專利名稱：投影用變焦透鏡及投影型顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種搭載于投影型顯示裝置等的投影用變焦透鏡及搭載投影用變焦 透鏡的投影型顯示裝置。
背景技術：
近幾年，使用透射式或反射式的液晶顯示裝置、DMD顯示裝置等各種光閥的且后截 距比較長的投影型顯示裝置被廣泛普及且逐漸高性能化。在這種高性能的投影型顯示裝置中，采用使用3片反射式液晶顯示元件或DMD的 方式的投影型顯示裝置，為了插入合色棱鏡(也稱色合成棱鏡)，需要更長的后截距，并且 要求良好的焦闌性。另外，隨著光閥的分辨率變高，進一步提高投影透鏡的分辨性能的必要性產生，所 以伴隨色像差的下降而分辨性能的劣化就成為問題。以往，作為不僅確保縮小側的焦闌性并且具有大的后截距的變焦透鏡，公知有下 述專利文獻1或下述專利文獻2所記載的變焦透鏡。專利文獻1 日本專利公開2005-62226號公報專利文獻2 日本專利公開2005-106948號公報然而，上述專利文獻1所記載的變焦透鏡中，存在以下問題，S卩，雖然具有大的后 截距，但在變倍時球面像差(也稱球差)的變動大且非點像差(也稱像散)也大。另外，在上述專利文獻2所記載的變焦透鏡中，存在以下問題，S卩，雖然具有大的 后截距且變倍時的球面像差的變動也得以抑制，但倍率色像差過大。
發明內容本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供一種不僅充分長的后截距得 以確保、并且在變倍的整個區域以球面像差及其變動、非點像差及倍率色像差為首包括軸 上色像差或像面彎曲等的各種像差可得以充分抑制的高分辨率的投影用變焦透鏡及搭載 這種投影用變焦透鏡的投影型顯示裝置。本發明的投影用變焦透鏡，其特征在于，從放大側依次配設具有負的折射力的第 1透鏡組、具有正的折射力的第2透鏡組、具有正的折射力的第3透鏡組、具有正的折射力的 第4透鏡組、具有負的折射力的第5透鏡組及具有正的折射力的第6透鏡組，并且是縮小側 為焦闌系的結構，在變倍時，從上述第3透鏡組到第5透鏡組的各透鏡組沿光軸移動，上述第1透鏡 組及上述第6透鏡組被固定，且上述第2透鏡組沿著上述光軸移動或被固定；在聚焦時，上 述第1透鏡組沿該光軸移動，而且，滿足下述條件式(1) (3)。3. 0 < f3/fw < 5. 0......(1)1. 8 < Bf/fw < 3. 0......(2)[0016]55 < vd56......(3)其中，fw 廣角端的透鏡整個系統的焦距f3 上述第3透鏡組的焦距vd56 上述第5透鏡組和上述第6透鏡組所包含的正透鏡(也稱具有正的折射力 的透鏡)的阿貝數的平均值Bf 透鏡整個系統的縮小側的空氣換算后截距另外，優選滿足下述條件式(4)。55 < vd4......(4)其中，vd4 構成上述第4透鏡組的具有正的折射力的透鏡對d線的阿貝數的平均值而且，優選上述第2透鏡組由凹面朝向放大側的且具有負的折射力的透鏡、凸面 朝向縮小側的且具有正的折射力的透鏡構成。另外，為了在整個變倍區域中謀求透鏡系統的Fno.的一定化，優選將孔徑直徑能 夠變化的孔徑光闌配設在上述第3透鏡組和上述第4透鏡組之間。此外，優選上述第1透鏡組從放大側依次由4片透鏡構成，該4片透鏡通過具有正 的折射力的透鏡、具有負的折射力的透鏡、具有負的折射力的透鏡及具有負的折射力的透 鏡而成。另外，上述第2透鏡組從放大側依次由2片透鏡構成，該2片透鏡通過具有負的折 射力的透鏡及具有正的折射力的透鏡而成。此外，本發明的攝影型顯示裝置具備光源、光閥、將來自該光源的光束引導至該光 閥的照明光學部、及上述任一個投影用變焦透鏡，來自上述光源的光束由上述光閥進行光 調制、且由上述投影用變焦透鏡投影到屏幕上。另外，上述“放大側”是指被投影側(屏幕側)，在縮小投影時方便起見也將屏幕側 稱為放大側。另一方面，上述“縮小側”是指原圖像顯示區域側(光閥側)，在縮小投影時方 便起見也將光閥側稱為縮小側。另外，上述“將孔徑光闌配設在上述第3透鏡組和上述第4透鏡組之間”是指上述 第3透鏡組的最靠縮小側的透鏡和上述第4透鏡組的最靠放大側的透鏡之間，也包括成為 上述第3透鏡組或上述第4透鏡組內的要素的情況。根據本發明的投影用變焦透鏡及使用該投影用變焦透鏡的投影型顯示裝置，不僅 縮小側成為焦闌系，從放大側依次配設有變倍時被固定且用于聚焦的負的第1透鏡組；變 倍時被移動或被固定的且具有正的折射力的第2透鏡組；變倍時分別被移動的正的第3透 鏡組、正的第4透鏡組及負的第5透鏡組；變倍時被固定的正的第6透鏡組，而且，滿足上述 的條件式⑴ ⑶而構成。尤其，通過滿足上述條件式(1)適當地規定第3透鏡組的光焦度，可以確保充分的 后截距的同時，可以將入射到第5透鏡組的光線的高度抑制得低，并良好地校正球面像差 或慧形像差(也稱慧差)等的各像差。另外，通過滿足上述條件式(2)抑制透鏡的大型化，并且能夠得到充分的后截距。另外，通過滿足上述條件式(3)可以良好地校正倍率色像差(也稱倍率色差)。[0037]由此，能夠獲得不僅充分地確保長的后截距、并且在變倍的整個區域可充分地校 正各像差的高分辨率的投影用變焦透鏡及搭載這種投影用變焦透鏡的投影型顯示裝置。
圖1是實施例1所涉及的投影用變焦透鏡的透鏡結構圖。圖2是表示實施例1所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端 (TELE)的各透鏡組的移動位置的圖。圖3是表示實施例2所涉及的投影用變焦透鏡的透鏡結構圖。圖4是表示實施例2所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端 (TELE)的各透鏡組的移動位置的圖。圖5是實施例3所涉及的投影用變焦透鏡的透鏡結構圖。圖6是表示實施例3所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端 (TELE)的各透鏡組的移動位置的圖。圖7是實施例4所涉及的投影用變焦透鏡的透鏡結構圖。圖8是表示實施例4所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端 (TELE)的各透鏡組的移動位置的圖。圖9是實施例1所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端(WIDE)、中間位置(MIDDLE) 及望遠端(TELE)的各像差圖。圖10是實施例2所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端(WIDE)、中間位置 (MIDDLE)及望遠端(TELE)的各像差圖。圖11是實施例3所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端(WIDE)、中間位置 (MIDDLE)及望遠端(TELE)的各像差圖。圖12是實施例4所涉及的投影用變焦透鏡的在廣角端(WIDE)、中間位置 (MIDDLE)及望遠端(TELE)的各像差圖。圖13是表示本實施方式所涉及的投影型顯示裝置的一部分的簡要圖。圖中1_圖像顯示面，2-合色棱鏡，10-投影用變焦透鏡，Ila Ilc-透射式液晶 面板，12、13-二向色鏡，18a 18c_全反射鏡，20-光源，G1 G6-透鏡組，L1 L15-透鏡， R1 R32-透鏡面等的曲率半徑，D1 D31-軸上面間隔，Z-光軸。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示本發明的實施例1所 涉及的變焦透鏡的廣角端的透鏡結構圖。以下，以該透鏡為代表例說明實施方式。S卩、該透鏡是作為搭載于投影型顯示裝置的投影用變焦透鏡所使用的透鏡，作為 一例，從放大側依次具備變倍時被固定且用于聚焦的具有負的折射力的第1透鏡組G1 ；變 倍時被固定的且具有正的折射力的第2透鏡組G2 (實施例4變倍時移動)；變倍時分別沿著 光軸Z移動的具有正的折射力的第3透鏡組G3、具有正的折射力的第4透鏡組G4、具有負的 折射力的第5透鏡組G5 ；以及變倍時被固定且具有正的折射力的第6透鏡組G6。另外，優選上述第3透鏡組G3、上述第4透鏡組G4及上述第5透鏡組G5 (在實施例 4中，變倍時第2透鏡組G2也移動)分別在從廣角端向望遠端變倍時，從縮小側向放大側移
(WIDE)及望遠端 (WIDE)及望遠端 (WIDE)及望遠端 (WIDE)及望遠端動。其中，在下述實施例4中，第5透鏡組G5按照隨著從廣角端朝向望遠端暫且朝向放大 側以后在中途反轉朝向縮小側的方式移動。另外，優選將在整個變倍領域中謀求Fno. —定化的孔徑3配設在第3透鏡組G3和 第4透鏡組G4之間。S卩，為了謀求Fno.的一定化，孔徑3按照與第3透鏡組G3—體地、或 者與第4透鏡組G4 —體地、或者獨立于任意一個透鏡組地進行移動或被固定的方式設定也可。另外，構成為縮小側成為大致焦闌的(焦闌系)。另外，如圖所示，第1透鏡組G1由4片透鏡L1 L4構成，第2透鏡組G2由2片透 鏡L5、L6構成，第3透鏡組G3由2片透鏡L7、L8構成，第4透鏡組G4由2片透鏡L9、L1(1構成， 第5透鏡組G5由4片透鏡L11 L14構成，第6透鏡組G6由1片透鏡L15構成。由此，即使在需要根據投影空間使投影距離改變的情況下，通過使第3透鏡組G3、 第4透鏡組G4及第5透鏡組G5 (在實施例4中是第2透鏡組G2、第3透鏡組G3、第4透鏡組 G4及第5透鏡組G5)在光軸Z方向相互獨立地移動來進行變倍操作，同時將可變光闌3配 設在第3透鏡組G3和第4透鏡組G4之間來進行變倍操作，由此可將其要求所對應的、圖像 質量良好的影像以相同的明亮度映射在屏幕上。另外，上述第1透鏡組G1可以設為從放大側依次由具有正的折射力的第1透鏡Lp 具有負的折射力的第2透鏡L2、具有負的折射力的第3透鏡L3及具有負的折射力的第4透 鏡L4構成。此外，上述第2透鏡組G2可以設為從放大側依次由具有負的折射力的第5透鏡L5 及具有正的折射力的第6透鏡L6構成。通過以下可以更加容易地實現本發明的課題，S卩，通過將上述第1透鏡組G1和上 述第2透鏡組G2中的至少一方設為如上述的透鏡光焦度配置，不僅充分確保長后截距，并 且在變倍的整個區域以球面像差及其變動、非點像差及倍率色像差為首包括軸上色像差或 像面彎曲等的各像差得到充分抑制的高分辨率的投影用變焦透鏡能夠獲得。而且，優選上述第2透鏡組G2由凹面朝向放大側的具有負的折射力的第5透鏡L5、 凸面朝向縮小側的具有正的折射力的第6透鏡L6構成。通過這樣構成，可以為軸外光束通 過透鏡的高的位置的形態，尤其可以獲得非點像差及像面彎曲良好的透鏡組。另外，聚焦通過將第1透鏡組G1的整體沿光軸Z方向移動來進行。而且，第6透鏡組G6是變倍時固定的中繼透鏡，在該第6透鏡組G6與作為光閥的 圖像顯示面1之間配設合色棱鏡2。另外，本實施方式的投影用變焦透鏡滿足以下條件式(1) (3)。3. 0 < f3/fw < 5. 0......(1)其中，fw 廣角端的透鏡整個系統的焦距f3:第3透鏡組G3的焦距上述條件式(1)是用于適當地規定第3透鏡組G3的光焦度的條件式。作為第3透鏡組G3,優選采用將入射到第4透鏡組G4及第5透鏡組G5的光線的高 度最佳化、以及能夠得到充分的后截距的程度的光焦度。這些通過滿足條件式(1)得以實 現。即，若低于該條件式(1)的下限，則第3透鏡組G3的光焦度變得過強，難以確保充分的后截距，另一方面，若超過該上限，則第3透鏡組G3的光焦度變弱，入射到第5透鏡組G5的 光線變高，難以校正球面像差或慧形像差。從這種觀點，優選滿足下述條件式(Γ )代替上述條件式(1)。3. 3 < f3/fw < 4. 6......(1')另外，本實施方式的投影用變焦透鏡滿足以下條件式(2)。1. 8 < Bf/fw < 3. 0......(2)其中，fw 在廣角端的透鏡整個系統的焦距Bf 透鏡整個系統的縮小側的空氣換算后截距通過滿足上述條件式(2)，抑制透鏡的大型化，并且可以得到充分的后截距。即，若 低于條件式(2)的下限，則難以在投影用變焦透鏡和光閥之間插入合色棱鏡等的合色光學 系統，另一方面，若超過該上限，會牽涉到透鏡的大型化。從這種觀點，優選滿足條件式(2 ‘)代替上述條件式(2)。1. 8 < Bf/fw < 2. 6......(2')另外，本實施方式的投影用變焦透鏡滿足下述的條件式(3)。55 < vd56......(3)其中，vd56 第5透鏡組G5和第6透鏡組G6所包含的具有正的折射力的透鏡的阿貝數的 平均值通過滿足上述條件式(3)可以良好地校正倍率色像差。即，若低于該條件式(3) 的下限，則倍率色像差變大并且難以進行校正。另外，本實施方式的投影用變焦透鏡優選滿足下述條件式(4)。55 < vd4......(4)其中，vd4 構成第4透鏡組G4的具有正的折射力的透鏡對d線的阿貝數的平均值上述條件式(4)規定用于良好地校正軸上色像差的條件。即，若低于該條件式(4) 的下限，則軸上色像差變大，成為發生滲色的原因。其次，對本發明所涉及的投影型顯示裝置的實施方式進行簡單說明。圖13是本實 施方式所涉及的投影型顯示裝置的簡要結構圖。圖13所示的投影型顯示裝置具備作為光閥的透射式液晶面板Ila 11c，作為投 影用透鏡10使用上述的實施方式所涉及的投影用變焦透鏡。而且，在光源20和二向色鏡 12之間配置有蠅眼等的積分器(省略圖示)，來自光源20的白色光經由照明光學部被入射 到分別對應于3個色光光束(G光、B光、R光)的液晶面板Ila Ilc且被光調制，并由交 叉二向棱鏡14進行合色，通過投影透鏡10被投影到未圖示的屏幕上。該裝置具備用于分 色(也稱色分解)的二向色鏡12、13，用于合色的交叉二向棱鏡14，聚光透鏡16a 16c，全 反射鏡18a 18c。該投影型顯示裝置使用本實施方式所涉及的投影用變焦透鏡，所以能夠 成為是廣角且投影圖像的圖像質量良好、并明亮還緊湊的投影型顯示裝置。另外，圖13所示的投影型顯示裝置表示本發明的一實施方式，可以進行各種方式 的變更。例如，作為光閥，當然可以替代透射式液晶面板而使用反射式的液晶面板或DMD。
7[0095]以下，使用具體的實施例進一步說明本發明的投影用變焦透鏡。另外，以下所示的 R、D等的各數值數據按照廣角端的焦距成為1的方式被規格化。<實施例1>如上所述，該實施例1所涉及的投影用變焦透鏡成為如圖1所示的結構。即，該透 鏡中，第1透鏡組G1從放大側依次包括以下部件而成，即，由將凸面朝向放大側的正彎月形 透鏡構成的第1透鏡L”由將凸面朝向放大側的負彎月形透鏡構成的第2透鏡L2、由將凸面 朝向放大側的負彎月形透鏡構成的第3透鏡L3、由雙凹透鏡構成的第4透鏡L4,并且，第2 透鏡組G2從放大側依次將雙凹透鏡的第5透鏡L5、雙凸透鏡的第6透鏡L6相互接合而成。另外，第3透鏡組G3,從放大側依次包括以下部件而成，即由雙凸透鏡構成的第7 透鏡L7、由將凸面朝向放大側的負彎月形透鏡構成的第8透鏡L8 ；另外，第4透鏡組G4包括 以下部件而成，即將凸面朝向放大側的負彎月形透鏡構成的第9透鏡L9和由雙凸透鏡構 成的第10透鏡Lltl ；第5透鏡組G5從放大側依次包括以下部件而成，即將凸面朝向放大側 的負彎月形透鏡構成的第11透鏡Ln、由雙凹透鏡構成的第12透鏡L12、由雙凸透鏡構成的 第13透鏡L13、由雙凸透鏡構成的第14透鏡L14，并且，通過將第12透鏡L12和第13透鏡L13 相互接合而構成接合透鏡。另外，第6透鏡組G6僅包括由雙凸透鏡構成的第15透鏡L15。圖2表示在實施例1的投影用變焦透鏡中、在廣角端(WIDE)及望遠端(TELE)的 各透鏡組的移動位置。如圖2所示，在變倍時上述第1透鏡組G1、第2透鏡組G2及第6透鏡組G6成為固 定組，第3 5透鏡組G3 G5成為移動組。另外，孔徑(可變光闌)3配置在第3透鏡組G3和第4透鏡組G4之間，按照在變倍 時伴隨變倍的Fno.的變動量大致成為0的方式，與第3透鏡組G3 —體(作為第3透鏡組 G3的一要素)移動。另外，縮小側成為大致焦闌的。將該投影用變焦透鏡的各透鏡面的曲率半徑R、各透鏡的中心厚度及各透鏡的空 氣間隔(以下，將這些統稱為軸上面間隔)D、各透鏡對d線的折射率N及阿貝數ν的值示于 表1。另外，表中的數字表示從放大側的順序(在以下的表2 4中相同)。另外，在表1的下段表示在廣角端(WIDE)、中間(MIDDLE)及望遠端(TELE)的各透 鏡組間隔(對無限遠聚焦時在以下的表2 4中相同)。另外，在表1的下段表示在廣角端(WIDE)、中間(MIDDLE)及望遠端(TELE)的孔徑 (可變光闌)3的孔徑直徑(光闌直徑)，在廣角端(WIDE)設為0. 909、在中間(MIDDLE)設 為1. 264、在望遠端(TELE)設為1. 349，被構成得即使變倍而明亮度(Fno.)也不變。[表1]焦距F= 1. 00 1. 16 1. 39
權利要求一種投影用變焦透鏡，其特征在于，從放大側依次配設具有負的折射力的第1透鏡組、具有正的折射力的第2透鏡組、具有正的折射力的第3透鏡組、具有正的折射力的第4透鏡組、具有負的折射力的第5透鏡組及具有正的折射力的第6透鏡組，并且是縮小側為焦闌系的結構，在變倍時，從上述第3透鏡組到第5透鏡組為止的各透鏡組沿光軸移動，上述第1透鏡組及上述第6透鏡組被固定，且上述第2透鏡組沿著上述光軸移動或被固定；在聚焦時，上述第1透鏡組沿該光軸移動，而且，滿足下述條件式(1)～(3)3.0＜f3/fw＜5.0……(1)1.8＜Bf/fw＜3.0……(2)55＜v d56……(3)其中，fw在廣角端的透鏡整個系統的焦距f3上述第3透鏡組的焦距v d56上述第5透鏡組和上述第6透鏡組所包含的正透鏡的阿貝數的平均值Bf透鏡整個系統的縮小側的空氣換算后截距。
2.如權利要求1所述的投影用變焦透鏡，其特征在于， 滿足下述條件式(4)55 < ν d4......(4)其中，ν d4 構成上述第4透鏡組的且具有正的折射力的透鏡對d線的阿貝數的平均值。
3.如權利要求1或2所述的投影用變焦透鏡，其特征在于，上述第2透鏡組由凹面朝向放大側的且具有負折射力的透鏡、凸面朝向縮小側的且具 有正折射力的透鏡構成。
4.如權利要求1或2所述的投影用變焦透鏡，其特征在于，為了在整個變倍區域中謀求Fno.的一定化，將孔徑直徑能夠變化的孔徑光闌配設在 上述第3透鏡組和上述第4透鏡組之間。
5.如權利要求1或2所述的投影用變焦透鏡，其特征在于，上述第1透鏡組從放大側依次由4片透鏡構成，該4片透鏡通過具有正折射力的透鏡、 具有負折射力的透鏡、具有負折射力的透鏡及具有負折射力的透鏡而成。
6.如權利要求1或2所述的投影用變焦透鏡，其特征在于，上述第2透鏡組從放大側依次由2片透鏡構成，該2片透鏡通過具有負折射力的透鏡 及具有正折射力的透鏡而成。
7.一種投影型顯示裝置，其特征在于，具備光源、光閥、將來自該光源的光束引導至該光閥的照明光學部、及權利要求1至6 中任一項所述的投影用變焦透鏡，并且，來自上述光源的光束由上述光閥進行光調制、且由 上述投影用變焦透鏡投影到屏幕上。
專利摘要本實用新型涉及一種6組結構的投影用變焦透鏡，尤其涉及一種不僅足夠長的后截距得以確保、并且在變倍的整個區域內各像差也得以充分抑制的高分辨率的投影用變焦透鏡以及搭載這種投影用變焦透鏡的投影型顯示裝置。該投影用變焦透鏡從放大側起包括負的第1組(G1)、正的第2組(G2)、正的第3組(G3)、正的第4組(G4)、負的第5組(G5)、正的第6組(G6)，并且縮小側成為焦闌系，在變倍時，第1組(G1)、第2組(G2)及第6組(G6)成為固定，第3～5組(G3～G5)成為移動，并且第1組(G1)成為用于聚焦的組，并且滿足式(1)～(3)3.0＜f3/fw＜5.0(1)，1.8＜Bf/fw＜3.0(2)，55＜v d56(3)。其中，fw廣角端透鏡整個系統的焦距、f3第3組(G3)的焦距、v d56第5組(G5)和第6組(G6)的正透鏡的阿貝數平均值、Bf縮小側后截距。
文檔編號G03B21/14GK201725080SQ201020177910
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月14日 優先權日2009年6月8日
發明者天野賢 申請人:富士能株式會社