TWI782327B - 投影光學系統 - Google Patents

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TWI782327B TW109132375A TW109132375A TWI782327B TW I782327 B TWI782327 B TW I782327B TW 109132375 A TW109132375 A TW 109132375A TW 109132375 A TW109132375 A TW 109132375A TW I782327 B TWI782327 B TW I782327B
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吳昇澈
周昱宏
黃威豪
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Abstract

一種投影光學系統，包含:一影像源、一透鏡組、一光圈、一反射元件、一成像畫面，透過透鏡組與反射元件，使成像畫面與影像源之間形成複數光路，各光路分別具有一主光線與一邊緣光線，其中一個光路之主光線在影像源處離光軸較近形成一近軸像高之主光線、另一個光路之主光線在影像源處離光軸較遠形成一離軸像高之主光線；藉此，當影像源與成像畫面位在第二象限與反射元件位於第四象限，則近軸像高之主光線與離軸像高之主光線經由交會，而依序形成一第一點與一第二點，第一點位於原點與第二點位於第一象限，又光路之主光線與光路之邊緣光線經由交會，而依序形成一第三點與一第四點，第三點位於第四象限與第四點位於第二象限。

Description

投影光學系統
本發明係有關一種投影光學系統，尤指一種影像源、透鏡組、光圈、反射元件、成像畫面，配合直角坐標之第一象限、第二象限、第三象限及第四象限。
按，投影機乃隨著科技的進步，而不斷創新，從一般焦距投影機至短焦距投影機，亦顯示出投影機在市場上之價值，其應用廣泛，包含多媒體資訊簡報系統、投影電視、家庭電影院、視訊會議等領域的產品，然而近幾年，短焦投影機市場則以應用於教育市場及推廣現代小坪數家庭使用。
次按，投影鏡頭為了成像畫面品質，而投影鏡頭之焦距越長，但其視場角較小，反之，投影鏡頭之焦距越短，但其視場角較大，以致光學原理產生之畸變也就越強烈，故短焦投影機在縮短的投影距離時，並不能保證成像畫面品質。惟查，如何在縮短的投影距離時，也能兼顧成像畫面品質，使投影配置調整到最佳化，亦為本發明所欲解決的課題。
緣是，本發明之主要目的，係在提供一種投影光學系統，其影像源、透鏡組、光圈、反射元件、成像畫面，配合直角坐標之第一象限、第二象限、第三象限及第四象限，進而可在穩定成像畫面品質之下，也能使從影像源有效導引光路至成像畫面之功效增進。
本發明之又一目的，係在提供一種投影光學系統，其前群透鏡與後群透鏡之相互配合，進而可在穩定成像畫面品質之下，也能使透鏡組架構簡單及成本便宜之功效增進。
本發明之再一目的，係在提供一種投影光學系統，其以成像畫面的寬度與反射元件至成像畫面的投影距離之相互配合，進而可在穩定成像畫面品質之下，也能使投射比小之功效增進。
本發明之另一目的，係在提供一種投影光學系統，其F值小，能配置光圈較大，以提升成像畫面亮度之功效增進。
為達上述目的，本發明採用之技術手段包含: 一影像源；一透鏡組，位於該影像源之側邊；一反射元件，位於該透鏡組之側邊；一成像畫面，透過該透鏡組與該反射元件，使該成像畫面與該影像源之間形成複數光路，各該光路分別具有一主光線與一邊緣光線；以及一光圈，其設在該透鏡組內，並以該光圈中心為一原點，該原點之軸向為X軸與該原點之徑向為Y軸，形成一直角坐標系，該直角坐標系具有一第一象限、一第二象限、一第三象限及一第四象限，且該投影光學系統具有一光軸，該光軸與該X軸重合，使其中一個光路之主光線在該影像源處離該光軸較近形成一近軸像高之主光線、另一個光路之主光線在該影像源處離該光軸較遠形成一離軸像高之主光線；藉此，當該影像源與該成像畫面位在該第二象限與該反射元件位於該第四象限，則該近軸像高之主光線與該離軸像高之主光線經由交會，而依序形成一第一點與一第二點，該第一點位於該原點與該第二點位於該第一象限，又該光路之主光線與該光路之邊緣光線經由交會，而依序形成一第三點與一第四點，該第三點位於該第四象限與該第四點位於該第二象限。
依據前揭特徵，該透鏡組可分為一前群透鏡與一後群透鏡，該前群透鏡靠近該反射元件側、該後群透鏡靠近該影像源側，該前群透鏡與該後群透鏡之間隔為該透鏡組中最長的鏡間距。
依據前揭特徵，該前群透鏡包括至少二個非球面透鏡，該二個非球面透鏡其中至少一個負透鏡。
依據前揭特徵，該後群透鏡包括至少二個膠合透鏡與一非球面透鏡，該非球面透鏡為雙面非球面的獨立透鏡，或該非球面透鏡一面為非球面，另一面為球面，該非球面透鏡與一球面透鏡可黏合為該膠合透鏡。
依據前揭特徵，該後群透鏡之最後透鏡之阿貝數介於17~24，並靠近該影像源側。
依據前揭特徵，該反射元件之焦距設定為F1與該透鏡組之焦距設定為F2，則該投影光學系統符合1.5＜F1/F2＜3.2。
依據前揭特徵，該成像畫面的寬度設定為W與該反射元件至該成像畫面的投影距離設定為T，並符合該投影光學系統之投射比的條件式:T/W＜0.275。
依據前揭特徵，該投影光學系統之F值介於1.6~3.2。
依據前揭特徵，該影像源之中心點相對該光軸的位移量設定為d，且該影像源之短邊設定為h，並符合以下條件式:2d/h＞120%。
依據前揭特徵，以該影像源之中心點為基準，可在該影像源之邊界取得上點、下點、左點、右點、左上點、右上點、左下點及右下點之特徵位置，並在該影像源位於該光軸上方時，使各該光路之主光線在該透鏡組與該反射元件之間距中點位置形成一中心光路之主光線、一上光路之主光線、一下光路之主光線、一左光路之主光線、一右光路之主光線、一左上光路之主光線、一右上光路之主光線、一左下光路之主光線、一右下光路之主光線之位置分佈，而該中心光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X 2、該上光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X 3、該下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X 1、該左光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y 2、該右光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y 2、該左上光路之主光線到該光軸距離的上下分量設定為Y 3、該右上光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y 3、該左下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y 1、該右下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y 1，並符合以下條件式:0.9*|Y 1|≦|X 1|≦1.2*|Y 1|；|X 2|＞|Y 2|；|X 3|＞|Y 3|。
依據前揭特徵，該反射元件與該成像畫面之間更包括至少一光學元件，用以偏折光路或補正像差。
藉助上揭技術手段， 本發明以該影像源、該透鏡組、該光圈、該反射元件、該成像畫面，配合該直角坐標之第一象限、第二象限、第三象限及第四象限，又該前群透鏡與該後群透鏡之相互配合，再以該成像畫面的寬度與該反射元件至該成像畫面的投影距離之相互配合，進而可在穩定成像畫面品質之下，也能使從該影像源有效導引光路至該成像畫面、該透鏡組架構簡單及成本便宜、投射比小之功效增進，且該投影光學系統之F值小，能配置該光圈大，以提升成像畫面亮度之功效增進。
首先，請參閱圖1A~圖1S所示，本發明一種投影光學系統60A之第一實施例，包含:一影像源(IMA)，在本實施例中，該影像源(IMA)可配合一穿透式平順圖像裝置(Transmissive Smooth Picture Actuator)62、一稜鏡63及一玻璃蓋板(Cover Glass)64，但不限定於此。
一透鏡組10，位於該影像源(IMA)之側邊；一反射元件20，位於該透鏡組10之側邊；一成像畫面30，透過該透鏡組10與該反射元件20，使該成像畫面30與該影像源(IMA)之間形成複數光路(A)，各該光路(A)分別具有一主光線(A 1)與一邊緣光線(A 2)。
承上，在本實施例中，該透鏡組10可分為一前群透鏡(G 1)與一後群透鏡(G 2)，該前群透鏡(G 1)靠近該反射元件20側、該後群透鏡(G 2)靠近該影像源(IMA)側，該前群透鏡(G 1)與該後群透鏡(G 2)之間隔為該透鏡組10中最長的鏡間距(D)，但不限定於此。
承上，在本實施例中，該前群透鏡(G 1)包括至少二個非球面透鏡，該二個非球面透鏡其中至少一個負透鏡；該後群透鏡(G 2)包括至少二個膠合透鏡與一非球面透鏡，該非球面透鏡為雙面非球面的獨立透鏡，或該非球面透鏡一面為非球面，另一面為球面，該非球面透鏡與一球面透鏡可黏合為該膠合透鏡；該後群透鏡(G 2)之最後透鏡之阿貝數介於17~24，並靠近該影像源(IMA)側，但不限定於此。
如圖1A所示，並配合表一及表二，該投影光學系統60A之第一實施例，該前群透鏡(G 1)包括一第一透鏡(L 1)、一第二透鏡(L 2)、一第三透鏡(L 3)、一第四透鏡(L 4)，該第一透鏡(L 1)與該第三透鏡(L 3)為非球面透鏡(ASPH)；該後群透鏡(G 2)之該二個膠合透鏡分別由一第五透鏡(L 5)、一第六透鏡(L 6)黏合為一第一膠合透鏡(C 1)，及由一第八透鏡(L 8)、一第九透鏡(L 9)、一第十透鏡(L 10)黏合為一第二膠合透鏡(C 2)，且一第七透鏡(L 7)為非球面透鏡(ASPH)，而該第七透鏡(L 7)可為獨立透鏡，或該第七透鏡(L 7)與該第六透鏡(L 6)可黏合，使該第五透鏡(L 5)、該第六透鏡(L 6)、該第七透鏡(L 7)黏合為該第一膠合透鏡(C 1)；該第十一透鏡(L 11)為該最後透鏡，但不限定於此。 表一
表面 曲率半徑(mm) Radius 厚度(mm) Thickness 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
反射元件 (MIRROR) 29.52 69.90 　 　
1R 1 -18.35 2.20 1.53 56.28
1R 2 15.54 1.60 　 　
2R 1 19.81 1.00 1.73 54.67
2R 2 10.47 1.96 　 　
3R 1 19.18 3.68 1.53 56.28
3R 2 14.91 2.52 　 　
4R 1 19.93 3.50 1.85 23.79
4R 2 -63.08 13.82 　 　
光圈 (APERTURE) INF 0.20 　 　
5R 1 -53.47 3.00 1.70 41.14
6R 1 -4.82 0.60 1.80 46.57
7R 1 10.00 3.66 1.52 64.07
7R 2 -8.76 0.20 　 　
8R 1 19.93 3.80 1.50 81.59
9R 1 -8.18 0.60 1.85 23.79
10R 1 23.61 4.23 1.50 81.59
10R 2 -12.99 0.20 　 　
11R 1 55.19 3.18 1.92 18.90
11R 2 -20.91 3.50 　 　
表二
ASPH MIRROR 1R 1 1R 2 3R 1 3R 2 7R 1 7R 2
Radius 29.52 -18.35 15.54 19.18 14.91 10.00 -8.76
Conic -1.12 0.00 1.34 0.00 0.00 0.00 2.09
4TH -1.34E-06 3.14E-04 5.16E-04 1.50E-03 1.07E-03 0.00E+00 3.54E-04
6TH 2.27E-09 -2.38E-06 -6.26E-06 -2.99E-05 -2.04E-05 0.00E+00 -6.11E-06
8TH -1.74E-12 2.32E-08 -2.49E-07 5.03E-07 6.66E-07 0.00E+00 4.03E-06
10th 1.13E-15 -1.78E-10 7.85E-09 -7.50E-09 -2.16E-08 0.00E+00 -5.30E-07
12th -4.24E-19 1.02E-12 -1.05E-10 6.76E-11 3.77E-10 0.00E+00 4.14E-08
14th 7.24E-23 -3.72E-15 7.19E-13 -2.79E-13 -3.34E-12 0.00E+00 -1.64E-09
16th 0.00E+00 6.49E-18 -2.09E-15 2.69E-16 1.21E-14 0.00E+00 2.74E-11
一光圈40，其設在該透鏡組10內，並以該光圈40中心為一原點(O)，該原點(O)之軸向為X軸(X)與該原點(O)之徑向為Y軸(Y)，形成一直角坐標系(B)，該直角坐標系(B)具有一第一象限(B 1)、一第二象限(B 2)、一第三象限(B 3)及一第四象限(B 4)，且該投影光學系統60A具有一光軸61，該光軸61與該X軸(X)重合，使其中一個光路(A)之主光線(A 1)在該影像源(IMA)處離該光軸61較近形成一近軸像高(E 1)之主光線(A 1)、另一個光路(A)之主光線(A 1)在該影像源(IMA)處離該光軸61較遠形成一離軸像高(E 2)之主光線(A 1)。
如圖1B、圖1C、圖1D及1圖E所示，當該影像源(IMA)與該成像畫面30位在該第二象限(B 2)與該反射元件20位於該第四象限(B 4)，則該近軸像高(E 1)之主光線(A 1)與該離軸像高(E 2)之主光線(A 1)經由交會，而依序形成一第一點(P 1)與一第二點(P 2)，該第一點(P 1)位於該原點(O)與該第二點(P 2)位於該第一象限(B 1)，又該光路(A)之主光線(A 1)與該光路(A)之邊緣光線(A 2)經由交會，而依序形成一第三點(P 3)與一第四點(P 4)，該第三點(P 3)位於該第四象限(B 4)與該第四點(P 4)位於該第二象限(B 2)。
承上，在本實施例中，該反射元件20之焦距設定為F1與該透鏡組10之焦距設定為F2，則該投影光學系統60A符合1.5＜F1/F2＜3.2；該成像畫面30的寬度設定為W與該反射元件20至該成像畫面30的投影距離設定為T，並符合該投影光學系統60A之投射比的條件式:T/W＜0.275；該投影光學系統60A之F值(F-number)介於1.6~3.2，但不限定於此。
圖1F及圖1G所示，該影像源(IMA)之中心點(m 1)相對該光軸61的位移量設定為d，且該影像源(IMA)之短邊設定為h，並符合以下條件式:2d/h＞120%，並以該影像源(IMA)之中心點(m 1)為基準，可在該影像源(IMA)之邊界(e)取得上點(m 2)、下點(m 3)、左點(m 4)、右點(m 5)、左上點(m 6)、右上點(m 7)、左下點(m 8)及右下點(m 9)之特徵位置，並在該影像源(IMA)位於該光軸61上方時，使各該光路(A)之主光線(A 1)在該透鏡組10與該反射元件20之間距中點位置形成一中心光路(n 1)之主光線(A 1)、一上光路(n 2)之主光線(A 1)、一下光路(n 3)之主光線(A 1)、一左光路(n 4)之主光線(A 1)、一右光路(n 5)之主光線(A 1)、左上光路(n 6)之主光線(A 1)、一右上光路(n 7)之主光線(A 1)、一左下光路(n 8)之主光線(A 1)、一右下光路(n 9)之主光線(A 1) 之位置分佈，而該中心光路(n 1)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為X 2、該上光路(n 2)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為X 3、該下光路(n 3)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為X 1、該左光路(n 4)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為Y 2、該右光路(n 5)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為Y 2、該左上光路(n 6)之主光線(A 1)到該光軸61距離的上下分量設定為Y 3、該右上光路(n 7)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為Y 3、該左下光路(n 8)之主光線(A 1)至該光軸61距離的上下分量設定為Y 1、該右下光路(n 9)之主光線(A 1)至該光軸距離的上下分量設定為Y 1，並符合以下條件式:0.9*|Y 1|≦|X 1|≦1.2*|Y 1|；|X 2|＞|Y 2|；|X 3|＞|Y 3|，因此，形成矩形九點特徵光路，但不限定於此。此外，如圖1H所示，其最大像高切十等份的光路，但不限定於此。
是以，該投影光學系統60A，其設定一第一波長(λ 1)、一第二波長(λ 2)及一第三波長(λ 3)分別為0.450um、0.540um、0.630um，並分別可模擬出圖1I、圖1J、圖1K、圖1L、圖1M及圖1N之不同橫向光線扇形圖，而在同一影像源(IMA)分別呈現0.5830mm、0.8710mm、1.7420mm、2.6130mm、3.4840mm、4.3550mm之不同像高，且符號ey、py、ex、px分別表示y軸橫向像差、y軸瞳高、x軸橫向像差、x軸瞳高，該y軸橫向像差、該x軸橫向像差，其最大刻度±20.000um，而該y軸瞳高、該x軸瞳高，其為歸一化比例；圖1O之場曲(Field Curvature)圖及圖1P之畸變(Distortion)圖，其最大視場(Maximum Field)為4.355毫米；圖1Q之橫向色差(lateral color)圖，其最大視場(Maximum Field)為4.3550毫米；圖1R之縱向像差圖，其光瞳半徑(Pupil Radius)為0.3470毫米，藉由上述模擬曲線及數據，亦證明該投影光學系統60A可維持良好投影成像品質。此外，如圖1S所示，其該反射元件20與該成像畫面30之間更包括至少一光學元件50，用以偏折光路或補正像差，但不限定於此。
本發明第一實施例~第五實施例皆有上述之共同特徵，因此，技術上相互關聯而屬於一廣義發明概念者，符合單一性原則，而差異僅在該前群透鏡(G 1)、該後群透鏡(G 2)略稍差異。
如圖2A~2C所示，並配合表三及表四，該投影光學系統60B之第二實施例，該前群透鏡(G 1)包括一第一透鏡(L 1)、一第二透鏡(L 2)、一第三透鏡(L 3)、一第四透鏡(L 4)，該第一透鏡(L 1)與該第三透鏡(L 3)為非球面透鏡(ASPH)；該後群透鏡(G 2)之該二個膠合透鏡分別由一第五透鏡(L 5)、一第六透鏡(L 6)黏合為一第一膠合透鏡(C 1)，及由一第七透鏡(L 7)、一第八透鏡(L 8)、一第九透鏡(L 9)黏合為一第二膠合透鏡(C 2)，且該第六透鏡(L 6)為非球面透鏡(ASPH)；該第十透鏡(L 10)為該最後透鏡，但不限定於此。 表三
表面 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
反射元件 (MIRROR) 29.52 71.35 　 　
1R 1 -18.35 2.20 1.53 56.28
1R 2 15.54 2.26 　 　
2R 1 19.81 1.00 1.73 54.67
2R 2 10.47 1.80 　 　
3R 1 19.18 3.68 1.53 56.28
3R 2 14.91 2.52 　 　
4R 1 19.93 3.50 1.85 23.79
4R 2 -63.08 13.96 　 　
光圈 (APERTURE) INF 2.45 　 　
5R 1 702.62 0.60 1.80 46.57
6R 1 9.59 2.70 1.52 64.07
6R 2 -15.27 0.20 　 　
7R 1 34.80 3.45 1.50 81.59
8R 1 -6.77 0.60 1.85 23.79
9R 1 50.59 4.28 1.50 81.59
9R 2 -9.78 0.20 　 　
10R 1 75.14 3.10 1.92 18.90
10R 2 -20.00 3.50 　 　
表四
ASPH MIRROR 1R 1 1R 2 3R 1 3R 2 6R 1 6R 2
Radius 29.52 -18.35 15.54 19.18 14.91 9.59 -15.27
Conic -1.12 0.00 1.34 0.00 0.00 0.00 4.62
4TH -1.34E-06 3.14E-04 5.16E-04 1.50E-03 1.07E-03 0.00E+00 2.64E-04
6TH 2.27E-09 -2.38E-06 -6.26E-06 -2.99E-05 -2.04E-05 0.00E+00 -2.73E-05
8TH -1.74E-12 2.32E-08 -2.49E-07 5.03E-07 6.66E-07 0.00E+00 9.16E-06
10th 1.13E-15 -1.78E-10 7.85E-09 -7.50E-09 -2.16E-08 0.00E+00 -1.43E-06
12th -4.24E-19 1.02E-12 -1.05E-10 6.76E-11 3.77E-10 0.00E+00 1.19E-07
14th 7.24E-23 -3.72E-15 7.19E-13 -2.79E-13 -3.34E-12 0.00E+00 -5.03E-09
16th 0.00E+00 6.49E-18 -2.09E-15 2.69E-16 1.21E-14 0.00E+00 8.51E-11
如圖3A~3C所示，並配合表五、表六及表七，該投影光學系統60C之第三實施例，該前群透鏡(G 1)包括一第一透鏡(L 1)、一第二透鏡(L 2)、一第三透鏡(L 3)、一第四透鏡(L 4)，該第一透鏡(L 1)與該第三透鏡(L 3)為非球面透鏡(ASPH)；該後群透鏡(G 2)之該二個膠合透鏡分別由一第五透鏡(L 5)、一第六透鏡(L 6)黏合為一第一膠合透鏡(C 1)，及由一第八透鏡(L 8)、一第九透鏡(L 9)、一第十透鏡(L 10)黏合為一第二膠合透鏡(C 2)，且一第七透鏡(L 7)為非球面透鏡(ASPH)，而該第七透鏡(L 7)可為獨立透鏡，或該第七透鏡(L 7)與該第六透鏡(L 6)可黏合，使該第五透鏡(L 5)、該第六透鏡(L 6)、該第七透鏡(L 7)黏合為該第一膠合透鏡(C 1)；該第十一透鏡(L 11)為該最後透鏡，但不限定於此。 表五
表面 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
反射元件 (MIRROR) 31.24 69.00 　 　
1R 1 -18.77 1.96 1.53 56.28
1R 2 14.62 2.94 　 　
2R 1 96.05 1.00 1.74 53.80
2R 2 10.86 0.75 　 　
3R 1 11.51 4.27 1.53 56.28
3R 2 12.83 1.83 　 　
4R 1 16.93 4.14 1.85 23.79
4R 2 -55.42 14.81 　 　
光圈 (APERTURE) INF 0.19 　 　
5R 1 -59.26 0.64 1.81 40.08
6R 1 7.10 2.26 1.64 34.65
7R 1 45.28 2.75 1.52 64.07
7R 2 -11.11 0.20 　 　
8R 1 30.88 3.51 1.50 81.59
9R 1 -7.26 0.60 1.85 23.79
10R 1 27.94 4.81 1.50 81.59
10R 2 -9.93 1.08 　 　
11R 1 139.96 3.10 1.92 18.90
11R 2 -18.73 3.50 　 　
表六
ASPH 1R 1 1R 2 3R 1 3R 2 7R 1 7R 2
Radius -18.77 14.62 11.51 12.83 45.28 -11.11
Conic 0.00 0.79 0.00 0.00 0.00 4.70
4TH 4.21E-04 5.86E-04 1.05E-03 6.67E-04 0.00E+00 6.15E-04
6TH -6.37E-06 -7.49E-06 -2.45E-05 -1.08E-05 0.00E+00 -3.34E-05
8TH 8.42E-08 -4.18E-07 2.58E-07 1.77E-07 0.00E+00 1.27E-05
10th -7.97E-10 1.19E-08 -2.88E-09 -5.93E-09 0.00E+00 -1.77E-06
12th 5.07E-12 -1.38E-10 3.99E-11 1.07E-10 0.00E+00 1.41E-07
14th -1.88E-14 7.87E-13 -4.16E-13 -9.26E-13 0.00E+00 -5.76E-09
16th 3.04E-17 -1.83E-15 1.86E-15 3.29E-15 0.00E+00 9.87E-11
表七
ASPH MIRROR
Radius 31.24
歸一化半徑 1.00
Conic -1.03
1TH 0.00E+00
2TH 3.38E-04
3TH 5.83E-06
4TH -1.75E-06
5TH 1.55E-09
6TH 2.17E-09
7TH -2.05E-12
8TH -1.56E-12
9TH 1.21E-15
10TH 9.21E-16
11TH -2.52E-19
12th -3.00E-19
13th -1.50E-22
14th 4.41E-23
15th 1.14E-26
16th 1.02E-27
如圖4A~4C所示，並配合表八及表九，該投影光學系統60D之第四實施例，該前群透鏡(G 1)包括一第一透鏡(L 1)、一第二透鏡(L 2)、一第三透鏡(L 3)、一第四透鏡(L 4)，該第一透鏡(L 1)與該第三透鏡(L 3)為非球面透鏡(ASPH)；該後群透鏡(G 2)之該二個膠合透鏡分別由一第五透鏡(L 5)、一第六透鏡(L 6)黏合為一第一膠合透鏡(C 1)，及由一第八透鏡(L 8)、一第九透鏡(L 9)、一第十透鏡(L 10)黏合為一第二膠合透鏡(C 2) ，且一第七透鏡(L 7)為非球面透鏡(ASPH)，而該第七透鏡(L 7)可為獨立透鏡，或該第七透鏡(L 7)與該第六透鏡(L 6)可黏合，使該第五透鏡(L 5)、該第六透鏡(L 6)、該第七透鏡(L 7)黏合為該第一膠合透鏡(C 1)；該第十一透鏡(L 11)為該最後透鏡，但不限定於此。 表八
表面 曲率半徑 (Radius) 厚度 (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
反射元件 (MIRROR) 39.07 73.00 　 　
1R 1 -78.23 2.00 1.51 56.32
1R 2 16.32 3.32 　 　
2R 1 323.43 1.60 1.85 23.79
2R 2 36.87 3.60 　 　
3R 1 -19.75 3.56 1.51 56.32
3R 2 -178.17 6.80 　 　
4R 1 30.87 5.50 1.85 23.79
4R 2 -81.78 19.83 　 　
光圈 (APERTURE) INF 0.20 　 　
5R 1 12.20 5.50 1.65 33.84
6R 1 -12.20 0.60 1.83 37.23
7R 1 9.74 2.93 1.52 64.05
7R 2 -10.96 0.20 　 　
8R 1 -22.91 2.47 1.50 81.59
9R 1 -8.54 0.60 1.85 23.79
10R 1 17.07 5.48 1.50 81.59
10R 2 -11.29 0.75 　 　
11R 1 48.44 3.95 1.92 18.90
11R 2 -24.43 2.40 　 　
表九
ASPH MIRROR 1R 1 1R 2 3R 1 3R 2 7R 1 7R 2
Radius 39.07 -78.23 16.32 -19.75 -178.17 9.74 -10.96
Conic -0.92 0.00 -1.94 0.00 0.00 0.00 1.92
4TH -5.86E-07 1.04E-04 -2.69E-05 2.38E-04 2.44E-04 0.00E+00 3.94E-04
6TH 1.22E-09 -5.68E-07 -8.41E-07 -1.22E-06 -3.50E-08 0.00E+00 1.16E-06
8TH -1.06E-12 3.22E-09 6.98E-09 9.13E-09 -7.08E-09 0.00E+00 1.14E-06
10th 6.42E-16 -1.16E-11 -2.64E-11 -5.01E-11 1.33E-10 0.00E+00 -2.27E-07
12th -2.02E-19 2.18E-14 5.09E-14 1.68E-13 -1.12E-12 0.00E+00 2.23E-08
14th 2.71E-23 -1.53E-17 -3.85E-17 -3.30E-16 4.17E-15 0.00E+00 -1.07E-09
16th 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3.27E-19 -5.80E-18 0.00E+00 2.01E-11
如圖5A~5C所示，並配合表十及表十一，該投影光學系統60E之第五實施例，該前群透鏡(G 1)包括一第一透鏡(L 1)、一第二透鏡(L 2)、一第三透鏡(L 3)、一第四透鏡(L 4)，該第一透鏡(L 1)與該第三透鏡(L 3)為非球面透鏡(ASPH)；該後群透鏡(G 2)之該二個膠合透鏡分別由一第五透鏡(L 5)、一第六透鏡(L 6)黏合為一第一膠合透鏡(C 1)，及由一第八透鏡(L 8)、一第九透鏡(L 9)、一第十透鏡(L 10)黏合為一第二膠合透鏡(C 2) ，且一第七透鏡(L 7)為非球面透鏡(ASPH)，而該第七透鏡(L 7)可為獨立透鏡，或該第七透鏡(L 7)與該第六透鏡(L 6)可黏合，使該第五透鏡(L 5)、該第六透鏡(L 6)、該第七透鏡(L 7)黏合為該第一膠合透鏡(C 1)；該第十一透鏡(L 11)為該最後透鏡，但不限定於此。 表十
表面 曲率半徑 (Radius) 厚度 (Thickness) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
反射元件 (MIRROR) 30.09 73.00 　 　
1R 1 -29.42 2.00 1.51 56.32
1R 2 22.41 1.96 　 　
2R 1 -778.80 2.00 1.80 25.63
2R 2 62.05 1.94 　 　
3R 1 -20.64 4.37 1.51 56.32
3R 2 -347.91 2.86 　 　
4R 1 24.77 5.50 1.84 29.82
4R 2 -91.22 22.74 　 　
光圈 (APERTURE) INF 0.44 　 　
5R 1 10.39 3.66 1.68 29.42
6R 1 -35.98 0.60 1.83 43.03
7R 1 7.96 3.11 1.52 64.05
7R 2 -14.56 0.95 　 　
8R 1 -33.55 2.64 1.50 81.59
9R 1 -8.18 0.60 1.85 23.78
10R 1 13.34 6.79 1.50 81.59
10R 2 -12.57 1.95 　 　
11R 1 45.38 4.78 1.92 18.90
11R 2 -30.43 2.40 　 　
表十一
ASPH MIRROR 1R 1 1R 2 3R 1 3R 2 7R 1 7R 2
Radius 30.09 -29.42 22.41 -20.64 -347.91 7.96 -14.56
Conic -1.04 0.00 -2.16 0.00 0.00 0.00 2.71
4TH -2.34E-06 1.81E-04 1.58E-04 6.97E-04 4.72E-04 0.00E+00 2.46E-04
6TH 4.43E-09 -1.12E-06 -3.83E-06 -1.15E-05 -3.98E-06 0.00E+00 -7.50E-07
8TH -5.00E-12 5.40E-09 2.39E-08 1.39E-07 1.73E-08 0.00E+00 6.93E-07
10th 3.76E-15 -1.90E-11 -7.03E-11 -1.13E-09 4.13E-10 0.00E+00 -1.19E-07
12th -1.52E-18 4.21E-14 9.35E-14 5.76E-12 -6.77E-12 0.00E+00 1.02E-08
14th 2.57E-22 -4.17E-17 -3.63E-17 -1.62E-14 3.83E-14 0.00E+00 -4.31E-10
16th 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.92E-17 -7.83E-17 0.00E+00 7.23E-12
基於如此之構成，該投影光學系統60A~60E之第一實施例~第五實施例，在表十二已歸納該第一透鏡(L 1)之焦距、該第三透鏡(L 3)之焦距、該反射元件20之焦距、該透鏡組10之焦距、該成像畫面30的寬度(W)、該投影距離(T)、該投影光學系統60A~60E之F值、該位移量(d)、該影像源(IMA)之短邊(h)及該上下分量(X 1、Y 1、X 2、Y 2、X 3、Y 3)以調整出一定匹配範圍內，進而可穩定該成像畫面30品質之功效增進。 表十二
　 實施例一 實施例二 實施例三 實施例四 實施例五
第一透鏡之焦距 -15.58 -15.58 -15.25 -26.11 -24.45
第三透鏡之焦距 -180 -180 100 -43.59 -42.92
反射元件之焦距 14.76 14.76 15.30 19.54 15.04
透鏡組之焦距 5.49 5.68 5.10 6.51 9.32
成像畫面的寬度(W) 1438.97 664.14 1328.281 1438.97 1438.97
投影距離(T) 360 180 330 360 360
投影光學系統之F值(F-number) 1.8 1.8 1.8 2.6 3.13
位移量(d) 2.04 2.04 2.04 3.23 3.23
影像源之短邊(h) 2.92 2.92 2.92 4.61 4.61
上下分量(X 1) -4.83 -4.75 -5.12 -7.10 -5.05
上下分量(Y 1) -4.74 -4.66 -5.16 -6.05 -4.51
上下分量(X 2) -16.87 -16.60 -18.19 -22.82 -16.69
上下分量(Y 2) -15.91 -15.64 -17.56 -19.14 -14.58
上下分量(X 3) -26.74 -26.31 -29.65 -31.67 -24.28
上下分量(Y 3) -23.58 -23.36 -26.42 -26.85 -21.10
綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請  鈞局惠賜專利，以勵創作，無任德感。
惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。
10:透鏡組 20:反射元件 30:成像畫面 40:光圈 50:光學元件 60A、60B、60C、60D、60E:投影光學系統 61:光軸 62:穿透式平順圖像裝置 63:稜鏡 64:玻璃蓋板 IMA:影像源 A:光路 A1:主光線 A2:邊緣光線 B:直角坐標系 B1:第一象限 B2:第二象限 B3:第三象限 B4:第四象限 C1:第一膠合透鏡 C2:第二膠合透鏡 D:鏡間距 E1:近軸像高 E2:離軸像高 G1:前群透鏡 G2:後群透鏡 L1:第一透鏡 L2:第二透鏡 L3:第三透鏡 L4:第四透鏡 L5:第五透鏡 L6:第六透鏡 L7:第七透鏡 L8:第八透鏡 L9:第九透鏡 L10:第十透鏡 L11:第十一透鏡 O:原點 X:X軸 Y:Y軸 P1第一點 P2第二點 P3第三點 P4第四點 X1、Y1、X2、Y2、X3、Y 3:上下分量 T:投影距離 W:成像畫面的寬度 d:位移量 e:影像源之邊界 h:影像源之短邊 m1:中心點 m2:上點 m3:下點 m4:左點 m5:右點 m6:左上點 m7:右上點 m8:左下點 m9:右下點 n1:中心光路 n2:上光路 n3:下光路 n4:左光路 n5:右光路 n6:左上光路 n7:右上光路 n8:左下光路 n9:右下光路 λ1:第一波長 λ2:第二波長 λ3:第三波長 1R1、1R2、2R1、2R2、3R1、3R2、4R1、4R2、5R1、6R1、6R2、7R1、7R2、8R1、9R1、9R 2、10R1、10R2、11R1、11R2:表面
圖1A係本發明第一實施例之透鏡配置示意圖。 圖1B係本發明第一實施例之光路徑示意圖。 圖1C係本發明第一實施例之成像畫面示意圖。 圖1D係圖1C中1D所示之放大圖。 圖1E係圖1C中1E所示之放大圖。 圖1F係圖1B中IMA之平面示意圖。 圖1G係圖1B中G-G之平面示意圖。 圖1H係本發明第一實施例之最大像高切十等份的光路示意圖。 圖1I係本發明第一實施例之影像源呈現0.5830mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1J係本發明第一實施例之影像源呈現0.8710mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1K係本發明第一實施例之影像源呈現1.7420mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1L係本發明第一實施例之影像源呈現2.6130mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1M係本發明第一實施例之影像源呈現3.4840mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1N係本發明第一實施例之影像源呈現4.3550mm像高之橫向光線扇形圖。 圖1O係本發明第一實施例之場曲圖。 圖1P係本發明第一實施例之畸變圖。 圖1Q係本發明第一實施例之橫向色差圖。 圖1R係本發明第一實施例之縱向像差圖。 圖1S係本發明第一實施例之光學元件示意圖。 圖2A係本發明第二實施例之透鏡配置示意圖。 圖2B係本發明第二實施例之光路徑示意圖。 圖2C係本發明第二實施例之最大像高切十等份的光路示意圖。 圖3A係本發明第三實施例之透鏡配置示意圖。 圖3B係本發明第三實施例之光路徑示意圖。 圖3C係本發明第三實施例之最大像高切十等份的光路示意圖。 圖4A係本發明第四實施例之透鏡配置示意圖。 圖4B係本發明第四實施例之光路徑示意圖。 圖4C係本發明第四實施例之最大像高切十等份的光路示意圖。 圖5A係本發明第五實施例之透鏡配置示意圖。 圖5B係本發明第五實施例之光路徑示意圖。 圖5C係本發明第五實施例之最大像高切十等份的光路示意圖。
10:透鏡組
20:反射元件
40:光圈
60A:投影光學系統
61:光軸
62:穿透式平順圖像裝置
63:稜鏡
64:玻璃蓋板
IMA:影像源
B:直角坐標系
B1:第一象限
B2:第二象限
B3:第三象限
B4:第四象限
C1:第一膠合透鏡
C2:第二膠合透鏡
D:鏡間距
G1:前群透鏡
G2:後群透鏡
L1:第一透鏡
L2:第二透鏡
L3:第三透鏡
L4:第四透鏡
L5:第五透鏡
L6:第六透鏡
L7:第七透鏡
L8:第八透鏡
L9:第九透鏡
L10:第十透鏡
L11:第十一透鏡
O:原點
X:X軸
Y:Y軸
1R1、1R2、2R1、2R2、3R1、3R2、4R1、4R2、5R1、6R1、7R1、7R2、8R1、9R1、10R1、10R2、11R1、11R2:表面

Claims (10)

  1. 一種投影光學系統，包含：一影像源；一透鏡組，位於該影像源之側邊；一反射元件，位於該透鏡組之側邊；且該透鏡組可分為一前群透鏡與一後群透鏡，該前群透鏡靠近該反射元件側、該後群透鏡靠近該影像源側，該前群透鏡與該後群透鏡之間隔為該透鏡組中最長的鏡間距；一成像畫面，透過該透鏡組與該反射元件，使該成像畫面與該影像源之間形成複數光路，各該光路分別具有一主光線與一邊緣光線；以及一光圈，其設在該透鏡組內，並以該光圈中心為一原點，該原點之軸向為X軸與該原點之徑向為Y軸，形成一直角坐標系，該直角坐標系具有一第一象限、一第二象限、一第三象限及一第四象限，且該投影光學系統具有一光軸，該光軸與該X軸重合，使其中一個光路之主光線在該影像源處離該光軸較近形成一近軸像高之主光線、另一個光路之主光線在該影像源處離該光軸較遠形成一離軸像高之主光線；藉此，當該影像源與該成像畫面位在該第二象限與該反射元件位於該第四象限，則該近軸像高之主光線與該離軸像高之主光線經由交會，而依序形成一第一點與一第二點，該第一點位於該原點與該第二點位於該第一象限，又該光路之主光線與該光路之邊緣光線經由交會，而依序形成一第三點與一第四點，該第三點位於該第四象限與該第四點位於該第二象限。
  2. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該前群透鏡包括至少二個非球面透鏡，該二個非球面透鏡其中至少一個負透鏡。
  3. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該後群透鏡包括至少二個膠合透鏡與一非球面透鏡，該非球面透鏡為雙面非球面的獨立透鏡，或該非球 面透鏡一面為非球面，另一面為球面，該非球面透鏡與一球面透鏡可黏合為該膠合透鏡。
  4. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該後群透鏡之最後透鏡之阿貝數介於17~24，並靠近該影像源側。
  5. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該反射元件之焦距設定為F1與該透鏡組之焦距設定為F2，則該投影光學系統符合1.5<F1/F2<3.2。
  6. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該成像畫面的寬度設定為W與該反射元件至該成像畫面的投影距離設定為T，並符合該投影光學系統之投射比的條件式：T/W<0.275。
  7. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該投影光學系統之F值介於1.6~3.2。
  8. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該影像源之中心點相對該光軸的位移量設定為d，且該影像源之短邊設定為h，並符合以下條件式：2d/h>120%。
  9. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，以該影像源之中心點為基準，可在該影像源之邊界取得上點、下點、左點、右點、左上點、右上點、左下點及右下點之特徵位置，並在該影像源位於該光軸上方時，使各該光路之主光線在該透鏡組與該反射元件之間距中點位置形成一中心光路之主光線、一上光路之主光線、一下光路之主光線、一左光路之主光線、一右光路之主光線、一左上光路之主光線、一右上光路之主光線、一左下光路之主光線、一右下光路之主光線之位置分佈，而該中心光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X2、該上光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X3、該下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為X1、該左光路之主光線至該光軸距離的上下 分量設定為Y2、該右光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y2、該左上光路之主光線到該光軸距離的上下分量設定為Y3、該右上光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y3、該左下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y1、該右下光路之主光線至該光軸距離的上下分量設定為Y1，並符合以下條件式：0.9*|Y1|≦|X1|≦1.2*|Y1|；|X2|>|Y2|；|X3|>|Y3|。
  10. 如請求項1所述之投影光學系統，其中，該反射元件與該成像畫面之間更包括至少一光學元件，用以偏折光路或補正像差。
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