投影变焦镜头的实施例将被描述如下。根据第一实施例的投影变焦 镜头是适用于使用反射型图像显示元件（例如DMD)作为光调制器件的投影仪的投影变焦 镜头。该实施例的投影变焦镜头包括五-透镜组配置，其从放大侧（投影表面侧）依次具有 负折射力、负折射力、正折射力、正折射力以及弱的负折射力或弱的正折射力，且具有XI. 5 的变焦比。此外，第五透镜组的折射力可以为正折射力或负折射力，只要它比其他组（第一 至第四透镜组）的折射力更弱即可。
[0095] 根据第一实施例的投影变焦镜头，当从DMD出射的光束进入第五透镜组时，折射 角会减小，而像差变化会减少。如果第五透镜组的折射力很强，则这是不期望的情形，因为 光束的折射角增大，而像差也增加。
[0096] 第二实施例
[0097] 根据第二实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第一实施例的投影变焦镜头中 的广角变焦的优化方案。在已知的投影变焦镜头中，在最大缩小侧（mostreducedside) 的透镜组是固定的，但是在根据本实施例的投影变焦镜头中，变焦时最大缩小侧的透镜组 是移动的。通过这种配置，通过减小最大缩小侧的折射力，从广角端到远距端的光学性能的 变化可以尽可能地减小，且在变焦时的像差变化也可以减少。
[0098] 第三实施例
[0099] 根据第三实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第二实施例的投影变焦镜头中 的广角变焦的优化方案。也就是说，最接近图像显示元件的透镜组是具有弱的负折射力或 弱的正折射力的透镜组。当投影变焦镜头包括从第一透镜组到第五透镜组的五个组时，最 接近图像显示元件的透镜组是第五透镜组。
[0100] 此外，如果投影变焦镜头包括从第一透镜组到第六透镜组的六个组时，最接近图 像显示元件的透镜组是第六透镜组。在这种情况下，第六透镜组的折射力是弱的负折射力 或弱的正折射力，其比其他五个透镜组的折射力更弱。
[0101] 第四实施例
[0102] 根据第四实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第一至第三实施例的投影变焦 镜头中的第五透镜组的焦距的优化方案。也就是说，本实施例的投影变焦镜头在根据第一 至第三实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件1。
[0103](条件 1)-0. 01〈1/F5〈0. 01
[0104] 在这一点上，F5是第五透镜组的焦距。条件1是用于获得关于第五透镜组的折射 力的优化方案，特别是用于获得关于球面像差和彗形像差的优化方案的条件。当参数超出 了条件1的上限或下限时，这是不期望的情形，因为第五透镜组的折射力变强。出于这个原 因，折射力设置条件恶化，而球面像差和彗形像差也可能增加。
[0105] 第五实施例
[0106] 根据第五实施例的投影变焦镜头是适合于投影仪的投影变焦镜头。这个实施例的 投影变焦镜头包括五透镜组配置，从放大侧（投影表面侧）包括负折射力、负折射力、正折 射力、正折射力、以及弱的负折射力或弱的正折射力，且满足关于第五透镜组的焦距的如下 条件1。
[0107](条件 1)-0. 01〈1/F5〈0. 01
[0108] 在这一点上，F5是第五透镜组的焦距。
[0109] 根据第五实施例的投影变焦镜头，当经由图像显示元件出射的光束进入第五透镜 组时，光束的折射角会减小，而像差变化可以减少。如果第五透镜组的折射力很强，则这是 不期望的情形，因为光束的折射角增大，而像差也增加。条件1是用于获得关于第五透镜组 的折射力的优化方案，特别是用于获得关于球面像差和彗形像差的优化方案的条件。当参 数超出上限或下限时，则这是不期望的情形，因为第五透镜组的折射力变强。出于这个原 因，折射力设置条件恶化，而球面像差和彗形象差也可能增加。
[0110] 第六实施例
[0111] 根据第六实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第一至第五实施例的投影变焦 镜头中的第一透镜组和第二透镜组的焦距的优化方案。本实施例的变焦镜头在根据第一至 第三实施例的变焦镜头中满足下面的条件2。
[0112] (条件 2)0. 15〈F1/F2〈0. 50
[0113] 在这一点上，F1是第一透镜组的焦距，而F2是第二透镜组的焦距。
[0114] 条件2是用于获得关于象散的优化方案的条件。当参数超出条件2的上限时，这 是不期望的情形，因为场曲增大，而当参数超出下限时，这也是不期望的情形，因为象散差 增大。
[0115] 第七实施例
[0116] 根据第七实施例的投影变焦镜头提供了关于当根据第一至第六实施例的投影变 焦镜头中的变焦比为XI. 5时的半视场角（half-fieldangle)ω的优化方案。根据本实 施例的投影变焦镜头在根据第一至第六实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件3.
[0117] (条件 3)39〈ω〈45
[0118] 在这一点上，ω是半视场角。
[0119] 第八实施例
[0120] 根据第八实施例的投影变焦镜头提供了关于当根据第一至第七实施例的投影变 焦镜头中的变焦比为XI. 5时的光学有效直径的优化方案。根据本实施例的投影变焦镜头 在根据第一至第七实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件4。
[0121] (条件 4) 2. 5〈HS/HE〈3. 5
[0122] 在这一点上，HS是处于最大放大侧的透镜的光学有效直径，而HE是处于最大缩小 侧的透镜的光学有效直径。第八实施例提供了关于投影变焦镜头的透镜直径的优化方案。 当参数超出条件4的上限时，这是不期望的情形，因为最接近屏幕的透镜的直径增大。当参 数超出条件4的下限时，这也是不期望的情形，因为尽管最接近屏幕的透镜的直径减小，但 是屏幕侧的透镜的折射力变强，而曲率半径也变大，导致可加工性的困难。
[0123] 第九实施例
[0124] 根据第九实施例的投影变焦镜头提供了关于当根据第一至第八实施例的投影变 焦镜头中的广角变焦比为XI. 5时的整个光学系统的焦距和整体光学长度的优化方案。根 据本实施例的投影变焦镜头在根据第一至第八实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件 5〇
[0125] (条件 5)10.0〈0ALw/Fw〈12.0
[0126] 在这一点上，OALw是当屏幕表面被聚焦在从作为投影表面的屏幕到最大放大侧 的透镜的投影侧1600mm的距离中时，从最大放大侧的透镜中的放大侧的表面到器件表面 (DMD表面）的距离。当参数超出条件5的上限时，这是不期望的情形，因为整体长度增加 了，而当参数超出条件5的下限时，对于本发明的广角变焦投影系统来说这是不期望的情 形，因为焦距Fw增加了。
[0127] 第十实施例
[0128] 根据第十实施例的投影变焦镜头提供了关于当根据第九实施例的投影变焦镜头 中的广角变焦比为XI. 5时的整体光学长度以及有效直径的优化方案。根据本实施例的投 影变焦镜头在根据第九实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件6。
[0129] (条件 6)15.2〈0ALw/HE〈17.4
[0130] 条件6是用于提供关于最大缩小侧的镜头的整体光学长度和直径的优化方案。当 参数超出条件6的上限时，这是不期望的情形，因为周边光体积比增加，且屏幕的周边变 暗。当参数超出条件6的下限时，这也是不期望的情形，因为最大缩小侧的镜头的直径增 加，而这妨碍了照明光学系统。
[0131] 第^^一实施例
[0132] 第十一实施例提供了具有根据第一至第十实施例的投影变焦镜头的投影仪。
[0133] 第十二实施例
[0134] 根据第十二实施例的投影变焦镜头是适合于使用例如作为光调制器件的DMD的 反射型图像显示元件的投影仪。本实施例的投影变焦镜头包括五-透镜组配置，其从放大 侧（投影表面侧）依次具有负折射力、负折射力、正折射力、正折射力、和负折射力，且满足 下面的条件7。
[0135](条件 7) -1. 9〈F5n/F5p〈-l. 1
[0136] 在这一点上，F5n是第五透镜组中位于最大缩小侧（图像显示元件侧）的负透镜 的焦距，而F5p是第五透镜组中位于最大缩小侧（图像显示元件侧）的正透镜的焦距。
[0137] 当参数超出条件7的上限时，这是不期望的情形，因为通过校正球面像差，象散差 增加，且失真也增大。当参数超出条件7的下限时，这也是不期望的情形，因为远距侧的场 曲和象散差也增加了。
[0138] 第十三实施例
[0139] 根据第十三实施例的投影变焦镜头提供了用于根据第十二实施例的投影变焦镜 头中第五透镜组的配置的优化方案。也就是说，投影变焦镜头的第五透镜组从放大侧（投 影表面侧）依次包括具有负折射力的透镜、具有正折射力的透镜、具有负折射力的透镜和 具有正折射力的透镜。特别是第五透镜组中最大放大侧的正透镜和负透镜被形成为一胶合 透镜，从而，可以在广角端和远距端或是变焦过程中获得消色差效果。
[0140]当第五透镜组中最大放大侧的透镜未被形成为由一具有负折射力的透镜和一具 有正折射力的透镜组成的胶合透镜时，也可获得本实施例的效果。也就是说，当不使用胶合 透镜时，可明显获得消色差效果。当单独安排具有负折射力的透镜和具有正折射力的透镜 时，当透镜在垂直方向发生偏心时，相对于透镜的光轴方向的装配灵敏度增大。出于这个原 因，期望使用胶合透镜，但并不总是必须使用胶合透镜，只要装配误差可被保持在一常数量 内即可。
[0141] 作为第五透镜组中从放大侧起第三个透镜的单个负透镜对于增加正球面像差以 及使投影表面变平是有效的。如果第五透镜组包括负、正和正的透镜配置，则这对于光学性 能是不期望的情形，因为这些关系恶化，且不能充分校正像差。在最大缩小侧的单个正透镜 是必须的透镜，因为其包括调整彗形像差和球面像差的效果。
[0142] 如果第五透镜组从放大侧依次包括负、正、正和负的透镜配置或从放大侧依次包 括负、正和正的透镜配置，则可建立本实施例。然而，与负、正、负和正的配置相比，广角端和 远距端之间的彗形像差的平衡恶化，导致性能的恶化。
[0143] 第十四实施例
[0144] 根据第十四实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二实施例和第十三实施 例的投影变焦镜头中的第五透镜组的焦距的优化方案。也就是说，根据本实施例的投影变 焦镜头在根据第十二实施例和第十三实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件8。
[0145](条件 8)-0. 01〈1/F5
[0146] 在这一点上，F5是第五透镜组的焦距。条件8是用于获得关于第五透镜组的折射 力的优化方案，尤其是，用于获得关于球面像差和彗形像差的优化方案的条件。当参数超出 条件8的上限值或下限值时，这是不期望的情形，因为第五透镜组的折射力变强。出于这个 原因，折射力设置条件恶化，且球面像差和彗形像差也可能增加。
[0147] 第十五实施例
[0148] 根据第十五实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二至第十四实施例的投 影变焦镜头中的第三透镜组的焦距和第四透镜组的焦距的优化方案。也就是说，根据本实 施例的投影变焦镜头在根据第十二至第十四实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件9。
[0149] (条件 9) 1. 3〈F3/F4〈4. 6
[0150] 在这一点上，F3是第三透镜组的焦距，而F4是第四透镜组的焦距。条件9是用于 导出关于变焦过程中的色差校正的优化方案的条件。当参数超出上限值或下限值时，这是 不期望的情形，因为不能充分校正色差，在分辨性能上具有负面效果。
[0151] 第十六实施例
[0152] 根据第十六实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二至第十五实施例的投 影变焦镜头中的第二透镜组的焦距的优化方案。也就是说，根据本实施例的投影变焦镜头 在根据第十二至第十五实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件10。
[0153] (条件 10) -0· 27〈Fw/F2〈-0. 11
[0154] 在这一点上，Fw是整个光学系统在广角端的焦距，而F2是第二透镜组的焦距。当 参数超出条件10的上限值时，也就是说，当第二透镜组的折射力减小时，这是不期望的情 形，因为放大倍率色差增加了。当参数超出条件10的下限值时，也就是说第二透镜组的折 射力增加时，这是不期望的情形，因为像差被过度校正，在分辨性能上具有负面效果。
[0155] 第十七实施例
[0156] 根据第十七实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二至第十六实施例的投 影变焦镜头中的光瞳位置和图像高度的优化方案。也就是说，根据本实施例的投影变焦镜 头在根据第十二至第十六实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件11。
[0157] (条件 11) 4. 0〈 |EPw/DMDHT|〈4. 5
[0158] 在这一点上，EPw是在广角端从DMD表面到入射光瞳的距离，而DMDHT是从相对于 缩小侧最接近DMD的球面透镜的旋转中心轴到DMD的最边缘的距离。条件11是关于配置 的条件。优选地是，EPw和DMDHT的比值在条件11中的数值范围内。当参数超出条件11的 上限值或下限值时，这是不期望的情形，因为整个光学系统的尺寸增加，或者光束入射角增 加，例如，导致分辨性能的负面效果。
[0159] 第十八实施例
[0160] 根据第十八实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二至第十七实施例的投 影变焦镜头中的整个光学系统的焦距和后焦距的优化方案。也就是说，根据本实施例的投 影变焦镜头在根据第十二至第十七实施例的投影变焦镜头中满足下面的条件12。
[0161] (条件 12) 0· 35〈Fw/BFw〈0. 45
[0162] 在这一点上，BFw是从最大缩小侧的镜头中的缩小侧的表面到广角端的DMD的表 面的距离，而Fw是处于广角端的整个光学系统的焦距。条件12是关于配置的条件，且优选 地是，Fw和BFw的比值在条件12中的数值范围内。当参数超出条件12的上限值或下限值 时，这是不期望的情形，因为整个光学系统的尺寸增加，且光束入射角增加，导致图像性能 的负面效果。
[0163] 第十九实施例
[0164] 根据第十九实施例的投影变焦镜头提供了关于根据第十二至第十八实施例的投 影变焦镜头中当变焦比为XI. 5时的半视场角ω的优化方案。根据本实施例的投影变焦 镜头在第十二至第十八实施例中满足下面的条件13。
[0165] (条件 13)39〈ω〈45
[0166] 在这一点上，ω是半视场角。
[0167] 第二十实施例
[0168] 第二十实施例提供了包括根据第十二至第十九实施例的投影变焦镜头的投影仪。
[0169] 实施例
[0170] 下面，将描述根据本发明的投影变焦镜头的具体实施例。从下面的实施例的数值 可以很明显的看出，每个实施例的像差被高水平地校正，且球面像差、象散、场曲、轴上色差 以及失真都被充分校正，且保持了更好的光学性能。
[0171] 每个实施例中的符号如下。
[0172] F:整个光学系统的焦距
[0173] Fno:数值孔径
[0174] ω:半视场角
[0175] R:曲率半径
[0176] D:表面间隔
[0177] Nd:折射率
[0178] vd:阿贝数
[0179] L:透镜
[0180] G:透镜组
[0181] 非球面由下面的等式表示。
[0182] X= (H2/R)/[l+{l-k(H/R2)}l/2]+C4H4+C6H6+C8H8+C10H10+…
[0183] 在下面的每个实施例的投影变焦镜头的光学结构图中，最接近DMD的球面透镜的 旋转中心轴由虚线示出。最接近DMD的球面透镜的这个旋转中心轴与除了透镜L12和透镜 L54的所有球面透镜的旋转中心轴一致，且这个旋转中心轴是投影光学系统的标准投影轴。 此外，所有的球面透镜的旋转中心轴不总是必须一致的。
[0184] [实施例1]
[0185] 图1示出了根据实施例1的投影变焦镜头在广角端和远距端的光学结构图。根据 实施例1的投影变焦镜头从放大侧（图中的左侧）依次包括具有透镜L11-L13的第一透镜 组G1、具有透镜L21-L24的第二透镜组G2、具有透镜L31的第三透镜组G3、具有透镜L41、 L42的第四透镜组G4和具有透镜L51-L54的第五透镜组G5。作为光调制器件的DMD(数字 微镜装置）被置于缩小侧（图中的右侧）。此外，未示出的盖玻璃（CG)被置于DMD面向透 镜的表面上。
[0186] 在根据实施例1的投影变焦镜头中，第一透镜组G1是固定的，第二透镜组G2在缩 小侧移动，第三透镜组G3在放大侧移动，第四透镜组G4在放大侧移动，而第五透镜组G5在 变焦过程中在放大侧从广角端向远距端移动。从而变焦（改变放大倍率）可从广角端向远 距端进行。此外，第三、第四和第五透镜组G3、G4、G5在不同的时刻移动。
[0187] 第一透镜组G1是一负组，其包括在缩小侧具有凹面的负透镜L11、在放大侧具有 凹面的负透镜L12和在缩小侧具有凹面的负透镜L13。
[0188] 第二透镜组G2是一负组，其包括双凸正透镜L21、双凹负透镜L22、在缩小侧具有 凸面的透镜L23、和在放大侧具有凹面的负透镜L24。透镜L23、L24被胶合。
[0189] 第三透镜组G3是包括双凸正透镜L31的正组。
[0190] 第四透镜组G4是一正组，其包括在放大侧具有凸面的正透镜L41和在放大侧具有 凸面的正透镜L42。
[0191] 第五透镜组G5是弱的负组，其包括在缩小侧具有凹面的负透镜L51、双凸正透镜 L52、在放大侧具有凹面的负透镜L53和双凸正透镜L54。透镜L51、L52被胶合。
[0192] 图2A-4C示出了根据实施例1的投影变焦镜头的像差图。图2A-2C是处于广角端 的图，图3A-3C是处于中间的图，而图4A-4C是处于远距端的图。图2A、3A、4A示出了球面 像