投影透镜及使用其的投影型显示装置的制作方法

专利名称：投影透镜及使用其的投影型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大投影来自透射型或反射型的液晶显示元件、或DMD等光阀的显示信息等的投影透镜，尤其涉及适合背面投影电视等后置式的投影型显示装置的投影透镜及采用其的投影型显示装置。
背景技术：
以往，作为投影型显示装置，已知有投影透镜相对于屏幕配置在与观赏者同一侧，使投影透镜射出的光成像在反射型的屏幕上的前置式的装置、和配置为投影透镜和观赏者夹着屏幕，使投影透镜射出的光成像在透射型的屏幕上的后置式的装置。
其中，在后置式的投影型显示装置中，知道的有，例如后投影电视，从光源到屏幕都收纳在机壳内，从配设在背面的投影透镜，朝配设在机壳前面的屏幕，投影载有图像信息的光的结构。
近年来，为了用于如此的机壳型的投影型显示装置，提出了多种投影透镜。
可是，在为了得到彩色图像采用多个光阀的光学系中，由于需要用于合成来自各光阀的光束的合成部，所以对于投影透镜的后焦距(缩小侧)要求某种程度的间隔，尤其为了用于后投影电视，需要将投影透镜形成广角，后焦距与该投影透镜的焦点距离相比增大。此外为了装置整体的小型化，需要在投影透镜内插入折返反光镜。
作为上述后焦距长的广角投影透镜，已知有下记专利文献1～3所述的投影透镜等，但所有的投影透镜都没有考虑在投影透镜内配设折返反光镜的空间，假设在投影透镜内配设折返反光镜的情况下，透镜片数增加，制造成本大幅度上升。
作为解决如此的问题的投影透镜，已知有下记专利文献4、5记载的投影透镜。
专利文献1特开2002-131636号公报专利文献2特开2003-287676号公报专利文献3专利第3244606号公报专利文献4特开2003-156683号公报专利文献5特开2004-354405号公报但是，上述专利文献4、5所述的投影透镜，都相对于光阑位置在缩小侧配置非球面，由于设定在远离光阑位置的位置上，所以存在像面整体的平衡变差，或残存弧矢/子午像面像散的问题，另外由于非球面的尺寸无论怎样都增大，所以还存在成本的问题。
此外，在上述专利文献4所述的投影透镜中，由于形成非球面透镜自身的功率大的投影透镜，所以在用塑料构成该非球面透镜的情况下，伴随温度变化的透镜变化过大，涉及到性能变差。
另外，在上述专利文献5所述的投影透镜中，非球面透镜主体的功率虽不那么大，但是透镜片数多，有9～11枚，为了削减透镜片数要求彻底的改进。

发明内容
本发明是鉴于以上的事实而提出的，其目的在于提供一种投影透镜及采用该投影透镜的投影型显示装置，该投影透镜具有广视角且可在系统中配设光程偏转机构的适合紧凑化的构成，并且削减透镜构成片数，降低制造成本，并具有高的投影性能。
根据本发明的第1投影透镜，是从放大侧依次排列具有负的光折射能力的第1透镜组、具有正的光折射能力的第2透镜组、具有正的光折射能力的第3透镜组而成的投影透镜，其特征在于，所述第1透镜组，从放大侧依次配设非球面透镜、双凹透镜而成，所述第2透镜组，由1片正透镜、或1片正透镜和1片负透镜构成，所述第3透镜组，由从放大侧依次至少配设接合透镜部和正透镜部的、3片～5片透镜构成，并且最大幅度放大侧的面形成为非球面，缩小侧以成为大致远心的方式构成，
所述第3透镜组的放大侧焦点位置，存在于该第3透镜组和所述第2透镜组的空气间隔中，所述第1透镜组和所述第2透镜组的间隔，设定为在该投影透镜中的最长的空气间隔，满足以下的条件式(1)～(7)-3.5＜f1/f＜-1.2 ....(1)2.5＜f3/f＜8.0 ....(2)3.5＜D12/f＜15.0 ....(3)2.0＜Bf/f＜8.0 ....(4)7.5＜|ASf1/f| ....(5)|FFd/f|＜3.0 ....(6)75度＜2ω ....(7)其中，f整个系统的焦点距离f1第1透镜组的焦点距离f3第3透镜组的焦点距离D12第1透镜组和第2透镜组的空气间隔Bf在第3透镜组中从最大幅度缩小侧的透镜的缩小侧透镜面到缩小侧成像面的空气换算长度(后焦距)ASf1第1透镜组的非球面透镜的焦点距离FFd第3透镜组的放大侧焦点位置2ω放大侧的视场角。
此外，根据本发明的投影透镜，是从放大侧依次排列，具有负的光折射能力的第1透镜组、具有正的光折射能力的第2透镜组、具有正的光折射能力的第3透镜组而成的投影透镜，其特征在于，所述第1透镜组，从放大侧依次配设非球面透镜、双凹透镜而成，所述第2透镜组，由1片正透镜、或1片正透镜和1片负透镜构成，所述第3透镜组，由从放大侧依次至少配设接合透镜部和正透镜部的3片～5片透镜构成，并且最大幅度放大侧的面形成为非球面，缩小侧以成为大致远心的方式构成，
所述第2透镜组和所述第3透镜组的合成透镜组的放大侧焦点位置，存在于该第2透镜组和所述第1透镜组的空气间隔中，所述第1透镜组和所述第2透镜组的间隔，设定为在该投影透镜中最长的空气间隔，满足以下的条件式(1)～(7)-3.5＜f1/f＜-1.2 ....(1)2.5＜f3/f＜8.0 ....(2)3.5＜D12/f＜15.0 ....(3)2.0＜Bf/f＜8.0 ....(4)7.5＜|ASf1/f| ....(5)|FFd/f|＜3.0 ....(6)75度＜2ω ....(7)其中，f整个系统的焦点距离f1第1透镜组的焦点距离f3第3透镜组的焦点距离D12第1透镜组和第2透镜组的空气间隔Bf在第3透镜组中从最大幅度缩小侧的透镜的缩小侧透镜面到缩小侧成像面的空气换算长度(后焦距)ASf1第1透镜组的非球面透镜的焦点距离FFd第3透镜组和第3透镜组的合成透镜组的放大侧焦点位置2ω放大侧的视场角此外，在上述的投影透镜中，优选，满足以下的条件式(8)。
D23/f＜2.0 ....(8)其中，D23第2透镜组和第3透镜组的空气间隔。
另外，在上述的投影透镜中，优选具有以下的任何一构成。
即，优选，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，至少在放大侧形成有非球面的单个非球面透镜、接合2片或3片透镜而成的所述接合透镜部、和单个透镜构成的所述正透镜部，满足以下的条件式(9)。
10.0＜|ASf3/f| ....(9)其中，ASf3第3透镜组中的单个非球面透镜的焦点距离。
即，优选，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，至少在放大侧形成有非球面的单个非球面透镜、接合1片负透镜和2片正透镜而成的所述接合透镜部、和由单个透镜或接合2片透镜而成的接合透镜构成的所述正透镜部，满足以下的条件式(9)。
10.0＜|ASf3/f| ....(9)其中，ASf3第3透镜组中的单个非球面透镜的焦点距离。
此外，优选，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，接合2片或3片透镜而成的所述接合透镜部、和所述正透镜，该接合透镜部的最大幅度放大侧的面形成为所述非球面，在这种情况下，更优选，在所述接合透镜部的最大幅度放大侧的面附设有树脂层，在该树脂层形成所述非球面。
此外，在上述的任何一种的投影透镜中，优选所述第2透镜组由1片正透镜构成。
此外，在上述的任何一种的投影透镜中，优选，在所述第1透镜组和所述第2透镜组的之间，配置使光程偏转的光程偏转机构。
此外，能够形成根据投影距离的变化，使配置在第1透镜组的最大幅度放大侧的非球面透镜，沿该第1透镜组的光轴方向移动，修正因投影距离的变化而产生的像面弯曲的构成。
另外，根据本发明的投影型显示装置，其特征在于，具备光源、光阀、将来自该光源的光束导向该光阀的照明光学部、上述任何一种的投影透镜，用所述光阀调制来自所述光源的光束，利用所述投影透镜投影在屏幕上。
本发明的投影透镜，通过具备上述构成，形成具有广视角且可在系统中配设反射镜等光程偏转机构的适合紧凑化的构成。此外，能够削减透镜构成片数，降低制造成本，并提高投影性能。
此外，本发明的投影型显示装置，通过采用本发明的投影透镜，能够低高度化，薄型化，同时能够得到各像差被良好均匀地修正的高清晰度的大画面图像。


图1是表示本发明的根据实施例1的投影透镜的构成的图。
图2是表示本发明的根据实施例2的投影透镜的构成的图。
图3是表示本发明的根据实施例3的投影透镜的构成的图。
图4是表示本发明的根据实施例4的投影透镜的构成的图。
图5是表示本发明的根据实施例5的投影透镜的构成的图。
图6是表示本发明的根据实施例6的投影透镜的构成的图。
图7是表示本发明的根据实施例7的投影透镜的构成的图。
图8是表示本发明的根据实施例8的投影透镜的构成的图。
图9是表示本发明的根据实施例9的投影透镜的构成的图。
图10是表示本发明的根据实施例10的投影透镜的构成的图。
图11是表示本发明的投影型显示装置的简要构成的图。
图12是根据实施例1的投影透镜的各像差图。
图13是根据实施例2的投影透镜的各像差图。
图14是根据实施例3的投影透镜的各像差图。
图15是根据实施例4的投影透镜的各像差图。
图16是根据实施例5的投影透镜的各像差图。
图17是根据实施例6的投影透镜的各像差图。
图18是根据实施例7的投影透镜的各像差图。
图19是根据实施例8的投影透镜的各像差图。
图20是根据实施例9的投影透镜的各像差图。
图21是根据实施例10的投影透镜的各像差图。
图中1-光阀，2-玻璃块，3、3a、3b-遮光体，4-孔径光阑，5-反射镜，6-背面反射镜，7-屏幕，8-机壳，10-照明光学系，G1、G2、G3-透镜组，L1～L9-透镜(树脂层)，R1～R20-透镜面等的曲率半径，D1～D19-轴上面间隔，Z-光轴。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。图1是表示根据本发明的投影透镜的图示(后述的实施例1的透镜构成图)。以下作为本实施方式的代表，说明该透镜。另外，图中Z表示光轴。
本实施方式的投影透镜，形成从放大侧，依次排列具有负的光折射能力的第1透镜组G1、遮光体3b、孔径光阑4、遮光体3a、具有正的光折射能力的第2透镜组G2和具有正的光折射能力的第3透镜组G3，将缩小侧形成大致远心(telecentric)。在此种情况下，由于形成远心的构成，所以形成孔径光阑4的位置，与第2透镜组G2和第3透镜组G3的合成透镜组的放大侧焦点位置大致一致的构成(参照实施例1、2、9)。在本说明书中，“放大侧焦点位置”是指从透镜组或透镜的最大幅度放大侧的透镜面顶点到放大侧焦点为止的光轴上的距离。
另外，也能够使孔径光阑4位于第2透镜组G2和第3透镜组G3的之间(参照实施例3～8、10)，但是以此时的孔径光阑4的位置与第3透镜组G3的放大侧焦点位置一致的方式构成。
此外，通过配设遮光体(mask)3a、3b，能够谋求远心性的提高及成本的降低。但是，上述遮光体3a、3b的位置，也能够位于第2透镜组G2和第3透镜组G3的之间，另外，配设的遮光体的数量也不局限于2个，也可以省略遮光体。
另外，上述第1透镜组G1，通过从放大侧依次配设功率小的非球面透镜L1和双凹透镜L2而成。
由双凹透镜构成第1透镜组G1的从放大侧起算的第2透镜L2的理由如以下。即，假设用凸面朝向放大侧的负的弯月透镜构成该第2透镜L2，则照射在第1号的上述非球面透镜L1，并由该透镜面反射的光线，由该第2透镜L2的凸面再反射，形成容易在屏幕上成像的状态，所以双重图像的发生成为问题。如果将第2透镜L2形成双凹透镜，可防止如此的双重图像的发生。
此外，形成根据投影距离的变化，使该非球面透镜L1沿第1透镜组G1的光轴方向移动，修正因投影距离的变化而产生的像面弯曲的构成。由于只通过移动该非球面透镜L1，来修正像面弯曲，所以容易调整，此外也提高作业性。此外，由于调整用透镜为非球面透镜，所以从像差变动的调整的角度考虑也合适。另外，也能够形成通过使第1透镜组G1向光轴方向移动，进行焦距调整的构成。
此外，上述第2透镜L2，在图1中，由1片正透镜L3构成，但是也能够由1片正透镜和1片负透镜构成(在实施例5、10中，由1片正透镜和1片负透镜构成的接合透镜)。
此外，上述第3透镜组G3，通过至少从放大侧依次配设接合透镜部和正透镜部而成，由3片～5片所谓的所需最小限度的片数的透镜片数构成。在图1中，第3透镜组G3，从放大侧依次由实质上不具有功率的放大侧形成有非球面的单个非球面透镜L4、接合1片负透镜L5和1片正透镜L6而成的接合透镜部、和由单个正透镜L7构成的正透镜部构成。
另外，上述正透镜部，也可以通过由2片透镜构成的接合透镜构成(参照实施例2)。此外，作为上述接合透镜部，也可以通过由3片或4片透镜构成的接合透镜构成(参照实施例3、5、6、10)。
此外，上述第3透镜组G3中，形成最大幅度放大侧的面形成非球面，该非球面配置在靠近第2透镜组G2和第3透镜组G3的合成透镜组的放大侧焦点位置的位置上的构成(参照实施例1、2、9)。另外，在实施例3～8及实施例10的构成中，第3透镜组G3的最大幅度放大侧的面形成非球面，此时，也可以形成非球面配置在靠近第3透镜组G3的放大侧焦点位置的位置上的构成。
此外，形成在该第3透镜组G3的最大幅度放大侧的面上的非球面，如图1所示，除形成在单个透镜(任意一面，或两面)上外，也可以直接形成在接合透镜部的最大幅度放大侧的面上，也可以形成在附设在接合透镜部的最大幅度放大侧的面上的薄的树脂层上(参照实施例9、10)。
即，在本实施方式的投影透镜中，将上述非球面的位置配置在尽量靠近确定缩小侧的远心性的孔径光阑4的位置(对应的透镜组的放大侧焦点位置)，由此能够使像面整体的像差平衡良好，能够降低弧矢子午像面像散，另外能够更加减小非球面的尺寸。通过更加减小非球面尺寸，能够降低制造成本。
另外，在图1的投影透镜中，由纸面右侧入射，并被光阑1赋予图像信息的光束，经由玻璃块2入射在该投影透镜，通过该投影透镜投影在放大侧方向。图1为便于理解只示出1片光阀1，但在投影型显示装置中，通过颜色分离光学系统将来自光源的光束分离成3种基色光，按各基色光用配设3个光阀，有的可显示全色图像。通过在玻璃块2的位置上设置交叉二向色棱镜等色合成手段，能够合成该3种基色光。
另外，由于该投影透镜以在缩小侧成为远心的方式构成，所以也非常适合以玻璃块2方式配设颜色合成机构的构成。
此外，本实施方式的投影透镜，以在第1透镜组G1和第2透镜组G2的之间，具有该投影透镜中的最长的空气间隔的方式构成，在该空气间隔中配设作为使光程偏转的光程偏转机构的反射镜5。
此外，本实施方式的投影透镜，满足以下的条件式(1)～(7)。
-3.5＜f1/f＜-1.2 ....(1)2.5＜f3/f＜8.0 ....(2)3.5＜D12/f＜15.0 ....(3)2.0＜Bf/f＜8.0 ....(4)7.5＜|ASf1/f| ....(5)|FFd/f|＜3.0 ....(6)75度＜2ω ....(7)其中，f整个系统的焦点距离f1第1透镜组的焦点距离f3第3透镜组的焦点距离D12第1透镜组和第2透镜组的空气间隔Bf在第3透镜组的从最大幅度缩小侧的透镜的缩小侧透镜面到缩小侧成像面的空气换算长度(后焦距)ASf1第1透镜组的非球面透镜的焦点距离FFd第3透镜组的放大侧焦点位置2ω放大侧的视场角此外，如上所述，在形成将孔径光阑4放置在第2透镜组G2和第3透镜组G3的之间的构成的情况下，优选满足以下的条件式(8)。
D23/f＜2.0 ....(8)其中，D23第2透镜组和第3透镜组的空气间隔另外，优选满足以下的条件式(9)。
10.0＜|ASf3/f| ....(9)其中，ASf3第3透镜组中的单个非球面透镜的焦点距离通过按以上构成，本实施方式的投影透镜，具有广角且可在系统中配设反射镜5的适合紧凑化的构成。此外，能够削减透镜构成片数，降低制造成本，并能够提高投影性能。由于相互关联地设定上述各构成要素，所以至少通过满足上述的条件式(1)～(7)，可得到这些作用效果。因此，首先，说明对各作用效果影响比较大的条件式(1)～(7)，然后说明优选满足的条件式(8)、(9)。
条件式(1)，用于规定第1透镜组G1的焦点距离f1相对于整个系统的焦点距离f的比值，如果低于该下限值，第1透镜组G1的功率减小，第1透镜组G1会大型化，或后焦距缩短。此外，如果超过该上限值，第1透镜组G1的功率会增大，难修正像差。
条件式(2)，用于规定第3透镜组G3的焦点距离f3相对于整个系统的焦点距离f的比，如果低于该下限值，第3透镜组G3的功率增大，难修正像差。此外，如果超过该上限值，则第3透镜组G3的功率减小，后焦距变得过长，导致整个透镜系统大型化。
条件式(3)，是为了在第1透镜组G1和第2透镜组G2的之间具有可配设使光程偏转的反射镜5的空气空间，并且紧凑地构成系统而设定的，如果低于该下限值，则难以设置反射镜5，或限制偏转(折弯)角度。另外，在上述位置设置使光程偏转的反射镜5，如图4所示，对于后置式的投影型显示装置的装置紧凑化是有效的方法。此外，如果超过该上限值，则第导致1透镜组G1大型化。
条件式(4)，用于规定该投影透镜的后焦距，用于设定作为在投影透镜的缩小侧配置颜色合成用的棱镜等的空间所要求的、十分必需的后焦距。如果低于该下限值，则难进行颜色合成用的棱镜等的插入。此外，如果超过该上限值，则导致整个透镜大型化。
条件式(5)，用于规定第1透镜组G1的非球面透镜的焦点距离，如果低于该下限值，则作为非球面形成部，难采用廉价但随温度变化小的塑料等材料。
条件式(6)，用于规定第2透镜组G2和第3透镜组G3的合成透镜组的放大侧焦点位置、或第3透镜组G3的放大侧焦点位置，如果超过该上限值，则由于第3透镜组G3的非球面的位置过分离开光阑位置，因此像面弯曲或像散过大，第3透镜组G3的非球面的尺寸大型化，成本上升。
条件式(7)，用于规定放大侧的视场角2ω，如果低于该下限值，则导致装置整体大型化。
条件式(8)，用于规定第2透镜组G2和第3透镜组G3的放大侧的空气间隔，如果超过该上限值，则由于第3透镜组G3的非球面的位置过分离开光阑位置，因此像面弯曲或像散过大，第3透镜组G3的非球面的尺寸大型化，成本上升。
条件式(9)，用于规定第3透镜组G3中的单个非球面透镜的焦点距离，如果低于该下限值，则作为非球面形成部，难采用廉价但随温度变化小的塑料等材料。
下面，说明根据本发明的投影型显示装置的实施方式。
图11所示的投影型显示装置，是作为尤其能发挥上述的投影透镜的作用效果的后置式的投影型显示装置，在机壳8内具备光源、光阀、向光阀导入来自光源的光束的照明光学部(都包含在图示的照明光学系10)和上述投影透镜，形成用光阀调制来自光源的光束，经由上述投影透镜及背面反射镜6将载有图像信息的光束投影在按规定的距离配置的屏幕7的背面上的构成。观赏者从该屏幕7的表面侧(纸面左侧)看到放大投影在屏幕7上的图像。
另外，上述照明光学系10，具备光阀、用于分色的二向色镜、用于颜色合成的交叉二向色棱镜、聚光透镜、全反射镜。来自光源的白色光，经由照明光学部，被分离成3个颜色光光束(G光、B光、R光)，入射在各自对应的光阀，被光调谐，通过图1所示的投影透镜G1、G2、G3投影在屏幕7上。
该投影型显示装置，由于采用根据本发明的投影透镜，所以能够得到各像差被良好均匀地修正的高清晰度的大画面。此外，由于在投影透镜的第1透镜组G1和第2透镜组G2的之间配设使光程偏转的反射镜5，以锐角折弯光程，所以能够低高度化、波型化。
以下，说明本发明的投影透镜的具体的实施例1～10。另外，在示出各实施例的构成的图中，对于具有与实施例1相同的作用效果的部件标注与图1所用的符号相同的符号。此外，以下所示的各数据，以整个系统的焦点距离f作为1。
<实施例1>
如图1所示，根据实施例1的投影透镜，从放大侧，依次排列具有负的折射能力的第1透镜组G1、作为光程偏转机构的反射镜5、遮光体3b、孔径光阑4、遮光体3a、具有正的折射能力的第2透镜组G2和具有正的折射能力的第3透镜组G3，将缩小侧形成大致远心。在此种情况下，由于采用远心的构成，所以形成孔径光阑4的位置，与第2透镜组G2和第3透镜组G3的合成透镜组的放大侧焦点位置大致一致的构成。
上述第1透镜组G1，通过从放大侧依次配设由折射能力小的两面形成有非球面的非球面透镜构成的第1透镜L1、和由大曲率的凹面朝向缩小侧的双凹透镜构成的第2透镜L2而成。
此外，上述第2透镜组G2，由凸面朝向放大侧的1片正弯月透镜L3构成。
另外，上述第3透镜组G3，由4片透镜构成，从放大侧依次由折射能力小的、在两面形成有非球面的、凸面朝向缩小侧的单个非球面透镜L4、通过接合1片负透镜L5和1片正透镜L6而成的正的接合透镜部、和由单个正透镜L7构成的正透镜部构成。
上述非球面的形状，由下述非球面数学式规定。在具有非球面的第1透镜L1及第4透镜L4中，即使是任意一方的面形成为非球面的透镜，也能够得到效果，但更优选是两面都为非球面的透镜。

Z=Y2/R1+1-K×Y2/R2+Σ1-315AiYi]]>其中，Z自光轴的距离Y的非球面上的点下划到非球面顶点的切平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度Y自光轴的距离R非球面的光轴附近的曲率半径K离心率Ai非球面系数(i＝3～15)实施例1的投影透镜，以满足上述条件式(1)～(9)的方式构成。
表1示出实施例1的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的中心厚度及各透镜间的空气间隔(以下称为“轴上面间隔”)D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。另外，在表1及以下的表中，面编号的数字表示自放大侧起算的顺序，在面编号的右侧附加*标记的面为非球面。在实施例1及以下的实施例2～10中，这些非球面的曲率半径R，在各表中，作为光轴Z上的曲率半径R的值示出，但由于在对应的透镜构成图中，为便于理解图面，有的不一定从与光轴Z的交点引出补助线。
表1

*是非球面表2示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表2

在实施例1中，与各条件式(1)～(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(9)。
<实施例2>
实施例2的投影透镜，形成与图2所示的实施例1的投影透镜类似的构成。另外，省略有关与实施例1的投影透镜共通的部分的说明。
实施例2的投影透镜，在第2透镜组G2，由大曲率的凸面朝向放大侧的1片双凸透镜L3构成这点上、及在第3透镜组G3，由5片透镜构成，从放大侧依次，由光折射能力小的、在两面形成有非球面的、凸面朝向缩小侧的单个非球面透镜L4、通过接合1片负透镜L5和1片正透镜L6而成的正的接合透镜部、和由接合1片正透镜L7和1片负透镜L8而成的接合透镜构成的正透镜部构成这点上，与实施例1的构成不同。
通过在第3透镜组G3上设置2组接合透镜，能够谋求色像差等的改进。
表3示出实施例2的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表3

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表4示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表4

在实施例2中，与各条件式(1)～(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(9)。
<实施例3>
根据实施例3的投影透镜，形成如图3所示的构成。
如图3所示，根据实施例3的投影透镜，从放大侧，依次排列具有负的光折射能力的第1透镜组G1、作为光程偏转机构的反射镜5、具有正的光折射能力的第2透镜组G2、遮光体3b、孔径光阑4、遮光体3a、和具有正的光折射能力的第3透镜组G3，将缩小侧形成大致远心。在此种情况下，由于形成远心的构成，所以形成孔径光阑4的位置，与第3透镜组G3的放大侧焦点位置大致一致的构成。
上述第1透镜组G1，形成与实施例1的投影透镜大致相同的构成。
此外，上述第2透镜组G2，由1片双凸镜L3构成。
另外，上述第3透镜组G3，由5片透镜构成，从放大侧依次由光折射能力小的、在两面形成有非球面的单个非球面透镜L4、利用2片正透镜L5、L7夹持1片负透镜L6而成的3片接合透镜构成的正的接合透镜部、和由单个正透镜L8构成的正透镜部构成。
通过在第3透镜组G3上设置由3片接合透镜构成的正的接合透镜部，能够良好地修正色像差(尤其高次色像差)，同时能够使整个系统紧凑化。
表5示出实施例3的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表5

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表6示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表6

在实施例3中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例4>
根据实施例4的投影透镜，形成与图4所示的实施例3的投影透镜类似的构成。另外，省略有关与实施例3的投影透镜共通的部分的说明。
实施例4的投影透镜，在第3透镜组G3，由4片透镜构成，从放大侧依次由光折射能力小的、在两面形成有非球面的、凸面朝向缩小侧的单个非球面透镜L4、通过接合1片负透镜L5和1片正透镜L6而成的正的接合透镜部、和单个正透镜L7构成的正透镜部构成这点上，与实施例3的构成不同。
表7示出实施例4的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表7

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表8示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表8

在实施例4中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例5>
根据实施例5的投影透镜，形成与图5所示的实施例3的投影透镜类似的构成。另外，省略有关与实施例3的投影透镜共通的部分的说明。
实施例5的投影透镜，在第2透镜组G2，由接合1片负透镜L3和1片正透镜L4而成的正的接合透镜构成这点上、及在第3透镜组G3，从放大侧依次，由光折射能力小的、在两面形成有非球面的、凸面朝放大侧的单个非球面透镜L5、利用2片正透镜L6、L8夹持1片负透镜L7而成的3片接合透镜构成的正的接合透镜部、和单个正透镜L9构成的正透镜部构成这点上，与实施例3的构成不同。此外，在设置了1个遮光体3这点上也与实施例3的构成不同。
表9示出实施例5的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表9

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表10示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表10

在实施例5中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例6>
根据实施例6的投影透镜，形成图6所示的构成。另外，实施例6的投影透镜，形成与实施例3的投影透镜大致相同的构成。
表11示出实施例6的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表11

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表12示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表12

在实施例6中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例7>
根据实施例7的投影透镜，形成图7所示的构成。另外，实施例7的投影透镜，形成与实施例4的投影透镜大致相同的构成。
但是，实施例7的投影透镜，在位于上述第3透镜组G3的最大幅度放大侧的非球面透镜L4的凸面朝向放大侧这点上，与实施例4的构成不同。
表13示出实施例7的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表13

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表14示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表14

在实施例7中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表2 1所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例8>
根据实施例8的投影透镜，形成图8所示的构成。另外，实施例8的投影透镜，形成与实施例7的投影透镜大致相同的构成。
表15示出实施例8的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表15

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表16示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表16

在实施例8中，与各条件式(1)～(7)及(9)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)及(9)。
<实施例9>
实施例9的投影透镜，形成部分地与如图9所示的实施例4的投影透镜共通的构成。另外，省略与实施例1的投影透镜共通的部分的说明。
实施例9的投影透镜，在第3透镜组G3，由3片透镜构成，从放大侧依次，由通过接合1片负透镜L5和1片正透镜L6而成的正的接合透镜部、和1片正透镜L7构成的正透镜部构成，在该接合透镜部的放大侧的面上附设薄的树脂层L4，在树脂层L4上形成非球面这点上，与实施例1的构成不同。
如此，通过在接合透镜部的放大侧的面上采用薄的树脂层L4形成非球面，能够谋求透镜系统的紧凑化及低成本化。
表17示出实施例9的投影透镜的各透镜面的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表17

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表18示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表18

在实施例9中，与各条件式(1)～(8)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(8)。
<实施例10>
实施例10的投影透镜，形成部分地与如图10所示的实施例5的投影透镜共通的构成。另外，省略与实施例5的投影透镜共通的部分的说明。
实施例10的投影透镜，在第3透镜组G3，由4片透镜构成，从放大侧依次，由利用2片正透镜L6、L8夹持1片负透镜L7的3片接合透镜构成的正的接合透镜部、和单个正透镜L9构成的正透镜部构成，在该接合透镜部的放大侧的面上附设薄的树脂层L5，在树脂层L5上形成非球面这点上，与实施例5的构成不同。
如此，通过采用薄的树脂层L5在接合透镜部的放大侧的面上形成非球面，能够谋求透镜系统的紧凑化及低成本化。
此外，在设置2片遮光体3a、3b这点上，也与实施例5的构成不同。
表19示出实施例10的投影透镜的各透镜的曲率半径R、各透镜的轴上面间隔D、各透镜对d线的折射率Nd及各透镜对d线的阿贝数vd的值。
表19

*是非球面各非球面由上述的非球面数学式规定。表20示出与各非球面对应的各常数K、A3～A15的值。
表20

在实施例10中，与各条件式(1)～(7)对应的值，如后述的表21所示，全部满足条件式(1)～(7)。
此外，图12～图21，是表示实施例1～10的投影透镜的各像差(球面像差、像散、畸变及倍率色像差)的像差图。在这些像差图中，ω表示半视场角，在球面像差的像差图中表示d线、F线及C线的像差曲线，在倍率色像差图中表示相对于d线的F线及C线的像差曲线。如图12～图21所示，实施例1～10的投影透镜，以畸变像差或倍率色像差为首，良好地修正各像差，形成广视角且明亮的投影透镜。
表21

另外，作为本发明的投影透镜，并不局限于上述实施例，能够进行多种方式的变更，例如能够适宜变更各透镜的曲率半径R及轴上面间隔D。
此外，作为本发明的投影型显示装置，也不局限于上述构成，能够形成具备本发明的投影透镜的种种装置结构。作为光阀，例如，能够采用透射型或反射型的液晶显示元件、或在大致平面上形成多个能够变化斜度的微小的镜的微小反射镜元件(例如，得克萨斯州·仪器仪表公司制造的数码微反射镜器件)。此外，作为照明光学系，也能够采用与光阀的种类对应的适当的结构。
权利要求
1.一种投影透镜，其通过从放大侧依次排列具有负的光折射能力的第1透镜组、具有正的光折射能力的第2透镜组、具有正的光折射能力的第3透镜组而成，其特征在于，所述第1透镜组，从放大侧依次配设非球面透镜、双凹透镜而成，所述第2透镜组，由1片正透镜、或1片正透镜和1片负透镜构成，所述第3透镜组，由从放大侧依次至少配设接合透镜部和正透镜部而成的、3片～5片透镜构成，并且最大幅度放大侧的面形成为非球面，缩小侧以成为大致远心的方式构成，所述第3透镜组的放大侧焦点位置，存在于该第3透镜组和所述第2透镜组的空气间隔中，所述第1透镜组和所述第2透镜组的间隔，设定为在该投影透镜中的最长的空气间隔，满足以下的条件式(1)～(7)-3.5＜f1/f＜-1.2 ....(1)2.5＜f3/f＜8.0 ....(2)3.5＜D12/f＜15.0 ....(3)2.0＜Bf/f＜8.0 ....(4)7.5＜|ASf1/f| ....(5)|FFd/f|＜3.0 ....(6)75度＜2ω ....(7)其中，f整个系统的焦点距离f1第1透镜组的焦点距离f3第3透镜组的焦点距离D12第1透镜组和第2透镜组的空气间隔Bf在第3透镜组中从最大幅度缩小侧的透镜的缩小侧透镜面到缩小侧成像面的空气换算长度(后焦距)ASf1第1透镜组的非球面透镜的焦点距离FFd第3透镜组的放大侧焦点位置2ω放大侧的视场角。
2.一种投影透镜，其通过从放大侧依次排列具有负的光折射能力的第1透镜组、具有正的光折射能力的第2透镜组、具有正的光折射能力的第3透镜组而成，其特征在于，所述第1透镜组，从放大侧依次配设非球面透镜、双凹透镜而成，所述第2透镜组，由1片正透镜、或1片正透镜和1片负透镜构成，所述第3透镜组，由从放大侧依次至少配设接合透镜部和正透镜部的、3片～5片透镜构成，并且最大幅度放大侧的面形成为非球面，缩小侧以成为大致远心的方式构成，所述第2透镜组和所述第3透镜组的合成透镜组的放大侧焦点位置，存在于该第2透镜组和所述第1透镜组的空气间隔中，所述第1透镜组和所述第2透镜组的间隔，设定为在该投影透镜中的最长的空气间隔，满足以下的条件式(1)～(7)-3.5＜f1/f＜-1.2 ....(1)2.5＜f3/f＜8.0 ....(2)3.5＜D12/f＜15.0 ....(3)2.0＜Bf/f＜8.0 ....(4)7.5＜|ASf1/f|....(5)|FFd/f|＜3.0 ....(6)75度＜2ω....(7)其中，f整个系统的焦点距离f1第1透镜组的焦点距离f3第3透镜组的焦点距离D12第1透镜组和第2透镜组的空气间隔Bf在第3透镜组中从最大幅度缩小侧的透镜的缩小侧透镜面到缩小侧成像面的空气换算长度(后焦距)ASf1第1透镜组的非球面透镜的焦点距离FFd第2透镜组和第3透镜组的合成透镜组的放大侧焦点位置。2ω放大侧的视场角
3.如权利要求2所述的投影透镜，其特征在于，满足以下的条件式(8)。D23/f＜2.0 ....(8)其中，D23第2透镜组和第3透镜组的空气间隔
4.如权利要求1～3中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，至少在放大侧形成有非球面的单个非球面透镜、接合2片或3片透镜而成的所述接合透镜部、和由单个透镜构成的所述正透镜部，满足以下的条件式(9)10.0＜|ASf3/f| ....(9)其中，ASf3第3透镜组中的单个非球面透镜的焦点距离。
5.如权利要求1～3中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，至少在放大侧形成有非球面的单个非球面透镜、接合1片负透镜和1片正透镜而成的所述接合透镜部、和由单个透镜或接合2片透镜而成的接合透镜构成的所述正透镜部而成，满足以下的条件式(9)10.0＜|ASf3/f| ....(9)其中，ASf3第3透镜组中的单个非球面透镜的焦点距离
6.如权利要求1～3中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，所述第3透镜组，从放大侧依次配设，接合2片透镜或3片透镜而成的所述接合透镜部、和所述正透镜部，该接合透镜部的最大幅度放大侧的面形成为非球面。
7.如权利要求6所述的投影透镜，其特征在于，在所述接合透镜部的最大幅度放大侧的面上附设有树脂层，在该树脂层上形成有所述非球面。
8.如权利要求1～7中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，所述第2透镜组由1片正透镜构成。
9.如权利要求1～8中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，在所述第1透镜组和所述第2透镜组之间，配置有使光程偏转的光程偏转机构。
10.如权利要求1～9中任何一项所述的投影透镜，其特征在于，根据投影距离的变化，使配置在所述第1透镜组的最大幅度放大侧的所述非球面透镜，沿该第1透镜组的光轴方向移动，修正因所述投影距离的变化而产生的像面弯曲。
11.一种投影型显示装置，其特征在于，具备光源、光阀、将来自该光源的光束导向该光阀的照明光学部、如权利要求1～10中任何一项所述的投影透镜，并且通过所述光阀调制来自所述光源的光束，利用所述投影透镜投影在屏幕上。
全文摘要
本发明提供一种投影透镜及投影型显示装置，其具有广视角且可在系统中配设光程偏转机构的适合紧凑化的构成，同时削减透镜构成片数，降低制造成本，并具有高的投影性能。从放大侧，依次排列负的第1透镜组(G
文档编号H04N9/31GK1952721SQ20061013563
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月19日
发明者山本力 申请人:富士能株式会社