專利名稱：變焦透鏡和具有該變焦透鏡的圖像投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡和具有該變焦透鏡的圖像投影裝置，并適于具有例如較長(zhǎng)的后焦距并在各投影放大倍數(shù)都具有較高的光學(xué)性能的液晶投影儀。
背景技術(shù)：
迄今，已提出了各種使用諸如液晶顯示元件的顯示元件以將在顯示元件上形成的圖像投影到屏幕表面上的液晶投影儀(圖像投影裝置)。
下面提到的各種特性需要供這些液晶投影儀使用的投影透鏡。
一般地，在使用三個(gè)液晶顯示元件的三元件類型的彩色液晶投影中，來(lái)自白光源的光被顏色分離光學(xué)系統(tǒng)分離為紅色、綠色和藍(lán)色，這些彩色光被引導(dǎo)到各個(gè)液晶顯示元件，并且，從這些液晶顯示元件顯現(xiàn)的光被顏色組合光學(xué)系統(tǒng)組合并入射到投影透鏡上。
在該投影中，投影透鏡必須具有某一恒定長(zhǎng)度的后焦距，以在各液晶顯示元件和投影透鏡之間提供間距，用于在其間設(shè)置用于組合透過(guò)液晶顯示元件后的彩色光的棱鏡等。
如果從液晶顯示元件入射到顏色組合光學(xué)系統(tǒng)上的光束的角度改變，那么顏色組合光學(xué)系統(tǒng)的光譜透射率隨之改變，且被投影圖像中的各顏色的亮度依賴于視角被改變，并且圖像變成難以看到的圖像。因此，為了減少對(duì)于角度的依賴的影響，顏色組合光學(xué)系統(tǒng)必須是所謂的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的液晶顯示元件(縮小共軛面(reduction conjugate surface))側(cè)的光瞳基本上在無(wú)限遠(yuǎn)處。
當(dāng)三種顏色的液晶顯示元件的圖畫(圖像)被組合并被投影到屏幕上時(shí)，各顏色的像素必須在屏幕的整個(gè)區(qū)域上相互重疊，使得高分辨率感不會(huì)被例如雙重顯示字符等破壞。
因此，必須在可見光區(qū)中很好地校正在投影透鏡中出現(xiàn)的顏色重合失調(diào)(misregistration)(放大倍數(shù)的色差)。
畸變必須很好被校正，使得被投影圖像不會(huì)發(fā)生畸變以及不會(huì)難以看到。
投影透鏡必須為小Fno(F數(shù))的明亮的投影透鏡，以可以有效地從光源引入光線。
其上承載緊湊型液晶面板的投影儀必須結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕，以突出便攜性和可移動(dòng)性。
必須在各種投影距離得到好的被投影圖像，即，變焦過(guò)程中的像差波動(dòng)必須較小。
作為可滿足這些要求的變焦透鏡，有這樣一種用于投影儀的變焦透鏡，該變焦透鏡的聚焦僅由移動(dòng)的透鏡單元中的一些光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)(日本專利申請(qǐng)公開No.H10-186235、美國(guó)專利No.6580564和日本專利申請(qǐng)公開No.2004-226803)。
日本專利申請(qǐng)公開No.H10-186235公開了一種五單元變焦透鏡，該五單元變焦透鏡從屏幕側(cè)依次包含負(fù)、正、正、負(fù)和正折光力的透鏡單元，其中，包含四個(gè)正、負(fù)、負(fù)和正透鏡的第一透鏡單元的最后面的(被投影圖像側(cè))正透鏡被固定且屏幕側(cè)的三個(gè)透鏡被移動(dòng)，以由此實(shí)現(xiàn)聚焦。
美國(guó)專利No.6580564和日本專利申請(qǐng)公開No.2004-226803公開了一種五單元變焦透鏡，該五單元變焦透鏡從屏幕側(cè)依次包含負(fù)、正、正、負(fù)和正折光力的透鏡單元，其中，第一透鏡單元由具有負(fù)折光力的兩個(gè)透鏡元件構(gòu)成，并且這些透鏡元件之間的間隔被改變，以由此實(shí)現(xiàn)聚焦。兩者都使得正透鏡被包含到聚焦元件中并弱化整個(gè)聚焦元件的折光力。
并且，作為用于液晶投影儀的投影透鏡，提出了六單元變焦透鏡，該六單元變焦透鏡從放大共軛側(cè)(這里，該術(shù)語(yǔ)以與前側(cè)和放大側(cè)相同的意思被可互換地使用)依次包含由負(fù)、正、正、負(fù)、正(或負(fù))和正折光力的第一至第六透鏡單元的配置作為整體形成的六個(gè)透鏡單元，其中，它們的預(yù)定透鏡單元被適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)，以由此實(shí)現(xiàn)變焦(美國(guó)公布文獻(xiàn)第US2001-050818號(hào))。
在該六單元變焦透鏡中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過(guò)程中，為了在第一和第六透鏡單元被固定的情況下使其間的第二至第五透鏡單元可全部被移動(dòng)到縮小共軛側(cè)(這里，該術(shù)語(yǔ)以與后側(cè)和縮小側(cè)相同的意思被可互換地使用)，透鏡的總長(zhǎng)在變焦的過(guò)程中保持恒定。并且，該變焦透鏡是變焦過(guò)程中的畸變和色差被減少且在縮小共軛側(cè)具有遠(yuǎn)心性的變焦透鏡。在在該美國(guó)公布文獻(xiàn)第US2001-050818號(hào)公開的配置中公開了第一透鏡單元從放大共軛側(cè)由三個(gè)正、負(fù)和負(fù)透鏡構(gòu)成，且該第一透鏡單元被驅(qū)動(dòng)，以由此實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。
一般地，作為在實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)抑制各種像差的波動(dòng)的方法，存在盡可能地加強(qiáng)聚焦透鏡單元的折光力并最大限度地減小聚焦透鏡的移動(dòng)量的方法。在上述日本專利申請(qǐng)公開No.H10-186235、美國(guó)專利No.6580564和日本專利申請(qǐng)公開No.2004-226803中，在第一透鏡單元的透鏡結(jié)構(gòu)中，聚焦透鏡單元不僅僅由負(fù)透鏡構(gòu)成，因此，有聚焦透鏡單元的折光力變?nèi)醯膬A向，并且聚焦過(guò)程中的其移動(dòng)量變大且各種像差的波動(dòng)變大。
并且，對(duì)于用于投影儀中的變焦透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，事實(shí)常常是，為了得到較長(zhǎng)的后焦距(back focus)，它被制成后對(duì)焦(retrofocus)型，并且，為了使縮小側(cè)具有遠(yuǎn)心性，具有較強(qiáng)的正折光力的透鏡單元被設(shè)置在縮小側(cè)。
但是，這種結(jié)構(gòu)的變焦透鏡具有這樣一種傾向，即，例如由于藍(lán)色的放大倍數(shù)的色差比綠色的更靠下(光軸的方向)，整體透鏡系統(tǒng)的非對(duì)稱性增加。
并且，透鏡的數(shù)量變得越少，各透鏡的折光力增加的越多，因此，特別是位置比光闌更接近縮小側(cè)的負(fù)透鏡變得易于沿整個(gè)方向?qū)е赂唠A的放大倍數(shù)的色差。并且，變焦比變得越大，從廣角端到望遠(yuǎn)端的放大倍數(shù)的色差的波動(dòng)也趨于變得越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種適用于例如液晶投影儀中的變焦透鏡(zoom lens)，該變焦透鏡實(shí)現(xiàn)整個(gè)透鏡系統(tǒng)的小型化而又很好地校正由聚焦導(dǎo)致的各種像差，并在整個(gè)投影距離上具有良好的光學(xué)性能。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種適用于投影儀中的變焦透鏡，該變焦透鏡很好地校正放大倍數(shù)的色差并可容易地獲得較高的光學(xué)性能。
本發(fā)明的變焦透鏡包括包含被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上并具有負(fù)折光力的第一透鏡單元的多個(gè)透鏡單元，在放大倍數(shù)變化的過(guò)程中沿其光軸方向被移動(dòng)的多個(gè)透鏡單元的至少一個(gè)；所述第一透鏡單元包含包含具有負(fù)折光力的至少一個(gè)透鏡并在聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的第1-1透鏡單元；和具有正折光力并在聚焦過(guò)程中被固定的第1-2透鏡單元。
本發(fā)明的變焦透鏡包括被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上并具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上并具有正折光力的最后的透鏡單元；和在變焦(放大倍數(shù)變化)的過(guò)程中沿其光軸方向移動(dòng)的一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元；其中，滿足以下條件32＜υdR-υdF，這里，υdF表示制成被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上的第一透鏡單元中的第一透鏡的材料的阿貝(Abbe)數(shù)，該第一透鏡具有負(fù)折光力，υdR表示制成被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上的最后的透鏡單元中的最后的透鏡的材料的阿貝數(shù)，該最后的透鏡具有正折光力。


圖1是使用根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡的圖像投影裝置的基本部分的示意圖。
圖2表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例1的變焦透鏡的廣角端的像差。
圖3表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例1的變焦透鏡的望遠(yuǎn)端的像差。
圖4A和圖4B表示根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡的放大倍數(shù)的色差。
圖5是使用根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡的圖像投影裝置的基本部分的示意圖。
圖6表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的變焦透鏡的廣角端的像差。
圖7表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例2的變焦透鏡的望遠(yuǎn)端的像差。
圖8是使用根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡的圖像投影裝置的基本部分的示意圖。
圖9表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的變焦透鏡的廣角端的像差。
圖10表示根據(jù)數(shù)值實(shí)施例3的變焦透鏡的望遠(yuǎn)端的像差。
圖11用于說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的投影型圖像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)。
圖12是彩色液晶投影儀的基本部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下可說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
根據(jù)實(shí)施例的變焦透鏡具有多個(gè)透鏡單元，這些透鏡單元包括設(shè)置在最前側(cè)(放大側(cè))并具有負(fù)折光力(光焦度)的透鏡單元GF，并且，透鏡單元GF以外的多個(gè)透鏡單元的一個(gè)或更多個(gè)其它透鏡單元沿其光軸的方向移動(dòng)以由此實(shí)現(xiàn)變焦，并將設(shè)置在后側(cè)(縮小側(cè))的圖像信息投影到預(yù)定的表面上。此時(shí)，透鏡單元GF的特征在于包括在聚焦過(guò)程中移動(dòng)的具有負(fù)折光力(refractive power)的透鏡單元A和在聚焦過(guò)程中不可動(dòng)的具有正折光力的透鏡單元B。這里，透鏡單元不僅表示多個(gè)透鏡，而且單個(gè)透鏡也被稱為透鏡單元。
此時(shí)，透鏡單元A僅由負(fù)折光力的透鏡構(gòu)成。
因此，在聚焦過(guò)程中，只有第一透鏡單元中的具有負(fù)折光力的透鏡被移動(dòng)以由此增加聚焦元件的折光力，并減少聚焦透鏡單元的移動(dòng)量，并使各種像差的波動(dòng)最小化，由此減少由于投影距離的差異導(dǎo)致的光學(xué)性能的變化。
根據(jù)另一實(shí)施例的變焦透鏡具有多個(gè)透鏡單元，這些透鏡單元包括被設(shè)置在最前側(cè)并具有負(fù)折光力(光焦度)的透鏡單元GF和被設(shè)置在最后側(cè)并具有正折光力(光焦度)的透鏡單元GR，并且透鏡單元GF和透鏡單元GR以外的多個(gè)透鏡單元的一個(gè)或更多個(gè)其它透鏡單元沿其光軸的方向移動(dòng)，以由此實(shí)現(xiàn)變焦，并將設(shè)置在后側(cè)的圖像信息投影到預(yù)定的表面上。此時(shí)，透鏡單元GF的最前側(cè)的透鏡GFa具有負(fù)的折光力，透鏡單元GR的最后側(cè)的透鏡GRb具有正的折光力，并且，該變焦透鏡的特征在于滿足條件32＜υdR-υdF...(1)這里，υdF和υdR分別表示制成透鏡GFa和透鏡GRb的材料的阿貝(Abbe)數(shù)。
并且，在這些結(jié)構(gòu)條件下，透鏡系統(tǒng)GF的特征在于，從前側(cè)到后側(cè)依次由在聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的具有負(fù)折光力的透鏡單元A和在聚焦過(guò)程中被固定的正折光力的透鏡單元B構(gòu)成。
并且，透鏡單元A只由具有負(fù)折光力的透鏡構(gòu)成。
如上所述，透鏡GFa和透鏡GRb被構(gòu)成為使得，其材料的阿貝(Abbe)數(shù)可滿足條件表達(dá)式(1)，由此，放大倍數(shù)的色差被很好地校正。
特別是，通過(guò)滿足條件表達(dá)式(1)，即使在大變焦比的變焦透鏡中，放大倍數(shù)的色差的波動(dòng)也被數(shù)量較少的透鏡很好地校正。
使用高色散玻璃作為最前側(cè)的透鏡GFa的材料，使用低色散玻璃作為最后側(cè)的透鏡GRb的材料。在最前側(cè)的透鏡GFa中，高圖像高度的光線的入射高度的變化從廣角端到望遠(yuǎn)端變大，因此，在下面出現(xiàn)的高階的放大倍數(shù)的色差在廣角端產(chǎn)生得多，而在望遠(yuǎn)端產(chǎn)生得少。此時(shí)，條件表達(dá)式(1)被滿足，由此，可產(chǎn)生沿下面的方向的高階的放大倍數(shù)的色差，以根據(jù)變焦情況消除沿上面的方向的高階的放大倍數(shù)的色差，并且，放大倍數(shù)的適當(dāng)?shù)纳畋粩?shù)量較少的構(gòu)成透鏡校正。
此時(shí)，優(yōu)選設(shè)置條件表達(dá)式(1)的上限值，以滿足條件υdR-υdF＜50 ...(1a)由此，很容易對(duì)全部投影距離較好地校正放大倍數(shù)的色差。
并且，為了使后側(cè)具有遠(yuǎn)心性，優(yōu)選滿足條件7.0＜|DP/fw|...(2)這里，DP表示從后側(cè)(縮小側(cè)共軛位置)的圖像信息被設(shè)置的位置到出射光瞳(pupil)的距離，fw表示整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距。更優(yōu)選條件表達(dá)式(2)的值大于10.0。并且，希望|DP/fw|為100或更小，且其優(yōu)選小于20。
如果不滿足條件表達(dá)式(2)，遠(yuǎn)心性(telecentricity)變差，當(dāng)本發(fā)明被用于彩色投影儀時(shí)各顏色的亮度隨視角變得不同，這樣不好。
在各實(shí)施例中，如上所述構(gòu)成各元件，以由此實(shí)現(xiàn)適用于投影儀的變焦透鏡，該變焦透鏡的由聚焦導(dǎo)致的像差的波動(dòng)很小、且變焦過(guò)程中的放大倍數(shù)的色差的波動(dòng)也很小。
并且，根據(jù)本實(shí)施例的圖像投影裝置具有上述變焦透鏡的任何一個(gè)和用于形成原始圖像的顯示單元，并通過(guò)上述變焦透鏡將由顯示單元形成的原始圖像投影到屏幕表面(投影面，當(dāng)然，在背投類型的情況下，最好為具有雙凸透鏡等并具有散射入射光的作用的像面或屏幕表面)上。
現(xiàn)在簡(jiǎn)單說(shuō)明表示本實(shí)施例的附圖。
圖1是使用根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡的圖像投影裝置(液晶視頻投影儀)的基本部分的示意圖。圖2和圖3分別表示在物距(從第一透鏡單元的距離)為1.7m的情況下的廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距側(cè))的像差，與本發(fā)明的實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的下述數(shù)值實(shí)施例1的數(shù)值由單位mm表示。
圖4A和圖4B分別表示當(dāng)物距為1.7m時(shí)、在各圖像高度Y的廣角端和望遠(yuǎn)端的、數(shù)值實(shí)施例1的相對(duì)于波長(zhǎng)550nm的波長(zhǎng)610nm(紅)和波長(zhǎng)470nm(藍(lán))的放大倍數(shù)的色差。
圖5是使用根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡的圖像投影裝置的基本部分的示意圖。圖6和圖7分別表示在物距為1.7m的情況下的廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距側(cè))的像差，與本發(fā)明的實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的下述數(shù)值實(shí)施例2的數(shù)值由單位mm表示。
圖8是使用根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡的圖像投影裝置的基本部分的示意圖。圖9和圖10分別表示在物距為1.7m的情況下的廣角端(短焦距側(cè))和望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距側(cè))的像差，與本發(fā)明的實(shí)施例3對(duì)應(yīng)的下述數(shù)值實(shí)施例3的數(shù)值由單位mm表示。
圖1、圖5和圖8表示根據(jù)實(shí)施例1～3的圖像投影裝置，其中，LCD上的原始圖像(被投影圖像)被放大，并通過(guò)變焦透鏡(投影透鏡)PL的使用被投影到屏幕表面S上。
字母S表示屏幕表面(投影表面)，LCD表示液晶面板(液晶顯示元件)等的原始圖像(被投影圖像)。屏幕表面S和原始圖像LCD相互具有互軛關(guān)系，一般地，屏幕表面S對(duì)應(yīng)于較長(zhǎng)距離的共軛點(diǎn)(第一共軛點(diǎn))的放大側(cè)(向前)，原始圖像LCD對(duì)應(yīng)于較短距離的共軛點(diǎn)(第二共軛點(diǎn))的縮小側(cè)(向后)。當(dāng)變焦透鏡被用作攝影系統(tǒng)時(shí)，屏幕表面S側(cè)對(duì)應(yīng)于物側(cè)，原始圖像LCD側(cè)對(duì)應(yīng)于像側(cè)。
GB表示為顏色組合棱鏡或偏振濾光器和濾色器等相應(yīng)地設(shè)置在光學(xué)設(shè)計(jì)中的玻璃塊(棱鏡)。
變焦透鏡PL通過(guò)連接部件(未示出)被安裝在液晶視頻投影儀主體(未示出)上。投影儀主體內(nèi)包括在玻璃塊GB后的液晶顯示元件LCD側(cè)。
根據(jù)實(shí)施例1～3的變焦透鏡具有F數(shù)1.75，并在較短的投影距離2.5m(數(shù)值實(shí)施例由單位mm表示)將圖像信息投影到100英寸型屏幕表面上。
在圖2、圖3、圖6、圖7、圖8和圖9中，G表示波長(zhǎng)550nm上的像差，S(弧矢像面的斜度)和M(子午像面的斜度)均表示波長(zhǎng)550nm上的像差。Fno是F數(shù)。W是半視角，Y是圖像高度(被投影側(cè)的圖像高度)。
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)各實(shí)施例的變焦透鏡。
在圖1的實(shí)施例1中，L1表示具有負(fù)折光力的第一透鏡單元，L2表示具有正折光力的第二透鏡單元，L3表示具有正折光力的第三透鏡單元，L4表示具有負(fù)折光力的第四透鏡單元，L5表示具有正折光力的第五透鏡單元，L6表示具有正折光力的第六透鏡單元，第一透鏡單元L1具有具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A和具有正折光力的第1B透鏡單元L1B。
在實(shí)施例1中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦(放大)過(guò)程中，如箭頭如示，第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3、第四透鏡單元L4和第五透鏡單元L5獨(dú)立向作為放大側(cè)的第一共軛點(diǎn)側(cè)(屏幕S側(cè))移動(dòng)。
第一透鏡單元L1和第六透鏡單元L6不為了變焦移動(dòng)。第一透鏡單元L1中的具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A在其光軸上移動(dòng)以由此實(shí)現(xiàn)聚焦。第1B透鏡單元L1B不能為聚焦移動(dòng)。
孔徑光闌(stop)SP被設(shè)置在第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4之間，并在變焦過(guò)程中與第三透鏡單元L3一起移動(dòng)。用于防止反射的多層涂層被設(shè)置在各透鏡表面上。
在實(shí)施例1中，從物側(cè)到像側(cè)，第1A透鏡單元L1A依次包含負(fù)透鏡G11、兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀的負(fù)透鏡G12和負(fù)透鏡G13，第1B透鏡單元L1B包含后表面為凸面形狀的正透鏡G14。這里，第1A透鏡單元由三個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，但當(dāng)然可由一個(gè)負(fù)透鏡或可以由兩個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。即，第1A透鏡單元L1A可僅由負(fù)透鏡構(gòu)成。但是，從抑制整個(gè)系統(tǒng)的像差和減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸的角度看，它可以由大于等于兩個(gè)且小于等于五個(gè)的負(fù)透鏡構(gòu)成，并優(yōu)選由三個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。并且，第1B透鏡單元可由兩個(gè)正透鏡構(gòu)成。并且，基本上不具有折光力(不具有光焦度)的透鏡(光學(xué)元件)可被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛側(cè)的位置上。希望被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛側(cè)的位置上的該透鏡的焦距為其廣角端的變焦透鏡的焦距的20倍(優(yōu)選100倍)或更大。
第二透鏡單元L2包含前表面為凸面形狀的正透鏡G21。
第三透鏡單元L3包含包含正透鏡G31和負(fù)透鏡G32的接合透鏡(cemented lens)。
第四透鏡單元L4包含兩個(gè)透鏡表面為凹面形狀的負(fù)透鏡G41。
第五透鏡單元L5包含兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡G51和后表面為凸面形狀的正透鏡G52。
正透鏡G52的兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀。
第六透鏡單元L6包含兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡G61。
實(shí)施例1中的設(shè)計(jì)使得，在聚焦過(guò)程中，只有第一透鏡單元L1中的具有負(fù)折光力的透鏡元件被移動(dòng)。由此，聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的元件的折光力(負(fù))變得比整個(gè)第一透鏡單元L1的折光力大，并且，與聚焦由整個(gè)第一透鏡單元L1實(shí)現(xiàn)的情況相比，移動(dòng)量可減少，因此，像差的波動(dòng)減少。并且，構(gòu)成聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的元件的三個(gè)負(fù)透鏡G11～G13共同向放大側(cè)移動(dòng)，因此，透鏡鏡筒的結(jié)構(gòu)可容易地得到實(shí)現(xiàn)。
在圖5所示的實(shí)施例2中，L1表示具有負(fù)折光力的第一透鏡單元，L2表示具有正折光力的第二透鏡單元，L3表示具有正折光力的第三透鏡單元，L4表示具有負(fù)折光力的第四透鏡單元，L5表示具有正折光力的第五透鏡單元，L6表示具有正折光力的第六透鏡單元，L7表示具有正折光力的第七透鏡單元。
第一透鏡單元L1具有具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A和具有正折光力的第1B透鏡單元L1B。
在實(shí)施例2中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦(放大)過(guò)程中，如箭頭所示，第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3、第四透鏡單元L4、第五透鏡單元L5和第六透鏡單元L6獨(dú)立向作為放大側(cè)的第一共軛點(diǎn)側(cè)(屏幕S側(cè))移動(dòng)。這里，第一透鏡單元L1也可以在變焦過(guò)程中被移動(dòng)。在其它實(shí)施例中也同樣如此。
第一透鏡單元L1和第七透鏡單元L7不為了變焦移動(dòng)。第一透鏡單元L1中的具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A在其光軸上移動(dòng)以由此實(shí)現(xiàn)聚焦。第1B透鏡單元L1B不能為聚焦移動(dòng)。
孔徑光闌SP被設(shè)置在第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4之間，并在變焦過(guò)程中與第三透鏡單元L3一起移動(dòng)。用于防止反射的多層涂層被設(shè)置在各透鏡表面上。
在實(shí)施例2中，從物側(cè)到像側(cè)，第1A透鏡單元L1A依次包含負(fù)透鏡G11、兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀的負(fù)透鏡G12和負(fù)透鏡G13，并且，第1B透鏡單元L1B包含后表面為凸面形狀的正透鏡G14。這里，第1A透鏡單元由三個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，但當(dāng)然可由一個(gè)負(fù)透鏡或可以由兩個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。即，第1A透鏡單元L1A可僅由負(fù)透鏡構(gòu)成。但是，從抑制整個(gè)系統(tǒng)的像差和減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸的角度看，第1A透鏡單元L1A優(yōu)選由大于等于兩個(gè)且小于等于五個(gè)的負(fù)透鏡構(gòu)成，或優(yōu)選由三個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。并且，第1B透鏡單元可由兩個(gè)正透鏡構(gòu)成。并且，基本上不具有折光力(不具有光焦度)的透鏡(光學(xué)元件)可被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛側(cè)的位置上。希望被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛側(cè)的位置上的該透鏡的焦距為其廣角端的變焦透鏡的焦距的20倍(優(yōu)選100倍)或更大。
第二透鏡單元L2包含前表面為凸面形狀的正透鏡G21。第三透鏡單元L3包含包含正透鏡G31和負(fù)透鏡G32的接合透鏡。第四透鏡單元L4包含兩個(gè)透鏡表面為凹面形狀的負(fù)透鏡G41。第五透鏡單元L5包含兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡GS1。第六透鏡單元L6包含后表面為凸面形狀的正透鏡G61。
正透鏡G61的兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀。
第七透鏡單元L7包含兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡G71。
在實(shí)施例2中，變焦透鏡整體包含七個(gè)透鏡單元，并使得變焦過(guò)程中的像差的波動(dòng)變得很小。與實(shí)施例1相同，聚焦時(shí)的光學(xué)作用由第1A透鏡單元L1A實(shí)現(xiàn)。
在圖8所示的實(shí)施例3中，L1表示具有負(fù)折光力的第一透鏡單元，L2表示具有正折光力的第二透鏡單元，L3表示具有正折光力的第三透鏡單元，L4表示具有正折光力的第四透鏡單元，L5表示具有正折光力的第五透鏡單元。第一透鏡單元L1具有具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A和具有正折光力的第1B透鏡單元L1B。
在實(shí)施例3中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦(放大)過(guò)程中，如箭頭所示，第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4獨(dú)立向作為放大側(cè)的第一共軛點(diǎn)側(cè)(屏幕S側(cè))移動(dòng)。
第一透鏡單元L1和第五透鏡單元L5不為了變焦移動(dòng)。第一透鏡單元L1中的具有負(fù)折光力的第1A透鏡單元L1A在其光軸上移動(dòng)以由此實(shí)現(xiàn)聚焦。第1B透鏡單元L1B不能為聚焦移動(dòng)。
孔徑光闌SP被設(shè)置在第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4之間，并在變焦過(guò)程中與第三透鏡單元L3一起移動(dòng)。用于防止反射的多層涂層被設(shè)置在各透鏡表面上。
在實(shí)施例3中，從物側(cè)到像側(cè)，第1A透鏡單元L1A依次包含負(fù)透鏡G11、兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀的負(fù)透鏡G12和負(fù)透鏡G13，并且，第1B透鏡單元L1B包含后表面為凸面形狀的正透鏡G14。這里，第1A透鏡單元由三個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成，但當(dāng)然可由一個(gè)負(fù)透鏡或可以由兩個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。即，第1A透鏡單元可僅由負(fù)透鏡構(gòu)成。但是，從抑制整個(gè)系統(tǒng)的像差和減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸的角度看，第1A透鏡單元L1A優(yōu)選由大于等于兩個(gè)且小于等于五個(gè)的負(fù)透鏡構(gòu)成，或優(yōu)選由三個(gè)或更多個(gè)負(fù)透鏡構(gòu)成。并且，第1B透鏡單元可由兩個(gè)正透鏡構(gòu)成。并且，基本上不具有折光力(不具有光焦度)的透鏡(光學(xué)元件)可被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛點(diǎn)側(cè)的位置上。希望被設(shè)置在比第1A透鏡單元L1A更鄰近放大共軛點(diǎn)側(cè)的位置上的該透鏡的焦距為其廣角端的變焦透鏡的焦距的20倍(優(yōu)選100倍)或更大。
第二透鏡單元L2包含前表面為凸面形狀的正透鏡。第三透鏡單元L3包含包含正透鏡G31和負(fù)透鏡G32的接合透鏡。第四透鏡單元L4包含兩個(gè)透鏡表面為凹面形狀的負(fù)透鏡G41、兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡G42和后表面為凸面形狀的正透鏡G43。
正透鏡G43的兩個(gè)透鏡表面為非球面形狀。
第五透鏡單元L5包含兩個(gè)透鏡表面為凸面形狀的正透鏡G51。
在實(shí)施例3中，變焦透鏡整體包含五個(gè)透鏡單元，并且，偏心乖離度相對(duì)較高的負(fù)透鏡G41和正透鏡G42的相互安裝誤差被減少。由此使得變焦透鏡的制造變得容易。與實(shí)施例1相同，聚焦時(shí)的光學(xué)作用由第1A透鏡單元L1A實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D11說(shuō)明使用實(shí)施例1～3說(shuō)明的變焦透鏡的任何一個(gè)作為投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng))的投影型圖像顯示裝置。這里，將參照?qǐng)D11說(shuō)明其上承載反射型液晶顯示元件(可由諸如反射型液晶面板或投影型液晶面板的圖像形成元件制成)的投影型圖像顯示裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)，該反射型液晶顯示元件由燈1、照明光學(xué)系統(tǒng)α、顏色分離和組合光學(xué)系統(tǒng)β和投影透鏡鏡筒5中的投影透鏡光學(xué)系統(tǒng)70(見圖1)構(gòu)成。
在圖11中，附圖標(biāo)記41表示發(fā)射具有連續(xù)光譜的白光的發(fā)光管，附圖標(biāo)記42表示用于沿預(yù)定的方向聚集來(lái)自發(fā)光管41的光的反射器，并且發(fā)光管41和反射器42共同形成元件燈1。
附圖標(biāo)記43a表示沿來(lái)自燈1的光的行進(jìn)方向由多個(gè)圓柱透鏡沿垂直方向(垂直于圖11的圖紙平面的方向)具有折光力的透鏡陣列構(gòu)成的第一圓柱陣列，附圖標(biāo)記43b表示由透鏡陣列構(gòu)成的第二圓柱陣列，該透鏡陣列包含與第一圓柱陣列43a的單個(gè)圓柱透鏡對(duì)應(yīng)的圓柱透鏡，附圖標(biāo)記44表示紫外線吸收濾光器，附圖標(biāo)記45表示用于適當(dāng)?shù)貙⒎瞧窆馀渲脼轭A(yù)定的偏振光并將其發(fā)射的偏振光轉(zhuǎn)換元件。
附圖標(biāo)記46表示由沿水平方向(沿圖11的圖紙平面)具有折光力的圓柱透鏡構(gòu)成的前壓縮器(compressor)，附圖標(biāo)記47表示用于將光軸改變90度的反光鏡，附圖標(biāo)記48表示聚光透鏡，附圖標(biāo)記49表示由沿水平方向具有折光力的圓柱透鏡構(gòu)成的后壓縮器。
上述各元件構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)α的元件。
附圖標(biāo)記58表示用于反射藍(lán)色(B)和紅色(R)波長(zhǎng)范圍的光并在其中透過(guò)綠色(G)波長(zhǎng)范圍的光的二向色鏡。附圖標(biāo)記59表示包含透明襯底和粘在其上的偏振元件的入射側(cè)偏振板，且它僅在其中透過(guò)S偏振光。附圖標(biāo)記60表示用于在其中透過(guò)P偏振光并反射S偏振光并具有偏振光分離表面60a的第一偏振光束分離器。
附圖標(biāo)記61R、61G和61B分別表示用于反射入射光并調(diào)制圖像的用于紅色(R)的反射型液晶顯示元件(TN型液晶和其它液晶顯示元件與此相同)、用于綠色(G)的反射型液晶顯示元件和用于藍(lán)色(B)的反射型液晶顯示元件。
附圖標(biāo)記62R、62G和62B分別表示用于紅色的四分之一波長(zhǎng)板、用于綠色的四分之一波長(zhǎng)板和用于藍(lán)色的四分之一波長(zhǎng)板。附圖標(biāo)記64表示包含透明襯底和粘在其上的偏振元件的用于R和B的入射側(cè)偏振板，且它僅在其中透過(guò)S偏振光。附圖標(biāo)記65表示將光B的偏振方向改變90度而不改變光R的偏振方向的第一色選擇性相差板。附圖標(biāo)記66表示在其中透過(guò)P偏振光、并反射S偏振光并具有偏振光分離表面66a的第二偏振光束分離器。
附圖標(biāo)記67表示將光R的偏振方向改變90度而不改變光B的偏振方向的第二色選擇性相差板。
附圖標(biāo)記68表示僅透過(guò)S偏振光的用于R和B的出射側(cè)偏振板(偏振元件)。附圖標(biāo)記69表示其中透過(guò)P偏振光、并反射S偏振光并具有偏振光分離表面69a的第三偏振光束分離器(顏色組合裝置)。
從二向色鏡58到第三偏振光束分離器69的各部件構(gòu)成顏色分離和組合光學(xué)系統(tǒng)β的元件。
附圖標(biāo)記70表示投影透鏡光學(xué)系統(tǒng)。圖像顯示光學(xué)系統(tǒng)由照明光學(xué)系統(tǒng)α、顏色分離和組合光學(xué)系統(tǒng)β和投影透鏡光學(xué)系統(tǒng)70構(gòu)成。
現(xiàn)在說(shuō)明光學(xué)作用。
從發(fā)光管41發(fā)射的光通過(guò)反射器42沿預(yù)定的方向被會(huì)聚。反射器42的反射表面具有拋物線表面形狀，并且來(lái)自拋物線表面的光變成平行于拋物線表面的對(duì)稱軸(光軸)的光束。但是，來(lái)自發(fā)光管41的光束不是來(lái)自理想點(diǎn)光源的光束，而是，發(fā)光管41具有有限尺寸的發(fā)光部分，因此，要被會(huì)聚的光束還包含許多不與拋物線表面的對(duì)稱軸平行的光的分量。
這些光束入射到第一圓柱陣列43a上。入射到第一圓柱陣列43a上的光束被分成多個(gè)與各圓柱透鏡一致的光束，并被會(huì)聚(多個(gè)沿水平方向的帶狀光束)，并通過(guò)紫外線吸收濾光器44并經(jīng)由第二圓柱陣列43b在偏振光轉(zhuǎn)換元件45附近形成多個(gè)光束(多個(gè)沿水平方向的帶狀光束)。
偏振光轉(zhuǎn)換元件45包含沿垂直方向配置的多個(gè)偏振光分離表面、反射表面和半波長(zhǎng)板，并且，多個(gè)光束入射到與其所在的行對(duì)應(yīng)的偏振光分離表面上，并被分離為透過(guò)的P偏振分量的光和反射的S偏振分量的光。
反射的S偏振分量的光被反射表面反射，并沿與P偏振分量相同的方向射出。另一方面，透過(guò)的P偏振分量的光透過(guò)半波長(zhǎng)板，并被轉(zhuǎn)換為與S偏振分量相同的偏振分量，并作為偏振方向被調(diào)整的光射出。在從偏振光轉(zhuǎn)換元件45射出后，多個(gè)被偏振轉(zhuǎn)換的光束(多個(gè)沿水平方向的帶狀光束)透過(guò)前壓縮器46被反光鏡47反射90度，并到達(dá)聚光透鏡48和后壓縮器49。
這里，前壓縮器46、聚光透鏡48和后壓縮器49的光學(xué)作用被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。多個(gè)光束采取矩形圖像相互交迭的形狀，并形成矩形的均勻照明區(qū)域。
將在下文說(shuō)明的反射型液晶顯示元件61R、61G和61G被設(shè)置在該照明區(qū)域中。然后，通過(guò)偏振光轉(zhuǎn)換元件45形成S偏振光的光入射到二向色鏡58上。二向色鏡58反射光B(波長(zhǎng)430～495nm)和光R(波長(zhǎng)590～650nm)，并在其中透過(guò)光G(波長(zhǎng)505～580nm)。
現(xiàn)在說(shuō)明光G的光路。
透過(guò)二向色鏡58的光G入射到入射側(cè)偏振板59上。光G在被二向色鏡58分離后仍是S偏振光。在從入射側(cè)偏振板59射出后，光G作為S偏振光入射到第一偏振光束分離器60上，并被偏振光分離表面反射，并到達(dá)用于G的反射型液晶顯示元件61G。在用于G的反射型液晶顯示元件61G中，光G被圖像調(diào)制和反射。在被圖像調(diào)制的反射的光G中，S偏振分量又被第一偏振光束分離器60的偏振光分離表面60a反射，并回到光源1側(cè)并被從投影光中去除。
另一方面，在被圖像調(diào)制的光G的反射光中，P偏振分量透過(guò)第一偏振光束分離器60的偏振光分離表面60a，并作為投影光向第三偏振光束分離器69行進(jìn)。
此時(shí)，在所有的偏振分量都被轉(zhuǎn)換為S偏振光的狀態(tài)(黑色被顯示的狀態(tài))中，被設(shè)置在第一偏振光束分離器60和用于G的反射型液晶顯示元件61G之間的四分之一波長(zhǎng)板62G的慢軸(slow axis)被調(diào)整為預(yù)定的方向，由此，出現(xiàn)在第一偏振光束分離器60和用于G的反射型液晶顯示元件61G中的偏振狀態(tài)的振動(dòng)影響可被抑制到很小的水平。
從第一偏振光束分離器60射出的光G作為P偏振光入射到第三偏振光束分離器69上，并透過(guò)第三偏振光束分離器69的偏振光分離表面69a并到達(dá)投影透鏡70。
另一方面，被二向色鏡58反射的光R和光B入射到入射側(cè)偏振板64上。光R和光B在被二向色鏡58分離后仍是S偏振光。然后，光R和光B從入射側(cè)偏振板64射出，然后入射到第一色選擇性相差板65上。第一色選擇性相差板65具有只將光B的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的作用，由此光R和光B分別作為P偏振光和S偏振光入射到第二偏振光束分離器66上。作為S偏振光入射到第二偏振光束分離器66上的光R被第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面反射，并到達(dá)用于光R的反射型液晶顯示元件61R。并且，作為P偏振光入射到第二偏振光束分離器66上的光B透過(guò)第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a，并到達(dá)用于光B的反射型液晶顯示元件61B。
入射到用于光R的反射型液晶顯示元件61R上的光R被圖像調(diào)制和反射。在被圖像調(diào)制的光R的反射光中，S偏振分量被第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a重新反射，并返回光源1側(cè)，并被從投影光中去除。另一方面，在被圖像調(diào)制的光R的反射光中，P偏振分量透過(guò)第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a，并作為投影光向第二色選擇性相位板(phase plate)67行進(jìn)。
并且，入射到用于光B的反射型液晶顯示元件61B上的光B被圖像調(diào)制和反射。在被圖像調(diào)制的光B的反射光中，P偏振分量重新透過(guò)第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a，并返回光源1側(cè)，并被從投影光中去除。
另一方面，在被圖像調(diào)制的光B的反射光中，S偏振分量被第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a反射，并作為投影光向第二色選擇性相位板67行進(jìn)。
此時(shí)，通過(guò)分別調(diào)整被設(shè)置在第二偏振光束分離器66和用于光R和光B的反射型液晶顯示元件61R和61B之間的四分之一波長(zhǎng)板62R和62B的慢軸，可以如光G的情況那樣實(shí)現(xiàn)光R和光B的黑色(black)的顯示的調(diào)整。
在由此組合為光束并從第二偏振光束分離器66射出的光R和光B的投影光中，光R使其偏振方向被第二色選擇性相位板67旋轉(zhuǎn)90，并變成S偏振分量，并進(jìn)一步被射出側(cè)偏振板68分析并入射到第三偏振光束分離器69上。
并且，光B作為S偏振光完好地透過(guò)第二色選擇性相位板67，并進(jìn)一步被射出側(cè)偏振板68分析，并入射到第三偏振光束分離器69上。通過(guò)射出側(cè)偏振板68的分析，光R和光B的投影光變成無(wú)效分量被去除的光，這里，無(wú)效分量是通過(guò)穿過(guò)第二偏振光束分離器66、反射型液晶顯示元件61R和61B和分別用于光R和光B的四分之一波長(zhǎng)板62R和62B而產(chǎn)生的。
然后，入射到第三偏振光束分離器69上的光R和光B的投影光被第三偏振光束分離器69的偏振光分離表面69a反射，并與透過(guò)上述偏振光分離表面69a的光G組合并到達(dá)投影透鏡70。
然后，組合的光R、光G和光B的投影光被放大，并通過(guò)投影透鏡70被投影到諸如屏幕的投影表面上。
上述光路是反射型液晶顯示元件實(shí)現(xiàn)白色顯示的情況下的光路，因此，以下說(shuō)明反射型液晶顯示元件實(shí)現(xiàn)黑色顯示的情況下的光路。
首先說(shuō)明光G的光路。
透過(guò)二向色鏡58的光G的S偏振光入射到入射側(cè)偏振板59上，然后入射到第一偏振光束分離器60上，被偏振光分離表面60a反射并到達(dá)用于光G的反射型液晶顯示元件61G。但是，反射型液晶顯示元件61G實(shí)現(xiàn)黑色顯示，因此光G在保持不被圖像調(diào)制的情況下被反射。
因此，光G在被反射型液晶顯示元件61G反射后仍是S偏振光，并因此被第一偏振光束分離器60的偏振光分離表面60a重新反射，透過(guò)入射側(cè)偏振板59并返回光源1側(cè)，并被從投影光中去除。
現(xiàn)在說(shuō)明光R和光B的光路。
被二向色鏡58反射的光R和光B的S偏振光入射到入射側(cè)偏振板64上。然后，光R和光B從入射側(cè)偏振板64射出，并然后入射到第一色選擇性相差板65上。第一色選擇性相差板65具有僅將光B的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的作用，由此，光B和光R分別作為P偏振光和S偏振光入射到第二偏振光束分離器66上。
作為S偏振光入射到第二偏振光束分離器66上的光R被第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a反射，并到達(dá)用于光R的反射型液晶顯示元件61R。并且，作為P偏振光入射到第二偏振光束分離器66上的光B透過(guò)第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a，并到達(dá)用于光B的反射型液晶顯示元件61B。
這里，用于光R的反射型液晶顯示元件61R實(shí)現(xiàn)黑色顯示，因此，入射到用于光R的反射型液晶顯示元件61R上的光R在保持不被圖像調(diào)制的情況下被反射。因此，光R在被用于光R的反射型液晶顯示元件61R反射后仍保持S偏振光，并因此被第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a重新反射，透過(guò)入射側(cè)偏振板64并返回光源1側(cè)，并被從投影光中去除，因此變成黑色顯示。
另一方面，由于用于光B的反射型液晶顯示元件61B實(shí)現(xiàn)黑色顯示，因此，入射到用于光B的反射型液晶顯示元件61B上的光B在保持不被圖像調(diào)制的情況下被反射。因此，光B在被用于光B的反射型液晶顯示元件61B反射后仍保持P偏振光，并因此重新透過(guò)第二偏振光束分離器66的偏振光分離表面66a，被第一色選擇性相差板65轉(zhuǎn)換成S偏振光，穿過(guò)入射側(cè)偏振板64，返回光源1側(cè)并被從投影光中去除。
這里，希望在偏振光束分離器的特性中，上述第一、第二和第三偏振光束分離器的玻璃材料的折射率大于等于1.60并小于等于1.90(對(duì)于波長(zhǎng)為587.56nm的光的折射率)。如果根據(jù)上述實(shí)施例1～5的投影透鏡(變焦透鏡)被應(yīng)用于通過(guò)這種偏振光束光分離器(具有這樣的特性的光學(xué)元件，即，在至少預(yù)定的波長(zhǎng)區(qū)域的光中，優(yōu)選在紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)域的光中，沿預(yù)定的偏振方向反射光，并沿與其偏振方向正交的偏振方向透過(guò)光)實(shí)現(xiàn)顏色組合(不同波長(zhǎng)區(qū)域中的光的光路的組合)的投影型圖像顯示裝置(特別是使用反射型液晶面板的反射型液晶顯示裝置)，那么它們將是更加優(yōu)選的。
上述的是使用反射型液晶顯示元件(反射型液晶面板)的投影型圖像顯示裝置中的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
即使使用透射型液晶顯示元件代替反射型液晶顯示元件，也可以獲得類似的效果。
圖12是本發(fā)明的圖像投影裝置的實(shí)施例的基本部分的示意圖。
圖12表示這樣一種圖像投影裝置，即，在該圖像投影裝置中，上述變焦透鏡被應(yīng)用于三面板型彩色液晶投影儀，并且，基于多個(gè)液晶顯示元件的多個(gè)彩色光的圖像信息通過(guò)顏色組合裝置被組合并被放大，并被投影透鏡投影到屏幕表面上。
在圖12中，彩色液晶投影儀101通過(guò)作為顏色組合裝置的棱鏡102將來(lái)自三個(gè)R、G和B液晶面板105R、105G和105B的紅、綠和藍(lán)彩色光組合成光路，并通過(guò)使用包含上述變焦透鏡的投影透鏡103將它們投影到屏幕104上。
以下說(shuō)明與根據(jù)實(shí)施例1～3的變焦透鏡對(duì)應(yīng)的數(shù)值實(shí)施例1～3。在各數(shù)值實(shí)施例中，i代表從放大側(cè)(前側(cè))算起的光學(xué)表面的順序，Ri表示第i光學(xué)表面(第i表面)的曲率半徑，di表示第i表面和第(i+1)表面之間的間隔，ni和υi分別表示第i光學(xué)部件的材料的折射率和阿貝數(shù)，以d線為標(biāo)準(zhǔn)。f表示焦距。
并且，數(shù)值實(shí)施例1～3的最后側(cè)的兩個(gè)表面是構(gòu)成玻璃塊GB的表面。
并且，非球面形狀由x＝(h2/R)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12表示，這里，k表示錐形常數(shù)，A、B、C、D和E表示球面系數(shù)，x表示以表面頂點(diǎn)為基準(zhǔn)、在從光軸算起的高度h的位置沿光軸方向的位移，R表示旁軸的曲率半徑。
注意，“e-Z”表示“10-z”。
在下面的表1中示出了上述條件表達(dá)式1～2和數(shù)值實(shí)施例1～3中的數(shù)值之間的關(guān)系。
X-10協(xié)議編碼格式分為“標(biāo)準(zhǔn)X-10編碼格式”和“擴(kuò)展X-10編碼格式”。標(biāo)準(zhǔn)X-10編碼格式如附圖1所示。
圖1中，標(biāo)準(zhǔn)X-10編碼格式主要包括起始碼(STARTCODE)、房間碼(HOUSECODE)、地址/命令(ADDRESS/FUNCTION)、功能選擇碼和結(jié)束碼。
起始碼用于表示每一幀X-10數(shù)據(jù)的起始幀頭，起始碼的固定值為“1110”。
房間碼用于表示家庭/房間的編碼。房間碼是在啟動(dòng)碼傳輸完成后傳輸?shù)?，房間碼字長(zhǎng)為4個(gè)bit或者半個(gè)字節(jié)。共有16個(gè)房間地址可以選擇，即A、B一直到P，16個(gè)地址的編碼如表1所示。
表1

功能選擇碼主要用于決定地址/命令代碼的數(shù)據(jù)類型。功能選擇碼緊跟在地址/命令代碼后面，表示其前面的數(shù)據(jù)是地址信息還是命令信息，如功能選擇碼為1，則表示其前面數(shù)據(jù)代表命令；再如功能選擇碼為0，則表示其前面的數(shù)據(jù)代表是地址信息。
當(dāng)?shù)刂?命令碼表示地址信息時(shí)，也是4bit，共有16個(gè)地址信息，其功能和擴(kuò)展的X-10編碼格式中的unite code相同。和前面的房間碼可以組成256個(gè)地址，表示的地址信息的格式如表2所示。
表2

<p>非球面系數(shù)

(B)變焦過(guò)程中的移動(dòng)量

(C)聚焦過(guò)程中的移動(dòng)量

數(shù)值實(shí)施例2(A)透鏡數(shù)據(jù)

像面非球面系數(shù)

(B)變焦過(guò)程中的移動(dòng)量

(C)聚焦過(guò)程中的移動(dòng)量

數(shù)值實(shí)施例3(A)透鏡數(shù)據(jù)

像面非球面系數(shù)

(B)變焦過(guò)程中的移動(dòng)量

(C)聚焦過(guò)程中的移動(dòng)量

表1

根據(jù)上述實(shí)施例，獲得適于例如在液晶投影儀中使用的變焦透鏡，該變焦透鏡實(shí)現(xiàn)整個(gè)透鏡系統(tǒng)的小型化，又能很好校正由聚焦導(dǎo)致的各種像差，并在整個(gè)投影距離上具有良好的光學(xué)性能。
本申請(qǐng)要求2005年2月22日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)No.2005-045456的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以參考的方式被包含于此。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括包含被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上并具有負(fù)折光力的第一透鏡單元的多個(gè)透鏡單元，其中，所述多個(gè)透鏡單元的至少一個(gè)在放大倍數(shù)變化的過(guò)程中沿其光軸方向被移動(dòng)；并且所述第一透鏡單元包含包含具有負(fù)折光力的至少一個(gè)透鏡并在聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的第1-1透鏡單元；和具有正折光力并在聚焦過(guò)程中被固定的第1-2透鏡單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述第1-1透鏡單元包含多個(gè)負(fù)透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述第1-1透鏡單元被設(shè)置在比所述第1-2透鏡單元更鄰近放大側(cè)的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述多個(gè)透鏡單元包含被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上并具有正折光力的最后的透鏡單元；并且所述第1-1透鏡單元被設(shè)置在比所述第1-2透鏡單元更鄰近放大側(cè)的位置上；并且最鄰近放大側(cè)的所述第一透鏡單元的第一透鏡具有負(fù)折光力，被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上的所述最后的透鏡單元中的最后的透鏡具有正折光力，且滿足以下條件32＜υdR-υdF，這里，υdF表示所述第一透鏡的材料的阿貝數(shù)，υdR表示所述最后的透鏡的材料的阿貝數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，滿足以下條件7.0＜|DP/fw|，這里，DP表示從縮小側(cè)共軛位置到出射光瞳的距離，fw表示整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述多個(gè)透鏡單元從放大側(cè)到縮小側(cè)依次為所述第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元、具有正折光力的第五透鏡單元和最后的透鏡單元，并且為了變焦，所述第一和最后的透鏡單元是不可動(dòng)的，且所述第二、第三、第四和第五透鏡單元被移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述多個(gè)透鏡單元從放大側(cè)到縮小側(cè)依次為所述第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元、具有正折光力的第五透鏡單元、具有正折光力的第六透鏡單元和最后的透鏡單元，并且為了變焦，所述第一和最后的透鏡單元是不可動(dòng)的，且所述第二、第三、第四、第五和第六透鏡單元被移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述多個(gè)透鏡單元從放大側(cè)到縮小側(cè)依次為具有負(fù)折光力的第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、具有正折光力的第四透鏡單元和具有正折光力的第五透鏡單元，并且為了變焦，所述第一和第五透鏡單元是不可動(dòng)的，且所述第二至第四透鏡單元被移動(dòng)。
9.一種變焦透鏡，包括被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上并具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上并具有正折光力的最后的透鏡單元；和在變焦即放大倍數(shù)變化的過(guò)程中沿其光軸方向移動(dòng)的一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元；其中，被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上的第一透鏡單元中的第一透鏡具有負(fù)折光力，被設(shè)置在最鄰近縮小側(cè)的位置上的最后的透鏡單元中的最后的透鏡具有正折光力，并滿足以下條件32＜υdR-υdF，這里，υdF表示第一透鏡的材料的阿貝數(shù)，υdR表示最后的透鏡的材料的阿貝數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的變焦透鏡，其中，滿足以下條件υdR-υdF＜50。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的變焦透鏡，其中，具有負(fù)折光力的所述第一透鏡單元包含至少一個(gè)負(fù)透鏡。
12.一種圖像投影裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1～11的任一項(xiàng)的變焦透鏡；用于形成原始圖像的顯示單元；其中，由顯示單元形成的原始圖像被變焦透鏡投影到投影表面上。
全文摘要
提供一種變焦透鏡和具有該變焦透鏡的圖像投影裝置。該變焦透鏡包括包含被設(shè)置在最鄰近放大側(cè)的位置上并具有負(fù)折光力的第一透鏡單元的多個(gè)透鏡單元，其中，多個(gè)透鏡單元的一個(gè)或更多個(gè)在放大倍數(shù)變化的過(guò)程中沿其光軸方向被移動(dòng)；并且，第一透鏡單元包含包含負(fù)折光力的至少一個(gè)透鏡并在聚焦過(guò)程中被移動(dòng)的第1－1透鏡單元；和具有正折光力并在聚焦過(guò)程中被固定的第1－2透鏡單元。
文檔編號(hào)G02B7/10GK1825153SQ20061000410
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者豬子和宏 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社