專利名稱：投影變焦鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合在投影儀上使用的投影變焦鏡頭，該鏡頭用于將在膠片，幻燈片或者液晶顯示器上形成的影像以放大的圖片投射在屏幕上。
背景技術(shù)：
大多用于將在膠片，幻燈片或者液晶顯示器上形成的影像以放大的圖片投射在屏幕上的投影儀具有使用遠(yuǎn)心變焦鏡頭的投影光學(xué)系統(tǒng)。
多數(shù)遠(yuǎn)心變焦鏡頭，如那些已在日本特許公開號(hào)為JP137165/2000，186235/1998，206409/2000，019400/2000，190821/1999，168193/1998，243917/1999和231219/1999中公開的，當(dāng)設(shè)置最大張角時(shí)具有約25°的半視場(chǎng)角。
具有30°半視場(chǎng)角，例如在JP206409/2000中公開的遠(yuǎn)心變焦鏡頭，用非球面鏡作為第一透鏡組或者最后透鏡組的較大透鏡，以減小由于增加視場(chǎng)角引起的球差，尤其是畸變。
投影變焦鏡頭有一個(gè)約如1.4的變焦比，并且多數(shù)投影變焦鏡頭是兩組透鏡型，三組透鏡型，四組透鏡型或者五組透鏡型。
在投影變焦鏡頭中，第一透鏡組具有高功率以寬視場(chǎng)角接收光線，并因此趨于引起象差。
廣角遠(yuǎn)心變焦鏡頭利用一非球面鏡減小象差。該非球面鏡設(shè)置在屏幕側(cè)前透鏡的附近或者在像平面?zhèn)群笸哥R的附近以減小象差。因此，現(xiàn)有廣角遠(yuǎn)心變焦鏡頭在其出口或者入口側(cè)提供一非球面鏡以減小象差。
有時(shí)，使用一個(gè)非球面鏡除色差外不但起減小畸變的作用而且起減小其它象差的作用。
可是，因?yàn)樵诂F(xiàn)有的遠(yuǎn)心變焦鏡頭中非球面鏡被設(shè)置在出口側(cè)或者入口側(cè)，所以遠(yuǎn)心變焦鏡頭設(shè)計(jì)的宗旨主要是僅減小畸變，并因此遠(yuǎn)心變焦鏡頭不能滿意地減小其它象差。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是為解決上述現(xiàn)有投影變焦鏡頭的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的廣角投影變焦鏡頭，包括限制透鏡數(shù)量和能夠令人滿意地減小象差，并提供一種具有高質(zhì)量圖象的投影儀。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供一投影變焦鏡頭包括具有負(fù)折射比的第一透鏡組，具有正折射比的第二透鏡組，具有負(fù)折射比的第三透鏡組，和具有正折射比的第四透鏡組；其中第一，第二，第三和第四透鏡組沿光軸以從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾茫坏谝缓偷谒耐哥R組是固定的，和第二和第三透鏡組從廣角倍率范圍到遠(yuǎn)攝倍率范圍可按不同的倍率沿光軸移動(dòng)；第二透鏡組包括一個(gè)第2組第一正透鏡，一個(gè)由在像平面?zhèn)染哂型姑娴牡?組第二正透鏡和一個(gè)在屏幕側(cè)具有凹面的第2組第一負(fù)透鏡結(jié)合的第2組第一組合透鏡，和一個(gè)第2組第三正透鏡，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾茫坏谌哥R組包括一個(gè)在像平面?zhèn)染哂邪急砻娴牡?組第一凹凸透鏡，一個(gè)由具有相對(duì)凹面的第3組第一負(fù)透鏡和一個(gè)具有相對(duì)凸面的第3組第一正透鏡結(jié)合的第3組第一組合透鏡，和一個(gè)在像平面?zhèn)染哂型贡砻娴牡?組第二凹凸透鏡，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾茫坏谝煌哥R組的焦距是f1，第2組第一正南透鏡和第2組第一組合透鏡的組合焦距是f2AB，符號(hào)與焦距f1的符號(hào)相反，并且焦距f1和組合焦距f2AB滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，第2組第三正透鏡像平面?zhèn)鹊谋砻媾c第3組第一凹凸透鏡屏幕側(cè)的表面之間的距離d在用于廣角倍率范圍的值dW和用于遠(yuǎn)攝倍率范圍的值dT之間變化，并且值dW和dT滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，第2組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡設(shè)置在光圈位置附近的位置上，在此從像平面射出的主要光線與光軸交叉。
在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，第3組第一凹凸透鏡是非球面透鏡。
在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，所有透鏡都是球面透鏡。
在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，第二透鏡組包括第一透鏡小組和第二透鏡小組以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?，第一透鏡小組是第2組第一正透鏡，第二透鏡小組是第2組第二正透鏡，第2組第一組合透鏡和第2組第三正透鏡。
在根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭中，第一透鏡組的焦距f1與第2組第一正透鏡和第2組第一組合透鏡的組合焦距f2AB的符號(hào)相反，并滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2組第一正透鏡和第2組第一組合透鏡在第二透鏡組的屏幕側(cè)的組合倍率基本上等于第一透鏡組的倍率，并且與第一透鏡組倍率的符號(hào)相反。因此，即使第一透鏡組的倍率較大，由第一和第二透鏡組產(chǎn)生的畸變也可互相抵消。當(dāng)|f1/f2AB|不小于2.0或者不大于0.5時(shí)，限制當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率時(shí)產(chǎn)生的較小畸變，和其它象差如象場(chǎng)彎曲和慧形象差的增加是困難的。
第二透鏡組的第2組第一組合透鏡的作用是作為消色差透鏡用于降低放大的色差。
而第二透鏡組的第2組第三正透鏡，和第三透鏡組的第3組第一凹凸透鏡相互獨(dú)立移動(dòng)，第2組第三正透鏡的像平面?zhèn)鹊谋砻婧偷?組第一凹凸透鏡相互比較接近，第2組第三正透鏡像平面?zhèn)鹊谋砻婧偷?組第一凹凸透鏡之間的位置關(guān)系滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0。當(dāng)dT/dW不小于4.0時(shí)，第二透鏡組的組合焦距長，第二透鏡組的移動(dòng)距離增加且投影變焦鏡頭的長度太長，當(dāng)dT/dW不大于2.0時(shí)，第二透鏡組的組合焦距短，易于產(chǎn)生象差。
因?yàn)榈?組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡設(shè)置的位置在光圈位置附近，在此從像平面發(fā)射的主要光線與光軸相交，當(dāng)光圈大時(shí)易于形成的光斑的形成能夠被抑制，在該位置處不需要設(shè)置孔徑光闌，而傳統(tǒng)的投影變焦鏡頭在該位置處設(shè)置孔徑光闌。特別地，當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)光斑的形成可以有效地被抑制。光圈的位置表示適合設(shè)置孔徑光闌的位置的條件與從像平面發(fā)射的主光線與光軸交叉的位置一致。根據(jù)主光線與光軸交叉第2組第三正透鏡的位置和第3組第一凹凸透鏡的位置比其它透鏡的位置近，并且其距離等于透鏡厚度的數(shù)倍，如是透鏡厚度的三倍。
第2組第三正透鏡像平面?zhèn)鹊谋砻婧偷?組第一凹凸透鏡屏幕側(cè)的表面之間的距離d當(dāng)倍率從廣角倍率范圍到遠(yuǎn)攝倍率范圍變化時(shí)增加，并且當(dāng)距離dW和dT滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0時(shí)，第2組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡可以設(shè)置在光圈附近的位置上。因此，當(dāng)光圈大時(shí)易于形成的光斑的形成能夠被抑制，在該位置處不需要設(shè)置孔徑光闌，而傳統(tǒng)的投影變焦鏡頭在該位置處設(shè)置孔徑光闌。特別地，當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)光斑的形成可以有效地被抑制。
通過用非球面透鏡作為第3組第一凹凸透鏡能夠進(jìn)一步有效地改進(jìn)象差。比較用非球面透鏡作為在最靠近屏幕的前透鏡附近或者在最靠近像平面的后透鏡附近的透鏡，使用非球面鏡的目的不僅是減小畸變，使用球面鏡的目的也不限于減小畸變，非球面透鏡能夠用于減小包括球差和象散的其它象差。因?yàn)樯鲜龇乔蛎嫱哥R的直徑小于作為前和后透鏡的非球面透鏡的直徑，所以在前和后透鏡附近的透鏡可以由廉價(jià)材料形成，能夠降低投影變焦鏡頭的生產(chǎn)成本。
由于第二透鏡組包括可相互獨(dú)立移動(dòng)的第一和第二透鏡小組，因此第一透鏡小組是第2組第一正透鏡，第二透鏡小組是第2組第二正透鏡，第2組第一組合透鏡和第2組第三正透鏡，不難于滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡不難于設(shè)置在光圈附近的位置上，并且能夠抑制當(dāng)光圈增大時(shí)易于形成的光斑的形成。
在權(quán)利要求7，8，9，11和12中，由“大約”改變數(shù)值是下面的數(shù)值。例如在權(quán)利要求7中“大約0.94”表示比0.93大和比0.95小的數(shù)值。類似地，“大約3.3”表示比3.2大和比3.4小的數(shù)值，“大約1.0”表示比0.9大和比1.1小的數(shù)值，“大約3.1”表示比3.0大和比3.2小的數(shù)值，“大約0.73”表示比0.72大和比0.74小的數(shù)值，“大約2.7”表示比2.6大和比2.8小的數(shù)值，“大約28mm”表示長度比27mm大和比29mm小，“大約29°”表示角度比28°大和比30°小。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種投影儀，它包括一個(gè)用于形成像的成像裝置和一個(gè)用于投射像的投影變焦鏡頭，其中投影變焦鏡頭由上述任意一個(gè)投影變焦鏡頭給出。該投影儀能夠提供高質(zhì)量的像。這種成像裝置可以是光調(diào)制裝置如液晶顯示器或者包括例如微反射鏡，膠片或者幻燈片的裝置。
本發(fā)明的上述和其它目的，作用和改進(jìn)將在下面依照附圖進(jìn)行的描述中更多地表示出來，其中圖1(a)，1(b)和1(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭第一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是圖1所示投影變焦鏡頭的透鏡數(shù)據(jù)表，其中OBJ代表表面序號(hào)，RDY代表曲率半徑(mm)，THI代表透鏡的厚度或者每一相鄰表面的間隔，當(dāng)如圖1所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍，標(biāo)準(zhǔn)倍率和遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，*1，*2和*3分別代表透鏡組之間的距離。
圖3(A)，3(B)和3(C)分別是當(dāng)圖1所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，由圖1所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖4(A)，4(B)和4(C)分別是當(dāng)圖1所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，由圖1所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖5(A)，5(B)，5(C)，5(D)和5(E)分別是當(dāng)圖1所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00時(shí)橫向象差的圖表；圖6(A)，6(B)，6(C)，6(D)和6(E)分別是當(dāng)圖1所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00時(shí)橫向象差的圖表；圖7(a)，7(b)和7(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭第二實(shí)施例的側(cè)視圖；圖8是圖7所示投影變焦鏡頭的透鏡數(shù)據(jù)表，其中OBJ代表表面序號(hào)，RDY代表曲率半徑(mm)，THI代表透鏡的厚度或者每一相鄰表面的間隔，當(dāng)如圖7所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍，標(biāo)準(zhǔn)倍率和遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，*1，*2和*3分別代表透鏡組之間的距離。
圖9(A)，9(B)和9(C)分別是當(dāng)圖7所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，由圖7所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖10(A)，10(B)和10(C)分別是當(dāng)圖7所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，由圖7所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖11(A)，11(B)，11(C)，11(D)和11(E)分別是當(dāng)圖7所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00的橫向象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.80的象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.60，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.40和相對(duì)視場(chǎng)高度是0.00時(shí)象差的圖表；圖12(A)，12(B)，12(C)，12(D)和12(E)分別是當(dāng)圖7所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00的橫向象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.80的象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.60，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.40和相對(duì)視場(chǎng)高度是0.00時(shí)象差的圖表；圖13(a)，13(b)和13(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭第三實(shí)施例的側(cè)視圖；圖14是圖13所示投影變焦鏡頭的透鏡數(shù)據(jù)表，其中OBJ代表表面序號(hào)，RDY代表曲率半徑(mm)，THI代表透鏡的厚度或者每一相鄰表面的間隔，當(dāng)如圖13所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍，標(biāo)準(zhǔn)倍率和遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，*1，*2和*3分別代表透鏡組之間的距離。
圖15(A)，15(B)和15(C)分別是當(dāng)圖13所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，由圖13所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖16(A)，16(B)和16(C)分別是當(dāng)圖13所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍時(shí)，由圖13所示投影變焦鏡頭引起的球差，象散和畸變的圖表。
圖17(A)，17(B)，17(C)，17(D)和17(E)分別是當(dāng)圖13所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00的橫向象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.80的象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.60，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.40和相對(duì)視場(chǎng)高度是0.00時(shí)象差的圖表；圖18(A)，18(B)，18(C)，18(D)和18(E)分別是當(dāng)圖13所示的投影變焦鏡頭設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍，相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00的橫向象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.80的象差的圖表，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.60，相對(duì)視場(chǎng)高度是0.40和相對(duì)視場(chǎng)高度是0.00時(shí)象差的圖表；圖19是當(dāng)在圖13所示的投影變焦鏡頭中包括的第2組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡置于從像平面射出的主要光線與投影變焦鏡頭的光軸相交的光圈位置附近時(shí)，有助于解釋光線路徑的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1，7和13代表分別設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍((a))，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率的標(biāo)準(zhǔn)范圍((b))，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍((c))投影變焦鏡頭2的第一，第二和第三實(shí)施例。
如圖13所示投影變焦鏡頭2包括4個(gè)透鏡組，即，具有負(fù)折射比的第一透鏡組，具有正折射比的第二透鏡組20，具有負(fù)折射比的第三透鏡組30，和具有正折射比的第四透鏡組40；它們按照從屏幕側(cè)(如圖1所示的左側(cè))向像平面?zhèn)?如圖1所示的右側(cè))的順序布置。該投影變焦鏡頭2設(shè)置在投影儀中。該投影儀包括一個(gè)成像裝置。該成像裝置有3個(gè)液晶顯示器。由3個(gè)液晶顯示器形成的3個(gè)像由組合棱鏡70組合。組合棱鏡設(shè)置在第四透鏡組40側(cè)的像平面上。由組合棱鏡70組合的像由投影變焦鏡頭2投射到屏幕上。3個(gè)液晶顯示器設(shè)置在變焦鏡頭2的像平面附近。圖1中的右側(cè)叫做像平面?zhèn)却嫖稂c(diǎn)側(cè)，因?yàn)樾纬稍谀z片，幻燈片或者液晶顯示器上的像位于像平面?zhèn)取?br>
通過沿投影變焦鏡頭2的光軸向屏幕側(cè)移動(dòng)第二透鏡組20和第三透鏡組30，投影變焦鏡頭2的倍率從廣角倍率范圍向遠(yuǎn)攝倍率范圍變化，而第一透鏡組10和第四透鏡組40保持不動(dòng)。
第二透鏡組20包括一個(gè)第2組第一正透鏡21，一個(gè)面對(duì)像平面?zhèn)染哂型姑娴牡?組第二正透鏡和一個(gè)面對(duì)屏幕側(cè)具有凹面的第2組第一負(fù)透鏡23結(jié)合的第2組第一組合透鏡25，和一個(gè)第2組第三正透鏡24，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?。根?jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的投影變焦鏡頭2，第二透鏡組20包括一個(gè)第一透鏡小組20a和一個(gè)第二透鏡小組20b，它們可獨(dú)立地移動(dòng)。
第三透鏡組30包括一個(gè)面對(duì)像平面?zhèn)染哂邪急砻娴牡?組第一凹凸透鏡31，一個(gè)由具有相對(duì)凹面的第3組第一負(fù)透鏡32和一個(gè)具有相對(duì)凸面的第3組第一正透鏡33結(jié)合的第3組第一組合透鏡35，和一個(gè)面對(duì)像平面?zhèn)染哂型贡砻娴牡?組第二凹凸透鏡34，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾谩?br>
第一透鏡組10包括一個(gè)正透鏡11，凹凸透鏡12和一個(gè)有相對(duì)凹面的負(fù)透鏡13，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?。在第三?shí)施例中，第一透鏡組10另外包括一個(gè)設(shè)置在負(fù)透鏡13的像平面?zhèn)鹊呢?fù)透鏡14。
第四透鏡組40是一個(gè)單一的正透鏡41。
第一透鏡組10的焦距是f1，第2組第一正透鏡21和第2組第一組合透鏡25的組合焦距是f2AB，符號(hào)與焦距f1的符號(hào)相反。焦距f1和組合焦距f2AB滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0。
第2組第三正透鏡24像平面測(cè)的表面與第3組第一凹凸透鏡31屏幕側(cè)的表面之間的距離d從投影變焦鏡頭2設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍狀態(tài)的距離dW向投影變焦鏡頭2設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍狀態(tài)的距離dT增加。距離dW和dT滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0。
第2組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31設(shè)置在光圈位置60附近(圖19)，在此從像平面射出的主要光線分別與投影變焦鏡頭2的光軸交叉。這種第2組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31的位置之間的位置關(guān)系通常適用于第一，第二和第三實(shí)施例。圖19以舉例方式示出第三實(shí)施例光線的路徑。
第2組第三正透鏡24像平面?zhèn)鹊谋砻媾c第3組第一凹凸透鏡31屏幕側(cè)的表面之間的距離d從投影變焦鏡頭2設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍狀態(tài)的距離dW向投影變焦鏡頭2設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍狀態(tài)的距離dT增加。距離dW和dT滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0。
將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭2的第一實(shí)施例。
圖1(a)，1(b)和1(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭第一實(shí)施例的側(cè)視圖。在第一實(shí)施例中所有投影變焦鏡頭2的第一透鏡組10，第二透鏡組20，第三透鏡組30和第四透鏡組40的組合透鏡是球面透鏡。
下面是第一實(shí)施例投影變焦鏡頭2的數(shù)據(jù)焦距f28.2mm(廣角范圍設(shè)置)到37.6mm(遠(yuǎn)攝范圍設(shè)置)，f值FNO1.7到2.0，dT/dW3.29，|f1/f2AB|＝0.94投影變焦鏡頭2符合所需條件0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
圖2是圖1所示投影變焦鏡頭的透鏡數(shù)據(jù)表，其中OBJ代表順序地指定給從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊耐哥R表面的表面序號(hào)，RDY代表曲率半徑(mm)，THI代表透鏡的厚度或者每一相鄰表面的間隔，GLA代表透鏡材料的D線折射率指數(shù)和色散系數(shù)。例如GLA1.70200-40.2表示透鏡材料有一個(gè)1.70200的D線折射率指數(shù)和40.2的色散系數(shù)。
圖2中，由*1規(guī)定的數(shù)值是當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角范圍，標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)攝范圍時(shí)，負(fù)透鏡13的像平面?zhèn)缺砻婧偷?組第一正透鏡21的屏幕側(cè)表面之間的距離，由*2規(guī)定的數(shù)值是當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角范圍，標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)攝范圍時(shí)，第2組第一負(fù)透鏡23的像平面?zhèn)缺砻婧偷?組第三正透鏡24的屏幕側(cè)表面之間的距離，由*3規(guī)定的數(shù)值是當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角范圍，標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)攝范圍時(shí)，第3組第二凹凸透鏡34的像平面?zhèn)缺砻婧驼哥R41的屏幕側(cè)表面之間的距離。
當(dāng)設(shè)置在廣角范圍由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖3和5所示，和當(dāng)設(shè)置在遠(yuǎn)攝范圍由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖4和6所示。圖3(A)和4(A)顯示球差，圖3(B)和4(B)顯示象散，及圖3(C)和4(C)顯示畸變。在圖3(B)和4(B)中，曲線S和T分別表示關(guān)于徑向影像表面和切向影像表面的象差。當(dāng)相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00時(shí)，圖5(A)和6(A)，5(B)和6(B)，5(C)和6(C)，5(D)和6(D)和5(E)和6(E)分別是橫向象差的圖表。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭2的第二實(shí)施例。
圖7(a)，7(b)和7(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的投影變焦鏡頭2第二實(shí)施例的側(cè)視圖；在投影變焦鏡頭2的第二實(shí)施例中，第三透鏡組的第3組第一凹凸透鏡31是一個(gè)非球面鏡，并且第一透鏡組10，第二透鏡組20，第三透鏡組30和第四透鏡組40的所有其余透鏡是球面鏡。
非球面鏡第3組第一凹凸透鏡3 1在屏幕側(cè)有一個(gè)非球面表面，在像平面?zhèn)扔幸粋€(gè)球面表面。第3組第一凹凸透鏡31的非球面表面由式(1)定義x=Ry21+1+(1+K)R2y2+Ay4+By6+Cy5+Cy10......(1)]]>其中R表示第14號(hào)表面的曲率半徑(RDY)。系數(shù)值K，A，B，C和D由圖8示出。
下面是投影變焦鏡頭2第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)。
焦距f28.1mm(廣角范圍設(shè)置)到37.3mm(遠(yuǎn)攝范圍設(shè)置)，f值FNO1.7到2.0，dT/dW3.08，|f1/f2AB|＝1.0投影變焦鏡頭2符合所需條件0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
當(dāng)設(shè)置在廣角范圍時(shí)由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖9和11所示，和當(dāng)設(shè)置在遠(yuǎn)攝范圍時(shí)由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖10和12所示。圖9(A)和10(A)顯示球差，圖9(B)和10(B)顯示象散，及圖9(C)和10(C)顯示畸變。在圖9(B)和10(B)中，曲線S和T分別表示關(guān)于徑向影像表面和切向影像表面的象差。當(dāng)相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00時(shí)，圖11(A)和12(A)，11(B)和12(B)，11(C)和12(C)，11(D)和12(D)和11(E)和12(E)分別是橫向象差的圖表。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明投影變焦鏡頭2的第三實(shí)施例。
圖13(a)，13(b)和13(c)分別是設(shè)置在廣角倍率范圍的廣角范圍，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)倍率范圍的標(biāo)準(zhǔn)范圍，和設(shè)置在遠(yuǎn)攝倍率范圍的遠(yuǎn)攝范圍的投影變焦鏡頭第三實(shí)施例的側(cè)視圖。在投影變焦鏡頭2的第三實(shí)施例中，第二透鏡組20包括第一透鏡小組20a和第二透鏡小組20b以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?，第一透鏡小組20a是單一的第2組第一正透鏡21，第二透鏡小組20b是第2組第二正透鏡22，第2組第一組合透鏡23和第2組第三正透鏡24。
第一透鏡組10有一個(gè)設(shè)置在負(fù)透鏡13像平面?zhèn)鹊呢?fù)透鏡14。
如圖19中，第2組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31設(shè)置在光圈位置60附近的位置上，在此從像平面發(fā)射的主要光線分別與投影變焦鏡頭2的光軸相交。因此，在光圈位置附近位置的透鏡的配置抑制光斑的形成，在傳統(tǒng)投影變焦鏡頭中在光圈位置處設(shè)有孔徑光闌，所述光斑當(dāng)光圈較大時(shí)易于形成，尤其是，當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)光斑的形成能夠被有效抑制。
下面是投影變焦鏡頭2第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)。
焦距f28.3mm(廣角范圍設(shè)置)到37.6mm(遠(yuǎn)攝范圍設(shè)置)，f值FNO1.7到2.0，dT/dW2.73，|f1/f2AB|＝0.73投影變焦鏡頭2符合所需條件0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，和2.0＜dT/dW＜4.0。
當(dāng)設(shè)置在廣角范圍時(shí)由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖15和17所示，和當(dāng)設(shè)置在遠(yuǎn)攝范圍時(shí)由投影變焦鏡頭2引起的象差如圖16和18所示。圖15(A)和16(A)顯示球差，圖15(B)和16(B)顯示象散，及圖15(C)和16(C)顯示畸變。在圖15(B)和16(B)中，曲線S和T分別表示關(guān)于徑向影像表面和切向影像表面的象差。當(dāng)相對(duì)視場(chǎng)高度是1.00，0.80，0.60，0.40和0.00時(shí)，圖17(A)和18(A)，17(B)和18(B)，17(C)和18(C)，17(D)和18(D)和17(E)和18(E)分別是橫向象差的圖表。
在根據(jù)本發(fā)明的上述投影變焦鏡頭中，第一透鏡組10的焦距f1與第2組第一正透鏡21和第2組第一組合透鏡25的組合焦距f2AB的符號(hào)相反，并滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2組第一正透鏡21和第2組第一組合透鏡25在第二透鏡組20的屏幕側(cè)的組合倍率基本上等于第一透鏡組10的倍率，并且與第一透鏡組10倍率的符號(hào)相反。因此，即使第一透鏡組10的倍率較大，由第一透鏡組10和第二透鏡組20產(chǎn)生的畸變也可互相抵消。當(dāng)|f1/f2AB|不小于2.0或者不大于0.5時(shí)，限制當(dāng)投影變焦鏡頭2設(shè)置在廣角倍率時(shí)產(chǎn)生的較小畸變，和其它象差如象場(chǎng)彎曲和慧形象差的增加是困難的。
而第二透鏡組20的第2組第三正透鏡24，和第三透鏡組30的第3組第一凹凸透鏡31相互獨(dú)立移動(dòng)，第2組第三正透鏡24的像平面?zhèn)缺砻婧偷?組第一凹凸透鏡31相互比較接近，第2組第三正透鏡24的像平面?zhèn)缺砻婧偷?組第一凹凸透鏡31之間的位置關(guān)系滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0。當(dāng)dT/dW不小于4.0時(shí)，第二透鏡組20的組合焦距長，第二透鏡組20的移動(dòng)距離增加且投影變焦鏡頭2的長度太長，當(dāng)dT/dW不大于2.0時(shí)，第二透鏡組20的組合焦距短，易于產(chǎn)生象差。因此，當(dāng)投影變焦鏡頭2滿足所需條件2.0＜dT/dW＜4.0時(shí)，投影變焦鏡頭的總長度短并且象差的產(chǎn)生能夠被抑制。
因?yàn)榈?組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31設(shè)置的位置在光圈位置附近，在此從像平面發(fā)射的主要光線與光軸相交，由于在設(shè)置孔徑光闌位置處的透鏡的配置當(dāng)光圈增加易于引起光斑形成時(shí)，該光斑的形成能夠被抑制。尤其是，當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，光斑的形成能夠被有效抑制。
當(dāng)倍率從廣角倍率范圍到遠(yuǎn)攝倍率范圍變化時(shí)，第2組第三正透鏡24的像平面?zhèn)缺砻婧偷?組第一凹凸透鏡31的屏幕側(cè)表面之間的距離d增加，并且當(dāng)距離dW和dT滿足所需條件2.0＜dT/dW＜4.0時(shí)，第2組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31設(shè)置在光圈位置60附近的位置上。因此，由于在設(shè)置孔徑光闌位置處的透鏡的配置當(dāng)光圈增加易于引起光斑形成時(shí)，該光斑的形成能夠被抑制。尤其是，當(dāng)投影變焦鏡頭設(shè)置在廣角倍率范圍時(shí)，光斑的形成能夠被有效抑制。
通過用非球面透鏡作為第3組第一凹凸透鏡31能夠進(jìn)一步有效地改進(jìn)象差。比較用非球面透鏡作為在最靠近屏幕的前透鏡附近或者在最靠近像平面的后透鏡附近的透鏡，使用非球面鏡的目的不僅是減小畸變，使用球面鏡的目的也不限于減小畸變，非球面透鏡能夠用于減小包括球差和象散的其它象差。因?yàn)樯鲜龇乔蛎嫱哥R的直徑小于作為前和后透鏡的非球面透鏡的直徑，所以在前和后透鏡附近的透鏡可以由廉價(jià)材料形成，能夠降低投影變焦鏡頭的生產(chǎn)成本。
由于第二透鏡組20包括可相互獨(dú)立移動(dòng)的第一透鏡小組20a和第二透鏡小組20b，因此第一透鏡小組20a是第2組第一正透鏡21，第二透鏡小組20b是第2組第二正透鏡22，第2組第一組合透鏡25和第2組第三正透鏡24，不難于滿足所需條件0.5＜|f1/f2AB|＜2.0，第2組第三正透鏡24和第3組第一凹凸透鏡31不難于設(shè)置在光圈位置附近的位置上，并且能夠抑制當(dāng)光圈增大時(shí)易于形成的光斑的形成。
如上述可見，根據(jù)本發(fā)明的投影變焦鏡頭具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，包括少數(shù)量的透鏡，如12或者13個(gè)透鏡，能夠滿意地減小象差，和增加的半視場(chǎng)角約為29°。
上述第一到第三實(shí)施例可以用作包括成像裝置的投影儀的變焦鏡頭。這種成像裝置可以是光調(diào)制裝置如液晶顯示器或者由例如微反射鏡，膠片或者幻燈片組成的裝置。
盡管本發(fā)明已在詳細(xì)的程度上描述了其優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍和構(gòu)思下可以作出多種變化和改進(jìn)是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.投影變焦鏡頭包括具有負(fù)折射比的第一透鏡組，具有正折射比的第二透鏡組，具有負(fù)折射比的第三透鏡組，和具有正折射比的第四透鏡組；其中第一，第二，第三和第四透鏡組沿光軸以從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾茫坏谝缓偷谒耐哥R組是固定的，第二和第三透鏡組從廣角倍率范圍到遠(yuǎn)攝倍率范圍可按不同的倍率沿光軸移動(dòng)；第二透鏡組包括一個(gè)第2組第一正透鏡，一個(gè)由在像平面?zhèn)染哂型姑娴牡?組第二正透鏡和一個(gè)在屏幕側(cè)具有凹面的第2組第一負(fù)透鏡結(jié)合的第2組第一組合透鏡，和一個(gè)第2組第三正透鏡，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?；第三透鏡組包括一個(gè)在像平面?zhèn)染哂邪急砻娴牡?組第一凹凸透鏡，一個(gè)由具有相對(duì)凹面的第3組第一負(fù)透鏡和一個(gè)具有相對(duì)凸面的第3組第一正透鏡結(jié)合的第3組第一組合透鏡，和一個(gè)在像平面?zhèn)染哂型贡砻娴牡?組第二凹凸透鏡，它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?；第一透鏡組的焦距是f1，第2組第一正透鏡和第2組第一組合透鏡的組合焦距是f2AB，符號(hào)與焦距f1的符號(hào)相反，并且焦距f1和組合焦距f2AB滿足不等式0.5＜|f1/f2AB|＜2.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中第2組第三正透鏡像平面?zhèn)鹊谋砻媾c第3組第一凹凸透鏡屏幕側(cè)的表面之間的距離d在用于廣角倍率范圍的值dW和用于遠(yuǎn)攝倍率范圍的值dT之間變化，并且值dW和dT滿足不等式2.0＜dT/dW＜4.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中第2組第三正透鏡和第3組第一凹凸透鏡設(shè)置在光圈位置附近的位置上，在此從像平面射出的主要光線與光軸交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中第3組第一凹凸透鏡是一個(gè)非球面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中所有透鏡都是球面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中第二透鏡組包括第一透鏡小組和第二透鏡小組以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?，第一透鏡小組是第2組第一正透鏡，第二透鏡小組是第2組第二正透鏡，第2組第一組合透鏡和第2組第三正透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影變焦鏡頭，其中|f1/f2AB|約是0.94和dT/dW約是3.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影變焦鏡頭，其中|f1/f2AB|約是1.0和dT/dW約是3.1。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影變焦鏡頭，其中|f1/f2AB|約是0.73和dT/dW約是2.7。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中總焦距是用于廣角倍率范圍的約28mm和值37mm和用于遠(yuǎn)攝倍率范圍的38mm之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中組合透鏡的數(shù)量是12或者13。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影變焦鏡頭，其中半視場(chǎng)角約是29°。
13.一種投影儀包括用于形成影像的成像裝置；和一個(gè)用于投射所述影像的投影變焦鏡頭，其中所述投影變焦鏡頭是按照權(quán)利要求1-12任意一個(gè)所述的投影變焦鏡頭。
全文摘要
投影變焦鏡頭包括具有負(fù)折射比的第一透鏡組,具有正折射比的第二透鏡組,具有負(fù)折射比的第三透鏡組,和具有正折射比的第四透鏡組;它們沿光軸以從屏幕側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?第一和第四透鏡組是固定的,和第二和第三透鏡組從廣角倍率范圍到遠(yuǎn)攝倍率范圍可按不同的倍率沿光軸移動(dòng)。第二透鏡組包括一個(gè)第2組第一正透鏡,一個(gè)由在像平面?zhèn)染哂型姑娴牡?組第二正透鏡和一個(gè)在屏幕側(cè)具有凹面的第2組第一負(fù)透鏡結(jié)合的第2組第一組合透鏡,和一個(gè)第2組第三正透鏡,它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾谩５谌哥R組包括一個(gè)在像平面?zhèn)染哂邪急砻娴牡?組第一凹凸透鏡,一個(gè)由具有相對(duì)凹面的第3組第一負(fù)透鏡和一個(gè)具有相對(duì)凸面的第3組第一正透鏡結(jié)合的第3組第一組合透鏡,和一個(gè)在像平面?zhèn)染哂型贡砻娴牡?組第二凹凸透鏡,它們以從屏幕側(cè)到像平面?zhèn)鹊捻樞虿贾?。第一透鏡組的焦距是fl,第2組第一正透鏡和第2組第一組合透鏡的組合焦距是f2AB,符號(hào)與焦距fl的符號(hào)相反,并且焦距fl和組合焦距f2AB滿足不等式:0.5<|f1/f2AB|<2.0。
文檔編號(hào)G02B13/18GK1384383SQ0212057
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者成松修司 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社