專利名稱：變焦透鏡以及具有該變焦透鏡的圖像投射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡。例如，作為一種具有寬視場角、長后截距且可以良好地保持與照明系統(tǒng)的瞳匹配性的緊湊型的變焦透鏡，可以適用于高精細(xì)的液晶投影儀、特別是移動(dòng)型液晶投影儀。
此外，本發(fā)明還涉及具有最適合于鏡頭快門式照相機(jī)、視頻攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等中的、較長后截距的照相機(jī)(光學(xué)儀器)的高光學(xué)性能的變焦透鏡。
背景技術(shù)：
長期以來，人們提出了各種各樣使用液晶顯示元件等顯示器件并向屏幕面投射基于該顯示器件的圖像的液晶投影儀(圖像投射裝置)。
特別地，液晶投影儀作為可以將計(jì)算機(jī)等的圖像投射成大畫面的裝置，已經(jīng)廣泛用于會(huì)議以及演示會(huì)等。
在使用3片液晶顯示元件的3片式彩色液晶投影裝置中，必須在液晶顯示元件和投影鏡頭之間設(shè)置用于配置合成通過液晶顯示元件調(diào)制過的色光的二向色棱鏡以及偏光板等元件的空間，因而需要相對(duì)于投影透鏡確保某種規(guī)定長度的后截距。
作為用于彩色液晶投影儀的投影光學(xué)系統(tǒng)(投影透鏡)，希望其具有下述特點(diǎn)·為了使設(shè)置于上述二向色棱鏡的彩色合成膜的角度依存性的影響極小，此外，為了確保與照明系統(tǒng)的良好的瞳匹配性，其必須是液晶顯示元件(縮小)側(cè)的瞳孔位于無限遠(yuǎn)的所謂的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)；·在將3色的液晶顯示元件的圖案(圖像)合成投射到屏幕時(shí)，各種顏色的像素必須在畫面的全部區(qū)域重合，以不使計(jì)算機(jī)的文字等看起來重影而損害解像度以及像質(zhì)，因此，在可見光區(qū)應(yīng)能良好地校正投影透鏡產(chǎn)生的色偏離(倍率色差)；·另外，應(yīng)能良好地校正畸變像差，以不因輪廓部畸變而使所投影的圖像變得難看，等等。
此外，最近，在要求畫面的高亮度·圖像的高精細(xì)化的需求的同時(shí)，搭載小型面板的投影儀中還要求重視機(jī)動(dòng)性·便攜性的裝置的小型化·輕量化。
自以往開始，作為液晶投影儀用的投影透鏡，有人提出作為從放大側(cè)(前方)開始順序地排列負(fù)·正·正·負(fù)·正(或者負(fù))·正光焦度的第1～第6透鏡單元的整體由6個(gè)透鏡單元構(gòu)成，通過適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)其中的規(guī)定的透鏡單元進(jìn)行變焦的6群變焦透鏡(例如USAA2001/050818號(hào)公報(bào))。
由于該6群變焦透鏡在進(jìn)行變焦時(shí)固定第1以及第6透鏡單元，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，透鏡系統(tǒng)內(nèi)部的第2～第5透鏡單元全部向縮小共軛側(cè)(后方側(cè))移動(dòng)，故在變焦時(shí)透鏡全長要保持恒定，且需要構(gòu)成減小了變焦時(shí)的畸變像差和色差的遠(yuǎn)心光路。
作為其他的以往的液晶投影儀用的投影透鏡，也有人提出作為從放大側(cè)(前方)開始順序地排列負(fù)·正·正·負(fù)·正·正光焦度的第1～第6透鏡單元的整體由6個(gè)透鏡單元構(gòu)成，通過適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)其中的規(guī)定的透鏡單元進(jìn)行變焦的6群變焦透鏡(例如日本公開公報(bào)特開2001-108900號(hào))。由于該6群變焦透鏡在進(jìn)行變焦時(shí)固定第1、第4以及第6透鏡單元，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中透鏡使系統(tǒng)內(nèi)部的第2、第3以及第5透鏡單元移動(dòng)，故需要構(gòu)成透鏡全長保持恒定，且抑制了變焦時(shí)的色差等諸像差的變動(dòng)的遠(yuǎn)心光路。
特開2001-235679號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開2001-108900號(hào)公報(bào)現(xiàn)在，在希望得到更小型的液晶投影儀的同時(shí)，人們還特別地強(qiáng)烈需求一種作為在家庭影院用方面具有最大優(yōu)點(diǎn)的近距離投影、即廣角化的液晶投影儀。
此外，在追求投影圖像的高亮度化的目的下，作為投影透鏡，也要求一種明亮的、大孔徑比的透鏡系統(tǒng)。
在USAA2001/050818號(hào)公報(bào)開示的6群變焦透鏡中，由于在最放大側(cè)(前方)配置了正光焦度的透鏡單元，故有利于校正畸變像差。但由于前透鏡孔徑的大型化和在最縮小側(cè)(后方)附加的第6透鏡單元需要選擇折射率小的玻璃材料，因此，存在校正軸外光束的像差特別困難的傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的是提供一種在謀求透鏡系統(tǒng)整體的小型化的同時(shí)，可以良好地校正各種像差，且能夠遍及畫面整體具有良好光學(xué)性能的、適合于液晶投影儀用的變焦透鏡以及具有該變焦透鏡的圖像投射裝置。
本發(fā)明的其他的目的是提供適用于將圖像信息形成在膠片、CCD等攝像裝置像面上的視頻攝像機(jī)、膠片照相機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等光學(xué)儀器的變焦透鏡。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的變焦透鏡自前向后順序地具有以下部分具有負(fù)光焦度的第1透鏡單元；具有正光焦度的第2透鏡單元；具有正光焦度的第3透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第4透鏡單元；具有正或者負(fù)光焦度的第5透鏡單元；和具有正光焦度的第6透鏡單元，且該第6透鏡單元至少包含1個(gè)正透鏡元件。
在上述變焦透鏡自廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變焦時(shí)，至少移動(dòng)4個(gè)透鏡單元，當(dāng)設(shè)該第1透鏡單元的最前方側(cè)的面頂點(diǎn)到前方側(cè)主平面位置的距離為O1，該第1透鏡單元的的全長為L1，該第6透鏡單元的該1個(gè)或其以上的正透鏡元件的材料的平均阿貝數(shù)為vd，平均部分色散比為θgF，g、d、F、C線的材料的折射率分別為ng、nd、nF、nC，且
vd＝(nd-1)/(nF-nC)θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)時(shí)，滿足0.00＜O1/L1＜0.38-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.04的條件式。
通過后述的具體實(shí)施方式
將進(jìn)一步明瞭本發(fā)明的各種其他的形態(tài)。


圖1所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的變焦透鏡的圖像投射裝置的要部概略圖；圖2所示是以單位mm表示本發(fā)明的數(shù)值實(shí)施例1的變焦透鏡時(shí)的、物距2.3m時(shí)像差圖；圖3所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的變焦透鏡的圖像投射裝置的要部概略圖；圖4所示是以單位mm表示本發(fā)明的數(shù)值實(shí)施例2的變焦透鏡時(shí)的、物距2.8m時(shí)像差圖；圖5所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的變焦透鏡的圖像投射裝置的要部概略圖；圖6所示是以單位mm表示本發(fā)明的數(shù)值實(shí)施例3的變焦透鏡時(shí)的、物距2.3m時(shí)像差圖；圖7所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的變焦透鏡的圖像投射裝置的要部概略圖；圖8所示是以單位mm表示本發(fā)明的數(shù)值實(shí)施例4的變焦透鏡時(shí)的、物距2.3m時(shí)像差圖；圖9所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的變焦透鏡的圖像投射裝置的要部概略圖；圖10所示是以單位mm表示本發(fā)明的數(shù)值實(shí)施例5的變焦透鏡時(shí)的、物距2.1m時(shí)像差圖；圖11所示是本發(fā)明數(shù)值實(shí)施例1～5中的最大像高的倍率色差的說明圖；圖12所示是彩色液晶投影儀使用了本發(fā)明的圖像投射裝置時(shí)的要部概略圖；圖13所示是本發(fā)明的光學(xué)儀器實(shí)施形態(tài)的要部概略圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的變焦透鏡的圖像投射裝置(液晶視頻投影儀)的要部概略圖。圖2A、2B所示是以mm為單位表示對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的后述的數(shù)值實(shí)施例1的數(shù)值時(shí)的、物距(距第1透鏡單元的距離)為2.3m時(shí)廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長焦距側(cè))的像差圖。
圖3所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的變焦透鏡的圖像投射裝置(液晶視頻投影儀)的要部概略圖。圖4A、4B所示是以mm為單位表示對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的后述的數(shù)值實(shí)施例2的數(shù)值時(shí)的、物距(距第1透鏡單元的距離)為2.8m時(shí)廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長焦距側(cè))的像差圖。
圖5所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的變焦透鏡的圖像投射裝置(液晶視頻投影儀)的要部概略圖。圖6A、6B所示是以mm為單位表示對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的后述的數(shù)值實(shí)施例3的數(shù)值時(shí)的、物距(距第1透鏡單元的距離)為2.3m時(shí)廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長焦距側(cè))的像差圖。
圖7所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的變焦透鏡的圖像投射裝置(液晶視頻投影儀)的要部概略圖。圖8A、8B所示是以mm為單位表示對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的后述的數(shù)值實(shí)施例4的數(shù)值時(shí)的、物距(距第1透鏡單元的距離)為2.3m時(shí)廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長焦距側(cè))的像差圖。
圖9所示是使用了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的變焦透鏡的圖像投射裝置(液晶視頻投影儀)的要部概略圖。圖10A、10B所示是以mm為單位表示對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的后述的數(shù)值實(shí)施例5的數(shù)值時(shí)的、物距(距第1透鏡單元的距離)為2.1m時(shí)廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長焦距側(cè))的像差圖。
在圖1、圖3、圖5、圖7、圖9的實(shí)施形態(tài)1～5的圖像投射裝置中，給出了使用變焦透鏡(投影透鏡、投寫透鏡)PL在屏幕面S上放大投影LCD的原圖像(被投影圖像)的狀態(tài)。
S是屏幕面(投影面)、LCD是液晶面板(液晶顯示元件)等的原圖像(被投影圖像)。屏幕面S與原圖像LCD處于共軛關(guān)系，一般地，屏幕面S為長距離方的共軛點(diǎn)(第1共軛點(diǎn))，相當(dāng)于放大側(cè)(前方側(cè))，原圖像LCD為短距離方的共軛點(diǎn)(第2共軛點(diǎn))，相當(dāng)于縮小側(cè)(后方側(cè))。這里，在將變焦透鏡作為攝影系統(tǒng)使用時(shí)，屏幕面S側(cè)為物體側(cè)，原圖像LCD側(cè)為攝影面?zhèn)取?br> GB是彩色合成棱鏡或偏光濾光片以及彩色濾光片等玻璃元件。
變焦透鏡PL經(jīng)由連接部件(沒有圖示)安裝在液晶視頻投影儀主體(沒有圖示)上。玻璃元件GB以后的液晶顯示元件LCD側(cè)包含在投影儀主體內(nèi)。
L1是具有負(fù)光焦度的第1透鏡單元，L2是具有正光焦度的第2透鏡單元，L3是具有正光焦度的第3透鏡單元，L4是具有負(fù)光焦度的第4透鏡單元，L5是具有正或者負(fù)光焦度的第5透鏡單元，L6是具有正光焦度的第6透鏡單元。
在各實(shí)施形態(tài)中，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變焦時(shí)，如箭頭所示的那樣，使第2透鏡單元L2、第3透鏡單元L3、第4透鏡單元L4以及第5透鏡單元L5獨(dú)立地向作為放大側(cè)的第1共軛點(diǎn)側(cè)(屏幕S側(cè))移動(dòng)。為了進(jìn)行變焦，固定第1透鏡單元L1和第6透鏡單元L6。此外，使第1透鏡單元L1在光軸上移動(dòng)進(jìn)行聚焦。這里，也可以移動(dòng)顯示面板LCD進(jìn)行聚焦。
光闌設(shè)置在第4透鏡單元L4和第5透鏡單元L5之間。在各透鏡面上實(shí)施了防反射用的多層鍍膜。
在圖2、圖4、圖6、圖8、圖10的像差圖中，G表示550nm波長處的像差，R表示610nm波長處的像差，B表示450nm波長處的像差，S(弧矢像面的傾斜)、M(子午像面的傾斜)均表示波長550nm處的像差。F為F數(shù)。ω為半視場角。
下面，對(duì)各實(shí)施形態(tài)的變焦特征進(jìn)行說明。
設(shè)第1透鏡單元L1的最前方側(cè)的面頂點(diǎn)到前方側(cè)主平面位置的距離為O1，第1透鏡單元L1的全長為L1，第6透鏡單元L6具有1個(gè)或其以上的正透鏡，1個(gè)或其以上的正透鏡的材料的平均阿貝數(shù)為vd，平均部分色散比為θgF(設(shè)在第6透鏡單元L6由1片正透鏡構(gòu)成時(shí)，該正透鏡的材料的阿貝數(shù)為vd，平均部分色散比為θgF)，g、d、F、C線的材料的折射率分別為ng、nd、nF、nC，且在vd＝(nd-1)/(nF-nC)θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)時(shí)，滿足0.00＜O1/L1＜0.38(1)-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.04(2)的條件式。
負(fù)光焦度的透鏡單元由先行的負(fù)引導(dǎo)型的變焦透鏡構(gòu)成，引出了確保廣角化以及長后截距這樣的特征。相對(duì)于反面難以高變焦化的問題，通過將變焦的可動(dòng)成分分成4個(gè)成分(4個(gè)透鏡單元)，實(shí)現(xiàn)了集約化的光學(xué)系統(tǒng)。條件式(1)是有關(guān)第1透鏡單元L1的主平面位置的規(guī)定。如果超過條件式(1)的下限，雖然具有可以緊湊地設(shè)計(jì)透鏡全長等光學(xué)系統(tǒng)整體的優(yōu)點(diǎn)，但畸變等軸外像差的校正將變得困難。反之，如果超過上限，雖然在像差校正方面有效，但由于大型化了前面透鏡直徑以及透鏡全長并不理想。條件式(2)是有關(guān)構(gòu)成第6透鏡單元L6的正透鏡的材料規(guī)定了固有的部分色散比(θgF)和根據(jù)阿貝數(shù)計(jì)算出來的normal-line(連結(jié)K7-F2的標(biāo)準(zhǔn)玻璃材料線)值之差的關(guān)系式，表現(xiàn)了被稱為所謂的異常色散度的特性。如果超過條件式(2)的下限則短波長(蘭紫)側(cè)的倍率色差的校正變得困難。作為滿足條件式(2)的玻璃材料，例如在大原公司(股份有限)的材料中可使用折射率高的燧石系列的Ba(鋇)·Ti(鈦)系列。
第5透鏡單元L5和第6透鏡單元L6各自具有1片或1片以上的正透鏡，在取這些1片或1片以上的正透鏡的材料的平均折射率為N56P時(shí)，其滿足條件式(3)。
1.62＜N56P＜1.85(3)條件式(3)主要時(shí)規(guī)定有關(guān)從光闌到配置在縮小共軛側(cè)的正透鏡的材料的折射率的條件的關(guān)系式。如果使用反向聚焦型則由于光焦度成非對(duì)稱配置而多產(chǎn)生內(nèi)向性慧差·畸變像差。條件式(3)是用于良好地校正此時(shí)的像差的關(guān)系式。通過對(duì)第5·第6透鏡單元L5、L6等配置在縮小共軛側(cè)的正透鏡的材料選擇滿足條件式(3)的玻璃材料，可以在良好地校正內(nèi)向性慧差或畸變像差的同時(shí)，防止匹斯閥條件的劣化。
在進(jìn)行變焦時(shí)，第1·第6透鏡單元L1、L6均相對(duì)于縮小共軛面固定，在全部變焦范圍內(nèi)透鏡全長不變。由此，可以確保投寫透鏡的牢固性，在變焦時(shí)，由于外徑大的第1透鏡單元L1固定，故重量平衡等的變化少，在機(jī)構(gòu)面有利于發(fā)揮作用。
在各實(shí)施形態(tài)中，主要承擔(dān)的變焦的是第2透鏡單元L2和第4透鏡單元L4。因此，在取第2透鏡單元L2和第3透鏡單元L3的合成透鏡單元的廣角端的成像倍率為β23W時(shí)，滿足0.1＜-β23W＜1.0(4)的條件式。
條件式(4)表示在等倍以下使用第2透鏡單元L2和第3透鏡單元L3的合成透鏡單元的成像倍率的限制，如果超過下限，則因透鏡全長變長等構(gòu)成對(duì)光學(xué)系統(tǒng)整體的集約化的妨礙。反之，雖然超過上限有利于光學(xué)系統(tǒng)整體的集約化構(gòu)成，但因其表現(xiàn)出變焦時(shí)的像差變動(dòng)變大的傾向而不理想。
在設(shè)廣角端的第4透鏡單元L4的成像倍率為β4W時(shí)，滿足1＜β4W＜5(5)的條件式。
條件式(5)是規(guī)定了第4透鏡單元L4的成像倍率的關(guān)系式。如果超過下限，則第4透鏡單元L4的光焦度變小，匹斯閥條件劣化使像面彎曲變大而無法確保所期望的后截距。進(jìn)而，隨著伴隨變焦時(shí)的移動(dòng)量增加的像差變動(dòng)變大，透鏡單元間隔縮小等，在機(jī)構(gòu)面也將發(fā)生問題。反之，如果超過上限則因負(fù)的光焦度變得過大產(chǎn)生超過需要的后截距用的空間等而不理想。
如前所述的這樣，由于第4透鏡單元L4用于放大倍率作用，故在進(jìn)行變焦時(shí)，通過從縮小共軛側(cè)移動(dòng)到放大共軛側(cè)進(jìn)行增倍作用。利用前述的增倍作用，可以在進(jìn)行從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)，通過在放大共軛側(cè)移動(dòng)起縮小倍率作用的第3透鏡單元L3校正聚焦面在長方向的進(jìn)一步偏離。為了抑制因存在于第3透鏡單元L3內(nèi)的光闌在放大共軛側(cè)移動(dòng)導(dǎo)致的變焦時(shí)的瞳孔·像差變動(dòng)，第5透鏡單元L5與第3透鏡單元L3同樣地在放大共軛側(cè)移動(dòng)。因而，第2～第5透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中全部向放大共軛側(cè)移動(dòng)。
此外，為了降低在作為投影系統(tǒng)的高功能化時(shí)產(chǎn)生的各種像差的劣化等弊害，在投影透鏡PL的內(nèi)部應(yīng)至少采用1片非球面透鏡。此時(shí)的非球面可以選擇利用玻璃成型的非球面、或者成型薄的樹脂等而成的混合非球面等。也可以根據(jù)解像度的目標(biāo)和非球面的靈敏度采用通過塑料成型的非球面透鏡。雖然也可以根據(jù)想要除去的像差進(jìn)行取舍，但為了良好地主要校正軸外的各種像差，在盡可能遠(yuǎn)離光闌面的第1透鏡單元L1、第5透鏡單元L5或者第6透鏡單元L6之類的面上采用非球面比較有效。
第5透鏡單元L5從放大側(cè)(前方側(cè))起，順序地由1片兩透鏡面為凹面的負(fù)透鏡和2片或2片以上的正透鏡構(gòu)成。這是為了配置軸上光線的高度最小的位置具有強(qiáng)的負(fù)光焦度的透鏡而采用的結(jié)構(gòu)，由此，可以高效地減小匹斯閥和。另外，由于必須平緩地彎折由離開光闌配置在縮小共軛側(cè)的負(fù)透鏡所彈起的光線而具有良好的遠(yuǎn)心性能，故需要至少采用2片或2片以上的正透鏡進(jìn)行構(gòu)成。此外，在抑制產(chǎn)生像散的目的下，在朝向光闌面最好形成同心的形狀，且如條件式(3)所述的那樣，玻璃材料采用折射率高的材料。
當(dāng)設(shè)廣角端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距為fw，第6透鏡單元L6的焦距為f6時(shí)，滿足1.2＜f6/fw＜3.0(6)的條件式。
這里，所謂廣角端和望遠(yuǎn)端，說的是變焦用透鏡單元在機(jī)構(gòu)上位于可在光軸方向移動(dòng)的范圍的兩端時(shí)的變焦位置。
通過在像面附近附加第6透鏡單元L6，可以起到減弱第1到第5透鏡單元L1～L5的合成光焦度的作用，達(dá)到有利于高視場角化以及大口徑化的作用。如果超過條件式(6)的下限，第6透鏡單元L6的光焦度將變得過大，畸變以及內(nèi)向性慧差斑等將變大。反之，如果超過上限，則第因六透鏡單元L6的光焦度變得過小，減弱第1到第5透鏡單元L1～L5的合成光焦度的效果變小，高性能化的效果變淡而不理想。此外，有關(guān)玻璃材料的問題，與第5透鏡單元L5的正透鏡同樣地，最好切實(shí)地選擇折射率高的材料。
在設(shè)構(gòu)成第6透鏡單元L6的1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡的平均折射率(1片透鏡時(shí)即為該透鏡材料的折射率)為N6p時(shí)，滿足1.70＜N6p＜1.85(7)的條件式。
如果超過條件式(7)的下限，則因主要劣化畸變以及內(nèi)向性慧差等而不理想。
此外，通過利用第1透鏡單元L1擔(dān)負(fù)對(duì)應(yīng)了放大側(cè)的投影距離的聚焦機(jī)構(gòu)，可以以最簡單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)。
這里，為了謀求像差校正以及裝置整體的小型化，可以如下地設(shè)定前述的條件式(1)～(7)的數(shù)值范圍。
0.1＜O1/L1＜0.33(1a)-0.01＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.03(2a)1.65＜N56P＜1.80(3a)0.2＜-β23W＜0.8(4a)1.4＜β4W＜4.5(5a)1.4＜f6/fw＜2.5(6a)
1.72＜N6p＜1.84(7a)下面對(duì)各實(shí)施形態(tài)的具體的特征進(jìn)行說明。
在圖1的實(shí)施形態(tài)1中，從放大共軛側(cè)起順序地由負(fù)透鏡、負(fù)透鏡、正透鏡3片透鏡構(gòu)成第1透鏡單元L1，在放大共軛附近配置了主平面。由此，可以容易地實(shí)現(xiàn)透鏡全長的集約化。此外，通過用負(fù)透鏡形成最放大共軛側(cè)的透鏡，可以在最靠近縮小共軛側(cè)配置視在瞳孔位置，由此，可以容易地實(shí)現(xiàn)前置透鏡直徑的小型化。
第2透鏡單元L2擔(dān)負(fù)作為主變焦用的透鏡單元的作用，賦予了較大的光焦度。為此，在正透鏡上采用高折射率的玻璃材料可以減小匹斯閥和以及變焦時(shí)的球面像差等像差的變動(dòng)。由于采用大孔徑比的變焦透鏡在高空間頻率范圍要求高的響應(yīng)其允許變化直徑將變小，焦深變淺，故如果在中間像高等處的像面彎曲以及像散較大則解像度將急劇劣化。因此，在各實(shí)施形態(tài)中如前所述的那樣構(gòu)成第2透鏡單元L2，以減小匹斯閥和。
從上述和在可見光譜段的寬譜段良好地校正倍率色差這兩種觀點(diǎn)看，應(yīng)該在正透鏡上采用La(鑭)系重燧石材料。
第4透鏡單元L4擔(dān)負(fù)著補(bǔ)充第2透鏡單元L2不能確保的變焦比的作用，即所謂的副變焦透鏡單元。第4透鏡單元L4由1片負(fù)透鏡構(gòu)成，相關(guān)于變焦全域，第4透鏡單元L4的成像倍率為等倍或等倍以上，在進(jìn)行從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)，與第2以及第3透鏡單元L2、L3的移動(dòng)同樣地向放大共軛側(cè)移動(dòng)。
第5透鏡單元L5對(duì)放大側(cè)賦予強(qiáng)烈的負(fù)的光焦度。通過該強(qiáng)烈的負(fù)的光焦度，可以較小地設(shè)定匹斯閥和。進(jìn)而，可以在縮小共軛側(cè)配置主平面，充分確保良好的遠(yuǎn)心性能以及長的后截距。
第6透鏡單元L6由1片兩個(gè)透鏡面為凸面的正透鏡構(gòu)成。通過對(duì)第6透鏡單元L6賦予適當(dāng)(根據(jù)條件式(6)的)的光焦度，可以起到減弱第1到第5透鏡單元L1～L5的合成光焦度的作用，達(dá)到有利于高視場角化以及大口徑化的作用。由于第6透鏡單元L6配置在遠(yuǎn)離光闌面的位置，故對(duì)畸變等軸外像差產(chǎn)生影響。為此，正透鏡的材料的折射率Nd使用具有Nd＝1.81的高折射率的Ti(鈦)系重燧石材料。根據(jù)條件式(2)，該重燧石材料具有大到0.015的(更多地使短波長光彎折)異常色散，具有可以良好地校正有關(guān)通常難以校正的畫面周圍區(qū)域的短波長(蘭紫)側(cè)的倍率色差的效果。此外，如前所述的那樣，由于折射率高達(dá)1.81，故在畸變·內(nèi)向性慧差以及匹斯閥條件等像差校正方面也具有有利的作用。
下面，以與實(shí)施形態(tài)1不同的構(gòu)成為中心對(duì)實(shí)施形態(tài)2～5進(jìn)行敘述。
在圖3的實(shí)施形態(tài)2中，從放大側(cè)起，順序地由負(fù)透鏡、負(fù)透鏡、正透鏡3片透鏡構(gòu)成第1透鏡單元L1，其中，第2片負(fù)透鏡使用大原公司(股份有限)制造的FSL5(品名)良好地校正了倍率色差等。在實(shí)施形態(tài)2中，為了進(jìn)一步改善倍率色差，也可以采用大原公司(股份有限)制造的FPL51(品名)等異常色散性高的玻璃材料。
第6透鏡單元L6由兩個(gè)透鏡面為凸面的單一正透鏡構(gòu)成。其材料的折射率Nd使用具有Nd＝1.76的高折射率的Ti(鈦)系重燧石材料。根據(jù)條件式(2)，該重燧石材料也具有大到0.014的(更多地使短波長光彎折)異常色散，具有可以特別良好地校正有關(guān)通常難以校正的畫面周圍區(qū)域的短波長側(cè)的倍率色差的效果。關(guān)于其他點(diǎn)則與前述的實(shí)施形態(tài)1近似相同。
在圖5的實(shí)施形態(tài)3中，第6透鏡單元L6由兩個(gè)透鏡面為凸面的單一正透鏡構(gòu)成。此時(shí)的正透鏡與實(shí)施形態(tài)1、2不同，材料使用La(鑭)系的重燧石材料。條件式(2)的值取-0.004的負(fù)值。因此，因?yàn)榻o出的是與前面用實(shí)施形態(tài)1、2給出的Ti(鈦)系重燧石材料相反的作用，故從進(jìn)行短波長(蘭紫)側(cè)的倍率色差的校正的觀點(diǎn)上看并不理想，但由于條件式(3)所示的構(gòu)成第5～第6透鏡單元L5、L6的正透鏡的材料的平均折射率高達(dá)N56p＝1.76，在主要校正畸變·內(nèi)向性慧差等像差校正方面起到了有利作用。關(guān)于其他點(diǎn)則與前述的實(shí)施形態(tài)1近似相同。
在圖7的實(shí)施形態(tài)4中，第5透鏡單元L5具有弱的負(fù)光焦度。如前所述的那樣，在第5透鏡單元L5的最放大共軛側(cè)最好配置具有強(qiáng)負(fù)光焦度的負(fù)透鏡，特別是為了有效地校正匹斯閥和，采用負(fù)光焦度構(gòu)成了第5透鏡單元L5。有關(guān)其他點(diǎn)則與前述的實(shí)施形態(tài)1近似相同。
在圖9的實(shí)施形態(tài)5中，通過在第1透鏡單元L1的最放大共軛側(cè)的負(fù)透鏡的縮小共軛側(cè)的面采用非球面，可以有效地校正畸變等各種軸外像差。在實(shí)施形態(tài)5中，使用上述非球面可以進(jìn)一步使實(shí)施形態(tài)3寬視場角化。有關(guān)其他點(diǎn)與前述的實(shí)施形態(tài)3近似相同。
圖11對(duì)各實(shí)施形態(tài)給出了最大像高的倍率色差特性。橫軸表示波長，縱軸表示最大像高處的倍率色差值，主波長均為550nm。因?yàn)槭菢?gòu)成等不同的實(shí)施形態(tài)間的比較，故不能簡單地一概而論，但根據(jù)該圖可以判斷條件式(2)的值的大小對(duì)倍率色差的二次譜成分有不小的影響。
下面給出分別對(duì)應(yīng)實(shí)施形態(tài)1～5的變焦透鏡的數(shù)值實(shí)施例1～5。在各數(shù)值實(shí)施例中，i表示自放大側(cè)(前方側(cè))的光學(xué)面的順序，ri表示第i個(gè)光學(xué)面(第i面)的曲率半徑，di表示第i面和第i+1面之間的間隔，ni和vi分別表示對(duì)d線的第i個(gè)光學(xué)部件的材料的折射率、阿貝數(shù)。f是焦距，F(xiàn)NO是F數(shù)。ω是半視場角。
θgfi表示構(gòu)成第i個(gè)面的材料的部分色散比。
此外，數(shù)值實(shí)施例1、3、4、5的最縮小側(cè)的2個(gè)面和數(shù)值實(shí)施例2的最縮小側(cè)的8個(gè)面是構(gòu)成涉及到的彩色分解棱鏡、位相板、各種濾光片等的玻璃構(gòu)件GB的面。
另外，k是離心率，A、B、C、D為非球面系數(shù)，在以面頂點(diǎn)為基準(zhǔn)設(shè)在離開光軸的高度h的位置的光軸方向的變位為x時(shí)，非球面形狀可以用x＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10表示。式中，r是曲率半徑。
這里，“e-Z”的表示“×10-Z”的意思。
表1給出了前述各條件式1～7與數(shù)值實(shí)施例1～5的諸數(shù)值的關(guān)系。
數(shù)值實(shí)施例1f30.8～36.9 FNO1.90～2.19 ω26.72～22.76ridi Ni vi θgf1148.9581.801.52459.80.5440220.0008.583-84.682 1.551.51864.10.5353435.3301.28534.0493.301.83937.20.5776670.917(可變)752.2755.081.83937.20.57768-123.814 0.15946.9876.621.83937.20.577610 -34.604 1.351.85423.80.620411 142.365 (可變)12 414.262 2.611.48970.20.530013 -67.740 (可變)14 43.5841.001.62553.20.553915 21.111(可變)16 -13.764 1.451.85423.80.620417 69.0468.001.60560.60.544918 -20.352 0.1519 746.047 6.031.69955.50.543420 -37.707 (可變)21 82.9066.061.81225.40.616122 -94.973 5.0023 inf. 30.03 1.51864.10.535324 inf. 2.50間隔數(shù)據(jù)W Td6 7.411.22d118.907.26d130.704.66d157.586.74d200.655.37
數(shù)值實(shí)施例2f37.0～47.9 FNO1.70～1.99 ω22.89～18.03ri di Nivi θgf11109.2102.10 1.615 58.70.5449231.189 8.923-91.2931.90 1.489 70.20.5300490.529 0.7156.301 3.35 1.839 37.20.57766179.144(可變)7167. 261 5.25 1.839 42.70.56378-89.8550.15958.151 4.41 1.839 37.20.577610 569.0211.1811 -174.040 1.65 1.854 23.90.620412 636.179(可變)13 35.715 4.75 1.699 55.50.543414 -112.024 (可變)15 903.3061.15 1.768 26.50.613616 22.234 (可變)17 -16.9901.50 1.812 25.40.616118 103.3118.91 1.661 50.90.556019 -25.6400.1520 -325.580 5.49 1.661 50.90.556021 -41.802(可變)22 82.451 6.37 1.768 26.50.613623 -103.161 4.8024 inf. 30.00 1.518 64.10.535325 inf. 0.0026 inf. 0.70 1.763 55.027 inf. 0.0028 inf. 0.40 1.502 65.029 inf. 0.0030 inf. 2.30 1.492 65.031 inf.
間隔數(shù)據(jù)WTd6 14.711.46d1215.2715.87d141.31 2.87d1610.3413.21d210.50 8.73
數(shù)值實(shí)施例3f30.9～37.8 FNO1.90～2.18 ω26.67～22.30ri di Ni vi θgf1150.696 1.801.58559.40.5434220.444 8.073-115.739 1.601.52459.80.5440441.495 0.47532.645 3.411.83937.20.5776667.728 (可變)749.413 4.791.83937.20.57768-195.990 0.15946.529 6.231.83937.20.577610 -38.6521.501.85423.80.620411 109.615(可變)12 85.494 2.741.48970.20.530013 -110.816 (可變)14 50.986 1.001.51864.10.535315 19.862 (可變)16 -13.6681.351.85423.80.620417 83.143 8.161.60560.60.544918 -20.3980.1519 -2553.024 5.691.83937.20.577620 -41.401(可變)21 97.125 6.201.83937.20.577622 -85.5145.0023 inf. 30.03 1.51864.10.535324 inf. 2.52間隔數(shù)據(jù)W Td6 8.801.16d118.377.57d131.024.11d157.907.02d200.656.88
數(shù)值實(shí)施例4f30.8～37.0 FNO1.90～2.21 ω26.75～22.74ridi Ni vi θgf1150.4221.801.58559.40.5434220.3058.333-85.679 1.551.48970.20.5300434.7820.70532.9413.211.83937.20.5776663.214(可變)746.8085.391.83937.20.57768-125.458 4.06940.8296.451.83937.20.577610 -30.728 1.351.85423.80.620411 95.500(可變)12 351.139 2.601.48970.20.530013 -73.840 (可變)14 37.5391.001.62049.80.560315 20.131(可變)16 -13.771 1.451.85423.80.620417 71.6428.081.60560.60.544918 -20.612 0.1519 -348.059 5.521.69955.50.543420 -37.013 (可變)21 76.3576.431.81225.40.616122 -82.064 5.0023 inf. 30.03 1.51864.10.535324 inf. 2.48間隔數(shù)據(jù)W Td6 6.991.24d116.184.35d130.705.47d157.756.95d200.654.25
數(shù)值實(shí)施例5f28.2～34.5 FNO1.90～2.14 ω28.83～24.20ridi Ni vi θgf1150.6661.801.58559.40.54342(非球面) 8.653-119.715 1.601.52459.80.5440438.6540.90534.4613.711.83937.20.5776692.514(可變)753.3384.381.83937.20.57768-360.527 0.15953.0746.201.83937.20.577610 -37.461 1.601.85423.80.620411 289.836 (可變)12 -861.091 2.551.48970.20.530013 -54.636 (可變)14 48.7011.001.51864.10.535315 21.221(可變)16 -14.003 1.351.85423.80.620417 77.7657.741.60560.60.544918 -19.904 0.1519 -677.154 5.001.83937.20.577620 -42.833 (可變)21 89.9676.351.83937.20.577622 -76.622 5.0023 inf. 30.03 1.51864.10.535324 inf. 2.52間隔數(shù)據(jù)W Td6 9.051.14d119.089.33d130.773.56d157.296.42d200.656.40非球面數(shù)據(jù)c(l/r) k AB C D2 5.023e-02 -1.303e-01 1.148e-06 -7.510e-09 2.845e-11 -3.198e-14

圖12是本發(fā)明的圖像投射裝置的實(shí)施形態(tài)的要部概略圖。
同圖給出了將前述的變焦透鏡適用于3片式彩色液晶投影儀并經(jīng)由彩色合成裝置合成基于多個(gè)液晶顯示元件的多種色光的圖像信息，用投射透鏡將之放大投射到屏幕面上的圖像投射裝置。圖12中，彩色液晶投影儀1用作為彩色合成裝置的棱鏡2將來自R、G、B的3片液晶面板5R、5G、5B的RGB各種色光合成到1個(gè)光路，并使用利用前述的變焦透鏡構(gòu)成的投影透鏡3將之投影到屏幕4上。
圖13是本發(fā)明的光學(xué)儀器的實(shí)施形態(tài)的要部概略圖。在本實(shí)施形態(tài)中，作為攝影透鏡給出了在包含視頻攝像機(jī)、膠片照相機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等攝像裝置的光學(xué)儀器上使用了前述的變焦透鏡的例子。
圖13中，通過攝影透鏡8將被攝物體9的像成像在感光體7上獲得圖像信息。
根據(jù)本發(fā)明，可以在謀求透鏡系統(tǒng)整體的小型化的同時(shí)，良好地校正伴隨變焦過程的諸像差，達(dá)成適合于遍及畫面整體具有良好的光學(xué)性能的液晶投影儀用的變焦透鏡以及使用了該變焦透鏡的圖像投射裝置。
根據(jù)本發(fā)明的其他內(nèi)容可以達(dá)成適合于將圖像信息形成在膠片、CCD等攝像裝置面上的視頻攝像機(jī)、膠片照相機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等光學(xué)儀器的變焦透鏡。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，其特征在于自前向后順序地具有具有負(fù)光焦度的第1透鏡單元；具有正光焦度的第2透鏡單元；具有正光焦度的第3透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第4透鏡單元；具有正或者負(fù)光焦度的第5透鏡單元；和具有正光焦度的第6透鏡單元，且該第6透鏡單元至少包含1個(gè)正透鏡元件，其中，在上述變焦透鏡自廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變焦時(shí)，至少移動(dòng)4個(gè)透鏡單元，當(dāng)設(shè)該第1透鏡單元的最前方側(cè)的面頂點(diǎn)到前方側(cè)主平面位置的距離為O1，該第1透鏡單元的的全長為L1，該第6透鏡單元的該1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡元件的材料的平均阿貝數(shù)為υd，平均部分色散比為θgF，g、d、F、C線的材料的折射率分別為ng、nd、nF、nC，且υd＝(nd-1)/(nF-nC)θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)時(shí)，滿足0.00＜O1/L1＜0.38-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682υd)＜0.04的條件式。
2.一種變焦透鏡，其特征在于自前向后順序地具有負(fù)光焦度的第1透鏡單元；正光焦度的第2透鏡單元；正光焦度的第3透鏡單元；負(fù)光焦度的第4透鏡單元；正或者負(fù)光焦度的第5透鏡單元，且該第5透鏡單元至少包含1個(gè)正透鏡元件；和正光焦度的第6透鏡單元，且該第6透鏡單元至少包含1個(gè)正透鏡元件，其中，在上述變焦透鏡自廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變焦時(shí)，至少移動(dòng)4個(gè)透鏡單元，當(dāng)設(shè)該第1透鏡單元的最前方側(cè)的面頂點(diǎn)到前方側(cè)主平面位置的距離為O1，該第1透鏡單元的的全長為L1，該第5、第6透鏡單元的上述1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡元件的材料的平均折射率為N56p時(shí)，滿足0.00＜O1/L1＜0.381.62＜N56p＜1.85的條件式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的變焦透鏡，其特征在于上述第5透鏡單元具有1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡，在設(shè)該第5、第6透鏡單元的1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡元件的材料的平均折射率為N56p時(shí)，滿足1.62＜N56p＜1.85的條件式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于為了進(jìn)行變焦，上述第1、第6透鏡單元均相對(duì)于后方的共軛面固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于在進(jìn)行從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)，上述第2～第5透鏡單元均向前方側(cè)移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于在設(shè)廣角端的上述第2、第3透鏡單元的合成的成像倍率為β23w時(shí)，滿足
0.1＜-β23w＜1.0的條件式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于在設(shè)廣角端的上述第4透鏡單元的成像倍率為β4w時(shí)，滿足1＜β4w＜5的條件式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于包含1片或1片以上的非球面透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于上述第5透鏡單元從前方到后方順序地由兩透鏡面為凹面的負(fù)透鏡和2片或2片以上的正透鏡構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于在設(shè)廣角端的全系統(tǒng)的焦距為fw，上述第6透鏡單元的焦距為f6時(shí)，滿足1.2＜f6/fw＜3.0的條件式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于在設(shè)上述第6透鏡單元的1片或1片以上的正透鏡的材料的平均折射率為N6p時(shí)，滿足1.70＜N6p＜1.85的條件式。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，其特征在于上述第1透鏡單元在光軸上移動(dòng)進(jìn)行聚焦調(diào)整。
13.一種圖像投射裝置，其特征在于具有圖像顯示元件；權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡，上述變焦透鏡將顯示于上述圖像顯示元件的圖像投射到屏幕面上。
14.一種光學(xué)儀器，其特征在于具有權(quán)利要求1或者2所記載的變焦透鏡；光電變換通過上述變焦透鏡形成的被攝物體的像的光電變換元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了變焦透鏡，該變焦透鏡自前向后順序地具有負(fù)光焦度的第1透鏡單元；正光焦度的第2透鏡單元；正光焦度的第3透鏡單元；負(fù)光焦度的第4透鏡單元；正或者負(fù)光焦度的第5透鏡單元以及正光焦度的第6透鏡單元，在上述變焦透鏡自廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變焦時(shí)，至少移動(dòng)4個(gè)透鏡單元，當(dāng)設(shè)該第1透鏡單元的最前方側(cè)的面頂點(diǎn)到前方側(cè)主平面位置的距離為O1，該第1透鏡單元的的全長為L1，該第6透鏡單元的該1個(gè)或1個(gè)以上的正透鏡元件的材料的平均阿貝數(shù)為υd，平均部分色散比為θgF，g、d、F、C線的材料的折射率分別為ng、nd、nF、nC，且υd＝(nd－1)/(nF－nC)，θgF＝(ng－nF)/(nF－nC)時(shí)，滿足0.00＜O1/L1＜0.38，－0.015＜θgF－(0.6438－0.001682υd)＜0.04的條件式。
文檔編號(hào)G03B21/14GK1591074SQ20041005659
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者和田健 申請人:佳能株式會(huì)社