投射用变焦透镜的制作方法

专利名称：投射用变焦透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于组装于放大投影图像显示元件的图像的投影机的投射用变焦透镜。
背景技术：
在用于放大投影图像显示元件的图像的投影机用的光学系统中，需要(I)配置用于合成来自红、绿、蓝的3个液晶面板的各光束的棱镜的长后焦点，(2)用于防止色不均的发生的良好的远心(telecentric)特性，(3)用于效率很好地取入来自照明系统的光的小孔径焦距比(F number)，即明亮的光学系统。在这样的光学系统、即投射用变焦透镜中，除了性能提高之外，为了以降低成本的目的减少透镜个数并效率很好地对像差进行修正，大多采用非球面透镜。作为非球面透镜的种类，已知有使玻璃材料成型的玻璃铸模非球面透镜、在玻璃球面透镜的表面形成薄的非球面树脂层的复合型非球面透镜、使树脂材料注塑成型的树脂铸模透镜等。投射用变焦透镜中，为了将所投影的图像的失真抑制为很小，大多在放大侧配置大口径的非球面透镜。玻璃铸模的非球面透镜有口径大而加工难且非常高价这样的缺点。复合型的非球面透镜与玻璃铸模非球面透镜相比廉价，但是由于使用玻璃球面透镜作为基础材料，若与后述的树脂铸模透镜相比，则还是高价，由于用薄的树脂层形成非球面形状所以有限制于非球面形状等的缺点。树脂铸模的非球面透镜若与前述的2个非球面透镜相t匕，则成型加工相对容易，即使大口径也可以相对廉价地加工，所以在重视成本的投射用变焦透镜中，大多使用树脂铸模透镜。然而，树脂材料中，基于温度的特性、即线膨胀系数和/或折射率的温度特性若与玻璃材料相比则大一数量级左右。也即，通过使用环境的温度的变化和/或使用时的透镜内部的温度上升等，在树脂制的透镜的情况下，有容易产生焦点移动这样的缺点。作为由于温度变化引起的透镜的焦点移动的主要原因，能考虑以下情况由于环境温度引起的透镜全体的温度的变化、在从图像显示面板射出之后而向投射用变焦透镜入射的光被透镜本身吸收所引起的温度上升、和/或由于照在透镜镜筒内部的多余的光引起的温度上升等。近年来的投影机为了即使在明亮的场所也能使用，正在要求更高的亮度，为了减少由于图像显示面板的遮挡部分引起的光的损失，能采用通过在像素的正前配置微透镜等来提高图像显示面板的实际的透射效率这样的方法。这时，也会有图像显示面板出射的光与照明系统的孔径焦距比相比还要扩散的情况，而由于扩散了的一部分的光照射投射透镜镜筒内壁等，成为投射透镜内部的温度上升的原因，成为产生投射透镜内的温差的原因。作为使用这种的树脂铸模非球面透镜的投射用变焦透镜的现有的例子，存在专利文献I (特开2005-266103号公报)、专利文献2 (特开2010-190939号公报)中的公开。专利文献I中，公开了使用多个树脂透镜的投射透镜的例子，采取通过组合由树脂铸模而成型的负透镜、正透镜，消除由于相互的温度变化引起的焦点移动这样的方法。在这样由负透镜和正透镜消除焦点移动的结构的情况下，关于树脂透镜单体，有能够使其以某种程度具有放大率这样的优点。然而，由于专利文献I的例子中，对投射透镜的开口光阑在放大侧和缩小侧分别配置负的树脂透镜和正的树脂透镜，所以在环境变化那样地存在投射透镜整体的温度变化的情况下，即使在前后的透镜中以消除焦点移动的方式恰当地分配了透镜放大率，如前述的理由，在投射透镜的前后的部分产生温差的情况下，也有产生大的焦点移动这样的缺点。还有，在单独采用树脂透镜的情况下，为了减少由温度变化引起的影响，大多采用通过充分地减小或减弱树脂透镜单体中的放大率来减小由于温度变化引起的焦点移动等的影响这样的方法。专利文献2中，公开了通过经由前述的方法相对减弱树脂透镜的放大率来减少由温度变化引起的影响的投射透镜的例子。然而，由于难以完全去除树脂透镜的放大率，所以若树脂透镜的温度上升变大，则成为引起焦点移动等的原因。通过基本去除树脂透镜的放大率，可以减少温度的影响，但是为了更加减小树脂透镜的放大率，就要增大配置于前后的球面透镜的放大率。这个情况下，由于像差修正变难，所以需要进一步追加球面透镜，这成为成本上升的原因而不利。专利文献1:特开2005-266103号公报专利文献2 :特开2010-190939号公报

发明内容
本发明鉴于上述背景技术的问题而作出，其目的在于提供一种为了以低成本得到明亮的投影机而采用树脂透镜的投射用变焦透镜，即使在投射用变焦透镜内部产生温差的情况下，也难以受到其影响。为了达成上述目的，本发明涉及的投射用变焦透镜是缩小侧大致成为远心的投射用变焦透镜，包括至少3个透镜群，即第I透镜群，配置在最放大侧，在变倍时固定，且具有负的放大率；最后透镜群，配置在最缩小侧，在变倍时固定，且具有正的放大率；和移动透镜群，配置在上述第I透镜群和上述最后透镜群之间，通过移动进行变倍；上述投射用变焦透镜，在进行变倍的移动透镜群中，具有开口光阑；从第I透镜群到最后透镜群，具有多个树脂透镜；在与开口光阑相比位于放大侧的透镜群中配置上述多个树脂透镜中至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜。本发明涉及的投射用变焦透镜中，由于在与开口光阑相比位于放大侧的透镜群中，配置至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜，所以2个具有不同符号的放大率的树脂透镜没有相对分离而配置，能减少焦点的变动量。特别是，由于与开口光阑相比位于放大侧的透镜群也靠近外部气体，难以受到在开口光阑的附近发生的发热的影响，所以在与开口光阑相比位于放大侧配置容易受到温度上升的影响的2个具有不同符号的放大率的树脂透镜，能可靠地降低伴随温度变动的焦点移动。根据本发明的具体的方面，上述投射用变焦透镜中，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜配置在同一透镜群内。这样，通过将2个具有不同符号的放大率的树脂透镜配置在彼此附近，能减少各透镜的温差，即使使用时在投射用变焦透镜内部产生温差，也能减少焦点的变动量。
根据本发明的其他方面，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜配置在相邻的透镜群。根据本发明的其他的方面，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜彼此相邻配置。根据本发明的其他的方面，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜，从放大侧起依次是，具有负的放大率的负树脂透镜、和具有正的放大率的正树脂透镜。这个情况下，容易构成反远焦点型的投射用变焦透镜，通过负树脂透镜，能适当地进行畸变像差的修正。根据本发明的其他的方面，配置在放大侧的具有负的放大率的负树脂透镜是在缩小侧具有凹面的负透镜，配置在缩小侧的具有正的放大率的正树脂透镜是在放大侧具有凸面的正透镜。在这个情况下，关于在负透镜的凹面发散的光线，负透镜和正透镜的相对面的凹凸互相兼备，能抑制在接着入射的凸面的像差发生，各像差的修正变得容易。根据本发明的其他的方面，在将配置在放大侧的具有负的放大率的负树脂透镜的缩小侧的凹面的曲率半径设为Rn，将配置在缩小侧的具有正的放大率的正树脂透镜的放大侧的凸面的曲率半径设为Rp时，满足下面的条件式(I)0. 0〈Rn/Rp〈l. 0.⑴。条件式(I)规定关于在与开口光阑相比位于放大侧配置的树脂透镜的形状的条件。在放大侧配置的负树脂透镜通过施加非球面可以效率很好地抑制畸变像差，但是，在条件式(I)的范围内，通过保持与在附近配置的正树脂透镜的放大侧的凸面的关系，可以效率很好地修正畸变像差、像场弯曲、和像散像差。不利地，若超过条件式⑴的上限，负树脂透镜的曲率半径变得比正树脂透镜的曲率半径大太多，则难以抑制畸变像差，并且，成为彗形像差发生的原因。相反，若超过条件式(I)的下限，负树脂透镜的曲率半径变得比正树脂透镜的曲率半径小太多，则正树脂透镜的放 大侧的面成为凹面，难以修正像场弯曲和/或像散像差，难以得到良好的平坦像场。


图1是表示组装有实施方式的投射用变焦透镜的投影机的概略构成的图。图2(A)及(B)是说明在投影机中组装的投射用变焦透镜的结构的断面图。再者，(A)表示广角端的状态，(B)表示望远端的状态。图3(A)是说明在投射用变焦透镜的广角端状态的光束的状态的断面图，⑶是说明在投射用变焦透镜的望远端状态的光束的状态的断面图。图4(A)及⑶是实施例1的投射用变焦透镜的断面5(A) (C)是实施例1的变焦透镜的像差图。图6(A)及(B)是实施例2的投射用变焦透镜的断面图。图7(A) (C)是实施例2的变焦透镜的像差图。图8(A)及(B)是实施例3的投射用变焦透镜的断面图。图9(A) (C)是实施例3的变焦透镜的像差图。图10(A)及⑶是实施例4的投射用变焦透镜的断面图
图11⑷ (C)是实施例4的变焦透镜的像差图。图12(A)及(B)是实施例5的投射用变焦透镜的断面图。图13⑷ (C)是实施例5的变焦透镜的像差图。图14(A)及⑶是实施例6的投射用变焦透镜的断面图。图15⑷ (C)是实施例6的变焦透镜的像差图。图16(A)及⑶是比较例的投射用变焦透镜的断面图。符号的说明40...投射用变焦透镜，41-47...投射用变焦透镜，G1-G5 (G6)...透镜群，Ll-LlL ..透镜，0A...光轴，ST...开口光阑，1...被投射面
具体实施例方式以下参照附图，详细地说明本发明的实施方式涉及的投射用变焦透镜。如图1所示，组装有本发明的一实施方式涉及的投射用变焦透镜的投影机2包括投射图像光的光学系统部分50和控制光学系统部分50的工作的电路装置80。在光学系统部分50中，光源10是例如超高压水银灯，射出含有R光、G光、和B光的光。在这里，光源10也可以是超高压水银灯以外的放电光源，也可以是LED和/或激光那样的固体光源。第I积分透镜11及第2积分透镜12具有以阵列状排列的多个透镜元件。第I积分透镜11将来自光源10的光束分割为多条。第I积分透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束在第2积分透镜12的透镜元件附近会聚。第2积分透镜12的透镜元件，与重叠透镜14协作，在液晶面板18R、18G、18B形成第I积分透镜11的透镜元件的像。通过这样的构成，来自光源10的光以大致均一的亮度照明液晶面板18R、18G、18B的显示区域的全体。偏振变换元件13使来自第2积分透镜12的光变换成预定的直线偏振光。重叠透镜14使第I积分透镜11的各透镜元件的像，经由第2积分透镜12在液晶面板18R、18G、18B的显示区域上重叠。第I分光镜15使从重叠透镜14入射的R光反射，使G光及B光透过。在第I分光镜15反射的R光经过反射镜16及场透镜17R，向作为光调制元件的液晶面板18R入射。液晶面板18R通过根据图像信号调制R光，形成R色的图像。第2分光镜21,使来自第I分光镜15的G光反射,使B光透过。在第2分光镜21反射的G光，经过场透镜17G，向作为光调制元件的液晶面板18G入射。液晶面板18G，通过根据图像信号调制G光，形成G色的图像。透过第2分光镜21的B光，经过中继透镜22、24和反射镜23、25及场透镜17B，向作为光调制元件的液晶面板18B入射。液晶面板18B，通过根据图像信号调制B光，形成B色的图像。交叉分色棱镜19是光合成用的棱镜，合成在各液晶面板18R、18G、18B调制的光，作为图像光，使其向投射用变焦透镜40行进。投射用变焦透镜40将通过各液晶面板18G、18R、18B调制并在交叉分色棱镜19中合成的图像光放大投射于未图示的屏幕上。电路装置80具备输入视频信号等外部图像信号的图像处理部81，基于图像处理部81的输出驱动设置于光学系统部分50的液晶面板18G、18R、18B的显示驱动部82，通过使设置于投射用变焦透镜40的驱动机构(未图示)工作而调整投射用变焦透镜40的状态的透镜驱动部83，总体控制这些电路部分81、82、83等的工作的主控制部88。图像处理部81将输入的外部图像信号变换为包含各颜色的灰度等的图像信号。再者，图像处理部81也可对外部图像信号进行失真修正、颜色修正等各种图像处理。显示驱动部82，可基于从图像处理部81输出的图像信号使液晶面板18G、18R、18B工作，可使液晶面板18G、18R、18B形成与该图像信号对应的图像或与对该图像信号实施了图像处理而得到的图像信号对应的图像。透镜驱动部83在主控制部88的控制下工作，通过沿着光轴OA使构成投射用变焦透镜40的一部分光学要素适当地移动，可使由投射用变焦透镜40向屏幕上的图像的投影倍率变化。另外，透镜驱动部83通过使投射用变焦透镜40全体在与光轴OA垂直的上下方向移动的仰投的调整，也可使在屏幕上投影的图像的纵向位置变化。以下，参照图2(A)及2 (B)等，具体地说明实施方式的投射用变焦透镜40。再者，在图2(A)等例示的投射用变焦透镜40成为与后述的实施例1的投射用变焦透镜40同样的构成。实施方式的投射用变焦透镜40，从放大侧按顺序，包括在变倍时固定且具有负的放大率的第I透镜群G1、第2透镜群G2、第3透镜群G3、第4透镜群G4、和在变倍时固定且具有正的放大率的第5透镜群G5。在这里，第2透镜群G2和第3透镜群G3和第4透镜群G4是通过移动而进行变倍的移动透镜群。还有，第I透镜群Gl是配置于最放大侧的前端透镜群，第5透镜群G5是配置于最缩小侧的最后透镜群。第I透镜群Gl例如仅具有I个透镜LI，第2透镜群G2例如具有2个透镜L2、L3，第3透镜群G3例如具有I个透镜L4，第4透镜群G4例如具有包括透镜L5、L6的接合透镜及2个透镜L7、L8，第5透镜群G5例如具有I个透镜L9。再者，投射用变焦透镜40在第3透镜群G3和第4透镜群G4之间具有开口光阑S。以上的投射用变焦透镜40中，在与开口光阑S相比位于放大侧的透镜群中，配置至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜。具体地，作为上述至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜，例如在第2透镜群G2中从放大侧按顺序，配置具有负的放大率的负树脂透镜即透镜L2、和具有正的放大率的正树脂透镜即透镜L3。由此，即使产生温度变化，一对透镜L2、L3实现互相消除焦点移动的作用。这些透镜L2、透镜L3在同一个第2透镜群G2内相邻配置。并且，放大侧的负树脂透镜即透镜L2将强的凹面朝向缩小侧，缩小侧的正树脂透镜即透镜L3将强的凸面朝向放大侧。再者，2个具有不同符号的放大率的树脂透镜可通过在同一透镜群内夹着另外的透镜而离开配置，或可分开配置于相邻的一对透镜群内。这样，在与开口光阑S相比位于放大侧的透镜群中，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜即透镜L2、L3没有相对分离而配置的情况下，能减少透镜L2、L3的温差，能减少在投射用变焦透镜40全体的焦点的变动量。由于在投射用变焦透镜40中，特别是在开口光阑S附近从液晶面板18G、18R、18B射出的光束会聚，所以因由照射开口光阑S附近的透镜框等的光引起的发热，与开口光阑S相比位于缩小侧的透镜群(具体地，透镜群G4、G5)大多产生温度上升。相反，与开口光阑S相比位于放大侧的透镜群(具体地，透镜群Gl G3)也靠近外部气体，使用时的温度上升相对少。因此，优选地，容易受到温度上升的影响的树脂透镜配置于与光圈相比位于放大侧，那样，可减少在开口光阑S附近发生的热的影响。因而，通过将容易受到温度上升的影响的树脂透镜(具体地，2个具有不同符号的放大率的透镜L2、L3)配置于与开口光阑S相比位于放大侧，能可靠地降低伴随温度变动的焦点移动。投射用变焦透镜40在未图示的屏幕上投射在液晶面板18G(18R、18B)的被投射面I形成的图像。在这里，在投射用变焦透镜40和液晶面板18G(18R、18B)之间，配置与图1的交叉分色棱镜19相当的棱镜PR。若关于变倍进行说明，则从图2(A)的广角端的状态变化为图2(B)的望远端的状态时，例如第3透镜群G3、第4透镜群G4等沿着光轴OA向放大侧移动。还有，在聚焦时，仅使第I透镜群Gl单独沿着光轴OA移动。投射用变焦透镜40满足已经说明的条件式(I)。即，在将配置在放大侧的负树脂透镜即透镜L2的缩小侧的凹面的曲率半径设为Rn，将配置在缩小侧的正树脂透镜即透镜L3的放大侧的凸面的曲率半径设为Rp时，满足下面的条件式0. 0〈Rn/Rp〈l. 0. · · (1)。不利地，若超过条件式(I)的上限，负树脂透镜即透镜L2的曲率半径变得比正树脂透镜即透镜L3的曲率半径大太多，则难以抑制畸变像差，并且，成为慧形像差发生的原因。相反，若超过条件式(I)的下限，负树脂透镜即透镜L2的曲率半径变得比正树脂透镜即透镜L3的曲率半径小太多，则正树脂透镜的放大侧的面成为凹面，难以修正像场弯曲和/或像散像差，难以得到良好的平坦像场。还有，构成投射用变焦透镜40的透镜群不限于5个，也可以为6个或7个。实施例以下，说明投射用变焦透镜40的具体的实施例。以下归纳了以下说明的实施例1 6共同的各种要素的含义。
R曲率半径
D轴上面间隔(透镜厚或透镜间隔)
ndd线的折射率vdd线的阿贝(abbe)数dn/dt折射率的温度系数
α线膨胀系数
FnoF 值
F全系统的焦点距离ω半视角非球面通过以下的多项式(非球面式)来确定。
cfj *
「00731]
权利要求
1.一种投射用变焦透镜，其特征在于， 上述投射用变焦透镜是缩小侧大致成为远心的投射用变焦透镜，包括至少3个透镜群，即第I透镜群，配置在最放大侧，在变倍时固定，且具有负的放大率；最后透镜群，配置在最缩小侧，在变倍时固定，且具有正的放大率；和移动透镜群，配置在上述第I透镜群和上述最后透镜群之间，通过移动进行变倍； 上述投射用变焦透镜， 在进行上述变倍的上述移动透镜群中，具有开口光阑； 从上述第I透镜群到上述最后透镜群，具有多个树脂透镜； 在与上述开口光阑相比位于放大侧的透镜群中，配置上述多个树脂透镜中至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜。
2.如权利要求1所述的投射用变焦透镜，其特征在于，上述至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜配置在同一透镜群内。
3.如权利要求1所述的投射用变焦透镜，其特征在于，上述至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜配置在相邻的透镜群。
4.如权利要求1所述的投射用变焦透镜，其特征在于，上述至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜彼此相邻配置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的投射用变焦透镜，其特征在于，上述至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜，从放大侧起依次是，具有负的放大率的负树脂透镜、和具有正的放大率的正树脂透镜。
6.如权利要求5所述的投射用变焦透镜，其特征在于，配置在放大侧的上述具有负的放大率的负树脂透镜是在缩小侧具有凹面的负透镜，配置在缩小侧的上述具有正的放大率的正树脂透镜是在放大侧具有凸面的正透镜。
7.如权利要求6所述的投射用变焦透镜，其特征在于，在将配置在放大侧的上述具有负的放大率的上述负树脂透镜的缩小侧的凹面的曲率半径设为Rn，将配置在缩小侧的上述具有正的放大率的上述正树脂透镜的放大侧的凸面的曲率半径设为Rp时，满足下面的条件式O. 0〈Rn/Rp〈l. O。
全文摘要
提供一种投射用变焦透镜，即使在投射用变焦透镜内部产生温差的情况下，也难以受到其影响。在与开口光阑S相比位于放大侧的透镜群中，至少2个具有不同符号的放大率的树脂透镜即透镜L2、L3没有相对分离而配置的情况下，能减少透镜L2、L3的温差，能减少在投射用变焦透镜40全体的焦点的变动量。与开口光阑S相比位于放大侧的透镜群G1～G3靠近外部气体，使用时的温度上升相对少。因此，在与开口光阑相比位于放大侧配置容易受到温度上升的影响的树脂透镜即透镜L2、L3，能可靠地降低伴随温度变动的焦点移动。
文档编号G02B1/04GK103048776SQ20121039486
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者峯藤延孝 申请人:精工爱普生株式会社