TWI288290B - Variable focus projection lens - Google Patents

Description

1288290 在較运的投影距離也可以獲得合適的晝面尺寸與品質。 有關投影鏡頭之設計已在美國專利第6, 590, 716號中有所揭示，該 專利係揭示了一種適合在投影機上使用的變焦投影鏡碩，其包括具有 貞屈光度的第-親組、具有正縣度的第二透餘、具有負屈光度 的第三透鏡組及具有正屈光度的第四透鏡組，當該投影鏡頭設置 在廣角倍率範圍時，可以有效地抑制光斑的形成。惟，該變焦投影鏡 _採用了四個透鏡組來提高其投影品質，不但增加投影機的透鏡成 # 本’而且還影響投影機向小型化方向發展的趨勢。 :¾美國專利^ 5, 619, 381號係揭示了 -翻於反射型光調製器 ㈤偏置變紐影鏡頭，其包括有兩組可移觸透鏡組，分別是具有負 屈光度賴紐透鏡組及具有正屈光度_償驗，且變焦距透鏡組 及補U組均至少各設置_;肖球差透鏡，通過織兩透鏡組之間的相 對位置可以使得技影圖像具有低失真和高解析度的優點。惟，該專利 撕投影铜之_及魏做了大㈣介紹，簡紐的設計條件及 •參數值則未做任何說明，故還需要進一步研究以解決目前仍存在的像 差問題。 【發明内容】 本個之主要目的在練供_種緊凑型賴紐職頭，其可以有 效校正各雜差，提。 /本發明之I—目的在於提供—種具有變焦投職頭的影像擷取光 于系、、’充心光予系統之結構小型化，並可以得到高品質的影像。 1288290 /本發明之又-目的在於提供一種具有變焦投影鏡頭的影像掘取光 學系統，該光學系統之結構小型化，並可以得到高品質的影像。 依據本翻之上述㈣，本發贿供—麵紐騎頭，其包括具 有負屈光度的第-透鏡組及具有正屈光度的第二透鏡組，其中第一透 鏡組係由概鏡$域，其靠近於像面安裝並可沿絲飾；第二透 鏡組係由複數鏡版成，其靠近讀面絲並可沿絲飾;在第二 透鏡組之射__片之_設置有—錄細，其可隨第二透鏡 組一起移H變紐纖贼該足下職針可喊好地校正像 差： -0. 90<音<一〇. 78 ⑴ -1· 99<|^<—i· 67 (2) ^· 50<—<1. 55 (3) 〇· 58〈盖<〇· 68 BF ⑷ 5·37<Τ;<5·82 PF (5) 3·40<:Τ <3·80 BF (6) ~1.34<§-<-1.13 (7) 在上述餅⑴至⑺巾，P1麵第—透鏡組之減度；？2表 示第二透鏡組之屈光度；PIT表示投影鏡齡於廣肖端時之焦距； BF表示變焦投影鏡頭位於廣角端日夺之後焦距;π表示變焦投影鏡頭位 於廣角端時之鏡頭總長；ΕΧ表示變焦投影鏡雜於廣角端時之出射瞳 的位置。 1288290 上述第-、第二透鏡組之各鏡片係採用全球面玻璃石肖材加工而成 的。 上述變焦投影綱還具有-麵平板，該玻璃平板係安裝於第二透 鏡組與物面之間。 細謙影綱絲雜㈣置均，物面儲該投影顯 示裝置之成像器，而像面係指影像可投射於其上之螢幕。 當該變焦郷鏡驗其«_向雜養辦，卜職組將從 ♦ 像面向物面移動，而第二透鏡組將會從物面向像面軸，並且第一、 二透鏡組之間的相對距離縮小。 上述變焦投影鏡頭之焦距值F可以在21.333刪⑴ 149〇7_)〜27.635911^)之間變換’而有效口#刚則可以在 2· 40(W)〜2· 57(M)〜2· 73(T)之間變換。 上述變焦投影鏡頭之焦距值F還可以在2〇 439刪（w) ❿ 〜2L 852mm(M)〜23.545刪⑺之間變換，而有效口徑刚則可以在 2.61〇〇〜2.69(丛)〜2.78〇〇之間變換。 上述變焦投影鏡頭之焦距值F還可以在23.700mm (W) - 〜26.006mm(M)〜 2& 523mm(T)之間變換，而有效口徑FN〇則可以在 . 2.48(W)〜2·59(Μ)〜2·71(Τ)之間變換。 與本發明之先前技術相比較，本發明變焦投影鏡頭係採用了具有負 屈光度的第一透鏡組及具有正屈光度的第二透鏡組，可以達到結構緊 秦之敫暴’而且由於本發明變焦投影鏡頭在設計時還滿足了七個必要 1288290 條件，像差可以得到很好的校正，從而提高投影品質。 【實施方式】 • 請參第一圖所示，本發明變焦投影鏡頭1可以安裝於DLP投影機 上’用來將DMD成像器上的影像投射至螢幕上，該變焦投影綱i包 括具有負屈光度的第-透鏡組10及具有正屈光度的第二透鏡組2〇，其 中第-透鏡組10係由複數鏡片組成，其安裝於螢幕側(如第一圖中所 示之左側）並可以在第一可變間距組之範圍内沿光轴移動，所謂之榮 Φ 幕側係“影像可投射於其上之一平面；第二透鏡組2〇係由複數鏡片組 成，其安裝於像平面側（如第一圖中所示之右側）並可以在第二可變 間距M2之乾圍内沿光軸移動，所謂之像平面側係指膽成像器（未圖 示）之安裝位置。另有一孔徑光闌3〇係位於第二透鏡組2〇之兩鏡片 1 y 22之間’並可隨第二透鏡組2G —祕動。在第二透鏡組卻與成 像11之_絲有—_德4G，时改善變焦郷綱丨所接收到 的影像效果。所述第―、第二透鏡組20之各·係採用全球面玻 籲 _材加工而成的，藉此變焦投影鏡頭工具有耐高溫的特性且溫度變 化對其性能影购、。又，因本伽變焦投影綱U了正透鏡 _ :第透鏡組20)與負透鏡組（第一透鏡組10)之組合，故可以使 彳于整個變焦投影鏡頭之結構緊湊。 在第—圖中僅表示出變焦投影鏡頭i處於廣角端時兩透鏡組之位 置狀況’當調節變嶋綱丨使其從廣角端⑽角倍率）向麵 端(即魏鲜)變鱗，第韻_將從幽向像伽移動， 9 1288290 而第-透鏡組20將從像平面側向螢幕側移動，並且第一、二透鏡組^、 20之間的相對距離縮小。另，當該變焦投影鏡頭1係應用於反射型之 $影顯示光學系統中時，例如DLp投影機，爲提高投影質量，必須使 仲入射於反射型成像器（如：励成像器）上的入射光路和出射光路之 間的間隔加大以形成隔離，藉此可避免崎光路被其他光源干擾，同 時也將使得該反㈣之郷_絲魏必財足触的後焦距，有 關該後焦距之具體限定條件容後詳述。

睛參第五圖與第九圖所示之本發明變焦投影鏡頭卩、！”之身 -、二實施例，其與第一實施例之變焦投影鏡頭」的不同之處僅在方 第一透鏡組K)，、1G’，與第二透鏡罐、2G，，之鏡纖及、輸 有差異（如第-、五及九圖中所示)，但是由三個實施例所揭示的變焦 投影鏡頭均需献下舰件才麟很好地校正錄㈣： -〇· 90〈吾<—〇· 78 (1) 一1· 99<g〈-1· 67 PF (2) h 50<^r<l. 55 PF (3) °· 58<^<〇- 68 (4) 5· 37<|~-<5. 82 (5) 3·40<^γ<3· 80 (6) -1·34<^—L13 ⑺ 上述表達式⑴至⑺中，P1表示第一納夕 千第—锈、見、、且之屈光度，P2表 ㈣之屈光度；PF表示變 a 仅讀碩位於廣角端時之焦距； 10 1288290 BF表示變焦投影鏡頭位於廣角端時之後焦距；π表示變焦投影鏡頭< 於廣角端時之鏡頭總長；ΕΧ表示變焦投影鏡頭位於廣角端時之出射产 的位置。 若上述有關變焦投影鏡頭1、Γ及1”之性能指標（如：ρ 上、Ρ2、 PF、BF、TT、EX)超過表達式（1)與（2)之下限時，由第二透鏡組 20、20,及20”所産生的像場彎曲及其它像差將會很大，以至於彳艮難 利用第一透鏡組10、10’及10”將其校正；而若超過表達式（ )與 (2)之上限’第一透鏡組1〇、1〇及1Q”之移動幅度將會彳艮大 故將導致變焦投影鏡頭之總長過大。 若上述有關變焦投影鏡頭1、Γ及1”之性能指標超過表達式（3) 之下限時，第一透鏡組10、10’及10”之移動幅度將會很大，故將導 致變焦投影鏡頭之總長過大；雨若超過該表達式(3)之上限時，由第 二透鏡組20、20’及20”所産生的橫向色差將會被過度校正。 若上述有關變焦投影鏡頭1、Γ及丨，，之性能指標超過表達式 (4)、（5)及（6)之上限時，位於廣肖端之整個變焦投影鏡頭之後焦 距的移動輻度將會過大；而若超過表達式（4)、（5)及（6)之下限時， 整個變焦投影鏡頭之屈光度會太低，從而影響其光學性能。 若上述有關變焦投影鏡頭1、1，及Γ之性能指標超過表達式（7) 之上限時，整個變焦投影鏡頭之屈光度會太低並影響其光學性能：而 右超過表達式（7)之下限時，實質上整個變焦投影鏡頭將成爲—遠心 變焦鏡頭。 11 !28829〇

事貫上，由三個實施例所揭示的本發明變焦投影鏡頭η，及^ ” 械了繼犧轉，射輸彳（鴨㈣紗上之平面） 可作爲一像面，而像平面側（即顯示裳置表面，例如聊成像器）則 可作爲-物面L在顯示裝置側對變焦投影鏡頭之光學性能進行 評估時，t幕侧是被視爲麵，而變焦投影鏡頭則被當作縮影光學I 統（reduction optical systems ， R〇s)。 在第一實施例中，本發明變焦投影鏡頭丨包括具有四個鏡片之第 透鏡組10、具有七個鏡片之第二透鏡組2〇及一玻璃平板4〇 ’各破螭 鏡片之結構參數值可參照下表所示:

1 333mm(W)-24.4907mm(M)〜27· 6359mm(T) 表面序號 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Μ) R1 81.7 4. 46 1.58913 R2 OO 0.10 R3 52.3 2. 55 1.48749 R4 20.0 8.38 R5 -172· 4 1.60 1.83481 R6 26.4 10. 52 R7 40.3 9. 60 1.84666 R8 85.81 15. 961(W)-9. 094 (M)〜3·813(Τ) R9 70.2 3. 78 1.72916 RIO 70.2 0.10 Rll 36. 6 2.61 1.83481 R12 158:9 3. 00 R13 - 43 7. 24 1.80440 R14 15.1 9.50 R15 15.1 9. 50 1.49700 12 1288290

上表中，w表示變焦投影鏡頭在廣角倍率狀態時的情況；Μ表示變 焦才又衫鏡頭處於中間標準倍率狀態時的情況；τ表示變焦投影鏡頭在遠 攝倍率狀態時的情況；表面序號R1至R24依次表示從螢幕侧至像平面 侧之各鏡片表面；厚度表示一鏡片表面至相鄰鏡片表面之距離。依照 i表數值進行設計’本發明變焦投影鏡頭丨之各種像差可以得到有效 校正，如第二A至二D、三a至三d、四A至四D圖所示。 在第二實施例中，本發明變焦投影鏡頭丨，包括具有四個鏡片之第

一透鏡組10’ 、具有六個鏡片之第二透鏡組2〇，及一玻璃平板40，， 各玻璃鏡片之結構參數值可參照下表所示：

焦距值 F=20.439imn(W)〜21. 852mm(M)〜23. 545mm(T) 有效口徑 FNO=2. 61(W)〜2· 69(M)〜2· 78CT) 表面序號 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(腿） (Thickness) 折射率 (M) 阿貝係數 (Vd) R1 105.9 3.1 1.72916 54. 68 R2 oo 0.10 R3 120.4 9. 58 1.74950 35.30 R4 20.1 6· 28 R5 -149 1.40 1.49700 81.61 R6 30.3 9. 93 L 13 l28829〇

_ 上表中’表面序號R1至R22依次表示從螢幕側至像平面侧之各袭 片表面，厚度表示所述鏡片表面至下一鏡片表面之距離。依照上表奢 值進行設計，本發明變焦投影鏡頭1’之各種像差可以得到有效校正， 如第六A至六D、七A至七D、八A至八D圖所示。 在第三實施例中，本發明變焦投影鏡頭Γ包括具有五個鏡片之第 一透鏡組10”、具有八個鏡片之第二透鏡組20”及一玻璃平板4〇，，， 各玻璃鏡片之結構參數值可參照下表所示： 焦距值 F-23. 700mm(W)〜26· 006mm(M)〜28_ 523mm(T) ~^ 有效口徑FNO=: —---——-- 表面序號 卜 48(ff)〜2· 59(M 曲率半捏(mm) (Radius) )〜2·71(Τ) 厚度(mm) (Thickness) 折射率 (Nd) ------~^ 阿貝係數 (Vd) 1288290 R1 117.1 3.45 1.72916 54. 68 R2 〇〇 0.10 R3 92.5 2. 66 1.69680 55. 53 R4 22.2 10.81 R5 -63.2 1.40 1.59270 35.30 R6 46.4 5. 00 R7 -85.8 7.51 1.83481 42. 72 R8 -59 0.10 R9 41.7 4.17 1. 84666 23. 80 R10 65.3 15.1300〜8. 62 (M)〜2· 72(T) R11 56.9 3. 27 1.83481 42. 72 R12 2134.1 9.64 R13 95.4 2.10 1.72916 54. 68 R14 -181.9 0.10 R15 36.8 1.85 1.72916 54.68 R16 87 2. 04 R17 -48.2 5.37 1.80440 39. 58 R18 15.7 8. 70 R19 15.7 8. 70 1.49700 81.61 R20 -87.8 0.36 R21 25.7 3.56 1.83481 42.72 R22 -52.4 0.14 R23 -308. 3 0.80 1.64769 33.80 R24 17.0 2. 30 R25 87. 2 1.71 1.48749 70.41 R26 -87.2 31. 50〇〇〜33. 56 (Μ)〜35.38CT) R27 〇〇 3.00 1.48749 70.41 R28 〇〇 0. 50 上表中，表面序號R1至R28依次表示從螢幕側至像平面侧之各鏡

片表面；厚度表示所述鏡片表面與相鄰鏡片表面之距離。依照上表數 值進行設計，本發明變焦投影鏡頭Γ之各種像差可以得到有效校正， 15 1288290 如第十A至十D、十-A至十-D、十二A至十二D圖所示。 本發明魏投影綱細於DMD投影裝置上，不僅可以使得_ 投影裝置小型化，還可以提高敍性能，得到高品㈣圖像。此外， 本發明變紐雜賴可减其_投賴示光料統及影像掏 取光學系統中，以提高該等光學系統之光學性能。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，麦依法提出專利申 凊。惟’以上所述者僅爲本發明讀佳實財^，舉凡熟胃本案技術 之人士援依本發明之精神所狀等效修飾紐化，皆涵蓋於後附之申 請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明變焦投影鏡頭之第一實施例之結構示意圖。 第二A至二D圖係第-實施例之變焦投影鏡頭處於廣角倍率狀態時的縱 向像差、橫向色差、像場彎曲及MTF曲線示意圖。 第二A至二D圖係第一實施例之變焦投影鏡頭處於中間倍率狀態時的縱 向像差、橫向色差、像場彎曲及MTF曲線示意圖。 第四A至四D圖係第一實施例之變焦投影鏡頭處於遠攝倍率狀態時的縱 向像差、橫向色差、像場彎曲及MTF曲線示意圖。 第五圖係本發明變焦投影鏡頭之第二實施例之結構示意圖。 第六A至六D圖係第二實施例之變焦投影鏡頭處於廣角倍率狀態時的各 像差曲線示意圖。 第七A至七D圖係第二實施例之變焦投影鏡頭處於中間倍率狀態時的各 16 1288290 像差曲線不意圖。 第八A至八D圖係第二實施例之變焦投影鏡頭處於遠攝倍率狀態時的各 像差曲線不意圖。 ' 第九圖係本發明變焦投影鏡頭之第三實施例之結構示意圖。 第十A至十D圖係第三實施例之變焦投影鏡頭處於廣角倍率狀態時的各 像差曲線示意圖。 第十一 A至十一 D圖係第三實施例之變焦投影鏡頭處於中間倍率狀態時 • 的各像差曲線示意圖。 第十二A至十二D圖係第三實施例之變焦投影鏡頭處於遠攝倍率狀態時 的各像差曲線不意圖。 【主要元件符號說明】 變焦投影鏡頭 卜 1， 、 1” 第一透鏡組 10、10，、10” 第二透鏡組 20、20’ 、20，， 鏡片 21 > 22 孔徑光闌 30 玻璃平板 40、40，、40” 第一可變間距 Ml 第二可變間距 M2 17

Claims (1)

1288290 拾、申請專利範圍： 卜-種變焦投影鏡頭，其包括具有負屈光度的第一透鏡組，係由 複數鏡版成，其魏於像面錄並可沿雜移動；具有正屈 光度的第二透鏡組，係由複數鏡片組成，其靠近於物面安裝並 可沿光軸移動；及-孔徑光闌，係位於第二透鏡組之其中_ 鄰鏡片之間，並猶第二透鏡組—起軸；觀紐影鏡頭還 滿足下列條件： -0.90〈菪 <-〇.78 ⑴ -L99<|^<-1.67 (2) 1.50<尝<1.55 (3) 〇.58<||<〇.68 ⑷ 5.37〈§<5.82 (5) 3.40<^<3.80 (6) -1.34〈尝 <-1.13 ⑺ 在上述條件⑴至⑺巾，P1絲第—透餘之就度；ρ2 表示第二透鏡組之屈光度，·ΡΓ表示變焦投影鏡頭位於廣角端時 之焦距；BF表示變焦投影鏡頭錄廣角端時之後焦距；打表 示變焦投影鏡頭位於廣角猶之鏡頭總長；Εχ^示變減影鏡 頭位於廣角端時之出射曈的位置。 2·如申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其中第一、第二 1288290 透鏡組之各鏡片係採用全球面玻璃硝材加工而成的。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其還具有一玻璃 平板，該玻璃平板係安裝於第二透鏡組與物面之間。 4·如申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其中當將該變焦 投纖駿裝純織示裝f上時，物_減投麵示裝置 之成像器，而像面係指影像可投射於其上之螢幕。 5·如申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其中當該變焦投 影鏡頭使其從廣角端向遠攝端變化時，第一透鏡組將從像面向 物面移動，而第二透鏡組將會從物面向像面移動，並且第一、 二透鏡組之間的相對距離縮小。 6·如申凊專利範圍第5項所述之變焦投影鏡頭，其焦距值F可以 在 21· 333mm (W)〜24· 4907mm(M)〜27· 6359mm⑺之間變換，而 有效口徑FNO則可以在2· 40(W)〜2· 57(M)〜2. 73(T)之間變換。 7 ·如申請專利範圍第5項所述之變焦投影鏡頭，其焦距值ρ可以 在20· 439聰（W)〜21. 852mm(M)〜23. 545mm⑺之間變換，而有 效口#FNO則可以在2· 6100〜2. 69GI)〜2. 78(T)之間變換。 8 ·如申請專·卿5項所述之魏投影綱，其焦距值F可以 在23· 700晒（w)〜26· 006刪〇〇〜28. 523mm(T)之間變換，而有 效口徑FN0則可以在2· 48(W)〜2. 5900〜2. 71(T)之間變換。 3. —種投影顯示光學系統，其至少包括有一個可形成影像的成像 斋’及一個如申請專利範圍第1至8項中任意一項所述之變焦 19 1288290 投影鏡頭。 10 ·如申請專利範圍第9項所述之變焦投影鏡頭，其中成像器係反 射型成像器。 \ 11 ·如申請專利範圍第10項所述之變焦投影鏡頭，其中成像器爲 DMD微鏡裝置。 12 ·如申請專利範圍第10項所述之變焦投影鏡頭，其中變焦投影 鏡頭具有較長的後焦距。 • 13. —種具有如申請專利範圍第1至8項中任意一項所述之變焦投 影鏡頭的影像擷取光學系統。 20