专利名称：投影机的变焦镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影机的变焦镜头，特别是涉及一种具有长后焦距的投影机的变焦镜头。
背景技术：
使用数字微镜元件(DMD)面板的数字光学处理(DLP)投影机已逐渐成为市场主流，如何提高DLP投影机的投影画面的品质是产业界所致力的课题。但是在投影机中，用以使投影画面放大或缩小的变焦镜头在设计上的优劣，是影响画面品质的主要因素之一。
现今应用于相机或数字相机的变焦镜头的技术已趋于成熟。如直接将数字相机的变焦镜头应用于DLP投影机时，往往不能达到高画面品质的要求。其原因如下首先，数字相机的变焦镜头是接收外界的光信号以投射至电荷耦合元件(CCD)上，而投影机的变焦镜头是接收数字微镜元件(DMD)产生的图像而投射至屏幕，以供使用者观赏。由此可知，两者的工作环境并不相同。
再者，与数字相机相比较，投影机的数字微镜元件的画素较小，使得投影机的变焦镜头所需的分辨率较高。而投影机所投射的图像是供使用者观赏之用，人眼对于不同色彩的色差要求相对地也较高。因此，将数字相机的变焦镜头应用于投影机时，常会有显示效果不佳的问题。此外，投影机中所需要装设的光学元件较数字相机多。由于数字相机的变焦镜头的后焦距较短，如直接将使用于数字相机的变焦镜头应用于投影机时，投影机的光学元件的配置将会受到许多的限制。
发明内容
因此，本发明的目的就在于提供一种变焦镜头，其根据投影机的特性而设计，使得此变焦镜头应用于投影机时，能显示较高品质的投影图像。
根据本发明的目的，提出一种具有长后焦距的变焦镜头，设置于投影机中。变焦镜头自图像侧依序包括第一透镜群和第二透镜群。第一透镜群具有负光焦度ΦU1，自图像侧依序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜。第一透镜具有正光焦度Φ1，第二透镜具有负光焦度Φ2，第三透镜具有负光焦度Φ3，第四透镜具有正光焦度Φ4。第二透镜群具有正光焦度ΦU2，自图像侧依序包括第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组。第一透镜组具有正光焦度ΦA1，第二透镜组具有负光焦度ΦA2，第三透镜组具有正光焦度ΦA3。变焦镜头具有镜头有效光焦度Φ0及后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|/Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6，通过调整第一透镜群与第二透镜群的位置，可以改变投影机投射在屏幕上的图像大小。
为了使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易于理解，下面特举优选实施例，并配合附图作详细说明。
图1表示依照本发明的优选实施例的变焦镜头应用于投影机的示意图；图2表示依照本发明的优选实施例的变焦镜头的示意图；图3表示依照图2的变焦镜头在广角模式和望远模式时的示意图。
具体实施例方式
本发明的变焦镜头是针对投影机的特性而设计的，在不断的尝试与努力下，找出适合配置于投影机的变焦镜头的条件。
本实施例的变焦镜头具有长后焦距、高分辨率、低色差、高穿透率、大数值孔径、图像方正及广视角的特性。每一项都是针对投影机所设计的，因此，本发明的变焦镜头应用于投影机时，可提供给投影机极佳的显示效果。
参照图1，其表示依照本发明的优选实施例的变焦镜头应用于投影机的示意图。本实施例的变焦镜头100设置在投影机200中。投影机200例如包括光源202、反射罩204、色轮205、光管206、透镜208a、透镜208b、折叠式镜、成像元件150及镜头100。
光源202用以产生光线。反射罩204用以反射此光线，并将此光线反射至色轮205。色轮205用以将通过的光线分色。光管206用以接受通过色轮205的光线，并输出光线至透镜208a和透镜208b。透镜208a和透镜208b用以汇聚光线。折叠式镜210用以接受汇聚后的光线，并将此光线投射至成像元件150。成像元件150例如为数字微镜元件(DMD)，用以接受光线并据此产生图像。本实施例的变焦镜头100优选地邻置于成像元件150，用以接受成像元件150所产生的图像，并投射至屏幕220。
镜头100所投射的图像形成于屏幕220之上，因此，屏幕220相对于镜头100的一侧为图像侧。而镜头100接受成像元件150所产生的图像，成像元件150相对于镜头100的一侧为物件侧。
参照图2，其表示依照本发明的优选实施例的变焦镜头的示意图。变焦镜头100在图像侧至成像元件150之间，依序包括第一透镜群210和第二透镜群220。第一透镜群210具有负光焦度ΦU1，自图像侧依序包括第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103及第四透镜104。第一透镜101具有正光焦度Φ1。第二透镜102具有负光焦度Φ2，例如为弯月形。弯月形的第二透镜102凹向物件侧。第三透镜103具有负光焦度Φ3。第四透镜104具有正光焦度Φ4。
第二透镜群220具有正光焦度ΦU2，在图像侧至成像元件150之间，依序包括第一透镜组221、第二透镜组222及第三透镜组223。第一透镜组221具有正光焦度ΦA1，例如包括第五透镜105和第六透镜106。第五透镜105和第六透镜106由图像侧依序配置在第四透镜104与第二透镜组222之间。
第二透镜组222具有负光焦度ΦA2，例如包括第七透镜107和第八透镜108。第七透镜107和第八透镜108由图像侧依序配置在第一透镜组221与第三透镜组223之间，且第七透镜107和第八透镜108优选地为一双合透镜。
第三透镜组223具有正光焦度ΦA3，例如包括第九透镜109和第十透镜110。第九透镜109和第十透镜110由图像侧依序配置于第二透镜组222与成像元件150之间。
变焦镜头100具有镜头有效光焦度Φ0和后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|/Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6。变焦镜头100通过调整第一透镜群210与第二透镜群220的位置，改变投影机投射在屏幕上的图像大小。
除此之外，变焦镜头100的负有效光焦度ΦU1及正有效光焦度ΦU2还可满足0.8＜|ΦU1/ΦU2|＜1.0。而变焦镜头100的有效焦距长EFL也可优选地满足20毫米(mm)＜EFL＜23毫米(mm)。变焦镜头100例如具有镜头速度F(F数f-number)，满足2.6＜F＜3.0。变焦镜头还可包括孔径光阑，配置在第一透镜组221与第二透镜组222之间。
举例来说，本实施例的变焦镜头100中，第一透镜101的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于87.72和-594.24单位长度。第一透镜101的前表面和后表面的直径实质上分别为36和36单位长度。第一透镜101的前表面与后表面的顶点距离实质上为4.36单位长度。第一透镜101的折射率实质上为1.59，且第一透镜101的阿贝数实质上为61.2。
第二透镜102的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于79.77和19.19单位长度。第二透镜102的前表面和后表面的直径实质上分别为31.49和23.61单位长度。第二透镜102的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.98单位长度。第二透镜102的折射率实质上为1.80，且第二透镜102的阿贝数实质上为35.0。第一透镜101的后表面与第二透镜102的前表面的顶点距离实质上为0.15单位长度。
第三透镜103的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于-189.83和20.91单位长度。第三透镜103的前表面和后表面的直径实质上分别为23.33和22.03单位长度。第三透镜103的前表面与后表面的顶点距离实质上为1单位长度。第三透镜103的折射率实质上为1.49，且第三透镜103的阿贝数实质上为70.2。第二透镜102的后表面与第三透镜103的前表面的顶点距离实质上为4.97单位长度。
第四透镜104的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于30.46和50.53单位长度。第四透镜104的前表面和后表面的直径实质上分别为23.88和23.19单位长度。第四透镜104的前表面与后表面的顶点距离实质上为4.06单位长度。第四透镜104的折射率实质上为1.78，且第四透镜104的阿贝数实质上为26.3。第三透镜103的后表面与第四透镜104的前表面的顶点距离实质上为9.01单位长度。
第五透镜105的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于135.83和-72.22单位长度。第五透镜105的前表面和后表面的直径实质上分别为22.81和22.39单位长度。第五透镜105的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.86单位长度。第五透镜105的折射率实质上为1.69，且第五透镜105的阿贝数实质上为53.2。第四透镜104的后表面与第五透镜105的前表面的顶点距离可调整，此距离实质上为10.84～5单位长度。
第六透镜106的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于27.44和83.81单位长度。第六透镜106的前表面和后表面的直径实质上分别为21和20单位长度。第六透镜106的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.79单位长度。第六透镜106的折射率实质上为1.72，且第六透镜106的阿贝数实质上为50.2。第五透镜105的后表面与第六透镜106的前表面的顶点距离实质上为0.12单位长度。
孔径光阑与第六透镜106的距离实质上为11.05单位长度，且孔径光阑的直径实质上为11.74单位长度。
第七透镜107的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于-84.23和-17.96单位长度。第七透镜107的前表面和后表面的直径实质上分别为11.74和12.11单位长度。第七透镜107的前表面与后表面的顶点距离实质上为2.93单位长度。第七透镜107的折射率实质上为1.49，且第七透镜107的阿贝数实质上为70.2。孔径光阑与第七透镜107的前表面的顶点距离实质上为0.22单位长度。
第八透镜108的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于-17.96和35.57单位长度。第八透镜108的前表面和后表面的直径实质上分别为12.11和13.87单位长度。第八透镜108的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.16单位长度。第八透镜108的折射率实质上为1.76，且第八透镜108的阿贝数实质上为27.5。第七透镜107的后表面与第八透镜108的前表面实质上相贴合。
第九透镜109的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于213.99和-29.73单位长度。第九透镜109的前表面和后表面的直径实质上分别为13.97和14.91单位长度。第九透镜109的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.27单位长度。第九透镜109的折射率实质上为1.72，且第九透镜109的阿贝数实质上为50.2。第八透镜108的后表面与第九透镜109的前表面的顶点距离实质上为0.68单位长度。
第十透镜110的前表面和后表面的曲率半径实质上分别等于39.97和-93.04单位长度。第十透镜110的前表面和后表面的直径实质上分别为16和16单位长度。第十透镜110的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.41单位长度。第十透镜110的折射率实质上为1.72，且第十透镜110的阿贝数实质上为50.2。第九透镜109的后表面与第十透镜110的前表面的顶点距离实质上为0.1单位长度。
成像元件150的前表面与后表面的顶点距离例如实质上为3单位长度。成像元件150的折射率例如为1.49，且阿贝数例如为70.2。成像元件150与第十透镜110的距离可调整。此距离实质上为27～30.11单位长度。
参照图3，其表示依照图2的变焦镜头在广角模式和望远模式时的示意图。本实施例的变焦镜头100具有广角模式和望远模式。通过调整第一透镜群210与第二透镜群220的距离，以及第二透镜群220与成像元件150的距离，可调整变焦镜头100投射出的图像的大小。
在广角模式中，变焦镜头100的焦距实质上为20公厘。第一透镜群210与第二透镜群220的距离，即第四透镜104与第五透镜105的距离，实质上为10.84单位长度。第二透镜群220与成像元件150的距离，即第十透镜110与成像元件150的距离，实质上为27单位长度。当变焦镜头100投射图像在2公尺远的屏幕上时，变焦镜头100所投射出的图像的对角线实质上为55英寸。也就是说，在广角模式中，变焦镜头100可投射出较大的图像。
在望远模式中，变焦镜头100的焦距实质上为23公厘，第一透镜群210与第二透镜群220的距离，即第四透镜104与第五透镜105的距离，实质上为5单位长度。第二透镜群220与成像元件150的距离，即第十透镜110与成像元件150的距离，实质上为30.11单位长度。当变焦镜头100投射图像于2公尺远的屏幕上时，变焦镜头100所投射的图像的对角线实质上为48英寸。也就是说，在望远模式中，变焦镜头100可投射出较小的图像。
变焦镜头100可在广角模式和望远模式之间，任意调整第一透镜群210与第二透镜群220的距离，以及第二透镜群220与成像元件150的距离，以调整投射出的图像的大小。
本实施例的变焦镜头是针对投影机的特性设计，具有长后焦距、高分辨率、低色差、高穿透率、大数值孔径、图像方正及广视角的特性。投影机中配置长后焦距的变焦镜头，可使得投影机配置较多的光学元件，投影机的光路设计上可具有更大的弹性。而高分辨率的变焦镜头非常适合搭配于画素小的数字微镜元件使用，可投射出较佳的画质。此外，由于本实施例的变焦镜头是针对投影机的灯泡所发出的光线的频谱特性而设计，使得变焦镜头具有色差小的特性，可显示较佳的色彩，改善传统变焦镜头的显像效果不佳的问题。另外，本实施例的变焦镜头的镜片数目适中，可提供良好的光穿透率。再配合数值孔径大、图像方正及广视角的特性，可满足投影机的显像环境，有利于使用者在不同角度观看。因此，本实施例的变焦镜头应用于投影机中，可提供使用者极佳的视觉效果。除此之外，由于本实施例的变焦镜头并没有使用非球面镜，使得变焦镜头具有较小的公差，制造上也十分容易。
综上所述，虽然本发明已以一优选实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，可作出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以后附的权利要求所界定。
权利要求
1.一种具有长后焦距的变焦镜头，设置于一投影机中，自一图像侧依序包括一第一透镜群，具有一负光焦度ΦU1，包括一第一透镜，具有一正光焦度Φ1；一第二透镜，具有一负光焦度Φ2；一第三透镜，具有一负光焦度Φ3；及一第四透镜，具有一正光焦度Φ4，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜自所述图像侧依序配置；以及一第二透镜群，具有一正光焦度ΦU2，包括一第一透镜组，具有一正光焦度ΦA1；一第二透镜组，具有一负光焦度ΦA2；及一第三透镜组，具有一正光焦度ΦA3，所述第一透镜组、所述第二透镜组及所述第三透镜组自所述图像侧依序配置；其中，所述变焦镜头具有一镜头有效光焦度Φ0及一后焦距BFL，BFL×Φ0≥1.0，|ΦU1|Φ0＞0.6，且ΦU2/Φ0＞0.6，通过调整所述第一透镜群和所述第二透镜群的位置，可以改变所述投影机投射于一屏幕上的图像大小。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述负有效光焦度ΦU1和正有效光焦度ΦU2还满足下列条件0.8＜|ΦU1/ΦU2|＜1.0。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头具有一有效焦距长EFL，该有效焦距长EFL还满足下列条件20毫米(mm)＜EFL＜23毫米(mm)。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其中具有一镜头速度F(F数)，且该镜头速度满足下列条件2.6＜F＜3.0。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二透镜为弯月形，且凹向一物件侧。
6.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二透镜组是一双合透镜。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组包括两透镜。
8.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头还包括一孔径光阑，配置在第一透镜组与第二透镜组之间。
9.如权利要求8所述的变焦镜头，其中所述第一透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于87.72和-594.24单位长度，第一透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为36和36单位长度，第一透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为4.36单位长度，第一透镜的折射率实质上为1.59，第一透镜的阿贝数实质上为61.2；第二透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于79.77和19.19单位长度，第二透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为31.49和23.61单位长度，第二透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.98单位长度，第二透镜的折射率实质上为1.80，第二透镜的阿贝数实质上为35.0，第一透镜的后表面与第二透镜的前表面的顶点距离实质上为0.15单位长度；第三透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于-189.83和20.91单位长度，第三透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为23.33和22.03单位长度，第三透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为1单位长度，第三透镜的折射率实质上为1.49，第三透镜的阿贝数实质上为70.2，第二透镜的后表面与第三透镜的前表面的顶点距离实质上为4.97单位长度；第四透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于30.46和50.53单位长度，第四透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为23.88和23.19单位长度，第四透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为4.06单位长度，第四透镜的折射率实质上为1.78，第四透镜的阿贝数实质上为26.3，第三透镜的后表面与第四透镜的前表面的顶点距离实质上为9.01单位长度；第一透镜组包括一第五透镜和一第六透镜，第五透镜和第六透镜自图像侧依序配置，且第五透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于135.83和-72.22单位长度，第五透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为22.81和22.39单位长度，第五透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.86单位长度，第五透镜的折射率实质上为1.69，第五透镜的阿贝数实质上为53.2，第四透镜的后表面与第五透镜的前表面的顶点距离可调整，实质上为10.84～5单位长度；第六透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于27.44和83.81单位长度，第六透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为21和20单位长度，第六透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.79单位长度，第六透镜的折射率实质上为1.72，第六透镜的阿贝数实质上为50.2，第五透镜的后表面与第六透镜的前表面的顶点距离实质上为0.12单位长度；孔径光阑与第六透镜相距11.05单位长度，该孔径光阑的直径实质上为11.74单位长度；第二透镜组包括一第七透镜和一第八透镜，第七透镜和第八透镜自图像侧依序配置，且第七透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于-84.23和-17.96单位长度，第七透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为11.74和12.11单位长度，第七透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为2.93单位长度，第七透镜的折射率实质上为1.49，第七透镜的阿贝数实质上为70.2，孔径光阑与第七透镜的前表面的顶点距离实质上为0.22单位长度；第八透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于-17.96和35.57单位长度，第八透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为12.11和13.87单位长度，第八透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为5.16单位长度，第八透镜的折射率实质上为1.76，第八透镜的阿贝数实质上为27.5，第七透镜的后表面与第八透镜的前表面实质上相贴合；第三透镜组包括一第九透镜和一第十透镜，第九透镜和第十透镜自图像侧依序配置，第九透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于213.99和-29.73单位长度，第九透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为13.97和14.91单位长度，第九透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.27单位长度，第九透镜的折射率实质上为1.72，第九透镜的阿贝数实质上为50.2，第八透镜的后表面与第九透镜的前表面的顶点距离实质上为0.68单位长度；第十透镜的一前表面和一后表面的曲率半径实质上分别等于39.97和-93.04单位长度，第十透镜的前表面和后表面的直径实质上分别为16和16单位长度，第十透镜的前表面与后表面的顶点距离实质上为3.41单位长度，第十透镜的折射率实质上为1.72，第十透镜的阿贝数实质上为50.2，第九透镜的后表面与第十透镜的前表面的顶点距离实质上为0.1单位长度；以及一成像元件，其与第十透镜的距离可调整，该成像元件与第十透镜的距离实质上为27～30.11单位长度。
10.如权利要求8所述的变焦镜头，其中所述成像元件的一前表面与一后表面的顶点距离实质上为3单位长度，成像元件的折射率实质上为1.49，成像元件的阿贝数实质上为70.2。
全文摘要
一种投影机的变焦镜头，自图像侧依序包括第一透镜群和第二透镜群。第一透镜群具有负光焦度Φ
文档编号G02B7/04GK1885086SQ20051008132
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月24日 优先权日2005年6月24日
发明者林永昌, 陈荣耀 申请人:明基电通股份有限公司