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TWI394978B - 投影鏡頭 - Google Patents

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TWI394978B
TWI394978B TW97125348A TW97125348A TWI394978B TW I394978 B TWI394978 B TW I394978B TW 97125348 A TW97125348 A TW 97125348A TW 97125348 A TW97125348 A TW 97125348A TW I394978 B TWI394978 B TW I394978B
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TW97125348A
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Inventor
Te Lun Hsu
Chun Hsiang Huang
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Description

投影鏡頭
本發明涉及一種光學技術，尤其涉及一種可適用於投影機之投影鏡頭。
隨著半導體技術之發展，數位光處理(Digital Light Processing, DLP)投影儀, 液晶顯示(Liquid Crystal Display, LCD)投影儀、矽晶(Liquid Crystal on Silicon, LCoS)投影儀採用之空間光調製器(Spatial light modulator，SLM)，包括數位微鏡晶片(Digital micro-mirror device, DMD)、液晶顯示面板(LCD panel)及矽晶晶片(LCoS chip)，於提高像素之同時，朝小型化方向發展，以此滿足消費者對投影畫面品質之要求及便攜性之要求。
應用於便攜型投影機中之投影鏡頭，投影鏡頭需保證良好投影畫面品質之要求之同時縮小尺寸，以方便攜帶使用。
有鑒於此，有必要提供一種投影品質高、尺寸較小之投影鏡頭。
一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括：一具有負光焦度之第一透鏡，一具有正光焦度之第二透鏡，一具有負光焦度之第三透鏡，以及一具有正光焦度之第四透鏡。所述投影鏡頭滿足以下條件：3.7<TT/f<4及BFL/f>1.41，其中，TT為所述投影鏡頭之總長，f為所述投 影鏡頭之有效焦距，BFL為所述投影鏡頭之後焦距。
條件式3.7<TT/f<4限制了投影鏡頭之總長。條件式BFL/f>1.41保證投影鏡頭有足夠之空間放置其他光學元件。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡採用負正負正結構保證了投影鏡頭長度縮小之情況下投影鏡頭之總長與像差之間之平衡，獲取較好之投影品質。滿足上述條件之投影鏡頭，投影品質高、尺寸較小。
下面將結合附圖，對本發明實施方式作進一步之詳細說明。
請參閱圖1，其為本發明實施方式所提供之投影鏡頭100。該投影鏡頭100從放大端至縮小端(近SLM端)依次包括：一具有負光焦度之第一透鏡10，一具有正光焦度之第二透鏡20，一具有負光焦度之第三透鏡30，以及一具有正光焦度之第四透鏡40。
本實施方式之投影鏡頭100可應用於DLP投影機。投影時，SLM(DMD晶片，圖未示)調製之投影訊號光自SLM表面90投射到投影鏡頭100，依次經第四透鏡40、第三透鏡30、第二透鏡20及第一透鏡10，投射於螢幕(圖未示)上便可得到投影畫面。具體地，DLP投影儀投影時，SLM表面90投射出之投影訊號光進入投影鏡頭100。
為實現小型化之要求，該投影鏡頭100滿足以下條件式： (1)3.7<TT/f<4；及(2)BFL/f>1.41。
其中，TT為投影鏡頭之總長，即為第一透鏡10靠近放大端之表面到SLM表面90之距離，f為投影鏡頭100之有效焦距，BFL為投影鏡頭後焦距，即為第四透鏡40之靠近縮小端表面到SLM表面90之距離。
條件式(1)限制了投影鏡頭100之總長。同時第一透鏡10、第二透鏡20、第三透鏡30及第四透鏡40採用負正負正結構，於合理之光焦度分配下，可達到縮小長度及控制像差之功能，保證了總長與像差之間之平衡。
條件式(2)限制投影鏡頭100之後焦距長度以保證其他光學投影元件，如光機系統可放置於第四透鏡40靠近縮小端表面到SLM表面90之間。本實施方式中，棱鏡50及濾光片80依次設置於第四鏡頭40與SLM表面90之間，棱鏡50用於變換光線之方向並分光，濾光片80用於保護SLM面(DMD晶片，圖未示)。
優選地，投影鏡頭100還滿足以下條件： (3)-1.6<f1/f4<-1.38。
其中，f1為所述第一透鏡10之焦距，f4為所述第四透鏡40之焦距。條件式(3)滿足投影鏡頭100控制遠心(Telecentric)系統滿足廣視角之要求，並控制投影鏡頭全長。利於滿足投影鏡頭縮小端遠心(Telecentric)成像要求(如此，螢幕可於一段距離範圍內接收到清晰投影畫面)。
為了更好之消除投影鏡頭100之像差，投影鏡頭100還滿足以下條件： (4)0.92<f2/f4<1.05。
其中，f2為所述第二透鏡20之焦距。條件式(4)保證投影鏡頭滿足負正負正之光焦度分配，有利於保證第二透鏡20與第四透鏡40所產生之像差互相平衡。
投影鏡頭100還包括一設置於第二透鏡20與第三透鏡30之間之光闌(Aperture stop)60，以保證投影鏡頭100之整體結構相對於光闌60對稱，同時限制經過第三透鏡30之光線進入第二透鏡20之光通量，並讓經過第二透鏡20後之光錐能更加對稱，使投影鏡頭100之彗差(coma)得以修正。為節約成本，可採用不透光材料塗布第三透鏡30放大端表面外圈，充當光闌60。可以理解，光闌60如此設置還有利於縮短投影鏡頭全長。
本實施方式中，第三透鏡30由一靠近放大端之負光焦度之透鏡30a及一靠近縮小端之正光焦度之透鏡30b膠合形成。
可以理解，為保證良好之成像品質，實施方式之第二鏡片20及第三鏡片30採用玻璃材料製成。同時為節約成本，實施方式之第一鏡片10及第四鏡片40採用塑膠材料製成(如射出成型，利於量產)。
下面請參照圖2至圖4，以具體實施方式來詳細說明投影鏡頭100。本實施方式中，所述第二透鏡20及第三透鏡30各表面均為球面，第一透鏡10及第四透鏡40各表面均為非球面。第一透鏡10包括一靠近放大端之表面12及一靠近縮小端之表面14。第二透鏡20包括一靠近放大端之表面22及一靠近縮小端之表面24。第三透鏡30包括兩個靠 近放大端之表面32、34及一靠近縮小端之表面36。第四透鏡40包括一靠近放大端之表面42及一靠近縮小端之表面44。棱鏡50包括一靠近放大端之表面52及一靠近縮小端之表面54。濾光片80包括一靠近放大端之表面82及一靠近縮小端之表面84。
f：投影鏡頭100之有效焦距；FNo：F(光圈)數；2ω：視場角。
以透鏡表面中心為原點，光軸為x軸，透鏡表面之非球面面型運算式為：
其中，h =為從光軸到透鏡表面之高度，k是二次曲面係數，A i 為第i階之非球面面型係數。
該投影鏡頭100之各光學元件滿足表1之條件，且其TT=68.63毫米(mm)；f=18.25mm；BFL=25.83mm；f1=-33.22mm；f2=21.95mm；f4=23.84mm；FNo=2.0；2ω=33.6∘。
本實施方式之投影鏡頭100中，其球差、場曲及畸變分別如圖2到圖4所示。圖2中，分別針對g線(波長值486納米(nm))，d線(波長值587nm)，c線(波長值656nm)而觀察到之球差值。總體而言，本實施方式之投影鏡頭100對可見光(波長範圍於400nm-700nm之間)產生之球差值於(-0.1mm,0.1mm)範圍內。圖3中之S(子午場曲值)與T(弧矢場曲值)均控制於(-0.1mm,0.1mm)範圍內。圖4中之畸變率控制於(-2%,2%)範圍內。由此可見，投影鏡頭100之球差、場曲、畸變都能被很好之校正。
所述投影鏡頭100尺寸較小，該投影鏡頭100於其尺寸較小之情況下仍保證投影鏡頭100總長與像差之間之平衡，獲取較好之投影品質。
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第。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第內。
投影鏡頭‧‧‧100
第一透鏡‧‧‧10
第二透鏡‧‧‧20
第三透鏡‧‧‧30
第四透鏡‧‧‧40
棱鏡‧‧‧50
光闌‧‧‧60
濾光片‧‧‧80
SLM表面‧‧‧90
透鏡‧‧‧30a、30b
表面‧‧‧12、14、22、24、32、34、36、42、44、52、54、82、84
圖1為本發明實施方式提供之一種投影鏡頭示意圖。
圖2為圖1中之投影鏡頭之球差圖。
圖3為圖1中之投影鏡頭之場曲圖。
圖4為圖1中之投影鏡頭之畸變圖。
投影鏡頭‧‧‧100
第一透鏡‧‧‧10
第二透鏡‧‧‧20
第三透鏡‧‧‧30
第四透鏡‧‧‧40
棱鏡‧‧‧50
光闌‧‧‧60
濾光片‧‧‧80
SLM表面‧‧‧90
透鏡‧‧‧30a、30b
表面‧‧‧12、14、22、24、32、34、36、42、44、52、54、82、84

Claims (9)

  1. 一種投影鏡頭，其從放大端到縮小端依次包括：一具有負光焦度之第一透鏡，一具有正光焦度之第二透鏡，一具有負光焦度之第三透鏡，以及一具有正光焦度之第四透鏡，所述投影鏡頭滿足以下條件：3.7<TT/f<4及BFL/f>1.41，其中，TT為所述投影鏡頭之總長，f為所述投影鏡頭之有效焦距，BFL為所述投影鏡頭之後焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還滿足以下條件：-1.6<f1/f4<-1.38，其中，f1為所述第一透鏡之焦距，f4為所述第四透鏡之焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還滿足以下條件：0.92<f2/f4<1.05，其中，f2為所述第二透鏡之焦距，f4為所述第四透鏡之焦距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還包括一光闌，該光闌位於第二透鏡與第三透鏡之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之投影鏡頭，其中，所述光闌為塗布於該第三透鏡放大端表面外圈之不透光材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述第二透鏡及所述第三透鏡之各表面均為球面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述第二透鏡及所述第三透鏡均採用玻璃材料製成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述第一透鏡及所述第四透鏡之各表面均為非球面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，所述第一 透鏡及所述第四透鏡均採用塑膠材料製成。
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WO2004095108A1 (en) * 2003-03-28 2004-11-04 3M Innovative Properties Company Low element count projection lenses for use with pixelized panels

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