配合，使该投影系统L以该超短投影距离D进行超短焦投影至该屏幕40，又图5B所示，其一L型体的机壳M配合该长焦镜头L2、该反射元件B及该短焦镜头L1的光学相对位置而组装，形成一体结构的该投影系统L，亦为光机整合而便于结合至该影像显示器30，但不限定于此。
基于上述构成，该投影系统L，其以一第一波长λ1、一第二波长λ2及一第三波长λ3分别为0.450um、0.540um及0.630um，并分别可模拟出图6A、图6B、图6C、图6D、图6E及图6F的不同横向光线扇形图，而在同一成像面IMA分别呈现0.5840mm、1.6500mm、3.2990mm、4.9490mm、6.5990mm、8.2490mm的不同像高，且符号ey、py、ex、px分别表示y轴横向像差、y轴瞳高、x轴横向像差、x轴瞳高，该y轴横向像差、该x轴横向像差，其最大刻度±20.000um，而该y轴瞳高、该x轴瞳高，其为归一化比例；图7的场曲(Field Curvature)图及图8的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为71.900度；图9的横向色差图，其最大视场(MaximumField)为8.2490微米；图10的纵向像差图，其光瞳半径(Pupil Radius)为0.6576毫米，借由上述仿真曲线及数据，亦证明该投影系统L能以该超短投影距离D进行超短焦投影至该屏幕40，仍维持良好投影成像质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：
一可独立成像的长焦镜头，其焦距介于70mm～300mm；
一可独立成像的短焦镜头，其焦距介于3mm～8mm，并与该长焦镜头设有一光轴；以及
至少一反射元件，其改变该光轴方向；借此，当该长焦镜头成像后，则该短焦镜头再将该成像至预定处。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述光轴经由该反射元件转折后，令该光轴夹角≤90度。
3.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述短焦镜头包括一该短焦镜头的第一透镜至一该短焦镜头的最后透镜，该短焦镜头的第一透镜与该短焦镜头的最后透镜皆为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述短焦镜头的第一透镜与该短焦镜头的最后透镜之间包括一该短焦镜头的第二透镜、一该短焦镜头的第三透镜、一该短焦镜头的第四透镜及一该短焦镜头的第五透镜，而该短焦镜头的第一透镜、该短焦镜头的第二透镜、该短焦镜头的第三透镜、该短焦镜头的第四透镜、该短焦镜头的第五透镜及该短焦镜头的最后透镜的表面的半径、厚度、折射率及阿贝数，依据：
Figure FDA0001736848030000011
Figure FDA0001736848030000021
5.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述长焦镜头包括一长焦镜头光圈、至少一第一胶合透镜及至少一第二胶合透镜，该第一胶合透镜与该第二胶合透镜依序位于该长焦镜头光圈的后端。
6.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述长焦镜头光圈的前端依序设有一该长焦镜头的第一透镜与一该长焦镜头的第二透镜，且该第一胶合透镜包括一该长焦镜头的第三透镜及一该长焦镜头的第四透镜与该第二胶合透镜包括一该长焦镜头的第五透镜、一该长焦镜头的第六透镜及一该长焦镜头的第七透镜，该第二胶合透镜的后方设有一第三胶合透镜，该第三胶合透镜包括一该长焦镜头的第八透镜、一该长焦镜头的第九透镜及一该长焦镜头的第十透镜，该第三胶合透镜的后方设有一该长焦镜头的第十一透镜，而该长焦镜头的第一透镜、该长焦镜头的第二透镜、该长焦镜头的第三透镜、该长焦镜头的第四透镜、该长焦镜头的第五透镜、该长焦镜头的第六透镜、该长焦镜头的第七透镜、该长焦镜头的第八透镜、该长焦镜头的第九透镜、该长焦镜头的第十透镜及该长焦镜头的第十一透镜的表面的半径、厚度、折射率及阿贝数，依据：
Figure FDA0001736848030000022
Figure FDA0001736848030000031
7.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述短焦镜头的最大视场角≥130度。
8.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述长焦镜头的焦比介于1.7～2.0。
9.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述长焦镜头的放大倍率介于1.5～2.5。
10.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，还包括一影像显示器，结合该投影系统，使该影像显示器经由该长焦镜头成像后，而可做为该短焦镜头的新影像源。
11.根据权利要求10所述的投影系统，其特征在于，所述反射元件依该影像显示器的长边方向转折，或该反射元件依该影像显示器的短边方向转折。
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