CN209765153U - 变焦投影镜头 - Google Patents

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Abstract

一种变焦投影镜头,其具有十一片透镜。变焦投影镜头从屏幕端至影像源端沿着光轴依序包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、光阑、第四透镜群以及第五透镜群。第一透镜群具有负屈光度且包括三片透镜。第二透镜群具有正屈光度且包括一片透镜。第三透镜群具有正屈光度且包括一片透镜。第四透镜群具有负屈光度且包括四片透镜。第五透镜群具有正屈光度且包括两片透镜。第一透镜群中的第一透镜为塑胶制成的非球面透镜。本实用新型的变焦投影镜头可在减少透镜数量的同时,仍维持光学成像品质。

Description

变焦投影镜头
技术领域
本实用新型是有关于一种投影镜头,且特别是有关于一种变焦投影镜头。
背景技术
目前的变焦投影镜头有朝大光圈(高出光效率)、高变焦倍率及低畸变的成像画面等设计趋势发展。然而,在现有的设计中,为了满足上述需求,变焦投影镜头所需的透镜数量就必须更多,使变焦投影镜头的体积、重量及制作成本等增加。因此,如何在减少透镜数量的同时,维持光学成像品质,便成为研发重点之一。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容,因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的背景技术。在“背景技术”段落所揭露的内容,不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题,也不代表在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种变焦投影镜头,其在减少透镜数量的同时,仍维持光学成像品质。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的,本实用新型之一实施例提供一种变焦投影镜头,其具有十一片透镜。变焦投影镜头从屏幕端至影像源端沿着光轴依序包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、光阑、第四透镜群以及第五透镜群。第一透镜群具有负屈光度且包括三片透镜。第二透镜群具有正屈光度且包括一片透镜。第三透镜群具有正屈光度且包括一片透镜。第四透镜群具有负屈光度且包括四片透镜。第五透镜群具有正屈光度且包括两片透镜。第一透镜群中的第一透镜为塑胶制成的非球面透镜。
基于上述,本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。相较于现有的变焦投影镜头,本实用新型的变焦投影镜头利用十一片透镜组成五个透镜群,透过调整五个透镜群的相对位置,可实现变焦功能。此外,第一透镜为塑胶制成的非球面透镜,有助于降低制作成本,并维持光学成像品质。因此,本实用新型的变焦投影镜头可在减少透镜数量的同时,仍维持光学成像品质。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头的示意图。
图2至图7分别是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头在广角端(wide-end)的调制转换函数(Modulation Transfer Function,MTF)曲线图、纵向球差(longitudinal spherical aberration)图、像散场曲(astigmatic field curvature)图、畸变(distortion)图、光束扇形图(ray fan plot)及横向色差(lateral coloraberration)图。
图8至图13分别是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头在望远端(tele-end)的调制转换函数曲线图、纵向球差图、像散场曲图、畸变图、光束扇形图及横向色差图。
具体实施方式
有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考附图之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,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
图1是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头100的示意图。请参照图1,变焦投影镜头100适于接收来自光阀200的影像光束(未绘示),并将影像光束投影至一屏幕(未绘示)、墙壁(未绘示)或其他可成像的物件(未绘示)上。换句话说,变焦投影镜头100设置于屏幕端E1与影像源端E2之间,其中屏幕端E1以可形成投影画面的物件的位置界定之,而影像源端E2以光阀200的位置界定之。
图1示意性绘示出变焦投影镜头100与光阀200之间设置有一光传递元件300。光传递元件300设置在来自照明系统(未绘示)的照明光束(未绘示)的传递路径上,以将来自照明系统的照明光束传递至光阀200。光阀200设置在来自光传递元件300的照明光束的传递路径上,以将照明光束转换成影像光束。光传递元件300还设置在来自光阀200的影像光束的传递路径上,以将来自光阀200的影像光束传递至变焦投影镜头100。照明系统、变焦投影镜头100、光阀200及光传递元件300为投影机(未绘示)内的元件,透过变焦投影镜头100可将来自光阀200的影像光束投射至投影机外的屏幕。举例来说,光阀200可以是数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-Crystal-On-Siliconpanel,LCOS panel)或其他适当的空间光调变器(Spatial Light Modulator,SLM),而光传递元件300可包括至少一棱镜,但不局限于此。在本实施例中,光传递元件300与光阀200之间还可设置有玻璃盖(cover glass)400,以保护光阀200,可避免灰尘沾附于光阀200上。
变焦投影镜头100从屏幕端E1至影像源端E2沿着光轴I依序包括第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3、光阑ST、第四透镜群G4以及第五透镜群G5。换句话说,来自光阀200的影像光束依序经由光传递元件300、第五透镜群G5、第四透镜群G4、光阑ST、第三透镜群G3、第二透镜群G2及第一透镜群G1而投射至可成像的物件上。借由将光阑ST设置在第三透镜群G3与第四透镜群G4之间(即将光阑ST设置在变焦投影镜头100的中心处附近),有助于出瞳(exit pupil)的设计,并利于达到所需的变焦能力。
第一透镜群G1至第五透镜群G5的屈光度依序为负、正、正、负及正。第一透镜群G1的屈光度为负有助于提升收光效果且较易于光路设计与透镜制作。第二透镜群G2至第五透镜群G5的屈光度依序为正、正、负及正有助于修正像差。此外,第五透镜群G5的屈光度为正可具有较佳的聚光能力,而有助于提升投影画面的解析度。
第一透镜群G1包括三片透镜,如第一透镜L1、第二透镜L2以及第三透镜L3。第二透镜群G2包括一片透镜,如第四透镜L4。第三透镜群G3包括一片透镜,如第五透镜L5。第四透镜群G4包括四片透镜,如第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8以及第九透镜L9。第五透镜群G5包括两片透镜,如第十透镜L10以及第十一透镜L11。在本实施例中,第一透镜L1至第十一透镜L11从屏幕端E1至影像源端E2沿着光轴I依序排列。此外,第一透镜L1至第十一透镜L11的屈光度依序为负、负、正、正、正、负、正、负、正、正及正。
举例来说,第一透镜L1为凸凹透镜且凸面朝向屏幕端E1。第二透镜L2为双凹透镜。第三透镜L3为平凸透镜且凸面朝向影像源端E2。第四透镜L4为平凸透镜且凸面朝向影像源端E2。第五透镜L5为凸凹透镜且凸面朝向屏幕端E1。第六透镜L6为双凹透镜。第七透镜L7为双凸透镜。第八透镜L8为双凹透镜。第九透镜L9为双凸透镜。第十透镜L10为双凸透镜。第十一透镜L11为平凸透镜且凸面朝向屏幕端E1。然而,各透镜的面型可依需求改变而不局限于此。
在本实施例中,变焦投影镜头100具有十一片透镜,且变焦投影镜头100中的透镜总数例如为十一,其中第一透镜L1为十一片透镜中最靠近屏幕端E1的透镜,而第十一透镜L11为十一片透镜中最靠近影像源端E2的透镜。借由使第一透镜群G1中的第一透镜L1为塑胶制成的非球面透镜,除了有助于修正像差(如球面像差、彗形像差、像散场曲或畸变等)之外,还有助于缩减第一透镜L1的直径,从而可缩减变焦投影镜头100的重量、体积及制作成本。此外,借由使第十一透镜L11为球面透镜,且例如为玻璃制成的球面透镜,有助于降低变焦投影镜头100的制作成本。在本实施例中,第二透镜L2至第十一透镜L11皆为球面透镜,且第二透镜L2至第十一透镜L11皆为玻璃制成的透镜,以进一步降低变焦投影镜头100整体的制作成本。
在第四透镜群G4中,第六透镜L6及第七透镜L7可形成为一组双胶合透镜,且第八透镜L8及第九透镜L9形成为另一组双胶合透镜。如此,除了有助于修正像差之外,还有助于缩减第四透镜群G4的总长度,从而可进一步缩减变焦投影镜头100的体积。
在变焦投影镜头100中,第一透镜群G1与第四透镜群G4任一者中的任两相邻的透镜之间的距离为定值,亦即第一透镜群G1与第四透镜群G4任一者中的任两相邻的透镜之间的距离不随变焦投影镜头100之焦距的改变而变化。具体地,在第一透镜群G1中,第一透镜L1与第二透镜L2之间的距离是固定的,且第二透镜L2与第三透镜L3之间的距离是固定的。此外,在第四透镜群G4中,第六透镜L6与第七透镜L7之间的距离是固定的,第七透镜L7与第八透镜L8之间的距离是固定的,且第八透镜L8与第九透镜L9之间的距离是固定的。上述距离是指两相邻透镜中心在光轴I上的直线距离。
另一方面,第一透镜群G1与可成像的物件之间的距离、第一透镜群G1与第二透镜群G2之间的距离、第二透镜群G2与第三透镜群G3之间的距离、第三透镜群G3与光阑ST之间的距离以及第四透镜群G4与第五透镜群G5之间的距离是可变的。具体地,第一透镜群G1用于在屏幕端E1与影像源端E2之间沿着光轴I移动,以使变焦投影镜头100进行调焦。此外,第二透镜群G2、第三透镜群G3以及第四透镜群G4用于在屏幕端E1与影像源端E2之间沿着光轴I移动,以调整投影画面的尺寸。另外,于调整投影画面的尺寸时,第五透镜群G5可为固定不动。换句话说,于调整投影画面的尺寸时,第十透镜L10与第十一透镜L11之间的距离以及第五透镜群G5与光传递元件300之间的距离是固定的。
在本实施例中,变焦投影镜头100可以是齐焦镜头(true zoom lens),亦即变焦投影镜头100在广角端及望远端之间作切换时,同时可调整多个透镜群的位置,因而可以不用额外进行对焦的步骤,便可调整投影画面的清晰度。所谓广角端与望远端是指同一变焦投影镜头中,将焦距调整到最长与最短的状况。
另外,变焦投影镜头100可符合:
1.6<|F1/Fw|<2.1;
4.8<|F2/Fw|<5.8;
5.0<|F4/Fw|<15.0;及
1.8<|F5/Fw|<2.5,其中Fw为变焦投影镜头100的有效焦距(Effective FocalLength,EFL),F1为第一透镜群G1的有效焦距,F2为第二透镜群G2的有效焦距,F4为第四透镜群G4的有效焦距,且F5为第五透镜群G5的有效焦距。借由上述设计,可兼顾变焦投影镜头100的体积以及光学成像品质。
以下以表一至表三列出变焦投影镜头100的一较佳实施例的数据资料。然而,下文所列出的数据资料并非用以限定本实用新型。任何本领域技术人员在参照本实用新型之后,当可对其参数或设定作适当的更动,惟其仍应属于本实用新型的范畴内。
在表一中,“距离”是指相邻两表面之间在光轴I上的距离。举例来说,对应表面S1的距离是指表面S1与表面S2之间在光轴上的距离。另外,由于第六透镜L6与第七透镜L7为一组双胶合透镜,因此第六透镜L6的表面S12与第七透镜L7的表面S13具有相同的曲率半径,且表面S12与表面S13之间在光轴上的距离为零,故表一省略示出第六透镜L6的表面S12。同理,第八透镜L8与第九透镜L9为另一组双胶合透镜,第八透镜L8的表面S16与第九透镜L9的表面S17具有相同的曲率半径,故表一省略示出第八透镜L8的表面S16。
表一
在表一中,第一透镜L1的表面S1与表面S2为非球面,而其余透镜的表面(表面S3至表面S22)皆为球面。非球面的公式如下所示:
在上式中,X为光轴方向的偏移量(sag)。R是密切球面(osculating sphere)的半径,也就是接近光轴处的曲率半径(如表一所列的曲率半径)。k是二次曲面系数(conic)。Y是非球面高度,即为从透镜中心往透镜边缘的高度,而系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16为非球面系数(aspheric coefficient)。表二列出第一透镜L1的表面S1与表面S2的参数值。
表二
表三列出表一中各可变的距离在广角端及望远端的实例。在表三中,各数值的单位为mm。
表三
距离D3 距离D4 距离D5 距离D9
广角端 6.23 13.81 15.84 0.6
望远端 2.10 0.6 19.84 14.56
在现有的变焦投影镜头中,使用相同透镜数量的变焦投影镜头只能达到1.11倍的变焦比且其F数(F number)为2.03。相较之下,本实施例的变焦投影镜头100的变焦比为1.3,且变焦投影镜头100在广角端的F数小于1.7。换句话说,变焦投影镜头100可具有较高的变焦倍率以及较大的光圈(高出光效率)。
图2至图7分别是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头在广角端的调制转换函数曲线图、纵向球差图、像散场曲图、畸变图、光束扇形图及横向色差图。图8至图13分别是依照本实用新型的一实施例的一种变焦投影镜头在望远端(tele-end)的调制转换函数曲线图、纵向球差图、像散场曲图、畸变图、光束扇形图及横向色差图。图2至图13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投影镜头100能够达到良好的光学成像品质。
综上所述,本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。相较于现有的变焦投影镜头,本实用新型的变焦投影镜头利用十一片透镜组成五个透镜群,透过调整五个透镜群的相对位置,可实现变焦功能。此外,第一透镜为塑胶制成的非球面透镜,有助于降低制作成本,并维持光学成像品质。因此,本实用新型的变焦投影镜头可在减少透镜数量的同时,仍维持光学成像品质。
另外,借由将光阑设置在第三透镜群与第四透镜群之间(即将光阑设置在变焦投影镜头的中心处附近),有助于出瞳的设计,并利于达到所需的变焦能力。第一透镜群的屈光度为负有助于提升收光效果且较易于设计与制作。第二透镜群至第五透镜群的屈光度依序为正、正、负及正有助于修正像差。第五透镜群的屈光度为正可具有较佳的聚光能力,而有助于提升投影画面的解析度。借由使第二透镜至第十一透镜皆为球面透镜,有助于降低变焦投影镜头整体的制作成本。借由使第六透镜及第七透镜形成为一组双胶合透镜,且第八透镜及第九透镜形成为另一组双胶合透镜,除了有助于修正像差之外,还有助于缩减第四透镜群的总长度,从而可进一步缩减变焦投影镜头的体积。变焦投影镜头可以是齐焦镜头,如此可以不用额外进行对焦的步骤,便可调整投影画面的清晰度。在一实施例中,还可借由调整透镜群的有效焦距与变焦投影镜头的有效焦距之间的比值,来兼顾变焦投影镜头的体积以及光学成像品质。
惟以上所述者,仅为本实用新型之较佳实施例而已,当不能以此限定本实用新型实施之范围,即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作之简单的等效变化与修改,皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。另外,本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露之全部目的或优点或特点。此外,摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用,并非用来限制本实用新型之权利范围。此外,本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围,而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明:
100:变焦投影镜头
200:光阀
300:光传递元件
400:玻璃盖
E1:屏幕端
E2:影像源端
G1:第一透镜群
G2:第二透镜群
G3:第三透镜群
G4:第四透镜群
G5:第五透镜群
I:光轴
L1:第一透镜
L2:第二透镜
L3:第三透镜
L4:第四透镜
L5:第五透镜
L6:第六透镜
L7:第七透镜
L8:第八透镜
L9:第九透镜
L10:第十透镜
L11:第十一透镜
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27:表面
ST:光阑。

Claims (11)

1.一种变焦投影镜头,其特征在于,所述变焦投影镜头具有十一片透镜,所述变焦投影镜头从屏幕端至影像源端沿着光轴依序包括:第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、光阑、第四透镜群以及第五透镜群;其中,
所述第一透镜群具有负屈光度且包括三片透镜;
所述第二透镜群具有正屈光度且包括一片透镜;
所述第三透镜群具有正屈光度且包括一片透镜;
所述第四透镜群具有负屈光度且包括四片透镜;以及
所述第五透镜群具有正屈光度且包括两片透镜;
其中所述第一透镜群中的第一透镜为塑胶制成的非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第一透镜群包括所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜,所述第二透镜群包括第四透镜,所述第三透镜群包括第五透镜,所述第四透镜群包括第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜,所述第五透镜群包括第十透镜以及第十一透镜,所述第一透镜至所述第十一透镜从所述屏幕端至所述影像源端沿着所述光轴依序排列,且所述第一透镜至所述第十一透镜的屈光度依序为负、负、正、正、正、负、正、负、正、正及正。
3.根据权利要求2所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第六透镜及所述第七透镜为一组双胶合透镜,且所述第八透镜及所述第九透镜为另一组双胶合透镜。
4.根据权利要求2所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第二透镜至所述第十一透镜皆为球面透镜。
5.根据权利要求4所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第二透镜至所述第十一透镜皆为玻璃制成的透镜。
6.根据权利要求2所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第一透镜为凸凹透镜且凸面朝向所述屏幕端,所述第二透镜为双凹透镜,所述第三透镜为平凸透镜且凸面朝向所述影像源端,所述第四透镜为平凸透镜且凸面朝向所述影像源端,所述第五透镜为凸凹透镜且凸面朝向屏幕端,所述第六透镜为双凹透镜,所述第七透镜为双凸透镜,所述第八透镜为双凹透镜,所述第九透镜为双凸透镜,所述第十透镜为双凸透镜,且所述第十一透镜为平凸透镜且凸面朝向所述屏幕端。
7.根据权利要求1所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述变焦投影镜头符合:
1.6<|F1/Fw|<2.1;
4.8<|F2/Fw|<5.8;
5.0<|F4/Fw|<15.0;及
1.8<|F5/Fw|<2.5,
其中Fw为所述变焦投影镜头的有效焦距,F1为所述第一透镜群的有效焦距,F2为所述第二透镜群的有效焦距,F4为所述第四透镜群的有效焦距,且F5为所述第五透镜群的有效焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述变焦投影镜头的变焦比为1.3,且所述变焦投影镜头在广角端的F数小于1.7。
9.根据权利要求1所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第一透镜群用于在所述屏幕端与所述影像源端之间沿着所述光轴移动,以使所述变焦投影镜头进行调焦。
10.根据权利要求1所述的变焦投影镜头,其特征在于,所述第二透镜群、所述第三透镜群以及所述第四透镜群用于在所述屏幕端与所述影像源端之间沿着所述光轴移动,以调整投影画面的尺寸。
11.根据权利要求10所述的变焦投影镜头,其特征在于,在调整所述投影画面的所述尺寸时,所述第五透镜群为固定不动。
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