專利名稱：變焦投影鏡頭的制作方法
變焦投影鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦投影鏡頭，尤指一種適于非遠心投影顯示光學系統(tǒng)或影像擷 取光學系統(tǒng)中使用的小型化變焦投影鏡頭。
背景技術(shù)：
投影機是利用光學投影方式將影像投射至大尺寸屏幕上的一種裝置，依其內(nèi)部 所使用的光引擎(Light Engine)的不同，可分為LCD (Liquid CrystalDisplay)投影機、 DLP(Digital Light Processor)投影機及 LCOS(Liquid Crystalon Silicon)投影機，其 中IXD投影機因其運作時光線會透過IXD面板，所以屬于穿透式投影機，而LCOS、DLP則靠 光線反射的原理顯像，所以稱為反射式投影機。而依光線投影方向的不同，投影機又可分為 前投式(FrontProjection)與背投式(Rear Projection)兩種，前投式投影機是投影機與 觀看者在屏幕的同一邊，主機與屏幕是分離的，背投式投影機則是投影機與觀看者在屏幕 不同邊。此外，前投式或背投式投影機依其使用光閥數(shù)目的不同，又可分為單片式、兩片式 與三片式三種。在LCD、DLP及LCOS此三種投影機中，采用非遠心光路系統(tǒng)(Non-Telecentric System)的DLP投影機近年來發(fā)展迅速，其發(fā)展趨勢為在短投影距離中達成大屏幕、高清晰 度、高亮度的圖像顯示，其更能獲得體積小、重量輕等產(chǎn)品特性。DLP投影機的關(guān)鍵元件為 DMD(Digital MicromirrorDevice)數(shù)字微鏡器件；DMD為美國德州儀器公司獨家掌握并開 發(fā)的數(shù)字圖像芯片，由于其面世的時間相對較短，所以與DMD技術(shù)相匹配的有關(guān)DLP投影成 像光學系統(tǒng)的專利技術(shù)并不多，而現(xiàn)有的LCD、LCOS等投影鏡頭由于采用的是遠心光路系 統(tǒng)，因而無法完全滿足DMD數(shù)字圖像芯片的配套要求。這主要是由于DMD上的微型反光鏡 于工作時隨圖像信號會有10度或12度的翻轉(zhuǎn)，以將來自照明光源的光束通過微反射鏡的 翻轉(zhuǎn)反射入投影鏡頭的入瞳并聚焦于屏幕上?；诖颂攸c，IXD、LC0S等投影鏡頭通常無法 充分滿足DMD數(shù)字圖像芯片的配套要求。此外，對于反射式DLP投影機或LC0S投影機而言，為提高投影品質(zhì)，需使得入射于 反射式成像器如DMD數(shù)字微鏡器件上的入射光路與出射光路之間的間隔加大以形成隔離， 這樣可避免出射光路被其它光源干擾。因而，其投影顯示光學系統(tǒng)中的投影鏡頭需具有一 足夠長的后焦(BFL，Back FocalLength)。現(xiàn)有的變焦投影鏡頭多采用多群透鏡組作動且各透鏡組長度較長，所以已不符當 前投影機小型化的趨勢。美國專利第6，590，716號則揭示一種兩群作動的變焦投影鏡頭， 其包括具有負屈光度的第一透鏡組、具有正屈光度的第二透鏡組、具有負屈光度的第三透 鏡組及具有正屈光度的第四透鏡組，其中第一、第四透鏡組是固定不動，第二、第三透鏡組 可進行作動。但是，由于該變焦投影鏡頭是采用四群透鏡組的架構(gòu)，透鏡數(shù)目多達12片，導 致鏡頭總長較長而增加了最終的投影機產(chǎn)品的尺寸、成本與重量，因而不符當前投影機小 型化、低成本的發(fā)展趨勢。此外，該變焦投影鏡頭僅適用于采用遠心光路系統(tǒng)的LCD、LCOS 投影機，而并不適用于采用非遠心光路系統(tǒng)的DLP投影機。
另外，在變焦投影鏡頭的透鏡形態(tài)及材質(zhì)選擇上，由于傳統(tǒng)的球面研磨玻璃透鏡 的材質(zhì)選擇較多，其對于矯正色差較為有利，所以已廣為業(yè)界所使用。但是球面研磨玻璃透 鏡使用于光圈系數(shù)(F Number)較小及視角(Wide-angle)較大的情形時，球差及像散等像 差的矯正仍較困難。為了有效矯正像差，如上所述，現(xiàn)有變焦投影鏡頭通常是由多個透鏡組 構(gòu)成，從而造成鏡頭整體尺寸較長、重量較大、成本較高。而采用非球面透鏡可解決上述問 題，其可大幅提高成像品質(zhì)并減小廣角鏡頭的桶狀變形，且一片非球面透鏡可替代數(shù)枚球 面透鏡補償像差，可以相當顯著地簡化鏡頭的光學設(shè)計，減小其體積和重量。無論是球面透鏡還是非球面透鏡，其制作材質(zhì)主要有玻璃與塑料，其中玻璃透鏡 的透光系數(shù)較大，成像效果好，但價格較高，主要應(yīng)用于高階產(chǎn)品；塑料透鏡的透光系數(shù)較 小，價格低廉，主要應(yīng)用于低階產(chǎn)品。但因塑料材質(zhì)輕便，而玻璃材質(zhì)卻比較厚重，所以在鏡 頭設(shè)計時會采用玻璃透鏡與塑料透鏡的組合，借此取長補短，從而設(shè)計出所需的鏡頭組。若 采用全塑料透鏡的組合則不但會影響鏡頭的光學性能，而且對公差要求亦會比較嚴格。因此，綜合上述，如何設(shè)計出一款適于非遠心投影顯示光學系統(tǒng)或影像擷取光學 系統(tǒng)中使用的變焦投影鏡頭，使其具有尺寸短小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、成像品質(zhì)良好等諸 多優(yōu)點，且同時具有較長后焦的特點，已成為業(yè)界的共同訴求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種變焦投影鏡頭，可適用于非遠心投影顯示光學系 統(tǒng)或影像擷取光學系統(tǒng)，其具有尺寸短小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低且成像品質(zhì)良好等特點。本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有上述變焦投影鏡頭的投影顯示光學系統(tǒng)。本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有上述變焦投影鏡頭的影像擷取光學系統(tǒng)。依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種變焦投影鏡頭，可適用于非遠心投影顯 示光學系統(tǒng)或影像擷取光學系統(tǒng)。該變焦投影鏡頭是由一具有負屈光度的第一透鏡組及一 具有正屈光度的第二透鏡組組成，第一透鏡組設(shè)置于屏幕側(cè)，第一透鏡組能夠沿光軸移動 并包含有至少一枚塑料非球面透鏡；第二透鏡組設(shè)置于像平面?zhèn)龋诙哥R組亦能夠沿光 軸移動并包含有至少一枚玻璃非球面透鏡；在第二透鏡組的其中兩相鄰透鏡之間另設(shè)有一 孔徑光闌，該孔徑光闌能夠隨第二透鏡組一起移動；該變焦投影鏡頭滿足以下條件式
權(quán)利要求
1.一種變焦投影鏡頭，其特征在于該變焦投影鏡頭是由一具有負屈光度的第一透鏡 組及一具有正屈光度的第二透鏡組組成，第一透鏡組設(shè)置于屏幕側(cè)，第一透鏡組能夠沿光 軸移動并包含有至少一枚塑料非球面透鏡；第二透鏡組設(shè)置于像平面?zhèn)?，第二透鏡組亦能 夠沿光軸移動并包含有至少一枚玻璃非球面透鏡；在第二透鏡組的其中兩相鄰透鏡之間另 設(shè)有一孔徑光闌，該孔徑光闌能夠隨第二透鏡組一起移動；該變焦投影鏡頭滿足以下條件 式
2.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第一透鏡組從屏幕側(cè)至像平面 側(cè)沿光軸依序包含有一新月型負透鏡及一新月型正透鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第一透鏡組的該新月型正透鏡 是一塑料非球面透鏡。
4.如權(quán)利要求2所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組從屏幕側(cè)至像平面 側(cè)沿光軸依序包含有一新月型正透鏡、一雙凹透鏡及一平凸透鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組的該雙凹透鏡是一 玻璃非球面透鏡。
6.如權(quán)利要求4所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該孔徑光闌設(shè)置于該第二透鏡組 的該新月型正透鏡與該雙凹透鏡之間。
7.如權(quán)利要求2所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組從屏幕側(cè)至像平面 側(cè)沿光軸依序包含有一第一雙凸透鏡、一新月型正透鏡、一雙凹透鏡及一第二雙凸透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組的該第二雙凸透鏡 是一玻璃非球面透鏡。
9.如權(quán)利要求7所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該孔徑光闌設(shè)置于該第二透鏡組 的該新月型正透鏡與該雙凹透鏡之間。
10.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第一透鏡組從屏幕側(cè)至像平面 側(cè)沿光軸依序包含有一新月型負透鏡及一復合透鏡，該復合透鏡是由一雙凹透鏡與一雙凸 透鏡相互接合而成。
11.如權(quán)利要求10所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第一透鏡組的該新月型負透 鏡是一塑料非球面透鏡。
12.如權(quán)利要求10所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組從屏幕側(cè)至像平 面?zhèn)妊毓廨S依序包含有一第一雙凸透鏡、一新月型正透鏡、一雙凹透鏡及一第二雙凸透鏡。
13.如權(quán)利要求12所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該第二透鏡組的該第二雙凸透鏡是一玻璃非球面透鏡。
14.如權(quán)利要求12所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該孔徑光闌設(shè)置于該第二透鏡 組的該新月型正透鏡與該雙凹透鏡之間。
15.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于更滿足以下條件式
16.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該變焦投影鏡頭更滿足以下條件式
17.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該變焦投影鏡頭更滿足以下條件式
18.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該變焦投影鏡頭更滿足以下條件式
19.如權(quán)利要求1所述的變焦投影鏡頭，其特征在于該變焦投影鏡頭更滿足以下條件式
全文摘要
本發(fā)明提供一種變焦投影鏡頭，可適用于非遠心投影顯示光學系統(tǒng)或影像擷取光學系統(tǒng)，其由一具有負屈光度的第一透鏡組及一具有正屈光度的第二透鏡組組成，其中第一透鏡組設(shè)置于屏幕側(cè)，其可沿光軸移動并包含有至少一枚塑料非球面透鏡；第二透鏡組設(shè)置于像平面?zhèn)?，其亦可沿光軸移動并包含有至少一枚玻璃非球面透鏡。于第二透鏡組的其中兩相鄰透鏡之間另設(shè)有一孔徑光闌，該孔徑光闌可隨第二透鏡組一起移動。本發(fā)明變焦投影鏡頭通過采用負、正兩組透鏡組結(jié)構(gòu)及非球面設(shè)計與特定條件式的滿足，可達成尺寸短小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、成像品質(zhì)良好的特點，且具有較長的后焦。
文檔編號G02B1/04GK101995647SQ20091016863
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者李贊樺 申請人:亞洲光學股份有限公司