CN113253444A - 变焦投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变焦投影系统，其可将架构拆成五个群，即为第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、第四透镜群及第五透镜群，第一透镜群包括第一透镜及第二透镜；第二透镜群包括第三透镜；第三透镜群包括第四透镜及第五透镜所组成的双胶合透镜；第四透镜群包括第六透镜、第七透镜及第八透镜所组成的三胶合透镜及第九透镜；第五透镜群包括第十透镜，并以各透镜群的相互配合，使透镜组合架构简单及成本便宜，能兼顾投影成像质量的提高。

Description

变焦投影系统
技术领域
本发明有关一种变焦投影系统，尤指一种以各透镜群的相互配合，使透镜组合架构简单及成本便宜，能兼顾投影成像质量。
背景技术
由于投影机的技术已逐渐成熟，其主要在于影像能清晰成像，而投影的技术特征由多个透镜群进行变焦或定焦。各该透镜群的焦距及各该透镜群的透镜组合架构皆影响投影成像质量，而如何调整各该透镜群的焦距，并配合各该透镜群的透镜组合架构简单及成本便宜，也能兼顾投影成像质量，为本发明所欲解决的课题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种变焦投影系统，其以各透镜群的相互配合，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提高。
本发明的又一目的在于提供一种变焦投影系统，其以各透镜群的相互配合，进而使各透镜群之间配置光圈大，以提高投影成像质量。
为达上述目的，本发明采用的技术手段包含：一第一透镜群，具有负屈光力，包括至少一第一透镜及一第二透镜，该第一透镜为具有负功率的弯月非球面透镜及该第二透镜为具有负功率的球面透镜；一第二透镜群，具有正屈光力，包括至少一第三透镜；一第三透镜群，具有正屈光力，包括至少一双胶合透镜，该双胶合透镜具有正功率，并由一第四透镜及一第五透镜所组成；一第四透镜群，具有正屈光力，包括至少一三胶合透镜及一第九透镜，该三胶合透镜具有负功率，并由一第六透镜、一第七透镜及一第八透镜所组成，该第七透镜为双凹球面透镜，该第八透镜为具有正功率的双凸透镜；以及一第五透镜群，具有正屈光力，包括至少一第十透镜。
在本发明一实施例中，该第一透镜的焦距在-25mm～-50mm之间；该第二透镜的焦距在-25mm～-50mm之间；该双胶合透镜的焦距在25mm～80mm之间；该三胶合透镜的焦距在-20mm～-50mm之间；该第七透镜的焦距在-5mm～-20mm之间；该第八透镜的焦距在20mm～50mm之间。
在本发明一实施例中，该第二透镜的阿贝数介于50～82之间。
在本发明一实施例中，该第七透镜的阿贝数介于20～28之间。
在本发明一实施例中，该第一透镜为塑料所构成；该第二透镜为玻璃所构成；该双胶合透镜为玻璃所构成；该第七透镜为玻璃所构成；该第八透镜为模造玻璃所构成。
在本发明一实施例中，该第一透镜群的阿贝数加总总和介于90～140之间；该第二透镜群的阿贝数介于25～55之间；该第三透镜群的阿贝数加总总和介于50～90之间；该第四透镜群的阿贝数加总总和介于200～260之间；该第五透镜群的阿贝数介于10～20之间。
在本发明一实施例中，该变焦投影系统满足以下条件:
-2.0>f1a/fw<-1.0；
7.5>f4/fw<6；
1.35<Bf/fw<1.45；
其中，f1a为该第一透镜群的有效焦距与广角状态下的焦距相除，f4为该第四透镜群的有效焦距与广角状态下的焦距相除，fw为广角状态下的焦距，Bf为广角端的后焦距等效空气隙。
在本发明一实施例中，该变焦投影系统可切换广角端与望远端，并设定该第一透镜群为对焦群，令该第一透镜群与该第五透镜群不移动，而该第二透镜群、该第三透镜群及该第四透镜群对一成像元件进行远近变化，当切换成广角端时，则该第二透镜群靠近该成像元件、该第三透镜群靠近该成像元件及该第四透镜群靠近该成像元件，或当切换成望远端时，则该第二透镜群远离该成像元件、该第三透镜群远离该成像元件及该第四透镜群远离该成像元件。
在本发明一实施例中，该变焦投影系统的投影变倍比为高变焦倍率1.25x。
在本发明一实施例中，还包括一光圈，光圈的F值介于1.6～2.0之间，并位于该第三透镜群与该第四透镜群之间。
根据以上技术手段，本发明以各该透镜群的相互配合，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提高，及使各该透镜群之间配置光圈大，以提高投影成像质量。
附图说明
图1A为本发明切换成广角端的透镜配置示意图。
图1B为本发明切换成广角端的成像面呈现0.0000mm像高的横向光线扇形图。
图1C为本发明切换成广角端的成像面呈现1.5610mm像高的横向光线扇形图。
图1D为本发明切换成广角端的成像面呈现3.9010mm像高的横向光线扇形图。
图1E为本发明切换成广角端的成像面呈现5.4620mm像高的横向光线扇形图。
图1F为本发明切换成广角端的成像面呈现7.8030mm像高的横向光线扇形图。
图1G为本发明切换成广角端的场曲图。
图1H为本发明切换成广角端的畸变图。
图2A为本发明切换成望远端的透镜配置示意图。
图2B为本发明切换成望远端的成像面呈现0.0000mm像高的横向光线扇形图。
图2C为本发明切换成望远端的成像面呈现1.5610mm像高额横向光线扇形图。
图2D为本发明切换成望远端的成像面呈现3.9010mm像高的横向光线扇形图。
图2E为本发明切换成望远端的成像面呈现5.4620mm像高的横向光线扇形图。
图2F为本发明切换成望远端的成像面呈现7.8030mm像高的横向光线扇形图。
图2G为本发明切换成望远端的场曲图。
图2H为本发明切换成望远端的畸变图。
附图标记说明：10-第一透镜群；20-第二透镜群；30-第三透镜群；40-第四透镜群；50-第五透镜群；60-变焦投影系统；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-第九透镜；L10-第十透镜；C1-双胶合透镜；C2-三胶合透镜；S-光圈；M-成像元件；IMA-成像面；λ1-第一波长；λ2-第二波长；λ3-第三波长；1R1、1R2、2R1、2R2、3R1、3R2、4R1、5R1、5R2、6R1、7R1、8R1、8R2、9R1、9R2、10R1、10R2-表面；D1-第一移动距离；D2-第二移动距离；D3-第三移动距离；D4-第四移动距离；P-棱镜；T-穿透式平顺图像装置；G-盖板玻璃。
具体实施方式
首先，请参阅图1A～1H、图2A～2H所示，本发明一种变焦投影系统60的较佳实施例包含：一第一透镜群10，具有负屈光力，包括至少一第一透镜(L1)及一第二透镜(L2)，该第一透镜(L1)为具有负功率的弯月非球面透镜及该第二透镜(L2)为具有负功率的球面透镜，在本实施例中，该第一透镜(L1)的焦距在-25mm～-50mm之间，并由塑料所构成；该第二透镜(L2)的焦距在-25mm～-50mm之间，并由玻璃所构成，且其阿贝数介于50～82之间，该第二透镜(L2)也可为双凹球面透镜，但不限定于此。
一第二透镜群20，具有正屈光力，包括至少一第三透镜(L3)，在本实施例中，该第三透镜(L3)为双凸透镜，但不限定于此。
一第三透镜群30，具有正屈光力，包括至少一双胶合透镜(C1)，该双胶合透镜(C1)具有正功率，并由一第四透镜(L4)及一第五透镜(L5)所组成，在本实施例中，该双胶合透镜(C1)的焦距在25mm～80mm之间，且该第四透镜(L4)为双凸透镜、该第五透镜(L5)为凸凹透镜，但不限定于此。
一第四透镜群40，具有正屈光力，包括至少一三胶合透镜(C2)及一第九透镜(L9)，该三胶合透镜(C2)具有负功率，并由一第六透镜(L6)、一第七透镜(L7)及一第八透镜(L8)所组成，该第七透镜(L7)为双凹球面透镜，该第八透镜(L8)为具有正功率的双凸透镜，在本实施例中，该三胶合透镜(C2)的焦距在-20mm～-50mm之间；该第六透镜(L6)为凹凸透镜；该第七透镜(L7)的焦距在-5mm～-20mm之间，并由玻璃所构成，且其阿贝数介于20～25之间；该第八透镜(L8)的焦距在20mm～50mm之间，并由模造玻璃所构成；该第九透镜(L9)为双凸透镜，但不限定于此。
一第五透镜群50，具有正屈光力，包括至少一第十透镜(L10)，在本实施例中，该第十透镜为平凸透镜，但不限定于此。此外，在本实施例中，还包括一光圈(Stop)(S)，光圈的F值介于1.6～2.0之间，并位于该第三透镜群30与该第四透镜群40之间，但不限定于此。
进一步说明，该变焦投影系统60以各该透镜(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10)归纳于各该透镜群10、20、30、40、50，而计算出各该透镜群10、20、30、40、50的阿贝数，在本实施例中，该第一透镜群10的阿贝数加总总和介于90～140之间；该第二透镜群20的阿贝数介于25～55之间；该第三透镜群30的阿贝数介于50～90之间；该第四透镜群40的阿贝数加总总和介于200～260之间；该第五透镜群50的阿贝数介于10～20之间，且各该透镜群10、20、30、40、50的相互配合，从而可应用于变焦，并满足以下条件:
-2.0>f1a/fw<-1.0；
7.5>f4/fw<6；
1.35<Bf/fw<1.45；
其中，f1a为该第一透镜群10的有效焦距(effective focal length,efl)与广角状态下的焦距相除，f4为该第四透镜群40的有效焦距与广角状态下的焦距相除，fw为广角状态下的焦距，Bf为广角端的后焦距等效空气隙，在本实施例中，f1a可为-14.059；fw可为12.562；f4可为89.380；Bf可为14.130，但不限定于此。
在本实施例中，该变焦投影系统60可应用于变焦时，亦可切换广角端与望远端，并设定该第一透镜群10为对焦群，令该第一透镜群10与该第五透镜群50不移动，而该第二透镜群20、该第三透镜群30及该第四透镜群40对一成像元件(M)进行远近变化，当切换成广角端时，则该第二透镜群靠近该成像元件(M)、该第三透镜群30靠近该成像元件(M)及该第四透镜群40靠近该成像元件(M)，或当切换成望远端时，则该第二透镜群20远离该成像元件(M)、该第三透镜群30远离该成像元件(M)及该第四透镜群40远离该成像元件(M)，但不限定于此。
此外，该成像元件(M)的成像面(IMA)与该第十透镜(L10)之间设有一穿透式平顺图像装置(Transmissive Smooth Picture Actuator)(T)，此为一可快速微量旋转的玻璃平板装置，通过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；一棱镜(P)，设在该穿透式平顺图像装置(T)的后方，并在该棱镜(P)的后方依序排列一盖板玻璃(Cover Glass)(G)，使该变焦投影系统60形成一远心变焦投影系统，但不限定于此。
配合表一所示，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)、该第九透镜(L9)及该第十透镜(L10)的表面的半径(Radius)、厚度(Thickness)、折射率(Nd)及阿贝数(Vd)。
表一
Figure BDA0002382233740000071
进一步说明，该1R1、1R2分别为该第一透镜(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为该第四透镜(L4)的投影侧表面；该5R1、5R2分别为该第五透镜(L4)的投影侧表面、影像源侧表面；该6R1为该第六透镜(L6)的投影侧表面；该7R1为该第七透镜(L7)的投影侧表面；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分别为该第九透镜(L9)的投影侧表面、影像源侧表面；该10R1、10R2分别为该第十透镜(L10)的投影侧表面、影像源侧表面。
配合表二所示，其非球面透镜(ASPH)中列出该1R1、1R2分别为该非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10th、12th、14th、16th；配合表三所示，其非球面透镜(ASPH)中列出该8R1、8R2分别为该非球面透镜的投影侧表面、影像源侧表面，并列出该非球面透镜的Conic、4TH、6TH、8TH、10th、12th、14th、16th。
表二
ASPH 1R<sub>1</sub> 1R<sub>2</sub>
Radius 14.64 7.40
Conic -0.49 -1.76
4TH -1.50E-04 8.10E-05
6TH 6.40E-07 -4.40E-07
8TH -1.84E-09 4.78E-09
10th 9.45E-13 -9.22E-13
12th 9.61E-15 -2.89E-13
14th -2.70E-17 2.00E-15
16th 2.00E-20 -4.23E-18
表三
ASPH 8R<sub>1</sub> 8R<sub>2</sub>
Radius 26.65 -41.10
Conic 0.00 -1.08
4TH 0.00E+00 2.30E-05
6TH 0.00E+00 -1.90E-07
8TH 0.00E+00 1.37E-08
10th 0.00E+00 -4.47E-10
12th 0.00E+00 8.46E-12
14th 0.00E+00 -8.54E-14
16th 0.00E+00 3.53E-16
配合表四所示，其该变焦投影系统60可切换成广角(Wide)端或望远(Tele)端，并以该第一透镜群10与该第二透镜群20之间具有一第一移动距离(D1)；以该第二透镜群20与该第三透镜群30之间具有一第二移动距离(D2)；以该第三透镜群30与该第四透镜群40之间具有一第三移动距离(D3)；以该第四透镜群40与该第五透镜群50之间具有一第四移动距离(D4)，并配合该变焦投影系统60的投影变倍比为高变焦倍率(zoom ratio)1.25x，因此，该变焦投影系统60在固定的投影距离下，投影画面可作广角端与望远端的调变。
表四
Figure BDA0002382233740000091
当该变焦投影系统60切换成广角端，其以一第一波长(λ1)、一第二波长(λ2)及一第三波长(λ3)分别为0.486um、0.588um及0.656um，并分别可模拟出图1B、图1C、图1D、图1E、图1F的不同横向光线扇形图，而在同一成像面(IMA)分别呈现0.0000mm、1.5610mm、3.9010mm、5.4620mm、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1G的场曲(Field Curvature)图及图1H的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为31.764度，或该变焦投影系统60切换成望远端，其以一第一波长(λ1)、一第二波长(λ2)及一第三波长(λ3)分别为0.486um、0.588um及0.656um，并分别可模拟出图2B、图2C、图2D、图2E、图2F的不同横向光线扇形图，而在同一成像面(IMA)分别呈现0.0000mm、1.5610mm、3.9010mm、5.4620mm、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2G的场曲(Field Curvature)图及图2H的畸变(Distortion)图，其最大视场(Maximum Field)为26.317度，通过上述仿真曲线及数据，亦证明该变焦投影系统60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。
上述所说明的图式、说明，仅为本发明的较佳实施例，凡熟悉此项技艺人士，依本案精神范畴所作的修饰或等效变化，仍应包括在本案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变焦投影系统，其特征在于，包含：
一第一透镜群，具有负屈光力，包括至少一第一透镜及一第二透镜，该第一透镜为具有负功率的弯月非球面透镜及该第二透镜为具有负功率的球面透镜；
一第二透镜群，具有正屈光力，包括至少一第三透镜；
一第三透镜群，具有正屈光力，包括至少一双胶合透镜，该双胶合透镜具有正功率，并由一第四透镜及一第五透镜所组成；
一第四透镜群，具有正屈光力，包括至少一三胶合透镜及一第九透镜，该三胶合透镜具有负功率，并由一第六透镜、一第七透镜及一第八透镜所组成，该第七透镜为双凹球面透镜，该第八透镜为具有正功率的双凸透镜；以及
一第五透镜群，具有正屈光力，包括至少一第十透镜。
2.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该第一透镜的焦距在-25mm～-50mm之间；该第二透镜的焦距在-25mm～-50mm之间；该双胶合透镜的焦距在25mm～80mm之间；该三胶合透镜的焦距在-20mm～-50mm之间；该第七透镜的焦距在-5mm～-20mm之间；该第八透镜的焦距在20mm～50mm之间。
3.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该第二透镜的阿贝数介于50～82之间。
4.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该第七透镜的阿贝数介于20～28之间。
5.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该第一透镜为塑料所构成；该第二透镜为玻璃所构成；该双胶合透镜为玻璃所构成；该第七透镜为玻璃所构成；该第八透镜为模造玻璃所构成。
6.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该第一透镜群的阿贝数加总总和介于90～140之间；该第二透镜群的阿贝数介于25～55之间；该第三透镜群的阿贝数加总总和介于50～90之间；该第四透镜群的阿贝数加总总和介于200～260之间；该第五透镜群的阿贝数介于10～20之间。
7.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该变焦投影系统满足以下条件:
-2.0>f1a/fw<-1.0；
7.5>f4/fw<6；
1.35<Bf/fw<1.45；
其中，f1a为该第一透镜群的有效焦距与广角状态下的焦距相除，f4为该第四透镜群的有效焦距与广角状态下的焦距相除，fw为广角状态下的焦距，Bf为广角端的后焦距等效空气隙。
8.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该变焦投影系统能够切换广角端与望远端，并设定该第一透镜群为对焦群，令该第一透镜群与该第五透镜群不移动，而该第二透镜群、该第三透镜群及该第四透镜群对一成像元件进行远近变化，当切换成广角端时，则该第二透镜群靠近该成像元件、该第三透镜群靠近该成像元件及该第四透镜群靠近该成像元件，或当切换成望远端时，则该第二透镜群远离该成像元件、该第三透镜群远离该成像元件及该第四透镜群远离该成像元件。
9.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，该变焦投影系统的投影变倍比为高变焦倍率1.25x。
10.如权利要求1所述的变焦投影系统，其特征在于，还包括一光圈，光圈的F值介于1.6～2.0之间，并位于该第三透镜群与该第四透镜群之间。
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