TWI443404B - Fixed focus projection lens - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Description

定焦投影鏡頭
本發明係與投影機有關，更詳而言之是指一種定焦投影鏡頭。
近年來，隨著影像科技的進步，利用投影機進行簡報、視訊、會議或是觀賞影片之人越來越多。而為使投影機能更便於攜帶與使用，其用以將影像清晰地呈現在螢幕上之定焦投影鏡頭的體積也將被大幅地縮小，以滿足人們所期望的小型化及輕量化之需求，再者，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影像展現。因此，小型化和高光學效能是定焦投影鏡頭不可缺兩項要件。
然而，已知的定焦投影鏡頭通常包含有三組以上之鏡群，且該些鏡群間須隔有一定間隔，同時該些鏡群皆又包含有複數片透鏡，該些透鏡間大多又間隔有一定距離。是以，已知的定焦投影鏡頭不僅體積大且重量重，而無法達成小型化與輕量化之設計，更因其內部鏡群與透鏡較多，故製作時需耗費較長的組立工時，且所耗費的材料成本亦不易降低。綜合以上所述可得知，已知的定焦投影鏡頭仍未臻完善，且有待改進之處。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種定焦投影鏡 頭，係由兩組鏡群所組成，不僅體積小，且具有高光學效能。
緣以達成上述目的，本發明所提供之定焦投影鏡頭包含有沿一光軸且由一成像側至一像源側依序排列之一第一鏡群以及一第二鏡群，其中，該第一鏡群具有正屈光力，且包含有由該成像側至該像源側依序排列之一第一鏡片以及一第二鏡片；該第一鏡片係由塑膠材質製成，且具有負屈光力；該第二鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力；該第二鏡群具有正屈光力，且包含有由該成像側至該像源側依序排列之一第三鏡片、一第四鏡片、一第五鏡片、一第六鏡片以及一第七鏡片；該第三鏡片係由塑膠材質製成，且具有負屈光力；該第四鏡片係由玻璃材質製成，且具有負屈光力；該第五鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力，且該第五鏡片與該第四鏡片膠合構成一具有負屈光力之複合透鏡；該第六鏡片係由塑膠材質製成，且具有正屈光力；該第七鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力。
藉此，利用上述鏡片設計使該定焦投影鏡頭具有達到小型化與高光學效能之目的。
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。
請參閱圖1，為本發明第一較佳實施例定焦投影鏡頭1之鏡片配置圖，該定焦投影鏡頭1包含有沿一光軸Z且由成像側至像源側依序排列之第一鏡群G1以及一第二鏡群G2。另外，該第二鏡群G2至像源側之間更依序設有一內部全反射稜鏡TP(Total internal reflection Prism)以及一玻璃覆蓋CG(Cover Glass)，其功用屬習知技藝，於此容不再贅述。其中：
該第一鏡群G1具有正屈光力，且包含有由成像側至像源側依序排列之一第一鏡片L1以及一第二鏡片L2。該第一鏡片L1係由塑膠材質製成。該第一鏡片L1為具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面R1朝向成像側，且其凸面R1與凹面R2皆為非球面表面。該第二鏡片L2係由玻璃材質製成。該第二鏡片L2為具有正屈光力之新月型透鏡，且其凸面R3朝向成像側。
該第二鏡群G2具有正屈光力，且包含有由成像側至像源側依序排列之一第三鏡片L3、一第四鏡片L4、一第五鏡片L5、一第六鏡片L6以及一第七鏡片L7。該第三鏡片L3係由塑膠材質製成。該第三鏡片L3為具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面R5朝向成像側，且其凸面R5與凹面R6皆為非球面表面。另外，該定焦投影鏡頭1之光圈ST係位於該第三鏡片L3之凸面R5上。該第四鏡片L4係由玻璃材質製成。該第四鏡片L4為具有負屈光力之雙凹透鏡。該第五鏡片L5係由玻璃材質製成。該第五鏡片L5為具有正屈光力之雙凸透鏡，且該第五鏡片L5與該第四鏡片L4膠合構成一具有負屈光力之複合透鏡L45。該第六鏡片L6係由塑膠材質製成。該第六鏡片L6為具有正屈光力之雙凸透鏡，且其兩個凸面R10、R11皆為非球面表面。該第七鏡片L7係由玻璃材質製成。該第七鏡片L7為具有正屈光力之雙凸透鏡。
另外，為了有效的縮減該定焦投影鏡頭1總長及體積，並修正像差，以達到較佳之成像品質，該定焦投影鏡頭1滿足有下列條件：
(1)　1.75<∣F1/F∣<1.83
(2)　0.80<∣F2/F∣<0.82
(3)　1.95<∣FL1/F∣<2.33
(4)　0.57<∣v4/v5∣<0.61
(5)　8.50<∣ex/lt∣<17.0
(6)　NdL2 >1.80
其中，F為該定焦投影鏡頭1之焦距；F1為該第一鏡群G1之焦距；F2為該第二鏡群G2之焦距；FL1為該第一鏡片L1之焦距；v4為該第四鏡片L4之色散係數；v5為該第五鏡片L5之色散係數；ex為該定焦投影鏡頭1之出瞳位置(exit pupil position)；lt為該定焦投影鏡頭1之長度；NdL2 為該第二鏡片L2之折射率(refractive index)。
為達上述目的並有效提升該定焦投影鏡頭1之光學效能，本發明第一實施例之定焦投影鏡頭1的焦距F(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)、各鏡片之間距、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R1、R2、R5、R6、R10及R11之表面凹陷度D由下列公式所得到：
D：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；E4～E16：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E4～E16如表二所示：
藉由上述的鏡片與光圈之配置，使得本實施例之定焦投影鏡頭1不但可有效縮小體積以滿足輕量化影像裝置之需求，在成像品質上也可達到要求，這可從圖2A至圖2E看出。
圖2A所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭1的場曲(Field Curvature)圖；圖2B所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭1的畸變(Distortion)圖；圖2C所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭1的縱向色差(Longitudinal)圖；圖2D所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭1的光扇(Ray Fan)圖；圖2E所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭1的空間頻率調制傳遞函數圖(Spatial Frequency MTF)。
由圖2A可看出，本實施例之最大場曲不超過0.06 mm和-0.04 mm；由圖2B可看出，本實施例之畸變量不超過1.2%；由圖2C可看出，本實施例之最大縱向色差最大不超過0.04mm和-0.02mm；由圖2D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；由圖2E可看出，本實施例在80 lp/mm的時候，其調制光學傳遞函數值仍維持在40%以上，顯見本實施例之定焦投影鏡頭1的解析度是符合標準的。
以上所述的，是本發明第一較佳實施例的定焦投影鏡頭1；依據本發明的技術，以下配合圖3說明本發明第二較佳實施例的定焦投影鏡頭2。
該定焦投影鏡頭2包含有沿一光軸Z且由成像側至像源側依序排列之第一鏡群G1以及一第二鏡群G2。另外，該第二鏡群G2至像源側之間同樣依序設有一內部全反射稜鏡TP(Total internal reflection Prism)以及一玻璃覆蓋CG(Cover Glass)。其中；
該第一鏡群G1具有正屈光力，且包含有由成像側至像源側依序排列之一第一鏡片L1以及一第二鏡片L2。該第一鏡片L1係由塑膠材質製成。該第一鏡片L1為具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面R1朝向成像側，且其凸面R1與凹面R2皆為非球面表面。該第二鏡片L2係由玻璃材質製成。該第二鏡片L2為具有正屈光力之新月型透鏡，且其凸面R3朝向成像側。
該第二鏡群G2具有正屈光力，且包含有由成像側至像源側依序排列之一第三鏡片L3、一第四鏡片L4、一第五鏡片L5、一第六鏡片L6以及一第七鏡片L7。該第三鏡片L3係由塑膠材質製成。該第三鏡片L3為具有負屈光力之新月型透鏡，其凸面R5朝向成像側，且其凸面R5與凹面R6皆為非球面表面。另外，該定焦投影鏡頭2之光圈ST係位於該第三鏡片L3之凸面R5上。該第四鏡片L4係由玻璃材質製成。該第四鏡片L4為具有負屈光力之雙凹透鏡。該第五鏡片L5係由玻璃材質製成。該第五鏡片L5為具有正屈光力之雙凸透鏡，且該第五鏡片L5與該第四鏡片L4膠合構成一具有負屈光力之複合透鏡L45。該第六鏡片L6係由塑膠材質製成。該第六鏡片L6為具有正屈光力之雙凸透鏡，且其兩個凸面R10、R11皆為非球面表面。該第七鏡片L7係由玻璃材質製成。該第七鏡片L7為具有正屈光力之雙凸透鏡。
同樣地，為了有效的縮減該定焦投影鏡頭2總長及體積，並修正像差，以達到較佳之成像品質，該定焦投影鏡頭2亦滿足有下列條件：
(1)　1.75<∣F1/F∣<1.83
(2)　0.80<∣F2/F∣<0.82
(3)　1.95<∣FL1/F∣<2.33
(4)　0.57<∣v4/v5∣<0.61
(5)　8.50<∣ex/lt∣<17.0
(6)　NdL2 >1.80
其中，F為該定焦投影鏡頭2之焦距；F1為該第一鏡群G1之焦距；F2為該第二鏡群G2之焦距；FL1為該第一鏡片L1之焦距；v4為該第四鏡片L4之色散係數；v5為該第五鏡片L5之色散係數；ex為該定焦投影鏡頭2之出瞳位置(exit pupil position)；lt為該定焦投影鏡頭2之長度；NdL2 為該第二鏡片L2之折射率(refractive index)。
為達上述目的並有效提升該定焦投影鏡頭2之光學效能，本發明第二實施例之定焦投影鏡頭2的焦距F(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)、各鏡片之間距、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R1、R2、R5、R6、R10及R11之表面凹陷度D由下列公式所得到：
D：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；E4～E16：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E4～E16如表四所示：
藉由上述的鏡片與光圈之配置，使得本實施例之定焦投影鏡頭2不但可有效縮小體積以滿足輕量化影像裝置之需求，在成像品質上也可達到要求，這可從圖4A至圖4E看出。
圖4A所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭2的場曲(Field Curvature)圖；圖4B所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭2的畸變(Distortion)圖；圖4C所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭2的縱向色差(Longitudinal)圖；圖4D所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭2的光扇(Ray Fan)圖；圖4E所示的，是本實施例之定焦投影鏡頭2的空間頻率調制傳遞函數圖(Spatial Frequency MTF)。
由圖4A可看出，本實施例之最大場曲不超過0.08 mm和-0.02 mm；由圖4B可看出，本實施例之畸變量不超過1.2%；由圖4C可看出，本實施例之最大縱向色差最大不超過0.05mm和-0.02mm；由圖4D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；由圖4E可看出，本實施例在80 lp/mm的時候，其調制光學傳遞函數值仍維持在30%以上，顯見本實施例之定焦投影鏡頭2的解析度是符合標準的。
綜合以上所可得知，本發明之定焦投影鏡頭不僅可以有效地縮小體積且同時可具有高光學效能。
以上所述僅為本發明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．．．定焦投影鏡頭
G1．．．第一鏡群
L1．．．第一鏡片
L2．．．第二鏡片
G2．．．第二鏡群
L3．．．第三鏡片
L4．．．第四鏡片
L5．．．第五鏡片
L6．．．第六鏡片
L7．．．第七鏡片
L45．．．複合透鏡
ST．．．光圈
Z．．．光軸
R1~R17．．．面
CG．．．玻璃覆蓋
TP．．．內部全反射稜鏡
2．．．定焦投影鏡頭
G1．．．第一鏡群
L1．．．第一鏡片
L2．．．第二鏡片
G2．．．第二鏡群
L3．．．第三鏡片
L4．．．第四鏡片
L5．．．第五鏡片
L6．．．第六鏡片
L7．．．第七鏡片
L45．．．複合透鏡
ST．．．光圈
Z．．．光軸
R1~R17．．．面
CG．．．玻璃覆蓋
TP．．．內部全反射稜鏡
圖1為本發明第一較佳實施例之鏡片配置圖；
圖2A為本發明第一較佳實施例之場曲圖；
圖2B為本發明第一較佳實施例之畸變圖；
圖2C為本發明第一較佳實施例之縱向色差圖；
圖2D為本發明第一較佳實施例之光扇圖；
圖2E為本發明第一較佳實施例之空間頻率調制傳遞函數圖；
圖3為本發明第二較佳實施例之鏡片配置圖；
圖4A為本發明第二較佳實施例之場曲圖；
圖4B為本發明第二較佳實施例之畸變圖；
圖4C為本發明第二較佳實施例之縱向色差圖；
圖4D為本發明第二較佳實施例之光扇圖；
圖4E為本發明第二較佳實施例之空間頻率調制傳遞函數圖。
1‧‧‧定焦投影鏡頭
G1‧‧‧第一鏡群
L1‧‧‧第一鏡片
L2‧‧‧第二鏡片
G2‧‧‧第二鏡群
L3‧‧‧第三鏡片
L4‧‧‧第四鏡片
L5‧‧‧第五鏡片
L6‧‧‧第六鏡片
L7‧‧‧第七鏡片
L45‧‧‧複合透鏡
ST‧‧‧光圈
Z‧‧‧光軸
R1~R17‧‧‧面
CG‧‧‧玻璃覆蓋
TP‧‧‧內部全反射稜鏡

Claims (11)

  1. 一種定焦投影鏡頭，包含有沿一光軸且由一成像側至一像源側依序排列之：一第一鏡群，具有正屈光力，且包含有由該成像側至該像源側依序排列之一第一鏡片以及一第二鏡片；該第一鏡片係由塑膠材質製成，且具有負屈光力；該第二鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力；以及一第二鏡群，具有正屈光力，且包含有由該成像側至該像源側依序排列之一第三鏡片、一第四鏡片、一第五鏡片、一第六鏡片以及一第七鏡片；該第三鏡片係由塑膠材質製成，且具有負屈光力；該第四鏡片係由玻璃材質製成，且具有負屈光力；該第五鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力，且該第五鏡片與該第四鏡片膠合構成一具有負屈光力之複合透鏡；該第六鏡片係由塑膠材質製成，且具有正屈光力；該第七鏡片係由玻璃材質製成，且具有正屈光力。
  2. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，其中，該第一鏡片至少一面為非球面表面。
  3. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，其中，該第二鏡片之折射率(refractive index)大於1.80。
  4. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，其中，該第三鏡片至少一面為非球面表面。
  5. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更包含有一光圈，係位 於該第三鏡片朝向該成像側之面上。
  6. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，其中，該第六鏡片至少一面為非球面表面。
  7. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更滿足下列條件：1.75<|F1/F|<1.83，其中，F1為該第一鏡群之焦距；F為該定焦投影鏡頭之焦距。
  8. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更滿足下列條件：0.80<|F2/F|<0.82，其中，F2為該第二鏡群之焦距；F為該定焦投影鏡頭之焦距。
  9. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更滿足下列條件：1.95<|FL1/F|<2.33，其中，FLI為該第一鏡片之焦距；F為該定焦投影鏡頭之焦距。
  10. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更滿足下列條件：0.57<|v4/v5|<0.61，其中，v4為該第四鏡片之色散係數；v5為該第五鏡片之色散係數。
  11. 如請求項1所述之定焦投影鏡頭，更滿足下列條件：8.50<|ex/lt|<17.0，其中，ex為該定焦投影鏡頭之出瞳位置(exit pupil position)；lt為該定焦投影鏡頭之長度。
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