200848777 PT878 23585twf.doc/p 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種鏡頭’且特別是有關於一種定焦 鏡頭(fixed-focus lens )。 【先前技術】 請參照圖1,美國第6,452,728號專利案中所揭露的一 . 種習知應用於背投影電視(rear projection television, ^ RPTV)之定焦鏡頭100包括由一物側(object side)往一 像侧(image side)依序排列之一第一透鏡群(lensgr〇up) 11〇、一弟一透鏡群120以及一弟二透鏡群130。像側設置 有一光閥(light valve) 50。第一透鏡群110包括四片具有 負屈光度(refractive power)的透鏡 112、114、116、ι18, 其中透鏡112為非球面透鏡(aSpheric iens)。第二透鏡群 120包括二片透鏡122、124,此兩透鏡122、124的屈光度 分別為正與負,且此兩透鏡122、124組成一膠合透^ ㈣12!。第三透鏡和〇包括μ透鏡⑶、 C 5、136、137,此六片透鏡 131、132、133、 135、136、137的屈光度由物側往像側依序為正、負 正、正、正。此外,透鏡132與133組成一膠合^ 、 ’ 而透鏡137為非球面透鏡。 〃、兄34 ’ 在定焦鏡頭1〇〇巾,由於第三透 50,而光閥50靠近合產峰勃曰 荞近光閥 較於其他透鏡群,第三透鏡不),所以相 度。一般而言,第二g處於較高的溫 弟-透料m的各透鏡會採用破壤材質 6 200848777 PT878 23585twf.doc/p 以抵抗南溫。然而,名楚— !37為非球面透鏡,^ j鏡群13G中,最後—片透鏡 貴,這會導致定缝师細透鏡較為昂 透鏡Π7容易因承=便宜的塑膠非球面透鏡,則 _的可靠度不佳。〉皿而變形’這會使得定焦鏡頭 【發明内容】 Ο 本發明提供一種定隹於3 ^ 像品質良好。 ’、、、鏡頭,其成本可有效降低,且成 徵中得^進⑽^了目财㈣_露的技術特 第三透鏡群。第-透鏡群二
Lit他一像側依序排列之-第-透鏡、- 鏡。第,诱户i —透鏡之二透鏡。第一透鏡為一非球面透 尸透鏡群配置於第一透鏡群與像側 群群包括由物側往像側排列之二透鏡第 ㈣二透鏡群與像歉間,並具有正屈光 物側往像側排列之六透鏡,且第三 ^鏡群之㈣透鏡的屈光度由物側往像側依序為負、正、 ^、正。此外,此定焦鏡頭滿足下列三個條件: 二 /F<3 ’ ⑻ 0.5<IVF<3 ; (iii) 〇.5<f3/f<3 5。其 ,為定焦鏡頭的有效焦距(effective focal length, 7 200848777 PT878 23585twf.doc/p efl) Fl為第一透鏡群的有效焦距,Fa為第二透鏡群的 有效焦距’ 1^3為第三透鏡群的有效焦距。 在本發明之一實施例中,第一透鏡、第二透鏡與第三 ,鏡的屈光度可皆為負。此外,第一透鏡與第二透鏡例: 白為凸面朝向物側的凸凹透鏡(convex-concave lens ),且 弟一透鏡例如為雙凹透鏡(biconcave lens)。 • 在本發明之一實施例中,第二透鏡群之透鏡由物側往 Γ) 像侧例如依序為一第四透鏡以及-第五透鏡,而笫四透鏡 與第五透鏡的屈光度皆為正。此外,第四透鏡例如為凸二 朝向像側的凹凸透鏡(concave-convex lens),且第五 例如為雙凸透鏡(biconvex lens)。 在本發明之一實施例中,第三透鏡群之透鏡由物側往 像側例如依序為一第六透鏡、一第七透鏡、一第八透铲 -第九透鏡、-第十透鏡以及—第十—透鏡,且第^鐘 與第九透鏡可組成-勝合透鏡。此外,第三透鏡群之 纟物側往像側例如依序為凸面朝向物側的凸凹透鏡、錐= 透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡、凸面朝向像側的凹 及雙凸透鏡。 逐鏡Λ • —在本發明之—實施例中,第二透鏡群可更包括—第十 二透鏡,其配置於第五透鏡與第三透鏡群之間,並具 難度。此和第四透鏡例如為凸面朝向像側的凹凸透 且第五透鏡與第十二透鏡例如皆為雙凸透鏡。 一在本發明之-實施例中,第三透鏡群可更包括 三透鏡’其配置於第十-透鏡與像側之間,並具有正屈光 8 200848777 PT878 23585twf.doc/p 度。另外,第六透鏡至第十-透鏡例如依序為凸面朝向物 側的凸凹透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、雙凸透鏡、雙凸透 鏡以及雙凸透鏡’且弟十三透鏡例如為雙凸透鏡。 在本發明之一實施例中,定焦鏡頭可更包括一孔徑光 欄(aperture stop),其配置於第二透鏡群與第三透鏡^之 間。 ' —、兄 Ο 相較於習知定焦鏡頭,本發明之定焦鏡頭中的非球面 透鏡是配置於距離像側較遠的第一透鏡群。當本發明之定 焦鏡頭應祕投影系統巾時,由於第_透鏡群距離光源較 遠’而具有較賴溫度,所缝置於第—透鏡群的非球面 透鏡具有較大的設計雜。舉說,此非球面透鏡可採 用塑膠材質’以降低本發明之定焦鏡頭的成本。此外,本 發明之定焦鏡頭具有良好的成像品質。 【實施方式】 列各實施_說明是參考附加的圖式,用以例示本 《月可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用 語,例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右 參相加圖式的方向。因此,使用的方向用語是」 用木祝明,而非用來限制本發明。 第一=照圖2,本發明—實施例之u鏡頭包括- 230。笫兄群210、一第二透鏡群220以及一第三透鏡群 ⑽二鏡群21G具有負屈光度,並包括由一物側往— 透鏡211 °第—透鏡群230中最靠近物側的 為非球面透鏡。在本實施例令,第一透鏡群21〇 9 200848777 PT878 23585twf.doc/p =透鏡2U由物側往像側例如依序為一 弟二透鏡214以及一第三透鏡216’而第一透/加, 透鏡214與第三透鏡216的屈光度例如皆為負見且第^ 鏡212為非球面透鏡。再者, ',、、、且弟一透 與第二透鏡214彻加比去在本貝知例中,第一透鏡212 二透产216 m &白為凸面朝向物側的凸凹透鏡,且第 一透鏡216例如為雙凹透鏡。 弟 η 苐二透鏡群220配置於笛一、泰 並具有正屈光度。第於,麵群210與像側之間, 之m21二;’兄群220包括由物側往像側排列 由物側往像側例如依序為—第四\—鏡12群=0一之^鏡= 224,而笫四透鏡222鱼第 *透鏡 正。再者,在太:弟五透鏡224的屈光度例如皆為 像側的凹凸透鏡’二五透鏡222例如為凸面朝向 弟五透鏡224例如為雙凸透鏡。 之六透鏡23卜且第:―透於^23〇包括由物側往像側排列 度由物侧往像側之ΐ些透鏡231的屈光 施例中’第三透鏡群^ 〜、正、正。在本實 側例如依序為_第〜個透鏡231由物側往像 鏡咖、-第九透於^32 Γ/七透鏡233、一第八透 透鏡236,且笛Γ 一透鏡235以及一第十一 合透鏡234 與第九透鏡拠可組成一膠 一透 者在本實施例中,第六透鏡232至第十 鏡、U如依序為凸面朝向物側的凸凹透鏡、雙凸透 又透、見、雙凸透鏡、凸面朝向像側的凹凸透鏡以及 200848777 PT878 23585twf.doc/p 雙凸透鏡。 一般而言,像側可設置有一影像處理元件〇mage processing device) 60,而在本實施例中影像處理元件⑼ 例如是光閥。此外,在本實施例中,定焦鏡頭2〇〇適於將 影像處理元件60所提供的影像成像於物側。再者,定焦鏡 頭200可更包括一孔徑光欄24〇,其配置於第二透鏡群 , 與第三透鏡群230之間。 〇 另外,定焦鏡頭200同時滿足下列三個條件:
I F! | /F<3 ; (ii) 〇.5<F2/F<3 ; (iii) 0.5<F3/F<3.5。其中,F 為定焦鏡頭200的有效焦距,Fi為第一透鏡群21〇的有效 焦距,F2為第二透鏡群22〇的有效焦距,F3為第三 230的有效焦距。 # —相較於習知定焦鏡頭1〇〇(請參照圖丨),本實施例 之定焦鏡頭200中的非球面透鏡(即第一透鏡212)是配 置於距離像側較遠的第一透鏡群MO。當定焦鏡頭2⑼應 餘投影系統巾時,由於第-透鏡群210距離配置於像側 像處理元件6〇以及靠近影像處理元件6Q之光源(未 繪不)較遇,而具有較低的溫度,所以配置於第一透鏡群 的非球面透鏡(即苐一透鏡212)具有較大的設計彈 性。舉例來說,此非球面透鏡(即第一透鏡212)可採用 . 歸材質,以降低本發明之定絲頭的成本。 是,内容將舉出定焦鏡頭200之一實施例。需注意的 =明下述之表一及表二中所列的數據資料並非用以限定本 ",任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明 11 200848777 PT878 23585twf.doc/p 之後,當可對其參數或設定作適當的更動,惟其仍應屬於 本發明之範疇内。 (表一) 表面 曲率半徑 (mm) 間距 (mm) 折射率 阿貝數 備註 S1 63.744 5.754 1.49 57.4 第一透鏡 S2 34.052 11.319 / S3 57.500 2.960 1.85 23.8 第二透鏡 S4 22.849 19.966 / S5 -32.613 3.623 1.56 60.7 第三透鏡 S6 94.785 4.354 S7 -317.880 9 1.85 23.8 第四透鏡 S8 -62.062 1.599 / S9 71.958 10.918 1.8 46.6 第五透鏡 S10 -99.464 38.877 S11 無限大 3.206 孔徑光欄 S12 75.521 6.529 1.76 27.5 第六透鏡 S13 37.528 0.585 S14 73.463 6.292 L72 50.2 第七透鏡 S15 -38.867 0.780 S16 -25.930 2.958 1.72 29.5 第八透鏡 S17 43.853 8.373 1.5 81.5 第九透鏡 S18 -35.602 4.122 S19 -183.014 6.192 1.5 81.5 第十透鏡 S20 -57.764 5.020 S21 75.730 9.008 1.77 49.6 第十一透鏡 S22 -70.937 7.080 S23 無限大 26 1.52 64.2 内部全反射 稜鏡 S24 無限大 2 12 200848777 PT878 23585twf.doc/p S25 無限大 3 1.49 70.4 玻~ S26 無限大 0.483 -—--- 在表一中,間距是指兩相鄰表面間於主轴上之直線距 離,舉例來說,表面S1之間距,即表面S1至表面S2間 _ 於主軸上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、折 射率(refractive index )與阿貝數(Abbe number )請參照 同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。此外,在表 一中,表面S1、S2為第一透鏡212的兩表面,表面S3、 S4為第二透鏡214之兩表面,而表面S5、S6為第三透鏡 216之兩表面。表面S7、S8為第四透鏡222的兩表面,而 表面S9、S10為第五透鏡224的兩表面。表面S11為孔徑 光攔240。表面S12、S13為第六透鏡232的兩表面,而表 面S14、S15為第七透鏡233的兩表面。表面S16為第八 透鏡234a之面向物側的表面,表面§17為第八透鏡234a 與第九透鏡234b相連的表面,而表面S18為第九透鏡234b C 之面向像側的表面。表面S19、S20為第十透鏡235的兩 表面,而表面S21、S22為第十一透鏡230的兩表面。表 面 S23、S24 為一内部全反射稜鏡(total internal reflection * Prism,TIRprism) 70的兩表面,表面S25、S26為一用於 保濩影像處理元件60之玻璃蓋(cover giass)8〇的兩表面。 ' 表面S26那列(row)中所填的間距為表面S26到影像處 理元件60的間距。 有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值,請參照表 一,在此不再重述。 13 200848777 PT878 23585twf.doc/p 示 上述之表面SI、S2 為非球面,而其可用下列公式表 cr z: 式中,Z為先軸方向之 ( w· u . 艰移1 (sag) ,C是密切球面 (osculating sphere )的半栌 ^數,也就疋接近光轴處的 曲率半徑(如表格内S1、s h Λ -r, ( · λ 的曲率半徑)的倒數。k是二 次曲面係數(conic),r是韭沖r上 Γ 疋非球面向度,即為從透鏡中心往 透鏡邊緣的咼度,而Αί、Α Λ ▲ ▲、 • . 2、A3、a4、a5···為非球面係數 (asphenc coeffic咖),其中係數 a!、A3、& 及 A7 皆為 〇。 表-所列出的是表面si與表面S2的參數值。 —^Ξζΐ 非球面 參數 二次曲面 係數k 係數a2 --一 係數 係數a6 係數a8 S1 -2.58414 2.65156 E - 06 -U7605 E-09 1.32484 E-12 -2.68034 E-16 S2 -2.42926 5.17045 E-06 -----J -7.76717 E - 09 6.88991 EA2 -2.60345 E-15 定焦鏡頭200具有良好的成像品質。換言之,定焦鏡 頭200之成像的像差(aberrati〇n )校正良好,且鬼影(gh〇st image)也受到有效的抑制。此外,即使在成像的解析度 (resolution)較高的情況下,定焦鏡頭2〇〇仍能夠有效降 低像差及畸變(distortion)的程度。以下内容將以光學模 擬數據來驗證上述定焦鏡頭200的優點。 圖3A至圖3C為圖2之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 14 200848777 PT878 23585twf.doc/p
圖。請參照圖3A至圖3C,其中圖3A為光學傳遞函數 (modulation transfer function,MTF)曲線圖,其橫軸為每 週期/ 毫米(mm )之空間頻率(spatial frequency in cycles per millimeter),縱軸為光學轉移函數的模數(modulus of the OTF)。由圖3A可知,當空間頻率為47週期/毫米時,光 學傳遞函數仍大於58%。圖3B中由左至右依序為場曲 (field curvature)與畸變的圖形,其中最大場(maxiinum field)為36.719度,參考波長為550 nm,而崎變率在土0.2% 以内。圖3C為位於物側之一亮度均勻的虛擬晝面經由定 焦鏡頭200成像於影像處理元件6〇 (請參照圖2)的相對 照度(relative illumination)之圖形,其中橫轴為像高,而 縱軸為相對照度。由圖3C可知,相對照度均大於85%。 承上述,圖3A至圖3C所顯示出的圖形均在標準的範圍 =,由此可驗證本實施例之定焦鏡頭200具有良好的成像 品質。 开規的1貝格苹父竦面透鏡昂貴。 於習知定焦鏡頭100 (請參照圖υ採用二片非球面, 本實施例之定焦鏡頭2GG可僅採用—片_ 二 到良好的成像品質,所以本實施例之定焦 像品質良好與成本較低等優點。 ⑻兼具成 請參照圖4,本發明另—實施例之定 述定焦鏡頭200 (請參照圖2)類似,兩者 、,、上 在定隹鏡頭20(),Φ I# 者的差異處在於: 甘疋…、續:頌2υϋ中,弟一透鏡群22〇,更包括一# 226,其配置於第五透鏡224盘 弟十二透鏡 ”弟一錢群23q,之間,並 200848777 PT878 23585twf.doc/p 具有正屈光度。具體而+ 透鏡。此外,第三遷鏡二^鏡=例如為-雙凸 其配置於第十-透鏡攻 —弟=透鏡237, 具體而言,第十三透鎊間,亚具有正屈光度。 本實施例中,第三透#、,例為—雙凸透鏡。另外,在 透鏡。本實施例之定^透鏡235,例如為雙凸 參照圖2)之優點與功^,'在此不再=^'鏡頭(請
色$透鏡 16 200848777 PT878 23585twf.doc/p S15 -49.464 3.426 S16 -20.840 1.7 1.73 28.5 第八透鏡 r"第九 S17 75.754 7.578 1.5 81.5^ S18 -30.030 2.210 S19 111.204 8.780 Γ 1.5 8L5 第十透鏡 S20 -35.548 0.476 S21 1757.510 5.290 1.74 49.3 第十一透鏡 S22 -115.333 0.204 S29 94.406 5.605 1.77 49.5 第十三透鏡 S30 -1105.175 7.003 1^===^ 内部全反射 棱鏡 S23 無限大 26 1.52 64.2 S24 無限大 2 S25 無限大 3 1.49 70.4 玻璃蓋 S26 無限大 0.483 (表四) 非球面 參數 —欠曲面 係數k 係數a2 係數a4 係數a6 係數a8 S1 -1.76967 2.93298 E-06 -1.36180 E-09 1.75937 E-12 -4.54364 —E-16 S2 -2.71936 6.07925 E-06 -6.89336 E - 09 7.05999 E -12 -3.39019 E-15 表二中’表面SI〜S18、S21〜S26與表一相同。表面 S19、S20為第十透鏡235,的兩表面,表面S27、S28為第 十^一透鏡226的兩表面,而表面S29、S30為第十三透鏡 237的兩表面。 圖5A至圖5C為圖4之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖。請參照圖5A至圖5C,其中圖5A為光學傳遞函數曲 17 200848777 PT878 23585twf.doc/p 線圖,其橫轴為每週期/毫米之空間頻率,縱轴為光學轉移 函數的模數。由圖5A可知,當空間頻率為47週期/毫米 光學傳遞函數仍大於59%。目5B中由左至右依場
與畸^ =:其中最大場為36 933度,參考波長為別 ㈣,而畸變率在±〇.2%以内。圖冗為位於物側之—多 勻的虛擬晝面經由定焦鏡頭,成像於影像處理元f6〇 ,(請參照圖4)的相對照度之圖形,其中橫軸為像高,而 縱轴為相對照度。由圖5C可知,相對照度均大於咖。 承上述,圖5A至圖5C所顯示出的圖形均在標準的範圍 由此可驗證本實施例之定焦鏡頭2〇〇,具有良好的成像 品質。
C 綜上所述,相較於習知定焦鏡頭,本發明之定隹鏡頭 中的非球面透鏡是配置於距離像側較遠的第—透鏡^ 、 本發明之定焦鏡頭應用於投影⑽中時,由於第—透鏡二 距離光源較遠,而具有較低的溫度,所以配置於第—透梦 群的非球崎鏡具有較大的設計彈性。舉例㈣,此非ς 面透鏡可_歸㈣,以降低本發明之定錄頭的成本。 此外,本發明之定焦鏡頭具有良好的成像品質。換言 =,本發明之定焦鏡頭的成像之像差校正良好,且鬼影也 又到有政的抑制。再者,即使在成像的解析度較高的情況 下本發明之定焦鏡頭仍能夠有效降低像差及畸變的程 ^。另外,相較於習知定焦鏡頭採用二片非球面透鏡,^ ^明之定焦鏡頭可僅採用—片非球面透鏡就能達到良好的 成像品質,所財發明之定焦鏡頭兼具成像品f良好盘成 18
200848777 PT878 23585twf.doc/p 本較低等優點。 —雖然本刺已錢佳實施露如上,财並 限定本發明,任何所屬技術領域中具有通 脫離本發明之精神和範_,#可作些許之更動與^不 因此本發明之賴_當視_之_請專祕_界 為準。另外本發_任—實施例或申請專利不須達 本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部八 和標題僅是絲獅專散件搜尋之用,並非用來: 發明之權利範圍。 【圖式簡單說明】 一圖1為一種習知應用於背投影電視之定焦鏡頭的結構 示意圖。 圖2為本發明一實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。 圖3A至圖3C為圖2之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 图。 圖4為本發明另一實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。 圖5A至圖5C為圖4之定焦鏡頭的成像光學模擬數據 B 〇 【主要元件符號說明】 50 光閥 60 影像處理元件 70 内部全反射稜鏡 80 玻璃蓋 1〇〇、200、200,:定焦鏡頭 19 133、 200848777 PT878 23585twf.doc/p 110、210 :第一透鏡群 112、114、116、118、122、124、131、132 135、136、137、211、221、231 :透鏡 120、 220 、 220,: 第二 .透鏡群 m、 134、234 :膠合透鏡 130、 230 、 230,: 第三 透鏡群 212 : 第一透鏡 214 : 第二透鏡 216 : 第三透鏡 222 : 第四透鏡 224 : 第五透鏡 226 : 第十二透鏡 232 : 第六透鏡 233 : 第七透鏡 234a :第八透鏡 234b •弟九透鏡 235、 235’ :第十透鏡 236 : 第十一透鏡 237 : 第十三透鏡 240 : 孔徑光欄 SI〜S30 :表面 20