TWI460490B - 變焦投影鏡頭 - Google Patents

Description

變焦投影鏡頭

本發明涉及一種變焦投影鏡頭。

一般地，變焦投影鏡頭所採用的鏡片數目越少，越有利於降低投影鏡頭的成本。然而，鏡片數目較少，不利於校正投影鏡頭產生的各種像差，導致投影鏡頭的成像品質差。

有鑒於此，有必要提供一種成本低而成像品質佳的變焦投影鏡頭。

一種變焦投影鏡頭，其用於投射一個空間調製器(spatial light modulator, SLM)產生的畫面。該變焦投影鏡頭包括從遠離該SLM一端到靠近該SLM一端依次移動設置的一個具有負光焦度的第一鏡群及一個具有正光焦度的第二鏡群。該第一鏡群包括一個具有負光焦度且採用非球面塑膠鏡片的第一透鏡。該第二透鏡群包括從遠離該SLM一端到靠近該SLM一端依次設置且採用球面玻璃鏡片的一個具有正光焦度的第二透鏡、一個具有正光焦度的第三透鏡、一個具有負光焦度的第四透鏡及一個具有正光焦度的第五透鏡。該變焦投影鏡頭滿足以下條件式：

1.95<|F1/Fw|<2.15；

0.5<|f4/Fw|<0.7；及

1.05<|f5/Fw|<1.25。

其中，F1為該第一鏡群的有效焦距，f4為該第四透鏡的有效焦距，f5為該第五透鏡的有效焦距，Fw為該變焦投影鏡頭在廣角端(Wide)的有效焦距。

該變焦投影鏡頭的構成有利於降低成本，而滿足上述條件式可以有效控制像散跟球差，從而提高該變焦投影鏡頭的成像品質。

下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。

請參閱圖1及圖2(示意圖，具體參數表1-4)，本發明較佳實施方式的變焦投影鏡頭10用於投射一個SLM 20產生的畫面。投影時，該SLM 20產生的畫面經過一個保護玻璃30後進入該變焦投影鏡頭10，經該變焦投影鏡頭10放大後投射於一個螢幕(圖未示)上。

該變焦投影鏡頭10包括從遠離該SLM 20一端到靠近該SLM 20一端依次移動設置的一個具有負光焦度的第一鏡群100及一個具有正光焦度的第二鏡群200。變焦時，該第一鏡群100與該第二鏡群200均沿該變焦投影鏡頭10的光軸移動。

該第一鏡群100包括一個具有負光焦度的第一透鏡102。該第二透鏡群包括從遠離該SLM一端到靠近該SLM一端依次設置的一個具有正光焦度的第二透鏡202、一個具有正光焦度的第三透鏡204、一個具有負光焦度的第四透鏡206及一個具有正光焦度的第五透鏡208。

該變焦投影鏡頭10滿足以下條件式：

1.95<|F1/Fw|<2.15；

0.5<|f4/Fw|<0.7；及

1.05<|f5/Fw|<1.25。

其中，F1為該第一鏡群100的有效焦距，f4為該第四透鏡206的有效焦距，f5為該第五透鏡208的有效焦距，Fw為該變焦投影鏡頭10在廣角端的有效焦距。

該變焦投影鏡頭10的構成(兩群五片式)有利於減少透鏡數目，從而有利於降低成本，而滿足上述條件式可以有效控制像散跟球差，從而提高該變焦投影鏡頭的成像品質。

優選地。該第一透鏡102採用非球面塑膠鏡片，而該第二透鏡202、該第三透鏡204、該第四透鏡206及該第五透鏡208採用球面玻璃鏡片。採用非球面塑膠鏡片及球面玻璃鏡片既有利於降低該變焦投影鏡頭10的成本又有利於提高該變焦投影鏡頭10的成像品質。

更加優選地，玻璃球面鏡片採用的折射率低於1.85的玻璃材料，以進一步降低該變焦投影鏡頭10的成本(玻璃材料的折射率越低，成本越低)。

優選地，該變焦投影鏡頭10還滿足條件式：

0.45<|Vd4/Vd5|<0.55。

其中，Vd4及Vd5為d光(波長為587.6納米)分別在該第四透鏡206及該第五透鏡208的阿貝數(Abbe number)。滿足該條件式，可使中央視場與外視場的橫向色像差同時得到有效校正。相反的，不滿足該條件式，該變焦投影鏡頭的整個視場的橫向色像差很難全部得到校正。

該變焦投影鏡頭10還滿足條件式：

Lw*Φw<3.8。

其中，Lw為該變焦投影鏡頭10在廣角端的鏡頭總長(該投影鏡頭遠離該SLM 20的一端到該SLM 20的距離)，Φw為的該變焦投影鏡頭10在廣角端的總光焦度。滿足該條件式，可以在縮短該變焦投影鏡頭10在廣角端的鏡頭總長的同時有效校正該變焦投影鏡頭10的球差。具體的，較長的鏡頭總長有利於該變焦投影鏡頭10校正球差，然而不符合當前小型化的趨勢，而鏡頭總長過小又不利於該變焦投影鏡頭10校正球差，上述條件式正是用於平衡鏡頭總長與球差的校正。

優選地，該變焦投影鏡頭10還包括一個光闌300。該光闌300設置於該第四透鏡206與該第五透鏡208之間。在該變焦投影鏡頭10變焦過程中隨該第二鏡群200沿該變焦投影鏡頭10的光軸移動，且孔徑保持不變。

更加優選地，該光闌300設置在該第四透鏡206面向該第五透鏡208表面上。如此，可以縮短該變焦投影鏡頭10的鏡頭總長。

該變焦投影鏡頭10從遠離該SLM 20一端到靠近該SLM 20一端依次包括表面S1-S10。該保護玻璃30包括有面向該變焦投影鏡頭10的表面S11與背向該變焦投影鏡頭10的表面S12。

R為光路上各個表面的曲率半徑，D為各個表面到像側下一個表面的軸上距離(即兩個表面截得的光軸的長度)，Nd為d光在各個鏡片的折射率，Vd為光在各個鏡片的阿貝數。

該變焦投影鏡頭10滿足表1所列的條件：

表1

以各個表面中心為原點，光軸為軸，鏡片表面的非球面面型運算式為：

其中，為鏡面表面中心的曲率，是二次曲面係數，為從光軸到鏡片表面的高度，表示對累加，為自然數，為第階的非球面面型係數。

該變焦投影鏡頭10滿足表2所列的條件：

表2

f為該變焦投影鏡頭10的有效焦距，F#為該變焦投影鏡頭10的光圈數，L為該變焦投影鏡頭10的鏡頭總長。

該變焦投影鏡頭10滿足表3所列的條件：

表3

本實施方式中，各個條件式的值如表4所示：

表4

另外，如圖3至圖10所示，其中，曲線a1, b1, c1表示波長為450nm, 550nm, 630nm的光線在該變焦投影鏡頭10的縱向像差特性曲線。曲線at, as, bt, bs, ct, cs表示波長為450nm, 550nm, 630nm的光線在該變焦投影鏡頭10的子午場曲及弧矢場曲特性曲線。曲線abc表示波長為450nm, 550nm, 630nm的光線在該變焦投影鏡頭10的畸變特性曲線(三種波長的光線的畸變特性曲線重疊)。曲線a2, b2, c2表示波長為450nm, 550nm, 630nm的光線在該變焦投影鏡頭10的橫向色像差特性曲線。從圖3至圖10可見，該變焦投影鏡頭10在廣角端及遠攝端的各種像差都被控制在較小的範圍內，從而，該變焦投影鏡頭10具有較高的成像品質。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10．．．變焦投影鏡頭

100．．．第一鏡群

102．．．第一透鏡

200．．．第二鏡群

202．．．第二透鏡

204．．．第三透鏡

206．．．第四透鏡

208．．．第五透鏡

300．．．光闌

20．．．SLM

30．．．保護玻璃

S1-S12．．．表面

IMG．．．SLM表面

圖1為本發明較佳實施方式的變焦投影鏡頭在廣角端的結構示意圖。

圖2為圖1的變焦投影鏡頭處於遠攝端(Tele)的結構示意圖。

圖3至圖6分別為圖1的變焦投影鏡頭的縱向像差(Longitudinal Aberration)、場曲(Field curvature)、畸變Distortion)及橫向色像差(Lateral Color)特性曲線圖。

圖7至圖10分別為圖2的變焦投影鏡頭的縱向像差、場曲、畸變及橫向色像差特性曲線圖。

10．．．變焦投影鏡頭

100．．．第一鏡群

102．．．第一透鏡

200．．．第二鏡群

202．．．第二透鏡

204．．．第三透鏡

206．．．第四透鏡

208．．．第五透鏡

300．．．光闌

20．．．SLM

30．．．保護玻璃

S1-S12．．．表面

IMG．．．SLM表面

Claims (8)

1. 一種變焦投影鏡頭，其用於投射一個空間調製器產生的畫面；該變焦投影鏡頭包括從遠離該空間調製器一端到靠近該空間調製器一端依次移動設置的一個具有負光焦度的第一鏡群及一個具有正光焦度的第二鏡群；該第一鏡群包括一個具有負光焦度且採用非球面塑膠鏡片的第一透鏡；該第二透鏡群包括從遠離該空間調製器一端到靠近該空間調製器一端依次設置且採用球面玻璃鏡片的一個具有正光焦度的第二透鏡、一個具有正光焦度的第三透鏡、一個具有負光焦度的第四透鏡及一個具有正光焦度的第五透鏡；該變焦投影鏡頭滿足以下條件式：
   1.95<|F1/Fw|<2.15；
   0.5<|f4/Fw|<0.7；及
   1.05<|f5/Fw|<1.25；
   其中，F1為該第一鏡群的有效焦距，f4為該第四透鏡的有效焦距，f5為該第五透鏡的有效焦距，Fw為該變焦投影鏡頭在廣角端的有效焦距。
2. 如申請專利範圍第1項所述的變焦投影鏡頭，其中，該第一透鏡採用非球面塑膠鏡片，而該第二透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡及該第五透鏡採用球面玻璃鏡片。
3. 如申請專利範圍第2項所述的變焦投影鏡頭，其中，所述玻璃球面鏡片採用的折射率低於1.85的玻璃材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述的變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭還滿足條件式：0.45<|Vd4/Vd5|<0.55；其中，Vd4及Vd5為d光分別在該第四透鏡及該第五透鏡2的阿貝數。
5. 如申請專利範圍第1項所述的變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭還滿足條件式：Lw*Φw<3.8；其中，Lw為該變焦投影鏡頭在廣角端的鏡頭總長，Φw為的該變焦投影鏡頭在廣角端的總光焦度。
6. 如申請專利範圍第1項所述的變焦投影鏡頭，其中，該變焦投影鏡頭還包括一個設置於該第四透鏡與該第五透鏡之間的光闌。
7. 如申請專利範圍第6項所述的變焦投影鏡頭，其中，該光闌在該變焦投影鏡頭變焦過程中隨該第二鏡群沿該變焦投影鏡頭的光軸移動，且孔徑保持不變。
8. 如申請專利範圍第6項所述的變焦投影鏡頭，其中，該光闌設置在該第四透鏡面向該第五透鏡表面上。