CN114518643A - 成像系统及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种成像系统包括光阀、投影面及投影镜头。投影镜头具有缩小侧及放大侧。光阀配置于投影镜头的缩小侧。投影面配置于投影镜头的放大侧。投影面与光阀的受光面之间具有夹角。投影镜头包括透镜群及凸面反射镜。透镜群配置于放大侧与缩小侧之间的光路径上。透镜群包括由放大侧往缩小侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜。上述第一至第七透镜的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正。第三透镜及第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜。凸面反射镜配置于透镜群与放大侧之间的光路径上。此外，包括上述成像系统的投影装置也被提出。本发明的成像系统及投影装置能改善梯形失真的现象。

Description

成像系统及投影装置

技术领域

本发明是有关于一种光学系统及光学装置，且特别是有关于一种成像系统及投影装置。

背景技术

投影机已广泛运用于家电产品、办公室设备、游戏机台等。投影机的需求逐渐朝向轻薄短小发展。举例而言，相较于使用传统灯源的投影机，使用发光二极管的口袋型投影机，体积小且重量轻，可降低空间需求且携带方便。

实际应用上，为缩小投影机的使用空间，需修改投影机的机构，以将传统垂直式投影改为斜向投影，使得投影画面透过反射镜进行转折，转折后的投影头画面可根据需求投射至投影面(例如:桌面、地面、墙面、屏幕等)。在斜向投影架构中，投影机的出射光的参考光线无法垂直于投影面，即斜向入射(oblique incidence)，会导致投影画面产生梯形失真。传统上，为改善梯形失真，可使用软件裁切投影画面的失真区域，进而达到无失真的情形；然而，这种软件校正方式会导致分辨率降低，亮度损失。此外，另一种改善梯形失真的一种方式为硬件校正，即令投影镜头移向；然而，此种方式会导致投影机的体积变大。

“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”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所公开的内容，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，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种成像系统，能改善梯形失真的现象。

本发明提供一种投影装置，能改善梯形失真的现象。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开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出一种成像系统。本发明的成像系统包括光阀、投影面及投影镜头。光阀用于提供影像光束。投影面与光阀的受光面之间具有一夹角。投影镜头配置于影像光束的传递路径上且具有缩小侧及放大侧。光阀配置于投影镜头的缩小侧。投影面配置于投影镜头的放大侧。投影镜头包括透镜群及凸面反射镜。透镜群配置于放大侧与缩小侧之间的光路径上，且包括由放大侧往缩小侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正。第三透镜及第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜。凸面反射镜配置于透镜群与放大侧之间的光路径上。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜的每一者具有朝向凸面反射镜的第一表面及朝向光阀的第二表面。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的另一实施例提出一种投影装置。本发明的投影装置包括上述的成像系统及照明系统。照明系统用于提供照明光束。成像系统配置于照明光束的传递路径上。成像系统的光阀的受光面用于接收照明光束，且成像系统的光阀用于将照明光束转换为上述的影像光束。

基于上述，在本发明一实施例的投影装置及其成像系统中，投影镜头的第三透镜及第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜。借此，投影镜头的本身便能改善梯形失真现象，不需利用软件校正梯形失真而损失投影画面的亮度及分辨率。

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，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影装置的侧视示意图。

图2为图1的投影装置的成像系统的放大暨侧视示意图。

图3为图2的第一透镜的放大暨侧视示意图。

图4为图2的第二透镜的放大暨侧视示意图。

图5为图2的第四透镜的放大暨侧视示意图。

图6示意性地绘出本发明一实施例的影像光束于投影面上形成的影像。

图7为图2的投影镜头的调制传递函数图。

图8是图2的投影镜头的横向色差图。

图9A至图9I为图2的投影镜头的光束扇形图。

图10示意性地绘出图1的投影装置的投影面上的影像。

图11示意性地绘出比较例的投影装置的投影面上的影像。

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，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。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。

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为本发明一实施例的投影装置的侧视示意图。图2为图1的投影装置的成像系统的放大暨侧视示意图。为清楚绘示投影镜头PL，图2省略图1的成像系统IMS的投影面PS。

请参照图1及图2，图中方向z例如是垂直于投影面PS的一方向，方向y例如是平行于投影面PS的一方向，且方向x例如是平行于投影面PS且垂直于方向y的一方向。

请参照图1，投影装置100包括照明系统ILS及成像系统IMS。照明系统ILS用于提供照明光束ILB。成像系统IMS配置于照明光束ILB的传递路径上。成像系统IMS包括光阀LV、投影镜头PL及投影面PS。投影镜头PL具有缩小侧及放大侧。光阀LV配置于投影镜头PL的缩小侧。投影面PS配置于投影镜头PL的放大侧。光阀LV的受光面LVa用于接收照明系统ILS提供的照明光束ILB，且光阀LV用于将照明光束ILB转换为影像光束IMB。投影镜头PL配置于影像光束IMB的传递路径上，且用于将来自于光阀LV的影像光束IMB成像于位于放大侧的投影面PS。特别是，投影面PS与光阀LV的受光面LVa之间具有夹角θ。换言之，投影装置100是斜向投影装置。

投影面PS与光阀LV的受光面LVa之间的夹角θ满足：0°<θ<90°。举例而言，在本实施例中，夹角θ可满足：25°<θ<90°，但本发明不限于此。

投影面PS泛指可于其上形成投影画面的物体表面。举例而言，在本实施例中，投影面PS可以是桌面。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，投影面PS也可以是地面、墙面、屏幕等。

在本实施例中，光阀LV可为反射式光调变器，例如数字微镜元件(digital micro-mirror device)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)等。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，光阀LV也可为穿透式光调变器，例如透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等。

在本实施例中，成像系统IMS还可选择性地包括合光元件PR。照明系统ILS发出照明光束ILB至合光元件PR，照明光束ILB经由合光元件PR传递至光阀LV，光阀LV将照明光束ILB反射为影像光束IMB，而影像光束IMB经由合光元件元PR传递至投影镜头PL。举例而言，在本实施例中，合光元件PR可以是内全反射棱镜(Total Internal Reflection Prism，TIRPrism)。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，合光元件PR也可以是分光镜(beamsplitter)、偏振分光镜(polarizer beam splitter)、场镜或其它光学元件，端视投影装置100所需的分光或导光设计而定，本发明并不加以限制。

在本实施例中，成像系统IMS还可选择性地包括保护盖CG，设置于光阀LV的受光面LVa上，且位于光阀LV与合光元件PR之间。保护盖CG用于保护光阀LV。在本实施例中，保护盖CG的材质例如是玻璃，但本发明不限于此。

在本实施例中，成像系统IMS还可选择性地包括致动器AC。致动器AC可具有平板玻璃，并采用摆动技术，使得平板玻璃快速来回偏摆，用于提升投影装置100的投影画面的品质。

在本实施例中，光阀LV与投影镜头PL可为一远心系统，以降低配置于光阀LV与投影镜头PL之间的光学元件(例如：合光元件PR、致动器AC等)对影像光束IMB的光路径的影响，但本发明不限于此。

投影镜头PL包括透镜群LG及凸面反射镜M。透镜群LG配置于放大侧与缩小侧之间的光路径上。凸面反射镜M配置于透镜群LG与放大侧之间的光路径上。凸面反射镜M具有反射面Ma。反射面Ma为凸面。凸面反射镜M的屈光度为负。举例而言，在本实施例中，反射镜M的反射面Ma可为非球面，但本发明不限于此。

请参照图1及图2，透镜群LG包括由放大侧往缩小侧依序排列的第一透镜L1、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及第七透镜L7。透镜群LG整体的屈光度为负。第一透镜L1、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及第七透镜L7的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正。第一透镜L1具有朝向凸面反射镜M的第一表面L11(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L12(标示于图2)。第二透镜L2具有朝向凸面反射镜M的第一表面L21(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L22(标示于图2)。第三透镜L3具有朝向凸面反射镜M的第一表面L31(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L32(标示于图2)。第四透镜L4具有朝向凸面反射镜M的第一表面L41(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L42(标示于图2)。第五透镜L5具有朝向凸面反射镜M的第一表面L51(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L52(标示于图2)。第六透镜L6具有朝向凸面反射镜M的第一表面L61(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L62(标示于图2)。第七透镜L7具有朝向凸面反射镜M的第一表面L71(标示于图2)及朝向光阀LV的第二表面L72(标示于图2)。在本实施例中，投影镜头PL还包括孔径光阑AS，配置于第一透镜L1与第二透镜L2之间。

值得注意的是，第三透镜L3及第四透镜L4的其中至少一者为自由曲面透镜。借此，投影镜头PL能改善梯形失真的现象。

在本实施例中，第三透镜L3可为自由曲面透镜。举例而言，在本实施例中，第三透镜L3的朝向凸面反射镜M的第一表面L31可为自由曲面。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，也可将自由曲面设计在第三透镜L3的第二表面L32。

在本实施例中，第四透镜L4也可为自由曲面透镜。举例而言，在本实施例中，第四透镜L4的朝向凸面反射镜M的第一表面L41可为自由曲面。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，也可将自由曲面设计在第四透镜L4的第二表面L42。

在本实施例中，第三透镜L3与第四透镜L4都为自由曲面透镜。然而，本发明不限于此，在另一实施例中，第三透镜L3可为自由曲面透镜，而第四透镜L4可不为自由曲面透镜；在又一实施例中，第四透镜L4可为自由曲面透镜，而第三透镜L3可不为自由曲面透镜。

图3为图2的第一透镜的放大暨侧视示意图。请参照图2及图3，在本实施例中，第一透镜L1的第一表面L11及第二表面L12的其中一者与透镜群LG的光轴O相交于第一交点C11，第一切平面P11通过第一交点C11且与第一透镜L1的第一表面L11及第二表面L12的所述其中一者相切，且第一切平面P11的第一法向量N11与透镜群LG的光轴O之间具有一夹角α。

图4为图2的第二透镜的放大暨侧视示意图。请参照图2及图4，第二透镜L2的第一表面L21及第二表面L22的其中一者与透镜群LG的光轴O相交于第二交点C21，第二切平面P21通过第二交点C21且与第二透镜L2的第一表面L21及第二表面L22的所述其中一者相切，且第二切平面P21的第二法向量N21与透镜群LG的光轴O之间具有一夹角β。

图5为图2的第四透镜的放大暨侧视示意图。请参照图2及图5，第四透镜L4的第一表面L41及第二表面L42的其中一者与透镜群LG的光轴O相交于第三交点C41，第三切平面P41通过第三交点C41且与第四透镜L4的第一表面L41及第二表面L42的所述其中一者相切，且第三切平面P41的第三法向量N41与透镜群LG的光轴O具有一夹角γ。

请参照图2、图3、图4及图5，在本实施例中，夹角α、夹角β、夹角γ的其中至少两者不为0°，所述至少两者的一者为正角度，所述至少两者的另一者为负角度，且所述正角度及所述负角度的绝对值分别大于0°且小于或等于20°。换言之，第一透镜L1的一表面、第二透镜L2的一表面及第四透镜L4的一表面的其中至少两者相对于透镜群LG的光轴O倾斜，所述至少两者的倾斜方向相反，所述至少两者的倾斜角度的绝对值大于0°且小于或等于20°。借此，投影镜头PL能更进一步地改善梯形失真的现象。

请参照图2、图3及图4，举例而言，在本实施例中，第一透镜L1的一表面及第二透镜L2的一表面相对于光轴O倾斜，第一透镜L1的所述表面及第二透镜L2的所述表面的倾斜方向相反，且第一透镜L1的所述表面及第二透镜L2的所述表面的倾斜角度的绝对值大于0°且小于或等于20°。

请参照图2及图3，具体而言，在本实施例中，第一切平面P11的第一法向量N11相对于透镜群LG的光轴O倾斜，即第一透镜L1的第一表面L11相对于光轴O倾斜。在本实施例中，第一透镜L1的第一表面L11朝远离凸面反射镜M的方向倾斜，使得第一法向量N11指向光轴O的上方而第一透镜L1的第一表面L11的倾斜角度(即，夹角α)为正角度，其中|α|≤20°。请参照图2及图4，第二切平面P21的第二法向量N21相对于透镜群LG的光轴O倾斜，即第二透镜L2的第一表面L21相对于光轴O倾斜。在本实施例中，第二透镜L2的第一表面L21朝靠近凸面反射镜M的方向倾斜，使得第二法向量N21指向光轴O的下方而第二透镜L2的第一表面L21的倾斜角度(即，夹角β)为负角度，其中|β|≤20°。

请参照图2、图4及图5，举例而言，在本实施例中，第四透镜L4的一表面及第二透镜L2的一表面相对于光轴O倾斜，第四透镜L4的所述表面及第二透镜L2的所述表面的倾斜方向相反，且第四透镜L4的所述表面及第二透镜L2的所述表面的倾斜角度的绝对值大于0°且小于或等于20°。

请参照图2及图5，具体而言，在本实施例中，第三切平面P41的第三法向量N41相对于透镜群LG的光轴O倾斜，即第四透镜L4的第一表面L41相对于光轴O倾斜。在本实施例中，第四透镜L4的第一表面L41朝远离凸面反射镜M的方向倾斜，使得第三法向量N41指向光轴O的上方而第四透镜L4的第一表面L41的倾斜角度(即，夹角γ)为正角度，其中|γ|≤20°。请参照图2及图4，第二透镜L2的第一表面L21相对于光轴O倾斜，第二透镜L2的第一表面L21朝靠近凸面反射镜M的方向倾斜，使得第二法向量N21指向光轴O的下方且第二透镜L2的第一表面L21的倾斜角度(即，夹角β)为负角度，其中|β|≤20°。

请参照图1及图2，光阀LV的受光面LVa用于接收照明光束ILB，且照明光束ILB于光阀LV的受光面LVa上形成一照明范围ILR(标示于图2)。特别是，在本实施例中，光阀LV的受光面LVa与透镜群LG的光轴O具有一第四交点CLV(标示于图2)，且照明范围ILR的一中心ILRc(标示于图2)与第四交点CLV之间具有一偏移量δ(标示于图2)。换言之，本实施例的投影装置10采偏移(offset)设计，进而使第一透镜L1的第一表面L11与凸面反射镜M的反射面Ma在光轴O上的距离D可缩短。此外，将孔径光阑AS尽量往第一透镜L1靠近(例如：将孔径光阑AS配置于第一透镜L1与第二透镜L2之间)也有助于距离D的缩短。

请参照图1及图2，若使用平面反射镜取代凸面反射镜M来转折影像光束IMB，影像光束IMB容易被平面反射镜反射回投影镜头PL，造成干涉；为避免干涉，所述平面反射镜与第一透镜L1的第一表面L11在光轴O上的距离须加大，使得投影镜头PL的长度L无法缩减。本实施例的投影装置100使用凸面反射镜M将影像光束IMB转折至投影面PS，凸面反射镜M具有负屈光度，影像光束IMB被凸面反射镜M反射后不易反射回透镜群LG而造成干涉。借此，凸面反射镜M与第一透镜L1的第一表面L11在光轴O上的距离D能缩减，进而减少投影镜头PL的长度L。投影镜头PL的长度L是指凸面反射镜M的反射面Ma与第七透镜L7的第二表面L72在光轴O上的距离。举例而言，在本实施例中，投影镜头PL的长度L可小于42mm。

在本实施例中，凸面反射镜M的反射面Ma具有曲率半径R，曲率半径R可满足：50mm<R<110mm。借此，可降低凸面反射镜M的尺寸，缩小投影镜头PL所占的空间。此外，在本实施例中，凸面反射镜M的光学有效径M1及照明范围ILR在垂直于光轴O的方向上的高度(亦指影像源高度)可满足：2<(M1/ILR在垂直于光轴O的方向上的高度)<3。

若凸面反射镜M与第一透镜L1的第一表面L11于光轴O上的距离D过大，会导致落在凸面反射镜M的反射面Ma上的光斑过大，不利于缩减投影镜头PL所占空间；反之，若凸面反射镜M与第一透镜L1的第一表面L11于光轴O上的距离D过小，会使得影像光束IMB易被凸面反射镜M反射回投影镜头PL而造成干涉。在影像光束IMB不被凸面反射镜M反射回透镜群LG的前提下，在本实施例中，第一透镜L1的第一表面L11与凸面反射镜M的反射面Ma在光轴O上的距离D可满足1.5mm<D<5mm。

在本实施例中，在凸面反射镜M的反射面Ma的曲率半径R满足：50mm<R<110mm，且第一透镜L1的第一表面L11与凸面反射镜M的反射面Ma在光轴O上的距离D满足：1.5mm<D<5mm的情况下，可使投影镜头PL的最大高度H可小于13.5mm。透镜群LG中直径最大的一个透镜的边缘(例如：第七透镜L7的边缘L7e)与凸面反射镜M的一端点Mt分别位于光轴O的两侧。投影镜头PL的最大高度H可指透镜群LG中直径最大的一个透镜的边缘(例如：第七透镜L7的边缘L7e)与凸面反射镜M的端点Mt在垂直于光轴O的方向上的距离。

图6示意性地绘出本发明一实施例的影像光束于投影面上形成的影像。请参照图1及图6，在本实施例中，光阀LV的受光面LVa用于接收照明光束ILB，以将照明光束ILB转换为影像光束IMB；影像光束IMB依序穿过透镜群LG且被凸面反射镜M反射至投影面PS；影像光束IMB于投影面PS(即图6的纸面)上形成影像IM；影像IM相对两边的第一边缘光线IMB1及第二边缘光线IMB2基本上彼此平行且在方向x上分别具有长度A及长度B；影像IM在方向x上具有最大宽度W；[(B-A)/W]·100％＝T，且|T|<0.5％。简言之，在本实施例中，影像IM的梯形失真小于0.5％。

以下内容将举出成像系统IMS的一实施例。需注意的是，下述的表一至表四中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何本领域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更动，但其仍应属于本发明的范畴内。

[表一]

表一列出本发明一实施例的成像系统IMS的各种参数。请参照图2及表一，表一的间距是指相邻两表面之间于光轴O上的直线距离；举例来说，表面Ma的间距，即表面Ma与表面L11之间于光轴O上的直线距离。表一的各表面/元件所对应的曲率半径、间距、折射率及阿贝数，请参照同列中各曲率半径、间距、折射率及阿贝数所对应的数值。此外，在表一中，Ma为反射镜M的反射面，L11为第一透镜L1的朝向凸面反射镜M的第一表面，L12为第一透镜L1的朝向光阀LV的第二表面，ASa为孔径光阑AS的通光截面，L21为第二透镜L2的朝向凸面反射镜M的第一表面，L22为第二透镜L2的朝向光阀LV的第二表面，L31为第三透镜L3的朝向凸面反射镜M的第一表面，L32为第三透镜L3的朝向光阀LV的第二表面，L41为第四透镜L4的朝向凸面反射镜M的第一表面，L42为第四透镜L4的朝向光阀LV的第二表面，L51为第五透镜L5的朝向凸面反射镜M的第一表面，L61为第六透镜L6的朝向凸面反射镜M的第一表面，L62为第六透镜L6的朝向光阀LV的第二表面，L71为第七透镜L7的朝向凸面反射镜M的第一表面，L72为第七透镜L7的朝向光阀LV的第二表面，AC1为致动器AC的朝向凸面反射镜M的第一表面，AC2为致动器AC的朝向光阀LV的第二表面，PR1为合光元件PR的朝向凸面反射镜M的第一表面，PR2为合光元件PR的朝向光阀LV的第二表面，CG1为保护盖CG的朝向凸面反射镜M的第一表面，CG2为保护盖CG的朝向光阀LV的第二表面，且LVa光阀LV的受光面。

请照图2及表一，在本实施例中，凸面反射镜M的反射面Ma可为一非球面。在本实施例中，第一透镜L1可为非球面透镜。详言之，第一透镜L1的面向凸面反射镜M的第一表面L11及面向光阀LV的第二表面L12可都为非球面。在本实施例中，第二透镜L2可为球面透镜。详言之，第二透镜L2的面向凸面反射镜M的第一表面L21及面向光阀LV的第二表面L22可都为球面。

在本实施例中，第三透镜L3可为自由曲面透镜。详言之，第三透镜L3的朝向凸面反射镜M的第一表面L31可为自由曲面，且第三透镜L3的朝向光阀LV的第二表面L32可为非球面。在本实施例中，第四透镜L4可为自由曲面透镜。详言之，第四透镜L4的朝向凸面反射镜M的第一表面L41可为自由曲面，且第四透镜L4的朝向光阀LV的第二表面L42可为非球面。

在本实施例中，第五透镜L5可为球面透镜。详言之，第五透镜L5的面向凸面反射镜M的第一表面L51及面向光阀LV的第二表面L52可都为球面。在本实施例中，第六透镜L6可为球面透镜。详言之，第六透镜L6的面向凸面反射镜M的第一表面L61及面向光阀LV的第二表面L62可都为球面。此外，在本实施例中，第五透镜L5的第二表面L52与第六透镜L6的第一表面L61可相粘合，以使第五透镜L5与第六透镜L6形成一双胶合镜片。第五透镜L5与第六透镜L6所形成的双胶合镜片的屈光度可为负。在本实施例中，第七透镜L7可为非球面透镜。详言之，第七透镜L7的面向凸面反射镜M的第一表面L71及面向光阀LV的第二表面L72可都为非球面。

上述的反射镜M的反射面Ma、第一透镜L1的朝向凸面反射镜M的第一表面L11、第一透镜L1的朝向光阀LV的第二表面L12、第三透镜L3的朝向光阀LV的第二表面L32及第四透镜L4的朝向光阀LV的第二表面L42为偶次项非球面，偶次项非球面可用下列公式表示：

式中，Z为光轴O方向的偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半径的倒数，也就是接近光轴O处的曲率半径(如表一内的曲率半径)的倒数。k是圆锥常数(conicconstant)，r是非球面高度，即为从凸面反射镜中心/透镜中心往凸面反射镜/透镜边缘的高度，而A₂、A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄…为非球面系数(aspheric coefficient)。表二列出反射镜M的反射面Ma、第一透镜L1的朝向凸面反射镜M的第一表面L11、第一透镜L1的朝向光阀LV的第二表面L12、第三透镜L3的朝向光阀LV的第二表面L32及第四透镜L4的朝向光阀LV的第二表面L42的二次曲面系数及各非球面系数。

[表二]

请参照图2，在本实施例中，第三透镜L3的第一表面L31及第四透镜L4的第一表面L41为自由曲面，自由曲面可用下列公式表示：

式中，Z为光轴O方向的偏移量(sag)，c是顶点曲率(vertex curvature；CUY)，k是圆锥常数(conic constant)，r是自由曲面高度，即为从自由曲面中心往自由曲面边缘的高度，而C_j为单项式x^myⁿ的系数(the coefficient of the monomial x^myⁿ)。表三列出第三透镜L3的第一表面L31及第四透镜L4的第一表面L41的各单项式x^myⁿ的系数。

[表三]

请参照图2，在本实施例中，第一透镜L1的第一表面L11、第二透镜L2的第一表面L21及第四透镜L4的第一表面L41表面相对于透镜群LG的光轴O倾斜。表四列出第一透镜L1的第一表面L11、第二透镜L2的第一表面L21及第四透镜L4的第一表面L41的倾斜角度(即夹角α、夹角β及夹角γ)。

[表四]

表面	L11	L21	L41
				倾斜角度(°)	α＝4.7°	β＝-10.5°	γ＝5.7°

此外，请参照图2及表一，在本实施例中，第一透镜L1可为凹面朝向缩小侧的一凸凹透镜，第二透镜L2可为凸面朝向缩小侧的凸凹透镜，第三透镜L3可为凹面朝向缩小侧的凹凸透镜，第四透镜L4可为凸面朝向缩小侧的凹凸透镜，第五透镜L5可为双凹透镜，第六透镜L6为可双凸透镜，且第七透镜L7可为凸面朝向缩小侧的凹凸透镜。

另外，在本实施例中，第一透镜L1、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及第七透镜L7的材质可分别为塑胶、玻璃、玻璃、玻璃、玻璃、玻璃及玻璃，但本发明不限于此。

在本实施例中，投影镜头PL可为定焦镜头，相较于变焦镜头，其架构简单，易组装、且制造的工时短。在本实施例中，投影镜头PL具有大的半视场角；也就是说，投影镜头PL具有小投射比，能在短投影距离内投射出宽投影画面。举例而言，在本实施例中，投影镜头PL的半视场角可大于45°，但本发明不限于此。

图7为图2的投影镜头的调制传递函数图。请参照图7，图7为投影镜头PL在不同像高的调制传递函数图(modulation transfer function，MTF)，其中横轴为焦点偏移量(focus shift)，纵轴为光学转移函数的模数(modulus of the optical transferfunction)，T代表在子午方向的曲线，S代表在弧矢方向的曲线，而“TS”旁标示的数值代表像高。

图8是图2的投影镜头的横向色差图，其是以波长462纳米(nm)、525纳米、615纳米的光所作出的模拟数据图，其中纵坐标为归一化的像高。

图9A至图9I为图2的投影镜头的光束扇形图。请参考图9A至图9I，图9A至图9I为投影镜头PL在不同像高的光束扇形图(ray fan plot)，其中Ex轴及Ey轴的最大刻度与最小刻度分别为+10微米(μm)与-10微米，而Px轴及Py轴由于已经归一化，因此Px及Py轴的最大刻度与最小刻度分别为1与-1。

图7、图8及图9A至图9I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PL能够达到良好的成像效果。

图10示意性地绘出图1的投影装置的投影面上的影像。图11示意性地绘出比较例的投影装置的投影面上的影像。对应图11的比较例的投影装置(未绘示)与对应图10的本发明一实施例的投影装置100类似，两者的差异在于：在对应图11的比较例的投影装置中，第三透镜(指由投影镜头的放大侧至缩小侧依序排列的第三个透镜)的第一表面(指第三透镜的朝向凸面反射镜的表面)及第四透镜(指由投影镜头的放大侧至缩小侧依序排列的第四个透镜)的第一表面(指第四透镜的朝向凸面反射镜的表面)并非自由曲面，且第一透镜(指由投影镜头的放大侧至缩小侧依序排列的第一个透镜)的第一表面(指第一透镜的朝向凸面反射镜的表面)、第二透镜(指由投影镜头的放大侧至缩小侧依序排列的第二个透镜)的第一表面(指第二透镜的朝向凸面反射镜的表面)及第四透镜(指由投影镜头的放大侧至缩小侧依序排列的第四个透镜)的第一表面(指第四透镜的朝向凸面反射镜的表面)没有相对于透镜群的光轴倾斜。比较图10及图11可验证，令投影镜头PL的第三透镜L3及第四透镜L4的其中至少一者为自由曲面透镜，及/或令第一透镜L1的一表面、第二透镜L2的一表面及第四透镜L4的一表面的其中至少两者相对于光轴O倾斜，且所述至少两者的倾斜方向相反，确实能有效改善梯形失真的现象。

综上所述，本发明一实施例的投影装置及其成像系统包括具有放大侧及缩小侧的投影镜头。投影镜头包括配置于放大侧与缩小侧之间的光路径上的透镜群及配置于透镜群与放大侧之间的光路径上的凸面反射镜。透镜群包括由放大侧往缩小侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，其中第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正。特别是，第三透镜及第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜。借此，投影镜头的本身便能改善梯形失真现象，不需利用软件修正梯形失真而损失投影画面的亮度及分辨率。

此外，在本发明一实施例中，第一透镜的一表面、第二透镜的一表面及第四透镜的一表面的其中至少两者相对于透镜群的光轴倾斜，所述至少两者的倾斜方向相反，所述至少两者的倾斜角度的绝对值大于0°且小于或等于20°。借此，梯形失真现象能获得更进一步地改善。

以上所述者仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不需达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称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书中提及的“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。

附图标记列表

100:投影装置

A、B:长度

AC1、CG1、L11、L21、L31、L41、L51、L61、L71、PR1:第一表面

AC2、CG2、L12、L22、L32、L42、L52、L62、L72、PR2:第二表面

AC:致动器

AS:孔径光阑

Asa:通光截面

CG:保护盖

C11:第一交点

C21:第二交点

C41:第三交点

CLV:第四交点

D:距离

H:最大高度

H1、H2:最大距离

IM:影像

IMB:影像光束

IMB1:第一边缘光线

IMB2:第二边缘光线

IMS:成像系统

ILB:照明光束

ILS:照明系统

ILR:照明范围

ILRc:中心

LG:透镜群

LV:光阀

LVa:受光面

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

L7e:边缘

L:长度

M:反射镜

Ma:反射面

Mt:端点

M1:光学有效径

N11:第一法向量

N21:第二法向量

N41:第三法向量

O:光轴

PL:投影镜头

PR:合光元件

PS:投影面

P11:第一切平面

P21:第二切平面

P41:第三切平面

W:最大宽度

x、y、z:方向

θ:夹角

α、β、γ:夹角

δ:偏移量。

Claims (20)

1.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括光阀、投影面以及投影镜头，

所述光阀用于提供影像光束；

所述投影面与所述光阀的受光面之间具有夹角；

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，且具有缩小侧及放大侧，其中所述光阀配置于所述投影镜头的所述缩小侧，所述投影面配置于所述投影镜头的所述放大侧，且所述投影镜头包括：

透镜群，配置于所述放大侧与所述缩小侧之间的光路径上，且包括由所述放大侧往所述缩小侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜及所述第七透镜的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正，且所述第三透镜及所述第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜；以及

凸面反射镜，配置于所述透镜群与所述放大侧之间的光路径上，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜及所述第七透镜的每一者具有朝向所述凸面反射镜的第一表面及朝向所述光阀的第二表面。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第三透镜的第一表面为自由曲面。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第四透镜的第一表面为自由曲面。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第一交点，第一切平面通过所述第一交点且与所述第一透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第一切平面的第一法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第二交点，第二切平面通过所述第二交点且与所述第二透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第二切平面的第二法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第四透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第三交点，第三切平面通过所述第三交点且与所述第四透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第三切平面的第三法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

7.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光阀的所述受光面用于接收照明光束，所述照明光束于所述光阀的所述受光面上形成照明范围；所述光阀的所述受光面与所述透镜群的光轴具有第四交点，且所述照明范围的中心与所述第四交点之间具有偏移量。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一透镜的第一表面与所述凸面反射镜的反射面在所述透镜群的光轴上具有距离D，且1.5mm<D<5mm。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述凸面反射镜的反射面具有曲率半径R，且50mm<R<110mm。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述投影镜头在垂直于所述透镜群的光轴的方向上具有最大高度H，且H<13.5mm。

11.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述夹角的角度为θ，且25°<θ<90°。

12.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光阀的所述受光面用于接收照明光束，以将所述照明光束转换为所述影像光束；所述影像光束依序穿过所述透镜群且被所述凸面反射镜反射至所述投影面；所述影像光束于所述投影面上形成影像；所述影像的相对两边基本上彼此平行且在一方向上分别具有长度A及长度B；所述影像在所述方向上具有最大宽度W；[(B-A)/W]·100％＝T，且|T|<0.5％。

13.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述投影镜头还包括：

孔径光阑，设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间。

14.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统以及成像系统，

所述照明系统用于提供照明光束；

所述成像系统配置于所述照明光束的传递路径上，且所述成像系统包括光阀、投影面以及投影镜头，

其中所述光阀的受光面用于接收所述照明光束，且所述光阀用于将所述照明光束转换为影像光束；

其中所述投影面与所述光阀的所述受光面之间具有夹角；

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，且具有缩小侧及放大侧，其中所述光阀配置于所述投影镜头的所述缩小侧，所述投影面配置于所述投影镜头的所述放大侧，且所述投影镜头包括：

透镜群，配置于所述放大侧与所述缩小侧之间的光路径上，且包括由所述放大侧往所述缩小侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜及所述第七透镜的屈光度分别为负、负、正、正、负、正及正，且所述第三透镜及所述第四透镜的其中至少一者为自由曲面透镜；以及

凸面反射镜，配置于所述透镜群与所述放大侧之间的光路径上，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜及所述第七透镜的每一者具有朝向所述凸面反射镜的第一表面及朝向所述光阀的第二表面。

15.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述第三透镜的第一表面为自由曲面。

16.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述第四透镜的第一表面为自由曲面。

17.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述第一透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第一交点，第一切平面通过所述第一交点且与所述第一透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第一切平面的第一法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

18.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述第二透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第二交点，第二切平面通过所述第二交点且与所述第二透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第二切平面的第二法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

19.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述第四透镜的第一表面及第二表面的其中一者与所述透镜群的光轴相交于第三交点，第三切平面通过所述第三交点且与所述第四透镜的第一表面及第二表面的所述其中一者相切，且所述第三切平面的第三法向量相对于所述透镜群的所述光轴倾斜。

20.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述照明光束于所述光阀的所述受光面上形成照明范围，所述光阀的所述受光面与所述透镜群的光轴具有第四交点，且所述照明范围的中心与所述第四交点之间具有偏移量。

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