具有长后焦与后透光孔 位置的投影变焦镜头 技术领域
本发明涉及一种变焦镜头，特别是涉及一种具有长后焦的变焦镜头。
背景技术
对于投影装置来说，像液晶显示(LCD)面板投影器或是液晶平板(LCOS)投影器，由于液晶平板的分辨率需求，便需要一具有长后焦的投影镜头。此外，需要一长后焦以提供额外光学所需的空间，像偏光分光器与一电中工具，其具有一长后透光孔位置，用来将平行光线传过该偏光分光器。因此，在投影装置的技术中，必须研发具有一长后焦与后透光孔位置的透镜，这透镜必须含有较好的析光差、像散以及畸变特性，以呈现具有微型大小像素的清新图像。此外，它应该含有一小光圈值，以使投影的图像可以尽可能的明亮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较佳光学品质的投影镜头，其具有一长后焦与一长后透光孔位置，以及一小光圈值，以解决上述问题。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种具有长后焦的投影变焦镜头，其包括有：
一第一光学群组，其具有一有效焦距(EFL)fI；
一第二光学群组，其具有一有效焦距fII；
一第三光学群组，其具有一有效焦距fIII；
一第四光学群组，其具有一有效焦距fIV；以及
一第五光学群组，其具有一有效焦距fV，该第五光学群组包括有：
一第一透镜，一双面凹的第二透镜，一双面凸的第三透镜，以及一
双面凸的第四透镜；
其中该多个光学群组符合下列条件：
-0.45＜(f2/fV))＜-0.25
V1+V3-2V2＞44
2N2-N1-N3＞0.5
0.5＜(fN+fP)/(fP)＜0.9
其中f1是该第一透镜的焦距，f2是该第二透镜的焦距，f3是该第三透镜地焦距，V1是该第一透镜的阿贝数值(Abbe number)，V2是该第二透镜的阿贝数值，V3是该第三透镜的阿贝数值，N1是该第一透镜的折射指数，N2是该第二透镜的折射指数，N3是该第三透镜的折射指数，fN是该第一与第二光学群组的有效焦距，以及fP是该第三、第四与第五光学群组的有效焦距。
附图说明
图1为本发明第一实施例的镜头结构示意图；
图2为图1所示具有2米(公尺)物件距离的镜头球面差示意图；
图3为图1所示具有2米物件距离的镜头像散示意图；
图4为图1所示具有2米物件距离的镜头畸变示意图；
图5为本发明第二实施例的镜头结构示意图；
图6为图5所示具有2米物件距离的镜头球面差示意图；
图7为图5所示具有2米物件距离的镜头像散示意图；
图8为图5所示具有2米物件距离的镜头畸变示意图；
图9为本发明第三实施例的镜头结构示意图；
图10为图9所示具有2米物件距离的镜头球面差示意图；
图11为图9所示具有2米物件距离的镜头像散示意图；
图12为图9所示具有2米物件距离的镜头畸变示意图；
图13为本发明较佳实施例的镜头结构示意图；
图14为图13所示具有2米物件距离的镜头像散示意图；
图15为图13所示具有2米物件距离的镜头像散示意图；
图16为图13所示具有2米物件距离的镜头畸变示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明第一实施例投影镜头W的镜头结构示意图。投影镜头W含有五个光学群组：IW、IIW、IIIW、IVW以及VW。光学群组IW含有一弯形镜片W1以及二凹凸透镜W2与W3。W1的曲率半径较大的表面S2是朝向一图像侧。W2与W3的曲率半径较大的表面S3与S5朝向一物件侧。光学群组IIW含有一弯型透镜W4与一双面凹透镜W5。其中W4的曲率半径较大的表面S7朝向一物件侧。光学群组IIIW含有一凹凸透镜W6、一双面凹透镜W7与一凹凸透镜W8。其中W6的曲率半径较大的表面S11朝向一物件侧，而W8的曲率半径较大的表面S16是朝向一图像侧。光学群组IVW含有一弯形透镜W9，其曲率半径较大的表面S17朝向一物件侧。最后，光学群组VW含有三双面凸透镜W10、W12与W13以及一双面凹透镜W11。其中W10、W11与W12共同形成一三个一组。透镜W1至W13各含有二组合平面，且其标示为S1至S26。下表1列出透镜的不同特性，如该平片的曲率半径、至下一平面的距离(即透镜厚度、或是至下一透镜的距离)、透镜的折射指数(对于波长为587.56nm的光线来说)以及透镜的阿贝数值。本数据提供具有一光圈值2.1、一焦距80mm以及一半视角23.8度的投影镜头W。
表1表面号码 曲率半径 (mm) 厚度或距离 (mm)对587.56nm光线的折射指数 阿贝数值 S1 81.54 10.07 1.729 54.7 S2 681.41 0.00 S3 72.09 3.18 1.804 39.6 S4 34.67 8.54 S5 331.57 2.10 1.729 54.7 S6 32.26 7～39.17 S7 -8849.16 6.41 1.816 46.6 S8 -67.01 3.29 S9 -316.34 2.10 1.606 43.7 S10 30.82 11～5.03 S11 183.78 2.10 1.532 48.9 S12 40.09 1.42 S13 55.75 8.64 1.75 35.3 S14 -78.09 1.37 S15 -55.10 10.00 1.439 95 S16 -122.71 12.65～17.25 S17 -113.40 10.00 1.487 70.2 S18 -35.20 57.14 S19 75.84 9.33 1.487 70.2 S20 -48.81 0.00 S21 -48.81 2.10 1.487 70.2 S22 41.65 0.00 1.835 42.7 S23 41.65 10.07 1.487 70.2 S24 -51.48 0.00 S25 45.90 10.00 1.487 70.2 S26 -103.46 6.20～1.35
请参阅图2至图4，图2为镜头W的球面差示意图。图3为镜头W的像散示意图。图4为镜头W的畸变示意图。在图2至图4中，该物件距离为2米。图中很清楚的表示该球面差是于0.5mm之内。像散在0.3mm之内，而畸变则在2％之下。
请参阅图5，图5为本发明第二实施例投影镜头X的镜头结构示意图。投影镜头X含有五个光学群组：IX、IIX、IIIX、IVX以及VX。光学群组IX含有一弯形镜片X1，以及二凹凸透镜X2与X3。X1的曲率半径较大的表面R2朝向一图像侧。X2与X3分别的曲率半径较大的表面R3与R5朝向一物件侧。光学群组IIX含有一弯形透镜X4与一双面凹透镜X5。其中X4的曲率半径较大的表面R7朝向一物件侧。光学群组IIIX含有一凹凸透镜X6、一双面凸透镜X7与一凹凸透镜X8。其中X6的曲率半径较大的表面R11朝向一物件侧，而X8的曲率半径较大的表面R16朝向一图像侧。光学群组IVX含有一弯曲透镜X9，其曲率半径较大的表面R17朝向一物件侧。最后，光学群组VX含有三双面凸透镜X10、X12与X13以及一双面凹透镜X11。其中X10、X11与X12共同形成一三个一组。然而，X13含有一非球面性的表面R26。透镜X1至X13含有表面R1至R26。下表2列出透镜的不同特性。透镜表面R26含有额外的数据，其中K是-1.197，A是0.26E-6，而B是-0.129E-8。表二的数据提供具有一光圈值2.1、一焦距80mm以及一半视角23.8度的投影镜头X。
表2 表面 曲率半径 (mm) 厚度或距离 (mm)对587.56nm光线的折射指数 阿贝数值 R1 94.64 8.67 1.729 54.7 R2 542.47 0.00 R3 75.38 5.84 1.804 39.6 R4 34.38 8.67 R5 525.10 2.10 1.729 54.7 R6 35.98 7～39.34 R7 -8984.87 6.37 1.816 46.6 R8 -74.15 5.71 R9 -200.69 2.10 1.606 43.7 R10 33.65 11.43～4.95 R11 164.41 2.10 1.532 48.9 R12 54.68 1.81 R13 102.23 8.55 1.75 35.3 R14 -60.44 0.65 R15 -51.73 10.00 1.439 95 R16 -137.82 11.3～17.66 R17 -145.07 10.00 1.487 70.2 R18 -37.62 63.14 R19 60.01 8.68 1.487 70.2 R20 -59.93 0.00 R21 -59.93 2.10 1.487 70.2 R22 36.00 0.00 1.835 42.7 R23 36.00 10.45 1.487 70.2 R24 -80.02 0.00 R25 59.82 10.04 1.487 70.2 R26 -57.29 K：-1.6967 A：0.260377E-6 B：-0.128585E-8 8.09～3.04
请参阅图6至图8，图6为镜头X的球面差示意图。图7为镜头X的像散示意图。图8为镜头X的畸变示意图。在图6至图8中，该物件距离为2米。图中很清楚的表示该球面差在0.1mm之内，像散在0.2mm之内，而畸变则在2％之下。透镜X13的非球面R26提供了第一实施例投影镜头W的光学特性改进。
请参阅图9，图9为本发明第三实施例投影镜头Y的镜头结构示意图。投影镜头Y含有五个光学群组：IY、IIY、IIIY、IVY以及VY。光学群组IY含有一弯形镜片Y1，以及二凹凸透镜Y2与Y3。Y1的曲率半径较大的表面M2朝向一图像侧。Y2与Y3曲率半径较大的表面M3与M5分别朝向一物件侧。光学群组IIY含有一弯形透镜Y4与一双面凹透镜Y5。其中Y4的曲率半径较大的表面M7朝向一物件侧。光学群组IIIY含有一凹凸透镜Y6、一双面凸透镜Y7与一凹凸透镜Y8。其中Y6的曲率半径较大的表面M11朝向一物件侧，而Y8的曲率半径较大的表面M16朝向一图像侧。光学群组IVY含有一弯曲透镜Y9，其曲率半径较大的表面M17朝向一物件侧。最后，光学群组VY含有三双面凸透镜Y10、Y12、Y13、一双面凹透镜Y11以及一弯形透镜Y14。其中Y10、Y11与Y12共同形成一三个一组，而Y14的曲率半径较大的表面M28朝向一图像侧。透镜Y1至Y14各含有二组合表面，且其标示为M1至M28。下表3列出透镜的不同特性。本数据提供具有一光圈值2.1、一焦距80mm以及一半视角23.8度的投影镜头Y。
表3 表面 曲率半径 (mm) 厚度或距离 (mm)对587.56nm光线的折射指数 阿贝数值 M1 77.36 10.13 1.729 54.7 M2 452.01 0.00 M3 63.34 3.77 1.804 39.6 M4 32.23 9.61 M5 3836.59 2.10 1.729 54.7 M6 36.72 7.55～41.01 M7 -226.55 5.50 1.816 46.6 M8 -56.39 0.00 M9 -204.82 2.10 1.606 43.7 M10 37.76 13.89～4.93 M11 162.50 2.10 1.532 48.9 M12 30.22 0.82 M13 34.20 9.59 1.75 35.3 M14 -86.49 3.59 M15 -31.03 10.00 1.439 95 M16 -52.75 4.32～8.63 M17 -74.88 9.38 1.487 70.2 M18 -34.99 39.15 M19 219.55 7.36 1.487 70.2 M20 -30.17 0.00 M21 -30.17 2.10 1.487 70.2 M22 60.55 0.00 1.835 42.7 M23 60.55 7.87 1.487 70.2 M24 -54.71 0.00 M25 110.22 8.23 1.487 70.2 M26 -46.70 5.28 M27 56.93 10.00 1.487 70.2 M28 302.99 4.46～1.63
请参阅图10至图12，图10为镜头Y的球面差示意图。图11为镜头Y的像散示意图。图12为镜头Y的畸变示意图。在图10至图12中，该物件距离为2米。图中很清楚的表示该球面差在0.5mm之内。像散在0.5mm之内，而畸变则在2％之下。
请参阅图13，图13为本发明较佳实施例投影镜头Z的镜头结构示意图。投影镜头Z含有五个光学群组：IZ、IIZ、IIIZ、IVZ以及VZ。光学群组IZ含有一弯形镜片Z1以及二凹凸透镜Z2与Z3。Z1的曲率半径较大的表面2朝向一图像侧。Z2与Z3曲率半径较大的表面3与5分别朝向一物件侧。光学群组IIZ含有一弯形透镜Z4与一双面凹透镜Z5。其中Z4的曲率半径较大的表面7朝向一物件侧。光学群组IIIZ含有一凹凸透镜Z6、一双面凸透镜Z7与一凹凸透镜Z8。其中Z6的曲率半径较大的表面11朝向一物件侧，而Z8的曲率半径较大的表面16朝向一图像侧。光学群组IVZ含有一弯曲透镜Z9，其曲率半径较大的表面17朝向一物件侧，以及一双面凸透镜Z14。最后，光学群组VZ含有一弯形透镜Z10、一双面凹透镜Z11、二双面凸透镜Z12与Z13以及一弯形透镜Z15。其中Z10、Z11与Z12共同形成一三个一组，Z10的曲率半径较大的表面21朝向一物件侧，而Z15的曲率半径较大的表面30朝向一图像侧。透镜Z1至Z15各含有二组合表面，且其标示为1至30。下表4列出透镜的不同特性。本数据提供具有一光圈值2.1、一焦距80mm以及一半视角23.8度的投影镜头Z。
表4 表面 曲率半径 (mm) 厚度或距离 (mm)对587.56nm光线的折射指数 阿贝数值 1 78.82 9.80 1.729 54.7 2 357.96 3.97 3 99.12 3.00 1.804 39.6 4 34.69 7.49 5 248.24 2.10 1.729 54.7 6 36.32 11.1～45.6 7 -419.35 5.94 1.816 46.6 8 -67.00 11.68 9 -179.81 2.10 1.606 43.7 10 30.91 12.72～7.13 11 155.47 2.10 1.532 48.9 12 58.75 1.46 13 114.16 7.97 1.75 35.3 14 -53.95 0.76 15 -44.83 5.00 1.439 95 16 -102.68 9.79～16.78 17 -110.98 9.50 1.487 70.2 18 -34.88 62.00 19 153.82 10.00 1.487 70.2 20 -41.91 0.00 21 -52.68 5.23 1.487 70.2 22 -33.89 0.00 1.835 42.7 23 -33.89 2.10 1.487 70.2 24 66.61 0.00 25 66.61 9.27 1.487 70.2 26 -69.05 0.00 27 101.57 7.66 1.487 70.2 28 -76.09 0.66 29 81.54 5.62 1.487 70.2 30 1589.12 6.86～2.03
请参阅图14至图16，图14为镜头Z的球面差示意图。图15为镜头Z的像散示意图。图16为镜头Z的畸变示意图。在图14至图16中，该物件距离为2米。图中很清楚的表示该球面差在0.1mm之内。像散在0.1mm之内，而畸变则在1％之下。
本发明的所有实施例X、Y与Z含有至少十三透镜。在各实施例中，该透镜都一致通过实施例加以标示，以便让我们可以分别说该十三透镜的有效焦距分别为f1至f13。同样的，该透镜对波长为587.56纳米的光线的折射指数分别为N1至N13。该透镜也分别含有阿贝数值V1至V13。各实施例含有五个光学群组，且我们可以说这些光学群组分别含有有效焦距fI至fV。为了达到本发明的目的，该四个实施例都符合下列等式：
(1)0.5＜(fN+fP)/(fP)＜0.9
(2)-0.45＜(f11/fV)＜-0.25
(3)V10+V12-2V11＞44
(4)2N11-N10-N12＞0.5
在等式(1)中，fN是该第一与第二光学群组的有效焦距(EFL)，fP是该第三、第四与第五群组的有效焦距。等式(1)是由利用本发明的下列条件所导出的：
(5)-0.1fP＞fN＞-0.5fP
等式(1)只是将fP加入等式(5)，接着再除以fP而得到的。等式(5)是本发明的下列限制条件的条件式。当fN小于-0.5fP时，fN的贝兹华曲率(Petzvalcurvature)会增加。当fN的贝兹华曲率为正数时，其数值的增加会导致本发明的总贝兹华曲率增加，这很显然不是我们所期望的。同样的，当fN大于0.1fP，fP的贝兹华曲率会减少，导致fP的贝兹华曲率的负值更大，运也是不想要的。简单的说，等式(5)，也就是等式(1)，会需要加以限制，以平衡与缩小本发明的贝兹华曲率。
等式(2)必须限制第五光学群组中的析光差与不稳定度。在等式(2)中，f11是第十一透镜的有效焦距，其是第五光学群组中的双面凹透镜，且为三个一组的中央透镜。也就是说，第十、第十一与第十二透镜一起在第五光学群组中形成一三个一组。当f11小于-0.45fV时，第十一透镜的放大率会超过放大需求，并会导致过度的析光差。此外，当放大率增加时，该透镜位置会变得更加灵敏，使整个光学系统不稳定。容忍度变得更加重要，使得组合程序更加迫切与困难。相反的，当f11超过-0.25fV时，第十一透镜的放大率会变得太小，导致析光差不足补偿，且图像品质接着便会降低。
如同等式(2)，等式(3)本身着重在第五光学群组的三个一组。V10、V11与V12是第十、第十一与第十二透镜的阿贝数值，如上述所提到的，共同形成第五光学群组中的三个一组。等式(3)确保色彩析光差能平衡的条件。
等式(4)确保三个一组的外部透镜与内部透镜的折射指数差足够。三个一组的外部透镜，也就是第十与第十二透镜，两者的折射指数相近。N10与N12必须不能太接近N11，确保有足够的析光差补偿。
所有的透镜群组会在光轴上移动变焦。光学群组II、III、IV与V用来执行对焦功能。一般来说，不同透镜群组间距离的变更与变焦与对焦位置彼此相关。然而，在上述所有实施例中，光学群组IV与光学群组V之间的距离是固定的。虽然本发明的上述实施例都利用到光学群组V中的三个一组，应该另外注明这类的排列并非是必要的。其他的透镜组合也可以使用在光学群组中V，并不一定要使用三个一组。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。