TWI467311B - 投影裝置 - Google Patents

Description

投影裝置

本發明係關於一種投影裝置，尤指一種使用球面透鏡之非遠心投影鏡頭。

隨著科技日新月異，投影裝置在家庭、娛樂或商務用途上已逐漸扮演著不可或缺的角色。傳統投影裝置係由一光閥以及一投影鏡頭所組成，且光閥用於產生影像，並藉由投影鏡頭放大且投射至一投影幕上。

一般投影裝置可區分為遠心投影裝置與非遠心投影裝置。由於非遠心投影裝置之主光線與光軸不平行，使得主光線是以一角度射入變焦投影鏡頭，因此投影畫面可在投影幕上朝上偏移，以符合需求。於傳統非遠心投影裝置中，為了節省成本，需使用非球面透鏡來縮減投影鏡頭中的透鏡數量，且非球面透鏡通常是由塑膠所構成，以降低透鏡成本。然而，當投影鏡頭中使用大量非球面透鏡時，非球面透鏡之間的光學成像上的匹配並不容易，因此在製作投影鏡頭時容易導致良率不佳。並且，隨著投影裝置的亮度越來越高，例如：達到2500到3000流明，光源所產生的溫度越高，使得投影鏡頭需承受越高的溫度變化。然而，由塑膠所構成之非球面透鏡具有高膨脹係數，因此在高溫度變化的情況下容易會有脫膜或光學特性 的變化，使得投影鏡頭無法在高溫度變化下維持穩定的成像。

有鑑於此，降低投影裝置受到溫度變化的影響，且滿足投影裝置具有輕薄短小之特性，以節省成本，實為業界努力之目標。

本發明之主要目的之一在於提供一種投影裝置，以降低受到溫度變化的影響，並節省成本。

為達上述之目的，本發明提供一種投影裝置，用於投射一影像至一投影幕上。投影裝置包含有一光閥以及一非遠心投影鏡頭。光閥用於提供影像。非遠心投影鏡頭包含有複數個球面透鏡，用於投射影像，且球面透鏡包含有一第一透鏡組以及一第二透鏡組。第一透鏡組設置於光閥與投影幕之間，且具有一負折射率，其中第一透鏡組包含有一第一彎月型透鏡。第二透鏡組設置於第一透鏡組與光閥之間，且具有一正折射率，其中第二透鏡組包含有一第二彎月型透鏡。

本發明之非遠心投影鏡頭僅使用球面透鏡，以避免由塑膠所構成之非球面透鏡因受到溫度變化的影響所產生的脫膜或光學特性的變化，使得投影裝置受到溫度變化的影響可被降低，且在高溫度變化下維持穩定的成像。

請參考第1圖，第1圖為本發明之投影裝置之示意圖。如第1圖所示，投影裝置100包括一光閥(light valve)102以及一非遠心投影鏡頭104，且用於投射一影像106至一投影幕108上。其中，光閥102係具有複數個像素單元，以用於提供影像106，即影像106係於光閥102之位置生成，且光閥102可為一反射式顯示面板或一數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不限於此。舉例來說，投影裝置100可藉由一光源與一照明透鏡將光束照射於光閥102上，且透過光閥102上之微鏡元件反射部分光束，使得所反射之光束具有影像106，但本發明並不限於此。另外，非遠心投影鏡頭104包含有複數個球面透鏡，設置於光閥102與投影幕108之間，以用於將光閥102所提供之影像106投射至投影幕108上，且具有一光軸104a，而投射在投影幕108上之投影影像110之中心與光閥102之中心分別位在光軸104a之兩側。並且，非遠心投影鏡頭104於一望遠模式時之具有一有效焦距為ft，且於一廣角模式時具有一有效焦距為fw，使得非遠心投影鏡頭104於望遠模式時之有效焦距ft與於廣角模式時之有效焦距fw之比值為非遠心投影鏡頭104之變焦倍率(zoom ratio)ft/fw。本發明之非遠心投影鏡頭104係滿足一第一關係式：ft/fw≦1.2，且較佳另滿足一第二關係式：ft/fw≧1.1。再者，非遠心投影鏡頭104具有一後焦距為bfl，且本發明之非遠心投影鏡頭104滿足一第三關係式：bfl/fw≧0.8，以及一第四關係式：18釐米(mm)≦fw≦23釐米。

以下將進一步詳細說明本發明之投影裝置的實施方式。請參考第2圖，第2圖為本發明一第一實施例之投影裝置之示意圖。如第2圖所示，非遠心投影鏡頭104包含有一光欄(aperture stop)112、一第一透鏡組114、一第二透鏡組116以及一第三透鏡組118，且光欄112設置於第一透鏡組114與第二透鏡組116之間。於本實施例中，第一透鏡組114係由一第一彎月型透鏡(meniscus lens)L11所組成，且具有一負折射率。第二透鏡組116設置於第一透鏡組114與光閥102之間，並具有一正折射率及一後焦距bfl(第二透鏡組116與光閥102之間距)，且第二透鏡組116係由一第二彎月型透鏡L12、一第一透鏡L14以及一第二透鏡L15所組成。第三透鏡組118設置於第一透鏡組114與第二透鏡組116之間，並具有一正折射率，且第三透鏡組118係由一第三彎月型透鏡L13與一第三透鏡L16所組成。並且，第一彎月型透鏡L11、第二彎月型透鏡L12、第一透鏡L14、第二透鏡L15、第三彎月型透鏡L13以及一第三透鏡L16皆為球面透鏡，因此非遠心投影透鏡104之球面透鏡之數量為6個。球面透鏡從鄰近投影幕108之一側至鄰近光閥102之一側之順序依序為第一彎月型透鏡L11、第三透鏡L16、第三彎月型透鏡L13、第一透鏡L14、第二彎月型透鏡L12以及第二透鏡L15，其中第一彎月型透鏡L11為球面透鏡中最鄰近投影幕108者，且光欄112位於第三彎月型透鏡L13與第一透鏡L14之間，而光欄112與第三彎月型透鏡L13之間距係大於光欄112與第一透鏡L14之間距，但本發明不限於此。並且，當非遠心投影鏡頭104從廣角模式向望遠模式改變時，第一透鏡組114係朝第二透鏡組116與第三透鏡組118移動，且第 二透鏡組116與第三透鏡組118之間的配置關並未改變，使第一透鏡組114與第三透鏡組118之間距縮小，且第二透鏡組116與光閥102之間距增加。本實施例之投影裝置100另包含一透明保護基板120，例如：玻璃基板，設置於光閥102與第二透鏡組116之間，用以保護光閥102。並且，本實施例之光閥102之對角線長度可為約略0.55吋(inch)，但本發明不限於此。本發明之非遠心投影鏡頭之球面透鏡數量並不限為6個，且第一透鏡組、第二透鏡組以及第三透鏡組之透鏡組合亦不限於上述。於本發明之其他實施例中，第一透鏡組除了第一彎月型透鏡之外亦可包含其他球面透鏡，第二透鏡組除了第二彎月型透鏡、第一透鏡與第二透鏡之外亦可包含其他球面透鏡，且第三透鏡組除了第三彎月型透鏡與第三透鏡之外亦可包含其他球面透鏡。

於本實施例中，第一彎月型透鏡L11具有面對投影幕108之一凸鏡面S11與面對光閥102之一凹鏡面S12。第三透鏡L16係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕108之一凸鏡面S13與面對光閥102之一凸鏡面S14。第三彎月型透鏡L13具有面對投影幕108之一凸鏡面S15以及面對光閥102之一凹鏡面S16。第一透鏡L14係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕108之一凹鏡面S17與面對光閥102之一凹鏡面S18。第二彎月型透鏡L12具有面對投影幕108之一凹鏡面S19與面對光閥102之一凸鏡面S110。第二透鏡L15係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕108之一凸鏡面S111與面對光閥102之一凸鏡面S112。透明保護基板120具有面對投影幕108之一平鏡 面S113與面對光閥102之一平鏡面S114。並且，本實施例之球面透鏡係由玻璃所構成，但不限於此，本發明之球面透鏡亦可由其他透明材料所構成，例如：塑膠。當非遠心投影鏡頭104處於廣角模式時，球面透鏡與透明保護基板120之鏡面的光學資料與配置關係列舉於表1中，但本發明並不以此為限。於表1中，「厚度」之值係代表對應此列之表面至下一列之表面之距離，即此列之鏡面與下一列之鏡面的間距。

另外，當非遠心投影鏡頭104分別處於廣角模式與望遠模式時，非遠心投影鏡頭104之後焦距bfl與有效焦距係列舉於表2中，但本發明並不以此為限。由表2可知，本實施例之非遠心投影鏡頭104於廣角模式之有效焦距fw係為21.2釐米，滿足第四關係式：18≦fw≦23，且非遠心投影鏡頭104於望遠模式之有效焦距ft係為23.32釐米，因此非遠心投影鏡頭104之變焦倍率ft/fw為1.1，滿足第一關係式：ft/fw≦1.2，與第二關係式：ft/fw≧1.1。再者，非遠心投影鏡頭104於廣角模式之後焦距bfl為23.2釐米，因此非遠心投影鏡頭104滿足第三關係式：bfl/fw≧0.8。值得注意的是，本實施例之非遠心投影鏡頭104僅使用6個球面透鏡，使得投影裝置100具有輕薄短小之特性，且由於球面透鏡相較於非球面透鏡具有較低的成本，因此本實施例之投影裝置100可有效降低成本。並且，由於玻璃相較於塑膠具有較低的膨脹係數，因此由玻璃所構成之球面透鏡相較於由塑膠所構成之球面透鏡與非球面透鏡更可避免透鏡因受到溫度變化的影響所產生的脫膜或光學特性的變化，使得本實施 例之投影裝置100受到溫度變化的影響可被降低，且在高溫度變化下維持穩定的成像。另外，本實施例之非遠心投影鏡頭104僅使用球面透鏡即可具有達到1.1倍的變焦倍率、其後焦距bfl與廣角模式之有效焦距fw比值大於或等於0.8以及其廣角模式之有效焦距fw介於18釐米與23釐米之間之功效。

此外，當非遠心投影鏡頭104從廣角模式向望遠模式改變時，第一彎月型透鏡L11係朝第三透鏡L16移動，且第三透鏡L16、第三彎月型透鏡L13、光欄112、第一透鏡L14、第二彎月型透鏡L12與第二透鏡L15之間的配置關係並未改變。並且，非遠心投影鏡頭104於廣角模式與望遠模式時之第一彎月型透鏡L11與第三透鏡L16之間距以及第二透鏡L15與光閥102之間距，即後焦距bfl，係列舉於表3中，但本發明並不以此為限。

本發明之投影裝置並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例或變化形，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化形之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。

請參考第3圖，第3圖為本發明一第二實施例之投影裝置之示意圖。如第3圖所示，相較於第一實施例，本實施例之投影裝置200之非遠心投影鏡頭202的球面透鏡之數量僅為5個。並且，第一透鏡組204係由一第一彎月型透鏡L21所組成，且具有一負折射率。第二透鏡組206設置於第一透鏡組204與光閥102之間，並具有一正折射率及一後焦距bfl(第二透鏡組206與光閥102之間距)，且第二透鏡組206係由一第二彎月型透鏡L22、一第一透鏡L23以及一第二透鏡L24所構成。第三透鏡組208設置於第一透鏡組204與第二透鏡組206之間，並具有一正折射率。其中，值得一提的是，本實施例之第三透鏡組208與第一實施例之第三透鏡組118之差異在於，本實施例之第三透鏡組208並未包含有彎月型透鏡，而僅由一第三透鏡L25所構成。並且，第一彎月型透鏡L21、第二彎月型透鏡L22、第一透鏡L23、第二透鏡L24以及第三透鏡L25亦皆為球面透鏡，且光欄112設置於第一透鏡組204與第二透鏡組206之間。球面透鏡從鄰近投影幕108之一側至鄰近光閥102之一側之順序依序為第一彎月型透鏡L21、第三透鏡L25、第一透鏡L23、第二彎 月型透鏡L22以及第二透鏡L24。本發明之非遠心投影鏡頭之球面透鏡數量亦不限為上述5個，且本發明之第一透鏡組、第二透鏡組以及第三透鏡組之透鏡組合亦不限於上述，而亦可包含其他球面透鏡。

於本實施例中，第一彎月型透鏡L21具有面對投影幕108之一凸鏡面S21與面對光閥102之一凹鏡面S22。第三透鏡L25係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕108之一凸鏡面S23與面對光閥102之一凸鏡面S24。第一透鏡L23係為一雙凹透鏡，且具有面對投影幕108之一凹鏡面S25與面對光閥102之一凹鏡面S26。第二彎月型透鏡L22具有面對投影幕108之一凹鏡面S27與面對光閥102之一凸鏡面S28。第二透鏡L24係為一雙凸透鏡，且具有面對投影幕108之一凸鏡面S29與面對光閥102之一凸鏡面S210。另外，透明保護基板120具有面對投影幕108之一平鏡面S211以及面對光閥102之一平鏡面S212。當非遠心投影鏡頭202處於廣角模式時，球面透鏡與透明保護基板120之鏡面的光學資料與配置關係列舉於表4中，但本發明並不以此為限。於表4中，「厚度」之值係代表對應此列之表面至下一列之表面之距離，即此列之鏡面與下一列之鏡面的間距。

另外，當非遠心投影鏡頭202分別處於廣角模式與望遠模式時，非遠心投影鏡頭202之後焦距bfl與有效焦距係列舉於表5中，但本發明並不以此為限。由表5可知，本實施例之非遠心投影鏡頭202於廣角模式之有效焦距fw與於望遠模式之有效焦距ft係與第一 實施例相同，因此亦滿足第一關係式：ft/fw≦1.2，與第二關係式：ft/fw≧1.1。再者，本實施例之非遠心投影鏡頭202於廣角模式之後焦距bfl為26.288釐米，因此非遠心投影鏡頭202滿足第三關係式：bfl/fw≧0.8。值得注意的是，相較第一實施例之非遠心投影鏡頭104使用6個球面透鏡，本實施例之非遠心投影鏡頭202僅使用5個球面透鏡，因此更可有效降低透鏡成本。並且，本實施例之非遠心投影鏡頭202亦可利用玻璃所構成之球面透鏡來避免由塑膠所構成之非球面透鏡因受到溫度變化的影響所產生的脫膜或光學特性的變化，以及具有達到1.1倍的變焦倍率、其後焦距bfl與廣角模式之有效焦距fw比值大於或等於0.8以及其廣角模式之有效焦距fw介於18釐米與23釐米之間之功效。

此外，當本實施例之非遠心投影鏡頭202從廣角模式向望遠模式改變時，第一彎月型透鏡L21係朝第三透鏡L25移動，且第三透鏡L25、光欄112、第一透鏡L23、第二彎月型透鏡L22與第二透鏡L24之間的配置關係並未改變。並且，本實施例之非遠心投影鏡頭202於廣角模式與望遠模式時之第一彎月型透鏡L21與第三透鏡L25之間距以及第二透鏡L24與光閥102之間距，即後焦距bfl，係 列舉於表6中，但本發明並不以此為限。

綜上所述，本發明之非遠心投影鏡頭僅使用由玻璃所構成之球面透鏡，以避免由塑膠所構成之非球面透鏡因受到溫度變化的影響所產生的脫膜或光學特性的變化，使得投影裝置受到溫度變化的影響可被降低，且在高溫度變化下維持穩定的成像。並且，本發明之非遠心投影鏡頭僅使用個位數之球面透鏡，使得投影裝置可具有輕薄短小之特性，以降低成本，且還可滿足第一、第二、第三與第四關係式。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧投影裝置

102‧‧‧光閥

104‧‧‧非遠心投影鏡頭

104a‧‧‧光軸

106‧‧‧影像

108‧‧‧投影幕

110‧‧‧投影影像

112‧‧‧光欄

114‧‧‧第一透鏡組

116‧‧‧第二透鏡組

118‧‧‧第三透鏡組

120‧‧‧透明保護基板

200‧‧‧投影裝置

202‧‧‧非遠心投影鏡頭

204‧‧‧第一透鏡組

206‧‧‧第二透鏡組

208‧‧‧第三透鏡組

bfl‧‧‧後焦距

L11、L21‧‧‧第一彎月型透鏡

L12、L22‧‧‧第二彎月型透鏡

L13‧‧‧第三彎月型透鏡

L14、L23‧‧‧第一透鏡

L15、L24‧‧‧第二透鏡

L16、L25‧‧‧第三透鏡

S11、S13、S14、S15、S110、S111、S112、S21、S23、S24、S28、S29、S210‧‧‧凸鏡面

S12、S16、S17、S18、S19、S22、S25、S26、S27‧‧‧凹鏡面

S113、S114、S211、S212‧‧‧平鏡面

第1圖為本發明之投影裝置之示意圖。

第2圖為本發明一第一實施例之投影裝置之示意圖。

第3圖為本發明一第二實施例之投影裝置之示意圖。

100‧‧‧投影裝置

102‧‧‧光閥

104‧‧‧非遠心投影鏡頭

104a‧‧‧光軸

112‧‧‧光欄

114‧‧‧第一透鏡組

116‧‧‧第二透鏡組

118‧‧‧第三透鏡組

120‧‧‧透明保護基板

bfl‧‧‧後焦距

L11‧‧‧第一彎月型透鏡

L12‧‧‧第二彎月型透鏡

L13‧‧‧第三彎月型透鏡

L14‧‧‧第一透鏡

L15‧‧‧第二透鏡

L16‧‧‧第三透鏡

S11、S13、S14、S15、S110、S111、 S112‧‧‧凸鏡面

S12、S16、S17、S18、S19‧‧‧凹鏡面

S113、S114‧‧‧平鏡面

Claims (11)

1. 一種投影裝置，用於投射一影像至一投影幕上，該投影裝置包含有：一光閥，用於提供該影像；以及一非遠心投影鏡頭，包含有複數個球面透鏡，用於投射該影像，且該等球面透鏡包含有：一第一透鏡組，設置於該光閥與該投影幕之間，且具有一負折射率，其中該第一透鏡組包含有一第一彎月型透鏡；以及一第二透鏡組，設置於該第一透鏡組與該光閥之間，且具有一正折射率，其中該第二透鏡組包含有一第二彎月型透鏡。
2. 如請求項1所述之投影裝置，其中該等球面透鏡另包含有一第三透鏡組，設置於該第一透鏡組與該第二透鏡組之間，並具有一正折射率。
3. 如請求項2所述之投影裝置，其中該第三透鏡組包含有一第三彎月型透鏡。
4. 如請求項1所述之投影裝置，其中該非遠心投影鏡頭滿足一第一關係式：ft/fw≦1.2，其中ft為該非遠心投影鏡頭於一望遠模式時之一有效焦距，且fw為該非遠心投影鏡頭於一廣角模式時之一 有效焦距。
5. 如請求項4所述之投影裝置，其中該非遠心投影鏡頭滿足一第二關係式：ft/fw≧1.1。
6. 如請求項5所述之投影裝置，其中該非遠心投影鏡頭滿足一第三關係式：bfl/fw≧0.8，以及一第四關係式：18釐米≦fw≦23釐米，其中bfl為該第二透鏡組與該光閥之一間距。
7. 如請求項1所述之投影裝置，其中該非遠心投影鏡頭更包含有：一光欄，設置於該第一透鏡組與該第二透鏡組之間。
8. 如請求項1所述之投影裝置，其中該第一彎月型透鏡為該等球面透鏡中最鄰近該投影幕者。
9. 如請求項1所述之投影裝置，其中該第一透鏡組僅由該第一彎月型透鏡所構成。
10. 如請求項1所述之投影裝置，其中當該非遠心投影鏡頭從一廣角模式向一望遠模式改變時，該第一透鏡組係朝該第二透鏡組移動。
11. 如請求項1所述之投影裝置，其中該等球面透鏡之數量為5個。