201224513 六、發明說明： 【發明内容】 雖然已經描述各種投影透鏡，但是工業界能從具有諸如 问通里之經改良之性質的（例如小型）投影透鏡中找到優 勢0 在一實施例中 描述一投影透鏡，其從一螢幕側開始按 、正折射力之一第二透鏡群 依次順序包括一第一透鏡群組 組、及正折射力之-第三透鏡群組。至少—透鏡群組具有 一非球面表面。投影透鏡之焦距（F)對透鏡群組之各者之 焦距（F丨、F2、及F3)之比率使得丨Fi/^>5、〇5<丨^丨< 〇·9、及 1<F3/F<8 ° < 在另-實施例中’描述一投影透鏡，其從一螢幕側開始 按依次順序包括-第-透鏡群組、正折射力之—第二透鏡 群組、及正折射力之-帛三透麟組H透鏡群組具 有一非球面表面。投影透鏡之焦距（F)對透鏡群組之各者 之焦距（F丨、F2、及F3)之比率使得| Fi/f | >5、〇 5<丨μ ! 2.0、及 1.4<F3/F<8。 在其他實施例中，描述包括一照明系統、一成像系統
及如其中所述之一投影透鏡的光學引擎。描述包括此光 引擎的正面投影及背面投影顯示裝置。 【實施方式】 現描述適用於投影顯示系統中之投影透鏡。
之一 1繪示具有下列組件之一或多者之例示性光 示意展示：照明系統62或6r、成像系統64、 學引擎61 一聚焦機 158150.doc -4- 201224513 構65、及投影光學件66。雖㈣示兩個不同照明系統^及 62’’但是通常僅使用一者。當照明系統位於參考符號邮 7F之位置時，所使用之成像器為一反射成像器。相比之 下，當照明系統位於參考符號62,所示之位置時，所使用之 成像器係一透射成像器。光學引擎可在一投影螢幕“或― 觀看表面上產生一影像。由於觀看者與光學引擎在投影螢 幕的相同側上，故圖丨描繪使用光學引擎61之一正面投影 顯示系統。圖3A及圖3B描繪使用光學引擎11〇之一背面投 影顯示系統。下文更詳細說明光學引擎中之各元件。 照明系統62、62’可包含一燈單元、一濾波器（諸如一紅 外光及/或紫外光帶阻濾波器）、一分色構件、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。 適當可購得之燈包含（i)來自荷蘭艾恩德霍芬phmps Semiconductors之Philips UHP型燈單元，其使用一橢圓反 射器及（ii)來自德國慕尼黑〇SRAM GmBH之OSRAM P-VIP 250燈單元。其他適當燈及燈單元配置可用於本發明。舉 例而言，可使用金屬鹵化物燈或鎢鹵素燈或發光二極體 (LED)。可用於本發明之實施例之濾波器、色輪、及積光 器之類型並不關鍵。在一例示性實施例中’分色構件為成 像器之光源中之一旋轉紅/綠/藍（RGB)色序盤。一闡釋性 可購得色輪為來自列支敦斯登Balzers之UNAXIS Baize% LTD之UNAXIS RGB W色輪。一液晶RGB色序快門亦可用 於本發明之實施例中。一闡釋性可購得積光器係來自 UNAXIS Balzers LTD之中空隧道型積光器。 158150.doc 201224513 成像系統64包含一成像器且通常亦包含電子裝置。可用 於本發明之一有用反射成像器為可購自德州達拉斯丁以“ Instruments之具有約22 mm之一對角線之一xga數位微鏡 裝置（DMD)。或者，可將—透射或反射液晶顯示器用作成 像器。在《學引擎中，《像器之表面係大致定位為平行於 投影螢幕之表面。 對於一些實施方案，一聚焦機構65可藉由在一可滑動或 螺紋基座（未繪示）上安裝下述透鏡之—者或多者而達成， 。亥聚焦機構65可藉由手手動或透過使用—電子致動機構調 整。舉例而言’聚焦可藉由使用—變焦或一可變焦距透鏡 達成。或者，對於具有建立在光學引擎61與觀看螢幕Μ之 間之-預定固定位置之投影單元或對於背面投影應用無須 使用者聚焦。 在一些實施方案中，螢幕68可包括一多層材料，舉例而 言，如美國專利第6，179,426號所述組態之複數個菲埋爾 (FreSnel)元件。螢幕可經設計以控制水平方向上的光分佈 散佈以適應水平定位在螢幕前面之觀看者。螢幕之替代實 施例可包括均可靖自明尼蘇達彡彳彳聖保羅之—^叫卿之 多層膜技術、雙層亮度增強薄膜（DBEF)技術、或 VIKUITITM技術。視需要可在任何表面例如（―壁或其他結 構）或標準觀看螢幕上觀看所產生之影像。 在有利實施例中，本發明所述之投影透鏡係小型的。一 投影透鏡之「小型」之特性可為各種物理特徵。在一實施 例中，描述具有最大透鏡直徑對焦距之—比率（即l_/f) 158150.doc 201224513 一小型投影透冑。最大透鏡直徑係具有最大直徑之透鏡元 件之直徑。最靠近-螢幕側之透鏡通常為具有最大透鏡直 徑之透鏡元件。隨著此比率減小，透鏡群組之整體之直徑 亦減小。本文所述之小型投影透鏡通常具有不大於15之 最大透鏡直徑對焦距之一比率（Lmax/F)。在一些實施例 中，最大透鏡直徑對焦距之比率不大於丨0。最小Lmax/F通 常至少為G.7。在-些實施例中，W/F至少為〇 85或 0.90。 或者或與之結合，本文所述之投影透鏡之「小型」之特 陡可為「總光程」或總光程對焦距之比率（即TT/F)。一投 影透鏡之總光程（TT)係定義為從第一透鏡群組之第一表面 (最鄰近螢幕側）至最後一透鏡群組之最後一表面（最鄰近成 像器）之總距離。術語「螢幕側」指的是投影透鏡最靠近 一投影螢幕之一側。本文所述之小型投影透鏡通常具有不 大於100 mm或90 mm之一總光程。最小總光程通常至少為 5〇 mm。在一些實施例中’總光程不大於65 mm或60 mm。 本文所述之小型投影透鏡通常具有不大於5 · 5之總光程對 焦距之一比率（TT/F)。在一些實施例中，總光程對焦距之 比率不大於5.0或不大於4 〇或不大於35或不大於3〇。總光 耘對焦距之最小比率通常至少為2 5〇 ^在一些實施例中， 總光程對焦距之比率至少為2.90、或2.91或2.92。 在有利實施例中’本文所述之投影透鏡具有以F#為特徵 之一高通量。F#通常至少為1.2、或1.3、或1.4。在一些實 施例中’ F3至少為1.50或1.55。F#通常不大於2.4。在—些 158l50.doc 201224513 實施例中，F#不大於2.2、或2.0、或1.8。 本文所述之投影透鏡具有至少20度且不大於50度之視 場。在一些實施例中，視場至少為25、30、或3 5度。在一 些實施例中，視場不大於40度、或41度、或42度。在其他 實施例中，視場至少為40度或45度。 本文所述之投影透鏡具有高解析度。解析度指的是投影 透鏡可解析之一影像之最小特徵大小。可藉由使用代表藉 由透鏡以空間頻率為一函數之從物體至影像之調變之轉移 之調變轉移函數（MTF)判定解析度。可如〇ptical System Design ； Robert E. Fischer ^ Biljana Tadic-Galeb ^ Paul R.
Roder ; McGraw Hil卜 New York(2008年）’第 191 頁至第 198頁所述計算MTF »解析度係定義為MTF在全視場下大 於或等於0.30之交替（黑色）線與（白色）間隔之最小寬度。 在一些實施例中，解析度為10微米、或9微米、或8微米、 7微米。在其他實施例中，解析度為6微米、或5微米、或4 微米。 在有利實施例中，一小型投影透鏡係描述為具有高通 量。具有此特徵組合之-投影透鏡之—例示性實施例係描 繪於圖2中。 圖2之投影光學件包含三個透鏡群組（從__輸出側或營幕 側開始標注）：第-透鏡群組（G1)、第二透鏡群組⑹）、及 -第三透鏡群組（G3)。術語「螢幕側」意指投影透鏡 近一投影螢幕之該侧。 圖2之例示性投影透鏡共包含三個透鏡群組中之七個元 158150.doc 201224513 件，從螢幕側開始編號。第一透鏡群組（G1)係從螢幕側開 始按順序由一第一透鏡元件（L1)及一第二透鏡元件（L2)形 成。G1中f"F之比率使得|F"F |>5。F丨/F可為正或負。但 是’ h/F通常視為「低倍」。在一些實施例中，fi/f為正 且至少為5、或6、或7、或8、或9、或1〇。在一些實施例 中’ F^F小於13.4。在其他實施例中，FJF為負。舉例而 言，F^F可以不大於-10，或不大於-20、或不大於_30、或 不大於- 40、或不大於- 50、或不大於- 60、或不大於_7〇。 孔徑光闌位於第二透鏡群組内或位於第一透鏡群組與第 二透鏡群組之間。 第二透鏡群組（G2)係由三個透鏡元件（L3)至（L5)(含L3及 L5)形成，其等通常使用習知黏著劑膠合在一起。G2之折 射力為正。G2中FVF之比率使得0.5<F2/F<2。在一些實施 例中，FVF不大於1.5或1.2。在一些實施例中，f2/F小於 1 ·0或小於0.95。舉例而言，F2/F可至少為0.70或0.75。 第三透鏡群組（G3)係由四個透鏡元件（L3)至（L6)(含L3及 L6)形成。G3之折射力為正。G3中F3/F之比率使得 1<F3/F<8。在一些實施例中’ F3/F不大於7或6或5或4。在 一些實施例中’ F3/F至少為1.4、或1.6、或1.8、或2.0。 如圖2所示，一透明固體（例如玻璃）稜鏡或一偏振光束 分光器位於第二透鏡群組（G2)與第三透鏡群組（G3)之間。 在一些實施例中’稜鏡未提供可觀數量之折射力^在其他 實施例中，稜鏡包括促成第四透鏡群組之折射力之一透鏡 表面。 158150.doc -9- 201224513 至少一透鏡群組之至少一透鏡元件具有—非球面表面。 非球面表面之形狀可藉由下列方程式界定·· = + +a^4+^6 ^ +a10r- +anrn +aiy4
方程式I 其中 z為與系統之光軸相距一距離r之表面下陷， c為透鏡在光軸上之曲率，單位為 r為徑向座標’單位為mm， k為錐形常數，及 α2為二次項係數；α4為四次項係數；％為六次項係數； W為八次項係數；αι。為十次項係數；Μ為十二次項係 數，且α丨4為十四次項係數。 在-些實施例中，第二透鏡群組包括一非球面表面。或 者或與之結合’第三透鏡群組可包括一非球面表面。為方 便製造’具有非球面表面之各透鏡通常係由光學品質之 熱塑性或固化聚合材料形成。在—些實施财，第一透鏡 群組通常缺少具有-非球面表面之m件。缺少非球 面表面之透鏡之製造成本較低。在其他實施财，第—透 鏡群組可包括-非球面表面。當第―透鏡群組包含一非球 面表面時’透鏡可具有較少像差，但是製造成本更昂貴。 缺少-非球面表面之透鏡之各者視需要可由熱塑性或固化 聚合材料形成但通常由玻璃形成。光學品質透鏡材料通常 具有至少約1.50之一折射率。 I58150.doc 201224513 下文詳細說明三個透鏡群組。 第-透鏡群組（叫之折射力為負或正。第_透鏡群㈣ 由複數個透鏡元件即至少兩個透鏡元件形成。第一透鏡群 • 、组通常包括正折射力之—第—透鏡元件及負折射力之-第 • =透鏡元件。在第—透鏡群組中，位於最靠近蟹幕之一第 -透鏡7L件（L1)通常具有（例如三個）透鏡群組中所有透鏡 之最大直徑。第-透鏡群組中之第一透鏡元件具有足夠大 之直徑以在螢幕方向上以至少2()。且通常不大於5g。之一視 場角投影-影像而大致不失真。第一透鏡群組之第一透鏡 兀件通常具有不大於50 mm、或4〇 mm之一直徑。第一透 鏡群組之第一透鏡元件較佳具有不大於35 mn^t3〇 mm之 一直徑。第一透鏡群組之第一透鏡之最小直徑通常至少為 8 mm、或9 mm、或 10 _、或 u _、或 12 _、或 13 mm、或 14 mm 或 15 mm。 第一透鏡群組（G1)之所有透鏡可由玻璃組成且具有球面 表面。在一些實施例令，第一透鏡群組（G1)為膠合之雙合 透鏡以幫助控制球面像差及彗形像差。 . 第二透鏡群組（G2)之折射力為正。第二透鏡群組可由複 數個（例如四個）透鏡元件形成》投影透鏡之孔徑光闌位於 第一透鏡群組内或第一透鏡群組與第二透鏡群組之間。在 一些例示性實施例中，如圖2所示，第二透鏡群組包含具 有一正透鏡元件（L3)及負透鏡元件（L4)之一雙合透鏡及具 有正折射力之兩個單透鏡（L5及L6)。 第二透鏡群組（G3)之折射力為正。如圖2所示，第三透 I58150.doc -11 - 201224513 鏡群組可由一單個透鏡元件（L7)形成。 一視需要（例如玻璃）稜鏡或偏振光束分光器係佈置在第 二透鏡群組與成像器之間，即位於距離螢幕侧最遠之一位 置上。 可調整透鏡之間之間隔以平衡（諸）像差。 進一步參考下列實例描述本發明。一般技術者將瞭解， 給定本文當前描述，可採用投影透鏡之替代構造，包含含 有更少、相同或更多數量之透鏡元件之替代構造。 實例1 卜列录1至表3列示 • 片’〜π <项·用逯鏡資 料、表面資料概要、及非球面係數。下列表2從勞幕 始知順序列示表面編號（表面i為最靠近第_透鏡元件 螢幕側之表面）、接近各表面之光軸之半徑⑴（單位 未）、表面之間之軸上間隔（D 位： 氅 類型。可藉由方程式曲率⑷=1/半徑計指示材料 技術者認知可從材料類型中決定材；^:習此項 (Abbe)數。表面〇為物體表面或投影螢幕之表面、。^及阿貝 158150.doc 201224513 表1 通用透鏡資料 表面 18 有效焦距 21.244 (系統溫度及壓力下之空氣中） 有效焦距 21.244(像空間中） 背面焦距 -0.4506384 總光程 62.1961 像空間F/# 1.581386 近軸工作F/# 1.578013 工作F/# 1.587912 像空間NA 0.3020542 物空間NA 0.007067355 光闌半徑 4.95 近軸像高 7.11 近軸放大率 -0.02230531 入瞳直徑 13.43378 入瞳位置 17.38716 出瞳直徑 140.4795 出瞳位置 221.7016 場型 實像高(單位：毫米） 最大徑向場 7.11 主波長 0.525 μηι 透鏡單位 毫米 角放大率 -0.09564112 158150.doc 13- 201224513 表2 表面資料概要 表面 類型 半徑 厚度 材料 直徑 錐形 備註 物體 標準 無窮大 933 638.566 0 1 標準 15.48539 5.23 S-LAH55 20.4 0 G1，L1 2 標準 83.58183 0.79 18.4 0 3 標準 71.37804 1.47 S-FSL5 16.68 0 G1，L2 4 標準 7.748367 6.3 11.92 0 光闌 標準 無窮大 2.2 9.9 0 孔徑光闌 6 標準 -9.242815 1.21 S-TIH53 10.34 0 G2, L3 7 標準 20.02491 5.97 S-LAH55 14.08 0 G2, L4 8 標準 -16.7116 0.53 16.58 0 9 標準 126.4536 5.45 S-LAH55 19.46 0 G2, L5 10 標準 -23.38616 0.349776 20.4 0 11 EVENASPH 33.55407 6.57 E48R 20.4 7.414647 G2, L6 12 EVENASPH -345.65 2.215 19.3 0 13 標準 無窮大 17.5 BK7 18.8 0 PBS 14 標準 無窮大 0.08 16 0 15 STANDARD 無窮大 3.63 APL5514ML 15.84 0 G3,L7 場透鏡 16 EVENASPH -24.38642 2 15.4 -431.4725 17 標準 無窮大 0.7013211 S-BSL7 14.6 0 防護玻璃 影像 標準 無窮大 14.27211 0 對於此第一實施例，如上述方程式規定，第二透鏡群組 之透鏡元件L6之第一及第二表面（表2中標注為表面11及 12)及第三透鏡群組之透鏡元件L7之第二表面（表2中標注 為表面16)為非球面，且具有下列係數值： 158150.doc 14- ⑧ 201224513 表3 | 非球面係數 係數 表面11 表面12 表面16 α2 0 0 0 (Χ4 6.7935284e-007 4.3682923e-005 -0.00099371387 α6 -8.2337152e-007 -5.4593537e-007 6.1908039e-005 as 1.9695232e-008 1.5209052e-008 -2.0665653e-006 «10 -2.9281562e-010 -2.1390045e-010 3.9019349e-008 Cli2 2.1699396e-012 1.6428553e-012 -3.8642184e-010 «14 _ —— -6.9322994e-015 -5.1973996e-015 1.5582046e-012 在本第一實施例中，投影透鏡具有21.2 mm之有效總焦 距、螢幕側之方向上之37.2。之一視場角且在F/1.59下運 行。投影透鏡具有62.2 mm之一總光程。因此， Lmax/F=0.960且 TT/F=2.928。 第一透鏡群組G1具有290.7002 mm之一有效焦距；第二 透鏡群組G2具有16.7606 mm之一有效焦距；且第三透鏡群 組G3具有44.5 162 mm之一有效焦距。因此，各透鏡群組焦 距相對於整個透鏡有效焦距具有下列關係： F!/F=13.68 > F2/F = 0.789 > J. F3/F=2.096. 使用70線對（lp)/mm(7.0微米像素大小）之空間頻率產生 有關本實施例之MTF資料。切向及弧矢MTF列於下表中。 由於所有MTF值均大於或等於0.30,故解析度為7.0微米》 視場(正規化） 0 視場中 心 0.5 50%視場 0.707 70%視場 1 100%視場 切向MTF 0.72 0.48 0.51 0.30 弧矢MTF 0.72 0.59 0.39 0.41 158150.doc -15- 201224513 實例2 下列表4至表6列示圖2之一第二實施例之通用透鏡資 料、表面資料概要、及非球面係數。 表4 通用透鏡資料 表面 18 有效焦距 21.14048(系統溫度及壓力下之空氣中） 有效焦距 21.14048(像空間中） 背面焦距 -0.2861545 總光程 62.47535 像空間F/# 1.626844 近軸工作F/# 1.627146 工作F/# 1.627753 像空間NA 0.2937315 物空間NA 0.004056222 光闌半徑 4.83 近軸像高 7.11 近轴放大率 -0.01320024 入瞳直徑 12.99478 入瞳位置 19.92017 出瞳直徑 923.7006 出瞳位置 -1503.002 視場類型 實像高(單位：毫米） 最大弧矢視場 7.11 主波長 0.525 μηι 透鏡單位 毫米 角度放大率 0.01406568 158150.doc -16- ⑧ 201224513 表5 表面資料概要 表面 類型 半徑 厚度 材料 直徑 錐形 備註 物體 標準 無窮大 1581.9 1088.46 0 1 標準 16.63376 4.14386 S-LAH55 20.4 0 G1，L1 2 標準 64.48508 2.929387 19.13011 0 3 標準 72.45859 1.115806 S-FSL5 14.86578 0 G1,L2 4 標準 8.037915 6.469202 11.61721 0 光闌 標準 無窮大 2.291551 9.66 0 孔徑光闌 6 標準 -10.35458 1.416593 S-TIH53 10.48201 0 G2，L3 7 標準 19.53878 6.397807 S-LAH55 14.29626 0 G2，L4 8 標準 -17.31482 0.524664 16.94148 0 9 標準 44.97558 4.543756 S-LAH55 20.1563 0 G2, L5 10 標準 -38.04864 0.349776 20.4 0 11 EVENASPH 118.126 5 E48R 20.4 79.18065 G2，L6 12 EVENASPH -34.68758 3.38295 20.07787 0 13 標準 無窮大 17.5 BK7 18.84299 0 PBS 14 標準 無窮大 0.08 15.63685 0 15 標準 無窮大 3.63 B270 15.61438 0 G3，L7 場透鏡 16 EVENASPH -32.322 2 15.00061 -154.734 17 標準 無窮大 0.7 S-BSL7 14.39771 0 防護玻璃 影像 標準 無窮大 14.276 0 對於此第二實施例，如上述方程式I規定，第二透鏡群 組之透鏡元件L6之第一及第二表面（表2中標注為表面11及 12)及第三透鏡群組之透鏡元件L7之第二表面（表2中標注 為表面16)為非球面，且具有下列係數值： 158150.doc -17- 201224513 表6 非球面係數 係數 表面11 表面12 表面16 α2 0 0 0 (Χ4 -5.3345517e-006 2.0717513e-005 3.519e-005 α6 -1.4650323e-007 6.6712267e-008 5.9947818e-007 α8 7.6612097e-009 3.2677404e-009 -5.1800869e-009 αιο -1.0710697e-010 -4.8692405e-011 0 an 8.5329239e-013 5.4074158e-013 〇 αΐ4 -2.6299795e-015 -1.9477399e-015 0 在本第二 二實施例中， 投影透鏡具有21 1 mm之有效總 距、螢幕側之方向上之37.4°之一視場角且在F/l.63下運 行。投影透鏡具有62.5 mm之一總光程。因此， Lmax/F = 0.965且 TT/F=2.955 ° 第一透鏡群組G1具有-1331.575 mm之一有效焦距；第二 透鏡群組G2具有16.221 mm之一有效焦距；且第三透鏡群 組G3具有61.392 mm之一有效焦距。因此，各透鏡群組焦 距相對於整個透鏡有效焦距具有下列關係：？!/?^ 62.988，F2/F = 0.767，及 F3/F = 2.904 ° 使用81線對（lp)/mm(6.2微米像素大小）之空間頻率產生 有關本實施例之MTF資料。切向及弧矢MTF列於下表中。 由於所有MTF值均大於或等於0.30，故解析度為6.2微米。 0 0.5 0.707 1 視場 50% 70% 100% 視場(正規化） _心 視場 視場 視場 切向MTF 0.72 0.43 0.55 0.38 弧矢MTF 0.72 0.49 0.30 0.51 158150.doc -18- 201224513 實例3 下列表7至表9列示圖2之第三實施例之通用透鏡資料、 表面資料概要、及非球面係數。 表7 通用透鏡資料 表面 18 有效焦距 21 · 17078(系統溫度及壓力下之空氣中） 有效焦距 21.17078(像空間中） 背面焦距 -0.3028827 總光程 62.15334 像空間F/# 1.610166 近軸工作F/# 1.610711 工作F/# 1.610583 傳·空間NA 0.2964664 物空間NA 0.004105143 光闌半徑 4.83 近抽像1¾ 7.11 近軸放大率 -0.01322451 入瞳直徑 13.1482 入瞳位置 19.51616 出瞳直徑 514.0315 出瞳位置 -827.9791 視場類型 實像高(單位：毫米） 最大弧矢視場 7.11 主波長 0.525 μιη 透鏡單位 毫米 角度放大率 0.02557895 I58150.doc -19- 201224513 表8 表面資料概要 表面 類型 半徑 厚度 材料 直徑 錐形 備註 物體 標準 無窮大 1581.9 1075.401 0 1 標準 16.92829 4.24386 S-LAH55 21.6 0 G1，L1 2 標準 60.21584 2.929387 20.45681 0 3 標準 40.40174 1.5 S-FSL5 15.31011 0 G1，L2 4 標準 7.474034 5.820551 11.22679 0 光闌 標準 無窮大 2.494573 9.66 0 孔徑光闌 6 標準 -9.536645 1.416593 S-TIH53 10.46407 0 G2，L3 7 標準 17.77457 6.397807 S-LAH55 16 0 G2，L4 8 標準 -14.68224 0.524664 17.6 0 9 標準 29.49231 6.843086 S-LAH55 21.6 0 G2，L5 10 標準 -31.83892 0.349776 21.63594 0 11 EVENASPH 20.28873 2.098468 E48R 19.41525 1.988726 G2, L6 12 EVENASPH 15.9781 3.304574 17.96643 0 13 標準 無窮大 17.5 BK7 17.90565 0 PBS 14 標準 無窮大 1 16.35788 0 15 標準 16.76973 3.63 N-SK5 15.95047 0 G3,L7 場透鏡 16 標準 41.12506 1.4 14.86489 0 17 標準 無窮大 0.7 S-BSL7 14.47507 0 防護玻璃 影像 標準 無窮大 14.28036 0 對於此第三實施例，如上述方程式I規定，第二透鏡群 組之透鏡元件L6之第一及第二表面（表2中標注為表面11及 12)為非球面，且具有下列係數值： 158150.doc -20- ⑧ 201224513 表9 非球面係數 係數 表面11 表面12 α2 0 0 (Χ4 -5.2176515e-005 7.2446e-006 ae 4.676203e-008 6.633185e-007 as 3.3210721e-010 -2_6198413e-009 «10 -1.3580064e-010 -9.2207049e-011 au 1.1674497e-012 9.1436803e-013 a14 -5.0372652e-015 -5.9069863e-015 在本第三實施例中，投影透鏡具有21.18 mm之有效總焦 距、螢幕側之方向上之37.1度之一視場角且在F#/1.61下運 行。投影透鏡具有62.15 mm之一總光程。因此， Lmax/F=1.02且 TT/F=2.936。 第一透鏡群組G1具有-989.24 mm之一有效焦距；第二透 鏡群組G2具有17.423 mm之一有效焦距；且第三透鏡群組 G3具有45.257 mm之一有效焦距。因此，各透鏡群組焦距 相對於整個透鏡有效焦距具有下列關係：， F2/F=0.823，及F3/F=2.138。 使用62線對（lp)/mm(8.1微米像素大小）之空間頻率產生 有關本實施例之MTF資料。切向及弧矢MTF列於下表中。 由於所有MTF值均大於或等於0.30，故解析度為8.1微米。 視場(正規化） 0 視場中 心 0.5 50%視場 0.707 70%視場 1 100%視場 切向MTF 0.75 0.58 0.55 0.46 弧矢MTF 0.75 0.73 0.58 0.30 158150.doc -21 · 201224513 比較實例 下列表10至表12列示一比較實例之通用透鏡資料、表面 資料概要、及非球面係數。 表10 158150.doc -22- ⑧ 通用透鏡資料 表面 14 有效焦距 11.43763(系統溫度及壓力下之空氣中） 有效焦距 11.43763(像空間中） 背面焦距 -0.2000266 總光程 33.05964 像空間F/# 1.510359 近軸工作F/# 1.517379 工作F/# 1.420716 像空間NA 0.3129626 物空間NA 0.006754861 光闌半徑 2.9 近軸像高 4.7 近轴放大率 -0.02022491 入瞳直徑 7.572792 入瞳位置 6.03109 出瞳直徑 17.35445 出瞳位置 26.01149 視場類型 實像高(單位：毫米） 最大弧矢視場 4.7 主波長 0.525 μιη 透鏡單位 毫米 角度放大率 -0.4363606 201224513 表11 "" ^—— 表面資料概要
Trr,"" ^ 表面 類型 半徑 厚度 材料 直徑 錐形 備註 物體 標準 無窮大 554.5 465.2261 0 1 標準 7.645 2.8 S-LAH55 9.2 0 G1，L1 2 標準 185.8313 0.8 S-FSL5 8 0 G1，L2 3 標準 3.6343 2 5.7 0 STO 標準 無窮大 1.65 5.8 0 孔徑光闌 5 標準 •4.8128 0.6 S-TIH53 5.8 0 G2, L3 6 標準 13.54 3.8 S-LAH58 7.7 0 G2，L4 7 標準 -7.1681 0.3 8.9 0 8 EVENASPH 18.2242 3.8 ACRYLIC 11.3 1.198 G2，L5 9 EVENASPH -13.149 2.869636 11.7 1.198 10 EVENASPH 49.1676 12 WF100 11.6 -76 G3, L6 PBS 11 EVENASPH -7.8868 1.81 11 -11.953 12 標準 無窮大 0.63 S-BSL7 10 0 玻璃窗 13 標準 無窮大 0 10 0 影像 標準 無窮大 9.785207 0 對於此第四實施例，如上述方程式I規定，第二透鏡群 組之透鏡元件L5之兩個表面（表11中標注為表面8及9)及第 三透鏡群組之透鏡元件L6之兩個表面（表11中標注為表面 10及11)為非球面，且具有下列係數值： 表12 非球面係數 係數 表面8 表面9 表面10 表面11 0 0 0 0 CK4 -0.000207372 4.27499 le-005 0.0001698438 -0.0020821456 <16 2.905334e-006 -7.138982e-006 -1.482288e-005 0.00035165299 «8 -3.700038e-007 2.373235e-007 5.716697e-007 -2.9442 le-005 «10 7.6212144e-009 -1.047015e-008 -2.080512e-008 1.3350247e-006 «12 -8.635933e-012 1.56721e-010 4.633158e-010 -3.1413165e-008 αΐ4 9.958937e-013 1.446977e-012 -3.679977e-012 3.0056713e-010 J58150.doc •23· 201224513 在本比較實例中’投影透鏡具有11438 mm之有效總焦 距、螢幕側之方向上之45 〇。之一視場角且在F/l 42下運 行。投影透鏡具有33.070 mm之一總光程。因此， Lmax/F = 0.804且 TT/F=2.891。 第一透鏡群組G1具有239.443 mm之一有效焦距；第二 透鏡群組G2具有1 1.472 mm之一有效焦距；且第三透鏡群 組G3具有14.596 mm之一有效焦距。因此，各透鏡群組焦 距相對於整個透鏡有效焦距具有下列關係：Fi/F = 2〇 93， F2/F = 1.003，及 F3/F = 1.276。 上述光學引擎可用於多種投影應用中。 在一例示性背面投影應用中，圖3 A及圖3B分別繪示一 背面投影顯示裝置100之一側視圖及一等角視圖。在一例 示性實施例中，顯示裝置1〇〇包含類似於上述光學引擎61 之一光學引擎110且包含類似於上述投影光學件66之一投 影透鏡^ 背面投影顯示裝置100包含—底座102、一機殼104、及 一螢幕106。如圖3A及圖3B所示，背面投影顯示裝置可實 施為一背面投影電視。其他實施方案可包含可展示一大 (例如40英寸對角線或更大）影像給一或多個觀看者之商業 及教育顯示裝置。 底座102可容納諸如光學彳丨擎11〇之組件以及一電源、控 制電子裝置、音訊組件、及一連接面板(為簡潔起見未繪 示）’可將其等之一或多者耦合至光學引擎11()。底座1〇2 亦可經組態以提供顯不裝置1〇〇之結構支撐。此外，取決 158150.doc -24- 201224513 於光學引擎110之設計’底座可進一步包含一反射表面， 諸如鏡子112，其可將從光學引擎110所投影之影像導向至 螢幕106及/或一額外反射表面或諸反射表面，諸如容納在 機殼104中之反射表面或鏡子114。背面投影顯示裴置ι〇〇 中所使用之反射表面（或鏡子）112、114可組態為例如第一 表面鏡子、一反射菲涅爾表面（或諸表面）、或另一高反射 材料《如一般技術者在本描述所給定之情況下所知，可結 合本文所述之光學引擎使用一或多個反射表面以提供一投 影影像至螢幕106。 機殼104可經組態以容納諸如如上所述之一或多個反射 表面。此外，機殼104可支撐觀看螢幕1〇6，其可經組態以 提供一或多個不同影像格式，諸如4χ3格式或16χ9格式。 接收投影影像（見例如圖3八所示之實例虛線）之螢幕1⑽ 之大小及形狀可基於投影影像大小及格式而變化。關於螢 幕構造，舉例而言’螢幕1〇6可包括一多層材料，舉例而 言，組態為如美國專利第6，179,426號所描述之複數個菲涅 爾元件#幕可經叹叶以控制水平方向上的光分佈散佈以 適應水平位於螢幕前方之觀看者。#幕之替代實施例可包 括均可購自明尼蘇達州聖保羅之3M〜邮卿之多層膜技 術、雙層亮度增強薄膜（DBEF)技術、或VIKuitiTM技術。 如上所述，光學引擎11〇可以類似於上文參考圖！所述之 光子引擎61之方式構造且可包含類似於上述投影光學件 66之-投影透鏡。此外，光學引擎u〇可包含類似於上述 照明系統及成㈣統之m统及m统且可在結 J58150.doc (：; »1ηΡ •25- 201224513 構上經組態以適應不同底座及設計。 舉例而言，光學引擎丨10取決於所使用之成像器或照明 系統之類型可具有一 V形型佈局、一型佈局、或_[形 型佈局。對於其中光學引擎11〇可在至少45或55度之一視 %角上提供一影像之一些實施例，機殼1〇4之深度可相 對於習知背面投影顯示裝置減小。舉例而言，機殼104之 深度（X)可從約5英寸至約15英寸，較佳從約7英寸至約12英 寸，且更佳從約7英寸至約10英寸。如本描述所述可知， 機忒1 04之深度（x)可基於諸如螢幕對角線大小及影像格式 之因素而變化。 在一例示性實施例中，光學引擎110可包含採用例如 DLP ' LCD或LCOS技術之一成像器或成像裝置。在一例示 性實允例中，光學引擎可提供具有4X3格式之一影像。在 另一例不性實施例中，可以一適當成像器實施光學引擎以 提供不同螢幕格式，諸如16X9格式。在又一例示性實施 例中，照明系統可以類似於上述照明系統之方式由舉例而 5 —燈單兀（諸如一弧光燈或其他類型之燈）構成。或者， 光學引擎110之照明系統可採用一固態系統，諸如基於雷 射或基於LED之系統。 或者，可以校正電路（例如一習知彎曲晶片）實施光學引 擎，其可以更短投射距離形成充分的影像品質。 此外，光學引擎係經設計使得只需要少許或無須梯形失 真扠正同時減少失真。舉例而言，投影影像之失真值可小 於或等於2% ’較佳小於或等於1 〇% ’或更佳小於或等於 158150.doc
(D •26- 201224513 1.5%’且更佳小於或等於〇5%(例如，其中可藉 h)/h*100 決定失真（d)，复 、 a —(Η- ，、中h為近軸像高且Η為實像高）。 在一替代實施例中，一背 仅京八•員不裝置可設計用於一 壁掛式或天化板懸掛式實絲 方案，其巾底㈣分係經實施 以容納光學引擎及其他雷 Χ 〃他電子裝置且無須作為-支架支撐裝 1：。 熟習此項技術者瞭解本發 +赞明可結合多種不同光學組件使 用。雖然已參考例示性較佳實^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 干乂征X她例描述本發明，但是本發 明可具體實現為其他具體裉彳二π m _ 、體形式而不脫離本發明之範圍。因 此’應瞭解本文所述及峰于杏 、貧不之a鈀例僅為例示性且不得視 為限制本發明之範圍。可根據本發明之範圍進行其他變更 及修飾。 這些圖式未按比例繪示且僅旨在用於闡釋之目的。 【圖式簡單說明】 圖1係可用於本發明之—例示性光學引擎之一示意展 示 圖2係可用於本發明之—例示性投影光學件之一示意展 示； 圖3A及圖3B分別繪示-具體實施之背面投影顯示裝置 之一側視圖及一等角視圖。 【主要元件符號說明】 61 光學引擎 62 照明系統 62' 照明系統 158150.doc •27· 201224513 64 成像糸統 65 聚焦機構 66 投影光學件 68 投影螢幕 100 背面投影顯示裝置 102 底座 104 機殼 106 螢幕 110 光學引擎 112 反射表面/鏡子 114 反射表面/鏡子 G1 第一透鏡群組 G2 第二透鏡群組 G3 第三透鏡群組 LI 第一透鏡元件 L2 第二透鏡元件 L3 第三透鏡元件 L4 第四透鏡元件 L5 第五透鏡元件 L6 第六透鏡元件 L7 第七透鏡元件 X 深度 158150.doc -28-