專(zhuān)利名稱(chēng)：變焦透鏡和具有該變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有變焦功能的變焦透鏡和具有該變焦透鏡的光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
為了響應(yīng)對(duì)投影圖像的更高精細(xì)度的要求，對(duì)于在液晶投影儀中使用的變焦透鏡來(lái)說(shuō)，要求極其嚴(yán)格的規(guī)范，尤其是在光學(xué)功能之一的色移(橫向色差)方面更是如此。
一般來(lái)說(shuō)，為了校正橫向色差，有效的是使用由異常色散玻璃制成的透鏡。
例如，一種常規(guī)系統(tǒng)論述通過(guò)利用由異常色散玻璃制成的透鏡，在橫向色差方面被校正的變焦透鏡的使用，其中該變焦透鏡用在液晶投影儀中(USP No.6816320，NO.7016118)。
最近，市場(chǎng)已突出對(duì)供液晶投影儀之用的變焦透鏡的強(qiáng)烈需求，所述液晶投影儀具有更高的變焦比，更寬的視場(chǎng)，和以更高的效率利用照明光的更大光圈，以及在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有更高的光學(xué)性能。所需求的這些特性普遍與各種像差(包括球面像差和橫向色差)的校正和伴隨變焦的像差變化有關(guān)。
特別地，變焦中所涉及的球面像差和橫向色差的變化極大地影響所需求特性之中的光學(xué)性能，使得已需要減少球面像差和橫向色差。
為了具有高的光學(xué)性能，同時(shí)在整個(gè)變焦范圍內(nèi)順利地校正球面像差和橫向色差，必須恰當(dāng)?shù)卮_定每個(gè)透鏡的透鏡構(gòu)造和材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的至少一個(gè)例證實(shí)施例目的在于通過(guò)校正伴隨變焦的各種像差，在各個(gè)像面內(nèi)具有改進(jìn)的光學(xué)性能的變焦透鏡，其中所述變焦透鏡可用在液晶投影儀中。
至少一個(gè)例證實(shí)施例的目的在于一種包括多個(gè)透鏡單元的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元具有至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑被最小化的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示(表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡)，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(ΣXi×fni)/(Σfni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
至少一個(gè)例證實(shí)施例的目的在于一種圖像投影設(shè)備，它包括配置成形成原始圖像的顯示單元；和配置成把顯示裝置形成的原始圖像投影到待投影平面上的變焦透鏡，其中在縮小側(cè)充分遠(yuǎn)心的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡單元，其中所述多個(gè)透鏡單元包括至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在構(gòu)成變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑被最小化的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示(表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡)，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(ΣXi×fni)/(Σfni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
至少一個(gè)例證實(shí)施例的目的在于一種圖像投影設(shè)備，它包括配置成形成原始圖像的顯示單元；和配置成把顯示裝置形成的原始圖像投影到待投影平面上的變焦透鏡，其中基本上不具有折光力的至少一個(gè)光學(xué)元件被布置在變焦透鏡的縮小側(cè)，其中當(dāng)參考字符j指示從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的所述至少一個(gè)光學(xué)元件的順序時(shí)，變焦透鏡滿(mǎn)足下述等式0.02＜{Σ(NFj-NCj)×Dj}/fw＜0.15，其中第j個(gè)光學(xué)元件材料的F-光線(xiàn)和C-光線(xiàn)的折射率分別為NFj和NCj，光軸方向上第j個(gè)光學(xué)元件的長(zhǎng)度為Dj，在廣角端整個(gè)系統(tǒng)的焦距為fw。
至少另一個(gè)例證實(shí)施例的目的在于一種圖像拾取設(shè)備，它包括固體圖像拾取器件；和被配置為把目標(biāo)圖像聚焦在固體圖像拾取器件上的變焦透鏡，其中在縮小端充分遠(yuǎn)心的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡單元，其中所述多個(gè)透鏡單元包括至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在構(gòu)成變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑被最小化的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示(表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡)，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(ΣXi×fni)/(Σfni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
參考附圖，根據(jù)例證實(shí)施例的下述說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1A和1B是利用根據(jù)第一例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖2圖解說(shuō)明在廣角端，根據(jù)第一例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖3圖解說(shuō)明在望遠(yuǎn)端，根據(jù)第一例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖4A和4B是利用根據(jù)第二例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖5圖解說(shuō)明在廣角端，根據(jù)第二例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖6圖解說(shuō)明在望遠(yuǎn)端，根據(jù)第二例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖7包括利用根據(jù)第三例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖8圖解說(shuō)明在廣角端，根據(jù)第三例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖9圖解說(shuō)明在望遠(yuǎn)端，根據(jù)第三例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖10包括利用根據(jù)第四例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖11圖解說(shuō)明在廣角端，根據(jù)第四例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖12圖解說(shuō)明在望遠(yuǎn)端，根據(jù)第四例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖13包括利用根據(jù)第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖14圖解說(shuō)明在廣角端，根據(jù)第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖15圖解說(shuō)明在望遠(yuǎn)端，根據(jù)第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的像差數(shù)據(jù)。
圖16是彩色液晶投影儀的一部分的示意圖。
圖17是圖像拾取設(shè)備的一部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在例證實(shí)施例中，位于縮小側(cè)(reduction side)的充分遠(yuǎn)心的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡單元。所述多個(gè)透鏡單元包括布置在在構(gòu)成變焦透鏡的負(fù)透鏡之中有效直徑最小的位置的第一負(fù)透鏡Gn1。所述多個(gè)透鏡單元包括從放大側(cè)到縮小側(cè)的至少一個(gè)負(fù)透鏡(所述至少一個(gè)負(fù)透鏡包括第一負(fù)透鏡Gn1)。當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡用第i個(gè)負(fù)透鏡Gni(第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡)表示(上述第一負(fù)透鏡被表示成Gn1)，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下這條件被滿(mǎn)足(ΣXi×fni)/(Σfni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡的焦距為fni。不存在第2個(gè)、第3個(gè)、...負(fù)透鏡的變焦透鏡排列的結(jié)構(gòu)也是本發(fā)明的例證實(shí)施例。
本發(fā)明的例證實(shí)施例涉及變焦透鏡和具有所述變焦透鏡，把圖像信息投影到預(yù)定平面(屏幕等)上的液晶投影儀(圖像投影設(shè)備)和光學(xué)儀器，比如圖像拾取設(shè)備。下面將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的例證實(shí)施例的變焦透鏡和液晶投影儀(圖像投影設(shè)備)，以及圖像拾取設(shè)備的例證實(shí)施例。至少一個(gè)例證實(shí)施例的下述說(shuō)明只是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，決不意圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的工藝、技術(shù)、設(shè)備和材料將不再詳細(xì)說(shuō)明，但是在適當(dāng)?shù)牡胤?，打算使之成為所述說(shuō)明的一部分，例如透鏡元件的制備和它們的材料。
在這里舉例說(shuō)明的所有例子中，任何具體值，例如變焦比和F數(shù)應(yīng)被理解成只是例證性的，而不是限制性的。從而，例證實(shí)施例的其它例子可具有不同的值。
注意，相同的附圖標(biāo)記指的是附圖中的相同對(duì)象，從而一旦一個(gè)對(duì)象在一個(gè)附圖中被定義，那么在后面的附圖中可能不再贅述。
注意這里當(dāng)涉及誤差(例如像差)的校正時(shí)，意味著誤差的減小和/或誤差的校正。
首先說(shuō)明附圖標(biāo)記。附圖標(biāo)記L1i-L6i表示第一～第六個(gè)透鏡單元(例如L1-4a-e，L5a-d和L6a-b)；附圖標(biāo)記STO表示孔徑光闌；附圖標(biāo)記IP表示像面(例如液晶面板(液晶顯示(LCD)裝置))；附圖標(biāo)記GB1-8表示鏡片；附圖標(biāo)記S表示弧矢像場(chǎng)傾斜；附圖標(biāo)記M表示子午像場(chǎng)傾斜。附圖標(biāo)記101表示液晶投影儀；附圖標(biāo)記102表示顏色合成裝置；附圖標(biāo)記103表示投影透鏡；附圖標(biāo)記104表示屏幕；附圖標(biāo)記105B、105G和105R表示液晶面板；附圖標(biāo)記106表示圖像拾取設(shè)備；附圖標(biāo)記107表示圖像拾取器件；附圖標(biāo)記108表示拍攝透鏡；附圖標(biāo)記109表示目標(biāo)。
圖1A和1B分別是在廣角端和望遠(yuǎn)端利用根據(jù)第一例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備(液晶視頻投影儀)的一部分的示意圖。
圖2和3分別是當(dāng)(第一透鏡單元和屏幕之間的)距離為1760mm時(shí)，第一例證實(shí)施例在廣角端和望遠(yuǎn)端的像差數(shù)據(jù)的例示圖。
圖4A和4B分別是在廣角端和望遠(yuǎn)端利用根據(jù)第二例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖5和6分別是當(dāng)在廣角端和望遠(yuǎn)端，到屏幕的距離為2100mm時(shí)，第二例證實(shí)施例的像差數(shù)據(jù)的例示圖。
圖7A和7B分別是在廣角端和望遠(yuǎn)端利用根據(jù)第三例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖8和9分別是當(dāng)在廣角端和望遠(yuǎn)端，到屏幕的距離為1760mm時(shí)，第三例證實(shí)施例的像差數(shù)據(jù)的例示圖。
圖10A和10B分別是在廣角端和望遠(yuǎn)端利用根據(jù)第四例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖11和12分別是當(dāng)在廣角端和望遠(yuǎn)端，到屏幕的距離為2100mm時(shí)，第四例證實(shí)施例的像差數(shù)據(jù)的例示圖。
圖13A和13B分別是在廣角端和望遠(yuǎn)端利用根據(jù)第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
圖14和15分別是當(dāng)在廣角端和望遠(yuǎn)端，到屏幕的距離為2100mm時(shí)，第五例證實(shí)施例的像差數(shù)據(jù)的例示圖。
圖16是彩色液晶投影儀的一部分的示意圖。
圖17是圖像拾取設(shè)備的一部分的示意圖。
在根據(jù)圖1A-B、4A-B、7A-B、10A-B和13A-B中所示的第一～第五例證實(shí)施例的圖像投影設(shè)備中，通過(guò)利用變焦透鏡(投影透鏡)PL1-5進(jìn)行放大，顯示在像面(例如，液晶面板)上的原始圖像(待投影的圖像)被投射到屏幕S上。
附圖標(biāo)記S表示屏幕平面(投影平面)，附圖標(biāo)記LCD表示置于變焦透鏡PL的像面的液晶平面(液晶顯示裝置)。屏幕平面S和像面(IP)(例如，液晶面板LCD)相互共軛。一般來(lái)說(shuō)，屏幕平面S對(duì)應(yīng)于位于較長(zhǎng)距離共軛點(diǎn)的放大側(cè)(前部放大共軛側(cè))，而像面IP(例如液晶面板LCD)對(duì)應(yīng)于位于較短距離共軛點(diǎn)的縮小側(cè)(后部縮小共軛側(cè))。
當(dāng)在攝影系統(tǒng)中使用變焦透鏡時(shí)，屏幕平面S是與位于像側(cè)的像面(IP)相對(duì)的物側(cè)。
附圖標(biāo)記STO表示孔徑光闌。
附圖標(biāo)記GB1-8表示對(duì)應(yīng)于顏色合成棱鏡、偏振濾光鏡和濾色鏡，在光學(xué)設(shè)計(jì)中提供的鏡片(glass block)。
變焦透鏡PL1-5通過(guò)耦合部件(未示出)被安裝到投影儀機(jī)體(未示出)(例如，液晶投影儀機(jī)體)上。從鏡片GB1-8到像面IP(例如，液晶面板LCD)的組件包含在液晶投影儀機(jī)體中。
另外，在像面IP(例如，液晶面板LCD)可被包含在液晶投影儀機(jī)體中的時(shí)候，鏡片GB1-8可作為組件被包含在變焦透鏡PL1-5中。
如果附圖標(biāo)記i表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的透鏡單元的順序，那么Li表示第i個(gè)透鏡單元。
字符箭頭(例如，A1-5，B1-5，C1-4和D1-2)表示在廣角端和望遠(yuǎn)端之間，每個(gè)透鏡單元的軌跡方向。
像面IP(例如，液晶面板LCD)被來(lái)自設(shè)置在縮小側(cè)的照明光學(xué)系統(tǒng)(未示出)的光線(xiàn)照射。
變焦透鏡PL1-5包括遠(yuǎn)心性，其中毗鄰像面IP(例如，液晶面板LCD)(縮小側(cè))設(shè)置的光瞳距離相當(dāng)遠(yuǎn)，以確保有利的光瞳一致性。
鏡片GB1-8包括組合液晶面板的R、G和B圖像的組合裝置，只選擇特定的偏振方向的選擇裝置和改變偏振光的相位的改變裝置。
在根據(jù)例證實(shí)施例的變焦透鏡PL1-5中，通過(guò)采用多個(gè)負(fù)前導(dǎo)透鏡單元(其中具有負(fù)折光力的透鏡居于首位(被布置在放大側(cè)))，易于獲得長(zhǎng)到足以排列鏡片GB1-8的后焦點(diǎn)。
在根據(jù)例證實(shí)施例的變焦透鏡PL1-5中，為了獲得變焦功能，幾個(gè)透鏡單元沿著光軸被移動(dòng)(例如，A1-5，B1-5，C1-4和D1-2)，以便改變整個(gè)系統(tǒng)的合成焦距。
按照?qǐng)D1A-B和4A-B中所示的第一和第二例證實(shí)施例，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二透鏡單元L2a-b，第三透鏡單元L3a-b，第四透鏡單元L4a-b和第五透鏡單元L5a-b被獨(dú)立地移向屏幕平面S(放大側(cè))，如用箭頭(A1-2，B1-2，C1-2和D1-2)所示。
對(duì)于變焦來(lái)說(shuō)，第一透鏡單元L1a-b和第六透鏡單元L6a-b并不移動(dòng)。
按照?qǐng)D7A-B和10A-B中所示的第三和第四例證實(shí)施例，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二透鏡單元L2c-d，第三透鏡單元L3c-d，第四透鏡單元L4c-d被獨(dú)立地移向屏幕平面S，如用箭頭(A3-4，B3-4和C3-4)所示。
對(duì)于變焦來(lái)說(shuō)，第一透鏡單元L1c-d和第五透鏡單元L5c-d并不移動(dòng)。
按照?qǐng)D13A-B中所示的第五例證實(shí)施例，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二透鏡單元L2e和第三透鏡單元L3e被獨(dú)立地移向放大側(cè)，如用箭頭(A5和B5)所示。
對(duì)于變焦來(lái)說(shuō)，第一透鏡單元L1e和第四透鏡單元L4e并不移動(dòng)。
按照例證實(shí)施例，通過(guò)沿光軸移動(dòng)第一透鏡單元L1a-e進(jìn)行聚焦。
另一方面，可通過(guò)移動(dòng)像面IP(例如，液晶面板LCD)進(jìn)行聚焦。
按照?qǐng)D1A-B中所示的第一例證實(shí)施例，毗鄰第三透鏡單元L3a的縮小側(cè)布置孔徑光闌STO。
按照?qǐng)D4A-B、7A-B、10A-B和13A-B中所示的第二～第五例證實(shí)施例，毗鄰第二透鏡單元L2c-e的縮小側(cè)布置孔徑光闌STO。
在變焦期間，孔徑光闌STO被移動(dòng)(A1-A5)。
每個(gè)透鏡表面鍍有多層的增透物質(zhì)。
在像差數(shù)據(jù)的例證圖中，附圖標(biāo)記G表示550納米波長(zhǎng)下的像差；附圖標(biāo)記R表示620納米波長(zhǎng)下的像差；附圖標(biāo)記B表示470納米波長(zhǎng)下的像差；附圖標(biāo)記S(弧矢像場(chǎng)傾斜)和M(子午像場(chǎng)傾斜)表示550納米波長(zhǎng)下的像差；附圖標(biāo)記Fno表示F數(shù)；附圖標(biāo)記ω表示半視場(chǎng)角；附圖標(biāo)記Y表示圖像高度。
一般來(lái)說(shuō)，在負(fù)折光力透鏡單元被盡量布置在放大側(cè)的負(fù)前導(dǎo)投影透鏡中，布置在孔徑光闌放大側(cè)的具有強(qiáng)折光力的可變倍率透鏡單元沿著光軸被移動(dòng)，以便改變整個(gè)系統(tǒng)的合成焦距。
正光焦度透鏡單元產(chǎn)生許多不同的像差，包括球面像差和縱向色差的閾值。于是，需要在孔徑光闌STO縮小側(cè)排列具有強(qiáng)的負(fù)光焦度的透鏡單元(下面稱(chēng)為補(bǔ)償透鏡單元)，來(lái)校正這些不同的像差。
為了有效地校正球面像差和縱向色差，補(bǔ)償透鏡單元的透鏡材料通?？梢允歉呱⒉Ａ?。如果假定在補(bǔ)償透鏡單元的透鏡中將使用低色散玻璃材料，那么要求增大負(fù)透鏡的光焦度，以有效地校正縱向色差。從而，球面像差的校正變得過(guò)度，使得難以很平衡地校正球面像差和橫向色差。
但是，在可用的玻璃材料中，具有高色散特性的玻璃具有大的局部色散量。當(dāng)在光闌的縮小側(cè)的負(fù)透鏡中使用由這種玻璃材料制成的透鏡時(shí)，產(chǎn)生許多次級(jí)光譜，使得難以校正橫向色差。
下面將參考算術(shù)表達(dá)式詳細(xì)說(shuō)明橫向色差的產(chǎn)生。按照YoshiyaMATSUI的書(shū)籍“Renzu Sekkeihou(Lens Design Method)”，平面v上的橫向色差系數(shù)Tv被表示成如下所示Tv=hvh‾vQ‾vΔv(∂NN)]]>h‾vQ‾v=h‾vNvrv-α‾v]]>其中， 離軸主光線(xiàn)高度(近軸主光線(xiàn)高度)(下面稱(chēng)為“hb”)N折射率r曲率半徑 近軸主光線(xiàn)角(下面稱(chēng)為“αa”)h近軸邊緣光線(xiàn)高度(下面稱(chēng)為“ha”)這里，近軸邊緣光線(xiàn)指的是當(dāng)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距被歸一化為“1”時(shí)，在離光軸的高度為“1”的情況下，平行于光學(xué)系統(tǒng)的光軸入射的光線(xiàn)。近軸主光線(xiàn)指的是當(dāng)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距被歸一化為“1”時(shí)，在相對(duì)于光軸以-45°的角度入射的光線(xiàn)中，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳和光軸之間的交點(diǎn)的光線(xiàn)。光學(xué)系統(tǒng)的入射角被定義為使得順時(shí)針角度為正，反時(shí)針角度為負(fù)。
光線(xiàn)將從放大側(cè)(按照例證實(shí)施例，屏幕側(cè))發(fā)出。屏幕位于光學(xué)系統(tǒng)的左側(cè)，使得從屏幕入射到光學(xué)系統(tǒng)的光線(xiàn)從左向右前進(jìn)。
根據(jù)上面的等式可理解，為了最大抑制橫向色差，通常有效的是把補(bǔ)償透鏡單元布置在近軸主光線(xiàn)高度hb極小，即有效直徑最小的位置。從而，根據(jù)例證實(shí)施例，布置在有效直徑最小的位置的負(fù)透鏡被包含在補(bǔ)償透鏡單元中，如后所述。有效直徑指的是光軸與經(jīng)過(guò)離光軸更遠(yuǎn)的位置的光線(xiàn)間的距離，該位置位于從位于縮小側(cè)的共軛平面的中心發(fā)出的光束的最外側(cè)光線(xiàn)(邊緣光線(xiàn))和從位于縮小側(cè)的共軛平面的離軸點(diǎn)(與光軸極度分離的點(diǎn))發(fā)出的光束的最外側(cè)光線(xiàn)之間。
但是，近軸主光線(xiàn)角αa和近軸主光線(xiàn)高度hb不能同時(shí)被減小，使得終歸不能避免補(bǔ)償透鏡單元中的橫向色差的產(chǎn)生。如果在這樣的位置(近軸主光線(xiàn)高度hb變成最小的位置)使用由局部色散比(即，上面等式中的δN/N)大的玻璃材料制成的透鏡，那么會(huì)大量產(chǎn)生橫向色差。為了有利地校正像差，必須使用異常(anamalous)色散玻璃。
從而，根據(jù)例證實(shí)施例，在不使用異常色散玻璃作為構(gòu)成補(bǔ)償透鏡單元的負(fù)透鏡的材料的情況下，使用和通常用于補(bǔ)償透鏡單元的材料相比，局部色散比稍小的玻璃材料，以便減少橫向色差的產(chǎn)生。
此外，借助下面將說(shuō)明的構(gòu)造，均衡地校正球面像差和縱向色差。
下面將說(shuō)明根據(jù)例證實(shí)施例的變焦透鏡的特征。
按照例證實(shí)施例的變焦透鏡PL1-5包括在縮小側(cè)遠(yuǎn)心的多個(gè)透鏡單元。在構(gòu)成變焦透鏡PL1-5的透鏡中，有效直徑最小的負(fù)透鏡Gn被標(biāo)準(zhǔn)化為基準(zhǔn)。附圖標(biāo)記i表示排列在負(fù)透鏡Gn的縮小側(cè)的負(fù)透鏡(包括負(fù)透鏡Gn)的順序。
此時(shí)，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
當(dāng)異常色散量Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下面的條件(1)被滿(mǎn)足(ΣXi×fni)/(Σfni)＜-0.003(1)相對(duì)于g-光線(xiàn)、d-光線(xiàn)、F-光線(xiàn)和C-光線(xiàn)，該材料的折射率分別為Ng、Nd、NF和NC。此時(shí)，阿貝數(shù)vd和局部色散比θgF如下。
Nd＝(Nd-1)/(NF-NC)，θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)。
等式(1)的左側(cè)如下所示。
X1×fn1+X2×fn2+··fn1+fn2+···]]>條件等式(1)用于有利地校正橫向色差。
如果(ΣXi×fni)/(Σfni)超過(guò)條件等式(1)的上限，那么次級(jí)光譜的數(shù)目被增大，使得不利地增大橫向色差。
當(dāng)條件等式(1)的上限被降低到小于-0.0035時(shí)，次級(jí)光譜的數(shù)目被進(jìn)一步有效抑制，使得能夠有利并且容易地校正橫向色差。在本實(shí)施例中，通過(guò)滿(mǎn)足上述條件等式(1)，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。盡管滿(mǎn)足后面說(shuō)明的條件等式(2)～(9)的透鏡的組件以及其它組件特征不是本發(fā)明不可或缺的，不過(guò)當(dāng)變焦透鏡包括這些組件時(shí)是有益的。
在負(fù)透鏡Gn1的兩側(cè)，分別加入正透鏡。
從而，負(fù)透鏡Gn1的光焦度(power)被增大，以便有利地校正縱向色差，同時(shí)借助加入的正透鏡，有利地校正球面像差。當(dāng)材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpb和θgFpb時(shí)，滿(mǎn)足下述等式的正透鏡Gpb被布置在負(fù)透鏡Gn1的縮小側(cè)θgFpb-(0.6438-0.001682×vdpb)＞0.005(2)借助滿(mǎn)足條件等式(2)的正透鏡Gpb，橫向色差被有效校正。
當(dāng)材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdna和θgFna時(shí)，滿(mǎn)足下述條件的負(fù)透鏡Gna被布置在負(fù)透鏡Gn1的放大側(cè)θgFna-(0.6438-0.001682×vdna)＞0.010(3)借助滿(mǎn)足條件等式(3)的負(fù)透鏡Gna，橫向色差被有效校正。
當(dāng)材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpa和θgFpa時(shí)，滿(mǎn)足下述條件的正透鏡Gpa被加入到負(fù)透鏡Gna中θgFpa-(0.6438-0.001682×vdpa)＜0.003(4)此時(shí)，當(dāng)接合面的有效直徑和曲率半徑分別為Dpa和rpa時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足
Dpa/|rpa|＞0.25(5)通過(guò)把滿(mǎn)足條件等式(4)和(5)的正透鏡Gpa加入到負(fù)透鏡Gna中，橫向色差被有利校正。
當(dāng)材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpa1和θgFpa1時(shí)，滿(mǎn)足下述條件的一個(gè)或多個(gè)正透鏡Gpa1、Gpa2、...被布置在負(fù)透鏡Gn1的放大側(cè)θgFpa1-(0.6438-0.001682×vdpa1)＜-0.003(6)通過(guò)利用這些正透鏡Gpa1、Gpa2、...，橫向色差被令人滿(mǎn)意地校正。
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的在廣角端的焦距和在望遠(yuǎn)端的焦距分別為fw和ft時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足ft/fw＞1.25(7)通過(guò)使變焦比滿(mǎn)足條件等式(7)，能夠容易地在整個(gè)變焦范圍內(nèi)獲得高的光學(xué)性能。
當(dāng)條件等式(7)的下限為1.39時(shí)是有用的，即增大了變焦比。
當(dāng)在根據(jù)例證實(shí)施例中的變焦透鏡中使用至少一個(gè)非球面透鏡時(shí)，能夠更順利地校正各種像差。
如上所述，根據(jù)例證實(shí)施例，即使就高變焦比、高視場(chǎng)角和高孔徑來(lái)說(shuō)，也能夠獲得能夠有效地校正橫向色差、球面像差以及伴隨著變焦的橫向色差和球面像差的變化的遠(yuǎn)心變焦透鏡。
按照例證實(shí)施例的變焦透鏡把顯示單元形成的原始圖像投影在投影平面(屏幕平面)上。此時(shí)在變焦透鏡或圖像投影設(shè)備中，當(dāng)沒(méi)有折光力的光學(xué)元件，例如棱鏡被布置在縮小側(cè)時(shí)，可采用下述配置。
當(dāng)基本上沒(méi)有折光力的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(焦距為整個(gè)系統(tǒng)焦距fw的50倍或更大，甚至100倍或更大)被布置在變焦透鏡PL1-5的縮小側(cè)時(shí)，附圖標(biāo)記j表示從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的順序。
此時(shí)，當(dāng)?shù)趈個(gè)光學(xué)元件材料的F-光線(xiàn)和C-光線(xiàn)的折射率分別為NFi和NCj；光軸方向上第j個(gè)光學(xué)元件的長(zhǎng)度為Dj；并且在廣角端整個(gè)系統(tǒng)焦距為fw時(shí)，系統(tǒng)可被配置成滿(mǎn)足下述條件0.02＜{Σ(NFj-NCj)×Dj}/fw＜0.15(8)這里{Σ(NFj-NCj)×Dj}指的是(NF1-NC1)×D1+(NF2-NC2)×D2+...。
條件等式(8)是當(dāng)無(wú)折光力的光學(xué)元件，比如供三色顯示板的顏色合成之用的棱鏡被最大限度地布置在縮小側(cè)時(shí)，減少色差的產(chǎn)生的條件。該光學(xué)元件按照和補(bǔ)償透鏡單元中的負(fù)透鏡相同的方式，具有縱向色差的消色差效果。條件等式(8)表述縱向色差的消色差量。如果應(yīng)用條件等式(8)，那么補(bǔ)償透鏡單元的軸向消色差負(fù)擔(dān)被減輕，以便增大校正球面像差的自由度。
當(dāng)條件等式(8)的值小于其下限時(shí)，縱向色差的校正不足，從而降低校正球面像差的自由度。相反，當(dāng)條件等式(8)的值大于其上限時(shí)，縱向色差被過(guò)度校正，使得終歸降低校正球面像差的自由度。
供常規(guī)的液晶投影儀之用的棱鏡可使用諸如由Schot公司供應(yīng)的Optical Glass BK7之類(lèi)的玻璃材料。當(dāng)使用這種玻璃材料時(shí)，條件等式(8)被滿(mǎn)足。更有利的是條件等式(8)的下限為0.03和/或上限為0.1，甚至0.8。
按照例證實(shí)施例的變焦透鏡在縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的。根據(jù)本發(fā)明，遠(yuǎn)心指的是至少一個(gè)下述條件等式(9)被滿(mǎn)足的情況0.3＜|Dpw/L|0.3＜|Dpt/L|(9)其中在廣角端和望遠(yuǎn)端，縮小側(cè)的共軛平面(像面IP)和縮小側(cè)的光瞳位置之間的距離分別為Dpw和Dpt，總的透鏡長(zhǎng)度(第一透鏡平面和最后的透鏡平面之間的距離)為L(zhǎng)。這里更有利的是條件等式(9)的下限為1.0和/或上限為5.0。
下面將參考

根據(jù)例證實(shí)施例的變焦透鏡的特征。
(第一例證實(shí)施例)如圖1A和1B中所示的根據(jù)第一例證實(shí)施例的6單元變焦透鏡包括從放大側(cè)到縮小側(cè)，按照負(fù)、正、正、正、負(fù)和正折光力的順序排列的第一～第六透鏡單元L1a-L6a。
下面將如同從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的那樣，描述每個(gè)透鏡單元的構(gòu)造。
第一透鏡單元L1a包括在放大側(cè)具有凸面鏡面的凹凸負(fù)透鏡G11a，包括非球面鏡面的負(fù)透鏡G12a、負(fù)透鏡G13a和在縮小側(cè)具有凸面鏡面的凹凸正透鏡G14a。
在近軸主光線(xiàn)入射高度hb較小的縮小側(cè)的鏡面具有負(fù)折光力，以便得到更寬的角度，而在近軸主光線(xiàn)入射高度hb較大的放大側(cè)的鏡面具有正折光力，以便校正畸變。
負(fù)透鏡G12a和G13a具有強(qiáng)折光力，以便得到更寬的角度，從而有效地校正畸變。
正透鏡G14a校正在負(fù)透鏡G11a-G13a中產(chǎn)生的各種像差。
第二透鏡單元L2a包括由雙凸正透鏡G21a和在縮小側(cè)具有凸面鏡面的凹凸負(fù)透鏡G22a共同形成的接合透鏡。
第二透鏡單元L2a是移動(dòng)以便變焦的移動(dòng)透鏡單元，在四個(gè)移動(dòng)透鏡單元中具有最強(qiáng)的正折光力。在變焦期間，第二透鏡單元L2a的移動(dòng)極大地改變合成焦距。即，整個(gè)系統(tǒng)的主要可變倍率(power)歸因于第二透鏡單元L2a的移動(dòng)。
第二透鏡單元L2a中的正透鏡G21a和負(fù)透鏡G22a分別滿(mǎn)足條件等式(4)和(3)。
正透鏡G21a和負(fù)透鏡G22a之間的接合面滿(mǎn)足條件等式(5)。當(dāng)在具有大的近軸主光線(xiàn)入射高度hb的第二透鏡單元L2a中使用減少次級(jí)光譜的玻璃材料時(shí)，橫向色差被有效校正。
第三透鏡單元L3a包括滿(mǎn)足條件等式(6)的正透鏡G31a。第三透鏡單元L3a是移動(dòng)以便變焦并且和作為主要的可變倍率單元的第二透鏡單元L2a一起提供可變倍率的移動(dòng)透鏡單元。第三透鏡單元L3a校正橫向色差。
第四透鏡單元L4a包括正透鏡G41a。第四透鏡單元L4a補(bǔ)償在第二透鏡單元L2a中產(chǎn)生的像差，橫向色差，以及縱向色差。
第五透鏡單元L5a是補(bǔ)償透鏡單元，包括一個(gè)三接合透鏡，其中在滿(mǎn)足條件等式(1)的負(fù)透鏡G52a的兩側(cè)，接合凹凸正透鏡G51a和G53a；包括非球面平面的負(fù)透鏡G54a；和雙凸正透鏡G55a。
第五透鏡單元L5a是移動(dòng)以便變焦的移動(dòng)透鏡單元。在利用三接合透鏡抑制橫向色差的產(chǎn)生的同時(shí)，第五透鏡單元L5a令人滿(mǎn)意地校正球面像差和縱向色差。整個(gè)變焦區(qū)中的橫向色差和像場(chǎng)彎曲由負(fù)透鏡G54a和正透鏡G55a順利校正。
第六透鏡單元L6a包括正透鏡G61a并具有減小與第一透鏡單元L1a到第五透鏡單元L5a相結(jié)合的合成折光力的功能。這在光學(xué)上有利地增加場(chǎng)角度和孔徑。
第六透鏡單元L6a滿(mǎn)足條件等式(2)，并且順利校正橫向色差。
按照第一例證實(shí)施例的變焦透鏡的變焦比約為1.65。按照第一例證實(shí)施例，如圖2和3中所示，在廣角端和望遠(yuǎn)端都表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性。
(第二例證實(shí)施例)按照第二例證實(shí)施例的變焦透鏡供反射型投影儀之用。如圖4A和4B中所示，在變焦透鏡中，將被插入最后透鏡鏡面的縮小側(cè)的光學(xué)部件具有較大的長(zhǎng)度。按照第二例證實(shí)施例的變焦透鏡是一個(gè)6單元變焦透鏡，包括從放大側(cè)到縮小側(cè)，按照負(fù)、正、正、負(fù)、正和正折光力的順序排列的第一～第六透鏡單元L1b-L6b。
第六透鏡單元L6b的構(gòu)造和第一例證實(shí)施例中的相同。
第一透鏡單元L1b的構(gòu)造和功能與第一例證實(shí)施例中的相同。除此之外，按照第二例證實(shí)施例，負(fù)透鏡G11b滿(mǎn)足條件等式(3)，以便同時(shí)校正橫向色差。
第二透鏡單元L2b包括雙凸正透鏡G21b。第三透鏡單元L3b包括在放大側(cè)具有凸面鏡面的凹凸正透鏡。變焦(variation)由第二和第三透鏡單元執(zhí)行。
第二透鏡單元L2b的正透鏡G21b滿(mǎn)足條件等式(6)，以便有效校正橫向色差。
第四透鏡單元L4b是由負(fù)透鏡G41b和雙凸正透鏡G42b共同形成的接合補(bǔ)償透鏡單元。負(fù)透鏡G41b和第五透鏡單元L5b(將在后面說(shuō)明)的負(fù)透鏡G51b一起滿(mǎn)足條件等式(1)。第四透鏡單元L4b校正由長(zhǎng)度較長(zhǎng)的棱鏡引起的縱向色差，另外它抑制橫向色差的產(chǎn)生。從而，球面像差和縱向色差被順利校正。
第五透鏡單元L5b包括雙凸負(fù)透鏡G51b和雙凸正透鏡G52b共同形成的接合透鏡，和雙凸正透鏡G53b。
上述接合透鏡具有強(qiáng)的折光力，以便幫助補(bǔ)償透鏡單元L4b，同時(shí)順利地校正由每個(gè)接合面和正透鏡G53b引起的沿整個(gè)變焦區(qū)的橫向色差和畸變。
按照第二例證實(shí)施例的變焦透鏡的變焦比約為1.66。按照第二例證實(shí)施例，如圖5和6中所示，在廣角端和望遠(yuǎn)端都表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性。
(第三例證實(shí)施例)如圖7A和7B中所示，按照第三例證實(shí)施例的變焦透鏡是一個(gè)5單元變焦透鏡，包括從放大側(cè)到縮小側(cè)按照負(fù)、正、負(fù)、正和正折光力的順序排列的第一～第五透鏡單元L1c-L5c。
按照第三例證實(shí)施例的第二透鏡單元L2c具有按照?qǐng)D1A和1B中所示的第一例證實(shí)施例的第二透鏡單元L2a和第三透鏡單元L3a的集成結(jié)構(gòu)。從而，能夠獲得和第一例證實(shí)施例相同的效果。
按照第三例證實(shí)施例的變焦透鏡的變焦比約為1.40。按照第三例證實(shí)施例，如圖8和9中所示，在廣角端和望遠(yuǎn)端都表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性。
(第四例證實(shí)施例)如圖10A和10B中所示，按照第四例證實(shí)施例的變焦透鏡是一個(gè)5單元變焦透鏡，包括從放大側(cè)到縮小側(cè)按照負(fù)、正、正、負(fù)和正折光力的順序排列的第一～第五透鏡單元L1d-L5d。
按照第四例證實(shí)施例的第四透鏡單元L4d具有按照?qǐng)D4A和4B中所示的第二例證實(shí)施例的第四透鏡單元L4b和第五透鏡單元L5b的集成結(jié)構(gòu)。從而，能夠獲得和第二例證實(shí)施例相同的效果。
按照第四例證實(shí)施例的變焦透鏡的變焦比約為1.48。按照第四例證實(shí)施例，如圖11和12中所示，在廣角端和望遠(yuǎn)端都表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性。
(第五例證實(shí)施例)如圖13A和13B中所示，按照第五例證實(shí)施例的變焦透鏡是一個(gè)4單元變焦透鏡，包括從放大側(cè)到縮小側(cè)按照負(fù)、正、負(fù)和正折光力的順序排列的第一～第四透鏡單元L1e-L4e。
第五例證實(shí)施例與按照?qǐng)D10A和10B中所示的第四例證實(shí)施例的第三透鏡單元L3d和第四透鏡單元L4d的集成結(jié)構(gòu)類(lèi)似。從而，能夠獲得和第四例證實(shí)施例相同的效果。
按照第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的變焦比約為1.29。按照第五例證實(shí)施例，如圖14和15中所示，在廣角端和望遠(yuǎn)端都表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性。
下面，表1表示構(gòu)成按照例證實(shí)施例的透鏡單元的透鏡與上面提及的負(fù)透鏡Gn1、正透鏡Gpb、負(fù)透鏡Gna、正透鏡Gpa和正透鏡Gpa1、Gpa2...之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
按照第一～第五例證實(shí)施例，如表1中所示，負(fù)透鏡Gn1包括負(fù)透鏡G52a-b，負(fù)透鏡G41a-e，負(fù)透鏡G42a-d，負(fù)透鏡G41a-e和負(fù)透鏡G32a-e。另外，在第二例證實(shí)施例中，負(fù)透鏡Gn2是負(fù)透鏡G51b；在第三例證實(shí)施例中，負(fù)透鏡Gn2是負(fù)透鏡G43c；在第五例證實(shí)施例中，負(fù)透鏡Gn2是負(fù)透鏡G34e。
表1

圖16是按照本發(fā)明的例證實(shí)施例的圖像投影設(shè)備的一部分的示意圖。
參見(jiàn)該圖，上述變焦透鏡被包含到三板(three-plate)式彩色液晶投影儀中，其中基于來(lái)自多個(gè)液晶顯示板的圖像信息的多個(gè)有色光線(xiàn)通過(guò)顏色合成裝置102被合成，圖像投影設(shè)備利用變焦透鏡103放大圖像，以便把圖像投影到屏幕平面104上。
參見(jiàn)圖16，彩色液晶投影儀101把來(lái)自三板液晶顯示板105R、105G和105B的顏色光線(xiàn)合并到具有作為顏色合成裝置的棱鏡102的光路中。隨后，利用包括上述變焦透鏡的投影透鏡103，合成的圖像被投影到屏幕104上。
如上所述，按照例證實(shí)施例的變焦透鏡適合于投影儀設(shè)備，因?yàn)轱@示媒體的圖像被放大，以便把它們投影到布置在一定距離的屏幕上。
簡(jiǎn)單并且遠(yuǎn)心的變焦透鏡特別適合于在通過(guò)把多個(gè)每種顏色光線(xiàn)的液晶顯示板用作顯示媒體，合成相應(yīng)的顏色光線(xiàn)之后，通過(guò)變焦透鏡精細(xì)地把圖像投影到屏幕上。
圖17是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的一部分的示意圖。按照該例證實(shí)施例，上述變焦透鏡被用在諸如攝像機(jī)、膠片攝影機(jī)和數(shù)字照相機(jī)之類(lèi)的圖像拾取設(shè)備106中。
參見(jiàn)圖17，目標(biāo)109的圖像由拍攝透鏡108聚焦到感光器107，以便獲得圖像信息。
如上所述，按照例證實(shí)施例，通過(guò)順利地校正涉及變焦的各種像差，以及通過(guò)使整個(gè)透鏡系統(tǒng)小型化，能夠獲得適合于在整個(gè)圖像內(nèi)具有令人滿(mǎn)意的光學(xué)功能的液晶投影儀的變焦透鏡。
除此之外，能夠獲得適合于圖像拾取設(shè)備，比如攝像機(jī)、膠片攝影機(jī)和數(shù)字照相機(jī)的變焦透鏡，用于在固體圖像拾取器件(光電換能器)，比如銀鹽膠片，CCD傳感器，CMOS傳感器上形成圖像信息。
下面將展示分別對(duì)應(yīng)于按照第一～第五例證實(shí)施例的變焦透鏡的數(shù)字例子。在數(shù)字例子中，字符i表示從放大側(cè)(前側(cè))開(kāi)始排列的光學(xué)面的順序；ri表示第i個(gè)光學(xué)面(第i個(gè)面)的曲率半徑；di表示第i個(gè)面與第(i+1)個(gè)面之間的距離。ri和di的單位為毫米。字符ni和vi分別表示用標(biāo)準(zhǔn)d-光線(xiàn)表述的第i個(gè)光學(xué)元件的折射率和阿貝數(shù)；字符fw和ft分別是廣角端的焦距和望遠(yuǎn)端的焦距；字符Fno是F數(shù)。
當(dāng)參考字符k表示錐形常數(shù)；字符A、B、C、D和E表示相應(yīng)的非球面系數(shù)；并且x表示在到光軸的高度為h的位置，光軸方向上的位移(用鏡面頂點(diǎn)基準(zhǔn)表達(dá))時(shí)，非球面形狀被表述成如下所示x＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12其中r表示近軸曲率半徑。
例如，表達(dá)式“e-Z”指的是“10-Z”。
透鏡構(gòu)造、條件等式1-8和數(shù)字例子1-5的數(shù)字之間的關(guān)系示于表2和3中。
數(shù)字例子1fw1942ft32.05Fno1.75～2.64

異常色散量＝θgF-(0.5438-0.001882×vd)(※)非球面面距離

非球面系數(shù)

數(shù)字例子2fw16.72ft27.15Fno1.85～2.56

異常色散量＝θgf-(0.6438-0001682×vd)(※)非球面面距離

非球面系數(shù)

數(shù)字例子3fw19.42ft27.18Fno175～2.65

異常色散量＝θgf-(0.6438·0.001682×vd)(※)非球面面距離

非球面系數(shù)

數(shù)字例子4fw16.76ft24.74Fno1.85～2.32

異常色散量＝θgf(0.6438-0001682×vd)(※)非球面面距離

非球面系數(shù)

數(shù)字例子5fw16.75ft21.61Fno1.85～2.08

異常色散量＝θgF-(0.6438-0001682×vd)(※)非球面面距離

非球面系數(shù)

表2

利用按照上述實(shí)施例的變焦透鏡，能夠令人滿(mǎn)意地校正(減小)涉及變焦的各種像差。當(dāng)把該變焦透鏡包含在圖像投影設(shè)備中時(shí)，能夠在整個(gè)畫(huà)面內(nèi)投影極好的圖像。
雖然參考例證實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，不過(guò)本發(fā)明并不局限于公開(kāi)的例證實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬廣的解釋?zhuān)园行薷?、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括多個(gè)透鏡單元，其中所述多個(gè)透鏡單元具有至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在在變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑最小的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示，表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(∑Xi×fni)/(∑fni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
2.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中第一負(fù)透鏡Gn1配有分別接合在第一負(fù)透鏡Gn1的放大側(cè)和縮小側(cè)的正透鏡。
3.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括布置在第一負(fù)透鏡Gn1的縮小側(cè)，并且滿(mǎn)足下述條件的正透鏡θgFpb-(0.6438-0.001682×dpb)＞0.005，其中材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpb和θgFpb。
4.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括布置在第一負(fù)透鏡Gn1的放大側(cè)，并且滿(mǎn)足下述條件的負(fù)透鏡GnaθgFna-(0.6438-0.001682×vdna)＞0.010，其中材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdna和θgFna。
5.按照權(quán)利要求4所述的變焦透鏡，其中正透鏡Gpa接合到負(fù)透鏡Gna上，以便滿(mǎn)足下述條件θgFpa-(0.6438-0.001682×vdpa)＜0.003Dpa/|rpa|＞0.25，其中正透鏡Gpa的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpa和θgFpa，接合面的有效直徑和曲率半徑分別為Dpa和rpa。
6.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括至少一個(gè)布置在第一負(fù)透鏡Gn1的放大側(cè)，并且滿(mǎn)足下述條件的正透鏡θgFpa1-(0.6438-0.001682 ×vdpa1)＜-0.003，其中材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdpa1和θgFpa1。
7.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中變焦透鏡滿(mǎn)足下述條件ft/fw＞1.25，其中整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距和在望遠(yuǎn)端的焦距分別為fw和ft。
8.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元包括按照下述順序從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的具有負(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，具有負(fù)折光力的第五透鏡單元和具有正折光力的第六透鏡單元，其中第一和第六透鏡單元是不可移動(dòng)以供變焦的，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二到第五透鏡單元被移向放大側(cè)，其中負(fù)透鏡Gn1包含在第五透鏡單元中。
9.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元包括按照下述順序從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的具有負(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具有正折光力的第六透鏡單元，其中第一和第六透鏡單元是不可移動(dòng)以供變焦的，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二到第五透鏡單元被移向放大側(cè)，其中負(fù)透鏡Gn1包含在第四透鏡單元中。
10.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元包括按照下述順序從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的具有負(fù)折光力的第一透鏡單元，具有正折光力的第二透鏡單元，具有負(fù)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，其中第一和第五透鏡單元是不可移動(dòng)以供變焦的，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二到第四透鏡單元被移向放大側(cè)，其中負(fù)透鏡Gn1包含在第四透鏡單元中。
11.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元包括按照下述順序從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的具有負(fù)折光力的第一透鏡單元，具有正折光力的第二透鏡單元，具有負(fù)折光力的第三透鏡單元和具有正折光力的第四透鏡單元，其中第一和第四透鏡單元是不可移動(dòng)以供變焦的，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二和第三透鏡單元被移向放大側(cè)，其中負(fù)透鏡Gn1包含在第三透鏡單元中。
12.按照權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括至少一個(gè)基本上不具有折光力，并且布置在所述多個(gè)透鏡單元的縮小側(cè)的光學(xué)元件，其中當(dāng)參考字符j指示從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的所述至少一個(gè)光學(xué)元件的順序時(shí)，變焦透鏡滿(mǎn)足下述等式0.02＜{∑(NFj-NCj)×Dj}/fw＜0.15，其中第j個(gè)光學(xué)元件材料的F-光線(xiàn)和C-光線(xiàn)的折射率分別為NFj和NCj，光軸方向上第j個(gè)光學(xué)元件的長(zhǎng)度為Dj，在廣角端整個(gè)系統(tǒng)的焦距為fw。
13.一種圖像投影設(shè)備，包括配置成形成原始圖像的顯示單元；和配置成把顯示裝置形成的原始圖像投影到待投影平面上的變焦透鏡，其中在縮小側(cè)充分遠(yuǎn)心的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡單元，其中所述多個(gè)透鏡單元包括至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在在變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑最小的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示，表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(∑Xi×fni)/(∑fni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
14.一種圖像投影設(shè)備，包括配置成形成原始圖像的顯示單元；和配置成把顯示裝置形成的原始圖像投影到待投影平面上的變焦透鏡，其中至少一個(gè)基本上不具有折光力的光學(xué)元件被布置在變焦透鏡的縮小側(cè)，其中當(dāng)參考字符j指示從放大側(cè)到縮小側(cè)排列的所述至少一個(gè)光學(xué)元件的順序時(shí)，變焦透鏡滿(mǎn)足下述等式0.02＜{∑(NFj-NCj)×Dj}/fw＜0.15，其中第j個(gè)光學(xué)元件材料的F-光線(xiàn)和C-光線(xiàn)的折射率分別為NFj和NCj，光軸方向上第j個(gè)光學(xué)元件的長(zhǎng)度為Dj，在廣角端整個(gè)系統(tǒng)的焦距為fw。
15.一種圖像拾取設(shè)備，包括固體圖像拾取器件；和配置把目標(biāo)圖像聚焦在固體圖像拾取器件上的變焦透鏡，其中在縮小端充分遠(yuǎn)心的變焦透鏡包括多個(gè)透鏡單元，其中所述多個(gè)透鏡單元包括至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在在變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑最小的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示，表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡，并且Xi＝θgFni-(0.6438-0.001682×vdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(∑Xi×fni)/(∑fni)＜-0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為vdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
全文摘要
至少一個(gè)例證實(shí)施例針對(duì)一種包括多個(gè)透鏡單元的變焦透鏡，其中所述多個(gè)透鏡單元具有至少一個(gè)負(fù)透鏡，包括布置在變焦透鏡的負(fù)透鏡中有效直徑最小的位置的第一負(fù)透鏡Gn1，其中當(dāng)所述至少一個(gè)負(fù)透鏡由第i個(gè)負(fù)透鏡Gni表示，表示從放大側(cè)到縮小側(cè)的第i個(gè)負(fù)透鏡，并且Xi＝θgFni－(0.6438－0.001682×νdni)時(shí)，下述條件被滿(mǎn)足(∑Xi×fni)/(∑fni)＜－0.003，其中第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的材料的阿貝數(shù)和局部色散比分別為νdni和θgFni，第i個(gè)負(fù)透鏡Gni的焦距為fni。
文檔編號(hào)G03B21/00GK101025469SQ20071007891
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者杉田茂宣 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社