CN207067512U - 投影仪及其投影镜头 - Google Patents

Abstract

一种投影仪，其包括有一影像光源产生装置以及一投影镜头，该影像光源产生装置用于产生影像光束，该投影镜头包括有一中继光学系统以及一投影光学系统，该中继光学系统用于接收该影像光束，该投影光学系统包括有一第一透镜以及一第二透镜，该第一透镜的表面设有一反射膜。因此，该影像光源产生装置所产生的影像光束，是穿透该第二透镜后射入该第一透镜的，并由该反射膜反射后离开该第一透镜，并再度穿透该第二透镜后，自该投影镜头射出而投射至一成像面。

Description

投影仪及其投影镜头

技术领域

本实用新型涉及一种光学投影装置；尤其涉及一种降低鬼影形成的投影仪及其投影镜头。

背景技术

随着视频技术的进步、光电科技的快速发展，如投影仪的投影显示设备越来越普及，其除了可应用于工作场合中的会议之外，还可应用于如家庭娱乐的家庭剧院的放映，而其用于将影像清晰地呈现在成像面上的投影镜头更是核心组件之一。

为能在小空间也能达到清晰投影的效果，投影仪的投影镜头逐渐往短焦投影镜头的方向进行设计，但为使短距离也能具有良好的投射效果，短焦镜头通常会使用数量较多且体积较大的透镜来达到短焦同时又具有高光学功率的效果。

已知的投影仪与投影镜头，不但体积庞大且重量重，无法符合小型化与轻量化的要求，为改善上述缺点，已有研究者研发出一种背投式投影仪，即是在内部利用反射镜将投影仪的影像光束反射以投射至成像面上，以求达到小型化与轻量化的目的。然而，已知的背投式投影仪在投影时，其镜片组之间时常会出现多次的反射而产生光环、光斑等，例如在反射镜与透镜之间，透镜与透镜之间容易产生多次的反射，以至于在其投影画面上常会出现有位置、形状不稳定的重叠影、鬼影等缺陷，不仅有碍其投影画面的美观，更破坏了其投影画面的构图，造成使用者的困扰。

因此，如何降低或消除所出现的鬼影(ghost image)等缺陷的产生，以提供高质量的投影画面，是实用新型所努力的方向之一。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可有效改善鬼影问题的投影仪及其投影镜头。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种投影仪，其包括有：一影像光源产生装置，用于产生一影像光束；一投影镜头，用于接收该影像光束并投射至一成像面，该投影镜头包括一中继光学系统以及一投影光学系统；该中继光学系统位于该影像光源产生装置以及该投影光学系统之间，用于接收该影像光束；该投影光学系统包括有一第一透镜以及一第二透镜，该第一透镜具有相背对的一第一光学面以及一第二光学面，该第一光学面上设有一反射膜；该第二透镜位于该第一透镜以及该中继光学系统之间，且该第二透镜具有相背对的一第三光学面以及一第四光学面，该第四光学面面对该中继光学系统；其中，当该中继光学系统接收该影像光束后，该影像光束自该第四光学面射入该第二透镜，并由该第三光学面离开该第二透镜，再由第二光学面射入该第一透镜，并经由该反射膜反射后，自该第二光学面离开该第一透镜，再由第三光学面射入该第二透镜，再由该第四光学面离开该第二透镜后，投射至该成像面。

其中，该投影镜头的主光线角度不大于40度。

其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径不大于该第二透镜的直径。

其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

其中，该中继光学系统具有最靠近该第二透镜的一第三透镜，该第三透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

其中，该第一透镜与该第二透镜均为弯月形透镜，该第一透镜的该第二光学面为凹面，该第二透镜的该第三光学面为凹面，该第二光学面与该第三光学面相面对。

其中，该第一透镜的该第二光学面具有至少一反曲点。

为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种投影镜头，用于接收一影像光束并投射至一成像面，其包括有：一中继光学系统，用于接收该影像光束；一投影光学系统，包括有一第一透镜以及一第二透镜，该第一透镜具有相背对的一第一光学面以及一第二光学面，该第一光学面上设有一反射膜；该第二透镜位于该第一透镜以及该中继光学系统之间，且该第二透镜具有相背对的一第三光学面以及一第四光学面，该第四光学面面对该中继光学系统；其中，当该中继光学系统接收该影像光束后，该影像光束自该第四光学面射入该第二透镜，并由该第三光学面离开该第二透镜，再由第二光学面射入该第一透镜，并经由该反射膜反射后，自该第二光学面离开该第一透镜，再由第三光学面射入该第二透镜，再由该第四光学面离开该第二透镜后，投射至该成像面。

其中，该投影镜头的主光线角度不大于40度。

其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径不大于该第二透镜的直径。

其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

其中，该中继光学系统具有最靠近该第二透镜的一第三透镜，该第三透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

其中，该第一透镜与该第二透镜均为弯月形透镜，该第一透镜的该第二光学面为凹面，该第二透镜的该第三光学面为凹面，该第二光学面与该第三光学面相面对。

其中，该第一透镜的该第二光学面具有至少一反曲点。

本实用新型的效果在于，该影像光束穿透该第二透镜后，自第一透镜的第二光学面射入，并经由该反射膜反射再次由第一透镜的第二光学面射出，并再次穿透该第二透镜后，投射至成像面上。因此，可使得影像光束重复通过投影光学系统，达到二次光学效果的光学设计，从而可有效缩小投影仪、投影镜头的体积，并兼具有高光学性能。此外，该影像光束并不穿透该第一透镜的第一光学面，而是经由该第一光学面上的反射膜反射后，自该第一透镜的第二光学面离开并再度穿透该第二透镜，通过上述设计，可降低影像光束在镜片间产生不必要的多次反射的机会，从而可降低鬼影的产生，提高投影画面的质量。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的投影仪的架构图。

图2为上述实施例的投影镜头的架构图。

图3为图2的局部放大图，揭露虚拟光圈的位置。

图4为图2的局部放大图，揭露投影镜头的主光线角度。

【附图标记说明】

100-投影仪； 10-影像光源产生装置；

20-投影镜头； 22-中继光学系统；

24-投影光学系统； 26-反射膜；

A-光圈； VA-虚拟光圈；

D-主光线角度； F-棱镜；

L1-第一透镜； L2-第二透镜；

L3-第三透镜； L4～L12透镜；

S1-第一光学面； S2第二光学面；

S3-第三光学面； S4-第四光学面；

P-影像光束。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

为能更清楚地说明本实用新型，在此举一实施例并配合说明书附图详细说明如下。如图1及图2所示，为本实用新型一实施例的投影仪100，其包括有一影像光源产生装置10以及一投影镜头20。

该影像光源产生装置10用于读取一影像来源的影像信息，且具有1片棱镜F，并依据读取的影像信息产生对应的一通过该棱镜F的影像光束P。该投影镜头20用于接收该影像光束P且经过预定效果的光学处理后投射至一成像面，例如可将影像光束P投射至一投影幕(projection screen)上，以在投影幕(相当于成像面)上形成一投影画面。另外，在其他实际实施上，依据不同光学系统的应用，并不以设置有该棱镜F为限，举例而言，在一实施例中，所述的影像光源产生装置10也可不设置棱镜，而依据所读取的影像信息产生一影像光束P后直接射向投影镜头，而不以上述说明为限。

该投影镜头20包括有自接近该影像光源产生装置10一侧至远离影像光源产生装置10一侧依序排列的一中继光学系统22以及一投影光学系统24。

该中继光学系统22主要由多个透镜所组成，例如在本实施例中，该中继光学系统22包括有10片透镜，包括第三透镜L3以及其他透镜L4～L12，其中，第三透镜L3以及透镜L5～L6、L8、L11～L12为单层透镜，透镜L4、L7、L9、L10为复合透镜，所述的复合透镜可由两片或两片以上的透镜胶合而成，但不以此为限，且在透镜L7与透镜L8之间设置有一光圈A。该中继光学系统22用于接收该影像光束P，并依据所设计的光学效果传导该影像光束P，例如可设计有如校正或补偿其本身或所引入的色差或是如球差、彗差、像散、场曲、畸变等像差，或是进行光线路径调整，如进行调焦、变焦等的光学设计等，但不以此为限。此外，在其他应用上，也可根据不同的光学设计或特性的要求，对中继光学系统22的透镜数、镜片形状等进行调整或改变。

该投影光学系统24主要包括有一第一透镜L1以及一第二透镜L2。该第一透镜L1具有一第一光学面S1以及一第二光学面S2，且该第一光学面S1上设置有一反射膜26，例如，在一实施例中，可在该第一光学面S1上镀上如银或铝等金属膜，以构成该反射膜26，但不此为限，在其他应用上，也可采用其他材质的反射膜，举例而言，也可使用介电质膜以构成该反射膜，例如使用陶瓷介电质镀膜(Ceramic Dielectric Coating)，而不以上述的金属膜为限。该第二透镜L2位于该第一透镜L1以及该中继光学系统22之间，且该第二透镜L2具有相背对的一第三光学面S3以及一第四光学面S4，该第四光学面S4面对该中继光学系统22。

在本实施例中，该第一透镜L1与该第二透镜L2均为弯月形透镜，该第一透镜L1的该第一光学面S1为凸面，该第二光学面S2为凹面，该第二透镜L2的该第三光学面S3为凹面，该第四光学面S4为凸面，该第三光学面S3与该第二光学面S2相面对。此外，如图3所示，于第一透镜L1与第二透镜L2之间形成有一虚拟光圈VA，用于对光束进行收敛，此外，该虚拟光圈VA的位置并不以与光轴相垂直为限，也可与光轴之间形成一预定的倾斜角。

此外，所述第一透镜L1的材质可选用但不限于塑料或玻璃，优选地，在本实施例中，该第一透镜L1由玻璃材质制成，从而可采取较高温的光学镀膜制备方法，而可构成层数多且反射效率好的反射膜。

此外，该第二透镜L2的直径(diameter)大于等于该中继光学系统22中最大透镜的直径，也即，该中继光学系统22中最大直径的透镜的直径不大于该第二透镜L2的直径。例如，在本实施例当中，该中继光学系统22中最大直径的透镜为第三透镜L3，且该第三透镜L3为该中继光学系统22中最靠近该第二透镜L2的透镜，该第三透镜L3的直径为D3，该第二透镜L2的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。优选地，该第三透镜L3的直径与第二透镜L2的直径的比值(D3/D2)约为0.8。

此外，如图4所示，该投影镜头20的主光线角度(chief ray angle，CRA)不大于40度，优选地，在本实施例当中，该投影镜头20的主光线角度D不大于26度。因此，通过本实用新型的投影镜头的设计，可有效降低主光线角度，提高通过有效光学区域的光线量，除此之外，还可使用较小的投影光学系统24的镜片大小即可将该中继光学系统22所传递的影像光束接入，从而有利于镜头的小型化与轻量化的设计。

因此，如图1及图2所示，当该影像光源产生装置10产生影像光束P时，该影像光束P进入该投影镜头20时，是先通过该中继光学系统22，并自第四光学面S4射入该第二透镜L2，并由该第三光学面S3离开该第二透镜L2，再由第二光学面S2射入该第一透镜L1的，并且经由该反射膜26反射后，自该第一透镜L1的第二光学面S2离开该第一透镜L1，再由该第三光学面S3射入该第二透镜L2，再由该第四光学面S4离开该第二透镜L2后，投射至成像面(图中未示出)，例如投射至一投影幕，以形成投影画面。

因此，通过上述设计，影像光束P重复通过该第二透镜L2以及该第一透镜L1而达到二次光学效果，因此，即使缩小镜片的大小与体积仍可有效地达到高光学性能的设计，并可达到短焦以及小型化的效果。

除此之外，通过该影像光束P不穿出该第一透镜L1的第一光学面S1，而是由设置在该第一光学面S1上的反射膜26对该影像光束P进行反射，以使得该影像光束P再度由第二光学面S2离开该第一透镜L1的设计，可减少影像光束P质量的损失，以及降低影像光束P产生多余、不必要的反射的机会，从而可降低或消除如鬼影、炫光等缺陷，提高成像质量。

此外，在所述第一透镜L1的镜面设计上，也可在其第二光学面S2设置有至少一反曲点，用于更进一步降低产生在投影幕上的如鬼影等缺陷问题。其中，所述的反曲点的设置位置，也可设置在该第一透镜L1的第二光学面S2靠近第一透镜L1的边缘处，例如，在本实施例中，在第一透镜L1的第二光学面S2由透镜边缘起，离透镜中心约1/3的位置处设置有一反曲点，从而进行对影像光束的光路调节，如调整影像光束射向投影幕的角度，特别是对通过第二光学面S2中该反曲点至透镜边缘之间的区域的影像光束进行调节，以降低在投影幕上产生如鬼影等缺陷的机会。

值得一提的是，在其他应用上，上述投影光学系统24中不排除另外设置有一个或多个其他透镜于第一透镜L1、第二透镜L2之间，而不以上述说明为限。但优选地，在本实施例当中，该投影光学系统24只设置有该第一透镜L1与该第二透镜L2，如此一来，除了可降低该投影光学系统24的透镜数量，以降低其成本之外，基于透镜数量的减少，更可减少透镜之间产生不必要的光线反射的机会，尤其省去了反射镜的设置，还可免除反射镜与透镜之间产生光线反射的可能性，从而可降低鬼影发生的机会，提高成像质量。

再一提的是，通过本实施例的投影镜头的设计，该影像光束P是由第二透镜L2的下半部入射至该投影光学系统24中，然后，再由第二透镜L2的上半部离开该投影光学系统24而投射至成像面，如此一来，经反射膜26反射前的光学路径与经反射膜26反射后的光学路径不会互相交错，而可有效避免光学干涉，以提高投影成像质量。

以上所述仅为本实用新型较佳的可行实施例而已，在本实施例当中，投影仪100以及投影镜头20的光学架构系采取远心系统(telecentric system)的设计，但在其他应用上，并不以此为限，在一实施例中，也可采用非远心系统(non-telecentric system)的设计。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种投影仪，其包括有：

一影像光源产生装置，用于产生一影像光束；

一投影镜头，用于接收该影像光束并投射至一成像面，该投影镜头包括一中继光学系统以及一投影光学系统；该中继光学系统位于该影像光源产生装置以及该投影光学系统之间，用于接收该影像光束；该投影光学系统包括有一第一透镜以及一第二透镜，该第一透镜具有相背对的一第一光学面以及一第二光学面，该第一光学面上设有一反射膜；该第二透镜位于该第一透镜以及该中继光学系统之间，且该第二透镜具有相背对的一第三光学面以及一第四光学面，该第四光学面面对该中继光学系统；

其中，当该中继光学系统接收该影像光束后，该影像光束自该第四光学面射入该第二透镜，并由该第三光学面离开该第二透镜，再由第二光学面射入该第一透镜，并经由该反射膜反射后，自该第二光学面离开该第一透镜，再由该第三光学面射入该第二透镜，再由该第四光学面离开该第二透镜后，投射至该成像面。

2.如权利要求1所述的投影仪，其中，该投影镜头的主光线角度不大于40度。

3.如权利要求1所述的投影仪，其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径不大于该第二透镜的直径。

4.如权利要求3所述的投影仪，其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

5.如权利要求1所述的投影仪，其中，该中继光学系统具有最靠近该第二透镜的一第三透镜，该第三透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

6.如权利要求1所述的投影仪，其中，该第一透镜与该第二透镜均为弯月形透镜，该第一透镜的该第二光学面为凹面，该第二透镜的该第三光学面为凹面，该第二光学面与该第三光学面相面对。

7.如权利要求1所述的投影仪，其中，该第一透镜的该第二光学面具有至少一反曲点。

8.一种投影镜头，用于接收一影像光束并投射至一成像面，其包括有：

一中继光学系统，用于接收该影像光束；

一投影光学系统，包括有一第一透镜以及一第二透镜，该第一透镜具有相背对的一第一光学面以及一第二光学面，该第一光学面上设有一反射膜；该第二透镜位于该第一透镜以及该中继光学系统之间，且该第二透镜具有相背对的一第三光学面以及一第四光学面，该第四光学面面对该中继光学系统；

其中，当该中继光学系统接收该影像光束后，该影像光束自该第四光学面射入该第二透镜，并由该第三光学面离开该第二透镜，再由第二光学面射入该第一透镜，并经由该反射膜反射后，自该第二光学面离开该第一透镜，再由第三光学面射入该第二透镜，再由该第四光学面离开该第二透镜后，投射至该成像面。

9.如权利要求8所述的投影镜头，其中，该投影镜头的主光线角度不大于40度。

10.如权利要求8所述的投影镜头，其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径不大于该第二透镜的直径。

11.如权利要求10所述的投影镜头，其中，该中继光学系统中最大直径的透镜的直径为D3，该第二透镜之直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

12.如权利要求8所述的投影镜头，其中，该中继光学系统具有最靠近该第二透镜的一第三透镜，该第三透镜的直径为D3，该第二透镜的直径为D2，其满足以下条件：0.3≤D3/D2≤1.0。

13.如权利要求8所述的投影镜头，其中，该第一透镜与该第二透镜均为弯月形透镜，该第一透镜的该第二光学面为凹面，该第二透镜的该第三光学面为凹面，该第二光学面与该第三光学面相面对。

14.如权利要求8所述的投影镜头，其中，该第一透镜的该第二光学面具有至少一反曲点。