专利名称：投影镜头与投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件与显示装置，且特别涉及一种投影镜头与投影装置。
背景技术：
在众多类型的显示装置中，投影装置具有能够以较小的装置体积投影出数倍于装置表面积的大尺寸影像画面的特性，因此在显示领域中有着无法被取代的优势。由于投影装置是通过投影镜头将光阀的影像成像于屏幕上，因此影像画面的品质深受投影镜头的成像品质所影响。所以，投影镜头是在投影装置中一个很重要的光学元件。由于投影装置通常是设于桌面上或倒挂于天花板上，因此投影装置的光阀通常须相对于投影镜头的光轴有大于100%的偏移量(offset),换言之，即光阀位于光轴的一侧，且光轴没有通过光阀。如此一来，根据成像原理，投射于屏幕上的影像画面会位于投影镜头的光轴的相对的另一侧。这样的话，投影装置所投影出的影像光束才不会投射于桌面或天花板，而无法正确成像。偏移量为100%是定义在光阀恰好位于投影镜头的光轴的一侧时，且此时光轴恰好与光阀的边缘相交。当光阀的偏移量在100%以上时,表不光阀相对于投影镜头的偏移量较大，如此容易造成整个光学系统的体积难以缩小。若为了缩小光学系统的体积以使投影系统能应用在可携式电子装置中时，则可将投影镜头的相对于光阀的偏移的另一侧的部分进行切边，但这又容易造成影像光束的有效区(clear aperture)被大幅度地切除,进而导致影像画面的亮度大幅下降。美国专利第7580206号揭露了一种定焦镜头，其包括第一正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜、第五正透镜及第六负透镜。美国专利第6439726号揭露了一种光学系统，其包括灯源、第一光学部、第二光学部及数字微镜元件。美国专利第6784946号揭露了一种光学系统，其包括灯泡、第一光学部、第二光学部及数字微镜元件。
发明内容
本发明提供一种投影镜头，此投影镜头所形成的成像具有良好的成像品质，且此投影镜头可具有较小的体积。本发明提供一种投影装置，此投影装置能够投影出良好的成像品质，且具有较小的体积。本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种投影镜头，其用以投射影像光束。此影像光束是由光阀将照射于光阀上的照明光束转换而成。此投影镜头包括第一透镜群、第二透镜群及第三透镜群。第一透镜群配置于影像光束的传递路径上，且具有第一光轴。第二透镜群配置于照明光束与影像光束的传递路径上，且位于光 阀与第一透镜群之间，其中第二透镜群具有第二光轴，且第二光轴相对于第一光轴倾斜。第三透镜群配置于影像光束的传递路径上，且位于第一透镜群与第二透镜群之间。
本发明的另ー实施例提出ー种投影装置，其包括照明系统、上述光阀及上述投影镜头。照明系统用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。基于上述，在本发明的实施例的投影镜头及投影装置中，由于第二透镜群的第ニ光轴相对于第一透镜群的第一光轴倾斜，因此光阀相对于第一光轴的偏移量(offset)便可以在小于100%的情形下达到所投影出的影像画面相对于第一光轴的偏移量大于100%。如此ー来，本发明的实施例的投影镜头与投影装置便可以具有较小的体积。此外，当欲对投影镜头的透镜进行切边，以进ー步缩小投影镜头与投影装置的体积时，由于光阀相对于第一光轴的偏移量小于100%，因此透镜被切掉的部分是较远离透镜的光轴的部分，进而在縮小投影镜头的体积的同时，仍使影像画面具有较高的亮度，从而使投影装置所投影出的影像具有良好的成像品质。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图IA为本发明的一实施例的投影装置的示意图。图IB绘示图IA中的光阀的第四光轴相对于第一光轴倾斜的情形。图2A至图2C为图IA的投影镜头的成像光学模拟数据图。图3为本发明的另ー实施例的投影装置的示意图。图4为本发明的另ー实施例的投影装置的示意图。图5A至图5C为图4的投影镜头的成像光学模拟数据图。
具体实施例方式有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合參考图式的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如上、下、左、右、前或后等，仅是參考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。图IA为本发明的一实施例的投影装置的示意图，而图IB绘示图IA中的光阀的第四光轴相对于第一光轴倾斜的情形。请參照图IA及图1B，本实施例的投影装置200包括照明系统210、光阀220及投影镜头100。照明系统210用以提供照明光束212。在本实施例中，照明系统210可以是任何用以照亮光阀220的系统。光阀220配置于照明光束212的传递路径上，且用以将照明光束212转换成影像光束214。在本实施例中，光阀220例如是数字微镜兀件(digital micro-mirror device, DMD)、桂佼晶面板(liquid-crystal-on-siliconpanel)或其它适当的空间光调制器(spatial light modulator, SLM)。投影镜头100包括第一透镜群110、第二透镜群120及第三透镜群130。第一透镜群110配置于影像光束214的传递路径上，且具有第一光轴Al。第二透镜群120同时配置于照明光束212与影像光束214的传递路径上，且位于光阀220与第一透镜群110之间，其中第二透镜群120具有第二光轴A2,且第二光轴A2相对于第一光轴Al倾斜。第三透镜群130配置于影像光束214的传递路径上，且位于第一透镜群110与第二透镜群120之间。投影镜头100用以将来自光阀220的影像光束214投射于屏幕50上，以在屏幕50上形成影像画面60。此外，在本实施例中，第二透镜群120与光阀220之间可设有玻璃盖(cover glass) 230，以保护光阀220。在本实施例中，第一透镜群110与第三透镜群130可各自包括至少一正屈光度透镜及至少ー负屈光度透镜。具体而言，在本实施例中，第一透镜群Iio包括由远离光阀220的一侧往靠近光阀220的一侧依序排列的第一透镜112、第二透镜114及第三透镜116，第三透镜群130包括由远离光阀220的一侧往靠近光阀220的一侧依序排列的第四透镜132及第五透镜134，且第二透镜群120包括第六透镜122，其中第一透镜112、第二透镜114、第三透镜116、第四透镜132、第五透镜134及第六透镜122的屈光度依序为负、正、正、正、负及正。此外，在本实施例中，第一透镜群110及第三透镜群130可各自包括至少ー非球面透镜。举例来说，本实施例的第一透镜112、第二透镜114、第四透镜132、第五透 镜134及第六透镜122各为非球面透镜，而第三透镜116为球面透镜；在其它实施例中，第六透镜122还可采取球面透镜的设计，但本发明不以这些设计为限。此外，第一透镜112例如为双凹透镜，第二透镜114例如为双凸透镜，第三透镜116例如为凸面朝向光阀220的凹凸透镜，第四透镜132例如为双凸透镜，第五透镜134例如为双凹透镜，且第六透镜122例如为双凸透镜。此外，在本实施例中，第二透镜群120的有效焦距小于等于15毫米。再者，在本实施例中，投影镜头100包括孔径光阑(aperture stop) 140,其中孔径光阑140例如配置于第一透镜群110与第三透镜群130之间。然而，在其它实施例中，孔径光阑140亦可配置于第一透镜群110与第三透镜群130所整合而成的成像透镜群中的其它位置。在本实施例的投影镜头100及投影装置200中，由于第二透镜群120的第二光轴A2相对于第一透镜群110的第一光轴Al倾斜,因此光阀220相对于第一光轴Al的偏移量(offset)便可以在小于100%的情形下，达到所投影出的影像画面60相对于第一光轴Al的偏移量大于100%。光阀220相对于第一光轴Al的偏移量定义为(a+b/2)/(b/2),其中a为第一光轴Al的延伸线到光阀220边缘在光阀220的偏移方向(即平行于y方向之方向)上的距离。当第一光轴Al的延伸线通过光阀220时，则a为负值。当第一光轴Al的延伸线与光阀220不相交时，则a为正值。当第一光轴Al恰与光阀220的边缘相切吋，a等于O。此外，b为光阀220在光阀220的偏移方向(即平行于y方向的方向)上的宽度。在本实施例中，光阀220相对于第一光轴Al的偏移量小于100%,亦即第一光轴Al的延伸线通过光阀220。此外,影像画面60相对于第一光轴Al的偏移量的定义可比照光阀220相对于第一光轴Al的偏移量,亦即影像画面60相对于第一光轴Al的偏移量定义为(c+d/2)/ (d/2),其中c为第一光轴Al的延伸线到影像画面60边缘在影像画面60的偏移方向(即平行于y方向的方向)上的距离，且当第一光轴Al的延伸线通过影像画面60吋，则c为负值，其余正负值的定义可从a的定义类推。此外，d为影像画面60在影像画面60的偏移方向上的览度。由于光阀220相对于第一光轴Al的偏移量可以在小于100%的情形下达到所投影出的影像画面60相对于第一光轴Al的偏移量大于100%，因此，本实施例的投影镜头100与投影装置200便可以具有较小的体积。換言之，相较于公知光阀的偏移量大于等于100%的投影镜头加上光阀的光学系统，本实施例的整个投影镜头100加上光阀220在光阀220的偏移方向(即平行于y方向的方向)上的高度便可以较小此外，当欲对本实施例的投影镜头100的透镜进行切边，以进ー步缩小投影镜头100与投影装置200的体积时，由于光阀220相对于第一光轴Al的偏移量小于100%,因此透镜被切掉的部分是较远离透镜的光轴的部分，亦即会切到较少的透镜有效区(clearaperture)，或甚至仅切到透镜的非有效区(即透镜有效区之外的区域)，进而在縮小投影镜头100的体积的同时，仍使影像画面具有较高的亮度，如此投影镜头100可具有良好的成像品质。相较之下，公知光阀相对于投影镜头的光轴的偏移量为大于等于100%，此时若欲对透镜进行切边，则须切掉相当于图IA的透镜的靠上(即朝+y方向)的部分的很大的一部分，才能达到与本实施例的投影镜头100相同的在偏移方向(即平行于y方向的方向)上的高度。如此ー来，公知技术会切掉透镜的有效区的较大一部分，进而导致影像画面的亮度较低，并使成像品质下降。在本实施例中，第二光轴A2相对于第一光轴Al的倾斜角度Θ大于等于3度，如此可使光阀220的偏移量较小，而仍可达到影像画面60的偏移量大于等于100%。此外，在本实施例中，第二透镜群120的远离光阀220的表面(例如表面S12)的中心没有落在第一光轴Al的延伸线上。換言之，第二透镜群120的第二光轴A2除了相对于第一光轴Al倾斜之外，第二透镜群120亦可相对于第一光轴Al有偏心量(decenter)。再者,在本实施例中，第三透镜群130具有第三光轴A3，且第三光轴A3与第一光轴Al平行但不重合，亦即第三透镜群130可相对于第一透镜群110具有偏心量。另外，在本实施例中，亦可使光阀220的第四光轴A4(如图IB所绘示)相对于第一光轴Al傾斜，且此倾斜角度Φ例如大于O. 5度。然而，在另ー实施例中，光阀220的第四光轴A4亦可以没有相对第一光轴Al倾斜，亦即倾斜角度Φ等于O。以下内容将举出投影镜头100的ー实施例。需注意的是，下述的表一、表ニ及表三中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在參照本发明之后，当可对其參数或设定作适当的修改，其仍应属于本发明的范畴内。(表一)
权利要求
1.一种投影镜头，用以投射影像光束，所述影像光束是由光阀将照射于所述光阀上的照明光束转换而成，所述投影镜头包括 第一透镜群，配置于所述影像光束的传递路径上，且具有第一光轴； 第二透镜群，配置于所述照明光束与所述影像光束的传递路径上，且位于所述光阀与所述第一透镜群之间，其中所述第二透镜群具有第二光轴，且所述第二光轴相对于所述第一光轴倾斜；以及 第三透镜群，配置于所述影像光束的传递路径上，且位于所述第一透镜群与所述第二透镜群之间。
2.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第二透镜群的远离所述光阀的表面的中心没有落在所述第一光轴的延伸线上。
3.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第二光轴相对于所述第一光轴的倾斜角度大于等于3度。
4.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第三透镜群具有第三光轴，且所述第三光轴与所述第一光轴平行但不重合。
5.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第三透镜群具有第三光轴，且所述第三光轴相对于所述第一光轴倾斜。
6.如权利要求I所述的投影镜头，还包括 孔径光阑，配置于所述第一透镜群与所述第三透镜群之间。
7.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第一透镜群与所述第三透镜群各自包括至少一正屈光度透镜及至少一负屈光度透镜。
8.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第一透镜群及所述第三透镜群各自包括至少一非球面透镜。
9.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第一透镜群包括由远离所述光阀的一侧往靠近所述光阀的一侧依序排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第三透镜群包括由远离所述光阀的一侧往靠近所述光阀的一侧依序排列的第四透镜及第五透镜，所述第二透镜群包括第六透镜，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜的屈光度依序为负、正、正、正、负及正。
10.如权利要求9所述的投影镜头，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜及所述第五透镜各为非球面透镜。
11.如权利要求9所述的投影镜头，其中所述第一透镜为双凹透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为凸面朝向所述光阀的凹凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜，且所述第六透镜为双凸透镜。
12.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第一光轴的延伸线通过所述光阀。
13.如权利要求I所述的投影镜头，其中所述第二透镜群的有效焦距小于等于15毫米。
14.一种投影装置，包括 照明系统，用以提供照明光束； 光阀，配置于所述照明光束的传递路径上，且用以将所述照明光束转换成影像光束；以及 投影镜头，包括第一透镜群，配置于所述影像光束的传递路径上，且具有第一光轴； 第二透镜群，配置于所述照明光束与所述影像光束的传递路径上，且位于所述光阀与所述第一透镜群之间，其中所述第二透镜群具有第二光轴，且所述第二光轴相对于所述第一光轴倾斜；以及 第三透镜群，配置于所述影像光束的传递路径上，且位于所述第一透镜群与所述第二透镜群之间。
15.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第二透镜群的远离所述光阀的表面的中心没有落在所述第一光轴的延伸线上。
16.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第二光轴相对于所述第一光轴的倾斜角度大于等于3度。
17.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第三透镜群具有第三光轴，且所述第三 光轴与所述第一光轴平行但不重合。
18.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第三透镜群具有第三光轴，且所述第三光轴相对于所述第一光轴倾斜。
19.如权利要求14所述的投影装置，其中所述投影镜头还包括 孔径光阑，配置于所述第一透镜群与所述第三透镜群之间。
20.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第一透镜群与所述第三透镜群各自包括至少一正屈光度透镜及至少一负屈光度透镜。
21.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第一透镜群及所述第三透镜群各自包括至少一非球面透镜。
22.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第一透镜群包括由远离所述光阀的一侧往靠近所述光阀的一侧依序排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第三透镜群包括由远离所述光阀的一侧往靠近所述光阀的一侧依序排列的第四透镜及第五透镜，所述第二透镜群包括第六透镜，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜及所述第六透镜的屈光度依序为负、正、正、正、负及正。
23.如权利要求22所述的投影装置，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜及所述第五透镜各为非球面透镜。
24.如权利要求22所述的投影装置，其中所述第一透镜为双凹透镜，所述第二透镜为双凸透镜，所述第三透镜为凸面朝向所述光阀的凹凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜，且所述第六透镜为双凸透镜。
25.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第一光轴的延伸线通过所述光阀。
26.如权利要求14所述的投影装置，其中所述第二透镜群的有效焦距小于等于15毫米。
全文摘要
一种投影镜头，用以投射影像光束。此影像光束是由光阀将照射于光阀上的照明光束转换而成。此投影镜头包括第一透镜群、第二透镜群及第三透镜群。第一透镜群配置于影像光束的传递路径上，且具有第一光轴。第二透镜群配置于照明光束与影像光束的传递路径上，且位于光阀与第一透镜群之间，其中第二透镜群具有第二光轴，且第二光轴相对于第一光轴倾斜。第三透镜群配置于影像光束的传递路径上，且位于第一透镜群与第二透镜群之间。一种投影装置亦被提出。
文档编号G03B21/20GK102645725SQ20111035674
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年2月18日
发明者康尹豪, 李嘉樟, 王国权, 谢启堂 申请人:扬明光学股份有限公司