投影装置的制作方法

本实用新型涉及一种投影装置。

背景技术：

近年来，各种投影显示技术已广泛地应用于日常生活上。一般而言，投影机投射到球型投影幕上的图像容易产生失真变形，因此如何提供一良好的失真校正光学设计来获得正确的图像显示效果，实为投影显示领域的重要课题。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包括一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。

实用新型内容

根据本实用新型的一个观点，提供一种投影装置，包含光源、光阀及光学镜头。光阀设于光源的光路下游，光学镜头设于光阀的光路下游，且光学镜头包含具负屈光度的一第一透镜组、具正屈光度的第二透镜组、以及设于第一透镜组和第二透镜组之间的一光圈。投影装置的投影光轴上设有一基准点，所述基准点至一投影成像面在所述投影光轴上的距离为r，所述投影装置的出光位置到所述基准点在所述投影光轴上的距离为l，当所述基准点位于投影装置的投影方向前方时l为正值，当基准点位于投影装置的投影方向后方时l为负值，当基准点位于所述投影装置的投影方向前方时l为正值，当基准点位于所述投影装置的投影方向后方时l为负值，且所述光学镜头满足下列条件之一：(1)当0.2≦l/r＜1，所述光学镜头使用等面积投影法(equal-areaprojection)的球面成像的误差小于15％；(2)当-0.2≦l/r＜0.2，所述光学镜头使用等距投影法(azimuthalequidistantprojection)的球面成像的误差小于15％；(3)当-0.6≦l/r＜-0.2，所述光学镜头使用球面立体投影法(stereographicprojection)的球面成像的误差小于15％。

依本实用新型的上述观点，光学镜头可具有良好的光学成像品质，且利用所述光学镜头投影成像于球型投影幕或球罩，可明显减少投影图像的变形量。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为依本实用新型一实施例的投影光学系统的示意图。

图2为依本实用新型一实施例的光学镜头的示意图。

图3、图4及图5分别为图2的光学镜头的可见光扇形图、成像面上影像高度位置的照明数值与成像面上光轴位置的照明数值的比值图、以及场曲和畸变图。

图6为依本实用新型另一实施例的光学镜头的示意图。

图7、图8及图9分别为图6的光学镜头的可见光扇形图、成像面上影像高度位置的照明数值与成像面上光轴位置的照明数值的比值图、以及场曲和畸变图。

图10为依本实用新型另一实施例的光学镜头的示意图。

图11为说明本实用新型一实施例的投影装置的失真校正表现的示意简图。

图12绘示不同投影方法的半视角与像高关系图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的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，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。另外，下列实施例中所使用的用语“第一”、“第二”是为了辨识相同或相似的元件而使用，幷非用以限定所述元件。

图1为本实用新型一实施例的投影光学系统的示意图。请参照图1，投影光学系统100包括光学镜头10、照明系统110、光阀120、以及球型屏幕150。照明系统110具有光源112，其适于提供光束114，且光阀120配置光束114的传递路径上。光阀120适于将光束114转换为多数个子影像114a。此外，光学镜头10配置于这些子影像114a的传递路径上，且光阀120是位于照明系统110与光学镜头10之间。光源112例如可包括红光发光二极管112r、绿光发光二极管112g、及蓝光发光二极管112b，各个发光二极管发出的色光经由一合光装置116合光后形成光束114，光束114可依序经过蝇眼透镜阵列(fly-eyelensarray)117、光学元件组118及内部全反射棱镜(tirprism)119。之后，内部全反射棱镜119会将光束114反射至光阀120。此时，光阀120会将光束114转换成多数个子影像114a，而这些子影像114a会依序通过内部全反射棱镜119，并经由光学镜头10将这些子影像114a投影于球型屏幕150上。于一实施例中，球型屏幕150可为一球罩。于本实施例中，屏幕150的投影显示面例如可为部分球型表面所构成，但其并不限定。

图2是本实用新型第一实施例的光学镜头架构示意图。请参照图2，在本实施例中，镜头10a有一镜筒(未绘示)，镜筒里由第一侧(放大侧os)往第二侧(缩小侧is)排列具负屈光度的第一透镜组12、光圈s及具正屈光度的第二透镜组14，第一透镜组12例如可包含第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3，且第二透镜组14例如可包含第四透镜l4、第五透镜l5及第六透镜l6。在镜筒的缩小侧is处设置有光阀120，且光阀120与第二透镜组14之间设有全反射棱镜119及玻璃盖(coverglass)121，且光圈s可设置于第三透镜l3与第四透镜l4之间。于本实用新型的各个实施例中，镜头的放大侧os是对应球型屏幕150方向，而镜头的缩小侧is则对应光阀120方向，故不予重复说明。

本实用新型所指光圈s是指一孔径光阑(aperturestop)，光圈s为一独立元件或是整合于其他光学元件上。于本实施例中，光圈是利用机构件挡去周边光线并保留中间部分透光的方式来达到类似的效果，而前述所谓的机构件可以是可调整的。所谓可调整，是指机构件的位置、形状或是透明度的调整。或是，光圈s也可以在透镜表面涂布不透明的吸光材料，并使其保留中央部分透光以达限制光路的效果。

于本实施例中。镜头10a包括了沿光轴16排列的六片球面透镜，其屈光度由放大侧os往缩小侧is依序分别为负、负、正负、正、正。于本实施例中，各个透镜l1-l6可由塑胶或玻璃制成，且各个透镜l1-l6的材料若采用玻璃材料可获致例如摄氏-40度到105度的较广工作温度区间。另外，两透镜相邻的两面有大致相同(曲率半径差异小于0.005mm)或完全相同(实质相同)的曲率半径且形成结合透镜、胶合透镜、双合透镜(doublet)或三合透镜(triplet)，例如本实施例的第四透镜l4及第五透镜l5可构成胶合透镜，但本实用新型实施例并不以此为限制。

镜头10a的透镜及其周边元件的设计参数如表一所示。然而，下文中所列举的资料并非用以限定本实用新型，任何所属领域中具有通常知识者在参照本实用新型之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本实用新型的范畴内。

表一

表中曲率半径是指曲率的倒数。曲率为正时，透镜表面的圆心在透镜的缩小侧方向。曲率为负时，透镜表面的圆心在透镜的放大侧方向。而各透镜的凸凹可见上表及其对应的示图。本实用新型镜头应用在投影系统时，表中成像面是光阀表面。

于本实施例中，视场角fov在应用在投影系统时，是指最接近放大端的光学表面与镜头光轴的夹角，亦即以对角线量测所得的视野(fieldofview)。于本实施例中，视场角fov最大可为116度。于另一实施例中，视场角fov最大可为110度。于又一实施例中，视场角fov最大可为100度。

图6是本实用新型第二实施例的镜头架构示意图。如图6所示，镜头10b包括由放大侧os往缩小侧is排列的具负屈光度的第一透镜组12、光圈s及具正屈光度的第二透镜组14。于本实施例中，各个透镜l1-l6可均为球面透镜且可由塑胶或玻璃制成，透镜l1-l6的屈光度可分别为负、负、正、正、负、正。各个透镜l1-l6的材料采用玻璃可获致例如-40度到105度的较广工作温度区间。另外，本实施例的第四透镜l4及第五透镜l5可构成胶合透镜，但本实用新型实施例并不以此为限制。于本实施例中，镜头10b中的透镜及其周边元件的设计参数如表二所示。

表二

图10是本实用新型第三实施例的镜头架构示意图。如图10所示，镜头10c包括7个球面透镜，各个透镜l1-l7可均由塑胶或玻璃制成，透镜l1-l7的屈光度可分别为负、负、正、正、负、正、正。各个透镜l1-l7的材料采用玻璃可获致例如摄氏-40度到105度的较广工作温度区间。另外，本实施例的第四透镜l4及第五透镜l5可构成胶合透镜，但本实用新型实施例并不以此为限制。于本实施例中，镜头10c中的透镜及其周边元件的设计参数如表三所示。

表三

图3、图4及图5分别为依本实用新型实施例的镜头10a的可见光扇形图、成像面上影像高度位置的照明数值与成像面上光轴位置的照明数值的比值图、以及场曲和畸变图。图7、图8及图9分别为依本实用新型实施例的镜头10b的可见光扇形图、成像面上影像高度位置的照明数值与成像面上光轴位置的照明数值的比值图、以及场曲和畸变图。图3至图5及图7至图9的模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的光学镜头确实具良好的光学成像品质的特性。

图11为说明本实用新型一实施例的投影装置的失真校正表现的示意简图。如图11所示，于投影光学系统100中，投影装置100a可将图案或图像投射至球型屏幕150，投影装置100a的光阀120设于光源(未图示)的光路下游，且光学镜头10可设于光阀120的光路下游。投影装置100a的投影光轴16可设一基准点o’，基准点o’例如可为球型屏幕150的投影成像面(于本实施例为部分球形表面150a)的球心o。于一实施例中，基准点o’至投影成像面在投影光轴16上的距离为r，投影装置100a的出光位置e到基准点o’在投影光轴16上的距离为l，当基准点o’位于投影装置100a的投影方向前方(基准点o’相较出光位置更靠近屏幕150)时l为正值，当基准点o’位于投影装置的投影方向后方(出光位置e相较基准点o’靠近屏幕150)时l为负值，本实用新型一实施例的光学镜头可满足如下条件之一：(1)当0.2≦l/r＜1，光学镜头使用等面积投影法(equal-areaprojection)的球面成像的误差小于15％；(2)当-0.2≦l/r＜0.2，光学镜头使用等距投影法(equidistantprojection)的球面成像的误差可小于15％；(3)当-0.6≦l/r＜-0.2，光学镜头使用球面立体投影法(stereographicprojection)的球面成像的误差小于15％，误差的定义：[(实际值–投影法理论值)的绝对值/投影法理论值]。

于另一实施例中，光学镜头可满足如下条件之一：(1)当0.2≦l/r＜1，光学镜头使用等面积投影法(equal-areaprojection)的球面成像的误差小于12％；(2)当-0.2≦l/r＜0.2，光学镜头使用等距投影法(equidistantprojection)的球面成像的误差可小于12％；(3)当-0.6≦l/r＜-0.2，光学镜头使用球面立体投影法(stereographicprojection)的球面成像的误差小于12％。于又一实施例中，光学镜头可满足如下条件之一：(1)当0.2≦l/r＜1，光学镜头使用等面积投影法(equal-areaprojection)的球面成像的误差小于10％；(2)当-0.2≦l/r＜0.2，光学镜头使用等距投影法(equidistantprojection)的球面成像的误差可小于10％；(3)当-0.6≦l/r＜-0.2，光学镜头使用球面立体投影法(stereographicprojection)的球面成像的误差小于10％。

举例而言，如图2的光学镜头10a其l/r＝0.08，且使用等距投影法的球面成像误差为3.05％。如下进一步说明上述光学镜头使用的各种投影法。一般而言，应用于例如鱼眼镜头的投影方法，例如可包含正交投影法(orthogonalprojection)、等面积投影法(equal-areaprojection)、等距投影法(azimuthalequidistantprojection)和立体投影法(stereographicprojection)。在此，当在投影面上的像高被指定为y，整个光学系统的焦距被指定为f，并且半视角被指定为ω时，不同投影方法可由以下的运算式来表达：

(a)正交投影法:y＝f×sinω

(b)等面积投影法:y＝2f×sin(ω/2)

(c)等距投影法:y＝f×ω

(d)立体投影法:y＝2f×tan(ω/2)

再者，图12绘示出在投影方法中于90°的半视角的像高设为1的情况下，半视角与像高之间的关系，由图12可看出不同投影法于图像的中心和周边区域的压缩程度不同。举例而言，在(a)正交投影法中，图像区域的周边压缩程度明显较高，相对地在(d)立体投影法中，图像区域的中心压缩程度明显较高。

请再参考图11，于一实施例中，投影装置100a可投射至具有球心o及半径r的部分球罩表面150a，当投影装置100a的出光面到所述部分球罩表面的最短距离介于50mm至200mm之间，于一实施例中，在球心o的右方时，投影装置100a与球心o距离值设为正值，当投影装置100a在球心o的左方时，投影装置100a与球心o距离值设为负值。于本实施例中，待投影图案y可为由第一圆形y1、第二圆形y2、及第三圆形y3所形成的同心圆，第一圆形y1的半径r1可设为x厘米、第二圆形y2的半径r2设为2x厘米、且第三圆形y3的半径r3设为3x厘米，当图案y被投影至部分球型表面150a时，第一圆形y1的投影图案y1’到第二圆形y2的投影图案y2’在部分球型表面150a上的最短距离为s1’，第二圆形y2的投影图案y2’到第三圆形y3的投影图案y3’在部分球型表面150a上的最短距离为s2’，则依据本实用新型一实施例的光学镜头架构，可满足(s2’-s1’)/s1’小于15％的条件。于另一实施例中，光学镜头可满足(s2’-s1’)/s1’小于12％的条件。于又一实施例中，光学镜头可满足(s2’-s1’)/s1’小于10％的条件。

于一实施例中，投影装置100a的投影方向可实质平行于球型表面150a的径向，且投影装置100a与球心o在部分球型表面的径向上的最短距离为-0.5r至r之间。再者，于一实施例中，投影装置100a的出光位置e可实质重合光学镜头10的入瞳位置。

上述各个实施例的光学镜头可具有良好的光学成像品质，且利用所述光学镜头投影成像于球型投影幕，可明显减少投影图像的变形量。

在本实用新型中所谓的光阀，为一种已被广泛应用的元件，为空间光调变器的一种。光阀可将照明光转为影像光，例如dmd、lcd、lcos、投影片、全像片、具有图案(pattern)的载体(mask)等。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。