TWI431324B - Miniature projection lens - Google Patents

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TWI431324B TW099146444A TW99146444A TWI431324B TW I431324 B TWI431324 B TW I431324B TW 099146444 A TW099146444 A TW 099146444A TW 99146444 A TW99146444 A TW 99146444A TW I431324 B TWI431324 B TW I431324B
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Description

微型投影鏡頭
本發明係與鏡頭有關,更詳而言之是指一種微型投影鏡頭。
近年來,隨著科技的進步,利用投影機進行簡報、視訊抑或是觀賞節目之人越來越多。為了使投影機能更便於攜帶與使用,遂有業者研發出一種體積小、重量輕的微型投影機,以滿足人們所期望的小型化產品,此將使得鏡頭的體積也據以被大幅地縮小。另外,除了小型化與輕量化外,也要能夠具有更高的光學效能,才能使達成高解析度和高對比之展現。因此,小型化和高光學效能,是微型投影機之鏡頭不可缺兩項要件。
然而,目前微型投影機所採用的鏡頭,為達高光學效能,不外乎使用了多組之鏡群,更甚者其透鏡總合更多於十片以上,因此而無法達到真正的小型化與輕量化。再者,亦有為達使鏡頭小型化之目的,而僅使用數片透鏡,卻使得其光學效能無法有效得到提升。是以,綜合以上所述,以知用以微型投影機之鏡頭仍未偵完善,且尚有待改進之處。
有鑑於此,本發明之主要目的在於提供一種微型投影鏡 頭,係一體積小且光學效能高者。
緣以達成上述目的,本發明所提供之微型投影鏡頭包含有自一成像側至一像源側依序排列設置之一第一鏡群、一第二鏡群,及一第三鏡群。
為提升成像品質,該第一鏡群具有正屈光力,且具有至少一非球面鏡。
為降低色差,該第二鏡群具有負屈光力,且由玻璃材質之透鏡所構成,其中具有至少一膠合透鏡;為提升成像品質與矯正場曲,該第三鏡群具有正屈光力,且具有至少一非球面鏡。
為能更清楚地說明本發明,茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。
圖1是本發明第一實施例之微型投影鏡頭1的鏡片配置圖,圖2為圖1所示實施例之光路圖,配合第圖1及圖2,以下將詳細說明本發明第一實施例之微型投影鏡頭1。
該微型投影鏡頭1包含有沿光軸Z設置並自成像側至像源側依序排列設置之一第一鏡群G11、一光圈STO1、一第二鏡群G12以及一第三鏡群G13。其中:該第一鏡群G11具有正屈光力,且具有一第一透鏡L11與一第二透鏡L12,該第一透鏡L11為一具有負屈光力之塑膠 非球面凸凹透鏡,其凸面S1向成像側,且其凸面S1與凹面S2皆為非球面;該第二透鏡L12為一具有正屈光力之塑膠非球面凸凹透鏡,其凸面S3向成像側,且其凸面S3與凹面S4皆為非球面。藉此利用第二透鏡L12之正屈光力做為第一鏡群G11正屈光力之主導。且該二透鏡L11、L12滿足下列條件:0.4<f2/F12<0.95,藉以達到改善成像品質與減少色差之目的。其中,f2為該第二透鏡L12之有效焦距,F12為該第一透鏡L11與該第二透鏡L12之合成焦距。
該第二鏡群G12具有負屈光力,且具有一第三透鏡L13與一第四透鏡L14,該第三透鏡L13為具有負屈光力之玻璃透鏡,該第四透鏡L14為具有正屈光力之玻璃透鏡,並以該第三透鏡L13之負屈光力做為該第二鏡群G12負屈光力之主導,且該第三透鏡L13與該第四透鏡L14膠合成一膠合透鏡L134,並滿足下列條件:0.1<f3/F34<0.5,藉以達到消除色差與擴束功能之目的。其中,f3為該第三透鏡L13之有效焦距,F34為該膠合透鏡L134之合成焦距。
該第三鏡群G13具有一第五透鏡L15,該第五透鏡L15為具有正屈光力之塑膠透鏡,且其雙面S9、S10皆為非球面,用以輔助強化該第一鏡群G11之成像能力,並可矯正場曲與非點收差,藉以提升該微型投影鏡頭1之成像品質。
另外,該第三鏡群G13至像源側間更依序設有一濾光片CF1與一分光鏡BS1,其功用屬習知技藝,於此變不再贅述。
本發明第一實施例之微型投影鏡頭1的焦距(Focus Length)、數值孔徑Fno.(F-number)、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑(radius of curvature)、各鏡片於光軸Z上之厚度T(thickness)、各鏡片之折射率Nd(refractive index)及各鏡片之阿貝係數Vd(Abbe number),如表一所示:
本實施例的各個鏡片中,該等非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10之表面凹陷度z由下列公式所得到:
其中:z:非球面表面之凹陷度;c:曲率半徑之倒數;h:表面之孔徑半徑;k:圓錐係數;A~G:表面之孔徑半徑h的各階係數。
在本實施例中,各個非球面表面的圓錐係數k(conic constant)及表面孔徑半徑h的各階係數A~G如表二所示:
藉由上述的鏡片及光圈配置,使得本實施例之微型投影鏡頭1不但可有效縮小體積以小型化之所需求,在成像品質上也可達到要求,這可從圖3A至圖3C看出。
圖3A所示的,是本實施例之微型投影鏡頭1之場曲圖及畸變圖;圖3B所示的,是本實施例之微型投影鏡頭1之離焦 調制傳遞函數圖(Through Focus MTF);圖3C所示的,是本實施例之微型投影鏡頭1之空間頻率調制傳遞函數圖(Spatial Frequency MTF)。從圖3A可看出,本實施例之最大場曲不超過0.08mm和-0.04mm,畸變量不超過2%。從圖3B可看出,本實施例無論在哪個視場位置都具有良好的解析度。從圖3C可知,本實施例在66 lp/mm的時侯,其調制光學傳遞函數值仍維持在50%以上,顯見本實施例之微型投影鏡頭1的解析度是符合標準的。
以上所述的,是本發明第一實施例的微型投影鏡頭1;依據本發明的技術,以下配合圖4和圖5說明本發明的第二實施例。
與第一實施例相同地,本發明第二實施例之微型投影鏡頭2包含有沿光軸Z設置並自成像側至像源側依序排列設置之一第一鏡群G21、一光圈STO2、一第二鏡群G22、一第三鏡群G23、一濾光片CF2以及一分光鏡BS2。其中,該第一鏡群G21具有正屈光力;該第二鏡群G22具有負屈光力;該第三鏡群G23具有正屈光力。
該第一鏡群G21包含有一第一透鏡L21與一第二透鏡L22,該第一透鏡L21為一具有負屈光力之塑膠非球面凸凹透鏡,且其凸面S1與凹面S2皆為非球面;該第二透鏡L22為一具有正屈光力之塑膠非球面凸凹透鏡,且其凸面S3與凹面S4皆為非球面。且為達改善成像品質與減少色差之目的,該 二透鏡滿足0.4<f2/F12<0.95,其中,f2為該第二透鏡L22之有效焦距,F12為該第一透鏡L21與該第二透鏡L22之合成焦距。
該第二鏡群G22包含有一第三透鏡L23與一第四透鏡L24,該第三透鏡L23為一具有負屈光力之玻璃透鏡;該第四透鏡L24為一具有正屈光力之玻璃透鏡,且該二透鏡膠合成一膠合透鏡L234,並為達到消除色差與擴束功能之目的,該二透鏡滿足0.1<f3/F34<0.5,其中,f3為該第三透鏡L23之有效焦距,F34為該膠合透鏡L234之合成焦距。
該第三鏡群G23包含有一第五透鏡L25,該第五透鏡L25為一具有正屈光力之塑膠透鏡,其雙面S9、S10皆為非球面,用以輔助強化該第一鏡群G21之成像能力,並可矯正場曲與非點收差。
本發明第二實施例之微型投影鏡頭2的焦距(Focus Length)、數值孔徑Fno.(F-number)、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑(radius of curvature)、各鏡片於光軸Z上之厚度T(thickness)、各鏡片之折射率Nd(refractive index)及各鏡片之阿貝係數Vd(Abbe number),如表三所示:
本實施例的各個鏡片中,該等非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10之表面凹陷度z由下列公式所得到:
其中:z:非球面表面之凹陷度;c:曲率半徑之倒數;h:表面之孔徑半徑;k:圓錐係數;A~G:表面之孔徑半徑h的各階係數。
在本實施例中,各個非球面表面的圓錐係數k(conic constant)及表面孔徑半徑h的各階係數A~G如表四所示:
藉由上述的鏡片及光圈配置,使得本實施例之微型投影鏡頭2不但可有效縮小體積以小型化之所需求,在成像品質上也可達到要求,這可從圖6A至圖6C看出。
圖6A所示的,是本實施例之微型投影鏡頭2之場曲圖及畸變圖;圖6B所示的,是本實施例之微型投影鏡頭2之離焦調制傳遞函數圖(Through Focus MTF);圖6C所示的,是本實施例之微型投影鏡頭2之空間頻率調制傳遞函數圖(Spatial Frequency MTF)。從圖6A可看出,本實施例之最大場曲不超過0.05mm和-0.03mm,畸變量不超過2%。從圖6B可看出,本實施例無論在哪個視場位置都具有良好的解析度。從圖6C可知,本實施例在66 lp/mm的時侯,其調制光學傳遞函數值仍維持在40%以上,顯見本實施例之微型投影鏡頭2的解析度是符合標準的。
另外,請再參閱圖7及圖8,為本發明第三較佳實施例之 微型投影鏡頭3。與前述各實施例相同,該微型投影鏡頭3包含有沿光軸Z設置並自成像側至像源側依序排列設置之一第一鏡群G31、一光圈STO3、一第二鏡群G32、一第三鏡群G33、一濾光片CF3以及一分光鏡BS3。其中,該第一鏡群G31具有正屈光力;該第二鏡群G32具有負屈光力;該第三鏡群G33具有正屈光力。
該第一鏡群G31包含有一第一透鏡L31與一第二透鏡L32,該第一透鏡L31為一具有負屈光力之塑膠非球面凸凹透鏡;該第二透鏡L32為一具有正屈光力之塑膠非球面凸凹透鏡,且該二透鏡L31、L32之凸面S1、S3與凹面S2、S4皆為非球面;為達改善成像品質與減少色差之目的,該二透鏡L31、L32亦同樣滿足0.4<f2/F12<0.95,其中,f2為該第二透鏡L32之有效焦距,F12為該第一透鏡L31與該第二透鏡L32之合成焦距。
該第二鏡群G32包含有一第三透鏡L33與一第四透鏡L34,該第三透鏡L33為一具有負屈光力之玻璃透鏡;該第四透鏡L34為一具有正屈光力之玻璃透鏡,且該二透鏡膠合成一膠合透鏡L334。為達到消除色差與擴束功能之目的,該二透鏡L33、L34亦同樣滿足0.1<f3/F34<0.5,其中,f3為該第三透鏡L33之有效焦距,F34為該膠合透鏡L334之合成焦距。
不同的是,該第三鏡群G33之第五透鏡L35為一具有正屈光力之玻璃非球面透鏡,其雙面S9、S10皆為非球面,用以 輔助強化該第一鏡群G31之成像能力,並可加強矯正場曲與非點收差。
本發明第三實施例之微型投影鏡頭3的焦距(Focus Length)、數值孔徑Fno.(F-number)、各個鏡片表面的光軸Z通過處的曲率半徑(radius of curvature)、各鏡片於光軸Z上之厚度T(thickness)、各鏡片之折射率Nd(refractive index)及各鏡片之阿貝係數Vd(Abbe number),如表五所示:
本實施例的各個鏡片中,該等非球面表面S1、S2、S3、S4、S9及S10之表面凹陷度z由下列公式所得到:
其中:z:非球面表面之凹陷度;c:曲率半徑之倒數;h:表面之孔徑半徑;k:圓錐係數;A~G:表面之孔徑半徑h的各階係數。
在本實施例中,各個非球面表面的圓錐係數k(conic constant)及表面孔徑半徑h的各階係數A~G如表六所示:
藉由上述的鏡片及光圈配置,使得本實施例之微型投影鏡頭3不但可有效縮小體積以小型化之所需求,在成像品質上也可達到要求,這可從圖9A至圖9C看出。
圖9A所示的,是本實施例之微型投影鏡頭3之場曲圖及 畸變圖;圖9B所示的,是本實施例之微型投影鏡頭3之離焦調制傳遞函數圖(Through Focus MTF);圖9C所示的,是本實施例之微型投影鏡頭3之空間頻率調制傳遞函數圖(Spatial Frequency MTF)。從圖9A可看出,本實施例之最大場曲不超過0.04mm和-0.04mm,畸變量不超過2%。從圖9B可看出,本實施例無論在哪個視場位置都具有良好的解析度。從圖9C可知,本實施例在66 lp/mm的時侯,其調制光學傳遞函數值仍維持在50%以上,顯見本實施例之微型投影鏡頭3的解析度是符合標準的。
由以上之詳細說明可知,本發明之微型投影鏡頭確實具有體積小型化及成像品質更佳之特性,而能符合人們對微型投影機所期望之需求。
以上所述僅為本發明數個較佳可行實施例而已,舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化,理應包含在本發明之專利範圍內。
1‧‧‧微型投影鏡頭
G11‧‧‧第一鏡群
L11‧‧‧第一透鏡
L12‧‧‧第二透鏡
G12‧‧‧第二鏡群
L13‧‧‧第三透鏡
L14‧‧‧第四透鏡
L134‧‧‧膠合鏡片
G13‧‧‧第三鏡群
L15‧‧‧第五透鏡
STO1‧‧‧光圈
CF1‧‧‧濾光片
BS1‧‧‧分光鏡
S1~S14‧‧‧面
2‧‧‧微型投影鏡頭
G21‧‧‧第一鏡群
L21‧‧‧第一透鏡
L22‧‧‧第二透鏡
G22‧‧‧第二鏡群
L23‧‧‧第三透鏡
L24‧‧‧第四透鏡
L234‧‧‧膠合鏡片
G23‧‧‧第三鏡群
L25‧‧‧第五透鏡
STO2‧‧‧光圈
CF2‧‧‧濾光片
BS2‧‧‧分光鏡
S1~S14‧‧‧面
3‧‧‧微型投影鏡頭
G31‧‧‧第一鏡群
L31‧‧‧第一透鏡
L32‧‧‧第二透鏡
G32‧‧‧第二鏡群
L33‧‧‧第三透鏡
L34‧‧‧第四透鏡
L334‧‧‧膠合鏡片
G33‧‧‧第三鏡群
L35‧‧‧第五透鏡
STO3‧‧‧光圈
CF3‧‧‧濾光片
BS3‧‧‧分光鏡
S1~S14‧‧‧面
Z‧‧‧光軸
圖1為本發明第一實施例之微型投影鏡頭的鏡片配置圖
圖2為本發明第一實施例之光路圖
圖3A為本發明第一實施例之場曲表示圖和畸變表示圖
圖3B為本發明第一實施例之離焦調制傳遞函數圖
圖3C為本發明第一實施例之空間頻率調制傳遞函數圖
圖4為本發明第二實施例之微型投影鏡頭的鏡片配置圖
圖5為本發明第二實施例之光路圖
圖6A為本發明第二實施例之場曲表示圖和畸變表示圖
圖6B為本發明第二實施例之離焦調制傳遞函數圖
圖6C為本發明第二實施例之空間頻率調制傳遞函數圖
圖7為本發明第三實施例之微型投影鏡頭的鏡片配置圖
圖8為本發明第三實施例之光路圖
圖9A為本發明第三實施例之場曲表示圖和畸變表示圖
圖9B為本發明第三實施例之離焦調制傳遞函數圖
圖9C為本發明第三實施例之空間頻率調制傳遞函數圖
1‧‧‧微型投影鏡頭
G11‧‧‧第一鏡群
L11‧‧‧第一透鏡
L12‧‧‧第二透鏡
G12‧‧‧第二鏡群
L13‧‧‧第三透鏡
L14‧‧‧第四透鏡
L134‧‧‧膠合鏡片
G13‧‧‧第三鏡群
L15‧‧‧第五透鏡
STO1‧‧‧光圈
CF1‧‧‧濾光片
BS1‧‧‧分光鏡
Z‧‧‧光軸
S1~S14‧‧‧面

Claims (7)

  1. 一種微型投影鏡頭,包含有:自一成像側至一像源側依序排列設置之一第一鏡群、一第二鏡群,及一第三鏡群;其中,該第一鏡群具有正屈光力,且具有至少一非球面鏡;該第二鏡群具有負屈光力,且由玻璃材質之透鏡所構成,其中具有至少一膠合透鏡;該第三鏡群具有正屈光力,且具有至少一非球面鏡;另外,該第一鏡群包含有一第一透鏡與一第二透鏡,並滿足0.4<f2/F12<0.95,其中f2為該第二透鏡之有效焦距,F12為該第一透鏡與該第二透鏡之合成焦距。。
  2. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,其中該第一鏡群包含有一第一透鏡與一第二透鏡,且該第一透鏡具有負屈光力,以及該第二透鏡具有正屈光力。
  3. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,其中該第一鏡群包含有一第一透鏡與一第二透鏡,且該第一透鏡與該第二透鏡皆為塑膠非球面鏡。
  4. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,其中該第二鏡群包含有一第三透鏡與一第四透鏡,且該第三透鏡具有負屈光力,以及該第四透鏡具有正屈光力。
  5. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,其中該第二鏡群包含有 一第三透鏡與一第四透鏡,且該第三透鏡與該第四透鏡膠合成一焦合透鏡,並滿足0.1<f3/F34<0.5,其中f3為第三透鏡之有效焦距,F34為該第三透鏡與該第四透鏡之合成焦距。
  6. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,其中該第三鏡群包含有一第五透鏡,且該第五透鏡之兩面皆為非球面。
  7. 如請求項1所述之微型投影鏡頭,更包含有一光圈,係形成於該第一鏡群與該第二鏡群之間。
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