專利名稱：投影機的變焦鏡頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種投影機的變焦鏡頭，特別是涉及一種具有長后焦距的投影機的變焦鏡頭。
背景技術：
使用數字微鏡元件(DMD)面板的數字光學處理(DLP)投影機已逐漸成為市場主流，如何提高DLP投影機的投影畫面的品質是產業界所致力的課題。但是在投影機中，用以使投影畫面放大或縮小的變焦鏡頭在設計上的優劣，是影響畫面品質的主要因素之一。
現今應用于相機或數字相機的變焦鏡頭的技術已趨于成熟。如直接將數字相機的變焦鏡頭應用于DLP投影機時，往往不能達到高畫面品質的要求。其原因如下首先，數字相機的變焦鏡頭是接收外界的光信號以投射至電荷耦合元件(CCD)上，而投影機的變焦鏡頭是接收數字微鏡元件(DMD)產生的圖像而投射至屏幕，以供使用者觀賞。由此可知，兩者的工作環境并不相同。
再者，與數字相機相比較，投影機的數字微鏡元件的畫素較小，使得投影機的變焦鏡頭所需的分辨率較高。而投影機所投射的圖像是供使用者觀賞之用，人眼對于不同色彩的色差要求相對地也較高。因此，將數字相機的變焦鏡頭應用于投影機時，常會有顯示效果不佳的問題。此外，投影機中所需要裝設的光學元件較數字相機多。由于數字相機的變焦鏡頭的后焦距較短，如直接將使用于數字相機的變焦鏡頭應用于投影機時，投影機的光學元件的配置將會受到許多的限制。
發明內容
因此，本發明的目的就在于提供一種變焦鏡頭，其根據投影機的特性而設計，使得此變焦鏡頭應用于投影機時，能顯示較高品質的投影圖像。
根據本發明的目的，提出一種具有長后焦距的變焦鏡頭，設置于投影機中。變焦鏡頭自圖像側依序包括第一透鏡群和第二透鏡群。第一透鏡群具有負光焦度ΦU1，自圖像側依序包括第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡。第一透鏡具有正光焦度Φ1，第二透鏡具有負光焦度Φ2，第三透鏡具有負光焦度Φ3，第四透鏡具有正光焦度Φ4。第二透鏡群具有正光焦度ΦU2，自圖像側依序包括第一透鏡組、第二透鏡組及第三透鏡組。第一透鏡組具有正光焦度ΦA1，第二透鏡組具有負光焦度ΦA2，第三透鏡組具有正光焦度ΦA3。變焦鏡頭具有鏡頭有效光焦度Φ0及后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|/Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6，通過調整第一透鏡群與第二透鏡群的位置，可以改變投影機投射在屏幕上的圖像大小。
為了使本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易于理解，下面特舉優選實施例，并配合附圖作詳細說明。
圖1表示依照本發明的優選實施例的變焦鏡頭應用于投影機的示意圖；圖2表示依照本發明的優選實施例的變焦鏡頭的示意圖；圖3表示依照圖2的變焦鏡頭在廣角模式和望遠模式時的示意圖。
具體實施例方式
本發明的變焦鏡頭是針對投影機的特性而設計的，在不斷的嘗試與努力下，找出適合配置于投影機的變焦鏡頭的條件。
本實施例的變焦鏡頭具有長后焦距、高分辨率、低色差、高穿透率、大數值孔徑、圖像方正及廣視角的特性。每一項都是針對投影機所設計的，因此，本發明的變焦鏡頭應用于投影機時，可提供給投影機極佳的顯示效果。
參照圖1，其表示依照本發明的優選實施例的變焦鏡頭應用于投影機的示意圖。本實施例的變焦鏡頭100設置在投影機200中。投影機200例如包括光源202、反射罩204、色輪205、光管206、透鏡208a、透鏡208b、折疊式鏡、成像元件150及鏡頭100。
光源202用以產生光線。反射罩204用以反射此光線，并將此光線反射至色輪205。色輪205用以將通過的光線分色。光管206用以接受通過色輪205的光線，并輸出光線至透鏡208a和透鏡208b。透鏡208a和透鏡208b用以匯聚光線。折疊式鏡210用以接受匯聚后的光線，并將此光線投射至成像元件150。成像元件150例如為數字微鏡元件(DMD)，用以接受光線并據此產生圖像。本實施例的變焦鏡頭100優選地鄰置于成像元件150，用以接受成像元件150所產生的圖像，并投射至屏幕220。
鏡頭100所投射的圖像形成于屏幕220之上，因此，屏幕220相對于鏡頭100的一側為圖像側。而鏡頭100接受成像元件150所產生的圖像，成像元件150相對于鏡頭100的一側為物件側。
參照圖2，其表示依照本發明的優選實施例的變焦鏡頭的示意圖。變焦鏡頭100在圖像側至成像元件150之間，依序包括第一透鏡群210和第二透鏡群220。第一透鏡群210具有負光焦度ΦU1，自圖像側依序包括第一透鏡101、第二透鏡102、第三透鏡103及第四透鏡104。第一透鏡101具有正光焦度Φ1。第二透鏡102具有負光焦度Φ2，例如為彎月形。彎月形的第二透鏡102凹向物件側。第三透鏡103具有負光焦度Φ3。第四透鏡104具有正光焦度Φ4。
第二透鏡群220具有正光焦度ΦU2，在圖像側至成像元件150之間，依序包括第一透鏡組221、第二透鏡組222及第三透鏡組223。第一透鏡組221具有正光焦度ΦA1，例如包括第五透鏡105和第六透鏡106。第五透鏡105和第六透鏡106由圖像側依序配置在第四透鏡104與第二透鏡組222之間。
第二透鏡組222具有負光焦度ΦA2，例如包括第七透鏡107和第八透鏡108。第七透鏡107和第八透鏡108由圖像側依序配置在第一透鏡組221與第三透鏡組223之間，且第七透鏡107和第八透鏡108優選地為一雙合透鏡。
第三透鏡組223具有正光焦度ΦA3，例如包括第九透鏡109和第十透鏡110。第九透鏡109和第十透鏡110由圖像側依序配置于第二透鏡組222與成像元件150之間。
變焦鏡頭100具有鏡頭有效光焦度Φ0和后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|/Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6。變焦鏡頭100通過調整第一透鏡群210與第二透鏡群220的位置，改變投影機投射在屏幕上的圖像大小。
除此之外，變焦鏡頭100的負有效光焦度ΦU1及正有效光焦度ΦU2還可滿足0.8＜|ΦU1/ΦU2|＜1.0。而變焦鏡頭100的有效焦距長EFL也可優選地滿足20毫米(mm)＜EFL＜23毫米(mm)。變焦鏡頭100例如具有鏡頭速度F(F數f-number)，滿足2.6＜F＜3.0。變焦鏡頭還可包括孔徑光闌，配置在第一透鏡組221與第二透鏡組222之間。
舉例來說，本實施例的變焦鏡頭100中，第一透鏡101的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于87.72和-594.24單位長度。第一透鏡101的前表面和后表面的直徑實質上分別為36和36單位長度。第一透鏡101的前表面與后表面的頂點距離實質上為4.36單位長度。第一透鏡101的折射率實質上為1.59，且第一透鏡101的阿貝數實質上為61.2。
第二透鏡102的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于79.77和19.19單位長度。第二透鏡102的前表面和后表面的直徑實質上分別為31.49和23.61單位長度。第二透鏡102的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.98單位長度。第二透鏡102的折射率實質上為1.80，且第二透鏡102的阿貝數實質上為35.0。第一透鏡101的后表面與第二透鏡102的前表面的頂點距離實質上為0.15單位長度。
第三透鏡103的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于-189.83和20.91單位長度。第三透鏡103的前表面和后表面的直徑實質上分別為23.33和22.03單位長度。第三透鏡103的前表面與后表面的頂點距離實質上為1單位長度。第三透鏡103的折射率實質上為1.49，且第三透鏡103的阿貝數實質上為70.2。第二透鏡102的后表面與第三透鏡103的前表面的頂點距離實質上為4.97單位長度。
第四透鏡104的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于30.46和50.53單位長度。第四透鏡104的前表面和后表面的直徑實質上分別為23.88和23.19單位長度。第四透鏡104的前表面與后表面的頂點距離實質上為4.06單位長度。第四透鏡104的折射率實質上為1.78，且第四透鏡104的阿貝數實質上為26.3。第三透鏡103的后表面與第四透鏡104的前表面的頂點距離實質上為9.01單位長度。
第五透鏡105的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于135.83和-72.22單位長度。第五透鏡105的前表面和后表面的直徑實質上分別為22.81和22.39單位長度。第五透鏡105的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.86單位長度。第五透鏡105的折射率實質上為1.69，且第五透鏡105的阿貝數實質上為53.2。第四透鏡104的后表面與第五透鏡105的前表面的頂點距離可調整，此距離實質上為10.84～5單位長度。
第六透鏡106的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于27.44和83.81單位長度。第六透鏡106的前表面和后表面的直徑實質上分別為21和20單位長度。第六透鏡106的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.79單位長度。第六透鏡106的折射率實質上為1.72，且第六透鏡106的阿貝數實質上為50.2。第五透鏡105的后表面與第六透鏡106的前表面的頂點距離實質上為0.12單位長度。
孔徑光闌與第六透鏡106的距離實質上為11.05單位長度，且孔徑光闌的直徑實質上為11.74單位長度。
第七透鏡107的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于-84.23和-17.96單位長度。第七透鏡107的前表面和后表面的直徑實質上分別為11.74和12.11單位長度。第七透鏡107的前表面與后表面的頂點距離實質上為2.93單位長度。第七透鏡107的折射率實質上為1.49，且第七透鏡107的阿貝數實質上為70.2。孔徑光闌與第七透鏡107的前表面的頂點距離實質上為0.22單位長度。
第八透鏡108的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于-17.96和35.57單位長度。第八透鏡108的前表面和后表面的直徑實質上分別為12.11和13.87單位長度。第八透鏡108的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.16單位長度。第八透鏡108的折射率實質上為1.76，且第八透鏡108的阿貝數實質上為27.5。第七透鏡107的后表面與第八透鏡108的前表面實質上相貼合。
第九透鏡109的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于213.99和-29.73單位長度。第九透鏡109的前表面和后表面的直徑實質上分別為13.97和14.91單位長度。第九透鏡109的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.27單位長度。第九透鏡109的折射率實質上為1.72，且第九透鏡109的阿貝數實質上為50.2。第八透鏡108的后表面與第九透鏡109的前表面的頂點距離實質上為0.68單位長度。
第十透鏡110的前表面和后表面的曲率半徑實質上分別等于39.97和-93.04單位長度。第十透鏡110的前表面和后表面的直徑實質上分別為16和16單位長度。第十透鏡110的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.41單位長度。第十透鏡110的折射率實質上為1.72，且第十透鏡110的阿貝數實質上為50.2。第九透鏡109的后表面與第十透鏡110的前表面的頂點距離實質上為0.1單位長度。
成像元件150的前表面與后表面的頂點距離例如實質上為3單位長度。成像元件150的折射率例如為1.49，且阿貝數例如為70.2。成像元件150與第十透鏡110的距離可調整。此距離實質上為27～30.11單位長度。
參照圖3，其表示依照圖2的變焦鏡頭在廣角模式和望遠模式時的示意圖。本實施例的變焦鏡頭100具有廣角模式和望遠模式。通過調整第一透鏡群210與第二透鏡群220的距離，以及第二透鏡群220與成像元件150的距離，可調整變焦鏡頭100投射出的圖像的大小。
在廣角模式中，變焦鏡頭100的焦距實質上為20公厘。第一透鏡群210與第二透鏡群220的距離，即第四透鏡104與第五透鏡105的距離，實質上為10.84單位長度。第二透鏡群220與成像元件150的距離，即第十透鏡110與成像元件150的距離，實質上為27單位長度。當變焦鏡頭100投射圖像在2公尺遠的屏幕上時，變焦鏡頭100所投射出的圖像的對角線實質上為55英寸。也就是說，在廣角模式中，變焦鏡頭100可投射出較大的圖像。
在望遠模式中，變焦鏡頭100的焦距實質上為23公厘，第一透鏡群210與第二透鏡群220的距離，即第四透鏡104與第五透鏡105的距離，實質上為5單位長度。第二透鏡群220與成像元件150的距離，即第十透鏡110與成像元件150的距離，實質上為30.11單位長度。當變焦鏡頭100投射圖像于2公尺遠的屏幕上時，變焦鏡頭100所投射的圖像的對角線實質上為48英寸。也就是說，在望遠模式中，變焦鏡頭100可投射出較小的圖像。
變焦鏡頭100可在廣角模式和望遠模式之間，任意調整第一透鏡群210與第二透鏡群220的距離，以及第二透鏡群220與成像元件150的距離，以調整投射出的圖像的大小。
本實施例的變焦鏡頭是針對投影機的特性設計，具有長后焦距、高分辨率、低色差、高穿透率、大數值孔徑、圖像方正及廣視角的特性。投影機中配置長后焦距的變焦鏡頭，可使得投影機配置較多的光學元件，投影機的光路設計上可具有更大的彈性。而高分辨率的變焦鏡頭非常適合搭配于畫素小的數字微鏡元件使用，可投射出較佳的畫質。此外，由于本實施例的變焦鏡頭是針對投影機的燈泡所發出的光線的頻譜特性而設計，使得變焦鏡頭具有色差小的特性，可顯示較佳的色彩，改善傳統變焦鏡頭的顯像效果不佳的問題。另外，本實施例的變焦鏡頭的鏡片數目適中，可提供良好的光穿透率。再配合數值孔徑大、圖像方正及廣視角的特性，可滿足投影機的顯像環境，有利于使用者在不同角度觀看。因此，本實施例的變焦鏡頭應用于投影機中，可提供使用者極佳的視覺效果。除此之外，由于本實施例的變焦鏡頭并沒有使用非球面鏡，使得變焦鏡頭具有較小的公差，制造上也十分容易。
綜上所述，雖然本發明已以一優選實施例揭示如上，但其并非用以限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和范圍內，可作出各種更動與潤飾，因此本發明的保護范圍以后附的權利要求所界定。
權利要求
1.一種具有長后焦距的變焦鏡頭，設置于一投影機中，自一圖像側依序包括一第一透鏡群，具有一負光焦度ΦU1，包括一第一透鏡，具有一正光焦度Φ1；一第二透鏡，具有一負光焦度Φ2；一第三透鏡，具有一負光焦度Φ3；及一第四透鏡，具有一正光焦度Φ4，所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述第三透鏡及所述第四透鏡自所述圖像側依序配置；以及一第二透鏡群，具有一正光焦度ΦU2，包括一第一透鏡組，具有一正光焦度ΦA1；一第二透鏡組，具有一負光焦度ΦA2；及一第三透鏡組，具有一正光焦度ΦA3，所述第一透鏡組、所述第二透鏡組及所述第三透鏡組自所述圖像側依序配置；其中，所述變焦鏡頭具有一鏡頭有效光焦度Φ0及一后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6，通過調整所述第一透鏡群和所述第二透鏡群的位置，可以改變所述投影機投射于一屏幕上的圖像大小。
2.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述負有效光焦度ΦU1和正有效光焦度ΦU2還滿足下列條件0.8＜|ΦU1/ΦU2|＜1.0。
3.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭具有一有效焦距長EFL，該有效焦距長EFL還滿足下列條件20毫米(mm)＜EFL＜23毫米(mm)。
4.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中具有一鏡頭速度F(F數)，且該鏡頭速度滿足下列條件2.6＜F＜3.0。
5.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第二透鏡為彎月形，且凹向一物件側。
6.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第二透鏡組是一雙合透鏡。
7.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第三透鏡組包括兩透鏡。
8.如權利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述變焦鏡頭還包括一孔徑光闌，配置在第一透鏡組與第二透鏡組之間。
9.如權利要求8所述的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于87.72和-594.24單位長度，第一透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為36和36單位長度，第一透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為4.36單位長度，第一透鏡的折射率實質上為1.59，第一透鏡的阿貝數實質上為61.2；第二透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于79.77和19.19單位長度，第二透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為31.49和23.61單位長度，第二透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.98單位長度，第二透鏡的折射率實質上為1.80，第二透鏡的阿貝數實質上為35.0，第一透鏡的后表面與第二透鏡的前表面的頂點距離實質上為0.15單位長度；第三透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于-189.83和20.91單位長度，第三透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為23.33和22.03單位長度，第三透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為1單位長度，第三透鏡的折射率實質上為1.49，第三透鏡的阿貝數實質上為70.2，第二透鏡的后表面與第三透鏡的前表面的頂點距離實質上為4.97單位長度；第四透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于30.46和50.53單位長度，第四透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為23.88和23.19單位長度，第四透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為4.06單位長度，第四透鏡的折射率實質上為1.78，第四透鏡的阿貝數實質上為26.3，第三透鏡的后表面與第四透鏡的前表面的頂點距離實質上為9.01單位長度；第一透鏡組包括一第五透鏡和一第六透鏡，第五透鏡和第六透鏡自圖像側依序配置，且第五透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于135.83和-72.22單位長度，第五透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為22.81和22.39單位長度，第五透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.86單位長度，第五透鏡的折射率實質上為1.69，第五透鏡的阿貝數實質上為53.2，第四透鏡的后表面與第五透鏡的前表面的頂點距離可調整，實質上為10.84～5單位長度；第六透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于27.44和83.81單位長度，第六透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為21和20單位長度，第六透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.79單位長度，第六透鏡的折射率實質上為1.72，第六透鏡的阿貝數實質上為50.2，第五透鏡的后表面與第六透鏡的前表面的頂點距離實質上為0.12單位長度；孔徑光闌與第六透鏡相距11.05單位長度，該孔徑光闌的直徑實質上為11.74單位長度；第二透鏡組包括一第七透鏡和一第八透鏡，第七透鏡和第八透鏡自圖像側依序配置，且第七透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于-84.23和-17.96單位長度，第七透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為11.74和12.11單位長度，第七透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為2.93單位長度，第七透鏡的折射率實質上為1.49，第七透鏡的阿貝數實質上為70.2，孔徑光闌與第七透鏡的前表面的頂點距離實質上為0.22單位長度；第八透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于-17.96和35.57單位長度，第八透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為12.11和13.87單位長度，第八透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為5.16單位長度，第八透鏡的折射率實質上為1.76，第八透鏡的阿貝數實質上為27.5，第七透鏡的后表面與第八透鏡的前表面實質上相貼合；第三透鏡組包括一第九透鏡和一第十透鏡，第九透鏡和第十透鏡自圖像側依序配置，第九透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于213.99和-29.73單位長度，第九透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為13.97和14.91單位長度，第九透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.27單位長度，第九透鏡的折射率實質上為1.72，第九透鏡的阿貝數實質上為50.2，第八透鏡的后表面與第九透鏡的前表面的頂點距離實質上為0.68單位長度；第十透鏡的一前表面和一后表面的曲率半徑實質上分別等于39.97和-93.04單位長度，第十透鏡的前表面和后表面的直徑實質上分別為16和16單位長度，第十透鏡的前表面與后表面的頂點距離實質上為3.41單位長度，第十透鏡的折射率實質上為1.72，第十透鏡的阿貝數實質上為50.2，第九透鏡的后表面與第十透鏡的前表面的頂點距離實質上為0.1單位長度；以及一成像元件，其與第十透鏡的距離可調整，該成像元件與第十透鏡的距離實質上為27～30.11單位長度。
10.如權利要求8所述的變焦鏡頭，其中所述成像元件的一前表面與一后表面的頂點距離實質上為3單位長度，成像元件的折射率實質上為1.49，成像元件的阿貝數實質上為70.2。
全文摘要
一種投影機的變焦鏡頭，自圖像側依序包括第一透鏡群和第二透鏡群。第一透鏡群具有負光焦度Φ
文檔編號G02B7/04GK1885086SQ20051008132
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者林永昌, 陳榮耀 申請人:明基電通股份有限公司