CN100533202C - 投影透镜及用该投影透镜的投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的投影透镜从放大侧起依次排列有：第1透镜组G₁、第2透镜组G₂以及第3透镜组G₃，上述第1透镜组G₁从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜L₁、至少在一面上设置非球面的塑料透镜L₂以及正透镜L₃，上述第2透镜组G₂由至少在一面上设置非球面的塑料透镜L₄、正透镜L₅以及负透镜L₆构成，上述第3透镜组G₃由正透镜L₇构成，并且，满足下述条件式(1)、(2a)以及(3a)。1.0＜Bf/f≤1.8 (1)、2.0＜f1/f (2a)、2.0＜f2/f (3a)，Bf：整个系统的空气换算的后焦距，f：整个系统焦距，f1：第1透镜组的焦距，f2：第2透镜组的焦距。从而提供一种构成枚数少且廉价、充分考虑了使用者的接触等所引起的影响的、适用于前投式投影机的投影透镜以及使用该投影透镜的投影型显示装置。

Description

投影透镜及用该投影透镜的投影型显示装置

技术领域

本发明涉及投影型显示装置上装载的投影透镜及其投影型显示装置，尤其涉及一种装载有透射型液晶、反射型液晶、或者DMD(Digital MicromirrorDevice)等的光阀的投影机装置上使用的投影透镜。

背景技术

近年来，投影机以非常快的速度普及，与此同时也谋求廉价的投影机。并且，投影机上使用的投影透镜也为了符合该需求，要求一种镜片构成枚数少的透镜。然而，若单纯减少构成枚数，则导致性能恶化。为了弥补其性能恶化，开发多用非球面等的构成枚数少的透镜正在进展中。作为这种构成枚数少且使用塑料非球面的投影透镜，公知的有下述专利文献的透镜。

但是，由于下述专利文献的透镜是视场角超过75度的广视场角，所以，不适合用于从观览者侧投映的前投式投影机(front projector)。即，若要将影像以上述视场角投映在屏幕内，则必须将投影机配置在屏幕附近，由此在观看屏幕上的影像时投影机本身成为障碍。为了使投影机本身不成为障碍，将像圈增大并在像圈内移动影像即可，但是也必须增大透镜，因此导致装置的大型化。

并且，在下述专利文献2及专利文献3中，配置于最靠近放大侧的透镜，为对使用者的手指接触等较弱的塑料透镜，也不适合作为前投式投影机使用。

【专利文献1】专利公开2003-287676号公报

【专利文献2】专利公开2005-173494号公报

【专利文献3】专利3466002号公报

发明内容

本发明鉴于上述事实而提出的，提供一种构成枚数少、廉价、充分考虑使用者的接触等所引起的影响的、适用于前投式投影机的投影透镜以及使用该投影透镜的投影型显示装置。

本发明的投影透镜，其特征在于，从放大侧起依次排列有第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，上述第1透镜组从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜、至少在一面上设置非球面的塑料透镜以及正透镜，上述第2透镜组由至少在一面上设置非球面的塑料透镜、正透镜以及负透镜构成，上述第3透镜组由正透镜构成，并且，满足下述条件式(1)、(2a)以及(3a)，

1.0<Bf/f≦1.8……(1)

2.0<f1/f……(2a)

2.0<f2/f……(3a)

其中，

Bf：整个系统的空气换算的后焦距，

f：整个系统焦距，

f1：第1透镜组的焦距，

f2：第2透镜组的焦距，

并且，作为优选，从上述第3透镜组的正透镜的缩小侧的面至显示面为止，大致具有焦阑性，并且满足下述条件式(2b)、(3b)，

4.0<f1/f……(2b)

3.5<f2/f……(3b)

而且，优选满足下述条件式(4)及(5)，

2.5<|AS1/f|……(4)

2.5<|AS2/f|……(5)

其中，

AS1：第1透镜组的塑料非球面透镜的焦距，

AS2：第2透镜组的塑料非球面透镜的焦距。

并且，优选上述第2透镜组从放大侧起依次具备：至少在一面上设置有非球面的塑料透镜、正透镜以及负透镜，并且该正透镜和该负透镜被接合。

并且，优选满足下述条件式(3c)，

10.0<f2/f……(3c)。

而且，优选上述第2透镜组从放大侧依次具备：至少在一面上设置有非球面的塑料透镜、负透镜以及正透镜，并且该负透镜和该正透镜被接合。

而且，优选上述第2透镜组从放大侧依次具备：负透镜、正透镜以及至少在一面上设置非球面的塑料透镜，该负透镜和该正透镜被接合。

并且，优选满足下述条件式(6)，

f2/f<10.0……(6)。

并且，本发明的投影型显示装置具备：光源、光阀、将来自该光源的光束引导至该光阀的照明光学部、和上述的任一种投影透镜，并且来自上述光源的光束由上述光阀进行光学调制，由上述投影透镜向屏幕进行投影。

在此，所谓「非树脂透镜」是意味着作为材料不使用塑料等树脂的透镜，主要意味着玻璃透镜。

根据本发明的由3透镜组构成的投影透镜以及投影型显示装置，第1透镜组从放大侧起依次配设有：由非树脂构成的负透镜、至少在一面上设置有非球面的塑料透镜以及正透镜，第2透镜组具备：至少在一面上设置有非球面的塑料透镜、正透镜以及负透镜，在第3透镜组中配设正透镜，并且通过满足条件式(1)，在广角的状态下也能获得充分的后焦距。并且，通过满足条件式(2a)以及(3a)，不但能够谋求小型化而且可以良好地补正像差。

另外，通过使暴露于外部环境的最靠近放大侧的透镜的材质采用非树脂，从而难于受到使用者的接触等所产生的影响。

附图说明

图1是实施例1的投影透镜的透镜构成图。

图2是实施例2的投影透镜的透镜构成图。

图3是实施例3的投影透镜的透镜构成图。

图4是实施例4的投影透镜的透镜构成图。

图5是实施例1的投影透镜的各像差图。

图6是实施例2的投影透镜的各像差图。

图7是实施例3的投影透镜的各像差图。

图8是实施例4的投影透镜的各像差图。

图9是使用本实施方式的投影透镜的投影型显示装置的概略构成图。

图中：G1～G3—透镜组，L1～L7—透镜，R1～R17—透镜面等的曲率半径，D1～D16—透镜面间隔(透镜厚度)，X—光轴，1—显示面，2—玻璃块，3、3a、3b—光罩，10—投影透镜，11a～c—透射型液晶面板，12、13—分色镜，14—交叉二色棱镜，16a～c—聚光镜，18a～c—全反射镜，20—光源。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。图1表示本发明的实施例1的投影透镜的基本构成。以下，以该实施例1的投影透镜为本实施方式的代表例进行说明。

即，该投影透镜从放大侧起依次排列有：第1透镜组G₁、第2透镜组G₂以及第3透镜组G₃。在此，第1透镜组G₁从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜即第1透镜L₁、由设置有非球面的塑料透镜构成的负透镜即第2透镜L₂以及作为正透镜的第3透镜L₃，第2透镜组G₂具备：由设置有非球面的塑料透镜构成的正透镜即第4透镜L₄、和由正透镜的第5透镜L₅以及负透镜的第6透镜L₆构成的接合透镜，第3透镜组G₃由正透镜的第7透镜L₇构成，当然，第2透镜组G₂中的各透镜L₄～L₆的排列顺序不限定于上述记载(对于各形态，在各实施例中进行说明)。

另外，在第3透镜组G₃和液晶显示元件或DMD等的显示面1之间，排列有红外线截止的滤光器或低通滤波器乃至相当于色合成光学系统(色分解光学系统)的玻璃块2。而且，图中X表示光轴。

并且，本实施方式的各非球面由下述非球面式表示。

【数学式1】

非球面式

$Z=\frac{Y^2/R}{1+\sqrt{1-K\&times;Y^2/R^2}}+\underset{i=3}{\overset{12}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_1{Y}^i$

其中，

Z：从距光轴具有距离Y的非球面上的点垂下到非球面顶点的切向平面(与光轴垂直的平面)的垂线的长度，

Y：距光轴的距离，

R：非球面的光轴附近的曲率半径，

K：离心率，

A₁：非球面系数(i＝3～12)。

而且，本实施方式满足以下所示的条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)。况且，在后述的实施例1、4满足以下所示的条件式(3c)，实施例2、3满足以下所示的条件式(6)，

1.0<Bf/f≦1.8……(1)

2.0<f1/f……(2a)

2.0<f2/f……(3a)

4.0<f1/f……(2b)

3.5<f2/f……(3b)

10.0<f2/f……(3c)

2.5<|AS1/f|……(4)

2.5<|AS2/f|……(5)

f2/f<10.0……(6)

其中，

Bf：整个系统的空气换算的后焦距，

f：整个系统的焦距，

f1：第1透镜组的焦距，

f2：第2透镜组的焦距，

AS1：第1透镜组的塑料非球面透镜的焦距，

AS2：第2透镜组的塑料非球面透镜的焦距。

在此，对于上述条件式(1)～(6)的技术意义进行说明。

上述条件式(1)规定透镜的广角化以及能够获得充分的后焦距。若高于上限，则后焦距变得过长，从而导致透镜系统的大型化。另一方面，若低于下限，则后焦距变得过短，从而不能插入色合成部等的光学部件。

上述条件式(2a)规定第1透镜组G₁的光焦度。若为正值且低于下限，则后焦距变得过短，从而难以补正像差。另一方面，若为负值且低于下限，则后焦距变得过长，从而导致透镜系统的大型化。

上述条件(3a)规定第2透镜组G₂的光焦度。获得的效果与条件式(2a)大致相同。

上述条件式(2b)缩小了条件式(2a)的下限，从而使条件式(2a)产生的效果更高。

上述条件式(3b)缩小了条件式(3a)的下限，从而使条件式(3a)产生的效果更高。

上述条件式(3c)缩小了条件式(3b)的下限，从而使条件式(3b)产生的效果更高。

上述条件式(4)规定第1透镜组G₁的塑料非球面透镜的光焦度。若低于下限，则温度变化所引起的性能恶化变得过大。

上述条件式(5)规定第2透镜组G₂的塑料非球面透镜的光焦度。若低于下限，则温度变化所引起的性能恶化变得过大。

上述条件式(6)规定后焦距。若高于上限则后焦距变得过长，从而导致透镜系统的大型化。

接着，根据图9说明装载有上述投影透镜的投影型显示装置的一例。图9所示的投影型显示装置，作为光阀具备透射型液晶面板11a～c，作为投影透镜10使用上述实施方式的投影透镜。并且，对光源20和分色镜12之间省略图示，但来自光源20的白色光通过照明光学部分别射入到3个色光光束(G光、B光、R光)所对应的液晶面板11a～c后进行光学调制，由交叉二色棱镜(crossdichroic prism)14进行色合成后，通过投影透镜10投影在未图示的屏幕上。该装置具备色分解用分色镜12、13、色合成用交叉二色棱镜14、聚光镜16a～c、全反射镜18a～c。本实施方式的投影型显示装置，因使用本实施方式的投影透镜，所以可制成广角且投影图像的画质良好、充分考虑使用者的接触等所产生的影响的投影型显示装置。

另外，本发明的投影透镜不限定于作为使用透射型的液晶显示面板的投影型显示装置的投影透镜的使用形态，还可以作为利用反射型液晶显示面板或者DMD等的其他光调制手段的装置的投影透镜等进行使用。

【实施例】

以下，利用数据具体说明各实施例。

<实施例1>

该实施例1的投影透镜，如上述那样形成图1所示的构成。即，该投影透镜从放大侧起依次具备：第1透镜组G₁，由两凹透镜所构成的第1透镜L₁、在光轴附近两凹透镜所构成的第2透镜L₂以及两凸透镜所构成的第3透镜L₃构成；第2透镜组G₂，由凹面朝向放大侧的正弯月透镜所构成的第4透镜L₄、和接合透镜构成，该接合透镜由两凸透镜所构成的第5透镜L₅和两凹透镜所构成的第6透镜L₆构成；第3透镜组G₃由两凸透镜所构成的第7透镜L₇构成。另外，第1透镜L₁由玻璃透镜而构成。

表1的上段表示有该实施例1的各透镜面的曲率半径R(将透镜整个系统的焦距作为1进行规格化；以下各表中相同)、各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔D(与上述曲率半径R同样被规格化；以下各表中相同)、各透镜相对于d线的折射率Nd以及阿贝数vd。另外，在该表1以及后述的表2～4中，与各记号R、D、Nd、vd对应的数字从放大侧起依次增加。

在图1中未图示光罩，但也可以配设，而且光罩也可以是光阑。

而且，第3面和第4面以及第7面和第8面分别为非球面，对于这些各非球面，在表1的下段表示有上述非球面式的各定数K、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂的值。

【表1】

而且，表5表示实施例1的上述各条件式所对应的数值。

图5是表示实施例1的投影透镜的诸像差(球面像差、像散、畸变像差以及倍率色差)的像差图。另外，图5以及以下的图6～8中，在像散图中表示有针对弧矢像面及子午像面的像差，在各倍率色差图中表示有针对d线的F线及C线的像差。

由该图5可知，根据实施例1的投影透镜，在视场角2ω为53.6度且广角的状态下，能够良好地补正各像差。尤其倍率色差能够极为良好地被补正。

根据表5所示的实施例1的投影透镜，满足了条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(3c)、(4)、(5)

<实施例2>

图2表示实施例2的投影透镜的概略构成。该实施例2的投影透镜的构成与实施例1的透镜大致相同。与实施例1主要不同点在于，第1透镜组G₁的第1透镜L₁以及第2透镜L₂由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成，第2透镜组G₂的接合透镜由两凹透镜所构成的第5透镜L₅以及两凸透镜所构成的第6透镜L₆构成，并且配设有光罩3a、3b。然而，不必一定设置光罩，光罩也可以为光阑。而且，光罩的位置并非限定于图2所示那样，可以适当改变设定位置。

在表2的上段表示有该实施例2的各透镜面的曲率半径R、各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数vd。

并且，第3面和第4面以及第8面和第9面分别为非球面，对于这些各非球面，在表2的下段表示有上述非球面式的各定数K、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂的值。

【表2】

而且，表5表示实施例2的上述各条件式所对应的数值。

图6是表示实施例2的投影透镜的诸像差(球面像差、像散、畸变像差以及倍率色差)的像差图。

由该图6可知，根据实施例2的投影透镜，在视场角2ω为53.2度且广角的状态下，能够良好地补正各像差。尤其倍率色差能够极为良好地被补正。

根据表5所示的实施例2的投影透镜，满足了条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)、(6)。

<实施例3>

图3表示实施例3的投影透镜的概略构成。该实施例3的投影透镜的构成与实施例1的透镜大致相同。与实施例1主要不同点在于，第1透镜组G₁的第2透镜L₂由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成，第2透镜组G₂由两凹透镜所构成的第4透镜L₄和两凸透镜所构成的第5透镜L₅构成的接合透镜，以及在光轴附近由两凸透镜构成的第6透镜L₆构成，并且配设有光罩3。然而，不必一定设置光罩，光罩也可以为光阑。而且，光罩的位置并非限定于图3所示那样，可以适当改变设定位置。

在表3的上段表示有该实施例3的各透镜面的曲率半径R、各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数vd。

并且，第3面和第4面以及第11面和第12面分别为非球面，对于这些各非球面，在表3的下段表示有上述非球面式的各定数K、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₂的值。

【表3】

而且，表5表示对应于实施例3的上述各条件式的数值。

图7是表示实施例3的投影透镜的诸像差(球面像差、像散、畸变像差以及倍率色差)的像差图。

由该图7可知，根据实施例3的投影透镜，在视场角2ω为53.4度且广角的状态下，能够良好地补正各像差。尤其倍率色差能够极为良好地被补正。

根据表5所示的实施例3的投影透镜，满足了条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)、(6)。

<实施例4>

图4表示实施例4的投影透镜的概略构成。该实施例4的投影透镜的构成与实施例1的透镜大致相同。其与实施例1主要不同点在于，第1透镜组G₁的第2透镜L₂由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成，第2透镜组G₂的第4透镜L₄由两凸透镜构成。

图4中虽然未图示光罩，但也可以配设，而且光罩也可以为光阑。

在表4的上段表示有该实施例4的各透镜面的曲率半径R、各透镜的中心厚度以及各透镜间的空气间隔D、各透镜的d线的折射率Nd以及阿贝数vd。并且，第3面和第4面以及第7面和第8面分别为非球面，对于这些各非球面，在表4的下段表示有上述非球面式的各定数K、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、A₁₃的值。

【表4】

而且，表5表示对应于实施例4的上述各条件式的数值。

图8是表示实施例4的投影透镜的诸像差(球面像差、像散、畸变像差以及倍率色差)的像差图。

由该图8可知，根据实施例4的投影透镜，在视场角2ω为53.4度且广角的状态下，能够良好地补正各像差。尤其倍率色差能够极为良好地被补正。

根据图5所示的实施例4的投影透镜，满足了条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(3c)、(4)、(5)。

【表5】

          条件式    条件式        条件式        条件式      条件式       条件式

          (1)       (2a)、(2b)    (3a)～(3c)    (4)         (5)          (6)

买施例1   1.38      8.57          57.08         3.58        3.93         ×

实施例2   1.36      10.01         4.91          4.83        7.89         4.91

实施例3   1.37      4.64          5.70          3.38        4.04         5.70

实施例4   1.34      7.38          43.28         4.40        8.89         ×

Claims (9)

1.一种投影透镜，

从放大侧起依次排列有第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，

上述第1透镜组从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜、至少在一面上设置非球面的负塑料透镜以及正透镜，

上述第2透镜组由至少在一面上设置非球面的正塑料透镜、正透镜以及负透镜构成，

上述第3透镜组由正透镜构成，

并且，满足下述条件式(1)、(2a)以及(3a)，

1.0<Bf/f≦1.8……(1)，

2.0<f1/f……(2a)，

2.0<f2/f……(3a)，

其中，

Bf：整个系统的空气换算的后焦距，

f：整个系统焦距，

f1：第1透镜组的焦距，

f2：第2透镜组的焦距，

并且，上述第2透镜组从放大侧起依次具备：至少在一面上设置有非球面的正塑料透镜、正透镜以及负透镜，并且该正透镜和该负透镜被接合。

2.根据权利要求1所述的投影透镜，其特征在于：

从上述第3透镜组的正透镜的缩小侧的面至显示面为止，具有焦阑性，并且满足下述条件式(2b)、(3b)，

4.0<f1/f……(2b)，

3.5<f2/f……(3b)。

3.根据权利要求1或2所述的投影透镜，其特征在于：

满足下述条件式(4)及(5)

2.5<|AS1/f|……(4)，

2.5<|AS2/f|……(5)，

其中，

AS1：第1透镜组的塑料非球面透镜的焦距，

AS2：第2透镜组的塑料非球面透镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的投影透镜，其特征在于：

满足下述条件式(3c)，

10.0<f2/f……(3c)。

5.一种投影透镜，

从放大侧起依次排列有第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，

上述第1透镜组从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜、至少在一面上设置非球面的负塑料透镜以及正透镜，

上述第2透镜组由至少在一面上设置非球面的正塑料透镜、正透镜以及负透镜构成，

上述第3透镜组由正透镜构成，

并且，满足下述条件式(1)、(2a)以及(3a)，

1.0<Bf/f≦1.8……(1)，

2.0<f1/f……(2a)，

2.0<f2/f……(3a)，

其中，

Bf：整个系统的空气换算的后焦距，

f：整个系统焦距，

f1：第1透镜组的焦距，

f2：第2透镜组的焦距，

并且，上述第2透镜组从放大侧依次具备：至少在一面设置非球面的正塑料透镜、负透镜以及正透镜，并且该负透镜和该正透镜被接合。

6.根据权利要求5所述的投影透镜，其特征在于：

满足下述条件式(6)，

f2/f<10.0……(6)。

7.一种投影透镜，

从放大侧起依次排列有第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组，

上述第1透镜组从放大侧起依次具备：以非树脂为透镜材质的负透镜、至少在一面上设置非球面的负塑料透镜以及正透镜，

上述第2透镜组由至少在一面上设置非球面的正塑料透镜、正透镜以及负透镜构成，

上述第3透镜组由正透镜构成，

并且，满足下述条件式(1)、(2a)以及(3a)，

1.0<Bf/f≦1.8……(1)，

2.0<f1/f……(2a)，

2.0<f2/f……(3a)，

其中，

Bf：整个系统的空气换算的后焦距，

f：整个系统焦距，

f1：第1透镜组的焦距，

f2：第2透镜组的焦距，

并且，上述第2透镜组从放大侧依次具备：负透镜、正透镜以及至少在一

面上设置非球面的正塑料透镜，并且该负透镜和该正透镜被接合。

8.根据权利要求7所述的投影透镜，其特征在于：

满足下述条件式(6)，

f2/f<10.0……(6)。

9.一种投影型显示装置，其特征在于，具备：

光源；

光阀；

照明光学部，将来自该光源的光束引导至该光阀；

权利要求1至8中任一项所述的投影透镜，

来自上述光源的光束由上述光阀进行光学调制，并由上述投影透镜向屏幕进行投影。

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