CN104656231A - 投影透镜和图像显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种投影透镜，用于图像显示设备，所述图像显示设备包括图像显示元件，并且以放大的方式将在所述图像显示元件的图像显示表面上所显示的图像作为投影图像投影并显示在被投影表面上，所述投影透镜按照从放大侧到缩小侧的顺序包括：由至少八个透镜构成的且具有正折射力的第一透镜组；光圈；以及由少于或等于四个透镜构成的且具有正折射力的第二透镜组，其中，第一透镜组包括一个或多个非球面透镜，并且在第一透镜组中所包括的一个或至少一个非球面透镜在所述透镜的最外围部分具有最大厚度。

Description

投影透镜和图像显示设备
技术领域
本发明涉及投影透镜和图像显示设备。可将该图像显示设备实施为投影仪设备。
背景技术
近年来，投影仪设备已广泛用于商业展示、学校的教育用途和家庭用途。
以放大的方式在图像显示表面上显示所要投影的图像的图像显示元件被称为光阀(light valve)；然而，已知各种类型的图像显示元件，例如液晶面板等。
近几年来，由德州仪器公司所生产的数字微镜(micromirror)设备(DMD)代表的微镜设备作为光阀已引起关注。
无庸赘言，优选将投影透镜适用于各种光阀。
此外，还具有对投影透镜是广角的需求。
已知一种具有透镜系统和反射镜的组合的投影光学系统作为具有宽视角的投影仪设备。
在包括反射镜的投影光学系统中，投影镜往往变大，因此，需要为投影仪设备小型化独出心裁。
在投影光学系统由透镜系统构成的情况下，需要为宽视角独出心裁。
通常提出各种类型的透镜作为具有宽视角和固定对焦的投影透镜。
首先，日本专利第4847110号公开了一种由两个透镜组所构成的高性能的投影透镜，其失真(distortion)低至-1.5％，并实现了56度的半视角。
近年来，要求进一步缩短投影仪设备与屏幕之间的距离并显示更大尺寸的投影图像。
为了实现上述目标，需要实现具有更宽视角的投影透镜。
发明内容
本发明的目的是实现具有更宽视角和更良好性能的投影透镜。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种投影透镜，用于图像显示设备，所述图像显示设备包括图像显示元件，并且以放大的方式将在所述图像显示元件的图像显示表面上所显示的图像作为投影图像投影并显示在被投影表面上，所述投影透镜按照从放大侧到缩小侧的顺序包括：由至少八个透镜构成的且具有正折射力的第一透镜组；光圈；以及由少于或等于四个透镜构成的且具有正折射力的第二透镜组，其中，第一透镜组包括一个或多个非球面透镜，并且在所述第一透镜组中所包括的一个或至少一个非球面透镜在所述透镜的最外围部分具有最大厚度。
附图说明
图1A是示出示例1的投影透镜的结构的剖面图，并且图1B是示出了其中斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
图2示出了示例1的投影透镜的失真示图。
图3A是示出示例2的投影透镜的结构的剖面图，并且图3B是示出其中斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
图4示出了示例2的投影透镜的失真示图。
图5A是示出示例3的投影透镜的结构的剖面图，并且图5B是示出其中斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
图6示出了示例3的投影透镜的失真示图。
图7A是示出示例4的投影透镜的结构的剖面图，并且图7B是示出其中斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
图8示出了示例4的投影透镜的失真示图。
图9A是示出示例5的投影透镜的结构的剖面图，并且图9B是示出其中斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
图10示出了示例5的投影透镜的失真示图。
图11是示出作为图像显示设备的投影仪设备的结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明本发明的实施例。
图1A和1B、图3A和3B、图5A和5B、图7A和7B及图9A和9B示出了根据本发明的实施例的投影透镜的五个示例。
上述附图中所示的投影透镜依次与下文描述的具体示例1至5相对应。在上述附图中的每个附图中，左侧是放大侧(enlargement side)，右侧是缩小侧(reduction side)。
为了避免复杂，将共同的参考标记用于上述附图中。
在上述附图中的每个附图中，参考标记G1和参考标记G2分别表示第一透镜组和第二透镜组。在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间设置有光圈(aperture)。
就是说，在上述附图中的每个附图中示出的根据本发明的实施例的每个示例的投影透镜均具有双透镜组结构，在所述结构中，从放大侧至缩小侧依次设置第一透镜组G1、光圈和第二透镜组G2。
在图1A、3A、5A、7A和9A中的每个图中的参考标记CG表示图像显示元件(光阀)的防护玻璃(cover glass)。
一般而言，主要将斜光线(oblique ray)用作成像光线以便由投影透镜以放大的方式显示，并且还在根据本发明的实施例的每个示例的投影透镜中，由斜光线进行成像。
在由斜光线成像的情况下，在图像侧(放大侧)的透镜中，出现成像光线不穿过的部分。
图1A、3A、5A、7A和9A中的每个是示出透镜结构的剖面图，图1B、3B、5B、7B和9B是示出斜光线穿过投影透镜的状态的剖面图。
如图1B、3B、5B、7B和9B中每个图所示，第一透镜组G1的一部分透镜具有如下这样的形状：其中成像光线不穿过的透镜部分被切割并移除。
通过使用这种形状的透镜，可以使投影透镜小型化，减少投影透镜的重量并最终减少投影仪设备自身的重量。
注意，如图1B、3B、5B、7B和9B中的每个图所示，第一透镜组G1的构成进行聚焦的移动组的透镜不被切割并移除。
这是因为在移动组的透镜被切割并移除的情况下，增加了聚焦机制的复杂度和形成的难度。
成像光线不穿过的透镜部分被切割并移除的形状仅仅是对形状的说明，并不必然意味着从相对于光轴对称形成的透镜中切割并移除不必要的部分。
例如，图1B、3B、5B、7B和9B中的每个图中的第一透镜组G1中的每个透镜均可以通过诸如模具成型等这样的生产方法最初形成为成像光线不穿过的透镜部分被切割并移除的形状。
在示例1至5中，将作为微镜设备的DMD(数字微镜设备)设想为图像显示元件；然而，毋庸赘言，图像显示元件并不限于此。
上述附图中的每个附图所示出的根据本发明实施例的每个投影透镜的第一透镜组G1和第二透镜组G2中的每个均具有正折射力(positive refractivepower)。
就是说，投影透镜的折射力分布是正的。
为了实现宽视角和高性能二者，优选所谓的正透镜前置类型(positive lenspreceding type)，就是说，作为第一透镜组G1，正透镜组优选地设置在第二透镜组G2之前，并且在根据本发明实施例的投影透镜中，如上所述，正透镜组设置在第二透镜组G2之前。
此外，通过沿光轴方向移动构成第一透镜组G1的透镜的一部分来进行聚焦。
在示例1至5的每个示例中，第一透镜组G1由至少八个透镜构成，并且第二透镜组G2由少于或者等于四个透镜构成。
此外，第一透镜组G1包括至少一个非球面(aspherical)透镜，其包括具有在垂直于光轴的方向上的弯曲点(inflection point)的非球面透镜表面，并且在透镜的最外围部分具有最大的厚度。
通过针对第一透镜组G1使用具有这种形状的非球面透镜，可以实现非常规的宽视角，并且有利地抑制失真的发生。
示例1至5中的每个示例均具有宽视角，其半视角等于或者大于60度。
作为构成第一透镜组G1的透镜，需要至少八个透镜以便具有等于或大于60度的半视角，并且有利地校正各种像差(aberration)。
在示例1至5的每个示例中，第一透镜组G1中所包括的至少八个透镜中的至少五个透镜是负透镜，这使得容易实现宽视角。
从投影透镜的最放大侧(most enlargement side)的透镜表面到被投影表面的距离称为投影距离。
通过将第一透镜组G1分为固定组和至少一个移动组，即使投影距离改变，也可以通过移动该移动组来进行在被投影表面上的聚焦。
第一透镜组G1的一部分是固定组，因此，可以获得抑制由在生产时发生的透镜偏心所导致的性能恶化的效果。
注意，实际的被投影表面通常是屏幕。
如上所述，如图1B、3B、5B、7B和9B中的每个图所示，斜光线的路径被保持，第一透镜组G1的移动组的透镜不被切割，并且只有第一透镜组G1的固定组被切割并移除。
除了上述结构以外，还通过满足下面的条件表达式(1)至(6)中至少一个，根据本发明的实施例的投影透镜可以实现更良好的性能。
(1)0.48＜F1/F2＜0.86
(2)2.1＜|FA1/F1|＜3.0
(3)3.9＜H1s/H1e＜9.2
(4)3.8＜L101-b/L101-a＜4.4
(5)25.9＜OAL/F＜28.6
(6)4.0＜Bf/F＜4.3
在条件表达式(1)至(6)中，每个参数的参考符号如下。
参考符号F1是第一透镜组G1的焦距，并且参考符号F2是第二透镜组G2的焦距。
参考符号FA1是设置在第一透镜组G1的最放大侧的非球面透镜的焦距。
参考符号H1s是在第一透镜组G1的最放大侧的透镜的有效直径，并且参考符号H1e是第一透镜组G1的最缩小侧的透镜的有效直径。
参考符号L101-a是在最放大侧的透镜的最薄部分的厚度，并且参考符号L101-b是在最放大侧的透镜的最厚部分的厚度。
参考符号OAL是从第一透镜组G1的最放大侧的透镜表面到图像显示元件的图像显示表面的距离。
参考符号F是投影透镜的整个光学系统的焦距，并且参考符号Bf是从最缩小侧的透镜表面到图像显示元件的图像显示表面的距离。
条件表达式(1)是针对宽视角和有利的像差校正的有效条件。
为了实现稍后所描述的每个示例中的投影时半视角超过60度的广角透镜，焦距须不可避免地被缩短。
在这种情况下，具有正折射力的第一透镜组G1以及具有正折射力的第二透镜组G2的透镜结构对于具有广角和延长后焦距来说是有效的。
当F1/F2的值超过条件表达式(1)的上限值时，第一透镜组G1的折射力的绝对值变得相对较小，并且场曲率(field curvature)趋向于变大。
当F1/F2的值超过条件表达式(1)的下限值时，第一透镜组G1的折射力的绝对值变得相对较大，并且像散差(astigmatic difference)趋向于变大。
通过满足条件的表达式(1)，可以获得像散校正的最佳的解决方案，并且易于抑制场曲率的增大。
条件表达式(2)是关于失真和像散的像差校正的条件。
通过满足条件表达式(2)，易于抑制失真和像散。如果不满足条件表达式(2)，则失真和像散往往增大，因此，优选满足条件表达式(2)。
条件表达式(3)是用于实现广角的有效条件。通过满足条件表达式(3)，可易于实现超过60度的半视角并且减少各种像差。
当值H1s/H1e超过条件表达式(3)的下限值时，放大侧的透镜的力度变强，并且当投影距离改变时，性能的变化趋向于变大。
当H1s/H1e的值超过条件表达式(3)的上限值时，放大侧的透镜的直径变大，这有利于像差校正；然而，透镜的更大的直径往往导致加工成本的增加。
条件表达式(4)是针对场曲率校正的有效条件。
条件表达式(4)的参数：L101-b/L101-a是透镜(L101)的最大厚度/透镜(L101)的最小厚度，并且被称为厚度不均匀率。
条件表达式(4)是将最放大侧的透镜的厚度不均匀率设置为等于或大于3.8的条件，并且通过满足条件表达式(4)，可有效地校正场曲率。
如果不满足条件表达式(4)，则场曲率没有被充分纠正。
条件表达式(5)是针对彗形(coma)像差和倍率色像差的进行校正的有效条件。
当OAL/F的值超过条件表达式(5)的下限值时，整个光程被缩短，这有利于小型化；然而彗形像差和倍率色像差趋向于变大。
当OAL/F的值超过条件表达式(5)的上限值时，对于校正彗形像差和倍率色像差是有效的；然而，整个光程变大，并且难以既实现高性能又实现小型化。
条件表达式(6)是对后焦距与整个光学系统的焦距的比率进行调节的条件，以及总体地影响像差的条件。
当Bf/F的值超过条件表达式(6)的上限值或下限值时，对球面像差和彗形像差的影响往往变得尤为明显。
与条件表达式(4)相关的厚度被定义为在最放大侧的透镜的缩小侧的透镜表面的任意位置处的、竖直于该透镜表面并向该透镜内部延伸的法线的开始点与结束点之间的距离，所述结束点为该法线与最放大侧的透镜的放大侧的透镜表面相交的点。
在描述投影透镜的具体示例之前，参照图11，将简要说明根据本发明的实施例的作为图像显示设备的投影仪设备。
图11中示出的投影仪设备1是如下这样的示例：将作为微镜设备的DMD(数字微镜设备)3应用于该示例，用作作为图像显示元件的光阀。
投影仪设备1包括照明光学系统2、作为光阀的DMD 3以及作为投影光学系统的投影透镜4。
可具体使用示例1至5中的任何一个作为投影透镜4。
从照明光学系统2，RGB(红色、绿色和蓝色)三种颜色中的每种颜色的光在时间上被分开并发出到DMD 3。
在DMD 3中，通过选择性地倾斜在其图像显示表面以阵列方式二维设置的微镜来进行图像显示。
当三个在时间上被分开的颜色中的每个颜色的光被发出时，控制与每个像素相对应的每个微镜的倾斜。
要被投影的图像从而被显示在DMD 3的图像显示表面上，并且由该图像进行了强度调制的投影光束(luminous flux)入射到投影透镜4。
入射的投影光束由投影透镜4成像，然后所成像的图像以放大的方式投影在作为被投影表面的屏幕5上作为投影图像。
照明光学系统2包括光源21、聚光透镜CL、RGB色轮CW和平面镜M，并且必须确保稍大一些的空间来设置它们。
因此，从照明光学系统2向DMD 3发出的照明光的入射角需要稍大一些。
由于这种关于用于投影透镜4和照明光学系统2的空间的关系，投影透镜4需要在一定程度上确保后焦距。
在示例1至5中的每个示例的投影透镜4中，当聚焦时，第二透镜组G2被固定，因此，即使在聚焦的同时，也可确保足够大的后焦距。
[示例]
在下文中，将说明根据本发明的实施例的投影透镜的五个具体示例。
每个示例中的参考符号的含义如下。
F：整个光学系统的焦距
Fno：光圈数(f-number)
R：曲率半径(非球面表面的近轴曲率半径)
D：表面之间的距离
Nd：折射率
υd：阿贝数(Abbe's number)
BF：后焦距
非球面表面由以下已知的表达式定义。
X＝(H2/R)/[1+{1-K(H/r)2}1/2]+C4·H4+C6·H6+C8·H8+C10·H10+···
在上述表达式中，X是当表面的顶点作为基准时在对应于与光轴相距高度H的位置处沿光轴方向的位移，K是圆锥系数，并且C4、C6、C8、C10...是非球面系数。
在示例1至5的每个示例中，DMD被设想为光阀，并且DMD具有防护玻璃CG。
[示例1]
图1A和图1B中的每个图均示出了示例1的投影透镜。
如图1A和图1B中的每个图所示，第一透镜组G1由十个透镜L101至L110构成，并且第二透镜组G2由四个透镜L201至L204构成。
第一透镜组G1是正透镜组，并且在第一透镜组G1中，以从放大侧至缩小侧的顺序设置透镜L101至L110。
设置在最放大侧的透镜L101被认为是负弯月透镜形式。
透镜L101的放大侧的表面是非球面表面，该非球面表面在围绕光轴的透镜L101的中心部分的放大侧上具有凹形，在与光轴垂直的方向上具有弯曲点，并且在透镜L101的外围部分的放大侧上具有凸形。此外，透镜L101在透镜L101的最外围部分具有最大厚度。
此外，透镜L101具有大的厚度不均匀率。
透镜L102是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L103是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L104是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜，透镜L105是双凸透镜，透镜L106是双凹透镜，并且透镜L107是双凸透镜。
透镜L108是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L109是在放大侧具有凸面的正弯月透镜。
透镜L110是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜。
因此，构成第一透镜组G1的十个透镜中的透镜L101、L102、L103、L106和L108是负透镜，并且其余五个透镜是正透镜。
第一透镜组G1的三个透镜L108、L109和L110构成当聚焦时沿光轴方向移动的移动组。第一透镜组G1中除了透镜L108、L109和L110以外的透镜构成固定组。
第二透镜组G2是由四个透镜L201、L202、L203和L204构成的正透镜组。
透镜L201是在放大侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L202是双凸透镜。
透镜L203是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，透镜L204是双凸透镜，并且透镜L203和L204结合在一起。
注意，在有关示例1至5的说明中，双凸透镜是正透镜的形式，并且双凹透镜是负透镜的形式。
此外，条件表达式(4)的参数L101-a和L101-b如图1A中所示，并且在示例1之后的后续示例的图3A、5A、7A和9A中也是同样如此。
在示例1中，整个光学系统的焦距的范围：F、光圈数：Fno、在广角端的半视角：ωw，如下所示。
F＝5.76mm，Fno＝2.55，并且ωw＝62.9°。
表1中示出了示例1的数据。
[表1]
在表1中，在最左边的列中的数字是从放大侧向缩小侧数的表面号，并且包括光圈表面(表1中的表面号:21)和防护玻璃CG表面(表1中的表面号:29、30)。
表1中的INF表示曲率半径是无限的，并且带*(星号)的表面号表示非球面表面。
这些项目在示例1之后的后续示例中也是如此。
“非球面表面的数据”
表2中示出了非球面表面的数据。
[表2]
1 2 5 6 28
k 0 -3.13791 0 0.00176 -2.05990
C4 1.2782E-05 -4.4052E-06 5.7935E-06 2.1791E-05 3.6035E-05
C6 -5.1880E-09 3.6435E-08 6.6393E-10 -6.6557E-08 3.6414E-07
C8 6.1110E-14 -3.4915E-11 -1.2218E-11 -6.0931E-11 -2.4268E-09
C10 1.2163E-15 3.1234E-14 -7.7292E-15 -1.2366E-13 1.6945E-11
C12 -4.8641E-19 -6.1797E-17 7.7207E-19 -1.5351E-17 -8.4467E-16
C14 6.1636E-23 6.7928E-20 3.9049E-20 1.0605E-18 3.9036E-21
C16 2.0803E-28 -1.3538E-23 -6.9047E-24 -4.1268E-22 -1.1916E-25
C18 -1.5008E-32 1.1499E-27 1.8264E-26 5.0031E-24 0.0000E+00
C20 1.0972E-35 -6.9572E-31 6.4072E-29 -2.3351E-26 0.0000E+00
表1中的s14和s20各表示在聚焦时表面之间的改变的距离。表3中的s0表示表面号1的透镜表面与屏幕之间的距离，其是投影距离。
在表3中，示出了当改变投影距离s0时的距离s14和s20。
[表3]
s0 s14 s20
705 3.76 3.31
523 3.61 3.47
1062 4.29 2.79
“每个条件表达式的参数的值”
在表4中，示出了条件表达式(1)到(6)的参数的值。
[表4]
(1) F1/F2 0.67
(2) FA1/F1 2.55
(3) H1s/H1e 7.3
(4) L101-b/L101-a 3.9
(5) OAL/F 26.9
(6) Bf/F 4.1
在图2中，示出了示例1的像差示图。
在图2中，上部示图、中间示图和下部示图分别示出了当投影距离为705mm、523mm和1062mm时的像差。
在上部示图、中间示图和下部示图中的每个示图中，左边的示图示出了球面像差，中间的示图示出了像散并且右边的示图示出了失真。
球面像差示图中的R、G和B分别示出了R＝625nm、G＝550nm和B＝460nm的波长。
像散示图中的T和S分别示出了关于切向光线(tangential ray)和弧矢光线(sagittal ray)的特性。
注意，对于像散和失真，示出了关于550nm波长的特性。
对于像差示图的描述在下文示例2至5的像差示图中同样如此。
[示例2]
图3A和图3B各示出了示例2的投影透镜。
如图3A和图3B中的每个图所示，第一透镜组G1由十个透镜L101至L110构成，并且第二透镜组G2由四个透镜L201至L204构成。
第一透镜组G1和第二透镜组G2各具有正屈光力(positive power)。
透镜L101被认为是负弯月透镜的形式。
透镜L101的放大侧的表面是非球面表面，该非球面表面在围绕光轴的透镜L101的中心部分的放大侧上具有凹形，在与光轴垂直的方向上具有弯曲点，并且在透镜L101的外围部分的放大侧上具有凸形。此外，透镜L101在透镜L101的最外围部分具有最大厚度。
此外，透镜L101具有大的厚度不均匀率。
透镜L102是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L103是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L104是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜，透镜L105是双凸透镜，透镜L106是双凹透镜，并且透镜L107是双凸透镜。
透镜L108是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L109是在放大侧具有凸面的正弯月透镜。
透镜L110是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜。
因此，十个透镜中构成第一透镜组G1的透镜L101、L102、L103、L106和L108是负透镜，其余五个透镜是正透镜。
第一透镜组G1的三个透镜L108、L109和L110构成当聚焦时沿光轴方向移动的移动组。第一透镜组G1中除了透镜L108、L109和L110以外的透镜构成固定组。
第二透镜组G2由四个透镜L201、L202、L203和L204构成。
透镜L201是在放大侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L202是双凸透镜。
透镜L203是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，透镜L204是双凸透镜。
在示例2中，整个光学系统的焦距的范围：F、光圈数：Fno以及在广角端的半视角：ωw，如下所示。
F＝5.76mm，Fno＝2.55并且ωw＝62.9°。
表5中示出了示例2的数据。
[表5]
“非球面表面的数据”
表6中示出了非球面表面的数据。
[表6]
1 2 5 6 28 29
R -61.0847807 57.12358449 39.28252112 19.17001385 17.06053407 -20.5813628
k 0 -3.10576 0 0.00514 -0.77497 -1.26823
C4 1.2811E-05 4.0193E-06 5.8201E-06 2.1932E-05 -2.1349E-05 2.7354E-05
C6 -5.1982E-09 3.6969E-08 8.4284E-10 -6.6624E-08 1.3518E-07 3.5249E-07
C8 5.9241E-14 -3.5718E-11 -1.1560E-11 -6.0678E-11 5.1115E-10 -1.2703E-09
C10 1.2162E-15 3.0939E-14 -5.8624E-15 -1.2044E-13 -7.8960E-12 1.6861E-11
C12 -4.8629E-19 -6.0915E-17 4.5480E-19 4.6313E-19 0.0000E+00 -8.4323E-16
C14 6.1699E-23 6.9092E-20 3.8289E-20 1.1046E-18 0.0000E+00 4.0149E-21
C16 2.3230E-28 -1.3168E-23 -6.4619E-24 -3.1040E-22 0.0000E+00 -1.1720E-25
C18 -1.0977E-32 5.5709E-28 1.8923E-26 5.0674E-24 0.0000E+00 0.0000E+00
C20 4.6753E-37 -6.4150E-31 6.4406E-29 -2.8737E-26 0.0000E+00 0.0000E+00
在表7中，示出了当改变投影距离：s0时，表面之间的距离：s14与s20。
[表7]
s0 s14 s20
690 3.08 3.07
505 3.73 2.45
1068 2.59 3.52
“每个条件表达式的参数的值”
在表8中，示出了条件表达式(1)到(6)的参数的值。
[表8]
(1) F1/F2 0.76
(2) FA1/F1 2.30
(3) H1s/H1e 4.3
(4) L101-b/L101-a 3.9
(5) OAL/F 27.6
(6) Bf/F 4.2
在图4中，示出了示例2的像差示图。
[示例3]
图5A和图5B各示出了示例3的投影透镜。
如图5A和图5B中的每个图中所示，第一透镜组G1由十个透镜L101至L110构成，并且第二透镜组G2由四个透镜L201至L204构成。
第一透镜组G1和第二透镜组G2各具有正屈光力。
透镜L101被认为是负弯月透镜的形式。
透镜L101的放大侧的表面是非球面表面，该非球面表面在围绕光轴的透镜L101的中心部分的放大侧上具有凹形，在与光轴垂直的方向上具有弯曲点，并且在透镜L101的外围部分的放大侧上具有凸形。此外，透镜L101在透镜L101的最外围部分具有最大厚度。
此外，透镜L101具有大的厚度不均匀率。
透镜L102是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L103是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L104是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜，透镜L105是双凸透镜，透镜L106是双凹透镜，并且透镜L107是双凸透镜。
透镜L108是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L109是在放大侧具有凸面的正弯月透镜。
透镜L110是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜。
因此，十个透镜中构成第一透镜组G1的透镜L101、L102、L103、L106和L108是负透镜，其余五个透镜是正透镜。
第一透镜组G1的三个透镜L108、L109和L110构成当聚焦时沿光轴方向移动的移动组。第一透镜组G1中除了透镜L108、L109和L110以外的透镜构成固定组。
第二透镜组G2由四个透镜L201、L202、L203和L204构成。
透镜L201是在放大侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L202是双凸透镜。
透镜L203是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L204是双凸透镜。
在示例3中，整个光学系统的焦距的范围：F、光圈数：Fno以及在广角端的半视角：ωw，如下所示。
F＝5.79mm，Fno＝2.55并且ωw＝62.7°。
表9中示出了示例3的数据。
[表9]
“非球面表面的数据”
表10中示出了非球面表面的数据。
[表10]
1 2 5 6 29
R -60.7943235 57.88501454 39.49475237 19.53191978 -24.9950535
k 0 -3.42446 0 0.00194 -2.23382
C4 1.2775E-05 -4.3475E-06 5.7978E-06 2.1782E-05 3.7197E-05
C6 -5.1918E-09 3.6800E-08 7.8597E-10 -6.6729E-08 3.7704E-07
C8 6.0442E-14 -3.4962E-11 -1.2161E-11 -6.1390E-11 -2.1106E-09
C10 1.2162E-15 3.1062E-14 -7.8574E-15 -1.2416E-13 1.5193E-11
C12 -4.8639E-19 -6.1804E-17 6.6198E-19 -1.4161E-17 -8.4355E-16
C14 6.1646E-23 6.8033E-20 3.8943E-20 1.0667E-18 4.0753E-21
C16 2.1296E-28 -1.3374E-23 -7.0435E-24 -3.5380E-22 -1.1916E-25
C18 -1.4476E-32 1.4743E-27 1.8022E-26 5.2031E-24 0.0000E+00
C20 6.2875E-36 3.0334E-32 6.3585E-29 -2.4273E-26 0.0000E+00
在表11中，示出了当改变投影距离：s0时，表面之间的距离：s14和s20。
[表11]
s0 s14 s20
695 7.84 3.41
517 7.54 3.71
1045 8.43 2.81
“每个条件表达式的参数的值”
在表12中，示出了条件表达式(1)到(6)的参数的值。
[表12]
(1) F1/F2 0.58
(2) FA1/F1 2.84
(3) H1s/H1e 3.9
(4) L101-b/L101-a 4.3
(5) OAL/F 27.6
(6) Bf/F 4.2
在图6中，示出了示例3的像差示图。
[示例4]
图7A和图7B各示出了示例4的投影透镜。
如图7A和图7B中的每个图中所示，第一透镜组G1由十个透镜L101至L110构成，并且第二透镜组G2由四个透镜L201至L204构成。
第一透镜组G1和第二透镜组G2各具有正屈光力。
透镜L101被认为是负弯月透镜的形式。
透镜L101的放大侧的表面是非球面表面，该非球面表面在围绕光轴的透镜L101的中心部分的放大侧上具有凹形，在与光轴垂直的方向上具有弯曲点，并且在透镜L101的外围部分的放大侧上具有凸形。此外，透镜L101在透镜L101的最外围部分具有最大厚度。
此外，透镜L101具有大的厚度不均匀率。
透镜L102是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L103是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L104是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜，透镜L105是双凸透镜，透镜L106是双凹透镜，并且透镜L107是双凸透镜。
透镜L108是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L109是在放大侧具有凸面的正弯月透镜。
透镜L110是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜。
因此，十个透镜中构成第一透镜组G1的透镜L101、L102、L103、L106和L108是负透镜，其余五个透镜是正透镜。
第一透镜组G1的六个透镜L102、L103、L104、L105、L106和L107以及三个透镜L108、L109和L110各构成当聚焦时沿光轴方向移动的移动组。第一透镜组G1中除了透镜L102至L107、透镜L108至L110以外的透镜(透镜L101)构成固定组。
第二透镜组G2由四个透镜L201、L202、L203和L204构成。
透镜L201是在放大侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L202是双凸透镜。
透镜L203是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，透镜L204是双凸透镜。
在示例4中，整个光学系统的焦距的范围：F、光圈数：Fno以及在广角端的半视角：ωw，如下所示。
F＝5.76mm，Fno＝2.55并且ωw＝62.9°。
表13中示出了示例4的数据。
[表13]
“非球面表面的数据”
表14中示出了非球面表面的数据。
[表14]
1 2 5 6 28 29
k 0 -3.12165 0 0.00514 -0.77486 -1.26874
C4 1.2810E-05 -4.0251E-06 5.8202E-06 2.1932E-05 -2.1346E-05 2.7360E-05
C6 -5.1982E-09 3.6968E-08 8.4213E-10 -6.6623E-08 1.3529E-07 3.5248E-07
C8 5.9241E-14 -3.5711E-11 -1.1566E-11 -6.0674E-11 5.1247E-10 -1.2711E-09
C10 1.2162E-15 3.0950E-14 -5.8637E-15 -1.2043E-13 -7.8957E-12 1.6851E-11
C12 -4.8629E-19 -6.0908E-17 4.5402E-19 4.7866E-19 0.0000E+00 -8.4319E-16
C14 6.1699E-23 6.9096E-20 3.8288E-20 1.1046E-18 0.0000E+00 4.0150E-21
C16 2.3209E-28 -1.3167E-23 -6.4634E-24 -3.1087E-22 0.0000E+00 -1.1720E-25
C18 -1.1098E-32 5.5731E-28 1.8921E-26 5.0634E-24 0.0000E+00 0.0000E+00
C20 4.3389E-37 -6.3918E-31 6.4402E-29 -2.8765E-26 0.0000E+00 0.0000E+00
在表15中，示出了当改变投影距离：s0时，表面之间的距离：s2、s14和s20。
[表15]
s0 s2 s14 s20
690 18.53 3.08 3.08
506 18.62 3.57 2.63
1072 18.46 2.57 3.52
“每个条件表达式的参数的值”
在表16中，示出了条件表达式(1)到(6)的参数的值。
[表16]
(1) F1/F2 0.76
(2) FA1/F1 2.29
(3) H1s/H1e 7.9
(4) L101-b/L101-a 4.0
(5) OAL/F 27.6
(6) Bf/F 4.2
在图8中，示出了示例4的像差示图。
[示例5]
图9A和图9B各示出了示例5的投影透镜。
如图9A和图9B中的每个图中所示，第一透镜组G1由八个透镜L101至L108构成，并且第二透镜组G2由四个透镜L201至L204构成。
第一透镜组G1和第二透镜组G2各具有正屈光力。
透镜L101被认为是负弯月透镜的形式。
透镜L101的放大侧的表面是非球面表面，该非球面表面在围绕光轴的透镜L101的中心部分的放大侧上具有凹形，在与光轴垂直的方向上具有弯曲点，并且在透镜L101的外围部分的放大侧上具有凸形。此外，透镜L101在透镜L101的最外围部分具有最大厚度。
此外，透镜L101具有大的厚度不均匀率。
透镜L102是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L103是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L104是双凹透镜，透镜L105是双凸透镜，透镜L106是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜。
透镜L107在放大侧具有凸面的正弯月透镜，并且透镜L108是在缩小侧具有凸面的正弯月透镜。
因此，构成第一透镜组G1的八个透镜中的透镜L101、L102、L103、L104和L106是负透镜，其余三个透镜是正透镜。
第一透镜组G1的四个透镜L102、L103、L104和L105以及三个透镜L106、L107和L108各构成当聚焦时沿光轴方向移动的移动组。第一透镜组G1中除了透镜L102至L105、透镜L106至L108以外的透镜(透镜L101)构成固定组。
第二透镜组G2由四个透镜L201、L202、L203和L204构成。
透镜L201是在放大侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L202是双凸透镜。
透镜L203是在缩小侧具有凹面的负弯月透镜，并且透镜L204是双凸透镜。
在示例5中，整个光学系统的焦距的范围：F、光圈数：Fno以及在广角端的半视角：ωw，如下所示。
F＝5.75mm，Fno＝2.55并且ωw＝62.8°。
表17中示出了示例5的数据。
[表17]
“非球面的表面的数据”
表18中示出了非球面的表面的数据。
[表18]
1 2 5 6 24 25
k 0 -3.69518 0 0.01229 -0.68717 -1.53165
C4 1.2958E-05 -3.8295E-06 6.5689E-06 2.1644E-05 -1.8729E-05 3.0179E-05
C6 -5.2126E-09 3.6772E-08 -1.0371E-09 -6.5179E-08 8.5057E-08 3.4374E-07
C8 5.8389E-14 -3.5660E-11 -1.1112E-11 -5.6256E-11 4.7705E-10 -1.6739E-09
C10 1.2167E-15 3.1445E-14 -3.8339E-15 -1.1387E-13 -4.6594E-12 2.0084E-11
C12 -4.8653E-19 -6.0168E-17 2.1275E-18 -8.4791E-18 0.0000E+00 -8.4331E-16
C14 6.1557E-23 6.8482E-20 3.9928E-20 8.8740E-19 0.0000E+00 -2.5548E-22
C16 2.6708E-28 -1.5695E-23 -5.7601E-24 -8.9537E-22 0.0000E+00 -1.1704E-25
C18 0.0000E+00 0.0000E+00 1.7235E-26 4.7937E-24 0.0000E+00 0.0000E+00
C20 0.0000E+00 0.0000E+00 5.7579E-29 -1.9438E-26 0.0000E+00 0.0000E+00
在表19中，示出了当改变投影距离：s0时，表面之间的距离：s2、s10和s17。
[表19]
s0 s2 s10 s17
690 19.09 13.36 4.33
415 19.14 14.10 3.54
1380 18.83 12.95 5.01
“每个条件表达式的参数的值”
在表20中，示出了条件表达式(1)到(6)的参数的值。
[表20]
(1) F1/F2 0.70
(2) FA1/F1 2.46
(3) H1s/H1e 8.2
(4) L101-b/L101-a 3.9
(5) OAL/F 27.0
(6) Bf/F 4.2
在图10中，示出了示例5的像差示图。
示例1至5中的每个示例的投影透镜具有半视角超过60度的宽广视角。
此外，如像差示图中所示，在示例1至5中的每个示例的投影透镜中，以高水平校正正各种像差。
此外，即使当根据投影距离的改变而进行聚焦时，也可充分地校正球面像差、像散、场曲率、倍率色像差以及失真。
根据本发明的实施例，可以实现具有宽视角和良好的性能的新的投影透镜以及图像显示设备。
虽然已根据示例性实施例描述了本发明，但是本发明并不限于此。应当理解的是本领域技术人员在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围的条件下可以对所述实施例进行变形。

Claims (10)

1.一种投影透镜，用于图像显示设备，所述图像显示设备包括图像显示元件，并且以放大的方式将在所述图像显示元件的图像显示表面上所显示的图像作为投影图像投影并显示在被投影表面上，
所述投影透镜按照从放大侧到缩小侧的顺序包括，
由至少八个透镜构成的且具有正折射力的第一透镜组；
光圈；以及
由少于或等于四个透镜构成的且具有正折射力的第二透镜组，
其中，所述第一透镜组包括一个或多个非球面透镜，并且在所述第一透镜组中所包括的一个或至少一个非球面透镜在所述透镜的最外围部分具有最大厚度。
2.根据权利要求1所述的投影透镜，其中所述第一透镜组被分为固定组和至少一个移动组，并且通过沿光轴方向移动所述至少一个移动组来进行聚焦。
3.根据权利要求1所述的投影透镜，其中所述第一透镜组的焦距：F1以及所述第二透镜组的焦距：F2满足条件表达式(1)：0.48<F1/F2<0.86。
4.根据权利要求1所述的投影透镜，其中在所述第一透镜组的最放大侧的透镜是非球面透镜，并且所述第一透镜组的焦距：F1以及在所述第一透镜组的最放大侧的非球面透镜的焦距：FA1满足条件表达式(2)：2.1<|FA1/F1|<3.0。
5.根据权利要求1所述的投影透镜，其中在所述第一透镜组的最放大侧的透镜的有效直径：H1s、以及在所述第一透镜组的最缩小侧的透镜的有效直径：H1e满足条件表达式(3)：3.9<H1s/H1e<9.2。
6.根据权利要求1所述的投影透镜，其中在所述第一透镜组的最放大侧的透镜的最薄部分处的厚度：L101-a、以及在所述第一透镜组的最放大侧的透镜的最厚部分处的厚度满足条件表达式(4)：3.8<L101-b/L101-a<4.4。
7.根据权利要求1所述的投影透镜，其中整个光学系统的焦距：F，以及从所述第一透镜组的最放大侧的透镜的放大侧的表面到所述图像显示元件的图像显示表面的距离：OAL满足条件表达式(5)：25.9<OAL/F<28.6。
8.根据权利要求1所述的投影透镜，其中整个光学系统的焦距：F、以及从所述第二透镜组的最缩小侧的透镜表面到所述图像显示元件的图像显示表面的距离：Bf满足条件表达式(6)：4.0<Bf/F<4.3。
9.根据权利要求1的方法，其中在所述第一透镜组的最放大侧的透镜是非球面透镜，其在所述透镜的最外围部分具有最大厚度。
10.一种图像显示设备，包括：
图像显示元件，所述图像显示元件将要被投影的图像显示在图像显示表面上；
照明光学系统，所述照明光学系统照射所述图像显示表面，在所述图像显示表面上显示有所述图像；以及
投影光学系统，由所述照明光学系统发出的并且由所述图像调制的投影光束向所述投影光学系统入射，由此入射的投影光束被成像，并且所述投影光学系统以放大的方式将所成像的图像作为投影图像投影在被投影表面上，其中根据权利要求1所述的投影透镜被用作所述投影光学系统。
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