CN101414049A - 广角投影镜头与应用其的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种广角投影镜头与应用其的投影装置。广角投影镜头自投影装置的影像侧包括第一透镜群、第二透镜群与第三透镜群。广角投影镜头的光栏设置于第三透镜群中。第一透镜群具有负有效折射力，且第一透镜群具有至少一个非球面镜面。第二透镜群具有第一正有效折射力。第三透镜群具有第二正有效折射力。广角投影镜头的有效焦距为fw，且6.5＜fw＜9.5。本发明披露的投影装置包括光学组件和上述的广角投影镜头。本发明提供的广角投影镜头与应用其的投影装置使画面放大后仍能保留大部分画面信息。

Description

广角投影镜头与应用其的投影装置

技术领域

本发明涉及一种广角投影镜头与应用其的投影装置，且特别涉及一种具有三透镜群的广角投影镜头与应用其的投影装置。

背景技术

无论对于家庭、娱乐或商务用途，投影装置都扮演着不可或缺的角色。在商务会议中，只要将投影装置与笔记本型或台式型计算机结合起来，就可将报告以放大画面呈现出来，以辅助性地表达主讲者所阐述的内容。另外，将投影装置搭配音响设备，便足以营造出家庭影院的气氛，让一般民众在家中就可以享受到如同在电影院或剧院欣赏电影或表演的氛围与乐趣。

也因为如此，投影装置的许多设计必须能够满足许多例如是空间上的限制条件。举例来说，较大的投射空间(例如是大会议室或演讲会场)必须搭配较大的投影画面，而较小的投射空间(例如家庭客厅)则不需将画面高倍地放大出来。然而，由于投影装置投影画面的大小和分辨率与投影镜头的有效焦距相关，如何将画面高倍放大后仍能保留大部分画面信息，则是各家制造厂商皆会面临到的问题。

发明内容

本发明涉及一种广角投影镜头与应用其的投影装置，是利用具有三透镜群的投影镜头，并使其中一透镜群具有负有效折射力与至少一个非球面镜面，另外两个透镜群具有正有效折射力，以放大画面且保留大部分画面信息。

本发明提出一种广角投影镜头，其应用于投影装置中。此广角投影镜头自投影装置的影像侧包括第一透镜群、第二透镜群与第三透镜群。广角投影镜头的光栏设置于第三透镜群中。第一透镜群具有负有效折射力，且第一透镜群具有至少一个非球面镜面。第二透镜群具有第一正有效折射力。第三透镜群具有第二正有效折射力。广角投影镜头的有效焦距为fw，其中6.5<fw<9.5。

本发明提供的广角投影镜头影像侧上的影像的高度为h，1.2<|h/fw|<1.6。

本发明提供的广角投影镜头为非远心(non-telecentric)结构。

本发明提供的广角投影镜头的视角介于100度角至120度角之间。

本发明提供的广角投影镜头的第一透镜群包括多个透镜，这些透镜具有至少一个非球面镜面。其中这些透镜包括：第一凸凹透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面；第二凸凹透镜，具有第二凸镜面与第二凹镜面，第二凸镜面面向第一凹镜面；第三凸凹透镜，具有第三凸镜面与第三凹镜面，第三凸镜面面向第二凹镜面；以及平凹透镜，具有第四凹镜面面向第三凹镜面。

本发明提供的广角投影镜头的第二透镜群包括：平凹透镜，具有第一凹镜面背向第一透镜群；双凸透镜，具有第一凸镜面与第二凸镜面，第一凸镜面面向第一凹镜面；以及凹凸透镜，具有第三凸镜面与第二凹镜面，第三凸镜面面向第二凸镜面。

本发明提供的广角投影镜头的第三透镜群在第二透镜群与光栏之间包括：凹凸透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面，第一凸镜面面向第二透镜群；第一平凹透镜，具有第二凹镜面背向第一凹镜面；第一双凸透镜，具有第二凸镜面与第三凸镜面，第二凸镜面与第二凹镜面重合；以及第一双凹透镜，具有第三凹镜面与第四凹镜面，第三凹镜面面向第三凸镜面。

本发明提供的广角投影镜头的投影装置还包括光学组件，第三透镜群在光栏与光学组件的间包括：第二双凸透镜，具有第四凸镜面与第五凸镜面，第四凸镜面面向第四凹镜面；第二平凹透镜，具有第五凹镜面；第三双凸透镜，具有第六凸镜面与第七凸镜面，第六凸镜面与第五凹镜面重合；以及第四双凸透镜，具有第八凸镜面与第九凸镜面，第八凸镜面面向第七凸镜面。

本发明提供的广角投影镜头的投影装置还包括光学组件，广角投影镜头位于影像侧与光学组件之间。

本发明提供的广角投影镜头的光学组件是数字微镜组件(Digital Micro-mirror Device)。

本发明另提出一种投影装置，其包括光学组件与广角投影镜头。此广角投影镜头包括第一透镜群、第二透镜群与第三透镜群。第一透镜群具有负有效折射力，且第一透镜群具有至少一个非球面镜面。第二透镜群设置于光学组件与第一透镜群之间，且第二透镜群具有第一正有效折射力。第三透镜群设置于光学组件与第二透镜群之间，而第三透镜群具有第二正有效折射力。广角投影镜头的光栏设置于第三透镜群中。广角投影镜头的有效焦距为fw，其中6.5<fw<9.5。

本发明提供的投影装置，其中广角投影镜头的有效焦距为fw，广角投影镜头在影像侧上的影像高度为h，1.2<|h/fw|<1.6。

本发明提供的投影装置，其中广角投影镜头为非远心(non-telecentric)结构。

本发明提供的投影装置，其中广角投影镜头的视角介于100度角至120度角之间。

本发明提供的投影装置，其中第一透镜群包括多个透镜，这些透镜具有至少一个非球面镜面。

本发明提供的投影装置，其中这些透镜包括：第一凸凹透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面，第一凸镜面背向光学组件；第二凸凹透镜，具有第二凸镜面与第二凹镜面，第二凸镜面面向第一凹镜面；第三凸凹透镜，具有第三凸镜面与第三凹镜面，第三凸镜面面向第二凹镜面；以及平凹透镜，具有第四凹镜面面向第三凹镜面。

本发明提供的投影装置，其中第二透镜群包括：平凹透镜，具有第一凹镜面背向第一透镜群；双凸透镜，具有第一凸镜面与第二凸镜面，第一凸镜面面向第一凹镜面；以及凹凸透镜，具有第三凸镜面与第二凹镜面，第三凸镜面面向第二凸镜面。

本发明提供的投影装置，其中第三透镜群在第二透镜群与光栏之间包括：凹凸透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面，第一凸镜面面向第二透镜群；第一平凹透镜，具有第二凹镜面背向第一凹镜面；第一双凸透镜，具有第二凸镜面与第三凸镜面，第二凸镜面与第二凹镜面重合；以及第一双凹透镜，具有第三凹镜面与第四凹镜面，第三凹镜面面向第三凸镜面。

本发明提供的投影装置，其中第三透镜群在光栏与光学组件之间包括：第二双凸透镜，具有第四凸镜面与第五凸镜面，第四凸镜面面向第四凹镜面；第二平凹透镜，具有第五凹镜面；第三双凸透镜，具有第六凸镜面与第七凸镜面，第六凸镜面与第五凹镜面重合；以及第四双凸透镜，具有第八凸镜面与第九凸镜面，第八凸镜面面向第七凸镜面。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A是根据本发明优选实施例的投影装置的示意图。

图1B是图1A的第一透镜群的示意图。

图1C是图1A的第二透镜群的示意图。

图1D是图1A的第三透镜群的示意图。

图2是广角投影镜头依据表2进行测试所得的场曲与畸变曲线图。

图3A～3H是广角投影镜头依据表2进行测试所得的光线像差图。

图4是广角投影镜头依据表2进行测试所得分辨率与线数对的关系图。

图5A～5H为广角投影镜头依据表2进行测试所得影像点偏移量的示意图。

具体实施方式

参见图1A～1D，图1A是依照本发明优选实施例的投影装置的示意图，图1B是图1A的第一透镜群的示意图，图1C是图1A的第二透镜群的示意图，图1D是图1A的第三透镜群的示意图。投影装置1包括光学组件10与广角投影镜头20。此广角投影镜头20包括第一透镜群21、第二透镜群22与第三透镜群23。第一透镜群21具有负有效折射力(negative effective power)，且第一透镜群21具有至少一个非球面镜面(aspheric lens surface)。第二透镜群22设置于光学组件10与第一透镜群21之间，且第二透镜群22具有第一正有效折射力(positive effective power)。第三透镜群23设置于光学组件10与第二透镜群22之间，而第三透镜群23具有第二正有效折射力。广角投影镜头20的光栏25(aperture stop)设置于第三透镜群23中。

光学组件10例如是数字微镜组件(Digital Micro-mirrorDevice)。数字微镜组件具有非常多个可转动的微小镜片，数字微镜组件接收到讯号后，会驱动这些微小镜片转动以反射不同位置上的光线，藉此以呈现影像的各个像素点。

优选地，透过第一透镜群21、第二透镜群22与第三透镜群23组合，使广角投影镜头20的有效焦距(effective focal length)fw与影像侧(未示出，位于第1图广角投影镜头20的左侧位置)上的影像的高度h关系为：

1.2<|h/fw|<1.6

另外，广角投影镜头20的视角介于100度角至120度角之间。

与光学组件10相隔最远的第一透镜群21具有负有效折射力，且第一透镜群21具有至少一个非球面镜面。见图1B，本实施例的第一透镜群21是由多个透镜组成。第一透镜群包括三个凸凹透镜211、213、215以及一个平凹透镜217。凸凹透镜211具有凸镜面211a与凹镜面211b，其中凸镜面211a背向光学组件10。凸凹透镜213具有凸镜面213a与凹镜面213b，其中凸镜面213a面向凹镜面211b。凸凹透镜215则具有凸镜面215a与凹镜面215b，其中凸镜面215a面向凹镜面213b。平凹透镜217则具有凹镜面217a与平镜面217b，其中凹镜面217a面向凹镜面215b。

非球面镜面的表面多项式可表示为：

$\frac{X^2}{R+\sqrt{R^2-(1+K)X^2}}+{\mathrm{AX}}^4+{\mathrm{BX}}^6+{\mathrm{CX}}^8+{\mathrm{DX}}^{10}+...$

其中X为距离旋转对称轴的水平距离，R为顶点曲率半径，K为圆锥曲线常数，A为对应于X⁴的4次项修正系数，B、C及D则依次为6、8与10次项修正系数。一般大多取到10次项，故本实施例仅举出修正系数K、A～D说明。在第一透镜群21中，仅需要一面非球面镜面即可。而本实施例中，使用两个非球面镜面。第一、二面非球面镜面的系数请见表1。

表1

 

	第一非球面镜面	第二非球面镜面
			K	2.129996	-0.2726078
A	5.4968331e-006	4.3270304e-006
			B	-2.5176141e-009	2.3293403e-010
C	8.2007016e-013	-6.9193386e-013
			D	1.3103019e-017	-5.7898546e-015

参见图1C，位于第一透镜群21与第三透镜群23之间的第二透镜群22包括平凹透镜221、双凸透镜223与凹凸透镜225。平凹透镜221具有平镜面221a与凹镜面221b，其中凹镜面221b背向第一透镜群21。双凸透镜223具有凸镜面223a与223b，其中凸镜面223a面向凹镜面221b。凹凸透镜225具有一凸镜面225a与一凹镜面225b，其中凸镜面225a面向凸镜面223b。

至于第三透镜群23，参见图1D，优选地，第三透镜群23在第二透镜群22与光栏25之间包括凹凸透镜231、平凹透镜233、双凸透镜235与双凹透镜237。凹凸透镜231具有凸镜面231a与凹镜面231b，其中凸镜面231a面向第二透镜群22。平凹透镜233具有平镜面233a与凹镜面233b，其中凹镜面233b背向凹镜面231b。双凸透镜235具有凸镜面235a与235b，其中凸镜面235a与凹镜面233b重合。双凹透镜237具有凹镜面237a与凹镜面237b，其中凹镜面237a面向凸镜面235b。

第三透镜群23在光栏25与光学组件10之间包括双凸透镜239、平凹透镜241与另外两个双凸透镜243与245。双凸透镜239具有凸镜面239a与239b，其中凸镜面239a面向凹镜面237b。平凹透镜241具有平镜面241a与凹镜面241b。双凸透镜243具有凸镜面243a与243b，其中凸镜面243a与凹镜面241b重合。双凸透镜245则具有凸镜面245a与245b，其中凸镜面245a面向凸镜面243b。

本实施例上述第一透镜群21、第二透镜群22与第三透镜群23的各透镜的光学数据与配置列于表2中，然而本发明的技术并不局限于此。

表2

^*注：间距为该镜面与下一透镜的空气间隔

第一透镜群21的凹凸透镜211与影像侧的距离约为1300毫米(millimeter，mm)。第一透镜群21的有效焦距EFL(21)为-9.394毫米，第二透镜群22的有效焦距EFL(22)为44.044毫米，第三透镜群23的有效焦距EFL(23)为47.895毫米。以下说明本实施例的广角投影镜头20依据表2进行测试所得的结果。

参见图2，其是广角投影镜头依据表2进行测试所得的场曲与畸变曲线图。如图2所示的测试结果可知，不同波长光经广角投影镜头投射后，不同波长光的场曲情形皆符合一般规定的标准范围内(约为0.2毫米)，且其畸变量也符合标准(约为2个百分比)。

参见图5A～5H，其为广角投影镜头依据表2进行测试所得影像点偏移量的示意图。广角投影镜头20将影像投射到影像侧(通常为投射屏幕)后，再量测影像侧上不同位置的影像点大小是否符合标准。一般而言，影像点需位于以长、宽约为10.8纳米(nanometer，nm)所构成区块的标准范围内。如附图5A～5H所示，八个点位置的影像点(影像点是由不同波长光的曲线所构成)P1～P8均约位于区块(长、宽为10.8纳米)内，也就是本实施例的广角投影镜头20所投射的影像点大小符合标准。

接着参见图3A～3H，其是广角投影镜头依据表2进行测试所得的光线像差图。取与上述相同的八个影像点P1～P8进行测量，如第3A～3H图所示，各影像点P1～P8的光线像差的数值都在标准范围内。

另外，参见图4，其是广角投影镜头依据表2进行测试所得分辨率与线数对的关系图。图4中的各曲线是不同波长光的测试结果。由图4的测试结果可以观察到，各线数对的分辨率均符合标准(一般约为40％)。

由以上各个测试结果可知，由于影像经广角投影镜头20投射出来后，其场曲、畸变、偏移量与光线像差皆在标准范围内，因而影像点可以被较为忠实地呈现出来。

本实施例的广角投影镜头20可用于将广角投影镜头20与影像侧(投射屏幕)的距离设定为1米，以使投射于影像侧上的影像(被投影物)高度约为70寸。另外，广角投影镜头20的有效焦距fw范围为6.5<fw<9.5。目前市面上常见的投影镜头其有效焦距较长，约为本实施例投影镜头的两倍。本实施例的广角投影镜头20具有短焦、非远心(non-telecentric)的效果。

虽然本实施例上述第一透镜群21、第二透镜群22与第三透镜群23由具有不同光学特性的透镜组成，但本发明并不限于此。本领域普通技术人员可知，任何使第一透镜群21具有负有效折射力特性的透镜组合，并使第二透镜群22与第三透镜群23具有正有效折射力特性的透镜组合，且光栏位于离光学组件最近的透镜群中的广角投影镜头，均包括在本发明的范畴中。

本发明上述实施例所披露的广角投影镜头与应用其的投影装置，使广角投影镜头的三个透镜群依次具有负、正、正有效折射力，且光栏位于距离光学组件最近的透镜群中。而具有负有效折射力的透镜群包括至少一个非球面镜面。如此，广角投影镜头与应用其的投影装置能够保留大部分影像的信息而得以忠实地呈现影像。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作各种改动与修饰。因此，本发明的保护范围当以后附的权利要求保护范围所界定的为准。

主要组件符号说明

1：投影装置

10：光学组件

20：广角投影镜头

21：第一透镜群

22：第二透镜群

23：第三透镜群

25：光栏

211、213、215：凸凹透镜

211a、213a、215a、223a、223b、225a、231a、235a、235b、239a、239b、243a、243b、245a、245b：凸镜面

211b、213b、215b、217a、221b、225b、231b、233b、237a、237b、241b：凹镜面

217、221、233、241：平凹透镜

217b、221a、233a、241a：平镜面

223、235、239、243、245：双凸透镜

225、231：凹凸透镜

237：双凹透镜。

Claims (10)

1.一种广角投影镜头，应用于投影装置，所述广角投影镜头自所述投影装置的影像侧包括：

第一透镜群，具有负有效折射力，所述第一透镜群具有至少一个非球面镜面；

第二透镜群，具有第一正有效折射力；

第三透镜群，具有第二正有效折射力；以及光栏，设置于所述第三透镜群中；

其中，所述第一透镜群、所述第二透镜群与所述第三透镜群合成的有效焦距为fw，6.5<fw<9.5。

2.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述广角投影镜头的有效焦距为fw，所述影像侧上的影像的高度为h，1.2<|h/fw|<1.6。

3.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述广角投影镜头为非远心结构。

4.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述广角投影镜头的视角介于100度角至120度角之间。

5.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述第一透镜群包括多个透镜，所述这些透镜具有至少一个非球面镜面。

6.根据权利要求5所述的广角投影镜头，其中所述这些透镜包括：

第一凸凹透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面；

第二凸凹透镜，具有第二凸镜面与第二凹镜面，所述第二凸镜面面向所述第一凹镜面；

第三凸凹透镜，具有第三凸镜面与第三凹镜面，所述第三凸镜面面向所述第二凹镜面；以及

平凹透镜，具有第四凹镜面面向所述第三凹镜面。

7.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述第二透镜群包括：

平凹透镜，具有第一凹镜面背向所述第一透镜群；

双凸透镜，具有第一凸镜面与第二凸镜面，所述第一凸镜面面向所述第一凹镜面；以及

凹凸透镜，具有第三凸镜面与第二凹镜面，所述第三凸镜面面向所述第二凸镜面。

8.根据权利要求1所述的广角投影镜头，其中所述第三透镜群在所述第二透镜群与所述光栏之间包括：

凹凸透镜，具有第一凸镜面与第一凹镜面，所述第一凸镜面面向所述第二透镜群；

第一平凹透镜，具有第二凹镜面背向所述第一凹镜面；

第一双凸透镜，具有第二凸镜面与第三凸镜面，所述第二凸镜面与所述第二凹镜面重合；以及

第一双凹透镜，具有第三凹镜面与第四凹镜面，所述第三凹镜面面向所述第三凸镜面。

9.根据权利要求8所述的广角投影镜头，其中所述投影装置还包括光学组件，所述第三透镜群在所述光栏与所述光学组件之间包括：

第二双凸透镜，具有第四凸镜面与第五凸镜面，所述第四凸镜面面向所述第四凹镜面；

第二平凹透镜，具有第五凹镜面；

第三双凸透镜，具有第六凸镜面与第七凸镜面，所述第六凸镜面与所述第五凹镜面重合；以及

第四双凸透镜，具有第八凸镜面与第九凸镜面，所述第八凸镜面面向所述第七凸镜面。

10.一种投影装置，包括：

光学组件；以及

广角投影镜头，包括：

第一透镜群，具有负有效折射力，所述第一透镜群具有至少一个非球面镜面；

第二透镜群，设置于所述光学组件与所述第一透镜群之间，所述第二透镜群具有第一正有效折射力；

第三透镜群，设置于所述光学组件与所述第二透镜群之间，所述第三透镜群具有第二正有效折射力；以及

光栏，设置于所述第三透镜群中；

其中，所述第一透镜群、所述第二透镜群与所述第三透镜群合成的有效焦距为fw，6.5<fw<9.5。

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