TWI831882B

TWI831882B - 變焦投影鏡頭

Info

Publication number: TWI831882B
Application number: TW108143967A
Authority: TW
Inventors: 張碩傑; 陳信德; 王國權
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2024-02-11
Also published as: CN112987270A; TW202122863A

Abstract

一種變焦投影鏡頭，用以接收並投影一影像光束，包括依放大側至縮小側依序設有第一鏡組、第二鏡組、第三鏡組和第四鏡組，以及設於第二鏡組和第四鏡組之間的光圈。當光學鏡頭變焦時，第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組相對光閥或光學鏡頭成像面為移動，且光學鏡頭滿足下列條件：影像光束最先進入第四鏡組，具有屈光度的透鏡數目介於9~16片，光圈和最靠近縮小側的透鏡之間包含三膠合透鏡和雙膠合透鏡。當光學鏡頭為廣角端時，光學鏡頭兩端最外側具有屈光度的透鏡表面之間沿該光學鏡頭的光軸的距離介於85~110mm之間。

Description

變焦投影鏡頭

本發明關於一種變焦投影鏡頭。

在眾多類型的顯示裝置中，投影裝置具有以較小的裝置體積投影出數倍於裝置表面積的大尺寸影像畫面的特性，因此在顯示領域中有著無法被取代的優勢。由於投影裝置是藉由投影鏡頭將光閥轉換的影像光束投射於螢幕上，因此影像畫面的品質深受投影鏡頭品質的影響。故投影鏡頭為投影裝置中一個關鍵的光學元件。

一般而言，投影鏡頭具有可變焦距的功能。利用投影鏡頭的變焦功能，投影裝置可達成縮放影像的功效。目前，投影裝置的主流是朝高亮度設計。達到高亮度的其中一種方式是令投影鏡頭採用大光圈的設計。然而，具變焦功能的投影鏡頭加工繁複且受限於較嚴苛的公差要求，故其較難以同時達到大光圈及高成像品質的特性。

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。

本發明之一實施例提出一種光學鏡頭，用以接收並投影一影像光束，包括依放大側至縮小側依序設有第一鏡組、第二鏡組、第三鏡組和第四鏡組，以及設於第二鏡組和第四鏡組之間的光圈。當光學鏡頭變焦時，第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組相對光閥或光學鏡頭成像面為移動，且光學鏡頭滿足下列條件：影像光束最先進入第四鏡組，具有屈光度的透鏡數目介於9~16片，光圈和最靠近縮小側的透鏡之間包含三膠合透鏡和雙膠合透鏡。當光學鏡頭為廣角端時，光學鏡頭兩端最外側具有屈光度的透鏡表面之間沿該光學鏡頭的光軸的距離介於85~110mm之間。本實施例光學鏡頭可提供一種兼具良好的光學成像品質、低熱飄移量、低畸變量、低色差、大光圈與短總長的特性，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的投影鏡頭設計。

本發明之一實施例提出一種光學鏡頭，包括依一影像光束行進方向依序設有第四鏡組、第三鏡組、第二鏡組和第一鏡組，以及設於第二鏡組和第四鏡組之間的光圈。當光學鏡頭變焦時，第一鏡組、第二鏡組和第三鏡組相對光閥或光學鏡頭成像面為移動，且光學鏡頭滿足下列條件：具有屈光度的透鏡數目介於9~16片，影像光束最先穿透的具有屈光度透鏡直徑小於最後穿透的具有屈光度透鏡直徑，光圈和最先穿透的具有屈光度透鏡之間包含兩個膠合面，以及當光學鏡頭為廣角端時，光學鏡頭兩端最外側具有屈光度的透鏡表面之間沿該光學鏡頭的光軸的距離介於85~110mm之間。本實施例光學鏡頭可提供一種兼具良好的光學成像品質、低熱飄移量、低畸變量、低色差、大光圈與短總長的特性，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的投影鏡頭設計。

藉由本發明實施例的設計，可提供一種兼具良好的光學成像品質、低熱飄移量、低畸變量(distortion)、低色差、大光圈與短總長的特性，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的投影鏡頭設計。再者，本發明實施例光學鏡頭包含11~13片鏡片。當光學鏡頭為廣角端時，光學鏡頭兩端最外側具有屈光度的透鏡表面在光軸上的距離(OAL)小於110mm，能夠提供具大光圈(F#大於等於1.5)、高解析度、小型化、低熱飄移量與短總長等特點，所以能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的光學鏡頭設計。

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。為讓本發明之上述和其他目的、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。

10a、10b、10c、10d:光學鏡頭

12:光軸

14:光圈

16:光路調整機構

18:稜鏡

120:光閥

130:螢幕

G1-G5:透鏡組

L1-L13:透鏡

S1-S24:表面

OS:放大側

IS:縮小側

P、Q:交點

D:鏡片直徑

圖1為依本發明一實施例之投影裝置100的光學結構示意圖。

圖2A與圖2B分別為本發明一實施例光學鏡頭10a在廣角端(wide-end)和望遠端(Tele-end)的光學結構圖。

圖3A與圖3B分別為本發明一實施例光學鏡頭10a在廣角端(wide-end)和望遠端(Tele-end)的調制傳遞函數曲線(MTF)圖。

圖4為本發明一實施例光學鏡頭10b的光學結構圖。

圖5為本發明一實施例光學鏡頭10b的調制傳遞函數曲線(MTF)圖。

圖6為本發明一實施例光學鏡頭10c的光學結構圖。

圖7為本發明一實施例光學鏡頭10c的調制傳遞函數曲線(MTF)圖。

圖8為本發明一實施例光學鏡頭10d的光學結構圖。

圖9為本發明一實施例光學鏡頭10d的調制傳遞函數曲線(MTF)圖。

圖10為圖1配置於縮小側的光閥之概要示意圖。

有關本發明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。另外，下列實施例中所使用的用語「第一」、「第二」是為了辨識相同或相似的元件而使用，且方向用語例如「前」、「後」等，僅是參考附加圖式的方向，並非用以限定所述元件。

圖1為本發明一實施例的投影裝置100的光學結構示意圖。請參照圖1，本實施例的投影裝置100包括照明單元110、光閥120、投影鏡頭10及螢幕130。照明單元110用以提供照明光束L1。在本實施例中，照明單元110可以是任何用以照射於光閥120的裝置，包含燈泡、雷射(laser)或LED等光源。光閥120配置於照明光束L1的傳遞路徑上，且用以將照明光束L1轉換成影像光束L2。在本實施例中，光閥120例如是數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)、矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel)、液晶面板(LCD)或其他適當的空間光調變器(spatial light modulator,SLM)等。

圖2A和圖2B分別為圖1所示之投影鏡頭10的第一實施例的投影鏡頭10a在廣角端(wide-end)和望遠端(Tele-end)的光學結構示意圖。請參照圖1及圖2A-2B，本實施例的投影鏡頭10a配置於影像放大側OS及影像縮小側IS之間，在投影裝置100中，影像放大側OS對應為螢幕130，影像縮小側IS對應為光閥120，投影鏡頭10a位於影像光束L2的傳遞路徑上，用以將來自光閥120的影像光束L2投射至螢幕130上，以在螢幕130上形成影像畫面(未圖示)。投影鏡頭10a包含第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、光圈14、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5，其中第一透鏡組G1配置於螢幕130與光閥120之間，第二透鏡組G2配置第一透鏡組G1與光閥120之間，第三透鏡組G3配置第二透鏡組G2與光閥120之間，第四透鏡組G4配置第三透鏡組G3與光閥120之間，第五透鏡組G5配置第四透鏡組G4與光閥120之間，光圈14配置第三透鏡組G3與第四透鏡組G4之間。第一透鏡組G1到第五透鏡組G5的屈光度(refractive power)分別為負、正、正、正、正。本實施例的投影鏡頭100的F數值(F-number)在廣角端(wide-end)為1.7，在望遠端(Tele-end)為1.78，均大於或等於1.5，因此具有大光圈的光學特性。此外，第五透鏡組G5與光閥120之間可設有光路調整機構(SP)16、稜鏡(prism)18和透光保護蓋(圖中未顯示)，例如玻璃蓋(cover glass)，以保護光閥120。

在本實施例中，第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3光圈14、與第四透鏡組G4可沿著光軸12在光閥120與螢幕130之間相對移動，投影鏡頭10a的有效焦距(EFL)可隨之改變，進而使投影裝置100可具有縮放影像尺寸的效果。換言之，藉由第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、光圈14、第四透鏡組G4的搭配，本實施例的投影裝置100可具有變焦的功能。

請參照圖2A，當欲使本實施例的投影裝置100的放大倍率較大時，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2可趨向螢幕(投影鏡頭成像面)130移動，而第三透鏡組G3和第四透鏡組G4可趨向光閥120移動。此時，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2與光閥120之間的可變距離變大，而第三透鏡組G3、光圈14和第四透鏡組G4與光閥120之間的可變距離變小，此即稱為廣角端(wide-end)。請參照圖2B，當欲使本實施例的投影裝置100的放大倍率較小時，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2可趨向光閥120移動，而第三透鏡組G3、光圈14和第四透鏡組G4可趨向螢幕(投影鏡頭成像面)130移動。此時，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2與光閥120之間的可變距離變小，而第三透鏡組G3、光圈14和第四透鏡組G4與光閥120之間的可變距離變大，此即為望遠端(Tele-end)。此外，當投影距離(即第一透鏡組G1與螢幕130的距離)改變時，第一透鏡組G1可沿著光軸12相對於光閥120做細微的移動來對焦，而使螢幕130上的影像畫面由模糊變清晰。要注意的是，第五透鏡組G5相對於光閥120的距離都是固定不變，不管是在變焦(zooming)或對焦(focusing)。

本發明所謂的光學元件，係指元件具有部份或全部可反射或穿透的材質所構成，通常包含玻璃或塑膠所組成。例如是透鏡、稜鏡或是光圈。

一透鏡的物側面(或像側面)具有位於某區域的凸面部(或凹面部)，是指該區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行於光軸的方向更為「向外凸起」(或「向內凹陷」)而言。

下文將舉例說明本實施例之投影鏡頭10a的各透鏡組的組成，但其並非用以限定本發明。請參照圖2A，在本實施例中，第一透鏡組G1包含第一透鏡L1和第二透鏡L2。第二透鏡組G2包含第三透鏡L3。第三透鏡組G3包含第四透鏡L4。第四透鏡組G4包含第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9和第十透鏡L10。第五透鏡組G5包含第十一透鏡L11。於本實施例中，第一透鏡L1至第十一透鏡L11屈光度分別為負、負、正、正、負、正、負、負、正、正、正。除第一透鏡L1外，所有透鏡均為玻璃球面透鏡，第一透鏡L1為塑膠非球面透鏡，換言之，超過四分之三的透鏡為玻璃球面透鏡。在一實施例中，玻璃球面透鏡可以用非球面透鏡取代。在另一實施例中，塑膠非球面透鏡可以用玻璃磨造非球面透鏡取代。另外，兩透鏡相鄰的兩面有大致相同(曲率半徑差異小於0.005mm)或完全相同(實質相同)的曲率半徑且形成結合透鏡、膠合透鏡、雙合透鏡(doublet)或三合透鏡(triplet)，例如本實施例的第五透鏡L5、第六透鏡L6和第七透鏡L7構成三膠合透鏡，且第八透鏡L8及第九透鏡L9構成雙膠合透鏡，但本發明實施例並不以此為限制。在一實施例中，三膠合透鏡也可由雙膠合透鏡取代。再者，投影鏡頭10a中透鏡的數量、透鏡的形狀及光學特性皆可視實際需求做不同之設計。本發明各具體實施例之影像放大側OS均分別設於各圖之左側，而影像縮小側IS均設於各圖之右側，將不予重覆說明之。

本發明所指光圈14是指一孔徑光欄(Aperture Stop)，光圈為一獨立元件或是整合於其他光學元件上。於本實施例中，光圈是利用機構件擋去周邊光線並保留中間部份透光的方式來達到類似的效果，而前述所謂的機構件可以是可調整的。所謂可調整，是指機構件的位置、形狀或是透明度的調整。或是，光圈也可以在透鏡表面塗佈不透明的吸光材料，並使其保留中央部份透光以達限制光路的效果。在本實施例中，光圈14設置於第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間。更詳細地說，光圈14配置於第四透鏡L4與第五透鏡L5之間，以控制入射光量。當光圈14的孔徑越大時，投影鏡頭10a可對應到越小的F數值(F-number)。進一步地說，F數值(F-number)小可代表入射光量增大，而達到高亮度。但，此時進入投影鏡頭10a中且遠離投影鏡頭10a之光軸12的光線也同時增加，進而造成像差問題。在本實施例中，由於光圈14可配置於距離光閥120較近之第四透鏡L4與第五透鏡L5間，所以光圈14可阻擋部分遠離光軸12的光線，進而使本實施例的投影鏡頭10a的光學特性佳。

各透鏡係定義有鏡片直徑。舉例而言，如圖2A所示，鏡片直徑是指該於光軸12兩端的鏡面轉折點P、Q於垂直光軸12方向上的距離(例如鏡片直徑D)。再者，於本實施例中，第一透鏡L1的直徑(D1)為34.7mm，第十一透鏡L11的直徑(DL)為23.0mm。

球面透鏡是指透鏡前面和後面的表面都分別是球形表面的一部份，而球形表面的曲率是固定的。非球面透鏡則是指透鏡前後表面中，至少一表面的曲率半徑會隨著中心軸而變化，可以用來修正像差。光學鏡頭10a的透鏡設計參數、外形及非球面係數分別如表一及表二所示，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：

上述的公式(1)中，Z為光軸方向之偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸處的曲率半徑的倒數，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。表二的A-F分別代表非球面多項式的4階項、6階項、8階項、10階項、12階項、14階項係數值。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。

在表一中，曲率半徑(mm)係指對應表面之曲率半徑，間距(mm)係指兩相鄰表面間於光軸12上之直線距離。舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間之距離，表面S20之間距，即表面S20至表面S21間之距離，欄中各透鏡與各光學元件所對應之厚度、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。表面S1、S2為第一透鏡L1的兩表面。表面S3、S4為第二透鏡L2的兩表面。上述兩個透鏡組成第一透鏡組G1。有關於各表面的曲率半徑、間距等參數值，請參照表一，在此不再重述。

表中表面有出現的＊係指該表面為非球面表面，而若未標示即為球面之意。

曲率半徑是指曲率的倒數。曲率半徑為正時，透鏡表面的球心在透鏡的影像縮小側方向。曲率半徑為負時，透鏡表面的球心在透鏡的影像放大側方向。而各透鏡之凸凹可見上表。在表三中，是分別列出投影鏡頭10a於廣角端及望遠端時的一些重要參數值。其中，D1、D2、D3、D4和D5分別為第一透鏡組G1至第五透鏡組G5與光閥120間的距離。在本實施例中，D1、D2、D3、D4為可調(adjustable)的，藉以達到縮放的效果。舉例而言，當D1為97.0毫米，D2為83.3毫米，而D3為66.4毫米，D4為30.2毫米時，投影鏡頭10a可處於廣角端(即具放大效果)。當D1為89.4毫米，D2為77.5毫米，而D3為73.7毫米，D4為34.8毫米時，投影鏡頭10a可處於望遠端(即具縮小效果)。

圖3A和3B為圖2A和圖2B的投影鏡頭10a的成像光學模擬數據圖。請參照圖3A，圖3A為廣角端的調制傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)，其橫軸為每週期/毫米之空間頻率(spatial frequency in cycles per millimeter)，縱軸是光學轉移函數的模數(modulus of the OTF)。而圖3B為望遠端的調制傳遞函數曲線圖(modulation transfer function,MTF)。由於圖3A及圖3B所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的投影鏡頭10a可達到良好的成像效果。

本發明的光圈值係以F/#來代表，如上表所標示者。本發明實施例中，F/#大於等於1.5。

本發明實施例中，光學鏡頭的總長係以OAL來表示，如上表所標示者。更明確的說，本實施例的總長是指光學鏡頭10a最接近影像放大側的透鏡表面S1與最接近影像縮小側的透鏡表面S20之間，沿光軸12量測的距離。光學鏡頭的鏡頭總長(OAL)小於110mm。本發明實施例中，光學鏡頭到光閥表面S21的總長係以TTL來表示，如上表所標示者。更明確的說，本實施例光學鏡頭到光閥表面S21的總長是指光學鏡頭10a最接近影像放大側的透鏡表面S1與光閥表面S21之間，沿光軸12量測的距離。光學鏡頭的總長(TTL)小於135mm。本實施例光學鏡頭最接近影像縮小側的透鏡表面S20到光閥表面S21的背焦長度，沿光軸12量測的距離，係以BFL來表示。圖10繪示本發明一實施例之配置於縮小側的光閥120之概要示意圖，其視角係由光學鏡頭10a的放大側往縮小側看入。本實施例之光閥例如為一數位微鏡元件(DMD)。以此為例，光學鏡頭10a的光軸12與光閥120的左下角端點之間的距離可定義為本發明實施例揭露之影像高度(Image circle,IM)的一半。以光軸12為圓心，IM為半徑，可作出一個通過光閥120的下方兩個端點的外接圓，外接圓的直徑即為影像高度(Image circle,IM)。

本發明一實施例之光學投影鏡頭包含五個透鏡組，第一透鏡組例如可使用兩個負屈光度(Power)透鏡，但其並不限定。光學鏡頭的光圈數值約大於等於1.5。第四透鏡組包含兩個膠合透鏡以修正色差，膠合透鏡的透鏡之間沿光軸的最小距離小於等於0.01mm。每個膠合透鏡都包含曲率半徑實質相同或相近的對應鄰近的膠合表面。光學鏡頭具屈光度的透鏡總片數為11~13片，且具有至少阿貝數大於70的兩片透鏡，其中第四透鏡組中的每個膠合透鏡包含一片阿貝數大於70的透鏡，包含一片阿貝數小於25的透鏡。

於一實施例中，光學鏡頭的透鏡可符合1.2<D1/DL<1.9，於另一實施例可符合1.1<D1/DL<1.95，於又另一實施例可符合1.0<D1/DL<2.0，其中D1為最靠近影像放大側的透鏡L1的鏡片直徑，DL為最靠近影像縮小側的透鏡L11的鏡片直徑，藉以讓離開光閥的影像光以實質平行射出，以在有限空間中取得較佳的光學效果。

於一實施例中，光學鏡頭可符合110<TTL<135，於另一實施例可符合105<TTL<140，於又另一實施例可符合100<TTL<145，藉以提供光學鏡頭總長的較佳設計範圍，其中TTL為光學鏡頭最接近影像放大側的透鏡表面S1與光閥表面之間，沿光軸12量測的距離。

於一實施例中，光學鏡頭可符合0.06<IM/TTL<0.082，於另一實施例可符合0.058<IM/TTL<0.084，於又另一實施例可符合0.056<IM/TTL<0.086，藉以提供光閥影像尺寸對應光學鏡頭總長的較佳設計範圍，其中TTL為光學鏡頭最接近影像放大側的透鏡表面S1與光閥表面之間，沿光軸12量測的距離，IM(Image circle)為光學鏡頭光軸與光閥的左下角端點之間的距離的兩倍，亦即為影像高度。

以下將說明本發明的投影鏡頭10的第二實施例投影鏡頭10b的設計。圖4是本發明第二實施例的投影鏡頭10b架構示意圖。投影鏡頭10b從影像放大端OS到影像縮小端IS依序包含第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、光圈14、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5。第一透鏡組G1到第五透鏡組G5的屈光度(refractive power)分別為負、正、正、正、正。請參照圖4，在本實施例中，第一透鏡組G1包含第一透鏡L1和第二透鏡L2。第二透鏡組G2包含第三透鏡L3和第四透鏡L4。第三透鏡組G3包含第五透鏡L5。第四透鏡組G4包含第六透鏡L6、第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9、第十透鏡L10和第十一透鏡L11。第五透鏡組G5包含第十二透鏡L12。於本實施例中，投影鏡頭10b的第一透鏡L1 至第十二透鏡L12的屈光度分別為負、負、正、正、正、負、正、負、負、正、正、正，第一透鏡為非球面塑膠透鏡，其餘透鏡為球面玻璃透鏡。在一實施例中，非球面塑膠透鏡可以用非球面玻璃透鏡取代。本實施例的第六透鏡L6、第七透鏡L7和第八透鏡L8構成三膠合透鏡，本實施例的第九透鏡L9和第十透鏡L10構成雙膠合透鏡。再者，於本實施例中，第一透鏡L1的直徑(D1)為34.6mm，第十二透鏡L12的直徑(DL)為22.4mm。光學鏡頭10b的透鏡及其周邊元件的設計參數如表四、表五和表六所示。

S1的間距為表面S1到S2在光軸12的距離，S22的間距為表面S22到S23在光軸12的距離。

表五列出本發明的第二實施例中，投影鏡頭10b的非球面透鏡L1表面的各階非球面係數及二次曲面係數值。

在表六中，是分別列出投影鏡頭10b於廣角端及望遠端時的一些重要參數值。其中，D1、D2、D3、D4和D5分別為第一透鏡組G1至第五透鏡組G5與光閥120間的距離。在本實施例中，D1、D2、D3、D4為可調(adjustable)的，藉以達到縮放的效果。

以下將說明本發明的投影鏡頭10的第三實施例投影鏡頭10c的設計。圖6是本發明第三實施例的投影鏡頭10c架構示意圖。投影鏡頭10c從影像放大端OS到影像縮小端IS依序包含第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、光圈14、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5。第一透鏡組G1到第五透鏡組G5的屈光度(refractive power)分別為負、正、正、正、正。請參照圖6，在本實施例中，第一透鏡組G1包含第一透鏡L1、第二透鏡L2和第三透鏡L3。第二透鏡組G2包含第四透鏡L4和第五透鏡L5。第三透鏡組G3包含第六透鏡L6。第四透鏡組 G4包含第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9、第十透鏡L10、第十一透鏡L11和第十二透鏡L12。第五透鏡組G5包含第十三透鏡L13。於本實施例中，投影鏡頭10c的第一透鏡L1至第十三透鏡L13的屈光度分別為負、負、正、負、正、正、負、正、負、負、正、正、正，第一透鏡為非球面塑膠透鏡，其餘透鏡為球面玻璃透鏡。在一實施例中，非球面塑膠透鏡可以用非球面玻璃透鏡取代。本實施例的第二透鏡L2和第三透鏡L3構成雙膠合透鏡，本實施例的第七透鏡L7、第八透鏡L8和第九透鏡L9構成三膠合透鏡，本實施例的第十透鏡L10和第十一透鏡L11構成雙膠合透鏡。再者，於本實施例中，第一透鏡L1的直徑(D1)為35.0mm，第十三透鏡L13的直徑(DL)為23.95mm。光學鏡頭10c的透鏡及其周邊元件的設計參數如表七、表八和表九所示。

S1的間距為表面S1到S2在光軸12的距離，S23的間距為表面S23到S24在光軸12的距離。

表八列出本發明的第三實施例中，投影鏡頭10c的非球面透鏡L1表面的各階非球面係數及二次曲面係數值。

在表九中，是分別列出投影鏡頭10c於廣角端及望遠端時的一些重要參數值。其中，D1、D2、D3、D4和D5分別為第一透鏡組G1至第五透鏡組G5與光閥120間的距離。在本實施例中，D1、D2、D3、D4為可調(adjustable)的，藉以達到縮放的效果。

以下將說明本發明的投影鏡頭10的第四實施例投影鏡頭10d的設計。圖8是本發明第四實施例的投影鏡頭10d架構示意圖。投影鏡頭10d從影像放大端OS到影像縮小端IS依序包含第一透鏡組G1、第二透鏡組G2、光圈14、第三透鏡組G3和第四透鏡組G4。第一透鏡組G1到第四透鏡組G4的屈光度(refractive power)分別為負、正、正、正。請參照圖8，在本實施例中，第一透鏡組G1包含第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4和第五透鏡L5。第二透鏡組G2包含第六透鏡L6。第三透鏡組G3包含第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9、第十透鏡L10、第十一透鏡L11和第十二透鏡L12。第四透鏡組G4包含第十三透鏡L13。於本實施例中，投影鏡頭10d的第一透鏡L1至第十三透鏡L13的屈光度分別為負、負、正、負、正、正、負、正、負、負、正、正、正，第一透鏡為非球面塑膠透鏡，其餘透鏡為球面玻璃透鏡。在一實施例中，非球面塑膠透鏡可以用非球面玻璃透鏡取代。本實施例的第二透鏡L2和第三透鏡L3構成雙膠合透鏡，本實施例的第七透鏡L7、第八透鏡L8和第九透鏡L9構成三膠合透鏡，本實施例的第十透鏡L10和第十一透鏡L11構成雙膠合透鏡。再者，於本實施例中，第一透鏡L1的直徑(D1)為35.0mm，第十三透鏡L13的直徑(DL)為23.6mm。光學鏡頭10d的透鏡及其周邊元件的設計參數如表十、表十一和表十二所示。

表十一列出本發明的第四實施例中，投影鏡頭10d的非球面透鏡L1表面的各階非球面係數及二次曲面係數值。

在表十二中，是分別列出投影鏡頭10d於廣角端及望遠端時的一些重要參數值。其中，D1、D2、D3和D4分別為第一透鏡組G1至第四透鏡組G4與光閥120間的距離。在本實施例中，D1、D2、D3為可調(adjustable)的，藉以達到縮放的效果。

圖5、圖7和圖9分別為圖4、圖6和圖8的投影鏡頭10b、10c和10d的成像光學模擬數據圖。由於圖5、圖7和圖9所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的投影鏡頭10b、10c和10d可達到良好的成像效果。

藉由本發明實施例的設計，綜上所述，本發明一實施例之投影裝置及投影鏡頭中，利用負屈光度的第一透鏡組和正屈光度的第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組和第五透鏡組可達成變焦的效果並產生F數值(F-number)大於或等於1.5。並且，利用在第一透鏡組中配置一非球面鏡可使投影鏡頭在大光圈的特性下仍可具有良好的成像品質，進而使投影裝置具有高亮度及優良的投影品質。

此外，在本發明一實施例中，藉由將光圈配置於較接近光閥之第三透鏡組和第四透鏡組之間，可將部分遠離光軸之光線濾除，而更進一步地提升投影裝置的投影品質。

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。

10a:光學鏡頭