阅读说明：本技术 投影镜头系统 (Projection lens system ) 是由 吴昇澈 周昱宏 陈宥达 于 2018-07-25 设计创作，主要内容包括：一种投影镜头系统,包括：一前群透镜；一光圈,位在前群透镜的后方,前群透镜至光圈形成一长焦镜头,长焦镜头的焦距设定在30mm～80mm；以及一后群透镜,位在光圈的后方,光圈至后群透镜形成一短焦镜头,短焦镜头的焦距设定在20mm～30mm。本发明借由以长焦镜头与短焦镜头的相互配合,使透镜组合架构简单及成本便宜,也能兼顾投影成像品质的功效。(A projection lens system, comprising: a front group lens; the diaphragm is positioned behind the front group lens, the front group lens forms a telephoto lens from the diaphragm, and the focal length of the telephoto lens is set to be 30-80 mm; and a rear group lens located behind the diaphragm, the diaphragm forming a short-focus lens from the rear group lens, the focal length of the short-focus lens being set to 20 mm-30 mm. The invention makes the lens combination structure simple and the cost low by the mutual matching of the long-focus lens and the short-focus lens, and also can give consideration to the efficacy of the projection imaging quality.)

投影镜头系统

技术领域

本发明是有关一种投影镜头系统，尤指一种以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，使透镜组合架构简单及成本便宜。

背景技术

由于光学科技进步，使投影机不仅可用在办公室进行简报，也逐渐广泛应用于家庭进行观赏视讯、节目，因此，业者为了让投影机便于使用及携带，亦朝向缩小投影机的镜头的体积进行研发，如此一来，当该镜头的体积在缩小时，则使该镜头的透镜组合架构简单及成本便宜，但却影响投影成像质量。

次者，该镜头为了投影成像品质，而该镜头的焦距越长，但其视场角较小，反之，该镜头的焦距越短，但其视场角较大，以致光学原理产生的畸变也就越强烈，故该镜头的焦距会影响投影成像质量。

但查，该镜头的焦距及透镜组合架构皆影响投影成像质量，而如何以调整该镜头的焦距，并配合该镜头的透镜组合架构简单及成本便宜，也能兼顾投影成像品质，为本发明所欲解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种投影镜头系统，其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而使透镜组合架构简单及成本便宜，也能兼顾投影成像品质的功效；其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而使长焦镜头与短焦镜头之间配置光圈大，以提升投影成像品质的功效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种投影镜头系统，包括：一前群透镜；一光圈，位在该前群透镜的后方，该前群透镜至该光圈形成一长焦镜头，该长焦镜头的焦距设定在30mm～80mm；以及一后群透镜，位在该光圈的后方，该光圈至该后群透镜形成一短焦镜头，该短焦镜头的焦距设定在20mm～30mm。

依据前揭特征，该前群透镜包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，该第二透镜及该第四透镜为塑胶非球面透镜。

依据前揭特征，该第二透镜的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，并具有负功率，且其焦距设定在-20mm～-50mm之间，或其焦距设定在-25mm～-40mm之间。

依据前揭特征，该第四透镜的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，且其焦距可为正时，而焦距大于300mm或其焦距可为负时，而焦距小于-300mm。

依据前揭特征，该第一透镜的阿贝数大于60。

依据前揭特征，该后群透镜包括至少一三胶合透镜，其屈光度依序为正负正或负正负，并由一第五透镜、一第六透镜及一第七透镜所组成，且该后群透镜包括一第八透镜，位在该三胶合透镜的后方，而该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜及该第八透镜至少二个阿贝数大于60的玻璃透镜。

依据前揭特征，该后群透镜包括一最后透镜，该最后透镜的阿贝数小于25。

依据前揭特征，该光圈介于1.6～2.0。

依据前揭特征，该前群透镜包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，该第二透镜及该第三透镜为塑胶非球面透镜。

依据前揭特征，该第三透镜的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，且其焦距可为正时，而焦距大于300mm或其焦距可为负时，而焦距小于-300mm。

本发明采用的另一技术手段包括：一种投影镜头系统，包括：一前群透镜，包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜及一第四透镜，该第二透镜为塑胶非球面透镜，该第二透镜的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，并具有负功率，且该第二透镜的焦距设定在-25mm～-50mm之间；一光圈，介于1.6～2.0，并位在该前群透镜的后方，该前群透镜至该光圈形成一长焦镜头，该长焦镜头的焦距设定在30mm～80mm；以及一后群透镜，包括至少一三胶合透镜、一第八透镜及一最后透镜，该三胶合透镜的屈光度依序为正负正或负正负，并由一第五透镜、一第六透镜及一第七透镜所组成，且该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜及该第八透镜至少二个阿贝数大于60的玻璃透镜与该最后透镜的阿贝数小于25，而该后群透镜位在该光圈的后方，该光圈至该后群透镜形成一短焦镜头，该短焦镜头的焦距设定在20mm～30mm。

借助上揭技术手段，本发明以该长焦镜头与该短焦镜头的相互配合，进而使透镜组合架构简单及成本便宜，也能兼顾投影成像质量的功效，及使该长焦镜头与该短焦镜头之间配置光圈大，以提升投影成像质量的功效。

本发明的有益效果是，其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而使透镜组合架构简单及成本便宜，也能兼顾投影成像品质的功效；其以长焦镜头与短焦镜头的相互配合，进而使长焦镜头与短焦镜头之间配置光圈大，以提升投影成像品质的功效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A是本发明第一实施例态样的透镜配置示意图。

图1B是本发明第一实施例态样的成像面呈现0.0000mm像高的横向光线扇形图。

图1C是本发明第一实施例态样的成像面呈现5.4620mm像高的横向光线扇形图。

图1D是本发明第一实施例态样的成像面呈现7.8030mm像高的横向光线扇形图。

图1E是本发明第一实施例态样的场曲图。

图1F是本发明第一实施例态样的畸变图。

图1G是本发明第一实施例态样的成像面呈现0.000mm像高的斑点图。

图1H是本发明第一实施例态样的成像面呈现5.462mm像高的斑点图。

图1I是本发明第一实施例态样的成像面呈现7.804mm像高的斑点图。

图2A是本发明第二实施例态样的透镜配置示意图。

图2B是本发明第二实施例态样的成像面呈现0.0000mm像高的横向光线扇形图。

图2C是本发明第二实施例态样的成像面呈现5.4620mm像高的横向光线扇形图。

图2D是本发明第二实施例态样的成像面呈现7.8030mm像高的横向光线扇形图。

图2E是本发明第二实施例态样的场曲图。

图2F是本发明第二实施例态样的畸变图。

图2G是本发明第二实施例态样的成像面呈现0.000mm像高的斑点图。

图2H是本发明第二实施例态样的成像面呈现5.462mm像高的斑点图。

图2I是本发明第二实施例态样的成像面呈现7.804mm像高的斑点图。

图3A是本发明第三实施例态样的透镜配置示意图。

图3B是本发明第三实施例态样的成像面呈现0.0000mm像高的横向光线扇形图。

图3C是本发明第三实施例态样的成像面呈现5.4620mm像高的横向光线扇形图。

图3D是本发明第三实施例态样的成像面呈现7.8030mm像高的横向光线扇形图。

图3E是本发明第三实施例态样的场曲图。

图3F是本发明第三实施例态样的畸变图。

图3G是本发明第三实施例态样的成像面呈现0.000mm像高的斑点图。

图3H是本发明第三实施例态样的成像面呈现5.463mm像高的斑点图。

图3I是本发明第三实施例态样的成像面呈现7.804mm像高的斑点图。

图中标号说明：

10 长焦镜头

20 短焦镜头

30A、30B、30C 投影镜头系统

C 三胶合透镜

E 光学元件

G 玻璃盖板

G₁ 前群透镜

G₂ 后群透镜

L₁ 第一透镜

L₂ 第二透镜

L₃ 第三透镜

L₄ 第四透镜

L₅ 第五透镜

L₆ 第六透镜

L₇ 第七透镜

L₈ 第八透镜

L₉ 最后透镜

P 穿透式平顺图像装置

S 光圈

λ₁ 第一波长

λ₂ 第二波长

λ₃ 第三波长

IMA 成像面

1R₁、1R₂、2R₁、2R₂、3R₁、3R₂、4R₁、4R₂、5R₁、6R₁、7R₁、7R₂、8R₁、8R₂、9R₁、9R₂ 表面

具体实施方式

首先，请参阅图1A～图1I、图2A～图2I及图3A～图3I所示，本发明一种投影镜头系统30A、30B、30C的较佳实施例包括：一前群透镜G₁，本实施例中，该前群透镜G₁包括一第一透镜L₁、一第二透镜L₂、一第三透镜L₃及一第四透镜L₄，本实施例中，该第二透镜L₂的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，并具有负功率(power)，且其焦距设定在-20mm～-50mm之间，另一较最佳实施中，其焦距设定在-25mm～-40mm之间，但不限定于此。

一光圈(Stop)S，介于1.6～2.0，并位在该前群透镜G₁的后方，该前群透镜G₁至该光圈A形成一长焦镜头10，该长焦镜头10的焦距设定在30mm～80mm，亦靠近屏幕端。

一后群透镜G₂，包括至少一三胶合透镜C、一第八透镜L₈及一最后透镜L₉，该三胶合透镜C的屈光度依序为正负正或负正负，并由一第五透镜L₅、一第六透镜L₆及一第七透镜L₇所组成，且该第五透镜L₅、该第六透镜L₆、该第七透镜L₇及该第八透镜L₈至少二个阿贝数大于60的玻璃透镜与该最后透镜L₉的阿贝数小于25，而该后群透镜G₂位在该光圈S的后方，该光圈S至该后群透镜G₂形成一短焦镜头20，该短焦镜头20的焦距设定在20mm～30mm。

此外，一穿透式平顺图像装置(Transmissive Smooth Picture Actuator)P，设在该最后透镜L9的后方，此为一可快速微量旋转的玻璃平板装置，借由影像偏移来合成提高分辨率，如此一来，1080P分辨率可提升至4K2K分辨率；一光学元件E，设在该穿透式平顺图像装置P的后方，本实施例中，该光学元件E可为棱镜，该棱镜的后方依序排列一玻璃盖板(Cover Glass)G及一数字微镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)的成像面IMA，但不限定于此。本发明有三种实施例态样，而第一实施例态样、第二实施例态样及第三实施例态样皆有上述的共同技术特征，而具有单一性。

如图1A，其该投影镜头系统30A的第一实施例态样，配合表一，其该第一透镜L₁、该第二透镜L₂、该第三透镜L₃、该第四透镜L₄、该第五透镜L₅、该第六透镜L₆、该第七透镜L₇、该第八透镜L₈及该最后透镜L₉的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)，依据：

表一

进一步，该1R₁、1R₂分别为该的第一透镜L₁的投影侧表面、影像源侧表面；该2R₁、2R₂分别为该第二透镜L₂的投影侧表面、影像源侧表面；该3R₁、3R₂分别为该第三透镜L₃的投影侧表面、影像源侧表面；该4R₁、4R₂分别为该第四透镜L₄的投影侧表面、影像源侧表面；该5R₁为该第五透镜L₅的投影侧表面；该6R₁分别为该第六透镜L₆的投影侧表面；该7R₁、7R₂分别为该第七透镜L₇的投影侧表面、影像源侧表面；该8R₁、8R₂分别为该第八透镜L₈的投影侧表面、影像源侧表面；该9R₁、9R₂分别为该最后透镜L₉的投影侧表面、影像源侧表面。

配合表二，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该2R₁、2R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH；配合表三，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该4R₁、4R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH。

表二

ASPH	2R<sub>1</sub>	2R<sub>2</sub>
			Radius	15.81	8.29
Conic	--	-0.83
			4TH	-1.57E-04	-2.03E-04
6TH	5.84E-07	7.29E-07
			8TH	-3.41E-09	-4.44E-09
10TH	1.08E-11	1.33E-11
			12TH	-2.20E-14	-1.55E-14

表三

承上，本实施例中，该第四透镜L₄的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，且其焦距可为正时，而焦距大于300mm或其焦距可为负时，而焦距小于-300mm；该第一透镜L₁的阿贝数大于60，但不限定于此。

是以，该投影镜头系统30A，其以一第一波长λ₁、一第二波长λ₂及一第三波长λ₃分别为0.460um、0.545um及0.620um，并分别可模拟出图1B、图1C及图1D的不同横向光线扇形图，而在同一成像面IMA分别呈现0.0000mm、5.4620mmm、7.8030mm的不同像高，且符号ey、py、ex、px分别表示y轴横向像差、y轴瞳高、x轴横向像差、x轴瞳高，该y轴横向像差、该x轴横向像差，其最大刻度±20.000um，而该y轴瞳高、该x轴瞳高，其为归一化比例；图1E的场曲(Field Curvature)图及图1F的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为31.786度；图1G、图1H、图1I的斑点(Spot)图，而在同一成像面IMA分别呈现0.000mm、5.462mm、7.804mm的不同像高，当该成像面在0.000mm，则均方根半径值(RMS Radius)为2.578um及分布半径(GEO Radius)为5.051um、当该成像面在5.462mm，则均方根半径值(RMSRadius)为2.636um及分布半径(GEO Radius)为12.865um、当该成像面在7.804mm，则均方根半径值(RMS Radius)为4.563um及分布半径(GEO Radius)为22.942um，借由上述仿真曲线及数据，亦证明该投影镜头系统30A能以透镜组合架构简单及成本便宜进行投影，仍维持良好投影成像质量。

如图2A，其该投影镜头系统30B的第二实施例态样，配合表四，其该第一透镜L₁、该第二透镜L₂、该第三透镜L₃、该第四透镜L₄、该第五透镜L₅、该第六透镜L₆、该第七透镜L₇、该第八透镜L₈及该最后透镜L₉的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)，依据：

表四

表面	半径(mm)	厚度(mm)	折射率	阿贝数
					1R<sub>1</sub>	51.46	1.70	1.61	63.3
1R<sub>2</sub>	16.79
					2R<sub>1</sub>	20.83	3.00	1.53	56.3
2R<sub>2</sub>	9.82
					3R<sub>1</sub>	59.89	6.84	1.83	42.7
3R<sub>2</sub>	-54.01
					4R<sub>1</sub>	18.24	6.90	1.53	56.3
4R<sub>2</sub>	15.65
					S	Infinity
5R<sub>1</sub>	566.05	3.79	1.49	81.6
					6R<sub>1</sub>	-15.24	6.00	1.80	25.4
7R<sub>1</sub>	32.82	4.87	1.49	81.6
					7R<sub>2</sub>	-25.83
8R<sub>1</sub>	41.17	4.09	1.49	81.6
					8R<sub>2</sub>	-50.52
9R<sub>1</sub>	32.84	4.24	1.92	18.90
					9R<sub>2</sub>	118.74

进一步，该1R₁、1R₂分别为该的第一透镜L₁的投影侧表面、影像源侧表面；该2R₁、2R₂分别为该第二透镜L₂的投影侧表面、影像源侧表面；该3R₁、3R₂分别为该第三透镜L₃的投影侧表面、影像源侧表面；该4R₁、4R₂分别为该第四透镜L₄的投影侧表面、影像源侧表面；该5R₁为该第五透镜L₅的投影侧表面；该6R₁分别为该第六透镜L₆的投影侧表面；该7R₁、7R₂分别为该第七透镜L₇的投影侧表面、影像源侧表面；该8R₁、8R₂分别为该第八透镜L₈的投影侧表面、影像源侧表面；该9R₁、9R₂分别为该最后透镜L₉的投影侧表面、影像源侧表面。

配合表五，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该2R₁、2R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH、14TH；配合表六，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该4R₁、4R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH。

表五

ASPH	2R<sub>1</sub>	2R<sub>2</sub>
			Radius	20.83	9.82
Conic	-6.57	-0.89
			4TH	-1.12E-05	-1.31E-04
6TH	3.08E-07	1.04E-06
			8TH	-2.31E-09	-8.61E-09
10TH	8.54E-12	3.90E-11
			12TH	-1.13E-14	-7.84E-14
14TH	-6.40E-18	0.00E+00

表六

ASPH	4R<sub>1</sub>	4R<sub>2</sub>
			Radius	18.24	15.65
Conic	0.39	1.19
			4TH	-1.67E-05	-5.36E-05
6TH	-1.97E-08	-5.14E-08
			8TH	-9.33E-10	-1.13E-08
10TH	6.06E-12	1.42E-10
			12TH	-2.67E-14	-1.10E-12

承上，本实施例中，该第四透镜L₄的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，且其焦距可为正时，而焦距大于300mm或其焦距可为负时，而焦距小于-300mm；该第一透镜L₁的阿贝数大于60；该后群透镜G₂包括至少一三胶合透镜C，其屈光度依序为正负正，但不限定于此。

是以，该投影镜头系统30B，其以一第一波长λ₁、一第二波长λ₂及一第三波长λ₃分别为0.460um、0.545um及0.620um，并分别可模拟出图2B、图2C及图2D的不同横向光线扇形图，而在同一成像面IMA分别呈现0.0000mm、5.4620mmm、7.8030mm的不同像高，且符号ey、py、ex、px分别表示y轴横向像差、y轴瞳高、x轴横向像差、x轴瞳高，该y轴横向像差、该x轴横向像差，其最大刻度±20.000um，而该y轴瞳高、该x轴瞳高，其为归一化比例；图2E的场曲(Field Curvature)图及图2F的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为31.800度；图2G、图2H、图2I的斑点(Spot)图，而在同一成像面(IMA)分别呈现0.000mm、5.462mmm、7.804mm的不同像高，当该成像面在0.000mm，则均方根半径值(RMS Radius)为2.864um及分布半径(GEO Radius)为7.106um、当该成像面在5.462mm，则均方根半径值(RMSRadius)为4.134um及分布半径(GEO Radius)为24.451um、当该成像面在7.804mm，则均方根半径值(RMS Radius)为8.510um及分布半径(GEO Radius)为42.360um，借由上述仿真曲线及数据，亦证明该投影镜头系统30B能以透镜组合架构简单及成本便宜进行投影，仍维持良好投影成像质量。

如图3A，其该投影镜头系统30C的第三实施例态样，配合表七，其该第一透镜L₁、该第二透镜L₂、该第三透镜L₃、该第四透镜L₄、该第五透镜L₅、该第六透镜L₆、该第七透镜L₇、该第八透镜L₈及该最后透镜L₉的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)，依据：

表七

进一步，该1R₁、1R₂分别为该的第一透镜L₁的投影侧表面、影像源侧表面；该2R₁、2R₂分别为该第二透镜L₂的投影侧表面、影像源侧表面；该3R₁、3R₂分别为该第三透镜L₃的投影侧表面、影像源侧表面；该4R₁、4R₂分别为该第四透镜L₄的投影侧表面、影像源侧表面；该5R₁为该第五透镜L₅的投影侧表面；该6R₁分别为该第六透镜L₆的投影侧表面；该7R₁、7R₂分别为该第七透镜L₇的投影侧表面、影像源侧表面；该8R₁、8R₂分别为该第八透镜L₈的投影侧表面、影像源侧表面；该9R₁、9R₂分别为该最后透镜L₉的投影侧表面、影像源侧表面。

配合表八，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该2R₁、2R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH、14TH；配合表九，其塑胶非球面透镜(ASPH)中列出该3R₁、3R₂分别为该塑胶非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该塑胶非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10TH、12TH。

表八

表九

ASPH	3R<sub>1</sub>	3R<sub>2</sub>
			Radius	-23.93	-24.64
Conic	-7.46	-2.70
			4TH	-4.31E-05	-9.59E-06
6TH	3.88E-07	3.24E-08
			8TH	-8.10E-10	4.01E-10
10TH	8.20E-12	-1.33E-12
			12TH	-2.51E-14	5.23E-15

承上，本实施例中，该第三透镜L₃的塑胶非球面透镜为弯月型透镜，且其焦距可为正时，而焦距大于300mm或其焦距可为负时，而焦距小于-300mm；该后群透镜G₂包括至少一三胶合透镜C，其屈光度依序为负正负，但不限定于此。

是以，该投影镜头系统30C，其以一第一波长λ₁、一第二波长λ₂及一第三波长λ₃分别为0.460um、0.545um及0.620um，并分别可模拟出图3B、图3C及图3D的不同横向光线扇形图，而在同一成像面IMA分别呈现0.0000mm、5.4620mmm、7.8030mm的不同像高，且符号ey、py、ex、px分别表示y轴横向像差、y轴瞳高、x轴横向像差、x轴瞳高，该y轴横向像差、该x轴横向像差，其最大刻度±20.000um，而该y轴瞳高、该x轴瞳高，其为归一化比例；图3E的场曲(Field Curvature)图及图3F的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为31.710度；图3G、图3H、图3I的斑点(Spot)图，而在同一成像面IMA分别呈现0.000mm、5.463mmm、7.804mm的不同像高，当该成像面在0.000mm，则均方根半径值(RMS Radius)为2.073um及分布半径(GEO Radius)为3.928um、当该成像面在5.462mm，则均方根半径值(RMSRadius)为2.216um及分布半径(GEO Radius)为8.737um、当该成像面在7.804mm，则均方根半径值(RMS Radius)为3.343um及分布半径(GEO Radius)为14.738um，借由上述仿真曲线及数据，亦证明该投影镜头系统30C能以透镜组合架构简单及成本便宜进行投影，仍维持良好投影成像质量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。