CN111999870B - 用于图像投影的变焦镜头及图像投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于图像投影的变焦镜头及图像投影装置，该用于图像投影的变焦镜头，高倍率且明亮，非球面透镜的使用枚数少，而且通过采用在形状的可制造性方面优异的非球面透镜，从而能够降低成本。该用于图像投影的变焦镜头，其特征在于，从放大侧开始依次配置有负的第一组透镜和正的第二组透镜，所述第一组透镜包括从放大侧开始依次排列的负的非球面透镜G1、负透镜G2、正透镜G3、正透镜G4，当将所述第一组透镜的焦距设为f1，将所述第二组透镜的焦距设为f2，将所述变焦镜头的广角端时的焦距设为fw，将所述非球面透镜G1的焦距设为fG1，将所述非球面透镜G1的光学面以相对于光轴的法线为基准而形成的最大倾斜角设为θ时，满足：1.3<|f1|/f2<1.8、2.3<|f1|/fw<3.0、1.4<|fG1|/|f1|<1.9、tanθ＜1.19。

Description

用于图像投影的变焦镜头及图像投影装置

技术领域

本发明涉及用于对图像进行投影的变焦镜头和具备该变焦镜头的图像投影装置，特别涉及变焦倍率大、而且大口径、高画质的用于图像投影的变焦镜头。

背景技术

一直以来，已知一种使用DMD器件、液晶器件等光调制器件将图像放大投影到屏幕等上的图像投影装置。近年来，随着图像数据数字化的进展，开发出与用于大大小小的会议室、用于教育等广泛用途相应的图像投影装置。另外，用于图像投影装置的光调制器件在像素尺寸被精细化的同时，像素数增加，从XGA(1024×768像素)、WXGA(1280×800像素)发展到WUXGA(1920×1200像素)。

为此，作为用于图像投影装置的镜头，需要一种评价频率高且高倍率的用于投影的变焦镜头。

例如，在专利文献1～专利文献4中，公开了为了实现高性能化，在光学元件中使用非球面透镜的变焦镜头。

专利文献1：日本专利公开2004-240309号公报

专利文献2：日本专利公开2002-148515号公报

专利文献3：日本专利公开2004-271668号公报

专利文献4：美国专利US2017/0068077A1号公报

最近，为了提高图像投影装置的实用性，期待实现一种用于投影的变焦镜头，对于从用于小房间的屏幕到剧场、大礼堂的大画面屏幕的各种尺寸的投影画面，都能够投影出高品质的图像。即，寻求一种用于投影的变焦镜头，其为了应对大范围的屏幕尺寸而具有高变焦比，并且具有能够投影出清晰图像的大口径。

专利文献1中公开的变焦镜头是负、正两组结构的变焦镜头，F值为2.4，变焦比为1.2倍，其对于上述的要求而言不能说充分。

另外，专利文献2中公开的变焦镜头是以负、正两组结构在两组内采用非球面透镜的变焦镜头，F值为2.4，变焦比为1.2倍，其同样对于上述的要求而言不能说充分。

另外，专利文献3中作为实施例1公开的变焦镜头是负、正两组结构且在一组和二组中分别采用非球面透镜的变焦镜头。虽然是F值为2.07、变焦比为1.68倍的高倍率变焦镜头，但由于后焦距变长，第二组调制器件侧透镜的直径变大，因此难以进行像差校正。而且，由于采用了将非球面用于三枚透镜共计五面的结构，因此成本高昂。

另外，专利文献4中作为实施例1公开的变焦镜头是负、正两组结构且在一组的第一透镜中采用非球面透镜的变焦镜头。虽然是F值为2.4、变焦比为1.6倍的高倍率变焦镜头，但非球面透镜的最大倾斜角θ(由相对于光轴的法线与凹面形成的角度的最大值)为高达55度的角度。在最大倾斜角这样大的非球面透镜中，容易因制造时的收缩导致形状精度降低，以及在涂布防反射膜时膜的均匀性降低，实际上难以确保变焦镜头的性能。

因此，寻求一种用于图像投影的变焦镜头，高倍率且明亮，非球面透镜的使用枚数少，而且非球面透镜的形状的可制造性优异，能够降低制造成本。进而，期待实现一种使用这种变焦镜头的图像投影装置。

发明内容

本发明是一种用于图像投影的变焦镜头，是从放大侧开始依次配置有具有负的光焦度的第一组透镜和具有正的光焦度的第二组透镜，通过使所述第一组透镜与所述第二组透镜的间隔变化来进行变焦的两组结构的变焦镜头，其特征在于，所述第一组透镜包括从放大侧开始依次排列的负的非球面透镜G1、负透镜G2、正透镜G3、正透镜G4，当将所述第一组透镜的焦距设为f1，将所述第二组透镜的焦距设为f2，将所述变焦镜头的广角端时的焦距设为fw，将所述非球面透镜G1的焦距设为fG1，将所述非球面透镜G1的光学面以相对于光轴的法线为基准而形成的最大倾斜角设为θ时，满足：1.3<|f1|/f2<1.8、2.3＜|f1|/fw<3.0、1.4<|fG1|/|f1|<1.9、tanθ＜1.19。

根据本发明，能够提供一种用于图像投影的变焦镜头，高倍率且明亮，非球面透镜的使用枚数少，而且非球面透镜的形状的可制造性优异，能够降低制造成本。进而，能够提供一种使用这种变焦镜头的低成本且高画质的图像投影装置。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头的光学结构的图。

图2是示出具备实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头的图像投影装置的结构的图。

图3是示出实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头的广角端与远摄端时的透镜组的配置的图。

图4的(a)是示出广角端与远摄端时的透镜组的配置和焦距的图，图4的(b)是用于对作为非球面透镜的第一透镜G1的最大倾斜角θ进行说明的图。

图5是汇总示出实施例1～实施例3的用于图像投影的变焦镜头的主要规格及条件(A)～条件(D)的值的表。

图6的(a)是汇总示出构成实施例1的变焦镜头的各光学元件的数值的表，图6的(b)是汇总示出实施例1的变焦镜头的广角端和远摄端的规格等的表。

图7是汇总示出在实施例1～实施例3中，表示作为非球面透镜的第一透镜G1的光学面形状的公式所使用的系数的表。

图8是示出实施例1的变焦镜头的广角端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图9是按像高示出实施例1的变焦镜头的广角端时的彗差的各像高的图表。

图10是示出实施例1的变焦镜头的远摄端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图11是按像高示出实施例1的变焦镜头的远摄端时的彗差的图表。

图12的(a)是汇总示出构成实施例2的变焦镜头的各光学元件的数值的表，图12的(b)是汇总示出实施例2的变焦镜头的广角端和远摄端时的规格等的表。

图13是示出实施例2的变焦镜头的广角端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图14是按像高示出实施例2的变焦镜头的广角端时的彗差的图表。

图15是示出实施例2的变焦镜头的远摄端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图16是按像高示出实施例2的变焦镜头的远摄端时的彗差的图表。

图17是示出实施例3所涉及的用于图像投影的变焦镜头的光学结构的图。

图18的(a)是汇总示出构成实施例3的变焦镜头的各光学元件的数值的表，图18的(b)是汇总示出实施例3的变焦镜头的广角端和远摄端时的规格等的表。

图19是示出实施例3的变焦镜头的广角端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图20是按像高示出实施例3的变焦镜头的广角端时的彗差的图表。

图21是示出实施例3的变焦镜头的远摄端时的球面像差、像散、畸变像差的图表。

图22是按像高示出实施例3的变焦镜头的远摄端时的彗差的图表。

图23是示出具备实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头，且具备与图2不同的光源装置的图像投影装置的结构的图。

附图标记说明

1～24……光学面

100……第一组透镜

101……电机

102……旋转体

103……荧光体

104……激发光源组件

105……二向色镜

106……聚光透镜组

107……1/4波长板

108……激发光源侧透镜组

109、110……中继透镜

120……光颜色选择色轮

140……光通道

150……照明透镜组

160……聚光镜

190……投影屏幕

200……第二组透镜

201……支撑基板

202……绿色LED

203……蓝色LED

204……红色LED

205……准直透镜

206、207……二向色镜

800……光调制器件

900……OFF光吸收板

1000……用于图像投影的变焦镜头

Ac……光颜色选择色轮的旋转轴

Ex……激发光

RA……旋转体的旋转轴

具体实施方式

[实施方式]

参考附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头的光学结构的图。另外，图2是示出具备该用于图像投影的变焦镜头的图像投影装置的结构的图。以下依次进行说明。

(用于图像投影的变焦镜头)

在图1所示的光学结构中，1000是用于图像投影的变焦镜头，100是第一组透镜，200是第二组透镜，800是光调制器件。

第一组透镜100具备第一透镜G1～第四透镜G4这四枚透镜，参考编号1～8表示各透镜的光学面。第二组透镜200具备第五透镜G5～第十一透镜G11这七枚透镜，参考编号9～18、20、21表示各透镜的光学面。其中，在第二组透镜200中，第九透镜G9与第十透镜G10相互接合，在第十透镜G10与第十一透镜G11之间，即光学面18与光学面20之间，配置有光阑面19(STOP)。但是，也可以如后面参考图17说明的实施例3那样，代替第九透镜G9与第十透镜G10的接合，将第八透镜G8与第九透镜G9接合并在第九透镜G9与第十透镜G10之间配置光阑面。另外，构成用于图像投影的变焦镜头1000的十一枚透镜之中，非球面透镜只有第一透镜G1。

在光调制器件800之前，配置有用于保护的玻璃罩CG，参考编号22、23表示玻璃罩CG的表面和背面的光学面，参考编号24表示光调制器件800的受光面。

此外，在以下说明中，有时将图1的左侧，即远离光调制器件800的一侧标记为放大侧，将图1的右侧，即接近光调制器件800的一侧标记为缩小侧。

本实施方式的用于图像投影的变焦镜头1000是两组两种组成部分的变焦镜头，配置在放大侧的第一组透镜100具有负的光焦度，配置在缩小侧的第二组透镜200具有正的光焦度。

在构成第一组透镜100的四枚透镜之中，位于最接近放大侧的第一透镜G1是具有负的光焦度，且形状为从光轴中心向周边部厚度变大的非球面透镜。

如图4的(b)所示，第一透镜G1的光学面2(即接近光调制器件800那一侧的面)具有将以相对于光轴的法线为基准时的最大倾斜角设为θ时，θ小于50度的表面形状。第一透镜G1虽然是非球面透镜，但是由于最大倾斜角θ被设定为低至小于50度，因此能够有效地抑制因制造时的收缩导致形状精度降低、以及在涂布防反射膜时膜厚的均匀性降低而发生膜剥落。这样，作为唯一的非球面透镜的第一透镜G1容易制造且形状精度高，防反射特性也优异，因此通过组合后述的第二透镜G2～第十一透镜G11，在本实施方式的用于图像投影的变焦镜头中，能够兼顾光学性能的确保和制造成本的抑制。

在第一组透镜100中，在第一透镜G1的缩小侧依次配置有使凹面朝向缩小侧的作为负透镜的第二透镜G2、作为正透镜的第三透镜G3、使凸面朝向放大侧的作为正的弯月透镜的第四透镜G4。

如上所述，在第一组透镜100中，从放大侧开始依次配置有负的非球面透镜、负透镜、正透镜、正透镜这四枚透镜。

接着，在第二组透镜200中，从放大侧开始依次配置有作为正透镜的第五透镜G5、作为正透镜的第六透镜G6、作为负透镜的第七透镜G7、作为负透镜的第八透镜G8、作为正透镜的第九透镜G9、作为负透镜的第十透镜G10、作为正透镜的第十一透镜G11。并且，在第十透镜G10与第十一透镜G11之间，设置有光阑面19。

实施方式的用于图像投影的变焦镜头1000是通过使第一组透镜100与第二组透镜200的间隔和后焦距变化来进行变焦，通过仅使第一组透镜100移动来进行调焦的两组结构的变焦镜头。

图3示出了广角端(图3上)和远摄端(图3下)时的组透镜的配置，以随着从广角侧设为远摄侧，第一组透镜100与第二组透镜200的间隔D8变小，后焦距(间隔D21)变大的方式，使第一组透镜100和第二组透镜200移动。

这里，如图4的(a)典型所示，将第一组透镜100的焦距设为f1，将第二组透镜200的焦距设为f2，将用于图像投影的变焦镜头1000的广角端的焦距设为fw，将用于图像投影的变焦镜头1000的远摄端的焦距设为ft。此外，将广角端时的第一组透镜100与第二组透镜200的距离设为dw，将远摄端时的第一组透镜100与第二组透镜200的距离设为dt。从第二组透镜到焦点位置的距离为后焦距(BF)。

此外，将第一组透镜100的第一透镜G1的焦距设为fG1，将第二透镜G2的焦距设为fG2。

为了在减小作为负的非球面透镜的第一透镜G1的最大倾斜角的同时确保光学性能，实施方式的用于图像投影的变焦镜头1000满足以下所示的条件(A)～条件(D)：

(A)1.3<|f1|/f2<1.8

(B)2.3<|f1|/fw<3.0

(C)1.4<|fG1|/|f1|<1.9

(D)tanθ<1.19。

在本实施方式中，第一组透镜100的负的光焦度被设定为相对较小，以便能够减小第一透镜G1(负的非球面透镜G1)的最大倾斜角θ。

条件(A)表示第一组透镜100的焦距f1和第二组透镜200的焦距f2的光焦度之比。通过在广角端和远摄端被设为用于图像投影的变焦镜头1000所需的焦距fw、ft以及第一组透镜100与第二组透镜200的组间隔dw、dt，在光学上物理性地确定出各个后焦距。条件(A)是表示本实施方式的两组变焦镜头中，第一组透镜100与第二组透镜200的焦距的比率范围的基本关系式。

另外，在条件(B)中，规定了第一组透镜100的焦距f1与用于图像投影的变焦镜头1000的广角端的焦距fw之比的范围。由于第一组透镜100的焦距f1根据用于图像投影的变焦镜头1000的焦距的规格而不同，因而单纯规定焦距f1的绝对值是不现实的。因此，在条件(B)中，规定为其与用于图像投影的变焦镜头1000的广角端的焦距fw的比率范围。

另外，在本实施方式中，规定在第一组透镜100内第一透镜G1应满足的必要条件，以能够减小作为非球面透镜的第一透镜G1的最大倾斜角θ。

即，条件(C)规定了第一透镜G1的焦距fG1与第一组透镜100的焦距f1的比率可取值的范围。

另外，条件(D)规定了使作为非球面透镜的第一透镜G1的最大倾斜角小于50度。

正如已经描述的那样，本实施方式是两组两种组成部分的变焦镜头，配置在放大侧的第一组透镜100具有负的光焦度，配置在缩小侧的第二组透镜200具有正的光焦度，并将第一组透镜100的负的光焦度设定得相对较小。

而且，在第一组透镜100中，从放大侧开始依次配置第一透镜G1(负的非球面透镜)、第二透镜G2(负)、第三透镜G3(正)、第四透镜G4(正)，由于第一透镜G1使用非球面透镜，因此在像高方向上获得高校正效果。

而且，增强第二透镜G2的负的光焦度，用正的第三透镜G3对扩散的发散光进行校正，使其朝向第四透镜G4。第四透镜G4是正的，对向第二组透镜200的入射光线进行控制。

这样，在本实施方式中，在作为负的非球面透镜的第一透镜G1与正的第四透镜G4之间，配置若合成后则为负的第二透镜G2(负)和第三透镜G3(正)。

另外，第一透镜G1的焦距fG1与第二透镜G2的焦距fG2之比，即fG1/fG2优选为大于1.8且小于2.4。这是为了由第一透镜G1与第二透镜G2适当地分担第一组透镜100的负的光焦度。

与现有技术相比，例如在专利文献4中公开的变焦镜头中，用于第一组透镜的非球面透镜的最大倾斜角高达55度，但是，根据本实施方式，通过使作为非球面透镜的第一透镜G1的最大倾斜角θ小于50度，从而能够大幅抑制因制造时的收缩导致形状精度降低、以及在涂布防反射膜时的均匀性降低。而且，通过在负的第一透镜G1与正的第四透镜G4之间配置若合成后则为负的第二透镜G2(负)和第三透镜G3(正)，从而能够得到像差少的图像。

在本实施方式中，配置在最接近放大侧的第一透镜G1可以为大口径。第一透镜G1也可以使用玻璃材料制造，但是从抑制制造成本的观点来看，例如，优选使用折射率为1.55以下的塑料材料，通过注塑成型技术来形成。在本实施方式中，由于将作为非球面透镜的第1透镜G1的最大倾斜角设定为低至小于50度，因此即使使用塑料材料进行注塑成型时也能够抑制形状误差，进而能够抑制在成型后涂布防反射膜时的膜厚不均和贴合不良。

在本实施方式中，将第一组透镜100设为前述的结构以进行良好的像差校正，并且将与之组合的第二组透镜200设为具备七枚透镜的结构，从而具备了考虑投影倍率和变焦比自不待言，而且还考虑从光调制器件入射的投影光的光瞳位置和后焦距的结构。

后面会参考图2对图像投影装置的整体结构进行说明，例如，为了从光调制器件800收集用于投影的光，并在抑制相对照度降低的同时进行放大投影，需要在第二组透镜200内的与光调制器件800较近的位置配置光阑。因此，在本实施方式中，在第二组透镜200的第十透镜G10与第十一透镜G11之间，即光学面18与光学面20之间，配置有光阑面19(STOP)。但是，也可以如后述的实施例3那样，在第九透镜G9与第十透镜G10之间配置光阑面。

另外，在将本实施方式的用于图像投影的变焦镜头安装到图像投影装置时，为了能够如图2所示在光调制器件800的附近配置OFF光吸收板900和聚光镜160，在本实施方式中，将第二组透镜200设为具备七枚透镜的上述结构，并设定了适当的后焦距。

(图像投影装置)

接着，参考图2，对具备上述的用于图像投影的变焦镜头1000的图像投影装置进行说明。

首先对图像投影装置所包含的光源装置的部分进行说明，然后对图像投影装置的整体结构进行说明。

(光源装置)

在图2中，101是电机，102是旋转体，103是荧光体，104是激发光源组件，105是二向色镜，106是聚光透镜组，107是1/4波长板，108是激发光源侧透镜组。

激发光源组件104具有蓝色激光光源和用于对激发光进行整形的光学透镜组。激发光源组件104优选使用由以阵列状配置的多个蓝色激光光源以及与各个蓝色激光光源相对应而配置的多个准直透镜一体化而成的模组。每个模组例如包括蓝色激光光源以2×4进行矩阵排列而成的发光器件阵列。但是一个模组中包括的矩阵排列的规模并不局限于此例，可以是更大规模的矩阵排列，也可以是纵向和横向为相同数量的矩阵排列。蓝色激光光源例如是发出波长455nm的光的半导体激光器。从各激光光源输出的光通过透镜的作用而作为大致平行的光线从激发光源组件104射出。

在激发光源组件104与旋转体102之间，配置有激发光源侧透镜组108、二向色镜105、1/4波长板107、聚光透镜组106。

激发光源侧透镜组108使从激发光源组件104射出的准直化后的P偏光的蓝色光朝向焦点Fx会聚，并向二向色镜105方向传送。二向色镜105使激发光源组件104射出的激发光Ex朝向荧光体103透射。

在本装置中，在能够通过电机101进行旋转的旋转体102的主面上设置有荧光体103。在旋转体102的主面上，发光波长特性不同的红色荧光体和绿色荧光体被涂布在以旋转体102的旋转轴RA为中心的环形区域的一部分。而且，为了提高荧光的射出效率，在设置有荧光体的环形区域的基底上，设置有用于将向旋转体102的方向放射的荧光反射到聚光透镜组侧的反射面。在旋转体102的环形区域的一部分上，不涂布荧光体，而是设置有用于反射激发光的反射部。反射部优选预先进行镜面加工，以便高效地反射蓝色激光。

通过使这样的旋转体102旋转，从而使激发光Ex照射红色荧光体、绿色荧光体或反射部中的任一个。

在激发光Ex被聚光的位置，在存在绿色荧光体的旋转时段中，发出绿色荧光。同样，在存在红色荧光体的旋转时段中，发出红色荧光。另外，在存在反射部的旋转时段中，激发光Ex(蓝色光)被反射。

绿色荧光、红色荧光、被反射的蓝色光通过聚光透镜组106被聚光，并入射到二向色镜105。其中，被反射部反射的蓝色光因再次经由1/4波长板107而转换为S偏光后入射到二向色镜105。二向色镜105反射由红色荧光体和绿色荧光体发出的荧光，而且还反射已转换为S偏光的蓝色光。

在经二向色镜105反射后的方向(主光线的反射方向)上，配置有投影显示装置的照明光学系统。

此外，在本实施方式的光源装置中，使用了红色荧光体和绿色荧光体，但也可以根据光源装置所要求的规格，使用上述以外的发光颜色的荧光体。如果根据荧光体的颜色的组合而适当地变更二向色镜的透射/反射特性，则可以实现各种规格的光源装置。

(图像投影装置的整体结构)

接着，对具备上述光源装置和作为本发明的实施方式的用于图像投影的变焦镜头1000的图像投影装置的整体结构进行说明。

图2所示的投影显示装置将以上说明的光源装置用作照明光源，并进一步具备：中继透镜109、110；光颜色选择色轮120；光通道140；照明透镜组150；聚光镜160；光调制器件800；OFF光吸收板900；本实施方式所涉及的用于图像投影的变焦镜头1000。也存在进一步具备投影屏幕190的情况。

中继透镜110是用于为了适合用于图像投影的变焦镜头1000的F值而设定为既定的NA来使光源装置发出的照明光聚光到光通道140的入射口的透镜。中继透镜并非必须由一枚透镜构成。此外，在NA足够的情况下，也可以不设置中继透镜。

光颜色选择色轮120是能够以旋转轴Ac为中心进行旋转的板状旋转体，设置有红色(R)、绿色(G)各种颜色的滤片和用于使蓝色光透射的扇形缺口(光透射部)。各种颜色的滤色片是为了去除不需要的波长区域的光以提高显示光的色纯度而设置的。但是，对于蓝色光，由于是色纯度高的激光，不需要设置滤片，因此设置了缺口部。

具有荧光体的旋转体102与光颜色选择色轮120同步进行旋转，旋转时序被调整为使得当前者的红色荧光体发光时红色滤片位于光路上，当绿色荧光体发光时绿色滤片位于光路上，当蓝色的激发光反射时光透射部位于光路上。此外，当荧光体的发光色纯度足够高时，可存在也可以不设置光颜色选择色轮的情况。照明透镜组150是将经光通道140传播的光整形为适于对光调制器件800进行照明的光束的透镜组，由单个或多个透镜构成。

聚光镜160具有向光调制器件800反射照明光的功能。为了使经光调制器件800反射的显示光朝向用于图像投影的变焦镜头1000的入瞳聚光，聚光镜160适当地使照明光聚光并向光调制器件800反射。此外，代替作为凹面镜的聚光镜160，也可以使用例如将平面镜和凸透镜组合而成的其他聚光单元，来对光调制器件800照射照明光。

光调制器件800是通过根据影像信号改变与像素对应的微镜的角度，来对照射的照明光进行调制的数字微镜器件(DMD，Digital Micromirror Device)。光调制器件800使在照明光之中要作为显示光而到达投影屏幕190的光(ON光)朝向用于图像投影的变焦镜头1000反射，并使不在投影屏幕190上显示的光(OFF光)朝向配置在附近的OFF光吸收板900反射。OFF光吸收板900吸收所照射的OFF光(不在屏幕上显示的光)并转换为热量。通过设置OFF光吸收板900，从而防止了OFF光在图像投影装置内漫反射而成为杂散光，抑制了重影，能够投影出对比度高的图像。

此外，如前所述，光调制器件800优选使用以阵列状设置有微镜器件的DMD，但也可以使用诸如反射式液晶器件之类的、DMD以外的反射式光调制器件。

投影屏幕190在电影院或会议室等中使用，但是在用户向任意墙面等进行投影时不一定需要具备。

具备本实施方式的用于图像投影的变焦镜头1000的图像投影装置，可制造性优异，能够高水准地兼顾变焦倍率的大小和亮度，从而能够投影出高画质的图像。

【实施例】

接着，作为用于图像投影的变焦镜头1000的具体示例，举出实施例1～实施例3进行说明。图5是汇总示出实施例1～实施例3所涉及的用于图像投影的变焦镜头的主要规格的表，同时也显示出各实施例满足前述的条件(A)～条件(D)。以下，对各实施例分别进行说明。

此外，在各实施例的文字说明或参考附图中，有时使用下述的符号。

r：该光学面的曲率半径

d或D：该光学面与相邻于光调制器件侧的光学面的距离

Nd：包含该光学面的透镜的材料相对于d线(587.56nm)的折射率

Vd：包含该光学面的透镜的阿贝数

f：相对于e线(546.07nm)的焦距

F：F值

H：像高

[实施例1]

实施例1是图1所示结构的用于图像投影的变焦镜头1000的一个具体示例。图6的(a)是对构成变焦镜头的各光学元件汇总示出数值的表。另外，图6的(b)是对实施例1的变焦镜头，汇总示出第一组透镜100与第二组透镜200的间隔D8、第二组透镜200的后端与玻璃罩CG的间隔D21、以及广角端和远摄端时的规格的表。

第一组透镜100的第一透镜G1是非球面透镜，但在图6的(a)的曲率半径r栏中，示出了近似于球面时的概算值。严格地说，第一透镜G1的光学面1和光学面2的形状通过在下述公式(1)中使用图7的左栏所示的数值作为系数来表示。该公式(1)是表示非球面透镜G1的光学面形状的公式。

X＝(h²/r)/[1+{1-k(h/r)²}^1/2]

+C4·h⁴+C6·h⁶+C8·h⁸+C10·h¹⁰+C12·h¹²+C14·h¹⁴………………公式(1)

接着，给出实施例1的用于图像投影的变焦镜头的光学特性。以下，对像散、畸变像差、相对于红色、绿色、蓝色(B)各种颜色的波长的色像差进行说明。

首先，图8所示的三个图表示出了广角端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。在图中央的像散的显示中，T表示子午方向的特性，S表示弧矢方向的特性。另外，图9示出了在广角端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

另外，图10所示的三个图表示出了远摄端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。进而，图11示出了在远摄端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

从这些图表可知，本实施例的用于图像投影的变焦镜头抑制了倍率的色像差和彗星光斑，良好地校正了各种像差。当然，在本实施例中，通过对作为非球面透镜的第一透镜G1的光学面形状进行设计，从而使图4的(b)所示的最大倾斜角θ如图5的(D)栏所示被设定为小于50度，抑制了注塑成型中的形状误差、在成型后涂布防反射膜时的膜厚不均和贴合不良。即，作为非球面透镜的第一透镜G1的可制造性优异，用于图像投影的变焦镜头能够高水准地兼顾变焦倍率的大小和亮度，因此能够以高画质对图像进行投影。

[实施例2]

实施例2与实施例1同样是图1所示结构的用于图像投影的变焦镜头1000的一个具体示例，是相对于实施例1而变更了透镜的材质、特别是第一组透镜100的第二透镜G2的材质的一例。

图12的(a)是对构成变焦镜头的各光学元件汇总示出数值的表，但是与图6的(a)所示的第一实施例相比，可知第二透镜G2的光学性质有很大差异。即，在本实施例中，使第二透镜G2使用折射率Nd相对较小但便宜的光学材料，并随之变更了第三透镜G3和第四透镜G4。

图12的(b)是对实施例2的变焦镜头汇总示出第一组透镜100与第二组透镜200的间隔D8、第二组透镜200的后端与玻璃罩CG的间隔D21、以及广角端和远摄端时的规格的表。

第一组透镜100的第一透镜G1是非球面透镜，但在图12的(a)的曲率半径r栏中，示出了近似于球面时的概算值。严格地说，第一透镜G1的光学面1和光学面2的形状通过在前述的公式(1)中使用图7的中央栏所示的数值作为系数来表示。

接着，给出实施例2的用于图像投影的变焦镜头的光学特性。以下，对像散、畸变像差、相对于红色、绿色、蓝色各种颜色的波长的色像差进行说明。

首先，图13所示的三个图表示出了广角端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。在图中央的像散的显示中，T表示子午方向的特性，S表示弧矢方向的特性。另外，图14示出了在广角端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

另外，图15所示的三个图表示出了远摄端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。进而，图16示出了在远摄端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

从这些图表可知，本实施例的用于图像投影的变焦镜头抑制了倍率的色像差和彗星光斑，良好地校正了各种像差。当然，在本实施例中，通过对作为非球面透镜的第一透镜G1的光学面形状进行设计，从而使图4的(b)所示的最大倾斜角θ如图5的(D)栏所示被设定为小于50度，抑制了注塑成型中的形状误差、在成型后涂布防反射膜时的膜厚不均和贴合不良。即，作为非球面透镜的第一透镜G1的可制造性优异，用于图像投影的变焦镜头能够高水准地兼顾变焦倍率的大小和亮度，因此能够以高画质对图像进行投影。进而，在本实施例中，通过在第二透镜G2中采用便宜的光学材料，从而与实施例1相比以更低的成本实现了用于图像投影的变焦镜头。

[实施例3]

图17示出了实施例3所涉及的用于图像投影的变焦镜头的光学结构。在实施例1和实施例2中，将第二组透镜200的第九透镜G9与第十透镜G10接合，并且在第十透镜G10与第十一透镜G11之间(即光学面18与光学面20之间)配置了光阑面19(STOP)。与此相对，在实施例3中，如图17所示，代替接合第九透镜G9与第十透镜G10，而是使第八透镜G8与第九透镜G9接合，并在第九透镜G9与第十透镜G10之间(即光学面16与光学面18之间)配置了光阑面17(STOP)。

图18的(a)是对构成变焦镜头的各光学元件汇总示出数值的表。另外，图18的(b)是对实施例3的变焦镜头汇总示出第一组透镜100与第二组透镜200的间隔D8、第二组透镜200的后端与玻璃罩CG的间隔D21、以及广角端和远摄端时的规格的表。

第一组透镜100的第一透镜G1是非球面透镜，但在图18的(a)的曲率半径r栏中，示出了近似于球面时的概算值。严格地说，第一透镜G1的光学面1和光学面2的形状通过在前述的公式(1)中使用图7的右栏所示的数值作为系数来表示。

接着，给出实施例3的用于图像投影的变焦镜头的光学特性。以下，对像散、畸变像差、相对于红色、绿色、蓝色各种颜色的波长的色像差进行说明。

首先，图19所示的三个图表示出了广角端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。在图中央的像散的显示中，T表示子午方向的特性，S表示弧矢方向的特性。另外，图20示出了在广角端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

另外，图21所示的三个图表示出了远摄端时的球面像差、像散和畸变像差的特性。进而，图22示出了在远摄端使像高H从0[mm]变化到12[mm]时的子午彗差(图左侧的图表)和弧矢彗差(图右侧的图表)。

从这些图表可知，本实施例的用于图像投影的变焦镜头抑制了倍率的色像差和彗星光斑，良好地校正了各种像差。当然，在本实施例中，通过对作为非球面透镜的第一透镜G1的光学面形状进行设计，从而使图4的(b)所示的最大倾斜角θ如图5的(D)栏所示被设定为小于50度，抑制了注塑成型中的形状误差、在成型后涂布防反射膜时的膜厚不均和贴合不良。即，作为非球面透镜的第一透镜G1的可制造性优异，用于图像投影的变焦镜头能够高水准地兼顾变焦倍率的大小和亮度，因此能够以高画质对图像进行投影。

[其他实施方式]

本发明的实施不限于上述的实施方式或具体实施例，可以在本发明的技术思想内进行多种变形。

例如，具备本发明的用于图像投影的变焦镜头的图像投影装置并不限于参考图2说明的方式。例如，如图23所示，也可以是光源装置的结构不同的图像投影装置。

在图23中，202是作为发出绿色光的发光二极管(LED，Light Emitting Diode)的绿色LED，203是作为发出蓝色光的LED的蓝色LED，204是作为发出红色光的LED的红色LED，201是分别支撑各LED的支撑基板，205是分别将各LED的光准直化的准直透镜，206和207是二向色镜，110是中继透镜。例如，绿色LED 202的发光波长为525nm，蓝色LED 203的发光波长为460nm，红色LED 204的发光波长为610nm。

二向色镜206透射绿色光，反射蓝色光。另外，二向色镜207透射蓝色光和绿色光，反射红色光。通过配置这种特性的二向色镜，从而构成使各种颜色的光的光路一致的合成光源。在使用这样的照明系统的情况下，不需要设置光颜色选择色轮。通过使各种颜色的LED分时点亮，并与之同步地基于各种颜色的帧图像驱动光调制器件，从而能够投影出彩色图像。

这样，在具备本发明的用于图像投影的变焦镜头的图像投影装置种，可使用各种光源装置。在某些情况下，可以使用激光二极管代替LED。另外，从光源装置向光调制器件引导照明光的光学系统也不限于上述的示例。

Claims (5)

1.一种用于图像投影的变焦镜头，是从放大侧开始依次配置有具有负的光焦度的第一组透镜和具有正的光焦度的第二组透镜，通过使所述第一组透镜与所述第二组透镜的间隔变化来进行变焦的两组结构的变焦镜头，其特征在于，

所述第一组透镜包括从放大侧开始依次排列的负的非球面透镜G1、负透镜G2、正透镜G3、正透镜G4，

当将所述第一组透镜的焦距设为f1，将所述第二组透镜的焦距设为f2，将所述变焦镜头的广角端时的焦距设为fw，将所述非球面透镜G1的焦距设为fG1，将所述非球面透镜G1的光学面以相对于光轴的法线为基准而形成的最大倾斜角设为θ时，满足：

1.3<|f1|/f2<1.8、

2.3<|f1|/fw<3.0、

1.4<|fG1|/|f1|<1.9、

tanθ<1.19。

2.根据权利要求1所述的用于图像投影的变焦镜头，其特征在于，

所述负的非球面透镜G1由折射率为1.55以下的塑料材料形成，被配置为凹面朝向缩小侧，

所述正透镜G4是将凸面朝向所述放大侧的弯月透镜。

3.根据权利要求1或2所述的用于图像投影的变焦镜头，其特征在于，

所述第二组透镜包括从放大侧开始依次排列的正透镜G5、正透镜G6、负透镜G7、负透镜G8、正透镜G9、负透镜G10、正透镜G11。

4.根据权利要求3所述的用于图像投影的变焦镜头，其特征在于，

在所述第二组透镜中，在所述正透镜G9与所述负透镜G10之间，或者在所述负透镜G10与所述正透镜G11之间，配置有光阑。

5.一种图像投影装置，其特征在于，具备：

权利要求1至4中任一项所述的用于图像投影的变焦镜头；

光源装置；以及

光调制器件。

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