TW201835630A

TW201835630A - 光學鏡頭

Info

Publication number: TW201835630A
Application number: TW106130763A
Authority: TW
Inventors: 鄭泓祐; 陳凱筠; 周昱宏
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2018-10-01
Also published as: US10185129B2; TWI658288B; US20180275379A1

Abstract

本發明提供了一種光學鏡頭，其從放大側至縮小側依次包括第一透鏡群、孔徑光欄以及第二透鏡群。第一透鏡群具有面向放大側的最外側透鏡，且第二透鏡群具有面向縮小側的最外側透鏡。第一透鏡群的最外側透鏡中的至少一個以及第二透鏡群的最外側透鏡中的至少一個由玻璃形成。第一透鏡群及第二透鏡群中的至少一個具有負屈光度且由彼此相互接觸的多個透鏡群成的透鏡。光學鏡頭符合TLL＜100毫米的條件，其中TLL表示為距離最遠的相對兩透鏡的表面之間沿光軸的測量長度。

Description

光學鏡頭

本發明是有關於一種光學鏡頭，且特別是有關於一種遠心鏡頭。

一般投影機若要投影到較大的螢幕，則必須要有較長的投影距離。相對地，若要在較短的投影距離投影大尺寸的畫面，則必須使用特殊廣角鏡頭以縮短投影屏幕至投影機的距離。因此，廣角鏡頭可以有效縮短投影屏幕至投影機之間的距離並且得到大尺寸的投影畫面。然而，廣角投影鏡頭所衍生出的像差是設計者必須面對的難題。此外，為了因應成像圈的增加，光學鏡頭必須被設計為可以滿足不同投影尺寸的光學需求以獲得良好的光學品質。

本發明提供一種光學鏡頭，其具有低成本及良好的光學特性。

在本發明的一實施例中，光學鏡頭(例如為遠心鏡頭)從放大側至縮小側依次包括第一透鏡群、孔徑光欄以及第二透鏡群。第一透鏡群及第二透鏡群各自具有距孔徑光欄最外側且具有屈光度及具有非球面表面的透鏡。第一透鏡群及第二透鏡群中的最外側透鏡分別面向縮小側及放大側，且第二透鏡群中的最外側透鏡由玻璃形成。此外，第二透鏡群還包括由三個具有負的總屈光度的透鏡所組合的三膠合透鏡。此外，光學鏡頭中相對兩最外側透鏡之間沿光軸的總長度小於100毫米。

基於上述，本發明實施例中所提供的光學鏡頭提供了低溫影響與變形的解決方案。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

下列實施例中所使用的用語“第一”、“第二”是爲了辨識相同或相似的元件而使用，幷非用以限定該元件。

本發明所謂的本發明所謂光學元件，係指元件具有部份或全部可反射或穿透的材質所構成，通常包括玻璃或塑膠所組成。

本發明所謂的透鏡，是指至少能允許部份光線穿透，且其入、出光表面的至少一者的曲率半徑非爲無限大的光學元件；換句話說，透鏡的入、出光面的至少其中一者需非爲平面。而例如是平板玻璃，則非爲本發明所指的透鏡。

本發明所謂的放大側，在鏡頭應用在投影系統時，是指較靠近投影面(例如是投影幕)的一側，縮小側則是指較靠近光閥的一側。而當鏡頭應用在取像系統時，放大側指靠近被拍攝物所處的一側，縮小側則指較靠近感光元件的一側。

本發明所謂的透鏡群包括一枚或是一枚以上的透鏡。

圖1A為依照本發明的一實施例的光學鏡頭示意圖。請參考圖1A，本實施例中提供的光學鏡頭100可以是一種遠心鏡頭系統，且具有光軸A，且光學鏡頭100位於放大側OS和縮小側IS之間。光學鏡頭100包括第一透鏡群110、孔徑光欄S以及第二透鏡群120。應當注意的是，除非另有說明，透鏡群可以僅包括一個透鏡，但本發明並不限於此。第一透鏡群110設置於放大側OS與孔徑光欄S之間，且第一透鏡群110具有正的屈光度。第二透鏡群120位於孔徑光欄S與縮小側IS之間，且第二透鏡群120具有正的屈光度。光學鏡頭100能夠在放大側OS形成一影像。

在本實施例中，第一透鏡群110包括從放大側OS至縮小側IS依序排列的第一透鏡G1、第二透鏡G2以及第三透鏡G3。第二透鏡群120包括從放大側OS至縮小側IS依序排列的第四透鏡G4、第五透鏡G5、第六透鏡G6以及第七透鏡G7。

第一透鏡G1和第七透鏡G7分別是第一透鏡群110和第二透鏡群120中的最外側透鏡。具體而言，第一透鏡G1是第一透鏡群110中，沿著光軸A朝向放大側OS，距孔徑光欄S最遠的具有屈光度的透鏡，或者為在第一透鏡群110中朝向放大側OS最近的具有屈光度的透鏡。第一透鏡G1的最外側表面面向放大側OS。具體而言，第七透鏡G7是第二透鏡群120中沿著光軸A距孔徑光欄S最遠的具有屈光度的透鏡，或者為在第二透鏡群120中朝向縮小側IS最近的具有屈光度的透鏡。第七透鏡G7的最外側表面面向縮小側IS。

在本實施例中，第二透鏡群120包括四個透鏡，並且四個透鏡中的至少三個相互固定在一起。更具體地說，第四透鏡G4、第五透鏡G5以及第六透鏡G6從放大側OS至縮小側IS依序排列，第四透鏡G4、第五透鏡G5以及第六透鏡G6彼此相互接觸並固定在一起，以形成三膠合透鏡。所述透鏡可以藉由膠合或機械方式固定。

在本實施例中，第一透鏡G1至第七透鏡G7的屈光度分別為負、負、正、負、正、負以及正。第二透鏡G2、第四透鏡G4、第五透鏡G5、第六透鏡G6以及第七透鏡G7皆由玻璃形成，並且第一透鏡G1和第三透鏡G3分別由塑膠形成。另一方面，第二透鏡G2、第四透鏡G4、第五透鏡G5、第六透鏡G6以及第七透鏡G7的折射率溫度係數（temperature coefficients of refractive index）可以可選地為正值，以使由溫度升高引起的像差能獲得更好的性能。並且，第一透鏡G1以及第三透鏡G3的折射率溫度係數可以可選地為負值。

此外，根據本實施例，影像處理元件130可以被佈置在縮小側IS以輸入或輸出影像光線，再者，有一虛擬成像平面形成於影像處理元件130的表面上。實施例中所描述的影像處理元件130可以是指至少一光閥，光閥可以是數位微鏡元件（DMD）或液晶顯示器（LCD）等，而本實施例中，光閥為DMD。在一些相關的實施例中，光學鏡頭100還包括例如位於第七透鏡G7與影像處理元件130之間的內部全反射稜鏡（TIR prism）或場鏡（Field lens）的光學元件。此外，所述場鏡可以是指配置於數位微鏡元件相鄰處，並且其中照明光線和影像光線都可以從其通過的透鏡。

在本實施例中，光學鏡頭100是用於微型投影機或稱為PICO投影機的投影鏡頭，且例如是具有固定焦距的投影鏡頭。詳細而言。影像光線從第七透鏡G7輸入並從第一透鏡G1輸出，接著成像光朝放大側OS投影。光閥的對角線長度例如為0.3英吋，且其解析度例如為1280×720。此外，光學鏡頭100的第一透鏡群110和第二透鏡群120的位置相對固定，並且第一透鏡群110和第二透鏡群120皆可一起移動，以聚焦光學鏡頭100。

以下內容將舉出圖1A所繪示的光學鏡頭100中關於各個透鏡具體的數據資料。（表1）

在表1中，使用*的符號表示為非球面表面。間距是指兩相鄰表面間於光軸A上之直線距離。舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間於光軸A上之直線距離。表一中記載的是各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數，備註欄記載的是對應的各透鏡。此外，在表一中，表面S1、S2為第一透鏡G1的兩表面，而表面S1面向放大側OS。表面S7是指孔徑光欄S，表面S9為膠合表面且連接第四透鏡G4及第五透鏡G5，表面S9和S10皆為膠合表面，連接第四透鏡G4、第五透鏡G5以及第六透鏡G6。

在本實施例中，表面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S12以及S13是非球面表面，並且可以由下列公式（1）表示：(1)

在公式（1）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處的曲率半徑（如表1內S1至S6以及S12至S13的曲率半徑）的倒數；k是二次曲面係數（conic），r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，而A₂ 、A₄ 、A₆ 、A₈ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ 、A₁₆ ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。光學鏡頭100中的表面S1至S6以及表面S12至S13的參數值列於表2中。（表2）

在本實施的光學鏡頭100中，第一透鏡群110的焦距為24毫米，第二透鏡群120的焦距為13毫米，光學鏡頭100的有效焦距（EFL）為7.813 毫米，光圈值（Fno）為1.7，表面S1至表面S13之間的鏡頭總長（TTL）為41.86毫米。光學鏡頭100的投射比（TR）可以介在0.5至2之間，且本實施例的投射比約為1.1。此外，舉例而言，在本實施例中，由於靠近光閥的第七透鏡G7由玻璃形成，因此可以降低熱對於光學鏡頭100的光學品質的影響。

此外，在本實施例中，第一透鏡G1、第二透鏡G2、第三透鏡G3以及第七透鏡G7分別包括至少一非球面表面。第四透鏡G4、第五透鏡G5以及第六透鏡G6形成為一三膠合透鏡，從而可以減小投影影像的失真、降低色差，並且可以提高其解析度。

此外，在本實施例中，光學鏡頭100滿足以下條件（1）至（2）。 TTL＜100毫米　　　　　　　　（1） 2.5＜TTL/EFL＜6.5　　　　　　　　（2）

此處，TTL表示在光學鏡頭的第一和最後表面之間沿著光軸A的測量長度，更具體地，此長度為光學鏡頭100中最外側的相對兩透鏡的表面之間的測量長度。在本實施例中，TTL表示在第一透鏡G1的表面S1與第七透鏡G7的表面S13之間沿著光軸A的測量長度。此外，EFL表示為光學鏡頭100的有效焦距。

圖1B至圖1E為圖1A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖1B示出了光學鏡頭100的繞射調制傳遞函數。圖1C示出了光學鏡頭100的調制傳遞函數，其橫軸表示為每週期/毫米之空間頻率，且縱軸表示為光學轉移函數（OTF）的模數。圖1D以及圖1E分別示出了使用波長為623奈米的光、波長為525奈米的光以及波長為460奈米的光的場曲和畸變的模擬圖形。在本實施例中，畸變率例如為小於0.5％。詳細而言，本實施例中的畸變率小於0.2％。

在前述實施例中提供的附圖標記和一些描述也適用於以下實施例。相同的附圖標記表示本實施例和前述實施例中的相同或相似的元件，且省略重複的描述。所述省略的描述可以在前述示例性實施例中找到。

圖2A為依照本發明的另一實施例的光學鏡頭示意圖。參考圖1。請參考圖1A以及圖2A，本實施例中提供的光學鏡頭200類似於圖1A所示的實施例中提供的光學鏡頭100，且其差異如下。光學鏡頭200包括第一透鏡群210、孔徑光欄S以及第二透鏡群220。影像處理元件230可以排列在縮小側IS。此外，本實施例中的第三透鏡G3為一雙凸透鏡，以及本實施例中的第四透鏡G4為一雙凹透鏡。

此外，在本實施例中，第一透鏡G1至第七透鏡G7的屈光度分別為負、負、正、負、正、負以及正。在本實施例中，第一透鏡G1、第三透鏡G3、第四透鏡G4、第五透鏡G5、第六透鏡G6以及第七透鏡G7皆由玻璃形成，且第二透鏡G2由塑膠形成。

以下內容將舉出圖2A所繪示的光學鏡頭200中關於各個透鏡具體的數據資料。（表3）

解讀表3中的數據及光學參數的方式與表1相似，因此下文將不再重複。在本實施例中，表面S1、S2、S3、S4、S12和S13為非球面表面，並且可以由上述公式（1）表示。光學鏡頭200中的表面S1至S4以及表面S12至S13的參數值列於表4中。（表4）

圖2B至圖2E為圖2A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖2B示出了光學鏡頭200的繞射調制傳遞函數。圖2C示出了光學鏡頭200的調制傳遞函數。圖2D以及圖2E分別示出了使用波長為623奈米、525奈米以及460奈米的光的場曲和畸變的模擬圖形。在本實施例中，畸變率例如為小於0.5％。

圖3A為依照本發明的另一實施例的光學鏡頭示意圖。請參考圖1A以及圖3A，本實施例中提供的光學鏡頭300類似於圖1A所示的實施例中提供的光學鏡頭100，且其差異如下。光學鏡頭300包括第一透鏡群310、孔徑光欄S以及第二透鏡群320。影像處理元件330可以排列在縮小側IS。第四透鏡G4是具有面向縮小側IS的凹面的凸凹透鏡。此外，在本實施例中，第二透鏡G2、第三透鏡G3、第四透鏡G4、第五透鏡G5、第六透鏡G6以及第七透鏡G7由玻璃形成，且第一透鏡G1是塑膠透鏡。此外，在本實施例中，第一透鏡G1至第七透鏡G7的屈光度分別為負、正、正、負、正、負以及正。

以下內容將舉出圖3A所繪示的光學鏡頭300中關於各個透鏡具體的數據資料。然而需注意的是，本發明並不限於表1至表6中所列出的數據。對於相關領域的普通技術人員應當知道，在不脫離本發明的範圍或精神的情況下，可以對本文提供的參數或設置進行各種修改和變化。（表5）

解讀表5中的數據和光學參數的方式與表1相似，因此下文將不再重複。在本實施例中，非球面表面可以由上述公式（1）表示。光學鏡頭300中的表面S1至S6以及表面S12至S13的參數值列於表6中。（表6）

圖3B至圖3E為圖3A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖3B示出了光學鏡頭300的繞射調制傳遞函數。圖3C示出了光學鏡頭300的調制傳遞函數，其橫軸表示每週期/毫米之空間頻率，且縱軸表示光學轉移函數的模數。圖3D以及圖3E分別示出了使用具有波長為623奈米、525奈米以及460奈米的光的場曲和畸變的模擬圖形。在本實施例中，畸變率例如為小於0.5％。詳細而言，本實施例中的畸變率小於0.2％。在圖1B至圖1E、圖2B至圖2E以及圖3B至圖3E中分別示出的實施例中提供的圖形在標準範圍內，因此在本發明的實施例中提供的光學鏡頭100、光學鏡頭200以及光學鏡頭300都可以滿足低成本、小型化、薄型化，高解像力、低畸變、大孔徑光欄、良好光學品質以及良好投射比，以滿足不同投影尺寸的光學需求。

綜上所述，本文提供的光學鏡頭的設計滿足了低成本、小型化、薄型化，高解像力、低畸變、大孔徑光欄、良好光學品質以及良好投射比，以滿足不同投影尺寸的光學需求。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧光學鏡頭

110、210、310‧‧‧第一透鏡群

120、220、320‧‧‧第二透鏡群

130、230、330‧‧‧影像處理元件

A‧‧‧光軸

G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7‧‧‧透鏡

IS‧‧‧縮小側

OS‧‧‧放大側

S‧‧‧孔徑光欄

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13‧‧‧表面

圖1A為依照本發明的一實施例的光學鏡頭示意圖。圖1B至圖1E為圖1A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖2A為依照本發明的另一實施例的光學鏡頭示意圖。圖2B至圖2E為圖2A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。圖3A為依照本發明的另一實施例的光學鏡頭示意圖。圖3B至圖3E為圖3A的光學鏡頭的成像光學模擬數據圖。

Claims

一種光學鏡頭，從放大側至縮小側依次包括：第一透鏡群，具有至少一透鏡；孔徑光欄；以及第二透鏡群，具有一由多個透鏡相互接觸而構成，且具有負的屈光度的透鏡，其中該第一透鏡群中距該孔徑光欄最遠的具有屈光度的透鏡具有非球面表面，該第二透鏡群中距該孔徑光欄最遠的具有屈光度的透鏡具有非球面表面且由玻璃形成，TTL為該光學鏡頭中，距離最遠的兩透鏡的相反表面之間，沿光軸測量的長度，該光學鏡頭滿足TTL＜100毫米的條件。
如申請專利範圍第1項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群包括從該放大側朝向該縮小側依序排列的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，該第二透鏡群包括從該放大側朝向該縮小側依次排列的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡，其中該第四透鏡、該第五透鏡以及該第六透鏡彼此相互接觸並且具有負的總屈光度。
如申請專利範圍第1項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡群包括從該放大側朝向該縮小側依序排列的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，該第二透鏡群包括從該放大側朝向該縮小側依次排列的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡，其中該第四透鏡、該第五透鏡以及該第六透鏡彼此相互接觸並且具有負的總屈光度，該第一透鏡的折射率落在1.48至1.69的範圍內，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第七透鏡各自設有至少一非球面表面，該第四透鏡、該第五透鏡以及該第六透鏡彼此相互接觸以形成一枚三膠合透鏡，該光學鏡頭的至少三個透鏡由玻璃形成，該第四透鏡、該第五透鏡以及該第六透鏡形成有一枚三膠合透鏡，且至少兩者具有負的屈光度，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡以及該第七透鏡的屈光度分別為以下二者之任一者： (1) 負、正、正、負、正、負以及正；或 (2) 負、負、正、負、正、負以及正，該第一透鏡群以及該第二透鏡群的屈光度皆為正，且該光學鏡頭滿足2.5＜TTL / EFL＜6.5的條件，EFL表示為該光學鏡頭的有效焦距。
一種光學鏡頭，從放大側至縮小側依序排列包括：具有屈光度兩個透鏡；孔徑光欄；以及具有屈光度的四個透鏡，其中該四個透鏡中的至少三個相互固定在一起且具有負的總屈光度，TTL為該光學鏡頭中，距離最遠的兩透鏡的相反表面之間，沿光軸測量的長度，EFL表示為該光學鏡頭的有效焦距，該光學鏡頭滿足2.5＜TTL / EFL＜6.5的條件。
如申請專利範圍第4項所述的光學鏡頭，最靠近該放大側的具有屈光度的該透鏡具有非球面表面，最靠近該縮小側的具有屈光度的該透鏡具有非球面表面且由玻璃形成。
如申請專利範圍第2或第4項所述的光學鏡頭，其滿足TTL ＜100毫米以及2.5 ＜TTL / EFL ＜6.5的條件，其中TTL為該光學鏡頭中，距離最遠的兩透鏡的相反表面之間，沿光軸測量的長度，EFL表示為該光學鏡頭的有效焦距。
如申請專利範圍第2或第4項所述的光學鏡頭，其中彼此相互接觸或固定在一起的該三個透鏡形成為一枚三膠合透鏡，且該三膠合透鏡包括具有負屈光度的至少兩透鏡。
如申請專利範圍第2或第5項所述的光學鏡頭，其中該三個透鏡的屈光度為以下二者之任一者： (1) 負、正、正；或 (2) 負、負、正，且該孔徑光欄和該放大側之間的總屈光度為正，該孔徑光欄和該縮小側之間的總屈光度為正。
如申請專利範圍第2或第5項所述的光學鏡頭，該孔徑光欄與該放大側之間具有三個透鏡，該三個透鏡皆具有屈光度，且三個透鏡皆具有一非球面表面。
如申請專利範圍第2或第6項所述的光學鏡頭，其中最靠近該放大側的具有屈光度的該透鏡具有落在1.48〜1.69的範圍內的折射率，且該光學鏡頭中至少有三枚透鏡由玻璃製成。