CN1384383A - 投影变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

投影变焦镜头包括具有负折射比的第一透镜组,具有正折射比的第二透镜组,具有负折射比的第三透镜组,和具有正折射比的第四透镜组;它们沿光轴以从屏幕侧向像平面侧的顺序布置;第一和第四透镜组是固定的,和第二和第三透镜组从广角倍率范围到远摄倍率范围可按不同的倍率沿光轴移动。第二透镜组包括一个第2组第一正透镜,一个由在像平面侧具有凸面的第2组第二正透镜和一个在屏幕侧具有凹面的第2组第一负透镜结合的第2组第一组合透镜,和一个第2组第三正透镜,它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置。第三透镜组包括一个在像平面侧具有凹表面的第3组第一凹凸透镜,一个由具有相对凹面的第3组第一负透镜和一个具有相对凸面的第3组第一正透镜结合的第3组第一组合透镜,和一个在像平面侧具有凸表面的第3组第二凹凸透镜,它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置。第一透镜组的焦距是fl,第2组第一正透镜和第2组第一组合透镜的组合焦距是f2AB,符号与焦距fl的符号相反,并且焦距fl和组合焦距f2AB满足不等式:0.5<|f1/f2AB|<2.0。

Description

投影变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种适合在投影仪上使用的投影变焦镜头，该镜头用于将在胶片，幻灯片或者液晶显示器上形成的影像以放大的图片投射在屏幕上。
背景技术
大多用于将在胶片，幻灯片或者液晶显示器上形成的影像以放大的图片投射在屏幕上的投影仪具有使用远心变焦镜头的投影光学系统。
多数远心变焦镜头，如那些已在日本特许公开号为JP137165/2000，186235/1998，206409/2000，019400/2000，190821/1999，168193/1998，243917/1999和231219/1999中公开的，当设置最大张角时具有约25°的半视场角。
具有30°半视场角，例如在JP206409/2000中公开的远心变焦镜头，用非球面镜作为第一透镜组或者最后透镜组的较大透镜，以减小由于增加视场角引起的球差，尤其是畸变。
投影变焦镜头有一个约如1.4的变焦比，并且多数投影变焦镜头是两组透镜型，三组透镜型，四组透镜型或者五组透镜型。
在投影变焦镜头中，第一透镜组具有高功率以宽视场角接收光线，并因此趋于引起象差。
广角远心变焦镜头利用一非球面镜减小象差。该非球面镜设置在屏幕侧前透镜的附近或者在像平面侧后透镜的附近以减小象差。因此，现有广角远心变焦镜头在其出口或者入口侧提供一非球面镜以减小象差。
有时，使用一个非球面镜除色差外不但起减小畸变的作用而且起减小其它象差的作用。
可是，因为在现有的远心变焦镜头中非球面镜被设置在出口侧或者入口侧，所以远心变焦镜头设计的宗旨主要是仅减小畸变，并因此远心变焦镜头不能满意地减小其它象差。
发明内容
因此，本发明的目的是为解决上述现有投影变焦镜头的问题，提供一种结构简单的广角投影变焦镜头，包括限制透镜数量和能够令人满意地减小象差，并提供一种具有高质量图象的投影仪。
为了达到该目的，本发明提供一投影变焦镜头包括具有负折射比的第一透镜组，具有正折射比的第二透镜组，具有负折射比的第三透镜组，和具有正折射比的第四透镜组；其中第一，第二，第三和第四透镜组沿光轴以从屏幕侧向像平面侧的顺序布置；第一和第四透镜组是固定的，和第二和第三透镜组从广角倍率范围到远摄倍率范围可按不同的倍率沿光轴移动；第二透镜组包括一个第2组第一正透镜，一个由在像平面侧具有凸面的第2组第二正透镜和一个在屏幕侧具有凹面的第2组第一负透镜结合的第2组第一组合透镜，和一个第2组第三正透镜，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置；第三透镜组包括一个在像平面侧具有凹表面的第3组第一凹凸透镜，一个由具有相对凹面的第3组第一负透镜和一个具有相对凸面的第3组第一正透镜结合的第3组第一组合透镜，和一个在像平面侧具有凸表面的第3组第二凹凸透镜，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置；第一透镜组的焦距是f1，第2组第一正南透镜和第2组第一组合透镜的组合焦距是f2AB，符号与焦距f1的符号相反，并且焦距f1和组合焦距f2AB满足不等式：
0.5＜|f1/f2AB|＜2.0
在根据本发明的投影变焦镜头中，第2组第三正透镜像平面侧的表面与第3组第一凹凸透镜屏幕侧的表面之间的距离d在用于广角倍率范围的值dW和用于远摄倍率范围的值dT之间变化，并且值dW和dT满足不等式：
2.0＜dT/dW＜4.0
在根据本发明的投影变焦镜头中，第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜设置在光圈位置附近的位置上，在此从像平面射出的主要光线与光轴交叉。
在根据本发明的投影变焦镜头中，第3组第一凹凸透镜是非球面透镜。
在根据本发明的投影变焦镜头中，所有透镜都是球面透镜。
在根据本发明的投影变焦镜头中，第二透镜组包括第一透镜小组和第二透镜小组以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置，第一透镜小组是第2组第一正透镜，第二透镜小组是第2组第二正透镜，第2组第一组合透镜和第2组第三正透镜。
在根据本发明的投影变焦镜头中，第一透镜组的焦距f1与第2组第一正透镜和第2组第一组合透镜的组合焦距f2AB的符号相反，并满足不等式：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2组第一正透镜和第2组第一组合透镜在第二透镜组的屏幕侧的组合倍率基本上等于第一透镜组的倍率，并且与第一透镜组倍率的符号相反。因此，即使第一透镜组的倍率较大，由第一和第二透镜组产生的畸变也可互相抵消。当|f1/f2AB|不小于2.0或者不大于0.5时，限制当投影变焦镜头设置在广角倍率时产生的较小畸变，和其它象差如象场弯曲和慧形象差的增加是困难的。
第二透镜组的第2组第一组合透镜的作用是作为消色差透镜用于降低放大的色差。
而第二透镜组的第2组第三正透镜，和第三透镜组的第3组第一凹凸透镜相互独立移动，第2组第三正透镜的像平面侧的表面和第3组第一凹凸透镜相互比较接近，第2组第三正透镜像平面侧的表面和第3组第一凹凸透镜之间的位置关系满足不等式：2.0＜dT/dW＜4.0。当dT/dW不小于4.0时，第二透镜组的组合焦距长，第二透镜组的移动距离增加且投影变焦镜头的长度太长，当dT/dW不大于2.0时，第二透镜组的组合焦距短，易于产生象差。
因为第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜设置的位置在光圈位置附近，在此从像平面发射的主要光线与光轴相交，当光圈大时易于形成的光斑的形成能够被抑制，在该位置处不需要设置孔径光阑，而传统的投影变焦镜头在该位置处设置孔径光阑。特别地，当投影变焦镜头设置在广角倍率范围时光斑的形成可以有效地被抑制。光圈的位置表示适合设置孔径光阑的位置的条件与从像平面发射的主光线与光轴交叉的位置一致。根据主光线与光轴交叉第2组第三正透镜的位置和第3组第一凹凸透镜的位置比其它透镜的位置近，并且其距离等于透镜厚度的数倍，如是透镜厚度的三倍。
第2组第三正透镜像平面侧的表面和第3组第一凹凸透镜屏幕侧的表面之间的距离d当倍率从广角倍率范围到远摄倍率范围变化时增加，并且当距离dW和dT满足不等式：2.0＜dT/dW＜4.0时，第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜可以设置在光圈附近的位置上。因此，当光圈大时易于形成的光斑的形成能够被抑制，在该位置处不需要设置孔径光阑，而传统的投影变焦镜头在该位置处设置孔径光阑。特别地，当投影变焦镜头设置在广角倍率范围时光斑的形成可以有效地被抑制。
通过用非球面透镜作为第3组第一凹凸透镜能够进一步有效地改进象差。比较用非球面透镜作为在最靠近屏幕的前透镜附近或者在最靠近像平面的后透镜附近的透镜，使用非球面镜的目的不仅是减小畸变，使用球面镜的目的也不限于减小畸变，非球面透镜能够用于减小包括球差和象散的其它象差。因为上述非球面透镜的直径小于作为前和后透镜的非球面透镜的直径，所以在前和后透镜附近的透镜可以由廉价材料形成，能够降低投影变焦镜头的生产成本。
由于第二透镜组包括可相互独立移动的第一和第二透镜小组，因此第一透镜小组是第2组第一正透镜，第二透镜小组是第2组第二正透镜，第2组第一组合透镜和第2组第三正透镜，不难于满足不等式：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜不难于设置在光圈附近的位置上，并且能够抑制当光圈增大时易于形成的光斑的形成。
在权利要求7，8，9，11和12中，由“大约”改变数值是下面的数值。例如在权利要求7中“大约0.94”表示比0.93大和比0.95小的数值。类似地，“大约3.3”表示比3.2大和比3.4小的数值，“大约1.0”表示比0.9大和比1.1小的数值，“大约3.1”表示比3.0大和比3.2小的数值，“大约0.73”表示比0.72大和比0.74小的数值，“大约2.7”表示比2.6大和比2.8小的数值，“大约28mm”表示长度比27mm大和比29mm小，“大约29°”表示角度比28°大和比30°小。
根据本发明，能够提供一种投影仪，它包括一个用于形成像的成像装置和一个用于投射像的投影变焦镜头，其中投影变焦镜头由上述任意一个投影变焦镜头给出。该投影仪能够提供高质量的像。这种成像装置可以是光调制装置如液晶显示器或者包括例如微反射镜，胶片或者幻灯片的装置。
附图说明
本发明的上述和其它目的，作用和改进将在下面依照附图进行的描述中更多地表示出来，其中：
图1(a)，1(b)和1(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的根据本发明投影变焦镜头第一实施例的侧视图；
图2是图1所示投影变焦镜头的透镜数据表，其中OBJ代表表面序号，RDY代表曲率半径(mm)，THI代表透镜的厚度或者每一相邻表面的间隔，当如图1所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围，标准倍率和远摄倍率范围时，*1，*2和*3分别代表透镜组之间的距离。
图3(A)，3(B)和3(C)分别是当图1所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，由图1所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图4(A)，4(B)和4(C)分别是当图1所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围时，由图1所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图5(A)，5(B)，5(C)，5(D)和5(E)分别是当图1所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围，相对视场高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00时横向象差的图表；
图6(A)，6(B)，6(C)，6(D)和6(E)分别是当图1所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围，相对视场高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00时横向象差的图表；
图7(a)，7(b)和7(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的根据本发明投影变焦镜头第二实施例的侧视图；
图8是图7所示投影变焦镜头的透镜数据表，其中OBJ代表表面序号，RDY代表曲率半径(mm)，THI代表透镜的厚度或者每一相邻表面的间隔，当如图7所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围，标准倍率和远摄倍率范围时，*1，*2和*3分别代表透镜组之间的距离。
图9(A)，9(B)和9(C)分别是当图7所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，由图7所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图10(A)，10(B)和10(C)分别是当图7所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围时，由图7所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图11(A)，11(B)，11(C)，11(D)和11(E)分别是当图7所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，相对视场高度是1.00的横向象差的图表，相对视场高度是0.80的象差的图表，相对视场高度是0.60，相对视场高度是0.40和相对视场高度是0.00时象差的图表；
图12(A)，12(B)，12(C)，12(D)和12(E)分别是当图7所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围，相对视场高度是1.00的横向象差的图表，相对视场高度是0.80的象差的图表，相对视场高度是0.60，相对视场高度是0.40和相对视场高度是0.00时象差的图表；
图13(a)，13(b)和13(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的根据本发明投影变焦镜头第三实施例的侧视图；
图14是图13所示投影变焦镜头的透镜数据表，其中OBJ代表表面序号，RDY代表曲率半径(mm)，THI代表透镜的厚度或者每一相邻表面的间隔，当如图13所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围，标准倍率和远摄倍率范围时，*1，*2和*3分别代表透镜组之间的距离。
图15(A)，15(B)和15(C)分别是当图13所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，由图13所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图16(A)，16(B)和16(C)分别是当图13所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围时，由图13所示投影变焦镜头引起的球差，象散和畸变的图表。
图17(A)，17(B)，17(C)，17(D)和17(E)分别是当图13所示的投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，相对视场高度是1.00的横向象差的图表，相对视场高度是0.80的象差的图表，相对视场高度是0.60，相对视场高度是0.40和相对视场高度是0.00时象差的图表；
图18(A)，18(B)，18(C)，18(D)和18(E)分别是当图13所示的投影变焦镜头设置在远摄倍率范围，相对视场高度是1.00的横向象差的图表，相对视场高度是0.80的象差的图表，相对视场高度是0.60，相对视场高度是0.40和相对视场高度是0.00时象差的图表；
图19是当在图13所示的投影变焦镜头中包括的第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜置于从像平面射出的主要光线与投影变焦镜头的光轴相交的光圈位置附近时，有助于解释光线路径的侧视图。
具体实施方式
图1，7和13代表分别设置在广角倍率范围的广角范围((a))，设置在标准倍率的标准范围((b))，和设置在远摄倍率范围的远摄范围((c))投影变焦镜头2的第一，第二和第三实施例。
如图13所示投影变焦镜头2包括4个透镜组，即，具有负折射比的第一透镜组，具有正折射比的第二透镜组20，具有负折射比的第三透镜组30，和具有正折射比的第四透镜组40；它们按照从屏幕侧(如图1所示的左侧)向像平面侧(如图1所示的右侧)的顺序布置。该投影变焦镜头2设置在投影仪中。该投影仪包括一个成像装置。该成像装置有3个液晶显示器。由3个液晶显示器形成的3个像由组合棱镜70组合。组合棱镜设置在第四透镜组40侧的像平面上。由组合棱镜70组合的像由投影变焦镜头2投射到屏幕上。3个液晶显示器设置在变焦镜头2的像平面附近。图1中的右侧叫做像平面侧代替物点侧，因为形成在胶片，幻灯片或者液晶显示器上的像位于像平面侧。
通过沿投影变焦镜头2的光轴向屏幕侧移动第二透镜组20和第三透镜组30，投影变焦镜头2的倍率从广角倍率范围向远摄倍率范围变化，而第一透镜组10和第四透镜组40保持不动。
第二透镜组20包括一个第2组第一正透镜21，一个面对像平面侧具有凸面的第2组第二正透镜和一个面对屏幕侧具有凹面的第2组第一负透镜23结合的第2组第一组合透镜25，和一个第2组第三正透镜24，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置。根据本发明第三实施例的投影变焦镜头2，第二透镜组20包括一个第一透镜小组20a和一个第二透镜小组20b，它们可独立地移动。
第三透镜组30包括一个面对像平面侧具有凹表面的第3组第一凹凸透镜31，一个由具有相对凹面的第3组第一负透镜32和一个具有相对凸面的第3组第一正透镜33结合的第3组第一组合透镜35，和一个面对像平面侧具有凸表面的第3组第二凹凸透镜34，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置。
第一透镜组10包括一个正透镜11，凹凸透镜12和一个有相对凹面的负透镜13，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置。在第三实施例中，第一透镜组10另外包括一个设置在负透镜13的像平面侧的负透镜14。
第四透镜组40是一个单一的正透镜41。
第一透镜组10的焦距是f1，第2组第一正透镜21和第2组第一组合透镜25的组合焦距是f2AB，符号与焦距f1的符号相反。焦距f1和组合焦距f2AB满足不等式：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0。
第2组第三正透镜24像平面测的表面与第3组第一凹凸透镜31屏幕侧的表面之间的距离d从投影变焦镜头2设置在广角倍率范围的广角范围状态的距离dW向投影变焦镜头2设置在远摄倍率范围的远摄范围状态的距离dT增加。距离dW和dT满足不等式：2.0＜dT/dW＜4.0。
第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31设置在光圈位置60附近(图19)，在此从像平面射出的主要光线分别与投影变焦镜头2的光轴交叉。这种第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31的位置之间的位置关系通常适用于第一，第二和第三实施例。图19以举例方式示出第三实施例光线的路径。
第2组第三正透镜24像平面侧的表面与第3组第一凹凸透镜31屏幕侧的表面之间的距离d从投影变焦镜头2设置在广角倍率范围的广角范围状态的距离dW向投影变焦镜头2设置在远摄倍率范围的远摄范围状态的距离dT增加。距离dW和dT满足不等式：2.0＜dT/dW＜4.0。
将详细描述根据本发明投影变焦镜头2的第一实施例。
图1(a)，1(b)和1(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的根据本发明投影变焦镜头第一实施例的侧视图。在第一实施例中所有投影变焦镜头2的第一透镜组10，第二透镜组20，第三透镜组30和第四透镜组40的组合透镜是球面透镜。
下面是第一实施例投影变焦镜头2的数据
焦距f：28.2mm(广角范围设置)到37.6mm(远摄范围设置)，f值FNO：1.7到2.0，dT/dW：3.29，|f1/f2AB|＝0.94
投影变焦镜头2符合所需条件：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
图2是图1所示投影变焦镜头的透镜数据表，其中OBJ代表顺序地指定给从屏幕侧到像平面侧的透镜表面的表面序号，RDY代表曲率半径(mm)，THI代表透镜的厚度或者每一相邻表面的间隔，GLA代表透镜材料的D线折射率指数和色散系数。例如GLA1.70200-40.2表示透镜材料有一个1.70200的D线折射率指数和40.2的色散系数。
图2中，由*1规定的数值是当投影变焦镜头设置在广角范围，标准和远摄范围时，负透镜13的像平面侧表面和第2组第一正透镜21的屏幕侧表面之间的距离，由*2规定的数值是当投影变焦镜头设置在广角范围，标准和远摄范围时，第2组第一负透镜23的像平面侧表面和第2组第三正透镜24的屏幕侧表面之间的距离，由*3规定的数值是当投影变焦镜头设置在广角范围，标准和远摄范围时，第3组第二凹凸透镜34的像平面侧表面和正透镜41的屏幕侧表面之间的距离。
当设置在广角范围由投影变焦镜头2引起的象差如图3和5所示，和当设置在远摄范围由投影变焦镜头2引起的象差如图4和6所示。图3(A)和4(A)显示球差，图3(B)和4(B)显示象散，及图3(C)和4(C)显示畸变。在图3(B)和4(B)中，曲线S和T分别表示关于径向影像表面和切向影像表面的象差。当相对视场高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00时，图5(A)和6(A)，5(B)和6(B)，5(C)和6(C)，5(D)和6(D)和5(E)和6(E)分别是横向象差的图表。
下面将描述根据本发明投影变焦镜头2的第二实施例。
图7(a)，7(b)和7(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的投影变焦镜头2第二实施例的侧视图；在投影变焦镜头2的第二实施例中，第三透镜组的第3组第一凹凸透镜31是一个非球面镜，并且第一透镜组10，第二透镜组20，第三透镜组30和第四透镜组40的所有其余透镜是球面镜。
非球面镜第3组第一凹凸透镜3 1在屏幕侧有一个非球面表面，在像平面侧有一个球面表面。第3组第一凹凸透镜31的非球面表面由式(1)定义 x = Ry 2 1 + 1 + ( 1 + K ) R 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 5 + Cy 10 . . . . . . ( 1 ) 其中R表示第14号表面的曲率半径(RDY)。系数值K，A，B，C和D由图8示出。
下面是投影变焦镜头2第二实施例的数据。
焦距f：28.1mm(广角范围设置)到37.3mm(远摄范围设置)，f值FNO：1.7到2.0，dT/dW：3.08，|f1/f2AB|＝1.0
投影变焦镜头2符合所需条件：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
当设置在广角范围时由投影变焦镜头2引起的象差如图9和11所示，和当设置在远摄范围时由投影变焦镜头2引起的象差如图10和12所示。图9(A)和10(A)显示球差，图9(B)和10(B)显示象散，及图9(C)和10(C)显示畸变。在图9(B)和10(B)中，曲线S和T分别表示关于径向影像表面和切向影像表面的象差。当相对视场高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00时，图11(A)和12(A)，11(B)和12(B)，11(C)和12(C)，11(D)和12(D)和11(E)和12(E)分别是横向象差的图表。
下面将描述根据本发明投影变焦镜头2的第三实施例。
图13(a)，13(b)和13(c)分别是设置在广角倍率范围的广角范围，设置在标准倍率范围的标准范围，和设置在远摄倍率范围的远摄范围的投影变焦镜头第三实施例的侧视图。在投影变焦镜头2的第三实施例中，第二透镜组20包括第一透镜小组20a和第二透镜小组20b以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置，第一透镜小组20a是单一的第2组第一正透镜21，第二透镜小组20b是第2组第二正透镜22，第2组第一组合透镜23和第2组第三正透镜24。
第一透镜组10有一个设置在负透镜13像平面侧的负透镜14。
如图19中，第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31设置在光圈位置60附近的位置上，在此从像平面发射的主要光线分别与投影变焦镜头2的光轴相交。因此，在光圈位置附近位置的透镜的配置抑制光斑的形成，在传统投影变焦镜头中在光圈位置处设有孔径光阑，所述光斑当光圈较大时易于形成，尤其是，当投影变焦镜头设置在广角倍率范围时光斑的形成能够被有效抑制。
下面是投影变焦镜头2第三实施例的数据。
焦距f：28.3mm(广角范围设置)到37.6mm(远摄范围设置)，f值FNO：1.7到2.0，dT/dW：2.73，|f1/f2AB|＝0.73
投影变焦镜头2符合所需条件：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
当设置在广角范围时由投影变焦镜头2引起的象差如图15和17所示，和当设置在远摄范围时由投影变焦镜头2引起的象差如图16和18所示。图15(A)和16(A)显示球差，图15(B)和16(B)显示象散，及图15(C)和16(C)显示畸变。在图15(B)和16(B)中，曲线S和T分别表示关于径向影像表面和切向影像表面的象差。当相对视场高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00时，图17(A)和18(A)，17(B)和18(B)，17(C)和18(C)，17(D)和18(D)和17(E)和18(E)分别是横向象差的图表。
在根据本发明的上述投影变焦镜头中，第一透镜组10的焦距f1与第2组第一正透镜21和第2组第一组合透镜25的组合焦距f2AB的符号相反，并满足不等式：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2组第一正透镜21和第2组第一组合透镜25在第二透镜组20的屏幕侧的组合倍率基本上等于第一透镜组10的倍率，并且与第一透镜组10倍率的符号相反。因此，即使第一透镜组10的倍率较大，由第一透镜组10和第二透镜组20产生的畸变也可互相抵消。当|f1/f2AB|不小于2.0或者不大于0.5时，限制当投影变焦镜头2设置在广角倍率时产生的较小畸变，和其它象差如象场弯曲和慧形象差的增加是困难的。
而第二透镜组20的第2组第三正透镜24，和第三透镜组30的第3组第一凹凸透镜31相互独立移动，第2组第三正透镜24的像平面侧表面和第3组第一凹凸透镜31相互比较接近，第2组第三正透镜24的像平面侧表面和第3组第一凹凸透镜31之间的位置关系满足不等式：2.0＜dT/dW＜4.0。当dT/dW不小于4.0时，第二透镜组20的组合焦距长，第二透镜组20的移动距离增加且投影变焦镜头2的长度太长，当dT/dW不大于2.0时，第二透镜组20的组合焦距短，易于产生象差。因此，当投影变焦镜头2满足所需条件：2.0＜dT/dW＜4.0时，投影变焦镜头的总长度短并且象差的产生能够被抑制。
因为第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31设置的位置在光圈位置附近，在此从像平面发射的主要光线与光轴相交，由于在设置孔径光阑位置处的透镜的配置当光圈增加易于引起光斑形成时，该光斑的形成能够被抑制。尤其是，当投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，光斑的形成能够被有效抑制。
当倍率从广角倍率范围到远摄倍率范围变化时，第2组第三正透镜24的像平面侧表面和第3组第一凹凸透镜31的屏幕侧表面之间的距离d增加，并且当距离dW和dT满足所需条件：2.0＜dT/dW＜4.0时，第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31设置在光圈位置60附近的位置上。因此，由于在设置孔径光阑位置处的透镜的配置当光圈增加易于引起光斑形成时，该光斑的形成能够被抑制。尤其是，当投影变焦镜头设置在广角倍率范围时，光斑的形成能够被有效抑制。
通过用非球面透镜作为第3组第一凹凸透镜31能够进一步有效地改进象差。比较用非球面透镜作为在最靠近屏幕的前透镜附近或者在最靠近像平面的后透镜附近的透镜，使用非球面镜的目的不仅是减小畸变，使用球面镜的目的也不限于减小畸变，非球面透镜能够用于减小包括球差和象散的其它象差。因为上述非球面透镜的直径小于作为前和后透镜的非球面透镜的直径，所以在前和后透镜附近的透镜可以由廉价材料形成，能够降低投影变焦镜头的生产成本。
由于第二透镜组20包括可相互独立移动的第一透镜小组20a和第二透镜小组20b，因此第一透镜小组20a是第2组第一正透镜21，第二透镜小组20b是第2组第二正透镜22，第2组第一组合透镜25和第2组第三正透镜24，不难于满足所需条件：0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2组第三正透镜24和第3组第一凹凸透镜31不难于设置在光圈位置附近的位置上，并且能够抑制当光圈增大时易于形成的光斑的形成。
如上述可见，根据本发明的投影变焦镜头具有简单的结构，包括少数量的透镜，如12或者13个透镜，能够满意地减小象差，和增加的半视场角约为29°。
上述第一到第三实施例可以用作包括成像装置的投影仪的变焦镜头。这种成像装置可以是光调制装置如液晶显示器或者由例如微反射镜，胶片或者幻灯片组成的装置。
尽管本发明已在详细的程度上描述了其优选实施例，在不脱离本发明范围和构思下可以作出多种变化和改进是显而易见的。

Claims (13)

1.投影变焦镜头包括具有负折射比的第一透镜组，具有正折射比的第二透镜组，具有负折射比的第三透镜组，和具有正折射比的第四透镜组；
其中第一，第二，第三和第四透镜组沿光轴以从屏幕侧向像平面侧的顺序布置；
第一和第四透镜组是固定的，第二和第三透镜组从广角倍率范围到远摄倍率范围可按不同的倍率沿光轴移动；
第二透镜组包括一个第2组第一正透镜，一个由在像平面侧具有凸面的第2组第二正透镜和一个在屏幕侧具有凹面的第2组第一负透镜结合的第2组第一组合透镜，和一个第2组第三正透镜，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置；
第三透镜组包括一个在像平面侧具有凹表面的第3组第一凹凸透镜，一个由具有相对凹面的第3组第一负透镜和一个具有相对凸面的第3组第一正透镜结合的第3组第一组合透镜，和一个在像平面侧具有凸表面的第3组第二凹凸透镜，它们以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置；
第一透镜组的焦距是f1，第2组第一正透镜和第2组第一组合透镜的组合焦距是f2AB，符号与焦距f1的符号相反，并且焦距f1和组合焦距f2AB满足不等式：
0.5＜|f1/f2AB|＜2.0。
2.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中第2组第三正透镜像平面侧的表面与第3组第一凹凸透镜屏幕侧的表面之间的距离d在用于广角倍率范围的值dW和用于远摄倍率范围的值dT之间变化，并且值dW和dT满足不等式：
2.0＜dT/dW＜4.0。
3.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中第2组第三正透镜和第3组第一凹凸透镜设置在光圈位置附近的位置上，在此从像平面射出的主要光线与光轴交叉。
4.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中第3组第一凹凸透镜是一个非球面镜。
5.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中所有透镜都是球面透镜。
6.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中第二透镜组包括第一透镜小组和第二透镜小组以从屏幕侧到像平面侧的顺序布置，第一透镜小组是第2组第一正透镜，第二透镜小组是第2组第二正透镜，第2组第一组合透镜和第2组第三正透镜。
7.根据权利要求2所述的投影变焦镜头，其中|f1/f2AB|约是0.94和dT/dW约是3.3。
8.根据权利要求2所述的投影变焦镜头，其中|f1/f2AB|约是1.0和dT/dW约是3.1。
9.根据权利要求2所述的投影变焦镜头，其中|f1/f2AB|约是0.73和dT/dW约是2.7。
10.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中总焦距是用于广角倍率范围的约28mm和值37mm和用于远摄倍率范围的38mm之间。
11.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中组合透镜的数量是12或者13。
12.根据权利要求1所述的投影变焦镜头，其中半视场角约是29°。
13.一种投影仪包括用于形成影像的成像装置；和
一个用于投射所述影像的投影变焦镜头，
其中所述投影变焦镜头是按照权利要求1-12任意一个所述的投影变焦镜头。
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