成像光学系统、使用它的投射型图像显示和图像拾取设备的制作方法
【专利摘要】一种成像光学系统、使用它的投射型图像显示和图像拾取设备，该成像光学系统包括：具有正折光力的第一光学单元，用于使成像光学系统的放大侧的像面处的图像与成像光学系统中的中间图像位置处的中间图像彼此共轭，以及具有正折光力的第二光学单元，用于使中间图像与成像光学系统的缩小侧的像面处的图像彼此共轭，其中，当由fF表示第一光学单元的焦距并由fR表示第二光学单元的焦距时，满足下面的条件：0<fF/fR<0.8，以及其中第二光学单元包括被设置在光轴上的距离放大侧最近的负透镜。
【专利说明】成像光学系统、使用它的投射型图像显示和图像拾取设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及成像光学系统，诸如成像透镜或投影仪投射透镜，更具体地，涉及一种适于具有宽视角的广角透镜的成像透镜。
【背景技术】
[0002]在相关技术中，当要通过照相机拍摄宽广的风景时，或者当要通过投影仪在短距离中投射宽屏幕时，使用具有宽广视角的广角透镜。广角透镜可用于这样的设备:其中在缩小侧成像面与最接近缩小侧成像面的透镜端之间的距离较长。例如，具有颜色组合系统的投影仪或单透镜反射照相机。对于该应用，广角透镜通常使用反望远型(retiOfocus-type)透镜单元。反望远型透镜单元为包括以下透镜的透镜单元:该透镜具有强负折光力，被布置为相比于光阑离放大侧成像面更近。下文中，将缩小侧成像面侧称为缩小侧；并将放大侧成像面侧称为放大侧。
[0003]然而，当反望远型透镜单元具有较宽视角时，放大侧透镜的直径大大增加。在日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要和美国专利申请公开N0.2005/0117123中讨论了用于解决该问题的技术。
[0004]日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要中讨论了一种光学系统，其在透镜单元内形成物体的中间图像，并在像面上重新形成中间图像。下文中，为了避免说明书中的混淆，相对于其中在透镜单元内形成中间图像的作为分割点的透境内共轭点，将放大侧透镜单元称为第一透镜单元，并将缩小侧透镜单元称为第二透镜单元。
[0005]在日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要中讨论的透镜单元中的第一透镜单元通过缩小光学系统形成物体的缩小图像作为中间图像。第二透镜单元被配置为中继系统，其在像面(图像传感器的成像面)上形成中间图像。因此，缩短了第一透镜单元的后焦距，从而第一透镜单元的放大侧透镜的直径减小。
[0006]在美国专利申请公开N0.2005/0117123中讨论的透镜单元是用于投影仪的投射透镜，其形成通过光调制元件获得的图像作为中间图像，并将该中间图像放大以将放大的图像投射到投射接收表面上。从而，类似于日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要，第一透镜单元的放大侧透镜的直径也减小。
[0007]日本专利申请公开N0.2001-23887的英文摘要讨论了一种曝光设备的投影光学系统，其形成中间图像，尽管该投影光学系统不是广角透镜。
[0008]然而，在日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要中讨论的透镜单元是鱼眼透镜，并且在最终像面上保持较大畸变。因此，该透镜单元不适于需要充分校正畸变的用于一般图片拍摄的广角透镜或用于投影仪的投射透镜。
[0009]另一方面，在美国专利申请公开N0.2005/0117123中讨论的透镜单元中，尽管校正了畸变，但在相对于作为分割点的透镜内共轭点设置的第一和第二透镜单元中独立地执行像差校正。因此，尽管放大侧透镜的直径缩小，但是总透镜长度增大。换句话说，日本专利申请公开N0.04-356008的英文摘要和美国专利申请公开N0.2005/0117123都没有同时满足对畸变的校正和在光轴方向上的小型化。
【发明内容】
[0010]本发明针对一种形成中间图像的成像光学系统，该成像光学系统具有缩小的尺寸同时充分地校正畸变。
[0011 ] 根据本发明的一方面，成像光学系统包括:具有正折光力的第一光学单元，用于使成像光学系统的放大侧的像面处的图像与成像光学系统中的中间图像位置处的中间图像彼此共轭；以及具有正折光力的第二光学单元，用于使中间图像与成像光学系统的缩小侧的像面处的图像彼此共轭，其中，当由fF表示第一光学单元的焦距并由fR表示第二光学单元的焦距时，满足下面的条件:
[0012]0〈fF/fR〈0.8，以及
[0013]其中第二光学单元包括被设置在光轴上的距离放大侧最近的负透镜。
[0014]根据本发明的实施例，可以提供一种形成中间图像的成像光学系统，该成像光学系统具有缩小的尺寸同时充分地校正畸变，以及提供一种使用该成像光学系统的投射型图像显示设备和图像拾取设备。
[0015]通过下面参考附图对实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]被引入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例、特征以及各方面，并与说明书一起用于说明本发明的原理。
[0017]图1是示出根据本发明第一实施例的光学系统的截面图。
[0018]图2示出根据本发明第一实施例的光学系统的纵向像差图。
[0019]图3示出根据本发明第一实施例的光学系统中在共轭点处的纵向像差图。
[0020]图4为示出其中根据本发明第一实施例的光学系统用于投射型图像显示设备的情况的截面图。
[0021]图5是示出根据本发明第二实施例的光学系统的截面图。
[0022]图6示出根据本发明第二实施例的光学系统的纵向像差图。
[0023]图7是示出根据本发明第三实施例的光学系统的截面图。
[0024]图8示出根据本发明第三实施例的光学系统的纵向像差图。
[0025]图9是示出根据本发明第四实施例的光学系统的截面图。
[0026]图10示出根据本发明第四实施例的光学系统的纵向像差图。
[0027]图11是示出根据本发明第五实施例的光学系统的截面图。
[0028]图12示出根据本发明第五实施例的光学系统的纵向像差图。
【具体实施方式】
[0029]下面参考附图详细描述本发明的各个实施例、特征以及方面。
[0030]图1是示出包括根据本发明第一实施例的成像透镜(S卩，成像光学系统)的配置的截面图。成像光学系统是投射光学系统，其被设计用于投影仪(即，用于投射型图像显示设备)。成像光学系统是广角透镜，其将通过液晶面板5 (光调制元件)调制的光束投射到屏幕(未示出)(投射接收表面)上。图1左侧为放大侧，其右侧为缩小侧。图1所示广角透镜被配置为自放大侧起依次包括第一透镜单元I (第一光学单元)和第二透镜单元2 (第二光学单元)。屏幕表面表示放大侧成像面，以及液晶面板5表示缩小侧成像面。这里，在例如投影仪的放大投影设备中，放大侧成像面位于通过光调制元件(液晶面板)形成的图像被投影的位置。在图像拾取设备中，放大侧成像面位于物体将被成像的位置。相对而言，在放大投影设备(如投影仪等)的情况中，缩小侧成像面是其中光调制元件(液晶面板)被设置的位置。在图像拾取设备的情况中，缩小侧成像面是图像拾取元件(例如(XD)被设置的位置。
[0031]根据该实施例的广角透镜包括共20个透镜。不具有折光力的棱镜玻璃4被设置在最靠近缩小侧的透镜L20与液晶面板5之间。棱镜玻璃4用于投影仪中的颜色合成。
[0032]在图1中，点虚线表示广角透镜的光轴。透镜内共轭点3 (中间图像点)在第十透镜LlO与第十一透镜Lll之间位于光轴上。相对于作为分割点的透镜内共轭点3，第一透镜LI至第十透镜LlO构成第一透镜单元1，以及第十一透镜Lll至最后透镜L20构成第二透镜单元2。
[0033]第一透镜单元I被配置为使得屏幕(放大侧成像面)与透镜内共轭点3彼此共轭。第二透镜单元2被配置为使得透镜内共轭点3与液晶面板5 (缩小侧成像面)彼此共轭。如果将液晶面板5设置为基准，则第一透镜单元I和第二透镜单元2被配置为使得液晶面板5与屏幕彼此共轭，从而，可以将放大侧成像面称为放大侧共轭面。相反，如果将屏幕设置为基准，则可以将缩小侧成像面称为缩小侧共轭面。
[0034]本实施例的数值示例在下面列出为数值示例I。表面号是从放大侧起依次唯一指定给每个透镜表面的号码；R为每个透镜表面的曲率半径，d为表面距离，以及nd和V d分别为在d线(587.56nm)处玻璃材料的折射率和Abbe数。具有附在表面号的右侧的符号的透镜表面表示该透镜表面具有根据下面描述的函数的非球面形状，并且其系数在数值示例中列出。这里，坐标y为当将透镜表面的表面顶点设置为基准时在径向上的坐标，坐标X是当将透镜表面的表面顶点设置为基准时在光轴方向上的坐标。物距是无限远。
[0035]
【权利要求】
1.一种成像光学系统,包括: 具有正折光力的第一光学单元，用于使成像光学系统的放大侧的像面处的图像与成像光学系统中的中间图像位置处的中间图像彼此共轭；以及 具有正折光力的第二光学单元，用于使中间图像与成像光学系统的缩小侧的像面处的图像彼此共轭， 其中，当由fF表示第一光学单元的焦距并由fR表示第二光学单元的焦距时，满足下面的条件:
0.0<fF/fR<0.8，以及 其中第二光学单元包括设置在光轴上的距离放大侧最近的负透镜。
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其中，当由fI表示负透镜的焦距时，满足下面的条件:
-5.00<fl/fR< - 0.05。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，当由fl表示负透镜的焦距并由|f|表示包括第一光学单元和第二光学单元的整个光学系统的焦距时，满足下面的条件:
0.0<fl/|f|<20.0。
4.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，当由fl表示负透镜的焦距时，满足下面的条件:
-12.0<fl/fF<0.0。
5.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，负透镜的放大侧表面具有朝向缩小侧凸起的形状，以及 其中，当由r表示负透镜的放大侧表面的曲率半径并由|f|表示包括第一光学单元和第二光学单元的整个光学系统的焦距时，满足下面的条件:
0.l〈r/|f I〈3.0。
6.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，负透镜的放大侧表面具有朝向缩小侧凸起的形状，以及 其中，当由r表示负透镜的放大侧表面的曲率半径、由η表示负透镜的折射率、并且由fRl表示第二光学单元中的针对最大表面间距而被设置于放大侧的透镜或透镜组的焦距时，满足下面的条件:
-1.5<r/{fRl.(n-l)}< — 0.5。
7.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，能操作为通过移动第二光学单元的作为聚焦组的一部分来执行聚焦。
8.根据权利要求7所述的成像光学系统，其中，当由ff。表示聚焦组的焦距并由|f|表示包括第一光学单元和第二光学单元的整个光学系统的焦距时，满足下面的条件:
I<|ff0/|f I〈200。
9.根据权利要求7所述的成像光学系统，其中，聚焦组中的透镜具有第二光学单元中的任意透镜的最小直径。
10.根据权利要求7所述的成像光学系统，其中，所述聚焦组被布置为使得其在从无限远到最近聚焦距离进行聚焦期间从缩小侧向放大侧移动。
11.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其被设置为使得为了变焦而在第一光学单元和第二光学单元的每个光学单元中移动至少一个透镜。
12.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，所述第一光学单元和第二光学单元被布置为使得会聚光线入射到负透镜上。
13.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，还包括被设置于负透镜的缩小侧的正透镜， 其中所述正透镜被设置于与负透镜相邻的位置。
14.根据权利要求13所述的成像光学系统，其中，正透镜是具有朝向缩小侧凸起的形状的弯月透镜。
15.根据权利要求13所述的成像光学系统，其中，当由fl表示负透镜的焦距并由f2表示正透镜的焦距时，满足下面的条件:
-1.00<fl/f2< - 0.05。
16.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，成像光学系统为投射光学系统，该投射光学系统被配置为通过把根据来自在缩小侧成像面处的光调制元件的光形成的图像投射到在放大侧成像面处的投射接收表面上来投射图像。
17.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其中，成像光学系统被配置为在缩小侧成像面处的图像传感器上根据从在放大侧成像面处的物体接收的光形成图像。
18.一种投射型图像显示设备，包括: 光调制元件；以及 根据权利要求16所述的成像光学系统， 其中成像光学系统为投射光学系统，该投射光学系统被配置为通过把根据来自在缩小侧成像面处的光调制元件的光形成的图像投射到在放大侧成像面处的投射接收表面上来投射图像。
19.根据权利要求18所述的投射型图像显示设备，还包括移动单元，该移动单元被配置为在给出成像光学系统的与成像光学系统的光轴垂直的移动分量的方向上移动成像光学系统，并且 被布置为使得在移动成像光学系统的情况下在与成像光学系统的移动方向相反的方向上移动投射图像。
20.一种图像拾取设备，包括: 图像传感器；以及 根据权利要求17所述的成像光学系统。
【文档编号】G02B27/64GK103576289SQ201310323656
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】猪子和宏 申请人:佳能株式会社