TWI412811B - 投影鏡頭 - Google Patents

Description

投影鏡頭

本發明涉及一種投影鏡頭。

隨著半導體技術的發展，數位光處理(Digital Light Processing,DLP)投影儀，液晶顯示(Liquid Crystal Display,LCD)投影儀、矽晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)投影儀採用的空間光調製器(Spatial light modulator，SLM)，包括數位微鏡晶片(Digital micro-mirror device,DMD)、液晶顯示面板(LCD panel)及矽晶晶片(LCoS chip)，在提高畫素的同時，朝小型化方向發展，以此滿足消費者對投影畫面品質的要求及便攜性的要求。

應用於小型投影機中的投影鏡頭，需保證良好投影畫面品質要求的同時還需滿足小尺寸要求，以方便攜帶使用。然而現在的小型投影機在實現小型化時，往往會因為像差較大導致投影品質變差。

有鑒於此，有必要提供一種像差小、成像品質好，並且實現小型化的投影鏡頭。

一種投影鏡頭，其從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡、一個具有正光焦度的第二透鏡、一個具有負光焦度的第三透鏡、一個具有正光焦度的第四透鏡及一個具有正光焦度的第五透鏡。所述第三透鏡及第四透鏡膠合成具有負光焦度的複合透鏡，所述投影鏡頭滿足條件式0.4<R₁₂/f0.48，其中R₁₂表示第一透鏡縮小端表面的曲率半徑；f為投影鏡頭的焦距。

上述投影鏡頭，在滿足條件式的情況下，所述投影鏡頭具有一較小的高度，從而滿足投影鏡頭小型化的要求，同時確保第一透鏡在縮小端表面的形狀，從而可以降低球差，提高成像品質。

100‧‧‧投影鏡頭

10‧‧‧第一透鏡

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

34‧‧‧複合透鏡

50‧‧‧第五透鏡

60‧‧‧光闌

70‧‧‧棱鏡

80‧‧‧玻璃蓋片

90‧‧‧SLM表面

圖1為本發明實施方式提供的一種投影鏡頭示意圖；圖2為本發明投影鏡頭第一實施方式的球差圖；圖3為本發明投影鏡頭第一實施方式的場曲圖；圖4為本發明投影鏡頭第一實施方式的畸變圖；圖5為本發明投影鏡頭第二實施方式的球差圖；圖6為本發明投影鏡頭第二實施方式的場曲圖；圖7為本發明投影鏡頭第二實施方式的畸變圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，其為本發明提供的投影鏡頭100。該投影鏡頭100從 放大端至縮小端(近SLM端)依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡10、一個具有正光焦度的第二透鏡20、一個具有負光焦度的第三透鏡30、一個具有正光焦度的第四透鏡40及一個具有正光焦度的第五透鏡50。

所述第一透鏡10、第二透鏡20及第五透鏡50是非球面塑膠鏡片。採用非球面可有效降低畸變、慧差、像散等像差，且可有效減少鏡片數量，進而縮小投影鏡頭100的長度。同時第一透鏡10、第二透鏡20、複合透鏡34及第五透鏡50採用負正負正結構，在合理的光焦度分配下，可達成廣角，從而可以在短距離內投影出大畫面。

所述第三透鏡30及第四透鏡40膠合成具有負光焦度的複合透鏡34。所述複合透鏡34可以有效降低色像差，並可以縮小投影鏡頭100的長度。

本實施方式的投影鏡頭100應用於DLP投影儀。投影時，SLM(本實施方式中為DMD晶片，圖未示)調製的投影訊號光自SLM表面90投射到投影鏡頭100，依次經第五透鏡50、第四透鏡40、第三透鏡30、第二透鏡20及第一透鏡10，投射於螢幕(圖未示)上便可得到投影畫面。具體地，DLP投影儀投影時，SLM表面90投射出的投影訊號光進入投影鏡頭100。

為實現低像差，高畫質的要求，該投影鏡頭100滿足以下條件式：(1)0.4<R₁₂/f0.48。

其中，R₁₂表示第一透鏡10靠近縮小端表面的曲率半徑；f為投影鏡頭100的有效焦距。條件式(1)確保了第一透鏡10在靠近縮小端的表面形狀，這種形狀有助於降低畸變，並且可以確保投影鏡頭100的廣角特性。

優選地，投影鏡頭100還滿足以下條件：(2)BFL/f>0.85。

其中，BFL為投影鏡頭100後焦距，即為第五透鏡50靠近縮小端的表面到SLM表面90的距離。條件(2)限制投影鏡頭100的後焦距長度以保證其他光學投影元件，如濾光片等光學元件可放置於第五透鏡50靠近縮小端的表面到SLM表面90之間。

優選地，投影鏡頭100還滿足以下條件：(3)0.8<f₅/f<1.2。

其中，f₅為所述第五透鏡50的焦距。條件式(3)確保第五透鏡50的光焦度，使得光線入射角比較小，用來配合工作角度較小的DMD晶片進行工作。

所述投影鏡頭100還包括一個設置於第二透鏡20與第三透鏡30之間的光闌60，以限制經過第三透鏡30的光線進入第二透鏡20的光通量，並讓經過第三透鏡30後的光錐能更加對稱，使投影鏡頭100的彗差得以修正。為節約成本，可採用不透光材料塗布第三透鏡30放大端表面外圈，充當光闌60。可以理解，光闌60如此設置還有利於縮短投影鏡頭100全長。棱鏡70及玻璃蓋片80設置於 第五透鏡50及SLM表面90之間，用於調整光路、保護SLM表面。

下面請參照圖2至圖4，具體詳細說明投影鏡頭100。以下每個實施方式中，第三透鏡30及第四透鏡40各表面均為球面玻璃鏡片。

f：投影鏡頭100的有效焦距；F_No：F(光圈)數；2 ω：視場角。

第一實施方式

該投影鏡頭100的各光學元件滿足表1的條件，且其f=10.108。BFL=13.865649，f₅=9.529965，F_No=1.961832，2 ω=54°。

表2

該第一實施方式的投影鏡頭100中，其球差、場曲及畸變分別如圖2到圖4所示。圖2中，分別針對F線(λ值625nm)，d線(λ值587nm)，C線(λ值486nm)而觀察到的球差值。總體而言，第一實施方式的投影鏡頭100對可見光產生的球差值在(-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖3中的S(子午場曲值)和T(弧矢場曲值)均控制在(-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖4中的畸變率控制在(-1%,1%)範圍內。由此可見，投影鏡頭100的球差、場曲、畸變都能被很好的校正。

第二實施方式

該投影鏡頭100的各光學元件滿足表2的條件，且其f=10.1066，BFL=13.36，f₅=10.787902，F_No=1.97919，2 ω=55°。

表3

該第二實施方式的投影鏡頭100中，其球差、場曲及畸變分別如圖5到圖7所示。圖5中，分別針對F線(λ值625nm)，d線(λ值587nm)，C線(λ值486nm)而觀察到的球差值。總體而言，第二實施方式中的投影鏡頭100對可見光產生的球差值在 (-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖6中的S(子午場曲值)和T(弧矢場曲值)均控制在(-0.05mm,0.05mm)範圍內。圖7中的畸變率控制在(-1%,1%)範圍內。由此可見，投影鏡頭100的球差、場曲、畸變都能被很好的校正。

上述投影鏡頭，在滿足條件式的情況下，所述投影鏡頭具有一較小的高度，從而滿足投影鏡頭小型化的要求，同時確保第一透鏡在縮小端表面的形狀，從而可以降低球差，提高成像品質。

另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，但是，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

100‧‧‧投影鏡頭

10‧‧‧第一透鏡

20‧‧‧第二透鏡

30‧‧‧第三透鏡

40‧‧‧第四透鏡

34‧‧‧複合透鏡

50‧‧‧第五透鏡

60‧‧‧光闌

70‧‧‧棱鏡

80‧‧‧玻璃蓋片

90‧‧‧SLM表面

Claims (8)

1. 一種投影鏡頭，其從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡、一個具有正光焦度的第二透鏡、一個具有負光焦度的第三透鏡、一個具有正光焦度的第四透鏡及一個具有正光焦度的第五透鏡，其改進在於，所述第三透鏡及所述第四透鏡膠合成具有負光焦度的複合透鏡，所述投影鏡頭滿足條件式0.4<R₁₂/f(0.48，其中R₁₂表示所述第一透鏡縮小端表面的曲率半徑；f為所述投影鏡頭的有效焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡及所述第五透鏡是非球面透鏡。
3. 如申請專利範圍第2項所述之投影鏡頭，其中，所述第一透鏡、所述第二透鏡及所述第五透鏡是塑膠鏡片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還滿足條件式BFL/f>0.85，其中BFL表示所述投影鏡頭的後焦距。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還滿足條件式0.8<f₅/f<1.2，f₅為所述第五透鏡的焦距。
6. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還包括一個光闌，所述光闌位於所述第二透鏡與所述第三透鏡之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之投影鏡頭，其中，所述光闌設於所述第三透鏡靠近放大端的表面上。
8. 如申請專利範圍第6項所述之投影鏡頭，其中，所述光闌為設置在所述第三透鏡的靠近放大端的表面上一週邊環狀區域塗黑層。