投射用变焦透镜以及投射型显示装置的制造方法

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、投射距离的变化所引起的性能的变动少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：第一透镜组(G1)，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，其在变倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动。第一透镜组(G1)从放大侧起依次由具有负光焦度的前组(G1a)、和具有负光焦度的后组(G1b)构成。在对焦时，前组(G1a)固定，仅后组(G1b)沿光轴方向移动。投射用变焦透镜满足与前组G1a的焦距f1a、后组G1b的焦距f1b相关的条件式(1)：f1b/f1a＜0.8。
【专利说明】
投射用变焦透镜以及投射型显示装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及投射用变焦透镜以及投射型显示装置，例如涉及适合将由光阀形 成的原图像放大投射到屏幕上的投射用变焦透镜以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] 以往，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：使用三个该光阀并使它们分别与R(红）、G(绿）、B(蓝)这三种原色 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1A透镜子单元和具有正 屈光力的第1B透镜子单元构成，在对焦时第1A透镜子单元不动而第1B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
[0008] 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， 以更短的投射距离谋求更大的投射画面尺寸的情况也变多。鉴于这些情况，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。为了满足这些要求，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，为了能够应对多样的设置环境，期待即使投射距离发生变化而投射图像的 画质也不会大幅变动，即，期待即使投射距离发生变化而投射用透镜的性能也不会大幅变 动。然而，逆焦式透镜系统容易因投射距离的变化而产生性能的变动，透镜系统越为广角该 变动越显著。 【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、投射距离的变化所引起的性能的变动少且具有良好的光学性能的投射用变焦透镜以 及具备这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，其在变倍时以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具有负光焦度的前组、和具有负光焦度的 后组构成，在对焦时，前组固定，仅后组沿光轴方向移动，所述投射用变焦透镜满足下述条 件式(1)。
[0015] flb/fla<0.8 (1)
[0016] 其中，
[0017] f la:前组的焦距；
[0018] fib:后组的焦距。
[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] flb/fla<0.6 (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)。
[0022] -l<fw/flb<-0.05 (2)
[0023] -0.4<fw/flb<-0.15 (2-1)
[0024] 其中，
[0025] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0026] fib:后组的焦距。
[0027] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式 (3-1) 〇
[0028] 1.5<hla/hlb (3)
[0029] 2.0<hla/hlb<4.0 (3-1)
[0030] 其中，
[0031 ] 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；
[0032] hi b: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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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以上，所述投射用变焦透镜满足下述条件式(4)以及(5)。
[0037] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (4)
[0038] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (5)
[0039] 其中，
[0040] Ndn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[00411 vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0042] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0043] vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0044] 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)〇
[0045] fw/fla| <0.3 (6)
[0046] fw/fla| <0.2 (6-1)
[0047] 其中，
[0048] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0049] f la:前组的焦距。
[0050] 本实用新型的投射用变焦透镜也可以构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变 倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动的三个移动透镜组、以及在变倍时固定且具 有正光焦度的最终透镜组构成，或者还可以构成为从放大侧起依次由第一透镜组、在变倍 时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、以及在变倍时固定且具有 正光焦度的最终透镜组构成。
[0051] 本实用新型的投射用变焦透镜优选满足下述条件式(7)，更优选满足下述条件式 (7-1)。
[0052] 2.5<Bf/fw (7)
[0053] 3.5<Bf/fw<10.0 (7-1)
[0054] 其中，
[0055] 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；
[0056] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0057]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；以及 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。
[0058]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。
[0059]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。
[0060] 需要说明的是，上述的"由~构成"是指"实质上由~构成"，除了举出的构成要素 之外，也可以包括实质上不具有屈光力的透镜、光阑、玻璃罩等透镜以外的光学要素等。
[0061] 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。
[0062]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以及上述 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。
[0063]需要说明的是，本说明书中的后焦距是指以缩小侧为后侧的情况下的后焦距。 [0064]实用新型效果
[0065] 根据本实用新型，在最靠放大侧配置变倍时固定的第一透镜组、在比第一透镜组 靠缩小侧的位置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， 适当地设定第一透镜组的结构，且设定为满足规定的条件式，因此能够提供一种广角、具有 较长的后焦距、投射距离的变化所引起的性能的变动少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。
【附图说明】
[0066] 图1是表示本实用新型的一个实施方式所涉及的投射用变焦透镜的透镜结构以及 光路的剖视图。
[0067] 图2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。
[0068] 图3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。
[0069] 图4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。
[0070] 图5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、歪曲像差图以及倍率色差图。
[0071] 图6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、歪曲像差图以及倍率色差图。
[0072] 图7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、歪曲像差图以及倍率色差图。
[0073]图8是本实用新型的一个实施方式所涉及的投射型显示装置的概要结构图。
[0074]图9是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概要结构图。
[0075]图10是本实用新型的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概要结构图。
[0076] 附图标记说明
[0077] 1图像显示面
[0078] 2光学构件
[0079] 4轴上光束
[0080] 5最大视场角的光束 [0081] 5c最大视场角的主光线 [0082] 10、210、310投射用变焦透镜
[0083] 11a~11c透射型显示元件
[0084] 12、13、32、33 二向色镜
[0085] 14、34十字二向色棱镜
[0086] 15、215、315 光源
[0087] 16a~16c聚光透镜
[0088] 18a~18c、38全反射镜
[0089] 21a~21c DMD元件
[0090] 24a~24c TIR棱镜
[0091] 25、35a~35c偏光分离棱镜
[0092] 31a~31c反射型显示元件
[0093] 100、200、300投射型显示装置
[0094] 105、205、305 屏幕 [0095] G1第一透镜组
[0096] Gla 前组
[0097] Gib 后组 [0098] G2第二透镜组 [0099] G3第三透镜组 [0100] G4第四透镜组 [0101] G5第五透镜组 [0102] Ge最终透镜组
[0103] L11 ~L23、L31、L41 ~L45、L51 ~L55、L61 透镜
[0104] Z 光轴
【具体实施方式】
[0105] 以下，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 的一个实施方式所涉及的投射用变焦透镜的广角端处的透镜结构、轴上光束4以及最大视 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。
[0106] 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。
[0107] 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 示装置中也可以构成为:将来自光源的光束通过颜色分离光学系统而分离为三种原色，配 设三个光阀供各原色用，从而能够显示全色彩图像。
[0108] 该投射用变焦透镜具备:第一透镜组G1，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G1靠缩小侧的位置，在变 倍时以使光轴方向的相互间隔变化的方式移动。这样，通过使最靠放大侧的第一透镜组G1 为负透镜组，有利于得到宽的视场角。
[0109]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G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4以及 最终透镜组Ge构成。其中，第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4为在从广角端向望 远端变倍时以使相邻的透镜组的间隔变化的方式移动的透镜组，这三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、第三透镜组G3、第四透镜组G4均不逆行地向放大侧移动。
[0110]第一透镜组G1实质上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Gib构成。通过使构成第一透镜组G1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。在对焦时，前组Gla固定，仅后组Gib沿光轴方向移动。即，后组Gib为聚 焦组，在图1的后组Gib的上方记载的水平方向的双箭头表示后组Gib为聚焦组。通过这样采 用内聚焦方式，在对焦时可以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。
[0111] 优选后组Gib的最靠缩小侧的透镜为负透镜，后组Gib的从缩小侧起第二片透镜为 正透镜。在这种情况下，成为对像散的修正有效的结构。
[0112] 另外，优选后组Gib的最靠缩小侧的透镜面为凹面。在这种情况下，能够通过第一 透镜组G1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。
[0113] 该投射用变焦透镜构成为满足下述条件式(1)。
[0114] flb/fla<0.8 (1)
[0115] 其中，
[0116] f la:前组的焦距；
[0117] fib:后组的焦距。
[0118] 需要说明的是，前组Gla、后组Gib均为负透镜组，因此flb/fla取正值，即0<flb/ f la〇
[0119] 通过避免成为条件式（1)的上限以上，能够确保后组Gib的光焦度，能够抑制对焦 时后组Gib的移动量变得过大，因此能够减少投射距离发生变化时的性能的变动。为了提高 关于条件式(1)的上述效果，优选满足下述条件式(1-1)。
[0120] flb/fla<0.6 (1-1)
[0121] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(2)。
[0122] -l<fw/flb<-0.05 (2)
[0123] 其中，
[0124] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0125] fib:后组的焦距。
[0126] 通过避免成为条件式(2)的下限以下，能够防止后组Gib的负光焦度变得过强，有 利于歪曲像差和像面弯曲的良好的修正。通过避免成为条件式(2)的上限以上，能够确保后 组Gib的光焦度，能够抑制对焦时后组Gib的移动量变得过大，因此能够减少投射距离发生 变化时的性能的变动。另外，通过避免成为条件式(2)的上限以上，能够确保后组Gib的光焦 度，容易确保后焦距。为了提高关于条件式(2)的上述效果，优选满足下述条件式(2-1)。
[0127] -0.4<fw/flb<-0.15 (2-1)
[0128] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(3)。
[0129] 15<hla/hlb (3)
[0130] 其中，
[0131 ] 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；
[0132] hi b: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。
[0133] 条件式(3)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Gib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中例示出hla、hlb。通过避免成为条件式(3)的下限以下，即便为广角的透镜系统，也 容易抑制投射距离发生变化时的性能的变动。
[0134] 为了提高关于条件式(3)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(3-1)的下限以 下。另外，通过避免成为条件式(3-1)的上限以上，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。
[0135] 2.0<hla/hlb<4.0 (3-1)
[0136] 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以上，且满 足下述条件式(4)以及(5)。
[0137] Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (4)
[0138] Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (5)
[0139] 其中，
[0140] Ndn:构成前组的接合透镜的负透镜的关于d线的折射率；
[0141 ] vdn:构成前组的接合透镜的负透镜的d线基准的阿贝数；
[0142] Ndp:构成前组的接合透镜的正透镜的关于d线的折射率；
[0143] vdp:构成前组的接合透镜的正透镜的d线基准的阿贝数。
[0144] 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。
[0145] 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以上，能够良好地修正像面弯曲、像散。另外，通过选择前组Gla的接合透镜的材质以满 足条件式(4)以及(5 )，能够良好地修正像面弯曲、倍率色差。
[0146] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(6)。
[0147] fw/fla| <0.3 (6)
[0148] 其中，
[0149] fw:广角端处的整个系统的焦距；
[0150] f la:前组的焦距。
[0151] 通过避免成为条件式(6)的上限以上，能够抑制前组Gla的光焦度变得过强，能够 容易良好地修正包括歪曲像差在内的各种像差。
[0152] 需要说明的是，在将投射用变焦透镜搭载于投射型显示装置时存在无法忽视的量 的法兰距误差的情况下，共辄位置会从设计中假定的位置偏移，因此有时使聚焦组移动来 进行调整。但若进行这样的调整，则像面弯曲有发生变动的倾向，尤其在广角的透镜系统中 该倾向表现得尤为显著。另外，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 会从设计中假定的值发生改变。于是作为这些情况下的对策，也可以构成为通过使前组Gla 沿光轴方向移动来修正像面弯曲。在采用这种结构的情况下，通过避免成为条件式(6)的上 限以上，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而修正像面弯曲。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。
[0153] 为了提高关于条件式(6)的上述效果，优选满足下述条件式(6-1)。
[0154] fw/fla| <0.2 (6-1)
[0155] 另外，该投射用变焦透镜优选满足下述条件式(7)。
[0156] 2.5<Bf/fw (7)
[0157] 其中，
[0158] 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；
[0159] fw:广角端处的整个系统的焦距。
[0160]条件式（7)的Bf是空气换算距离下的后焦距，条件式(7)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(7)的下限以下，能够确保适当长度的后焦 距。为了提高关于条件式(7)的上述效果，更优选避免成为下述条件式(7-1)的下限以下。另 外，通过避免成为条件式(7-1)的上限以上，能够抑制透镜系统全长，能够抑制透镜系统的 大型化。
[0161] 3.5<Bf/fw<10.0 (7-1)
[0162] 另外，如图1所示，优选该投射用变焦透镜的缩小侧具有良好的远心性。缩小侧具 有良好的远心性是指，在聚光于缩小侧共辄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心性的透镜系统，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。
[0163] 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G1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心性。
[0164] 图1所示的例子实质上从放大侧起依次由第一透镜组G1、在变倍时以使相互间隔 变化的方式移动的三个移动透镜组、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以构成为实质上从放大侧起依次由第一透镜 组、在变倍时以使相互间隔变化的方式移动的四个移动透镜组、以及在变倍时固定且具有 正光焦度的最终透镜组构成。
[0165] 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。
[0166] 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涉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°以上的透镜系统。
[0167] 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， 以下所示的实施例的数值数据全部是以在投射距离为无限远时广角端处的整个系统的焦 距为1 .〇〇的方式标准化后的数值数据。
[0168] [实施例1]
[0169]图2示出实施例1的投射用变焦透镜的剖视图。在图2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G1~第四透镜组G4、以及最终透镜组Ge这五个透镜组构成。在变倍时仅 第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一透镜组G1和最终透镜组Ge固定。
[0170]第一透镜组G1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Gib构成。在对焦时仅后组Gib移动。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透 镜L11、凹面朝向缩小侧的三片负的透镜L12~L14、凹面朝向缩小侧的负弯月形状的透镜 L15、以及双凸形状的透镜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Gib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、以及双凹形状的透镜L19构成。构成后组G1 b的透镜全部为单 透镜。
[0171]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。第三透镜组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这五片透镜构成。最终透镜组Ge仅由双凸形状的透镜 L51构成。
[0172] 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-栏中示出以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（1 = 1、2、3、一）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+Ι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。
[0173] 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个〇 = 1、2、3、一）构成要素的关于(1线(波长587.611111)的折射率，在￥(^-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 外，在表1中，关于在变倍时变化的可变面间隔，使用了DD[]这样的标号，在[]中标注该间隔 的放大侧的面编号并记入到Di-栏中。
[0174] 在表2中，以d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 缩小侧共辄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 ω、以及可变面间 隔的值。Bf即为空气换算距离下的后焦距。2ω-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的可变面间隔以外的值是投射距离为无限远时的值。需要说明的是，在以下所示的 各表中记载了以规定的位数取整后的数值。
[0175] 【表1】
[0176] 实施例1 「01771

[0181] 图5示出实施例1的投射用变焦透镜的各像差图。在图5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，在上数第三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(畸变）、倍率色差(倍率的色差）。在球面像差图中，分别以黑实线、 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486.1nm)的像 差。在像散图中，分别以实线、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)这样的标号。在歪曲像差图中，以实线示出关于d线的像差。在倍率色差图 中，分别以长虚线、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ω是指半视场角。
[0182] 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 在以下的实施例中也相同，因此以下省略重复说明。
[0183] [实施例2]
[0184] 图3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G1~第四透镜组G4、以 及最终透镜组Ge这五个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第四透镜组G4移动，第一 透镜组G1和最终透镜组Ge固定。
[0185] 第一透镜组G1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Gib构成。在对焦时仅后组Gib移动。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透 镜L11、凹面朝向缩小侧的三片负的透镜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、以及凸面朝向缩小侧 的正弯月形状的透镜L18构成。透镜L15与透镜L16接合。后组Gib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Gib的透镜全部为 单透镜。
[0186] 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。第三透镜组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这五片透镜构成。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6示出实施例2的投射用变焦透镜的各像差图。
[0187] 【表3】
[0188] 实施例2
[0189]

[0193] [实施例3]
[0194] 图4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G1~第五透镜组G5、以 及最终透镜组Ge这六个透镜组构成。在变倍时仅第二透镜组G2~第五透镜组G5移动，第一 透镜组G1和最终透镜组Ge固定。
[0195] 第一透镜组G1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Gib构成。在对焦时仅后组Gib移动。前组Gla从放大侧起依次由凸面朝向放大侧的正的透 镜L11、凹面朝向缩小侧的三片负的透镜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、以及凸面朝向缩小侧 的正弯月形状的透镜L18构成。透镜L15与透镜L16接合。后组Gib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Gib的透镜全部为 单透镜。
[0196] 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。第三透镜组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这五片透镜构成。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7示出实施例3的投射用变焦透镜的各像差 图。
[0197] 【表5】
[0198] 实施例3
[0199]

[0203] 表7的上段示出实施例1~3的条件式（1)~(7)的对应值。关于条件式(4)、（5)示出 左边和右边这双方的对应值。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。
[0204] 【表7】
[0205]

[0207] 根据以上的数据可知，实施例1~3的投射用变焦透镜的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，且良 好地修正了各种像差而实现了高光学性能。另外，实施例1~3的投射用变焦透镜即便投射 距离发生变化，也几乎不存在像差的变动而维持高光学性能，实现了投射距离的变化所引 起的性能的变动非常少的透镜系统。
[0208] 接下来，对本实用新型的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图8是本实 用新型的一个实施方式所涉及的投射型显示装置的概要结构图。图8所示的投射型显示装 置100具备:本实用新型的实施方式所涉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11a~11c;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 ;以及用于使光路偏转的全反射镜18a~ 18c。需要说明的是，在图8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8中省略了其图示。
[0209] 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11a~ 11c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11a~11c进行了光调制后的光而形成的光学像 投射到屏幕105上。
[0210] 图9是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概要结构图。图9所 示的投射型显示装置200具备:本实用新型的实施方式所涉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;用于进行颜色分解以及颜色合成的 TIR(Total Internal Reflection;全内反射)棱镜24a~24c;以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9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9中省略了其图示。
[0211] 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2 la~ 21c进行了光调制后的光而形成的光学像投射到屏幕205上。
[0212] 图10是本实用新型的又一实施方式所涉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300具备:本实用新型的实施方式所涉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;以及 偏光分离棱镜35a~35c。需要说明的是，在图10中，简要地图示了投射用变焦透镜310。另 外，在光源315与二向色镜32之间配置有积分仪，但在图10中省略了其图示。
[0213] 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。
[0214] 以上，列举实施方式以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。
[0215] 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具有负光焦度的前组、和具有负光焦度的后组构 成， 在对焦时，所述前组固定，仅所述后组沿光轴方向移动， 所述投射用变焦透镜满足下述条件式(1): flb/fla<0.8 (1) 其中， fla:所述前组的焦距； fib:所述后组的焦距。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): -l<fw/flb<-0.05 (2) 其中， fw:广角端处的整个系统的焦距。3. 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(3): 1.5<hla/hlb (3) 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。4. 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。5. 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。6. 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。7. 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(4)以及(5): Ndn<-0.01Xvdn+2.1 (4) Ndp<-0.01Xvdp+2.1 (5) 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。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满足下述条件式(6): fw/fla|<0.3 (6) 其中， fw:广角端处的整个系统的焦距。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、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。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。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(7): 2.5<Bf/fw (7) 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； fw:广角端处的整个系统的焦距。12. 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): flb/fla<0.6 (1-1)。13. 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): -0.4<fw/flb<-0.15 (2-1)〇14. 根据权利要求3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(3-1): 2.0<hla/hlb<4.0 (3-1)〇15. 根据权利要求8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): fw/fla|<0.2 (6-1 )〇16. 根据权利要求11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(7-1): 3.5<Bf/fw<10.0 (7-1)〇17. -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16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】G02B15/14GK205608279SQ201620256064
【公开日】2016年9月28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