CN102243364B - 变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置 - Google Patents

变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置。所述变焦透镜从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含：负折光力的第一透镜单元；正折光力的第二透镜单元；正折光力的第三透镜单元，该第三透镜单元具有至少三个透镜元件；包含至少一个透镜单元的中间透镜单元；以及正折光力的最后透镜单元。除了第一透镜单元和最后透镜单元以外的所有的透镜单元在变焦过程中移动。变焦透镜满足适当的条件。

Description

变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置
本申请是申请日为2009年2月4日、申请号为200910009690.6、发明名称为“变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及变焦透镜和包含变焦透镜的图像投影装置。例如，本发明涉及具有长的后焦距、提供高水平的光学性能并适合于产生投影图像的投影仪的变焦透镜。
背景技术
已提出了使用诸如液晶显示器件的显示器件以将在该显示器件上形成的图像投影到屏幕表面上的各种投影仪(图像投影装置)。
希望在这种投影仪中包含的投影透镜具有如下性能。
在包含三个显示器件的典型彩色投影仪中，来自白色光源的光被颜色分离光学系统分离成红色、绿色和蓝色的光束，这些光束被引导到相应的显示器件。从显示器件射出的光束通过颜色合成光学系统被合成，并入射到投影透镜上。在该配置中，为了提供用于合成穿过显示器件的彩色光束的棱镜等，必须在显示器件和投影透镜之间留出空间。因此，希望投影透镜具有一定长度的后焦距。
如果从显示器件入射到颜色合成光学系统上的光束的角度改变，那么颜色合成光学系统的光谱透射率因此改变。结果，投影图像中的各颜色的亮度依赖于视场角而改变，并且，因此难以看到投影图像。为了降低这种依赖于视场角的效果，希望显示器件侧(缩小共轭侧)的光瞳基本上处于无限远，即，所谓的远心性是良好的。
当用于三种不同颜色的显示器件上的图片(图像)被合成并被投影到屏幕上时，如果例如显示的字符等看起来是双重的，那么对显示的字符等的觉察的分辨率降低。为了防止这一点，必须在整个屏幕上相互迭加各颜色的像素。因此希望在可见光光谱上有效校正投影透镜中出现的颜色重合失调(misregistration)(横向色差)。
为了防止投影图像畸变和变得难以观察，希望畸变得到有效校正。
作为用于投影仪的变焦透镜的例子，已知存在包含以下透镜单元的变焦透镜：被设置为最接近放大共轭侧、具有负折光力并在变焦过程中被固定的第一透镜单元；和被设置为最接近缩小共轭侧、具有正折光力并在变焦过程中被固定的最后透镜单元。
作为这种类型的变焦透镜的例子，已知存在在第一透镜单元和最后透镜单元之间设置可在变焦过程中移动的至少三个变焦透镜单元的变焦透镜(例如，参见美国专利No.6545817)。
在美国专利No.6545817中公开的变焦透镜中，从放大共轭侧依次设置的第二和第三透镜单元执行主变焦功能。在该变焦透镜中，通过移动第三透镜单元以及后面的其它透镜单元，校正变焦过程中的像面变化。在这种类型的变焦透镜中，第三透镜单元是用于在整个变焦范围中提供高水平的光学性能的十分重要的透镜单元。因此，第三透镜单元具有至少三个透镜元件以改善光学性能。
希望用于投影仪的变焦透镜具有长的后焦距并且在缩小共轭侧具有远心性。因此，在放大共轭侧设置负折光力的透镜单元，并在缩小共轭侧设置正折光力的透镜单元。
利用上述的透镜配置，由于整个变焦透镜变为不对称，因此难以在整个变焦范围上提供高水平的光学性能。例如，常常在广角端出现负的畸变，并且很难校正它。
在美国专利No.6545817中公开的变焦透镜中，第三透镜单元具有比其它透镜单元大的变焦比份额。因此，第三透镜单元具有比其它透镜单元大的折光力，并导致在变焦过程中频繁出现像差变化。并且，由于第三透镜单元的大的折光力，因此广角端上的大量的负的畸变趋于保留下来。
在上述的用于投影仪的变焦透镜中，设置适当的透镜配置以保证预定的变焦比、有效地校正变焦过程中的像差变化并在整个变焦范围上提供高水平的光学性能是重要的。
例如，适当地限定各透镜单元(特别是第二和第三透镜单元)的折光力和第三透镜单元的透镜配置是重要的。如果第二和第三透镜单元的配置是不合适的，那么难以有效校正广角端的畸变并在整个变焦范围上提供高水平的光学性能。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种变焦透镜，该变焦透镜从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含：负折光力的第一透镜单元；正折光力的第二透镜单元；正折光力的第三透镜单元；具有至少一个透镜单元的中间透镜单元；以及正折光力的最后透镜单元。在该变焦透镜中，除了第一透镜单元和最后透镜单元以外的所有的透镜单元在变焦过程中移动。第三透镜单元具有至少三个透镜元件。满足以下条件：
f3/fw＞4.0
f3/f2＞2.0
fw/Bf＜0.8
其中，f2是第二透镜单元的焦距，f3是第三透镜单元的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端的焦距，Bf是空气等效的后焦距(air-equivalentback focus)(后焦距的空气变换长度(an air-conversion length ofback-focus))。
通过参照附图对示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1示出根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜在广角端的透镜配置。
图2A和图2B是根据第一示例性实施例的变焦透镜的像差图。
图3示出根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜在广角端的透镜配置。
图4A和图4B是根据第二示例性实施例的变焦透镜的像差图。
图5示出根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜在广角端的透镜配置。
图6A和图6B是根据第三示例性实施例的变焦透镜的像差图。
图7示意地示出根据本发明的示例性实施例的图像投影装置的主要部分。
具体实施方式
本发明提供能够有效地校正变焦过程中的各种像差、在整个变焦范围上提供优异的光学性能并适合于投影仪的变焦透镜。现在将说明根据本发明的示例性实施例的变焦透镜。
根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元、具有至少一个透镜单元的中间透镜单元和正折光力的最后透镜单元。第一透镜单元最接近放大共轭侧，而最后透镜单元最接近缩小共轭侧。换句话说，各示例性实施例的变焦透镜实际上不具有第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、中间透镜单元和最后透镜单元以外的透镜单元。放大共轭侧可指的是前面(前侧)或屏幕侧。缩小共轭侧可指的是后面(后侧)或面板侧(原始图像侧、显示器件侧或液晶面板侧)。
如果变焦透镜包含五个透镜单元(从放大共轭侧起依次为第一、第二、第三、第四和第五透镜单元)，那么中间透镜单元与第四透镜单元(具有正折光力或负折光力)对应。如果变焦透镜包含六个透镜单元(第一、第二、第三、第四、第五和第六透镜单元)，那么中间透镜单元从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含负折光力的第四透镜单元和正折光力的第五透镜单元。作为替代方案，当变焦透镜包含六个透镜单元时，第四透镜单元和第五透镜单元均可具有正折光力。
除了第一透镜单元和最后透镜单元以外的所有的透镜单元均在变焦过程中移动。所有的移动的透镜单元在从广角端向望远端的变焦过程中向放大共轭侧移动。第二和第三透镜单元执行变焦功能。特别地，第二透镜单元执行主变焦功能。中间透镜单元校正变焦过程中的像面变化。
图1示意地示出包含根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜的图像投影装置(液晶视频投影仪)的主要部分。
图2A和图2B是表示当投影距离(从第一透镜单元到屏幕)为2.1m时第一示例性实施例的变焦透镜分别在广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差的像差图。在图2A和图2B中，以毫米(mm)表示与第一示例性实施例对应的数值例子1(在下面说明)中的值。
图3示意地示出包含根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜的图像投影装置的主要部分。
图4A和图4B是表示当投影距离为2.1m时第二示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端的像差的像差图。在图4A和图4B中，以mm表示与第二示例性实施例对应的数值例子2(在下面说明)中的值。
图5示意地示出包含根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜的图像投影装置的主要部分。
图6A和图6B是表示当投影距离为2.1m时第三示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端的像差的像差图。在图6A和图6B中，以mm表示与第三示例性实施例对应的数值例子3(在下面说明)中的值。
图7示意地示出根据本发明的示例性实施例的图像投影装置的主要部分。
在图1、图3和图5所示的图像投影装置中，变焦透镜(投影透镜)PL放大原始图像LCD(位于显示器件或液晶面板上)并将其投影到用作投影表面的屏幕表面S上。在图1、图3和图5中，透镜单元下面的箭头表示在从广角端(广端)向望远端(远端)的变焦过程中透镜单元的移动方向和移动量。箭头相对于垂直方向的倾斜越大，则透镜单元从广角端向望远端的移动量越大。
附图标记i表示从放大共轭侧起的透镜单元的次序。附图标记Li表示第i个透镜单元。
附图标记L1表示负折光力的第一透镜单元，附图标记L2表示正折光力的第二透镜单元，附图标记L3表示正折光力的第三透镜单元，附图标记LM表示包含至少一个透镜单元的中间透镜单元，附图标记LR表示正折光力的最后透镜单元。
附图标记S表示屏幕表面(投影表面、放大共轭表面或放大侧共轭位置)，附图标记LCD表示液晶面板(液晶显示器件、缩小共轭表面或缩小侧共轭位置)上的原始图像(投影图像)。屏幕表面S和原始图像LCD之间具有共轭关系或基本上共轭的关系。一般地，屏幕表面S与具有较长的距离的共轭点(放大共轭点或前侧)对应，而原始图像LCD与具有较短的距离的共轭点(缩小共轭点或后侧)对应。当变焦透镜被用作拍摄系统时，屏幕表面S与物侧对应，原始图像LCD与像侧对应。
附图标记GB表示出于光学设计目的被设置并与颜色合成棱镜、偏振滤光片和滤色片等对应的玻璃块(棱镜)。
变焦透镜PL被安装到投影仪主体(未示出)上，它们之间插入有连接部件(未示出)。在投影仪主体中包含玻璃块GB和处于变焦透镜PL的上游并邻近显示器件LCD的其它部件。
第一到第三示例性实施例的变焦透镜具有在1.852.65范围内的F数。变焦透镜中的每一个在2.1m(当以mm表示相应的数值例子中的值时)的投影距离上将图像信息(显示图像)投影到屏幕表面S上。
在图2A、图2B、图4A、图4B、图6A和图6B的像差图中，曲线d表示d线(587.6nm)上的像差，曲线F表示F线(486.1nm)上的像差，曲线C表示C线(656.3nm)上的像差。
并且，在图2A、图2B、图4A、图4B、图6A和图6B中，曲线S(弧矢像面的倾斜)和曲线M(子午像面的倾斜)均表示对550nm的波长的像差，F表示F数，Y表示图像高度(投影侧的图像高度)。
在各示例性实施例中，第二透镜单元L2用作主变焦透镜单元。第三透镜单元L3具有比第二透镜单元L2小的折光力。
希望第三透镜单元L3包含至少三个透镜元件。在以下说明的第一、第二和第三示例性实施例中，第三透镜单元L3从放大共轭侧起依次包含正透镜元件G31、负透镜元件G32和正透镜元件G33(放大共轭侧的两个透镜元件构成接合透镜部件)。但是，第三透镜单元L3的透镜配置不限于此。例如，第三透镜单元L3可包含四个或五个透镜元件。具体而言，最接近缩小共轭侧的正透镜元件G33可被通过将正透镜元件和负透镜元件接合在一起形成的接合透镜部件代替。作为替代方案，可以向正透镜元件G33的缩小共轭侧(或放大共轭侧)添加另一正或负透镜元件。
满足以下条件：
f3/fw＞4.0    ......(1)
f3/f2＞2.0    ......(2)
fw/Bf＜0.8    ......(3)
其中，f2是第二透镜单元L2的焦距，f3是第三透镜单元L3的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端的焦距，Bf是后焦距的空气变换长度(即，从最接近缩小共轭侧的透镜表面到缩小共轭位置的空气变换长度)。当光穿过折射率大于1的材料(透镜材料)时，术语空气变换长度指的是通过将材料中的光路长度除以材料的折射率获得的值。
条件(1)用于适当地限定第三透镜单元L3的折光力。条件(2)用于适当地限定第三透镜单元L3的折光力与第二透镜单元L2的折光力的比。因此，能够在抑制变焦透镜的总长的增加的同时有效实现预定的变焦比。同时，能够在整个变焦范围上减少像差变化并提供高水平的光学性能。
特别地，如条件(2)所示，使得第三透镜单元L3的折光力比第二透镜单元L2的折光力小，并由此减少变焦过程中的像差变化。
如果第三透镜单元L3的折光力比由条件(1)和(2)限定的折光力大，那么第三透镜单元L3在变焦过程中的移动量减小并且变焦透镜的总长减小。但是，这导致变焦过程中的像差变化增加，并使得难以在整个变焦范围上提供高水平的光学性能。同时，由于第二透镜单元L2的折光力太小，因此第二透镜单元L2在变焦过程中的移动量增加。这是不希望有的，因为变焦透镜的总长增加。
如果超过条件(3)的上限，那么变焦透镜的后焦距太短。这导致用于在变焦透镜的缩小共轭侧布置向光轴倾斜的反射镜和棱镜等的空间较小。
如上所述，在第一、第二和第三示例性实施例中，能够提供具有长的后焦距、提供高度的远心性和优异的图像形成性能并适于投影仪的变焦透镜。
在第一、第二和第三示例性实施例中，更优选满足以下条件。满足以下条件不是本发明必需的，但可增加本发明的实际价值。
如果变焦透镜包含五个透镜单元，那么优选满足以下条件：
|f4/fw|＞15    ......(4)
其中，f4是第四透镜单元L4的焦距。
第一透镜单元L1包含具有非球面表面的非球面透镜元件。优选满足以下条件中的至少一个：
|f1/fw|＞1.0    ......(5)
rASP/f1＜3.0    ......(6)
其中，f1是第一透镜单元L1的焦距，rASP是非球面透镜元件的焦距。
条件(4)用于包含五个透镜单元的变焦透镜。如果第四透镜单元L4的折光力太强以至于不满足条件(4)，那么变焦过程中的像差变化增加，并由此难以在整个变焦范围上提供高水平的光学性能。
条件(5)用于适当地限定第一透镜单元L1的负折光力、保证预定的后焦距距离、减少负畸变的出现并有效实现更宽的视场角。不满足条件(5)不是优选的，因为在广角端上负畸变的程度增加并且投影图像将畸变。
如条件(5)的情况那样，条件(6)用于适当地限定第一透镜单元L1中的非球面透镜元件的负折光力、有效校正各种像差并减少在广角端上负畸变的出现。不满足条件(6)不是优选的，因为在广角端上负畸变的程度增加并且投影图像将畸变。
在第一、第二和第三示例性实施例中，更加优选的是条件(1)到(6)的数值范围被限定如下：
f3/fw＞6.0    ......(1a)
f3/f2＞3.0    ......(2a)
fw/Bf＜0.6    ......(3a)
|f4/fw|＞50   ......(4a)
|f1/fw|＞1.5  ......(5a)
fASP/f1＜2.5  ......(6a)
以上条件(1a)到(6a)可被修改如下：
f3/fw＞11.0   ......(1b)
f3/f2＞4.0    ......(2b)
fw/Bf＜0.52   ......(3b)
|f4/fw|＞120  ......(4b)
|f1/fw|＞1.9  ......(5b)
fASP/f1＜2.2  ......(6b)
更加优选的是满足以下条件：
50.0(更优选20.0)＞f3/fw    ......(1c)
12.0(更优选6.0)＞f3/f2     ......(2c)
0.28(更优选0.40)＜fw/Bf    ......(3c)
8000(更优选6000)＞|f4/fw|  ......(4c)
4.0(更优选2.5)＞|f1/fw|    ......(5c)
1.1(更优选1.7)＜fASP/f1    ......(6c)
以下将详细说明各示例性实施例的变焦透镜。
在图1所示的第一示例性实施例中，提供负折光力的第一透镜单元L1、正折光力的第二透镜单元L2、正折光力的第三透镜单元L3、正折光力的第四透镜单元L4和正折光力的第五透镜单元L5。
第一透镜单元L1包含负折光力的第一透镜子单元L1A和正折光力的第一透镜子单元L1B。第一透镜子单元L1B用作聚焦透镜。第四透镜单元L4与中间透镜单元LM对应。第五透镜单元L5与最后透镜单元LR对应。
在第一示例性实施例中，在从广角端到望远端的变焦过程中，如箭头所示的那样，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4独立地向放大共轭侧(前侧)的屏幕表面S移动。第二透镜单元L2和第三透镜单元L3执行变焦，而第四透镜单元L4校正变焦过程中的像面变化。
在第一示例性实施例中，第二透镜单元L2执行主变焦功能。在后面说明的第二和第三示例性实施例中同样如此。
第一透镜单元L1和第五透镜单元L5为了变焦而不移动。在第一透镜单元L1中，具有正折光力并被设置为最接近缩小共轭侧的第一透镜子单元L1B为了聚焦沿光轴移动。第一透镜子单元L1A在聚焦过程中不移动。
利用上述的变焦和聚焦方法，变焦透镜的总长(即，从第一透镜表面到最后透镜表面的距离)即使在变焦和聚焦过程中也可保持恒定(不变)。因此，可以提高透镜镜筒结构的牢固性。
孔径光阑SP位于第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间。在变焦过程中，孔径光阑SP与第三透镜单元L3一起移动。各透镜表面覆盖有多层抗反射涂层。
在第一示例性实施例中，第一透镜子单元L1A从放大共轭侧(前)到缩小共轭侧(后)依次包含具有凸向前面的弯月状的负透镜元件G11、具有弯月状并在两侧为非球面的负透镜元件G12、负透镜元件G13和正透镜元件G14。负透镜元件G13和正透镜元件G14被接合在一起。由具有凸向后面的弯月状的正透镜元件G15构成第一透镜子单元L1B。
负透镜元件G12在两侧具有非球形表面以抑制负畸变的出现。
在第一示例性实施例中，第一透镜单元L1的缩小共轭侧(后侧)的第一透镜子单元L1B执行聚焦。因此，可以防止反焦型(retrofocus)配置特有的场弯曲随投影距离(从最接近放大共轭侧的透镜表面到屏幕S)而改变。因此，可以在整个投影距离上维持高水平的光学性能。
第二透镜单元L2由双凸面的正透镜元件G21构成。
第三透镜单元L3包含：通过将具有双凸面形状的正透镜元件G31和负透镜元件G32接合在一起形成的接合透镜部件；以及具有凸向后面的弯月状的正透镜元件G33。利用第三透镜单元L3的这种配置，能够减少变焦过程中的纵向色差的变化、减少对于离轴像差的影响并有效校正球面像差。因此，可以在整个变焦范围上实现高水平的光学性能。
第四透镜单元L4包含通过将双凹面的负透镜元件G41和双凸面的正透镜元件G42接合在一起形成的接合透镜部件、通过将双凹面的负透镜元件G43和正透镜元件G44接合在一起形成的另一接合透镜部件和双凸面的正透镜元件G45。
第五透镜单元L5由双凸面的正透镜元件G51构成。作为最后透镜单元LR的第五透镜单元L5具有正的折光力。因此，可以提高缩小共轭侧的远心性。
在图3所示的第二示例性实施例中，提供负折光力的第一透镜单元L1、正折光力的第二透镜单元L2、正折光力的第三透镜单元L3、负折光力的第四透镜单元L4和正折光力的第五透镜单元L5。
除了第四透镜单元L4具有负折光力以外，第二示例性实施例具有与第一示例性实施例相同的配置。
在图5所示的第三示例性实施例中，提供负折光力的第一透镜单元L1、正折光力的第二透镜单元L2、正折光力的第三透镜单元L3、负折光力的第四透镜单元L4、正折光力的第五透镜单元L5和正折光力的第六透镜单元L6。
第一透镜单元L1包含负折光力的第一透镜子单元L1A和正折光力的第一透镜子单元L1B。第一透镜子单元L1B用作聚焦透镜。第四透镜单元L4和第五透镜单元L5与中间透镜单元LM对应。第六透镜单元L6与最后透镜单元LR对应。
在第三示例性实施例中，在从广角端到望远端的变焦过程中，如箭头所示的那样，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5独立地向放大共轭侧的屏幕表面S移动。
由此，通过在变焦过程中移动四个透镜单元，可以很容易地获得预定的变焦比并可减少变焦过程中的像差变化。
第一透镜单元L1和第六透镜单元L6为了变焦而不移动。在第一透镜单元L1中，具有正折光力并被设置为最接近缩小共轭侧的第一透镜子单元L1B为了聚焦沿光轴移动。第一透镜子单元L1A为了聚焦而不移动。
孔径光阑SP位于第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间。在变焦过程中，孔径光阑SP与第三透镜单元L3一起移动。各透镜表面覆盖有多层抗反射涂层。
在第三示例性实施例中，第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的透镜配置与第一示例性实施例的情况相同。由通过将双凹面的负透镜元件G41和双凸面的正透镜元件G42接合在一起形成的接合透镜部件构成第三示例性实施例的第四透镜单元L4。第五透镜单元L5包含通过将双凹面的负透镜元件G51和双凸面的正透镜元件G52接合在一起形成的接合透镜部件和双凸面的正透镜元件G53。第六透镜单元L6由双凸面的正透镜元件G61构成。
在变焦透镜PL包含第一到第六透镜单元L1到L6的第三示例性实施例中，f4是中间透镜单元LM(第四透镜单元L4和第五透镜单元L5)在广角端的组合焦距。在变焦透镜PL包含五个透镜单元的第一和第二示例性实施例中，中间透镜单元LM与第四透镜单元L4对应。在变焦透镜PL包含六个透镜单元的第三示例性实施例中，中间透镜单元LM与第四透镜单元L4和第五透镜单元L5对应。如果变焦透镜PL包含七个或更多个透镜单元，那么设置在第三透镜单元L3的后侧(缩小共轭侧)并在最后透镜单元LR(最接近缩小共轭侧)的前侧(放大共轭侧)的所有透镜单元与中间透镜单元LM对应。即，在中间透镜单元LM中包含设置在第三透镜单元L3(即，从放大共轭侧算起的第三个透镜单元)的后侧(缩小共轭侧)并在最后透镜单元LR的前侧(放大共轭侧)的所有透镜单元。
利用上述的示例性实施例中的任一个的配置，能够提供在整个变焦范围上提供高水平的光学性能并适于投影仪的变焦透镜。
图7示意地示出根据本发明的示例性实施例的图像投影装置的主要部分。
图7示出使用上述的示例性实施例中的任一个的变焦透镜作为用于液晶投影仪(图像投影装置)的投影透镜103的例子。在该液晶投影仪中，与基于多个(三个)液晶显示器件的多个彩色光束对应的图像信息被颜色合成单元合成、被投影透镜103放大并投影到屏幕(预定表面)104上。
在图7所示的彩色液晶投影仪101中，来自相应的三个液晶面板(液晶显示器件)105R、105G和105B的红、绿和蓝(RGB)彩色光束被用作颜色合成单元的棱镜102合成为一个光路。液晶面板105R、105G和105B可以为透射类型或反射类型中的任一种。棱镜102可包含多个光学元件(例如，二色镜、二色棱镜和偏振光束分束器)，并且还可在相邻的光学元件之间包含偏振器和波片。
如果在彩色液晶投影仪101中满足条件(3)，那么大的图像可以以相对短的投影距离(从最接近放大共轭侧的透镜表面到屏幕104)被投影到屏幕104上，并且，可以保证长的后焦距。因此，可以为了冷却充分隔开棱镜和偏振器等。相反，如果超过条件(3)的上限，那么，对于冷却来说，投影距离会太长或者设置在缩小共轭侧的相邻的部件(例如，棱镜块和偏振器)之间的距离会太短。
以下，将分别表示与第一到第三示例性实施例对应的数值例子1到3。在数值例子1到3中，i表示从放大侧(前侧)起的光学表面的次序，ri表示第i个光学表面(第i个表面)的曲率半径，di表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的距离，ni和νi分别表示相对于d线的第i个光学构件的材料的折射率和阿贝数，f表示焦距。标有z的数字表示在变焦过程中变化的距离。标有＊的光学表面是非球形表面。另外，例如，“e-Z”意味着“10-Z”。
在数值例子1到3中，四个最后面的表面是玻璃块GB的表面。
非球面形状由下式表示：
x＝(h2/R)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12
其中，关于表面顶点，x为在距离光轴的高度h上沿光轴方向的位移量；R是旁轴曲率半径；k是圆锥常数；A、B、C、D和E是非球面系数。
在表1中表示条件1到6和数值例子1到3的关系。
[数值例子1]
f＝21.8～31.9(变焦比1.47)  ω＝29.2°～20.9°  F/1.85～F/2.65
Figure BDA0000082458850000151
Figure BDA0000082458850000153
  K          A          B           C          D           E
3 0.000e+000 2.994e-005 -8.530e-008 2.529e-010 -3.394e-013 1.099e-016
4 0.000e+000 2.050e-005 -9.984e-008 1.809e-010 -1.919e-014 -8.454e-016
[数值例子2]
f＝21.8～31.9(变焦比1.47)  ω＝29.2°～20.9°  F/1.85～F/2.65
Figure BDA0000082458850000161
Figure BDA0000082458850000171
Figure BDA0000082458850000172
  K          A          B           C          D           E
3 0.000e+000 2.994e-005 -8.530e-008 2.529e-010 -3.394e-013 1.099e-016
4 0.000e+000 2.050e-005 -9.984e-008 1.809e-010 -1.919e-014 -8.454e-016
[数值例子3]
f＝21.8～31.9(变焦比1.47)  ω＝29.2°～20.9°  F/1.85～F/2.65
Figure BDA0000082458850000181
Figure BDA0000082458850000191
Figure BDA0000082458850000192
  K          A          B           C          D           E
3 0.000e+000 2.994e-005 -8.530e-008 2.529e-010 -3.394e-013 1.099e-016
4 0.000e+000 2.050e-005 -9.984e-008 1.809e-010 -1.919e-014 -8.454e-016
Figure BDA0000082458850000201
根据上述的示例性实施例，能够提供能够有效地校正变焦过程中的各种像差、在整个变焦范围上提供高水平的光学性能并适合于投影仪(图像投影装置)的变焦透镜。另外，能够提供包含变焦透镜并能够将在图像显示器件(例如，液晶面板)上形成的高清图像(调制的图像光)投影到投影表面(例如，屏幕)上的图像投影装置。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变型以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，该变焦透镜从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含：
负折光力的第一透镜单元；
正折光力的第二透镜单元；
正折光力的第三透镜单元，该第三透镜单元具有至少三个透镜元件；
包含至少一个透镜单元的中间透镜单元；以及
正折光力的最后透镜单元，
其中，除了第一透镜单元和最后透镜单元以外的所有的透镜单元在变焦过程中移动；并且
满足以下条件：
f3/fw＞4.0
f3/f2＞2.0
fw/Bf＜0.6
其中，f2是第二透镜单元的焦距，f3是第三透镜单元的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端的焦距，Bf是后焦距的空气变换长度。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第三透镜单元包括正透镜元件、负透镜元件以及凸向缩小共轭侧的弯月正透镜元件.
3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第三透镜单元包含：通过将正透镜元件和负透镜元件接合在一起形成的接合透镜部件；以及凸向缩小共轭侧的弯月正透镜元件。
4.根据权利要求1的变焦透镜，其中，中间透镜单元由正或负折光力的第四透镜单元构成；并且，
满足以下条件：
|f4/fw|＞15
其中，f4是第四透镜单元的焦距。
5.根据权利要求1的变焦透镜，其中，中间透镜单元从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包含负折光力的第四透镜单元和正折光力的第五透镜单元；并且，
满足以下条件：
|f4/fw|＞15
其中，f4是第四透镜单元的焦距。
6.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件：
|f1/fw|＞1.0
其中，f1是第一透镜单元的焦距。
7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第一透镜单元具有包含非球面透镜表面的非球面透镜元件；并且，
满足以下条件：
fASP/f1＜3.0
其中，f1是第一透镜单元的焦距，fASP是非球面透镜元件的焦距。
8.根据权利要求1的变焦透镜，其中，在第一透镜单元中，最接近缩小共轭侧的透镜元件是沿光轴方向移动以聚焦的聚焦透镜。
9.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第一透镜单元从放大共轭侧到缩小共轭侧依次由两个弯月负透镜元件、通过将负透镜元件和正透镜元件接合在一起形成的接合透镜部件、以及弯月正透镜元件构成；
第二透镜单元由双凸正透镜元件构成；并且，
最后透镜单元由双凸正透镜元件构成。
10.一种图像投影装置，包括：
被配置为形成原始图像的显示器件；和
被配置为将原始图像投影到投影表面上的变焦透镜，该变焦透镜从投影表面侧到显示器件依次包含：
负折光力的第一透镜单元；
正折光力的第二透镜单元；
正折光力的第三透镜单元，该第三透镜单元具有至少三个透镜元件；
包含至少一个透镜单元的中间透镜单元；以及
正折光力的最后透镜单元，
其中，除了第一透镜单元和最后透镜单元以外的所有的透镜单元在变焦过程中移动；并且
满足以下条件：
f3/fw＞4.0
f3/f2＞2.0
fw/Bf＜0.6
其中，f2是第二透镜单元的焦距，f3是第三透镜单元的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端的焦距，Bf是后焦距的空气变换长度。
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