TW200528757A - Wide-angle projection lens and optical engine for a projection display device - Google Patents

Description

200528757 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種廣角投影鏡頭，其被倂入一光學w擎 内以供使用在適合於各種應用之短投影距離的前投影顯示 系統中的。詳言之，本發明係關於一種可提供廣角投影鏡 頭之投影裝置’該廣角投影鏡頭允許產生極端偏軸影像且 產生大體上無失真且需要極少甚至不需要梯形失真校正之 影像。 【先前技術】 電子或視訊顯示系統係能夠呈現視訊或電子所產生之影 像的裝置。無論是用於家庭娱樂声 . 、 一 豕i炔+廣告、視訊會議或群組 會議如卿_知_)，皆存在對適當顯示裂置之需求。 影像品質係消費者用以確定適當 ，心u田頌不裝置之多個辛中 的一個。一般而言，影像品質可由 .m+ 貝j由堵如影像解析度及影像 色形之因素來於質量上加以確定。一 目士丄 些消費者所希望的是 ^ 我置從而使得可損失影傻。晳。 通《，大圖像尺寸為沿螢幕之ϋσ、 榮幕尺寸。 4幕之對角線量測超過約4〇英_ m管如今在市場 、夺又影糸統中之却夕 截 置，但存在開發其他裝置之持續需要。 彳夕顯不/ 【發明内容】 本發明之-實施例包括一可用於一 & 廣角投影鏡頭。該顯示裝置可包含—光：::顯示裝置中' 照明系統、-成像线，及該，其包含/ 角‘衫鏡頭。廣角投影鏡 98086.doc 200528757 頭包含一具有$小 , 有至乂 一非球面表面且具有負折射 頭組。廣角将旦31 7 <弟一鎊 Ά又〜鏡碩以至少45。之半場角輪出 兄 中该影像大體上無失真。舉例而 ：’其 於距觀看勞幕特定距離處時，此距離與輸^ 置敌 角線）之比值約為U至2加。輸出影像可 （對 對角線或更大之je + m , 令、’、勺25央吋 尺寸。同樣地，在較佳態樣中， 需要實質梯形失真校正。 以置不 在本發明之其他態樣巾’可將光學料建構於 投影系統、一多婵靜系鉍 热…私a 式 媒體糸統、一緊畨整合監視器系統，及— 攜V型投影單元中。 =¾明之光學系統係用於一短投影距離，極端偏轴，前 广’v系、、充中。術語"投影距離"意味著從投影螢幕至投影鏡 頭之法線所界定的距離。短語"短投影距離I,意味著小於一 公尺之距離。術語，，極端偏軸，，意味著所投射之影像對向著 :大於45度之角。此外，投影裝置投射—大體上無失真之 影像。就大體上無失真而言，其意味著失真不大於2%。 在較佳態樣中’失真小於或等於1%，最佳小於或等於 0.5%。具有此等失真值時，在至少大多數成像應用中並不 需要電子失真校正。在此文獻中，術語,,約"係推定可修改 所有數值。 以上本發明内容並非用以描述本發明之每一所說明之實 施例或每個實施例。以下附圖及詳細描述更明確地例示性 說明了此等實施例。 【實施方式】 98086.doc 200528757 本發明係關於-種投影顯示裝置，其可供使用於適合多 舰物頁示器應用之短投影距離的前投影顯示系統 令。砰言之，本文所述之光學引擎可被使用在適於例如一 整合多媒體系統、-壁裝式投影系統、—攜帶型投影單 兀，及一監視器系統之前投影系統中。此外，本文中所述 之光學引擎大體上無失真且大體上不需要梯形失真校正。 圖1展示具有一或多個下列組件之例示性光學引擎10的 示意性表述··照明“12或12，、成像系統14、聚焦機構 15，及投影光學器件16。儘管展示了兩個不同照明系統12 及12，，但通常僅使用一個。當照明系統位於由參考數字^ 所“：之位置中日守，所用之影像器為反射影像器。相反 地，當照明系統位於由參考數字12，所描繪之位置中時，所 用之影像器為透射影像器。光學引擎在投影螢幕18或觀看 表面上產生一影像。由於觀看者與光學引擎位於投影螢幕 之同一側，故圖1描繪了使用光學引擎1〇之前投影顯示系 統。下文中詳細論述了光學引擎中之每一元件。 照明系統12、12’可包含一燈單元、一濾光器（諸如紅外 光及/或紫外光阻擋濾光器）、一色彩分離構件，及一積光 器。在一例示性實施例中，燈單元包含一反射器及一燈。 合適之市售燈包含：（i)Philips UHP型燈單元，其使用購自

Philips Semiconductors，Eindhoven, The Netherlands的橢圓 形反射器，及（ii)購自〇SRAM GmBH，Munich，〜聰叮之 OSRAMP-VTP 250燈單元。本發明可使用其他合適之燈及 燈單元配置。舉例而言，可使用金屬鹵化物燈或齒鎢燈或 98086.doc 200528757 極體咖s)。本發明之實施例中可使用峨器、 色輪，及積光器之類型並不關鍵。在一例示性實施例中， 色％分離構件為影像器之光源中的旋轉紅/綠/藍（RGB)彩 w續碟μ ^明性市f色輪為購自舰抓叫_， LTD，Balzers，LieChtenste_UNAXIS RGBW 色輪。液晶 刪彩色連續色盤亦可用於本發明之實施例卜說明性市 售積光器為購自UNAXIS Balzers LTD之中空穿遂型積光 器。 、 成像系統14可包含一影像器且通常亦可包含習知電子設 備。可用於本發明之有用反射影像器為具有約22之對 角線尺寸的XGA數位微鏡面裝置（DMD)，其可自丁以⑽ Instmments，Dallas，Texas購得。或者，可將透射或反射液 晶顯示幕用作影像器。在一例示性光學引擎實施例中，影 像器表面係定位成大體上平行於投影螢幕之表面。 可藉由安裝一或多個下文所述之鏡頭於可滑動或具螺紋 之安裝件（未圖示）上來完成聚焦機構15，可用手手動地對 其加以調節或藉由使用電子致動機構來對其加以調節。舉 例而言，可藉由使用變焦距或變焦鏡頭來完成聚焦。 或者，對於具有一建立於光學引擎10與觀看螢幕18之間 的預定之固定位置的投影單元而言，不需要使用者聚焦。 螢幕1 8可包括一多層材料，例如，如美國專利第 6,179,426號中所述一般予以配置的複數個Fresnel元件。可 將螢幕設計成控制散佈於水平方向之光分佈，以適應於該 螢幕前方水平定位之觀看者。螢幕之替代實施例可包括多 98086.doc 200528757 層膜技術、雙重亮度增強膜（dbef)技術，或νικυιτιΤΝ^ 術’所有该專技術皆可自3M Company，Saint Paul， Minnesota購得。視需要，可在任何表面（例如牆壁或其他 結構，或標準觀看螢幕）上觀看所產生之影像。 圖2展示光學引擎1〇之廣角投影鏡頭的例示性實施例。 圖2之投影鏡頭以自螢幕側之以下相繼順序包含三個鏡頭 組·第一鏡頭組（G1)、第二鏡頭組（G2)，及第三鏡頭組 (G3)。術語”螢幕側”意味著投影鏡頭之側最接近投影螢 幕。下文中详細論述了該等三個鏡頭組。如普通熟習此項 技術者（向其給出本文之描述）所明顯看出的，可使用投影 鏡頭16之其他構造，包含具有更少、相同或更多數量之鏡 頭元件的替代構造。 圖2之例示性投影鏡頭在該等三個鏡頭組中包含自螢幕 側編號之共十一（11)個元件。第一鏡頭組（G1)可包含（按自 螢幕側之順序）具有負折射力之第一鏡頭元件（L1)及於其第 一表面上具有一非球面表面之第二鏡頭元件（L2)。較佳 地，G1為具有負折射力的。⑴中Fi/f之比值可為 。第二鏡頭組（G2)可包含藉由使用習知黏著 劑來固定或黏合在一起的三個鏡頭元件，包含（L3)至 (L5)。較佳地，G2大體上具有零折射力。在另一實施例 中，G2可具有輕微正折射力。在另一實施例中，其可具有 輕微負折射力。G2中pyF之比值可為_95<F2/f<_86。在此 例示性實施例中，孔徑光欄位於第二鏡頭組⑺内或其附 近。第三鏡頭組（G3)可包含六個鏡頭元件，包含（L6)至 98086.doc 10 200528757 _)。較佳地，G3具有正折射力，中之⑽之比值為 2.5<F3/F<3.2。如圖2中所示的’一稜鏡位於l"之右側， 意即，距投影螢幕最遠。在以上描述中，F為廣角投影鏡 頭之焦距、’ Fl為第一鏡頭組之焦距’ F2為第二鏡頭組之焦 距，且F3為第三鏡頭組之焦距。 更詳細言之，第一鏡頭組G1較佳具有負折射力。在第— 實施例中’第-鏡頭組G1包括複數個鏡頭元件。舉例而 言，位於距螢幕最近處之第一鏡頭元件(L1)可具有三個鏡 頭組中全部鏡頭之最大直徑。在一例示性實施例中，第一 鏡頭組中之第-鏡頭元件L1具有足夠大之直徑從而以較大 場（意即：於螢幕方向上，以大於45。，較佳大於5〇。，且最 佳約55。之半場角）投射影像。 在另一例示性實施财，第—鏡頭、组中之第—鏡頭元件 L1具有大於60 mm且小於75 mm之直徑。在另一例示性實 施例中，第一鏡頭組中之第一鏡頭元件具有約7〇 mm之直 徑。因此，當建構於投影裝置中時，該第一鏡頭元件可提 供約110。至約120。之視場。 在圖2之實施例中，第一鏡頭組G1進一步包含一具有至 少一非球面表面之第二鏡頭元件（L2)。本例示性實施例之 非球面表面可有助於減少失真效應，同時仍提供大視場。 在恶樣中，第二鏡頭元件可由具有約1.49之折射率及約 57.2之阿貝數（Abbe number)的光學聚合物製得，該光學聚 合物諸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)。可藉由以下等式來 界定非球面表面之形狀： 980S6.doc 200528757 cr2 Z 1 + 0-(1 +咖 V +^4+^rS^r8+a；〇ri〇 等弋i 其中·· Z為距系統光軸距離為r處之表面下陷 c為鏡頭於光軸處之曲率，以表厂、 r為徑向座標，以所777表示 k為圓錐曲線常數 叱為二次項係數，叫為四次項係數，％為六次項係 數，as為八次項係數，及q^為十次項係數。 在另-實施例中，第一鏡頭組中第一元件之第二表面具籲 有大體上等於第-鏡頭組中第二鏡頭元件之第一表面的曲 率半徑之曲率半徑。 在-實施例中，第-鏡頭組⑴包含兩個凹凸狀巢套鏡頭 凡件·由玻璃製成之第一凹凸狀元件及由塑料製成之第二 凹凸狀元件，其中該塑料元件上具有受控厚度。可使用= 如ΡΜΜΑ之塑料。該等兩個元件係彼此間隔開，使得第一 元件之第_表面與第二元件之第一表面之間的距離與投影 鏡頭之總有效焦距之比值為1/175。 _ 在一例示性實施例中，第二成形元件包括一整體上厚度 大體均勻之非球面鏡頭（例如具有至少一非球面表面之鏡 碩）。此圓頂狀設計可減少熱問題且可提供直接製造。 在一替代實施例中，第-鏡頭組G1可包括模製在一起以 形成一個一體化元件之兩成形元件。舉例而言，第一成形 · 兀件可包括一玻璃元件且第二成形元件可包括一模製於該 · 第成形元件之第二表面上的塑料（例如ρμμΑ)元件。 98086.doc -12- 200528757 在另一替代實施例中，第一鏡頭組G1可包括單個元件 (例如單個玻璃元件），其中一非球面表面形成於該單個元 件之第一表面、第二表面，或該等兩個表面上。 在另一例示性實施例中，第二鏡頭組G2可大體上具有雯 折射力。該第二鏡頭組可由複數個鏡頭元件形成。投影鏡 頭16之孔徑光欄可位於第二鏡頭組内或其附近。舉例而

言，在一實施例中，參看圖2，孔徑光攔係提供於約U 處。 在-例示性實施例中1二鏡頭組中之所有鏡頭元件可 具有球面表面。在-例示性實施例中，第二鏡頭組⑺包含 -經黏合之三合透鏡以利於控制球面像差及_髮。 若需要，則可改變⑴中之鏡頭元件與〇2中之鏡頭元件之 間的軸上間隔。 在-例示性實施例中，第二鏡頭組G2提供更長之有效隹 距。此外’在—例示性實施例中，組成第二鏡頭組之元件 係由玻璃形成。 在一替代實施例中 在此替代實施例中， 一非球面表面。 ，可將雙合透鏡用於第二鏡頭組G2。 该等雙合透鏡中的一個或兩個可包含 在另一例示性實施例中，笸— 弟二鏡頭組G3可具有正折射力 且此鏡頭組中之所有鏡頭元 卞」^、有球面表面。在一例示 性實施例中，第三鏡頭相以担似* U下 ^ 、 兄碩組G3提供色像差校正（意即，第一 及弟一色散補償）。舉例亡 ,π , ^ 而曰，乙7、乙8、乙10及1^11可包括 相同玻璃材料，例如Μ 祜 2或者，亦可利用其他玻璃。 98086.doc 200528757 可將稜鏡（例如m稜鏡，未圖示）安置於第三鏡頭 與影像器μ之間，例如安置於距勞幕側最遠的位置二。 者，可利用場鏡頭。 处。或 以實例之方式，對於圖2所示之實施例而 列出了 ：以自f幕側開始之順序（其中表面！為第 件L1之最接近勞幕側之表面）的表 ，兄碩疋 功u ,母一表面 轴附近的曲率⑷⑷/毫米表㈠；纟面之間的車由 (D)(以毫米表示）；且亦指示了玻璃類型。熟習此項技術^ 應認識到：根據玻璃類型，有可能確定材料之折射率及阿 貝常數。表面0為物件表面或投影螢幕表面。在此實施例 中，廣角投影鏡頭具有8.8 mm之總有效焦距、於螢幕側方 向之55。半場角，且運作於F/28。第一鏡頭組⑴具有-乃j mm之有效焦距；第二鏡頭組G2具有_8〇〇 mm之有效焦距； 且第三鏡頭組G3具有23.5 mm之有效焦距。在此例示性實 加例中’投影鏡頭具有13 〇 mni之總執跡。 對於圖2中之實施例而言，第一鏡頭組中之第二鏡頭元 件的第二表面（表1中表示為表面4)為非球面，如由上述等 式I所決定的，且其具有以下係數值：c=0 〇9〇1，， ，α4=1·99χΐ〇·5，α6=_7·468χ1〇-8，α8 = 3·523χΐ〇·1〇，且 α〗0=·5·97〇χ1(Γΐ3。圖2之實施例的廣角投影鏡頭具有 mm之總軌跡距離。如熟習此項技術者將瞭解的，在某些 應用中省如在如投影顯示應用中，具有較短之總軌跡距 離係有利的，此係由於其會導致緊密投影鏡頭從而最小化 全部光學引擎之空間需求。 98086.doc -14- 200528757 表1 表面序號 C(mm-1) D(mm) 玻璃類型 0 0 755 1 0.0143 3.00 SK16 2 0.0397 0.05 3 0.0397 4.00 塑料 4 0.0901 35.7 5 0.0134 1.87 N-LAF34 6 0.110 7.20 f2 7 -0.0796 2.00 N-LAF34 8 -0.0214 6.78 9 -0.0124 2.33 N-LAK8 10 0.0117 1.49 11 -0.0148 5.35 N-PK52 12 •0.0553 0.187 13 0.0178 9.48 N-PK52 14 -0.0365 0.187 15 0.0110 2.40 PBH6 16 0.0486 11.5 N-PK52 17 -0.00866 0.187 18 0.0313 5.99 N-PK52 19 0.00432 2.69 20 0 23.4 BK7 21 0 1.00 22 0 3.00 FK5 23 0 0.480 24 0 0 以下之表2及表3列出了圖2之實施例的普遍鏡頭資料及 表面資料内容。 98086.doc -15- 200528757 表2 普遍鏡頭資料： 表面 24 光搁 8 系統孔徑 影像間隔F/#-3 玻璃種類 schott_2000 OLD_SCHO OHARA CORNING OLD OHAR MISC 光線瞄準 真實參考，隱藏 X瞳孔移位 0 Y瞳孔移位 0 Z瞳孔移位 0 切趾法 (Apodization) 均勻，因子=1.00000E+000 有效焦距 8.806583(在空氣中） 有效焦距 8_806583(在影像間隔中） 後焦距 0.4613371 總執跡 130.237 影像間隔F/# 3 近轴工作F/# 3.000816 工作F/# 2.995898 影像間隔NA 0.1643555 物件間隔NA 0.001891026 光欄半徑 4.013512 近軸影像高度 13.4 近軸放大率 •0.01 134926 入射瞳孔直徑 2.935528 入射瞳孔位置 21.1718 出射瞳孔直徑 122.5057 出射瞳孔位置 -367.5356 場類型 以毫米表示之近軸影像高度 最大場 13.4 主波 0.55 鏡頭單元 毫米 角放大率 0.02396238 98086.doc -16- 200528757 表3 表面資料内容： 表面 類型 注釋 半徑 厚度 玻璃 直徑 圓錐曲線 物件 標準 無限大 755 2361.387 0 1 標準 148-2A 69.7004 3 SK16 70 0 2 標準 25.176 0.05 47.55672 0 3 標準 20A 25.176 4 1.491000， 57.200000 48 0 4 EVENASPH 11.09472 35.68789 38 -0.8938386 5 標準 449-1B 74.447 1.866667 N-LAF34 17 0 6 標準 新 9.0968 7.2 F2 13.5 0 7 標準 46-1 -12.5675 2 N-LAF34 13.5 0 STO 標準 565-1B -46.676 6.775973 13.5 0 9 標準 169-3A -80.8308 2.333333 N-LAK8 24 0 10 標準 新 85.79379 1.491645 21.2 0 11 標準 650-1A -67.755 5.352434 N-PK52 21.2 0 12 標準 588-1B -18.0787 0.1866667 24 0 13 標準 116-2A 56.217 9.481976 N-PK52 32 0 14 標準 700-1B -27.3991 0.1866667 32 0 15 標準 665-1B 91.167 2.4 PBH6 33 0 16 標準 11A 20.5695 11.47223 N-PK52 33 0 17 標準 463-1B -115.465 0.1866667 33 0 18 標準 35B 32 5.992456 N-PK52 34 0 19 標準 331-1A 231.217 2.692432 34 0 20 標準 無限大 23.4 BK7 30.90276 0 21 標準 無限大 1 27.53016 0 22 標準 無限大 3 FK5 27.31099 0 23 標準 無限大 0.48 26.87009 0 IMA 標準 無限大 26.76488 0 以上諸表中所提供之資料表示一實例且並非用以限制本 文所描述之本發明範疇。 上述光學引擎可用於各種前投影應用中。舉例而言，圖 3展示一例示性實施例，利用上述例示性光學引擎之壁裝 投影系統。可使用習知安裝螺釘或其類似物將包含如上所 述之光學引擎的投影儀壁裝單元100安裝至牆壁或其他結 構102。圖3所示之單元100係位於閉合位置中。當運作 98086.doc -17- 200528757 t 了移動σ卩件（例如滑動托盤、滑動臂、螺桿，或其類 似物）在距螢幕1〇5 一距離處自單元1⑻出現，其中可於螢 幕1〇5上觀看影像。可以如上所述之方式建構螢幕105。或 者如吴國專利第6，179,426號中所描述的，將螢幕1〇5建構 為數位白板。或者，可將壁裝單元100安裝至與螢幕105不 同之牆壁上（例如側壁）。 歸因於本文所述之光學引擎的大視場，單元100可在短 ^影距離處提供大影像尺寸。圖13展示包含如上所述之光 學引擎之投影單元50與習知投影儀75之間的說明性比較。 如圖13所不，可將例示性光學引擎（此處建構於桌面投影 中）置放於距觀看榮幕或表面一較短距離（例如2 7至3 3 夬吋）處以產生60英吋之影像尺寸（以對角線量測）。因此， 在一例示性實施例中，距觀看螢幕之距離與影像尺寸（對 角線’ 4x3格式）的比值可約為18至22比}。如圖13所示， 作為比較，習知投影系統75之距觀看螢幕之距離與影像尺 寸（對角線，4x3格式）的比值約為〇 7至〇·9比1。術語，,4χ3 袼式’及”16x9格式”係指如由影像寬度對影像高度所量測 之習知影像格式。 舉例而言，對於約40英吋（對角線，4x3格式）之影像尺 寸而言，將光學引擎置放於距螢幕約丨8至22英吋之距離 處j對於60英吋（對角線，4x3格式）之影像尺寸而言，將 、本引擎置放於距螢幕約27至33英对之距離處。當然，若 猎由在極ί而偏軸位置處使用相對較短投影距離，本 文所述之例示性光學引擎可提供大於6〇英吋之影像尺寸 98086.doc 18- 200528757 影像尺寸至少 (對角線，4x3格式）。Λ Λ)在一杈佳實施例中 約為25英吋。 此外，設計光學引螫你& 予引擎使传需要極少或不需要梯形失真

正，同時減少失直。與μ I -牛例而言，投射影像之失真值可小於 或等於2%，較佳小你+ # 、 ;或4於1.0%，且更佳小於或等於 (例'k失真⑷可藉由d= (H-h)/h*100加以確定，其中 h為近軸影像高度且Η為實際影像高度）。在一例示性實施 例中’光學引擎可提供具有4x3格式之影像。在另一例示 性實施例巾，光學引擎可建構有合適之影像㈣提供不同 螢幕格式，諸如16x9袼式。 或者光予引擎可建構有校正電路（例如彎曲晶片），其 可在甚至更小之投影距離上導致足夠影像品質。 圖4Α、4Β及4C展示例示性投影單元1〇〇之更詳細視圖。 圖4Α為單兀1〇〇之俯視圖。單元1〇〇可藉由如鋁、鎂，及/ 或塑料複合物的金屬材料及/或輕質材料加以建構，以減 少總重量。該單元可具有約24至36英吋之總寬度（W1)。光 學引擎110可存在於可移動部件或托盤112中，該可移動部 件或托盤112可具有約12至16英吋之寬度（W2)。本文所述 之所有投影系統實體尺寸皆為說明性的且並非限制性的。 可藉由使用習知平移機構來將移動提供至托盤丨丨2，諸 如將托盤112耦接至一被平移至固定位置或可調節位置之 螺桿。光學引擎11〇係定位成與托盤112一起，使得當處於 使用中（意即敞開位置）時，光學影像投射一影像至諸如螢 幕105之螢幕上。此外，單元1〇〇可進一步包含另外音訊/ 98086.doc -19- 200528757 視覺組件，諸如揚聲器118、輸入/輸出插口（未圖示），及 控制面板（未圖示）。進一步電纜線（諸如用以提供電源及影 像訊號至光學引擎)可延伸通過單元1〇〇之後末端至牆壁 中’以保持此電境線不在觀看者之視線中。 如圖4B中所示，單元1〇〇可具有約6至1〇英吋之高度 (H)。此外，單元100具有約14至2〇英吋之閉合長度= 其中容納光學引擎110之可移動托盤可延伸出約6至2〇英吋 之長度（L2)，從而視待投射至螢幕之影像的尺寸而定提供 、力20至40英吋之總長度（l)。在一例示性實施例中，可移 動托盤112可延伸出至兩個或兩個以上不同固定位置或可 凋節位置，從而在螢幕上提供兩個或兩個以上不同影像尺 寸。可視需要提供由使用者進行之聚焦。 舉例而言，對於40英吋對角線影像尺寸而言，可將光學 引擎置放於距螢幕約18至22英吋之距離處，且對於6〇英吋 對角線影像尺寸而言，可將光學引擎置放於距螢幕約27至 33英吋之距離處。 此外，單元100可包含額外電子設備115、空氣冷卻組 件、電源，及/或一（多個）聚焦機構。較佳地，此等額外組 件分佈於單元100及托盤112之全部本體中以最小化運作時 的負載效應。圖4 C k供處於敞開位置之單元1 〇 〇的示意性 側視圖。 圖5A及5B展示處於閉合位置（圖5A)及敞開位置（圖5B)之 壁裝單元100的例示性設計，其類似於以上關於圖4八至4C 所描述的。如圖5B中所示，由於光學引擎之極端偏軸成像 98086.doc -20- 200528757 旎力，故可保持光學引擎托盤112延伸至短於在習知高架 投影儀中所發現之距離的距離。在使用中，操作者為一或 多個設定之螢幕尺寸啟動成像單元。隨後啟動滑動托盤並 對應於所選影像尺寸而將光學引擎定位於距螢幕一設定距 離處。可由操作者藉由使用遙控裝置手動地或藉由習知自 動聚焦機構自動地執行聚焦。 根據本發明之另一實施例，圖6為利用上述例示性光學 引擎之例示性整合多媒體系統2〇〇的示意性表示。多媒體 系統200可包含多媒體裝置（例如··電腦、DVD播放器、CD 播放器、VCR播放器、有線/衛星/電視接收器、揚聲器， 等等）。此外，例示性光學引擎可存在於可移動部件（例如 滑動托盤）212中。視待觀看於螢幕2〇5上之影像的尺寸而 定，可將滑動托盤置放於一或多個位置處。若需要，則電 繞線可延伸通過多媒體200之後末端至牆壁中。 圖7A至7D展示例示性多媒體系統2〇〇之更詳細視圖。圖 7A中展示例示性多媒體系統2〇〇之俯視圖。多媒體系統 之本體可藉由如鋁、鎂，及/或塑料複合物之金屬材料及/ 或輕質材料加以建構。系統2〇〇可具有約24至36英忖之總 寬度（wi)。光學引擎210可存在於可移動部件或托盤212 中’該可移動部件或托盤212可具有約12至16英对之寬度 (W2)。光學引擎21〇係定位成與托盤212一起，使得當處於 使用中（意即敞開位置）時，光學影像投射影像於螢幕上， 諸如螢幕205。托盤212亦可容納電子設備單元214，該電 子設備單元214可包含控制板、鎮流器、驅動電路，及/或 98086.doc 21 200528757 ’、他黾子組件。此外，多媒體200可進一步包含揚聲器 218 ° 圖7B展示多媒體200之後視圖，其包含滑動托盤212及音 訊/視覺組件隔室22〇。此外，可將可存在於獨立隔室中具 有約14至20英吋寬度（W3)之電源及/或控制電子設備215耦 接至光學引擎210。亦可提供連接器埠227。 圖7C展示例示性多媒體系統2〇〇之側視圖。單元高度（h) 可約為30至40英吋且主多媒體組件隔室之深度（D)可約為 16至24英忖。此外，多媒體系統200具有約14至24英吋之 閉合長度（L1)，其中容納光學引擎21〇之可移動托盤可延 伸出約4至20英吋之長度（L2)，從而視待投射至螢幕上之 影像的尺寸而定提供約2〇至4〇英吋之總長度（L)。 圖7D提供多媒體系統2〇〇之透視圖，其中諸如電腦、 DVD播放器、CD播放器、VCR播放器、有線/衛星/電視接 收器、揚聲器等等之一或多個A/v組件225可存在於隔室 220 内。 圖8Α及8Β展示多媒體系統25〇之一替代例示性實施例。 在此替代實施例中，例示性光學引擎26〇可存在於如上所 述之可移動部件或滑動托盤單元262中。此外，多媒體系 統250可包含一經由習知樞轉或可旋轉夾持/緊固機構（未圖 不）而附著至該多媒體系統本體之螢幕單元25 5。此外，可 提供輪或捲筒257以允許多媒體系統25〇之更大可攜性。該 成像系統之全部運作可類似於上述成像系統之運作。此 外，忒多媒體系統可容納如上所述之一或多個Α/ν組件， 98086.doc -22- 200528757 諸如電腦、DVD播放器、CD#放器、VCR播放器、有線/ 衛星/電視接收器、揚聲器，等等。在圖8八中，螢幕單元 255係為運作而敞開，而在圖犯中，螢幕單元255係置放於 閉合及旋轉位置。 圖9A及9B展示本發明之光學引擎之另—替代實施例， 多媒體/家庭影院系統3〇〇。在此替代實施例中，如上所述 之光學引擎3Π)係容納於塔式結構3()6中。可將該結構置放 在關於螢幕（未圖示）之—角度處，且距螢幕—短距離處。 經由塔式結構之後側輸出影像，如圖9Β中展示。該拔可包 含上述A/V組件且可運作如多媒體中心或家庭影院。揚聲 器318可為塔單元之部分或可被單獨提供，如圖9Α中所 示。該成像系統之全部運作可類似於上述成料統 作。 圖Η)Α展示本發明之光學引擎的另一替代實施例，緊密 整合監視器系統400。在此實施例中，類似於上述光學引 擎之光學引擎4Η)係容納於基座單元4〇6中。可將螢幕奶 附著至基座單元406。或者，可將螢暮 八^」將螢幕4〇5自基座單元406 分離。在另一替代實施例中，光學引擎41〇可將影像投射 至牆壁或其他結構上。基座單元偏可包含控制板、錢流 器、冷卻組件、驅動電路，及/或其他電子組件。視需 f，基座單元概亦可包含個人電腦組件u板、碟片驅動 盗、顯卡/聲卡’等等）。或者，基座406可包含連接件及/ 或配接器以將監視器系統連接至單機或膝上型電腦（未圖 示）。 98086.doc •23- 200528757 圖10B至10D展示緊密整合監視器系統45〇之一替代構 造。在圖10B中，包含光學引擎460以及上文中關於基座 406所述之電子組件中的一或多個組件的基座單元456將影 像投射於耦接至基座456之螢幕455上。在此替代實施例 中’螢幕455係經由旋轉安裝件454而耦接至基座單元 456。此旋轉安裝件可將螢幕置放於可變位置中，包含使 用中位置（見圖10B)或非使用中位置（見圖1〇D)。圖1〇c展 示基座單元456之俯視透視圖，其可以類似於上文中對於 基座單元406所述之方式的方式運作。 在圖10A及10B所示之實施例中，影像尺寸可為至少25 英吋（對角線），較佳約30英吋對角線或更大，從而提供類 似尺寸之LCD及電漿螢幕之較低成本替代品。可將本發明 之短投影距離、極端偏軸光學引擎置放於距觀看螢幕或表 面約13至17英吋之距離處，以產生3〇英吋對角線影像尺 寸口此減乂、了所要桌面空間’從而為如遙控鍵盤43〇 及其類似物的額外組件留下足夠空間。 圖11A及11B展示本發明之另一替代實施例，攜帶型投 影單元500。在此實施例中，類似於上述光學引擎之光學 引擎510可容納於緊密之攜帶型結構或停靠台551中。攜帶 型單元500可置放於距觀看螢幕（未圖示）一短距離處並置放 於桌面表面上且可提供至少4〇英吋對角線之影像尺寸。視 需要，單元500亦可提供手動聚焦機構515及揚聲器518。 埠525係提供用於將電纜線連接至音訊/視訊組件及/或至停 靠台。此外’為了更大可攜性，單元5〇〇可具有握把519。 98086.doc -24- 200528757 該成像系統之全部運作可類似於上述成像系統之運作。 如上所提及的，可將攜帶型投影單元組態成安裝於停靠 口中。该停养台可包含一基座。視需要，停靠台亦可包含 可延伸臂，諸如伸縮臂及可挽性臂。在例示性態樣中，基 座可為攜帶型的或可穩固地附著至如牆壁或天花板之表 面。另外，停靠台可含有用以供應電源至投影單元或模組 之電源、用以在投影單元或模組與電腦（未圖示）之間提供 通信之通信導線或線路，及用於進行有線或無線網路連接 之連接件。該有線/無線網路連接可提供中心管理控制功 能以允許中心辦公室具有監控投影裝置之使用的能力。該 網路連接亦可提供對基礎網路之存取以允許提出者存取及 顯示存在於網路中之檔案。該網路連接能允許處於特別模 式中之表達者自區域電腦接收如表示圖形之資訊。投影單 元/模組可包含一含有用於與停靠台通信之介面的埠。儘 官伸縮臂及可撓性臂係例示性的，但熟習此項技術者應認 識到··該等延伸臂存在其他設計。 圖12A至12C展示攜帶型前投影單元55〇之一替代設計。 在圖12A中，以透視圖展示了攜帶型投影單元55〇，同時圖 12B展示投影單元550之前視圖且圖12c展示其俯視圖。攜 帶型單元550可置放於距觀看螢幕（未圖示）一短距離處並置 放於桌面表面上且可提供至少40英吋對角線之影像尺寸。 視需要，單兀500亦可提供手動聚焦機構兄5。該成像系統 之全部運作可類似於上述成像系統之運作。 本發明之成像系統係設計成在各種前投影實施例中自短 98086.doc -25- 200528757 距離及極端偏軸位 之光學引擎為大體 真校正。 置處提供大影像尺寸。此外，本文所述 上無失真且需要極少甚至不需要梯形失 热白此項技術者將暸解· /、解·本鲞明可配合各種不同光學組 件一同使用。儘營 _ 多看例示性較佳實施例描述了本發 月’但可在不偏離本發明 4…丄 μ月之崎的情況下，以其他特定形 ;“ΓΓ #明。相應地’應瞭解：本文所述及說明之實施 歹例不性的且不應將其理解成限制本發明之範轉。可 根據本發明之料作出其他變化及修改。 【圖式簡單說明】 示 圖1為可用於本發明 圖2為可用於本發明 之例示性光學引擎的示意性表示； 之例示性投影光學器件的示意性 表 圖3為利用例示性光學引 示； 擎之壁裝投影系統的示意性表 圖4Α至4C為圖3之投影系統之壁裝單元的更詳細視圖； 圖5Α及5Β展示了於閉合位置及敞開位置之例示性 單元的設計； ~ 圖6為利用例示性光學引擎之例示性整合多媒體系統的 示意性表示； 圖7Α至7D展示了圖6之多媒體系統的更詳細視圖； 圖8 Α及8Β展示了多媒體系統之替代實施例； 圖9A及9B展示了多媒體系統之另一替代實施例； 圖10A展示了利用例示性光學引擎之緊密整合監視器系 98086.doc -26- 200528757 統的示意性表示，且圖l〇BS 10D展示了該緊密整合監視 器系統之替代實施例； 圖11A及11B分別展示了根據另一實施例之攜帶型投影 單元的前透視圖及後透視圖； 圖12A至12C展示了攜帶型投影單元之一替代設計的不 同視圖；且 圖13展示了藉由例示性光學引擎對習知前投影儀來達成 之短投影距離的說明。 此等附圖並非按比例繪製且僅用於說明之目的。儘管本 發明服從各種修改及替代形式，#已藉由附圖中之實例的 方式說明了其細節且將作詳細描述。然而應瞭解，本發明 並非用以將本發明侷限於所述之特定實施例。相反地，本 發明係用以涵蓋位於附加中請專利範圍所界定之本發明範 疇内的所有修改、均等物及替代型式。 【主要元件符號說明】 10 光學引擎 12、12f 照明系統 14 成像系統 15 聚焦機構 16 投影光學器件 18 投影螢幕 50 投影單元 75 習知投影儀 100 壁裝單元 98086.doc -27. 200528757 102 牆壁或其他結構 105 螢幕 110 光學引擎 112 可移動部件/可移動托盤 115 電子設備 118 揚聲器 200 多媒體系統 205 螢幕 210 光學引擎 212 可移動部件/滑動托盤 214 電子設備單元 215 控制電子設備 218 揚聲器 220 隔室 225 A/V組件 227 連接器埠 250 多媒體系統 255 螢幕單元 257 輪/捲筒 260 光學引擎 262 滑動托盤單元 300 多媒體/家庭影院系統 306 塔式結構 310 光學引擎

98086.doc -28- 200528757 318 揚聲器 400 監視器系統 405 螢幕 406 基座單元 410 光學引擎 430 遙控鍵盤 450 監視器系統 454 安裝件 455 螢幕 456 基座單元 460 光學引擎 500 攜帶型投影單元 510 光學引擎 515 手動聚焦機構 518 揚聲器 519 握把 525 埠 550 前投影單元 551 停靠台 565 手動聚焦機構 G1 第一鏡頭組 G2 第二鏡頭組 G3 第三鏡頭組 Ll-11 鏡頭元件 98086.doc -29-

Claims (1)

1. 200528757 申請專利範圍 1. -種用於-前投影顯示裝置 -第-鏡頭組，其具有負二娜頭’其包括： 表面，其中該廣角投影鏡頭::至力：具有至少-非球面 -影像，其中該影像大體上無失=約45。之半場角輸出 2. 如請求❸之廣角投影鏡頭，复： 至少約45〇，- # & ”中5亥廣角投影鏡頭以— 3. 如=項1或2之廣角投影鏡頭，進—步丄 ，鏡碩組’其具有大體上零折射力，且 径光欄位於該第二鏡頭組内或其附近；及 孔 一弟三鏡頭組，其具有正折射力； 其中滿足以下條件（1)至（3): IFi/F|<4.〇 條件⑴ |F2/F|>50 條件（2) lF3/F|<3.5 條件（3) 其中 F為該廣角投影鏡頭之焦距； Fl為該第一鏡頭組之焦距； 2為4第二鏡頭組之焦距；及 Fs為该第三鏡頭組之焦距。 4·:明求項1之廣角投影鏡頭，其中該第-鏡頭組包括一 -、有負折射力之第一鏡頭元件及一在其一第二表面上具 有非球面表面之第二鏡頭元件，其中該第一鏡頭組之 …巨與邊投影光學器件之一焦距之一比值（Fi/f)具有 98086.doc 200528757 以下關係：-3,5<Fl/F<_2.3。 5 · 如請求項4 >隹& m 廣角技釤鏡頭，其中該第二鏡頭元件整體 上具有一大體均一之厚度。 6·如刖述明求項中任一項之廣角投影鏡頭，進一步包括一 包各複數個鏡頭元件且安置成鄰接該第—鏡頭組之第二 鏡頭組’其Φ兮榮_ ^ 、甲5亥弟二鏡頭組大體上具有零折射力，且其 中A第-鏡碩組之_焦距與該投影光學器件之一焦距之 匕值(F2/F)具有以下關係：-95<F2/F<-86。 7· 士明求項6之廣角投影鏡頭，進-步包括一具有一正折 ^ 匕3女置成鄰接該第二鏡頭組之複數個鏡頭元件 :=鏡碩組，其中該第三鏡頭組之一焦距與該投影光 千态件之一焦距之一比值（FVF)具有以下關係：2.5< F3/F <3.2 〇 8·種則杈影顯示裝置，其包括一包含如請求項丨之廣角 投影鏡頭的光學弓丨擎，其中該光學引擎進-步包括-照 明系統及一成像系統。 9· ^明求項8之前投影顯示裝置，其中該第一鏡頭組距一 觀看勞幕之一距離與一投射影像尺寸之一比值為自約1 ·8 至2.2比1。 1〇·如明求項9之前投影顯示裴置，其中該投射影像尺寸為 至夕25央对（對角線量測）且大體上不需要梯形失真校 正’且其中該投射影像格式為一4x3格式及一 16x9格式 中的一個。 11.如明求項1〇之前投影顯示裝置，其中該投影鏡頭產生一 98086.doc 200528757 校正之影像，且 < —投影頭的部 大體上無失真且大體上不需要梯形失真 其中该光學引擎為-前投影顯示裝置中 12.如請求項8之前投影顯示裝置 有-Λ、m 一 r 4廣角投影鏡頭具 、S ;、、’、F/3_〇之速度及—約9之有效焦距。 “求項8之前投影顯示褒置，進-步包括—用以支撐 β亥光學引擎之可移動部件，A 牙 • i # ^ /、中^ 了移動部件可在距一 Μ有表面之一弟一距離處延伸。 14·如請求項〗3之前投影顯 s ^置，其中該顯示裝置係安裝 至一牆壁。 15.如請求項14之前投影顯示裝置’其中—觀看螢幕係安裝 至：牆壁’且其中該第一距離為距該觀看螢幕約27至約 33英吋’且其中該投影光學器件輸出一具有一約6〇英吋 之對角線尺寸的影像。 16.如請求項14之前投影顯示裝置，其中—觀看螢幕係安裝 至》亥牆壁’且其中該第一距離為距該觀看螢幕約i 8至約 22英吋，且其中該投影光學器件輸出一具有一約4〇英吋 之對角線尺寸的影像。 17·如請求項8之前投影顯示裝置，其中該顯示裝置包含一 玉氣冷卻裔、一揚聲器，及一聚焦機構中之至少一者。 18.如請求項8之前投影顯示裝置，其中該顯示裝置係安置 於一多媒體系統中，該多媒體系統進一步包含一電腦、 一DVD播放器、一CD播放器、一 VCR播放器、一衛星電 視接收器，及一有線電視接收器中之至少一者。 98086.doc 200528757 19.如請求項18之前投 附菩s . 衣置，其中该多媒體系統包含 附者至一糸統本體之多 輪或捲筒，且進一步 一 以支撐該光學引擎的可移用 系統之觀看螢幕，該多媒體 移動部件可在1該觀 幕之弟一距離處延伸。 20·如請求項8之前投影顯 入一敕人 不裝置’其中該光學引擎係倂合 入一整合監視器系統中。 21.如請求項2〇之整合監 ★亥光〜丨… n先，進-步包括-用以容納 。只先予引擎之基座單元，其 τ錢看料憾由-旋轉 祸接而被耦接至該基座單元。 22·如請求項$之前投影顯 ^ 尽八、、、員不兢置，進一步包括一握把，其 中該前投影顯示裝置為攜帶型的且被構形成可二 停靠台中。 、、 23.如請求項22之前投影顯示裝置，其中該停靠台包括 移動臂。 24.如請求項23之前投影顯示裝置，其中該停靠台包括：電 源線路’其用以提供電源至該投影模組；—通信線路， 其用於在該前投影顯示裝置與一電腦之間形成連通；及 一連接件，其用以提供-有線網路連接及-無線網路連 接中之至少一者。 98086.doc