TWI413822B - 鏡頭 - Google Patents

Description

鏡頭

本發明是有關於一種鏡頭，且特別是有關於一種投影鏡頭。

隨著顯示技術的發展，新一代的顯示器-如液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、電漿顯示器(plasma display panel,PDP)及投影裝置(projection apparatus)-已逐漸取代傳統的陰極射線管(cathode ray tub,CRT)。其中，液晶顯示器及電漿顯示器等平面顯示器因具有較薄的厚度，而能夠佔有較大的家用市場。另一方面，投影裝置則因能夠在較低的成本下提供超大尺寸畫面(例如大於52寸)，故能夠佔有一定的市場比例。此外，超大尺寸畫面可供多人觀看，有助於會議的進行、簡報的呈現或教學資料的展示，這是投影裝置無法被取代的主要原因之一。近年來，投影裝置亦逐漸成為家庭劇院中不可或缺的家電之一。

在投影裝置中，光閥上所呈現的影像是較小且較為細緻的畫面，其中光閥例如為矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)或數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)。為了將光閥上的小畫面投射於屏幕上以形成大畫面，使用投影鏡頭以將來自光閥的影像光束投影於屏幕。此外，為了進一步在較短的距離內投影出較大的畫面，有的習知技術在鏡頭的前端採用曲面反射鏡。

曲面反射鏡可分為凸面反射鏡與凹面反射鏡，其中凸面反射鏡的尺寸通常較大，如此會使得鏡頭難以作到防塵設計。鏡頭前端採用凹面反射鏡的先前技術例如為美國公開專利第20070184368號(中華民國公告專利第I289210號)、美國公開專利第20080079915號、美國公告專利第7048388號、美國公告專利第7441908號、美國公告專利第7123420號及美國公開專利第20080192208號，其中美國公開專利第20070184368號、美國公告專利第7048388號、美國公告專利第7441908號及美國公開專利第20080192208號揭露了透鏡群與凹面反射鏡之間形成有中間影像。

本發明提供一種鏡頭，能夠達到較小的投射比，能在較短的距離內投射出較大的影像畫面。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種鏡頭，適於將位於一縮小側之一第一像平面成像於一放大側，並具有一光軸。鏡頭包括一透鏡群及一凹面反射鏡。透鏡群配置於縮小側與放大側之間的光路徑上，且凹面反射鏡配置於透鏡群與放大側之間的光路徑上。第一像平面相對於光軸的偏移量大於100%。鏡頭的投射比小於0.3。第一像平面具有像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I。第一像平面具有一第一邊、一相對第一邊的第二邊、一連接第一邊與第二邊的第三邊及一相對第三邊的第四邊，其中第四邊連接第一邊與第二邊。像點A位於第一邊與第三邊相接的頂點上，像點C位於第一邊與第四邊相接的頂點上，像點G位於第三邊與第二邊相接的頂點上，像點I位於第四邊與第二邊相接的頂點上，像點B位於像點A與像點C之間的中點上，像點D位於像點A與像點G之間的中點上，像點F位於像點C與像點I之間的中點上，像點H位於像點G與像點I之間的中點上，像點E位於像點B與像點H之間的中點上，且像點E位於像點D與像點F之間的中點上。一參考平面位於透鏡群與凹面反射鏡之間距的中點上，且參考平面與光軸垂直。像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所各自發出的邊緣光線之間的一中心光線適於與參考平面相交，且像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所分別發出的這些中心光線適於分別與參考平面相交於參考點a、參考點b、參考點c、參考點d、參考點e、參考點f、參考點g、參考點h及參考點i。鏡頭位於x軸、y軸與z軸所構成的一直角座標系所定義的空間中，光軸與z軸重合，x軸平行於第三邊與第四邊，y軸平行於第一邊與第二邊，x軸、y軸與z軸彼此互相垂直。參考點g、參考點d、參考點a、參考點h、參考點e及參考點b分別與y-z平面相距D1、D2、D3、D4、D5及D6，其中1＜D4/D1＜1.5，1＜D5/D2＜1.5，且1＜D6/D3＜1.5。

在本發明之一實施例中，這些中心光線為通過鏡頭的主光線。參考點i與參考點g可相對x-z平面互為鏡像對稱，參考點f與參考點d可相對x-z平面互為鏡像對稱，且參考點c與參考點a可相對x-z平面互為鏡像對稱。像點B、像點E與像點H可位於x-z平面上，且參考點b、參考點e與參考點h可位於x-z平面上。

在本發明之一實施例中，透鏡群包括一第一子透鏡群及一第二子透鏡群。第一子透鏡群配置於縮小側與凹面反射鏡之間的光路徑上，且包括由縮小側往放大側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡及一第六透鏡，其中第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡及第六透鏡的屈光度分別為正、正、負、正、負及正。第二子透鏡群配置於第一子透鏡群與凹面反射鏡之間的光路徑上，且包括由縮小側往放大側依序排列之一第七透鏡、一第八透鏡、一第九透鏡及一第十透鏡，其中第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡及第十透鏡的屈光度分別為正、正、正及負。

在本發明之一實施例中，第三透鏡與第四透鏡構成一雙膠合透鏡，且第五透鏡與第六透鏡構成另一雙膠合透鏡。第一子透鏡群可更包括一第十一透鏡，第十一透鏡配置於第六透鏡與第七透鏡之間的光路徑上，第十一透鏡的屈光度為正，且第八透鏡與第十透鏡各為一非球面透鏡。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡及第六透鏡、第十一透鏡、第七透鏡及第九透鏡例如各為一球面透鏡。鏡頭可更包括一孔徑光闌，孔徑光闌配置於第十一透鏡與第七透鏡之間。

在本發明之一實施例中，第一透鏡為一雙凸透鏡，第二透鏡為一雙凸透鏡，第三透鏡為一凸面朝向縮小側的凸凹透鏡，第四透鏡為一凸面朝向縮小側的凹凸透鏡，第五透鏡為一雙凹透鏡，第六透鏡為一凸面朝向縮小側的凹凸透鏡，第十一透鏡為一雙凸透鏡，第七透鏡為一雙凸透鏡，第八透鏡為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，九透鏡為一雙凸透鏡，且第十透鏡為一雙凹透鏡。

在本發明之一實施例中，第一子透鏡群更包括一第十二透鏡及一第十三透鏡，第十二透鏡配置於第一透鏡與第二透鏡之間的光路徑上，第十三透鏡配置於第七透鏡與第八透鏡之間的光路徑上，第十二透鏡與第十三透鏡的屈光度分別為負與正，且第一透鏡、第八透鏡與第十透鏡各為一非球面透鏡。第十二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡及第六透鏡、第七透鏡、第十三透鏡及第九透鏡例如各為一球面透鏡。鏡頭可更包括一孔徑光闌，孔徑光闌配置於第六透鏡與第七透鏡之間。

在本發明之一實施例中，第一透鏡為一雙凸透鏡，第十二透鏡為一雙凹透鏡，第二透鏡為一雙凸透鏡，第三透鏡為一雙凹透鏡，第四透鏡為一凸面朝向縮小側的凹凸透鏡，第五透鏡為一雙凹透鏡，第六透鏡為一雙凸透鏡，第七透鏡為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，第十三透鏡為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，第八透鏡為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，第九透鏡為一雙凸透鏡，且第十透鏡為一雙凹透鏡。凹面反射鏡例如為一自由曲面反射鏡。在本發明之一實施例中，凹面反射鏡例如為一非球面反射鏡。

由於本發明之實施例之鏡頭符合上述關係式(即1＜D4/D1＜1.5、1＜D5/D2＜1.5與1＜D6/D3＜1.5)，且具有較小的投射比，因此能夠在較短的距離內投射出較大的影像畫面，且影像畫面的光學成像品質良好。

為讓本發明之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。

下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明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」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，而非用來限制本發明。

圖1A為本發明之一實施例之鏡頭的結構示意圖，而圖1B為圖1A之鏡頭中的透鏡群之結構示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例之鏡頭100適於將位於一縮小側之一第一像平面50成像於一放大側。在本實施例中，鏡頭100可為一定焦鏡頭。在本實施例中，第一像平面50例如是光閥的主動表面，第一像平面50所發出的影像光束52適於被鏡頭100投射於放大側的屏幕60上而形成影像畫面。光閥例如為數位為鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)。然而，在其他實施例中，光閥亦可以是矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)或穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)。鏡頭100具有一光軸O。鏡頭100可位於x軸、y軸與z軸所構成的一直角座標系所定義的空間中，光軸O與z軸重合，且x軸、y軸與z軸彼此互相垂直。

鏡頭100包括一透鏡群200及一凹面反射鏡110。透鏡群200配置於縮小側與放大側之間的光路徑上，且凹面反射鏡110配置於透鏡群200與放大側之間的光路徑上。在本實施例中，透鏡群200包括一第一子透鏡群210及一第二子透鏡群220。第一子透鏡群210配置於縮小側與凹面反射鏡110之間的光路徑上，且第一子透鏡群210包括由縮小側往放大側依序排列之一第一透鏡211、一第二透鏡212、一第三透鏡213、一第四透鏡214、一第五透鏡215及一第六透鏡216，其中第一透鏡211、第二透鏡212、第三透鏡213、第四透鏡214、第五透鏡215及第六透鏡216的屈光度分別為正、正、負、正、負及正。第二子透鏡群220配置於第一子透鏡群210與凹面反射鏡110之間的光路徑上，且第二子透鏡群220包括由縮小側往放大側依序排列之一第七透鏡221、一第八透鏡222、一第九透鏡223及一第十透鏡224，其中第七透鏡221、第八透鏡222、第九透鏡223及第十透鏡224的屈光度分別為正、正、正及負。在本實施例中，第一子透鏡群210可更包括一第十一透鏡217，第十一透鏡217配置於第六透鏡216與第七透鏡221之間的光路徑上，且第十一透鏡217的屈光度為正。

在本實施例中，第三透鏡213與第四透鏡214構成一雙膠合透鏡213a，且第五透鏡215與第六透鏡216構成另一雙膠合透鏡215a。此外，第八透鏡222與第十透鏡224例如各為一非球面透鏡。再者，第一透鏡211、第二透鏡212、第三透鏡213、第四透鏡214、第五透鏡215及第六透鏡216、第十一透鏡217、第七透鏡221及第九透鏡223例如各為一球面透鏡。鏡頭100可更包括一孔徑光闌120，且孔徑光闌120配置於第十一透鏡217與第七透鏡221之間。

具體而言，第一透鏡211例如為一雙凸透鏡，第二透鏡212例如為一雙凸透鏡，第三透鏡213例如為一凸面朝向縮小側的凸凹透鏡，第四透鏡214例如為一凸面朝向縮小側的凹凸透鏡，第五透鏡215例如為一雙凹透鏡，第六透鏡216例如為一凸面朝向縮小側的凹凸透鏡，第十一透鏡217例如為一雙凸透鏡，第七透鏡221例如為一雙凸透鏡，第八透鏡222例如為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，九透鏡223例如為一雙凸透鏡，且第十透鏡224例如為一雙凹透鏡。凹面反射鏡110例如為一自由曲面反射鏡。在本說明書中，自由曲面反射鏡為具有自由曲面之反射面的反射鏡，其中自由曲面為任何可用數學式表達的曲面。

圖2為第一像平面相對於光軸之偏移量的示意圖。請參照圖1A、圖1B及圖2，在本實施例之鏡頭100中，第一像平面50相對於光軸O的偏移量大於100%。第一像平面50的偏移量可定義為：

其中，Lh為第一像平面50在偏移方向上的寬度，且Ld為第一像平面50之靠近光軸O的一邊至光軸O的距離。當光軸O與第一像平面50不相交時，Ld的值為正值。當光軸O恰好與第一像平面50的邊緣相交時，Ld的值為0。當光軸O通過第一像平面50的邊緣以內的區域時，Ld的值為負值。

鏡頭100的投射比小於0.3。鏡頭100的投射比定義為M/W，其中M為凹面反射鏡110的頂點至屏幕60在z方向上的距離(如圖1A所繪示)，且W為鏡頭100所投影出的影像畫面之水平長度。

圖3A為圖1A之鏡頭中之第一像平面的示意圖，而圖3B為圖1A之鏡頭之參考平面的示意圖。請參照圖1A、圖1B、圖3A及圖3B，第一像平面50具有像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I。此外，第一像平面50具有一第一邊E1、一相對第一邊E1的第二邊E2、一連接第一邊E1與第二邊E2的第三邊E3及一相對第三邊E3的第四邊E4，其中第四邊E4連接第一邊E1與第二邊E2。x軸平行於第三邊E3與第四邊E4，且y軸平行於第一邊E1與第二邊E2。像點A位於第一邊E1與第三邊E3相接的頂點上，像點C位於第一邊E1與第四邊E4相接的頂點上，像點G位於第三邊E3與第二邊E2相接的頂點上，像點I位於第四邊E4與第二邊E2相接的頂點上，像點B位於像點A與像點C之間的中點上，像點D位於像點A與像點G之間的中點上，像點F位於像點C與像點I之間的中點上，像點H位於像點G與像點I之間的中點上，像點E位於像點B與像點H之間的中點上，且像點E位於像點D與像點F之間的中點上。一參考平面P(如圖1A與圖3B所繪示)位於透鏡群200與凹面反射鏡110之間距的中點上，換言之，在本實施例中，參考平面P與第十透鏡224在光軸O上的間距等於參考平面P與凹面反射鏡110在光軸O上的間距。此外，參考平面P與光軸O垂直。像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所各自發出的邊緣光線(marginal ray)之間的一中心光線(center ray)T會與參考平面P相交，且像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所分別發出的這些中心光線T適於分別與參考平面相交於參考點a、參考點b、參考點c、參考點d、參考點e、參考點f、參考點g、參考點h及參考點i。

在本實施例中，這些中心光線T例如是通過鏡頭100之主光線(chief ray)，而主光線為通過孔徑光闌120之幾何中心的光線。當鏡頭100為遠心(telecentric)鏡頭時，中心光線T在靠近第一像平面50處的行進方向約平行於光軸O。

參考點g、參考點d、參考點a、參考點h、參考點e及參考點b分別與y-z平面相距D1、D2、D3、D4、D5及D6，如圖3B所繪示，其中1＜D4/D1＜1.5，1＜D5/D2＜1.5，且1＜D6/D3＜1.5。在本實施例中，參考點i與參考點g可相對x-z平面互為鏡像對稱，參考點f與參考點d可相對x-z平面互為鏡像對稱，且參考點c與參考點a可相對x-z平面互為鏡像對稱，其中x-y平面為x軸與y軸所構成的平面，而x-z平面為x軸於z軸所構成的平面。此外，在本實施例中，像點B、像點E與像點H可位於x-z平面上，且參考點b、參考點e與參考點h可位於x-z平面上。

由於本實施例之鏡頭100符合上述關係式(即1＜D4/D1＜1.5、1＜D5/D2＜1.5與1＜D6/D3＜1.5)，且具有較小的投射比(小於0.3)，因此能夠在較短的距離內投射出較大的影像畫面，且影像畫面的光學成像品質良好。

以下內容將舉出鏡頭100之一實施例。需注意的是，下述之表一、表二及表三中所列的數據資料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之範疇內。

在表一中，間距是指兩相鄰表面間於光軸上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1與表面S2之間於光軸O上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、折射率與阿貝數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為第一像平面50。表面S2、S3為玻璃蓋(cover glass)70的兩表面，其中玻璃蓋70是用以保護光閥。表面S4、S5為內部全反射稜鏡80之兩表面。表面S6與表面S7為第一透鏡211的兩表面，且表面S8與表面S9為第二透鏡212的兩表面。表面S10為第三透鏡213之面向縮小側的表面，表面S11為第三透鏡213與第四透鏡214相連的表面，而表面S12為第四透鏡214之面向放大側的表面。表面S13為第五透鏡215之面向縮小側的表面，表面S14為第五透鏡215與第六透鏡216相連的表面，而表面S15為第六透鏡216之面向放大側的表面。表面S26與表面S27為第十一透鏡217的兩表面。表面S16為孔徑光闌120的表面。表面S17與表面S18為第七透鏡221的兩表面，而表面S19與表面S20為第八透鏡222的兩表面。表面S21與表面S22為第九透鏡223的兩表面，而表面S23與表面S24為第十透鏡224的兩表面。表面S25為凹面反射鏡110的反射面，且表面S25那列的間距值為凹面反射鏡110至影像畫面的距離。

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。

上述之表面S19、S20、S23與S24為偶次項非球面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸O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O處的曲率半徑(如表一內S19、S20、S23與S24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 ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。表二所列出的是表面S19、S20、S23與S24的參數值。

(表二)

上述之表面S25為偶次項自由曲面，而其可用下列公式表示：

式中，Z為光軸O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O處的曲率半徑(如表一內S25的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，X是自由曲面在x方向上的高度，即為從透鏡中心沿著x方向往透鏡邊緣的高度，Y是自由曲面在y方向上的高度，即為從透鏡中心沿著y方向往透鏡邊緣的高度，而A_2,0 、A_0,2 、A_4,0 、A_2,2 、A_0,4 、A_6,0 、A_4,2 、A_2,4 、A_0,6 、A_8,0 、A_6,2 、A_4,4 、A_2,6 、A_0,8 、A_10,0 、A_8,2 、A_6,4 、A_4,6 、A_2,8 、A_0,10 、A_12,0 、A_10,2 、A_8,4 、A_6,6 、A_4,8 、A_2,10 、A_0,12 、A_14,0 、A_12,2 、A_10,4 、A_8,6 、A_6,8 、A_4,10 、A_2,12 、A_0,14 、A_16,0 、A_14,2 、A_12,4 、A_10,6 、A_8,8 、A_6,10 、A_4,12 、A_2,14 、A_0,16 ...為自由曲面係數(free form coefficient)，在本實施例中係數A_2,0 與A_0,2 為0。表三所列出的是表面S25的參數值。

在本實施例之鏡頭100中，例如是採用0.65吋、長寬比為16:9且解析度為1080P的第一像平面50，投射比例如為0.15，偏移量例如為120%，且影像畫面的尺寸例如為60吋。此外，在本實施例之鏡頭100中，距離D1例如為13.39毫米，距離D2例如為41.74毫米，距離D3例如為56.38毫米，距離D4例如為16.24毫米，距離D5例如為51.05毫米，距離D6例如為68.67毫米，D4/D1例如為1.21，D5/D2例如為1.22，且D6/D3例如為1.21。

圖4為圖1A之鏡頭100的成像光學模擬數據圖。請參照圖4，圖4為利用綠光(波長550奈米)所模擬出的點列圖(spot diagram)，此點列圖為第一像平面50上不同的點投射於屏幕60上之不同視場的光斑大小。圖4所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之鏡頭100確實能夠具良好的光學成像品質。

圖5A與圖5B為影像畫面之TV畸變(TV distortion)的示意圖。請參照圖5A，影像畫面90的頂部TV畸變定義為(L1-L3)/L3，且影像畫面90的底部TV畸變定義為(L2-L3)/L3。請參照圖5B，影像畫面90的垂直TV畸變定義為[(L4+L5)-2*L6]/(2*L6)。請參照圖1A與圖1B，經由本實施例之鏡頭100所投射出的影像畫面之頂部TV畸變例如為0.06%，底部TV畸變例如為0.1%，且垂直TV畸變例如為0.06%。由此可知，鏡頭100確實能夠具有良好的光學成像品質。

圖6A為本發明之另一實施例之鏡頭的結構示意圖，而圖6B為圖6A之鏡頭中的透鏡群之結構示意圖。請參照圖6A與圖6B，本實施例之鏡頭100’與上述鏡頭100(如圖1A所繪示)類似，而兩者的差異如下所述。在鏡頭100’之透鏡群200’中，第一子透鏡群210’更包括一第十二透鏡218及一第十三透鏡225。第十二透鏡218配置於第一透鏡211’與第二透鏡212之間的光路徑上，第十三透鏡225配置於第七透鏡221’與第八透鏡222之間的光路徑上，且第十二透鏡218與第十三透鏡225的屈光度分別為負與正。在本實施例中，第十二透鏡218與第十三透鏡225例如各為一球面透鏡。此外，第一透鏡211’例如為一非球面透鏡。再者，在本實施例中，孔徑光闌120配置於第六透鏡216’與第七透鏡221’之間。

在本發明之一實施例中，第一透鏡211’例如為一雙凸透鏡，第十二透鏡218例如為一雙凹透鏡，第三透鏡213’例如為一雙凹透鏡，且第三透鏡213’與第四透鏡214可構成一雙膠合透鏡213a’。第六透鏡216’例如為一雙凸透鏡，且第五透鏡215與第六透鏡216’可構成另一雙膠合透鏡125a’。第七透鏡221’例如為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，且第十三透鏡225為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡。凹面反射鏡110例如為一非球面反射鏡。本實施例之鏡頭100’與上述鏡頭100(如圖1A所繪示)具有類似的優點與功效，在此不再重述。

以下內容將舉出鏡頭100’之一實施例。需注意的是，下述之表四及表五中所列的數據資料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之範疇內。

在表四中，表面S1～S5、S8、S9、S12、S13、S16、S19～S25與表一中的表面S1～S5、S8、S9、S12、S13、S16、S19～S25相同，在此不再重述。此外，表面S6、S7為第一透鏡211’的兩表面，而表面S28、S29為第十二透鏡218的兩表面。表面S10為第三透鏡213’之朝向縮小側的表面，而表面S11為第三透鏡213’與第四透鏡214相連的表面。表面S14為第五透鏡215與第六透鏡216’相連的表面，而表面S15為第六透鏡216’之朝向放大側的表面。表面S17、S18為第七透鏡221’的兩表面。

上述之表面S6、S7、S19、S20、S23、S24與S25為偶次項非球面。在本實施例中係數A₂ 為0。表五所列出的是表面S6、S7、S19、S20、S23、S24與S25的參數值。

在本實施例之鏡頭100’中，例如是採用0.65吋、長寬比為16:9且解析度為1080P的第一像平面50，投射比例如為0.25，偏移量例如為120%，且影像畫面的尺寸例如為60吋。此外，在本實施例之鏡頭100’中，距離D1例如為12.33毫米，距離D2例如為39.48毫米，距離D3例如為57.528毫米，距離D4例如為14.89毫米，距離D5例如為46.46毫米，距離D6例如為65.73毫米，D4/D1例如為1.2，D5/D2例如為1.17，且D6/D3例如為1.14。

圖7為圖6A之鏡頭100’的成像光學模擬數據圖。請參照圖7，圖7為利用綠光(波長550奈米)所模擬出的點列圖(spot diagram)，此點列圖為第一像平面50上不同的點投射於屏幕60上之不同視場的光斑大小。圖7所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之鏡頭100’確實能夠具良好的光學成像品質。

經由本實施例之鏡頭100所投射出的影像畫面之頂部TV畸變例如為0.16%，底部TV畸變例如為0.1%，且垂直TV畸變例如為0.15%。由此可知，鏡頭100’確實能夠具有良好的光學成像品質。

綜上所述，由於本發明之實施例之鏡頭符合上述關係式(即1＜D4/D1＜1.5、1＜D5/D2＜1.5與1＜D6/D3＜1.5)，且具有較小的投射比(小於0.3)，因此能夠在較短的距離內投射出較大的影像畫面，且影像畫面的光學成像品質良好。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

50．．．第一像平面

52．．．影像光束

60．．．屏幕

70．．．玻璃蓋

80．．．內部全反射稜鏡

100、100’．．．鏡頭

110．．．凹面反射鏡

120．．．孔徑光闌

200、200’．．．透鏡群

210、210’．．．第一子透鏡群

211、211’．．．第一透鏡

212．．．第二透鏡

213、213’．．．第三透鏡

213a、213a’、215a、125a’．．．雙膠合透鏡

214．．．第四透鏡

215．．．第五透鏡

216、216’．．．第六透鏡

217．．．第十一透鏡

218．．．第十二透鏡

220．．．第二子透鏡群

221、221’．．．第七透鏡

222．．．第八透鏡

223．．．第九透鏡

224．．．第十透鏡

225．．．第十三透鏡

A～I．．．像點

a～i．．．參考點

D1～D6、Ld、M．．．距離

E1．．．第一邊

E2．．．第二邊

E3．．．第三邊

E4．．．第四邊

Lh．．．寬度

O．．．光軸

P．．．參考平面

S1～S31．．．表面

T．．．中心光線

W．．．對角線長度

圖1A為本發明之一實施例之鏡頭的結構示意圖。

圖1B為圖1A之鏡頭中的透鏡群之結構示意圖。

圖2為第一像平面相對於光軸之偏移量的示意圖。

圖3A為圖1A之鏡頭中之第一像平面的示意圖。

圖3B為圖1A之鏡頭之參考平面的示意圖。

圖4為圖1A之鏡頭的成像光學模擬數據圖。

圖5A與圖5B為影像畫面之TV畸變(TV distortion)的示意圖。

圖6A為本發明之另一實施例之鏡頭的結構示意圖。

圖6B為圖6A之鏡頭中的透鏡群之結構示意圖。

圖7為圖6A之鏡頭的成像光學模擬數據圖。

50．．．第一像平面

52．．．影像光束

60．．．屏幕

70．．．玻璃蓋

80．．．內部全反射稜鏡

100．．．鏡頭

110．．．凹面反射鏡

120．．．孔徑光闌

200．．．透鏡群

210．．．第一子透鏡群

211．．．第一透鏡

212．．．第二透鏡

213．．．第三透鏡

213a、215a．．．雙膠合透鏡

214．．．第四透鏡

215．．．第五透鏡

216．．．第六透鏡

217．．．第十一透鏡

220．．．第二子透鏡群

221．．．第七透鏡

222．．．第八透鏡

223．．．第九透鏡

224．．．第十透鏡

M．．．距離

O．．．光軸

P．．．參考平面

T．．．中心光線

Claims (16)

1. 一種鏡頭，適於將位於一縮小側之一第一像平面成像於一放大側，並具有一光軸，該鏡頭包括：一透鏡群，配置於該縮小側與該放大側之間的光路徑上；以及一凹面反射鏡，配置於該透鏡群與該放大側之間的光路徑上，其中，該第一像平面相對於該光軸的偏移量大於100%，該鏡頭的投射比小於0.3，該第一像平面具有像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I，該第一像平面具有一第一邊、一相對該第一邊的第二邊、一連接該第一邊與該第二邊的第三邊及一相對該第三邊的第四邊，該第四邊連接該第一邊與該第二邊，像點A位於該第一邊與該第三邊相接的頂點上，像點C位於該第一邊與該第四邊相接的頂點上，像點G位於該第三邊與該第二邊相接的頂點上，像點I位於該第四邊與該第二邊相接的頂點上，像點B位於像點A與像點C之間的中點上，像點D位於像點A與像點G之間的中點上，像點F位於像點C與像點I之間的中點上，像點H位於像點G與像點I之間的中點上，像點E位於像點B與像點H之間的中點上，且像點E位於像點D與像點F之間的中點上，一參考平面位於該透鏡群與該凹面反射鏡之間距的中點上，且該參考平面與該光軸垂直，像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所各自發出的邊緣光線之間的一中心光線適於與該參考平面相交，像點A、像點B、像點C、像點D、像點E、像點F、像點G、像點H及像點I所分別發出的該些中心光線適於分別與該參考平面相交於參考點a、參考點b、參考點c、參考點d、參考點e、參考點f、參考點g、參考點h及參考點i，該鏡頭位於x軸、y軸與z軸所構成的一直角座標系所定義的空間中，該光軸與z軸重合，x軸平行於該第三邊與該第四邊，y軸平行於該第一邊與該第二邊，x軸、y軸與z軸彼此互相垂直，參考點g、參考點d、參考點a、參考點h、參考點e及參考點b分別與y-z平面相距D1、D2、D3、D4、D5及D6，其中1＜D4/D1＜1.5，1＜D5/D2＜1.5，且1＜D6/D3＜1.5。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中該些中心光線各為一通過該鏡頭的主光線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中參考點i與參考點g相對x-z平面互為鏡像對稱，參考點f與參考點d相對x-z平面互為鏡像對稱，且參考點c與參考點a相對x-z平面互為鏡像對稱。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中像點B、像點E與像點H位於x-z平面上，且參考點b、參考點e與參考點h位於x-z平面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中該透鏡群包括：一第一子透鏡群，配置於該縮小側與該凹面反射鏡之間的光路徑上，且包括由該縮小側往該放大側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡及一第六透鏡，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡及該第六透鏡的屈光度分別為正、正、負、正、負及正；以及一第二子透鏡群，配置於該第一子透鏡群與該凹面反射鏡之間的光路徑上，且包括由該縮小側往該放大側依序排列之一第七透鏡、一第八透鏡、一第九透鏡及一第十透鏡，其中該第七透鏡、該第八透鏡、該第九透鏡及該第十透鏡的屈光度分別為正、正、正及負。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭，其中該第三透鏡與該第四透鏡構成一雙膠合透鏡，且該第五透鏡與該第六透鏡構成另一雙膠合透鏡。
7. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭，其中該第一子透鏡群更包括一第十一透鏡，該第十一透鏡配置於該第六透鏡與該第七透鏡之間的光路徑上，該第十一透鏡的屈光度為正，且該第八透鏡與該第十透鏡各為一非球面透鏡。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡及該第六透鏡、該第十一透鏡、該第七透鏡及該第九透鏡各為一球面透鏡。
9. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭，更包括一孔徑光闌，該孔徑光闌配置於該第十一透鏡與該第七透鏡之間。
10. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭，其中該第一透鏡為一雙凸透鏡，該第二透鏡為一雙凸透鏡，該第三透鏡為一凸面朝向該縮小側的凸凹透鏡，該第四透鏡為一凸面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第五透鏡為一雙凹透鏡，該第六透鏡為一凸面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第十一透鏡為一雙凸透鏡，該第七透鏡為一雙凸透鏡，該第八透鏡為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該九透鏡為一雙凸透鏡，且該第十透鏡為一雙凹透鏡。
11. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭，其中該第一子透鏡群更包括一第十二透鏡及一第十三透鏡，該第十二透鏡配置於該第一透鏡與該第二透鏡之間的光路徑上，該第十三透鏡配置於該第七透鏡與該第八透鏡之間的光路徑上，該第十二透鏡與該第十三透鏡的屈光度分別為負與正，且該第一透鏡、該第八透鏡與該第十透鏡各為一非球面透鏡。
12. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭，其中該第十二透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡及該第六透鏡、該第七透鏡、該第十三透鏡及該第九透鏡各為一球面透鏡。
13. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭，更包括一孔徑光闌，該孔徑光闌配置於該第六透鏡與該第七透鏡之間。
14. 如申請專利範圍第11項所述之鏡頭，其中該第一透鏡為一雙凸透鏡，該第十二透鏡為一雙凹透鏡，該第二透鏡為一雙凸透鏡，該第三透鏡為一雙凹透鏡，該第四透鏡為一凸面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第五透鏡為一雙凹透鏡，該第六透鏡為一雙凸透鏡，該第七透鏡為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第十三透鏡為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第八透鏡為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第九透鏡為一雙凸透鏡，且該第十透鏡為一雙凹透鏡。
15. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中該凹面反射鏡為一自由曲面反射鏡。
16. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭，其中該凹面反射鏡為一非球面反射鏡。