TWI438548B - 投影裝置 - Google Patents

Description

投影裝置

本發明係關於一種投影裝置，尤指一種具有至少三非球面鏡片之投影鏡頭之投影裝置。

隨著科技日新月異，投影裝置在家庭、娛樂或商務用途上已逐漸扮演著不可或缺的角色。傳統投影裝置係由一影像產生裝置以及一投影鏡頭所組成，且影像產生裝置產生影像藉由投影鏡頭放大且投射至一投影幕上。

由於以往製作投影鏡頭之鏡片係採用球面設計，因此投影鏡頭中需使用許多鏡片來解決像差與影像模糊失焦等問題，而造成投影鏡頭之尺寸以及重量受到限制。請參考第1圖，第1圖為習知投影鏡頭之示意圖。如第1圖所示，習知投影鏡頭10為了搭配使用(對角線)尺寸大於0.4吋以上之影像產生裝置需使用十四個鏡片12，來消除像差以及影像失真，並且各鏡片12之鏡面係為球面鏡面。因此，在逐漸縮短焦距之情況下，投影鏡頭10之鏡片12數量快速增加。然而，隨著投影裝置朝向輕薄短小之趨勢發展，投影鏡頭之鏡片數量過多會造成投影裝置之體積受到限制而無法縮小，且容易因投影裝置之重量過重，而造成使用者之負擔。

因此，提供同時具有大投影視角、小尺寸以及重量輕之特性的投影裝置實為業界努力之目標。

本發明之主要目的在於提供一種投影裝置，以改善因縮短焦距而造成投影裝置重量過重之問題。

為達上述之目的，本發明提供一種投影裝置，用於將一影像投射至一投影幕上。投影裝置包括一影像產生裝置以及一投影鏡頭。影像產生裝置係用以產生具有影像之一投射光，且影像產生裝置具有一光閥，使投射光從光閥射出。投影鏡頭設於光閥與投影幕之間，且投影鏡頭包括複數個鏡片。鏡片具有一光軸，且投射光經鏡片於投影幕上產生一投影影像，其中鏡片包括一第一鏡片、一第二鏡片以及一第三鏡片，且第一鏡片、第二鏡片以及第三鏡片為非球面鏡片。鏡片滿足一第一關係式14≦(EFL+N)≦17以及一第二關係式5≦EFL≦8，其中EFL為投影鏡頭之有效焦距毫米值，且N為鏡片之數量。

本發明之投影裝置使用至少三個非球面鏡片，使其有效焦距介於5mm與8mm之間，以具有短焦距與大投影視角之功效，並且本發明之投影裝置之有效焦距與投影裝置之鏡片數量之總和係介於14與17之間，使鏡片數量限定於6至12個之間，更可有效地降低投影裝置之鏡片數量，進而解決投影裝置過重之問題。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第2圖，第2圖為本發明之投影裝置之示意圖。如第2圖所示，投影裝置100係用於將一影像102投射至一投影幕104上，且投影裝置100包括一影像產生裝置106以及一投影鏡頭108。其中，影像產生裝置106係用於產生具有影像102之一投射光。影像產生裝置106具有一光閥110，使投射光從光閥110射出。本實施例之影像產生裝置106可為包含光源、各式光學元件等之一光機系統(light engine)，且光閥可為例如一液晶面板(LCD panel)、一數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)，但本發明之影像產生裝置與光閥不以此為限。投影鏡頭108設置於投影幕104與光閥110之間，且包括複數個鏡片，並具有一光軸112，藉此從光閥110射出之投射光可藉由投影鏡頭108投射至投影幕104上，以於投影幕104上呈現出放大之一投影影像114。並且，投影鏡頭108具有一有效焦距，滿足一第一關係式14≦(EFL+N)≦17以及一第二關係式5≦EFL≦8，其中EFL為投影鏡頭之有效焦距毫米值(即單位mm前之數值)，且N為鏡片之數量。換句話說，鏡片之數量係介於6至12個之間。由此可知，本發明之投影裝置100係採一次成像之方式將倒立之影像102成像至投影幕104上，而形成正立且放大之投影影像114。並且，投影影像114之中心與光閥110之中心分別位在光軸112之兩側。此外，光閥之對角線長度係約略大於0.4吋(inch)。

為了清楚說明本發明之投影鏡頭，請參考第3圖，且一並參考第2圖。第3圖為本發明一第一較佳實施例之投影鏡頭之示意圖。如第3圖所示，本實施例之鏡片可區分為一第一鏡片L11、一第二鏡片L12、一第三鏡片L13、一第四鏡片L14、一第五鏡片L15、一第六鏡片L16、一第七鏡片L17以及一第八鏡片L18，其中第一鏡片L11、第二鏡片L12以及第三鏡片L13係為非球面鏡片，且第四鏡片L14、第五鏡片L15、第六鏡片L16、第七鏡片L17以及第八鏡片L18係為球面鏡片。此等透鏡從鄰近投影幕104之一側至鄰近光閥110之一側之順序依序為第一鏡片L11、第四鏡片L14、第五鏡片L15、第六鏡片L16、第三鏡片L13、第七鏡片L17、第八鏡片L18以及第二鏡片L12，亦即第一鏡片L11為此等鏡片中最鄰近投影幕104者，且第二鏡片L12為此等鏡片中最鄰近光閥110者。另外，投影鏡頭108另包括一光欄116，設於第六鏡片L16與第三鏡片L13之間，且光欄116與第六鏡片L16之間距係大於光欄116與第三鏡片L13之間距。其中，第三鏡片L13係為非球面鏡片中最鄰近光欄116之一者。於本實施例中，第一鏡片L11係為一凸凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S11與面對光閥110之一凹鏡面S12。第二鏡片L12係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S13以及面對光閥110之一凸鏡面S14。第三鏡片L13係為一凹凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S15以及面對光閥110之一凸鏡面S16。第四鏡片L14係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S17以及面對光閥110之一凹鏡面S18。第五鏡片L15係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S19以及面對光閥110之一凸鏡面S110。第六鏡片L16係為凸凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S111以及面對光閥110之一凹鏡面S112。第七鏡片L17係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S113以及面對光閥110之一凸鏡面S114。第八鏡片L18係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S115以及面對光閥110之一凹鏡面S116，其中第八鏡片L18之凹鏡面S115係與第七鏡片L17面對光閥110之凸鏡面S114重合，而具有相同之曲率半徑。並且，本實施例之第一鏡片L11至第八鏡片L18係由塑膠所構成，且其鏡面的光學資料與配置關係係列舉於表1中，但本發明並不以此為限。於表1中，「厚度」之值係代表對應此列之表面至下一列之表面之距離，即此列之鏡面與下一列之鏡面的間距。

並且，第一鏡片L11之凸鏡面S11與凹鏡面S12、第二鏡片L12之二凸鏡面S13、S14以及第三鏡片L13之凹鏡面S15以及凸鏡面S16皆為非球面鏡面，且非球面鏡面之表面多項式可表示為： 其中z為非球面鏡面之凹陷度(sag)，r為非球面鏡面之孔徑半徑，a為非球面鏡面頂點處之曲率半徑的倒數，b為圓錐係數，以及c、d、e、f為分別為四階、六階、八階以及十階之非球面係數。本實施例之第一鏡片L11之凸鏡面S11與凹鏡面S12、第二鏡片L12之二凸鏡面S13、S14以及第三鏡片L13之凹鏡面S15以及凸鏡面S16之非球面係數係列舉於表2中，但本發明並不以此為限。

由上述資料可知，本實施例之投影鏡頭108之有效焦距約略為6.95mm(EFL為6.95)，且投影鏡頭108之投影視角約略為60度。並且，本實施例之投影鏡頭108僅使用三個非球面鏡片即可具有有效焦距介於5mm與8mm之間的功效，且投影鏡頭108之鏡片之總數量僅為八片，因此不僅具有短焦距之功效，更可降低投影鏡頭108之鏡片數量，以減少投影鏡頭108之整體重量。

此外，本發明之投影鏡頭並不以上述實施例為限。請參考第4圖，第4圖為本發明一第二較佳實施例之投影裝置之示意圖。如第4圖所示，本實施例之投影鏡頭200之鏡片可區分為一第一鏡片L21、一第二鏡片L22、一第三鏡片L23、一第四鏡片L24、一第五鏡片L25、一第六鏡片L26、一第七鏡片L27、一第八鏡片L28、一第九鏡片L29、一第十鏡片L210以及一第十一鏡片L211，其中第一鏡片L21、第二鏡片L22以及第三鏡片L23係為非球面鏡片，且 第四鏡片L24、第五鏡片L25、第六鏡片L26、第七鏡片L27、第八鏡片L28、第九鏡片L29、第十鏡片L210以及第十一鏡片L211係為球面鏡片。本實施例之鏡片從鄰近投影幕104之一側至鄰近光閥110之一側之順序依序為第一鏡片L21、第四鏡片L24、第五鏡片L25、第六鏡片L26、第七鏡片L27、第八鏡片L28、第三鏡片L23、第九鏡片L29、第十鏡片L210、第十一鏡片L211以及第二鏡片L22。第一鏡片L21為此等鏡片中最鄰近投影幕104者，且第二鏡片L22為此等鏡片中最鄰近光閥110者。另外，投影鏡頭200之光欄116係設於第七鏡片L27與第八鏡片L28之間，且光欄116與第七鏡片L27之間距係大於光欄116與第八鏡片L28之間距。其中，第三鏡片L23係為非球面鏡片中最鄰近光欄116者。此外，本實施例之第一鏡片L21係為一凸凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S21與面對光閥110之一凹鏡面S22。第二鏡片L22係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S23以及面對光閥110之一凸鏡面S24。第三鏡片L23係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S25以及面對光閥110之一凸鏡面S26。第四鏡片L24係為一凸凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S27以及面對光閥110之一凹鏡面S28。第五鏡片L25係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S29以及面對光閥110之一凹鏡面S210。第六鏡片L26係為雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S211以及面對光閥110之一凸鏡面S212。第七鏡片L27係為一凸凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S213以及面對光閥110之一凹鏡面S214。第八鏡片L28係為一雙凹透鏡，且具有面對投影 幕104之一凹鏡面S215以及面對光閥110之一凹鏡面S216。第九鏡片L29係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S217以及面對光閥110之一凹鏡面S218。第十鏡片L210係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕104之一凸鏡面S219以及面對光閥110之一凸鏡面S220。第十一鏡片L211係為凹平透鏡，且具有面對投影幕104之一凹鏡面S221以及面對光閥110之一平坦鏡面S222，其中第十一鏡片L211之凹鏡面S221係與第十鏡片L210面對光閥110之凸鏡面S220重合，而具有相同之曲率半徑。並且，本實施例之第一鏡片L21至第十一鏡片L211之鏡面的光學資料與配置關係係列舉於表3中，但本發明並不以此為限。於表3中，「厚度」之值係代表對應此列之表面至下一列之表面之距離，即此列之鏡面與下一列之鏡面的間距。

並且，本實施例之第一鏡片L21之凸鏡面S21與凹鏡面S22、第二鏡片L22之二凸鏡面S23、S24以及第三鏡片L23之二凸鏡面S25、S26亦為非球面鏡面，且根據上述之表面多項式，本實施例之第一鏡片L21之凸鏡面S21與凹鏡面S22、第二鏡片L22之二凸鏡面S23、S24以及第三鏡片L23之二凸鏡面S25、S26之非球面係數可列舉於表4中，但本發明並不以此為限。

表4

根據上述資料，本實施例之投影鏡頭200之有效焦距係約略為5.22mm(EFL為5.22)，且投影鏡頭200之投影視角約略為67.2度。並且，本實施例之投影鏡頭200僅使用三個非球面鏡片即可具有有效焦距介於5mm與8mm之間的功效，且投影鏡頭200之鏡片之總數量僅為十一片，因此不僅可藉由縮短焦距來以提升投影鏡頭200之投影視角，更可避免過度增加投影鏡頭200之整體重量。

綜上所述，本發明之投影裝置使用至少三個非球面鏡片，使其有效焦距介於5mm與8mm之間，以具有短焦距與大投影視角之功效，並且本發明之投影裝置之有效焦距與投影裝置之鏡片數量之總和係介於14與17之間，使鏡片數量限定於6至12個之間，更可有效地降低投影裝置之鏡片數量。

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‧‧‧鏡片

100‧‧‧投影裝置

102‧‧‧影像

104‧‧‧投影幕

106‧‧‧影像產生裝置

108‧‧‧投影鏡頭

110‧‧‧光閥

112‧‧‧光軸

114‧‧‧投影影像

116‧‧‧光欄

EFL‧‧‧有效焦距毫米值

200‧‧‧投影鏡頭

L11、L21‧‧‧第一鏡片

L12、L22‧‧‧第二鏡片

L13、L23‧‧‧第三鏡片

L14、L24‧‧‧第四鏡片

L15、L25‧‧‧第五鏡片

L16、L26‧‧‧第六鏡片

L17、L27‧‧‧第七鏡片

L18、L28‧‧‧第八鏡片

L29‧‧‧第九鏡片

L210‧‧‧第十鏡片

L211‧‧‧第十一鏡片

S222‧‧‧平坦鏡面

S11、S13、S14、S16、S19、S110、S111、S113、S114、S21、S23、S24、S25、S26、S27、S211、S212、S213、S219、S220‧‧‧凸鏡面

S12、S15、S17、S18、S112、S115、S116、S22、S28、S29、S210、S214、S215、S216、S217、S218、S221‧‧‧凹鏡面

第1圖為習知投影鏡頭之示意圖。

第2圖為本發明之投影裝置之示意圖。

第3圖為本發明一第一較佳實施例之投影鏡頭之示意圖。

第4圖為本發明一第二較佳實施例之投影裝置之示意圖。

108．．．投影鏡頭

112．．．光軸

116．．．光欄

L11．．．第一鏡片

L12．．．第二鏡片

L13．．．第三鏡片

L14．．．第四鏡片

L15．．．第五鏡片

L16．．．第六鏡片

L17．．．第七鏡片

L18．．．第八鏡片

S11、S13、S14、S16、S19、S110、S111、S113、S114．．．凸鏡面

S12、S15、S17、S18、S112、S115、S116．．．凹鏡面

Claims (7)

1. 一種投影裝置，用於將一影像投射至一投影幕上，該投影裝置包括：一影像產生裝置，用以產生具有該影像之一投射光，且該影像產生裝置具有一光閥，使該投射光從該光閥射出；以及一投影鏡頭，設於該光閥與該投影幕之間，該投影鏡頭包括：複數個鏡片，具有一光軸，該投射光經該等鏡片於該投影幕上產生一投影影像，其中該等鏡片包括一第一鏡片、一第二鏡片以及一第三鏡片，且該第一鏡片、該第二鏡片以及該第三鏡片為非球面鏡片，該第一鏡片為該等鏡片最鄰近該投影幕之一者；其中該等鏡片滿足一第一關係式14≦(EFL+N)≦17以及一第二關係式5≦EFL≦8，其中EFL為該投影鏡頭之有效焦距毫米值，且N為該等鏡片之數量。
2. 如請求項1所述之投影裝置，其中該投影影像之中心與該光閥之中心分別位在該光軸之兩側。
3. 如請求項1所述之投影裝置，其中在該等鏡片中，該第二鏡片為該等鏡片中最鄰近該光閥。
4. 如請求項1所述之投影裝置，另包括一光欄，設於該第一鏡片與該第二鏡片之間。
5. 如請求項4所述之投影裝置，其中該第三鏡片設於該光欄與該第二鏡片之間。
6. 如請求項1所述之投影裝置，其中該第一鏡片、該第二鏡片以及該第三鏡片分別具有二非球面鏡面。
7. 如請求項1所述之投影裝置，其中該光閥之對角線長度大於0.4吋(inch)。