CN103885156A - 投影镜头及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种投影镜头及投影装置，其包含有第一透镜组与第二透镜组。第一透镜组具有负屈光度且邻近物侧。第一透镜组包含具有负屈光度的第一透镜。第一透镜包含相对的第一表面与第二表面。第一表面面向物侧，且第一表面的曲率半径大于或等于500毫米。第二透镜组具有正屈光度且邻近像侧。第二透镜组包含面向物侧的第三表面。投影镜头的有效焦距为f，第二表面与第三表面的距离为d，投影镜头的透镜总数量为n，且d/f≥1.6，7≥n≥4。

Description

投影镜头及投影装置

技术领域

本发明提供一种投影镜头及投影装置，尤指一种可有效防止产生漏光及鬼影的投影镜头及相关投影装置。

背景技术

市面上常见的投影机为了提高影像鲜艳度，其显示对比度越做越高，随之而来的缺点是投影镜头容易在荧幕上产生漏光与鬼影。请参阅图4，图4为现有技术的投影装置50的部分结构示意图。投影装置50包含成像单元42及投影镜头40。成像单元42提供具影像的光线由投影镜头40投射至荧幕。投影镜头40包含具有负屈光度的第一透镜组44与具有正屈光度的第二透镜组46。第一透镜组44靠近物侧（荧幕），第二透镜组46靠近像侧（成像单元42）。第一透镜组44至少包含一个具有负屈光度的弯月型透镜48。弯月型透镜48具有相对的第一表面s1与第二表面s2，且第一表面s1及第二表面s2的曲率半径约为100～200mm。弯月型透镜48的两个表面s1,s2都是弧面，光线进入弯月型透镜48的入射角接近第一表面s1的法向量，光线容易沿着入射路径被第一表面s1反射回第二透镜组46与成像单元42(例如数字微镜或液晶面板)。当光线从第二透镜组46进入第一透镜组44时，光线会在第一透镜组44和第二透镜组46之间多次反射产生光环与光斑，意即通称为鬼影的缺陷。请参阅图5，图5为现有技术的投影镜头40投射在荧幕的效果示意图。荧幕上会形成带有成像单元轮廓的鬼影(在数字光学投影机中)、或是于某些区域出现非预期性亮度(在液晶投影机中)。鬼影的位置、形状不定，破坏影像构图及美观，故如何设计出一种可防止产生鬼影的投影镜头，便为相关光学产业的重点发展目标。

发明内容

本发明提供一种可有效避免产生漏光及鬼影的投影镜头及投影装置，以解决上述的问题。

本发明提供了一种投影镜头，其包含有第一透镜组与第二透镜组。第一透镜组具有负屈光度且邻近物侧。第一透镜组包含具有负屈光度的第一透镜。第一透镜包含相对的第一表面与第二表面。第一表面面向物侧，且第一表面的曲率半径大于或等于500毫米。第二透镜组具有正屈光度且邻近像侧。第二透镜组包含面向物侧的第三表面。投影镜头的有效焦距为f，第二表面与第三表面的距离为d，投影镜头的透镜总数量为n，且d/f≥1.6，7≥n≥4。

较佳的，在所述的投影镜头中，该第一透镜组的焦距为f1，且1.5≤ f1 /f≤3.5。

较佳的，在所述的投影镜头中，该第一表面的曲率半径为无限大，且该第一透镜为平凹透镜。

较佳的，在所述的投影镜头中，该第一透镜组另包含至少一第二透镜，该至少一第二透镜置于该第一透镜与该第二透镜组之间。

较佳的，在所述的投影镜头中，该投影镜头为非远心***。

本发明还提供了一种投影装置，该投影装置用来投射影像到荧幕。投影装置包含有光源、成像单元以及投影镜头。光源与成像单元分别用以提供及接收光线。投影镜头设置于成像单元与荧幕之间，用以投射光线到荧幕。投影镜头包含第一透镜组与第二透镜组。第一透镜组具有负屈光度且邻近物侧。第一透镜组包含具有负屈光度的第一透镜。第一透镜包含相对的第一表面与第二表面。第一表面面向物侧，且第一表面的曲率半径大于或等于500毫米。第二透镜组具有正屈光度且邻近像侧。第二透镜组包含面向物侧的第三表面。投影镜头的有效焦距为f，第二表面与第三表面的距离为d，投影镜头的透镜总数量为n，且d/f≥1.6，7≥n≥4。

较佳的，在所述的投影装置中，该第一透镜组的焦距为f1，且1.5≤ f1 /f≤3.5。

较佳的，在所述的投影装置中，该第一表面的曲率半径为无限大，且该第一透镜为平凹透镜。

较佳的，在所述的投影装置中，该第一透镜组另包含至少一第二透镜，该至少一第二透镜置于该第一透镜与该第二透镜组之间。

较佳的，在所述的投影装置中，其另包含滤光单元以及反射元件。滤光单元接收该光源的该光线并将该光线滤光为多色光；反射元件用以反射该多色光；其中，该成像单元接收经该反射元件的该多色光并传递至该投影镜头以投射到该荧幕。

与现有技术相比，本发明在第一透镜组最靠近荧幕的物侧位置设置平凹透镜。平凹透镜的第一表面面向物侧。第一表面可为平整表面、或微带弧形的近似平面，只要第一表面的曲率半径不小于500毫米，平凹形状的第一透镜就能将来自第二透镜组的光线沿着不同于原入射光路的方向散逸，避免光线反射回到成像单元，防止荧幕上出现非预期影像(如鬼影)或亮度。相较现有技术，本发明的投影镜头及相关投影装置可应用在透镜数量少且透镜组间距大的光学***，达到荧幕无鬼影的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影装置的示意图；

图2为本发明一实施例的投影装置的部分结构示意图；

图3为本发明另一实施例的投影镜头的光路示意图；

图4为现有技术的投影装置的部分结构示意图；

图5为现有技术的投影镜头投射在荧幕的效果示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参阅图1，图1为本发明一实施例的投影装置10的示意图。投影装置10用来投射影像到荧幕12。投影装置10包含光源14、成像单元16、投影镜头18、滤光单元20以及反射元件22。光源14输出光线，滤光单元20接收光线并将光线滤光成多个色光，经过滤光单元20处理后的光线被反射元件22反射而由成像单元16所接收。成像单元16接收来自反射元件22的多个色光并传递到投影镜头18。投影镜头18设置在成像单元16与荧幕12之间，用以将来自成像单元16的光线投射到荧幕12上。在数字光学处理（DLPTM）投影机中，滤光单元20为色轮，成像单元16为数字微型反射镜(Digital Micromirror Device，DMD)，反射元件22为凹面镜。液晶投影机中，滤光单元20是滤光片，反射元件22是反射镜面，且成像单元16是液晶面板。

请参阅图2，图2为本发明一实施例的投影装置10的部分结构示意图。投影镜头18包含第一透镜组24以及第二透镜组26。第一透镜组24邻近荧幕12(即物侧)，第二透镜组26邻近成像单元16(即像侧)。第一透镜组24具有负屈光度且用以发散光线。第二透镜组26具有正屈光度且用以聚合光线。第一透镜组24包含具有负屈光度的第一透镜28。第一透镜28包含相对的第一表面S1与第二表面S2，分别面向荧幕12与第二透镜组26。第一表面S1较佳为平面，其曲率半径为无限大，即第一透镜28为平凹透镜；或者第一表面S1可为弧度不明显的平面，其曲率半径大于或等于500毫米，此时第一透镜28为近似平凹的透镜。

第一透镜组24另可选择性包含至少一个第二透镜30，设置在第一透镜28与第二透镜组26之间，即第一透镜28设置在第一透镜组24的左侧，如图2所示。第二透镜30可具有正屈光度或负屈光度，视设计需求而定。无论第一透镜组24另包含一个或多个第二透镜30，第一透镜28都设置在最靠近荧幕12的位置。本发明的第一透镜28(平凹透镜)位于第一透镜组24的最外侧，用以散逸第二透镜组26传递到第一表面S1的入射光，有效避免第一透镜28将来自第二透镜组26的入射光循着原光路反射回第二透镜组26而造成鬼影。

请参阅图3，图3为本发明另一实施例的投影镜头18的光路示意图。本实施例的投影镜头18略去第二透镜30，其它和前述实施例具有相同编号的元件具有同样的结构与功能，故此不再重复说明。光源14的光线经由滤光单元20与反射元件22传递到成像单元16后，光线会通过第二透镜组26进入第一透镜组24的第一透镜28。由于第一透镜28的第一表面S1是平面或近似平面，可加大光线入射第一表面S1的入射角，使反射光线不会沿入射路径的反射回第二透镜组26及成像单元16，即使反射光线远离投影镜头18。相较于现有技术的投影镜头40，本发明的第一透镜28(平凹透镜)可避免光线反射回投影镜头18。值得注意的是，在数字光学处理（DLP^TM）投影机中，光线不会沿着入射光路反射而照到关闭状态(Off mode)的成像单元16(例如DMD)，避免产生如光斑或光环的鬼影；在液晶投影机中，光线不会沿入射光路反射而照到成像单元16(例如液晶面板)，避免区域出现非预期亮度。

传统镜头的透镜数量越少、或者两透镜组间距越大，越容易产生鬼影。值得一提的是，本发明的投影镜头18在少量透镜的情况下，利用第一透镜28的第一表面S1为平面(或近似平面)的特性减少从第一透镜组24反射回第二透镜组26的光线数量，可取得较佳消除鬼影/漏光的效果。举例来说，投影镜头18的透镜总数量为n，且7≥n≥4。另外，本发明的第二透镜组26包含面向荧幕12的第三表面S3，投影镜头18的有效焦距为f，第二表面S2与第三表面S3的距离为d，且d/f≥1.6。本发明的投影镜头18在第一透镜组24与第二透镜组26相隔较远的情况也能取得较佳消除鬼影/漏光的效果。

表1列举了投影镜头18的各球面透镜的较佳参数值。于表1中，「距离」的值代表对应此列的表面至下一列的表面的间距，即此列镜面与下一列镜面的间距。在本发明实施例中，第二表面S2与第三表面S3的距离d为37.17013mm，投影镜头18的有效焦距f为21.9mm，符合前述d/f≥1.6的条件。其中，本发明的透镜参数可不限于表1所示，视设计需求而定，故此不再对其它实施态样加以说明。

表1

再者，本发明较佳使用非远心***的投影镜头18，其中第一透镜组24的焦距为f1，并满足1.5≤ f1 /f≤3.5的条件。非远心***的光源14的出瞳位置和投影镜头18的入瞳位置距离成像单元16有小段距离，故不需使用场镜或全反射镜来转折光路，可有效减少投影装置10的光学元件数量来降低产品成本。表2指出本发明的较佳焦距值，例如投影镜头18的有效焦距f为21.9mm，第一透镜组24的焦距f1为-51.29mm。若 f1 /f的比值低于下限， f1 越小，第一透镜组24的屈光能力越强，易产生像差。此外， f1 /f的比值较小时，投影镜头18的透镜数量较多，光线经过多片透镜的折射难以沿入射光路回到成像单元16，不适用于本发明利用平凹的第一透镜28解决漏光/鬼影的实施态样。若 f1 /f的比值高于上限， f1 越大，第一透镜组24的屈光能力越弱，则投影镜头18的放大倍率低，不符合消费者需求。

f(mm)	f1(mm)
		21.9	-51.290947

表2

传统镜头在透镜组合中最邻近物侧的一端设置两面凸凹的弯月型透镜，其会在荧幕12上形成带有成像单元16外型轮廓的鬼影(在数字光学投影机中)。本发明将两面平凹或近似平凹的第一透镜设置在第一透镜组24最外侧，可有效达到消除鬼影的目的。投影镜头18在荧幕12的影像完全看不出具成像单元16的外型轮廓的鬼影、或是出现非预期亮度。

第二透镜组26可选择性包含多个透镜，例如第三透镜32、第四透镜34、第五透镜36及第六透镜38，如图3所示。第三透镜32、第四透镜34及第六透镜38具有正屈光度；第五透镜36具有负屈光度。然第二透镜组26的透镜数量及其屈光特性可不限于此实施例所述，视设计需求而定，凡可提供聚合光线功能的透镜组合皆属于第二透镜组26的发明范畴，于此不再对具有相同或相近光路特性的其它实施例详加说明。

综合来说，本发明在第一透镜组最靠近荧幕的物侧位置设置平凹透镜。平凹透镜的第一表面面向物侧。第一表面可为平整表面、或微带弧形的近似平面，只要第一表面的曲率半径不小于500毫米，平凹形状的第一透镜就能将来自第二透镜组的光线沿着不同于原入射光路的方向散逸，避免光线反射回到关闭状态的成像单元，防止荧幕上出现非预期影像(如鬼影)。相较现有技术，本发明的投影镜头及相关投影装置可应用在透镜数量少且透镜组间距大的光学***，达到荧幕无鬼影的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种投影镜头，其特征在于，其包含有：

第一透镜组，具有负屈光度且邻近物侧，该第一透镜组包含具有负屈光度的第一透镜，该第一透镜包含相对的第一表面与一第二表面，该第一表面面向该物侧，且该第一表面的曲率半径大于或等于500毫米；以及

第二透镜组，具有正屈光度且邻近像侧，该第二透镜组包含面向该物侧的第三表面；

其中，该投影镜头的有效焦距为f，该第二表面与该第三表面的距离为d，该投影镜头的透镜总数量为n，且d/f≥1.6，7≥n≥4。

2.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第一透镜组的焦距为f1，且1.5≤ f1 /f≤3.5。

3.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第一表面的曲率半径为无限大，且该第一透镜为平凹透镜。

4.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该第一透镜组另包含至少一第二透镜，该至少一第二透镜置于该第一透镜与该第二透镜组之间。

5.如权利要求1所述的投影镜头，其特征在于，该投影镜头为非远心***。

6.一种投影装置，用来投射影像到荧幕，其特征在于，该投影装置包含有：光源，提供光线；

成像单元，接收该光线；以及

投影镜头，设置于该成像单元与该荧幕之间，用以投射该光线到该荧幕，该投影镜头包含：

第一透镜组，具有负屈光度且邻近该荧幕，该第一透镜组包含具有负屈光度的第一透镜，该第一透镜包含相对的第一表面与一第二表面，该第一表面面向该荧幕，且该第一表面的曲率半径大于或等于500毫米；以及

第二透镜组，具有正屈光度且邻近该成像单元，该第二透镜组包含面向该荧幕的第三表面；

其中，该投影镜头的有效焦距为f，该第二表面与该第三表面的距离为d，该投影镜头的透镜总数量为n，且d/f≥1.6，7≥n≥4。

7.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，该第一透镜组的焦距为f1，且1.5≤ f1 /f≤3.5。

8.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，该第一表面的曲率半径为无限大，且该第一透镜为平凹透镜。

9.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，该第一透镜组另包含至少一第二透镜，该至少一第二透镜置于该第一透镜与该第二透镜组之间。

10.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，其另包含：

滤光单元，接收该光源的该光线并将该光线滤光为多色光；以及

反射元件，用以反射该多色光；

其中，该成像单元接收经该反射元件的该多色光并传递至该投影镜头以投射到该荧幕。

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