投影用变焦镜头和投影型显示设备的制作方法

投影用变焦镜头和投影型显示设备的制作方法
【专利摘要】[技术问题]为了提供一种具有五个透镜组结构的投影用变焦镜头，该投影用变焦镜头即使视场角被加宽也能够显示出色地像差校正。[技术方案]基本上，具有负折射本领的第一透镜组(G1)和都具有正折射本领的第二至第五透镜组(G2-G5)从放大侧顺序地布置，并且缩小侧是远心结构。另外，在放大倍率变化期间，第一透镜组(G1)和第五透镜组(G5)被固定，而第二至第四透镜组(G2-G5)可移动；第四透镜组(G4)被形成为包括至少三个正透镜(L11，L13，L14)；并且第四透镜组(G4)中的最放大侧透镜(L10)具有在其放大侧的凸面。此外，满足以下条件公式(1)，其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f4是第四透镜组(G4)的焦距，以及2ω是广角端处的全视场角：7.5<f4/fw<14.5…(1)；和70°≤2ω…(7)。
【专利说明】投影用变焦镜头和投影型显示设备

【技术领域】
[0001] 本发明涉及变焦镜头，并且具体地，涉及可应用于投影型显示设备的投影用变焦 镜头。
[0002] 此外，本发明涉及包括这种投影用变焦镜头的投影型显示设备。

【背景技术】 [0003]
[0004] 近年来，采用光阀的投影型显示设备，如透射型或反射型液晶显示设备和DMD显 示设备变得广泛使用。用在这种投影型显示设备中的投影镜头通常需要具有长的后焦距。 进一步，这种投影镜头的从缩小侧（光阀侧）观看的入射光瞳需要位于充分远的位置。换 句话说，投影镜头需要在缩小侧具有远心度。进一步，考虑到该设备的便携性和设备对设定 条件的适应性，投影镜头需要具有可变放大倍率功能（变焦功能）。进一步，投影镜头需要 具有宽的视场角以满足从短距离投影到大屏幕上的需求。
[0005] 传统地，例如，以下专利文献1-3等提出了五组式变焦镜头，其中三个透镜组在放 大倍率变化期间移动。此外，变焦镜头被构造成在短共轭长度侧是远心的，换句话说，在缩 小侧是远心的。
[0006] 在专利文献1-3中公开的变焦镜头中，具有负折射本领的第一透镜组、具有正折 射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组、具有正折射本领的第四透镜组和具 有正折射本领的第五透镜组从放大侧顺序地布置。变焦镜头被构造成使得在放大倍率变化 期间第一透镜组和第五透镜组被固定而第二透镜组至第四透镜组移动。变焦镜头被构造成 将由放大倍率变化引起的各种像差波动抑制到相对较低的水平。
[0007] 相关技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :
[0010] 日文未经审查的专利公开第2007-248840号
[0011] 专利文献2:
[0012] 日文未经审查的专利公开第2007-328163号
[0013] 专利文献3:
[0014] 日文未经审查的专利公开第2010-282147号


【发明内容】
[0015]
[0016] 然而，在专利文献1-3中公开的所有变焦镜头中，视场角仅大约60度，这不能满足 近来对较宽视场角的需要。
[0017] 考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种具有例如为70度或更宽的较宽 视场角的投影用变焦镜头，并且其中在整个可变放大倍率范围中可出色地校正各种像差。
[0018] 另外，本发明的一个目的是提供一种包括如上所述的投影用变焦镜头的投影型显 示设备，该投影型显示设备可以显示具有高图像质量的图像。
[0019] 本发明的投影用变焦镜头是由以下部分构成的投影用变焦镜头：
[0020] 具有负折射本领的第一透镜组；
[0021] 具有正折射本领的第二透镜组；
[0022] 具有正折射本领的第三透镜组；
[0023] 具有正折射本领的第四透镜组；和
[0024] 具有正折射本领的第五透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜 组、所述第四透镜组和第五透镜组从放大侧顺序地布置，
[0025] 其中变焦镜头被构造成在缩小侧是远心的；
[0026] 其中变焦镜头被构造成使得在放大倍率变化期间第一透镜组和第五透镜组被固 定，而第二透镜组至第四透镜组沿着光轴移动；
[0027] 第四透镜组包括至少三个正透镜；
[0028] 第四透镜组中的最放大侧透镜具有面向放大侧的凸面；以及
[0029] 当整个系统在广角端处的焦距为fw且第四透镜组的焦距为f4时，满足以下条件 公式：
[0030] 7. 5<f4/fw<14. 5- (1) 〇
[0031] 在这里，表述"基本上由被布置的……第五透镜组构成"表示除了前述透镜组之 夕卜，还可以包括基本上不具有任何折射本领的透镜、除了透镜之外的诸如光阑和盖玻璃的 光学元件、诸如透镜法兰、透镜镜筒、成像装置、手抖模糊校正机构的机械部件等。以下，将 以在与上述定义相同的含义方面总是使用术语"基本上"。
[0032] 进一步，表述"在缩小侧是远心的"表示下述状态：会聚在缩小侧图像平面上的任 意点处的光线的横截面中上侧的最大光线和下侧的最大光线之间的角的平分线几乎平行 于光轴。该表述不仅表不完全远心的情况，即该角的平分线完全平行于光轴。该表述还表 示存在某种误差的情况。在这里，存在某种误差的情况是指角的平分线相对于光轴的倾角 在±3°的范围内。
[0033] 在本发明的投影用变焦镜头中，粘合透镜可以用作构成每一个透镜组的透镜。当 粘合透镜由粘合在一起的η个透镜构成时，粘合透镜被计为η个数量的透镜。
[0034] 在本发明的投影用变焦镜头中，当透镜包括非球面表面时，在近轴区域中考虑透 镜的表面形状和透镜的折射本领的符号。
[0035] 在本发明的投影用变焦镜头中，更理想的是在上述条件公式（1)限定的范围中尤 其满足以下条件公式：
[0036] 8. 0〈f4/fw〈13. 0... (Γ )。
[0037] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当第四透镜组中包括的正透镜关于d线 的阿贝数的平均值为v4a时，满足以下条件公式：
[0038] 60. 0〈v4a... (2)。
[0039] 另外，更理想的是在上述条件公式（2)限定的范围中尤其满足以下条件公式：
[0040] 62. 0〈v4a... (2,）。
[0041] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当第五透镜组中包括的一个或多个正透 镜关于d线的阿贝数的平均值为v5a时，满足以下条件公式：
[0042] 50. 0〈v5a... (3)。
[0043] 此外，更理想的是在上述条件公式（3)限定的范围中尤其满足以下条件公式：
[0044] 55. 0〈v5a... (3,）。
[0045] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当第四透镜组中的最放大侧透镜或最 放大侧透镜单元的放大侧表面的曲率半径为R4f且第四透镜组中的最放大侧透镜或最放 大侧透镜单元的缩小侧表面的曲率半径为R4r时，满足以下条件公式：
[0046] 2. 5 < (R4f+R4r) AR4f-R4r)〈7. 0... (4)。这里，术语"透镜单元"表示特别是粘合 透镜布置在第四透镜组中的最放大侧时的整个粘合透镜。
[0047] 此外，更理想的是在上述条件公式（4)限定的范围中尤其满足以下条件公式：
[0048] 3. 5 < (R4f+R4r) AR4f-R4r)〈6. 5…（4,）。
[0049] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当整个系统在广角端处的焦距为fw且 第五透镜组的焦距为f5时，满足以下条件公式：
[0050] 3. 0〈f5/fw〈7. 0…（5)。
[0051] 此外，更理想的是在上述条件公式（5)限定的范围中尤其满足以下条件公式：
[0052] 3. 5〈f5/fw〈6. 0…（5'）。
[0053] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当整个系统在广角端处的焦距为fw且 整个系统的后焦距（空气中距离）为Bf时，满足以下条件公式：
[0054] 1. 5〈Bf/fw〈3. 0…（6)。这里，后焦距为放大侧被视为物体侧且缩小侧被视为图像 侧时的后焦距。
[0055] 此外，更理想的是在上述条件公式（6)限定的范围中尤其满足以下条件公式：
[0056] 1. 7〈Bf/fw〈2. 5…（6,）。
[0057] 在本发明的投影用变焦镜头中，理想的是当广角端处的全视场角为2ω时，满足 以下条件公式 ：
[0058] 70。< 2ω …（7)。
[0059] 此外，理想的是本发明的投影用变焦镜头采用内对焦结构，在该内对焦结构中，通 过在光轴的方向上仅移动第一透镜组中位于缩小侧的两个透镜来执行聚焦。
[0060] 同时，本发明的投影型显示设备除了光源、光阀和将来自光源的光线引导到光阀 的照明光学单元之外，还包括如上所述的本发明的投影用变焦镜头。投影型显示设备包括 在光阀处对来自光源的光线执行光调制并通过投影用变焦镜头将光线投影到屏幕上的结 构。
[0061] 本发明的投影用变焦镜头基本上由从放大侧顺序布置的具有负折射本领的第一 透镜组、具有正折射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组、具有正折射本领的 第四透镜组和具有正折射本领的第五透镜组构成。另外，变焦镜头被构造成在缩小侧是远 心的。变焦镜头被构造成使得在放大倍率变化期间第一透镜组和第五透镜组被固定，而第 二透镜组至第四透镜组沿着光轴移动。此外，第四透镜组包括至少三个正透镜，并且第四透 镜组中的最放大侧透镜具有面向放大侧的凸面。此外，满足上述条件公式（1)。因此，可获 得以下效果。
[0062] 具体地，首先，在放大倍率变化期间移动的多个透镜组基本上为从放大侧顺序地 布置的具有正折射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组和具有正折射本领的 第四透镜组。因此，可以通过少量透镜出色地校正各种像差。
[0063] 此外，三个或更多个正透镜用于第四透镜组中。因此，可以获得出色的远心度。另 夕卜，虽然往往难以在广角镜头中提供长后焦距，但是可以适当地确保后焦距。另外，由于具 有面向放大侧的凸面的透镜用作第四透镜组中的最放大侧透镜，因此可以出色地校正球面 像差和像散。
[0064] 同时，条件公式（1)限定第四透镜组的焦距与整个系统在广角端处的焦距的比 值。如果所述值低于条件公式（1)的下限或者超过条件公式（1)的上限，则难以出色地校 正像场弯曲（尤其是径向图像平面的弯曲）。当满足条件公式（1)时，可以防止这种缺陷， 并且在整个可变放大倍率范围中出色地校正像场弯曲。该效果尤其是在条件公式（1)限定 的范围中满足上述条件公式（Γ )时更显著。
[0065] 在本发明的投影用变焦镜头中，尤其是当满足上述条件公式（2)时，可获得以下 效果。具体地，条件公式（2)限定第四透镜组中包括的正透镜的阿贝数的平均值。如果所 述值低于该条件公式的下限，则变得难以出色地校正横向色像差。当满足条件公式（2)时， 可以防止这种缺陷且出色地校正横向色像差。
[0066] 该效果尤其是在条件公式（2)限定的范围中满足上述条件公式（2'）时更显著。
[0067] 在本发明的投影用变焦镜头中，尤其是当满足上述条件公式（3)时，可获得以下 效果。具体地，条件公式（3)限定第五透镜组中包括的一个或多个正透镜的阿贝数的平均 值。如果所述值低于该条件公式的下限，则变得难以出色地校正横向色像差。当满足条件 公式（3)时，可以防止这种缺陷且出色地校正横向色像差。
[0068] 该效果尤其是在条件公式（3)限定的范围中满足上述条件公式（3'）时更显著。
[0069] 在本发明的投影用变焦镜头中，尤其是在满足上述条件公式（4)时，可获得以下 效果。具体地，条件公式（4)限定第四透镜组中最放大侧透镜或最放大侧透镜单元的放大 侧表面的曲率半径与该透镜或透镜单元的缩小侧表面的曲率半径之间的关系。如果所述值 低于条件公式（4)的下限或者超过条件公式（4)的上限，则变得难以出色地校正球面像差 和像散。当满足条件公式（4)时，可以防止这种缺陷并出色地校正球面像差和像散。
[0070] 该效果尤其是在条件公式（4)限定的范围中满足上述条件公式（4'）时更显著。
[0071] 在本发明的投影用变焦镜头中，尤其是当满足上述条件公式（5)时，可获得以下 效果。具体地，条件公式（5)限定第五透镜组的焦距与整个系统在广角端处的焦距的比值。 如果所述值低于条件公式（5)的下限，则第五透镜组的折射本领变得太强，并且后焦距变 短。另外，产生的横向色像差的量变大，并且通过其它透镜组校正横向色像差变得困难。相 反，如果所述值超过条件公式（5)的上限，则第五透镜组的折射本领变得太弱，并且变得难 以确保必需的远心度。当满足条件公式（5)时，可以防止这种缺陷并出色地校正横向色像 差。此外，可以确保出色的远心度。
[0072] 该效果尤其是在条件公式（5)限定的范围中满足上述条件公式（5'）时更显著。
[0073] 在本发明的投影用变焦镜头中，尤其是当满足上述条件公式￠)时，可获得以下 效果。具体地，条件公式（6)限定整个系统的后焦距与整个系统在广角端处的焦距的比值。 如果所述值低于条件公式（6)的下限，则变得难以插入诸如棱镜的玻璃部件，所述玻璃部 件通常布置在投影型显示设备中的投影用变焦镜头的后侧（缩小侧）。相反，如果所述值超 过条件公式（6)的上限，则总镜头长度变长。在满足条件公式（6)时，可以防止这种缺陷 并容易地插入玻璃部件。此外，可以限制总镜头长度，使得所述长度变短。
[0074] 该效果尤其是在条件公式（6)限定的范围中满足上述条件公式（6'）时更显著。
[0075] 在根据本发明实施例的用于投影的变焦镜头中，尤其是在满足上述条件公式（7) 时，可以充分满足对较宽视场角的需求，该需求近来为用于投影的变焦镜头中所需要的。
[0076] 此外，在根据本发明的用于投影的变焦镜头中，尤其是在采用其中通过在光轴的 方向上仅移动第一透镜组中位于缩小侧的两个透镜来执行聚焦的内对焦结构时，可以在不 特定增加透镜尺寸的情况下出色地校正像场弯曲。
[0077] 同时，在本发明的投影型显示设备中，已经说明的本发明的变焦镜头被用作投影 用变焦镜头。因此，可以满足对宽视场角的需要。此外，可以出色地抑制像场弯曲并显示具 有高图像质量的图像。

【专利附图】

【附图说明】 [0078]
[0079] 图1是图示本发明的示例1中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0080] 图2是图示本发明的示例2中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0081] 图3是图示本发明的示例3中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0082] 图4是图示本发明的示例4中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0083] 图5是图示本发明的示例5中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0084] 图6是图示本发明的示例6中的投影用变焦镜头的透镜结构的横截面；
[0085] 图7㈧至（L)是示例1中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0086] 图8(A)至（L)是示例2中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0087] 图9(A)至（L)是示例3中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0088] 图10㈧至（L)是示例4中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0089] 图11㈧至（L)是示例5中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0090] 图12㈧至（L)是示例6中的投影用变焦镜头的像差示意图；
[0091] 图13是图示示例1中的投影用变焦镜头中的光线的路径的示意图；
[0092] 图14是图示根据本发明的一种实施例的投影型显示设备的结构的示意图；以及
[0093] 图15是图示根据本发明的另一种实施例的投影型显示设备的结构的示意图。

【具体实施方式】 [0094]
[0095] 接下来，将参照附图详细描述本发明的实施例。首先，将参照图1描述根据本发明 的一种实施例的投影用变焦镜头。图1图示当在本发明的示例1中的投影用变焦镜头上进 行可变放大倍率操作时每个透镜组在广角端和远焦端处的移动位置。在该示意图中，在从 广角端至远焦端的变化期间移动的透镜组的运动方向由所述位置之间的箭头示意性地图 /_J、i 〇
[0096] 同时，图2至图6是图示根据本发明的实施例的其它结构示例的横截面。图2至 图6对应于稍后将被描述的示例2至6中的投影用变焦镜头。这些投影用变焦镜头的基本 结构类似于示例1中的投影用变焦镜头的基本结构，因此，将主要通过采用图1中图示的结 构作为示例描述本发明的实施例。
[0097] 根据本发明的一种实施例的投影用变焦镜头例如用作用于将显示在光阀上的图 像信息投影到屏幕上的投影镜头。在图1中，示意图的左侧是放大侧，示意图的右侧是缩小 侦k考虑将投影用变焦镜头安装在投影型显示设备中的情况，并且还图示了玻璃部件2,如 混色棱镜（包括滤光器），以及光阀的位于玻璃部件2的缩小侧的图像显示表面1。
[0098] 在投影型显示设备中，在图像显示表面1处给予图像信息的光线通过玻璃部件2 进入投影用变焦镜头。进一步，基于图像信息的图像被投影和显示在设置成纸面的左侧且 未被图示的屏幕上。
[0099] 图1图示了其中玻璃部件2的缩小侧表面的位置和图像显示表面1的位置相同 的示例。然而，本发明没有必要限于这种示例。进一步，图1仅图示了一个图像显示表面 1。投影型显示设备可以被构造成使得通过由分色光学系统将来自光源的光线分离成三原 色并通过为相应的原色提供三个光阀而能够显示彩色图像。
[0100] 根据本发明实施例的投影用变焦镜头包括作为实质透镜组的具有负折射本领的 第一透镜组G1、具有正折射本领的第二透镜组G2、具有正折射本领的第三透镜组G3、具有 正折射本领的第四透镜组G4以及具有正折射本领的第五透镜组G5,这些透镜组从放大侧 顺序地布置并被构造成在缩小侧是远心的。第一透镜组G1和第五透镜组G5在放大倍率变 化期间是固定的，而第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4为在放大倍率变化期间 移动（在下文中称为"在放大倍率变化时的移动透镜组"）的多个透镜组。
[0101] 在图1所示的示例中，第一透镜组G由六个透镜（第一透镜L1-第六透镜L6)构 成，第二透镜组G2由两个透镜（第七透镜L7和第八透镜L8)构成，第三透镜组G3由一个 透镜（第九透镜L9)构成，第四透镜组G4由五个透镜（第十透镜L10-第十四透镜L14)构 成，第五透镜组G5由一个透镜（第十五透镜L15)构成。
[0102] 这里，构成本发明的投影用变焦镜头的每一个透镜组的透镜的数量不必须限于图 1所示的示例。例如，在稍后说明的示例5中的投影用变焦镜头中，第四透镜组G4由六个透 镜构成。在稍后说明的示例6中的投影用变焦镜头中，第三透镜组G3由两个透镜构成。
[0103] 根据本发明实施例的投影用变焦镜头采用内对焦结构，在该内对焦结构中，通过 仅移动在放大倍率变化期间被固定的第一透镜组G1中布置在缩小侧的两个透镜L3和L4 执行聚焦。因此，尤其可以在不增加透镜尺寸的情况下出色地校正像场弯曲。
[0104] 此外，根据本发明实施例的投影用变焦镜头被构造成使得通过移动三个透镜组 G2-G4改变放大倍率。因此，与四个透镜组移动以改变放大倍率的变焦镜头等相比，可以出 色地抑制由较宽视场角引起的像场弯曲，同时简化结构。
[0105] 此外，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，在放大倍率变化时的移动透镜 组是具有正折射本领的第二透镜组G2、具有正折射本领的第三透镜组G3和具有正折射本 领的第四透镜组G4,所述透镜组从放大侧顺序地布置。因此，在根据本发明实施例的投影用 变焦镜头中，可以使用少量透镜出色地校正各种像差。
[0106] 另外，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，第四透镜组G4包括三个正透 镜，即，第i^一透镜L11、第十三透镜L13和第十四透镜L14。此外，第四透镜组G4中为第十 透镜L10的最放大侧透镜具有面向放大侧的凸面。此外，当整个系统在广角端处的焦距为 fw且第四透镜组G4的焦距为f4时，投影用变焦镜头满足下述条件公式：
[0107] 7.5〈f4/fw〈14.5··· (1)。此外，在上述条件公式（1)限定的范围中，尤其是还满足 以下条件公式（Γ ):
[0108] 8. 0〈f5/fw〈13. 0··· (Γ )。稍后将参照表19具体地详细说明上述条件公式（1)对 每一个示例限定的值（类似地还用于稍后将说明的条件公式）。
[0109] 根据本发明实施例的投影用变焦镜头被构造成满足上述条件公式（1)，并且还满 足上述条件公式（Γ)。因此，可以在整个可变放大倍率范围中出色地校正像场弯曲（尤其 是径向图像平面的弯曲）。
[0110] 此外，当第四透镜组G4中包括的正透镜，换句话说，第i^一透镜L11、第十三透镜 L13和第十四透镜L14,关于d线的阿贝数的平均值为v4a时，根据本发明实施例的投影用 变焦镜头满足下述条件公式：
[0111] 60. 0〈v4a…（2)。此外，在上述条件公式（2)限定的范围中，尤其是还满足以下条 件公式（2'）：
[0112] 62. 0〈v4a··· (2'）。因此，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，可以出色地 校正横向色像差。
[0113] 另外，当第五透镜组G5中包括的一个或多个正透镜关于d线的阿贝数的平均值， 具体地本示例中为第十五透镜L15关于d线的阿贝数，为v5a时，根据本发明实施例的投影 用变焦镜头满足下述条件公式：
[0114] 50. 0〈v5a…（3)。此外，在上述条件公式（3)限定的范围中，尤其是还满足以下条 件公式（3'）：
[0115] 55. 0〈v5a…（3'）。因此，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，从此方面也 可以出色地校正横向色像差。由于本发明的实施例满足上述两个条件公式（2'）和（3'）， 因此可以以尤其出色的方式校正横向色像差。
[0116] 此外，当第四透镜组G4中的最放大侧透镜（S卩，第十透镜L10)的放大侧表面的曲 率半径为R4f且第四透镜组G4中的最放大侧透镜的缩小侧表面的曲率半径为R4r时，根据 本发明实施例的投影用变焦镜头满足下述条件公式：
[0117] 2. 5〈(R4f+R4rV(R4f-R4r)〈7. 0…（4)。此外，在上述条件公式（4)限定的范围中， 尤其是还满足以下条件公式（4'）：
[0118] 3. 5 < (R4f+R4rV(R4f-R4r)〈6. 5…（4,）。因此，在根据本发明实施例的投影用 变焦镜头中，可以出色地校正球面像差和像散。
[0119] 这些特征在示例2-6中也相似。具体地，在示例5中，粘合在一起的双凸透镜L10a 和双凹透镜L10b作为上述的"透镜单元"布置在第四透镜组G4的最放大侧。因此，在这种 情况下，缩小侧表面为双凹透镜l〇b的缩小侧表面。
[0120] 另外，当整个系统在广角端处的焦距为fw且第五透镜组G5的焦距为f5时，根据 本发明实施例的投影用变焦镜头满足下述条件公式：
[0121] 3. 0〈f5/fw〈7. 0··· (5)。此外，在上述条件公式（5)限定的范围中，尤其是还满足以 下条件公式（5'）：
[0122] 3.5〈f5/fw〈6.0…（5'）。因此，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，可以出 色地校正横向色像差并确保出色的远心度。
[0123] 另外，当整个系统在广角端处的焦距为fw且整个系统的后焦距（空气中距离）为 Bf时，根据本发明实施例的投影用变焦镜头满足下述条件公式：
[0124] 1. 5〈Bf/fw〈3. 0…（6)。此外，在上述条件公式（6)限定的范围中，尤其是还满足以 下条件公式（6'）：
[0125] 1.7〈8以#〈2.5?（6'）。因此，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，可以容 易地插入诸如棱镜的玻璃部件2以布置在变焦镜头的后侧（缩小侧）。另外，可以获得限制 总镜头长度使得所述长度短的效果。
[0126] 另外，当广角端处的全视场角为2 ω时，根据本发明实施例的投影用变焦镜头满 足上述条件公式：
[0127] 70°彡2ω…（7)。因此，在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，可以充分满 足对较宽视场角的需求，该需求近来为投影用变焦镜头中所需要。
[0128] 在根据本发明实施例的投影用变焦镜头中，所有透镜表面中的每一个都可以为球 面的，并且变焦镜头可以在不使用任何非球面表面的情况下如图1中所示的示例中所构 造。这种结构在成本上是有利的。可选地，根据本发明实施例的投影用变焦镜头可以使用 非球面表面。在这种情况下，可以更出色地校正像差。
[0129] 理想的是为本发明目的的投影用变焦镜头在整个可变放大倍率范围中具有为3. 0 或更小的F数。另外，在为本发明目的的投影用变焦镜头中，理想的是畸变（畸变像差）在 整个可变放大倍率范围中被限制到大约2%或更小。
[0130] 接下来将参照图14和图15说明根据本发明的投影型显示设备的实施例。图14 是显示根据本发明的一个实施例的投影型显示设备的一部分的结构的示意图。图15是显 示根据本发明的又一个实施例的投影型显示设备的一部分的结构的示意图。
[0131] 图14所示的投影型显示设备包括具有光调制功能的照明光学系统（照明光学单 元）10和根据上述实施例的投影用变焦镜头19。照明光学系统10包括为光阀的透射型液 晶面板lla、llb和11c、用于分色的分色镜12和13、作为用于合并已经通过透射型液晶面 板1 la-1 lc的光线的光线合并光学系统的十字分色镜14、聚光透镜16a、16b和16c、用于输 出白色光线的光源17以及反射镜18a、18b和18c。在图14中，没有显示布置在光源17与 分色镜12之间的蝇眼集成器等。
[0132] 在上述结构中，从光源17输出的白色光线被分色镜12和13分离成三种色彩的光 纤（G光、B光和R光）。分离后的光线进入与所述色彩相对应的液晶面板lla-llc。
[0133] 在每一个液晶面板lla-llc中，根据各个色彩的图像信号对已经进入液晶面板 lla-llc的每一种色彩的光线进行光调制。通过十字分色棱镜14对每一种色彩的调制光线 进行混色。然后，光线通过投影用变焦镜头19被投影到没有显示的屏幕上。因此，通过每 一种色彩形成的彩色图像被投影和显示在屏幕上。
[0134] 这里，光阀不限于上述透射式液晶显示器面板lla-llc。可选地，可以适当地采用 反射型液晶显示器面板或者诸如DMD的光调制装置。
[0135] 同时，根据在图15中图示的另一个实施例的投影型显示设备包括包含作为对应 于各种色彩的光的光阀的反射型显示装置21a至21c的照明光学系统20、用于色分离和混 合的TIR(全内反射）棱镜24a至24c、偏振光分离棱镜25、以及根据前述实施例的投影用 变焦镜头29。进一步，光源27设置在偏振光分离棱镜25之前。光源27基于各种色彩的图 像信号输出将由反射型显示装置21a至21c调制的光线。
[0136] 从光源27输出的白色光线传播穿过偏振光分离棱镜25。在此之后，光线被TIR棱 镜24a至24c分离成三种色彩的光（G光、B光和R光）。每种色彩的分离后的光线进入对 应于所述色彩的反射型显示装置21a至21c，并对光线进行光调制。随后，光线在相反方向 上再次传播穿过TIR棱镜24a至24c，并且色彩被混合。随后，光线透射穿过偏振光分离棱 镜25,并进入投影用变焦镜头29。随后，由入射光形成的光学图像由投影用变焦镜头29投 影并显示在未被图示的屏幕上。
[0137] 作为反射型显示装置21a至21c，例如，可以采用反射型液晶显示装置、DMD等。图 15图示了其中反射型显示装置用作光阀的示例。然而，设置在本发明的投影型显示设备中 的光阀不限于反射型显示装置。可以采用透射型显示装置，如透射型液晶显示装置。
[0138] 接下来，将描述本发明的投影用变焦镜头的具体示例。在接下来将被描述的全部 示例1至6中，作为示例，投影用变焦镜头是六组式变焦镜头。
[0139] 〈示例 1>
[0140] 图1显示示例1中的广角端和远焦端处的投影用变焦镜头的透镜组的布置。由于 已经详细说明图1，因此除非特别必要，否则将不会重复说明。
[0141] 示例1中的投影用变焦镜头为五组式变焦镜头，其中具有负折射本领的第一透镜 组G1、具有正折射本领的第二透镜组G2、具有正折射本领的第三透镜组G3、具有正折射本 领的第四透镜组G4和具有正折射本领的第五透镜组G5被从放大侧顺序地布置。另外，投 影用变焦镜头被构造成在缩小侧是远心的。由透射型液晶显示器面板等构成的光阀的图像 显示表面1、以及诸如合色棱镜（包括滤光器，例如红外线截止滤光器和低通滤光器）的玻 璃部件2被布置在第五透镜组G5的缩小侧。
[0142] 变焦镜头被构造成使得在放大倍率变化时第一透镜组G1和第五透镜组G5被固 定，而第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4移动。在图1中，以箭头示意性地显 示透镜组G2、G3和G4在从广角端移动移动到远焦端时的移动路径。
[0143] 第一透镜组G1由从放大侧顺序地布置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、 第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6构成，所述第一透镜为凸面面向放大侧的的正弯月 透镜，所述第二透镜为凹面面向缩小侧的负弯月透镜，所述第三透镜为凹面面向缩小侧的 负弯月透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凹面面向放大侧的负弯月透镜，所 述第六透镜为凸面面向缩小侧的正弯月透镜。
[0144] 第二透镜组G2由从放大侧顺序地布置的第七透镜L7和第八透镜L8构成，所述第 七透镜为凸面面向缩小侧的平凸透镜，所述第八透镜为凸面面向放大侧的正弯月透镜。第 三透镜组G3由为双凸透镜的第九透镜L9构成。
[0145] 第四透镜组G4由从放大侧顺序地布置的为凹面面向缩小侧的负弯月透镜的第十 透镜L10、为双凸透镜的第^^一透镜L11、为双凹透镜的第十二透镜L12、为双凸透镜的第 十三透镜L13以及为双凸透镜的第十四透镜L14构成。这里，第十二透镜L12和第十三透 镜L13被粘合在一起。此外，第五透镜组G5由为双凸透镜的第十五透镜L5构成。
[0146] 在示例1的投影用变焦镜头中，除了第十二透镜L12和第十三透镜L13之外的所 有透镜都为没有粘合在一起的单透镜。此外，所有透镜表面均为球面，而没有使用非球面透 镜。因此，变焦镜头在成本上是有利的。
[0147] 图13图示示例1的投影用变焦镜头在广角端和远焦端处的光线的路径。
[0148] 表1示出示例1的投影用变焦镜头的基本透镜数据。表1示出包括玻璃部件2的 数据。在表1中，栏Si不出在最放大侧构成兀件的放大侧表面是第一个表面时第i个表面 (i = l，2,3,…）的表面编号，并且表面编号向着缩小侧顺序地增加。栏Ri示出第i个表 面的曲率半径，栏Di示出第i个表面和第（i+1)个表面之间在光轴Z上的距离。进一步， 栏Ndj示出第j个构成元件（j = 1，2,3,…）关于d线（波长是587.6nm)的折射率。最 放大侧构成元件是第一个构成元件，并且编号j向着缩小侧顺序地增加。栏vdj示出第j 个构成元件关于d线的阿贝数。
[0149] 在表1中，曲率半径R的值和表面距离D的值是通过将投影用变焦镜头的整个系 统在广角端处的角度视为1. 〇的归一化值。进一步，表1示出被四舍五入到预定数位的数 值。进一步，曲率半径的符号在表面形状凸向放大侧为正，则在表面形状凸向缩小侧时为 负。
[0150] 在表面距离D中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离、第二透镜组G2和 第三透镜组G3之间的距离、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离、以及第四透镜组 G4和第五透镜组G5之间的距离是在放大倍率变化期间改变的可变距离。在对应于这些距 离的行中，通过将每个距离的前侧表面的表面编号附于符号"D"，写下"D12"、"D16"、"D18" 和 "D27"。
[0151] 上文已经描述的内容在稍后将被描述的表4、7、10、13和16中也是相似的。关于 四个可变透镜组距离，符号"D"之后的编号根据每个示例中的构成元件的数量而不同。然 而，在任何表中以相同的方式将每个距离的前侧表面的表面编号附于符号"D"。
[0152] 表2示出在示例1的投影用变焦镜头的放大倍率改变时在广角端、中焦位置和远 焦端处整个系统的焦距f以及可变距离D12、D16、D18和D27的值。这些数值也是通过将 整个系统在广角端处的焦距视为1.0获得的归一化值。进一步，这些数值是投影距离是 124. 569时的值（类似的归一化值）。表2还示出示例1的F数Fno.和全视场角2 ω (单 位是度）。
[0153] 上文已经描述的表2的描述方法在稍后将被描述的表5,8,11，14和17中也是相 似的。
[0154] 表3示出当对示例1中的投影用变焦镜头上执行聚焦时表面距离D8和D12的值。 表3示出投影距离是62. 285和373. 708时的值。表面距离D8是第一透镜组G1中的第四 透镜L4与第五透镜L5之间的距离，以及表面距离D12是第一透镜组G1与第二透镜组G2 之间的距离。在这里，针对前述两种情况示出在广角端、中焦位置和远焦端处的值。表面距 离的这些值也是通过将整个系统在广角端处的焦距视为1.0获得的归一化值。进一步，前 述两个投影距离也是类似的归一化值。
[0155] 上文已经描述的表3的描述方法在稍后将被描述的表6,9,12,15和18中也是相 似的。然而，在每个示例中两种投影距离是唯一的值。进一步，在分别说明示例3和4的表 9和表12中，因为第五透镜L5和第六透镜组L6粘合在一起，因此距离"D11"作为第一透镜 组G1和第二透镜组G2之间的距离被写入。
[0156] [表 1]
[0157] 示例1 :基本透镜数据
[0158] 焦距 f = 1. 00 ?1. 19 ?1. 29
[0159]

【权利要求】
1. 一种投影用变焦镜头，所述变焦镜头基本上由以下部分构成： 具有负折射本领的第一透镜组； 具有正折射本领的第二透镜组； 具有正折射本领的第三透镜组； 具有正折射本领的第四透镜组；和 具有正折射本领的第五透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、 所述第四透镜组和所述第五透镜组从放大侧顺序地布置， 其特征在于， 其中所述变焦镜头被构造成在缩小侧是远心的； 其中所述变焦镜头被构造成使得在放大倍率变化期间所述第一透镜组和所述第五透 镜组被固定，而所述第二透镜组至所述第四透镜组沿着光轴移动； 其中所述第四透镜组包括至少三个正透镜； 其中所述第四透镜组中的最放大侧透镜具有面向放大侧的凸面；以及 其中满足以下条件公式⑴和公式（7): 7. 5 < f4/fw < 14. 5. · · (1);和 70° 彡 2ω··· (7)，其中 fw :整个系统在广角端处的焦距， f4 :所述第四透镜组的焦距，以及 2 ω :广角端处的全视场角。
2. 根据权利要求1所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（Γ): 8. 0 < f4/fw < 13. 0· · · (Γ )。
3. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（2): 60. 0 < v4a. · · (2)，其中 v 4a :所述第四透镜组中包括的正透镜关于d线的阿贝数的平均值。
4. 根据权利要求3所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（2'）： 62. 0 < v4a. · · (2,）。
5. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（3): 50.0 < v5a··· (3)，其中 v 5a :所述第五透镜组中包括的一个或多个正透镜关于d线的阿贝数的平均值。
6. 根据权利要求5所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（3'）： 55. 0 < v 5a. · · (3，）。
7. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（4): 2. 5 < (R4f+R4r)/(R4f-R4r) < 7. 0· · · (4)，其中 R4f :所述第四透镜组中的最放大侧透镜或最放大侧透镜单元的放大侧表面的曲率半 径，以及 R4r :所述第四透镜组中的最放大侧透镜或最放大侧透镜单元的缩小侧表面的曲率半 径。
8. 根据权利要求7所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（4'）： 3. 5 < (R4f+R4r)/(R4f-R4r) < 6. 5. · · (4'）。
9. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（5): 3. 0 < f5/fw < 7. 0· · · (5)，其中 fw :整个系统在广角端处的焦距，以及 f5 :所述第五透镜组的焦距。
10. 根据权利要求9所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（5'）： 3. 5 < f5/fw < 6. 0· · · (5,）。
11. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（6): 1. 5 < Bf/fw < 3. 0· · · (6)，其中 fw :整个系统在广角端处的焦距，以及 Bf :当使用空气中距离时所述整个系统的后焦距。
12. 根据权利要求11所述的投影用变焦镜头，其特征在于，满足以下条件公式（6'）： 1. 7 < Bf/fw < 2. 5. · · (6,）。
13. 根据权利要求1或2所述的投影用变焦镜头，其特征在于，包括： 内对焦结构，在所述内对焦结构中，通过在所述光轴的方向上仅移动所述第一透镜组 中位于缩小侧的两个透镜来执行聚焦。
14. 一种投影型显示设备，其特征在于，包括： 光源； 光阀； 照明光学单元，所述照明光学单元将来自所述光源的光线引导到所述光阀；和 根据权利要求1-13中任一项所述的投影用变焦镜头， 其中，所述显示设备包括在所述光阀处对来自所述光源的光线执行光调制并通过所 述投影用变焦镜头将光线投影到屏幕上的结构。
【文档编号】G02B15/20GK204065542SQ201290000906
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】天野贤 申请人:富士胶片株式会社