CN101114049B - 变焦透镜及投影仪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以将来自改变DMD等的光的反射方向并形成图像的光阀的图像放大投射到屏幕及其它上的高性能的透镜口径小而紧凑的变焦透镜。本发明的变焦透镜的特征是，其由从放大侧依次整体具有负的光焦度的第一透镜组及整体具有正的光焦度的第二透镜组构成；通过上述第一透镜组从广角端到中间区域沿光轴从放大侧向缩小侧方向移动，而从中间区域到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动；上述第二透镜组从广角端到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动而实现整个透镜系统的变焦。

Description

变焦透镜及投影仪装置
技术领域
本发明涉及将来自主要改变DMD等的光的反射方向并形成图像的光阀的图像放大投射到屏幕及其它上的透镜口径小的小型变焦透镜及装有该变焦透镜的投影仪。
背景技术
近年来，通过使微小的微反射镜(镜面元件)与像素对应并排列在平面上，使用微型机械技术来对各个镜面的角度进行机械控制以显示图像的DMD(数字微反射镜装置)已经实用化。该DMD与在这个领域一直以来广泛使用的液晶面板相比较，由于具有响应速度快、可以得到明亮的图像之类的特征，由于适用于实现具有小型、高亮度且高品质的图像的可携带的投影仪装置而迅速地得到普及。
在投影仪装置中使用DMD作为光阀的场合，对于同时使用的投射用透镜产生DMD特有的限制。
第一限制是关于为了开发小型的投影仪装置可以认为是最大制约的投影用透镜的F值。现在，在DMD中，在生成图像时，为表现微反射镜的开及关而旋转的角度为±12°，由此来切换有效的反射光(有效光)和无效的反射光(无效光)。因此，在将DMD作为光阀的投影仪装置中，作为条件是需要吸取有效光而不摄取无效光。从这个条件可以导出投射用透镜的F值。即，其值为F＝2.4。实际上，由于希望摄入的光量尽量少些，因此，考虑到在无实际损害的范围内的对比度的降低等之后往往要求更小的F值。
另外，这种条件由于以投射用透镜的光阀一侧的光瞳位置一定的条件为基础而成立，因而，在变焦透镜等的光瞳位置移动的场合，由于产生与移动量相应的光量损失等，因而，通常还需要考虑在亮度容易成为问题的广角端使光瞳位置最佳化等。
第二限制是关于与光源系统的配置。为了小型化，由于要使投射用透镜的图像圈尽可能小，因而，对DMD输入投射用的光束的光源系统的配置受到限制。为了将来自上述DMD的有效光输入到投射用透镜，则要将光源系统设置在与投射用透镜大致相同的方向(相邻)上。另外，在投射用透镜的最靠光阀一侧透镜和光阀之间(即一般为后焦点)使用投射系统和光源系统两个光学系统。因此，投射用透镜必须设计大的后焦点的同时，为了确保来自光源的导光空间，有必要将光阀一侧的透镜系统设计得较小。
这种状况若从投射用透镜的光学设计的立场考虑，则成为设计光阀一侧的光瞳位置以使其位于投射用透镜的后方附近的制约。另一方面，为了提高投射用透镜的性能，需要组合多个透镜，当配置多个透镜时，则投射用透镜的总长需要有某种程度的加长，若投射用透镜的总长加长，则入射光瞳位置位于后方的透镜自不待言，就是位于前方的透镜的直径也要增大，这成为与小型化相矛盾的问题。
这样，虽然在进行开发方面有大的制约，但作为光阀采用DMD的投影仪装置，在小型化方面比其它方式仍有利。现在，在进行图像显示时，以便宜的数据投影仪为中心，可携带小型设备得到广泛普及。另外，为了将装置本身做得很紧凑，当然对于所使用的投射用透镜也非常强烈地要求其小型化；另一方面，还要求多功能化，有关作为各种像差修正结果的图像品质的性能当然要充分满足所使用的DMD标准，在方便性方面不仅可以通过变焦机构变焦，为了采用使DMD的中心和投射透镜的光轴偏移的所谓移位结构还要求大的图像圈，从而还要求透镜的广角端的视场角大，进而要求变焦比也大。
以这样的标准开发的投射用透镜特别是前组透镜的口径比所要求的无论如何都增大，对投影仪装置的厚度尺寸带来很大的影响。然而，对于以可携带为前提的投影仪装置减小其厚度尺寸是很重要的，对于往往与笔记本电脑一起带到各处使用的投影仪装置也可以说是最重要的因素。作为解决这个问题的手段，例如日本特开2004-271668号公报所公开的投影用透镜的小型化设计方法是一个例子。但是，该例子中使用了0.7英寸DMD场合的前透镜的有效直径为39mm-42mm，至少不能将投影仪装置的厚度做到50mm以下。该厚度若试图与笔记本电脑等一起携带，实际上对该厚度仍不能感到满意。
发明内容
本发明就是鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种适合于改变DMD等的光的反射方向而形成图像的光阀的特性，对于将来自光阀的图像放大投射到屏幕上或其它壁面等上的用途其成像性能高，还可以实现透镜口径小而紧凑的变焦透镜，小型而明亮的，即使在小的会议室等有限的空间中也能投射大的画面的具有高的图像品质的便于携带的薄型的投影仪装置。
本发明的变焦透镜的一个最佳实施方式是，从放大一侧依次包括整体具有负的光焦度的第一透镜组和整体具有正的光焦度的第二透镜组。
上述第一透镜组通过从广角端到中间区域沿光轴从放大侧向缩小侧方向移动，而从中间区域到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动。
上述第二透镜组通过从广角端到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动，从而实现整个透镜系统的变焦。并且，其特征在于：
关于上述第一透镜组所设定的光焦度应满足下述条件式(1)，
关于上述第二透镜组所设定的光焦度应满足下述条件式(2)，
关于广角端的上述第二透镜组的缩小侧所设定的空间的大小应满足下述条件式(3)。
(1)-1.1＜fw/fI＜-0.5
(2)0.35＜fw/fII＜0.6
(3)1.7＜dwII＜fw
其中：fw：广角端的整个透镜系统的合成焦距，
(在从第一透镜组的最放大侧面的放大侧物体距离为1700mm的对焦状态)
fI：第一透镜组的合成焦距，
fII：第二透镜组的合成焦距，
dwII：广角端的第二透镜组和DMD等的盖玻片之间的空气间隔，
另外，本发明的最佳实施方式之一是提供一种搭载了上述变焦透镜的投影仪装置。
附图说明
图1是本发明的变焦透镜的第一实施例的透镜构成图。
图2是第一实施例的透镜的各像差图。
图3是本发明的变焦透镜的第二实施例的透镜构成图。
图4是第二实施例的透镜的各像差图。
图5是本发明的变焦透镜的第三实施例的透镜构成图。
图6是第三实施例的透镜的各像差图。
图7是本发明的变焦透镜的第四实施例的透镜构成图。
图8是第四实施例的透镜的各像差图。
图9是本发明的变焦透镜的第五实施例的透镜构成图。
图10是第五实施例的透镜的各像差图。
图11是本发明的变焦透镜的第六实施例的透镜构成图。
图12是第六实施例的透镜的各像差图。
图13是表示本发明的投影仪的装置的外观图。
图14是表示本发明的投影仪装置卸下上面板的状态的示意图。
具体实施方式
首先，说明本发明的变焦透镜。
该变焦透镜从放大侧依次包括整体具有负的光焦度的第一透镜组及整体具有正的光焦度的第二透镜组。
通过上述第一透镜组从广角端到中间区域沿光轴从放大侧向缩小侧方向移动，而从中间区域到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动；上述第二透镜组从广角端到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动，从而实现整个透镜系统的变焦。并且，其特征在于：
关于上述第一透镜组所设定的光焦度应满足下述条件式(1)，
关于上述第二透镜组所设定的光焦度应满足下述条件式(2)，
关于广角端的上述第二透镜组的缩小侧所设定的空间的大小应满足下述条件式(3)。
(1)-1.1＜fw/fI＜-0.5
(2)0.35＜fw/fII＜0.6
(3)1.7＜dwII＜fw
其中：fw：广角端的整个透镜系统的合成焦距，
(在从第一透镜组的最放大侧面的放大侧物体距离为1700mm的对焦状态)
fI：第一透镜组的合成焦距，
fII：第二透镜组的合成焦距，
dwII：广角端的第二透镜组和DMD等的盖玻片之间的空气间隔。
条件式(1)是关于光焦度向作为整体具有负的光焦度的第一透镜适当分配的条件。是作为为了求得整个光学系统的大小和为适当修正各种像差的条件的平衡的必要条件。另外，在第二透镜组和DMD等的盖玻片之间的空气间隔部分必须具有为配置用于对DMD等光阀进行照明的光学系统的空间，在确保该空间方面条件式(1)也是具有重要意义的制约。
因此，若超过其下限，则第一透镜组具有的负的合成焦度变大，与之相应必须增强第二透镜组的正焦度，要取得各像差的平衡变得困难而使性能恶化。相反若超过上限，则必须加大第一透镜组和第二透镜组的空气间隔，则整个光学系统的大小增大而与小型化的目的相勃，或者不能确保第二透镜组与DMD等的盖玻片之间的空气间隔部分。
条件式(2)是关于通过沿光轴方向移动实施整个透镜系统的变焦的具有强的正焦度的第二透镜组的条件。若超过上限而加大正焦度，则涉及第二透镜组的变焦的移动量减小，与其它各透镜组的平衡丧失而使性能降低；若超过下限，虽然有利于像差，但因移动量增大而不利于小型化。
另外，条件式(3)是第二透镜组的缩小侧的广角端的间隔条件。为光阀的照明系统的空间必须确保该间隔。因此，若超过下限，照明系统的空间不足，作为投影仪装置则设计困难。
另外，条件式(3)是第二透镜组的缩小侧的广角端的间隔条件。为了光阀的照明系统的空间必须确保该间隔。因此，若超过下限，照明系统的空间不足，作为投影仪装置则设计困难。
另外，上述第一透镜组由从放大侧依次配置的第1a透镜组及第1b透镜组构成，上述第1a透镜组从放大侧依次配置向放大侧凸的凹凸透镜形状的负透镜、负透镜及正透镜构成；上述第1b透镜组是最放大侧的折射面是朝向缩小侧的强的凹面，最缩小侧的折射面是朝向缩小侧的凸面并配置1枚至3枚透镜构成。并且，最好关于上述第1a透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(4)，关于上述第1b透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(5)，关于上述第一透镜组的光轴上的尺寸满足下述条件式(6)。
(4)-0.8＜fw/fIa＜-0.1
(5)-0.45＜fw/fIb＜0.1
(6)1.2＜TI/fw＜2.4
fIa：构成第一透镜组的第1a透镜组的合成焦距，
fIb：构成第一透镜组的第1b透镜组的合成焦距，
TI：在第一透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面和在第一透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的光轴上的距离。
条件式(4)及条件式(5)是为了以良好的性能和小型化这样相反的条件为基础确保配置照明系统用的空间即长的后焦距的条件。因此，第一透镜组虽然必须具有强的负焦度，但应按条件式(4)、条件式(5)所示对其进行分配。
作为各个条件式所表现的内容，对于条件式(4)涉及第1a透镜组的负焦度。为了加长后焦距，增大第1a透镜组的负焦度特别有效，若超过上限、下限，则第1b透镜组或第1a透镜组的负焦度过大而不能得到良好的性能。同样，对于条件式(5)，虽然涉及第1b透镜组的负焦度，但通常比第1a透镜组的负焦度小是有利的。若超过上限、下限，则各第1a透镜组成或第1b透镜组的负焦度过大而不能得到良好的性能。
至于条件式(6)，表示的是为实现小型化，尤其是前透镜附近的透镜的小口径化的有效条件。第一透镜组射出后的光束将因第一透镜组的强负焦度而极大地发散，因此，透镜也容易大口径化。这可以通过按条件式(6)那样增大第一透镜组的厚度予以防止。
另外，为了分散第一透镜组的负焦度，也需要增加透镜个数，则第一透镜组的长度必然不得不有某种程度的加长。若超过下限，则难于小口径化；若超过上限，则由于光轴方向的尺寸过于增大而难于满足标准的要求，并随着透镜数量的增加重量也增加，达不到小型化的目的。
并且，优选关于在上述第1a透镜组最放大侧所配置的透镜的缩小侧面的形状满足下述条件式(7)，关于构成上述第1a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的折射率特性满足下述条件式(8)，关于构成上述第1a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(9)，并且关于在上述第1b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(10)。
(7)0.85＜fw/rIa2＜1.6
(8)1.65＜NIa
(9)VIaP-VIaN＜-9.0
(10)-1.4＜fw/rIb1＜-0.8
其中：rIa2：在第1a透镜组最放大侧所配置的透镜的缩小侧面的曲率半径，
rIb1：在第1b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径，
NIa：构成第1a透镜组的各透镜的对d线的折射率的平均值，
VIaP：构成第1a透镜组的各正透镜的阿贝数的平均值，
VIaN：构成第1a透镜组的各负透镜的阿贝数的平均值。
条件式(7)是关于在上述第1a透镜组最放大侧所配置的透镜的缩小侧面的形状的条件，在具有强的光焦度的同时，做成对上述放大侧的光束为大致同心的形状，可在根本上抑制像差的发生的形状。因此，若超过上限，则球面像差、慧差修正过大；若超过下限，则相反为修正不足。
条件式(8)是关于具有特别强的负焦度的第1a透镜组的折射率特征的条件。为了通过获得强的负焦度而减小曲率的大小，高折射率是必要条件，在条件式中若超过下限，则由于变成曲率过大的面而使球面像差、慧差过大，并且，珀兹瓦尔和也过于变小，不能得到良好的性能。
条件式(9)是在第一透镜组中作为基本的消色差条件，是为了良好地维持色像差修正的条件式。表现了在具有强的负焦度的第一透镜组中分担了大的负焦度的上述第1a透镜组所使用的玻璃材料的分散特性的平衡，因此，预先将在透镜组内部发生的基本的色像差抑制得很小是重要的。通过以条件式(9)的条件为基础进行这些透镜的玻璃材料的选择，可以进行光焦度的适当分配，可以对色像差进行良好的修正。若超过上限，为修正色像差，各透镜的光焦度过大，各像差将恶化。
条件式(10)对第一透镜组的球面像差、慧差修正和在前透镜附近配置的透镜大小具有极大影响的条件。本变焦透镜的标准要求在广角端的视场角是广角的同时，还将前透镜的直径设计得较小。通常，这两个条件是性质相反的条件。为了在满足各像差修正的同时减小前透镜，需要使与像高大的像点对应的光束在上述前透镜附近通过光线高度更低的位置。在第一透镜组内以显著的形式实现这点的是配置在第1b透镜组最放大侧的透镜。虽然使该透镜具有的光焦度比较小，但通过做成增大缩小侧凸度的凹凸透镜形状而实现其目的。另一方面，也需要取得与第一透镜组内的球面像差、慧差修正的平衡，若超过下限，即虽然是曲率半径过小的场合，这时关于球面像差、慧差的修正的自由度将变得不足；若超过上限，则必须将前透镜做得更大以满足要求，不能达到预定的小型化的目标。
另外，最好是关于在第1a透镜组最放大侧所配置的透镜，至少放大侧面为非球面形状，关于所设定的光焦度满足下述条件式(11)，关于由上述第1a透镜组的放大侧第二个配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(12)。
(11)-0.9＜fw/fIa1＜-0.4
(12)-0.65＜fw/rIa3＜-0.1
其中：fIa1：构成第1a透镜组的最放大侧所配置的透镜的焦距，
rIa3：由构成第1a透镜组的放大侧第二个配置的透镜的放大侧面的曲率半径。
条件式(11)是构成第1a透镜组的最放大侧所配置的透镜所设定的光焦度的条件，对轴外像差具有极大的影响。若超过上限，则负的光焦度过小，不能充分地满足对轴外像差修正的要求；而若超过下限，则负的光焦度过大，以色像差为首的各像差恶化。
接着条件式(12)是关于由构成第1a透镜组的放大侧第二个配置的透镜的放大侧面的形状的条件，与条件式(7)和条件式(11)一起是用于维持关于前透镜附近的轴外像差的平衡的条件。若超过上限，则该面的曲率半径增大而曲率减小；而若超过下限，则相反地曲率增大，总之，作为轴外像差的放大率的色像差、畸变的修正变得困难。
另外，最好是上述第二透镜组由从放大侧依次配置的第2a透镜组、第2b透镜组及第2c透镜组构成；上述第2a透镜组整体具有正的光焦度，配置1枚至2枚正透镜构成；上述第2b透镜组整体具有负的光焦度，由1枚负透镜构成或者配置负透镜和正透镜各1枚构成；上述第2c透镜组整体具有正的光焦度，配置2枚正透镜和1枚负透镜构成。
并且，关于上述第2a透镜组、上述第2b透镜组和上述第2c透镜组所设定的光焦度分别满足下述条件式(13)，下述条件式(14)和下述条件式(15)，另外，关于构成上述第2透镜组的各正透镜所使用的玻璃材料的折射率特性满足下述条件式(16)；
(13)0.35＜fw/fIIa＜0.85
(14)-0.65＜fw/fIIb＜-0.25
(15)0.2＜fw/fIIc＜0.6
(16)NIIp＜1.65
其中：fIIa：构成第二透镜组的第2a透镜组的合成焦距，
fIIb：构成第二透镜组的第2b透镜组的合成焦距，
fIIc：构成第二透镜组的第2c透镜组的合成焦距，
NIIp：构成第2透镜组的各正透镜的对d线的折射率的平均值。
条件式(13)是关于配置在第二透镜组的放大侧，具有强的正焦度的第2a透镜组的条件，由1枚或2枚正透镜构成。是作为用于使其具有对从第一透镜组到第二透镜组的发散的光束进行聚焦的大的正焦度和适当地修正各像差的条件。若超过上限，则正焦度过大；若超过下限，则相反用于聚焦的正焦度不足，总之对球面像差、色像差具有极大的坏影响。
条件式(14)是关于负的第2b透镜组的光焦度的条件，与正的第2a透镜组和第2c透镜组的光焦度的组合配置，为了将色像差、像场弯曲等像差基本上控制得很小是重要的。若超过上限，由于为色像差修正的第2a透镜组和第2c透镜组的组合光焦度也变小，因而不能减小珀兹瓦尔和。若超过下限，则相反，由于第二透镜组形成强的正焦度和负焦度的组合，致使高次的球面像差、慧差过大。
另外，条件式(15)是规定第2c透镜组的光焦度的条件。通过将第二透镜组的正焦度按条件式(13)和条件式(15)适当地分配，可以得到良好的性能。若超过上限，则第2c透镜组的光焦度过大；若超过下限，则第2a透镜组的光焦度过大，都不能得到良好的性能。
另一方面，条件式(16)是构成要素的正透镜的折射率的条件，是对像场弯曲修正的必要条件。为了小型化，负的第一透镜组具有强的光焦度，因此珀兹瓦尔和容易过小。通过利用条件式(16)将构成第二透镜组的正透镜的折射率减低，能对其进行平衡的修正。因此，若超过上限，像场弯曲将过度修正。
另外，最好是关于在上述第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(17)，关于构成上述第2a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(18)。
(17)0.4＜fw/rIIa1＜0.9
(18)50＜VIIa
其中：rIIa1：在第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径，
VIIa：构成第2a透镜组各透镜的阿贝数的平均值。
条件式(17)是为极平衡地修正球面像差的条件。即，在第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状为具有强的正焦度的形状，以便将通过第2a透镜组射出的发散的光束引导成聚焦的状态，结果发生大的欠球面像差(アンダ-球面收差)。与之相应如后文所述，在第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面做成发生大的过球面像差(オ-バ-球面收差)与之平衡的相对的构造。因此，若超过条件式(17)的上限，则欠球面像差增大；若超过下限，则过球面像差增大。
条件式(18)是色像差修正条件。由于第2a透镜组如上所述具有强的正焦度，因而对色像差的影响也很大。因此，如条件式(18)，必须使用阿贝数大的(分散小的)材料。若超过下限，则第2a透镜组的对短波长的色像差大而为欠球面像差，难于修正。
另外，最好是关于在上述第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(19)。
(19)-0.8＜fw/rIIb1＜-0.25
其中：rIIb1：在第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径。
条件式(19)如上所述与条件式(17)相结合，是用于极平衡地修正球面像差条件式。是如上所述的相对的构造，若超过条件式(19)中的下限，则过球面像差增大；相反，若超过上限，则欠球面像差增大。
另外，最好是关于在上述第2c透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的形状满足下述条件式(20)，关于构成上述第2c透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(21)。
(20)-0.65＜fw/rIIc5＜-0.25
(21)15＜VII cP-VII cN
其中：rIIc1：在第2c透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的曲率半径，
VIIcP：构成第2c透镜组的各正透镜的阿贝数的平均值，
VIIcN：构成第2c透镜组的各负透镜的阿贝数的平均值。
条件式(20)是用于极细致地修正整个透镜系统的球面像差的条件式。是对于有关球面像差的修正的作为支配性的在上述第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面，及在第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状还未予修正的残存的球面像差进行修正。若超过上限，则修正不足；若超过下限，则修正过度。
条件式(21)是第2c透镜组的色修正条件。为了修正单色像差，各透镜的光焦度不能过大是必要的，因而，满足条件式(21)的正透镜、负透镜的阿贝数为必要条件。若超过下限，则色像差的修正困难。
另外，最好是上述第2c透镜组由包含负透镜和正透镜的至少2枚通过结合形成的部分体构成要素构成，关于所结合的各透镜所使用的玻璃材料的折射率的特性满足下述条件式(22)；同样所结合的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(23)；
(22)0.25＜NIIccN-NIIccP
(23)20＜VIIccP-VIIccN
其中：
NIIccP：第2c透镜组的结合部分体所配置的正透镜的对d线的折射率的平均值，
NIIccN：第2c透镜组的结合部分体所配置的负透镜的对d线的折射率的平均值，
VIIccP：第2c透镜组的结合部分体所配置的正透镜的阿贝数的平均值，
VIIccN：第2c透镜组的结合部分体所配置的负透镜的阿贝数的平均值。
关于第2c透镜组的结合部分体的配置方法，在将一枚正透镜分离配置的场合，有配置在放大侧的配置方法和配置在缩小侧的配置方法。在任何一种场合，在结合透镜中都要有折射率差，在维持结合面的球面像差的修正能力的同时，还期待像场弯曲修正的效果。若超过条件式(22)中的下限，则像场弯曲修正过度而面像差修正不足。另外，条件式(23)为有关整个透镜系统的色像差修正的条件式。若超过下限，则放大率色像差特别增大。
这样，通过将本发明的变焦透镜搭载在投影仪装置上便可以使整个装置小型化，可以提供携带也很方便的薄型的投影仪装置。
根据本发明，可以实现适合于DMD等的光阀特性的成像性能高的紧凑的变焦透镜，可以提供小型而明亮的图像质量高的投影仪。
下面，就具体的数值实施例说明本发明的变焦透镜。在以下的实施例1-实施例6的变焦透镜中，从放大侧依次由整体具有负的光焦度的第一透镜组LG1及整体具有正的光焦度的第二透镜组LG2构成。
上述第一透镜组LG1由从放大侧依次配置的第1a透镜组LG1a和第1b透镜组LG1b构成。上述第1a透镜组LG1a从放大侧依次配置向放大侧凸的凹凸透镜形状的负透镜(透镜名称L111、放大侧面111、缩小侧面112)，负透镜(透镜名称L112、放大侧面113、缩小侧面114)，以及正透镜(透镜名称L113、结合的场合放大侧面114、缩小侧面115)构成。接着是上述第1b透镜组LG1b，其最放大侧的折射面是朝向缩小侧的强的凹面，其最缩小侧的折射面是朝向缩小侧的凸面，配置1枚至3枚透镜构成(透镜名称从放大侧依次为L1 21、L122......，面的名称从放大侧依次为121、122、......)。
上述第二透镜组LG2由从放大侧依次配置的第2a透镜组LG2a，第2b透镜组LG2b及第2c透镜组LG2c构成。上述第2a透镜组LG2a整体具有正的光焦度，配置1枚至2枚正透镜构成。(透镜名称从放大侧依次为L211、L212，面的名称从放大侧依次为211、212、213、214)。上述第2b透镜组LG2b整体具有负的光焦度，由1枚负透镜构成或者配置负透镜和正透镜各1枚构成(透镜名称从放大侧依次为L221、L222，面的名称从放大侧依次为221、222，......)。上述第2c透镜组LG2C整体具有正的光焦度，配置2枚正透镜和1枚负透镜构成(透镜名称从放大侧依次为L231、L232，......，面的名称从放大侧依次为231、232，......)。
另外，在上述第二透镜组LG2的缩小侧和DMD等的光阀之间设有照明系统光程用的大的空气间隔，以配置作为DMD等的光阀的构成零件的盖玻片CG(C01为其放大侧面，C02为其缩小侧面)。
构成上述第一透镜组LG1的上述第1a透镜组LG1a和上述第1b透镜组LG1b固定在活动式的第一透镜镜筒上，构成上述第二透镜组LG2的上述第2a透镜组LG2a、上述第2b透镜组LG2b及上述第2c透镜组LG2c固定在活动式的第二透镜镜筒上。作为变焦动作，通过使上述第三透镜组LG3在变焦动作中固定，使上述第一透镜组LG1从广角端到中间区域沿光轴从放大侧向缩小侧方向移动，而从中间区域到望远端则沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动；使上述第二透镜组LG2从广角端到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动，从而实现整个透镜系统的变焦。
对于各实施例中所使用的非球面，众所周知，在设光轴方向为Z轴，与光轴正交方向为Y轴时，是以非球面式为
Z = ( Y 2 / r ) / { 1 + [ 1 - ( 1 + K ) ( Y / r ) 2 ] } + A · Y 4 + B · Y 6 + C · Y 8 + D · Y 10 + . . . . . .
表示的曲线绕光轴旋转得到的曲面，是以近轴曲率半径为r，圆锥常数为K，高次非球面系数为A、B、C、D......定义的形状。此外，表中对于圆锥常数K和高次非球面系数的表示方法为“E和与之连接的数字”表示“10的连乘”。例如，“E-4”的意思是10-4，只要将该数值与其前边的数值相乘即可。
实施例1
表1表示本发明的变焦透镜的第一实施例的数值例。而图1是该透镜构成图，图2是其各种像差图。表及附图中，f表示整个透镜系统的焦距，Fno表示F号码，2ω表示变焦透镜的全视场角。另外，r表示曲率半径，d表示透镜厚度或透镜间隔，nd表示对d线的折射率，vd表示d线的阿贝数(其中，表中的通过对焦动作改变的数值将距111面的物体距离定为1700mm的对焦状态的数值)。各像差图中的球面像差图的CA1、CA2、CA3分别是波长为CA1＝550.0nm，CA2＝435.8nm，CA3＝640.0nm的像差曲线，S.C.是正弦条件。像散(非点像差图)的S表示弧矢，M表示子午线(径向)。另外，只要总体上没有特别的记载，各值的计算所使用的波长为CA1＝550.0nm。
表1
                               广角端    中间区域    望远端
                    f          15.91     23.88       30.75
                    Fno        2.29      2.73        3.13
                    2ω        65.92     46.20       36.38
                               通过以下变焦改变的空气间隔
                    D11        23.72     8.08        1.05
                    D23        35.29     47.93       58.97
序号     面号码     r          d         nd          vd
1        111        71.458     2.19      1.69350     53.20
2        112        15.254     5.80      -           -
3        113        -38.182    1.80      1.77250     49.65
4        114        28.522     6.92      1.70200     40.18
5        115        -31.788    3.24      -           -
6        121        -14.313    3.33      1.77250     49.65
7        122        -30.699    0.20      -           -
8        123        151.603    4.13      1.68893     31.16
9        124        -25.403    1.10      -           -
10       125        -22.338    2.00      1.69320     33.70
11       126        -60.577    [D11]     -           -
12       211        26.472     5.66      1.49700     81.61
13       212        -83.412    0.20      -           -
14       213        31.252     3.67      1.48749     70.45
15       214        133.171    3.91      -           -
16       221        -37.391    1.65      1.80420     46.49
17       222        19.157     5.34      1.51760     63.50
18       223        -119.416   0.20      -           -
19       231        33.518     6.25      1.53172     48.87
20       232        -28.338    0.20      -           -
21       233        -270.436   1.57      1.79950     42.35
22       234        18.929     7.97      1.48749     70.45
23       235        -33.456    [D23]     -           -
24       C01        ∞         3.00      1.48745     64.84
25       C02        ∞         -         -           -
非球面系数
            第111面                                第223面
            K＝-8.4404E+01                         K＝-4.8688E+01
            A＝6.5624E-05                          A＝2.1380E-05
            B＝-2.5902E-07                         B＝1.0915E-08
            C＝1.9615E-09                          C＝-5.4201E-11
            D＝-8.5936E-12
            E＝2.0275E-14
表1
实施例2
表2表示有关本发明的变焦透镜的第二实施例的数值例。另外，图3是该透镜的构成图，图4是其各像差图。
表2
                             广角端     中间区域     望远端
                  f          15.91      23.86        30.74
                  Fno        2.29       2.72         3.23
                  2ω        66.82      46.10        36.34
                             通过以下变焦改变的空气间隔
                  D9         25.95      8.77         1.08
                  D21        34.39      46.59        57.22
序号    面号码    r          d          nd           vd
1       111       51.631     2.32       1.80610      40.73
2       112       14.917     5.27       -            -
3       113       -84.600    5.45       1.69680      55.48
4       114       28.003     9.38       1.67270      32.17
5       115       -68.123    2.20       -            -
6       121       -15.908    4.99       1.7250       49.65
7       122       -34.907    0.20       -            -
8       123       674.587    2.69       1.69320      33.70
9       124       -59.759    [D9]       -            -
10      211       27.392     5.25       1.49700      81.61
11      212       -133.527   0.20       -            -
12      213       34.430     3.56       1.48749      70.45
13      214       222.55     25.68      -            -
14      221       -36.244    1.50       1.80420      46.49
15      222       19.263     5.27       1.58313      59.46
16      223       -169.916   0.20       -            -
17      231       34.307     6.41       1.58913      61.25
18      232       -28.074    0.20       -            -
19      233       -225.612   1.20       1.80420      46.49
20      234       18.296     7.70       1.48749      70.45
21      235       -39.714    [D21]      -            -
22      C01       ∞         3.00       1.48745      64.84
23      C02       ∞         -          -            -
非球面系数
                第111面                   第223面
                K＝-2.0089E+01            K＝3.6350E+00
                A＝4.3326E-05             A＝2.4829E-05
                B＝-9.4823E-08            B＝9.9398E-09
                C＝5.2426E-10             C＝-1.8713E-12
                D＝-1.6570E-12
                E＝2.9925E-15
表2
实施例3
表3表示有关本发明的变焦透镜的第三实施例的数值例，另外，图5是该透镜的构成图，图6是其各像差图。
表3
                               广角端       中间区域      望远端
                     f         15.91        23.88         30.76
                     Fno       2.29         2.73          3.40
                     2ω       65.78        46.00         36.30
                               通过以下变焦改变的空气间隔
                     D7        23.99        8.14          1.05
                     D19       34.00        46.86         58.04
序号    面号码       r         d            nd            vd
1       111          24.935    2.07         1.80139       45.45
2       112          12.121    6.98         -             -
3       113          -32.588   6.00         1.80610       33.27
4       114          16.418    11.18        1.72825       28.31
5       115          -24.371   1.46         -             -
6       121          -14.286   3.50         1.80139       45.45
7       122          -23.535   [D7]         -             -
8       211          29.768    6.09         1.48749       70.45
9       212          -165.075  0.20         -             -
10      213          33.699    4.08         1.49700       81.61
11      214          -655.349  4.22         -             -
12      221          -43.486   2.73         1.77250       49.65
13      222          19.416    5.36         1.50670       70.50
14      223          -160.686  0.20         -             -
15      231          34.300    8.05         1.48749       70.45
16      232          -27.333   0.86         -             -
17      233          297.392   1.20         1.80420       46.49
18      234          19.830    7.57         1.48749       70.45
19      235          -50.107   [D19]        -             -
20      C01          ∞        3.00         1.48745       64.84
21      C02          ∞        -            -             -
      非球面系数
              第111面                                第112面
              K＝-3.9661E+00                         K＝0
              A＝5.6879E-05                          A＝-1.0751E-05
              B＝-6.0389E-08                         B＝-3.3272E-08
              C＝1.0512E-09                          C＝5.4936E-11
              D＝-6.1141E-12                         D＝-6.0340E-13
              E＝2.3880E-14                          第223面
                                                     K＝1.0888E+02
                                                     A＝2.6858E-05
                                                     B＝1.3148E-08
                                                     C＝2.3994E-11
表3
实施例4
表4表示有关本发明的变焦透镜的第四实施例的数值例，另外，图7是该透镜的构成图，图8是其各像差图。
表4
                                广角端        中间区域      望远端
                    f           15.91         23.87         30.75
                    Fno         2.29          2.83          3.30
                    2ω         65.96         46.13         36.38
                                通过以下变焦改变的空气间隔
                    D9          21.61         7.39          1.03
                    D21         34.00         46.72         57.78
序号    面号码      r           d             nd            vd
1       111         44.020      2.00          1.80610       40.73
2       112         13.573      5.20          -             -
3       113         -59.342     4.33          1.71300       53.93
4       114         31.127      9.90          1.75520       27.52
5       115         -58.376     1.92          -             -
6       121         -15.670     2.07          1.80420       46.49
7       122         -35.199     0.20          -             -
8       123         313.608     2.93          1.58144       40.89
9       124         -46.397     [D9]          -             -
10      211         20.936      5.67          1.48749       70.45
11      212         -159.382    0.20          -             -
12      213         34.744      3.97          1.49700       81.61
13      214         -104.239    1.98          -             -
14      221         -52.089     1.20          1.78590       43.93
15      222         28.401      3.26          1.54250       62.90
16      223         -298.344    4.89          -             -
17      231         -126.919    1.20          1.79950       42.35
18      232         27.944      5.86          1.48749       70.45
19      233         -30.841     0.20          -             -
20      234         -412.399    4.14          1.49700       81.61
21      235         -29.051     [D21]         -             -
22      C01         ∞          3.00          1.48745       64.84
23      C02         ∞          -             -             -
非球面系数
                    第111面                              第223面
                    K＝-1.2286E+01                    K＝-7.6171E+01
                    A＝4.9046E-05                     A＝4.8315E-05
                    B＝-8.6033E-08                    B＝2.4385E-08
                    C＝5.3585E-10                     C＝25682E-10
                    D＝-1.6145E-12
                    E＝3.5998E-15
表4
实施例5
表5表示有关本发明的变焦透镜的第五实施例的数值例，另外，图9是该透镜的构成图，图10是其各像差图。
表5
                                  广角端        中间区域        望远端
                    f             15.91         23.87           30.74
                    Fno           2.29          2.84            3.32
                    2ω           65.91         46.13           36.37
                                  通过以下变焦改变的空气间隔
                    D9            21.27         7.28            1.03
                    D20           34.00         46.57           57.47
序号     面号码     r             d             nd              vd
1        111        53.818        2.00          1.80610         40.73
2        112        13.821        5.07          -               -
3        113        -61.576       1.80          1.72916         54.66
4        114        33.133        6.44          1.64769         33.84
5        115        -40.852       4.76          -               -
6        121        -14.816       2.00          1.80420         46.49
7        122        -30.485       0.20          -               -
8        123        446.030       3.03          1.72825         28.31
9        124        -51.607       [D9]          -               -
10       211        23.959        5.26          1.49700         81.61
11       212        -110.028      0.20          -               -
12       213        69.238        3.40          1.48749         70.45
13       214        293.035       6.47          -               -
14       221        -25.161       4.00          1.80139         45.45
15       222        -101.098      0.20          -               -
16       231        39.067        6.95          1.49700         81.61
17       232        -21.172       0.20          -               -
18       233        427.200       1.20          1.78590         43.93
19       234        17.972        7.56          1.48749         70.45
20       235        -47.501       [D20]         -               -
21       C01        ∞            3.00          1.48745         64.84
22       C02        ∞            -             -               -
非球面系数
                第111面                                    第222面
                K＝-1.3955E+01                             K＝-1.0610E+02
                A＝4.4147E-05                              A＝1.9459E-05
                B＝-7.1947E-08                             B＝8.2785E-08
                C＝4.2256E-10                              C＝-1.0865E-10
                D＝-1.1748E-12
                E＝2.2963E-15
表5
实施例6
表6表示有关本发明的变焦透镜的第六实施例的数值例，另外，图11是该透镜的构成图，图12是其各像差图。
表6
                                  广角端     中间区域    望远端
                     f            15.91      23.87       30.75
                     Fno          2.29       2.83        3.31
                     2ω          65.97      46.18       36.39
                                  通过以下变焦改变的空气间隔
                     D9           21.52      7.37        1.03
                     D19          34.00      46.61       57.57
序号    面号码       r            d          nd          vd
1       111          53.609       2.00       1.80139     45.45
2       112          13.936       7.16       -           -
3       113          -55.261      4.47       1.80420     48.49
4       114          62.939       3.54       1.71736     29.50
5       115          -42.793      3.49       -           -
6       121          -14.809      1.40       1.77250     49.65
7       122          -32.264      0.20       -           -
8       123          -4189.768    2.81       1.80610     33.27
9       124          -46.197      [D9]       -           -
10      211          25.051       5.26       1.60311     60.74
11      212          -81.366      6.45       -           -
12      221          -32.301      1.00       1.78590     43.93
13      222          20.900       4.52       1.66955     55.40
14      223          -95.786      0.20       -           -
15      231          35.518       8.74       1.49700     81.61
16      232          -24.110      0.50       -           -
17      233          -257.077     2.22       1.80420     46.49
18      234          19.857       7.77       1.48749     70.45
19      235          -33.461      [D19]      -           -
20      C01          ∞           3.00       1.48745     64.84
21      C02          ∞           -          -           -
      非球面系数
                  第111面                               第223面
                  K＝-1.7153E+01                        K＝-1.1148E+02
                  A＝4.5589E-05                         A＝1.71766E-05
                  B＝-7.8931E-08                        B＝1.0090E-07
                  C＝4.3480E-10                         C＝-1.4778E-10
                  D＝-1.1593E-12
                  E＝2.2060E-15
表6
下面，将有关第一实施例到第六实施例与条件式(1)--条件式(24)对应的值汇总示于表7。
表7
Figure G2007101361736D00201
表7
如表7所表明的，关于第一实施例至第六实施例的数值在满足条件式(1)-条件(24)的同时，如各实施例的像差图所表明的，对各像差也都进行了良好的修正。
下面，说明本发明的搭载了变焦透镜的投影仪装置。
本发明的投影仪如图13所示，具有大致长方体形状，在作为主体箱的前面板12的侧边具有覆盖投影口的透镜盖19，同时在该前面板12上设有多个通气孔18。
另外，在图13中虽省略了图示，但在作为主体箱的上面板11上设有键/指示器部；在该键/指示器部上设有：电源开关键及显示电源开或关的电源指示灯，使光源装置的灯点亮的灯开关键及显示灯点亮的灯指示器，在光源装置等过热时进行警告的过热指示器等的键和指示器。
再有，在未图示的主体箱的背面设有：在背面板上设置了USB端子及图像信号输入用的D-SUB端子、S端子、RCA端子等的输入输出连接器部及电源适配器插头及接收来自遥控的控制信号的Ir接收部。
此外，在作为未图示的主体箱的侧板的右侧板及作为图13所示的侧板的左侧板15上分别设有多个通气孔。
上述变焦透镜以面向用该投影仪的透镜盖19覆盖的投影口的方式搭载在投影仪上。
另外，拆下了该投影仪10的上面板11的状态如图14所示。详细的说明虽然省略，但将上述变焦透镜A配置在沿左侧板15的位置。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，其特征在于：
其从放大侧依次由整体具有负的光焦度的第一透镜组及整体具有正的光焦度的第二透镜组构成；通过上述第一透镜组从广角端到中间区域沿光轴从放大侧向缩小侧方向移动，而从中间区域到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动，上述第二透镜组从广角端到望远端沿光轴从缩小侧向放大侧方向移动而实现整个透镜系统的变焦；关于上述第一透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(1)，关于上述第二透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(2)，关于广角端的上述第二透镜组的缩小侧所设定的空间的大小满足下述条件式(3)；
(1)-1.1＜fw/fI＜-0.5
(2)0.35＜fw/fII＜0.6
(3)1.7＜dwII＜fw
其中，fw：广角端的整个透镜系统的合成焦距，在距第一透镜组的最放大侧面的放大侧物体距离为1700mm处对焦状态，
fI：第一透镜组的合成焦距，
fII：第二透镜组的合成焦距，
dwII：广角端的第二透镜组与DMD等的盖玻片之间的空气间隔。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于：
上述第一透镜组从放大侧依次配置第1a透镜组及第1b透镜组而构成；上述第1a透镜组从放大侧依次配置向放大侧为凸的凹凸透镜形状并具有负的光焦度的透镜(以下称为负透镜)、负透镜及具有正的光焦度的透镜(以下称为正透镜)而构成；上述第1b透镜组配置最放大侧的折射面为朝向缩小侧的强的凹面，最缩小侧的折射面为朝向缩小侧的凸面的1枚至3枚透镜而构成；关于上述第1a透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(4)，关于上述第1b透镜组所设定的光焦度满足下述条件式(5)，关于上述第一透镜组的光轴上的尺寸满足下述条件式(6)；
(4)-0.8＜fw/fIa＜-0.1
(5)-0.45＜fw/fIb＜0.1
(6)1.2＜TI/fw＜2.4
其中，fIa：构成第一透镜组的第1a透镜组的合成焦距，
fIb：构成第一透镜组的第1b透镜组的合成焦距，
TI：在第一透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面和在第一透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的光轴上的距离。
3.根据权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于：
关于在上述第1a透镜组最放大侧所配置的透镜的缩小侧面的形状满足下述条件式(7)，关于构成上述第1a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的折射率特性满足下述条件式(8)，关于构成上述第1a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(9)，并且关于在上述第1b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(10)；
(7)0.85＜fw/rIa2＜1.6
(8)1.65＜NIa
(9)VIaP-VIaN＜-9.0
(10)-1.4＜fw/rIb1＜-0.8
其中，rIa2：在第1a透镜组最放大侧所配置的透镜的缩小侧面的曲率半径，
rIb1：在第1b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径，
NIa：构成第1a透镜组的各透镜的对d线的折射率的平均值，
VIaP：构成第1a透镜组的各正透镜的阿贝数的平均值，
VIaN：构成第1a透镜组的各负透镜的阿贝数的平均值。
4.根据权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于：
关于在第1a透镜组最放大侧所配置的透镜，至少放大侧面为非球面形状，关于所设定的光焦度满足下述条件式(11)，关于由上述第1a透镜组的放大侧第二个配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(12)；
(11)-0.9＜fw/fIa1＜-0.4
(12)-0.65＜fw/rIa3＜-0.1
其中，fIa1：构成第1a透镜组的最放大侧所配置的透镜的焦距，
rIa3：由构成第1a透镜组的放大侧第二个配置的透镜的放大侧面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于：
上述第二透镜组从放大侧依次配置第2a透镜组、第2b透镜组及第2c透镜组而构成；上述第2a透镜组整体具有正的光焦度，配置1枚至2枚正透镜而构成；上述第2b透镜组整体具有负的光焦度，由1枚负透镜构成或者配置负透镜和正透镜各1枚而构成；上述第2c透镜组整体具有正的光焦度，配置2枚正透镜和1枚负透镜而构成；关于上述第2a透镜组、上述第2b透镜组和上述第2c透镜组所设定的光焦度分别满足下述条件式(13)、下述条件式(14)和下述条件式(15)，另外，关于构成上述第2透镜组的各正透镜所使用的玻璃材料的折射率特性满足下述条件式(16)；
(13)0.35＜fw/fIIa＜0.85
(14)-0.65＜fw/fIIb＜-0.25
(15)0.2＜fw/fIIc＜0.6
(16)NIIp＜1.65
其中，fIIa：构成第二透镜组的第2a透镜组的合成焦距，
fIIb：构成第二透镜组的第2b透镜组的合成焦距，
fIIc：构成第二透镜组的第2c透镜组的合成焦距，
NIIp：构成第2透镜组的各正透镜的对d线的折射率的平均值。
6.根据权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于：
关于在上述第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(17)，关于构成上述第2a透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(18)；
(17)0.4＜fw/rIIa1＜0.9
(18)50＜VIIa
其中，rIIa1：在第2a透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径，
VIIa：构成第2a透镜组的各透镜的阿贝数的平均值。
7.根据权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于：
关于在上述第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的形状满足下述条件式(19)，
(19)-0.8＜fw/rIIb1＜-0.25
其中，rIIb1：在第2b透镜组最放大侧所配置的透镜的放大侧面的曲率半径。
8.根据权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于：
关于在上述第2c透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的形状满足下述条件式(20)，关于构成上述第2c透镜组的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(21)；
(20)-0.65＜fw/rIIc5＜-0.25
(21)15＜VIIcP-VIIcN
其中，rIIc5：在第2c透镜组最缩小侧所配置的透镜的缩小侧面的曲率半径，
VIIcP：构成第2c透镜组的各正透镜的阿贝数的平均值，
VIIcN：构成第2c透镜组的各负透镜的阿贝数的平均值。
9.根据权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于：
上述第2c透镜组由包含负透镜和正透镜的至少2枚通过结合形成的部分体构成要素构成，关于所结合的各透镜所使用的玻璃材料的折射率的特性满足下述条件式(22)；同样所结合的各透镜所使用的玻璃材料的分散特性满足下述条件式(23)；
(22)0.25＜NIIcCN-NIIcCP
(23)20＜VIIcCP-VIIcCN
其中，NIIcCP：第2c透镜组的结合部分体所配置的正透镜的对d线的折射率的平均值，
NIIcCN：第2c透镜组的结合部分体所配置的负透镜的对d线的折射率的平均值，
VIIcCP：第2c透镜组的结合部分体所配置的正透镜的阿贝数的平均值，
VIIcCN：第2c透镜组的结合部分体所配置的负透镜的阿贝数的平均值。
10.一种投影仪装置，其特征在于：
搭载了上述权利要求1所述的变焦透镜。
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