专利名称：变焦镜头的制作方法
变焦镜头
技术领域：
本发明是有关于一种镜头，且特别是有关于一种变焦镜头(zoom lens) 0背景技术：
现有的变焦投影镜头通常会借由两群以上的可移动透镜群来完成变焦。然而，一 般而言，变焦比(zoom ratio)越高，则可移动透镜群的群数就会越多。此外，很少有变焦比 超过2倍比的镜头，且这些镜头加上许多非球面来达成解像及缩短镜头总长的要求。如此 一来，不但使得整体机构相当复杂，也造成成本大幅增加。这种情形特别是发生在将变焦镜 头应用于舞台投影机时，因为此时通常需要较高的变焦比。此外，传统的舞台灯是将光源发 出的光经由简易的透镜输出以形成一光斑，或者在光路径上加上简单的图样并在舞台上形 成具有简单图样的影像，但无法达到清晰且复杂的影像。另外，中国台湾专利公开第200814752号的图1揭露了一种变焦镜头，具有11片 透镜，且由物侧至像侧依序排列的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、第四透镜群及第 五透镜群的屈光度(refractive power)依序为正、负、正、正及正。中国台湾专利公开第 200821628号的图2揭露了一种变焦镜头，具有9片透镜，且由物面至像面依序排列的第一 透镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群的屈光度依序为正、负、正及正。中国台湾专 利公开第2007^765号的图2A揭露了一种变焦镜头，具有10片透镜，且由物侧至像侧依序 排列的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群的屈光度依序为正、负、正及正。
发明内容本发明提供一种变焦镜头，具有简单的架构与高变焦比。本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露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，本发明之一实施例提出一种变焦 镜头，适于配置于一放大侧与一缩小侧之间。所述的变焦镜头包括一第一透镜群、一第二透 镜群、一第三透镜群、一第四透镜群、一第五透镜群及一孔径光阑(aperture stop)。所述的 第一透镜群配置于所述的放大侧与所述的缩小侧之间，且具有正屈光度。所述的第二透镜 群配置于所述的第一透镜群与所述的缩小侧之间，且具有负屈光度。所述的第三透镜群配 置于所述的第二透镜群与所述的缩小侧之间，且具有正屈光度。所述的第四透镜群配置于 所述的第三透镜群与所述的缩小侧之间，且具有正屈光度。所述的第五透镜群配置于所述 的第四透镜群与所述的缩小侧之间，且具有正屈光度。所述的孔径光阑配置于所述的第二 透镜群与所述的第三透镜群之间。所述的变焦镜头符合0. 3 < fl/TT < 0. 7，其中fl为所 述的第一透镜群的有效焦距(effective focal length，EFL)，且TT为所述的变焦镜头的
(total track) 0承接上述，所述的变焦镜头，其特征在于所述的变焦镜头符合0. 1 < ft/ (fwXf2) < 0. 36，其中ft为所述的变焦镜头于望远端的有效焦距，fw为所述的变焦镜头 于广角端的有效焦距，且f2为所述的第二透镜群的有效焦距。
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所述的变焦镜头，其特征在于所述的第三透镜群与所述的第五透镜群各为一固 定群，所述的第二透镜群适于相对所述的第三透镜群移动以实现变焦，所述的第四透镜群 适于相对所述的第三透镜群移动以补偿变焦，且所述的第一透镜群适于相对所述的第三透 镜群移动以完成对调。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第一透镜群包括由所述的放大侧往所述的 缩小侧依序排列之一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，所述的第一透镜、所述的第二透 镜及所述的第三透镜的屈光度依序为负、正及正，所述的第二透镜群包括由所述的放大侧 往所述的缩小侧依序排列之一第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，所述的第四透镜、所述 的第五透镜及所述的第六透镜的屈光度依序为负、负及正，所述的第三透镜群包括一第七 透镜，所述的第七透镜的屈光度为正，所述的第四透镜群包括由所述的放大侧往所述的缩 小侧依序排列之一第八透镜及一第九透镜，所述的第八透镜与所述的第九透镜的屈光度依 序为正与负，所述的第五透镜群包括一第十透镜，且所述的第十透镜的屈光度为正。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第一透镜与所述的第二透镜构成一双胶合 透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第五透镜与所述的第六透镜构成一双胶合 透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第八透镜与所述的第九透镜构成一双胶合 透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第一透镜为一凸面朝向所述的放大侧的凸 凹透镜，所述的第二透镜为一凸面朝向所述的放大侧的凹凸透镜，且所述的第三透镜为一 凸面朝向所述的放大侧的凹凸透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第四透镜为一凸面朝向所述的放大侧的凸 凹透镜，所述的第五透镜为一双凹透镜，且所述的第六透镜为一凸面朝向所述的放大侧的 凹凸透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第七透镜为一双凸透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第八透镜为一双凸透镜，且所述的第九透镜 为一凹面朝向所述的放大侧的凸凹透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第十透镜为一凸面朝向所述的放大侧的凹 凸透镜。所述的变焦镜头，其特征在于所述的第一透镜、所述的第二透镜、所述的第三透 镜、所述的第四透镜、所述的第五透镜、所述的第六透镜、所述的第七透镜、所述的第八透 镜、所述的第九透镜及所述的第十透镜各为一球面透镜。在本发明之实施例的变焦镜头中，由于第一至第五透镜群的屈光度依为正、负、 正、正及正，且变焦镜头符合0. 3 < fl/TT < 0. 7，因此本发明之实施例的变焦镜头至少具有 下列其中一个优点具有简单的架构、高变焦比与良好的光学成像品质。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。
图IA为本发明之一实施例的变焦镜头于广角端的结构示意图。图IB为图IA的变焦镜头于中间位置的结构示意图。图IC为图IA的变焦镜头于望远端的结构示意图。图2A至图2D为图1的变焦镜头的成像光学模拟数据图。50:图样100 变焦镜头110:第一透镜群111、121、141 双胶合透镜112:第一透镜114:第二透镜116:第三透镜120 第二透镜群122:第四透镜124 第五透镜126 第六透镜130 第三透镜群132 第七透镜140:第四透镜群142 第八透镜144 第九透镜150:第五透镜群152 第十透镜160 孔径光阑A 光轴Sl S18 表面
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施 例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如上、下、左、右、前或 后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。图IA为本发明之一实施例之变焦镜头于广角端(wide-end)的结构示意图，图IB 为图IA的变焦镜头于中间位置(middle)的结构示意图，而图IC为图IA的变焦镜头于望 远端(tele-end)的结构示意图。请参照图IA至图1C，本实施例的变焦镜头100适于配置 于一放大侧与一缩小侧之间，且适用于一投影系统中。在本实施例中，变焦镜头100适用于 一舞台投影机中，其中放大侧可配置有舞台上的屏幕或背景，缩小侧可配置有舞台投影机 的图样50或光阀(light valve) 0变焦镜头100适于将图样或光阀上的影像投影于放大 侧的屏幕或背景上。然而，在其他实施例中，变焦镜头100亦可以适用于一般的投影装置， 放大侧亦可以是配置有投影屏幕，且缩小侧为投影装置的光阀。上述光阀例如为数位微镜7Π件(digital micro-mirror device, DMD)、5^基液晶面板(liquid-crystal-on-siIicon panel,LCOS panel) >(transmissive liquid crystal panel) 5 ^ !' 光调变器(spatial light modulator)。或者，在其他实施例中，缩小侧亦可以是配置有幻 灯片。变焦镜头100包括一第一透镜群110、一第二透镜群120、一第三透镜群130、一第四 透镜群140、一第五透镜群150及一孔径光阑160。第一透镜群110配置于放大侧与缩小侧 之间，且具有正屈光度。第二透镜群120配置于第一透镜群110与缩小侧之间，且具有负屈 光度。第三透镜群130配置于第二透镜群120与缩小侧之间，且具有正屈光度。第四透镜 群140配置于第三透镜群130与缩小侧之间，且具有正屈光度。第五透镜群150配置于第 四透镜群140与缩小侧之间，且具有正屈光度。孔径光阑160配置于第二透镜群120与第 三透镜群130之间。变焦镜头100符合0. 3 < fl/TT < 0. 7，其中fl为第一透镜群110的 有效焦距，且TT为变焦镜头100的总长，即变焦镜头100在其光轴A上的长度。在本实施例的变焦镜头100中，由于第一至第五透镜群110 150的屈光度依为 正、负、正、正及正，且变焦镜头100符合0. 3 < fl/TT < 0. 7，因此本发明的实施例的变焦镜 头100至少具有下列其中一个优点架构简单、高变焦比以及良好的光学成像品质。当Π/ TT > 0. 7时，第一透镜群110的焦距相对变长，因此使变焦镜头100在望远端(tele -end) 的色差变大。当fl/TT < 0. 3时，变焦镜头100的总长相对变长因此使得第一透镜群110 的外径变大、镜片边缘厚度变小、加工难度增加，且变焦镜头100所成的影像的相对照度 (relative illumination)在靠近边缘处快速下降并造成画面亮度不均勻。因此，本实施例 的变焦镜头100采用0. 3 < fl/TT < 0. 7的设计可在简单的架构下达到高变焦比与良好的 光学成像品质。在本实施例中，第三透镜群130与第五透镜群150各为一固定群，亦即相对整个变 焦镜头100而言为固定不动。第三透镜群130固定于孔径光阑160后方，有助于矫正球面 像差(spherical aberration)，使得变焦镜头100可达到较小的光圈数(f_number)，即达 到较大的光圈，进而使所成的影像之亮度提高。第五透镜群150的主要功能是用来作为场 镜(field lens)，以使变焦镜头100能够近乎远心(telecentric)系统，以将来自图样50 的光均勻地投影出去。在本实施例中，第二透镜群120为变焦群，适于相对第三透镜群130移动以实现变 焦(zooming)。在本实施例中，当变焦镜头100由广角端(如图1A)经由中间位置(如图 1B)移动至望远端(如图1C)时，第二透镜群120逐渐靠近第三透镜群130。第四透镜群140 适于相对第三透镜群130移动以补偿变焦。在本实施例中，当变焦镜头100由广角端(如 图1A)经由中间位置(如图1B)移动至望远端(如图1C)时，第四透镜群140逐渐靠近第 三透镜群130。借由使用第二透镜群120来变焦，且使用第四透镜群140来补偿变焦，便能 够形成内对焦的架构，且使变焦镜头100的总长大致上维持固定。再者，由于本实施例的变 焦镜头100采用两群透镜群来分别达到变焦与补偿变焦，因此用以移动透镜群的机构较为 简单，进而可降低制造难度与制造成本。此外，第一透镜群110适于相对第三透镜群130移 动以完成对调(focusing)。为了使变焦镜头100达到更佳的光学成像品质，可使变焦镜头100符合0. 1 < ft/ (fwXf2) < 0. 36，其中ft为变焦镜头100于望远端的有效焦距，fw为变焦镜头100于广角 端的有效焦距，且f2为第二透镜群120的有效焦距。当ft/(fwXf2) >0.36时，第二透镜群120的有效焦距相对变短，且像差变大，特别是彗形像差(coma)与像散(astigmatism)。 当ft/(fwXf^) <0. 1时，第二透镜群120的焦距相对变长，较难达到较高的变焦比。因此， 本实施例可选择使变焦镜头100符合0. 1 < ft/(fwXf2) < 0. 36，以达到较佳的光学成像 品质与较高的变焦比。在本实施例中，第一透镜群110包括由放大侧往缩小侧依序排列之一第一透镜 112、一第二透镜114及一第三透镜116，且第一透镜112、第二透镜114及第三透镜116的 屈光度依序为负、正及正。第二透镜群120可包括由放大侧往缩小侧依序排列之一第四透 镜122、一第五透镜IM及一第六透镜126，且第四透镜122、第五透镜IM及第六透镜1 的屈光度依序为负、负及正。第三透镜群130可包括一第七透镜132，且第七透镜132的屈 光度为正。第四透镜群140可包括由放大侧往缩小侧依序排列之一第八透镜142及一第九 透镜144，且第八透镜142与第九透镜144的屈光度依序为正与负。第五透镜群150可包括 一第十透镜152，且第十透镜152的屈光度为正，其中第十透镜152可用以作为舞台投影机 或其他投影装置的场镜(field lens) 0在一实施例中，第一透镜112与第二透镜114构成一双胶合透镜111，第五透镜 124与第六透镜1 构成一双胶合透镜121，且第八透镜142与第九透镜144构成一双胶合 透镜141。此外，在本实施例中，第一透镜112例如为一凸面朝向放大侧的凸凹透镜，第二透 镜114例如为一凸面朝向放大侧的凹凸透镜，且第三透镜116例如为一凸面朝向放大侧的 凹凸透镜。第四透镜122例如为一凸面朝向放大侧的凸凹透镜，第五透镜IM例如为一双 凹透镜，且第六透镜1 例如为一凸面朝向放大侧的凹凸透镜。第七透镜132为一双凸透 镜。第八透镜142例如为一双凸透镜，且第九透镜144例如为一凹面朝向放大侧的凸凹透 镜。第十透镜152例如为一凸面朝向放大侧的凹凸透镜。在另一实施例中，第一透镜112、第二透镜114、第三透镜116、第四透镜122、第五 透镜124、第六透镜126、第七透镜132、第八透镜142、第九透镜144及第十透镜152各为一 球面透镜。由于变焦镜头100可以不采用非球面透镜(aspheric lens)，因此成本可以较 低。以下内容将举出变焦镜头100之一实施例。需注意的是，下述之表一、表二及表三 中所列的数据资料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参照本发 明之后，当可应用本发明的原则对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明之范畴内。(表一)
权利要求
1.一种变焦镜头，适于配置于一放大侧与一缩小侧之间，该变焦镜头包括一第一透镜群，配置于该放大侧与该缩小侧之间，且具有正屈光度；一第二透镜群，配置于该第一透镜群与该缩小侧之间，且具有负屈光度；一第三透镜群，配置于该第二透镜群与该缩小侧之间，且具有正屈光度；一第四透镜群，配置于该第三透镜群与该缩小侧之间，且具有正屈光度；一第五透镜群，配置于该第四透镜群与该缩小侧之间，且具有正屈光度；以及一孔径光阑，配置于该第二透镜群与该第三透镜群之间，其中，该变焦镜头符合0. 3 < fl/TT < 0. 7，其中fl为该第一透镜群的有效焦距，且TT 为该变焦镜头的总长。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头符合0.1 < ft/(fwXf2) < 0. 36，其中ft为该变焦镜头于望远端的有效焦距，fw为该变焦镜头于广角端的有效焦 距，且f2为该第二透镜群的有效焦距。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第三透镜群与该第五透镜群各为一 固定群，该第二透镜群适于相对该第三透镜群移动以实现变焦，该第四透镜群适于相对该 第三透镜群移动以补偿变焦，且该第一透镜群适于相对该第三透镜群移动以完成对调。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群包括由该放大侧往该缩 小侧依序排列之一第一透镜、一第二透镜及一第三透镜，该第一透镜、该第二透镜及该第三 透镜的屈光度依序为负、正及正，该第二透镜群包括由该放大侧往该缩小侧依序排列之一 第四透镜、一第五透镜及一第六透镜，该第四透镜、该第五透镜及该第六透镜的屈光度依序 为负、负及正，该第三透镜群包括一第七透镜，该第七透镜的屈光度为正，该第四透镜群包 括由该放大侧往该缩小侧依序排列之一第八透镜及一第九透镜，该第八透镜与该第九透镜 的屈光度依序为正与负，该第五透镜群包括一第十透镜，且该第十透镜的屈光度为正。
5.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜与该第二透镜构成一双胶 合透镜。
6.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第五透镜与该第六透镜构成一双胶 合透镜。
7.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第八透镜与该第九透镜构成一双胶 合透镜。
8.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜为一凸面朝向该放大侧的 凸凹透镜，该第二透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜，且该第三透镜为一凸面朝向该 放大侧的凹凸透镜。
9.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第四透镜为一凸面朝向该放大侧的 凸凹透镜，该第五透镜为一双凹透镜，且该第六透镜为一凸面朝向该放大侧的凹凸透镜。
10.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第七透镜为一双凸透镜。
11.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第八透镜为一双凸透镜，且该第九 透镜为一凹面朝向该放大侧的凸凹透镜。
12.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第十透镜为一凸面朝向该放大侧的 凹凸透镜。
13.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜、该第五透镜、该第六透镜、该第七透镜、该第八透镜、该第九透镜及该第十 透镜各为一球面透镜。
全文摘要
一种变焦镜头，适于配置于一放大侧与一缩小侧之间。此变焦镜头包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、第四透镜群、第五透镜群及孔径光阑。第一透镜群配置于放大侧与缩小侧之间，且具有正屈光度。第二透镜群配置于第一透镜群与缩小侧之间，且具有负屈光度。第三透镜群配置于第二透镜群与缩小侧之间，且具有正屈光度。第四透镜群配置于第三透镜群与缩小侧之间，且具有正屈光度。第五透镜群配置于第四透镜群与缩小侧之间，且具有正屈光度。孔径光阑配置于第二透镜群与第三透镜群之间。变焦镜头符合0.3＜f1/TT＜0.7，其中f1为第一透镜群的有效焦距，且TT为变焦镜头的总长。此种变焦镜头具有简单的架构与高变焦比。
文档编号G02B15/16GK102062933SQ20091022205
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者廖陈成 申请人:中强光电股份有限公司