TW201706670A - 投影鏡頭及其投影裝置 - Google Patents

Abstract

一種投影鏡頭應用在投影裝置之影像投影上，投影裝置用來投射影像至螢幕且包含成像單元，投影鏡頭包含第一透鏡組及第二透鏡組。第一透鏡組具有負屈光度，第一透鏡組鄰近螢幕且具有第一透鏡，第一透鏡具有第一負屈光度。第二透鏡組具有正屈光度，第二透鏡組鄰近成像單元且包含第二透鏡，第二透鏡具有第二負屈光度。第一透鏡之阿貝數為Vd1 ，第二透鏡之阿貝數為Vd2 ，且0.4≦Vd2 / Vd1 ≦1.2，Vd1 ＜50。

Description

投影鏡頭及其投影裝置

本發明關於一種投影鏡頭及其投影裝置，尤指一種具有短焦投影功能的投影鏡頭及其投影裝置。

隨著科技的進步，投影機常用來在會議簡報中展示影像資料。為了配合會議室的場地大小，超短焦的投影鏡頭以其便於攜帶及調焦便利之優點逐漸成為市場主流。常見的短焦投影鏡頭設計係採用以五片鏡片組成二群變倍透鏡群的配置，其中相對靠近投影螢幕的第一透鏡群具有負屈光度以用來發散光線，且相對遠離投影螢幕的第二透鏡群具有正屈光度以收斂光線，但此設計通常係使用高價位的非球面透鏡來用來消除橫向色像差（Lateral Color Aberration），故導致短焦投影鏡頭的製造成本居高不下。因此如何設計出一種成本便宜且具量產優勢並可進一步消除色像差的短焦投影鏡頭，便為相關光學鏡頭產業的發展目標之一。

本發明之目的之一在於提供一種具有短焦投影功能的投影鏡頭及其投影裝置，以解決上述之問題。

根據本發明之一實施例，本發明之投影鏡頭應用在一投影裝置之影像投影上，該投影裝置用來投射影像至一螢幕且包含一成像單元，該投影鏡頭包含一第一鏡頭組以及一第二鏡頭組。該第一透鏡組具有負屈光度，該第一透鏡組鄰近該螢幕且具有一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一負屈光度。該第二透鏡組具有正屈光度，該第二透鏡組鄰近該成像單元且包含一第二透鏡，該第二透鏡具有一第二負屈光度。該第一透鏡之阿貝數為V_d1 ，該第二透鏡之阿貝數為V_d2 ，且0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2，V_d1 ＜50。

根據本發明之另一實施例，本發明之投影裝置用來投射影像至一螢幕，該投影裝置包含一光源、一成像單元，以及一投影鏡頭。該光源用來提供一光線。該成像單元用來接收該光線。該投影鏡頭設置於該成像單元與該螢幕之間以用來投射該光線至該螢幕，該投影鏡頭包含一第一透鏡組以及一第二透鏡組。該第一透鏡組具有負屈光度，該第一透鏡組鄰近該螢幕且具有一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一負屈光度。該第二透鏡組具有正屈光度，該第二透鏡組鄰近該成像單元且包含一第二透鏡，該第二透鏡具有一第二負屈光度。該第一透鏡之阿貝數為V_d1 ，該第二透鏡之阿貝數為V_d2 ，且0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2，V_d1 ＜50。

綜上所述，相較於先前技術，本發明係採用負屈光度之第一透鏡組內具有負屈光度之第一透鏡與正屈光度之第二透鏡組內包含負屈光度之第二透鏡的透鏡配置以及採用第一透鏡之阿貝數V_d1 小於50且第一透鏡之阿貝數V_d1 與第二透鏡之阿貝數V_d2 的比例值介於0.4與1.2之間（即0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2）的設計，如此即可有效地修正影像畸變以及消除橫向色像差，從而提高投影裝置的成像品質以及降低投影鏡頭的透鏡數量，以滿足產品的價格及量產優勢。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1圖，其為根據本發明之一實施例所提出之投影裝置10之示意圖。如第1圖所示，投影裝置10係用來投射影像到螢幕12以展示影像資料，投影裝置10包含光源14、成像單元16、投影鏡頭18、濾光單元20以及反射元件22。光源14輸出光線，濾光單元20接收光線並將光線濾光成複數個色光，經過濾光單元20處理後的光線被反射元件22反射而由成像單元16所接收。成像單元16接收來自反射元件22的複數個色光並傳遞到投影鏡頭18。投影鏡頭18係設置在成像單元16與螢幕12之間，將來自成像單元16的光線投射到螢幕12上。在數位光學處理（Digital Light Processing, DLP）投影機中，濾光單元20為色輪，成像單元16為數位微型反射鏡（Digital Micromirror Device, DMD），反射元件22為凹面鏡。在液晶投影機中，濾光單元20是濾光片，反射元件22是反射鏡面，且成像單元16是液晶面板。

請參閱第2圖，其為第1圖之投影鏡頭18之結構示意圖。如第2圖所示，投影鏡頭18包含第一透鏡組24以及第二透鏡組26，第一透鏡組24相對鄰近螢幕12，第二透鏡組26相對鄰近成像單元16，其中第一透鏡組24具有負屈光度以用來發散光線。第二透鏡組26具有正屈光度以用來聚合光線。由第2圖可知，第一透鏡組24具有第一透鏡28，第一透鏡28具有負屈光度而可為彎月型負透鏡，第二透鏡組26包含第二透鏡30，第二透鏡30具有負屈光度而可為雙凹負透鏡，在此實施例中，第一透鏡28之阿貝數為V_d1 ，第二透鏡30之阿貝數為V_d2 ，且0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2，V_d1 ＜50，藉以有效地修正影像畸變（Distortion）以及消除橫向色像差。在實際應用中，第二透鏡30之折射係數係較佳地大於等於1.64且小於等於1.87，第二透鏡30之阿貝數V_d2 係較佳地大於等於20且小於等於35，更進一步地，第二透鏡30係可較佳地由具有高折射率與高色散係數的重火石玻璃（heavy flint-glass）材質所組成。

除此之外，由第2圖可知，第二透鏡組26可另包含一第三透鏡32、一第四透鏡34，以及一第五透鏡36，第三透鏡32以及第四透鏡34係位於第一透鏡28以及第二透鏡30之間，第五透鏡36係位於成像單元16以及第二透鏡30之間。在此實施例中，最靠近成像單元16的第五透鏡36係可較佳為由玻璃材質所組成的非球面透鏡，以符合耐高溫以及可進一步地消除色像差的實際需求，但不受此限，其應用態樣端視設計需求而定。綜上所述，在本發明實施例中，投影鏡頭18係僅由五片兩群的透鏡組所建構而成，其中只包含了一片彎月型負透鏡（即第一透鏡28）、一片雙凹負透鏡（即第二透鏡30），以及三片具有正屈光度的正透鏡（即第三透鏡32、第四透鏡34，以及第五透鏡36）。表一列舉了投影鏡頭18之各透鏡的較佳參數值。於表一中，「距離」之值代表對應此列之表面至下一列之表面之間距，即此列鏡面與下一列鏡面之間距，且表面S7代表投影鏡頭18之光圈19的所在位置，表面S12代表成像單元16的所在位置。 表一

為了兼顧投影鏡頭18的製作成本與結構設計，本發明係可較佳地將投影鏡頭18與成像單元16之距離比例以及第一透鏡組24與第二透鏡組26內之透鏡焦距比例分別限定在特定數值範圍內，但不此為限。舉例來說，第一透鏡28至第三透鏡32之距離為d₁ （實質上可視為投影鏡頭18之前焦），第五透鏡36至成像單元16之距離為d_bf1 （實質上可視為投影鏡頭18之後焦），第一透鏡28的焦距為f1，第二透鏡30的焦距為f2，則在此實施例中，d_bf1 / d₁ ≦1，d_bf1 ≧20mm，更進一步地，0.2≦∣f₂ ∣/∣f₁ ∣≦0.5。也就是說，在實際應用中，若是投影鏡頭18與成像單元16之距離比例大於上限（即d_bf1 / d₁ ＞1），會導致投影鏡頭18的總長度較短，投影鏡頭18之後焦d_bf1 相對應過長且需較多元件控制色像差，如此不但會提高投影鏡頭18的設計與製作成本，同時也會造成第一透鏡組24以及第二透鏡組26配置過近而容易在調焦過程產生結構干涉而損壞，反之，當投影鏡頭18與成像單元16之距離比例符合上述限制（即d_bf1 / d₁ ≦1，d_bf1 ≧20mm，0.2≦∣f₂ ∣/∣f₁ ∣≦0.5）時，投影鏡頭18的總長度與投影鏡頭18之後焦d_bf1 係可被控制在適當範圍內，從而確實地避免投影鏡頭18與投影裝置10之其他元件（如成像單元16等）干涉的情況發生，並且可有效地降低投影鏡頭18的設計與製作成本。需注意的是，由表一可知，在考慮焦距之正負性的情況下，第二透鏡30、第三透鏡32、第四透鏡34，以及第五透鏡36之焦距均大於第一透鏡28之焦距；另一方面，若是在取絕對值的前提下，第二透鏡30具有最小的焦距絕對值，也就是說，在此實施例中，相較於第一透鏡28、第三透鏡32、第四透鏡34，以及第五透鏡36，距離光圈19最近的第二透鏡30可具有相對最高的屈光能力而產生進一步消除橫向色像差的功效。

請參閱第3圖至第5圖，第 3圖為第2圖之投影鏡頭18的像場彎曲（field curvature）及成像畸變（distortion）模擬圖，第4圖為第2圖之投影鏡頭18的橫向色像差模擬圖。第5圖為第2圖之投影鏡頭18的調製轉換函數（modulation transfer function, MTF）模擬圖，從上述圖式分析可知，本發明之投影鏡頭18在成像畸變、像場彎曲與橫向色像差等方面取得良好的控制，根據調製轉換函數模擬圖可得知本發明的投影鏡頭18在反差對比度及銳利度都有極佳的表現。

綜上所述，本發明係採用負屈光度之第一透鏡組內具有負屈光度之第一透鏡與正屈光度之第二透鏡組內包含負屈光度之第二透鏡的透鏡配置以及採用第一透鏡之阿貝數V_d1 小於50且第一透鏡之阿貝數V_d1 與第二透鏡之阿貝數V_d2 的比例值介於0.4與1.2之間（即0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2）的設計，如此即可有效地修正影像畸變以及消除橫向色像差，從而提高投影裝置的成像品質以及降低投影鏡頭的透鏡數量，以滿足產品的價格及量產優勢。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧投影裝置
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧光源
16‧‧‧成像單元
18‧‧‧投影鏡頭
19‧‧‧光圈
20‧‧‧濾光單元
22‧‧‧反射元件
24‧‧‧第一透鏡組
26‧‧‧第二透鏡組
28‧‧‧第一透鏡
30‧‧‧第二透鏡
32‧‧‧第三透鏡
34‧‧‧第四透鏡
36‧‧‧第五透鏡
d₁、d_bf1‧‧‧距離
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12‧‧‧表面

第1圖為根據本發明之一實施例所提出之投影裝置之示意圖。 第2圖為第1圖之投影鏡頭之結構示意圖。 第 3圖為第2圖之投影鏡頭的像場彎曲及成像畸變模擬圖。 第4圖為第2圖之投影鏡頭的橫向色像差模擬圖。 第5圖為第2圖之投影鏡頭的調製轉換函數模擬圖。

16‧‧‧成像單元

18‧‧‧投影鏡頭

19‧‧‧光圈

24‧‧‧第一透鏡組

26‧‧‧第二透鏡組

28‧‧‧第一透鏡

30‧‧‧第二透鏡

32‧‧‧第三透鏡

34‧‧‧第四透鏡

36‧‧‧第五透鏡

d₁、d_bf1‧‧‧距離

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12‧‧‧表面

Claims (14)

1. 一種投影鏡頭，其應用在一投影裝置之影像投影上，該投影裝置用來投射影像至一螢幕且包含一成像單元，該投影鏡頭包含： 一第一透鏡組，具有負屈光度，該第一透鏡組鄰近該螢幕且具有一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一負屈光度；以及 一第二透鏡組，具有正屈光度，該第二透鏡組鄰近該成像單元且包含一第二透鏡，該第二透鏡具有一第二負屈光度； 其中，該第一透鏡之阿貝數為V_d1 ，該第二透鏡之阿貝數為V_d2 ，且0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2，V_d1 ＜50。
2. 如請求項1所述之投影鏡頭，其中該第二透鏡之折射係數係大於等於1.64且小於等於1.87，該第二透鏡之阿貝數係大於等於20且小於等於35。
3. 如請求項1所述之投影鏡頭，其中該第二透鏡係由重火石玻璃材質所組成。
4. 如請求項1所述之投影鏡頭，其中該第二透鏡組另包含一第三透鏡、一第四透鏡，以及一第五透鏡，該第三透鏡以及該第四透鏡位於該第一透鏡以及該第二透鏡之間，該第五透鏡位於該成像單元以及該第二透鏡之間，該第一透鏡至該第三透鏡之距離為d₁ ，該第五透鏡至該成像單元之距離為d_bf1 ，且d_bf1 / d₁ ≦1，d_bf1 ≧20mm。
5. 如請求項4所述之投影鏡頭，其中該第五透鏡係為一非球面透鏡。
6. 如請求項4所述之投影鏡頭，其中該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡，以及該第五透鏡之焦距均大於該第一透鏡之焦距。
7. 如請求項1或6所述之投影鏡頭，其中該第一透鏡之焦距為f₁ ，該第二透鏡之焦距為f₂ ，且0.2≦∣f₂ ∣/∣f₁ ∣≦0.5。
8. 一種投影裝置，用來投射影像至一螢幕，該投影裝置包含： 一光源，用來提供一光線； 一成像單元，用來接收該光線；以及 一投影鏡頭，其設置於該成像單元與該螢幕之間以用來投射該光線至該螢幕，該投影鏡頭包含： 一第一透鏡組，具有負屈光度，該第一透鏡組鄰近該螢幕且具有一第一透鏡，該第一透鏡具有一第一負屈光度；以及 一第二透鏡組，具有正屈光度，該第二透鏡組鄰近該成像單元且包含一第二透鏡，該第二透鏡具有一第二負屈光度； 其中，該第一透鏡之阿貝數為V_d1 ，該第二透鏡之阿貝數為V_d2 ，且0.4≦V_d2 / V_d1 ≦1.2，V_d1 ＜50。
9. 如請求項8所述之投影裝置，其中該第二透鏡之折射係數係大於等於1.64且小於等於1.87，該第二透鏡之阿貝數係大於等於20且小於等於35。
10. 如請求項8所述之投影裝置，其中該第二透鏡係由重火石玻璃材質所組成。
11. 如請求項8所述之投影裝置，其中該第二透鏡組另包含一第三透鏡、一第四透鏡，以及一第五透鏡，該第三透鏡以及該第四透鏡位於該第一透鏡以及該第二透鏡之間，該第五透鏡位於該成像單元以及該第二透鏡之間，該第一透鏡至該第三透鏡之距離為d₁ ，該第五透鏡至該成像單元之距離為d_bf1 ，且d_bf1 / d₁ ≦1，d_bf1 ≧20mm。
12. 如請求項11所述之投影裝置，其中該第五透鏡係為一非球面透鏡。
13. 如請求項11所述之投影裝置，其中該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡，以及該第五透鏡之焦距均大於該第一透鏡之焦距。
14. 如請求項8或13所述之投影裝置，其中該第一透鏡之焦距為f₁ ，該第二透鏡之焦距為f₂ ，且0.2≦∣f₂ ∣/∣f₁ ∣≦0.5。