CN114815465A - 投影镜头 - Google Patents

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CN114815465A CN202110436725.5A CN202110436725A CN114815465A CN 114815465 A CN114815465 A CN 114815465A CN 202110436725 A CN202110436725 A CN 202110436725A CN 114815465 A CN114815465 A CN 114815465A
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陈信德
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Abstract

本发明提供一种投影镜头，其自放大侧到缩小侧依序包括第一透镜组以及第二透镜组。第一透镜组与第二透镜组由镜头镜筒的最小内径处区隔。第一透镜组包括4至6片的球面透镜，且第一透镜组的屈光力为负。第二透镜组包括4至6片的透镜，其中一片透镜为非球面透镜，且第二透镜组的屈光力为正。投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％。

Description

投影镜头
技术领域
本发明涉及一种镜头，尤其涉及一种定焦投影镜头。
背景技术
光学镜头通常应用于取像或投影，因此其使用波段通常是可见光或红外光。然而，随着科技进步，应用于紫外光(Ultraviolet light)的产品逐渐增加。例如，使用紫外光光源的3D打印机。因此，亟需发展出能提供良好成像或取像效果，以及提供较小像差的光学镜头。
发明内容
本发明是针对一种投影镜头，其在紫外光波段能提供良好的光学效果。
本发明一实施例的投影镜头，其自放大侧到缩小侧依序包括第一透镜组以及第二透镜组。第一透镜组与第二透镜组由镜头镜筒的最小内径处区隔。第一透镜组包括4至6片的球面透镜，且第一透镜组的屈光力(refractive power)为负。第二透镜组包括4至6片的透镜，其中一片透镜为非球面透镜，且第二透镜组的屈光力为正。投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％。
本发明一实施例的投影镜头，其自放大侧到缩小侧依序包括第一透镜组以及第二透镜组。第一透镜组由3至5片的球面透镜组成，第一透镜组的屈光力为负，且第一透镜组设于第一镜筒内。第二透镜组包括非球面透镜，由5至7片透镜组成。第二透镜组的屈光力为正，且第二透镜组设于第二镜筒内。投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％。
基于上述，由于本发明一实施例的投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％，因此，投影镜头适于使用于紫外光波段。
附图说明
图1示出为本发明的第一实施例的投影镜头的剖面示意图；
图2示出为本发明的第二实施例的投影镜头的剖面示意图；
图3示出为本发明的第三实施例的投影镜头的剖面示意图；
图4示出为本发明的第四实施例的投影镜头的剖面示意图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1示出为本发明的第一实施例的投影镜头的剖面示意图。请参照图1，在本实施例中，投影镜头100自放大侧A1到缩小侧A2依序包括透镜组G1以及透镜组G2。
在本实施例中，透镜组G1(可称为第一透镜组)包括4至6片球面透镜，且透镜组G1的屈光力为负。详细来说，透镜组G1沿光轴I自放大侧A1到缩小侧A2依序包括透镜L1(可称为第一透镜)、透镜L2(可称为第二透镜)、透镜L3(可称为第三透镜)、透镜L4(可称为第四透镜)、透镜L5(可称为第五透镜)以及透镜L6(可称为第六透镜)。透镜组G1的透镜L1至透镜L6皆为玻璃球面透镜。此外，透镜L1至透镜L6的屈光力分别为正、负、负、负、正、正。
在另一实施例中，透镜组G1也可由3至5片的球面透镜组成，例如图4的投影镜头400。
在本实施例中，透镜组G2(可称为第二透镜组)包括4至6片的透镜。透镜组G2的屈光力为正，且透镜组G2的其中一片透镜为非球面透镜。详细来说，透镜组G2沿光轴I自放大侧A1到缩小侧A2依序包括透镜L7(可称为第七透镜)、透镜L8(可称为第八透镜)、透镜L9(可称为第九透镜)以及透镜L10(可称为第十透镜)。透镜组G2的透镜L7至透镜L9皆为玻璃球面透镜。透镜L10设计为玻璃非球面透镜，用以消除光学像差。此外，透镜L7至透镜L10的屈光力分别为负、正、正、正。
在另一实施例中，透镜组G2也可由5至7片透镜组成，例如图4的投影镜头400。
在本实施例中，透镜组G1设于镜筒B1(可称为第一镜筒)内，且透镜组G2设于镜筒B2(可称为第二镜筒)内。投影镜头100还包括主镜筒MB，且镜筒B1与镜筒B2设于主镜筒MB内。其中，镜筒B1包覆镜筒B2，且主镜筒MB包覆镜筒B1与镜筒B2。此外，透镜组G1与透镜组G2由镜头镜筒的最小内径处区隔。镜头镜筒的最小内径处例如是在透镜L6与透镜L7之间的光圈S的位置。
在一实施例中，投影镜头100包括十片透镜，其屈光力自放大侧A1到缩小侧A2依序为正、负、负、负、正、正、负、正、正、正。
在本实施例中，由于投影镜头100被设计为在紫外光波段有良好光学效果，投影镜头100较佳是不具有胶合镜片(cemented lens)。也就是说，投影镜头100的透镜较佳是以机构件维持之间的间距。
在本实施例中，投影镜头100在365纳米波长下的透射率大于等于75％。而且，投影镜头100的每一透镜的材质，在365纳米波长且10毫米厚的透射率大于等于80％，使投影镜头100适于使用于紫外光波段。
在本实施例中，投影镜头100满足以下的条件式：13≦TTL/H≦21，其中TTL为投影镜头100的总长，且H为投影镜头100在缩小侧A2的成像面的像高，其中成像面例如是数字微镜器件150的位置。
在本实施例中，投影镜头100的投射比(throw ratio)，即投影镜头100与在放大侧A1的投影画面的之间距离(投影距离)相对于投影画面的宽度的比值，为1.0。
在本实施例中，投影镜头100的光圈数(F-number,Fno)为2.2。
在本实施例中，透镜组G1与透镜组G2各自在相对于在缩小侧A2的成像面之间的距离为可变的。
在本实施例中，投影镜头100的光学像差(Optical Distortion)小于0.25％。
在本实施例中，投影镜头100的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)大于等于8且小于等于14。
而于本例中，前述的各元件的实际设计可见于下列表一。
表一
Figure BDA0003033335520000041
请同时参照图1、表一。具体来说，本实施例中的投影镜头100，透镜L1由放大侧A1至缩小侧A2依序为表面S3与表面S4，透镜L2由放大侧A1至缩小侧A2依序为表面S5与表面S6，依此类推，各元件所对应的表面则不再重复赘述。其中，光圈S与数字微镜器件(DigitalMicromirror Device,DMD)150的显示面分别以表面S15与表面S30来表示，且其曲率半径为无限大(即为垂直光轴I的平面)。
此外，表一中的间隔为该表面由放大侧A1至缩小侧A2的下一个表面之间的间隔，例如是，透镜L1的厚度为2.96E+00毫米，透镜L1和透镜L2的距离1.00E-01毫米，透镜L2的厚度为1.37E+00毫米、透镜L2和透镜L3的距离3.36E+00毫米，以此类推而不再重复赘述。
其中，透镜L1的表面S3的半径为正，且透镜L1的表面S4的半径为0，因此，透镜L1为平凸透镜，其中，半径为正是代表表面的中央朝向放大侧A1偏移，如表面S3那样，此外，半径为负是代表表面的中央朝向缩小侧A2偏移，如表面S11那样。而透镜L2的表面S5的半径为正，透镜L2的表面S6的半径为正，且透镜L2的表面S5的半径的绝对值小于透镜L2的表面S6的半径的绝对值，因此，透镜L2为凹面朝向缩小侧A2的负弯月形透镜；依此类推，透镜L3为凹面朝向缩小侧A2的负弯月形透镜；透镜L4为平凹透镜；透镜L5为凹面朝向放大侧A1的正弯月形透镜；透镜L6为凹面朝向放大侧A1的负弯月形透镜；透镜L7为平凹透镜；透镜L8为平凸透镜；透镜L9为双凸透镜；透镜L10为双凸透镜。
在本实施例中，投影镜头100的总长(TTL，透镜L1的表面S3至透镜L10的表面S23的距离)为76.98毫米。投影镜头100的视角(Field of View,FOV)为50.38度，且投影镜头100的有效焦距(Effective Focal Length,EFL)为8.37毫米。
在本实施例中，投影镜头100的其中两片透镜之间的间隔小于等于0.01毫米，且该其中两片透镜为非胶合透镜。例如，透镜L7与透镜L8之间的间隔为0.001毫米。由于投影镜头100被设计为在紫外光波段有良好光学效果，因此，在投影镜头100的间隔小于等于0.01毫米的两片透镜中，此两片透镜为非胶合透镜，而较佳是以机构件维持之间的间距。
再者，在本实施例中，可选用尺寸较小的数字微镜器件150，并配合穿透式平顺图像装置(transmissive smooth picture,TSP)120来取代既有较高规格的产品，因此可节省成本。其中，穿透式平顺图像装置120为平板，可经由振动而使得投影后的影像的像素点很小程度地晕开，以避免像素的颗粒状被使用者观察出来。
下方表二列出透镜L10的表面S22与表面S23的二次曲面系数值K与各阶非球面系数。非球面多项式可用下列公式表示：
Figure BDA0003033335520000051
其中，x为光轴I方向的偏移量(sag)，c’是密切球面(Osculating Sphere)的半径的倒数，也就是接近光轴处的曲率半径的倒数，K是二次曲面系数，y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。A-G分别代表非球面多项式的各阶非球面系数。
表二
Figure BDA0003033335520000061
基于上述，由于本发明一实施例的投影镜头100在365纳米波长下的透射率大于等于75％，因此，投影镜头100适于使用于紫外光波段。再者，透镜组G2包括用以消除光学像差的非球面透镜，使投影镜头100能提供良好的光学效果。
以下将说明本发明第二实施例的投影镜头，其各元件的实际设计可见于下列表三。
表三
Figure BDA0003033335520000062
图2示出为本发明的第二实施例的投影镜头的剖面示意图。同时参考图2与表三。在本实施例中，投影镜头200包括九片透镜，其屈光力自放大侧A1到缩小侧A2依序为正、负、负、正、正、负、正、正、正。此外，光圈S设于透镜L5与透镜L6之间。
在本实施例中，透镜L1为凹面朝向缩小侧A2的正弯月形透镜；透镜L2为凹面朝向缩小侧A2的负弯月形透镜；透镜L3为双凹透镜；透镜L4为凹面朝向放大侧A1的正弯月形透镜；透镜L5为凹面朝向放大侧A1的正弯月形透镜；透镜L6为凹面朝向放大侧A1的负弯月形透镜；透镜L7为凹面朝向放大侧A1的正弯月形透镜；透镜L8为双凸透镜；透镜L9为双凸透镜。
值得一提的是，于表三的实施例，投影镜头200的总长为74.47毫米(表三中表面S3至表面S21的间隔数值总合)。投影镜头200的视角为50.37度，且投影镜头200的有效焦距为8.37毫米。
下方表四列出透镜L9的表面S20与表面S21的二次曲面系数值K与各阶非球面系数，其中非球面方程式可参照上述公式(1)。
表四
Figure BDA0003033335520000071
以下将说明本发明第三实施例的投影镜头，其各元件的实际设计可见于下列表五。
表五
Figure BDA0003033335520000081
图3示出为本发明的第三实施例的投影镜头的剖面示意图。同时参考图3与表五。在本实施例中，投影镜头300包括十片透镜，其屈光力自放大侧A1到缩小侧A2依序为正、负、负、正、正、负、负、正、正、正。此外，光圈S设于透镜L5与透镜L6之间。透镜L7与透镜L8之间的间隔为0.001毫米。
在本实施例中，透镜L1为凹面缩小侧A2的正弯月形透镜；透镜L2为凹面朝向缩小侧A2的负弯月形透镜；透镜L3为双凹透镜；透镜L4为双凸透镜；透镜L5为双凸透镜；透镜L6为双凹透镜；透镜L7为平凹透镜；透镜L8为平凸透镜；透镜L9为双凸透镜；透镜L10为双凸透镜。
值得一提的是，于表五的实施例，投影镜头300的总长为80.26毫米(表五中表面S3至表面S23的间隔数值总合)。投影镜头300的视角为48.00度，且投影镜头300的有效焦距为13.00毫米。
下方表六列出透镜L10的表面S22与表面S23的二次曲面系数值K与各阶非球面系数，其中非球面方程式可参照上述公式(1)。
表六
Figure BDA0003033335520000091
以下将说明本发明第四实施例的投影镜头，其各元件的实际设计可见于下列表七。
表七
Figure BDA0003033335520000092
图4示出为本发明的第四实施例的投影镜头的剖面示意图。同时参考图4与表七。在本实施例中，投影镜头400包括十片透镜，其屈光力自放大侧A1到缩小侧A2依序为正、负、负、正、正、负、负、正、正、正。此外，光圈S设于透镜L5与透镜L6之间。透镜L7与透镜L8之间的间隔为0.001毫米。
在本实施例中，透镜L1为平凸透镜；透镜L2为凹面朝向缩小侧A2的负弯月形透镜；透镜L3为双凹透镜；透镜L4为双凸透镜；透镜L5为双凸透镜；透镜L6为双凹透镜；透镜L7为平凹透镜；透镜L8为平凸透镜；透镜L9为双凸透镜；透镜L10为双凸透镜。
于表七的实施例，投影镜头400的总长为76.51毫米(表七中表面S3至表面S23的间隔数值总合)。投影镜头400的视角为50.08度，且投影镜头400的有效焦距为12.7毫米。
下方表八列出透镜L10的表面S22与表面S23的二次曲面系数值K与各阶非球面系数，其中非球面方程式可参照上述公式(1)。
表八
Figure BDA0003033335520000101
本发明在一些实施例中，投影镜头的光圈数>2.2，且光学畸变(OpticalDistortion)<0.25％，较佳。而在镜头结构中，单片透镜在365nm波长的光照射下，穿透率>80％，镜头无胶合透镜，且第一透镜组与第二透镜组，相对于镜头缩小侧成像面的距离为可变更佳。
综上所述，由于本发明一实施例的投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％，因此，投影镜头适于使用于紫外光波段。再者，第二透镜组包括用以消除光学像差的非球面透镜，使投影镜头能提供良好的光学效果。
虽然本发明以上述实施例作说明，但是对于此技术领域中技术人员而言，可以在不变更实质条件的情况下作修正，例如，为了增加制造可行性，将一片曲率高且厚度大的透镜，以二片透镜取代；或是为了缩小体积、减少成本，将二片透镜缩减为一片透镜。因此，本发明中的透镜数量，对于此技术领域中技术人员而言，可以在不变更实质条件的情况下作一般性的调整，而不限于实施例中的透镜数量。权利要求所述的透镜数量，系所属技术领域中技术人员，可以从说明书实施例合理预测的等同替代方式或明显变型方式，并具备相同的性能或用途者。发明保护范围，仍应视权利要求内容而定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种投影镜头，其特征在于，包括：
自放大侧到缩小侧依序包括第一透镜组以及第二透镜组；
所述第一透镜组与所述第二透镜组由镜头镜筒的最小内径处区隔；
所述第一透镜组包括4至6片球面透镜，且所述第一透镜组的屈光力为负；
所述第二透镜组包括4至6片的透镜，其中一片透镜为非球面透镜，且所述第二透镜组的屈光力为正；以及
所述投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％。
2.一种投影镜头，其特征在于，自放大侧到缩小侧依序包括第一透镜组以及第二透镜组，其中
所述第一透镜组由3至5片的球面透镜组成，所述第一透镜组的屈光力为负，且所述第一透镜组设于第一镜筒内；
所述第二透镜组包括非球面透镜，由5至7片透镜组成，所述第二透镜组的屈光力为正，且所述第二透镜组设于第二镜筒内；以及
所述投影镜头在365纳米波长下的透射率大于等于75％。
3.根据权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组设于所述第一镜筒内，所述第二透镜组设于所述第二镜筒内，且所述第二镜筒被所述第一镜筒所包覆。
4.根据权利要求3所述的投影镜头，其特征在于，还包括主镜筒，且所述第一镜筒与所述第二镜筒设于所述主镜筒内。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头包括十片透镜，所述十片透镜满足以下条件之一：(1)所述十片透镜的屈光力自所述放大侧到所述缩小侧依序为正、负、负、负、正、正、负、正、正、正；(2)所述十片透镜的屈光力自所述放大侧到所述缩小侧依序为正、负、负、正、正、负、负、正、正、正。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头包括九片透镜，所述九片透镜的屈光力自所述放大侧到所述缩小侧依序为正、负、负、正、正、负、正、正、正。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的所述第一透镜组与所述第二透镜组，相对于在所述投影镜头的所述缩小侧的成像面的距离为可变。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述第一透镜组的透镜皆为玻璃球面透镜。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的透镜皆为玻璃透镜。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头满足以下的条件式：13≦TTL/H≦21，其中TTL为所述投影镜头的总长，且H为所述投影镜头在所述缩小侧的成像面的像高。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的投射比为1.0。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的光圈数为2.2。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的光学像差小于0.25％。
14.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头不具有胶合镜片。
15.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的每一透镜的材质，在365纳米波长且10毫米厚的透射率大于等于80％。
16.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的有效焦距大于等于8且小于等于14。
17.根据权利要求1或权利要求2所述的投影镜头，其特征在于，所述投影镜头的其中两片透镜之间的间隔小于等于0.01毫米，且所述其中两片透镜为非胶合透镜。
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