TWI332581B - - Google Patents

Description

玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有·-種變紐影鏡頭，制是有.—種可適用於投 影裝置之投影顯示光學系統及影像擷取裝置之影像擷取光學系統中的 變焦投影鏡頭。 【先前技術】 近年來，投影機普遍地被應用於日常生活中，尤其最近更被進一步 地使用於體積小的景彡像韻上，如手提電腦、桌上型電腦等，以滿足 特疋環境中之使用需求。常見的投影機係以DMD (Digital

Micro-mirror

Device)作爲光閥成像器，其成像原理是由DMD微鏡裝置的轉動(±1 〇。） 控制光的反射方向，藉此可控制該點訊號的通斷，然後再通過光學透 鏡將DMD微鏡裝置上的成像投射到螢幕上。 投影鏡頭的類型將決定投影機投射的畫面品質。一般而言，單組鏡 片可以使得晝面在中央區域顯示很好，但是當光線和畫面在螢幕的所 有區域展開時，需要採用多組鏡片才能使得在螢幕之邊角處晝面與中 央區域保持一致。而且，若要在狹小的空間獲取大畫面時，需要選用 配有放大鏡頭的投影機，以供在很短的投影距離獲得較大的投影畫面 尺寸；而在投影距離很遠的情況下，如在電影院内投影時，要想獲得 合適大小的畫面，就需要選擇配有遠心變焦鏡頭的投影機，這樣就可 以在較遠的投影距離也可以獲得合適的畫面尺寸與品質。 有關投影鏡頭之設計已在許多專利中均有出現，請參閱美國專利第 5 1332581 • 6,59G，716號所示，其揭示了-種適合在投影機上使_遠心變焦投影 躺其包3有一具有負屈光度的第一透鏡組、-具有正屈光度的第 二透鏡組、-具有負屈紐的第三透鏡組及—具有正屈光度的第四透 鏡組’當賴紐雜職放大倍雜_化雜小倍錄態時，第 -及第四透鏡組是ϋ定的’第二及第三透鏡_可以適#移動，以調 整到所需焦距。惟’在該專利中，僅提供H鏡組與第二透鏡組 中之部分透鏡之_條件隱’並未對可飾之第三透餘與其他透 鲁 鏡組之間的關係做出揭示，而第三透鏡組之移動變化會直接影像到該 變焦投影鏡歡投影品質。故，設計條件之不足將成紐_變焦投 影鏡頭之投影品質的重要因素。 故，有必要提供-種新的變焦投雜頭，以改善習知技術中存在的 設計缺陷，從而能夠提高投影品質。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供一種變焦投影鏡頭，其可以有效校正各 # 種像差，提高成像品質。 依據本發明之上述目的，本發明提供一種變焦投影鏡頭，用以將一 像源側的原始影像投射至成像側形成投射影像，該變焦投影鏡頭之投 影系統自成像側起算，依次包含有：一具有負屈光度的第一透鏡組、 〆具有正屈光度的第二透鏡組、一具有正屈光度的第三透鏡組、一具 有負屈光度的第四透鏡組及一具有正屈光度的第五透鏡組，當該變焦 投影鏡頭從放大端向縮小端變化時，第一透鏡組與第五透鏡組係固定 6 不動，第二至第四透鏡組則皆朝向成像側移動；該變焦投影鏡頭滿足 下列條件： fw23 ft23 fw fw fw23 ft 一 fl23 ft > 0.06743

(1)(2)

在上述式子（1)、（2)中，f^23表示該變焦投影鏡頭位於放大端 時的第Hit鏡組之齡⑨謎；ft23纟賴M娜綱位於縮 小端時的第二及第三透鏡組之組合屈光度；^表示該魏投影綱位 於放大端時之系統焦距；以及，ft表示該變焦投影鏡頭位於縮小端時之 系統焦距》 當將該變焦投影鏡頭安裝於投影顯示裝置上時，像源侧係指該投影 顯示裝置之成像器，而成像側係指影像可投射於其上之螢幕。

本發明變焦投影鏡頭之第一至第五透鏡組之各鏡片係採用全球面 玻璃硝材加工而成，本發明變焦投影鏡頭還包含有一自動光圈，該自 動光圈係位於第四透鏡組之成像側，並可以與該第四透鏡組一起移動。

(3) (4) 本發明變焦投影鏡頭還滿足下列條件： >0.11256 > 0.09383 在上述式子（3)、（4)中，fW234表示該變焦投影鏡頭位於放大端 時的第二、第三及第四透鏡組之組合屈光度；ft234表示該變焦投影鏡 7 頭位於縮小辦的第二、第三及第四魏組之組合就度；~表示該 變焦投影鏡驗於放大稱U賊距；以及，ft表示賴紐影鏡頭 位於縮小端時之系統焦距。 與先前技術相比較，本發明變焦投影鏡頭採用五個透鏡組，在調焦 時’第-透鏡組與第五透鏡組係固定不動，第二至第四透鏡組則可以 移動，且第二至第四透鏡組還滿足一定的設計條件，藉此像差可以得 到良好的校正，而投影品質亦可大幅度提高。又，因本發明變焦投影 鏡頭之各透鏡組之各鏡片係採用全球面玻璃硝材加工而成，故變焦投 影鏡頭具有耐咼溫的特性，且溫度變化對其性能影響較小，而且全球 面鏡片之加工比較容易，可以達到較高的良率、降低成本。 【實施方式】 請參照第一 A及一 B圖，其中分別顯示出本發明之變焦投影鏡頭 1位於放大端（wi de)及縮小端（te 1 e)時之各鏡頭組之位置關係示意 圖，本發明變焦投影鏡頭1可適用於遠心系統之前投式投影顯示裝置， 如DLP (Digital Light Processing)投影機上，用來將DMD成像器上的 原始影像投射至螢幕上形成投射影像，其中該DMD成像器係做爲該變 焦投影鏡頭1之像源側（即物面）’如第一 A圖中所示之右側，而螢幕 則做爲該變焦投影鏡頭1之成像側（即像面），如第一 A圖中所示之左 側0 本發明變焦投影鏡頭1用以將一像源側的原始影像投射至成像側 形成投射影像，該變焦投影鏡頭1之投影系統自成像側起算，依次包 1332581 含：-具有負屈光度的第-透鏡組1G、—具有正屈光度的第二透鏡組 20、-具有正就度的第三透鏡組3〇、—具有負屈光度的第四透鏡組 40及-具有JL屈紐㈣五透餘％，當該魏郷_丨從放大端 (即放大倍率）向縮小端（即縮小倍率）變化時，第—透鏡組1〇與第 五透鏡組50係固定不動的，第二至第四透鏡組2〇、3〇及4〇則皆朝向 成像側移動。

个货㈣一达鲵組10係由正、正、負透鏡組成。 本發明第二透敝20係自貞、正魏城，#職紐影鏡頭i 從放大端（即放大倍率）向縮小端（即縮小倍率）變化時，該第二透 鏡組20沿光軸朝向第-透鏡組1G移動，兩者之間具有第—可變間距 D1 (其具體數值如下表中所示）。

本發明第三雜3〇係—由—貞嫩-正雜成的膠合透 鏡。在變焦時’該第三透鏡組3G沿光轴朝向第二透鏡組2G移動，兩 者之間具账·❹2 (細她T表中所示> 7明第四透鏡組40係由正、正、負、負、正、負透鏡 具有第三可變間距D3 (其具體數值如下 盥第五透㈣Β 所不）。該第四透鏡組40 幻。之間具有第四糊物（細數值如下表中所 50係一正透鏡， 本發明第五透鏡組 係固定不動。 在變焦時，該第五it鏡組 50 9 1332581 本發明變焦投影鏡頭丨還包含有一光圈60,該光圈60係一自動光 圈’其可根據光線變化控制光圈變化，藉此可得到高對比與高解析的 投射效果〇該光圈6〇位於第四透鏡組4〇之成像側，並可以與該第四 透鏡組40 —起移動。 在本發明變焦投影鏡頭1之第五透鏡組5〇之像源側還設置有一組 合稜鏡70及一平行板80，其中組合稜鏡7〇係可以組合來自於DM〇

成像器上的影像，以使得影像進行投影系統。平行板80係用來改善 DMD成像器上所接收到的影像效果。 本發明變焦投影鏡頭1之各透鏡係採用全球面玻璃硝材加工而 成，而對於溫度變化所造成的影響，該變焦投影鏡頭丨可以通過調整 第一透鏡組10與第二透鏡組2〇之間的間距來加以補償，藉此可以使 此變焦投職頭1具有耐高溫的紐，且溫度變化雌雜的影響較

小。又’因本發明變焦投影鏡頭！採用全球面鏡片，其加工比較容易， 故可達到較高的良率、降低成本。 本發明變焦投纖頭1適崎高階触綱，其通鄕三、第三及 第四透鏡組2〇、3〇及4〇之三群作動即可同時達到變焦與調焦的效果， 從而大幅度崎低成本。爲能得到良好的祕品質，本發明變焦投影 鏡頭1之該等可移動透鏡組（即第二、第三及第四透鏡組2〇、如及4〇) 需滿足以下條件： fw23 ft23 fw fw >0.06743 (1) 10 1332581 (2) (3) (4)

在上述式子（1)至（4)中，fW23表示該變焦投影鏡頭丨位於放 大端時的第二及第三透鏡組20及30之組合屈光度；ft23表示該變焦投 影鏡頭1位於縮小端時的第二及第三透鏡植2〇及30之組合屈光度； Rv234表示該變焦投影鏡頭丨位於放大端時的第二、第三及第四透鏡組 20、30及40之組合屈光度；ft234表示該變焦投影鏡頭丨位於縮小端 時的第二、第三及第四透鏡組2〇、3〇及40之組合屈光度；^表示該 變焦投衫鏡頭1位於放大端時之系統焦距；仕表示該變焦投影鏡頭1 位於縮小端時之系統焦距。

fw23 fl23 ft ft >0.05621 fw234 ft234 fw fw fw234 fl234 ft ft >0.11256 > 0.09383 本發明變焦投影鏡頭1在具體實施過程中之數值實施例如下表 所示： 表一 焦距值 f=38.87mm(WM6.63mm(T) 有效口徑 lNO=2.40(W)~3.0〇m 表面序號 曲率半徑(mm) (Radius) 厚度(mm) (Thickness) (Nd) 阿貝係數 (Vd) OQ < 1 90.33 1.40 ——v 1.72825 2 37.99 5.26 3 133.71 1.20 1.48749 j 7Π 〇 4 44.68 10.87 5 -46.30 ~ 9.20 1.69679 55 5 6 -76.14 D1 (10.4069〜3.8000) 7 -198.07 6.20 1.83481 42 7 8 -70.33 0.10 23.8 9 84.99 4.51 1.84666 11 「10 00 D2(25.0924~15.3404、 38ϋ-- ^Ύι -221.92 0.80 1.60342~ 12 -—****ΓΤ- 40.53 7.86 1.72916 13 「 -Ϊ10.83 D3 (3.5800-16.5894) JH. / ----- 14 S 11.58 _ — 一 -'ΙΓΤ'' 15 32.36 4.07 1.49699 16 00 0.10 ^Ίΐ r 69.91 4.48 1.72916 54^ 18 -41.27 0.80 1.76182 19 24.55 8.13 20 -23.33 0.80 1.75520 8ΤΤ~~ 21 54.45 7.45 1.49699 22 -30.77 9.11 23 -**** 0/1 00 7.45 1.84666 ΖΗ 一 25 -71.79 110.32 D4 (0.1533-3.5056) 6.02 1.84666~ 26 -110.32 10.60 27 00 25.00 BK7 ----— ~----- ----- 一 28 00 3.00 29 一30 00 00 3.00 0.48 ~FSL5~ 依照上表中之數值實施例進行設計，本發明變焦投影鏡頭u之縱 向像差、橫向色差、像場彎曲、畸變像差及MTF特性均具有良好的校 炎效果。 事實上’由上述實施例所揭示的本發明變焦投影鏡頭i係形成了倒 置的縮小結構，其中螢幕（即影像可投射於其上之平面）係做爲—成 像側，而像平面（即顯示裝置表面，例如：DMD成像器）係做爲一像 源側。然而，在顯示裝置側對變焦投影鏡頭之光學性能進行評估時， 螢幕疋被視爲像關，錄H是被視爲成侧，焦娜鏡頭則被當 (Reduction Optical Systems »ROS)- » 本發明變焦投影鏡頭丨在放大端之光學表現如第二A至二E圖所示， 而在縮小数縣錢如第三A至三E圖所示。 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 1332581 請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施方式，舉凡熟習本案技術 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆涵蓋於後附之申 晴專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一 A圖係本發明變焦投影鏡頭位於放大端時之各鏡頭組之位置關係 示意圖。 第一 B圖係本發明變焦投影鏡頭位於縮小端時之各鏡頭組之位置關係 示意圖。 第一 A至二E圖係依據所述數值實施例，本發明變焦投影鏡頭位於放 大端時的所形成的縱向像差、橫向色差、像場彎曲、崎變像差及 MTF特性之曲線示意圖。 第二A至三E圖係依據所述數值實施例，本發明變焦投影鏡頭位於縮 小端時的所形成的縱向像差、橫向色差、像場彎曲、崎變像差及 MTF特性之曲線示意圖。 【主要元件符號說明】 變焦投影鏡頭 1 第一透鏡組 10 第二透鏡組 20 第三透鏡組 30 第四透鏡組 40 第五透鏡組 50 光圈 60 組合棱鏡 70 +行板 80 13

Claims (1)

1332581 拾、申請專利範圍：

L 一種變焦投影鏡頭，用以將一像源側的原始影像投射至成像側形成投 射影像’該變焦投影鏡頭之投影系統自成像侧起算，依次包含有：一 具有負屈光度的第一透鏡組、一具有正屈光度的第二透鏡組、一具有 正屈光度的第三透鏡組、一具有負屈光度的第四透鏡組及一具有正屈 光度的第五透鏡組，當該變焦投影鏡頭從放大端（wide)向縮小端 (tele)變化時，第一透鏡組與第五透鏡組係固定不動’第二至第四 透鏡組則皆朝向成像側移動；該變焦投影鏡頭滿足下列條件： fw23 fl23 fw fw fw23 fl23 ft ft >0.06743 (1) >0.05621 (2) 在上述式子（1)、（2)中，加23表示該變焦投影鏡頭位於放大端時的 第一及第二透鏡組之組合屈光度；ft23表示該變焦投影鏡頭位於縮小端 時的第二及第三透鏡組之組合屈光度；⑺表示該變焦投影鏡頭位於放 大端時之系統焦距；以及，ft表示該變焦投影鏡頭位於縮小端時之系統 焦距。 2. 如申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其中第一至第五透鏡組 之各鏡片係採用全球面玻璃硝材加工而成。 3. 如申請專利範圍第2項所述之變焦投影鏡頭，其中當將該變焦投影鏡 頭安裝於投影顯示裝置上時，像源側係指該投影顯示裝置之成像器， 而成像側係指影像可投射於其上之登幕。 14 1332581 4. 如申請專利範圍第3項所述之變焦投影鏡頭，進一步包含有一光圈， 該光圈係位於第四透鏡組之成像側，並可以與該第四透鏡組一起移動。 5. 如申請專利範圍第4項所述之變焦投影鏡頭，其中該光圈係一自動光 圈。 6. 如申請專利範圍第5項所述之變焦投影鏡頭，其中在第五透鏡組之像 源側還設置有一組合棱鏡及一平行板。

7. 如申請專利範圍第4項所述之變焦投影鏡頭，其中在調焦過程中，該 第二透鏡組與第-透鏡組之間具有第-可變間距，其範圍係自1〇獅 公釐至3.8000公釐，該第二透鏡組與第二透鏡組之間具有第二可變間 距’其範圍係自25.0924公羞至15·3404公髮；該第四透鏡組與第三透 鏡組之間具有第三可變間距，其範圍係自3 58〇〇公釐至165894公釐； 該第四透鏡組與第五透鏡組之間具有第四可變間距，其範圍係自〇1533 公釐至3.5056公釐。 8. 如申請專利範圍第i項所述之變焦投影鏡頭，其中變焦投影鏡頭需進 一步滿足下列條件： fw fw >0.11256 (3) fw234 ft — ft234 ft >0.09383 (4) 在上述式子⑴、⑷巾’祕4表示該變紐影鏡頭位於放大端時的 第二、第三及第四透鏡組之組合屈光度；ft234表示該變焦投影鏡頭位 於縮小端時的第二、第三及第四透鏡組之組合屈光度；加表示該變焦 15 1332581 投影鏡頭位於放大端時之系統焦距；以及，ft表示該變焦投影鏡頭位於 縮小端時之系統焦距。