CN102375217A - 投影透镜以及投影型显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由7个透镜组成的投影透镜，所述投影透镜的缩小侧是远心的。第一透镜组由包括至少一个负透镜在内的两个透镜组成。第二透镜组由从放大侧开始依次布置的正第二组第一透镜、负第二组第二透镜、正第二组第三透镜、正第二组第四透镜和正第二组第五透镜组成，所述正第二组第一透镜具有面对放大侧的凸表面，所述负第二组第二透镜具有面对放大侧的凹表面，所述正第二组第三透镜具有面对投影透镜的缩小侧的凸表面。满足以下公式(A)和(B)：1.2≤Bf/f≤2.5 (A)；以及f23/f≤-1.5 (B)，其中，Bf是整个透镜系统的在空气中的后焦距，f是整个透镜系统的焦距，以及f23是在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间形成的空气透镜的焦距。

Description

投影透镜以及投影型显示设备

技术领域

本发明涉及一种投影透镜以及一种投影型显示设备，具体涉及一种实质上由7个透镜组成的投影透镜以及一种使用投影透镜的投影型显示设备。

背景技术

近年来投影型显示设备(也称作投影仪)快速发展，所述投影型显示设备用于将从个人计算机等输出的图像数据所表示的图像投影到屏幕上。作为这种投影仪，已知将从光源输出的并且经过光阀(light valve)调制的光投影到屏幕上的投影仪。作为光阀，已知透射型液晶器件、反射型液晶器件、DMD(数字微镜器件(digital micromirror device))等等在DMD中，布置了角度可变的微镜。

这种投影仪需要用于布置以下光路的空间：用于将从光源输出的光引导至光阀的光路，以及用于将光阀调制后的光引导至投影透镜的光路。因此，安装在投影仪上的投影透镜具有较长的后焦距(back focus)，使得在投影透镜与光阀之间提供了这样的空间。

例如，用于投影彩色图像的投影仪包括分别用于对红色光、绿色光和蓝色光进行调制的光阀，该投影仪需要用于布置以下光路的空间：用于将每种颜色的光引导至相应光阀的光路，以及用于将光阀调制后的光引导至投影透镜的光路。

作为后焦距被设置为提供这种空间的投影透镜，已知由7个透镜组成的、焦距比数(F-number)在2.4到6.4范围内的投影透镜(请参见日本未审专利公开No.2003-287676(专利文献1)、日本未审专利公开No.2005-164839(专利文献2)、日本未审专利公开No.2005-173494(专利文献3)、日本专利No.3466002(专利文献4)、日本专利No.4076334(专利文献5)以及美国专利No.5731676的说明书(专利文献6))。

此外，尽管后焦距较短，然而已知由7个透镜组成的具有较小焦距比数1.7的投影透镜(强光透镜(fast lens))(请参见美国专利No.7057830的说明书(专利文献7))。

本文中，当计算透镜的数目时，如果包含了由n个透镜组成的接合透镜(cemented lens)，则将接合透镜的透镜数目看作是n。

在通过投影仪向屏幕上投影图像时，通常使屏幕的设置位置为暗，但是非常希望能够在不使设置位置变暗的情况下观看图像。然而，安装了如专利文献1至6所公开的焦距比数相对大的投影透镜的投影仪不满足这种需求。安装了如专利文献7所公开的焦距比数较小的投影透镜(强光透镜)的投影仪可以满足这种需求，但存在的问题是投影透镜的后焦距较短。

具体地，在专利文献1至6中公开的投影透镜中，如果在不改变透镜的放大率平衡分布(distribution of power balance)(正透镜和负透镜的布置)的情况下减小焦距比数(更强光透镜(faster lens))，则设备的尺寸变大。此外，变得难以抑制各种像差(aberration)的产生，这减小了投影透镜的分辨率。

在专利文献7公开的投影透镜(焦距比数为1.7)中，如果在不改变透镜的放大率平衡分布(正透镜和负透镜的布置)的情况下增大后焦距，则设备的尺寸变大。此外变得难以抑制各种像差的产生，这减小了投影透镜的分辨率。

发明内容

考虑到以上情况，本发明的目的是提供一种投影透镜，所述投影透镜具有较小的焦距比数(强光透镜)，同时抑制像差的产生和设备尺寸的增大。此外，本发明的另一目的是提供一种使用投影透镜的投影型显示设备。

本发明的投影透镜是包括从投影透镜的放大侧开始依次布置的第一透镜组和第二透镜组的投影透镜，其中，

投影透镜由7个透镜组成，

投影透镜的缩小侧是远心(telecentric)的，

第一透镜组由包括至少一个负透镜在内的两个透镜组成，

第二透镜组由从放大侧开始依次布置的正第二组第一透镜、负第二组第二透镜、正第二组第三透镜、正第二组第四透镜和正第二组第五透镜组成，所述正第二组第一透镜具有面对放大侧的凸表面，所述负第二组第二透镜具有面对放大侧的凹表面，所述正第二组第三透镜具有面对投影透镜的缩小侧的凸表面，以及

在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间提供间隔，并且

满足以下公式(A)和(B)：

1.2≤Bf/f≤2.5  (A)；以及

f23/f≤-1.5     (B)，

其中，

Bf是整个透镜系统的在空气中的后焦距，

f是整个透镜系统的焦距，以及

f23是在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间形成的空气透镜的焦距。

下文中，整个透镜系统的空气中的后焦距Bf也简单地称作后焦距Bf。

更期望的是，投影透镜满足以下公式(B’)：

f23/f≤-2.0     (B’)。

表述“投影透镜包括n个透镜组”包括除n个透镜组以外还具有以下组件的投影透镜：实质上没有任何放大率(power)的透镜；除了透镜以外的其他光学元件，如，孔阑和玻璃覆盖物；以及机械组件，如，透镜边缘(lens flange)、透镜镜筒(lens barrel)、成像元件、摄像机抖动(shake)校正机制。

此外，期望投影透镜满足以下公式(C)：

-0.8≤f2F/f1F≤-0.2    (C)，

其中，

f2F是第二组第二透镜的放大侧表面的焦距，以及

f1F是第二组第一透镜的放大侧表面的焦距。

此外，期望投影透镜满足以下公式(D)和(E)：

1.5≤f1/f≤3.0    (D)；以及

-2.5≤f2/f≤-0.5  (E)

其中，

f1是第二组第一透镜的焦距，以及

f2是第二组第二透镜的焦距。

此外，更期望投影透镜满足以下公式(E’)：

-2.0≤f2/f≤-0.7   (E’)。

期望投影透镜满足以下公式(F)：

0.8≤d12/f≤2.2    (F)，

其中，

d12是第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔。

第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔是在光轴上在第一透镜组中的最缩小侧透镜表面与第二透镜组中的最放大侧透镜表面之间的空气间隔。

更期望投影透镜满足以下公式(F’)：

1.0≤d12/f≤1.8    (F’)

期望投影透镜满足以下公式(G)：

Fno≤1.7           (G)，

其中，

Fno是整个系统的焦距比数。

在投影透镜中，期望构成第一透镜组的透镜的至少一个表面是非球面。

在投影透镜中，期望第二组第四透镜和第二组第五透镜的至少一个表面是非球面。此外，期望第一透镜组中的至少一个非球面透镜和第二组第五透镜均由树脂制成。此外，期望满足以下公式(H)：

-1.1≤fF/f5≤-0.2  (H)，

其中，

fF是第一透镜组中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距，以及

f5是由树脂制成的第二组第五透镜的焦距。

此外，本发明的投影型显示设备是包括以下组件的投影型显示设备：

本发明的投影透镜；

光源；以及

光阀，调制从光源输出的光线，

其中，

通过投影透镜来投影被光阀调制后的光线。

空气透镜的焦距是空气透镜的放大侧表面的焦距与空气透镜的缩小侧表面的焦距的空气中组合焦距。具体地，空气透镜的焦距由以下等式来表示：

1/空气透镜的焦距＝(1-放大侧透镜的折射率)/空气透镜的放大侧表面的曲率半径+(缩小侧透镜的折射率)/空气透镜的缩小侧表面的曲率半径+(1-放大侧透镜的折射率)×(1-缩小侧透镜的折射率)×空气间隔/(空气透镜的放大侧表面的曲率半径×空气透镜的缩小侧表面的曲率半径)。

投影透镜可以由仅单个透镜组成。备选地，投影透镜可以包括一个或多个接合透镜。

表述“缩小侧是远心的”表示一种状态，在该状态下，将会聚成任意缩小侧点的光线的截面中的最上部射线与最下部射线之间的角度二等分的线，近似平行于光轴，如图8(示例5)的截面图所示。因此，该状态不限于完全远心状态。换言之，该状态不限于将角度二等分的线完全平行于光轴。因此，在二等分线与光轴之间可以存在一定的差异。本文中，一定的差异是指二等分线相对于光轴的倾斜在±3°的范围内。

当计算透镜的数目时，如果包括由n个透镜组成的接合透镜，则将接合透镜的透镜数目看做是n。此外，当计算透镜的数目时，不将空气透镜计算在内。

后焦距是沿光轴在构成投影透镜的透镜表面的最缩小侧表面与投影透镜的缩小侧的焦点之间的(空气中)长度。

每个透镜的焦距和组合的多个透镜的焦距(组合焦距)分为正和负。当经过一个或多个透镜的射线的焦点位于所述一个或多个透镜的出射侧时，将所述一个或多个透镜的焦距看做是正的。当经过所述一个或多个透镜的射线的焦点位于所述一个或多个透镜的入射侧时，将所述一个或多个透镜的焦距看作是负的。

通过使用以下等式来获得透镜表面的焦距Fsurf：

Fsurf＝r/(n2-n1)，其中，

n1是透镜表面的放大侧的介质的折射率，

n2是透镜表面的缩小侧的介质的折射率，以及

r是透镜表面的曲率半径。

当表面向着放大侧凸出时，曲率半径为正，当表面向着缩小侧凸出时，曲率半径为负。

此外，术语“透镜的缩小侧表面”是指在透镜的缩小侧形成的透镜表面。此外，术语“透镜的放大侧表面”是指在透镜的放大侧形成的透镜表面。

关于非球面透镜，术语“正”和术语“负”用于表示非球面透镜的傍轴区是正还是负。此外，关于非球面表面，术语“正”、术语“负”、术语“凹”和术语“凸”用于表示非球面表面的傍轴区是正还是负，是凹还是凸。

根据本发明的投影透镜和本发明的投影型显示设备，投影透镜包括从投影透镜的放大侧开始依次布置的第一透镜组和第二透镜组。此外，投影透镜由7个透镜组成，投影透镜的缩小侧是远心的。此外，第一透镜组由包括至少一个负透镜在内的两个透镜组成。第二透镜组由从放大侧开始依次布置的正第二组第一透镜、负第二组第二透镜、正第二组第三透镜、正第二组第四透镜和正第二组第五透镜组成，所述正第二组第一透镜具有面对放大侧的凸表面，所述负第二组第二透镜具有面对放大侧的凹表面，所述正第二组第三透镜具有面对投影透镜的缩小侧的凸表面。此外，在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间提供间隔。此外，满足以下公式(A)和(B)：

1.2≤Bf/f≤2.5      (A)；以及

f23/f≤-1.5         (B)，

其中，

Bf是整个透镜系统的在空气中的后焦距，

f是整个透镜系统的焦距，以及

f23是在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间形成的空气透镜的焦距。

因此，可以使投影透镜的焦距比数更小(更强光透镜)，同时抑制像差的产生和设备尺寸的增大。

具体地，在本发明中，如上所述适当地布置正透镜和负透镜的排列(放大率平衡)。因此，可以以卓越的方式保持像差平衡，同时使用较少数目的透镜(7个透镜)构成投影透镜。此外，可以在不使设备尺寸变大的情况下提供一种具有较少焦距比数的投影透镜(强光透镜)。因此，可以获得一种尺寸小、重量轻、并且具有卓越性能的投影透镜。

如果将投影透镜构造为使得Bf/f的值低于由公式(A)限定的值，其中，公式(A)限定了后焦距Bf与整个透镜系统的焦距f的比值的范围，则用于对用于照明的光学系统和用于引导光的光学系统加以布置的空间等变小。用于照明的光学系统将从光源输出的光引导至光阀，用于引导光的光学系统将光阀调制后的光引导至投影透镜。因此，变得难以布置用于照明的光学系统和用于引导光的光学系统。

相反，如果将投影透镜构造为使得Bf/f的值超过由公式(A)限定的上限，则投影透镜的尺寸变大。因此，设备的尺寸变大。

此外，如果将投影透镜构造为使得f23/f的值超过由公式(B)限定的上限，所述公式(B)限定了空气透镜的焦距f23与整个透镜系统的焦距f的比值的范围，则图像平面的校正变得困难。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的包括投影透镜的投影型显示设备的结构的示意性截面图。

图2是投影型显示设备中包含的光调制单元的放大截面图。

图3是投影型显示设备中包含的另一光调制单元的放大截面图。

图4是示出了示例1中投影透镜的结构的示意性截面图。

图5是示出了示例2中投影透镜的结构的示意性截面图。

图6是示出了示例3中投影透镜的结构的示意性截面图。

图7是示出了示例4中投影透镜的结构的示意性截面图。

图8是示出了示例5中投影透镜的结构的示意性截面图。

图9是示出了示例6中投影透镜的结构的示意性截面图。

图10是示出了示例7中投影透镜的结构的示意性截面图。

图11是示出了示例8中投影透镜的结构的示意性截面图。

图12A、12B、12C和12D是示出了示例1中投影透镜的多种像差的图。

图13A、13B、13C和13D是示出了示例2中投影透镜的多种像差的图。

图14A、14B、14C和14D是示出了示例3中投影透镜的多种像差的图。

图15A、15B、15C和15D是示出了示例4中投影透镜的多种像差的图。

图16A、16B、16C和16D是示出了示例5中投影透镜的多种像差的图。

图17A、17B、17C和17D是示出了示例6中投影透镜的多种像差的图。

图18A、18B、18C和18D是示出了示例7中投影透镜的多种像差的图。

图19A、19B、19C和19D是示出了示例8中投影透镜的多种像差的图。

具体实施方式

下文中，将参考附图来描述本发明的投影透镜以及包括投影透镜的投影型显示设备。

图1是示出了本发明的包括投影透镜的投影型显示设备的结构的示意性截面图。

图1所示的投影型显示设备400包括投影透镜100和光调制单元200。光调制单元200通过光阀来调制从光源输出的光线。在光调制单元200中调制的光线经过投影透镜100，并投影到屏幕1上。

<投影透镜的基本结构>

接下来将描述投影透镜100的基本结构。

投影透镜100由第一透镜组G1和第二透镜组G2组成。此外，投影透镜100由7个透镜组成。

投影透镜100包括从投影透镜100的放大侧(magnification side)(图1中由箭头-Z指示的一侧)开始依次布置的第一透镜组G1、正第二组第一透镜L3、负第二组第二透镜L4、正第二组第三透镜L5、正第二组第四透镜L6和正第二组第五透镜L7。第一透镜组G1由从放大侧开始依次布置的两个透镜(第一组第一透镜L1和第一组第二透镜L2)组成。正第二组第一透镜L3具有面对放大侧的凸表面。负第二组第二透镜L4具有面对放大侧的凹表面。正第二组第三透镜L5具有与投影透镜100的缩小侧(图1中由箭头+Z指示的一侧)面对的凸表面。此外，投影透镜100的缩小侧是远心的(telecentric)。

此外，构成第一组透镜G1的两个透镜中的至少一个是负透镜。投影透镜100具有在第二组第二透镜L4的缩小侧表面S9与第二组第三透镜L5的放大侧表面S10之间的间隔。当Bf是后焦距时，f是整个透镜系统的焦距(focal length)，f23是在第二组第二透镜L4的缩小侧表面S9与第二组第三透镜L5的放大侧表面S10之间形成的空气透镜L45的焦距，同时满足以下公式(A)和(B)：

1.2≤Bf/f≤2.5     (A)；以及

f23/f≤-1.5        (B)。

此外，投影透镜100可以包括掩模Mk。

掩模Mk由对经过投影透镜100的射线予以阻挡的材料制成。例如，掩模Mk阻挡经过投影透镜100的外围区域的射线，以保护投影透镜100的远心性(telecentricity)。此外，掩模Mk用于设定焦距比数。在图中，并没有将掩模Mk示为表示出掩模的尺寸或形状，但是在光轴方向上示出了掩模的位置。

后焦距Bf是沿光轴从投影透镜100的最后一个透镜表面(在透镜表面当中，布置为最靠近光调制单元200的透镜表面)到后侧焦点(投影透镜100的设置在光调制单元200侧的焦点)的长度(在空气中)。

本文中，后焦距Bf对应于沿光轴从透镜表面S15到光阀(稍后将描述的DMD 210和液晶面板260R、260G和260B)的长度(在空气中)。透镜表面S15位于在构成投影透镜100的透镜表面当中的最缩小侧。

接下来将描述光调制单元200。

<关于使用DMD作为光阀的光调制单元>

图2是示出了采用DMD(数字微镜设备)作为光阀的光调制单元的图。

图2所示的光调制单元200A包括DMD 210、光源220和全内反射棱镜(下文中称作TIR棱镜230)。TIR棱镜230将从光源220输出的光线Lk引导至DMD 210。

从光源220输出的光线Lk进入TIR棱镜230，并在构成TIR棱镜230的两个棱镜231、232的边界面230K处全反射。全反射后的光线Lk进入DMD210。此外，已经进入DMD 210的光线Lk被DMD 210的多个微镜211反射，并且被调制。具体地，微镜211基于输入至DMD 210的图像数据G使光线Lk向开启(ON)方向(投影透镜100的方向)偏斜，或者向关闭(OFF)方向(除了投影透镜100的方向以外的方向)偏斜。相应地，调制已进入DMD 210的光线Lk。

DMD 210调制后的光线Lk经过TIR棱镜230，并进入投影透镜100的缩小侧(图2中由箭头+Z指示的一侧)。此外，光线Lk从投影透镜100的放大侧(图2中由箭头-Z指示的一侧)输出，并投影到屏幕1上。相应地，将由DMD 210调制并由投影透镜100放大后的光线Lk投影到屏幕1上。因此，在屏幕1上形成由输入至DMD 210的图像数据来表示的图像。

本文中，可以例如通过采用场序图像显示方法(field sequential imagedisplay method)来在屏幕1上显示彩色图像。在场序图像显示方法中，在时间上分割(时分(time division))从光源220输出的红色光线Lkr、从光源220输出的绿色光线Lkg以及从光源220输出的蓝色光线Lkb，并使这些光线顺序地进入DMD 210。此外，在各个颜色的光线进入DMD210的同时将表示红色图像的图像数据Gr、表示绿色图像的图像数据Gg和表示蓝色图像的Gb输入至DMD 210，并调制各个颜色的光线。

<关于将液晶面板用作光阀的光调制单元>

图3是示出了将透射型液晶面板用作光阀的光调制单元的图。

图3所示的光调制单元200B包括光源270、二向色反射镜(dichroicmirror)281、282、液晶面板260R、260G、260B以及用于组合颜色的二向色棱镜(dichroic prism)290。光源270输出白色光，二向色反射镜281、282将从光源270输出的白色光线Lk分成红色光、绿色光和蓝色光。液晶面板260R、260G、260B对分成各个颜色的光线(红色光线Lkr、绿色光线Lkg和蓝色光线Lkb)进行调制。此外，二向色棱镜290将已调制的各个颜色的光线(红色光线Lkr、绿色光线Lkg和蓝色光线Lkb)组合成光线束Lk，其中，通过使各个颜色的光线传输经过液晶面板260R、260G、260B来调制所述各个颜色的光线。

二向色反射镜281、282将从光源270输出的白色光分成各个颜色(红色、绿色和蓝色)的光线Lk(红色光线Lkr、绿色光线Lkg和蓝色光线Lkb)。此外，分割后的光线通过全反射镜283、284、285等分别进入液晶面板260R、260G、260B。

通过用于组合颜色的二向色棱镜290，将通过液晶面板260R、260G、260B调制的红色光线Lkr、绿色光线Lkg和蓝色光线Lkb组合成光线束Lk。

基于输入至液晶面板260R、260G、260B的图像数据Gr、Gg、Gb，通过液晶面板260R、260G、260B，来调制红色光线Lkr、绿色光线Lkg和蓝色光线Lkb。

通过用于组合颜色的二向色棱镜290而组合的光线Lk进入投影透镜100的缩小侧(图3中由箭头+Z指示的一侧)，并从投影透镜100的放大侧(图3中由箭头-Z指示的一侧)输出。此外，将光线Lk投影到屏幕1上。相应地，在屏幕1上形成由输入至每一个液晶面板260R、260G、260B的图像数据来表示的彩色图像。

<关于对投影透镜的基本结构进一步限制的结构>

接下来，将描述对投影透镜100和投影型显示设备400的基本结构作进一步限制的元件和特征以及这些元件和特征的动作和效果。进一步限制基本结构的元件或特征不管是对于本发明的投影透镜100来说还是对于本发明的投影型显示设备400来说，都不是必不可少的。

本发明的投影透镜和本发明的投影型显示设备可以满足对基本结构作进一步限定的所有元件或特征。备选地，可以满足这些元件或特征之一，或者这些元件或特征中的至少两个。

首先，将描述公式中由符号来表示的参数的含义。

Bf：后焦距

f：整个透镜系统的焦距

f23：在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间形成的空气透镜的焦距

f2F：第二组第二透镜的放大侧表面的焦距

f1F：第二组第一透镜的放大侧表面的焦距

f1：第二组第一透镜的焦距

f2：第二组第二透镜的焦距

d12：第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔

Fno：投影透镜的焦距比数

fF：第一透镜组中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距

f5：由树脂制成的第二组第五透镜的焦距

[由公式(B)限制的结构]

公式(B)：f23/f≤-1.5以及比公式(B)更可取的公式(B’)：f23/f≤-2.0调节空气透镜的焦距f23与整个透镜系统(投影透镜100)的焦距的比值的范围，其中所述空气透镜形成在第二组第二透镜L4的缩小侧表面与第二组第三透镜L5的放大侧表面之间。

在将投影透镜100构造为使得f23/f的值超过由公式(B)限定的上限时，图像平面的校正变得困难。

如果将投影透镜100构造为满足公式(B)或公式(B’)，则可以抑制这种问题的产生。与当投影透镜100被构造为满足公式(B)时相比，当投影透镜100被构造为满足公式(B’)时，可以获得更可取的透镜特性。

[由公式(C)限制的结构]

公式(C)：-0.8≤f2F/f1F≤-0.2调节第二组第二透镜L4的放大侧表面的焦距f2F与第二组第一透镜L3的放大侧表面的焦距f1F的比值的范围。

在将投影透镜100构造为使得f2F/f1F的值低于由公式(C)限定的下限时，球差的校正变得困难。

相反，在将投影透镜100构造为使得f2F/f1F的值超过由公式(C)限定的上限时，变得难以在抑制放大侧一个或多个透镜的尺寸的增大并保持预定的后焦距的同时校正图像平面。

如果将投影透镜100构造为满足公式(C)，则可以抑制这种问题的产生。

[由公式(D)限制的结构]

公式(D)：1.5≤f1/f≤3.0调节第二组第一透镜L3的焦距f1与整个透镜系统(投影透镜100)的焦距f的比值的范围。

在将投影透镜100构造为使得f1/f的值低于由公式(D)限定的下限时，球差的校正变得困难。

相反，在将投影透镜100构造为使得f1/f的值超过由公式(D)限定的上限时，布置在放大侧的一个或多个透镜的尺寸变大。

如果将投影透镜100构造为满足公式(D)，则可以抑制这种问题的产生。

[由公式(E)限制的结构]

公式(E)：-2.5≤f2/f≤-0.5以及比公式(E)更可取的公式(E’)：-2.0≤f2/f≤-0.7调节第二组第二透镜L4的焦距f2与整个透镜系统(投影透镜100)的焦距f的比值的范围。

在将投影透镜100构造为使得f2/f的值低于由公式(E)限定的下限时，球差的校正变得困难。

相反，在f2/f的值超过由公式(E)限定的上限时，变得难以在保持预定的后焦距的同时校正图像平面。

如果将投影透镜100构造为满足公式(E)或公式(E’)，则可以抑制这种问题的产生。与当投影透镜100被构造为满足公式(E)时相比，在将投影透镜100构造为满足公式(E’)时，可以获得更可取的透镜特性。

[由公式(F)限制的结构]

公式(F)：0.8≤d12/f≤2.2以及比公式(F)更可取的公式(F’)：1.0≤d12/f≤1.8调节空气间隔d12与整个透镜系统(投影透镜100)的焦距f的比值的范围，其中所述空气间隔d12是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的空气间隔。

在将投影透镜100构造为使得d12/f的值低于由公式(F)限定的下限时，球差的校正和图像平面的校正变得困难。

相反，在将投影透镜100构造为使得d12/f的值超过由公式(F)限定的上限时，变得难以在保持预定的后焦距的同时抑制透镜尺寸的增大。

如果将投影透镜100构造为满足公式(F)或(F’)，则可以抑制这种问题的产生。与当投影透镜100被构造为满足公式(F)时相比，在将投影透镜100构造为满足公式(F’)时，可以获得更可取的透镜特性。

[由公式(G)限制的结构]

公式(G)：Fno≤1.7调节投影透镜100的焦距比数的范围。

期望的是，将投影透镜100构造为使得焦距比数小于或等于1.7。

期望的是，构成第一透镜组G1的透镜表面S1、S2、S3、S4中的至少一个是非球面的。此外，更期望的是，构成第二组第四透镜L6和第二组第五透镜L7的透镜表面S12、S13、S14、S15中的至少一个是非球面的。

此外，第一透镜组G1中的至少一个非球面透镜和第二组第五透镜L7均由树脂制成。

此外，更期望的是，满足公式(H)：-1.1≤fF/f5≤-0.2。公式(H)调节第一透镜组G1中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距fF与由树脂制成的第二组第五透镜L7的焦距f5的比值的范围。

在将投影透镜100构造为满足公式(H)时，由于温度变化而引起的第二组第五透镜L7的焦距f5的变化，会使由于温度变化而引起的第一透镜组G1中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距fF的变化发生偏移。因此，可以抑制投影透镜100的焦点位置的移位。

然而，在将投影透镜100构造为使得fF/f5的值超过由公式(H)限定的上限，或者低于由公式(H)限定的下限时，由于温度变化而引起的第二组第五透镜L7的焦距f5的变化，难以使由于温度变化而引起的第一透镜组G1中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距fF的变化发生偏移。因此，变得难以抑制由于温度变化而引起的投影透镜100的焦点位置的移位。

投影透镜100可以由仅单个透镜组成。备选地，投影透镜100可以包括一个或多个接合透镜。

<特殊示例>

参考图4至图11，图12A、12B、12C和12D至图19A、19B、19C和19D，表1至表9，将描述本发明的示例1至8中与投影透镜有关的数字数据等。

图4至11分别是示出了示例1至8的投影透镜的结构的示意性截面图。图8是示出了图5中的投影透镜的示意性截面图，在图8中，还示出了光经过投影透镜的光路。图8示出了示例5中的投影透镜的缩小侧是远心的。此外，在其他示例(即，示例1至4和示例6至8)的投影透镜中，投影透镜的缩小侧也可以是远心的。

在图4至11中，符号L1，L2，...表示构成投影透镜的透镜。符号L1，L2…对应于从放大侧(图4至11中由箭头-Z指示的一侧)开始透镜的布置顺序。

此外，符号LL表示构成光调制单元的光学部件(如，TIR棱镜和用于组合颜色的二向色棱镜)。光学部件LL并不构成投影透镜。

表1至8分别示出了与示例1至8中的投影透镜有关的基本数据。表1至8中每一个表的上部(由符号(a)指示)示出了透镜数据。表1至8中每一个表的下部(由符号(b)指示)示出了非球面系数。在透镜数据中，附到表面号的标记“*”指示由该表面号表示的表面是非球面。

本文中，使用以下非球面等式(aspheric equation)：

$Z=\frac{Y^2/R}{1+{(1-K\&CenterDot;Y^2/R^2)}^{1/2}}+\underset{i=3}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}A{\mathrm{iY}}^i$

其中，

Z：非球面的深度(从非球面上高度为Y的点，到与跟非球面的顶点相接触且与光轴相垂直的平坦表面的垂直长度)(mm)，

Y：高度(与光轴的距离)(mm)，

R：非球面的傍轴区(paraxial region)的曲率半径，

K、A_i：非球面系数(i＝3至n)。

此外，表9示出了关于示例1至8的投影透镜由公式(A)至(H)的不等式限定的范围的值(通过不等式中的算术表达式而计算的值，或者由不等式中的符号Fno表示的投影透镜的光学系统的常量)。

示例1至8的投影透镜同时满足所有公式(A)至(F)。示例2至8的投影透镜同时满足所有公式(A)至(H)。

在表1至8的上部的透镜数据中，表面号Si表示第i个透镜表面的编号等(i＝1，2，3，...)。最放大侧(most-magnification-side)表面是第一表面，表面号向着缩小侧(图4至11中由箭头+Z指示的一侧)顺序地增大。透镜数据包括掩模Mk和光学部件LL。

在透镜数据中，将光学部件LL看作是要由数据来表示的平行平板。此外，在示例1至7中的投影透镜中布置掩模。然而，在示例8的投影透镜中没有布置掩模。

曲率半径Ri表示第i个表面(i＝1，2，3，...)的曲率半径。表面之间的距离(Di)(i＝1，2，3，...)表示光轴Z1上在第i个表面与第(i+1)个表面之间的距离。透镜数据中的符号Ri和符号Di对应于符号Si(i＝1，2，3，...)，符号Si表示透镜表面等。

此外，符号Ndj表示第j个光学元件(j＝1，2，3，...)关于d-线(d-line)(波长为587.6nm)的折射率。最放大侧光学元件是第一个光学元件，编号向着缩小侧顺序地增大。此外，符号vdj表示第j个光学元件基于d-线的阿贝数(Abbe number)。

光学元件基于d-线的阿贝数v是通过以下等式获得的：

v＝(Nd-1)/(NF-NC)

其中，

NF是光学部件关于F-线(486.1nm)的折射率，

Nd是光学部件关于d-线(587.6nm)的折射率，以及

NC是光学部件关于C-线(656.3nm)的折射率。

在示例2和3中，透镜L1由树脂制成。在示例4至8中，透镜L2由树脂制成。在示例2至8中，透镜L7由树脂制成。

在表1至8的透镜数据中，通过假定整个系统的焦距是1，来将曲率半径和表面之间的距离归一化。此外，当表面向着放大侧凸出时，表面的曲率半径为正，当表面向缩小侧凸出时，曲率半径为负。

在“具体实施方式”部分的最后一起提供了表1至9。

图12A、12B、12C、12D至图19A、19B、19C、19D分别是示出了示例1至8的投影透镜的多种像差(分别是球差、像散(astigmatism)、失真以及横向色差(lateral chromatic aberration))的图。示出了关于d-线、F-线或C-线的像差。

在示出了失真的图中，示出了从理想图像高度f×tanθ的移位量。通过使用整个透镜系统的焦距f以及视角(angle of view)的一半θ，来获得理想图像高度f×tanθ(θ是变量，并且0≤θ≤ω)。

作为与示例1至8有关的数字数据，示出像差等的图表明，本发明的这些投影透镜具有较小的焦距比数(换言之，强光透镜)，同时抑制了像差的产生以及设备尺寸的增大。

本发明不限于前述示例，在不脱离本发明的主旨的前提下，可以进行各种修改。例如，每个透镜的曲率半径的值、表面之间的距离的值、折射率的值等等不限于表中的值，而可以是其他值。

[表1]

示例1

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表2]

示例2

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表3]

示例3

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表4]

示例4

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表5]

示例5

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表6]

示例6

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表7]

示例7

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表8]

示例8

(a)

(标记*表示非球面表面)

(b)

[表9]

Claims (17)

1.一种投影透镜，包括从投影透镜的放大侧开始依次布置的第一透镜组和第二透镜组，其中，

投影透镜由7个透镜组成，

投影透镜的缩小侧是远心的，

第一透镜组由包括至少一个负透镜在内的两个透镜组成，

第二透镜组由从放大侧开始依次布置的正第二组第一透镜、负第二组第二透镜、正第二组第三透镜、正第二组第四透镜和正第二组第五透镜组成，所述正第二组第一透镜具有面对放大侧的凸表面，所述负第二组第二透镜具有面对放大侧的凹表面，所述正第二组第三透镜具有面对投影透镜的缩小侧的凸表面，以及

在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间提供间隔，并且

满足以下公式(A)和(B)：

1.2≤Bf/f≤2.5   (A)；以及

f23/f≤-1.5      (B)，

其中，

Bf是整个透镜系统的在空气中的后焦距，

f是整个透镜系统的焦距，以及

f23是在第二组第二透镜的缩小侧表面与第二组第三透镜的放大侧表面之间形成的空气透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的投影透镜，其中，满足以下公式(C)：

-0.8≤f2F/f1F≤-0.2   (C)，

其中，

f2F是第二组第二透镜的放大侧表面的焦距，以及

f1F是第二组第一透镜的放大侧表面的焦距。

3.根据权利要求1所述的投影透镜，其中，满足以下公式(D)和(E)：

1.5≤f1/f≤3.0        (D)；以及

-2.5≤f2/f≤-0.5    (E)

其中，

f1是第二组第一透镜的焦距，以及

f2是第二组第二透镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的投影透镜，其中，满足以下公式(F)：

0.8≤d12/f≤2.2     (F)，

其中，

d12是第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔。

5.根据权利要求1所述的投影透镜，其中，满足以下公式(G)：

Fno≤1.7            (G)，

其中，

Fno是整个系统的焦距比数。

6.根据权利要求1所述的投影透镜，其中，构成第一透镜组的透镜的至少一个表面是非球面。

7.根据权利要求6所述的投影透镜，其中，第二组第四透镜和第二组第五透镜的至少一个表面是非球面。

8.根据权利要求7所述的投影系统，其中，第一透镜组中的至少一个非球面透镜和第二组第五透镜均由树脂制成。

9.根据权利要求8所述的投影透镜，其中，满足以下公式(H)：

-1.1≤fF/f5≤-0.2  (H)，

其中，

fF是第一透镜组中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距，以及

f5是由树脂制成的第二组第五透镜的焦距。

10.根据权利要求2所述的投影透镜，其中，满足以下公式(D)和(E)：

1.5≤f1/f≤3.0     (D)；以及

-2.5≤f2/f≤-0.5   (E)，

其中，

f1是第二组第一透镜的焦距，以及

f2是第二组第二透镜的焦距。

11.根据权利要求10所述的投影透镜，其中，满足以下公式(F)：

0.8≤d12/f≤2.2     (F)，

其中，

d12是第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔。

12.根据权利要求11所述的投影透镜，其中，满足以下公式(G)：

Fno≤1.7            (G)，

其中，

Fno是整个透镜系统的焦距比数。

13.根据权利要求12所述的投影透镜，其中，构成第一透镜组的透镜的至少一个表面是非球面。

14.根据权利要求13所述的投影透镜，其中，第二组第四透镜和第二组第五透镜的至少一个表面是非球面。

15.根据权利要求14所述的投影系统，其中，第一透镜组中的至少一个非球面透镜和第二组第五透镜均由树脂制成。

16.根据权利要求15所述的投影透镜，其中，满足以下公式(H)：

-1.1≤fF/f5≤-0.2        (H)，

其中，

fF是第一透镜组中由树脂制成的每个非球面透镜的焦距，以及

f5是由树脂制成的第二组第五透镜的焦距。

17.一种投影型显示设备，包括：

如权利要求1所述的投影透镜；

光源；以及

光阀，调制从光源输出的光线，

其中，

通过投影透镜来投影被光阀调制后的光线。

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