TWI651564B - 定焦鏡頭 - Google Patents

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TWI651564B TW106127668A TW106127668A TWI651564B TW I651564 B TWI651564 B TW I651564B TW 106127668 A TW106127668 A TW 106127668A TW 106127668 A TW106127668 A TW 106127668A TW I651564 B TWI651564 B TW I651564B
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陳奕瑾
魏慶全
鄭權得
鍾文杰
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中強光電股份有限公司
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Abstract

一種定焦鏡頭包括由放大端到縮小端依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡，其中第一透鏡、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分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡及第七透鏡為非球面透鏡。此定焦鏡頭具有整體尺寸小且成像品質佳的優點。

Description

定焦鏡頭
本發明是有關於一種成像鏡頭，且特別是有關於一種定焦鏡頭。
投影機用於屏幕上形成影像畫面，主要工作原理是藉由顯示元件將光源提供的照明光束轉換成影像光束，並藉由投影鏡頭將影像光束投射至屏幕上，以於屏幕上形成影像畫面。
目前投影機市場的趨勢是以小型化且輕量化為發展目標，尤其是微型投影裝置，所以各鏡頭廠商皆專注於設計出合適的鏡頭架構以減輕投影鏡頭的重量及體積。然而，在達成上述優點的同時，往往容易犧牲投影鏡頭的成像品質。因此，如何在兼顧尺寸、重量等因素的條件下設計出具有良好成像品質的投影鏡頭，實為鏡頭廠商的一大難題。
本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供一種定焦鏡頭，其具有尺寸小且成像品質佳的優點。
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。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明所提供的定焦鏡頭包括由放大端到縮小端依序排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡，其中第一透鏡、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或稱焦度(Dioptre)分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡及第七透鏡為非球面透鏡。
本發明的定焦鏡頭採用七片透鏡的架構，所以具有尺寸較小(總長度較短)、重量較輕的優點。而且，藉由七片透鏡各自的屈光度搭配，配合第一透鏡及第七透鏡使用非球面透鏡，使本發明的定焦鏡頭具有成像品質佳的優點。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡構成第一透鏡群，第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡構成第二透鏡群，第一透鏡群的屈光度為負，第二透鏡群的屈光度為正，且定焦鏡頭還包括孔徑光欄，配置於第四透鏡與第五透鏡之間。
在本發明的一實施例中，上述第二透鏡及第三透鏡構成膠合透鏡，第五透鏡及第六透鏡構成另一膠合透鏡。
在本發明的一實施例中，上述第四透鏡為非球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡及第四透鏡的材質為塑膠，第二透鏡、第三透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡的材質為玻璃。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡群與第二透鏡群皆用於移動，以進行對焦，而孔徑光欄與第二透鏡群連動。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：BFL/EFL>1.5，BFL為定焦鏡頭的後焦長，EFL為定焦鏡頭的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，TTL為定焦鏡頭的總長度，EFL為定焦鏡頭的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭還包括稜鏡，配置於第七透鏡之遠離第六透鏡的一側，且定焦鏡頭滿足關係式：1.5<D45/D7P<4.8，D45為第四透鏡與第五透鏡之間的距離，D7P為第七透鏡與稜鏡之間的距離。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：2.5<|f4/f1|<4，f4為第四透鏡的焦距，f1為第一透鏡的焦距。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：8<TTL/EFL<18，TTL為定焦鏡頭的總長度，EFL為定焦鏡頭的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭還包括稜鏡，配置於第七透鏡之遠離第六透鏡的一側，且定焦鏡頭滿足關係式：1<D45/D7P<3，D45為第四透鏡與第五透鏡之間的距離，D7P為第七透鏡與稜鏡之間的距離。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：2.5<|f4/f1|<7，f4為第四透鏡的焦距，f1為第一透鏡的焦距。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡構成第一透鏡群，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡構成第二透鏡群，第一透鏡群的屈光度為負，第二透鏡群的屈光度為正，且定焦鏡頭還包括孔徑光欄，配置於第三透鏡與第四透鏡之間。
在本發明的一實施例中，上述第五透鏡及第六透鏡構成膠合透鏡。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡的材質為塑膠，第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡的材質為玻璃。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡群與第二透鏡群皆用於移動，以進行對焦，而孔徑光欄與第二透鏡群連動。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，TTL為定焦鏡頭的總長度，EFL為定焦鏡頭的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述定焦鏡頭滿足關係式：8<TTL/EFL<18，TTL為定焦鏡頭的總長度，EFL為定焦鏡頭的有效焦距。
在本發明的一實施例中，上述第一透鏡群的第二透鏡與第三透鏡用於移動，以進行對焦，而第一透鏡群的第一透鏡、第二透鏡群及孔徑光欄於對焦時固定不動。
本發明的定焦鏡頭採用七片透鏡的架構，所以具有尺寸較小(總長度較短)、重量較輕的優點。而且，藉由七片透鏡各自的屈光度搭配，配合第一透鏡及第七透鏡使用非球面透鏡，使本發明的定焦鏡頭具有成像品質佳的優點。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100、100a、200、200a‧‧‧定焦鏡頭
110、110a、210、210a‧‧‧第一透鏡群
120、120a、220、220a‧‧‧第二透鏡群
130、230‧‧‧孔徑光欄
140、240‧‧‧稜鏡
300‧‧‧投影裝置
310‧‧‧照明系統
312‧‧‧照明光束
312a‧‧‧影像光束
320‧‧‧光閥
330‧‧‧投影鏡頭
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
L6‧‧‧第六透鏡
L7‧‧‧第七透鏡
OA‧‧‧光軸
P‧‧‧光閥
S1~S14‧‧‧表面
圖1是本發明一實施例之一種定焦鏡頭的示意圖。
圖2A是圖1的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差(lateral color)圖。
圖2B是圖1的定焦鏡頭的一實施例的場曲(field curvature)圖。
圖2C是圖1的定焦鏡頭的一實施例的畸變(distortion)圖。
圖2D是圖1的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形(transverse ray fan plot)圖。
圖2E是圖1的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數(polychromatic diffraction through focus MTF)圖。
圖2F與圖2G是圖1的定焦鏡頭的一實施例在不同環境溫度下的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。
圖3是本發明另一實施例之一種定焦鏡頭的示意圖。
圖4A是圖3的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖。
圖4B是圖3的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖。
圖4C是圖3的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖。
圖4D是圖3的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖。
圖4E是圖3的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。
圖4F與圖4G是圖3的定焦鏡頭的一實施例在不同環境溫度下的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。
圖5是本發明另一實施例之一種定焦鏡頭的示意圖。
圖6A是圖5的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖。
圖6B是圖5的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖。
圖6C是圖5的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖。
圖6D是圖5的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖。
圖6E是圖5的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。
圖7是本發明另一實施例之一種定焦鏡頭的示意圖。
圖8A是圖7的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖。
圖8B是圖7的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖。
圖8C是圖7的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖。
圖8D是圖7的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖。
圖8E是圖7的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。
圖9是本發明一實施例之一種投影裝置的方塊示意圖。
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方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，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並非用來限制本發明。
圖1是本發明一實施例之一種定焦鏡頭的示意圖。請參照圖1，本實施例之定焦鏡頭100例如是應用於投影裝置中，但也可應用於影像擷取裝置中(圖未示)。當定焦鏡頭100應用於投影裝置時，投影裝置的光閥(light valve)P是設置於定焦鏡頭100的縮小端，而定焦鏡頭100用於將來自光閥P的影像光束投射至位於放大端的屏幕(圖未示)上。當定焦鏡頭100應用於影像擷取裝置時，影像擷取裝置的影像感測元件則設置於縮小端，而定焦鏡頭100用以將放大端的物體成像於影像感測元件上。
本實施例之定焦鏡頭100包括沿著光軸OA由放大端到縮小端依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7，其中第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡L1及第七透鏡L7為非球面透鏡。
在本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4例如構成第一透鏡群110，而第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡 L7例如構成第二透鏡群120。第一透鏡群110的屈光度例如為負，第二透鏡群120的屈光度例如為正。此外，定焦鏡頭100例如更包括孔徑光欄130，配置於第四透鏡L4與第五透鏡L5之間。
在本實施例中，第一透鏡L1例如為凸面朝向放大端的凸凹透鏡、第二透鏡L2例如為雙凹透鏡、第三透鏡L3例如為雙凸透鏡、第四透鏡L4例如為凸面朝向放大端的凹凸透鏡、第五透鏡L5例如為凸面朝向放大端的凸凹透鏡、第六透鏡L6與第七透鏡L7例如皆為雙凸透鏡。此外，第二透鏡L2及第三透鏡L3例如構成複合透鏡(Cemented lens)，此複合透鏡例如是藉由膠體黏合第二透鏡L2及第三透鏡L3而構成的雙膠合透鏡。第五透鏡L5及第六透鏡L6構成另一複合透鏡，此複合透鏡例如是藉由膠體黏合第五透鏡L5及第六透鏡L6而構成的雙膠合透鏡。
在本實施例中，第四透鏡L4例如為非球面透鏡，但其亦可為球面透鏡。第二透鏡L2、第三透鏡L3、第五透鏡L5及第六透鏡L6例如為球面透鏡，但第二透鏡L2、第三透鏡L3、第五透鏡L5及第六透鏡L6之任一也可選用非球面透鏡。此外，第一透鏡L1與第四透鏡L4的材質例如為塑膠，而第二透鏡L2、第三透鏡L3、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7的材質例如為玻璃。
在應用於投影裝置時，定焦鏡頭100可更包括稜鏡140，配置於第七透鏡L7之遠離第六透鏡L6的一側，並位於第七透鏡L7與光閥P之間。此稜鏡140例如是投影裝置中常用的內部全反射稜鏡(total internal reflection prism,TIR prism)。此外，本實施例的第一透鏡群110與第二透鏡群120皆適於沿著光軸OA移動，以進行對焦，而孔徑光欄130與第二透鏡群120連動。具體而言，當屏幕與定焦鏡頭100之間的距離改變而使投射於屏幕上的 影像畫面變模糊時，可藉由調整第一透鏡群110與孔徑光欄130之間的間距以及調整第二透鏡群120與光閥P之間的間距，以進行對焦，進而使影像畫面清晰。
本實施例的定焦鏡頭100採用七片透鏡的架構，由於透鏡的數量較少，所以具有尺寸較小(總長度較短)、重量較輕的優點。而且，可將第二透鏡L2及第三透鏡L3設計成雙膠合透鏡，將第五透鏡L5及第六透鏡L6設計成另一雙膠合透鏡，以進一步縮短定焦鏡頭100的總長度。此外，藉由七片透鏡各自的屈光度搭配，配合第一透鏡L1及第七透鏡L7使用非球面透鏡，使定焦鏡頭100具有成像品質良好的優點。另外，由於透鏡會因溫度變化造成折射率變化，因而影響屈光度，且不同材質的透鏡會有不同的折射率變化。為了避免這樣的變化導致影像畫面模糊，本實施例的第一透鏡L1及第四透鏡L4採用塑膠透鏡，而第二透鏡L2、第三透鏡L3、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7採用玻璃透鏡。這樣材質搭配，可以補償各透鏡因溫度變化而造成的折射率變化，使定焦鏡頭100不易因工作時的溫度變化而導致影像畫面模糊。
在一實施例中，為了讓第七透鏡L7與光閥P之間能有足夠的空間設置稜鏡140，可使定焦鏡頭100滿足關係式：BFL/EFL>1.5，其中BFL(back focal length)為定焦鏡頭100的後焦長，EFL(effective focal length)為定焦鏡頭100的有效焦距。
在一實施例中，為了進一步縮短定焦鏡頭100的總長度並兼顧視角，可使定焦鏡頭100滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，其中TTL(total track length)為定焦鏡頭100的總長度，EFL為定焦鏡頭100的有效焦距。此處的總長度是指第一透鏡L1面向放大端的表面至第七透鏡L7面向縮小端的表面的距離。
在一實施例中，定焦鏡頭100例如滿足關係式：1.5<D45/D7P<4.8，其中D45為第四透鏡L4與第五透鏡L5之間的距離，D7P為第七透鏡L7與稜鏡140之間的距離。如此，第一透鏡群110與第二透鏡群120進行對焦時，有廣範圍的移動範圍，容易進行對焦。
在一實施例中，定焦鏡頭100例如滿足關係式：2.5<|f4/f1|<4，其中f4為第四透鏡L4的焦距，f1為第一透鏡L1的焦距。如此，第一透鏡L1與第四透鏡L4可用以補償定焦鏡頭100在工作時，因高低溫差所造成的影像放大或縮小的問題，提升成像品質。
表一將舉出定焦鏡頭100之各參數的一實施例。需注意的是，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做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
表一中所指間距為兩相鄰表面於定焦鏡頭100的光軸OA上的直線距離。舉例來說，表面S1的間距，即為表面S1與表面S2於光軸OA上的直線距離，表面S13的間距為表面S13與稜鏡140於光軸OA上的直線距離。曲率半徑為正值的表面代表該表面朝放大端彎曲，曲率半徑為負值的表面，代表該表面朝縮小端彎曲。
第一透鏡L1、第四透鏡L4與第七透鏡L7例如皆為非球面透鏡，其中表面S1、表面S2、表面S6、表面S7、表面S12、表面S13為非球面，可由下列方程式表示：
方程式中，Z為在光軸方向的座標值，B、C、D、E、F、G、H為非球面係數，K為二次曲面常數，R為曲率半徑，Y為正交於光軸方向的座標值，以上方為正方向。上述各非球面的參數如表二所示：
圖2A是圖1的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖，圖2B是圖1的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖，圖2C是圖1的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖，圖2D是圖1的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖，圖2E是圖1的定焦鏡 頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。如圖2A至圖2E所示，本實施例的定焦鏡頭100能在兼顧尺寸及重量的條件下，具有良好的成像品質。此外，圖2F與圖2G是圖1的定焦鏡頭的一實施例在不同環境溫度下的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖，其中圖2F的環境溫度攝氏0度，而圖2G的環境溫度是攝氏40度。由圖2F與圖2G可看出，本實施例的定焦鏡頭100可減輕因溫度變化對成像品質所造成的影響。
圖3是本發明另一實施例之定焦鏡頭的示意圖。請參照圖3，本實施例的定焦鏡頭100a的組成架構大致上與上述之定焦鏡頭100相似。定焦鏡頭100a的第一透鏡群110a也是包括第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4，而定焦鏡頭100a的第二透鏡群120a也是包括第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7。第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡L1及第七透鏡L7為非球面透鏡。此外，定焦鏡頭100a也可包括孔徑光欄130，配置於第四透鏡L4與第五透鏡L5之間。
上述之定焦鏡頭100a中，第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7的種類與上述的定焦鏡頭100相同，而第四透鏡L4例如為凸面朝向放大端的凸平透鏡或雙凸透鏡。
在本實施例中，可依設計需求使定焦鏡頭100a滿足下列關係式至少其中之一：(1)BFL/EFL>1.5；(2)8<TTL/EFL<18；(3)1<D45/D7P<3；(4)2.5<|f4/f1|<7。
關於關係式(1)，若BFL/EFL<1.5，則定焦鏡頭100a容易與投影裝置的其他元件發生干涉。關於關係式(2)，若TTL/EFL>18，定焦鏡頭100a的總長度較長，不易達到小型化的優點，若TTL/EFL<8，定焦鏡頭100a不易達到兼具小型化及廣角的優點。關於關係式(3)，若D45/D7P>3，則第四透鏡L4與第五透鏡L5之間的距離過大，較難有效校正電視畸變(TV distortion)，若D45/D7P<1，則第四透鏡L4與第五透鏡L5之間的距離過小，容易發生機構干涉。關於關係式(4)，若|f4/f1|>7，雖然可以改善定焦鏡頭100a熱飄移(Thermal drift)的現象，但解析度不佳，若|f4/f1|<2.5，雖然定焦鏡頭100a有較佳的解析度，但熱飄移的現象較為嚴重。此外，為了進一步改善透鏡受熱膨脹而產生熱飄移現象，第二透鏡群110a中的第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7至少其中之一，可選用dn/dt為負值的材質，以藉由調整屈光度來改善熱飄移現象，其中dn代表折射率變化，dt代表溫度變化。在一實施例中，第七透鏡L7例如是選用dn/dt為負值的材質。
表三將舉出定焦鏡頭100a之各參數的一實施例。需注意的是，表三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做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
第一透鏡L1、第四透鏡L4與第七透鏡L7例如皆為非球面透鏡，其中表面S1、表面S2、表面S6、表面S7、表面S12、表面S13為非球面。上述各非球面的參數如表四所示： 。
圖4A是圖3的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖，圖4B是圖3的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖，圖4C是圖3的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖，圖4D是圖3的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖，圖4E是圖3的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。如圖4A至圖4E所示，本實施例的定焦鏡頭100a能在兼顧尺寸及重量的條件下，具有良好的成像品質。此外，圖4F與圖4G是圖3的定焦鏡頭的一實施例在不同環境溫度下的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖，其中圖4F的環境溫度攝氏0度，而圖 4G的環境溫度是攝氏40度。由圖4F與圖4G可看出，本實施例的定焦鏡頭100a可減輕因溫度變化對成像品質所造成的影響。
圖5是本發明另一實施例之定焦鏡頭的示意圖。請參照圖5，與圖1的定焦鏡頭100相似，本實施例的定焦鏡頭200也包括沿著光軸OA由放大端到縮小端依序排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7，其中第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡L1及第七透鏡L7為非球面透鏡。
在本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3構成第一透鏡群210，而第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7構成第二透鏡群220。第一透鏡群210的屈光度例如為負，而第二透鏡群220的屈光度例如為正。定焦鏡頭200例如更包括孔徑光欄230，配置於第三透鏡L3與第四透鏡L4之間。
第一透鏡L1例如為凸面朝向放大端的凸凹透鏡、第二透鏡L2例如為雙凹透鏡、第三透鏡L3與第四透鏡L4例如皆為雙凸透鏡、第五透鏡L5例如為雙凹透鏡、第六透鏡L6與第七透鏡L7例如皆為雙凸透鏡。此外，第五透鏡L5及第六透鏡L6例如構成雙膠合透鏡。
在本實施例中，第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及第六透鏡L6例如為球面透鏡。在其他實施例中，第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5及第六透鏡L6之任一也可選用非球面透鏡。此外，第一透鏡L1的材質例如為塑膠，第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7的材質例如為玻璃。
在應用於投影裝置時，定焦鏡頭200可更包括稜鏡240，配置於第七透鏡L7之遠離第六透鏡L6的一側，並位於第七透鏡L7與光閥P之間。此稜鏡240例如是投影裝置中常用的內部全反射稜鏡。此外，本實施例的第一透鏡群210與第二透鏡群220皆適於沿著光軸OA移動，以進行對焦，而孔徑光欄230與第二透鏡群220連動。具體而言，當屏幕與定焦鏡頭200之間的距離改變而使投射於屏幕上的影像畫面變模糊時，可藉由調整第一透鏡群210與孔徑光欄230之間的間距以及調整第二透鏡群220與光閥P之間的間距，以進行對焦，進而使影像畫面清晰。
本實施例的定焦鏡頭200採用七片透鏡的架構，由於透鏡的數量較少，所以具有尺寸較小(總長度較短)、重量較輕的優點。而且，可將第五透鏡L5及第六透鏡L6設計成雙膠合透鏡，以進一步縮短定焦鏡頭200的總長度。此外，藉由七片透鏡各自的屈光度搭配，配合第一透鏡L1及第七透鏡L7使用非球面透鏡，使定焦鏡頭200具有成像品質良好的優點。另外，由於第一透鏡L1採用塑膠透鏡，而第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7採用玻璃透鏡，這樣材質搭配，能夠使定焦鏡頭200不易因工作時的溫度變化而導致影像畫面模糊。
在一實施例中，為了讓第七透鏡L7與光閥P之間能有足夠的空間設置稜鏡240，可使定焦鏡頭200滿足關係式：BFL/EFL>1.5，其中BFL為定焦鏡頭200的後焦長，EFL為定焦鏡頭200的有效焦距。
在一實施例中，為了進一步縮短定焦鏡頭200的總長度，可使定焦鏡頭200滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，其中TTL(total track length)為定焦鏡頭200的總長度，EFL為定焦鏡頭200的有效焦距。此處的總長度是指第一透鏡L1面朝向放大端的表面至第七透鏡L7面向縮小端的表面的距離。
表五將舉出定焦鏡頭200之各參數的一實施例。需注意的是，表五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做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
第一透鏡L1與第七透鏡L7皆為非球面透鏡，其中表面S1、表面S2、表面S13、表面S14為非球面，各非球面的參數如表六所示：
圖6A是圖5的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖，圖6B是圖5的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖，圖6C是圖5的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖，圖6D是圖5的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖，圖6E是圖5的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。如圖6A至圖6E所示，本實施例的定焦鏡頭200能在兼顧尺寸及重量的條件下，具有良好的成像品質。
圖7是本發明另一實施例之定焦鏡頭的示意圖。請參照圖7，本實施例的定焦鏡頭200a的組成架構大致上與上述之定焦鏡頭200相似。定焦鏡頭200a的第一透鏡群210a也是包括第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3，而定焦鏡頭200a的第二透鏡群220a也是包括第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6及第七透鏡L7。第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7的屈光度分別為負、負、正、正、負、正、正，且第一透鏡L1及第七透鏡L7為非球面透鏡。此外，定焦鏡頭200a也可包括孔徑光欄230，配置於第三透鏡L3與第四透鏡L4之間。
上述之定焦鏡頭200a中，第一透鏡L1至第七透鏡L7的種類與上述的定焦鏡頭200相同。此外，在定焦鏡頭200a中，第一透鏡群210a的第二透鏡L2與第三透鏡L3適於沿著光軸OA移動，以進行對焦，而第一透鏡群210a的第一透鏡L1、第二透鏡群220a及孔徑光欄230於對焦時例如是固定不動。
在本實施例中，可依設計需求使定焦鏡頭200a滿足下列關係式至少其中之一：(1)BFL/EFL>1.5； (2)8<TTL/EFL<18。
表七將舉出定焦鏡頭200a之各參數的一實施例。需注意的是，表七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做適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
第一透鏡L1與第七透鏡L7皆為非球面透鏡，其中表面S1、表面S2、表面S13、表面S14為非球面，各非球面的參數如表八所示：
圖8A是圖7的定焦鏡頭的一實施例的橫向色差圖，圖8B是圖7的定焦鏡頭的一實施例的場曲圖，圖8C是圖7的定焦鏡頭的一實施例的畸變圖，圖8D是圖7的定焦鏡頭的一實施例的橫向光線扇形圖，圖8E是圖7的定焦鏡頭的一實施例的色衍射整個焦點的調製傳遞函數圖。如圖8A至圖8E所示，本實施例的定焦鏡頭200a能在兼顧尺寸及重量的條件下，具有良好的成像品質。
圖9是本發明一實施例之一種投影裝置的方塊示意圖。請參照圖9，本實施例之投影裝置300包括照明系統310、光閥320以及投影鏡頭330。照明系統310用以提供照明光束312至光閥320，光閥320用以將照明光束312轉換成影像光束312a，而投影鏡頭330用以將影像光束312a投射屏幕上，以於屏幕上形成影像畫面。照明系統310可以是使用高強度氣體放電(High-intensity discharge，簡稱HID)例如高壓汞燈，發光二極管光源(Light emitting diode light source)或者激光光源(laser light source)。光閥320可以是穿透式光閥或反射式光閥，其中穿透式光閥可以是液晶顯示面板(liquid crystal display panel)，反射式光閥可以是數位微鏡元件(digital micro-mirror device)或矽基液晶面板(liquid crystal on silicon panel)。投影鏡頭330可以選用上述各實施例之定焦鏡頭，例如定焦鏡頭100、100a、200或200a，以使投影裝置300的尺寸可以縮減、重量可以減輕，並具有良好的成像品質。
綜上所述，本發明的定焦鏡頭採用七片透鏡的架構，所以具有尺寸較小(總長度較短)、重量較輕的優點。而且，藉由七片透鏡各自的屈 光度搭配，配合第一透鏡及第七透鏡使用非球面透鏡，使本發明的定焦鏡頭具有成像品質佳的優點。
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。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

Claims (19)

  1. 一種定焦鏡頭，該定焦鏡頭的透鏡數量為七片且包括由放大端到縮小端依序排列的一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡以及一第七透鏡，其中該第一透鏡、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負、負、正、正、負、正、正，且該第一透鏡及該第七透鏡為非球面透鏡，該第五透鏡及該第六透鏡構成一膠合透鏡。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡及該第四透鏡構成一第一透鏡群，該第五透鏡、該第六透鏡及該第七透鏡構成一第二透鏡群，該第一透鏡群的屈光度為負，該第二透鏡群的屈光度為正，且該定焦鏡頭還包括一孔徑光欄，配置於該第四透鏡與該第五透鏡之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之定焦鏡頭，其中該第二透鏡及該第三透鏡構成一膠合透鏡。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之定焦鏡頭，其中該第四透鏡為一非球面透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡及該第四透鏡的材質為塑膠，該第二透鏡、該第三透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡的材質為玻璃。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡群與該第二透鏡群皆用於移動，以進行對焦，而該孔徑光欄與該第二透鏡群連動。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：BFL/EFL>1.5，BFL為該定焦鏡頭的後焦長，EFL為該定焦鏡頭的有效焦距。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，TTL為該定焦鏡頭的總長度，EFL為該定焦鏡頭的有效焦距。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭還包括一稜鏡，配置於該第七透鏡之遠離該第六透鏡的一側，且該定焦鏡頭滿足關係式：1.5<D45/D7P<4.8，D45為該第四透鏡與該第五透鏡之間的距離，D7P為該第七透鏡與該稜鏡之間的距離。
  10. 如申請專利範圍8項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：2.5<|f4/f1|<4，f4為該第四透鏡的焦距，f1為該第一透鏡的焦距。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：8<TTL/EFL<18，TTL為該定焦鏡頭的總長度，EFL為該定焦鏡頭的有效焦距。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭還包括一稜鏡，配置於該第七透鏡之遠離該第六透鏡的一側，且該定焦鏡頭滿足關係式：1<D45/D7P<3，D45為該第四透鏡與該第五透鏡之間的距離，D7P為該第七透鏡與該稜鏡之間的距離。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：2.5<|f4/f1|<7，f4為該第四透鏡的焦距，f1為該第一透鏡的焦距。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡及該第三透鏡構成一第一透鏡群，該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡及該第七透鏡構成一第二透鏡群，該第一透鏡群的屈光度為負，該第二透鏡群的屈光度為正，且該定焦鏡頭還包括一孔徑光欄，配置於該第三透鏡與該第四透鏡之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡的材質為塑膠，該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡、該第五透鏡、該第六透鏡的材質為玻璃。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之定焦鏡頭，其中該第一透鏡群與該第二透鏡群皆用於移動，以進行對焦，而該孔徑光欄與該第二透鏡群連動。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之定焦鏡頭，其中該定焦鏡頭滿足關係式：5.4<TTL/EFL<15，TTL為該定焦鏡頭的總長度，EFL為該定焦鏡頭的有效焦距。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之定焦鏡頭，其中定焦鏡頭滿足關係式：8<TTL/EFL<18，TTL為該定焦鏡頭的總長度，EFL為該定焦鏡頭的有效焦距。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之定焦鏡頭，其中第一透鏡群的該第二透鏡與該第三透鏡用於移動，以進行對焦，而第一透鏡群的該第一透鏡、該第二透鏡群及該孔徑光欄於對焦時固定不動。
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