CN103492923B - 投影镜头和使用该投影镜头的投影型显示设备 - Google Patents

Abstract

为了提供一种紧凑、重量轻、成本低、易便携的投影镜头。从放大侧开始顺序地布置具有正光焦度并且具有是非球面的至少一个表面的第一透镜(L1)；具有负光焦度并且在放大侧具有凹面的第二透镜(L2)；具有正光焦度并且在缩小侧具有凸面的第三透镜(L3)；和具有正光焦度的第四透镜(L4)。此外，除了将这些透镜远心地布置在缩小侧，同时满足下面的公式，并且形成在缩小侧的共轭表面(Cps)上的图像被放大和投射到放大侧的共轭表面(Cpk)上：公式(A)：0.8＜Bf/f；公式(B)：1.1＜f1/f＜1.6；公式(C)：Nd1＜1.7；公式(D)：vd1＜35。

Description

投影镜头和使用该投影镜头的投影型显示设备

技术领域

本发明涉及用于将缩小侧的共轭表面上的图像放大和投射到放大侧的共轭表面上的投影镜头，以及使用这种透镜的投影型显示设备。

背景技术

使用液晶及类似物的透射性/反射性光阀、使用通过偏转布置的微镜对光进行调制的DMD的小型投影镜头、以及使用该投影镜头的投影型显示设备(也称为投影仪)是公知的。

近年来，这种投影仪的市场已经随个人电脑的普及而扩展，光阀已经被小型化，并且光源已经变得更加高效。这一背景要求易便携式紧凑型投影仪的商业化。

作为构成这种便携式投影仪的投影镜头，具有减少的构成透镜数目的投影镜头是尤其熟知的(参见专利文献1、2和3)。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1

日本未审专利公开号2004-361651

专利文献2

日本未审专利公开号2010-97078

专利文献3

日本未审专利公开号2010-175832

发明内容

然而，专利文献1公开的投影仪具有介于25°和30°之间的小的视场角，因此，从短距离处投射过来的投影图像的尺寸不够大。此外，不能确保用于色彩合成以及照明光与投影光分离的足够的间距(投影镜头的缩小侧的 后焦距)。此外，鉴于便携的重要性，光阀的尺寸应当小。然而，其问题在于这一点并未被考虑。

此外，专利文献2和3中公开的投影镜头是已知的视场角或后焦距被改进的投影镜头。然而，在这些投影镜头中，并未对第一透镜的非球面化给予足够的考虑，而这对于减小该透镜的尺寸和变明亮是重要的。更特别地，与第一透镜的非球面化相关的例如降低成本、减轻重量等也未给予足够的关注。此外，远心缩小侧的代表性的光线相对于光轴的倾角(下文将要描述的角的平分线)介于11°和15°之间，因此，专利文献2中其远心特性是不足的。

应当注意，表述“缩小侧是远心的”表示这样一种状态，其中，从缩小侧的共轭表面上的任选的点发出的光线将被会聚到放大侧的共轭表面上，将从缩小侧的共轭表面发出的光线的每个横截面的角平分的线与光轴几乎平行。因此，真实的远心状态不仅限于平分所述角的上述线与光轴完全平行的状态，并且包括可能存在一些差别的状态。这里，一些差别指的是平分线相对于光轴的倾角在±5°的范围内。

上述光线的横截面是沿着穿过光轴的平面截取的横截面。平分所述角的线是将从缩小侧的共轭表面发出的光线在每个横截面处的发散角划分成两个相同角度的平分线。

考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种远心地布置在缩小侧的投影镜头，该投影镜头的结构紧凑、重量轻、成本低并且易便携，以及提供了使用这种投影镜头的投影型显示设备。

根据本发明的投影镜头是这样一种投影镜头，该投影镜头在缩小侧是远心的(telecentric)，并且将形成在缩小侧的共轭表面上的图像放大和投射到放大侧的共轭表面上，并且该投影镜头仅包括：

第一透镜，具有正光焦度并且具有是非球面表面的至少一个表面；

第二透镜，具有负光焦度并且在放大侧具有凹面；

第三透镜，具有正光焦度并且在缩小侧具有凸面；和

具有正光焦度的第四透镜，

上述四个透镜从放大侧开始顺序地布置，

其中，以下公式(A)、(B)、(C)和(D)被同时满足：

0.8＜Bf/f        (A)；

1.1＜f1/f＜1.6   (B)；

Nd1＜1.7          (C)；和

vd1＜35         (D)，其中

Bf是缩小侧的空气转换后焦距，

f是整个镜头系统的焦距，

f1是第一透镜的焦距

Nd1是第一透镜的折射率，以及

vd1是第一透镜的阿贝数。

希望的是，第四透镜具有是非球面表面的至少一个表面并且第四透镜的外周轮廓为非圆形，并且下述公式(E)和(F)被同时满足：

Nd4＜1.6     (E)；和

40＜vd4       (F)。

在这种情况下，Nd4是第四透镜的折射率，并且vd4是第四透镜的基于d-线的阿贝数。 

希望的是，在第一透镜和第二透镜之间设有孔径光阑，所述孔径光阑限制从该孔径光阑中穿过的从缩小侧的共轭表面发射的光线的范围。

希望的是，该投影镜头同时满足下述公式(G)和(H)：

20＜S/OBJ＜65     (G)；和

2.5＜β/S＜10.0     (H)，其中

S是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像(投影图像)的最大长度(以英寸计)，OBJ是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像(投影图像)的投影距离(m)，以及B是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像(投影图像)的放大系数。

希望的是，该投影镜头满足下述公式(I)：

IH＞TH      (I)，其中

IH是缩小侧的共轭表面上的光束的最大高度，TH是除最靠近缩小侧布置的透镜之外的透镜的有效光线的最大高度。

根据本发明的投影型显示设备，包括光源、光阀、将光源输出的光线引导至光阀的照明光学单元、和上述投影镜头，该投影型显示设备光学地 调制光源输出的光线，并且使经光学地调制的光线穿过所述投影镜头以便被投射。

所述显示设备可以是仅包括单个光阀的单面板型显示设备。

根据本发明的投影镜头仅包括：

第一透镜，具有正光焦度并且具有是非球面表面的至少一个表面；

第二透镜，具有负光焦度并且在放大侧具有凹面；

第三透镜，具有正光焦度并且在缩小侧具有凸面；和

具有正光焦度的第四透镜，上述四个透镜从放大侧开始顺序地布置，

其中，缩小侧是远心的，并且下述公式(A)、(B)、(C)和(D)被同时满足：

0.8＜Bf/f           (A)；

1.1＜f1/f＜1.6      (B)；

Nd1＜1.7          (C)；和

vd1＜35          (D)。

这样能够使投影镜头紧凑、重量轻、成本低、并且易便携。

即，公式(A)：0.8＜Bf/f调节后焦距。如果上述投影镜头被构造成满足公式(A)，则可以确保缩小侧的后焦距，并且从而有利于照明光与其成分表示彼此不同颜色的投影光的分离等。

公式(B)：1.1＜f1/f＜1.6调节第一透镜的焦距相对于整个镜头系统的焦距的比率。如果上述投影镜头被构造成满足公式(B)，则透镜的性能不会因布置在放大侧的透镜的增加的光焦度而退化。相反，如果f1/f的值小于公式(B)规定的下限，则它将变得难以确保缩小侧的后焦距和校正像差。

公式(C)：Nd1＜1.7调节第一透镜的折射率。如果以Nd1的值超出公式(C)规定的上限的方式构造上述投影镜头，则它将变得难以使用塑料透镜作为第一透镜，并且因此难以实现该投影镜头的低成本和轻重量。

公式(D)：vd1＜35调节第一透镜的阿贝数。如果以vd1的值超出公式(D)规定的上限的方式构造所述投影镜头，则它将变得难以校正色像差。

考虑到上述情况，根据本发明的投影镜头可以是在缩小侧远心的并且可以是紧凑的、重量轻、成本低、并且易便携，同时不会降低光学性能。

此外，通过使用上文所述的本发明的投影镜头，根据本发明的投影型显示设备可以是紧凑的、重量轻、成本低、并且易便携。

附图说明

图1是图示根据本发明的实施例的投影镜头的结构的横截面示意图；

图2是图示实例1中的投影镜头的结构的横截面示意图；

图3是图示实例2中的投影镜头的结构的横截面示意图；

图4是图示实例3中的投影镜头的结构的横截面示意图；

图5是图示实例1中的投影镜头的各种像差的示意图；

图6是图示实例2中的投影镜头的各种像差的示意图；

图7是图示实例3中的投影镜头的各种像差的示意图；

图8A是图示用于三面板型投影、具有三个光阀的光调制单元的横截面图；

图8B是图示用于单面板型投影、仅具有单个光阀的光调制单元的横截面图；

图9A是图示非圆形形状的实例的示意图；

图9B是图示非圆形形状的实例的示意图；以及

图9C是图示非圆形形状的实例的示意图。

具体实施方式

下文中将参照附图描述本发明的投影镜头和使用该投影镜头的投影型显示设备。

图1是图示本发明的投影镜头和使用该投影镜头的投影型显示设备的结构的横截面示意图。

图1中所示的本发明的投影镜头为紧凑型投影镜头，其将形成在缩小侧的共轭表面(共轭位置)Cps上(即，在作为显示元件的光阀11的图像形成表面11m上)的图像(图像信息)G放大和投射到放大侧的共轭表面(共轭位置)Cpk上(即，屏幕1上)。

该投影镜头100仅包括从放大侧(由图1中的箭头-z所指示的一侧)开始按顺序布置的四个透镜，它们是：第一透镜L1，具有正光焦度并且具有 是非球面的至少一个表面(即，透镜表面J1或透镜表面J2中的任一个)；第二透镜L2，具有负光焦度并且具有透镜表面J3，该透镜表面J3是在放大侧的凹面；第三透镜L3，具有正光焦度并且具有透镜表面J6，该透镜表面J6是在缩小侧的凸面；和第四透镜L4，具有正光焦度。

投影镜头100被远心地布置在缩小侧上，并且还同时满足下述公式(A)、(B)、(C)和(D)：

0.8＜Bf/f       (A)；

1.1＜f1/f＜1.6    (B)；

Nd1＜1.7         (C)；和

vd1＜35          (D)，其中

Bf：投影镜头100中的缩小侧的空气转换(air conversion)后焦距

f：投影镜头100的整个镜头系统的焦距

f1：第一透镜L1的焦距

Nd1：第一透镜L1关于d-线的折射率，和

vd1：第一透镜L1的基于d-线的阿贝数。

在光学元件被布置在最靠近缩小侧(most reduction side)上的透镜表面和缩小侧的共轭表面之间的情形中，空气转换后焦距由光学元件(如滤光器、玻璃罩等)的厚度的空气变换来定义。

希望的是，投影镜头100满足下述公式(B’)，其进一步限定了由公式(B)：1.1＜f1/f＜1.6限定的范围：

1.2＜f1/f＜1.5     (B’)

此外，希望的是，投影镜头100满足下述公式(D’)，其进一步限定了由公式(D)：vd1＜35限定的范围：

vd1＜30          (D’)

投影镜头100可以是满足下述公式(A’)或公式(C’)或公式(D″)的投影镜头：

0.8＜Bf/f＜1.2     (A’)；

1.5＜Nd1＜1.7       (C’)；和

17＜vd1＜35        (D″)

第四透镜L4可具有是非球面的至少一个表面(透镜表面J7或透镜表面 J8中的任一个)，并且第四透镜的外周轮廓可以是非圆形形状，并且同时满足下面的公式(E)和(F)：

Nd4＜1.6       (E)；和

40＜vd4        (F)。

在这种情形下，Nd4是第四透镜L4关于d-线的折射率，并且vd4是第四透镜L4的基于d-线的阿贝数。

希望的是，第四透镜L4满足下面的公式(F’)，其进一步限定了由公式(F)：40＜vd4限定的范围：

50＜vd4        (F’)。

此外，第四透镜可满足下面的公式(E’)或(F″)：

1.4＜Nd4＜1.6      (E’)；或

40＜vd4＜85       (F″)。

在这种情形下，表述“第四透镜的外周轮廓是非圆形形状”指的是从光轴Z1的方向看去时与透镜的圆形形状不同的各种形状。因此，表述“透镜具有非圆形状”指的是从光轴Z1的方向看去时透镜的形状不是圆形的。

上述非圆形形状的实例如图9A、9B和9C中所示。例如，非圆形形状可包括如下形状：当从光轴Z1的方向看去时，从透镜的圆形形状上裁掉一个弓形区域(在-Y方向上定位的区域)而形成的形状，即，被切割成D形(见图9A中所示的非圆形形状)；其中从圆形形状上裁掉两个在Y方向上彼此相对的弓形区域而形成的形状(见图9B中所示的非圆形形状)；和其中从图9B中所示的形状中进一步裁掉一个弓形区域(在-X方向上定位的区域)而形成的形状(图9C中所示的非圆形形状)。

由图1中的第四透镜L4中的虚线表示的区域指的是被裁剪掉的部分(在Y方向上彼此相对的两个弓形区域)，以形成与上文所述的图9B的非圆形形状相同的非圆形形成。

通过这种方式，第四透镜L4被形成为包括有效光线穿过区域的非圆形形状，以便不包括第四透镜L4的其中有效光线的最大高度为最高的(没有有效光线穿过的)不必要的部分。这样可防止透镜的外径变得太大。

具有用于限制由缩小侧的共轭表面Cps发出的光线穿过的范围的开口的孔径光阑部Ko可以被布置在第一透镜L1和第二透镜L2之间。通过提供这种孔径光阑，可以改进缩小侧的远心特性。

所述“孔径光阑”仅需要具有限制光线穿过的功能，并且可包括可调节的膜片。

投影镜头100可同时满足下述公式(G)和(H)：

20＜S/OBJ＜65    (G)；和

2.5＜β/S＜10.0     (H)，其中

S是待被投影到放大侧的共轭表面Cpk上的图像G的最大长度(英寸)，OBJ是待被投影到放大侧的共轭表面Cpk上的图像G的投影距离(m)，并且β是待被投影到放大侧的共轭表面Cpk上的图像G的放大系数。

在这种情形下，表述“最大长度”指的是在图像G被投射到的放大侧的共轭表面Cpk上的投影区域中间距最大的两个点之间的长度。例如，在待被投影到共轭表面Cpk上的图像G为矩形或方形的情况下，所述最大长度被定义为对角线的长度。

此外，图像G的投影距离为从位于最靠近放大侧处的第一透镜L1的放大侧的透镜表面J1中的透镜中心P1(透镜表面J1与光轴Z1的交叉点)到放大侧的共轭表面Cpk的距离。

此外，希望的是，投影镜头100满足下面的公式(I)：

IH＞TH      (I)，其中

IH是形成在缩小侧的共轭表面Cps上的图像G的最大图像高度，TH是除了布置在最靠近缩小侧的第四透镜之外的其他透镜的有效光线的最大高度。

在这种情形下，除第四透镜外的透镜的有效光线的最大高度是穿过除第四透镜之外的第三透镜L3、第二透镜L2和第一透镜L1的有效光线的最大值(离光轴Z1的距离)。

上述每个公式的技术重要性将在下文中被描述。然而，关于公式(A)至(D)的说明将被省略，因为它们已经在上文中被解释过了。因此，下面将仅描述公式(E)至(I)。

公式(E)：Nd4＜1.6调节第四透镜L4关于d-线的折射率。如果Nd4的值超过公式(E)定义的上限，则将变得难以向第四透镜L4应用塑料透镜。这样将难以获得低成本和重量轻的投影镜头100和投影型显示设备200。

公式(F)：40＜vd4调节第四透镜的基于d-线的阿贝数。如果vd4的值低于公式(F)定义的下限，则将变得难以校正色像差。

公式(G)：20＜S/OBJ＜65调节投影图像相对于投影距离的尺寸。如果以S/OBJ的值偏离公式(G)定义的范围的方式构造投影镜头100，则将变得难以执行投影以满足投影图像的适当尺寸和适当的投影距离。

公式(H)：2.5＜β/S＜10.0调节投影图像的尺寸相对于投影图像的放大系数的比率。满足公式(H)能够提高照明效率并实现屏幕的高清晰度，同时抑制设备尺寸的增大到大的尺寸。

公式(I)：IH＞TH调节有效光线的最大高度。如果不满足公式(I)，则将第三透镜L3、第二透镜L2和第一透镜L1形成为非圆形形状的可能性增加，以抑制设备尺寸的增加。这将难以实现成本低和重量轻的设备。

配有上述投影镜头100的投影型显示设备100包括配有光源20的投影光调制单元300、光阀11、将光源20发出的光线引导至光阀11及类似构件的照明光学单元、和上述投影镜头100。投影型显示设备200光学地调制被从光源20引导穿过其上形成图像G的光阀11的光线，并且通过投影镜头100将所述图像放大和投射到布置在放大侧的共轭表面Cpk上的屏幕1上。

如图1所示，在该投影型显示设备200中，带有表示光阀11的成像表面11m上形成的图像G的图像信息的光线经由各种滤光器(如低通滤光器和红外线截止滤光器)、玻璃罩或玻璃块(如图1中的附图标记2ab所示)输入到投影镜头100，并且被放大以便通过投影镜头100投射到布置在放大侧的共轭表面Cpk上的屏幕1上。

特别地，作为上述玻璃块，可以布置能够使照明光与投影光分离的色彩合成装置，如正交分色棱镜用于LCOS的DMD或的棱镜。

此外，上述投影型显示设备200可以是只具有单个光阀11的单面板型或具有多个光阀11的多面板型。 

图8A是图示用于三面板型投影的光调制单元的放大图；以及图8B是图示用于单面板型投影的光调制单元的放大图。

如图8A所示，在投影型显示设备200为三面板型的情形下，投影光调制单元300可具有：光源20；作为光阀的透射性液晶面板11a、11b和11c；照明光学单元25，其将光源20发出的光线分别引导至透射性液晶面板11a 至11c；和正交分色透镜14，其为用于合成穿过透射性液晶面板11a至11c的光线的合成光学系统。照明光学单元25可具有布置在光源20与分色镜12之间的诸如蝇眼透镜(fly-eye lens)之类的积分器19。

从光源20发出的白色光线穿过照明光学单元25以便被分离成三色光线(G光、B光和R光)，并且随后分别地进入与每种颜色对应的液晶面板11a至11c，以经受光调制。

已经通过液晶面板11a至11c经受光调制的每种光线进一步经受由正交分色棱镜14执行的色彩合成，并随后通过投影镜头100投射到屏幕1上。

在这种情况下，分色镜12和13；全反射镜18a、18b和18c；以及聚光透镜16a、16b和16c被布置在光调制单元300的照明光学单元25中。

光调制单元300并不限于上文所述使用透射性液晶显示面板的光调制单元，也可以采用反射性液晶显示面板或其他光调制单元，如DMD。

如图8B所示，作为光阀的液晶面板11t可以是单面板，并且投影光调制单元300可包括由发射R、G、B颜色的LED构成的光源20、单个透射性液晶面板11t、和具有聚光透镜16的照明光学单元25，其中，聚光透镜16用于将光源20发出的光线引导至透射性液晶面板11t，以便促进设备的进一步小型化。照明光学单元25可具有设置在光源20和分色镜12之间的诸如蝇眼透镜之类的积分器19。

与R、G、B中每种颜色对应的图像被顺次地显示在透射性液晶面板11t上，并且具有相应颜色的光线从由R、G、B颜色中的每一种的LED构成的光源20与之同步地输出。RGB颜色中的每一种的光线穿过光学单元25并在液晶面板11t中被光学地调制，在液晶面板11t上形成与RGB颜色中的每一种的发出同步的图像。此外，携带有已经通过液晶面板11t被光学地调制的帧顺序彩色图像的光通过投影镜头100被放大和投射到屏幕1上。

通过这种方式，如果光阀由单面板形成，则可以省略用于色彩分离的前述分色镜12和13、用于色彩合成的正交分色棱镜14、全反射镜18a至18c、以及类似构件。

具体实例

接下来将描述根据本发明的投影镜头的具体实例。在下文关于实例的描述中，相同的附图标记被分配给具有类似作用和效果的元件，并且重复 的描述将被省略。

＜实例1＞

图2是图示实例1的投影镜头的横截面示意图。通过从放大侧顺序地设置是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第一透镜L1、孔径光阑Ko、是在放大侧具有凹面的平凹透镜的第二透镜L2、是朝向缩小侧凸出的正弯月透镜的第三透镜L3、和是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第四透镜L4，构成实例1的投影镜头101。

在图2中，投影光调制单元被布置在投影镜头100的缩小侧上。更特别地，玻璃块2a、玻璃罩2b和光阀11从放大侧开始顺序地设置。

在投影镜头101中，表示形成在光阀11的成像表面11m上的图像的光线(带有图像信息的光线)通过玻璃罩2b和玻璃块2a进入投影镜头，并通过该投影镜头在放大侧上投影。

在使用单个光阀构成投影型显示设备的情况下，玻璃块2a及类似物可以被省略。

此外，投影镜头101被构造为满足上述公式(A)至(I)，如下文中将要描述的表4中所示。

下面的表1示出了关于实例1中的投影镜头101的基本数据。表1的上部给出了透镜数据。表1的下部给出了非球面系数。在透镜数据中，附加至表面编号的标记“*”表示由该表面编号表示的表面为非球面。表1的上部的底部给出了整个镜头系统的焦距(mm)。在表1的上部的透镜数据中，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，...)表示第i个表面和第(i+1)个表面之间在光轴Z1上的距离。透镜数据中的符号Ri和符号Di对应于表示透镜表面或类似物的符号Si(i＝1，2，3，...)。

此外，符号Ndj表示第j个光学元件关于587.6nm波长(d-线)的折射率。最靠近放大侧的光学元件(光学构件)为第一光学元件，并且编号朝向缩小侧依次地增加。此外，符号vdj表示第j个光学元件的基于d-线的阿贝数。

当表面朝向放大侧凸出时，表面的曲率半径为正；并且当表面朝向缩小侧凸出时，曲率半径为负。

[表1]

表1的下部中出现的非球面系数被准备用在下面的非球面方程中，以定义非球面形状。

[数值公式1]

$Z=\frac{Y^2/R}{1+{(1-K\·Y^2/R^2)}^{1/2}}+\underset{i=3}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ai}\·Y^i$

其中

Z：非球形表面的深度(从非球形表面上高度为Y的点到垂直于光轴的与非球形表面的顶点接触的平面的垂直长度)(mm)

Y：高度(到光轴的距离)(mm)

R：近轴曲率半径(mm)

K，Ai：非球面系数(i＝3至n)。

在下面的每个实例中，可按照相同的方式读取透镜数据、非球面系数等，并且关于它们的描述将被省略。

＜实例2＞

图3是图示实例2的投影镜头的横截面示意图。通过从放大侧开始顺序地设置是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第一透镜L1；孔径光阑Ko；构成粘合透镜中的在放大侧的透镜的第二透镜L2；构成粘合透镜中的在缩小侧的透镜的第三透镜L3；和是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第四透镜L4，构成实例2的投影镜头102。

此外，图3图示只有玻璃块2a被布置在投影镜头102的缩小侧的状态。

此外，如下文中将要描述的表4所示，投影镜头102被构造为满足前述所有公式(A)至(I)。

下表2给出了关于实例2中的投影镜头102的基本数据。表2的上部给出了透镜数据。表2的下部给出了非球面系数。

[表2]

＜实例3＞

图4是图示实例3的投影镜头的横截面示意图。通过从放大侧开始顺序地设置是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第一透镜L1；孔径光阑Ko；是具有朝向放大侧的凹面的负弯月透镜的第二透镜L2；是具有朝向缩小侧的凸面的正弯月透镜的第三透镜L3；和是在光轴Z上具有双凸形状的双非球面透镜的第四透镜L4，构成实例3的投影镜头103。

此外，图4图示只有玻璃块2a被布置在投影镜头103的缩小侧的状态。

此外，如下文中将要描述的表4所示，投影镜头103被构造为满足前述所有公式(A)至(I)。

下表3给出了关于实例3中的投影镜头103的基本数据。表3的上部给出了透镜数据。表3的下部给出了非球面系数。

[表3]

图5至7是图示实例1至3中的投影镜头的各种像差(分别是球面像差、像散、失真和横向色像差)的示意图。在图示像差的示意图中，ω表示半视场角。在图示球面像差的示意图中，图示了关于d-线、F-线和C-线的像差曲线。在图示横向色像差的示意图中，图示了光源d-线的F-线(虚线：下文中也是如此)和C-线(双点划线：下文中也是如此)的像差曲线。如图5至7所示，每种像差(如畸变或横向色像差)在实例1至3中被以出色的方式校正。

本发明的投影镜头不仅限于前述实例，各种修改都是可能的。例如，每个透镜的曲率半径和透镜之间的距离(或透镜厚度)D可通过适当的方式改变。

此外，本发明的投影型显示设备不仅限于前述结构。包括本发明的投影镜头的投影型显示设备可以各种方式构造而成。例如，光阀可以是透射性的或反射性的液晶显示装置、微镜装置(例如，由德州仪器公司(Texas Instruments Incorporated)制造的数字微镜装置)等。微镜装置包括布置在基本平坦的平面上的大量微镜，并且所述大量微镜中的每一个的倾角都是可变的。此外，可基于光阀的类型通过适当的方式选择照明光学系统的结构。

[表4]

Claims (18)

1.一种投影镜头，该投影镜头在缩小侧是远心的，并且将形成在缩小侧的共轭表面上的图像放大和投射到放大侧的共轭表面上，并且该投影镜头仅包括：

第一透镜，具有正光焦度并且具有是非球面表面的至少一个表面；

第二透镜，具有负光焦度并且在放大侧具有凹面；

第三透镜，具有正光焦度并且在缩小侧具有凸面；和

具有正光焦度的第四透镜，

上述四个透镜从放大侧开始顺序地布置，

其中，以下公式(A)、(B)、(C)和(D)被同时满足：

0.8＜Bf/f   (A)；

1.1＜f1/f＜1.6   (B)；

Nd1＜1.7   (C)；和

vd1＜35   (D)，其中

Bf是缩小侧的空气转换后焦距，

f是整个镜头系统的焦距，

f1是第一透镜的焦距，

Nd1是第一透镜的折射率，和

vd1是第一透镜的阿贝数。

2.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，所述第四透镜具有是非球面表面的至少一个表面并且第四透镜的外周轮廓为非圆形形状，并且下述公式(E)和(F)被同时满足：

Nd4＜1.6   (E)；和

40＜vd4   (F)，其中

Nd4是第四透镜的折射率，和

vd4是第四透镜的阿贝数。

3.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其中，在第一透镜和第二透镜之间设有孔径光阑，所述孔径光阑限制从该孔径光阑中穿过的从缩小侧的共轭表面发射的光线的范围。

4.根据权利要求1或2所述的投影镜头，其中，同时满足下述公式(G)和(H)：

20＜S/0BJ＜65   (G)；和

2.5＜β/S＜10.0   (H)，其中

S是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的最大长度，

OBJ是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的投影距离，以及

β是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的放大系数。

5.根据权利要求4所述的投影镜头，其中下述公式(I)被满足：

IH＞TH   (I)，其中

IH是缩小侧的共轭表面上的光束的最大高度，以及

TH是除最靠近缩小侧布置的透镜之外的透镜的有效光线的最大高度。

6.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，下述公式(A’)被满足：

0.8＜Bf/f＜1.2   (A’)。

7.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，下述公式(B’)被满足：

0.8＜Bf/f＜1.5   (B’)。

8.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，下述公式(C’)被满足：

1.5＜Nd1＜1.7   (C’)。

9.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，下述公式(D’)被满足：

vd1＜30   (D’)。

10.根据权利要求1所述的投影镜头，其中，下述公式(D”)被满足：

17＜vd1＜35   (D″)。

11.根据权利要求2所述的投影镜头，其中，下述公式(E’)被满足：

1.4＜Nd4＜1.6   (E’)。

12.根据权利要求2所述的投影镜头，其中，下述公式(F’)被满足：

50＜vd4   (F’)。

13.根据权利要求2所述的投影镜头，其中，下述公式(F″)被满足：

40＜vd4＜85   (F″)。

14.根据权利要求3所述的投影镜头，其中，同时满足下述公式(G)和(H)：

20＜S/0BJ＜65   (G)；和

2.5＜β/S＜10.0   (H)，其中

S是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的最大长度，

OBJ是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的投影距离，以及

β是待被投影到放大侧的共轭表面上的图像的放大系数。

15.一种投影型显示设备，包括：

光源；

光阀；

将光源输出的光线引导至光阀的照明光学单元；和

权利要求1或2所述的投影镜头，其中，光源输出的光线被光阀光学地调制，并且经光学地调制的光线通过所述投影镜头被投射。

16.一种投影型显示设备，包括：

光源；

光阀；

将光源输出的光线引导至光阀的照明光学单元；和

权利要求3所述的投影镜头，其中，光源输出的光线被光阀光学地调制，并且经光学地调制的光线通过所述投影镜头被投射。

17.根据权利要求15所述的投影型显示设备，其中，所述显示设备为仅配有单个光阀的单面板型显示设备。

18.根据权利要求16所述的投影型显示设备，其中，所述显示设备为仅配有单个光阀的单面板型显示设备。