TW201135279A - Zoom lens - Google Patents

Description

201135279 1 11 / / 32857twf.doc/n 六、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變 鏡頭。 【先前技術】 一般來說’投影鏡頭可將微型影像源放大後投影至屏 幕上’其中微型影像源例如為數位微鏡元件（出纽幻 micro-mirror device，DMD )、矽基液晶面板 (liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)或穿透式 '夜 晶面板（transmissive liquid crystal panel)。此外，變焦 p 影鏡頭則可藉由鏡頭内不同透鏡群的相對移動，而在相同 的投影距離下投影出不同大小的清晰晝面。 通常鏡頭的光圈越大，鏡頭的設計難度就越高。另 外，鏡頭中之透鏡群的數目越少，可供設計的自由度就會 越小，難度也會提升。變焦鏡頭最簡單的結構為兩個透鏡 群的結構’且焦距比數（f_nuinber )多半在2.4以上，所以 光效率會較差。 此外’近來投影機的照明光源有朝向採用發光二極體 (light emitting diode，LED)發展的趨勢。然而，由於發光 一極體的冗度比傳統而壓汞燈（ultra high pressure lamp, UHPlamp)低’因此為達到較高的晝面亮度，需使投影鏡 頭的光圈變大，亦即使焦距比數變小。 中華民國專利第M281175號的圖2A與圖2B揭露了 一種變焦鏡頭，此變焦鏡頭包括一第一透鏡群與一第二透 201135279 FJ 1778-2 32857twf.d〇c/n 鏡群’其巾第二透鏡群配置 間。第-透鏡群是由依序排列之第4=2件之 鏡群是由依序排列之第三透鏡、第四透鏡、第二逯 及:二複，鏡所組成，其中第一複合透鏡是由二二鏡 組成、而弟二複合透鏡是由另二透鏡所組成。透鏡所 吳國專利第79472222號的圖2揭露了—種^ 頭，此投影鏡頭包含具五片透鏡的第-透鏡群及且=鏡 鏡的第二透鏡群。第一透鏡群具有負屈光度，且第=透 群具有正屈光度。美國專利第5076677號的圖:鏡 種兩群鏡頭，包含第—透鏡群及第二透鏡群， 鏡群具有負屈光度，且第二透鏡群具有正屈光度。第—透 隹華=專利公開第細侧9號的圖三揭露—種變 焦鏡頭，包括一第一透鏡群及一第二透鏡群。，又 與第二透鏡群的屈光度分別為負與正。第一透铲^群 =側至像側依序排列的-第一透鏡、一第二透鏡及1偵 透鏡所組成，其屈光度分別為負、負與正。另〃弟「 鏡群配置於第一透鏡群與像側之間。第二透錄雜i第二透 側至像側依序排列之-第四透鏡一第五透鏡 鏡所組成，其屈光度依序為正、負及正。 弟八迓 中華民國專利第1314216號揭露了一種變隹 括屈光度皆為正的―第—透鏡群及—第二，丄包 鏡群是由從物側至像側依序排列的第一透鏡、#第透 第三透鏡、第四透鏡及第五透鏡所組成，其中贮=至 201135279 細 _/η 第五透鏡的屈光度依序為負、負、 鏡為非球面透鏡。、正及正，且苐一透 間的-屈光料正===兩_錢_及位於其 【發明内容】 本發明^供一種變焦鏡頭，呈 高的光效率。 /、有車又小的焦距比數與較 本發明的其他目的和優點可以恭 術特徵中得騎—步的了解。&料明所揭路的技 為=述之-或部份或全部目的或是其他目的， 月之-貫_提出-種變焦鏡頭 一縮小侧之間。此變隹獅心^ 大側與 J此艾焦鏡頭包括一第一透鏡群及一第二读 鏡群。第-透鏡群配置於放大側與縮小側之間，且具有負 第一透鏡 第二透鏡及一第三透鏡，且第一透鏡 j光度。第-透鏡群包括由放大側往縮小側依序排列之二 第 透鏡及第三透鏡的屈光度依序為負、負及正。第二透鏡群 配置於第—透鏡群無小側之間，JL具有正屈光度。第二 透鏡群包括由放大側往縮小側依序排列之一第四透鏡、一 第五透鏡、—第六透鏡、一第七透鏡及一第八透鏡，且第 四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡及第八透鏡的屈 光度依序為正、正、負、負及正。 在本發明之實施例之變焦鏡頭中，由於第一透鏡群中 之第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡的屈光度依序為負、負 及正，且第二透鏡群中之第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、 第七透鏡及第八透鏡的屈光度依序為正、正、負、負及正， 201135279 π 1//5-2 32857twf.doc/n 因此變焦鏡頭具有較小的焦距比數，進而提升光六文率 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易丨董> 舉實施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 下文特 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功*文， 以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可、、主 楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如:上β 下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此， 使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。 圖1為本發明之一實施例之變焦鏡頭的結構示意圖。 請參照圖1 ’本實施例之變焦鏡頭100適於配置於一放大 側與一縮小側之間。在本實施例中，變焦鏡頭1〇〇適於將 配置於縮小側的影像源（image source) 50投影至位於放 大側的屏幕（screen )’其中影像源50例如為數位微鏡元 件（digital micro-mirror device，DMD)、矽基液晶面板 (liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)、穿透式液 晶面板（transmissive liquid crystal panel)或其他適當的空 間光調變器（sp辦ial light modulator)。變焦鏡頭100包括 一第一透鏡群110及一第二透鏡群120。第一透鏡群11〇 配置於放大側與縮小侧之間，且具有負屈光度。第一透鏡 群110包括由放大側往縮小側依序排列之一第一透鏡 111、一第二透鏡112及一第三透鏡113，且第一透鏡1U、 第二透鏡112及第三透鏡113的屈光度依序為負、負及正。 第二透鏡群120配置於第一透鏡群11〇與縮小側之 201135279 ▲ 11，‘ 32857twf.doc/n 間’且具有正屈光度。第二透鏡群包括由放大側往縮 小側依序湖之-第四透鏡12卜—第五透鏡122、一第六 透鏡123、-第七透鏡124、—第八透鏡125，且第四透鏡 212、第五透鏡122、第六透鏡123、第七透鏡124及第八 透鏡125的屈光度依序為正、正、負、負及正。 在本實施例中’第二透鏡群120更包括-第九透鏡 126’第九透鏡126配置於第八透鏡125與縮小側之間，且 具有負'屈光度。此外，第二透鏡群12〇更包括一孔徑光闌 127，配置於第六透鏡123與第七透鏡124之間。 在本實施例中，第五透鏡122與第六透鏡123構成一 雙膠合透鏡129。此外，在本實施例中，第一透鏡ηι例 如為一凸面朝向放大侧的凸凹透鏡，第二透鏡112例如為 一雙凹透鏡，且第三透鏡113例如為一凸面朝向放大側的 凹凸透鏡。再者，第四透鏡121例如為一雙凸透鏡，第五 透鏡122例如為一雙凸透鏡，第六透鏡123例如為一雙凹 透鏡’第七透鏡124例如為一凹面朝向放大側的凸凹透 鏡’第八透鏡125例如為一雙凸透鏡，且第九透鏡126例 如為一雙凹透鏡。 在本實施例中，第一透鏡111、第二透鏡112、第三 透鏡113、第四透鏡121、第五透鏡122、第六透鏡123及 第八透鏡125各為一球面透鏡，且第七透鏡124為一非球 面透鏡。此外，在本實施例中’第九透鏡126例如為一球 面透鏡。 此外，在本實施例中，第二透鏡群120適於相對縮小 201135279 ΡΤΠ78-2 32857twfd〇c/n 1 則移動來㈣、’亦即魏鏡頭⑽ 相對位於縮小側的影像源、5 ^由笫—透鏡群120 放大或縮小於屏幕上的影像書面之尺:：投:_下 透鏡群120移動來對焦，二 桊上的衫像晝面由模糊變得清晰。 、井 中之變焦鏡頭⑽中，由於第—透鏡物

产仿Li 透鏡112及第三透鏡113的屈光 又依序為負、負及正’且笛-读於我 12卜第五Mm - 鏡群12G中之第四透鏡 、类於弟六透鏡123、第七透鏡Π4及第八 ί鏡125的屈光度依序為正、正、負、負及正，因此;隹 兄頭100具有較小的焦距比數（可小至約1.69)。如此一 來，相較於習知投影鏡頭的光圈值約為2.4，本實施例之 變焦鏡頭1GG ϋ具有鼓的錢，進岭舰升光效 亦即提升通過變焦鏡頭1〇〇的光量。 此外，由於變焦鏡頭iOO的孔徑光闌127是位於第六 透鏡123與第七透鏡124之帛’因此在本實施例中可使第 二透鏡群120中的最後一片透鏡（即第九透鏡126)的淨 孔徑（clear, aperture，CA)僅約20.6毫米。如此—來^更 可在兼顧鏡頭的相對照度（relative illumination，RI)與光 效率下，同時避免第九透鏡126與其他光學元件（例^投 影裝置的照明系統中之其他光學元件）產生干涉的問題。 再者’由於變焦鏡頭1〇〇可僅採用一片非球面透鏡（即 第七透鏡124)就達到良好的成像品質，而其他透鏡可皆 採用球面透鏡，因此變焦鏡頭1〇〇的製造與组裝困難度可 201135279 PT1778-2 32857twf.doc/n 被有效降低，進而降低成本。此外，由於本實施例之變焦 鏡頭100可僅採用九片透鏡就達到良好的成像品質，因此 光效率較佳。 卜除此之外’由於變焦鏡頭100採用了兩個透鏡群（即 第-透，群11G與第二透鏡群12Q)的架構，因此用以讓 透鏡承养及使透鏡移動的機構可以較為簡單，進而在降低 成本的同時，又能避免第二透鏡群120所承靠的機構件與 其他光學元件（例如投f彡裝置的照明祕巾之其他光學元 件）發生干涉。 θ以下内容將舉出變焦鏡頭100之一實施例。需注意的 是，下述之表一中所列的數據資料並非用以限定本發明， =何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後， 當可應用本發明的原則對其參數或設定作適當的更動，惟 其仍應屬於本發明之範_内。 --~~~~____(表—) 表面 曲率半徑 (mm) 間距 (mm) 折射率 阿貝數 備註 S1 6.76E+01 9.00E+00 1.59 61.1 第一透鏡 S2 3.19E+01 1.10E+01 \ S3 -4.83E+02 2.94E+00 1.52 64,1 第二透鏡 S4 4.36E+01 1.48E+01 X \ S5 5.48E+01 9.00E+00 1.81 25.4 第三透鏡 201135279 PTl 778-2 32857twf.doc/n S6 9.03Ε+01 1.85Ε+01 S7 3.41Ε+01 8.86Ε+00 1.59 --- 61.1 第四透鏡 S8 -2.37Ε+02 1.16Ε-01 S9 2.23Ε+01 8.20Ε+00 1.7 55.5 第五透鏡 S10 -2.58Ε+02 1.46Ε+00 1.78 25.7 第六透鏡 S11 2.08Ε+01 2.95Ε+00 S12 無限大 2.86Ε+00 孔徑光闡 S13 -1.99Ε+01 1.80Ε+00 1.53 56 第七透鏡 S14 -3.12Ε+01 3.48Ε+00 S15 5.55Ε+01 6.29Ε+00 1.77 49.6 第八透鏡 516 517 -2.61Ε+01 -1.78Ε+02 1.00Ε-01 3.25Ε+00 1.6 39.2 第九透鏡 S18 3.15Ε+01 2.16Ε+01 S19 無限大 3.00Ε+00 1.49 70.4 坡嶂蓋 S20 無限大 4.83Ε-01 録-中’間距是指兩相 光韩A上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，艮、 面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。備註襴中^表 鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數請參照同列中各間足透 折射率與阿貝數對應之數值。此外，在表一中，表面距、 S2為第一透鏡111的兩表面，表面S3、S4兔Μ 馮弟一透鏡112 201135279 π i / / δ-ζ 32857twftdoc/n 之兩表面，表面S5、S6為第三透鏡U3之兩表面，且表 面S7、S8為第四透鏡121的兩表面。表面S9為第五透鏡 122之朝向放大側的表面，表面sl〇為連接第五透鏡122 與第六透鏡123的表面，且表面su為第六透鏡123之朝 向縮小側的表面。表面Sl2為孔徑光闌。表面sn、S14 為第七透鏡124之兩表面，表面S15、S16為第八透鏡125 之兩表面，且表面S17、S18為第九透鏡126之兩表面。 表面S19、S20為玻璃蓋（c〇ver giass) 的兩表面其中 玻璃蓋60是用以保護影像源5〇。表面S2〇那列的間距是 指表面S20至影像源50的距離。 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。 值得庄思的疋，在本實施例中，表面s丨8那列的間距 為可變化，即此間距例如可在2152毫米至24 63毫米的 範圍内變化，以達到變焦的效果。當此間距為21·52毫米 時，’菱焦鏡頭100處於廣角端，且當此間距為24·63毫米 時，變焦鏡頭100處於望遠端。再者，在本實施例中，變 焦鏡頭100的有效焦距（effeetive fGeal length，EFL)例如 為 28.5685 笔米’背焦、（back focal length)例如為 0.20072 毫米，鏡頭總長（total track)例如為129.9798毫米，焦距 比數例如為1.69337，縮小側之數值孔徑（numerical apertuer)例如為0.29535，且放大側之數值孔徑例如為 0.00361 卜 12 201135279 PT177S-2 32857twf.doc/n 上述之表面S13、S14為偶次項非球面，而其可用下 列公式表示： 7_ CT1 +4，12 + 4/v". 式中’Z為光軸A方向之偏移量（sag )，c是密切球 面（osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸a 處的萌率半徑（如表一内表面 S13、S14的曲率半徑）的 1!數。k是二次曲面係數（conic)，r是非球面高度，即為 A、、見中心在透鏡邊緣的南度，而八2、八4、八6、、Αι。、 12 A14·..為非球面係數(aSpheric coefficient)，在本實施例 係數八2為〇。表二所列出的是表面si3、S14的參數值。 --丨 （表二）_

非球面參數 —^___ 二次曲面 係數k 係數A4 係數Ag 係數A8 S13 -2.1058 1.3837 2.9828 -1.0624 〜^-___ E-01 E-04 E-07 E-08 S14 6.8293 1.8294 4.3420 -8.6107 〜^ E-01 E-04 E-07 E-09 非球面參數 係數A1Q 係數An 係數a14 S13 7.9859 -3.6726 8.6253 E-11 Ε-13 E-16 13 201135279 r 11 /1 o-x 32857twf.doc/n

圖2A至圖2E為圖1之變焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖。請參照圖圖2A至圖2E，其中圖2A為調制轉換函數 曲線圖（modulation transfer function，MTF )，其橫軸為焦 點偏移（focus shift).’縱軸為光學轉移函數的樽數（modulus of the optical transfer function，modulus of the OTF )。在圖 2A 中是以波長為 430nm，460nm，520nm，620nm，650nm 的 光所作的模擬數據圖。圖2B為相對照度（reiative illumination)的圖形，其中橫軸為場（field)，即與光軸 A的距離，而縱轴為相對照度。圖2C為光斑圖（sp〇t diagram)，圖中的母一個圖形是代表縮小側上的一點投影 至放大侧上對應的位置所形成的光斑，且此光斑圖是以波 長為520 nm的光所模擬出。圖2D中由左至右依序為場曲 (field curvature)與畸變（distortion)的圖形，且是以波 長為460 nm、520 nm與620 mn的光所模擬出來的，其中 此兩圖形的縱軸皆為視場角，且最大視場角為27 719度。 場曲圖形之橫軸為場曲，而畸變圖形之橫軸為畸變率。圖 2E為橫向色差圖(lateral color)，且是以三種不同波長的光 (分別為460 nm、520 nm、620 nm)所作的模擬數據圖，其 中縱軸為與光軸A垂直之方向上的場，且最大場為14 4219 毫米，而横軸為橫向色差。由於圖2A至圖2E所顯示出的 圖形均在標準的範圍内，因此本實施例之變焦鏡頭丨⑻具 14 201135279 riw/e-2 32857twf.doc/n 有良好的成像品質。 圖3為本發明之另一實施例之變焦鏡頭的結構示意 圖。請參照圖3，本發明之變焦鏡頭1〇〇，與圖丨之變焦鏡 頭1〇〇類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之變焦 鏡頭100,中，第—透鏡群11〇,的第二透鏡112,為一凸面朝 向放大側的凸凹透鏡。此外，第二透鏡群12〇，不包括圖i 之第九透鏡126。

、由於本貫施例之變焦鏡頭丨〇〇’可僅採甩八片透鏡就 達到良好的成像品質，因此光效率較佳。除此之外，變焦 鏡頭100,所具有的功效類似於圖i之變焦鏡碩所具 = 效，在此不再重述。 … 以下内容將舉出變焦鏡頭100,之一實施例 並不以此為限。

但本發明

15 201135279 j· 11 / / 〇-i 32857twf.doc/n S7 3.79E+01 8.94E+00 1.74 49.3 第四透鏡 S8 -4.67E+02 1.20E+00 \ \ S9 2.54E+01 1.11E+01 1.77 49.6 第五透鏡 S10 -5.34E+01 1.52E+00 1.81 25.4 弟六透鏡 S11 1.95E+01 2.39E+00 \ S12 無限大 3.78E+00 \ \ 孔挂光闌 S13 -1.16E+01 1.70E+00 1.53 56 第七透鏡 S14 -1.89E+01 1.44E-01 \ \ S15 4.38E+01 1.06E+01 1.59 61.1 第八透鏡 S16 -3.12E+01 2.15E+01 \ \ S19 無限大 3.00E+00 1.49 70.2 一 丨· 、_ 玻璃蓋 S20 無限大 4.83E-01 在表三中，表面SI〜S16及S19〜S20的類型與表— 中之表面S1〜S16及S19〜S20的類型相同，在此不再重 述。此外，表面S21、S22為第二透鏡112’的兩表面。 上述之表面S13、S14為偶次項非球面，而其可用上 述公式表示。在本實施例中，係數A2為0。表四所列出的 是表面S13、S14的參數值。 (表四） 非球面參數 二次曲面 係數A4 係數八6 係數a8 16 201135279 ri i / / δ-2 32857twf.doc/n 係數k S13 -1.9445 2.1941 -13855 8.2780 E+00 E-04 E-06 E-10 S14 1.1681 3.4327 — -9.7407 -3.2712 E+00 E-04 H-07 E-09 非球面參數 係數a1(3 係數a12 係數a14 S13 3.2783 -5.1201 -6.7767 E-11 E-14 E-16 S14 9.6883 -5.7292 1.4254 E-11 E-13 E-15 _\

綜上所述，在本發明之實施例之變焦鏡碩中，由於第 二透鏡群中之第-钱、第二透鏡及第三透鏡的屈光度依 序為負、負及正，且第二透鏡群中之第四透鏡、第五透鏡、 第六透鏡'第七透鏡及第八透鏡的屈光度依序為正、正、 負、負及正，因此變焦鏡頭具有較小的光圈值，進而提升 光效率。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。另外本發明的任一實施例或 申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或 17 201135279 Γ 1 1 / /ϋ-ώ 32857twf.doc/n 特點。此外，摘要部分和標題僅是用來辅助專利文件搜尋 之用，並非用來限制本發明之權利範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明之一實施例之變焦鏡頭的結構示意圖。 圖2A至圖2E為圖1之變焦鏡頭的成像光學模擬數據 圖。 圖3為本發明之另一實施例之變焦鏡頭的結構示意 圖。 【主要元件符號說明】 50 ： 影像源 60 ： 玻璃蓋 100 、100’ ：變焦鏡頭 110 、110,：第一 透鏡群 111 :第一透鏡 112 、112’ ：第二透鏡 113 :第三透鏡 120 、120,：第二 -透鏡群 121 :第四透鏡 122 :第五透鏡 123 :第六透鏡 124 :第七透鏡 125 :第八透鏡 18 201135279 r 11 / / 〇-2 32857twf.doc/n 126 :第九透鏡 127 :孔徑光闌 129 :雙膠合透鏡 A :光轴 S1〜S22 :表面

Claims (1)

1. 201135279 Γ 1 1 / / ο-ώ 32857twf.doc/n 七、申請專利範圍： 1. 一種變焦鏡頭，適於配置於一放大側與一縮小側 之間，該變焦鏡頭包括： 一第一透鏡群，配置於該放大侧與該縮小侧之間，且 具有負屈光度，其中該第一透鏡群包括由該放大側往該縮 小側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡、'， 且該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡的屈光度依序為 負、負及正；以及 一第二透鏡群，配置於該第一透鏡群與該縮小側之 間，且具有正屈光度，其中該第二透鏡群包括由該放大側 往該縮小側依序排列之一第四透鏡、一第五透鏡、一第六 透鏡、一第七透鏡及一第八透鏡，且該第四透鏡、該第五 透鏡、该第六透鏡、該第七透鏡及該第八透鏡的屈光度依 序為正、正、負、負及正。 味2，如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該 第一透鏡群適於相對該縮小側移動來變焦，且該第一透鏡 群適於相對該第二透鏡群移動來對焦。 3.如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該 、透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第 透鏡、該第六透鏡及該第八透鏡各為一球面透鏡，且該 弟七透鏡為-非球面透鏡。 第、如申凊專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該 為透鏡為一凸面朝向該放大側的凸凹透鏡，該第二透鏡 凸面朝向該放大侧的凸凹透鏡，且該第三透鏡為一凸 20 201135279 …"。-2 32857twf.doc/n 面朝向該放大側的凹凸透鏡。 •如申5月專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，豆中該 為一雙凸透鏡’該第五透鏡為-雙凸透鏡？該第 雙凹透鏡’該第七透鏡為-凹面朝向該放大側 的凸凹透鏡，且該第八透鏡為一雙凸透鏡。 笫- 6类^申清專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該 七i 口更包括—孔徑光闌’配置於該第六透鏡與該第 第二鄉㈣1項所述之變线頭，其中該 小二，，配置於該第八一 第九7酬仅變錄頭，其中該 第一 7項所述之變缝頭，其中該 兄馮凸面朝向該放大側的 為—雙凹透鏡，且該第 凹魏。亥弟-透鏡 凸透鏡。 一透鏡為一凸面朝向該放大側的凹 10.如申請專利範圍 第四透鏡為一雙凸透铲，2々項所述之變焦鏡頭，其中該 六透鏡為-雙喊第五透鏡為-雙凸透鏡，該第 的凸凹透鏡，該第八=七透鏡為1面朝向該放大側 一雙凹透鏡。 ⑦為—雙凸透鏡’且料九透鏡為 如申請專利範圍塗 第五透鏡與該第六透 、斤述之變焦鏡頭，其t 您纜構成一雙膠合透鏡。 21