TW418331B - Zoom lens system having imaging and non-imaging ranges - Google Patents

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TW418331B
TW418331B TW087115133A TW87115133A TW418331B TW 418331 B TW418331 B TW 418331B TW 087115133 A TW087115133 A TW 087115133A TW 87115133 A TW87115133 A TW 87115133A TW 418331 B TW418331 B TW 418331B
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Description

4183 31 五、發明說明〔1) 發明之範圍 本發明係關於具有可變放大（可變焦距）透鏡之舞台照明 設備’特別係關於在成像及非成像範圍内之一種可變焦距 透鏡系統。 發明之背景 舞台照明設備及其他類似之照明器具係用以提供對於人 及（或）物體之可控制之照明。可控制之參數包括用以照明 之光束尺寸及光束強度。另一可控制之參數為周於一聚光 灯或影像放映機之場闌，光孔，或圖像產生器之光學焦 誥。二種控制光束尺寸之方法包括使用具有可調整直徑之 一光孔之一可變光闌，亦使用具有可變放大率之一可變焦 距透鏡系統。一光束尺寸光圈藉用作具有一可調整直徑之 光孔之一場闌而控制光束直徑，及藉切斷未通過光孔之光 線而改變光束尺寸，因此減少抵達照明區域之總光線數 量。可變焦距系統藉改變進入透鏡系統之一束光線之擴散 角度而控制光朿直徑，因而將光.朿集中或分.散以使抵達照 明區域之總光線數量不會改變。可變焦距透鏡因此在當光 點改變時即改變一投射光點之能量密度，在另一方面光束 尺寸光圈在不改變投射光點之能量密度之情況下改變投射 光點之直徑。 二透鏡系統（二組透鏡，每一組有一透鏡）可提供可變之 放大及焦點，此種系統例如頒予K n e i s 1 e y之美國專利第 3,594, 566號及頒予Little之美國專利第4,519, 020號中所 示者。一種三透鏡組/三組透鏡1每一组一透鏡）經揭示於
C:\Program Files\Patent\54898.ptd 第6頁 r 4183 31 五、發明說明¢2) 頒予Richardson之美國專利苐5, 0 2 9, 9 9 2號中。其他具有 可調整之焦點光學系統之照明放映機包括頒予Le+vy之美國 專利第2, 076, 24 0號及第2, 1 1 4, 9 6 3號，頒予Strong之美國 專利第2, 6 5 0, 2 9 2號·，頒予Pratt之美國專利第2, 9 0 9, 6 52 號，頒予Hatch之美國專利第2, 9 50, 382號，頒予Chang之 美國專利第4, 101，957號，頒予Leon之美國專刮第 4, 232, 359 號，頒予Logothet is 之美國專利第4, 338, 654 號，頒予Altmen之美國專利第4,462,067號，頒予Little 之美國專利第4, 73 9, 456號，頒予Peck之美國專利第 5,295,056號*及頒予丫&111：2等人之美國專利第5,404,283 號。四組透鏡系統之實例包括美國專利第5，2 8 2 , 0 8 9號； 第 5,22 3,979 號；第5,57 9, 1 72 號；第 5,583,700 號；及第 5,606， 459 號。 有如Tejima於美國專利第5, 28 3, 5 99號中所認知者，使 用一可變焦距透鏡當作放映機透鏡之影像放映機，其可變 焦距之調整必須為能使其焦點位置保待不變之情況下完 成，即使其焦距變動係由可變焦距透鏡系統實施亦然β另 外反向焦距調整必須能使影像圖形產生器保持與可變焦距 調整所獲致之焦點位置相重合。一種典型之使用頒予 Yamaji之美國專利第3, 192, 829號中所揭示之五透鏡組之 系統，係藉使透鏡組中之三組相對於其餘二固定透鏡级移 動而於寬廣放大範圍中保持焦點®若干其他設計供投影應 用之可變焦距透鏡經揭示於頒予Macher及Klemt之美國專 利第3，267，803號，頒予Iizuka等人之美國專利第
C:\Program Fi1es\Patent\54898.ptd 第7頁 4183 3 1 五、發明說明（3) 4’〇63，800號，及頒予心3211111&1151^之美國專利第 4，Π 8，1 〇 8號。然而’於上述參考資料中影像需於整個可 變放大範圍中可調整焦點之限制，可能會對現有特定之可 變焦距透鏡設計之放大範圍加以限制。 具有可變放大之向品質投影透鏡系統之發展，在以往不 時常會受到例如成本及尺寸之限制，特別是受到透鏡系統 整體長度之限制，儘管在一般情況下，整體長度（自前方 透鏡前緣至後方透鏡之後緣）對於最長焦距長度之比值一 般為i. 5倍或大於此數，但現在已變為有需要發展一種趨 近1. 〇倍長度及有約為8比1放大改變範圍（可變焦距比值） 之極短可變焦距透鏡系統，且此種系統可以廉價生產及能 承受嚴格之高功率密度及便携性考驗。 發明之概述 本發明之一具體實例提供一種舞台照明設備之可變焦距 透鏡，此透鏡以某一放大範圍操作以將影像在聚焦情況投 射’此透鏡可進一步在另一範圍操作以將影像在非聚焦情 兄下投射，因而提供一種透鏡系統以其完成屬於一聚光操 作模式之可變放大及完成屬於散光操作模式之可變光束擴 散。 根據本發明之一具體實例，係設置具有8比丨之放大範圍 之—可變焦距透鏡，一投射之影像可聚焦於此範圍中，亦 即置於物體平面之視界深度中；此變距焦透鏡亦有2 〇比1 之放大範圍，不論其影像焦點情況為何。根據本發明之一 特點，此可變焦距系統包括四組透鏡元件：具有正折射之
C:\ProgramFiles\Patent\54898.ptd 第 8 頁 d183 3 1 五、發明說明（4) ----- 第一組，具有負折射率之第二組’具有負折射率之第三 組，及具有正折射率之第四組。根據本發明之—特點，可 變焦距系統在成像模式時（即照明設備投射影像時），第二 透鏡組（第二組）之移動控制聚焦，而第三透鏡組（第三組^ 之移動迅逮控制放大，在非成像模式時，第二及第三組以 彼此固定之關係共同移動，以提供遠為較寬之光束角度擴 散控制。 ’、 於實施本發明一具體實例中具有可變放大光學裝置之舞 台照明設備方面* 一種可以獲致8比1可變焦距比值及維持 影像聚焦’及可獲致2 0比1變焦距比值但不維持影像聚焦 之操作該等光學組件之方法包括以下步驟：始終保持投影 透鏡組之軸向位置；使物透鏡組相對於該投影透鏡組移動 以將一光束聚焦於一所需距離；使一變化透鏡組相對於一 物透鏡組移動以獲致一所需之放大率；使一補償透鏡組相 對於該變化透鏡組移動以獲致所需影像聚焦；使與該變化 透鏡組成固定關係之該補償透鏡組相對於該物透鏡移動以 獲致所需之放大半’不管影像焦點為如何情況。 根據本發明一具體實例之一特點，其一可變焦距透鏡系 統包括：具有正折射率之第一透鏡組，具有負折射率之第 一透鏡組’具有負折射率之第三透鏡纟旦，具有正折射率之 第四透鏡組’此透鏡系統可滿足下述條件：
C:\Program FiIes\Patent\54898. ptd 第9頁 41R3 31 五、發明說明（5) /m = VFwFn (情況 1) ) 0.38 <-^<0.71 j ιτι - fill (情況 3) -0.37 <^-<-0.69 - /m (情況4) 1.07 <^<1.98 . /m 式中fi為該第一透鏡組有·效焦距（簡稱ef 1)，Π i為該第 二組之efl，fiii為該第三組之efl，及fiv為該第四組之 e f 1，F w為該透鏡系統在廣角時之e f 1，F η為該透鏡系統在 窄角時之efl，及im為於上述相對於放大所界定之一參考 值。 圖式之簡要說明 圖1為根據本發明之第一具體實例之一可變焦距系統之 横截面圖； 圖2為根據第一具體實例之一可變焦距透鏡於廣角時之 組像差西線之繪圖； 圖3為根據本發明第一具體實例之一可變焦距透鏡於中 等角度時之一組像差曲線之繪圖； 圖4為根據本發明第一具體實例之一可變焦距透鏡於窄
C:\Program Files\Patent\54898. ptd 苐10頁 4彳83 31 五、發明i兑明（6) 一… — —丨..^-----—---- 角度時之 v · -叙像差曲線之繪圖； ® b 4θ Λ-t. 夕择在‘ Χ據本發明第二具體實例之一可變焦距透鏡系統 之檢截面圖； 圓6為指祕# t _ έ ^遽弟二具胆·實例之—可變焦距透鏡於廣角時之 、.且保在曲線之繪圖； 圖7為根據第二具體實例之一可變焦距透鏡於中等角度 ^ 一組像差曲線之繪圖； 圖8為根據第二具體實例之一可變焦距透鏡於窄角度時 —組像差西線之繪圖； 圖9_為包括一可變焦距透鏡系統之一燈頭组成件之側面 正視示意圖； 、 圖1.0為包括一可變焦距透鏡系統之一舞台照明設襟之 面正視示意圖； 圖二2變數D12，D14及D19之繪圖，顯示根據第二具體 霄例於各種不同光束擴散角度時此等 吞,D14及D19之緣圖，顯示根據第二具體 :非成像模式及各種不同焦距時，此等變數之情形； ^ ^ 3D例示根據本發明帛H實例於成像模式時 逍鏡組之相關位置； ! A -1 4 D例示根據本發明第—具式 時远鏡組之相關位置； 4 & 非成像及廣角模式 圖1 5為根據本發明之第二具體實例在 時可變焦距透鏡系統之橫截面圖； 式時透鏡組之相關位 圖16為根據第二具體實例於年像模
C:\Program Fiies\Patent\54898.ptd
第11頁 418331 五、發明說明（7) 置；及. 圖1 7 A -1 7 D例示根據第二具體實例於非成像模式時透鏡 組之相關位置。 详.細說明 根據本發明之一辞點，有如圖1所示，一可變售距透鏡 系統之實施之較佳者包括安排成4组之1 3透鏡元件，第一 組為一物透鏡組，實施之較佳者包括6透鏡元件L1_L6及有 ;折射率。第二組為一補償透鏡纽，實施之較佳者包括一 透鏡元件L7及有一負折射率。第三組為一變化透.鏡組，實 施之較佳者包括3透鏡元件L8-L1 0及有負折射率β第四組 為一投影透鏡組，實施之較佳者包括3透鏡元件L11-L13及 有正折射平。此透鏡系統以成像模式操作，即以第三組 線性移動以改變放大及第二組以非線性移動以補償影像之 移位。此透鏡系統亦以非成像模式操作，根據此模式苐三 組係使之靠近第二組及使此二組共同移動以改變光束擴散 情況。此透鏡系統使用一般之由例如硼硅酸鹽，燧石，半 透明燧石及鋇玻璃之一般常用材料製成之光學玻璃，及避 免使用例如外來及昂貴之鋼質透明玻璃及缝石枋料。 此透鏡糸？先亦.圖9及1 0所示安裝於—舞台照明設備中， 此設備有一燈1連同一反射器2以投射用以照明一物體3之 -光束，此物體之一影像即由透鏡系統5投射。此物體可 為例如揭示於美國專利第4，7 7 9，1 7 6號中之一光圊形產器 威遮光板；或可為揭示於美國專利第282, 121號中之一電 子顯示裝置；此物體或可為例如揭示於美國專利第
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^8331 五、發明説明（8) 3, 594,566 號；4, 338,654 號；及4,462, 067 號中之設有’< 變直徑孔孔之一可變光闌。於此透鏡系统中，第〆組位於 最靠近物體之位置及第四組位於駔物體最遠位置。 物體3以與光軸〇A重合方式設置並且一般與一物體平面4 共面。此物體平面位於距透鏡系统5之一反向焦距處。第 一組透鏡由一馬達帶動之支架組成件支承’為例示起見·’ 其係包括支承托架2 1使之與導螺椁2 4聯結，此導螺桿以一 可倒轉之電馬達2 7驅動。第二組透鏡由一相似之馬達帶動 之支架組成件支承，為例示起見，其係包括支承托架2 2使 之與導螺杯2 5聯結’此導螺桿由〜可倒轉之馬達2 8驅動。 第三組由另一馬達帶動之支架組成件支承，為例示起見， 其係包括支承把架23以使之結一導螺桿26，此導螺桿由— 可倒轉之電馬達29驅動。馬達27，28及29由一電控制器1〇 經由控制線1 1，1 2，及1 3而予以控制。控制器丨〇可包括有 如美國專利第4, 3 9 2,1 8 7號（納入本文中以為參考）中所示 之一局部解多工器。一種代替方式為控制器ι〇可包括有如 夭國專利第4, 980, 806號中所示之〜局部以處理器為主之 電路。 馬達2 7，2 8及2 9之實施較佳 器所控制之步進馬達，控制器 以激勵，9達。控制器之實施’較 中之一檢查表及包括一處理器 代表所需放大及焦點之輸入控 27 ’28及（或）29之信號以使透 者為由一局部處理器型控制 包括適當之馬達驅動電路用 佳者包括儲存於局部記憶器 ’此處理器參考檢查表而將 市1J信號變換為用於激勵馬達 參級置於適當位置。可將個
C:\Program Files\Patent\54898.ptci 第 i3 頁
A 1 B3 3 ^___ 五、發明說明（ίο) _ 11. 1/10. 0 = 1. 11倍之比值，及最長焦距對最短焦距之比值 約為7. 9 9 3 6比1 (可變焦距比值為8比1)。 此透鏡系統之第一具體實例所用之規格示於表1中，表 中F，R及D之值之單位為吋。 ，表1 第一具體實例 ： F-1.251 NA- 0.36 2w=38 .度 i D0=1.500 R.1- 3.7755 Dl = 0.565 N 1 = 1.6204 .Vl=60.32 LI R2= -3.7755 D2= 0.586 R3--1.1235 D3- 0.200 N2=1.6200 V2=36.37 L2 R4=-1.9667 D4- 0.684 R5=-3.041I D5= 0.588 N3=1.6204 V3=60.32 L3 R6^2.097 D6= 0.020 R7=無限大 D7- 0.200 N4=1.7174 V4=29.5I L4 R8=2.790 ; DS= 0.265 [19=4.618 D9= 0.677 N5= 1-.6204 V5=60.32 L5 R 10=-4.618 D! 0=0.084 R11=2.685 'D1I = =0.643 N6-I.563S V6=60.80 L6 R.12=-l 1.949 D12= :變數. Ri3=-9.784 D13; = 0.150 N7=1.54S8 V7-45.41 L7 R14-5.966 DH=變數 R15=-6.561 DL5= = 0.300 'N'8-1.6204 V8=36.37 L8 R16--2.338 D16= :0.125 N9=1.5488 V9-45.41 L9 R17-1.900 D17=0.611 R18=-1.652 D18=0.125 Nt0='l.54Sl VI 0-45.75 LiO R19=-23.000 DI9- :變數
C:\Program Files\Patent\54898. ptd 第15頁 五、發明說明（11) R20=-10.451 D20= 0.499 N11- =1.6204 VI 1=60.32 Lll R2l· -3,668 D21 = 0.021 R22: = 11.114 D22= 0.800 N12= ;1.5231 V12=58.57 L12 R23; =0.256 D23= 0.220 .NI3= ^ 1.7174 VI 3=29.51 L13 R24= =-12.878 D24= 240.0 焦距 [.251 2.50 5.00 10.00 成像模式ί .變數 ：DI2 0.136 1.537 1.022 0.050 變數 Di4 3.193 I.29S 0.223 0.575 變數 D19 0.411 0.905 2.495 3.113 焦距 t 0.9S9 2.256 5.026! 10.452 非成像模式 變數 D12 3.4036 2.004 1.045 0.050 變數 D14 0.200 0.2000 0.200 0.200 變數 D19 0.1364 1.5365 2.4949 3.113 第16頁 C:\Program Fi1es\Patent\54898.ptd
、m3 3'
五 '發明說明（12) F為焦距。MA為數字孔（位於物體側邊緣軸向光線 正=)。2W為總場肖。DO為自被投影之物體至最+角 之苐一表面（圖中最左處）之距離。 野思鏡 N數值為每-透鏡之各別之折射率及¥數目為每 # Abbe數。表中所列之R教代表每一透鏡之各 兄之 方表面3數代表自一透鏡表面至次一下游透鏡表
:距離’D24代表自最下游透鏡表面至需照 J 離，亦即照射長度。 卸之距 需=意。’。對於以上例示之成像模式情況言，距離β 表自照明器之突出部分至由照明器所照射表面2 〇呎之 離；此表®例如為投影幕。對於一設定照射長度言’-D24所代表之第一組與第四組之相對位置，乃因之自物幽 平面至透鏡L1之第一表面（半徑之距離㈣係保持為歧 數。如杲照明器以一不同之照射長度重新導向至另一〒昭 明表面，D24之數值將會改變及D〇之數值亦需改變，由^於·、、 第四組係固定於照明器之突出部分，因而需要調整第四' 蓋-。 有如圊13A-1 3D所示，成像模式之可變焦距透鏡系統在 整個焦距範圍（f/1 . 251至f/i〇· 00)中將會保持第一組與第 四組之固定關係。苐三組以線性移動。於廣角時（圖〗3 A) 最靠近第四组。於中等角度時（圖13^及13(：)移向第一組， 及於窄角時（圖1 3D)最靠近第一组。 於一非成像模式時’如圖14A-14D所示，變數D14係使之
C:\Program f i1es\Patent\54898. ptd 第17頁 418331 五、發明說明（13) 成St值：Ϊ此可使第三透鏡組靠近第二組，然後使第 單元移動…2〇比之比值改變光束 之擴Ί然影像焦點無法於所有角度均能維持不變β此 可就散光應用提供極為寬廣範圍之光束擴散角度，在此種 應用方面需要寬廣範圍之光束角度㈣，但影像投射並非 Γ ί要f。如圖14 Α所示，於寬角度時，第二组及第三組 最靠近第四组。如圖14β及14C所示，第二组及第三組保持 彼等隔離情況及當作一單元移向第一組以減少光^分散角 度。如圖14D所示’第二組及第三組於窄角度時最靠近第 —组，但仍保持同樣相同分離情況。 如果物體為—可變光闌，其具有例如自0.Θ吋至Ο.】0〇時 變化之一可變孔，另具有最大孔對最小礼為9比1之一比 值，與此可變孔光圏聯結之透鏡系統能於9χ2〇=18〇之一範 圍調整光束角度；如此可獲致在一非成像模式之18〇比1之 合併比值。此可變之孔可有效使照明此孔之光束逐漸暗淡 及產生由透鏡系統投射至一可觀之距離（2 〇呎或更遠之距 籟）之一小光點。在此距離時，此光點足夠小’以致；光點 之邊緣之任何模糊情形不會被觀眾看出，因此可將在非成 像模式時保持焦點之問題減至最小。 當弟一具體實例之透鏡系統聚焦於2 〇叹之照射長度時 此系統產生展現於圖2 - 4中例示之像差特性之高光學性 能。圖2顯示第一具體實例變焦距透鏡系統於廣角時之像 差曲線。圖3顯示第一具體實例變焦距透鏡系統在中等角 度時之變焦距曲線。圖4顯杀第_—具體實例變焦距系統在
C:\Program Files\Patent\54898. ptd 第 18 頁 418331 r~^·-----——-__ 五、發明說明（⑷ 卞烏時之像差西線β 雖然根據本發明之第一具體實例之透鏡系統對於成像產 生良好光學性能，提供一寬廣可變焦距比值但是由於，此 系统與其最長焦距相較實體上為較短，因此此系統仍包含 二臂重之玻璃（需考慮於此特定之舞台照明應用 > 透鏡L1 3 直徑為4，5吋），此質量之三分之二位於照明器前端處之第 四組之中。於供一自動，上下左右及傾斜移動之照明器使 用之—變焦距系統中，吾人常希望能將位於燈頭結構端部 之質量儘量減少，如此可儘量減少上下左右移動及傾斜之 馬達之慣性負荷β因此，現於後文中揭示根據本發明之一 第二具體實例透鏡系統。 根據本發明之另一特點及有如圖5中所示者，一第二具 體實例變焦距透鏡系統之實施之較佳者包括安排成四組之 1 3透鏡元件。第一組為一物透鏡組’其實施之較佳者包括 6透鏡元件L1 - L 6及有正折射率。第二組為一補償组，實施 之較佳者包一透鏡元件L7及有負折射率 '。第三組為變化 組’貫施之較佳者包括3透鏡元件L8-L10及有負折射率。 第四組為一投影组，實施之較佳者包括3透鏡元件l ]_丨~l 1 3 及有正折射率。此種透鏡分組與上文所揭示之第一具體實 例中者相同，第二具體實例透鏡系統亦使同由普通可择得 之材料製成之一般光學玻璃，而避免使用外來及昂貴材 料。 第二具體實例透鏡系統可以成像模式及非成像模式搡 作，其透鏡組亦.如上述就第一具體實例之透鏡系統所說明
C:\Program Fi1es\Patent\54898. ptd 第 19 頁 五、發明說明（15) ----— 办屮，裝保轴向移動。第四組透鏡可以就舞台照明設備之 $ 。卩分而以轴向位置固定，其餘之组則安裝於可以軸 效 此寺支座聯結至馬達帶動之驅動器用；·χ古周 等組之軸向位置。有如在第一具體實例中一樣，第i 在^予以调整^在—寬廣範圍中改變透鏡系統之放大率， ，方面’第二纽可予以調整以將透鏡系統聚焦於物體 '透鏡系統以成像模式操作’於此模式中第三組以線性 3式移動以改變放大及第二組則如圖1 6A-1 6D所示之非線 方式移動以補償影像移位。於成像模式，中可變之空間 D1 ^ ’ 1)1 4 ’及D1 9係經描繪而以圖11中曲.線示出。自曲線 圖可/主思到代表第三组與第四組之隔離之距離D丨9係自圖 左之廣角至圖右之窄角成線性增大。亦可注意到代表第三 組至第二組之距離D14自廣角之2吋處至小於1/;1 〇吋而逐漸 減少’然後再增大而趨近窄角；因而展示非線性移動。 此，鏡系統亦以非成像模式操作，亦此模式中第三組係 使之靠近第二組，此二組共同移動以改變如圖丨7A_丨71)所 示之光束擴散。於此非成像模式中可變空間D丨2，D 1 4，及 D1 9係經描繪成圖1 2所示之曲線圖。可自此曲線圊中注意 到代表第三組與第四組之間隔之距離^ 9自圖左方之寬角 增大至圖右方之窄角，在另一方面代表第二組與第三纸之 間隔之距離D 1 4之整個大部分調節範圍中保持為很小並且 為常數’但趨向寬角時稍有變動。 透鏡糸統之整個長度約為9 · 2吋，系統之焦距自廣角處 之1‘25对至窄角處之10. 〇〇吋可予以調節，因而產生整個
C:\Program F iles\Patent\54898. ptd 第 20 頁 .t 4 VB 3 31 五、發明說明（16) 長度與最長焦距之比值約為9. 2/10. 0 = 0. 92倍，及,最長焦 距與最短焦距（可變焦距比值）比值約為8比1。 此透鏡系統之具體實例之規格列於表2中，於表中R及D 之數值再度以吋表示。
表2 _ 第二具體實例 --一 · · s _ . . - F=l.250 NA=0.31 2w=3S 度 D0= 1.500 R1=3.216[ DI =0.500 Nl = -1.6204 Vl=60.32 LI R2=-3.2I61 D2=0.279 R3-0.9319 D3=0.200 ' N2= =1.7618 V2=26.53 L2 R4=無限六 D4-0.1S8 R5=辦艮六 ''D5=0.600 N3= = 1.6204 V3=60.32 L3 R6^-l.4382 D6-0.005 \ R7=6.6702 D7=0.220 N4= 1.7847 V4=26.76 L4 R8=3.1j50 D8=0.17j R9=22.I98 D9-0.375 N5= = 1.6700 ' V5=47.11 L5 R 10=-2.822 DI0= 0.010 RI 1=2.822 D11= 0.375 N6= = 1.6700 V0=47.11 .16 R12-22.19S D !·2亏變數 R 13-54.609 D13= 0.125 N7= 1.7613 V7;26.53 U R14=2.4S0 D1扣赛數： R 15-3.9.93 DI5- 0.352 1.7S47 VS=26.70 LS R 16=-1.652 D16- 0.120 N9= 1.6700' V9=47.1! L9 R17=I.652 D17二 0.4S0 第21頁 C:\Program Files\Patent\54898. ptd
(41&53V ^^一. 五、發明說明（π) R(8=-I.299 DiS= 0.150 N10- 1.7847 V10= 26.76 L10 R 19=-4.485 Di9= Variable R20=-10.643 D20= 0.513 Nll = 1.6204 VI [= 60.32 LI1 R21=0.993 D21 = 0.010 轉限大 D22= 0.853 N12= 1.5168 VI2= 64.17 LI2 R23=-3.093 ' :D23= 0.250 N13= 1.7059 .VI3= 30,30 L13 R24=-4.679 D24= 230:0 焦姮 1.25 2.50 5.00 10.00 成像模式 變數D12 1.466 1.496 1.111 0.005 變數D14 1.952 0.593 0.055 0.615 變數D19 0.005 1.333 2.257 2.803 焦距.· 0.896 2.1981 5.0834 10.00 .非成像模式 變數.D12 3.31S [.990 ! .066 0.005 變數.D14 0.100 0.100 0.100 0.615 變數D19 0.005 1.334 2.257 2.S03 根據以上所例示之情況·，距離D24代表照明器突出部分 至由照明g5 明之表面（即投影幕）之剛好超過1 g叹之距 離。 當第二具體實例之透鏡系統於1 9呎2吋之照射長度聚焦 时* ；r'統產生尚光學性能I展現如圖β至8例示之像差特 性。圖6顯示於廣角時第二具體實例可變距焦系統之像差 曲線。圖7顯示於中等角度時第二具體實例可變焦距透鏡 系統之像差面線。圖8顯示於窄角時第二具體實例透鏡系
C:\Prograin Fi les\Patent\54898. ptd 第22頁 五、發明說明（18) 統之像差西線。 本發明之第二具體實例透鏡系統相較於第一具體實例， 體型較小及在牢固方面較差，但是有較佳之影像修正，較 遂之焦點，及提供較大直徑之投射光束。 使用上述任一種透鏡系統均可獲致滿意效果，但亦可使 用R，D，N及V之規定值不超過表1或表2中所設定之數值之 ±2 0%之其他透鏡系統。一般而言，第一及第二具體實例 之透鏡系統可滿足下述條件，即對於Fn與Fw之一設定之比 值（此時Fn為在窄角時之焦距及F w為在廣角時之焦距）而 言，一參考值經定義為（Fw X Fn)之平方根： /m = VFwFn . (條件 I) 〇.38< A<〇,7[ /m (條件2) -0.68 <-1.26 /m (條件 3) -0.37 <仏<-〇,69 /m
.(條件 4) 1.07 </^ < 1.9S /m 式中fi為第一组之有效焦距（efl)，fii為第二組之efl ， fiii為第三组之efl，及fiv為第四組之efl。 在操作方面，當本發明之透鏡系統安裝於例如為一舞台
C:\Program F i1e5\Patent\54898. ptd 第23頁 f 4183 31
五、發明說明（19) 照明設備中時，其可用於至少= 中，當光朿週邊有清晰或解：矛模式之，作。於本說明 變為非照明區域時，光束即，fc而非逐渐自照明區域轉 束週邊逐漸自照明區以：：「清晰邊緣…生。當光 步有「柔和邊緣」特：：巧照明區域時，★束即進-為無結構（無投射之影像）照明」一巧之使用係界定 照明，雖然彩色係因缺設而呈白色色彩之 況， '慮色不統修正亦屬於此種情 在一 統可以 於二端 二種模 之間之 使用透 可變焦 窄端部 保持一 投射光 一及第二具體實例之透鏡系 種模式，僅使用透鏡系統對 先束行可變焦距操作。於第 一可變光孔光圈對於二端部 焦距操作。於第三種模式， 範圍之間之轉變之—光束行 ’此透鏡系統可自寬端部至 緣變焦距操作；在另一方面 不變情況’及獲致為8比1之 情況，此透鏡系統與實施9 般照射情況，本發明第 三種模式操作。於第— 部之間之有清晰邊緣之 式，使用透鏡系統連同 有h晰邊緣光束行可變 鏡系統之成像與非成像 距操作。於第一種情况 或相反情況貫施清晰邊 光束尺寸光圈之光孔為 點放大範圍。在第二種 比1範圍之光孔直徑調整之光圈合作而實施光圏孔之8比1 變焦距，以獲致為7 2比1之投射點尺寸範圍。在第三種情 況，當最小之光點為最小光圈光孔之最小投射影像及最大 光點係當有光圏全部開放情況下獲自#成像模式之透鏡系 統之最寬廣之光束擴散角度。最小光點必須在最小放大 處，及由於任何模擬或散焦將僅會增加光點或光束，擴散
C:\Program ?i1es\Patent\54898. ptd 第 24 頁 /1^833^ 五、發明說明（20) 角度之尺寸，因此亦必須於最小光孔時有光圏之清晰聚焦 影像。轉變係在第三組（變化透鏡）控制放大及第二紐（補 保透鏡）.控制焦點之成像模式與變化透鏡及補償透鏡之移 動與彼等之成像模式關係脫離及二者以固定關係成線性 動之非成像模式間完成。 @ 變化透鏡及補償透鏡以固定關係之線性移動產生光束擴 散角度之非線性改變率，並未在對於非成像模式之透鏡户、、 統之總焦距長度之典型計算中提出。 丁
f 418331 五、發明說明（21) 替換，省略，修改及變換。.因此，上述之說明僅可看作本 發明之舉例，並非對其之限制。因此，上述之具體實例僅 為如何實施本發明之舉例，在後文之申請專利範圍中亦可 能有其他實施方式。
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Claims (1)

  1. 4183 3 1 六、申請專利範圍 1 · 一種於具有可變放大光學組件之舞台照明設備中操作 該等光學组件之方法，其中可獲致8比1之可變焦距比值及 保持影像焦點，及其中可獲致2 0比1之可變焦距比值，但 不保持影像焦點，此方法包括以下步驟： 始終保持投影透鏡組之軸向位置； 就該投影透鏡組移動一物透鏡組以將一光束聚焦於所 需之距離； 率； 焦點 補償 為何2. 一透 折射 組， 就一物透鏡組移動一變化透鏡組以獲致一所需之放大 就該變化透鏡組移動一補.償透鏡组以獲致一所需影像 ;及 就該物透鏡以與該變化透鏡組成之固定關係而移動該 透鏡組，以獲致所需之放大率，而不管影像焦點情況 〇 一種可變焦距透鏡系統包括：一具有一正折射率之第 鏡組，一具有一負折射率之第二透鏡組，一具有一負 率之一第三透鏡組，及一具有一正折射率之第四透鏡 此透鏡系統滿足以下條件： /m.= VFwFn α，^1} °-38<i<0·71 (條件 2) .0.6^ fVl
    C:\Program Files\Patent\54898.ptd 第27頁 418331 六、申請專利範圍 (條件 3) -0.37 < — <-〇-69 /m (條件 4) 1.07<^<1-98 /ΐΤΊ 式中ί i為該第一透鏡組之有效焦距（ei 1)，ί i i為該第 二組之e f 1，f i i i為該第三組e f 1，及f v i為該第四組之 efl，Fw為該透鏡糸統在寬角時之e f 1，F m為該透鏡糸統在 窄角時之efl，及fm為如上述所定義之對於放大之一參考 值。
    苐28頁 C:\Prograni Fi les\Patent\54898. ptd ί 4183 3 1 附頁 表ι 第一具體實例 F=i.251 NA=0.36 2w=38 度 1 D0=l‘5Q0 R!= 3.775: > DI= 0.565 N 1 = 1.6204 VI =60.32 LI R2=-3.7755 D2= 0.586 R3=-1.1235 D3= 0.200 N2=1.6200 V2=36.37 L2 R4=-1.9667 D4= 0.684 R5=-S,04l[ D5- 0.588 N3=1.6204 V3=60.32 L3 R6--2.097 D6= 0.020 ' R7=無限大 D7= 0.200 N4=I.7I74 V4=29.5! L4 R8=2.790 - D3= 0.265 R9=4.6I8 D9= 0.677 N5= 1-.6204 V5=60.32 L5 R10=-4.618 D10= 0.084 Ri 1=2.685 'D1I= 0.643 Ν6=Ι.563δ V6=60.80 L6 R 12=-11.949 D 12=.變數—.: -- R 13=-9.784 D13=0.丨 50 N7=i.5488 V7=45.4I L7 R14-5.906 D 14=..變數 RI5—6.561 D15= 0.300 'N8=J.6204 Vg=36.37 L8 R[6=-2.338 DI6=0.125 N9=1.5488 V9=45.41 L9 R17=1.900 D17=0.611 R18--1.652 D (8=0,125 N10= \ .548i VI 0=45.75 L10 RI9=-23.000 D19=變藪… R20=-10.45! D20= 0.499 N11= i.6204 VI 1=60.32 III R2I=-j.C68 D2[= 0.021 R22=i i.l 14 D22= 0.800 N12= 1.5231 < V12=5S.57 LI2 R23= -5.256 D23= 0.220 . ΝΠ= L7I74 V! 3=29.51' L13 R24=-I2.878 D24= 240.0 mm 1.251 2.50 5.00 10.00 成像模式 變數.D!2 0.136 i.537 1.022 0.050 變數.DW 3.193 I.29S 0.223 0.575 變數DI9 0.41 [ 0.905 2.495 3.1 !3 C:\Program Files\Patent\54898. ptd > 4183 31 附頁 0.989 2.256 5.0261 10.452 模式· 變數 Dl2 3.4036 2.004 1.045 0.050 變數 Pl4 0.200 0.2000 0.200 0.200 變數 Dl9 0.1364 1.5365 2.4949 3.113 表2 —> —— 第二具體實例 呼·· . P _ F-1.250 NA=0.3I 2w=38 度 ~D0= 1.500 R1: =3.2161 D 1-0.500 Nl = 1.6204 Vl=60.32 'LI R2: =-3.2161 D2=0.279 R3= =-0.9319 D3=0.200 ' N2=1.76i8 V2=26.53 L2 R4= =無限大 D4=0.I88 R5= :無限大_ D5=0.600 N3= 1.6204 V3=60.32 .L3 R6= -1.4382 D6-0.005 t R7=0.6702 D7-0.220 N4=i.7847 V4=26.76 L4 R8= 3.1350 D8=0.I73 R9= 22.19S D9-0.375 N5=1.6700 V5=47 A 1 L5 RIO =-2.S22 DIO- 〇.〇[〇 R! 1 =2.822 Di 1= 0.375 N6=i.6700 V6=47.11 16 Ri2 =-22.198 D12〒變數 Rij =54.609 D13= 0.125 N7=l,7018 V7-26.5J 11 R14-2.4S0 D[4~ · III 5-3.9.93 D15= 0.352 N8=1.7S_47 VS=26.76 LS R16: --1.652 Di6= 0.120 N9= 1.6700 V9=47.1! L9 R17: -1.652 DI7= 0.4S0 C:\Program F iIes\Patent\54898. ptd 第姊頁 4183 3 1 附頁 R18-1.299 D18= 0.150 · N10= 1.7847 V10= 26.76 no R19=-4.485 D19= Variable R20=-10.64'3 D20= 0.513 Nll = 1.6204 VI1= 60.32 Lll R21=-3.993 D21 = 0.010 . ，無限大 D22= 0.853 N12= 1.5168 V12= 64.17 L12 R23:-3.093 ..- .O23= 0.250 N13= 1.7059 Y13= 30.30 L13 R24=-4.679 D24= 230.0 - 焦鉅 1.25 2.50 5.00 10.00 成像模式 .變數.D丨2 1.466 1.496 1.111 0.005 變數D14 1:952 0.593 0.055 0.615 變數D19 0.005 1.333 2.257 2.803 … ------------*· 1距， 0.896 2.1981 5.0834 10.00 ，非成像模式 變數D!2 3,318 1.990 1.066 0.005 '變數.DI4 i 0.!00 O.JOO 0.100 0.615 變數D19 0.005 1.334 2.257 2.803 C:\Program Files\Patent\54898. ptd 第幻頁
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