CN101285925A

CN101285925A - 定焦镜头

Info

Publication number: CN101285925A
Application number: CNA2007100917523A
Authority: CN
Inventors: 康尹豪; 陈信德
Original assignee: Young Optics Inc
Current assignee: Young Optics Inc
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: CN101285925B

Abstract

一种定焦镜头，包括屈光度均为正的一第一透镜群与一第二透镜群。第一透镜群是由从一物侧至一像侧依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜所组成，其中第一透镜至第五透镜的屈光度依序为负、负、负、正、正，且第一透镜为非球面透镜。第二透镜群由两个胶合透镜以及位于其间的一正透镜所组成。定焦镜头符合下列条件：(1)5.0＜FL45/F＜7.5；(2)3.5＜FG2/F＜4.8；(3)FG2/H＞3.755，其中FL45为第一透镜群的第四透镜到第五透镜的有效焦距，FG2为第二透镜群的有效焦距，F为定焦镜头的有效焦距，H为像侧的最大像高。

Description

定焦镜头

技术领域

本发明是有关于一种镜头，且特别是有关于一种定焦镜头。

背景技术

请参照图1，美国第6542316号专利案中所公开的传统应用于背投影电视的定焦镜头100包括由一物侧至一光阀(light valve)50依序排列的一第一透镜群110、一第二透镜群120以及一第三透镜群130。第一透镜群110包括六片透镜112、114、116、117、118、119，第二透镜群120包括一片透镜122，而第三透镜群130包括四片透镜132、134、136、138。

由于传统定焦镜头100的透镜数量较多，所以生产成本较高。此外，透镜数量较多亦造成定焦镜头100的长度较长，导致采用此定焦镜头100的背投影电视(rear projection television，RPTV)的厚度较厚。若要减少背投影电视的厚度，则会造成光学成像像差变大，甚至出现鬼影(ghost image)等种种会影响成像品质的现象。

发明内容

本发明的一目的，是提供一种定焦镜头，其具有体积小且成像品质佳的优点。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明提出一种定焦镜头，其包括屈光度均为正的一第一透镜群与一第二透镜群。第一透镜群是由从一物侧(object side)至一像侧(image side)依序排列的一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜与一第五透镜所组成。第一透镜至第五透镜的屈光度分别为负、负、负、正、正，且第一透镜为非球面透镜。此外，第二透镜群配置于第一透镜群与像侧之间，且由从物侧至像侧依序排列的一第六透镜、一第七透镜、具有正屈光度的一第八透镜、一第九透镜与一第十透镜所组成。第六透镜与第七透镜组成一第一胶合透镜(cemented lens)，而第九透镜与第十透镜组成一第二胶合透镜。另外，定焦镜头符合下列条件：(1)5.0＜FL45/F＜7.5；(2)3.5＜FG2/F＜4.8；(3)FG2/H＞3.755，其中FL45为第四透镜到第五透镜的有效焦距(effective focal length，EFL)，FG2为第二透镜群的有效焦距，F为定焦镜头的有效焦距，H为像侧的最大像高。

相较于传统技术，本发明的定焦镜头的透镜数量较少，所以可节省生产成本并缩小产品体积。此外，本发明的定焦镜头的架构可有效消除像差(aberration)，因此具有良好的成像品质。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是传统定焦镜头的结构示意图。

图2是本发明一实施例的定焦镜头的结构示意图。

图3A至图3C为图2的定焦镜头的成像光学数据模拟图。

图4是本发明另一实施例的定焦镜头的结构示意图。

图5A至图5C为图4的定焦镜头的成像光学数据模拟图。

图6是本发明又一实施例的定焦镜头的结构示意图。

图7A至图7C为图6的定焦镜头的成像光学数据模拟图。

图8是本发明另一实施例的定焦镜头的结构示意图。

主要元件符号说明

30：平滑影像元件

40：内部全反射棱镜

50：光阀

60：影像处理元件

70：偏振片

80：对比耦合元件

90：玻璃盖

100、200、200’：定焦镜头

110、210：第一透镜群

112、114、116、117、118、119、122、132、134、136、138：透镜

120、220：第二透镜群

130：第三透镜群

212：第一透镜

214：第二透镜

215：第三透镜

216：第四透镜

218：第五透镜

222：第六透镜

223：第一胶合透镜

224：第七透镜

225：第八透镜

226：第九透镜

227：第二胶合透镜

228：第十透镜

230：光圈

S1～S25：表面

具体实施方式

下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

图2是本发明一实施例的定焦镜头的结构示意图。请参照图2，本实施例的定焦镜头200包括一第一透镜群210与一第二透镜群220，且第一及第二透镜群210、220的屈光度均为正。第一透镜群210是由从一物侧至一像侧依序排列的一第一透镜212、一第二透镜214、一第三透镜215、一第四透镜216与一第五透镜218所组成。第一透镜212至第五透镜218的屈光度分别为负、负、负、正、正。本实施例中，第一透镜212与第二透镜214均为凸面(表面S1、S3)朝向物侧的凸凹透镜，且第一透镜212为非球面透镜，第一透镜212的凸面与凹面(表面S2)均为非球面。第三透镜215为双凹透镜，第四透镜216例如为凸面(表面S8)朝向像侧的凹凸透镜，而第五透镜218为双凸透镜。第二透镜214、第三透镜215、第四透镜216与第五透镜218均为球面透镜。

第二透镜群220配置于第一透镜群210与像侧之间，且由从物侧至像侧依序排列的一第六透镜222、一第七透镜224、一第八透镜225、一第九透镜226与一第十透镜228所组成。第六透镜222、第七透镜224、第八透镜225、第九透镜226与第十透镜228的屈光度例如分别为正、负、正、负、正。第六透镜222与第七透镜224组成一第一胶合透镜223，而第九透镜226与第十透镜228组成一第二胶合透镜227。第六透镜222为凸面(表面S13)朝向像侧的凹凸透镜，第七透镜224为凸面(表面S14)朝向像侧的凸凹透镜，第八透镜225与第十透228镜为双凸透镜，第九透镜226为凸面(表面S17)朝向物侧的凸凹透镜。第六透镜222、第七透镜224、第八透镜225、第九透镜226与第十透镜228均为球面透镜。

定焦镜头200符合下列条件：(1)5.0＜FL45/F＜7.5；(2)3.5＜FG2/F＜4.8；(3)FG2/H＞3.755，其中FL45为第四透镜216到第五透镜218的有效焦距，FG2为第二透镜群220的有效焦距，F为定焦镜头200的有效焦距，H为像侧的最大像高。一般而言，像侧设置有一影像处理元件60，而在本实施例中影像处理元件60例如是光阀。最大像高H则为实际物体成像于影像处理元件60上的像高。此外，定焦镜头200例如还包括一光圈230，其配置于第一透镜群210与第二透镜群220之间。

本实施例的定焦镜头200借由一片非球面透镜(即第一透镜212)搭配九片球面透镜(即第二透镜至第十透镜)达到消除像差，其中，非球面透镜更能有助于消除90度以上的大视场角(field of view，FOV)所产生的畸变(distortion)，而第二透镜群220能消除色差(chromatic aberration)及球差(spherical aberration)。相较于传统由十一片透镜所组成的定焦镜头100(如图1所示)，本发明的定焦镜头200的透镜数量较少，所以可节省透镜的材料成本，并可减少公差的累积，提高生产良率，进而降低生产成本。

为进一步确保定成像品质，在本实施例中可使定焦镜头200符合下列条件的至少其中之一：(1)2.0＜DG12/FG2＜5.0；(2)1.3＜|FL67/FL910|＜5.5；(3)15＜Vp-Vn＜45；(4)1.35＜|R14/R15|＜4.2。其中，DG12为第一透镜群210到第二透镜群220的距离，FL67为第一胶合透镜223的有效焦距，FL910为第二胶合透镜227的有效焦距。此外，第一胶合透镜223与第二胶合透镜227其中之一的屈光度例如为正，另一个的屈光度例如为负，而Vp是屈光度为正的胶合透镜的阿贝数，Vn是屈光度为负的胶合透镜。另外，R15为第八透镜225的面向物侧的表面(表面S15)的曲率半径，R16为第八透镜225的面向像侧的表面(表面S16)的曲率半径。

以下内容将举出定焦镜头200的一实施例。需注意的是，下述的表一及表二中所列的数据资料并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，其仍应属于本发明的范畴内。

<表一>

在表一中，间距是指两相邻表面间在主轴上的直线距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间在主轴上的直线距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、折射率与阿贝数请参同列中各间距、折射率与阿贝数对应的数值。此外，在表一中，表面S1、S2为第一透镜212的两表面，表面S3、S4为第二透镜214的两表面，表面S5、S6为第三透镜216的两表面，表面S7、S8为第四透镜222的两表面，表面S9、S10为第五透镜232的两表面。表面S11为光圈。表面S12为第六透镜222的面向物侧的表面，表面S13为第六透镜222与第七透镜224相连的表面，而表面S14为第七透镜224的面向像侧的表面。表面S15、S16为第八透镜225的两表面。表面S17为第九透镜226的面向物侧的表面，表面S 18为第九透镜226与第十透镜228相连的表面，而表面S19为第十透镜228的面向像侧的表面。表面S20、S21为一偏振片(polarizer)70的两表面，表面S22、S23为一对比耦合元件(contrastcoupler)80的两表面，而表面S24、S25为一用于保护影像处理元件60的玻璃盖(cover glass)90的两表面。表面S25那列(row)中所填的间距为表面S25到影像处理元件60的间距。

有关于各表面的曲率半径、间距等参数值，请参照表一，在此不再重述。

上述的表面S1、S2为非球面，而其可用下列公式表示：

Z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + A_{1} r^{2} + A_{2} r^{4} + A_{3} r^{6} + A_{4} r^{8} + A_{5} r^{10} + . . .

式中，Z为光轴方向的偏移量(sag)，c是密切球面(osculating sphere)的半径的倒数，也就是接近光轴处的曲率半径(如表格内S1、S2的曲率半径)的倒数。k是二次曲面系数(conic)，r是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度，而A1、A2、A3、A4、A5...为非球面系数(aspheric coefficient)，其中系数A1为0。表二所列出的是表面S1与表面S2的参数值。

<表二>

非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5
非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5	S1	-89.00191	9.061405E-06	-1.492399E-09	-5.507762E-13	3.353505E-16
S2	-0.5289708	5.306156E-06	1.141856E-08	-1.314713E-11	3.442482E-15	S1	-89.00191	9.061405E-06	-1.492399E-09	-5.507762E-13	3.353505E-16

承上述，此实施例的定焦镜头200的数值孔径(f-number)为2.417，而最大视场角为91.3°。此外，F＝9.804mm、FL45＝68.618mm、FG2＝39.792mm、H＝10.243mm、DG12＝134.172mm、FL67＝-194.731mm、FL910＝98.507、FL45/F＝6.999、DG12/FG2＝3.372、|FL67/FL910|＝1.977、FG2/F＝4.059、FG2/H＝3.885、26.3＜Vp-Vn＜30.8。

图3A至图3C为图2的定焦镜头的成像光学模拟数据图。请参照图3A至图3C，其中图3A为光学传递函数曲线图(modulation transfer function，MTF)，其横轴为每周期/毫米(mm)的空间频率(spatial frequency in cycles permillimeter)，纵轴为光学传递函数的模数(modulus of the OTF)。在图3A中是以波长介于440nm与640nm之间的光所做的模拟数据图。此外，图3B为影像的横向色差(lateral color)图，而图3B中的最大场(maximum field)为10.243mm，且参考波长为550nm。图3C为影像的横向光线扇形图(transverse ray fanplot)。由于图3A至图3C所显示出的图形均在标准的范围内，因此相较于传统技术，本实施例的定焦镜头200可使用较少的透镜达到良好的光学品质。

以下内容将举出定焦镜头200的另一实施例。请参照图4、表三及表四。

<表三>

<表四>

非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5
非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5	S1	-19.197910	7.500722E-06	-1.592348E-09	-1.789404E-13	2.400748E-16
S2	-0.829450	9.219816E-07	1.278201E-08	-1.450110E-11	4.112173E-15	S1	-19.197910	7.500722E-06	-1.592348E-09	-1.789404E-13	2.400748E-16

表三中，表面S1～S19与表一相同，表面S20、S21为内部全反射棱镜(total internal reflection prism，TIR prism)40的相对的两表面，而表面S22、S23为玻璃盖90的两表面。表面S23那列中所填的间距为表面S23到影像处理元件60的间距。

此实施例的定焦镜头200的数值孔径为2.4，而最大视场角为90.9°。此外，F＝10.905mm、FL45＝64.233mm、FG2＝42.342mm、H＝11.24mm、DG12＝107.538mm、FL67＝-259.217mm、FL910＝105.271、FL45/F＝5.89、DG12/FG2＝2.54、|FL67/FL910|＝2.462、FG2/F＝3.883、FG2/H＝3.767、27.6＜Vp-Vn＜30.8。

图5A至图5C为图4的定焦镜头的成像光学模拟数据图。请参照图5A至图5C，其中图5A为光学传递函数曲线图，其横轴为每周期/毫米的空间频率，纵轴为光学传递函数的模数。在图5A中是以波长介于440nm与640nm之间的光所做的模拟数据图。此外，图5B为影像的横向色差图，而图5B中的最大场为11.24mm，且参考波长为550nm。图5C为影像的横向光线扇形图。由于图5A至图5C所显示出的图形均在标准的范围内，因此相较于传统技术，本实施例的定焦镜头200可使用较少的透镜达到良好的光学品质。

以下内容将举出定焦镜头200的又一实施例。请参照图6、表五及表六。

<表五>

<表六>

非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5
非球面参数	二次曲面系数k	系数A2	系数A3	系数A4	系数A5	S1	-163.3925	8.756840E-06	-1.598966E-09	-1.736070E-13	2.737983E-16
S2	-0.5796957	4.181319E-06	1.225761E-08	-1.448743E-11	4.066283E-15	S1	-163.3925	8.756840E-06	-1.598966E-09	-1.736070E-13	2.737983E-16

表五中，表面S1～S19与表一相同，表面S20、S21为平滑影像元件(smooth picture element)30的两表面，表面S22、S23为内部全反射棱镜40的相对的两表面，而表面S24、S25为玻璃盖90的两表面。表面S25那列中所填的间距为表面S23到影像处理元件60的间距。

此实施例的定焦镜头200的数值孔径为2.4，而最大视场角为90.9°。此外，F＝10.413mm、FL45＝65.653mm、FG2＝41.565mm、H＝10.706mm、DG12＝104.988mm、FL67＝-462.489mm、FL910＝110.426、FL45/F＝6.3、DG12/FG2＝2.526、|FL67/FL910|＝4.188、FG2/F＝3.99、FG2/H＝3.88、27.6＜Vp-Vn＜42。

图7A至图7C为图6的定焦镜头的成像光学模拟数据图。请参照图7A至图7C，其中图7A为光学传递函数曲线图，其横轴为每周期/毫米的空间频率，纵轴为光学传递函数的模数。在图7A中是以波长介于430nm与670nm之间的光所做的模拟数据图。此外，图7B为影像的横向色差图，而图7B中的最大场为10.7061mm，且参考波长为550nm。图7C为影像的横向光线扇形图。由于图7A至图7C所显示出的图形均在标准的范围内，因此相较于传统技术，本实施例的定焦镜头200可使用较少的透镜达到良好的光学品质。

图8是本发明另一实施例的定焦镜头的结构示意图。请参照图8，本实施例的定焦镜头200’与图2的定焦镜头200相似，不同处在于定焦镜头200’还包括一反射元件240，其配置于第一透镜群210与第二透镜群220之间。换句话说，定焦镜头200’为L型镜头。由于定焦镜头200’的长度较短，其可使采用此定焦镜头200’的背投影电视能做得更薄。

综上所述，本发明的定焦镜头至少具有下列优点：

1.相较于传统由十一片透镜所组成的定焦镜头100，本发明的定焦镜头200、200’的透镜数量较少，所以可节省透镜的材料成本，并可减少公差的累积，以提高生产良率，进而降低生产成本。

2.本发明的定焦镜头的架构可有效消除像差，因此具有良好的成像品质。

3.本发明的定焦镜头可为L型镜头，所以能有效减低镜头总长度，使得采用本发明的定焦镜头的背投影电视可以做得更薄。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims

1.一种定焦镜头，包括：

一第一透镜群，具有正屈光度，该第一透镜群是由从一物侧至一像侧依序排列的一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜与一第五透镜所组成，其中该第一透镜至该第五透镜的屈光度分别为负、负、负、正、正，且该第一透镜为非球面透镜；以及

一第二透镜群，具有正屈光度，且配置于该第一透镜群与该像侧之间，该第二透镜群是由从该物侧至该像侧依序排列的一第六透镜、一第七透镜、具有正屈光度的一第八透镜、一第九透镜与一第十透镜所组成，其中该第六透镜与该第七透镜组成一第一胶合透镜，而该第九透镜与该第十透镜组成一第二胶合透镜，

其中，FL45为该第四透镜到该第五透镜的有效焦距，FG2为该第二透镜群的有效焦距，F为该定焦镜头的有效焦距，H为该像侧的最大像高，且5.0＜FL45/F＜7.5，3.5＜FG2/F＜4.8，FG2/H＞3.755。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，还包括一光圈，配置于该第一透镜群与该第二透镜群之间。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，还包括一反射元件，配置于该第一透镜群与该第二透镜群之间。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中DG12为该第一透镜群到该第二透镜群的距离，且2.0＜DG12/FG2＜5.0。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中FL67为该第一胶合透镜的有效焦距，FL910为该第二胶合透镜的有效焦距，且1.3＜|FL67/FL910|＜5.5。

6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其中该第一胶合透镜与该第二胶合透镜其中之一的屈光度为正，另一个的屈光度为负，屈光度为正的胶合透镜的阿贝数为Vp，屈光度为负的胶合透镜的阿贝数为Vn，且15＜Vp-Vn＜45。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中该第八透镜的面向该物侧的表面的曲率半径为R15，该第八透镜的面向该像侧的表面的曲率半径为R16，且1.35＜|R15/R16|＜4.2。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中该第六透镜、该第七透镜、该第九透镜与该第十透镜的屈光度分别为正、负、负、正。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中该第一透镜与该第二透镜均为凸面朝向该物侧的凸凹透镜，且该第一透镜的凸面与凹面均为非球面，该第三透镜为双凹透镜，该第四透镜为凸面朝向该像侧的凹凸透镜，该第五透镜为双凸透镜。

10.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中该第六透镜为凸面朝向该像侧的凹凸透镜，该第七透镜为凸面朝向该像侧的凸凹透镜，该第八透镜与该第十透镜为双凸透镜，该第九透镜为凸面朝向该物侧的凸凹透镜。

11.根据权利要求1所述的定焦镜头，其中该第二透镜至该第十透镜为球面透镜。