投射用变焦透镜以及投射型显示装置的制造方法
专利名称:投射用变焦透镜以及投射型显示装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种广角、具有较长的后焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜以及具备该投射用变焦透镜的投射型显示装置。投射用变焦透镜具备：配置在最靠放大侧且在变倍时固定的具有负光焦度的第一透镜组(G1)、和在变倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动的至少两个移动透镜组。第一透镜组(G1)从放大侧起依次由在对焦时固定的前组(G1a)、和在对焦时沿光轴方向移动且具有负光焦度的后组(G1b)构成。通过使前组(G1a)沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修正。投射用变焦透镜满足与广角端处的整个系统的焦距fw、前组(G1a)的焦距f1a相关的条件式(1)：|fw/f1a|＜0.2。
【专利说明】
投射用变焦透镜从及投射型显示装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及投射用变焦透镜W及投射型显示装置，例如设及适合将由光阀形 成的原图像放大投射到屏幕上的投射用变焦透镜W及搭载了该投射用变焦透镜的投射型 显示装置。
【背景技术】
[0002] W往，将在液晶显示元件、DMD(数字微镜器件:注册商标）显示元件等光阀中显示 的图像放大投射到屏幕上的投射型显示装置得到广泛普及。尤其是具有如下结构的投射型 显示装置得到广泛利用：使用=个该光阀并使它们分别与R(红）、G(绿）、B(蓝)运=种原色 的照明光对应，由此对上述各照明光进行调制，并通过颜色合成棱镜等来合成由各光阀调 制后的光，经由投射用透镜而将图像投射在屏幕上。
[0003] 投射型显示装置到屏幕的距离和屏幕尺寸根据设置环境而各种各样，因此在投射 型显示装置中使用的投射用透镜需要具有对焦功能。作为投射用透镜所使用的对焦方式， 已知采用最靠放大侧的透镜不移动的内聚焦（inner focus)方式的结构。另外，为了即便在 多样的设置环境下也能够根据屏幕尺寸来调整投射图像的尺寸，投射用透镜倾向于使用具 有变倍功能的变焦透镜系统。作为现在已知的内聚焦方式的变焦透镜，例如有下述专利文 献1~3中记载的变焦透镜。
[0004] 专利文献1中记载了一种变焦透镜，该变焦透镜的配置在最靠物侧的第一透镜组 从物侧起依次由具有正光焦度的第一透镜组前组和具有负光焦度的第一透镜组后组构成， 在对焦时仅第一透镜组后组移动。专利文献2中记载了一种变焦透镜，该变焦透镜的配置在 最靠放大侧的第一透镜单元从放大侧起依次由具有负屈光力的第IA透镜子单元和具有正 屈光力的第IB透镜子单元构成，在对焦时第IA透镜子单元不动而第IB透镜子单元移动。专 利文献3中记载了一种投射用变焦透镜，该投射用变焦透镜的从放大侧起配置为第二个的 透镜组即第二透镜组在对焦时移动。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献1:日本特开2001-066501号公报
[0007] 专利文献2:日本专利第5253604号公报 [000引专利文献3:日本特开2011-013657号公报
[0009] 近年来，使用投射型显示装置在大厅或展览会等投射到大画面的机会增加，另外， W更短的投射距离谋求更大的投射画面尺寸的情况也变多。鉴于运些情况，对投射用透镜 的广角化的期望提高。另外，在将合成来自多个光阀的调制光的颜色合成光学系统、分离照 明光与投射光的光束分离光学系统配置在透镜系统与光阀之间的结构中，要求投射用透镜 具有较长的后焦距。为了满足运些要求，多采用逆焦式(retrofocus type)投射用透镜。
[0010] 专利文献1中记载的透镜系统虽然为逆焦式，但视场角小，后焦距也短。专利文献2 中记载的透镜系统的视场角不充分，后焦距也短。专利文献3中记载的透镜系统为了满足近 年来的要求，期待实现进一步的广角化。
[0011] 此外，在投射用变焦透镜中存在制造误差的情况下，像面弯曲有时会从设计中假 定的弯曲发生变动，期望对运种情况下的像面弯曲进行修正。另外，在将投射用透镜搭载于 投射型显示装置时存在无法忽视的量的法兰距(flange back)误差的情况下，共辆位置会 从设计中假定的位置偏移，因此有时使聚焦组移动而进行调整，但若进行运样的调整，则像 面弯曲有发生变动的倾向，期望对变动后的像面弯曲进行修正。透镜系统越为广角，上述的 像面弯曲的变动表现得越显著，因此尤其在广角的透镜系统中强烈期望像面弯曲的修正。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种广角、具有较长的后 焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜W及具备运种投 射用变焦透镜的投射型显示装置。
[0013] 用于解决课题的方案
[0014] 本实用新型的投射用变焦透镜具备:第一透镜组，其配置在最靠放大侧且在变倍 时固定，并且具有负光焦度;和至少两个移动透镜组，其在变倍时W使光轴方向的相互间隔 变化的方式移动，第一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组、和在对焦时沿光轴 方向移动且具有负光焦度的后组构成，使前组沿光轴方向移动，由此进行像面弯曲的修正， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1)。
[0015] IfVfla I <0.2 (1)
[0016] 其中，
[0017] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0018] fla:前组的焦距。
[0019] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(1-1)。
[0020] fw/fla| <0.15 (1-1)
[0021] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式 (2-1) O
[0022] 1.5<hla/hlb (2)
[0023] 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)
[0024] 其中，
[0025] hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在前组中的 最大光线高度；
[0026] hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在后组中的 最大光线高度。
[0027] 本实用新型的投射用变焦透镜优选后组的最靠缩小侧的透镜面为凹面。
[0028] 本实用新型的投射用变焦透镜优选在最靠缩小侧配置有变倍时固定且具有正光 焦度的最终透镜组。
[0029] 本实用新型的投射用变焦透镜优选后组的最靠缩小侧的透镜为负透镜，后组的从 缩小侧起第二片透镜为正透镜。
[0030] 本实用新型的投射用变焦透镜优选前组包括将负透镜与正透镜接合而成的接合 透镜，构成该接合透镜的负透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线 的折射率大0.1 W上，所述投射用变焦透镜满足下述条件式(3) W及(4)。
[0031] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3)
[0032] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4)
[0033] 其中，
[0034] Mn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[0035] Vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0036] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0037] Vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0038] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式 (5-1)。
[0039] flb/fla<0.8 (5)
[0040] 0.0<flb/fla<0.6 (5-1)
[0041 ]其中，
[0042] fla:前组的焦距；
[0043] nb:后组的焦距。
[0044] 本实用新型的投射用变焦透镜也可W构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变 倍时W使相互间隔变化的方式移动的=个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度 的最终透镜组构成，或者还可W构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变倍时W使相互 间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组 构成。
[0045] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(6)，更优选满足下述条件式 (6-1)O
[0046] 2.5<BfZfw (6)
[0047] 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)
[004引 其中，
[0049] Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离；
[0050] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0051] 本实用新型的投射型显示装置具备:光源;光阀，其供来自该光源的光入射；W及 上述的本实用新型的投射用变焦透镜，其用作将光学像投射到屏幕上的投射用变焦透镜， 该光学像基于由该光阀进行光调制后的光而形成。
[0052] 需要说明的是，上述"放大侧"是指被投射侧（屏幕侧），在进行缩小投射的情况下 为了方便也将屏幕侧称为放大侧。另一方面，上述"缩小侧"是指原图像显示区域侧(光阀 侧），在进行缩小投射的情况下为了方便也将光阀侧称为缩小侧。
[0053] 需要说明的是，上述条件式中的fw是投射距离为无限远的情况下的值。另外，上述 条件式中的Bf是广角端处的值。
[0054] 需要说明的是，上述的"由~构成"是指"实质上由~构成"，除了举出的构成要件 之外，也可W包括实质上不具有屈光力的透镜、光阔、玻璃罩等透镜W外的光学要素等。
[0055] 需要说明的是，上述"~透镜组"、"前组"、"后组"不一定仅包含由多个透镜构成的 结构，也包含仅由一片透镜构成的结构。
[0056] 需要说明的是，上述透镜组的光焦度的符号、上述透镜的光焦度的符号W及上述 透镜的面形状在包含有非球面的情况下是在近轴区域考虑的。
[0057] 需要说明的是，本说明书中的后焦距是指W缩小侧为后侧的情况下的后焦距。
[005引实用新型效果
[0059] 根据本实用新型，在最靠放大侧配置变倍时固定的负的第一透镜组、在比第一透 镜组靠缩小侧配置变倍时移动的多个移动透镜组并采用内聚焦方式的变焦透镜系统中，第 一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组和在对焦时移动的后组构成，通过使前组 沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修正，且满足条件式（1 )，因此能够提供一种广角、具有 较长的后焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜W及具 备该投射用变焦透镜的投射型显示装置。
【附图说明】
[0060] 图1是表示本实用新型的一个实施方式所设及的投射用变焦透镜的透镜结构W及 光路的剖视图。
[0061] 图2是用于对像面弯曲的变动和修正进行说明的广角端处的像差图，图2的(A)是 没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图，图2的（B)是在法兰距误差位于长度 增加的方向的情况下，使聚焦组移动而进行了调整后的像差图，图2的（C)是使修正组从图2 的(B)的状态向缩小侧移动而修正了像面弯曲后的像差图。
[0062] 图3是用于对像面弯曲的变动和修正进行说明的望远端处的像差图，图3的(A)是 没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图，图3的（B)是在法兰距误差位于长度 增加的方向的情况下，使聚焦组移动而进行了调整后的像差图，图3的（C)是使修正组从图3 的(B)的状态向缩小侧移动而修正了像面弯曲后的像差图。
[0063] 图4是表示本实用新型的实施例1的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0064] 图5是表示本实用新型的实施例2的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0065] 图6是表示本实用新型的实施例3的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0066] 图7是本实用新型的实施例1的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0067] 图8是本实用新型的实施例2的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0068] 图9是本实用新型的实施例3的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0069] 图10是本实用新型的一个实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0070] 图11是本实用新型的另一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0071] 图12是本实用新型的又一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0072] 附图标记说明
[0073] 1图像显示面
[0074] 2光学构件
[0075] 4轴上光束
[0076] 5最大视场角的光束
[0077] 5c最大视场角的主光线 [007引10、210、310投射用变焦透镜 [00"79] Ila~Ilc透射型显示元件
[0080] 12、13、32、33 二向色镜
[0081] 14、34十字二向色棱镜
[0082] 15、215、315 光源
[0083] 16a~16c聚光透镜
[0084] 18a~18c、38全反射镜 [00化]21a~21c DMD元件
[00化]24a~24c TIR棱镜
[0087] 25、35a~35c偏光分离棱镜
[0088] 31a~31c反射型显示元件
[0089] 100、200、300投射型显示装置
[0090] 105、205、305 屏幕
[0091] Gl第一透镜组
[0092] Gla 前组
[0093] G化后组
[0094] G2第二透镜组 [00巧]G3第S透镜组
[0096] G4第四透镜组
[0097] G5第五透镜组
[0098] Ge最终透镜组
[0099] Lll ~L23、L31、L41 ~L45、L51 ~L55、L61 透镜
[0100] Z 光轴
【具体实施方式】
[0101] W下，参照附图对本实用新型的实施方式进行详细地说明。图1是表示本实用新型 的一个实施方式所设及的投射用变焦透镜的广角端处的透镜结构、轴上光束4W及最大视 场角的光束5的光路的剖视图，与后述的实施例1的投射用变焦透镜相对应。在图1中，设左 侧为放大侧，右侧为缩小侧。
[0102] 该投射用变焦透镜例如能够作为搭载于投射型显示装置并将光阀所显示的图像 信息向屏幕投射的投射用变焦透镜来使用。在图1中，假定搭载于投射型显示装置的情形， 还一并图示出假定了棱镜、各种滤光片、玻璃罩等的具有平行平面的光学构件2、和在光学 构件2的缩小侧配置的光阀的图像显示面1。在投射型显示装置中，在图像显示面1中被赋予 了图像信息的光束经由光学构件2而入射至该投射用变焦透镜，通过该投射用变焦透镜而 被投射到在纸面左侧方向配置的未图示的屏幕上。
[0103] 需要说明的是，在图1中，为了简化图而仅记载了一个图像显示面1，但在投射型显 示装置中也可W构成为:将来自光源的光束通过颜色分离光学系统而分离为=种原色，配 设=个光阀供各原色用，从而能够显示全色彩图像。
[0104] 该投射用变焦透镜具备:第一透镜组Gl，其配置在最靠放大侧且在变倍时固定，并 且具有负光焦度;和至少两个移动透镜组，其配置在比第一透镜组Gl靠缩小侧的位置，在变 倍时W使光轴方向的相互间隔变化的方式移动。运样，通过使最靠放大侧的第一透镜组Gl 为负透镜组，有利于得到宽的视场角。
[0105] 例如，图1所示的投射用变焦透镜构成为沿光轴方向排列有五个透镜组，所述五个 透镜组从放大侧起依次由第一透镜组Gl、第二透镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4 W及 最终透镜组Ge构成。其中，第二透镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4为在从广角端向望 远端变倍时W使相邻的透镜组的间隔变化的方式移动的透镜组，运=个透镜组对应于移动 透镜组。在图1中，在各移动透镜组的下方记载有示意性地示出从广角端向望远端变倍时各 移动透镜组的移动方向的箭头。在图1所示的例子中，在从广角端向望远端变倍时，第二透 镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4均不逆行地向放大侧移动。
[0106] 第一透镜组Gl实质上从放大侧起依次由前组Gla和具有负光焦度的后组G化构成。 通过使后组G化为负透镜组，容易确保第一透镜组Gl的负光焦度。
[0107] 需要说明的是，优选后组G化的最靠缩小侧的透镜面为凹面。在运种情况下，能够 通过第一透镜组Gl的最靠缩小侧的透镜面使光线扩张，能够在确保后焦距的同时良好地修 正像散。
[0108] 另外，优选后组G化的最靠缩小侧的透镜为负透镜，后组G化的从缩小侧起第二片 透镜为正透镜。在运种情况下，成为对像散的修正有效的结构。
[0109] 该投射用变焦透镜在对焦时前组Gla固定，仅后组G化沿光轴方向移动。图1的后组 Glb的上方的黑实线的水平方向的双箭头表示后组G化为聚焦组。通过运样采用内聚焦方 式，在对焦时也可W不对透镜直径大且重量大的放大侧的透镜进行驱动，因此能够减少驱 动机构的负担，并且能够将对焦时的透镜系统全长保持为恒定。
[0110] 另外，该投射用变焦透镜构成为通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲 的修正。在图1的前组Gla的上方记载的空屯、的水平方向的双箭头表示前组Gla为修正像面 弯曲的修正组。并且，该投射用变焦透镜构成为满足下述条件式(1)。
[0111] |fVfla|<0.2 (1)
[0112] 其中，
[0113] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0114] fla:前组的焦距。
[0115] 通过前组Gla的移动能够修正像面弯曲，因此能够W简易的方法来进行像面弯曲 的修正，在产生【背景技术】中所述那样的像面弯曲的变动的情况下是有效的。需要说明的是， 用于修正像面弯曲的前组Gla的移动不限于连续的移动，也可W是阶段性的移动。例如，也 可W在组装调整时在前组Gla与其缩小侧或放大侧的结构部件之间夹入调整用的板，由此 进行前组Gla的移动。
[0116] 在前组Gla的上述功能的基础上，通过抑制前组Gla的光焦度W避免成为条件式 (1)的上限W上，即便使前组Gla沿光轴方向移动也能够几乎不使后焦距变化地修正像面弯 曲，从而前组Gla适合作为修正组。假如为了修正像面弯曲而使前组Gla沿光轴方向移动时 后焦距发生了无法忽视的变化，则有必要在其他部位进一步调整后焦距，调整作业变得非 常复杂。
[0117]为了提高关于条件式(I)的上述效果，优选满足下述条件式(1-1)。
[011 引 |fw/fla|<0.15 (1-1)
[0119] 在图2(A)~图2(C)中W像面弯曲的像差图示出图1的结构例中的像面弯曲的变动 及其修正的例子。在图2(A)~图2(C)所示的任一像差图中，纵轴为半视场角CO，横轴为像差 量，分别由实线、短虚线表示径向、切向的关于d线(波长587.6nm)的像差。
[0120] 图2(A)是没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图。图2(B)是在0.05 的法兰距误差位于长度增加的方向的情况下，使作为聚焦组的后组G化移动而进行了调整 的像差图。将图2(B)与图2(A)进行比较可知，像面弯曲发生了变动，尤其在高视场角区域发 生了显著的变动。图2(C)是使作为修正组的前组Gla从图2(B)的状态向缩小侧移动0.14而 修正了像面弯曲的像差图。可知图2(C)与图2(A)大致相同，能够通过前组Gla的移动而良好 地修正了变动后的像面弯曲。
[0121] 需要说明的是，图2(A)~图2(C)所示的像差图为广角端且投射距离为2000的像差 图。同样将仅变倍状态不同且设为望远端、并且其他部分与上述的图2(A)~图2(C)相同的 像差图在图3(A)~图3(C)中示出。由图2(A)~图2(C) W及图3(A)~图3(C)可知，在广角端 W及望远端运双方，像面弯曲得到了良好地修正。需要说明的是，上述的法兰距误差的数值 W及前组Gla的移动量的数值是基于后述的实施例1的透镜数据的数值。
[0122] 需要说明的是，前组Gla可W由具有正光焦度的透镜组构成，也可W由具有负光焦 度的透镜组构成。在使前组Gla为负透镜组的情况下，构成第一透镜组Gl的两个透镜组均为 负透镜组，有利于确保广角化和较长的后焦距。
[0123] 优选前组Gla包括将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜，构成该接合透镜的负 透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线的折射率大0.1 W上，且满 足下述条件式(3)W及(4)。
[0124] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3)
[0125] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4)
[0126] 其中，
[0127] Mn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[0128] Vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0129] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0130] Vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0131] 需要说明的是，在上述接合透镜具有多个负透镜的情况下，具有上述优选结构的 负透镜存在至少一片即可，在上述接合透镜具有多个正透镜的情况下，具有上述优选结构 的正透镜存在至少一片即可。另外，在前组Gla具有多个接合透镜的情况下，具有上述优选 结构的接合透镜存在至少一组即可。
[0132] 通过使构成前组Gla所包括的接合透镜的负透镜的折射率比正透镜的折射率大 0.1 W上，能够良好地修正像面弯曲、像散。另外，通过选择前组Gla的接合透镜的材质W满 足条件式(3) W及(4)，能够良好地修正像面弯曲、倍率色差。满足条件式(3) W及(4)的接合 透镜例如能够由将凹面朝向缩小侧的负弯月透镜与双凸透镜从放大侧起依次接合而成的 接合透镜构成。
[0133] 具体而言，前组Gla例如从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正透镜、凹面朝向缩 小侧的=片负透镜、W及将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜构成。或者，前组Gla能够 从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正透镜、凹面朝向缩小侧的=片负透镜、将负透镜与 正透镜接合而成的接合透镜、负弯月透镜、W及正弯月透镜构成。
[0134] 该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(2)。
[0135] 1.5<hla/hlb (2)
[0136] 其中，
[0137] hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在前组中的 最大光线高度；
[0138] hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在后组中的 最大光线高度。
[0139] 条件式(2)是针对缩小侧光瞳位置为无限远时的最大视场角的主光线5c，取前组 Gla中的最大光线高度与后组G化中的最大光线高度之比，并设定该比的合适范围的条件 式。图1中例不出hla、hlb。通过避免成为条件式(2)的下限W下，容易在广角的透镜系统中 抑制歪曲像差、像面弯曲。
[0140] 为了提高关于条件式(2)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(2-1)的下限W 下。另外，通过避免成为条件式(2-1)的上限W上，能够抑制最靠放大侧的透镜的直径，能够 抑制透镜系统的大型化。
[0141] 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)
[0142] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(5)。
[0143] nb/fla<0.8 (5)
[0144] 其中，
[0145] fla:前组的焦距；
[0146] nb:后组的焦距。
[0147] 通过避免成为条件式(5)的上限W上，能够确保后组G化的光焦度，能够抑制对焦 时的后组G化的移动量过大，因此能够减少投射距离发生变化时的性能的变动，容易维持良 好的性能。为了提高关于条件式(5)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(5-1)的上限 W上。另外，通过避免成为条件式(5-1)的下限W下，有利于确保广角化和较长的后焦距。 [014 引 0.0<nb/fla<0.6 (5-1)
[0149] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(6)。
[0150] 2.5 < Bf Zfw (6)
[0151] 其中，
[0152] Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离；
[0153] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0154] 条件式(6)的Bf是空气换算距离下的后焦距，条件式(6)是与所谓的后焦距比Bf/ fw的合适范围相关的式子。通过避免成为条件式(6)的下限W下，能够确保适当长度的后焦 距。为了提高关于条件式(6)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(6-1)的下限W下。另 夕h通过避免成为条件式(6-1)的上限W上，能够抑制透镜系统全长，能够抑制透镜系统的 大型化。
[0155] 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)
[0156] 另外，如图I所示，优选该投射用变焦透镜的缩小侧具有良好的远屯、性。缩小侧具 有良好的远屯、性是指，在聚光于缩小侧共辆面的任意一点的光束的剖面中考虑各光束的上 侧的最大光线与下侧的最大光线的角平分线，该角平分线相对于光轴Z的斜率为-3°~+3° 的范围内的情况。通过采用缩小侧具有良好的远屯、性的透镜系统，即便在透镜系统与光阀 之间配置具有入射角依赖性的棱镜等光学构件的情况下，也能够防止因入射角依赖性而引 起的性能劣化。
[0157] 另外，在该投射用变焦透镜的最靠缩小侧配置的最终透镜组Ge优选为在变倍时固 定且具有正光焦度的透镜组。通过使第一透镜组Gl为负透镜组且最终透镜组Ge为正透镜 组，有利于实现广角化和较长的后焦距。并且，通过使最终透镜组Ge为在变倍时固定的固定 组，即使变倍也容易维持缩小侧的远屯、性。
[0158] 图1所示的例子实质上从放大侧起依次由第一透镜组G1、在变倍时W使相互间隔 变化的方式移动的=个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组Ge构 成。但是，构成本实用新型的投射用变焦透镜的整个系统的透镜组的数量不限于图1所示的 例子。本实用新型的投射用变焦透镜例如也可W构成为实质上从放大侧起依次由第一透镜 组、在变倍时W使相互间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有 正光焦度的最终透镜组构成。
[0159] 另外，作为实现本实用新型的目的的投射用变焦透镜，优选将整个变焦区域内的 歪曲像差抑制在-2%~+2%的范围内。另外，作为实现本实用新型的目的的投射用变焦透 镜，优选整个变焦区域内的F值小于3.0。
[0160] 需要说明的是，上述优选的结构能够是任意的组合，优选根据投射用变焦透镜所 期望的事项来适当地选择性采用。通过适当地采用优选结构，可实现能够应对更良好的光 学性能和更高规格的光学系统。本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜能够在广 角且具有较长的后焦距的透镜系统中应用。需要说明的是，此处所说的广角的透镜系统是 指，投射距离为无限远时的广角端处的最大全视场角为75° W上的透镜系统。
[0161] 接下来，对本实用新型的投射用变焦透镜的具体实施例进行说明。需要说明的 是，W下所示的实施例的数值数据全部是W在投射距离为无限远时广角端处的整个系统的 焦距为1.00的方式标准化后的数值数据。
[0162] [实施例1]
[0163] 图4示出实施例1的投射用变焦透镜的剖视图。在图4中，左侧为放大侧，右侧为缩 小侧。实施例1的投射用变焦透镜由在从广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生 变化的第一透镜组Gl~第四透镜组G4、W及最终透镜组Ge运五个透镜组构成。在变倍时仅 第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。图4所示的各种箭 头与图1所示的箭头同义。
[0164] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、W及双凸形状的透镜L16构成。 透镜L15与透镜L16接合而构成整体具有正光焦度的接合透镜。后组G化从放大侧起依次由 凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L17、凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18、W及 双凹形状的透镜L19构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0165] 第二透镜组G2从放大侧起依次由将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接合 透镜、和正透镜L23构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜 组G4从放大侧起依次由透镜L41~L45运五片透镜构成。最终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜 L51构成。
[0166] 表1示出实施例1的投射用变焦透镜的基本透镜数据，表2示出各种因素和可变面 间隔的值。在表1的Si-栏中示出W将最靠放大侧的构成要素的放大侧的面作为第一个而 随着朝向缩小侧依次增加的方式对构成要素的面标注面编号时的第i个(i = l、2、3、...）面 编号，在Ri-栏中示出第i个面的曲率半径，在Di-栏中示出第i个面与第i+1个面之间的在 光轴Z上的面间隔。需要说明的是，关于曲率半径的符号，将凸面朝向放大侧的面形状的情 况设为正，将凸面朝向缩小侧的面形状的情况设为负。Di的最下栏的值为光学构件2与图像 显示面1之间的间隔。
[0167] 在表1的Ndj-栏中示出将最靠放大侧的构成要素作为第一个而随着朝向缩小侧 依次增加的第j个(j = l、2、3、...）构成要素的关于d线(波长587.6nm)的折射率，在Vdj-栏 中示出第j个构成要素的d线基准的阿贝数。需要说明的是，表1中还一并示出光学构件2。另 夕h在表1中，关于在变倍时变化的可变面间隔，使用了DD[]运样的标号，在□中标注该间隔 的放大侧的面编号并记入到Di-栏中。
[0168] 在表2中，Wd线基准示出变焦比Zr、整个系统的焦距f、从最靠缩小侧的透镜面到 缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离Bf、F值FNo .、最大全视场角2 CO、W及可变面间 隔的值。Bf即为空气换算距离下的后焦距。2?-栏的[°]是指单位为度。在表2中，将广角端 状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态、望远端状态的各值分别在标记为广角端、中 间1、中间2、望远端的栏中示出。表1的数据和表2的可变面间隔的值是投射距离为2000时的 值，表2的可变面间隔W外的值是投射距离为无限远时的值。需要说明的是，在W下所示的 各表中记载了 W规定的位数取整后的数值。
[0169] 【表1】
[0170] 实施例1
[0171]
[0175] 图7示出实施例1的投射用变焦透镜的各像差图。在图7中，在最上段示出广角端处 且投射距离为8000的情况下的像差图，在上数第二段示出广角端处且投射距离为2000的情 况下的像差图，在上数第=段示出望远端处且投射距离为8000的情况下的像差图，在最下 段示出望远端处且投射距离为2000的情况下的像差图。另外，各像差图从左起依次示出球 面像差、像散、歪曲像差(崎变）、倍率色差(倍率的色差）。在球面像差图中，分别W黑实线、 长虚线、短虚线示出关于d线（波长587.6nm)、C线（波长656 . ：3nm)、F线（波长486. Inm)的像 差。在像散图中，分别W实线、短虚线示出径向、切向的关于d线的像差，在线种的说明中分 别记入了（S)、（T)运样的标号。在歪曲像差图中，W实线示出关于d线的像差。在倍率色差图 中，分别W长虚线、短虚线示出关于C线、F线的像差。球面像差图的FNo.是指F值，其他像差 图的《是指半视场角。
[0176] 只要未特别说明，则上述的实施例1的说明所述的各数据的标号、含义、记载方法 在W下的实施例中也相同，因此W下省略重复说明。
[0177] [实施例2]
[0178] 图5示出实施例2的投射用变焦透镜的剖视图。实施例2的投射用变焦透镜由在从 广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生变化的第一透镜组Gl~第四透镜组G4、W 及最终透镜组Ge运五个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一 透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。
[0179] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、双凸形状的透镜L16、凹面朝向 缩小侧的负弯月形状的透镜L17、W及凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18构成。透镜 L15与透镜L16接合。后组G化从放大侧起依次由凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L19、 和双凹形状的透镜L20构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0180] 第二透镜组G2从放大侧起依次由将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接合 透镜、和正透镜L23构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜 组G4从放大侧起依次由透镜L41~L45运五片透镜构成。最终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜 L51构成。表3示出实施例2的投射用变焦透镜的基本透镜数据，表4示出各种因素和可变面 间隔的值。图8示出实施例2的投射用变焦透镜的各像差图。
[0181] 【表3】
[0182] 实施例2
[0183]
L0187J L实施例3」
[0188] 图6示出实施例3的投射用变焦透镜的剖视图。实施例3的投射用变焦透镜由在从 广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生变化的第一透镜组Gl~第五透镜组G5、W 及最终透镜组Ge运六个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第五透镜组G5移动，第一 透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。
[0189] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、双凸形状的透镜L16、凹面朝向 缩小侧的负弯月形状的透镜L17、W及凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18构成。透镜 L15与透镜L16接合。后组G化从放大侧起依次由凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L19、 和双凹形状的透镜L20构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0190] 第二透镜组G2仅由从放大侧起依次将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接 合透镜构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜组G4仅由双 凸形状的透镜L41构成。第五透镜组G5从放大侧起依次由透镜L51~L55运五片透镜构成。最 终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜L61构成。表5示出实施例3的投射用变焦透镜的基本透镜 数据，表6示出各种因素和可变面间隔的值。图9示出实施例3的投射用变焦透镜的各像差 图。
[0191] 【表5】
[0192] 实施例3 「01931
[0197]表7的上段示出实施例1~3的条件式（I)~(6)的对应值。关于条件式(3)、（4)示出 左边和右边运双方的对应值。表7的下段示出实施例1~3的与条件式相关联的值。表7所示 的值是关于d线的值。
[019引【表7】
[0199]
[0200]
[0201] 根据W上的数据可知，实施例1~3的投射用变焦透镜构成为通过使前组Gla沿光 轴方向移动来进行像面弯曲的修正，广角端处的全视场角处于80°~95°的范围而实现了广 角化，后焦距比处于4~5的范围而具有足够长的后焦距，投射距离的变化引起的性能的变 动也非常少，且良好地修正了各种像差而实现了高光学性能。
[0202] 接下来，对本实用新型的实施方式所设及的投射型显示装置进行说明。图10是本 实用新型的一个实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图10所示的投射型显示 装置100具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜10;光源15;作为与各颜色 光对应的光阀的透射型显示元件Ila~lie;用于进行颜色分解的二向色镜12、13;用于进行 颜色合成的十字二向色棱镜14;聚光透镜16a~16c; W及用于使光路偏转的全反射镜18a~ 18c。需要说明的是，在图10中，简要地图示了投射用变焦透镜10。另外，在光源15与二向色 镜12之间配置有积分仪，但在图10中省略了其图示。
[0203] 来自光源15的白色光被二向色镜12、13分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）之 后，分别经过聚光透镜16a~16c入射至分别与各颜色光光束对应的透射型显示元件Ila~ Ilc并被光调制，在由十字二向色棱镜14进行了颜色合成之后入射至投射用变焦透镜10。投 射用变焦透镜10将基于由透射型显示元件Ila~Ilc进行了光调制后的光而形成的光学像 投射到屏幕105上。
[0204] 图11是本实用新型的另一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图11 所示的投射型显示装置200具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜210;光 源215;作为与各颜色光对应的光阀的DMD元件21a~21c;用于进行颜色分解W及颜色合成 的TIR(To化1 Internal Reflection;全内反射)棱镜24a~24c; W及将照明光与投射光分 离的偏光分离棱镜25。需要说明的是，在图11中，简要地图示了投射用变焦透镜210。另外， 在光源215与偏光分离棱镜25之间配置有积分仪，但在图11中省略了其图示。
[0205] 来自光源215的白色光被偏光分离棱镜25内部的反射面反射之后，由TIR棱镜24a ~24c分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）。分解后的各颜色光光束分别入射至对应的 DMD元件21a~21c并被光调制，再次在TIR棱镜24a~24c中反向前进而进行了颜色合成之 后，透过偏光分离棱镜25入射至投射用变焦透镜210。投射用变焦透镜210将基于由DMD元件 21a~21c进行了光调制后的光而形成的光学像投射到屏幕205上。
[0206] 图12是本实用新型的又一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图12 所示的投射型显示装置300具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜310;光 源315;作为与各颜色光对应的光阀的反射型显示元件31a~31c;用于进行颜色分离的二向 色镜32、33;用于进行颜色合成的十字二向色棱镜34;用于使光路偏转的全反射镜38; W及 偏光分离棱镜35a~35c。需要说明的是，在图12中，简要地图示了投射用变焦透镜310。另 夕h在光源315与二向色镜32之间配置有积分仪，但在图12中省略了其图示。
[0207] 来自光源315的白色光由二向色镜32、33分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）。分 解后的各颜色光光束分别经过偏光分离棱镜35a~35c入射至分别与各颜色光光束对应的 反射型显示元件31a~31c并被光调制，在由十字二向色棱镜34进行了颜色合成之后入射至 投射用变焦透镜310。投射用变焦透镜310将基于由反射型显示元件31a~31c进行了光调制 后的光而形成的光学像投射到屏幕305上。
[0208] W上，列举实施方式W及实施例来说明了本实用新型，但本实用新型的投射用变 焦透镜并不限于上述实施例，能够进行各种方式的变更，例如能够适当变更各透镜的曲率 半径、面间隔、折射率、阿贝数。
[0209] 需要说明的是，本实用新型的投射用变焦透镜并不限于前组始终为可移动的状态 的情况，只要是满足本实用新型的要件的投射用变焦透镜，则在移动前组而修正了像面弯 曲之后再固定前组的结构也包含在本实用新型的技术范围内。
[0210] 另外，本实用新型的投射型显示装置并不限于上述结构，例如所使用的光阀、用于 光束分离或光束合成的光学构件不限于上述结构，能够进行各种方式的变更。
【主权项】
1. 一种投射用变焦透镜，其特征在于， 所述投射用变焦透镜具备:第一透镜组，其配置在最靠放大侧且在变倍时固定，并且具 有负光焦度；以及至少两个移动透镜组，其在变倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式 移动， 所述第一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组、和在对焦时沿光轴方向移动 且具有负光焦度的后组构成， 使所述前组沿光轴方向移动，由此进行像面弯曲的修正， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1): fw/fla| <0.2 (1) 其中， fw:广角端处的整个系统的焦距； fla:所述前组的焦距。2. 根据权利要求1所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(2): 1.5<hla/hlb (2) 其中， hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在所述前组中的 最大光线高度； hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在所述后组中的 最大光线高度。3. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述后组的最靠缩小侧的透镜面为凹面。4. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 在最靠缩小侧配置有变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组。5. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述后组的最靠缩小侧的透镜为负透镜，所述后组的从缩小侧起第二片透镜为正透 镜。6. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述前组包括将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜， 构成该接合透镜的负透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线 的折射率大0.1以上， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(3)以及(4): Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3) Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4) 其中， Ndn:构成所述接合透镜的负透镜的关于d线的折射率； vdn:构成所述接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数； Ndp:构成所述接合透镜的正透镜的关于d线的折射率； vdp:构成所述接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。7. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(5): flb/fla<0.8 (5) 其中， fib:所述后组的焦距。8. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜从放大侧起依次由所述第一透镜组、三个所述移动透镜组、以及 在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组构成。9. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜从放大侧起依次由所述第一透镜组、四个所述移动透镜组、以及 在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组构成。10. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(6): 2.5<Bf/fw (6) 其中， Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辄面为止的光轴上的空气换算距离。11. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1-1): fw/fla| <0.15 (1-1)。12. 根据权利要求2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(2-1): 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)〇13. 根据权利要求7所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(5-1): 0.0<flb/fla<0.6 (5-1)〇14. 根据权利要求10所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(6-1): 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)。15. -种投射型显示装置，其特征在于， 所述投射型显示装置具备： 光源； 光阀，其供来自该光源的光入射；以及 权利要求1至14中任一项所述的投射用变焦透镜，其用作将光学像投射到屏幕上的投 射用变焦透镜，所述光学像基于由所述光阀进行光调制后的光而形成。
【文档编号】G02B15/177GK205720850SQ201620256067
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】永利由纪子
【申请人】富士胶片株式会社
【专利摘要】本实用新型提供一种广角、具有较长的后焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜以及具备该投射用变焦透镜的投射型显示装置。投射用变焦透镜具备：配置在最靠放大侧且在变倍时固定的具有负光焦度的第一透镜组(G1)、和在变倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动的至少两个移动透镜组。第一透镜组(G1)从放大侧起依次由在对焦时固定的前组(G1a)、和在对焦时沿光轴方向移动且具有负光焦度的后组(G1b)构成。通过使前组(G1a)沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修正。投射用变焦透镜满足与广角端处的整个系统的焦距fw、前组(G1a)的焦距f1a相关的条件式(1)：|fw/f1a|＜0.2。
【专利说明】
投射用变焦透镜从及投射型显示装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及投射用变焦透镜W及投射型显示装置，例如设及适合将由光阀形 成的原图像放大投射到屏幕上的投射用变焦透镜W及搭载了该投射用变焦透镜的投射型 显示装置。
【背景技术】
[0002] W往，将在液晶显示元件、DMD(数字微镜器件:注册商标）显示元件等光阀中显示 的图像放大投射到屏幕上的投射型显示装置得到广泛普及。尤其是具有如下结构的投射型 显示装置得到广泛利用：使用=个该光阀并使它们分别与R(红）、G(绿）、B(蓝)运=种原色 的照明光对应，由此对上述各照明光进行调制，并通过颜色合成棱镜等来合成由各光阀调 制后的光，经由投射用透镜而将图像投射在屏幕上。
[0003] 投射型显示装置到屏幕的距离和屏幕尺寸根据设置环境而各种各样，因此在投射 型显示装置中使用的投射用透镜需要具有对焦功能。作为投射用透镜所使用的对焦方式， 已知采用最靠放大侧的透镜不移动的内聚焦（inner focus)方式的结构。另外，为了即便在 多样的设置环境下也能够根据屏幕尺寸来调整投射图像的尺寸，投射用透镜倾向于使用具 有变倍功能的变焦透镜系统。作为现在已知的内聚焦方式的变焦透镜，例如有下述专利文 献1~3中记载的变焦透镜。
[0004] 专利文献1中记载了一种变焦透镜，该变焦透镜的配置在最靠物侧的第一透镜组 从物侧起依次由具有正光焦度的第一透镜组前组和具有负光焦度的第一透镜组后组构成， 在对焦时仅第一透镜组后组移动。专利文献2中记载了一种变焦透镜，该变焦透镜的配置在 最靠放大侧的第一透镜单元从放大侧起依次由具有负屈光力的第IA透镜子单元和具有正 屈光力的第IB透镜子单元构成，在对焦时第IA透镜子单元不动而第IB透镜子单元移动。专 利文献3中记载了一种投射用变焦透镜，该投射用变焦透镜的从放大侧起配置为第二个的 透镜组即第二透镜组在对焦时移动。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献1:日本特开2001-066501号公报
[0007] 专利文献2:日本专利第5253604号公报 [000引专利文献3:日本特开2011-013657号公报
[0009] 近年来，使用投射型显示装置在大厅或展览会等投射到大画面的机会增加，另外， W更短的投射距离谋求更大的投射画面尺寸的情况也变多。鉴于运些情况，对投射用透镜 的广角化的期望提高。另外，在将合成来自多个光阀的调制光的颜色合成光学系统、分离照 明光与投射光的光束分离光学系统配置在透镜系统与光阀之间的结构中，要求投射用透镜 具有较长的后焦距。为了满足运些要求，多采用逆焦式(retrofocus type)投射用透镜。
[0010] 专利文献1中记载的透镜系统虽然为逆焦式，但视场角小，后焦距也短。专利文献2 中记载的透镜系统的视场角不充分，后焦距也短。专利文献3中记载的透镜系统为了满足近 年来的要求，期待实现进一步的广角化。
[0011] 此外，在投射用变焦透镜中存在制造误差的情况下，像面弯曲有时会从设计中假 定的弯曲发生变动，期望对运种情况下的像面弯曲进行修正。另外，在将投射用透镜搭载于 投射型显示装置时存在无法忽视的量的法兰距(flange back)误差的情况下，共辆位置会 从设计中假定的位置偏移，因此有时使聚焦组移动而进行调整，但若进行运样的调整，则像 面弯曲有发生变动的倾向，期望对变动后的像面弯曲进行修正。透镜系统越为广角，上述的 像面弯曲的变动表现得越显著，因此尤其在广角的透镜系统中强烈期望像面弯曲的修正。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种广角、具有较长的后 焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜W及具备运种投 射用变焦透镜的投射型显示装置。
[0013] 用于解决课题的方案
[0014] 本实用新型的投射用变焦透镜具备:第一透镜组，其配置在最靠放大侧且在变倍 时固定，并且具有负光焦度;和至少两个移动透镜组，其在变倍时W使光轴方向的相互间隔 变化的方式移动，第一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组、和在对焦时沿光轴 方向移动且具有负光焦度的后组构成，使前组沿光轴方向移动，由此进行像面弯曲的修正， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1)。
[0015] IfVfla I <0.2 (1)
[0016] 其中，
[0017] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0018] fla:前组的焦距。
[0019] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(1-1)。
[0020] fw/fla| <0.15 (1-1)
[0021] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式 (2-1) O
[0022] 1.5<hla/hlb (2)
[0023] 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)
[0024] 其中，
[0025] hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在前组中的 最大光线高度；
[0026] hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在后组中的 最大光线高度。
[0027] 本实用新型的投射用变焦透镜优选后组的最靠缩小侧的透镜面为凹面。
[0028] 本实用新型的投射用变焦透镜优选在最靠缩小侧配置有变倍时固定且具有正光 焦度的最终透镜组。
[0029] 本实用新型的投射用变焦透镜优选后组的最靠缩小侧的透镜为负透镜，后组的从 缩小侧起第二片透镜为正透镜。
[0030] 本实用新型的投射用变焦透镜优选前组包括将负透镜与正透镜接合而成的接合 透镜，构成该接合透镜的负透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线 的折射率大0.1 W上，所述投射用变焦透镜满足下述条件式(3) W及(4)。
[0031] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3)
[0032] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4)
[0033] 其中，
[0034] Mn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[0035] Vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0036] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0037] Vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0038] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式 (5-1)。
[0039] flb/fla<0.8 (5)
[0040] 0.0<flb/fla<0.6 (5-1)
[0041 ]其中，
[0042] fla:前组的焦距；
[0043] nb:后组的焦距。
[0044] 本实用新型的投射用变焦透镜也可W构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变 倍时W使相互间隔变化的方式移动的=个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度 的最终透镜组构成，或者还可W构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变倍时W使相互 间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组 构成。
[0045] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(6)，更优选满足下述条件式 (6-1)O
[0046] 2.5<BfZfw (6)
[0047] 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)
[004引 其中，
[0049] Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离；
[0050] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0051] 本实用新型的投射型显示装置具备:光源;光阀，其供来自该光源的光入射；W及 上述的本实用新型的投射用变焦透镜，其用作将光学像投射到屏幕上的投射用变焦透镜， 该光学像基于由该光阀进行光调制后的光而形成。
[0052] 需要说明的是，上述"放大侧"是指被投射侧（屏幕侧），在进行缩小投射的情况下 为了方便也将屏幕侧称为放大侧。另一方面，上述"缩小侧"是指原图像显示区域侧(光阀 侧），在进行缩小投射的情况下为了方便也将光阀侧称为缩小侧。
[0053] 需要说明的是，上述条件式中的fw是投射距离为无限远的情况下的值。另外，上述 条件式中的Bf是广角端处的值。
[0054] 需要说明的是，上述的"由~构成"是指"实质上由~构成"，除了举出的构成要件 之外，也可W包括实质上不具有屈光力的透镜、光阔、玻璃罩等透镜W外的光学要素等。
[0055] 需要说明的是，上述"~透镜组"、"前组"、"后组"不一定仅包含由多个透镜构成的 结构，也包含仅由一片透镜构成的结构。
[0056] 需要说明的是，上述透镜组的光焦度的符号、上述透镜的光焦度的符号W及上述 透镜的面形状在包含有非球面的情况下是在近轴区域考虑的。
[0057] 需要说明的是，本说明书中的后焦距是指W缩小侧为后侧的情况下的后焦距。
[005引实用新型效果
[0059] 根据本实用新型，在最靠放大侧配置变倍时固定的负的第一透镜组、在比第一透 镜组靠缩小侧配置变倍时移动的多个移动透镜组并采用内聚焦方式的变焦透镜系统中，第 一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组和在对焦时移动的后组构成，通过使前组 沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修正，且满足条件式（1 )，因此能够提供一种广角、具有 较长的后焦距、能够进行像面弯曲的修正且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜W及具 备该投射用变焦透镜的投射型显示装置。
【附图说明】
[0060] 图1是表示本实用新型的一个实施方式所设及的投射用变焦透镜的透镜结构W及 光路的剖视图。
[0061] 图2是用于对像面弯曲的变动和修正进行说明的广角端处的像差图，图2的(A)是 没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图，图2的（B)是在法兰距误差位于长度 增加的方向的情况下，使聚焦组移动而进行了调整后的像差图，图2的（C)是使修正组从图2 的(B)的状态向缩小侧移动而修正了像面弯曲后的像差图。
[0062] 图3是用于对像面弯曲的变动和修正进行说明的望远端处的像差图，图3的(A)是 没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图，图3的（B)是在法兰距误差位于长度 增加的方向的情况下，使聚焦组移动而进行了调整后的像差图，图3的（C)是使修正组从图3 的(B)的状态向缩小侧移动而修正了像面弯曲后的像差图。
[0063] 图4是表示本实用新型的实施例1的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0064] 图5是表示本实用新型的实施例2的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0065] 图6是表示本实用新型的实施例3的投射用变焦透镜的透镜结构的剖视图。
[0066] 图7是本实用新型的实施例1的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0067] 图8是本实用新型的实施例2的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0068] 图9是本实用新型的实施例3的投射用变焦透镜的各种像差图，从左起依次为球面 像差图、像散图、歪曲像差图W及倍率色差图。
[0069] 图10是本实用新型的一个实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0070] 图11是本实用新型的另一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0071] 图12是本实用新型的又一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。
[0072] 附图标记说明
[0073] 1图像显示面
[0074] 2光学构件
[0075] 4轴上光束
[0076] 5最大视场角的光束
[0077] 5c最大视场角的主光线 [007引10、210、310投射用变焦透镜 [00"79] Ila~Ilc透射型显示元件
[0080] 12、13、32、33 二向色镜
[0081] 14、34十字二向色棱镜
[0082] 15、215、315 光源
[0083] 16a~16c聚光透镜
[0084] 18a~18c、38全反射镜 [00化]21a~21c DMD元件
[00化]24a~24c TIR棱镜
[0087] 25、35a~35c偏光分离棱镜
[0088] 31a~31c反射型显示元件
[0089] 100、200、300投射型显示装置
[0090] 105、205、305 屏幕
[0091] Gl第一透镜组
[0092] Gla 前组
[0093] G化后组
[0094] G2第二透镜组 [00巧]G3第S透镜组
[0096] G4第四透镜组
[0097] G5第五透镜组
[0098] Ge最终透镜组
[0099] Lll ~L23、L31、L41 ~L45、L51 ~L55、L61 透镜
[0100] Z 光轴
【具体实施方式】
[0101] W下，参照附图对本实用新型的实施方式进行详细地说明。图1是表示本实用新型 的一个实施方式所设及的投射用变焦透镜的广角端处的透镜结构、轴上光束4W及最大视 场角的光束5的光路的剖视图，与后述的实施例1的投射用变焦透镜相对应。在图1中，设左 侧为放大侧，右侧为缩小侧。
[0102] 该投射用变焦透镜例如能够作为搭载于投射型显示装置并将光阀所显示的图像 信息向屏幕投射的投射用变焦透镜来使用。在图1中，假定搭载于投射型显示装置的情形， 还一并图示出假定了棱镜、各种滤光片、玻璃罩等的具有平行平面的光学构件2、和在光学 构件2的缩小侧配置的光阀的图像显示面1。在投射型显示装置中，在图像显示面1中被赋予 了图像信息的光束经由光学构件2而入射至该投射用变焦透镜，通过该投射用变焦透镜而 被投射到在纸面左侧方向配置的未图示的屏幕上。
[0103] 需要说明的是，在图1中，为了简化图而仅记载了一个图像显示面1，但在投射型显 示装置中也可W构成为:将来自光源的光束通过颜色分离光学系统而分离为=种原色，配 设=个光阀供各原色用，从而能够显示全色彩图像。
[0104] 该投射用变焦透镜具备:第一透镜组Gl，其配置在最靠放大侧且在变倍时固定，并 且具有负光焦度;和至少两个移动透镜组，其配置在比第一透镜组Gl靠缩小侧的位置，在变 倍时W使光轴方向的相互间隔变化的方式移动。运样，通过使最靠放大侧的第一透镜组Gl 为负透镜组，有利于得到宽的视场角。
[0105] 例如，图1所示的投射用变焦透镜构成为沿光轴方向排列有五个透镜组，所述五个 透镜组从放大侧起依次由第一透镜组Gl、第二透镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4 W及 最终透镜组Ge构成。其中，第二透镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4为在从广角端向望 远端变倍时W使相邻的透镜组的间隔变化的方式移动的透镜组，运=个透镜组对应于移动 透镜组。在图1中，在各移动透镜组的下方记载有示意性地示出从广角端向望远端变倍时各 移动透镜组的移动方向的箭头。在图1所示的例子中，在从广角端向望远端变倍时，第二透 镜组G2、第S透镜组G3、第四透镜组G4均不逆行地向放大侧移动。
[0106] 第一透镜组Gl实质上从放大侧起依次由前组Gla和具有负光焦度的后组G化构成。 通过使后组G化为负透镜组，容易确保第一透镜组Gl的负光焦度。
[0107] 需要说明的是，优选后组G化的最靠缩小侧的透镜面为凹面。在运种情况下，能够 通过第一透镜组Gl的最靠缩小侧的透镜面使光线扩张，能够在确保后焦距的同时良好地修 正像散。
[0108] 另外，优选后组G化的最靠缩小侧的透镜为负透镜，后组G化的从缩小侧起第二片 透镜为正透镜。在运种情况下，成为对像散的修正有效的结构。
[0109] 该投射用变焦透镜在对焦时前组Gla固定，仅后组G化沿光轴方向移动。图1的后组 Glb的上方的黑实线的水平方向的双箭头表示后组G化为聚焦组。通过运样采用内聚焦方 式，在对焦时也可W不对透镜直径大且重量大的放大侧的透镜进行驱动，因此能够减少驱 动机构的负担，并且能够将对焦时的透镜系统全长保持为恒定。
[0110] 另外，该投射用变焦透镜构成为通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲 的修正。在图1的前组Gla的上方记载的空屯、的水平方向的双箭头表示前组Gla为修正像面 弯曲的修正组。并且，该投射用变焦透镜构成为满足下述条件式(1)。
[0111] |fVfla|<0.2 (1)
[0112] 其中，
[0113] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0114] fla:前组的焦距。
[0115] 通过前组Gla的移动能够修正像面弯曲，因此能够W简易的方法来进行像面弯曲 的修正，在产生【背景技术】中所述那样的像面弯曲的变动的情况下是有效的。需要说明的是， 用于修正像面弯曲的前组Gla的移动不限于连续的移动，也可W是阶段性的移动。例如，也 可W在组装调整时在前组Gla与其缩小侧或放大侧的结构部件之间夹入调整用的板，由此 进行前组Gla的移动。
[0116] 在前组Gla的上述功能的基础上，通过抑制前组Gla的光焦度W避免成为条件式 (1)的上限W上，即便使前组Gla沿光轴方向移动也能够几乎不使后焦距变化地修正像面弯 曲，从而前组Gla适合作为修正组。假如为了修正像面弯曲而使前组Gla沿光轴方向移动时 后焦距发生了无法忽视的变化，则有必要在其他部位进一步调整后焦距，调整作业变得非 常复杂。
[0117]为了提高关于条件式(I)的上述效果，优选满足下述条件式(1-1)。
[011 引 |fw/fla|<0.15 (1-1)
[0119] 在图2(A)~图2(C)中W像面弯曲的像差图示出图1的结构例中的像面弯曲的变动 及其修正的例子。在图2(A)~图2(C)所示的任一像差图中，纵轴为半视场角CO，横轴为像差 量，分别由实线、短虚线表示径向、切向的关于d线(波长587.6nm)的像差。
[0120] 图2(A)是没有法兰距误差、制造误差等误差的情况下的像差图。图2(B)是在0.05 的法兰距误差位于长度增加的方向的情况下，使作为聚焦组的后组G化移动而进行了调整 的像差图。将图2(B)与图2(A)进行比较可知，像面弯曲发生了变动，尤其在高视场角区域发 生了显著的变动。图2(C)是使作为修正组的前组Gla从图2(B)的状态向缩小侧移动0.14而 修正了像面弯曲的像差图。可知图2(C)与图2(A)大致相同，能够通过前组Gla的移动而良好 地修正了变动后的像面弯曲。
[0121] 需要说明的是，图2(A)~图2(C)所示的像差图为广角端且投射距离为2000的像差 图。同样将仅变倍状态不同且设为望远端、并且其他部分与上述的图2(A)~图2(C)相同的 像差图在图3(A)~图3(C)中示出。由图2(A)~图2(C) W及图3(A)~图3(C)可知，在广角端 W及望远端运双方，像面弯曲得到了良好地修正。需要说明的是，上述的法兰距误差的数值 W及前组Gla的移动量的数值是基于后述的实施例1的透镜数据的数值。
[0122] 需要说明的是，前组Gla可W由具有正光焦度的透镜组构成，也可W由具有负光焦 度的透镜组构成。在使前组Gla为负透镜组的情况下，构成第一透镜组Gl的两个透镜组均为 负透镜组，有利于确保广角化和较长的后焦距。
[0123] 优选前组Gla包括将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜，构成该接合透镜的负 透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线的折射率大0.1 W上，且满 足下述条件式(3)W及(4)。
[0124] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3)
[0125] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4)
[0126] 其中，
[0127] Mn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[0128] Vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0129] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0130] Vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0131] 需要说明的是，在上述接合透镜具有多个负透镜的情况下，具有上述优选结构的 负透镜存在至少一片即可，在上述接合透镜具有多个正透镜的情况下，具有上述优选结构 的正透镜存在至少一片即可。另外，在前组Gla具有多个接合透镜的情况下，具有上述优选 结构的接合透镜存在至少一组即可。
[0132] 通过使构成前组Gla所包括的接合透镜的负透镜的折射率比正透镜的折射率大 0.1 W上，能够良好地修正像面弯曲、像散。另外，通过选择前组Gla的接合透镜的材质W满 足条件式(3) W及(4)，能够良好地修正像面弯曲、倍率色差。满足条件式(3) W及(4)的接合 透镜例如能够由将凹面朝向缩小侧的负弯月透镜与双凸透镜从放大侧起依次接合而成的 接合透镜构成。
[0133] 具体而言，前组Gla例如从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正透镜、凹面朝向缩 小侧的=片负透镜、W及将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜构成。或者，前组Gla能够 从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正透镜、凹面朝向缩小侧的=片负透镜、将负透镜与 正透镜接合而成的接合透镜、负弯月透镜、W及正弯月透镜构成。
[0134] 该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(2)。
[0135] 1.5<hla/hlb (2)
[0136] 其中，
[0137] hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在前组中的 最大光线高度；
[0138] hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在后组中的 最大光线高度。
[0139] 条件式(2)是针对缩小侧光瞳位置为无限远时的最大视场角的主光线5c，取前组 Gla中的最大光线高度与后组G化中的最大光线高度之比，并设定该比的合适范围的条件 式。图1中例不出hla、hlb。通过避免成为条件式(2)的下限W下，容易在广角的透镜系统中 抑制歪曲像差、像面弯曲。
[0140] 为了提高关于条件式(2)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(2-1)的下限W 下。另外，通过避免成为条件式(2-1)的上限W上，能够抑制最靠放大侧的透镜的直径，能够 抑制透镜系统的大型化。
[0141] 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)
[0142] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(5)。
[0143] nb/fla<0.8 (5)
[0144] 其中，
[0145] fla:前组的焦距；
[0146] nb:后组的焦距。
[0147] 通过避免成为条件式(5)的上限W上，能够确保后组G化的光焦度，能够抑制对焦 时的后组G化的移动量过大，因此能够减少投射距离发生变化时的性能的变动，容易维持良 好的性能。为了提高关于条件式(5)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(5-1)的上限 W上。另外，通过避免成为条件式(5-1)的下限W下，有利于确保广角化和较长的后焦距。 [014 引 0.0<nb/fla<0.6 (5-1)
[0149] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(6)。
[0150] 2.5 < Bf Zfw (6)
[0151] 其中，
[0152] Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离；
[0153] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0154] 条件式(6)的Bf是空气换算距离下的后焦距，条件式(6)是与所谓的后焦距比Bf/ fw的合适范围相关的式子。通过避免成为条件式(6)的下限W下，能够确保适当长度的后焦 距。为了提高关于条件式(6)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(6-1)的下限W下。另 夕h通过避免成为条件式(6-1)的上限W上，能够抑制透镜系统全长，能够抑制透镜系统的 大型化。
[0155] 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)
[0156] 另外，如图I所示，优选该投射用变焦透镜的缩小侧具有良好的远屯、性。缩小侧具 有良好的远屯、性是指，在聚光于缩小侧共辆面的任意一点的光束的剖面中考虑各光束的上 侧的最大光线与下侧的最大光线的角平分线，该角平分线相对于光轴Z的斜率为-3°~+3° 的范围内的情况。通过采用缩小侧具有良好的远屯、性的透镜系统，即便在透镜系统与光阀 之间配置具有入射角依赖性的棱镜等光学构件的情况下，也能够防止因入射角依赖性而引 起的性能劣化。
[0157] 另外，在该投射用变焦透镜的最靠缩小侧配置的最终透镜组Ge优选为在变倍时固 定且具有正光焦度的透镜组。通过使第一透镜组Gl为负透镜组且最终透镜组Ge为正透镜 组，有利于实现广角化和较长的后焦距。并且，通过使最终透镜组Ge为在变倍时固定的固定 组，即使变倍也容易维持缩小侧的远屯、性。
[0158] 图1所示的例子实质上从放大侧起依次由第一透镜组G1、在变倍时W使相互间隔 变化的方式移动的=个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组Ge构 成。但是，构成本实用新型的投射用变焦透镜的整个系统的透镜组的数量不限于图1所示的 例子。本实用新型的投射用变焦透镜例如也可W构成为实质上从放大侧起依次由第一透镜 组、在变倍时W使相互间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、W及在变倍时固定且具有 正光焦度的最终透镜组构成。
[0159] 另外，作为实现本实用新型的目的的投射用变焦透镜，优选将整个变焦区域内的 歪曲像差抑制在-2%~+2%的范围内。另外，作为实现本实用新型的目的的投射用变焦透 镜，优选整个变焦区域内的F值小于3.0。
[0160] 需要说明的是，上述优选的结构能够是任意的组合，优选根据投射用变焦透镜所 期望的事项来适当地选择性采用。通过适当地采用优选结构，可实现能够应对更良好的光 学性能和更高规格的光学系统。本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜能够在广 角且具有较长的后焦距的透镜系统中应用。需要说明的是，此处所说的广角的透镜系统是 指，投射距离为无限远时的广角端处的最大全视场角为75° W上的透镜系统。
[0161] 接下来，对本实用新型的投射用变焦透镜的具体实施例进行说明。需要说明的 是，W下所示的实施例的数值数据全部是W在投射距离为无限远时广角端处的整个系统的 焦距为1.00的方式标准化后的数值数据。
[0162] [实施例1]
[0163] 图4示出实施例1的投射用变焦透镜的剖视图。在图4中，左侧为放大侧，右侧为缩 小侧。实施例1的投射用变焦透镜由在从广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生 变化的第一透镜组Gl~第四透镜组G4、W及最终透镜组Ge运五个透镜组构成。在变倍时仅 第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。图4所示的各种箭 头与图1所示的箭头同义。
[0164] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、W及双凸形状的透镜L16构成。 透镜L15与透镜L16接合而构成整体具有正光焦度的接合透镜。后组G化从放大侧起依次由 凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L17、凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18、W及 双凹形状的透镜L19构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0165] 第二透镜组G2从放大侧起依次由将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接合 透镜、和正透镜L23构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜 组G4从放大侧起依次由透镜L41~L45运五片透镜构成。最终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜 L51构成。
[0166] 表1示出实施例1的投射用变焦透镜的基本透镜数据，表2示出各种因素和可变面 间隔的值。在表1的Si-栏中示出W将最靠放大侧的构成要素的放大侧的面作为第一个而 随着朝向缩小侧依次增加的方式对构成要素的面标注面编号时的第i个(i = l、2、3、...）面 编号，在Ri-栏中示出第i个面的曲率半径，在Di-栏中示出第i个面与第i+1个面之间的在 光轴Z上的面间隔。需要说明的是，关于曲率半径的符号，将凸面朝向放大侧的面形状的情 况设为正，将凸面朝向缩小侧的面形状的情况设为负。Di的最下栏的值为光学构件2与图像 显示面1之间的间隔。
[0167] 在表1的Ndj-栏中示出将最靠放大侧的构成要素作为第一个而随着朝向缩小侧 依次增加的第j个(j = l、2、3、...）构成要素的关于d线(波长587.6nm)的折射率，在Vdj-栏 中示出第j个构成要素的d线基准的阿贝数。需要说明的是，表1中还一并示出光学构件2。另 夕h在表1中，关于在变倍时变化的可变面间隔，使用了DD[]运样的标号，在□中标注该间隔 的放大侧的面编号并记入到Di-栏中。
[0168] 在表2中，Wd线基准示出变焦比Zr、整个系统的焦距f、从最靠缩小侧的透镜面到 缩小侧共辆面为止的光轴上的空气换算距离Bf、F值FNo .、最大全视场角2 CO、W及可变面间 隔的值。Bf即为空气换算距离下的后焦距。2?-栏的[°]是指单位为度。在表2中，将广角端 状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态、望远端状态的各值分别在标记为广角端、中 间1、中间2、望远端的栏中示出。表1的数据和表2的可变面间隔的值是投射距离为2000时的 值，表2的可变面间隔W外的值是投射距离为无限远时的值。需要说明的是，在W下所示的 各表中记载了 W规定的位数取整后的数值。
[0169] 【表1】
[0170] 实施例1
[0171]
[0175] 图7示出实施例1的投射用变焦透镜的各像差图。在图7中，在最上段示出广角端处 且投射距离为8000的情况下的像差图，在上数第二段示出广角端处且投射距离为2000的情 况下的像差图，在上数第=段示出望远端处且投射距离为8000的情况下的像差图，在最下 段示出望远端处且投射距离为2000的情况下的像差图。另外，各像差图从左起依次示出球 面像差、像散、歪曲像差(崎变）、倍率色差(倍率的色差）。在球面像差图中，分别W黑实线、 长虚线、短虚线示出关于d线（波长587.6nm)、C线（波长656 . ：3nm)、F线（波长486. Inm)的像 差。在像散图中，分别W实线、短虚线示出径向、切向的关于d线的像差，在线种的说明中分 别记入了（S)、（T)运样的标号。在歪曲像差图中，W实线示出关于d线的像差。在倍率色差图 中，分别W长虚线、短虚线示出关于C线、F线的像差。球面像差图的FNo.是指F值，其他像差 图的《是指半视场角。
[0176] 只要未特别说明，则上述的实施例1的说明所述的各数据的标号、含义、记载方法 在W下的实施例中也相同，因此W下省略重复说明。
[0177] [实施例2]
[0178] 图5示出实施例2的投射用变焦透镜的剖视图。实施例2的投射用变焦透镜由在从 广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生变化的第一透镜组Gl~第四透镜组G4、W 及最终透镜组Ge运五个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一 透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。
[0179] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、双凸形状的透镜L16、凹面朝向 缩小侧的负弯月形状的透镜L17、W及凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18构成。透镜 L15与透镜L16接合。后组G化从放大侧起依次由凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L19、 和双凹形状的透镜L20构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0180] 第二透镜组G2从放大侧起依次由将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接合 透镜、和正透镜L23构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜 组G4从放大侧起依次由透镜L41~L45运五片透镜构成。最终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜 L51构成。表3示出实施例2的投射用变焦透镜的基本透镜数据，表4示出各种因素和可变面 间隔的值。图8示出实施例2的投射用变焦透镜的各像差图。
[0181] 【表3】
[0182] 实施例2
[0183]
L0187J L实施例3」
[0188] 图6示出实施例3的投射用变焦透镜的剖视图。实施例3的投射用变焦透镜由在从 广角端向望远端变倍时相邻的透镜组的间隔发生变化的第一透镜组Gl~第五透镜组G5、W 及最终透镜组Ge运六个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第五透镜组G5移动，第一 透镜组Gl和最终透镜组Ge固定。
[0189] 第一透镜组Gl从放大侧起依次由具有负光焦度的前组Gla、和具有负光焦度的后 组G化构成。在对焦时仅后组G化移动。通过使前组Gla沿光轴方向移动来进行像面弯曲的修 正。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透镜L11、凹面朝向缩小侧的=片负 的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜L15、双凸形状的透镜L16、凹面朝向 缩小侧的负弯月形状的透镜L17、W及凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L18构成。透镜 L15与透镜L16接合。后组G化从放大侧起依次由凸面朝向缩小侧的正弯月形状的透镜L19、 和双凹形状的透镜L20构成。构成后组G化的透镜全部为单透镜。
[0190] 第二透镜组G2仅由从放大侧起依次将负的透镜L21与正的透镜L22接合而成的接 合透镜构成。第S透镜组G3仅由凸面朝向放大侧的正的透镜L31构成。第四透镜组G4仅由双 凸形状的透镜L41构成。第五透镜组G5从放大侧起依次由透镜L51~L55运五片透镜构成。最 终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜L61构成。表5示出实施例3的投射用变焦透镜的基本透镜 数据，表6示出各种因素和可变面间隔的值。图9示出实施例3的投射用变焦透镜的各像差 图。
[0191] 【表5】
[0192] 实施例3 「01931
[0197]表7的上段示出实施例1~3的条件式（I)~(6)的对应值。关于条件式(3)、（4)示出 左边和右边运双方的对应值。表7的下段示出实施例1~3的与条件式相关联的值。表7所示 的值是关于d线的值。
[019引【表7】
[0199]
[0200]
[0201] 根据W上的数据可知，实施例1~3的投射用变焦透镜构成为通过使前组Gla沿光 轴方向移动来进行像面弯曲的修正，广角端处的全视场角处于80°~95°的范围而实现了广 角化，后焦距比处于4~5的范围而具有足够长的后焦距，投射距离的变化引起的性能的变 动也非常少，且良好地修正了各种像差而实现了高光学性能。
[0202] 接下来，对本实用新型的实施方式所设及的投射型显示装置进行说明。图10是本 实用新型的一个实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图10所示的投射型显示 装置100具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜10;光源15;作为与各颜色 光对应的光阀的透射型显示元件Ila~lie;用于进行颜色分解的二向色镜12、13;用于进行 颜色合成的十字二向色棱镜14;聚光透镜16a~16c; W及用于使光路偏转的全反射镜18a~ 18c。需要说明的是，在图10中，简要地图示了投射用变焦透镜10。另外，在光源15与二向色 镜12之间配置有积分仪，但在图10中省略了其图示。
[0203] 来自光源15的白色光被二向色镜12、13分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）之 后，分别经过聚光透镜16a~16c入射至分别与各颜色光光束对应的透射型显示元件Ila~ Ilc并被光调制，在由十字二向色棱镜14进行了颜色合成之后入射至投射用变焦透镜10。投 射用变焦透镜10将基于由透射型显示元件Ila~Ilc进行了光调制后的光而形成的光学像 投射到屏幕105上。
[0204] 图11是本实用新型的另一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图11 所示的投射型显示装置200具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜210;光 源215;作为与各颜色光对应的光阀的DMD元件21a~21c;用于进行颜色分解W及颜色合成 的TIR(To化1 Internal Reflection;全内反射)棱镜24a~24c; W及将照明光与投射光分 离的偏光分离棱镜25。需要说明的是，在图11中，简要地图示了投射用变焦透镜210。另外， 在光源215与偏光分离棱镜25之间配置有积分仪，但在图11中省略了其图示。
[0205] 来自光源215的白色光被偏光分离棱镜25内部的反射面反射之后，由TIR棱镜24a ~24c分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）。分解后的各颜色光光束分别入射至对应的 DMD元件21a~21c并被光调制，再次在TIR棱镜24a~24c中反向前进而进行了颜色合成之 后，透过偏光分离棱镜25入射至投射用变焦透镜210。投射用变焦透镜210将基于由DMD元件 21a~21c进行了光调制后的光而形成的光学像投射到屏幕205上。
[0206] 图12是本实用新型的又一实施方式所设及的投射型显示装置的概要结构图。图12 所示的投射型显示装置300具备:本实用新型的实施方式所设及的投射用变焦透镜310;光 源315;作为与各颜色光对应的光阀的反射型显示元件31a~31c;用于进行颜色分离的二向 色镜32、33;用于进行颜色合成的十字二向色棱镜34;用于使光路偏转的全反射镜38; W及 偏光分离棱镜35a~35c。需要说明的是，在图12中，简要地图示了投射用变焦透镜310。另 夕h在光源315与二向色镜32之间配置有积分仪，但在图12中省略了其图示。
[0207] 来自光源315的白色光由二向色镜32、33分解成3种颜色光光束(G光、B光、R光）。分 解后的各颜色光光束分别经过偏光分离棱镜35a~35c入射至分别与各颜色光光束对应的 反射型显示元件31a~31c并被光调制，在由十字二向色棱镜34进行了颜色合成之后入射至 投射用变焦透镜310。投射用变焦透镜310将基于由反射型显示元件31a~31c进行了光调制 后的光而形成的光学像投射到屏幕305上。
[0208] W上，列举实施方式W及实施例来说明了本实用新型，但本实用新型的投射用变 焦透镜并不限于上述实施例，能够进行各种方式的变更，例如能够适当变更各透镜的曲率 半径、面间隔、折射率、阿贝数。
[0209] 需要说明的是，本实用新型的投射用变焦透镜并不限于前组始终为可移动的状态 的情况，只要是满足本实用新型的要件的投射用变焦透镜，则在移动前组而修正了像面弯 曲之后再固定前组的结构也包含在本实用新型的技术范围内。
[0210] 另外，本实用新型的投射型显示装置并不限于上述结构，例如所使用的光阀、用于 光束分离或光束合成的光学构件不限于上述结构，能够进行各种方式的变更。
【主权项】
1. 一种投射用变焦透镜，其特征在于， 所述投射用变焦透镜具备:第一透镜组，其配置在最靠放大侧且在变倍时固定，并且具 有负光焦度；以及至少两个移动透镜组，其在变倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式 移动， 所述第一透镜组从放大侧起依次由在对焦时固定的前组、和在对焦时沿光轴方向移动 且具有负光焦度的后组构成， 使所述前组沿光轴方向移动，由此进行像面弯曲的修正， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1): fw/fla| <0.2 (1) 其中， fw:广角端处的整个系统的焦距； fla:所述前组的焦距。2. 根据权利要求1所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(2): 1.5<hla/hlb (2) 其中， hla:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在所述前组中的 最大光线高度； hlb:缩小侧光瞳位置为无限远时的广角端处的最大视场角的主光线在所述后组中的 最大光线高度。3. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述后组的最靠缩小侧的透镜面为凹面。4. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 在最靠缩小侧配置有变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组。5. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述后组的最靠缩小侧的透镜为负透镜，所述后组的从缩小侧起第二片透镜为正透 镜。6. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述前组包括将负透镜与正透镜接合而成的接合透镜， 构成该接合透镜的负透镜的关于d线的折射率比构成该接合透镜的正透镜的关于d线 的折射率大0.1以上， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(3)以及(4): Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (3) Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (4) 其中， Ndn:构成所述接合透镜的负透镜的关于d线的折射率； vdn:构成所述接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数； Ndp:构成所述接合透镜的正透镜的关于d线的折射率； vdp:构成所述接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。7. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(5): flb/fla<0.8 (5) 其中， fib:所述后组的焦距。8. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜从放大侧起依次由所述第一透镜组、三个所述移动透镜组、以及 在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组构成。9. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜从放大侧起依次由所述第一透镜组、四个所述移动透镜组、以及 在变倍时固定且具有正光焦度的最终透镜组构成。10. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(6): 2.5<Bf/fw (6) 其中， Bf:从最靠缩小侧的透镜面到缩小侧共辄面为止的光轴上的空气换算距离。11. 根据权利要求1或2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1-1): fw/fla| <0.15 (1-1)。12. 根据权利要求2所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(2-1): 2.0<hla/hlb<4.0 (2-1)〇13. 根据权利要求7所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(5-1): 0.0<flb/fla<0.6 (5-1)〇14. 根据权利要求10所述的投射用变焦透镜，其中， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(6-1): 3.5<Bf/fw<10.0 (6-1)。15. -种投射型显示装置，其特征在于， 所述投射型显示装置具备： 光源； 光阀，其供来自该光源的光入射；以及 权利要求1至14中任一项所述的投射用变焦透镜，其用作将光学像投射到屏幕上的投 射用变焦透镜，所述光学像基于由所述光阀进行光调制后的光而形成。
【文档编号】G02B15/177GK205720850SQ201620256067
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】永利由纪子
【申请人】富士胶片株式会社
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