CN101995647B - 变焦投影镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变焦投影镜头，可适用于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统，其由一具有负屈光度的第一透镜组及一具有正屈光度的第二透镜组组成，其中第一透镜组设置于屏幕侧，其可沿光轴移动并包含有至少一枚塑料非球面透镜；第二透镜组设置于像平面侧，其亦可沿光轴移动并包含有至少一枚玻璃非球面透镜。于第二透镜组的其中两相邻透镜之间另设有一孔径光阑，该孔径光阑可随第二透镜组一起移动。本发明变焦投影镜头通过采用负、正两组透镜组结构及非球面设计与特定条件式的满足，可达成尺寸短小、结构简单、成本较低、成像品质良好的特点，且具有较长的后焦。

Description

变焦投影镜头

【技术领域】

本发明涉及一种变焦投影镜头，尤指一种适于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统中使用的小型化变焦投影镜头。

【背景技术】

投影机是利用光学投影方式将影像投射至大尺寸屏幕上的一种装置，依其内部所使用的光引擎(LightEngine)的不同，可分为LCD(Liquid CrystalDisplay)投影机、DLP(Digital Light Processor)投影机及LCOS(Liquid Crystalon Silicon)投影机，其中LCD投影机因其运作时光线会透过LCD面板，所以属于穿透式投影机，而LCOS、DLP则靠光线反射的原理显像，所以称为反射式投影机。而依光线投影方向的不同，投影机又可分为前投式(FrontProjection)与背投式(Rear Projection)两种，前投式投影机是投影机与观看者在屏幕的同一边，主机与屏幕是分离的，背投式投影机则是投影机与观看者在屏幕不同边。此外，前投式或背投式投影机依其使用光阀数目的不同，又可分为单片式、两片式与三片式三种。

在LCD、DLP及LCOS此三种投影机中，采用非远心光路系统(Non-Telecentric System)的DLP投影机近年来发展迅速，其发展趋势为在短投影距离中达成大屏幕、高清晰度、高亮度的图像显示，其更能获得体积小、重量轻等产品特性。DLP投影机的关键元件为DMD(Digital MicromirrorDevice)数字微镜器件；DMD为美国德州仪器公司独家掌握并开发的数字图像芯片，由于其面世的时间相对较短，所以与DMD技术相匹配的有关DLP投影成像光学系统的专利技术并不多，而现有的LCD、LCOS等投影镜头由于采用的是远心光路系统，因而无法完全满足DMD数字图像芯片的配套要求。这主要是由于DMD上的微型反光镜于工作时随图像信号会有10度或12度的翻转，以将来自照明光源的光束通过微反射镜的翻转反射入投影镜头的入瞳并聚焦于屏幕上。基于此特点，LCD、LCOS等投影镜头通常无法充分满足DMD数字图像芯片的配套要求。

此外，对于反射式DLP投影机或LCOS投影机而言，为提高投影品质，需使得入射于反射式成像器如DMD数字微镜器件上的入射光路与出射光路之间的间隔加大以形成隔离，这样可避免出射光路被其它光源干扰。因而，其投影显示光学系统中的投影镜头需具有一足够长的后焦(BFL，Back FocalLength)。

现有的变焦投影镜头多采用多群透镜组作动且各透镜组长度较长，所以已不符当前投影机小型化的趋势。美国专利第6,590,716号则揭示一种两群作动的变焦投影镜头，其包括具有负屈光度的第一透镜组、具有正屈光度的第二透镜组、具有负屈光度的第三透镜组及具有正屈光度的第四透镜组，其中第一、第四透镜组是固定不动，第二、第三透镜组可进行作动。但是，由于该变焦投影镜头是采用四群透镜组的架构，透镜数目多达12片，导致镜头总长较长而增加了最终的投影机产品的尺寸、成本与重量，因而不符当前投影机小型化、低成本的发展趋势。此外，该变焦投影镜头仅适用于采用远心光路系统的LCD、LCOS投影机，而并不适用于采用非远心光路系统的DLP投影机。

另外，在变焦投影镜头的透镜形态及材质选择上，由于传统的球面研磨玻璃透镜的材质选择较多，其对于矫正色差较为有利，所以已广为业界所使用。但是球面研磨玻璃透镜使用于光圈系数(F Number)较小及视角(Wide-angle)较大的情形时，球差及像散等像差的矫正仍较困难。为了有效矫正像差，如上所述，现有变焦投影镜头通常是由多个透镜组构成，从而造成镜头整体尺寸较长、重量较大、成本较高。而采用非球面透镜可解决上述问题，其可大幅提高成像品质并减小广角镜头的桶状变形，且一片非球面透镜可替代数枚球面透镜补偿像差，可以相当显著地简化镜头的光学设计，减小其体积和重量。

无论是球面透镜还是非球面透镜，其制作材质主要有玻璃与塑料，其中玻璃透镜的透光系数较大，成像效果好，但价格较高，主要应用于高阶产品；塑料透镜的透光系数较小，价格低廉，主要应用于低阶产品。但因塑料材质轻便，而玻璃材质却比较厚重，所以在镜头设计时会采用玻璃透镜与塑料透镜的组合，借此取长补短，从而设计出所需的镜头组。若采用全塑料透镜的组合则不但会影响镜头的光学性能，而且对公差要求亦会比较严格。

因此，综合上述，如何设计出一款适于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统中使用的变焦投影镜头，使其具有尺寸短小、结构简单、成本较低、成像品质良好等诸多优点，且同时具有较长后焦的特点，已成为业界的共同诉求。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种变焦投影镜头，可适用于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统，其具有尺寸短小、结构简单、成本较低且成像品质良好等特点。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述变焦投影镜头的投影显示光学系统。

本发明的再一目的在于提供一种具有上述变焦投影镜头的影像撷取光学系统。

依据本发明的上述目的，本发明提供一种变焦投影镜头，可适用于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统。该变焦投影镜头是由一具有负屈光度的第一透镜组及一具有正屈光度的第二透镜组组成，第一透镜组设置于屏幕侧，第一透镜组能够沿光轴移动并包含有至少一枚塑料非球面透镜；第二透镜组设置于像平面侧，第二透镜组亦能够沿光轴移动并包含有至少一枚玻璃非球面透镜；在第二透镜组的其中两相邻透镜之间另设有一孔径光阑，该孔径光阑能够随第二透镜组一起移动；该变焦投影镜头满足以下条件式：

$-0.75<\frac{f2}{f1}<-0.46;$

$-3.0<\frac{f1}{\mathrm{fw}}<-1.60;$ 及

$1.20<\frac{f2}{\mathrm{fw}}<1.40,$

其中，f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，fw为该变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距。

依据本发明第一实施例，上述变焦投影镜头的该第一透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型负透镜及一新月型正透镜，其中该新月型正透镜是一塑料非球面透镜。该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型正透镜、一双凹透镜及一平凸透镜，其中该双凹透镜是一玻璃非球面透镜。该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

依据本发明第二实施例，上述变焦投影镜头的该第一透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型负透镜及一新月型正透镜，其中该新月型正透镜是一塑料非球面透镜。该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一第一双凸透镜、一新月型正透镜、一双凹透镜及一第二双凸透镜，其中该第二双凸透镜是一玻璃非球面透镜。该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

依据本发明第三实施例，上述变焦投影镜头的该第一透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型负透镜及一复合透镜，其中该复合透镜是由一双凹透镜与一双凸透镜相互接合而成，该新月型负透镜是一塑料非球面透镜。该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一第一双凸透镜、一新月型正透镜、一双凹透镜及一第二双凸透镜，其中该第二双凸透镜是一玻璃非球面透镜。该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

本发明三个实施例的变焦投影镜头更满足以下条件式：

$0.75<\frac{\mathrm{fw}}{\mathrm{bf}}<0.84;$

$3.50<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{fw}}<3.84;$

$2.79<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{bf}}<2.96;$

$-1.43<\frac{\mathrm{ex}}{\mathrm{bf}}<-1.20;$ 及

$0.625<\frac{\mathrm{lt}}{\mathrm{ff}}<0.663$

其中，fw为该变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距，bf为该变焦投影镜头的后焦长度，tt为该变焦投影镜头的光学系统总长，ex为该变焦投影镜头的系统出瞳位置，lt为该变焦投影镜头的镜头总长。

相较于现有技术，本发明变焦投影镜头仅有屈光率分别为负、正的两组透镜组组成，仅包括5至7个透镜，因此具有尺寸短小、结构简单、成本较低的优点；通过采用至少两枚非球面透镜与玻璃、塑料透镜的组合配置，以及特定条件式的满足，可在缩减镜头总长的同时有效矫正各种像差，因此本发明变焦投影镜头具有较佳的成像品质。此外，本发明变焦投影镜头具有较长的后焦，可适用于非远心系统或反射式投影机例如DLP投影机以及有长后焦要求的影像撷取光学系统。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的变焦投影镜头的光学结构示意图。

图2A至图2E分别为本发明第一实施例的变焦投影镜头位于广角端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图3A至图3E分别为本发明第一实施例的变焦投影镜头位于中间角度端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图4A至图4E分别为本发明第一实施例的变焦投影镜头位于望远程时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图5为本发明第二实施例的变焦投影镜头的光学结构示意图。

图6A至图6E分别为本发明第二实施例的变焦投影镜头位于广角端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图7A至图7E分别为本发明第二实施例的变焦投影镜头位于中间角度端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图8A至图8E分别为本发明第二实施例的变焦投影镜头位于望远程时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图9为本发明第三实施例的变焦投影镜头的光学结构示意图。

图10A至图10E分别为本发明第三实施例的变焦投影镜头位于广角端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图11A至图11E分别为本发明第三实施例的变焦投影镜头位于中间角度端时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

图12A至图12E分别为本发明第三实施例的变焦投影镜头位于望远程时的纵向球差、横向色差、场曲、畸变及MTF曲线示意图。

【具体实施方式】

本发明的变焦投影镜头可应用于非远心投影显示光学系统或影像撷取光学系统中，例如DLP投影机的显示光学系统中，用来将DMD成像器上的影像投射至屏幕上。

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

第一实施例

图1所示为本发明第一实施例的变焦投影镜头的光学结构示意图。该变焦投影镜头从屏幕侧(对应图1的左侧)至像平面侧(对应图1的右侧，即像平面IP的一侧)沿光轴OA依序包含有：一具有负屈光度的第一透镜组G1及一具有正屈光度的第二透镜组G2。所谓的屏幕是指影像可投射于其上的一平面，而像平面是指成像器如DMD数字微镜器件的设置位置。

第一透镜组G1可沿光轴OA移动，其由第一透镜L1与第二透镜L2两个透镜组成，第一透镜L1与第二透镜L2的形式分别为一新月型负透镜与一新月型正透镜。该新月型负透镜L1是由全球面玻璃硝材制成，其具有位于屏幕侧的一凸面R1及位于像平面侧的一凹面R2。该新月型正透镜L2是通过由射出成型法制成的一塑料非球面透镜，其具有位于屏幕侧的一凹面R3及位于像平面侧的一凸面R4。较佳地，该新月型正透镜L2的凹面R3与凸面R4皆为非球面。

第二透镜组G2亦可沿光轴OA移动，其由第三透镜L3、第四透镜L4与第五透镜L5三个透镜组成。这些透镜L3、L4与L5是皆由全球面玻璃硝材制成，其形式分别为一新月型正透镜、一双凹透镜与一平凸透镜。其中，该新月型正透镜L3具有位于屏幕侧的一凸面R5及位于像平面侧的一凹面R6，该双凹透镜L4具有位于屏幕侧的一凹面R7及位于像平面侧的一凹面R8，该平凸透镜L5具有位于屏幕侧的一平面R9及位于像平面侧的一凸面R10。该双凹透镜L4是通过玻璃模造成型法制成的一玻璃非球面透镜，其凹面R7与R8较佳地皆为非球面。

第二透镜组G2的新月型正透镜L3与双凹透镜L4之间另设有一孔径光阑ST，其可随第二透镜组G2一起移动。在第二透镜组G2与像平面IP(即成像器)之间设有一玻璃平板GP。

本发明第一实施例的变焦投影镜头的各透镜参数可参照下表一所示，其中，“F”代表镜头的焦距；“W”代表广角端；“M”代表中间角度端；“T”代表望远程；“Fno.”代表镜头的光圈系数或F值；“表面序号”R1至R12依次代表从屏幕侧至像平面侧的各透镜表面(参图1)；“曲率半径R”代表相对应的透镜表面的曲率半径；“距离/厚度D”代表各透镜沿着光轴OA测量所得的厚度，或者是代表两相邻透镜沿光轴OA的间距；“折射率Nd”及“阿贝系数Vd”则代表各透镜对d光线的折射率与阿贝系数。

表一

如上所述，在本发明第一实施例的变焦投影镜头中，较佳地，第一透镜组G1的新月型凸透镜L2的两表面R3、R4以及第二透镜组G2的双凹透镜L4的两表面R7、R8皆为非球面。这些非球面的设计公式表示如下：

$D=\frac{C\&CenterDot;H^2}{1+\sqrt{1-(1+K)\&CenterDot;C^2\&CenterDot;H^2}}+E_4\&CenterDot;H^4+E_6\&CenterDot;H^6+E_8\&CenterDot;H^8+E_{10}\&CenterDot;H^{10}+E_{12}\&CenterDot;H^{12}+E_{14}\&CenterDot;H^{14}$

其中：D为沿光轴方向在高度为H的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值；K为锥度常数；C＝1/R，R代表曲率半径；H代表镜片高度；E4代表四次的非球面系数；E6代表六次的非球面系数；E8代表八次的非球面系数；E10代表十次的非球面系数；E12代表十二次的非球面系数；E14代表十四次的非球面系数。表二表示出了本发明第一实施例的变焦投影镜头的各非球面表面的相关参数。

表二

表面序号

K

E4

E6

E8

E10

E12

E14

R3

-11.1665

8.75E-06

5.22E-08

-8.65E-10

2.93E-12

0

0

R4

2.833118

3.56E-06

-8.90E-11

-5.19E-10

1.62E-12

0

0

R7

7.546776

2.69E-07

1.78E-07

-2.20E-08

5.70E-10

0

0

R8

3.175439

7.18E-05

-4.57E-07

-1.33E-08

4.68E-10

0

0

依照表一及表二所列的参数进行设计，如图2A至图2E(广角端各像差表现图)、图3A至图3E(中间角度端各像差表现图)及图4A至图4E(望远程各像差表现图)所示，本发明第一实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程对各种像差皆有良好的矫正表现。其中，图2A、图3A及图4A分别显示本发明第一实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程的纵向球差(Longitudinal Spherical Aberration)表现；图2B、图3B及图4B分别显示本发明第一实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程的横向色差(Lateral Color)表现；图2C、图3C及图4C分别显示本发明第一实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程的场曲(Field Curvature)表现；图2D、图3D及图4D则分别显示本发明第一实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程的MTF(Modulation Transfer Function)调制传递函数特性曲线，显示本发明第一实施例的变焦投影镜头具有良好的反差特性及解像性能。

第二实施例

请参照图5所示的本发明变焦投影镜头的第二实施例，其与图1所示的第一实施例在结构上的不同之处在于第二透镜组G2的构成不同。在第二实施例中，第二透镜组G2是由4个透镜组成，包括第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6。这些透镜L3、L4、L5与L6亦皆由全球面玻璃硝材制成，其形式分别为一第一双凸透镜、一新月型正透镜、一双凹透镜及一第二双凸透镜。孔径光阑ST设置于新月型正透镜L4与双凹透镜L5之间并可随第二透镜组G2一起移动。

本发明第二实施例的变焦投影镜头的各透镜参数可参照下表三所示。

表三

表四示出了本发明第二实施例的变焦投影镜头的各非球面表面的相关参数。

表四

表面序号

K

E4

E6

E8

E10

E12

E14

R3

-1.94893

3.18E-07

4.21E-08

-3.50E-10

1.03E-12

0

0

R4

6.339773

1.13E-06

1.19E-08

-1.35E-10

3.94E-13

0

0

R11

-39.2344

-3.31E-06

4.26E-08

-6.87E-09

1.60E-10

-7.84E-13

0

R12

-0.13906

1.81E-06

1.68E-07

-6.78E-09

8.83E-11

7.17E-14

0

由表四可知，在本发明第二实施例的变焦投影镜头中，第一透镜组G1的新月型凸透镜L2的两表面R3、R4以及第二透镜组G2的第二双凸透镜L6的两表面R11、R12皆为非球面。较佳地，该新月型凸透镜L2为通过射出成型法制成的一塑料非球面透镜，该双凸透镜L6为通过玻璃模造成型法制成的一玻璃非球面透镜。

依照表三及表四所列的参数进行设计，如图6A至图6E(广角端各像差表现图)、图7A至图7E(中间角度端各像差表现图)及图8A至图8E(望远程各像差表现图)所示，本发明第二实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程对各种像差皆有良好的矫正表现而可获得较佳的成像品质。

第三实施例

请参照图9所示的本发明变焦投影镜头的第三实施例，其与图5所示的第二实施例在结构上的主要不同之处在于第一透镜组G1的构成不同。在第三实施例中，第一透镜组G1是由3个透镜组成，包括一新月型负透镜L1、一双凹透镜L2及一双凸透镜L3，其中该双凹透镜L2与该双凸透镜L3是皆由全球面玻璃硝材制成并相互接合成一体而构成一复合透镜，该新月型负透镜L1则是一非球面塑料透镜。

本发明第三实施例的变焦投影镜头的各透镜参数可参照下表五所示。

表五

表六示出了本发明第三实施例的变焦投影镜头的各非球面表面的相关参数。

表六

表面序号

K

E4

E6

E8

E10

E12

E14

R1

11.42132

1.22E-04

9.99E-06

9.78E-09

1.62E-11

8.30E-15

3.83E-17

R2

0.113487

1.04E-04

5.22E-06

2.64E-07

2.96E-09

4.19E-12

9.43E-14

R12

-12.3734

4.10E-04

9.92E-05

8.31E-07

6.93E-08

9.76E-10

0

R13

-0.13055

9.74E-03

5.54E-05

3.39E-07

6.23E-08

9.44E-10

0

由表六可知，在本发明第三实施例的变焦投影镜头中，第一透镜组G1的新月型负透镜L1的两表面R1、R2以及第二透镜组G2的双凸透镜即第七透镜L7的两表面R12、R13皆为非球面。较佳地，该新月型负透镜L1为通过射出成型法制成的一塑料非球面透镜，该双凸透镜L7为通过玻璃模造成型法制成的一玻璃非球面透镜。

依照表五及表六所列的参数进行设计，如图10A至图10E(广角端各像差表现图)、图11A至图11E(中间角度端各像差表现图)及图12A至图12E(望远程各像差表现图)所示，本发明第三实施例的变焦投影镜头于广角端、中间角度端及望远程对各种像差皆有良好的矫正表现而可获得较佳的成像品质。

由上述三个实施例概括可知，本发明的变焦投影镜头仅由负屈光度的第一透镜组G1及正屈光度的第二透镜组G2两透镜组构成，其中第一透镜组G1包含有一枚塑料非球面透镜(在三个实施例中分别为新月型正透镜L2、新月型正透镜L2及新月型负透镜L1)，第二透镜组G2包含有一枚玻璃非球面透镜(在三个实施例中分别为双凹透镜L4、双凸透镜L6及双凸透镜L7)且于其两相邻透镜之间设有一孔径光阑ST。较佳地，这些非球面透镜L1、L2、L4、L6及L7的屏幕侧表面及像平面侧表面皆为非球面。本发明变焦投影镜头通过采用负、正两组透镜组结构及非球面设计，可大幅缩减镜头总长，降低镜头的组装及制造成本并有效矫正各种像差，从而获得一尺寸短小、结构简单、成本较低且成像品质良好的变焦投影镜头。

在本发明变焦投影镜头的上述三个实施例中，第一透镜组G1仅包含有一枚塑料非球面透镜，第二透镜组G2亦仅包含有一枚玻璃非球面透镜，其它透镜皆为全球面玻璃透镜，以通过玻璃透镜与塑料透镜两者的组合同时达成大幅缩减透镜的使用数目并有效修正各种像差的最佳效果。然而，本发明并不限定于此。第一透镜组G1亦可包含一枚以上的塑料非球面透镜，第二透镜组G2亦可包含一枚以上的玻璃非球面透镜。温度变化对塑料非球面透镜的光学性能的影响可通过透镜组前、后间距或镜头后焦来加以补偿，这样可避免镜头因温度变化而导致影像品质降低的现象。

为有效缩减镜头总长并修正各种像差而获得较佳的成像品质，本发明上述三个实施例的变焦投影镜头皆满足以下条件式(1)～(3)：

$-0.75<\frac{f2}{f1}<-0.46---\left(1\right)$

$-3.0<\frac{f1}{\mathrm{fw}}<-1.60---\left(2\right)$

$1.20<\frac{f2}{\mathrm{fw}}<1.40---\left(3\right)$

其中，f1为第一透镜组G1的焦距，f2为第二透镜组G2的焦距，fw为本发明变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距。

如图1至图3的镜头光学结构图所示，本发明三个实施例的变焦投影镜头皆具有较长的后焦，该后焦是指镜头最后一个透镜表面至像平面IP的距离。例如，图1所示的第一实施例中，该后焦是指平凸透镜L5的表面R10至像平面IP之间的距离。该较长的后焦是适应于反射式或非远心系统投影机例如DLP投影机要求入射光路与出射光路之间的间隔加大这一需求。对于影像撷取光学系统而言，较长的后焦可满足放置额外光学组件如合光棱镜、红外滤波片的需求，以获得更佳的光学性能。本发明三个实施例的变焦投影镜头于广角端的后焦满足以下条件式(4)～(6)：

$0.75<\frac{\mathrm{fw}}{\mathrm{bf}}<0.84---\left(4\right)$

$3.50<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{fw}}<3.84---\left(5\right)$

$2.79<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{bf}}<2.96---\left(6\right)$

其中，fw为本发明变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距，bf为本发明变焦投影镜头的后焦长度，tt为本发明变焦投影镜头的光学系统总长(是指第一个透镜的屏幕侧表面至像平面IP之间的距离)。满足上述条件式(4)～(6)可使本发明变焦投影镜头于广角状态下的后焦显著拉长，并且亦可有效缩减镜头总长并修正各种像差。

本发明三个实施例的变焦投影镜头另满足以下条件式(7)及(8)：

$-1.43<\frac{\mathrm{ex}}{\mathrm{bf}}<-1.20---\left(7\right)$

$0.625<\frac{\mathrm{lt}}{\mathrm{tt}}<0.663---\left(8\right)$

其中，ex为本发明变焦投影镜头的系统出瞳位置，bf为本发明变焦投影镜头的后焦长度，lt为本发明变焦投影镜头的镜头总长(是指第一个透镜的屏幕侧表面至最后一个透镜的像平面侧表面的距离)，tt为本发明变焦投影镜头的光学系统总长。满足于条件式(7)与(8)亦可使本发明变焦投影镜头的镜头总长有效缩减并增加后焦长度。

综上所述，与现有技术相比较，本发明变焦投影镜头仅有屈光率分别为负、正的两组透镜组G1、G2组成，仅包括5至7个透镜，因此具有尺寸短小、结构简单、成本较低的优点；通过采用至少两枚非球面透镜与玻璃、塑料透镜的组合配置，以及特定条件式的满足，可在缩减镜头总长的同时有效矫正各种像差，因此本发明变焦投影镜头亦具有较佳的成像品质。此外，本发明变焦投影镜头亦具有较长的后焦，可适用于非远心系统或反射式投影机例如DLP投影机以及有长后焦要求的影像撷取光学系统。

本发明变焦投影镜头可适用于非远心系统的前投式投影机，尤其是DLP投影机，不仅使该投影机小型化，亦可提高装置性能而获得高品质的影像。此外，本发明变焦投影镜头亦可应用于影像撷取光学系统中，以缩减该光学系统的总长并提高其光学性能。事实上，本发明三个实施例所揭示的变焦投影镜头皆构成一倒置的远摄结构，其中屏幕侧(即影像可投影于其上的平面)可作为一像面，而像平面侧(即显示装置表面，例如DMD成像器)则可作为一物面。但是，在显示装置侧对变焦投影镜头的光学性能进行评估时，该屏幕侧是被视为物面，而该变焦投影镜头则是被视为一缩影光学系统(ROS，Reduction Optical System)。

Claims (16)

1.一种变焦投影镜头，其特征在于：该变焦投影镜头是由一具有负屈光度的第一透镜组及一具有正屈光度的第二透镜组组成，第一透镜组设置于屏幕侧，第一透镜组能够沿光轴移动并包含有至少一枚塑料非球面透镜；第二透镜组设置于像平面侧，第二透镜组亦能够沿光轴移动并包含有至少一枚玻璃非球面透镜；在第二透镜组的其中两相邻透镜之间另设有一孔径光阑，该孔径光阑能够随第二透镜组一起移动；该变焦投影镜头满足以下条件式：

$-0.75<\frac{f2}{f1}<-0.46;$

$-3.0<\frac{f1}{\mathrm{fw}}<-1.60;$

$1.20<\frac{f2}{\mathrm{fw}}<1.40;$ 及

$0.75<\frac{\mathrm{fw}}{\mathrm{bf}}<0.84,$

其中，f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，fw为该变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距；bf为该变焦投影镜头于广角端的后焦长度。

2.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第一透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型负透镜及一新月型正透镜。

3.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第一透镜组的该新月型正透镜是一塑料非球面透镜。

4.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型正透镜、一双凹透镜及一平凸透镜。

5.如权利要求4所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组的该双凹透镜是一玻璃非球面透镜。

6.如权利要求4所述的变焦投影镜头，其特征在于：该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

7.如权利要求2所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一第一双凸透镜、一新月型正透镜、一双凹透镜及一第二双凸透镜。

8.如权利要求7所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组的该第二双凸透镜是一玻璃非球面透镜。

9.如权利要求7所述的变焦投影镜头，其特征在于：该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

10.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第一透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一新月型负透镜及一复合透镜，该复合透镜是由一双凹透镜与一双凸透镜相互接合而成。

11.如权利要求10所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第一透镜组的该新月型负透镜是一塑料非球面透镜。

12.如权利要求10所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组从屏幕侧至像平面侧沿光轴依序包含有一第一双凸透镜、一新月型正透镜、一双凹透镜及一第二双凸透镜。

13.如权利要求12所述的变焦投影镜头，其特征在于：该第二透镜组的该第二双凸透镜是一玻璃非球面透镜。

14.如权利要求12所述的变焦投影镜头，其特征在于：该孔径光阑设置于该第二透镜组的该新月型正透镜与该双凹透镜之间。

15.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：该变焦投影镜头更满足以下条件式：

$3.50<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{fw}}<3.84$

其中，tt为该变焦投影镜头于广角端的光学系统总长，fw为该变焦投影镜头作为一整体于广角端的焦距。

16.如权利要求1所述的变焦投影镜头，其特征在于：该变焦投影镜头更满足以下条件式：

$2.79<\frac{\mathrm{tt}}{\mathrm{bf}}<2.96$

其中，tt为该变焦投影镜头于广角端的光学系统总长，bf为该变焦投影镜头于广角端的后焦长度。

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