专利名称：用于投影的变焦透镜和投影型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于投影的变焦透镜和其上安装用于投影的变焦透镜的投影型显示
直O
背景技术：
近年来，广泛使用投影型显示装置，如投射型或发射型液晶显示装置和DMD (数字 微镜装置)显示装置，其采用各种电灯泡，并具有相对长的后焦点。而且，这种装置的性能 正变得越来越高。在多数情况中，投影型显示装置采用变焦透镜(zoom lens)作为投影透镜，变焦透 镜可以改变形成在屏幕上的图像的尺寸。近来，对能够极大地改变图像的尺寸的变焦透镜， 换句话说，对具有较高的变焦比的变焦透镜的需求不断增加。而且，变焦透镜的透镜移位功能和加宽功能变得是需要的。透镜移位功能将投射 的图像相对于投影型显示装置的中心例如移向上侧。加宽功能可以在靠近投影型显示装置 的位置处投射大的图像。因此，需要具有较宽的角度(较宽的视角)的变焦透镜。而且，采用多个电灯泡的光学系统等需要用于插入将分别从所述多个电灯泡输出 的各种颜色的光束组合在一起的棱镜的空间。因此，需要长的后焦点。按照惯例，例如在日本未审查专利公开No. 2007-240731(专利文献1)或日本未审 查专利公开No. 2007-30似68 (专利文献幻中披露的这种类型的投影型变焦透镜是已知的。然而，关于变焦比、视角和后焦点，在专利文献1和专利文献2中披露的变焦透镜 中的任一个都不满足近年来的需求。
发明内容考虑到前述情况，本发明的目标是提供一种用于投影的变焦透镜，具有宽的视角 和高的变焦比，其中保持足够长的用于插入用于组合光束的棱镜的后焦点。用于投影的变 焦透镜可以出色地修正各种像差。而且，本发明的另一个目标是提供其上安装用于投影的 变焦透镜的投影型显示装置。根据本发明的的用于投影的第一变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，包括第一透镜组，具有负屈光力(negativerefractive power)；第二透镜组，具有正屈光力(positiverefractive power)；第三透镜组，具有正屈光力；第四透镜组，具有负屈光力；第五透镜组，具有正屈光力；和第六透镜组，具有正屈光力，第一至第六透镜组从该变焦透镜的放大侧配置，其中 该变焦透镜的缩小侧是远心的，并且其中当该变焦透镜的放大倍率改变时，第一透镜组和 第六透镜组是固定的，且第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组中的每一个沿 着该变焦透镜的光轴移动，并且其中第四透镜组为具有面向放大侧的凹面的负透镜，并且其中第五透镜组包括至少两个正透镜和至少两个负透镜，并且其中满足下述公式(1)-5. 0 ^ f4/fw ^ -1. 2. . . (1),其中，f4为第四透镜组的焦距，以及fw为该变焦透镜的整个系统在广角端处(宽广端)的焦距。根据本发明的用于投影的第二变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中在用于 投影的第一变焦透镜中满足下述公式O)2. 0 彡 Bf/fw 彡 5. 0. · · (2)，其中Bf为该变焦透镜的整个系统的缩小侧的空气中的后焦点。根据本发明的用于投影的第三变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中在用于 投影的第一或第二变焦透镜中满足下述公式(3)1. 5 彡 ft/fw. · · (3)，其中ft为该变焦透镜望远端的整个系统的在望远端(tele end)的焦距。根据本发明的用于投影的第四变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中在用于 投影的第一至第三变焦透镜中的任何一个满足下述公式55 ^ ν 5. · · (4)，其中ν 5为包括在第五透镜组中的正透镜的阿贝数(Abbe numbers)的平均值。根据本发明的用于投影的第五变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中第五透 镜组包括从在用于投影的第一至第四的变焦透镜的任一种中的放大侧配置的负透镜、正透 镜、负透镜和正透镜。根据本发明的用于投影的第六变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中在用于 投影的第五变焦透镜的第五透镜组中的负透镜、正透镜、负透镜和正透镜形成两个粘合透 镜，每个粘合透镜由负透镜和正透镜构成。根据本发明的用于投影的第七变焦透镜是一种用于投影的变焦透镜，其中用于投 影的第一至第六的变焦透镜的任一种的第一透镜组包括至少一个非球面。根据本发明的一种投影型显示装置，包括光源；电灯泡；照明光学部件，将从光源输出的光束引导至电灯泡；和用于投影的第一至第七变焦透镜的中任一项，变焦透镜的缩小侧是远心的，其中 从光源输出的光束由电灯泡调制，并通过用于投影的变焦透镜投射在屏幕上。术语“放大侧(magnification side) ”是指投影侧(屏幕侧)，即使在缩影投影中， 为了方便起见，屏幕侧也称为放大侧。同时，术语“缩小侧(reductionside)”是指原始图像 显示区域侧(电灯泡侧)，即使在缩影投影中，为了方便起见，电灯泡侧也称为缩小侧。本发明的用于投影的变焦透镜和采用本发明的用于投影的变焦透镜的投影型显 示装置可以充分地满足近年来对于变焦比、视角和后焦点的所有需求。通常，当变焦比高时，每个透镜组的移动量趋向于大。因此，广角端(wide angle end)和望远端(telescopic end)处的球面像差和场曲的像差平衡退化严重。然而，在本发 明的变焦透镜中，作为活动组中的中间组的第四透镜组具有负屈光力。因此，可以极大地修 正像差的该透镜组配置在移动量大(改变放大倍率的幅度大)的透镜组之间。在这里，能
4够降低广角端和望远端处的球面像差和场曲的像差平衡的退化。而且，当焦距设为满足公式(1)时，能够以更出色的方式满足变焦透镜的动作和 影响。能够进一步降低广角端和望远端处的球面像差和场曲的像差平衡的退化，同时维持 高的变焦比。而且，当第四透镜组为简单透镜(单透镜)时，能够降低变焦透镜的成本。而且，当整体具有正屈光力的第五透镜组包括至少两个正透镜和至少两个负透镜 时，可以通过负透镜和正透镜的组合放大消色差效果。而且，能够有效地修正由增加视角引 起的场曲(沿矢形方向的场曲率)。
图1为图示实施例1的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图2为图示实施例2的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图3为图示实施例3的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图4为图示实施例4的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图5为图示实施例5的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图6为图示实施例6的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图7为图示实施例7的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图8为图示实施例8的用于投影的变焦透镜中的透镜的结构和广角端 望远端(远视)处的各个透镜组的移动位置的示意图；图9A至9L为图示实施例1的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图IOA至IOL为图示实施例2的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图IlA至IlL为图示实施例3的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图12A至12L为图示实施例4的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图13A至13L为图示实施例5的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图14A至14L为图示实施例6的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；图15A至15L为图示实施例7的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意(宽广)和 (宽广)和 (宽广)和 (宽广)和 (宽广)和 (宽广)和 (宽广)和 (宽广)和[0056]图16A至16L为图示实施例8的用于投影的变焦透镜在广角端(宽广)、中间位置 (中间)、望远端(远视)处的像差的示意图；以及图17为图示根据本发明实施方式的投影型显示装置的一部分的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的各实施方式。图1为图示根据本发明实施例1的 变焦透镜中的透镜在广角端(宽广)和望远端(远视)处的结构的示意图。该变焦透镜将 用作用于描述本发明的实施方式的典型实施例。根据本发明实施方式的变焦透镜可以用作安装在投影型显示装置上的用于投影 的变焦透镜。例如，本发明的用于投影的变焦透镜包括第一透镜组G1、第二透镜组(；2、第三 透镜组&、第四透镜组(^4、第五透镜组(^5和第六透镜组G6,它们从放大侧顺序地设置。第一 透镜组G1在放大倍率改变时以固定状态进行聚焦，并具有负屈光力。第二透镜组( 在放大 倍率改变时沿着变焦透镜的光轴Z移动，且具有正屈光力。第三透镜组( 在放大倍率改变 时沿着变焦透镜的光轴Z移动，且具有正屈光力。第四透镜组在放大倍率改变时沿着变 焦透镜的光轴Z移动，且具有负屈光力。第五透镜组在放大倍率改变时沿着变焦透镜的 光轴Z移动，且具有正屈光力。第六透镜组在放大倍率改变时固定，并具有正屈光力。第二透镜组( 、第三透镜组( 、第四透镜组和第五透镜组中的每一个在放大 倍率从广角端改变至望远端时从变焦透镜的缩小侧移动至变焦透镜的放大侧。在首先移向 缩小侧之后，透镜组可以移向放大侧(在每个实施例中，第四透镜组&设置为在移到缩小 侧后移向放大侧)。而且，缩小侧形成为基本上远心(远心系统)。第四透镜组(；4为具有面向放大侧的凹面的负的简单透镜。而且，第五透镜组(}5包 括至少两个正透镜和至少两个负透镜。例如，第一透镜组G1由四个透镜L1至L4构成(在实施例8中为三个透镜)。第二 透镜组&由两个透镜L5和L6构成(在实施例8中为一个透镜)。第三透镜组( 由两个透 镜1^和1^8构成，第四透镜组(；4为单透镜1^9。第五透镜组由五个透镜Lltl至Lw构成(在 实施例2、3和5中为六个透镜)。第六透镜组由两个透镜L15和L16构成(在实施例5至 8中为一个透镜)。而且，例如，通过沿变焦透镜的光轴ζ的方向移动整个第一透镜组G1进行聚焦。第六透镜组(；6为在放大倍率改变时固定的中继透镜。而且，颜色合并棱镜2(包括 各种滤波器，如低通滤波器，以下相同)作为电灯泡设置在第六透镜组(^6和图像显示平面1 之间。而且，可预期的是，本发明实施方式的用于投影的变焦透镜满足下述公式(1)-5. 0 ^ f4/fw ^ -1. 2. · · (1)，其中f4为第四透镜组&的焦距；以及fw为变焦透镜的整个系统在广角端处的焦距。公式(1)定义了第四透镜组&的放大倍数。公式(1)表示用于广角端和望远端 处的球面像差和场曲(像差变化)的平衡的恶化的情况。当f4/fw的值大于由公式(1)表示的上限时，第四透镜组的负屈光力太强，光轴上的光纤被过度折射。因此，变得难以抑制像差平衡的恶化。而且，甚至变得难以修正球 面像差。当f4/fw的值小于由公式(1)表示的下限时，第四透镜组的负屈光力太弱。因 此，变得难以实现更大的有益效果，以防止像差平衡的恶化。而且，变得难以维持插入颜色 合并棱镜等必需的后焦点。因此，更可预期的是，代替公式(1)，满足下述公式(1’)-4. 0 ^ f4/fw ^ -1. 5. . . (1，)。而且，甚至更可预期的是，代替公式(1’)，满足下述公式(1”)-3. 0 ^ f4/fw ^ -1. 7. . . (1”)。可预期的是，根据本发明实施方式的用于投影的变焦透镜满足下述公式O)2. 0 彡 Bf/fw 彡 5. 0. · · (2)，其中，Bf为变焦透镜的整个系统的缩小侧上的空气中的后焦点；以及fw为变焦透镜的整个系统在广角端处的焦距。公式O)定义了后焦点。具体地，不希望的是，Bf/fw的值超过由公式( 定义的上限，因为该透镜系统的 尺寸变大。相反，当Bf/fw的值低于由公式(2)定义的下限时，变得难以将诸如颜色合并棱 镜之类的颜色合并单元插入变焦透镜和电灯泡之间。因此，更可预期的是，代替公式O)，满足下述公式(2’)，代替2. 5 彡 Bf/fw 彡 4. 0. · · (2，)。而且，甚至更可预期的是，代替公式(2’)，满足下述公式O”)2. 7 彡 Bf/fw 彡 3. 7. · · {2") 0可预期的是，根据本发明实施方式的用于投影的变焦透镜满足下述公式(3)1. 5 彡 ft/fw. · · (3)，其中ft为变焦透镜在望远端处的整个系统的焦距；以及fw为变焦透镜的整个系统在广角端处的焦距。公式(3)定义了变焦比，其为望远端处的焦距与广角端处的焦距之比。当ft/fw 的值变得小于下限时，变得难以改善装置的安装性能。可预期的是，根据本发明实施方式的用于投影的变焦透镜满足下述公式55 ^ ν 5. · · (4)，其中v5为包括在第五透镜组&中的正透镜的阿贝数的平均值。公式(4)定义了包括在第五透镜组中的正透镜的阿贝数的平均值。如果v5 的值变得小于由公式(4)定义的下限，则横向色差变得太大。在这里，变得难以修正各种像差。因此，更可预期的是，代替公式，满足下述公式(4’ )65 ^ ν5· · · (4，)。而且，甚至更可预期的是，代替公式(4’)，满足下述公式0”)70 ^ v5. . . 0”)。可预期的是，第五透镜组&包括从放大侧配置的负透镜、正透镜、负透镜和正透 镜。当整体具有正屈光力的第五透镜组&包括至少两个正透镜和至少两个负透镜时，能够 通过负透镜和正透镜的组合放大消色差效果。而且，能够有效地修正由通过增加视角引起的场曲(沿矢形方向的场曲率)。而且，可预期的是，第五透镜组&中的负透镜、正透镜、负透镜和聚透镜形成两个 粘合透镜，每个粘合透镜由负透镜和正透镜构成。当如上所述配置两个粘合透镜(负-正 粘合透镜)(每个粘合透镜由负透镜和正透镜构成)时，能够进一步放大消色差效果和修改 场曲的影响。可预期的是，第一透镜组G1包括至少一个非球面。因此，非球面配置在离放大侧 最远(换句话说，离变焦透镜的放大侧端最近)的透镜组中，在离放大侧最远处光束的直径 大。因此，能够有效地降低各种像差。接下来，将简要地描述根据本发明实施方式的投影型显示装置。图17为用于根据 本发明实施方式的投影型显示装置的结构的示意图。图17中图示的投影型显示装置包括作为电灯泡的投射型液晶屏Ila至11c。而 且，投影型显示装置采用根据本发明前述实施方式的用于投影的变焦透镜作为用于投影的 透镜10。而且，诸如蝇眼透镜或透镜阵列之类的积分器(未图示)配置在光源20和分色镜 12之间。从光源20输出的白光通过照明光学部件进入液晶屏Ila至11c，其分别对应于三 色光束(G光、B光和R光)，并被调制。而且，被调制的光由正交分色棱镜14合并，并通过 用于投影的透镜10投射在平面(未图示)上。投影型显示装置包括用于分离光的分色镜 12和13、用于合并颜色的分色棱镜14、聚焦透镜16a至16c、以及全反射镜18a至18c。投 影型显示装置采用根据本发明实施方式的用于投影的变焦透镜10。因此，投影型显示装置 是紧凑型的，且实现了宽的视角。而且，投影型显示装置可以投射亮的(明亮的)的图像， 且具有良好的图像质量。图17中图示的投影型显示装置是本发明的一种实施方式，各种修改是可行的。例 如，代替投射型液晶屏，发射型液晶屏或DMD可以用作电灯泡。实施例通过采用具体的实施例进一步描述根据本发明的用于投影的变焦透镜。根据接下 来的描述，每个数值数据集，如R和D，被归一化，使得广角端处的焦距为1。〈实施例1>图1为图示实施例1的用于投影的变焦透镜中广角端(宽广)和望远端(远视) 处的各个透镜组的移动位置和移动路径的示意图。在实施例1的用于投影的变焦透镜中，第一透镜组G1由从用于投影的变焦透镜的 放大侧顺序配置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4构成。第一透镜L1 为双非球面透镜(非球面-非球面透镜)，其两面都是非球面，且具有弱的放大倍率。第二 透镜L2为具有面向缩小侧的凹面的负凹凸透镜。第三透镜L3为具有面向缩小侧的凹面的 负凹凸透镜。第四透镜L4为双凹透镜，其两面都是凹面。而且，第二透镜L2和第三透镜L3 粘合在一起，以形成粘合透镜。第二透镜组(；2由从放大侧顺序配置的第五透镜L5和第六透镜L6构成。第五透镜 L5为双凸透镜(凸-凸透镜)。第六透镜L6为具有面向放大侧的凸面的正凹凸透镜。第三透镜组( 由从放大侧顺序配置的第七透镜L7和第八透镜L8构成。第七透镜 L7为双凸透镜。第八透镜L8为具有面向缩小侧的凸面的负凹凸透镜。第七透镜L7和第八 透镜L8粘合在一起，以形成粘合透镜。
8[0112]第四透镜组&仅包括第九透镜1^9，其为双凹透镜。第五透镜组&由从放大侧顺序 配置的第十透镜Lltl、第十一透镜Ln、十二透镜L12、第十三透镜L13和第十四透镜L14构成。第 十透镜Lltl为具有面向放大侧的凸面的负凹凸透镜。第十一透镜L11为双凸透镜，第十二透 镜L12为双凹透镜。第十三透镜L13为双凸透镜，第十四透镜L14为双凸透镜。第十透镜Lltl 和第十一透镜L11粘合在一起，形成粘合透镜。而且，第十二透镜L12和第十三透镜L13粘合 在一起，形成粘合透镜。第六透镜组G6由从放大侧顺序配置的第十五透镜L15和第十六透镜L16构成。第 十五透镜L15为双非球面透镜，其形成具有面向缩小侧的凸面的负凹凸透镜。第十六透镜 L16为具有面向缩小侧的凸面的正凹凸透镜。第一透镜L1和第十五透镜L15中的每一个的非球面由下述等式(1)定义[等式1]
权利要求1.一种用于投影的变焦透镜，包括 第一透镜组，具有负屈光力； 第二透镜组，具有正屈光力； 第三透镜组，具有正屈光力； 第四透镜组，具有负屈光力； 第五透镜组，具有正屈光力；和第六透镜组，具有正屈光力，第一至第六透镜组从该变焦透镜的放大侧开始配置， 其中该变焦透镜的缩小侧是远心的，并且其中当该变焦透镜的放大倍率改变时，第一透镜组和第六透镜组是固定的，且第二透 镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组中的每一个沿着该变焦透镜的光轴移动，并且 其中第四透镜组为具有面向放大侧的凹面的负透镜，并且其中第五透镜组包括至少两 个正透镜和至少两个负透镜，并且 其中满足下述公式⑴ -5. 0 彡 f4/fw 彡-1. 2. · · (1)， 其中，f4为第四透镜组的焦距，以及 fw为该变焦透镜的整个系统在广角端处的焦距。
2.根据权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，其中满足下述公式O)2.0 彡 Bf/fw 彡 5. 0. · · (2)，其中Bf为该变焦透镜的整个系统的缩小侧的空气中的后焦点。
3.根据权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，其中满足下述公式(3) 1. 5 彡 ft/fw. · · (3)，其中ft为该变焦透镜望远端的整个系统在望远端的焦距。
4.根据权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，其中满足下述公式 55 ^ ν 5. · · (4)，其中ν5为包括在第五透镜组中的正透镜的阿贝数的平均值。
5.根据权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，其中第五透镜组包括从放大侧开始配 置的负透镜、正透镜、负透镜和正透镜。
6.根据权利要求5所述的用于投影的变焦透镜，其中第五透镜组中的负透镜、正透镜、 负透镜和正透镜形成两个粘合透镜，每个粘合透镜由负透镜和正透镜构成。
7.根据权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，其中第一透镜组包括至少一个非球
8. 一种投影型显示装置，包括 光源； 电灯泡；照明光学部件，将从光源输出的光束引导至电灯泡；和如权利要求1所述的用于投影的变焦透镜，该变焦透镜的缩小侧是远心的，其中从光 源输出的光束由电灯泡调制，并通过该用于投影的变焦透镜投射在屏幕上。
专利摘要一种用于投影的变焦透镜，包括从该变焦透镜的放大侧开始配置的负第一组G1、正第二组G2、正第三组G3、负第四组G4、正第五组G5和正第六组G6。该变焦透镜的缩小侧是远心的。当该变焦透镜的放大倍率改变时，第一组G1和第六组G6是固定的，且第二至第五组G2-G5移动。第四组G4为具有面向放大侧的凹面的负透镜，并且其中第五组G5包括至少两个正透镜和至少两个负透镜。而且，满足下述公式(1)-5.0≤f4/fw≤-1.2...(1)，其中，f4为第四组的焦距，以及fw为该变焦透镜的整个系统在广角端处的焦距。
文档编号G02B15/177GK201876598SQ20102059453
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月3日 优先权日2009年11月9日
发明者天野贤 申请人:富士胶片株式会社