投影鏡頭

专利摘要:
一種投影鏡頭，從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡組及一個具有正光焦度的第二透鏡組，該第一透鏡組包括一個靠近放大端的第一透鏡，該投影鏡頭滿足以下條件式：4.5＜∣F1∣/F＜6；其中，F1為該第一透鏡的有效焦距；F為該投影鏡頭的有效焦距。滿足上述條件的投影鏡頭，在保證良好投影畫面品質的要求的同時降低了生產成本。
公开号:TW201323977A
申请号:TW100145940
申请日:2011-12-13
公开日:2013-06-16
发明作者:Fang-Ying Peng；Xiao-Na Liu；Hai-Jo Huang；Sheng-An Wang；An-Tze Lee
申请人:Hon Hai Prec Ind Co Ltd；
IPC主号:G02B13-00

专利说明:
投影鏡頭
本發明涉及一種光學技術，尤其涉及一種投影鏡頭。
隨著半導體技術的發展，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)投影儀採用的空間光調製器(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)。投影鏡頭在保證成像品質的同時，也需要考慮降低成本的要求。
有鑒於此，有必要提供一種保證良好投影畫面品質的同時降低成本的投影鏡頭。
一種投影鏡頭，從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡組及一個具有正光焦度的第二透鏡組，該第一透鏡組包括一個靠近放大端的第一透鏡，該投影鏡頭滿足以下條件式：
4.5<∣F1∣/F<6；
其中，F1為該第一透鏡的有效焦距；F為該投影鏡頭的有效焦距。
滿足上述條件的投影鏡頭，在保證良好投影畫面品質的要求的同時降低了生產成本。
下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，其為本發明實施方式所提供的投影鏡頭100，其可應用於數位光處理(digital light processing， DLP)投影機。DLP投影機包括一個數位微鏡裝置(digital micro-mirror device， DMD)作為空間光調製裝置(spatial light modulator， SLM)。該投影鏡頭100具有正光焦度，從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡組10、一個具有正光焦度的第二透鏡組20、一個保護玻璃30及一個成像表面(即：SLM表面)40。
該第一透鏡組10包括一個具有負光焦度的第一透鏡11、一個具有負光焦度的第二透鏡12、一個具有負光焦度的第三透鏡13、一個具有負光焦度的第四透鏡14、一個具有正光焦度的第五透鏡15及一個具有正光焦度的第六透鏡16。該第一透鏡11包括靠近放大端的第一表面S1及靠近該縮小端的第二表面S2。該第二透鏡12包括靠近放大端的第三表面S3及靠近該縮小端的第四表面S4。該第三透鏡13包括靠近放大端的第五表面S5及靠近該縮小端的第六表面S6。該第四透鏡14包括靠近放大端的第七表面S7及靠近該縮小端的第八表面S8。該第五透鏡15包括靠近放大端的第九表面S9及靠近該縮小端的第十表面S10。該第六透鏡16包括靠近放大端的第十一表面S11及靠近該縮小端的第十二表面S12。其中，該第三表面S3、該第四表面S4、該第七表面S7、該第八表面S8、該第九表面S9、該第十表面S10、該第十一表面S11及該第十二表面S12均為球面。由於球面透鏡不易在高溫造成成像品質的變化，如此，可保證在高溫環境下，成像品質仍較佳的特性。另外，該第一表面S1、該第二表面S2、該第五表面S5及該第六表面S6均為非球面。
該第二透鏡組20包括一個具有正光焦度的第七透鏡21、一個具有正光焦度的第八透鏡22、一個具有負光焦度的第九透鏡23、一個具有正光焦度的第十透鏡24、一個具有負光焦度的第十一透鏡25、一個具有正光焦度的第十二透鏡26及一個具有正光焦度的第十三透鏡27。該第八透鏡22與該第九透鏡23為膠合透鏡，該第十一透鏡25與該第十二透鏡26為膠合透鏡。該第七透鏡21包括靠近放大端的第十三表面S13及靠近該縮小端的第十四表面S14。該第八透鏡22包括靠近放大端的第十五表面S15及靠近該縮小端的第十六表面S16。該第九透鏡23包括靠近放大端的該第十六表面S16及靠近該縮小端的第十七表面S17。該第十透鏡24包括靠近放大端的第十八表面S18及靠近該縮小端的第十九表面S19。該第十一透鏡25包括靠近放大端的第二十表面S20及靠近該縮小端的第二十一表面S21。該第十二透鏡26包括靠近放大端的該第二十一表面S21及靠近該縮小端的第二十二表面S22。該第十三透鏡27包括靠近放大端的第二十三表面S23及靠近該縮小端的第二十四表面S24。其中，該第十三表面S13、該第十四表面S14、該第十五表面S15、該第十六表面S16、該第十七表面S17、該第十八表面S18、該第十九表面S19、該第二十表面S20、該第二十一表面S21、該第二十二表面S22、該第二十三表面S23及該第二十四表面S24均為球面。
該光闌50位於該第九透鏡23與第十透鏡24之間，以限制光通量，並讓經過該第九透鏡23後的光錐能更加對稱，使該投影鏡頭100的慧差得以修正。本實施方式中，為了更加節省空間，該第十透鏡24的第十八表面S18上的一週邊環狀區域塗黑以當作該光闌50。
為了降低成本，該第一透鏡組10包括至少一塑膠鏡片(如射出成型，利於量產)。本實施方式中，該第一透鏡11及該第三透鏡13均為塑膠鏡片。可以理解，為保證良好的成像品質，其他鏡片可採用玻璃材料製成。
當該投影鏡頭100投影時，光線從DMD的成像表面40射出，依次經過該保護玻璃30、該第二透鏡組20及該第一透鏡組10，最後投射於投影螢幕上。該保護玻璃30從放大端至縮小端包括靠近放大端的第二十五表面S25以及靠近縮小端的第二十六表面S26。其中，該保護玻璃30用於保護該成像表面40。
本實施方式的投影鏡頭100滿足以下條件式：
(1) 4.5<∣F1∣/F<6；
其中，F1為該第一透鏡11的有效焦距，其值為負值；F為該投影鏡頭100的有效焦距，其值為正值。
滿足條件式(1)，使∣F1∣/F的值大於4.5可以保證該第一透鏡11不需要使用較高折射率的硝材，降低了生產成本，且場曲容易修正，同時使∣F1∣/F的值小於6可以保證該第一透鏡11的靠近該成像表面40的曲面的頂點到承靠平面距離較短，不僅容易量測面形規則度，而且使鍍膜更均勻，在成像方面減少受到雜散光的影響，具有較好的成像品質。
更加優選地，該投影鏡頭100還滿足以下條件式：
(2) 0.02<1/∣F1∣+1/∣F3∣<0.06；
其中，F1為該第一透鏡11的有效焦距，其值為負值；F3為該投影鏡頭100的第三透鏡13的有效焦距，其值為負值。
滿足條件式(2)，使∣F1∣+1/∣F3∣的值大於0.02可以保證畸變容易得到補償，同時，∣F1∣+1/∣F3∣的值小於0.06可以降低溫度對該投影鏡頭100的影響，進一步保證了成像品質。
下面請參照圖2~圖7，以具體實施方式來詳細說明本發明的投影鏡頭100。
以下每個實施方式中，F為該投影鏡頭100的有效焦距；F1為該第一透鏡11的有效焦距；F3為該第三透鏡13的有效焦距；FNo為該投影鏡頭100的光圈數；2ω為該投影鏡頭100的視場角；R為對應表面的曲率半徑，D為對應表面到後一個表面的軸上距離(兩個表面截得光軸的長度)，Nd為對應表面到後一個表面組成的透鏡對d光(波長為587納米)的折射率，Vd為對應表面到後一個表面組成的透鏡的阿貝數。
第一實施方式
本實施方式的投影鏡頭100的各光學元件滿足表1、表2及表3的條件。
表1

表2

表3
對符合上述條件的投影鏡頭100進行測試時，採樣的光線波長分別為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米。
在本實施方式中，該投影鏡頭100投影時的像差、場曲以及畸變分別如圖2至圖4所示。圖2中曲線a1-a5分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線於投影鏡頭100中的像差曲線。本實施方式的投影鏡頭100對可見光產生的像差控制在(-0.2mm，0.2mm)範圍內。圖3中，曲線t及s分別為子午場曲特性曲線及弧矢場曲特性曲線，其中t1-t5分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線的子午場曲特性曲線，s1-s5分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線的弧矢場曲特性曲線。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.2mm，0.2mm)範圍內。圖4中曲線d1-d5分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線於投影鏡頭100中的畸變特性曲線。由圖可知，畸變量被控制在(-0.5%，0.5%)）範圍內。由此可見，該投影鏡頭100的像差、場曲、畸變都能被控制在較小的範圍內。
第二實施方式
本實施方式的投影鏡頭100的各光學元件滿足表4、表5及表6的條件。
表4

表5

表6
在本實施方式中，該投影鏡頭100投影時的像差、場曲以及畸變分別如圖5至圖7所示。圖5中曲線a6-a10分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線於投影鏡頭100中的像差曲線。本實施方式的投影鏡頭100對可見光產生的像差控制在(-0.2mm，0.2mm)範圍內。圖3中，曲線t及s分別為子午場曲特性曲線及弧矢場曲特性曲線，其中t6-t10分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線的子午場曲特性曲線，s6-s10分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線的弧矢場曲特性曲線。可見，子午場曲值和弧矢場曲值被控制在(-0.2mm，0.2mm)範圍內。圖4中曲線d6-d10分別為波長為450納米、550納米、630納米、480納米以及590納米的光線於投影鏡頭100中的畸變特性曲線。由圖可知，畸變量被控制在(-1%，1%)範圍內。由此可見，該投影鏡頭100的像差、場曲、畸變都能被控制在較小的範圍內。
該投影鏡頭100在保證良好投影畫面品質的要求的同時降低了生產成本。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做之變化，都應包括在本發明所要求保護之範圍之內。
100．．．投影鏡頭
10．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
12．．．第二透鏡
13．．．第三透鏡
14．．．第四透鏡
15．．．第五透鏡
16．．．第六透鏡
20．．．第二透鏡組
21．．．第七透鏡
22．．．第八透鏡
23．．．第九透鏡
24．．．第十透鏡
25．．．第十一透鏡
26．．．第十二透鏡
27．．．第十三透鏡
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面
S3．．．第三表面
S4．．．第四表面
S5．．．第五表面
S6．．．第六表面
S7．．．第七表面
S8．．．第八表面
S9．．．第九表面
S10．．．第十表面
S11．．．第十一表面
S12．．．第十二表面
S13．．．第十三表面
S14．．．第十四表面
S15．．．第十五表面
S16．．．第十六表面
S17．．．第十七表面
S18．．．第十八表面
S19．．．第十九表面
S20．．．第二十表面
S21．．．第二十一表面
S22．．．第二十二表面
S23．．．第二十三表面
S24．．．第二十四表面
S25．．．第二十五表面
S26．．．第二十六表面
30．．．保護玻璃
40．．．成像表面
50．．．光闌
圖1為本發明提供的投影鏡頭的結構示意圖；
圖2為第一實施方式的投影鏡頭的球面像差圖；
圖3為第一實施方式的投影鏡頭的場曲圖；
圖4為第一實施方式的投影鏡頭的畸變圖。
圖5為第二實施方式的投影鏡頭的球面像差圖。
圖6為第二實施方式的投影鏡頭的場曲圖。
圖7為第二實施方式的投影鏡頭的畸變圖。
100．．．投影鏡頭
10．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
12．．．第二透鏡
13．．．第三透鏡
14．．．第四透鏡
15．．．第五透鏡
16．．．第六透鏡
20．．．第二透鏡組
21．．．第七透鏡
22．．．第八透鏡
23．．．第九透鏡
24．．．第十透鏡
25．．．第十一透鏡
26．．．第十二透鏡
27．．．第十三透鏡
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面
S3．．．第三表面
S4．．．第四表面
S5．．．第五表面
S6．．．第六表面
S7．．．第七表面
S8．．．第八表面
S9．．．第九表面
S10．．．第十表面
S11．．．第十一表面
S12．．．第十二表面
S13．．．第十三表面
S14．．．第十四表面
S15．．．第十五表面
S16．．．第十六表面
S17．．．第十七表面
S18．．．第十八表面
S19．．．第十九表面
S20．．．第二十表面
S21．．．第二十一表面
S22．．．第二十二表面
S23．．．第二十三表面
S24．．．第二十四表面
S25．．．第二十五表面
S26．．．第二十六表面
30．．．保護玻璃
40．．．成像表面
50．．．光闌

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種投影鏡頭，從放大端至縮小端依次包括：一個具有負光焦度的第一透鏡組及一個具有正光焦度的第二透鏡組，該第一透鏡組包括一個靠近放大端的第一透鏡，該投影鏡頭滿足以下條件式：4.5<∣F1∣/F<6；其中，F1為該第一透鏡的有效焦距；F為該投影鏡頭的有效焦距。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，該第一透鏡具有負光焦度，從放大端到縮小端，該第一透鏡組還依次包括一個具有負光焦度的第二透鏡、一個具有負光焦度的第三透鏡、一個具有負光焦度的第四透鏡、一個具有正光焦度的第五透鏡及一個具有正光焦度的第六透鏡。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之投影鏡頭，其中，所述投影鏡頭還滿足以下條件：0.02<1/∣F1∣+1/∣F3∣<0.06；其中，F1為該第一透鏡的有效焦距；F3為該投影鏡頭的第三透鏡的有效焦距。
[4] 如申請專利範圍第2項所述之投影鏡頭，其中，該第一透鏡及該第三透鏡均為塑膠鏡片。
[5] 如申請專利範圍第2項所述之投影鏡頭，其中，該第二透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡及該第六透鏡均為球面透鏡。
[6] 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，從放大端到縮小端，該第二透鏡組依次包括一個具有正光焦度的第七透鏡、一個具有正光焦度的第八透鏡、一個具有負光焦度的第九透鏡、一個具有正光焦度的第十透鏡、一個具有正光焦度的第十一透鏡、一個具有負光焦度的第十二透鏡及一個具有正光焦度的第十三透鏡。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之投影鏡頭，其中，該第八透鏡與該第九透鏡為膠合透鏡，該第十一透鏡與該第十二透鏡為膠合透鏡。
[8] 如申請專利範圍第6項所述之投影鏡頭，其中，該第七透鏡、該第八透鏡、該第九透鏡、該第十透鏡、該第十一透鏡、該第十二透鏡及該第十三透鏡均為球面透鏡。
[9] 如申請專利範圍第6項所述之投影鏡頭，其中，該投影鏡頭還包括一個光闌，該光闌位於該第九透鏡與第十透鏡之間。
[10] 如申請專利範圍第1項所述之投影鏡頭，其中，該投影鏡頭還包括一個靠近該縮小端的成像表面及一個保護玻璃，該保護玻璃設置於該第二透鏡組與該成像表面之間。

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