CN101369050A - 变焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变焦投影镜头，用以将一像源侧的原始影像投射至成像侧形成投射影像，该变焦投影镜头的投影系统自成像侧起算，依次包含有：一具有负屈光度的第一透镜组、一具有正屈光度的第二透镜组、一具有正屈光度的第三透镜组、一具有负屈光度的第四透镜组及一具有正屈光度的第五透镜组，当该变焦投影镜头从放大端向缩小端变化时，第一透镜组与第五透镜组是固定不动的，第二至第四透镜组则都朝向成像侧移动；该变焦投影镜头满足特定条件，以提高投影品质。本发明变焦投影镜头还包含有一自动光圈，其可以与该第四透镜组一起移动。

Description

变焦投影镜头

【技术领域】

本发明涉及一种变焦投影镜头，特别是有关于一种可适用于投影装置的投影显示光学系统及影像撷取装置的影像撷取光学系统中的变焦投影镜头。

【背景技术】

近年来，投影机普遍地被应用于日常生活中，尤其最近更被进一步地使用于体积小的影像设备上，如手提电脑、桌上型电脑等，以满足特定环境中的使用需求。常见的投影机是以DMD(Digital Micro-mirror Device)作为光阀成像器，其成像原理是由DMD微镜装置的转动(±10°)控制光的反射方向，通过这种方式可控制该点讯号的通断，然后再通过光学透镜将DMD微镜装置上的成像投射到屏幕上。

投影镜头的类型将决定投影机投射的画面品质。一般而言，单组镜片可以使得画面在中央区域显示很好，但是当光线和画面在屏幕的所有区域展开时，需要采用多组镜片才能使得在屏幕的边角处画面与中央区域保持一致。而且，若要在狭小的空间获取大画面时，需要选用配有放大镜头的投影机，以供在很短的投影距离获得较大的投影画面尺寸；而在投影距离很远的情况下，如在电影院内投影时，要想获得合适大小的画面，就需要选择配有远心变焦镜头的投影机，这样就可以在较远的投影距离也可以获得合适的画面尺寸与品质。

有关投影镜头的设计已在许多专利中均有出现，请参阅美国专利第6,590,716号所示，其揭示了一种适合在投影机上使用的远心变焦投影镜头，其包含有一具有负屈光度的第一透镜组、一具有正屈光度的第二透镜组、一具有负屈光度的第三透镜组及一具有正屈光度的第四透镜组，当该变焦投影镜头从放大倍率状态变化至缩小倍率状态时，第一及第四透镜组是固定的，第二及第三透镜组则可以适当移动，以调整到所需焦距。但是，该专利仅提供了第一透镜组与第二透镜组中的部分透镜之间的条件关系，并未对可移动的第三透镜组与其它透镜组之间的关系做出揭示，而第三透镜组的移动变化会直接影像到该变焦投影镜头的投影品质。因此，设计条件的不足将成为影响该变焦投影镜头的投影品质的重要因素。

因此，有必要提供一种新的变焦投影镜头，以改善现有技术中存在的设计缺陷，从而能够提高投影品质。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种变焦投影镜头，其可以有效校正各种像差，提高成像品质。

依据本发明的上述目的，本发明提供一种变焦投影镜头，用以将一像源侧的原始影像投射至成像侧形成投射影像，该变焦投影镜头的投影系统自成像侧起算，依次包含有：一具有负屈光度的第一透镜组、一具有正屈光度的第二透镜组、一具有正屈光度的第三透镜组、一具有负屈光度的第四透镜组及一具有正屈光度的第五透镜组，当该变焦投影镜头从放大端向缩小端变化时，第一透镜组与第五透镜组固定不动，第二至第四透镜组则都朝向成像侧移动；该变焦投影镜头满足下列条件：

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{fw}}\right|>0.06743---1)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{ft}}\right|>0.05621---2)$

在上述式子1)、2)中，fw23表示该变焦投影镜头位于放大端时的第二及第三透镜组的组合屈光度；ft23表示该变焦投影镜头位于缩小端时的第二及第三透镜组的组合屈光度；fw表示该变焦投影镜头位于放大端时的系统焦距；以及，ft表示该变焦投影镜头位于缩小端时的系统焦距。

当将该变焦投影镜头安装在投影显示装置上时，像源侧是指该投影显示装置的成像器，而成像侧是指影像可投射于其上的屏幕。

本发明变焦投影镜头的第一至第五透镜组的各镜片是采用全球面玻璃硝材加工而成，本发明变焦投影镜头还包含有一自动光圈，该自动光圈位于第四透镜组的成像侧，并可以与该第四透镜组一起移动。

本发明变焦投影镜头还满足下列条件：

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{fw}}\right|>0.11256---3)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{ft}}\right|>0.09383---4)$

在上述式子3)、4)中，fw234表示该变焦投影镜头位于放大端时的第二、第三及第四透镜组的组合屈光度；ft234表示该变焦投影镜头位于缩小端时的第二、第三及第四透镜组的组合屈光度；fw表示该变焦投影镜头位于放大端时的系统焦距；以及，ft表示该变焦投影镜头位于缩小端时的系统焦距。

相较于现有技术，本发明变焦投影镜头采用五个透镜组，在调焦时，第一透镜组与第五透镜组固定不动，第二至第四透镜组则可以移动，且第二至第四透镜组还满足一定的设计条件，这样像差可以得到良好的校正，而投影品质也可大幅度提高。又因本发明变焦投影镜头的各透镜组的各镜片采用全球面玻璃硝材加工而成，所以变焦投影镜头具有耐高温的特性，且温度变化对其性能影响较小，而且全球面镜片的加工比较容易，可以达到较高的良率、降低成本。

【附图说明】

图1A是本发明变焦投影镜头位于放大端时的各镜头组的位置关系示意图。

图1B是本发明变焦投影镜头位于缩小端时的各镜头组的位置关系示意图。

图2A至图2E是依据所述数值实施例，本发明变焦投影镜头位于放大端时的所形成的纵向像差、横向色差、像场弯曲、畸变像差及MTF特性的曲线示意图。

图3A至图3E是依据所述数值实施例，本发明变焦投影镜头位于缩小端时的所形成的纵向像差、横向色差、像场弯曲、畸变像差及MTF特性的曲线示意图。

【具体实施方式】

请参照图1A及图1B，其中分别显示出本发明的变焦投影镜头1位于放大端(wide)及缩小端(tele)时的各镜头组的位置关系示意图，本发明变焦投影镜头1可适用于远心系统的前投式投影显示装置，如DLP(Digital LightProcessing)投影机上，用来将DMD成像器上的原始影像投射至屏幕上形成投射影像，其中该DMD成像器做为该变焦投影镜头1的像源侧(即物面)，如图1A中所示的右侧，而屏幕则做为该变焦投影镜头1的成像侧(即像面)，如图1A中所示的左侧。

本发明变焦投影镜头1用以将一像源侧的原始影像投射至成像侧形成投射影像，该变焦投影镜头1的投影系统自成像侧起算，依次包含：一具有负屈光度的第一透镜组10、一具有正屈光度的第二透镜组20、一具有正屈光度的第三透镜组30、一具有负屈光度的第四透镜组40及一具有正屈光度的第五透镜组50，当该变焦投影镜头1从放大端(即放大倍率)向缩小端(即缩小倍率)变化时，第一透镜组10与第五透镜组50固定不动的，第二至第四透镜组20、30及40则都朝向成像侧移动。

本发明第一透镜组10由正、正、负透镜组成。

本发明第二透镜组20由负、正透镜组成，当该变焦投影镜头1从放大端(即放大倍率)向缩小端(即缩小倍率)变化时，该第二透镜组20沿光轴朝向第一透镜组10移动，两者之间具有第一可变间距D1(其具体数值如下表中所示)。

本发明第三透镜组30为一由一负透镜及一正透镜组成的胶合透镜。在变焦时，该第三透镜组30沿光轴朝向第二透镜组20移动，两者之间具有第二可变间距D2(其具体数值如下表中所示)。

本发明第四透镜组40由正、正、负、负、正、负透镜组成。在变焦时，该第四透镜组40沿光轴朝向第三透镜组30移动，两者之间具有第三可变间距D3(其具体数值如下表中所示)。该第四透镜组40与第五透镜组50之间具有第四可变间距D4(其具体数值如下表中所示)。

本发明第五透镜组50为一正透镜，在变焦时，该第五透镜组50固定不动。

本发明变焦投影镜头1还包含有一光圈60，该光圈60为一自动光圈，其可根据光线变化控制光圈变化，这样可以得到高对比与高解析的投射效果。该光圈60位于第四透镜组40的成像侧，并可以与该第四透镜组40一起移动。

在本发明变焦投影镜头1的第五透镜组50的像源侧还设置有一组合棱镜70及一平行板80，其中组合棱镜70可以组合来自于DMD成像器上的影像，以使得影像进行投影系统。平行板80用来改善DMD成像器上所接收到的影像效果。

本发明变焦投影镜头1的各透镜采用全球面玻璃硝材加工而成，而对于温度变化所造成的影响，该变焦投影镜头1可以通过调整第一透镜组10与第二透镜组20之间的间距来加以补偿，这样可以使此变焦投影镜头1具有耐高温的特性，且温度变化对其性能的影响较小。又因本发明变焦投影镜头1采用全球面镜片，其加工比较容易，所以可达到较高的良率、降低成本。

本发明变焦投影镜头1适用于高阶数字镜头，其通过第二、第三及第四透镜组20、30及40的三群作动即可同时达到变焦与调焦的效果，从而大幅度地降低成本。为能得到良好的成像品质，本发明变焦投影镜头1的这些可移动透镜组(即第二、第三及第四透镜组20、30及40)需满足以下条件：

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{fw}}\right|>0.06743---1)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{ft}}\right|>0.05621---2)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{fw}}\right|>0.11256---3)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{ft}}\right|>0.09383---4)$

在上述式子1)至4)中，fw23表示该变焦投影镜头1位于放大端时的第二及第三透镜组20及30的组合屈光度；ft23表示该变焦投影镜头1位于缩小端时的第二及第三透镜组20及30的组合屈光度；fw234表示该变焦投影镜头1位于放大端时的第二、第三及第四透镜组20、30及40的组合屈光度；ft234表示该变焦投影镜头1位于缩小端时的第二、第三及第四透镜组20、30及40的组合屈光度；fw表示该变焦投影镜头1位于放大端时的系统焦距；ft表示该变焦投影镜头1位于缩小端时的系统焦距。

本发明变焦投影镜头1在具体实施过程中的数值实施例如下表一所示：

                表一

依照上表中的数值实施例进行设计，本发明变焦投影镜头11的纵向像差、横向色差、像场弯曲、畸变像差及MTF特性均具有良好的校正效果。

事实上，由上述实施例所揭示的本发明变焦投影镜头1形成了倒置的缩小结构，其中屏幕(即影像可投射于其上的平面)是做为一成像侧，而像平面(即显示装置表面，例如：DMD成像器)是做为一像源侧。然而，在显示装置侧对变焦投影镜头的光学性能进行评估时，屏幕是被视为像源侧，成像器是被视为成像侧，该变焦投影镜头则被当作缩影光学系统(Reduction OpticalSystems，ROS)。采用该评估方式，本发明变焦投影镜头1在放大端的光学表现如图2A至图2E图所示，而在缩小端的光学表现如图3A至图3E所示。

Claims (8)

1.一种变焦投影镜头，用以将一像源侧的原始影像投射至成像侧形成投射影像，其特征在于：该变焦投影镜头的投影系统自成像侧起算，依次包含有：一具有负屈光度的第一透镜组、一具有正屈光度的第二透镜组、一具有正屈光度的第三透镜组、一具有负屈光度的第四透镜组及一具有正屈光度的第五透镜组，当该变焦投影镜头从放大端向缩小端变化时，第一透镜组与第五透镜组固定不动，第二至第四透镜组则都朝向成像侧移动；该变焦投影镜头满足下列条件：

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{fw}}\right|>0.06743---1)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}23}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}23}{\mathrm{ft}}\right|>0.05621---2)$

在上述式子1)、2)中，fw23表示该变焦投影镜头位于放大端时的第二及第三透镜组的组合屈光度；ft23表示该变焦投影镜头位于缩小端时的第二及第三透镜组的组合屈光度；fw表示该变焦投影镜头位于放大端时的系统焦距；以及，ft表示该变焦投影镜头位于缩小端时的系统焦距。

2.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：第一至第五透镜组的各镜片采用全球面玻璃硝材加工而成。

3.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于：当将该变焦投影镜头安装在投影显示装置上时，像源侧是指该投影显示装置的成像器，而成像侧是指影像可投射于其上的屏幕。

4.如权利要求3所述的变焦投影镜头，其特征在于：该变焦投影镜头进一步包含有一光圈，该光圈位于第四透镜组的成像侧，并与该第四透镜组一起移动。

5.如权利要求4所述的变焦投影镜头，其特征在于：该光圈为一自动光圈。

6.如权利要求5所述的变焦投影镜头，其特征在于：在第五透镜组的像源侧还设置有一组合棱镜及一平行板。

7.如权利要求4所述的变焦投影镜头，其特征在于：在调焦过程中，该第二透镜组与第一透镜组之间具有第一可变间距，其范围为自10.4069毫米至3.8000毫米；该第三透镜组与第二透镜组之间具有第二可变间距，其范围为自25.0924毫米至15.3404毫米；该第四透镜组与第三透镜组之间具有第三可变间距，其范围为自3.5800毫米至16.5894毫米；该第四透镜组与第五透镜组之间具有第四可变间距，其范围为自0.1533毫米至3.5056毫米。

8.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：变焦投影镜头需进一步满足下列条件：

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{fw}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{fw}}\right|>0.11256---3)$

$\left|\frac{\mathrm{fw}234}{\mathrm{ft}}\right|-\left|\frac{\mathrm{ft}234}{\mathrm{ft}}\right|>0.09383---4)$

在上述式子3)、4)中，fw234表示该变焦投影镜头位于放大端时的第二、第三及第四透镜组的组合屈光度；ft234表示该变焦投影镜头位于缩小端时的第二、第三及第四透镜组的组合屈光度；fw表示该变焦投影镜头位于放大端时的系统焦距；以及，ft表示该变焦投影镜头位于缩小端时的系统焦距。

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