专利名称：投影透镜的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及将来自通过改变DMD等的光的反射方向形成图象的光阀的图象投影到屏幕及其它上的投影透镜。
背景技术：
原来，作为投影仪的光阀很长一段时间多采用液晶板。然而，近年来，使微小的微镜(镜面元件)对应于象素在平面上并列，用微加工技术，通过机械地控制各镜面的角度来表示图象的DMD(数字式微镜装置)得到实用化，由于具有比液晶板响应速度更快、能得到更明亮的图象的特征，从适于实现可携带的小型、高亮度、高画质的投影仪的事实，让人们看见到了它广泛普及的前景(例如，参照文献1，特开2001-51195号公报)。
发明内容
在投影仪装置中把DMD用作光阀的场合，对其投影透镜施加了DMD特有的限制。第1限制与投影透镜的F值有关。现在，在DMD中，产生图象之际微镜的旋转角度为±12°，以此切换有效的放射光(有效光)和无效的反射光(无效光)。因此，在以DMD为光阀的投影仪中以需要扑捉到有效光的同时不扑捉无效光为条件，从该条件可以导出投影透镜的F值，即F＝2.4。实际上由于有尽可能提高光量的希望，考虑在不导致问题出现的范围内的对比度的下降等，多数场合下用F＝2.0的投影透镜。另外，由于这样的条件是在投影透镜的光阀侧的光瞳的位置为一定的条件的基础之上成立的，所以，变焦透镜等的光瞳位置移动的场合、移动了的场合，由于产生光量损失等，一般需要考虑使亮度易于成为问题的广角端的光瞳处于最合适的位置。
第2限制是与光源系统的位置关系的限制。由于为了小型化而要使投影透镜的像圈尽可能小，从而将投影用光束输入到DMD的光源系统的配置受到限制，要将来自上述DMD的有效光输入到投影透镜就使得要将光源系统沿与投影仪透镜几乎相同的方向(相邻并列)设置。另外，在投影系统和光源系统的两个光学系统中使用投影透镜最靠光阀侧的透镜与光阀的空隙(即后焦点)，对投影透镜来说必须把后焦点取得很大，同时，为了确保来自光源的导光空间，从而需要将光阀侧的透镜系统设计得很小。从投影透镜的光学设计的立场考虑的话，即光阀侧的光瞳位置设计在投影透镜的后方附近。一方面，为了提高投影透镜的性能，需要组合多个透镜，一旦配置多个透镜的话，投影透镜的全长就需要有一定程度的长度，投影透镜全长变长的话，对于入射光瞳位置在后方的透镜当然地就会产生前方的透镜直径变大的问题。
带有这种开发上的限制的、采用DMD作为光阀的投影仪装置对小型化来说比其他方式更加有利，现在，以数据投影仪为中心，可携带的小型投影仪得到广泛普及。为了使装置本身小型化，当然对所使用的透镜的小型化也寄予了很大的期望，另外还有多功能化的期望，各像差的性能当然能充分满足所使用的DMD的规格、在便利性上来说通过变焦功能也可以改变放大倍率且其广角端的大视场角、以及大变倍率的投影仪是近来所要求的。
本发明鉴于以上事实，其目的是提供一种小型而明亮、在小会议室等受限空间也能够投影得到大画面的高画质投影装置，实现适于改变DMD等光的反射方向来形成图象的光阀的特性的成像性能高且小型的大视场角投影透镜。
本发明的投影透镜是将来自投影型显示装置的光阀的图象放大投影到屏幕或者其它壁面等上的投影透镜，其特征在于从屏幕侧依次由整体具有负的光焦度的第1透镜组和整体具有正的光焦度的第2透镜组，以及根据所使用的光阀的种类和照明光学系统的规格等的关系整体具有正的光焦度的第3透镜组构成，上述第1透镜组配置有在屏幕侧以凸的凹凸形状具有负的光焦度的透镜(以下称为负透镜)的第1透镜，具有正或者负的光焦度的透镜的第2透镜，负透镜的第3透镜，与上述第3透镜接合或分开配置的具有正的光焦度的透镜(以下称为正透镜)的第4透镜，负透镜的第5透镜，上述第1透镜组的放大率满足下列条件式(1)，构成上述第1透镜组的上述第1透镜的放大率满足下列条件式(2)。(权利要求1、权利要求2)(1)0.6＜fw/|fI|＜1.0(取绝对值是因为fI＜0)(2)0.3＜fI/f1，1＜0.7其中，fw广角端透镜整体的合成焦距fI第1透镜组的合成焦距f1，1构成第1透镜群的第1透镜的焦距条件式(1)是关于向具有负的光焦度的第1透镜组的放大率的适当的分配。是为了取得用于适当地校正光学系统整体的大小和各像差的条件的平衡。另外，必须在后焦点部分(在具有第3透镜组的场合该空间为第2透镜组和第3透镜组之间的空气间隔)取得布置用于照明DMD等光阀的光学系统的空间，并兼备确保后焦点的目的。因此，假如超过上限的话，第1透镜组的负放大率就变大，伴随于此，第2透镜组、第3透镜组的正焦度也必须变大，从而出现难以取得各像差平衡的性能恶化。反过来，超过下限的话，与第2透镜组的空气间隔必须变大，从而光学系统整体的大小就变大，这与小型化的目的相反，但如果不变的话就难以确保后焦点。条件式(2)是在条件式(1)的基础上，有关第1透镜组内的放大率的分配。即，后焦点变大，并且为了确保各像差的平衡，对构成第1透镜组的第1透镜给与适当的负放大率尤其重要。超过上限的话，后焦点的条件易于满足，各像差的平衡也易于取得，但另一方面，会出现制造上的困难，同时成本也上升，因此不理想。超过下限的话，与此相反，难以确保后焦点，也难以取得各像差之间的平衡。
另外，构成上述第1透镜组的上述第1透镜靠光阀侧的面的曲率半径满足下列条件式(3)，构成上述第1透镜组的第5透镜靠屏幕侧的面的曲率半径满足下列条件式(4)，构成上述第1透镜组的透镜之中除上述第2透镜之外的透镜所用的硝材的色散系数满足下列条件式(5)，另外，用于构成上述第1透镜组的上述第4透镜的硝材的折射率最好满足下列条件式(6)。(权利要求3)
(3)-1.8＜fI/r12＜-1.0(4)0.8＜fI/r19＜1.7(5)15＜(v1，1+v1，3+v1，5)/3-v1，4(6)1.7＜n1，4其中，r12构成第1透镜组的第1透镜靠光阀侧的面的曲率半径r19构成第1透镜组的第5透镜靠屏幕侧的面的曲率半径v1，1构成第1透镜组的第1透镜的色散系数v1，3构成第1透镜组的第3透镜的色散系数v1，4构成第1透镜组的第4透镜的色散系数v1，5构成第1透镜组的第5透镜的色散系数n1，4构成第1透镜组的第4透镜的d线的折射率条件式(3)是在条件式(2)的第1透镜被分配负的放大率的条件下，为了减少慧差和畸变的发生的条件。即，满足这两个条件的话，第1透镜便成为具有较大的负放大率的凹凸透镜的形状。超过条件式(3)的上限的话，就不能充分抑制慧差和畸变的发生。另外，超过下限的话，虽然对抑制像差的发生有效，但是凹凸透镜负透镜的弯曲形状变得太大，从而难以制造。条件式(4)涉及对第1透镜组中球面像差、慧差校正和构成第1透镜组的第1透镜的有效直径(以下称为前球径)的影响。本变焦透镜的规格要求在广角端的视场角为广角同时将前球径设计较小。通常这两个条件在多数情况下是作为相反的条件存在的。为了在满足各像差校正的同时使前球径变小，需要使对应于像高较高的像点的光束通过比在配置于第1透镜组靠屏幕侧的透镜的光线高的低的位置的更低处。在第1透镜组内实现这一点的是第3透镜和第5透镜。尤其具有特征的是第5透镜。通过分配给第5透镜的放大率较小、在光阀侧成为很凸的凹凸透镜形状来达到该目的。另一方面，取得与第1透镜组内的球面像差和慧差校正的平衡，超过上限的话，即在曲率半径过小的场合，这时与球面像差和慧差的校正相关的自由度不够，超过下限的话，则不得不将前球径做得更大。条件式(5)涉及构成第1透镜组的负透镜和正透镜的色散系数的分配。该条件式是为了良好地维持第1透镜组的色差校正，通过将构成第1透镜组的负透镜和正透镜的硝材选择以条件式(5)这样的条件为基础来进行，就能够得到适当的放大率分配以及良好的色差校正。超过下限的话，为了色差校正各透镜的放大率变得过大，从而各像差恶化。另外，条件式(6)是与像面弯曲的控制，即珀兹伐(Petzval)和相关的条件。在第1透镜组中，作为唯一明确的具有正的放大率的透镜的第4透镜在控制珀兹伐和方面非常重要，使放大率变大，即提高折射率的值来使珀兹伐和变小。因此，超过下限值的话，珀兹伐和变大，像面弯曲也变大，从而对周边像高的像面的控制就困难。
再有，构成上述第1透镜组的上述第2透镜由树脂材料制成，并且至少光阀侧的一面做成非球面形状，该上述第2透镜的放大率最好满足下列条件式(7)。(权利要求4)(7)|fI/f1，2|＜0.25其中，f1，2构成第1透镜群的第2透镜的焦距从校正畸变的目的出发，做成非球面形状是出于上述第1透镜或上述第2透镜的非球面形状化同时有效的考虑，另一方面，这些透镜的有效直径，如更小直径的上述第2透镜，如果根据实施例中采用的设计例的话，就约为30.6mm～34.8mm，以目前的玻璃铸型制作方法来制作的话，从成本上来说极为不利。假如采用树脂材料的非球面透镜的话，虽然消除了成本的问题，但是考虑到表面缺陷等的话，上述第2透镜采用树脂材料的非球面透镜要比露出于外包装表面的上述第1透镜更好。在这里，条件式(7)表示的是在用树脂材料制作上述第2透镜的场合时的为了维持作为投影用透镜性能的条件范围。在用树脂材料制作透镜的场合必须注意的是，要使因温度的变化和湿度的变化而产生的折射率的变化在不成为问题的范围内，以及为了提高成形性使厚度均匀等的考虑。为了满足这些条件，就需要同时使分配给树脂透镜的放大率变小。因此，超过条件式(7)的下限的话，为了维持作为投影透镜的性能，分配给第2透镜的放大率就变得过大，从而，难以在上述那样环境等变化的场合维持良好的性能。
再有，可以通过使构成上述第1透镜组的上述第1透镜到上述第4透镜对应于从无限远到近距离的投影距离的变化而向屏幕侧移动来调整聚焦，从构成上述第1透镜组的上述第1透镜到上述第4透镜的透镜的合成放大率最好满足下列关系式(8)。(权利要求5)(8)0.2＜fI/f1，14＜0.9其中，f1，1-4从构成第1透镜组的第1透镜到第4透镜的透镜的合成焦距条件式(8)是通过使从构成第1透镜组的第1透镜到第4透镜的透镜与第1透镜组剩余的第5透镜独立移动来进行聚焦动作的场合像差变化减少，要得到适当的移动量的条件式。在通过使第1透镜组整体在光轴上移动来聚焦的系统中，因聚焦动作构成第1透镜组的各镜头和第2透镜组的位置关系产生变化。构成第1透镜组的第5透镜，如上述那样，对对应于像高较高的像点的光束的偏向作用较大，并与图象周围的成像性能有较大关系，通过与第2透镜组的位置关系变化，这些会作为像差变化表现出来。因此，为了使因聚焦距离而产生的像差变化减小，最好是在聚焦动作的同时，使移动的透镜为从第1透镜组的第1透镜到第4透镜，然而，此时通过将该聚焦组的放大率设定在条件式(8)的范围，就能够使像差变化减少，从而得到适当的移动量。超过条件式的上限的话，作为聚焦组的放大率就变得过大，从而作为聚焦组的移动量过小，再加上机械精度等就造成难以聚焦。反过来假如超过下限的话，移动量变大，导致像差的变动也变大。
再有，上述第2透镜组由以下透镜组成为正透镜的第1透镜、为正透镜的第2透镜、为负透镜的与构成上述第2透镜组的上述第2透镜接合而构成的第3透镜、为负透镜的第4透镜、为正透镜的与构成上述第2透镜组的上述第4透镜接合而构成的第5透镜、为正透镜的第6透镜，构成上述第2透镜组的上述第1透镜和构成上述第2透镜组的上述第6透镜的放大率满足下列条件式(9)，构成由接合而构成的上述第2透镜组的上述第4透镜和构成上述第2透镜组的上述第5透镜的放大率间的关系最好满足下列条件式(10)。(权利要求6)(9)1.7＜f2，6/f2，1＜3.0(10)-0.5＜fII＜f2，4-5＜0其中，f2，1构成第2透镜组的第1透镜的焦距f2，6构成第2透镜组的第6透镜的焦距fII第2透镜组的合成焦距f2，4- 5构成第2透镜组的第4透镜以及第5透镜的焦距条件式(9)是有关第2透镜组内的单色像差校正的条件式。第2透镜组采用所谓的高斯型、或称为双高斯型的各种透镜的配置。因此，通过给与第1透镜以及第6透镜较大的正放大率，虽然于各像差作为第2透镜组的放大率平衡成立，对平衡不会有很大的破坏，但在本发明的变焦透镜的场合，在第2透镜组中第1透镜必须汇聚来自第1透镜组的发散光的条件式(9)的范围内，能给出比第6透镜更大的放大率。因此，超过上限的话，即在第1透镜的放大率过大的场合校正各像差的自由度就不够，反过来超过下限的话，第1透镜以外的透镜也分担汇聚作用，显然整体的像差平衡就被破坏。条件式(10)是第2透镜组中色差校正和慧差校正的条件。接合而配置的第2透镜组的第4透镜和第5透镜作为合成系统具有小的放大率，接合面的作用主要用来校正色差。因此，无论是超过上限还是超过下限都会使作为透镜整个系统的色差的平衡遭到破坏。
进一步地，构成上述第2透镜组的第1透镜靠屏幕侧的面的曲率半径满足下列条件式(11)，构成上述第2透镜组的第1透镜靠屏幕侧的面和构成上述第2透镜组的第6透镜靠光阀侧的面的曲率半径关系满足下列条件式(12)，构成第2透镜组的第4透镜靠屏幕侧的面的曲率半径和上述第2透镜组的放大率满足下列条件式(13)，构成上述第2透镜组的正透镜和构成上述第2透镜组的负透镜的硝材的色散系数满足下列条件式(14)，并且，构成上述第2透镜组的正透镜的硝材的折射率最好满足下列条件式(15)。(权利要求7)
(11) 1.0＜fII/r21＜1.6(12) -1.5＜r21/r30＜-0.6(13) -1.5＜fII/r26＜-0.6(14) 15＜(v2，1+v2，2+v2，5+v2，6)/4-(v2，3+v2，4)/2(15) 0＜(n2，1+n2，2)/2-(n2，5+n2，6)/2其中，r21 构成第2透镜组的第1透镜靠屏幕侧的面的曲率半径r26 构成第2透镜组的第4透镜靠屏幕侧的面的曲率半径r30 构成第2透镜组的第6透镜靠光阀侧的面的曲率半径v2，1构成第2透镜组的第1透镜的色散系数v2，2构成第2透镜组的第2透镜的色散系数v2，3构成第2透镜组的第3透镜的色散系数v2，4构成第2透镜组的第4透镜的色散系数v2，5构成第2透镜组的第5透镜的色散系数v2，6构成第2透镜组的第6透镜的色散系数n2，1构成第2透镜组的第1透镜的d线的折射率n2，2构成第2透镜组的第2透镜的d线的折射率n2，5构成第2透镜组的第5透镜的d线的折射率n2，6构成第2透镜组的第6透镜的d线的折射率条件式(11)涉及构成第2透镜组的第1透镜的形状。尤其是靠屏幕一侧的面汇聚来自第1透镜组的强的发散光，并且必须校正球差，需要有较大的面放大率。即，超过条件式(11)的上限的话，虽然汇聚作用足够，但是会剩有下面的球面像差，反过来超过下限的话，用于汇聚的放大率就不够，因此必须把汇聚作用分担到别的透镜上，从而各像差就会恶化。条件式(12)与条件式(11)都是为了平衡并良好地校正球面像差和其它各像差的条件。超过上限的话各像差的校正变难，反过来超过下限的话就不能校正球面像差。条件式(13)是有关构成第2透镜组的第4透镜的形状的条件式。尤其是靠屏幕一侧的面的形状很重要，对第2透镜组的第1透镜产生的球面像差进行校正，并对可变光阑呈同心，由此来校正慧差。因此，超过上限的话，即第4透镜靠屏幕侧的面的曲率半径过大的话就难以校正慧差，超过下限的话就难以校正球面像差。条件式(14)是有关用于第2透镜组的正透镜和负透镜的色散系数的分配的条件式。是良好地校正色像差同时维持各像差的平衡的条件。超过下限的话，为了校正色像差的各透镜的放大率变大，就会出现对球面像差以及慧差的校正不利的状态。另外，条件式(15)是有关在构成第2透镜组的透镜内、用于正透镜的硝材的折射率的选择的条件式。构成第2透镜组的第1透镜以及第2透镜为了校正球面像差和慧差及其它各像差，与构成第2透镜组的第5透镜以及第6透镜等的其它正透镜相比，需要有较大的正放大率。因此，所选择的硝材的折射率变高。即超过下限的话就难以充分地校正球面像差及其它的各像差。
再有，构成上述第2透镜组的上述第1透镜靠屏幕侧的面和构成上述第2透镜组的上述第6透镜靠光阀侧的面的至少一个折射面的形状最好为非球面形状。(权利要求8)这是因为构成上述第2透镜组的上述第1透镜靠屏幕侧的面以及上述第6透镜靠光阀侧的面都是对球成像差和慧差的校正影响很大的面。因此，在成本容许的范围内，通过使这些部分非球面化，主要是对球面像差和慧差的校正有利，并且，小型化或高性能化也会成为可能。
进一步地，上述第3透镜组仅由为正透镜的第1透镜构成，上述第3透镜组的放大率最好满足下列条件式(16)。(权利要求9)(16)0.20＜fw/fIII＜0.27其中，fIII第3透镜组的合成焦距为了使来自DMD的光束有效地在屏幕面上成像，必须符合照明光学系统的特性来设定第3透镜组与DMD间的光束的主光线角度，但在多数情况下，大多设定为大体是远心的。为了确保在此之间的远心性，第3透镜组的焦点位置必须在第2透镜组的射出光瞳附近，在条件式(16)的范围内，通过给与第3透镜组的放大率就可能达到目的。因此，无论是超过上限，还是超过下限，都无法获得光瞳的配合，从而使各像差恶化。
图1是本发明的小型广角投影用变焦透镜的第1实施例的透镜的结构图。
图2是第1实施例的透镜的各像差图。
图3是本发明的小型广角投影用变焦透镜的第2实施例的透镜的结构图。
图4是第2实施例的透镜的各像差图。
图5是表示移动第2实施例中第1透镜组的第1透镜到第4透镜来聚焦的场合的像面的变化的图(象散图)。
图6是表示移动第2实施例中第1透镜组的第1透镜到第5透镜来聚焦的场合的像面的变化的图(象散图)。
图7是本发明的小型广角投影用变焦透镜的第3实施例的透镜的结构图。
图8是第3实施例的透镜的各像差图。
图9是本发明的小型广角投影用变焦透镜的第4实施例的透镜的结构图。
图10是第4实施例的透镜的各像差图。
图11是本发明的小型广角投影用变焦透镜的第5实施例的透镜的结构图。
图12是第5实施例的透镜的各像差图。
具体实施例方式
以下就具体的数值实施例来说明本发明。从以下的实施例1到实施例5的小型广角投影用变焦透镜，从屏幕侧依次由第1透镜组LG1以及第2透镜组LG2构成，在第1实施例以外的实施例中通过接着配置第3透镜组LG3来构成。上述第1透镜组LG1具有负的光焦度，配置以下透镜构成在屏幕侧为凸的凹凸形状、为具有负的光焦度的透镜(以下称为负透镜)的第1透镜L11，具有正或者负的光焦度的第2透镜L12，为负透镜的第3透镜L13，与上述第3透镜接合或分开而配置的、具有正的光焦度的透镜(以下称为正透镜)的第4透镜L14，为负透镜的第5透镜L15。上述第2透镜组具有正的光焦度，配置以下透镜构成为正透镜的第1透镜L21，为正透镜的第2透镜L22，为负透镜的与构成上述第2透镜L22接合而构成的第3透镜L23，为负透镜的第4透镜L24，为正透镜的与上述第4透镜L24接合而构成的第5透镜L25，为正透镜的第6透镜L26。
上述第3透镜组具有正的光焦度，仅由为正透镜的第1透镜L31构成。通过移动上述第1透镜组LG1以及上述第2透镜组LG2的位置来改变放大倍率。即因改变放大倍率而变化的空气间隔是构成第1透镜组的第5透镜L15靠光阀侧的面与构成第2透镜组的第1透镜L21靠屏幕侧的面之间的空气间隔D20以及构成第2透镜组LG2的第6透镜L26靠光阀侧的面与玻璃罩或构成第3透镜组的第1透镜L31靠屏幕侧的面之间的空气间隔D30。透镜间隔之中有关焦距是以从第1透镜L11靠屏幕侧的面到屏幕的投影距离为2m时为例来表示的。但是，仅第2实施例加上了无限远和1m。在用从构成该场合第1透镜组的第1透镜L11到第5透镜L15来进行的场合，上述空气间隔D20变化；在用从构成第1透镜组的第1透镜L11到第4透镜L14来进行的场合，第4透镜靠光阀侧的面与第5透镜L15靠屏幕侧的面之间的空气间隔D18变化。
另外，在上述第3透镜组LG3和光阀面之间有空气间隔配置有作为DMD等光阀的构成部件的玻璃盖CG。各透镜的折射面的名称为构成上述第1透镜组LG1的第1透镜L11靠屏幕侧的面为S11，靠光阀侧的面为S12，同样，第2透镜L12靠屏幕侧的面为S13，靠光阀侧的面为S14，第3透镜L13靠屏幕侧的面为S15，靠光阀侧的面为S16，第4透镜L14靠屏幕侧的面为S17，靠光阀侧的面为S18，第5透镜L15靠屏幕侧的面为S19，靠光阀侧的面为S20；构成上述第2透镜组LG2的第1透镜L21靠屏幕侧的面为S21，靠光阀侧的面为S22，接下来，第2透镜L22靠屏幕侧的面为S23，靠光阀侧的面(与第3透镜的接合面)为S24，第3透镜L23靠光阀侧的面为S25，第4透镜L24靠屏幕侧的面为S26，靠光阀侧的面(与第5透镜的结合面)为S27，第5透镜L25靠光阀侧的面为S28，第6透镜L26靠屏幕侧的面为S29，靠光阀侧的面为S30；在除实施例1以外的实施例中，构成上述第3透镜组LG3的第1透镜L31靠屏幕侧的面为S31，靠光阀侧的面为S32；再有，玻璃盖CG靠屏幕侧的面为S41，靠光阀侧的面为S42。
对于各实施例中使用的非球面，众所周知，是以光轴方向为Z轴、与光轴正交的方向为Y轴时，绕光轴旋转以非球面式 给出的曲线所得到的曲面，给出近轴曲率半径r、圆锥常数K、高次的非球面系数A、B、C、D对形状进行定义。还有，至于表中的圆锥常数以及高次的非球面系数的书写「紧接在E后面的数字」表示的是「10的乘幂」。例如，「E-4」表示10-4，将该数值与它前面的数值相乘即可。
第1实施例对于本发明的小型广角投影用变焦透镜的第1实施例，数值例列于表1中。另外，图1是 其透镜结构图，图2是其各像差图。
在表以及图中，f表示变焦透镜整体的焦距，Fno表示F数，2ω表示变焦透镜的全视场角，bf表示后焦点。后焦点bf是从构成广角端的第2透镜组LG2的第6透镜L26靠光阀侧的面S30到像面的距离的空气换算距离。另外，R表示曲率半径，D表示透镜厚度或透镜间隔，Nd表示d线的折射率，vd表示d线的色散系数。各像差图中的CA1、CA2、CA3、CA4分别是CA1＝550.0nm、CA2＝486.1nm、CA3＝640.0nm、CA4＝435.8nm的波长的像差曲线。另外，S表示弧矢，M表示子午。
表1f＝20.49～26.41～34.84Fno＝2.07～2.33～2.072ω＝65.65°～52.70°～40.96°bf＝41.12面No.R D Ndvd S41 ∽ 3.00 1.51680 64.20CGS42 ∽ - - -非球面系数第S13面 K＝0.376158E+03A＝0.673786E-04 B＝-0.152616E-06C＝0.516285E-09 D＝-0.535296E-12第S14面 K＝0.510936E+02A＝0.584010E-04 B＝-0.196316E-06C＝0.675631E-09 D＝-0.127628E-11第S21面 K＝0.225323E+00A＝-0.636685E-05 B＝-0.336434E-08C＝0.137668E-10 D＝-0.338975E-13第S22面 K＝-0.364182E+01 A＝0.974482E-05 B＝-0.281257E-08第S30面 K＝-0.171317E+02 A＝-0.363413E-04 B＝0.184683E-06C＝-0.578782E-09 D＝0.936511E-12
第2实施例对于第2实施例，数值例列于表2中。另外，图3是其透镜结构图，图4是其各像差图。后面的实施例中后焦点bf是从构成第3透镜组LG3的第1透镜L31靠光阀侧的面到像面的距离的空气换算距离。另外，对于第2实施例，为了表示因聚焦动作中移动的透镜的不同像差的变动，在表3表示了因广角端的聚焦动作而变化的空气间隔的数值例，移动广角端的第1透镜组LG1的第1透镜L11到第4透镜L14而聚焦的场合在∞、2m、1m的像面的变化在图5中表示，同样为进行比较，图6表示的是移动广角端的第1透镜组LG1的第1透镜L11到第5透镜L15而聚焦的场合在∞、2m、1m的像面的变化。在本实施例中光学系统的变倍率比其它的实施例大，其值为1.94，可以知道在移动第1透镜组LG1的第1透镜L11到第4透镜L14而聚焦的场合，因像差变动少，从而作为聚焦方式会更好。
表2f＝20.50～28.07～39.77Fno＝2.07～2.39～2.902ω＝65.63°～50.30°～36.70°bf＝3.11面No R DNdvd S31 -100.0003.501.8340037.34LG3S32 -44.000 0.70- -S32 ∽ 3.001.5168064.20CGS42 ∽ - - -非球面系数第S13面K＝-0.100000E+03A＝0.521546E-04 B＝-0.732367E-07C＝0.222631E-09 D＝-0.679169E-13第S14面K＝-0.100000E+03A＝0.421670E-04 B＝-0.119066E-06C＝0.382188E-09 D＝-0.757078E-12第S21面K＝0.758444E+00 A＝-0.786718E-05 B＝-0.106818E-07C＝0.195533E-10 D＝-0.710529E-13第S22面K＝-0.523125E+01A＝0.108758E-04 B＝-0.399958E-08C＝-0.475537E-10 D＝0.149969E-12第S29面K＝-0.100000E+03A＝0.408166E-05 B＝-0.117530E-07C＝0.185982E-09 D＝-0.162667E-12第S30面K＝-0.130886E+02A＝-0.321784E-04 B＝0.198124E-06C＝-0.472368E-09 D＝0.123930E-11
表3(通过从L11至L14的移动来聚焦的场合的空气间隔变化)空气间隔∞ 2m 1mD18 8.83 6.57 7.32D20 26.2826.2826.28D30 38.0038.0038.00(通过从L11至L15的移动来聚焦的场合的空气间隔变化)空气间隔∞ 2m 1mD18 5.83 5.83 5.83D20 26.2826.2827.08D30 38.0038.0038.00第3实施例对于第3实施例，数值例列于表4。另外，图7是其透镜结构图，图8是其各像差图。
表4f＝20.46～27.10～34.78Fno＝2.07～2.41～2.802ω＝65.34°～51.69°～41.47°bf＝3.12面No R DNdvd S31 -100.0003.501.8340037.34LG3S32 -42.443 0.70- -S32 ∽ 3.001.5168064.20CGS42 ∽ - - -非球面系数第S13面 K＝0.389395E+03A＝0.731879E-04 B＝-0.194798E-06C＝0.663439E-09 D＝-0.831076E-12第S14面 K＝0.180617E+02A＝0.656650E-04 B＝-0.276611E-06C＝0.105738E-08 D＝-0.274290E-11第S21面 K＝0.644345E+00A＝-0.445869E-05 B＝-0.501870E-08C＝0.171719E-12 D＝-0.201427E-13第S22面 K＝-0.526651E+01 A＝0.100175E-04 B＝-0.347760E-08第S30面K＝-0.161748E+02 A＝-0.344867E-04 B＝0.199889E-06C＝-0.639136E-09 D＝0.124645E-11
第4实施例对于第4实施例，数值例列于表5中。另外，图9是其透镜结构图，图10是其各像差图。
表5f＝20.49～26.54～34.84Fno＝2.07～2.39～2.822ω＝65.52°～52.67°～41.43°bf＝3.12面NoR D Ndvd S31 -73.5293.501.8340037.34LG3S32 -37.0600.70- -S32 ∽ 3.001.5168064.20CGS42 ∽ - - -非球面系数第S13面 K＝-0.632843E+05A＝0.114298E-03B＝-0.393675E-06C＝0.123347E-08D＝-0.182823E-11第S14面 K＝0.389146E+02 A＝0.108471E-03B＝-0.447785E-06C＝0.129272E-08D＝-0.260624E-11第S21面 K＝0.405991E+00 A＝-0.852607E-05 B＝-0.163933E-07C＝0.240787E-10D＝-0.138186E-12第S22面 K＝-0.365067E+01A＝0.801662E-05B＝-0.119792E-07第S28面 K＝-0.695081E+00A＝0.661517E-05B＝0.289296E-07C＝-0.492831E-10 D＝0.174230E-12第5实施例对于第5实施例，数值例列于表6中。另外，图11是其透镜结构图，图12是其各像差图。
表6f＝20.50～27.13～34.85Fno＝2.07～2.40～2.782ω＝65.43°～51.73°～41.42°bf＝3.11面No R DNdvd S31 -100.0003.501.8340037.34LG3S32 -41.926 0.70- -S32 ∽ 3.001.5168064.20CGS42 ∽ - - -非球面系数第S13面K＝-0.290056E+03A＝0.575052E-04 B＝-0.112235E-06C＝0.418545E-09 D＝-0.513328E-12第S14面K＝0.686271E+03 A＝0.365126E-04 B＝-0.917797E-07C＝0.358076E-09 D＝-0.105402E-11第S19面K＝-0.312349E+00A＝-0.726388E-05 B＝-0.276078E-07C＝0.128642E-10 D＝-0.543465E-12第S21面K＝0.973726E+00 A＝-0.538604E-05 B＝-0.142938E-07C＝0.252059E-11 D＝-0.127605E-12第S22面K＝-0.249011E+01A＝0.994834E-05 B＝-0.361827E-08C＝-0.299959E-10 D＝0.964809E-13第S30面K＝-0.173255E+02A＝-0.338162E-04 B＝0.237688E-06C＝-0.811852E-09 D＝0.182309E-11
其次，将第1实施例至第5实施例的条件式(1)至条件式(16)对应的值综合表示在表7中。
表7实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5条件式(1)0.73 0.71 0.86 0.88 0.80条件式(2)0.60 0.57 0.37 0.44 0.60条件式(3)-1.44-1.42 -1.21-1.22 -1.24条件式(4)1.26 1.51 1.38 1.05 1.54条件式(5)35.7337.66 21.3230.06 29.04条件式(6)1.81 1.81 1.81 1.81 1.81条件式(7)0.06 0.01 0.13 0.12 0.08条件式(8)0.65 0.73 0.69 0.32 0.75条件式(9)1.99 2.71 1.82 1.93 1.96条件式(10) -0.23-0.26 -0.26-0.12 -0.37条件式(11) 1.32 1.40 1.17 1.19 1.26条件式(12) -0.73-0.78 -0.79-0.11 -0.75条件式(13) -1.03-1.35 -0.72-1.27 -0.76条件式(14) 30.8029.56 31.8425.99 27.34条件式(15) 0.18 0.20 0.18 0.11 0.14条件式(16) -0.23 0.24 0.24 0.24从表7可知，第1实施例至第5实施例的各实施例的数值满足条件式(1)至(16)，同时，从各实施例的像差图也可知，各像差得到了良好的校正。
根据本发明，可提供一种小型、明亮、高画质的投影装置，其适于DMD等光阀特性的成像性能高、并且以小型化实现了大视场角的投影透镜。
权利要求
1.一种投影透镜，它是将来自投影型显示装置的光阀的图象放大投影到屏幕上或者其它壁面等上的投影透镜，其特征在于从屏幕侧依次由整体具有负的光焦度的第1透镜组和整体具有正的光焦度的第2透镜组构成；上述第1透镜组由以下透镜构成在屏幕侧以凸的凹凸形状为具有负的光焦度的被称为负透镜的第1透镜，为具有正或者负的光焦度的透镜的第2透镜，为负透镜的第3透镜，与上述第3透镜接合或分开而配置的为具有正的光焦度的被称为正透镜的第4透镜，为负透镜的第5透镜；上述第1透镜组的放大率满足下列条件式(1)，构成上述第1透镜组的上述第1透镜的放大率满足下列条件式(2)(1)0.6＜fW/|fI|＜1.0(取绝对值是因为fI＜0)(2)0.3＜fI/f1，1＜0.7其中，fW广角端透镜整体的合成焦距fI第1透镜组的合成焦距f1，1构成第1透镜群的第1透镜的焦距。
2.一种投影透镜，它是将来自投影型显示装置的光阀的图象放大投影到屏幕上或者其它壁面等上的投影透镜，其特征在于从屏幕侧依次由整体具有负的光焦度的第1透镜组和整体具有正的光焦度的第2透镜组，以及整体具有正的光焦度的第3透镜组构成；上述第1透镜组由以下透镜构成，在屏幕侧以凸的凹凸形状为具有负的光焦度的被称为负透镜的第1透镜，为具有正或者负的光焦度的透镜的第2透镜，为负透镜的第3透镜，与上述第3透镜接合或分离而配置的为具有正的光焦度的被称为正透镜的第4透镜，为负透镜的第5透镜；上述第1透镜组的放大率满足下列条件式(1)，构成上述第1透镜组的上述第1透镜的焦度满足下列条件式(2)(1)0.6＜fW/|fI|＜1.0(取绝对值是因为fI＜0)(2)0.3＜fI/f1，1＜0.7其中，fW广角端透镜整体的合成焦距fI第1透镜组的合成焦距f1，1构成第1透镜群的第1透镜的焦距。
3.如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于构成上述第1透镜组的上述第1透镜靠光阀侧的面的曲率半径满足下列条件式(3)，构成上述第1透镜组的第5透镜靠屏幕侧的面的曲率半径满足下列条件式(4)，构成上述第1透镜组的透镜之中用于除上述第2透镜之外的透镜的硝材的色散系数满足下列条件式(5)，另外，用于构成上述第1透镜组的上述第4透镜的硝材的折射率满足下列条件式(6)(3)-1.8＜fI/r12＜-1.0(4)0.8＜fI/r19＜1.7(5)15＜(v1，1+v1，3+v1，5)/3-v1，4(6)1.7＜n1，4其中r12构成第1透镜组的第1透镜靠光阀侧的面的曲率半径r19构成第1透镜组的第5透镜靠屏幕侧的面的曲率半径v1，1构成第1透镜组的第1透镜的色散系数v1，3构成第1透镜组的第3透镜的色散系数v1，4构成第1透镜组的第4透镜的色散系数v1，5构成第1透镜组的第5透镜的色散系数n1，4构成第1透镜组的第4透镜的d线的折射率。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的投影透镜，其特征在于构成上述第1透镜组的上述第2透镜是由树脂材料制成，并且至少光阀侧一面做成非球面形状，其上述第2透镜的放大率满足下列条件式(7)(7)|fI/f1，2|＜0.25其中，f1，2构成第1透镜群的第2透镜的焦距。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的投影透镜，其特征在于可以通过使构成上述第1透镜组的上述第1透镜到上述第4透镜对应于从无限远到近距离的投影距离的变化而向屏幕侧移动来调整聚焦，构成上述第1透镜组的上述第1透镜到上述第4透镜的透镜的合成放大率满足下列关系式(8)(8)0.2＜fI/1，1-4＜0.9其中f1，1-4构成第1透镜组的第1透镜到第4透镜的透镜的合成焦度。
6.如权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于上述第2透镜组由以下透镜组成，为正透镜的第1透镜，为正透镜的第2透镜，为负透镜的与构成上述第2透镜组的上述第2透镜接合而构成的第3透镜，为负透镜的第4透镜，为正透镜的与构成上述第2透镜组的上述第4透镜接合而构成的第5透镜，为正透镜的第6透镜；构成上述第2透镜组的上述第1透镜和构成上述第2透镜组的上述第6透镜的放大率满足下列条件式(9)，构成由接合而构成的上述第2透镜组的上述第4透镜和构成上述第2透镜组的上述第5透镜的放大率满足下列条件式(10)(9)1.7＜f2，6/f2，1＜3.0(10)-0.5＜fII＜f2，4-5＜0其中f2，1构成第2透镜组的第1透镜的焦距f2，6构成第2透镜组的第6透镜的焦距fII第2透镜组的合成焦距f2，4-5构成第2透镜组的第4透镜以及第5透镜的焦距。
7.如权利要求6所述的投影透镜，其特征在于构成上述第2透镜组的上述第1透镜靠屏幕侧的面的曲率半径满足下列条件式(11)，构成上述第2透镜组的上述第1透镜靠屏幕侧的面和构成上述第2透镜组的上述第6透镜靠光阀侧的面的曲率半径满足下列条件式(12)，构成上述第2透镜组的第4透镜靠屏幕侧的面的曲率半径和上述第2透镜组的放大率满足下列条件式(13)，用于构成上述第2透镜组的正透镜和构成上述第2透镜组的负透镜的硝材的色散系数满足下列条件式(14)，并且，用于构成上述第2透镜组的正透镜的硝材的折射率满足下列条件式(15)(11)1.0＜fII/r21＜1.6(12)-1.5＜r21/r30＜-0.6(13)-1.5＜fII/r26＜-0.6(14)15＜(v2，1+v2，2+v2，5+v2，6)/4-(v2，3+v2，4)/2(15)0＜(n2，1+n2，2)/2-(n2，5+n2，6)/2其中r21构成第2透镜组的第1透镜靠屏幕侧的面的曲率半径r26构成第2透镜组的第4透镜靠屏幕侧的面的曲率半径r30构成第2透镜组的第6透镜靠光阀侧的面的曲率半径v2，1构成第2透镜组的第1透镜的色散系数v2，2构成第2透镜组的第2透镜的色散系数v2，3构成第2透镜组的第3透镜的色散系数v2，4构成第2透镜组的第4透镜的色散系数v2，5构成第2透镜组的第5透镜的色散系数v2，6构成第2透镜组的第6透镜的色散系数n2，1构成第2透镜组的第1透镜的d线的折射率n2，2构成第2透镜组的第2透镜的d线的折射率n2，5构成第2透镜组的第5透镜的d线的折射率n2，6构成第2透镜组的第6透镜的d线的折射率。
8.如权利要求6或7所述的投影透镜，其特征在于构成上述第2透镜组的上述第1透镜靠屏幕侧的面和构成上述第2透镜组的上述第6透镜靠光阀侧的面的至少一个折射面的形状为非球面形状。
9.如权利要求2至8中任何一项所述的投影透镜，其特征在于上述第3透镜组仅由为正透镜的第1透镜组成，上述第3透镜组的放在率满足下列条件式(16)(16)0.20＜fW/fIII＜0.27其中fIII第3透镜组的合成焦距。
全文摘要
本发明涉及一种投影透镜。本发明提供一种将来自通过改变DMD等的光的反射方向来形成图象的光阀的图象投影到屏幕及其它上的高性能且小型的投影透镜。从屏幕侧依次配置，由整体具有负的光焦度的第1透镜组以及整体具有正的光焦度的第2透镜组构成，或者接着附加整体具有正的光焦度的第3透镜组所构成。通过移动上述第1透镜组以及上述第2透镜组的位置而改变放大倍率，通过移动上述第1透镜组整体或构成上述第1透镜组的上述第1透镜到上述第4透镜来调整焦距。
文档编号G02B15/177GK1527069SQ200410007929
公开日2004年9月8日 申请日期2004年3月5日 优先权日2003年3月6日
发明者川上悦郎 申请人:卡西欧计算机株式会社