CN102401987A

CN102401987A - 变焦镜头

Info

Publication number: CN102401987A
Application number: CN2010102832926A
Authority: CN
Inventors: 廖陈成
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-04-04

Abstract

一种变焦镜头，包括由放大侧往缩小侧依序排列的一第一透镜群、一第二透镜群及一第三透镜群。第一透镜群具有正屈光度，且包括一第一透镜。第一透镜具有正屈光度。第二透镜群具有负屈光度，且包括由放大侧往缩小侧依序排列的一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜。第二透镜、第三透镜及第四透镜的屈光度依序为负、负及正。第三透镜群具有正屈光度，且包括由放大侧往缩小侧依序排列的一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜及一第八透镜。第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八透镜的屈光度依序为正、正、负及正。本发明的变焦镜头，具有较大的光圈、成本较低，且制造公差的敏感度较低而利于大量生产。

Description

变焦镜头

【技术领域】

本发明是有关于一种镜头，且特别是有关于一种变焦镜头。

【背景技术】

随着光电科技的进步，高亮度、低价格的投影镜头一直是市场的趋势。高亮度的镜头代表具有较小的光圈值(f number)，而一般高亮度的镜头的光圈值多为2.4。然而，为了获得更高的光通量，除了使用高功率的光源外(例如采用大瓦数的发光二极管或高压汞灯)，使用大光圈镜头是另一有效的方法。但是，光圈变大的同时代表镜片相对变大，随之而来的像差会急剧增加，而光学设计上的困难度也就大幅提升。

因此，许多习知技术不是使用非球面透镜来矫正像差，就是增加透镜的数目，如美国专利第7075622号及第7038857号。如此一来，则与要达到降低成本的目标相互违背。此外，使用非球面镜片可能会提高公差的敏感度，而使镜头组装不易。再者，增加透镜数目亦会使整个系统成本增加。另外，非球面透镜一般是采用树脂材料，而树脂材料会无法承受高温，尤其在投影装置的光源温度较高的情况下此现象更为显著。

此外，日本专利第8-201690号揭露了一种投影机的变焦投影镜头，此镜头具有10枚透镜，且分成三个透镜群。美国专利第7315425的图1揭露了一投影光学系统，具有8枚透镜，且分成三个透镜群。

【发明内容】

本发明提供一种变焦镜头，具有较大的光圈、成本较低，且制造公差的敏感度较低而利于大量生产。

本发明的其他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。

为达上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种变焦镜头，包括一第一透镜群、一第二透镜群及一第三透镜群。第一透镜群配置于一放大侧与一缩小侧之间，且具有正屈光度(refractivepower)。第一透镜群包括一第一透镜，且第一透镜具有正屈光度。第二透镜群配置于第一透镜群与缩小侧之间，且具有负屈光度。第二透镜群包括由放大侧往缩小侧依序排列的一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，且第二透镜、第三透镜及第四透镜的屈光度依序为负、负及正。第三透镜群配置于第二透镜群与缩小侧之间，且具有正屈光度。第三透镜群包括由放大侧往缩小侧依序排列的一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜及一第八透镜，且第五透镜、第六透镜、第七透镜及第八透镜的屈光度依序为正、正、负及正。变焦镜头符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，其中f₂为第二透镜群的有效焦距(effective focal length)，且f₃为第三透镜群的有效焦距。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜群为固定群，该第二透镜群为变焦群，且该第三透镜群为变焦补偿及对焦群。

所述的变焦镜头，其特征在于：该变焦镜头符合0.25＜R/f₃＜8.5，其中R为该第六透镜朝向该放大侧的表面的曲率半径。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第三透镜与该第四透镜构成一双胶合透镜。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第六透镜与该第七透镜构成一双胶合透镜。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜、该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜及该第八透镜皆为球面透镜。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜为一凸面朝向该放大侧的平凸透镜，该第二透镜为一双凹透镜，该第三透镜为一双凹透镜，该第四透镜为一双凸透镜，该第五透镜为一双凸透镜，该第六透镜为一双凸透镜，该第七透镜为一双凹透镜，且该第八透镜为一双凸透镜。

所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜，该第二透镜为一双凹透镜，该第三透镜为一凸面朝向该缩小侧的凸凹透镜，该第四透镜为一凸面朝向该缩小侧的凹凸透镜，该第五透镜为一双凸透镜，该第六透镜为一双凸透镜，该第七透镜为一双凹透镜，且该第八透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜。

本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。由于本发明的实施例的变焦镜头具有由放大侧至缩小侧的屈光度依序为正、负、负、正、正、正、负及正的第一至第八透镜，且具有屈光度依序为正、负及正的第一至第三透镜群，再加上变焦镜头符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，因此本发明的实施例的变焦镜头具有较大的光圈，且制造公差的敏感度较低而利于大量生产。

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，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1A为本发明的一实施例的变焦镜头于广角端的结构示意图。

图1B为图1A的变焦镜头于望远端的结构示意图。

图2A为图1A的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图。

图2B为图1B的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。

图3A为本发明的另一实施例的变焦镜头于广角端的结构示意图。

图3B为图3A的变焦镜头于望远端的结构示意图。

图4A为图3A的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图。

图4B为图3B的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。

50：影像显示元件

100、100’：变焦镜头

110、110’：第一透镜群

112、112’：第一透镜

120、120’：第二透镜群

122：第二透镜

124、124’：第三透镜

126、126’：第四透镜

127、127’、137：双胶合透镜

130、130’：第三透镜群

132：第五透镜

134：第六透镜

136：第七透镜

138、138’：第八透镜

A：光轴

S1～S15：表面

【具体实施方式】

有关本发明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一较佳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发明。

图1A为本发明的一实施例的变焦镜头于广角端的结构示意图，而图1B为图1A的变焦镜头于望远端的结构示意图。请参照图1A与图1B，本实施例的变焦镜头100用于投影装置中以作为投影镜头，并用以将位于缩小侧的一影像显示元件50所产生的影像投影至放大侧的一屏幕(未绘示)上，其中影像显示元件50例如为数位微反射镜元件(digital micro-mirrordevice，DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOSpanel)、穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)、其他空间光调变器(spatial light modulator)、幻灯片或其他待投影物体。

本实施例的变焦镜头100包括一第一透镜群110、一第二透镜群120及一第三透镜群130。第一透镜群110配置于一放大侧与一缩小侧之间，且具有正屈光度。第一透镜群110包括一第一透镜112，且第一透镜112具有正屈光度。第二透镜群120配置于第一透镜群110与缩小侧之间，且具有负屈光度。第二透镜群120包括由放大侧往缩小侧排列，依序为一第二透镜122、一第三透镜124及一第四透镜126，且第二透镜122、第三透镜124及第四透镜126的屈光度依序为负、负及正。第三透镜群130配置于第二透镜群120与缩小侧之间，且具有正屈光度。第三透镜群130包括由放大侧往缩小侧排列，依序为一第五透镜132、一第六透镜134、一第七透镜136及一第八透镜138，且第五透镜132、第六透镜134、第七透镜136及第八透镜138的屈光度依序为正、正、负及正。

此外，变焦镜头100符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，其中f₂为第二透镜群的有效焦距，且f₃为第三透镜群的有效焦距。当|f₃/f₂|在0.8以上时，第三透镜群130的有效焦距相对变长，或第二透镜群120的有效焦距相对变短，如此容易造成彗差及像差矫正不易，且解像力(resolution)容易变差。当|f₃/f₂|在0.3以下时，第二透镜群120的有效焦距相对变长，或第三透镜群130的有效焦距相对变短，如此难以达到两倍以上的变焦比(zoom ratio)。换言之，由于本实施例的变焦镜头100符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，因此变焦镜头100可同时具有较高的变焦比与较佳的成像品质，例如彗差较小、像差较小，且解像力较高。

由于本实施例的变焦镜头100具有由放大侧至缩小侧的屈光度依序为正、负、负、正、正、正、负及正的第一至第八透镜112～138，且具有屈光度依序为正、负及正的第一至第三透镜群110～130，再加上变焦镜头符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，因此本实施例的变焦镜头100具有较大的光圈，且制造公差的敏感度较低而利于大量生产。再者，本实施例的变焦镜头100可使用8片透镜来达成大光圈变焦，因此架构较为简单，而使得成本可有效降低。在本实施例中，第一透镜112、第二透镜122、第三透镜124、第四透镜126、第五透镜132、第六透镜134、第七透镜136及第八透镜138皆为球面透镜，例如皆为玻璃球面透镜，因此除了可以降低成本之外，且对投影光源的高温的忍受力较强。

在本实施例中，第一透镜群110为固定群，第二透镜群120为变焦群，且第三透镜群130为变焦补偿及对焦群。换言之，第一透镜群110相对于缩小侧固定不动，例如是相对于缩小侧的影像显示元件50为固定不动。第二透镜群120用以相对于第一透镜群110及缩小侧移动，以产生变焦的效果。第三透镜群130适于随着第二透镜群120的移动而相对于第一透镜群110移动至适当的位置，以达到变焦补偿，或者第三透镜群130用以相对于第二透镜群120移动以完成对焦。

在本实施例中，第三透镜124与第四透镜126构成一双胶合透镜127，而第六透镜134与第七透镜136构成一双胶合透镜137。此外，在本实施例中，第一透镜112例如为一凸面朝向放大侧的平凸透镜，第二透镜122例如为一双凹透镜，第三透镜124例如为一双凹透镜，第四透镜126例如为一双凸透镜，第五透镜132例如为一双凸透镜，第六透镜134例如为一双凸透镜，第七透镜136例如为一双凹透镜，且第八透镜138例如为一双凸透镜，但本发明不以此为限。

为了使变焦镜头100具有更佳的光学成像品质，在本实施例中，可使变焦镜头100进一步符合0.25＜R/f₃＜8.5，其中R为第六透镜134朝向放大侧的表面(即表面S10)的曲率半径。当R/f₃在8.5以上时，R相对变长或第三透镜群130的有效焦距相对变小，则难以平衡变焦镜头100在广角端或望远端的光学系统球差。为区分广角端或望远端的光学系统，该广角端光学系统可参阅图1A所示、望远端光学系统可参阅图1B所示，由图可知在广角端的光学系统中第二透镜群120较靠近第一透镜群110，而望远端的光学系统中第二透镜群120较靠近第三透镜群130。当R/f₃在0.25以下时，R相对变短或第三透镜群130的有效焦距相对变长，如此易造成像差矫正不易，这在变焦镜头100的光圈较大时尤其明显。由于本实施例的变焦镜头100符合0.25＜R/f₃＜8.5，因此可有效平衡球差及有效矫正像差，而达到较佳的光学成像品质。此外，在本实施例中，孔径光栏设于第二透镜群120与第三透镜群130之间。

以下内容将举出变焦镜头100的一实施例。需注意的是，下述的表一与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)

(表二)

F_eff	38.687～74.034
		Fnumber	1.5～1.8
f₂	-90.68
		f₃	50.863
\|f₃/f₂\|	0.561
		R/f₃	0.44

在表一中，间距是指两相邻表面间于投影镜头100的光轴A上的直线距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间于光轴A上的直线距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、折射率与阿贝数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112的两表面，表面S3、S4为第二透镜121的两表面，表面S5为第三透镜124的面向放大侧的表面，表面S6为连接第三透镜124与第四透镜126的表面，且表面S7为第四透镜126的面向缩小侧的表面。表面S8、S9为第五透镜132的两表面。表面S10为第六透镜134的面向放大侧的表面，表面S11为连接第六透镜134与第七透镜136的表面，且表面S12为第七透镜的面向缩小侧的表面。表面S13与S14为第八透镜的两表面。表面S15那列中的间距是指表面S14至缩小侧的影像显示元件50的距离。

在表二中，举出上述两公式中的各参数在一实施例中的数值及其他参数以供参考。举例而言，F_eff是代表变焦镜头100的有效焦距，在表二中Feff可从38.687变化至74.034，而单位为(mm)。F number代表变焦镜头100的光圈值，在表二中变焦镜头100的光圈值可从1.5变化至1.8。f₂的值则为-90.68毫米，其余参数值的参照方式可以此类推。

图2A为图1A的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图，而图2B为图1B的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。请参照图2A与图2B，此两图中的每一张图由左至右依序为变焦镜头100的球面像差(sphericalaberration)、像散(astigmatism)、畸变(distortion)及横向色差(lateralcolor)的光学模拟图形，其中球面像差的两个曲线是分别以g线(g line)与d线(d line)所模拟出来的，而像散的两个曲线则分别模拟了弧矢(sagittal)方向与子午(tangential)方向的情形，其中以S标示的为弧矢方向的情形，而以T标示的则为子午方向的情形。此外，横向色差则是以g线模拟出来的。图2A及图2B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变焦镜头100无论是在广角端或在望远端皆确实能够具有良好的光学成像品质。

图3A为本发明的另一实施例的变焦镜头于广角端的结构示意图，而图3B为图3A的变焦镜头于望远端的结构示意图。请参照图3A与图3B，本实施例的变焦镜头100’与图1A及图1B的变焦镜头100类似，而两者的主要差异如下所述。在本实施例的变焦镜头100’的第一透镜群110’中，第一透镜112’例如为一凸面朝向放大侧的凹凸透镜。此外，在第二透镜群120’中，双胶合透镜127’的第三透镜124’例如为一凸面朝向缩小侧的凸凹透镜，且双胶合透镜127’的第四透镜126’例如为一凸面朝向缩小侧的凹凸透镜。再者，在第三透镜群130’中，第八透镜138’例如为一凸面朝向放大侧的凹凸透镜。

以下举出变焦镜头100’的一实施例的数据，但本发明不以此为限。

(表三)

(表四)

F_eff	37.66～75.667
		F number	1.6～1.6
f₂	-82.21
		f₃	47.541
\|f₃/f₂\|	0.578
		R/f₃	0.467

表三中，表面S3～S4及S8～S12的物理意义可参照上述表一的说明，且与表一中的表面S3～S4及S8～S12为同类型的表面。此外，在表三中，表面S1与S2为第一透镜112’的两表面。表面S5为第三透镜124’面向放大侧的表面，表面S6为连接第三透镜124’与第四透镜126’的表面，且表面S7为第四透镜126’面向缩小侧的表面。此外，表面S13与S14为第八透镜138’的两表面。表三中，表面S14那列的间距数值代表表面S14至缩小侧的影像显示元件50的距离。

表四各数值的参照方式与物理意义可参照上述表二的说明，在此不再重述。值得注意的是，由表四可知本实施例的变焦镜头100’的F number实质上维持于1.6附近，代表变焦镜头100’具有恒定光圈。

图4A为图3A的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图，而图4B为图3B的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。请参照图4A与图4B，此两图中的每一张图由左至右依序为变焦镜头100’的球面像差、像散、畸变及横向色差的光学模拟图形，其中球面像差的两个曲线是分别以g线(gline)与d线(d line)所模拟出来的，而像散的两个曲线则分别模拟了弧矢方向与子午方向的情形，其中以S标示的为弧矢方向的情形，而以T标示的则为子午方向的情形。此外，横向色差则是以g线(g line)模拟出来的。图4A及图4B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变焦镜头100’无论是在广角端或在望远端皆确实能够具有良好的光学成像品质。

综上所述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。由于本发明的实施例的变焦镜头具有由放大侧至缩小侧的屈光度依序为正、负、负、正、正、正、负及正的第一至第八透镜，且具有屈光度依序为正、负及正的第一至第三透镜群，再加上变焦镜头符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，因此本发明的实施例的变焦镜头具有较大的光圈，且制造公差的敏感度较低而利于大量生产。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。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。

Claims

1.一种变焦镜头，包括：

一第一透镜群，配置于一放大侧与一缩小侧之间，且具有正屈光度，其中该第一透镜群包括一第一透镜，且该第一透镜具有正屈光度；

一第二透镜群，配置于该第一透镜群与该缩小侧之间，且具有负屈光度，其中该第二透镜群包括由该放大侧往该缩小侧依序排列的一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，且该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜的屈光度依序为负、负及正；以及

一第三透镜群，配置于该第二透镜群与该缩小侧之间，且具有正屈光度，其中该第三透镜群包括由该放大侧往该缩小侧依序排列的一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜及一第八透镜，且该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜及该第八透镜的屈光度依序为正、正、负及正，

其中，该变焦镜头符合0.3＜|f₃/f₂|＜0.8，其中f₂为该第二透镜群的有效焦距，且f₃为该第三透镜群的有效焦距。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜群为固定群，该第二透镜群为变焦群，且该第三透镜群为变焦补偿及对焦群。

3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该变焦镜头符合0.25＜R/f₃＜8.5，其中R为该第六透镜朝向该放大侧的表面的曲率半径。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第三透镜与该第四透镜构成一双胶合透镜。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第六透镜与该第七透镜构成一双胶合透镜。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜、该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜及该第八透镜皆为球面透镜。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜为一凸面朝向该放大侧的平凸透镜，该第二透镜为一双凹透镜，该第三透镜为一双凹透镜，该第四透镜为一双凸透镜，该第五透镜为一双凸透镜，该第六透镜为一双凸透镜，该第七透镜为一双凹透镜，且该第八透镜为一双凸透镜。

8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于：该第一透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜，该第二透镜为一双凹透镜，该第三透镜为一凸面朝向该缩小侧的凸凹透镜，该第四透镜为一凸面朝向该缩小侧的凹凸透镜，该第五透镜为一双凸透镜，该第六透镜为一双凸透镜，该第七透镜为一双凹透镜，且该第八透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜。