TWI420136B - 定焦鏡頭及成像系統 - Google Patents

Description

定焦鏡頭及成像系統

本發明是有關於一種鏡頭及成像系統，且特別是有關於一種定焦鏡頭及包含此定焦鏡頭之成像系統。

隨著顯示技術的發展，新一代的顯示器-如液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、電漿顯示器(plasma display panel,PDP)及投影裝置(projection apparatus)-已逐漸取代傳統的陰極射線管(cathode ray tub,CRT)。其中，液晶顯示器及電漿顯示器等平面顯示器因具有較薄的厚度，而能夠佔有較大的家用市場。另一方面，投影裝置則因能夠在較低的成本下提供超大尺寸畫面(例如大於52寸)，故能夠佔有一定的市場比例。此外，超大尺寸畫面可供多人觀看，有助於會議的進行、簡報的呈現或教學資料的展示，這是投影裝置無法被取代的主要原因之一。近年來，投影裝置亦逐漸成為家庭劇院中不可或缺的家電之一。

在投影裝置中，光閥上所呈現的影像是較小且較為細緻的畫面，其中光閥例如為矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)或數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)。為了將光閥上的小畫面投射於屏幕上以形成大畫面，使用投影鏡頭將來自光閥的影像光束投影於屏幕。此外，近年來為了進一步在較短的距離內投影出較大的畫面，發展出自由曲面技術。所謂自由曲面是指任何可以用數學式表現出的曲面，例如可以是非軸對稱的曲面。

舉例而言，日立公司所開發出的HCP-A8投影機中，採用了自由曲面鏡頭及自由曲面反射鏡，其中自由曲面反射鏡可用來作梯形校正，以使降低投射在螢幕上的影像之扭曲與畸變。此外，非球面鏡頭則用以補正彗形像差與點球像差。另外，歐洲專利公開號第1965254A1號亦揭露了採用自由曲面反射鏡及自由曲面透鏡的投影鏡頭。再者，美國專利公告號第6631994號揭露了採用曲面反射鏡的背投影顯示裝置。

以上這些投影鏡頭皆是將光閥成像於平面式屏幕上，亦即成像面為平面。然而，採用平面式屏幕的投影系統在運用於視訊會議時，會較缺乏臨場感。因此，亦有運用於視訊會議的習知投影系統採用彎曲屏幕以增加臨場感。但是，這些習知投影系統仍然採用傳統鏡頭來將光閥成像於彎曲屏幕上，而這些傳統鏡頭所形成的成像面為平面，會無法與彎曲屏幕重合。

為了改善成像面與彎曲屏幕無法重合的問題，有的習知技術是採用焦深較長的投影鏡頭，但這會拉長投影距離，使得投影系統過於龐大。此外，成像面與彎曲屏幕無法重合會使屏幕上的影像產生幾何失真。一種習知的改善方法是採用訊號處理的方式來修正幾何失真。雖然經過訊號處理後，屏幕上的失真的影像可被修正為正常影像，但有效畫素數目卻已大幅減少，且影像畫面的亮度亦會降低。

本發明提供一種定焦鏡頭，能夠產生彎曲的成像面。

本發明提供一種成像系統，能夠應用於投影裝置中適於產生彎曲的影像畫面，以增進臨場感。此影像畫面的幾何失真可被降低，且亮度較高。

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。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種定焦鏡頭，適於將配置於一縮小側的一光閥成像於一放大側。定焦鏡頭包括一第一透鏡群、一第二透鏡群及一自由曲面反射鏡。第一透鏡群配置於縮小側與放大側之間的光路徑上。第二透鏡群配置於第一透鏡群與放大側之間的光路徑上，且第二透鏡群包括一第一自由曲面透鏡。自由曲面反射鏡配置於第二透鏡群與放大側之間的光路徑上，其中光閥經由定焦鏡頭在放大側所形成的一成像面為一曲面。

在本發明之一實施例中，光閥經由定焦鏡頭在放大側所形成的成像面例如為一圓柱面之一部分。第二透鏡群可更包括一非球面透鏡，非球面透鏡配置於第一透鏡群與第一自由曲面透鏡之間的光路徑上。非球面透鏡與第一自由曲面透鏡可皆具有負屈光度，且自由曲面反射鏡例如為一凸面鏡。非球面透鏡與第一自由曲面透鏡例如各為一凹面朝向縮小側的凸凹透鏡。第一透鏡群可包括一第二自由曲面透鏡，且第二自由曲面透鏡例如為第一透鏡群中最靠近縮小側的一個透鏡。

在本發明之一實施例中，第一透鏡群包括由縮小側往放大側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡及一第七透鏡。第一透鏡例如為上述第二自由曲面透鏡，且第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡的屈光度例如依序分別為正、正、負、正、正、負及正。

在本發明之一實施例中，第一透鏡例如為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，第二透鏡例如為一雙凸透鏡，第三透鏡例如為一凸面朝向縮小側的凸凹透鏡，第四透鏡例如為一雙凸透鏡，第五透鏡例如為一雙凸透鏡，第六透鏡例如為一凹面朝向縮小側的凸凹透鏡，且第七透鏡例如為一雙凸透鏡。第三透鏡與第四透鏡可構成一雙膠合透鏡，且第五透鏡與第六透鏡可構成另一雙膠合透鏡。定焦鏡頭具有一光軸，且光閥相對於光軸的偏移量可大於100%。

本發明之另一實施例提出一種成像系統，包括上述定焦鏡頭及一彎曲屏幕。彎曲屏幕配置於放大側，其中光閥經由定焦鏡頭在放大側所形成的成像面與彎曲屏幕實質上互相重合。

本發明之實施例的定焦鏡頭利用自由曲面透鏡及自由曲面反射鏡來產生彎曲的成像面，此彎曲的成像面適於投射於成像系統中之彎曲屏幕上。如此一來，便能夠產生彎曲的影像畫面，以增加使用者的臨場感。此外，在本發明之實施例之成像系統中，由於彎曲的成像面與彎曲屏幕實質上互相重合，因此影像畫面同時兼具幾何失真程度較低、有效畫素數目較高及亮度較高等優點。

為讓本發明之上述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。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。

在本說明書中，自由曲面透鏡為具有自由曲面的透鏡，且自由曲面反射鏡為具有自由曲面的反射鏡，其中自由曲面定義為任何可以用數學式來表達的曲面，且此曲面為非軸對稱。

圖1A為本發明之一實施例之成像系統的側視圖，而圖1B為圖1A之成像系統的上視圖。請參照圖1A與圖1B，圖中x方向例如為一與地面平行的方向，y方向例如為一與地面垂直的方向，且y方向與x方向垂直，而z方向例如為一與地面平行的方向，且z方向垂直於x方向與y方向。本實施例之成像系統100包括一定焦鏡頭200及一彎曲屏幕110。定焦鏡頭200適用於一投影裝置(未繪示)中，且適於將投影裝置之配置於一縮小側的一光閥50成像於一放大側。在本實施例中，光閥50例如為一數位微鏡元件(digital micro-mirror device)，光閥50適於產生一影像光束52，且定焦鏡頭200適於將影像光束52成像於位於放大側的彎曲屏幕110上。

定焦鏡頭200包括一第一透鏡群210、一第二透鏡群220及一自由曲面反射鏡230。第一透鏡群210配置於縮小側與放大側之間的光路徑上。在本實施例中，第一透鏡群210包括一自由曲面透鏡，且此自由曲面透鏡為第一透鏡群210中最靠近縮小側的一個透鏡。具體而言，第一透鏡群210可包括由縮小側往放大側依序排列之一第一透鏡211、一第二透鏡212、一第三透鏡213、一第四透鏡214、一第五透鏡215、一第六透鏡216及一第七透鏡217。第一透鏡211例如為上述之自由曲面透鏡，且第一透鏡211、第二透鏡212、第三透鏡213、第四透鏡214、第五透鏡215、第六透鏡216及第七透鏡217的屈光度例如依序分別為正、正、負、正、正、負及正。在本實施例中，第二透鏡212、第三透鏡213、第四透鏡214、第五透鏡215、第六透鏡216及第七透鏡217例如各為一球面透鏡。

在本實施例中，第一透鏡例211如為一凹面朝向縮小側的凹凸透鏡，第二透鏡212例如為一雙凸透鏡，第三透鏡213例如為一凸面朝向縮小側的凸凹透鏡，第四透鏡214例如為一雙凸透鏡，第五透鏡215例如為一雙凸透鏡，第六透鏡216例如為一凹面朝向縮小側的凸凹透鏡，且第七透鏡217例如為一雙凸透鏡。此外，第三透鏡213與第四透鏡214可構成一雙膠合透鏡213a，且第五透鏡215與第六透鏡216可構成另一雙膠合透鏡215a。

第二透鏡群220配置於第一透鏡群210與放大側之間的光路徑上，且包括一第九透鏡224，其中第九透鏡224為一自由曲面透鏡。在本實施例中，第二透鏡群220更包括一第八透鏡222，第八透鏡222為一非球面透鏡。第八透鏡222配置於第一透鏡群210與第九透鏡224之間的光路徑上。此外，在本實施例中，第八透鏡222(即非球面透鏡)與第九透鏡224(即自由曲面透鏡)皆具有負屈光度。具體而言，第八透鏡222與第九透鏡224例如各為一凹面朝向縮小側的凸凹透鏡。

自由曲面反射鏡230配置於第二透鏡群220與放大側之間的光路徑上，在本實施例中，自由曲面反射鏡230例如為一凸面鏡。此外，光閥50經由定焦鏡頭200在放大側所形成的一成像面S22為一曲面。再者，成像面S22與彎曲屏幕110實質上互相重合。在本實施例中，成像面S22例如為一圓柱面的一部分，換言之，成像面S22在x方向上是彎曲的，但在y方向上則沒有彎曲。此外，彎曲屏幕110亦在x方向上彎曲，且在y方向上不彎曲。值得注意的是，在本說明書中，成像面S22與彎曲屏幕110重合定義為成像面S22與彎曲屏幕110落在空間中相同的曲面上，但不限定彎曲屏幕110的大小須與成像面S22的大小相同。在本實施例中，彎曲屏幕110可與成像面S22具有大致相同的大小，或者彎曲屏幕110可略大於成像面S22。

本實施例的定焦鏡頭200利用自由曲面透鏡(即第九透鏡224或再加上第一透鏡211)及自由曲面反射鏡230來產生彎曲的成像面S22，且此彎曲的成像面S22適於投射於成像系統中之彎曲屏幕110上。如此一來，便能夠產生彎曲的影像畫面，以增加使用者的臨場感。

此外，當習知投影裝置投影在彎曲屏幕時，由於成像面是平面而無法與屏幕重合，因此一般採用訊號處理來修正幾何失真，但這會造成有效畫素數目減少、畫面亮度較低等缺點。相較之下，在本實施例之成像系統100中，由於彎曲的成像面S22與彎曲屏幕110實質上互相重合，因此影像畫面同時兼具幾何失真程度較低、有效畫素數目較高及亮度較高等優點。

再者，成像面S22與彎曲屏幕110實質上互相重合亦可使本實施例之成像系統100能夠提供品質較佳的影像畫面。具體而言，第九透鏡224採用自由曲面透鏡可修正x方向上、y方向上的位置之像散，且可修正由x方向分量及y方向分量所構成的方向上之位置的像散。除此之外，成像面S22與彎曲屏幕110實質上互相重合亦可改善全視場的解析度。

另外，自由曲面反射鏡230可藉由曲率隨位置變化的關係調整各個視場在屏幕110上成像的位置。再者，自由曲面反射鏡230所產生的場曲可與透鏡群(包括第一透鏡群210與第二透鏡群220)所產生的場曲互相補償，進而改善影像畫面的畸變與場曲。

定焦鏡頭200具有一光軸205，且光閥50相對於光軸205的偏移量可大於100%。光軸205的偏移量之定義可用圖2來說明。請參照圖2，光閥50的偏移量可定義為：

其中，h為光閥50在偏移方向上的寬度，且d為光閥50之靠近光軸205的一邊至光軸205的距離。當光軸205與光閥50不相交時，d的值為正值。當光軸205恰好與光閥50的邊緣相交時，d的值為0。當光軸205通過光閥50的邊緣以內的區域時，d的值為負值。

在本實施例中，光閥50相對於光軸205的偏移量例如為120%，如此可確保影像光束52被自由曲面反射鏡230反射後不會再回到第二透鏡群220。

以下內容將舉出定焦鏡頭200之一實施例。需注意的是，下述之表一中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術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之範疇內。

圖3為圖1A中之定焦鏡頭的放大圖。請參照圖1A、圖3及表一，間距是指兩相鄰表面間於光軸205上之直線距離，舉例來說，表面S1之間距，即表面S1與表面S2之間於光軸205上之直線距離。備註欄中各透鏡所對應之厚度、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。此外，在表一中，表面S0為光閥50的主動表面。表面S1、S2為玻璃蓋(cover glass)240的兩表面，其中玻璃蓋240是用以保護光閥50。表面S3、S4為內部全反射稜鏡250之兩表面。表面S5與表面S6為第一透鏡211的兩表面，且表面S7與表面S8為第二透鏡212的兩表面。表面S9為第三透鏡213之面向縮小側的表面，表面S10為第三透鏡213與第四透鏡214相連的表面，且表面S11為第四透鏡214之面向放大側的表面。表面S12為第五透鏡215之面向縮小側的表面，表面S13為第五透鏡215與第六透鏡216相連的表面，且表面S14為第六透鏡216之面向放大側的表面。表面S15與表面S16為第七透鏡217的兩表面，表面S17與表面S18為第八透鏡222的兩表面，且表面S19與表面S20為第九透鏡224的兩表面。表面S21為自由曲面反射鏡230的反射面，且表面S22(請參照圖1A)為成像面。在表面S5、S6及S22那列中的曲率半徑那一個欄位中，Y後面的數值代表y方向的曲率半徑，而X後面的數值代表x方向的曲率半徑。

有關於各表面之曲率半徑、間距等參數值，請參照表一，在此不再重述。

上述之表面S17與表面S18為偶次項非球面，表面S17與表面S18可用下列公式表示：

式中，Z為光軸205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205處的曲率半徑(如表一內S17與S18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，而A₂ 、A₄ 、A₆ 、A₈ 、A₁₀ 、A₁₂ 、A₁₄ ...為非球面係數(aspheric coefficient)，在本實施例中係數A₂ 為0。表二所列出的是表面S17與S18的參數值。

上述之表面S19、S20與S21為偶次項自由曲面，表面S19、S20與S21可用下列公式表示：

式中，Z為光軸205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205處的曲率半徑(如表一內S19、S20與S21的曲率半徑)的倒數。k是二次曲面係數(conic)，X是自由曲面在x方向上的高度，即為從透鏡中心沿著x方向往透鏡邊緣的高度，Y是自由曲面在y方向上的高度，即為從透鏡中心沿著y方向往透鏡邊緣的高度，且A_2,0 、A_0,2 、A_4,0 、A_2,2 、A_0,4 、A_6,0 、A_4,2 、A_2,4 、A_0,6 、A_8,0 、A_6,2 、A_4,4 、A_2,6 、A_0,8 、A_10,0 、A_8,2 、A_6,4 、A_4,6 、A_2,8 、A_0,10 、A_12,0 、A_10,2 、A_8,4 、A_6,6 、A_4,8 、A_2,10 、A_0,12 ...為自由曲面係數(free form coefficient)，在本實施例中係數A_2,0 與A_0,2 為0。表三所列出的是表面S19、S20與S21的參數值。

此外，在本實施例中，第五表面S5與第六表面S6為雙錐(boconic)曲面，雙錐曲面為自由曲面的其中一種形式。雙錐曲面可由下列公式來表示：

式中，Z為光軸205方向之偏移量(sag)，c_x 是x方向上的密切球面(osculating sphere)的半徑之倒數，也就是接近光軸205處的x方向上之曲率半徑(如表一內S5與S6在x方向上的曲率半徑)的倒數，c_y 是y方向上的密切球面的半徑之倒數，也就是接近光軸205處的y方向上之曲率半徑(如表一內S5與S6在y方向上的曲率半徑)的倒數。k_x 是x方向上的二次曲面係數(conic)，k_y 是y方向上的二次曲面係數。X是雙錐曲面在x方向上的高度，即為從透鏡中心沿著x方向往透鏡邊緣的高度，Y是雙錐曲面在y方向上的高度，即為從透鏡中心沿著y方向往透鏡邊緣的高度。

在本實施例中，第五表面S5在y方向上的二次曲面係數k_y 例如為14.304，且第五表面S5在x方向上的二次曲面係數K_x 例如為2.094。此外，在本實施例中，第六表面S6在y方向上的二次曲面係數k_y 例如為0.655，且第六表面S6在x方向上的二次曲面係數k_x 例如為-0.409。

再者，本實施例之成像系統100的投影距離D(如圖1A及圖1B所繪示)例如為600毫米，其中投影距離定義為自由曲面反射鏡230的頂點至屏幕110的頂點在z方向上的距離，光圈值(f-number)例如為2.4，如此可將0.65吋、長寬比為16:9的光閥50投射於85.7吋的屏幕110上，且此屏幕110在x方向的曲率為1/(240吋)。換言之，本實施例之成像系統100的投射比(throw ratio)可小於0.3以下，其中投射比為投影距離D除以畫面之對角線長度所得之比例。此外，經由光學模擬可知，成像系統100之水平方向的TV畸變(TV distortion)小於1%，而垂直方向的TV畸變小於3.5%。

圖4A、圖4B、圖4C、圖5A、圖5B、圖5C及圖5D為圖1A之定焦鏡頭200的成像光學模擬數據圖。請參照圖4A至圖4C與圖5A至圖5D，圖4A、圖4B及圖4C分別為利用綠光(波長550奈米)、紅光(波長為620奈米)及藍光(波長為460奈米)所模擬出的點列圖(spot diagram)，點列圖表示光閥上不同的點投射於屏幕(screen)上之不同視場的光斑大小。圖4A至圖4C中每一個方框的大小是2個畫素的大小，且由圖4A至圖4C可看出，所有光斑的幾何大小大致都可落在1個畫素左右，因此本實施例之定焦鏡頭200具有良好的解析度。圖5A為y方向的幾何調制轉換函數曲線圖(geometric modulation transfer function,geometric MTF)，其中橫軸為y方向上的場，單位為毫米，縱軸為光學轉移函數的模數(modulus of the OTF)。圖5B為x方向的幾何調制轉換函數曲線圖，其中橫軸為x方向上的場，單位為毫米，縱軸為光學轉移函數的模數。圖5A與圖5B皆是以綠光(波長為550奈米)所模擬而成。在圖5A中，區域R內為無效區域，因在本實施例中光閥的偏移量為120%。當解析度為0.506線對數/毫米時，幾何調制轉換函數可達55%以上。圖5C為橫向色差圖(lateral color)，其是以波長為460奈米、550奈米及620奈米的光所作出的光學模擬圖。圖5D為影像之點跡圖(footprint diagram)，由圖5D可看出，影像的大小相當接近於屏幕的大小。圖4A至圖4C及圖5A至圖5D所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例之定焦鏡頭200確實能夠具良好的光學成像品質。

圖6為本發明之另一實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。請參照圖6，本實施例之定焦鏡頭200’與上述定焦鏡頭200(如圖1A與圖1B所繪示)類似，而兩者的主要差異在於本實施例之定焦鏡頭200’之第一透鏡群210’的第一透鏡211’為一球面透鏡。本實施例之定焦鏡頭200’與上述定焦鏡頭200具有類似的優點與功效，在此不再重述。

綜上所述，本發明之實施例的定焦鏡頭利用自由曲面透鏡(即第九透鏡或再加上第一透鏡)及自由曲面反射鏡來產生彎曲的成像面，此彎曲的成像面適於投射於成像系統中之彎曲屏幕上。如此一來，便能夠產生彎曲的影像畫面，以增加使用者的臨場感。

此外，當習知投影裝置投影在彎曲屏幕時，由於成像面是平面而無法與屏幕重合，因此一般採用訊號處理來修正幾何失真，但這會造成有效畫素數目減少、畫面亮度較低等缺點。相較之下，在本發明之實施例之成像系統中，由於彎曲的成像面與彎曲屏幕實質上互相重合，因此影像畫面同時兼具幾何失真程度較低、有效畫素數目較高及亮度較高等優點。

再者，成像面與彎曲屏幕實質上互相重合亦可使本實施例之成像系統能夠提供品質較佳的影像畫面。具體而言，第九透鏡採用自由曲面透鏡可修正x方向上、y方向上的位置之像散，且可修正由x方向分量及y方向分量所構成的方向上之位置的像散。

另外，自由曲面反射鏡可藉由曲率隨位置變化的關係調整各個視場在屏幕上成像的位置。再者，自由曲面反射鏡所產生的場曲可與透鏡群(包括第一透鏡群與第二透鏡群)所產生的場曲互相補償，進而改善影像畫面的畸變與場曲。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。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。

50．．．光閥

52．．．影像光束

100．．．成像系統

110．．．彎曲屏幕

200、200’．．．定焦鏡頭

205．．．光軸

210、210’．．．第一透鏡群

211、211’．．．第一透鏡

212．．．第二透鏡

213．．．第三透鏡

213a、215a．．．雙膠合透鏡

214．．．第四透鏡

215．．．第五透鏡

216．．．第六透鏡

217．．．第七透鏡

220．．．第二透鏡群

222．．．第八透鏡

224．．．第九透鏡

230．．．自由曲面反射鏡

240．．．玻璃蓋

250．．．內部全反射稜鏡

D．．．投影距離

d．．．距離

h．．．寬度

R．．．區域

S0～S21．．．表面

S22．．．成像面、表面

圖1A為本發明之一實施例之成像系統的側視圖。

圖1B為圖1A之成像系統的上視圖。

圖2為光閥的偏移量之示意圖。

圖3為圖1A中之定焦鏡頭的放大圖。

圖4A、圖4B、圖4C、圖5A、圖5B、圖5C及圖5D為圖1A之定焦鏡頭的成像光學模擬數據圖。

圖6為本發明之另一實施例之定焦鏡頭的結構示意圖。

50．．．光閥

52．．．影像光束

100．．．成像系統

110．．．彎曲屏幕

200．．．定焦鏡頭

205．．．光軸

210．．．第一透鏡群

211．．．第一透鏡

212．．．第二透鏡

213．．．第三透鏡

213a、215a．．．雙膠合透鏡

214．．．第四透鏡

215．．．第五透鏡

216．．．第六透鏡

217．．．第七透鏡

220．．．第二透鏡群

222．．．第八透鏡

224．．．第九透鏡

230．．．自由曲面反射鏡

240．．．玻璃蓋

250．．．內部全反射稜鏡

D．．．投影距離

S22．．．成像面

Claims (16)

1. 一種定焦鏡頭，適於將配置於一縮小側的一光閥成像於一放大側，該定焦鏡頭包括：一第一透鏡群，配置於該縮小側與該放大側之間的光路徑上；一第二透鏡群，配置於該第一透鏡群與該放大側之間的光路徑上，且包括：一第一自由曲面透鏡；以及一非球面透鏡，配置於該第一透鏡群與該第一自由曲面透鏡之間的光路徑上，其中該非球面透鏡與該第一自由曲面透鏡皆具有負屈光度；以及一自由曲面反射鏡，配置於該第二透鏡群與該放大側之間的光路徑上，其中該光閥經由該定焦鏡頭在該放大側所形成的一成像面為一曲面，且該自由曲面反射鏡為一凸面鏡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該光閥經由該定焦鏡頭在該放大側所形成的該成像面為一圓柱面之一部分。
3. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該非球面透鏡與該第一自由曲面透鏡各為一凹面朝向該縮小側的凸凹透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡群包括一第二自由曲面透鏡，且該第二自由曲面透鏡為該第一透鏡群中最靠近該縮小側的一個透鏡。
5. 如申請專利範圍第4項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡群包括由該縮小側往該放大側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡及一第七透鏡，該第一透鏡為該第二自由曲面透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡及該第七透鏡的屈光度分別為正、正、負、正、正、負及正。
6. 如申請專利範圍第5項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡例如為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第二透鏡為一雙凸透鏡，該第三透鏡為一凸面朝向該縮小側的凸凹透鏡，該第四透鏡為一雙凸透鏡，該第五透鏡為一雙凸透鏡，該第六透鏡為一凹面朝向該縮小側的凸凹透鏡，且該第七透鏡為一雙凸透鏡。
7. 如申請專利範圍第5項所述之定焦鏡頭，其中該第三透鏡與該第四透鏡構成一雙膠合透鏡，且該第五透鏡與該第六透鏡構成另一雙膠合透鏡。
8. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭具有一光軸，且該光閥相對於該光軸的偏移量大於100%。
9. 一種成像系統，包括：一定焦鏡頭，適於將配置於一縮小側的一光閥成像於一放大側，該定焦鏡頭包括：一第一透鏡群，配置於該縮小側與該放大側之間的光路徑上； 一第二透鏡群，配置於該第一透鏡群與該放大側之間的光路徑上，且包括：一第一自由曲面透鏡；以及一非球面透鏡，配置於該第一透鏡群與該第一自由曲面透鏡之間的光路徑上，其中該非球面透鏡與該第一自由曲面透鏡皆具有負屈光度；以及一自由曲面反射鏡，配置於該第二透鏡群與該放大側之間的光路徑上，其中該光閥經由該定焦鏡頭在該放大側所形成的一成像面為一曲面，且該自由曲面反射鏡為一凸面鏡；以及一彎曲屏幕，配置於該放大側，其中該光閥經由該定焦鏡頭在該放大側所形成的該成像面與該彎曲屏幕實質上互相重合。
10. 如申請專利範圍第9項所述之成像系統，其中該光閥經由該定焦鏡頭在該放大側所形成的該成像面為一圓柱面之一部分。
11. 如申請專利範圍第9項所述之成像系統，其中該非球面透鏡與該第一自由曲面透鏡各為一凹面朝向該縮小側的凸凹透鏡。
12. 如申請專利範圍第9項所述之成像系統，其中該第一透鏡群包括一第二自由曲面透鏡，且該第二自由曲面透鏡為該第一透鏡群中最靠近該縮小側的一個透鏡。
13. 如申請專利範圍第12項所述之成像系統，其中該 第一透鏡群包括由該縮小側往該放大側依序排列之一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡及一第七透鏡，該第一透鏡為該第二自由曲面透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡及該第七透鏡的屈光度分別為正、正、負、正、正、負及正。
14. 如申請專利範圍第13項所述之成像系統，其中該第一透鏡為一凹面朝向該縮小側的凹凸透鏡，該第二透鏡為一雙凸透鏡，該第三透鏡為一凸面朝向該縮小側的凸凹透鏡，該第四透鏡為一雙凸透鏡，該第五透鏡為一雙凸透鏡，該第六透鏡為一凹面朝向該縮小側的凸凹透鏡，且該第七透鏡為一雙凸透鏡。
15. 如申請專利範圍第13項所述之成像系統，其中該第三透鏡與該第四透鏡構成一雙膠合透鏡，且該第五透鏡與該第六透鏡構成另一雙膠合透鏡。
16. 如申請專利範圍第9項所述之成像系統，其中該定焦鏡頭具有一光軸，且該光閥相對於該光軸的偏移量大於100%。