CN101354478B - 定焦镜头 - Google Patents

Abstract

一种定焦镜头，包括由物侧往像侧依序排列的一第一透镜群、一第二透镜群以及一第三透镜群。第一透镜群具有负屈光度，并包括由物侧往像侧排列的三透镜。第一透镜群中最靠近物侧的透镜为非球面透镜。第二透镜群具有正屈光度，并包括由物侧往像侧排列的二个透镜。第三透镜群具有正屈光度，并包括由物侧往像侧排列的六个透镜，且第三透镜群的这些透镜的屈光度由物侧往像侧依序为负、正、负、正、正、正。此定焦镜头满足下列条件：(i)0.2＜|F₁|/F＜3；(ii)0.5＜F₂/F＜3；(iii)0.5＜F₃/F＜3.5。其中，F、F₁、F₂及F₃分别为定焦镜头、第一透镜群、第二透镜群及第三透镜群的焦距。

Description

定焦镜头

技术领域

本发明关于一种镜头，且特别是关于一种定焦镜头(fixed-focuslens)。

背景技术

请参照图1，美国第6,452,728号专利案中所揭露的一种现有应用于背投影电视(rear projection television，RPTV)的定焦镜头100包括由一物侧(object side)往一像侧(image side)依序排列的一第一透镜群(lens group)110、一第二透镜群120以及一第三透镜群130。像侧设置有一光阀(light valve)50。第一透镜群110包括四片具有负屈光度(refractive power)的透镜112、114、116、118，其中透镜112为非球面透镜(aspheric lens)。第二透镜群120包括二片透镜122、124，此两透镜122、124的屈光度分别为正与负，且此两透镜122、124组成一胶合透镜(cemented lens)121。第三透镜群130包括六片透镜131、132、133、135、136、137，此六片透镜131、132、133、135、136、137的屈光度由物侧往像侧依序为正、负、正、正、正、正。此外，透镜132与133组成一胶合透镜134，而透镜137为非球面透镜。

在定焦镜头100中，由于第三透镜群130靠近光阀50，而光阀50靠近会产生热量的光源(未示出)，所以相较于其它透镜群，第三透镜群130通常会处于较高的温度。一般而言，第三透镜群130的各透镜会采用玻璃材质以抵抗高温。然而，在第三透镜群130中，最后一片透镜137为非球面透镜，而采用玻璃材质的非球面透镜较为昂贵，这会导致定焦镜头100的成本较高。若为了降低成本，而将透镜137设计为价格较为便宜的塑料非球面透镜，则透镜137容易因承受不了高温而变形，这会使得定焦镜头100的可靠度不佳。

发明内容

本发明提供一种定焦镜头，其成本可有效降低，且成像品质良好。

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。

为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种定焦镜头，其包括一第一透镜群、一第二透镜群以及一第三透镜群。第一透镜群具有负屈光度，并包括由一物侧往一像侧依序排列的一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜的三透镜。第一透镜为一非球面透镜。第二透镜群配置于第一透镜群与像侧之间，并具有正屈光度。第二透镜群包括由物侧往像侧排列的二个透镜。第三透镜群配置于第二透镜群与像侧之间，并具有正屈光度。第三透镜群包括由物侧往像侧排列的六个透镜，且第三透镜群的这些透镜的屈光度由物侧往像侧依序为负、正、负、正、正、正。此外，此定焦镜头满足下列三个条件：(i)0.2＜|F₁|/F＜3；(ii)0.5＜F₂/F＜3；(iii)0.5＜F₃/F＜3.5。其中，F为定焦镜头的焦距(focal length，EFL)，F₁为第一透镜群的焦距，F₂为第二透镜群的焦距，F₃为第三透镜群的焦距。

相较于现有定焦镜头，本发明的定焦镜头中的非球面透镜是配置于距离像侧较远的第一透镜群。当本发明的定焦镜头应用于投影系统中时，由于第一透镜群距离光源较远，而具有较低的温度，所以配置于第一透镜群的非球面透镜具有较大的设计弹性。举例来说，此非球面透镜可采用塑料材质，以降低本发明的定焦镜头的成本。此外，本发明的定焦镜头具有良好的成像品质。

附图说明

图1为一种现有应用于背投影电视的定焦镜头的结构示意图。

图2为本发明一实施例的定焦镜头的结构示意图。

图3A至图3C为图2的定焦镜头的成像光学模拟数据图。

图4为本发明另一实施例的定焦镜头的结构示意图。

图5A至图5C为图4的定焦镜头的成像光学模拟数据图。

具体实施方式

下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」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，而非用来限制本发明。

请参照图2，本发明一实施例的定焦镜头200包括一第一透镜群210、一第二透镜群220以及一第三透镜群230。第一透镜群210具有负屈光度，并包括由一物侧往一像侧排列的三透镜211。第一透镜群230中最靠近物侧的透镜211为一非球面透镜。在本实施例中，第一透镜群210的透镜211由物侧往像侧例如依序为一第一透镜212、一第二透镜214以及一第三透镜216，而第一透镜212、第二透镜214与第三透镜216的屈光度例如皆为负，且第一透镜212为非球面透镜。再者，在本实施例中，第一透镜212与第二透镜214例如皆为凸面朝向物侧的凸凹透镜，且第三透镜216例如为双凹透镜。

第二透镜群220配置于第一透镜群210与像侧之间，并具有正屈光度。第二透镜群220包括由物侧往像侧排列的二个透镜221。在本实施例中，第二透镜群220的透镜221由物侧往像侧例如依序为一第四透镜222以及一第五透镜224，而第四透镜222与第五透镜224的屈光度例如皆为正。再者，在本实施例中，第四透镜222例如为凸面朝向像侧的凹凸透镜，且第五透镜224例如为双凸透镜。

第三透镜群230配置于第二透镜群220与像侧之间，并具有正屈光度。第三透镜群230包括由物侧往像侧排列的六个透镜231，且第三透镜群230的这些透镜231的屈光度由物侧往像侧依序为负、正、负、正、正、正。在本实施例中，第三透镜群230的上述六个透镜231由物侧往像侧例如依序为一第六透镜232、一第七透镜233、一第八透镜234a、一第九透镜234b、一第十透镜235以及一第十一透镜236，且第八透镜234a与第九透镜234b可组成一胶合透镜234。再者，在本实施例中，第六透镜232至第十一透镜236例如依序为凸面朝向物侧的凸凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜、凸面朝向像侧的凹凸透镜以及双凸透镜。

一般而言，像侧可设置有一影像处理元件(image processingdevice)60，而在本实施例中影像处理元件60例如是光阀。此外，在本实施例中，定焦镜头200适于将影像处理元件60所提供的影像成像于物侧。再者，定焦镜头200可更包括一孔径光栏240，其配置于第二透镜群220与第三透镜群230之间。

另外，定焦镜头200同时满足下列三个条件：(i)0.2＜|F₁|/F＜3；(ii)0.5＜F₂/F＜3；(iii)0.5＜F₃/F＜3.5。其中，F为定焦镜头200的焦距，F₁为第一透镜群210的焦距，F₂为第二透镜群220的焦距，F₃为第三透镜群230的焦距。

相较于现有定焦镜头100(请参照图1)，本实施例的定焦镜头200中的非球面透镜(即第一透镜212)是配置于距离像侧较远的第一透镜群210。当定焦镜头200应用于投影系统中时，由于第一透镜群210距离配置于像侧的影像处理元件60以及靠近影像处理元件60的光源(未绘示)较远，而具有较低的温度，所以配置于第一透镜群210的非球面透镜(即第一透镜212)具有较大的设计弹性。举例来说，此非球面透镜(即第一透镜212)可采用塑料材质，以降低本发明的定焦镜头200的成本。

以下内容将举出定焦镜头200的一实施例。需注意的是，下述的表一及表二中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。

(表一)

在表一中，间距是指两相邻表面间于主轴上的直线距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间于主轴上的直线距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、折射率(refractive index)与阿贝数(Abbe number)请参照同列中各间距、折射率与阿贝数对应的数值。此外，在表一中，表面S1、S2为第一透镜212的两表面，表面S3、S4为第二透镜214的两表面，而表面S5、S6为第三透镜216的两表面。表面S7、S8为第四透镜222的两表面，而表面S9、S10为第五透镜224的两表面。表面S11为孔径光栏240。表面S12、S13为第六透镜232的两表面，而表面S14、S15为第七透镜233的两表面。表面S16为第八透镜234a的面向物侧的表面，表面S17为第八透镜234a与第九透镜234b相连的表面，而表面S18为第九透镜234b的面向像侧的表面。表面S19、S20为第十透镜235的两表面，而表面S21、S22为第十一透镜236的两表面。表面S23、S24为一内部全反射棱镜(totalinternal reflection prism，TIR prism)70的两表面，表面S25、S26为一用于保护影像处理元件60的玻璃盖(cover glass)80的两表面。表面S26那列(row)中所填的间距为表面S26到影像处理元件60的间距。

关于各表面的曲率半径、间距等参数值，请参照表一，在此不再重述。

上述的表面S1、S2为非球而，而其可用下列公式表示：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+A_1{r}^2+A_2{r}^4+A_3{r}^6+A_4{r}^8+A_5{r}^{10}+...$

式中，Z为光轴方向的偏移量(sag)，c是密切球面(osculatingsphere)的半径的倒数，也就是接近光轴处的曲率半径(如表格内S1、S2的曲率半径)的倒数。k是二次曲面系数(conic)，r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅...为非球面系数(aspheric coefficient)，其中系数A₁、A₃、A₅及A₇皆为0。表二所列出的是表面S1与表面S2的参数值。

(表二)

非球面参数	二次曲面系数k	系数A<sub>2</sub>	系数A<sub>4</sub>	系数A<sub>6</sub>	系数A<sub>8</sub>
						S1	-2.58414	2.65156E-06	-1.17605E-09	1.32484E-12	-2.68034E-16
S2	-2.42926	5.17045E-06	-7.76717E-09	6.88991E-12	-2.60345E-15

定焦镜头200具有良好的成像品质。换言之，定焦镜头200的成像的像差(aberration)校正良好，且鬼影(ghost image)也受到有效的抑制。此外，即使在成像的分辨率(resolution)较高的情况下，定焦镜头200仍能够有效降低像差及畸变(distortion)的程度。以下内容将以光学模拟数据来验证上述定焦镜头200的优点。

图3A至图3C为图2的定焦镜头的成像光学模拟数据图。请参照图3A至图3C，其中图3A为光学传递函数(modulation transferfunction，MTF)曲线图，其横轴为每周期/毫米(mm)的空间频率(spatial frequency in cycles per millimeter)，纵轴为光学转移函数的模数(modulus of the OTF)。由图3A可知，当空间频率为47周期/毫米时，光学传递函数仍大于58％。图3B中由左至右依序为场曲(field curvature)与畸变的图形，其中最大场(maximumfield)为36.719度，参考波长为550nm，而畸变率在±0.2％以内。图3C为位于物侧的一亮度均匀的虚拟画面经由定焦镜头200成像于影像处理元件60(请参照图2)的相对照度(relative illumination)的图形，其中横轴为像高，而纵轴为相对照度。由图3C可知，相对照度均大于85％。承上述，图3A至图3C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定焦镜头200具有良好的成像品质。

一般而言，非球面透镜的价格较球面透镜昂贵。相较于现有定焦镜头100(请参照图1)采用二片非球面透镜，本实施例的定焦镜头200可仅采用一片非球面透镜就能达到良好的成像品质，所以本实施例的定焦镜头100兼具成像品质良好与成本较低等优点。

请参照图4，本发明另一实施例的定焦镜头200’与上述定焦镜头200(请参照图2)类似，两者的差异处在于：在定焦镜头200’中，第二透镜群220’更包括一第十二透镜226，其配置于第五透镜224与第三透镜群230’之间，并具有正屈光度。具体而言，第十二透镜226例如为一双凸透镜。此外，第三透镜群230’更包括一第十三透镜237，其配置于第十一透镜236与像侧之间，并具有正屈光度。具体而言，第十三透镜237例如为一双凸透镜。另外，在本实施例中，第三透镜群230’的第十透镜235’例如为双凸透镜。本实施例的定焦镜头200’具有上述定焦镜头200(请参照图2)的优点与功效，在此不再重述。

以下内容将举出定焦镜头200’的一实施例，但本发明并不以此为限。请参照图4、表三及表四。

(表三)

(表四)

非球面参数	二次曲面系数k	系数A<sub>2</sub>	系数A<sub>4</sub>	系数A<sub>6</sub>	系数A<sub>8</sub>
						S1	-1.76967	2.93298E-06	-1.36180E-09	1.75937E-12	-4.54364E-16
S2	-2.71936	6.07925E-06	-6.89336E-09	7.05999E-12	-3.39019E-15

表三中，表面S1～S18、S21～S26与表一相同。表而S19、S20为第十透镜235’的两表面，表面S27、S28为第十二透镜226的两表面，而表面S29、S30为第十三透镜237的两表面。

图5A至图5C为图4的定焦镜头的成像光学模拟数据图。请参照图5A至图5C，其中图5A为光学传递函数曲线图，其横轴为每周期/毫米的空间频率，纵轴为光学转移函数的模数。由图5A可知，当空间频率为47周期/毫米时，光学传递函数仍大于59％。图5B中由左至右依序为场曲与畸变的图形，其中最大场为36.933度，参考波长为550nm，而畸变率在±0.2％以内。图5C为位于物侧的一亮度均匀的虚拟画面经由定焦镜头200’成像于影像处理元件60(请参照图4)的相对照度的图形，其中横轴为像高，而纵轴为相对照度。由图5C可知，相对照度均大于85％。承上述，图5A至图5C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定焦镜头200’具有良好的成像品质。

综上所述，相较于现有定焦镜头，本发明的定焦镜头中的非球面透镜是配置于距离像侧较远的第一透镜群。当本发明的定焦镜头应用于投影系统中时，由于第一透镜群距离光源较远，而具有较低的温度，所以配置于第一透镜群的非球面透镜具有较大的设计弹性。举例来说，此非球面透镜可采用塑料材质，以降低本发明的定焦镜头的成本。

此外，本发明的定焦镜头具有良好的成像品质。换言之，本发明的定焦镜头的成像的像差校正良好，且鬼影也受到有效的抑制。再者，即使在成像的分辨率较高的情况下，本发明的定焦镜头仍能够有效降低像差及畸变的程度。另外，相较于现有定焦镜头采用二片非球面透镜，本发明的定焦镜头可仅采用一片非球面透镜就能达到良好的成像品质，所以本发明的定焦镜头兼具成像品质良好与成本较低等优点。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

主要符号名称列表

50：光阀

60：影像处理元件

70：内部全反射棱镜

80：玻璃盖

100、200、200’：定焦镜头

110、210：第一透镜群

112、114、116、118、122、124、131、132、133、135、136、137、211、221、231：透镜

120、220、220’：第二透镜群

121、134、234：胶合透镜

130、230、230’：第三透镜群

212：第一透镜

214：第二透镜

216：第三透镜

222：第四透镜

224：第五透镜

226：第十二透镜

232：第六透镜

233：第七透镜

234a：第八透镜

234b：第九透镜

235、235’：第十透镜

236：第十一透镜

237：第十三透镜

240：孔径光栏

S1～S30：表面

Claims (12)

1.一种定焦镜头，包括：

一第一透镜群，具有负屈光度，该第一透镜群包括由一物侧往一像侧依序排列的一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜为一非球面透镜；

一第二透镜群，配置于该第一透镜群与该像侧之间，并具有正屈光度，该第二透镜群包括由该物侧往该像侧排列的二个透镜；以及

一第三透镜群，配置于该第二透镜群与该像侧之间，并具有正屈光度，该第三透镜群包括由该物侧往该像侧排列的六个透镜，该第三透镜群的这些透镜的屈光度由该物侧往该像侧依序为负、正、负、正、正、正，

其中，F为该定焦镜头的焦距，F₁为该第一透镜群的焦距，F₂为该第二透镜群的焦距，F₃为该第三透镜群的焦距，而0.2＜|F₁|/F＜3、0.5＜F₂/F＜3且0.5＜F₃/F＜3.5。

2.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第一透镜、该第二透镜与该第三透镜的屈光度皆为负。

3.如权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，该第一透镜与该第二透镜皆为凸面朝向该物侧的凸凹透镜，且该第三透镜为双凹透镜。

4.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第二透镜群的这些透镜由该物侧往该像侧依序为一第四透镜以及一第五透镜，该笫四透镜与该第五透镜的屈光度皆为正。

5.如权利要求4所述的定焦镜头，其特征在于，该第四透镜为凸面朝向该像侧的凹凸透镜，且该第五透镜为双凸透镜。

6.如权利要求4所述的定焦镜头，其特征在于，该第二透镜群还包括一第十二透镜，配置于该第五透镜与该第三透镜群之间，并具有正屈光度。

7.如权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，该第四透镜为凸面朝向该像侧的凹凸透镜，且该第五透镜与该第十二透镜皆为双凸透镜。

8.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，该第三透镜群的这些透镜由该物侧往该像侧依序为一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜、一第九透镜、一第十透镜及一第十一透镜，且该第八透镜与该第九透镜组成一胶合透镜。

9.如权利要求8所述的定焦镜头，其特征在于，该第六透镜、该第七透镜、该第八透镜、该第九透镜、该第十透镜及该第十一透镜依序为凸面朝向该物侧的凸凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜、凸面朝向该像侧的凹凸透镜以及双凸透镜。

10.如权利要求8所述的定焦镜头，其特征在于，该第三透镜群还包括一第十三透镜，配置于该第十一透镜与该像侧之间，并具有正屈光度。

11.如权利要求10所述的定焦镜头，其特征在于，该第六透镜、该第七透镜、该第八透镜、该第九透镜、该第十透镜及该第十一透镜依序为凸面朝向该物侧的凸凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜及双凸透镜，且该第十三透镜为双凸透镜。

12.如权利要求1所述的定焦镜头，还包括一孔径光栏，配置于该第二透镜群与该第三透镜群之间。

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