CN102879888B - 定焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定焦投影镜头，包含有沿光轴且由成像侧至像源侧依序排列的第一镜群以及第二镜群，其中，该第一镜群具有正屈光力，且包含有由依序排列的第一镜片以及第二镜片；该第一镜片由塑料材质制成，具有负屈光力；该第二镜片由玻璃材质制成，具有正屈光力；该第二镜群具有正屈光力，且包含有依序排列的第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片以及第七镜片；该第三镜片由塑料材质制成，具有负屈光力；该第四镜片由玻璃材质制成，具有负屈光力；该第五镜片由玻璃材质制成，具有正屈光力，且与该第四镜片胶合成具有负屈光力的复合透镜；该第六镜片由塑料材质制成，具有正屈光力；该第七镜片由玻璃材质制成，具有负屈光力。

Description

定焦投影镜头

技术领域

本发明与投影机有关，更详而言之是指一种定焦投影镜头。

背景技术

近年来，随着影像科技的进步，利用投影机进行简报、视讯、会议或是观赏影片的人越来越多。而为使投影机能更便于携带与使用，其用以将影像清晰地呈现在屏幕上的定焦投影镜头的体积也将被大幅地缩小，以满足人们所期望的小型化及轻量化的需求，再者，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使达成高分辨率和高对比的影像展现。因此，小型化和高光学效能是定焦投影镜头不可缺两项要件。

然而，已知的定焦投影镜头通常包含有三组以上的镜群，且该些镜群间须隔有一定间隔，同时该些镜群皆又包含有复数片透镜，该些透镜间大多又间隔有一定距离。因此，已知的定焦投影镜头不仅体积大且重量重，而无法达成小型化与轻量化的设计，更因其内部镜群与透镜较多，故制作时需耗费较长的组立工时，且所耗费的材料成本亦不易降低。综合以上所述可得知，已知的定焦投影镜头仍未臻完善，且有待改进之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的定焦投影镜头的镜群较多的缺陷，提供一种定焦投影镜头，由两组镜群所组成，不仅体积小，且具有高光学效能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种定焦投影镜头，包含有沿光轴且由成像侧至像源侧依序排列的第一镜群以及第二镜群，其中，该第一镜群具有正屈光力，且包含有由该成像侧至该像源侧依序排列的第一镜片以及第二镜片；该第一镜片由塑料材质制成，且具有负屈光力；该第二镜片由玻璃材质制成，且具有正屈光力；该第二镜群具有正屈光力，且包含有由该成像侧至该像源侧依序排列的第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片以及第七镜片；该第三镜片由塑料材质制成，且具有负屈光力；该第四镜片由玻璃材质制成，且具有负屈光力；该第五镜片由玻璃材质制成，且具有正屈光力，且该第五镜片与该第四镜片胶合构成具有负屈光力的复合透镜；该第六镜片由塑料材质制成，且具有正屈光力；该第七镜片由玻璃材质制成，且具有负屈光力。

藉此，利用上述镜片设计使该定焦投影镜头具有达到小型化与高光学效能的目的。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的镜片配置图；

图2A为本发明第一较佳实施例的场曲图；

图2B为本发明第一较佳实施例的畸变图；

图2C为本发明第一较佳实施例的纵向色差图；

图2D为本发明第一较佳实施例的光扇图；

图2E为本发明第一较佳实施例的空间频率调制传递函数图；

图3为本发明第二较佳实施例的镜片配置图；

图4A为本发明第二较佳实施例的场曲图；

图4B为本发明第二较佳实施例的畸变图；

图4C为本发明第二较佳实施例的纵向色差图；

图4D为本发明第二较佳实施例的光扇图；

图4E为本发明第二较佳实施例的空间频率调制传递函数图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参阅图1，为本发明第一较佳实施例定焦投影镜头1的镜片配置图，该定焦投影镜头1包含有沿光轴Z且由成像侧至像源侧依序排列的第一镜群G1以及第二镜群G2。另外，该第二镜群G2至像源侧之间更依序设有内部全反射棱镜TP(Total internal reflection Prism)以及玻璃覆盖CG(Cover Glass)，其功用属现有技艺，于此容不再赘述。其中：

该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由成像侧至像源侧依序排列的第一镜片L1以及第二镜片L2。该第一镜片L1由塑料材质制成。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面R1朝向成像侧，且其凸面R1与凹面R2皆为非球面表面。该第二镜片L2由玻璃材质制成。该第二镜片L2为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面R3朝向成像侧。

该第二镜群G2具有正屈光力，且包含有由成像侧至像源侧依序排列的第三镜片L3、第四镜片L4、第五镜片L5、第六镜片L6以及第七镜片L7。该第三镜片L3由塑料材质制成。该第三镜片L3为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面R5朝向成像侧，且其凸面R5与凹面R6皆为非球面表面。另外，该定焦投影镜头1的光圈ST位于该第三镜片L3的凸面R5上。该第四镜片L4由玻璃材质制成。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜。该第五镜片L5由玻璃材质制成。该第五镜片L5为具有正屈光力的双凸透镜，且该第五镜片L5与该第四镜片L4胶合构成具有负屈光力的复合透镜L45。该第六镜片L6由塑料材质制成。该第六镜片L6为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个凸面R10、R11皆为非球面表面。该第七镜片L7由玻璃材质制成。该第七镜片L7为具有正屈光力的双凸透镜。

另外，为了有效的缩减该定焦投影镜头1总长及体积，并修正像差，以达到较佳的成像质量，该定焦投影镜头1满足有下列条件：

(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)Nd_L2＞1.80

其中，F为该定焦投影镜头1的焦距；F1为该第一镜群G1的焦距；F2为该第二镜群G2的焦距；FL1为该第一镜片L1的焦距；v4为该第四镜片L4的色散系数；v5为该第五镜片L5的色散系数；ex为该定焦投影镜头1的出瞳位置(exit pupil position)；lt为该定焦投影镜头1的长度；Nd_L2为该第二镜片L2的折射率(refractive index)。

为达上述目的并有效提升该定焦投影镜头1的光学效能，本发明第一实施例的定焦投影镜头1的焦距F(Focus Length)、数值孔径FNO(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径(radius of curvature)、各镜片之间距、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbenumber)，如表一所示：

表一

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面R1、R2、R5、R6、R10及R11的表面凹陷度D由下列公式所得到：

$D=\frac{C\·H^2}{1+\sqrt{1-(1+K)\·C^2\·H^2}}+E_4\·H^4+E_6\·H^6+E_8\·H^8+E_{10}\·H^{10}+E_{12}\·H^{12}+E_{14}\·H^{14}+E_{16}\·H^{16}$

D：非球面表面的凹陷度；

C：曲率半径的倒数；

H：表面的孔径半径；

K：圆锥系数；

E4～E16：表面的孔径半径H的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数K(conic constant)及表面孔径半径H的各阶系数E4～E16如表二所示：

表二

藉由上述的镜片与光圈的配置，使得本实施例的定焦投影镜头1不但可有效缩小体积以满足轻量化影像装置的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图2A至图2E看出。

图2A所示的，是本实施例的定焦投影镜头1的场曲(Field Curvature)图；图2B所示的，是本实施例的定焦投影镜头1的畸变(Distortion)图；图2C所示的，是本实施例的定焦投影镜头1的纵向色差(Longitudinal)图；图2D所示的，是本实施例的定焦投影镜头1的光扇(Ray Fan)图；图2E所示的，是本实施例的定焦投影镜头1的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。

由图2A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.06mm和-0.04mm；由图2B可看出，本实施例的畸变量不超过1.2％；由图2C可看出，本实施例的最大纵向色差最大不超过0.04mm和-0.02mm；由图2D可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率；由图2E可看出，本实施例在80lp/mm的时候，其调制光学传递函数值仍维持在40％以上，显见本实施例的定焦投影镜头1的分辨率是符合标准的。

以上所述的，是本发明第一较佳实施例的定焦投影镜头1；依据本发明的技术，以下配合图3说明本发明第二较佳实施例的定焦投影镜头2。

该定焦投影镜头2包含有沿光轴Z且由成像侧至像源侧依序排列的第一镜群G1以及第二镜群G2。另外，该第二镜群G2至像源侧之间同样依序设有内部全反射棱镜TP(Total internal reflection Prism)以及玻璃覆盖CG(CoverGlass)。其中：

该第一镜群G1具有正屈光力，且包含有由成像侧至像源侧依序排列的第一镜片L1以及第二镜片L2。该第一镜片L1由塑料材质制成。该第一镜片L1为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面R1朝向成像侧，且其凸面R1与凹面R2皆为非球面表面。该第二镜片L2由玻璃材质制成。该第二镜片L2为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面R3朝向成像侧。

该第二镜群G2具有正屈光力，且包含有由成像侧至像源侧依序排列的第三镜片L3、第四镜片L4、第五镜片L5、第六镜片L6以及第七镜片L7。该第三镜片L3由塑料材质制成。该第三镜片L3为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面R5朝向成像侧，且其凸面R5与凹面R6皆为非球面表面。另外，该定焦投影镜头2的光圈ST位于该第三镜片L3的凸面R5上。该第四镜片L4由玻璃材质制成。该第四镜片L4为具有负屈光力的双凹透镜。该第五镜片L5由玻璃材质制成。该第五镜片L5为具有正屈光力的双凸透镜，且该第五镜片L5与该第四镜片L4胶合构成具有负屈光力的复合透镜L45。该第六镜片L6由塑料材质制成。该第六镜片L6为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个凸面R10、R11皆为非球面表面。该第七镜片L7由玻璃材质制成。该第七镜片L7为具有正屈光力的双凸透镜。

同样地，为了有效的缩减该定焦投影镜头2总长及体积，并修正像差，以达到较佳的成像质量，该定焦投影镜头2亦满足有下列条件：

(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)Nd_L2＞1.80

其中，F为该定焦投影镜头2的焦距；F1为该第一镜群G1的焦距；F2为该第二镜群G2的焦距；FL1为该第一镜片L1的焦距；v4为该第四镜片L4的色散系数；v5为该第五镜片L5的色散系数；ex为该定焦投影镜头2的出瞳位置(exit pupil position)；lt为该定焦投影镜头2的长度；Nd_L2为该第二镜片L2的折射率(refractive index)。

为达上述目的并有效提升该定焦投影镜头2的光学效能，本发明第二实施例的定焦投影镜头2的焦距F(Focus Length)、数值孔径FNO(F-number)、各个镜片表面的光轴Z通过处的曲率半径(radius of curvature)、各镜片之间距、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbenumber)，如表三所示：

表三

本实施例的各个镜片中，这些非球面表面R1、R2、R5、R6、R10及R11的表面凹陷度D由下列公式所得到：

$D=\frac{C\·H^2}{1+\sqrt{1-(1+K)\·C^2\·H^2}}+E_4\·H^4+E_6\·H^6+E_8\·H^8+E_{10}\·H^{10}+E_{12}\·H^{12}+E_{14}\·H^{14}+E_{16}\·H^{16}$

D：非球面表面的凹陷度；

C：曲率半径的倒数；

H：表面的孔径半径；

K：圆锥系数；

E4～E16：表面的孔径半径H的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数K(conic constant)及表面孔径半径H的各阶系数E4～E16如表四所示：

表四

藉由上述的镜片与光圈的配置，使得本实施例的定焦投影镜头2不但可有效缩小体积以满足轻量化影像装置的需求，在成像质量上也可达到要求，这可从图4A至图4E看出。

图4A所示的，是本实施例的定焦投影镜头2的场曲(Field Curvature)图；图4B所示的，是本实施例的定焦投影镜头2的畸变(Distortion)图；图4C所示的，是本实施例的定焦投影镜头2的纵向色差(Longitudinal)图；图4D所示的，是本实施例的定焦投影镜头2的光扇(Ray Fan)图；图4E所示的，是本实施例的定焦投影镜头2的空间频率调制传递函数图(Spatial Frequency MTF)。

由图4A可看出，本实施例的最大场曲不超过0.08mm和-0.02mm；由图4B可看出，本实施例的畸变量不超过1.2％；由图4C可看出，本实施例的最大纵向色差最大不超过0.05mm和-0.02mm；由图4D可看出，本实施例无论在哪个视场位置都具有良好的分辨率；由图4E可看出，本实施例在80lp/mm的时候，其调制光学传递函数值仍维持在30％以上，显见本实施例的定焦投影镜头2的分辨率是符合标准的。

综合以上所可得知，本发明的定焦投影镜头不仅可以有效地缩小体积且同时可具有高光学效能。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种定焦投影镜头，其特征在于，包含有沿光轴且由成像侧至像源侧依序排列的：

第一镜群，具有正屈光力，且包含有由该成像侧至该像源侧依序排列的第一镜片以及第二镜片；该第一镜片由塑料材质制成，且具有负屈光力；该第二镜片由玻璃材质制成，且具有正屈光力；以及

第二镜群，具有正屈光力，且包含有由该成像侧至该像源侧依序排列的第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片以及第七镜片；该第三镜片由塑料材质制成，且具有负屈光力；该第四镜片由玻璃材质制成，且具有负屈光力；该第五镜片由玻璃材质制成，且具有正屈光力，且该第五镜片与该第四镜片胶合构成具有负屈光力的复合透镜；该第六镜片由塑料材质制成，且具有正屈光力；该第七镜片由玻璃材质制成，且具有正屈光力。

2.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，该第一镜片至少一面为非球面表面。

3.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，该第二镜片的折射率大于1.80。

4.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，该第三镜片至少一面为非球面表面。

5.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更包含有光圈，位于该第三镜片朝向该成像侧的面上。

6.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，该第六镜片至少一面为非球面表面。

7.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更满足下列条件：

1.75<|F1/F|<1.83，其中，F1为该第一镜群的焦距；F为该定焦投影镜头的焦距。

8.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更满足下列条件：

0.80<|F2/F|<0.82，其中，F2为该第二镜群的焦距；F为该定焦投影镜头的焦距。

9.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更满足下列条件：

1.95<|FL1/F|<2.33，其中，FL1为该第一镜片的焦距；F为该定焦投影镜头的焦距。

10.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更满足下列条件：

0.57<|v4/v5|<0.61，其中，v4为该第四镜片的色散系数；v5为该第五镜片的色散系数。

11.如权利要求1所述的定焦投影镜头，其特征在于，更满足下列条件：

8.50<|ex/lt|<17.0，其中，ex为该定焦投影镜头的出瞳位置；lt为该定焦投影镜头的长度。