TW202004255A

TW202004255A - 變焦鏡頭

Info

Publication number: TW202004255A
Application number: TW107118690A
Authority: TW
Inventors: 陳凱筠; 王國權
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN110554490A; TWI805585B

Abstract

一種變焦鏡頭，自放大側至縮小側實質僅包括第一至第四透鏡組。第一透鏡組為可動的。當變焦鏡頭變焦時，三個可動的透鏡組。變焦鏡頭的鏡頭總長為T，變焦鏡頭的像高為H。變焦鏡頭符合T/H≦25的條件。另一種變焦鏡頭亦被提供。

Description

變焦鏡頭

本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種變焦鏡頭。

在一般的變焦鏡頭中，通常會將設置於鏡頭中的多個透鏡分組後，並依照變焦或對焦的要求以使這些透鏡組(例如是五個以上的透鏡組)進行對應的移動。然而，上述的多鏡組設計提高了鏡頭製造的難度及成本並使其鏡頭體積無法減少。因此，如何製造低成本、體積小且具有良好成像品質的變焦鏡頭，是目前本領域的技術人員的重要課題之一。

本發明的一例中，提供一種變焦鏡頭，其能利用較少的透鏡組達到較佳的成像品質。

本發明的其他目的和優點可以從本發明實施例所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

本發明的一實施例中提出了一種變焦鏡頭，在應用在投影機中時，從光線的輸出側(或稱放大側，或是靠近投影螢幕方向的一側)起算，至光線的輸入側(縮小側，靠近像面)依序依透鏡的可動性分組，排列有四個透鏡組，依序分別稱為第一、第二、第三及第四透鏡組。第一透鏡組中最接近放大側的透鏡為非球面透鏡。當變焦鏡頭變焦時，四個透鏡組中包括至少三個可動的透鏡組。舉例來說，於本例中，在變焦時，第一、第二及第三透鏡組會相對於成像面移動，而第四透鏡組則相對於成像面固定。另外，變焦鏡頭的鏡頭總長除以變焦鏡頭的像高為小於等於25。藉由本發明實施例的設計，變焦鏡頭可以在較少的透鏡組下並藉由至少三個可動的透鏡組實現變焦功能，其製造難度較為簡單並具有較低的製造成本，且在總長除以像高比值在25或以下時，其尺吋得以被減小。

本發明的一實施例中提出了一種變焦鏡頭，應用在投影機中時，從光線的輸出側(或稱放大側，或是靠近投影螢幕方向的一側)起算，至光線的輸入側(縮小側)依透鏡的可動性分組，排列有四個透鏡組，依序分別稱為第一、第二、第三及第四透鏡組。第一透鏡組中最接近放大側的透鏡為非球面透鏡且具負屈光度。第一透鏡組中最接近放大側的透鏡為非球面透鏡。當變焦鏡頭變焦時，四個透鏡組中包括至少三個可動的透鏡組。舉例來說，於本例中，在變焦時，第一、第二及第三透鏡組會相對於成像面移動，而第四透鏡組則相對於成像面固定。另外，變焦鏡頭包括12片以上屈光度非零的透鏡。

藉由本發明實施例的設計，變焦鏡頭可以在較少的透鏡組下並藉由至少三個可動的透鏡組實現變焦功能，其製造難度較為簡單並具有較低的製造成本，而本例的焦變鏡頭是包括12枚以上具屈光度的透鏡的。

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。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、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。

藉由本發明實施例的設計，可提供一種具有簡單設計且能提供較佳成像品質的變焦鏡頭。

圖1A為本發明的第一實施例的變焦鏡頭的示意圖；圖1B為本發明的第一實施例的變焦鏡頭在廣角端(WIDE)、中間端(MID)、望遠端(TELE)相對位置的示意圖。

變焦鏡頭100可例如是適用於一光學系統，此光學系統可以是一投影機1或相機的取像裝置。於本例中，光學系統為一採用遠心(Telecentric)架構的變焦鏡頭100的投影機1。

於本例中，投影機1包括照明系統IS、光學稜鏡組OA、光閥LV、穿透式平順圖像裝置(Transmissive Smooth Picture, TSP)及變焦鏡頭100。

照明系統IS、光閥LV、光學稜鏡組OA、穿透式平順圖像裝置TSP四者設於縮小側RS與鏡頭之間。照明系統10用以提供照明光束IB至光閥LV。

光閥LV可為數位微鏡元件(DMD)、矽基液晶面板(LCOS)或是穿透式液晶面板(LCD)等空間光調變器之任一者。光學稜鏡組OA配置於照明光束IB的傳遞路徑IB上。照明光束IB被光學稜鏡組OA全反射後射往光閥LV。當光閥LV為DMD時，其表面的多個微反射鏡位於鏡頭的像面上，可將照明光束IB轉換成影像光束IMB。影像光束IMB會依序穿透光學稜鏡組OA經穿透式平順圖像裝置TSP進入變焦鏡頭100，並經由變焦鏡頭100後在放大側MS的焦點處形成影像。

穿透式平順圖像裝置TSP為一廣泛使用的光學元件，其包括一可擺動的平板玻璃，可用於提高解析度。

如前所述，變焦鏡頭100例如是可用以取像，而感光元件(未示出)則可設置於縮小側RS的光閥LV的位置處以取代光閥LV，變焦鏡頭100的像面的位置則例如是圖式中所示出的光閥LV表面S28的位置。於此時，像面位於感光元件之表面。

請參照圖1A及圖1B，在本例中，變焦鏡頭100具有光軸I，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、光圈S、第三透鏡組G3及第四透鏡組G4。上述的透鏡組G1~G4各別至少包括一至多片具有屈光度(Refractive Power)的透鏡。若透鏡組具有多片透鏡，則透鏡組移動時這些透鏡會一起移動，且透鏡組中任兩相鄰的透鏡之間的間距不隨變焦鏡頭100之焦距調整而改變。亦即，各透鏡組是以其可動性分組。於本例中，變焦鏡頭100包括3個可動的透鏡組。當變焦鏡頭100變焦(Zoom)時，第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3於在光軸I上相對於光閥LV上的作動表面或是像面(下同)各自移動，以於廣角端、中間端、望遠端之間切換以進行變焦操作(Zoom)。而於對焦(FOCUS)時，以第一透鏡組G1移動為對焦，而第四透鏡組G4在變焦及對焦時均相對於光閥LV之作動表面保持不動。

請參照圖1B，當變焦鏡頭100由廣角端往中間端切換時，此時第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，而第四透鏡組G4以及光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時變焦鏡頭100的可變間距D1、D2、D3及D4分別變小、變大、變小及變大。

請參照圖1B，當變焦鏡頭100由中間端往望遠端切換時，此時第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS及放大側MS移動，而第四透鏡組G4以及光圈S相對於光閥LV固定不動。此時變焦鏡頭100的可變間距D1、D2、D3、D4分別為變小、變大，變小及變大。

此外，在上述變焦的過程中，光圈S的光圈值為定值。

於本例中，變焦鏡頭100中具有屈光度的透鏡為13片，其中非球面透鏡2片，球面透鏡11片。於以下段落中會詳細說明變焦鏡頭100中各透鏡組G1~G4的透鏡排列方式、屈光度、材料以及透鏡種類。

第一透鏡組G1具有負屈光度，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L1、L2、L3、L4及L5，屈光度分別為負、負、正、負、正。透鏡L1為第一透鏡組G1中最接近放大側MS的具有屈光度的透鏡，且其材料為塑膠，並且其為非球面透鏡(Aspherical Lens)。透鏡L2~L5皆為球面透鏡(Spherical Lens)，且透鏡L2~L5的材料皆為玻璃。透鏡L2、L3為雙膠合透鏡(cemented doublet)。

第二透鏡組G2具有正屈光度，且包括透鏡L6，透鏡L6的屈光度為正。透鏡L6為球面透鏡，且其材料為玻璃。

光圈S設置於第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間。光圈值(F-number)小於等於2，且例如是1.7。

第三透鏡組G3具有正屈光度，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L7、L8、L9、L10、L11、L12，而其屈光度分別為負、正、負、負、正、正。這些透鏡L7~L12皆為球面透鏡，且這些透鏡L7~L12的材料皆為玻璃。透鏡L7、L8、L9為三膠合透鏡。透鏡L10、L11為雙合透鏡。

第四透鏡組G4的屈光度為正，且包括透鏡L13，透鏡L13的屈光度為正。透鏡L13為非球面透鏡，且其材料為玻璃，由熱壓成型製程所製成。

值得注意的是，於本例中所提到的雙合或膠合透鏡中的兩相鄰透鏡的相鄰兩面具有相同或相近的曲率半徑，且雙合或膠合透鏡的相鄰兩面可利用不同的方式貼合，例如以光學膠塗佈在相鄰兩面間膠合、以機構件將相鄰兩面壓合等方式而不限定。

在變焦鏡頭100中，各透鏡皆具有一朝向放大側MS且使成像光線通過的放大側凸、凹或平面以及一朝向縮小側RS且使成像光線通過的縮小側凸、凹或平面。於以下的段落中會詳細地說明上述元件所對應具有的面形。

在第一透鏡組G1中，透鏡L1具有放大側凸面S1及一縮小側凹面S2。透鏡L2具有放大側凹面S3及縮小側凹面(未示出)。透鏡L3具有放大側凸面S4及縮小側凸面S5。透鏡L4具有放大側凹面S6及縮小側凹面S7。透鏡L5具有放大側凸面S8及縮小側凸面S9。

在第二透鏡組G2中，透鏡L6具有放大側凸面S10及縮小側平面S11。

S12為光圈S。於本例中，光圈S光圈為固定式光圈，通常是中間具有固定大小的透光孔的機構件或結構件；惟需要時，可以例如是IRIS的可調式光圈取代之亦可。

在第三透鏡組G3中，透鏡L7具有放大側凸面S13及縮小側凹面(未示出)。透鏡L8具有放大側凸面S14及縮小側凸面(未示出)。透鏡L9具有放大側凹面S15及縮小側凸面S16。透鏡L10具有放大側凹面S17及縮小側凹面(未示出)。透鏡L11具有放大側凸面S18以及縮小側凸面S19。透鏡L12具有放大側凸面S20及縮小側凸面S21。

在第四透鏡組G4中，透鏡L13具有放大側凸面S22及縮小側凸面S23。

穿透式平順圖像裝置TSP具有放大側表面S24以及縮小側表面S25。光學稜鏡組OA具有放大側表面S26以及縮小側表面S27。光閥LV具有放大側表面S28以及縮小側表面S29。

變焦鏡頭100的透鏡設計參數、光學稜鏡組OA、光閥LV的設計參數如下方表一所示。變焦鏡頭100分別在廣角端、中間端以及望遠端所對應的可變間距D1~D4的設計參數以及相關的光學參數如下方表二、表三所示。各透鏡組G1~G4的有效焦距(Effective Focal Length, EFL)如下方表四所示。表五為本實施例的變焦鏡頭100的相關光學數據，其中像高H可為光閥LV作動表面對角線的一半長度。其中表五中所述及的鏡頭總長T(TTL)係指鏡頭在廣角端時，變焦鏡頭中沿光軸相距最遠的兩枚具屈光度的透鏡沿光軸的最大距離。於本例中，鏡頭總長舉例來說，透鏡L1朝向放大側MS的表面S1至表面S23在光軸I上且在廣角端時量測的距離。然而，下文中所列舉的資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。於表面列中的＊符號是代表其為非球面表面；若無，即為球面表面。

表一

表二

表三

表四

表五

再者，於本發明如下的各個設計實例中，非球面多項式可用下列公式表示：

…(1)

上述的公式(1)中，x為光軸I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I處的曲率半徑的倒數，k是二次曲面係數，y是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。A-E分別代表非球面多項式的各階非球面係數。下方表六列出S1、S2、S22、S23的各階非球面係數及二次曲面係數值。表六

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的部分內容，省略了相同技術內容的說明，關於相同的元件名稱可以參考前述實施例的部分內容，下述實施例不再重複贅述。

圖2A為本發明的第二實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖2B為本發明的第二實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。為求清楚說明透鏡組間的作動關係，圖2B將變焦鏡頭以水平的方式示出，且以水平方式示出的變焦鏡頭與圖2A中的L形變焦鏡頭光學上等效，下文以此類推。

請參照圖2A，於本例中，變焦鏡頭100a大致上類似於變焦鏡頭100，其主要差異在於：變焦鏡頭100a從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括第一透鏡組G1a、第二透鏡組G2a、第三透鏡組G3a、光圈S以及第四透鏡組G4a。此外，透鏡L7及光圈S之間的光路上設有反射元件R，反射元件R於本實施例中，為反射式平順圖像裝置(Reflective Smooth Picture, RSP)，惟其可以反射鏡或其他具有光線導引功能的元件取代之。再者，亦可將反射元件R省略以讓光路無需轉折的方式行進亦可，本發明不以此為限。變焦鏡頭100a可被轉為L形。於本例中，當變焦鏡頭100a變焦時，第一透鏡組G1a、第二透鏡組G2a、第三透鏡組G3a、第四透鏡組G4a於在光軸I上各自移動，以於廣角端、中間端、望遠端之間切換以進行變焦操作，而第四透鏡組G4a在調焦時會在光軸I上移動。

請參照圖2B，當變焦鏡頭100a由廣角端往中間端切換時，此時第一透鏡組G1a、第二透鏡組G2a、第三透鏡組G3a分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，而第四透鏡組G4a沿著光軸I往放大側MS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小及變大。

請參照圖2B，當變焦鏡頭100a由中間端往望遠端切換時，此時第一透鏡組G1a、第二透鏡組G2a、第三透鏡組G3a分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，而第四透鏡組G4a沿著光軸I往縮小側MS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小及變大。

此外，在上述變焦的過程中，光圈S的光圈值為定值。

於本例中，變焦鏡頭100a中具有屈光度的透鏡為12片，其中非球面透鏡1片，球面透鏡11片。於以下段落中會詳細說明變焦鏡頭100a中各透鏡組G1a~G4a的透鏡排列方式、屈光度、材料以及透鏡種類。

第一透鏡組G1a的屈光度為負，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L1、L2、L3，且這些透鏡L1、L2及L3的屈光度分別為負、負、正。透鏡L1的材料為塑膠，且為非球面透鏡。透鏡L2、L3為雙合透鏡。透鏡L2、L3的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第二透鏡組G2a具有負屈光度，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L4、L5，透鏡L4、L5的屈光度分別為負、正。透鏡L4、L5為雙合透鏡。透鏡L4、L5的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第三透鏡組G3a具有正屈光度，且包括透鏡L6，透鏡L6的屈光度為正。透鏡L6的材料為玻璃，且為球面透鏡。

光圈S設置於第三透鏡組G3a與第四透鏡組G4a之間。

第四透鏡組G4a的屈光度為正，且包括透鏡L7、L8、L9、L10、L11、L12，且這些透鏡 L7、L8、L9、L10、L11、L12的屈光度分別為負、正、負、負、正、正。透鏡L7、L8、L9為三膠合透鏡。透鏡L10、L11為雙合透鏡。透鏡L7~L12的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

上述透鏡組G1a至G4a中的透鏡面形可以由下表以及圖中所得知，於此不再贅述。

變焦鏡頭100a的透鏡設計參數以及光學稜鏡組OA、光閥LV的設計參數如下方表七所示。變焦鏡頭100a分別在廣角端、中間端以及望遠端所對應的可變間距D1~D5的設計參數以及相關的光學參數如下方表八、表九所示。各透鏡組G1a~G4a的有效焦距如下方表十所示。表十一為本實施例的變焦鏡頭100a的相關光學數據，其中像高H可為光閥LV對角線的一半長度。其中表十一中所述及的鏡頭總長可為透鏡L1朝向放大側MS的表面S1至表面S20在光軸I上，在廣角端時量測的距離。

表七

表八

表九

表十

表十一

下方表十二列出S1、S2的各階非球面係數及二次曲面係數值，非球面方程式可參照式(1)。表十二

圖3A為本發明的第三實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖3B為本發明的第三實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。

請參照圖3A及圖3B，變焦鏡頭100b從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括第一透鏡組G1b、第二透鏡組G2b、第三透鏡組G3b、光圈S以及第四透鏡組G4b。於本例中，當變焦鏡頭100b變焦時，第一透鏡組G1b、第二透鏡組G2b、第三透鏡組G3b於在光軸I上各自移動，以於廣角端、中間端、望遠端之間切換以進行變焦操作，而第四透鏡組G4b於在光軸I上移動以進行調焦操作。

請參照圖3B，當變焦鏡頭100b由廣角端往中間端切換時，此時第一透鏡組G1b、第二透鏡組G2b、第三透鏡組G3b分別沿著光軸I相對於光閥LV上的作動表面(下同)往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，以進行變焦操作，而第四透鏡組G4a沿著光軸I往放大側MS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小及變大。

請參照圖3B，當變焦鏡頭100b由中間端往望遠端切換時，此時第一透鏡組G1b、第二透鏡組G2b、第三透鏡組G3b分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，以進行變焦操作，而第四透鏡組G4b沿著光軸I往放大側MS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小、變大。

此外，在上述變焦的過程中，光圈S的光圈值為定值。

於本例中，變焦鏡頭100b中具有屈光度的透鏡為14片，其中非球面透鏡1片，球面透鏡13片。於以下段落中會詳細說明變焦鏡頭100a中各透鏡組G1a~G4a的透鏡排列方式、屈光度、材料以及透鏡種類。

第一透鏡組G1b的屈光度為負，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L1、L2、L3、L4，且這些透鏡L1、L2、L3及L4的屈光度分別為負、負、負、正。透鏡L1的材料為塑膠，且為非球面透鏡。透鏡L3、L4為雙合透鏡。透鏡L2、L3、L4的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第二透鏡組G2b具有負屈光度，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L5、L6，透鏡L5、L6的屈光度分別為負、正。透鏡L5、L6為雙合透鏡。透鏡L5、L6的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第三透鏡組G3b具有正屈光度，且包括透鏡L7、L8，透鏡L7、L8的屈光度為正、正。透鏡L7、L8的材料為玻璃，且為球面透鏡。

光圈S設置於第三透鏡組G3b與第四透鏡組G4b之間。

第四透鏡組G4b的屈光度為正，且包括透鏡L9、L10、L11、L12、L13、L14，且這些透鏡L9、L10、L11、L12、L13、L14的屈光度分別為負、正、負、負、正、正。透鏡L9、L10、L11為三膠合透鏡。透鏡L12、L13為雙合透鏡。透鏡L9~L14的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

上述透鏡組G1b至G4b中的透鏡面形可以由下表以及圖中所得知，於此不再贅述。

變焦鏡頭100b的透鏡設計參數以及光學稜鏡組OA、光閥LV的設計參數如下方表十三所示。變焦鏡頭100b分別在廣角端、中間端以及望遠端所對應的可變間距D1~D5的設計參數以及相關的光學參數如下方表十四、表十五所示，。各透鏡組G1b~G4b的有效焦距如下方表十六所示。表十七為本實施例的變焦鏡頭100b的相關光學數據，其中像高H可為光閥LV對角線的一半長度。其中表十七中所述及的鏡頭總長為透鏡L1朝向放大側MS的表面S1至光閥LV的表面S24在光軸I上，在廣角端時量測的距離。

表十三

表十四

表十五

表十六

表十七

下方表十八列出S1、S2的各階非球面係數及二次曲面係數值，非球面方程式可參照式(1)。表十八

圖4A為本發明的第四實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖4B為本發明的第四實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。

請參照圖4A及圖4B，變焦鏡頭100c從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括第一透鏡組G1c、第二透鏡組G2c、第三透鏡組G3c、光圈S以及第四透鏡組G4c。於本例中，當變焦鏡頭100c變焦時，第一透鏡組G1c、第二透鏡組G2c、第二透鏡組G2c、第三透鏡組G3c於在光軸I上各自移動，以於廣角端、中間端、望遠端之間切換以進行變焦操作，而第四透鏡組G4c於在光軸I上移動以進行調焦操作。

請參照圖4B，當變焦鏡頭100c由廣角端往中間端切換時，此時第一透鏡組G1c、第二透鏡組G2c、第三透鏡組G3c分別沿著光軸I往縮小側RS、縮小側RS、放大側MS移動，以進行變焦操作，而第四透鏡組G4c沿著光軸I往縮小側RS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小及變大。

請參照圖4B，當變焦鏡頭100c由中間端往廣角端切換時，此時第一透鏡組G1c、第二透鏡組G2c、第三透鏡組G3c分別沿著光軸I往縮小側RS、放大側MS、放大側MS移動，以進行變焦操作，而第四透鏡組G4c沿著光軸I往放大側MS移動以進行調焦操作，光圈S相對於光閥LV上的作動表面固定不動。此時，變焦鏡頭的可變間距D1、D2、D3、D4、D5分別變小、變小、變大、變小及變大。

此外，在上述變焦的過程中，光圈S的光圈值為定值。

於本例中，變焦鏡頭100c中具有屈光度的透鏡為15片，其中非球面透鏡1片，球面透鏡14片。於以下段落中會詳細說明變焦鏡頭100c中各透鏡組G1c~G4c的透鏡排列方式、屈光度、材料以及透鏡種類。

第一透鏡組G1c的屈光度為負，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L1、L2、L3、L4，且這些透鏡L1、L2、L3、L4的屈光度分別為負、負、負、正。透鏡L1的材料為塑膠，且為非球面透鏡。透鏡L2~L4的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第二透鏡組G2c的屈光度為負，且從放大側MS至縮小側RS沿光軸I依序包括透鏡L5、L6，透鏡L5、L6的屈光度分別為負、正。透鏡L5、L6為雙合透鏡。透鏡L5、L6的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

第三透鏡組G3b具有正屈光度，且包括透鏡L7、L8、L9，透鏡L7、L8、L9的屈光度為正、正、正。透鏡L7~L9的材料為玻璃，且為球面透鏡。

光圈S設置於第三透鏡組G3c與第四透鏡組G4c之間。

第四透鏡組G4c的屈光度為正，且包括透鏡L10、L11、L12、L13、L14、L15，且這些透鏡L10、L11、L12、L13、L14、L15的屈光度分別為負、正、負、負、正、正。透鏡L10、L11、L12為三膠合透鏡。透鏡L13、L14為雙合透鏡。透鏡L9~L15的材料皆為玻璃，且皆為球面透鏡。

上述透鏡組G1d至G4d中的透鏡面形可以由下表以及圖中所得知，於此不再贅述。

變焦鏡頭100d的透鏡設計參數以及光學稜鏡組OA、光閥LV的設計參數如下方表十九所示。變焦鏡頭100d分別在廣角端、中間端以及望遠端所對應的可變間距D1~D5的設計參數以及相關的光學參數如下方表二十、表二十一所示。各透鏡組G1c~G4c的有效焦距如下方表二十一所示。表二十三為本實施例的變焦鏡頭100c的相關光學數據，其中像高H可為光閥LV對角線的一半長度。其中表二十三中所述及的鏡頭總長可為透鏡L1朝向放大側MS的表面S1至表面S24在光軸I上，在廣角端時量測的距離。

表十九

表二十

表二十一

表二十二

表二十三

下方表二十五列出S1、S2的各階非球面係數及二次曲面係數值，非球面方程式可參照式(1)。表二十四

由前述各例可知，各例之T/H比例介於15至22之間，惟在T/H≦25時，T為變焦鏡頭的鏡頭總長，且H為變焦鏡頭的像高；其總長減縮結果亦可被改善。

綜上所述，在本發明相關實施例的變焦鏡頭中，可以在較少的透鏡組下並藉由三個可動的透鏡組實現變焦功能，其製造難度較為簡單，並具有較低的製造成本。同時，變焦鏡頭符合T/H≦25的條件，因此能在較少的鏡組下同時維持成像品質。

需注意表一至表二十四列出的參數僅為例示之用而非限制本發明。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。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特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

1‧‧‧投影機100、100a、100b、100c‧‧‧變焦鏡頭TSP‧‧‧穿透式平順圖像裝置D1~D5‧‧‧可變間距G1、G1a、G1b、G1c‧‧‧第一透鏡組G2、G2a、G2b、G2c‧‧‧第二透鏡組G3、G3a、G3b、G3c‧‧‧第三透鏡組G4、G4a、G4b、G4c‧‧‧第四透鏡組I‧‧‧光軸IB‧‧‧照明光束IMB‧‧‧影像光束MS‧‧‧放大側L1~L15‧‧‧透鏡LV‧‧‧光閥R‧‧‧反射元件RS‧‧‧縮小側S‧‧‧光圈S1~S30‧‧‧面OA‧‧‧光學稜鏡組

圖1A為本發明的第一實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖1B為本發明的第一實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。圖2A為本發明的第二實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖2B為本發明的第二實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。圖3A為本發明的第三實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖3B為本發明的第三實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。圖4A為本發明的第四實施例的變焦鏡頭的示意圖。圖4B為本發明的第四實施例的變焦鏡頭在廣角端、中間端、望遠端相對位置的示意圖。

1‧‧‧投影機

100‧‧‧變焦鏡頭

TSP‧‧‧穿透式平順圖像裝置

D1~D4‧‧‧可變間距

G1‧‧‧第一透鏡組

G2‧‧‧第二透鏡組

G3‧‧‧第三透鏡組

G4‧‧‧第四透鏡組

I‧‧‧光軸

IB‧‧‧照明光束

IMB‧‧‧影像光束

MS‧‧‧放大側

L1~L13‧‧‧透鏡

LV‧‧‧光閥

RS‧‧‧縮小側

S‧‧‧光圈

S1~S29‧‧‧面

OA‧‧‧光學稜鏡組

Claims

一變焦鏡頭，包括：自放大側至縮小側，實質僅包括一第一透鏡組、一第二透鏡組、一第三透鏡組及一第四透鏡組等四個透鏡組，而該等透鏡組各組的屈光度不等於零，且其中三個透鏡組為可動的；該第一透鏡組為可動的，且其最接近放大側的一透鏡為非球面透鏡；當該變焦鏡頭進行變焦時，該三個可動透鏡組均會移動；且該變焦鏡頭的鏡頭總長為T，該變焦鏡頭的像高為H，該變焦鏡頭符合T/H≦25的條件。
一種變焦鏡頭，包括：自放大側至縮小側，實質僅包括一第一透鏡組、一第二透鏡組、一第三透鏡組及一第四透鏡組等四個透鏡組，而該等透鏡組各組的屈光度不等於零，且其中三個透鏡組為可動的；該第一透鏡組為可動的，且其最接近放大側的一透鏡為非球面透鏡；當該變焦鏡頭進行變焦時，該三個可動透鏡組均會移動；該變焦鏡頭包括12片以上具屈光度的透鏡。
如申請專利範圍第1、2項所述的變焦鏡頭之任一者，更包括一光圈，其中在該變焦鏡頭變焦時，該光圈相對於該變焦鏡頭的像面為固定。
如申請專利範圍第3項所述的變焦鏡頭，其中該光圈設於該第三透鏡組與該第四透鏡組之間。
如申請專利範圍第4項所述的變焦鏡頭，其中在該變焦鏡頭變焦時，該光圈的光圈值為定值。
如申請專利範圍第4項所述的變焦鏡頭，其中該光圈的光圈值小於等於2。
如申請專利範圍第6項所述的變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭中屈光度非為零的透鏡小於等於16片。
如申請專利範圍第7項所述的變焦鏡頭，其中該第三透鏡組及第四透鏡組之間的光路上設有反射元件。
如申請專利範圍第8項所述的變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭包括少於三片的非球面透鏡。
如申請專利範圍第8項所述的變焦鏡頭，其中，該反射元件為反射式平順圖像裝置(Reflective Smooth Picture, RSP)。