TWI403823B - Zoom projection lens - Google Patents

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/142—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only
    • G02B15/1425—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only the first group being negative

Description

變焦投影鏡頭
本發明是有關於一種光學鏡頭，特別是指一種用於投影機的變焦投影鏡頭。
近年來陰極射像管投影裝置(Cathode Ray Tube，CRT)逐漸被液晶投影裝置(Liquid Crystal Display)、數位光源處理投影裝置(Digital Light Processing，DLP)等較輕薄短小的投影裝置所取代。
其中，數位光源處理投影裝置的非遠心系統(Non-telecentric)的主光線(chief ray)與光軸不平行，該非遠心系統的變焦投影鏡頭相較於遠心系統的變焦投影鏡頭可以省略一個全內反射稜鏡，以節省變焦投影鏡頭的成本。此外，由於非遠心系統的主光線與光軸不平行，是以一角度入射進入變焦投影鏡頭，造成投影畫面在投影螢幕上朝上偏移，符合前投影式投影機的需求。
以往的一種非遠心系統前投影式投影機，例如中華民國專利第I288290號專利所揭露，包含兩組透鏡組，而該等透鏡組分別由四片與七片透鏡組成，不但因為透鏡數量多而無法有效節省成本，還會造成變焦投影鏡頭長度無法縮減，不能滿足輕薄短小的需求。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以節省成本且滿足輕薄短小需求的變焦投影鏡頭。
於是，本發明變焦投影鏡頭，由物端至像端依序包含一第一透鏡組及一第二透鏡組，依序為負、正屈光率，該第一透鏡組為一第一透鏡，該第二透鏡組由一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一位於該第二透鏡與第三透鏡間的孔徑光闌組成，該第一透鏡為非球面塑膠透鏡，該第三透鏡、第四透鏡其中一者為非球面玻璃透鏡，該變焦投影鏡頭滿足：
1.463<|tt /lt |<1.505，
tt 為變焦投影鏡頭總長，lt 為變焦投影鏡頭長度。
本發明之功效在於該變焦投影鏡頭僅由四片透鏡組成，減少透鏡數量以節省成本，並能滿足輕薄短小需求，而透過非球面塑膠透鏡或玻璃透鏡，有效修正投影影像的像差。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明變焦投影鏡頭的較佳實施例由物端至像端依序包含一第一透鏡組1及一第二透鏡組2，依序為負、正屈光率。
該第一透鏡組1為一第一透鏡11，該第一透鏡11為非球面塑膠透鏡，以有效縮減變焦投影鏡頭總長與修正投影影像的像差，且該第一透鏡11為朝物端凸出的月凹透鏡(negative meniscus)。
該第二透鏡組2由一第二透鏡21、一第三透鏡22、一第四透鏡23，及一位於該第二透鏡21與第三透鏡22間的孔徑光闌24(aperture stop)組成，該第二透鏡組2的第二透鏡21、第三透鏡22、第四透鏡23依序為正、負、正屈光率，該第二透鏡21為球面玻璃透鏡，該第二透鏡21為朝物端凸出的平凸透鏡或月凸透鏡(postive meniscus)，該第三透鏡22為雙凹透鏡(biconcave)，該第四透鏡23為雙凸透鏡(biconvex)，該第三透鏡22、第四透鏡23其中一者為非球面玻璃透鏡，透過使用非球面玻璃透鏡，以修正投影影像的像差並拉長變焦投影鏡頭後焦長度。
該變焦投影鏡頭僅由四片透鏡組成，減少透鏡數量以節省成本，並能滿足輕薄短小需求，對於環境溫度變化則透過該第一透鏡組1與第二透鏡組2間的間距長度，或變焦投影鏡頭後焦長度來補償調整，修正因環境溫度變化而產生的投影影像的像差。
其中，該變焦投影鏡頭滿足以下條件式：
0.696<|(f 1+f 2)/fw |<0.732　(2)
2.985<|tt /bf |<3.161　(3)
1.463<|tt /lt |<1.505　(4)
1.311<|ex /bf |<1.383　(5)
f 1為該第一透鏡組1的焦距，f 2為該為該第二透鏡組2的焦距，fw 為該變焦投影鏡頭在廣角端的焦距，tt 為變焦投影鏡頭總長，bf 為變焦投影鏡頭在廣角端的後焦長度，lt 為變焦投影鏡頭長度，ex 為系統出瞳位置。
透過滿足條件式(1)與(2)，能夠有效地縮減變焦投影鏡頭總長tt ，並修正投影影像的像差；透過滿足條件式(3)，有效拉長變焦投影鏡頭後焦長度bf ；透過滿足條件式(4)與(5)，可以進一步縮減變焦投影鏡頭總長tt ，並進一步拉長變焦投影鏡頭後焦長度bf ，變焦投影鏡頭總長tt 的縮減可以滿足輕薄短小需求，變焦投影鏡頭後焦長度bf 的拉長可以提高廣角端(Wild-Angle)至望遠端(Telephoto)的變焦倍率比值。
＜第一具體實施例＞
表1-1為該變焦投影鏡頭第一具體實施例的各式參數，S1至S8由物端至像端依序為該第一透鏡11物端面S1、該第一透鏡111像端面S2，以此類推至第四透鏡23像端面S8。
本第一具體例中，該第二透鏡21為平凸透鏡，該第三透鏡22為球面玻璃透鏡，該第四透鏡23為非球面玻璃透鏡，該第一透鏡組1焦距f 1為-41.6498毫米，該為該第二透鏡組2焦距f 2為26.1888毫米，該變焦投影鏡頭在廣角端的焦距fw 為21.1343毫米，變焦投影鏡頭總長tt 為82毫米，變焦投影鏡頭後焦長度bf 為25.9446毫米，變焦投影鏡頭長度lt 為56.0554毫米，系統出瞳位置ex 為-34.0751毫米，滿足前述條件式(1)至(5)。
此外，數值孔徑(F-number)由廣角端、中間狀態、望遠端依序為2.64、2.70、2.75，該變焦投影鏡頭焦距由廣角端、中間狀態、望遠端依序為21.1343毫米、22.1594毫米、23.0025毫米。
非球面可由下列條件式表示：
，以表面頂點作為參考點，D為沿光軸方向在高度H位置距光軸的位移值，K為錐度係數(conic coefficient)，C為曲率半徑的倒數，E4 至E16 為高階非球面係數，該第一透鏡11與第四透鏡23的非球面係數如下表1-2所示：
本第一具體實施例在廣角端時的球面像差(longitudinal aberration)圖如圖2所示，其中瞳半徑(pupil radius)為4.0576毫米。圖3為倍率色像差圖(lateral color)，縱軸的最高成像半高為10.2毫米。圖4與圖5為表現非點像差的像場彎曲(field curvature)圖，表面不同高度的成像位置，圖4代表子午光線，圖5代表弧矢光線，橫座標為成像點到理想像面的距離，縱座標為理想像高。圖6為表現歪曲像差的畸變(distortion)圖，表現橫向放大率，橫座標為成像點到理想像點的百分比差，縱座標為理想像高。圖7為光學轉換函數圖(MTF，modulation transfer function)，顯示對應空間頻率(spatial frequency)變化的光學轉換函數模數(modulus of the OTF，optical transfer function)。
本第一具體實施例在望遠端時球面像差圖、倍率色像差圖、子午光線的像場彎曲圖、弧矢光線的像場彎曲圖、畸變圖、光學轉換函數圖依序為圖8至圖13。
＜第二具體實施例＞
表2-1為該變焦投影鏡頭第二具體實施例的各式參數，該第二透鏡21為雙凸透鏡，該第三透鏡22為非球面玻璃透鏡，該第四透鏡23為球面玻璃透鏡，該第一透鏡組1焦距f 1為-41.4927毫米，該為該第二透鏡組2焦距f 2為26.7895毫米，該變焦投影鏡頭在廣角端的焦距fw 為21.1367毫米，變焦投影鏡頭總長tt 為77.4095毫米，變焦投影鏡頭後焦長度bf 為25.9365毫米，變焦投影鏡頭長度lt 為51.4730毫米，系統出瞳位置ex 為-35.8658毫米，滿足前述條件式(1)至(5)。
此外，數值孔徑(F-number)由廣角端、中間狀態、望遠端依序為2.64、2.70、2.76，該變焦投影鏡頭焦距由廣角端、中間狀態、望遠端依序為21.1367毫米、22.1754毫米、23.1736毫米。
該第一透鏡11與第三透鏡22的非球面係數如下表2-2所示：
綜上所述，本發明的功效整理如下：
一、該第一透鏡11為非球面塑膠透鏡，以有效縮減變焦投影鏡頭總長與修正投影影像的像差。
二、該第三透鏡22、第四透鏡23其中一者為非球面玻璃透鏡，透過使用非球面玻璃透鏡，以修正投影影像的像差並拉長變焦投影鏡頭後焦長度。
三、該變焦投影鏡頭僅由四片透鏡組成，減少透鏡數量以節省成本，並能滿足輕薄短小需求。
四、透過滿足條件式(1)至(5)，縮減變焦投影鏡頭總長tt ，並變焦投影鏡頭後焦長度bf ，以滿足輕薄短小需求，與提高廣角端至望遠端的變焦倍率比值。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
2．．．第二透鏡組
21．．．第二透鏡
22．．．第三透鏡
23．．．第四透鏡
24．．．孔徑光闌
S1．．．第一透鏡物端面
S2．．．第一透鏡像端面
S3．．．第二透鏡物端面
S4．．．第二透鏡像端面
S5．．．第三透鏡物端面
S6．．．第三透鏡像端面
S7．．．第四透鏡物端面
S8．．．第四透鏡像端面
圖1是配置示意圖，說明本發明變焦投影鏡頭的第一具體實施例；
圖2是本第一具體實施例廣角端的球面像差圖；
圖3是本第一具體實施例廣角端的倍率色像差圖；
圖4是本第一具體實施例廣角端的子午光線的像場彎曲圖；
圖5是本第一具體實施例廣角端的弧矢光線的像場彎曲圖；
圖6是本第一具體實施例廣角端的畸變圖；
圖7是本第一具體實施例廣角端的光學轉換函數圖；
圖8是本第一具體實施例望遠端的球面像差圖；
圖9是本第一具體實施例望遠端的倍率色像差圖；
圖10是本第一具體實施例望遠端的子午光線的像場彎曲圖；
圖11是本第一具體實施例望遠端的弧矢光線的像場彎曲圖；
圖12是本第一具體實施例望遠端的畸變圖；
圖13是本第一具體實施例望遠端的光學轉換函數圖；及
圖14是配置示意圖，說明本發明變焦投影鏡頭的第二具體實施例。
1．．．第一透鏡組
11．．．第一透鏡
2．．．第二透鏡組
21．．．第二透鏡
22．．．第三透鏡
23．．．第四透鏡
24．．．孔徑光闌
S1．．．第一透鏡物端面
S2．．．第一透鏡像端面
S3．．．第二透鏡物端面
S4．．．第二透鏡像端面
S5．．．第三透鏡物端面
S6．．．第三透鏡像端面
S7．．．第四透鏡物端面
S8．．．第四透鏡像端面

Claims (8)

  1. 一種變焦投影鏡頭，由物端至像端依序包含：一第一透鏡組及一第二透鏡組，依序為負、正屈光率，該第一透鏡組為一第一透鏡，該第二透鏡組由一第二透鏡、一第三透鏡、一第四透鏡及一位於該第二透鏡與第三透鏡間的孔徑光闌組成，該第一透鏡為非球面塑膠透鏡，該第三透鏡、第四透鏡其中一者為非球面玻璃透鏡，該變焦投影鏡頭滿足：1.463<|tt /lt |<1.505，tt 為變焦投影鏡頭總長，lt 為變焦投影鏡頭長度。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭滿足：1.311<|ex /bf |<1.383，ex 為系統出瞳位置，bf 為變焦投影鏡頭後焦長度。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭滿足：2.985<|tt /bf |<3.161。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭滿足：0.696<|(f 1+f 2)/fw |<0.732，f 1為該第一透鏡組的焦距，f 2為該為該第二透鏡組的焦距，fw 為該變焦投影鏡頭在廣角端的焦距。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭滿足：
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之變焦投影鏡頭，其中，該第二透鏡組的第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡依序為正、負、正屈光率。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之變焦投影鏡頭，其中，該第四透鏡為非球面玻璃透鏡。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之變焦投影鏡頭，其中，該第三透鏡為非球面玻璃透鏡。
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