TWI696029B - 投影裝置 - Google Patents

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Abstract

一種投影裝置，包括沿光軸排列的中繼光學系統以及反射光學系統﹔該反射光學系統包括有反射元件以及至少一透鏡；該至少一透鏡位於該反射元件以及該中繼光學系統之間，且具有相背對的第一光學面及第二光學面，而該第二光學面面對該中繼光學系統﹔其中，當該影像光束通過該中繼光學系統後，該影像光束自該第二光學面射入該至少一透鏡，並由該第一光學面入射至該反射元件的一反射面，經該反射面反射後通過該至少一透鏡，再由該第二光學面離開該至少一透鏡後，往該成像面的方向投射，該反射元件及該至少一透鏡之有效徑皆位於該光軸的同一側。

Description

投影裝置
本發明係與投影裝置有關；特別是指一種投影裝置。
隨著視訊技術的進步，適用於一般家庭空間及工作會議之投影設備越來越普及，其用以將影像清晰地呈現在螢幕上之投影鏡頭更是構成投影設備的重要核心元件。
而隨著技術的進步，為了因應使用空間的限制，進一步有廠商製造短焦式投影設備，使短焦式投影設備能在有限的空間中，達到清晰投影的效果。然而，短焦式投影設備通常會使用大量的透鏡來達成短焦且同時具有高光學效能，但，大量的透鏡會造成短焦投影鏡頭之重量與體積無法降低的問題，進而無法滿足大眾期望之便攜與輕量需求。
是故，短焦投影鏡頭具有高光學效能之同時，亦須降低其大小及重量，以使其所組成之短焦投影設備達到符合大眾所期望之輕量與便攜的需求。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種投影裝置，可有效縮小體積且具有高光學效能。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種投影裝置，用以接收一影像光源產生裝置產生的一影像光束並往一成像面的方向投射，該投影裝置包括有沿光軸排列的一中繼光學系統以及一反射光學系統﹔該中繼光學系統用以接收該影像光束並供該影像光束通過﹔該反射光學系統包括有一反射元件以及至少一透鏡，且該至少一透鏡位於該反射元件以及該中繼光學系統之間並具有相背對的一第一光學面以及一第二光學面，而該第二光學面面對該中繼光學系統﹔
其中，當該影像光束通過該中繼光學系統後，該影像光束自該第二光學面射入該至少一透鏡，並由該第一光學面入射至該反射元件的一反射面，經該反射面反射後通過該至少一透鏡，再由該第二光學面離開該至少一透鏡，並往該成像面的方向投射﹔
其中，於平行於光軸的方向上，該反射元件與該至少一透鏡之最小距離小於該至少一透鏡與該中繼光學系統之最小距離，且該反射元件與該至少一透鏡之最小距離大於或等於0；
其中，以該光軸的一延伸面區分為一第一部與一第二部，該影像光束由該第一部入射至該反射光學系統中，且該影像光束由該第二光學面離開該至少一透鏡後，係經由該第二部往該成像面的方向投射；此外，該中繼光學系統之有效徑係同時位於該第一部與該第二部，而該反射元件與該至少一透鏡的有效徑位於該第一部，未延伸至該第二部。
本發明之效果在於，透過上述投影裝置之設計，便可有效地達到縮小體積及同時具有高光學效能之目的。
為能更清楚地說明本發明，茲舉數較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖１至圖３所示，為本發明第一較佳實施例之投影裝置100，投影裝置100是用以接收一影像光源產生裝置10產生的一影像光束P並往一成像面M的方向投射，並於該成像面M形成一投影畫面，該投影裝置100包含有沿光軸排列的一中繼光學系統20以及一反射光學系統40。
該中繼光學系統20用以接收該影像光束P並用以供該影像光束P通過，該中繼光學系統20主要由多個透鏡組成，例如在本實施例中，該中繼光學系統20 包括有9片透鏡，包括透鏡L1~L9，值得一提的是，光軸A的一延伸面區分為一第一部A1與一第二部A2，而該中繼光學系統20的透鏡L1~L9的有效徑皆同時位於該第一部A1與該第二部A2，而所述之有效徑是指透鏡L1~L9實際有被該影像光束P通過而造成光學效能改變之區域。如此一來，該中繼光學系統20依據所設計之光學效果傳導該影像光束P，例如可設計有如校正或補償其本身或所引起之色差或是如球差、彗差、像散、場曲、畸變等像差，或是進行光線路徑調整，如進行調焦、變焦等的光學設計等，但不以此為限。此外，於其他應用上，亦可根據不同的光學設計或特性的要求，對中繼光學系統20的透鏡數、鏡片形狀等進行調整或改變。
該反射光學系統40包括有一反射元件LR以及一透鏡L10，且於本實施例中，該反射光學系統40中只有該透鏡L10具有屈折力；該透鏡L10位於該反射元件LR以及該中繼光學系統20之間，且該透鏡L10具有相背對的一第一光學面S1以及一第二光學面S2，該第二光學面S2面對該中繼光學系統20﹔其中，當該中繼光學系統20接收該影像光束P後，該影像光束P自該第二光學面S2射入該透鏡L10，並由該第一光學面S1離開該透鏡L10，再經由該反射元件LR的一反射面SR反射後，由該第一光學面S1射入該透鏡L10，再由該第二光學面S2離開該透鏡L10後，往該成像面M的方向投射。
值得一提的是，於本實施例中，該影像光束P由該第一部A1入射至該反射光學系統40中，且該影像光束P由該第二光學面S2離開該透鏡L10後，係經由該第二部A2往該成像面M的方向投射，因此，為能更有效地達到薄型化之目的，在不影響光學效果的情況下，便可將該透鏡L10的鏡片與該反射元件LR進行切削或研磨，使該反射元件LR與該透鏡L10之有效徑位於該第一部A1，而未延伸至該第二部A2。
此外，在透鏡L10的鏡片與該反射元件LR選用塑膠材質的情況下，亦可透過射出或壓鑄成型之方式，使透鏡L10的鏡片與該反射元件LR直接成型為有效徑位於該第一部A1之形狀，而不需再進行前述之切削或研磨的二次加工作業，並同時可具有可輕量化的優點。
必須說明的是，該反射元件LR與該透鏡L10之有效徑位於該第一部A1，未延伸至該第二部A2的設計，除可達到使該投影裝置100小型化以及輕量化的效果外，更能大幅降低該投影裝置100組裝上之難度以及精度要求，進而可減少組裝的作業時間並可增加組裝時的良率。此外，於光學設計的考量上，當該影像光束P通過該透鏡L10位於該第一部A1的部位後便往該成像面M的方向投射，而不會有再次通過該透鏡L10位於該第二部A2之部位的可能，進而可減少影像光束P多次通過不同介質造成的能量損耗而可增加投影品質，更可降低該影像光束P穿過鏡面時造成部分光線反射而干擾光學效能之疑慮。
請參照圖３，於平行於光軸A的X軸方向上，該反射元件LR與該透鏡L10之距離D1小於該透鏡L10與該中繼光學系統20之距離D2，且該反射元件LR與該透鏡L10之距離D1大於或等於0，其滿足0mm≤D1＜8mm之條件，於實務上，使用者可視投影裝置之應用而選用不同的條件，例如當該投影裝置為大型投影設備時，其滿足0mm≤D1＜8mm之條件；當投影裝置為小型投影設備時，使用者可選用0mm≤D1＜4mm之條件；而當投影裝置為微型投影設備時，使用者可選用0mm≤D1＜1 mm之條件，較佳者，滿足0mm≤D1＜0.6 mm之條件，其將有利於投影裝置體積的小型化，於本實施例中，反射元件LR為一反射鏡，該反射元件LR與該透鏡L10之距離D1為該反射元件LR與該透鏡L10於光軸上的距離，該透鏡L10與該中繼光學系統20之距離D2為透鏡L10與透鏡L9於光軸上的距離，其中D1=0.537mm；D2=32.866mm，如此一來，透過本發明之投影裝置100的設計，有利於鏡頭的小型化與輕量化之設計。
於本實施例中，該反射元件LR之反射面SR的曲率半徑的絕對值大於該透鏡L10之第一光學面S1之曲率半徑的絕對值，較佳者，該透鏡L10之第一光學面S1的曲率半徑的絕對值大於10mm且小於70mm；該反射元件之反射面SR的曲率半徑的絕對值大於10mm且小於100mm，於實務上，當該反射元件LR之反射面SR與該透鏡L10之第一光學面S1中之至少其中一者設計為非球面時，亦可透過非球面參數之設計使該反射元件LR之反射面SR曲率半徑的絕對值小於或等於該透鏡L10之第一光學面S1之曲率半徑的絕對值。
另外，該反射元件LR於垂直於光軸A的Y軸方向上的高度Hm為第一有效高度，其中該第一有效高度Hm是自光軸至反射元件最大有效徑的高度；該中繼光學系統20的透鏡與該反射光學系統40的透鏡之中於垂直於光軸A的方向的高度最大者為一第二有效高度HL，其中該第二有效高度HL是自光軸至該中繼光學系統20的透鏡與該反射光學系統40的透鏡中最大有效徑的高度，其中，該第二有效高度HL為該第一有效高度Hm的0.7倍至1.1 倍之間，於本實施例中，該反射元件LR於垂直於光軸的方向上的第一有效高度Hm=21.5mm，該反射光學系統40的透鏡L10是該中繼光學系統20的透鏡與該反射光學系統40的透鏡之中於垂直於光軸A的方向的高度最大者，其中第二有效高度HL=21.14mm，該第二高度HL為該第一高度Hm的0.98倍，藉此，透過本發明之投影裝置100的設計，有利於鏡頭的小型化與輕量化之設計。
在垂直於光軸的Y軸方向上，該反射元件LR的高度為Hm；於平行於光軸的X軸方向上，該反射元件LR的長度為Zm，其中，Zm/Hm＜0.6，較佳者，滿足Zm/Hm＜0.5的條件，於本實施例中，Zm=10.08mm; Hm=21.5mm，Zm/Hm=0.468 mm，藉此，該反射元件LR滿足Zm/Hm＜0.6之條件，且該反射元件LR之反射面SR的曲率半徑大於該透鏡之第一光學面S1之曲率半徑之設計，其將有利於該反射元件LR加工製成，並提高該反射面SR的製造精度、且可降低該投影裝置100裝配時的敏感度與抑制像差變動，進而得到較佳的投影影像效能。
於本實施例當中，該反射光學系統40只設置有透鏡L10與反射元件LR，如此一來，除了可降低該反射光學系統40的透鏡數量，以降低其成本之外，基於透鏡數量的減少，更可減少透鏡之間產生不必要之光線反射的機會，提高成像品質。於其他應用上，反射光學系統40更可包括其它不具屈折力的光學元件，例如濾光片，而不以上述說明為限。
值得一提的是，請參閱圖４，為本發明第二較佳實施例，與第一實施例相似之處於此便不再贅述，不同之處在於該反射元件LR與該透鏡L10之距離D1為0mm，更詳而言之，該反射元件LR為該透鏡L10於第一光學面S1上之金屬反射膜層，該反射元件LR與該透鏡L10之距離D1即等於0mm，而使得該反射元件LR之反射面SR與該第一光學面S1共面，也就是該反射元件LR之反射面SR曲率半徑的絕對值等於該透鏡L10之第一光學面S1之曲率半徑的絕對值，進而減少光線穿過不同介質之次數，以減少光能量的損耗而達到提供投影品質的效果。當然，於其他應用上，亦可採用其他材質的反射膜，並不以上述材質為限，舉例而言，亦可使用介電質鍍膜或是陶瓷鍍膜以構成該反射膜層。
此外，請參閱圖５，為本發明第三較佳實施例，與第一實施例相似之處於此便不再贅述，不同之處在於該反射光學系統40設置有透鏡L11及透鏡L12，其中透鏡L11具有該第二光學面S2，透鏡L12具有該第一光學面S1，該影像光束P自該第二光學面S2射入透鏡L11，並由該第一光學面S1入射至該反射元件LR的反射面SR，經該反射面SR反射後通過透鏡L12及透鏡L11，再由該第二光學面S2離開透鏡L11，並往該成像面M的方向投射，但這兩片透鏡之形狀設計仍使其有效徑位於該第一部A1，而未延伸至該第二部A2。如此一來，本實施例之反射光學系統40的反射元件LR便可透過該二片透鏡之屈光力設計，在不影響光學效能之前提下，增加其反射面SR之曲率半徑或縮短反射元件LR之長度Zm，將能更有利於該反射元件LR加工製成，並有效地確保該反射面SR的製造精度、且可降低該投影裝置裝配時的敏感度與抑制像差變動。
必須說明的是，以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
［本發明］ 10:影像光源產生裝置 100:投影裝置 20:中繼光學系統 L1~9:透鏡 40:反射光學系統 LR:反射元件 L10~12:透鏡 S1:第一光學面 S2:第二光學面 SR:反射面 D1:最小距離 D2:最小距離 Hm、HL:高度 Zm:長度 P:影像光束 M:成像面 A:光軸 A1:第一部 A2:第二部 X:軸 Y:軸
圖１為本發明一較佳實施例之投影裝置的示意圖； 圖２為影像光束透過本發明一較佳實施例之投影裝置投射至成像面的示意圖； 圖３為圖１的局部放大圖。 圖４為本發明第二較佳實施例之投影裝置的示意圖。 圖５為本發明第三較佳實施例之投影裝置的示意圖。
10:影像光源產生裝置
20:中繼光學系統
L1~9:透鏡
40:反射光學系統
LR:反射元件
L10:透鏡
S1:第一光學面
S2:第二光學面
SR:反射面
P:影像光束
A:光軸
A1:第一部
A2:第二部
X:軸
Y:軸

Claims (13)

  1. 一種投影裝置，用以接收一影像光源產生裝置產生的一影像光束並往一成像面的方向投射，該投影裝置包括有： 沿一光軸排列的一中繼光學系統以及一反射光學系統﹔該中繼光學系統用以接收該影像光束並供該影像光束通過﹔ 該反射光學系統包括有一反射元件以及至少一透鏡，且該至少一透鏡位於該反射元件以及該中繼光學系統之間，並具有相背對的一第一光學面以及一第二光學面，而該第二光學面面對該中繼光學系統﹔ 其中，當該影像光束通過該中繼光學系統後，該影像光束自該第二光學面射入該至少一透鏡，並由該第一光學面入射至該反射元件的一反射面，經該反射面反射後通過該至少一透鏡，再由該第二光學面離開該至少一透鏡，並往該成像面的方向投射﹔ 其中，於平行於光軸的方向上，該反射元件與該至少一透鏡於該光軸上之距離小於該至少一透鏡與該中繼光學系統於該光軸上之距離，且該反射元件與該至少一透鏡於該光軸上之距離大於或等於0； 其中，以該光軸的一延伸面區分為一第一部與一第二部，該影像光束由該第一部入射至該反射光學系統中，且該影像光束由該第二光學面離開該至少一透鏡後，係經由該第二部往該成像面的方向投射；此外，該中繼光學系統之有效徑係同時位於該第一部與該第二部，而該反射元件與該至少一透鏡的有效徑位於該第一部，未延伸至該第二部。
  2. 如請求項1所述之投影裝置，其中，於平行於光軸的方向上，該反射元件與該至少一透鏡之距離為D1，其滿足0mm≤D1＜8mm。
  3. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該反射元件與該至少一透鏡於光軸上之距離等於0。
  4. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該反射元件之該反射面係貼合或鍍設於該至少一透鏡之第一光學面。
  5. 如請求項1所述之投影裝置，該中繼光學系統具有複數片透鏡；其中該反射元件於垂直於光軸的方向上的高度為一第一有效高度；該中繼光學系統的透鏡與該反射光學系統的至少一透鏡之中於垂直於光軸的方向的高度最大者為一第二有效高度，其中，該第二有效高度為該第一有效高度的0.7倍至1.1 倍之間。
  6. 如請求項1所述之投影裝置，其中該反射元件於垂直於光軸的方向上的高度為一第一有效高度；該反射光學系統的至少一透鏡於垂直於光軸的方向的高度為一第二有效高度，其中，該第二有效高度為該第一有效高度的0.7倍至1.1 倍之間。
  7. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該至少一透鏡之數量為一，且該反射光學系統由該反射元件與該透鏡組成。
  8. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該反射元件之反射面的曲率半徑的絕對值大於或等於該至少一透鏡之第一光學面之曲率半徑的絕對值。
  9. 如請求項1所述之投影裝置，其中該反射元件之反射面與該至少一透鏡之第一光學面中之至少其中一者為非球面，該反射元件之反射面的曲率半徑的絕對值小於或等於該至少一透鏡之第一光學面之曲率半徑的絕對值。
  10. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該反射元件與該至少一透鏡於光軸上之距離大於0，該至少一透鏡之第一光學面的曲率半徑之絕對值大於10mm且小於70mm。
  11. 如請求項1所述之投影裝置，其中，該反射元件與該至少一透鏡於光軸上之距離大於0，該反射元件之反射面的曲率半徑之絕對值大於10mm且小於100mm。
  12. 如請求項1所述之投影裝置，其中，於垂直於光軸的方向上，該反射元件的高度為Hm；於平行於光軸的方向上，該反射元件的長度為Zm，其中，Zm/Hm＜0.6。
  13. 如請求項12所述之投影裝置，其中，Zm/Hm＜0.5。
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