TWI444650B - 投影鏡頭 - Google Patents

Description

投影鏡頭

本發明涉及投影機，特別涉及一種投影鏡頭。

大投射畫幅、小型化及高成像品質是目前投影機發展的主要趨勢。因此，如何在增大視場角(增大投影畫幅)、縮短鏡頭總長(小型化)的同時保證高解析度(高成像品質)或進一步提高解析度是投影鏡頭設計的主要課題。

有鑒於此，有必要提供一種具有較大的視場角、較小的鏡頭總長及較高的解析度的投影鏡頭。

一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括一個具有負光焦度的第一鏡群及一個具有正光焦度的第二鏡群，該投影鏡頭滿足以下條件式：

0.061<F/L<0.078；

其中，F為該投影鏡頭的有效焦距，L為該投影鏡頭的鏡頭總長。

滿足上述條件式，可保證本發明的投影鏡頭的有效焦距、鏡頭總長和像差得到較好平衡，從而得到較大的視場角(有效焦距較短)、較小的鏡頭總長及較高的解析度(較小的像差)。具體地，而若0.061>F/L，將導致鏡頭總長過長；而一味追求縮短鏡頭總長，導致F/L>0.078，則光焦度難以在有效焦距較短的情況下得到合理分配﹐像差無法得到較好的控制，難以在增大視場角的同時提高成像品質。

下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。

請參閱圖1(示意圖，具體參數表1-3)，本發明較佳實施方式的投影鏡頭10可應用於數位光處理(digital light processing, DLP)投影機。DLP投影機包括一個數位微鏡裝置(digital micro-mirror device, DMD)作為空間光調製裝置(spatial light modulator, SLM)。該投影鏡頭10從放大端(近投影螢幕一側)到縮小端(近DMD一側)依次包括一個具有負光焦度的第一鏡群100及一個具有正光焦度的第二鏡群200，該投影鏡頭10滿足以下條件式：

0.061<F/L<0.078；

其中，F為該投影鏡頭10的有效焦距，L為該投影鏡頭10的鏡頭總長。

滿足上述條件式，可保證該投影鏡頭10的的有效焦距、鏡頭總長和像差得到較好平衡，從而得到較大的視場角(有效焦距較短)、較小的鏡頭總長及較高的解析度(較小的像差)。具體地，而若0.061>F/L，將導致鏡頭總長過長；而若一味追求縮短鏡頭總長，導致F/L>0.078，則光焦度難以在有效焦距較短的情況下得到合理分配﹐像差無法得到較好的控制，難以在增大視場角的同時提高成像品質。

另外，該投影鏡頭10還滿足條件式：

-2.4<F1/F2<-2.0；

其中，F1為該第一鏡群100的有效焦距，F2為該第二鏡群200的有效焦距。此條件式可使該投影鏡頭10的後焦距比有效焦距長﹐以在該投影鏡頭10遠離投影螢幕一側預留足夠空間安放光源系統或其他機構件。

具體的，該第一鏡群100從放大端到縮小端依次包括第一鏡片102、第二鏡片104、第三鏡片106、第四鏡片108、第五鏡片110、第六鏡片112及第七鏡片114。對應地，該第一鏡群100從放大端到縮小端依次包括有鏡片表面S1-S14。

其中，該第一鏡片102具有較大的直徑(>60mm)，以使該投影鏡頭10具有較大的視場角。

該第一鏡片102可採用塑膠鏡片，並可通過塑膠射出成型方式得到。

如此，該投影鏡頭10還滿足以下條件式：

RI1<3；

其中，RI1該第一鏡片102的厚薄比，即該第一鏡片102沿該投影鏡頭10的光軸方向的最大厚度與最小厚度的比值。滿足此條件式可使得該第一鏡片102容易成型。

該第四鏡片108也可以採用塑膠鏡片。

另外，為提高成像品質，該第一鏡片102及該第四鏡片108採用非球面鏡片。

該第二鏡群200從放大端到縮小端依次包括一個第八鏡片202、一個第九鏡片204、一個第十鏡片206、一個第十一鏡片208、一個第十二鏡片210及一個第十三鏡片222。其中，該第八鏡片202與該第九鏡片204膠合，該第十一鏡片208與該第十二鏡片210膠合。對應地，該第二鏡群200從放大端到縮小端依次包括有鏡片表面S15-S24。

為提高成像品質，該第十三鏡片222可採用玻璃非球面鏡片。

當該投影鏡頭10投影時，光線從DMD的成像表面IMG射出，依次經過一個保護玻璃20、該第二鏡群200及該第一鏡群100，最後投射於投影螢幕上。該保護玻璃20從放大端到縮小端依次包括有玻璃表面S25-S26。

以鏡片表面中心為原點，光軸為軸，鏡片表面的非球面面型運算式為：

其中，為鏡面表面中心的曲率，是二次曲面係數，為從光軸到鏡片表面的高度，表示對累加，為自然數，為第階的非球面面型係數。

另外，約定為該投影鏡頭10的光圈數，為該投影鏡頭10的視場角，為對應鏡片(或光路上的其他光學元件，下同)的表面的曲率半徑，為對應表面到後一個表面的軸上距離(即兩個表面截得的光軸的長度)，為對應鏡片對光(波長為587.6納米)的折射率，為光在對應鏡片的阿貝數。

PL表示投影距離，BFL表示該投影鏡頭10的後焦距。

該投影鏡頭10滿足表1-3所列的條件：

表1

表2

表2續

表3

表3續

滿足上述表1-3，使得該投影鏡頭10的視場角可達115.76o，而且鏡頭總長控制在96mm。另外，該投影鏡頭10的球差特性曲線及畸變特性曲線分別如圖2-3所示。圖2中，曲線A, B, C, D及E分別為波長為450nm, 480nm, 550nm, 590nm及630nm的光線經該投影鏡頭10產生的球差特性曲線。可見，該投影鏡頭10對可見光(400-700納米)產生的球差被控制在-0.1mm~0.1mm間。圖3中，曲線A’, B’, C’, D’及E’分別為波長為450nm, 480nm, 550nm, 590nm及630nm的光線經該投影鏡頭10產生的畸變。可見，該投影鏡頭10對可見光畸變量被控制在-0.5%~0.5%間。綜前，可得到具有較大的視場角、較小的鏡頭總長及較高的解析度。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．投影鏡頭

100．．．第一鏡群

102．．．第一鏡片

104．．．第二鏡片

106．．．第三鏡片

108．．．第四鏡片

110．．．第五鏡片

112．．．第六鏡片

114．．．第七鏡片

200．．．第二鏡群

202．．．第八鏡片

204．．．第九鏡片

206．．．第十鏡片

208．．．第十一鏡片

210．．．第十二鏡片

212．．．第十三鏡片

20．．．保護玻璃

S1-S25,IMG．．．表面

圖1為本發明較佳實施方式的投影鏡頭的示意圖。

圖2為圖1的投影鏡頭的球差特性曲線圖。

圖3為圖1的投影鏡頭的畸變(distortion)特性曲線圖。

10．．．投影鏡頭

100．．．第一鏡群

102．．．第一鏡片

104．．．第二鏡片

106．．．第三鏡片

108．．．第四鏡片

110．．．第五鏡片

112．．．第六鏡片

114．．．第七鏡片

200．．．第二鏡群

202．．．第八鏡片

204．．．第九鏡片

206．．．第十鏡片

208．．．第十一鏡片

210．．．第十二鏡片

212．．．第十三鏡片

20．．．保護玻璃

S1-S25,IMG．．．表面

Claims (10)

1. 一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括一個具有負光焦度的第一鏡群及一個具有正光焦度的第二鏡群，該投影鏡頭滿足以下條件式：0.061<F/L<0.078；其中，F為該投影鏡頭的有效焦距，L為該投影鏡頭的鏡頭總長。
2. 如申請專利範圍第1項所述的投影鏡頭，其中，該投影鏡頭還滿足條件式：-2.4<F1/F2<-2.0；其中，F1為該第一鏡群的有效焦距，F2為該第二鏡群的有效焦距。
3. 如申請專利範圍第1項所述的投影鏡頭，其中，該第一鏡群從放大端到縮小端依次包括第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、第五鏡片、第六鏡片及第七鏡片。
4. 如申請專利範圍第3項所述的投影鏡頭，其中，該第一鏡片的直徑大於60mm。
5. 如申請專利範圍第4項所述的投影鏡頭，其中，該第一鏡片為採用塑膠射出成型得到的塑膠鏡片。
6. 如申請專利範圍第5項所述的投影鏡頭，其中，該投影鏡頭還滿足以下條件式：RI1<3；其中，RI1該第一鏡片的厚薄比。
7. 如申請專利範圍第3項所述的投影鏡頭，其中，該第四鏡片採用塑膠鏡片。
8. 如申請專利範圍第3項所述的投影鏡頭，其中，該第一鏡片及該第四鏡片採用非球面鏡片。
9. 如申請專利範圍第1項所述的投影鏡頭，其中，該第二鏡群從放大端到縮小端依次包括一個第八鏡片、一個第九鏡片、一個第十鏡片、一個第十一鏡片、一個第十二鏡片及一個第十三鏡片，該第八鏡片與該第九鏡片膠合，該第十一鏡片與該第十二鏡片膠合。
10. 如申請專利範圍第9項所述的投影鏡頭，其中，該第十三鏡片採用玻璃非球面鏡片。