CN116626867A - 变焦镜头、投影型显示装置及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种形成中间像、变倍时的像差变动得到抑制且具有高倍率及高性能的变焦镜头、具备该变焦镜头的投影型显示装置以及具备该变焦镜头的摄像装置。变焦镜头从放大侧依次包括第1单元、第2单元、第3单元、第4单元及第5单元，并且形成中间像。第1单元包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元包括变倍时移动的两个透镜组，并且在广角端整体具有负屈光力。第3单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组。第4单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组。

Description

变焦镜头、投影型显示装置及摄像装置
技术领域
本发明的技术涉及一种变焦镜头、投影型显示装置及摄像装置。
背景技术
作为可适用于投影型显示装置或摄像装置的变焦镜头，已知下述专利文献1及专利文献2中记载的透镜系统。
专利文献1：日本专利第5378162号说明书
专利文献2：日本特开2020-118807号公报
在形成中间像的变焦镜头中，要求具有高倍率、变倍时的像差变动得到抑制且保持高光学性能的变焦镜头。这些要求的水准逐年提高。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种在形成中间像的变焦镜头中具有高倍率、变倍时的像差变动得到抑制且保持高光学性能的变焦镜头、具备该变焦镜头的投影型显示装置及具备该变焦镜头的摄像装置。
本发明的一方式所涉及的变焦镜头在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像，并使中间像再成像于放大侧成像面，该变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元、第2单元、第3单元、第4单元及第5单元，在将变倍时与相邻的组之间的光轴方向上的间隔发生变化的组设为一个透镜组的情况下，第1单元包括具有正屈光力的一个透镜组，第2单元包括变倍时改变相互间隔而移动的两个透镜组，并且在广角端整体具有负屈光力，第3单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组，第4单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组，在将广角端下的最大视角的主光线与光轴的交点中的光路上的放大侧的交点设为第1交点、将缩小侧的交点设为第2交点的情况下，在广角端，第3单元包括位于最靠近第1交点的位置的具有正屈光力的透镜组，在广角端，第5单元在内部包括第2交点。
上述方式的变焦镜头优选缩小侧以远心的方式构成。
在将缩小侧的有效像圆的半径设为Ymax、将在放大侧成像面无限远的状态下以缩小侧为射出侧时的广角端下的缩小侧成像面至近轴射出光瞳位置为止的光轴上的距离设为exPw的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(1)，
0＜Ymax/|exPw|＜0.1 (1)。
在将第2单元的上述两个透镜组中的光路上的放大侧的透镜组设为第2A透镜组、将缩小侧的透镜组设为第2B透镜组的情况下，优选，第2A透镜组具有负屈光力，第2B透镜组具有正屈光力。并且，优选，在从广角端向长焦端变倍时，第2B透镜组移动至放大侧之后向缩小侧移动。
在将第2单元的上述两个透镜组中的光路上的放大侧的透镜组设为第2A透镜组、将缩小侧的透镜组设为第2B透镜组、将第2A透镜组的焦距设为f2A、将第2B透镜组的焦距设为f2B的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(2)，
-0.5＜f2A/f2B＜0 (2)。
优选，第4单元从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括具有正屈光力的第4A透镜组和具有正或负屈光力的第4B透镜组，变倍时，第4A透镜组和第4B透镜组改变相互间隔而移动。并且，在将第4A透镜组的焦距设为f4A、将第4B透镜组的焦距设为f4B的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(3)，
-2＜f4A/f4B＜1 (3)。
在将第4单元所包括的所有正透镜的d线基准的色散系数的平均值设为ν4pave的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(4)，
60＜ν4pave (4)。
优选，中间像位于第5单元内。
在将比中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统、将广角端下的第1光学系统的焦距设为fS1w、将广角端下的变焦镜头的焦距设为fw的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(5)，
0.8＜fS1w/|fw| (5)。
在将比中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统的情况下，优选，第1光学系统校正第2光学系统中产生的像面弯曲，以使中间像再成像于放大侧成像面。
优选，中间像位于比第2单元更靠缩小侧的位置，在将比中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统、将广角端下的第1光学系统的最靠放大侧的透镜面至第1光学系统的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThS1、将广角端下的变焦镜头的最靠放大侧的透镜面至变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThZL的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(6)，
0.4＜ThS1/ThZL＜0.7 (6)。
在将广角端下的变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面至变焦镜头的缩小侧焦点位置为止的光轴上的空气换算距离设为Bfw、将广角端下的变焦镜头的焦距设为fw的情况下，上述方式的变焦镜头优选满足下述条件式(7)，
1＜Bfw/|fw| (7)。
上述方式的变焦镜头优选在与中间像相邻的位置包括折弯光路的光路折弯部件。光路折弯部件可以构成为将光路折弯90度。
优选，对焦时，第4单元及第5单元中的至少一个单元的一片以上的透镜移动。
本发明的另一方式所涉及的投影型显示装置具备：光阀，输出光学像；及上述方式的变焦镜头，上述方式的变焦镜头将从光阀输出的光学像投影到屏幕上。
本发明的又一方式所涉及的摄像装置具备上述方式的变焦镜头。
另外，本说明书的“包括～”、“包括～的”表示，除所举出的构成要件以外，还可以包括：实质上不具有屈光力的透镜；光圈、掩模、滤波器、盖玻璃、平面反射镜及棱镜等透镜以外的光学要件；以及镜头法兰、镜筒、成像元件及手抖动校正机构等机构部分等。并且，“透镜组”除包括透镜以外，还可以包括光圈、掩模、滤波器、盖玻璃、平面反射镜及棱镜等透镜以外的光学要件。
本说明书的“具有正屈光力的～组”及“～组具有正屈光力”表示组整体具有正屈光力。同样地，“具有负屈光力的～组”及“～组具有负屈光力”表示组整体具有负屈光力。即使将“组”替换成“单元”，这一点也相同。若无特别说明，则与包括非球面的透镜相关的屈光力的符号是在近轴区域考虑的。本说明书的“～透镜组”并不限于包括多个透镜的结构，也可以为仅包括一片透镜的结构。
条件式中使用的“焦距”为近轴焦距。若无特别说明，则条件式中使用的“光轴上的距离”为几何距离。条件式中使用的值为在放大侧成像面无限远的状态下以d线为基准时的值。
本说明书中记载的“d线”、“C线”及“F线”为明线，d线的波长视为587.56nm(纳米)、C线的波长视为656.27nm(纳米)、F线的波长视为486.13nm(纳米)。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在形成中间像的变焦镜头中具有高倍率、变倍时的像差变动得到抑制且保持高光学性能的变焦镜头、具备该变焦镜头的投影型显示装置及具备该变焦镜头的摄像装置。
附图说明
图1对应于实施例1的变焦镜头，是表示一实施方式所涉及的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图2是表示实施例1的变焦镜头的各变倍状态下的结构和光束的图。
图3是投影距离无限远的状态的实施例1的变焦镜头的各像差图。
图4是投影倍率为150倍的状态的实施例1的变焦镜头的各像差图。
图5是实施例1的变焦镜头的第2光学系统的像散图。
图6是表示实施例1的变形例所涉及的变焦镜头的结构和光束的剖视图。
图7是表示实施例2的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图8是投影距离无限远的状态的实施例2的变焦镜头的各像差图。
图9是投影倍率为150倍的状态的实施例2的变焦镜头的各像差图。
图10是表示实施例2的变形例所涉及的变焦镜头的结构和光束的剖视图。
图11是表示实施例3的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图12是投影距离无限远的状态的实施例3的变焦镜头的各像差图。
图13是投影倍率为150倍的状态的实施例3的变焦镜头的各像差图。
图14是表示实施例3的变形例所涉及的变焦镜头的结构和光束的剖视图。
图15是表示实施例4的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图16是投影距离无限远的状态的实施例4的变焦镜头的各像差图。
图17是投影倍率为150倍的状态的实施例4的变焦镜头的各像差图。
图18是表示实施例5的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图19是投影距离无限远的状态的实施例5的变焦镜头的各像差图。
图20是投影倍率为150倍的状态的实施例5的变焦镜头的各像差图。
图21是表示实施例6的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图22是投影距离无限远的状态的实施例6的变焦镜头的各像差图。
图23是投影倍率为150倍的状态的实施例6的变焦镜头的各像差图。
图24是表示实施例6的变形例所涉及的变焦镜头的结构和光束的剖视图。
图25是表示实施例7的变焦镜头的结构、光束及移动轨迹的剖视图。
图26是表示实施例7的变焦镜头的各变倍状态的结构和光束的图。
图27是投影距离无限远的状态的实施例7的变焦镜头的各像差图。
图28是投影倍率为150倍的状态的实施例7的变焦镜头的各像差图。
图29是表示实施例7的变形例所涉及的变焦镜头的结构和光束的剖视图。
图30是一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。
图31是另一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。
图32是又一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。
图33是一实施方式所涉及的摄像装置的正面侧的立体图。
图34是图33所示的摄像装置的背面侧的立体图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1中示出本发明的一实施方式所涉及的变焦镜头的广角端下的结构及光束的剖视图，在其下方示出移动轨迹。在图1中，作为光束，示出轴上光束Ka及最大视角的光束Kb。图2中示出该变焦镜头的各变倍状态下的结构及光束的剖视图。在图2中，在标有“广角端”的最上排示出广角端状态，在标有“第1中间”的从上侧起第2排示出第1中间焦距状态，在标有“第2中间”的从上侧起第3排示出第2中间焦距状态，在标有“长焦端”的最下排示出长焦端状态。图1及图2所示的例子对应于后述的实施例1的变焦镜头。在图1及图2中，左侧为放大侧，右侧为缩小侧。以下，主要参考图1对本发明的一实施方式所涉及的变焦镜头进行说明。
本发明的变焦镜头可以搭载于投影型显示装置而作为形成投影到屏幕上的像的投影光学系统，并且也可以搭载于摄像装置而作为形成物体的像的摄像光学系统。以下，假设变焦镜头以投影光学系统的用途使用来进行说明。
在图1中，示出假设变焦镜头搭载于投影型显示装置而在变焦镜头的缩小侧配置有光学部件PP及光阀的图像显示面Sim的例子。光学部件PP为设想成滤波器、盖玻璃及颜色合成棱镜等的部件。光学部件PP为不具有屈光力的部件，并且也可以省略光学部件PP。
在投影型显示装置中，在图像显示面Sim被赋予图像信息的光束经由光学部件PP入射于变焦镜头，并通过变焦镜头投影到未图示的屏幕上。在该情况下，图像显示面Sim对应于缩小侧成像面，屏幕对应于放大侧成像面。另外，
在本说明书中，“屏幕”表示由变焦镜头形成的投影像被投影的对象物。作为屏幕，除专用屏幕以外，还可以为房间的墙面、地板面、天花板及建筑物的外壁等。
并且，在本说明书的说明中，“放大侧”表示光路上的屏幕侧，“缩小侧”表示光路上的图像显示面Sim侧。在本说明书中，“放大侧”及“缩小侧”是沿着光路规定的，这一点对形成被折弯的光路的变焦镜头的情况也相同。以下，为了避免说明冗长，有时将“从放大侧向缩小侧沿着光路依次”记载为“从放大侧向缩小侧依次”。
本发明的变焦镜头构成为，在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像MI，并使中间像MI再成像于放大侧成像面。在图1中，用点线仅简单地示出中间像MI中的光轴附近的一部分。图1的中间像MI表示光轴上的位置，并不表示准确的形状。以下，将构成变焦镜头的光学系统中的比中间像MI更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统，将比中间像MI更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统。在投影型显示装置中，第2光学系统形成显示于图像显示面Sim上的图像的中间像MI，第1光学系统将该中间像MI投影到屏幕上来形成投影像。如此形成中间像MI的光学系统具有如下优点：能够缩短第1光学系统的后焦距，并且能够减小第1光学系统的放大侧的透镜直径。
另外，可以认为本发明的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。各单元如下构成。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。通过在最靠放大侧配置具有正屈光力的组，能够包括增距镜结构，因此有利于高倍率化。第1单元U1在变倍时可以是固定的，也可以是移动的。在第1单元U1在变倍时固定的情况下，即使变倍，也能够使光学系统总长度恒定。在第1单元U1在变倍时移动的情况下，有利于抑制变倍时的像差变动。
在本说明书中，将与相邻的组之间的光轴方向上的间隔在变倍时发生变化的组作为一个透镜组。即，本说明书中的“透镜组”为变焦镜头的构成部分，其包括由变倍时发生变化的空气间隔隔开的至少一片透镜。变倍时，以各透镜组为单位移动或固定，并且各透镜组内的透镜的相互间隔不变。
第2单元U2为在广角端整体具有负屈光力的单元。根据该结构，第2单元U2能够负责变倍的主要作用。并且，第2单元U2包括变倍时改变相互间隔而移动的两个透镜组。根据第2单元U2的这些结构，能够抑制变倍时的像差变动。在形成中间像MI的光学系统中，通过将第2单元U2设为上述结构，能够在减小放大侧的透镜直径的同时，减小在广角侧成为间题的畸变像差，并且还能够减小伴随变倍的畸变像差。以下，将构成第2单元U2的上述两个透镜组中的光路上的放大侧的透镜组设为第2A透镜组U2A，将缩小侧的透镜组设为第2B透镜组U2B。
在图1中，作为广角端下的最大视角的主光线Kb1与光轴Z的交点，示出了两个交点。将该两个交点中的光路上的放大侧的交点设为第1交点P1，将缩小侧的交点设为第2交点P2。在广角端，第3单元U3构成为包括位于最靠近第1交点P1的位置的具有正屈光力的透镜组的单元。这里所说的“最靠近”表示在光路上的排列顺序上最靠近，而不是在距离上最靠近。并且，在存在包括第1交点P1的透镜组的情况下，将该透镜组视为位于最靠近第1交点P1的位置的透镜组。
第3单元U3构成为包括变倍时移动的一个以上的透镜组。通过除第2单元U2的上述结构的以外，还使第3单元U3包括变倍时移动的一个以上的透镜组，能够有助于抑制变倍时的像差变动。第3单元U3中所包括的透镜组均可以构成为在变倍时移动。并且，第3单元U3可以构成为在广角端整体具有正屈光力。在这种情况下，能够增强第2单元U2的负屈光力，因此能够在抑制透镜系统的大型化的同时，有利于高倍率化。
第4单元U4构成为包括变倍时移动的一个以上的透镜组。根据第4单元U4的该结构，除第2单元U2的变倍作用以外，第4单元U4也能够具有变倍作用，因此能够进一步高倍率化。并且，容易确保整个变倍区域中的远心性。第4单元U4中所包括的透镜组均可以构成为在变倍时移动。
在广角端，第5单元U5构成为在内部包括第2交点P2的单元。第5单元U5可以构成为包括一个透镜组，也可以构成为包括多个透镜组。在第5单元U5包括一个透镜组的情况下，可以构成为变倍时固定。在第5单元U5包括多个透镜组的情况下，第5单元U5的最靠缩小侧的透镜组可以构成为变倍时固定。通过使最靠缩小侧的透镜组在变倍时固定，容易保持缩小侧的远心性。
作为一例，在图1的例子中，各单元如下构成。第1单元U1包括一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括第2A透镜组U2A和第2B透镜组U2B这两个透镜组。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括第3A透镜组U3A和第3B透镜组U3B这两个透镜组。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括第4A透镜组U4A和第4B透镜组U4B这两个透镜组。第5单元U5包括一个透镜组。
在图1的例子中，中间像MI位于第5单元U5的内部。并且，在图1的例子中，在广角端，位于最靠近第1交点P1的位置的具有正屈光力的透镜组为第3B透镜组U3B，第2交点P2位于第5单元U5的内部。第2交点P2的位置与孔径光圈St的位置一致。图1的孔径光圈St表示光轴方向上的位置，而不是形状及大小。
在图1的例子中，变倍时，第1单元U1及第5单元U5是固定的，第2A透镜组U2A、第2B透镜组U2B、第3A透镜组U3A、第3B透镜组U3B、第4A透镜组U4A及第4B透镜组U4B改变与相邻的透镜组之间的间隔而沿着光轴Z移动。在图1中，在变倍时固定的透镜组的下方记入直线状点线，在变倍时移动的透镜组的下方用实线表示从广角端向长焦端变倍时的移动轨迹。
以下，对本发明的变焦镜头的进一步优选的结构及可用的结构进行叙述。以下，为了避免冗长的说明，将“本发明的变焦镜头”还简称为“变焦镜头”。
变焦镜头优选缩小侧以远心的方式构成。例如，在投影高清图像的投影型显示装置中，通常采用设置有与蓝色、绿色及红色的各颜色的波长对应的图像显示元件的所谓的三板方式。为了应对这种方式，优选缩小侧以远心的方式构成。
另外，上述“缩小侧以远心的方式构成”包括本发明的技术所属的技术领域中实际允许的误差。误差例如可以为±3度。在不包括孔径光圈St的系统中，在沿着从放大侧朝向缩小侧的方向观察光束时，可以用会聚于缩小侧成像面上的点上的光束的截面中的上侧的最大光线和下侧的最大光线的角平分线代替主光线来判断远心性。
变焦镜头优选满足下述条件式(1)。在此，将缩小侧的有效像圆的半径设为Ymax。并且，将在放大侧成像面无限远的状态下以缩小侧为射出侧时的广角端下的缩小侧成像面至近轴射出光瞳位置为止的光轴上的距离设为exPw。作为一例，图1中示出有效像圆的半径Ymax。有效像圆为所谓的像圈。计算exPw时，不具有屈光力的光学部件设为空气换算距离。关于条件式(1)的下限，Ymax＞0，并且|exPw|＞0，因此0＜Ymax/|exPw|。通过使条件式(1)的对应值不成为上限以上，容易在获得所期望的有效像圆的大小的同时，确保远心性。
0＜Ymax/|exPw|＜0.1 (1)
优选，第2A透镜组U2A具有负屈光力，第2B透镜组U2B具有正屈光力。在这种情况下，第2A透镜组U2A能够适当地负责变倍作用，第2B透镜组U2B能够负责校正伴随变倍的像差的作用，因此有利于高倍率化。
在将第2A透镜组U2A的焦距设为f2A、将第2B透镜组U2B的焦距设为f2B的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(2)。通过使条件式(2)的对应值不成为下限以下，第2A透镜组U2A的屈光力相对于第2B透镜组U2B的屈光力不会变得过弱，因此有利于在不使整个透镜系统大型化的情况下高倍率化。通过使条件式(2)的对应值不成为上限以上，第2单元U2的屈光力不会变得过强，因此有利于抑制变倍时的像差变动。为了获得更良好的特性，变焦镜头更优选满足下述条件式(2-1)。
-0.5＜f2A/f2B＜0 (2)
-0.3＜f2A/f2B＜0 (2-1)
在从广角端向长焦端变倍时，第2B透镜组U2B可以构成为移动至放大侧之后向缩小侧移动。在这种情况下，能够增加变倍时的第2A透镜组U2A的移动行程。由此，有利于高倍率化，并且能够抑制变倍时的像差变动，尤其能够抑制变倍时的广角侧的畸变像差的变动。
优选，第4单元U4从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有正或负屈光力的第4B透镜组U4B。在该结构中，优选，变倍时，第4A透镜组U4A和第4B透镜组U4B改变相互间隔而移动。通过采用这些结构，第4A透镜组U4A能够负责变倍作用，第4B透镜组U4B能够负责校正伴随变倍的像差的作用，因此有利于高倍率化。并且，容易确保整个变倍区域中的远心性。
在第4单元U4包括上述第4A透镜组U4A和第4B透镜组U4B的结构中，在将第4A透镜组U4A的焦距设为f4A、将第4B透镜组U4B的焦距设为f4B的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(3)。通过使条件式(3)的对应值不成为下限以下，第4B透镜组U4B的负屈光力相对于第4A透镜组U4A的屈光力不会变得过强。通过使条件式(3)的对应值不成为上限以上，第4B透镜组U4B的正屈光力相对于第4A透镜组U4A的屈光力不会变得过强。通过满足条件式(3)，有利于抑制变倍时的像差变动，并且有利于确保远心性。为了获得更良好的特性，变焦镜头更优选满足下述条件式(3-1)。
-2＜f4A/f4B＜1 (3)
-1.5＜f4A/f4B＜0.8 (3-1)
在将第4单元U4所包括的所有正透镜的d线基准的色散系数的平均值设为ν4pave的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(4)。通过使条件式(4)的对应值不成为下限以下，容易校正轴上色差。变焦镜头更优选满足下述条件式(4-1)。通过使条件式(4-1)的对应值不成为下限以下，更容易校正轴上色差。通过使条件式(4-1)的对应值不成为上限以上，有利于降低透镜的成本。
60＜ν4pave (4)
65＜ν4pave＜90 (4-1)
优选，第1光学系统校正第2光学系统中产生的像面弯曲，以使中间像MI再成像于放大侧成像面。通过设为校正在中间像MI的位置产生的像面弯曲的光学系统，有利于整个透镜系统的小型化及高倍率化。
在将广角端下的第1光学系统的焦距设为fS1w、将广角端下的变焦镜头的焦距设为fw的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(5)。通过使条件式(5)的对应值不成为下限以下，无需过度减小第1光学系统的F值，因此有利于校正球面像差及像散。变焦镜头更优选满足下述条件式(5-1)。通过使条件式(5-1)的对应值不成为下限以下，能够进一步提高与条件式(5)的下限相关的上述效果。通过使条件式(5-1)的对应值不成为上限以上，将中间像MI成像于与缩小侧成像面共轭的位置时的中继倍率不会变得过大，因此能够抑制中间像MI的尺寸。因此，能够抑制第1光学系统的大型化，并且有利于校正第1光学系统中的畸变像差及像面弯曲。
0.8＜fS1w/|fw| (5)
1＜fS1w/|fw|＜2 (5-1)
在中间像MI位于比第2单元U2更靠缩小侧的位置的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(6)。在此，将广角端下的第1光学系统的最靠放大侧的透镜面至第1光学系统的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThS1。并且，将广角端下的变焦镜头的最靠放大侧的透镜面至变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThZL。通过使条件式(6)的对应值不成为下限以下，具有较大的变倍作用的第1光学系统的总长度不会变得过短，因此有利于高倍率化。通过使条件式(6)的对应值不成为上限以上，能够抑制第1光学系统的总长度变长，因此第2光学系统的总长度不会变得过短。由此，能够抑制第2光学系统中产生的像面弯曲及畸变像差等像差变得过大，因此有利于利用第1光学系统来校正第2光学系统中产生的这些像差，以在放大侧成像面获得良好的像。为了获得更良好的特性，变焦镜头更优选满足下述条件式(6-1)。
0.4＜ThS1/ThZL＜0.7 (6)
0.5＜ThS1/ThZL＜0.65 (6-1)
优选，中间像MI位于第5单元U5内。在这种情况下，能够在相对靠近第2交点P2的位置形成中间像MI，因此能够抑制中间像MI的尺寸。因此，能够抑制第1光学系统的大型化，并且有利于校正第1光学系统中的畸变像差及像面弯曲。
在将广角端下的变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面至变焦镜头的缩小侧焦点位置为止的光轴上的空气换算距离设为Bfw、将广角端下的变焦镜头的焦距设为fw的情况下，变焦镜头优选满足下述条件式(7)。Bfw为广角端下的变焦镜头的空气换算距离计的后焦距。通过使条件式(7)的对应值不成为下限以下，后焦距不会变得过短，因此容易配置颜色合成棱镜等。变焦镜头更优选满足下述条件式(7-1)。通过使条件式(7-1)的对应值不成为下限以下，能够进一步提高与条件式(7)的下限相关的上述效果。通过使条件式(7-1)的对应值不成为上限以上，能够抑制包括后焦距在内的整个光学系统的大型化。
1＜Bfw/|fw| (7)
1.3＜Bfw/|fw|＜4 (7-1)
变焦镜头可以构成为在与中间像MI相邻的位置包括折弯光路的光路折弯部件。这里所说的“在与中间像MI相邻的位置包括折弯光路的光路折弯部件”表示在中间像MI与折弯部件之间的光路上不存在透镜等具有屈光力的部件。与中间像MI相邻的位置能够确保相对较宽的空气间隔，因此容易配置光路折弯部件。通过包括光路折弯部件，能够有助于整个透镜系统的小型化。作为光路折弯部件，例如可以使用反射镜等具有反射面的部件。
光路折弯部件折弯光路的角度可以任意设定，例如可以设为90度。通过将折弯角度设为90度，能够使其成为容易生产的结构。另外，该“90度”包括本发明的技术所属的技术领域中实际允许的误差。误差例如可以设为±5度。
变焦镜头优选具有对焦功能。例如可以构成为，对焦时，第4单元U4及第5单元U5中的至少一个单元的一片以上的透镜移动。通过如此相对在缩小侧进行对焦，能够使对焦时移动的透镜组小型化，因此有利于减轻驱动系统的负荷、装置的小型化及对焦的高速化。以下，将对焦时移动的透镜组称为聚焦组。在图1的例子中，聚焦组包括第4B透镜组U4B。图1的第4B透镜组U4B的上方的水平方向的双箭头表示聚焦组为第4B透镜组U4B。
另外，图1所示的例子仅为一例，可以在不脱离本发明的技术宗旨的范围内进行各种变形。例如，在本发明的技术中，第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5中所包括的透镜组的数量可以设为与图1的例子不同的数量。并且，在本发明的技术中，各透镜组中所包括的透镜的数量也可以设为与图1的例子不同的数量。
包括与条件式相关的结构在内，上述优选结构及可用的结构可以任意进行组合，优选根据所要求的规格适当选择性地采用。另外，本发明的变焦镜头优选满足的条件式并不限定于以式的形式记载的条件式，还包括从优选及更优选的条件式中任意组合下限和上限而得的所有条件式。
接着，参考附图对本发明的变焦镜头的实施例进行说明。另外，标注于各实施例的剖视图的单元及透镜组的参考符号是针对每个实施例独立地使用的，以避免参考符号的位数的增加导致的说明及附图的复杂化。因此，即使在不同的实施例的附图中标有相同的参考符号，也不一定是相同的结构。
[实施例1]
实施例1的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图1，其图示方法和结构如上所述，因此在此省略一部分重复说明。实施例1的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第3A透镜组U3A和具有正屈光力的第3B透镜组U3B。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有负屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例1的变焦镜头包括八个透镜组。
变倍时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第4B透镜组U4B。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例1的变焦镜头，将基本透镜数据示于表1A及表1B，将规格示于表2，将可变面间隔示于表3。在此，为了避免一个表变长，将基本透镜数据分成表1A及表1B这两个表来示出。表1A中示出第1光学系统，表1B中示出第2光学系统及光学部件PP。
基本透镜数据的表中如下记载。在Sn列中示出以最靠放大侧的面为第1面并随着朝向缩小侧逐一增加编号时的面编号。在R列中示出各面的曲率半径。在D列中示出各面与在其缩小侧与之相邻的面之间的光轴上的面间隔。在Nd列中示出各构成要件相对于d线的折射率。在νd列中示出各构成要件的d线基准的色散系数。
在基本透镜数据的表中，将凸面朝向放大侧的形状的面的曲率半径的符号设为正，将凸面朝向缩小侧的形状的面的曲率半径的符号设为负。在表1B中，在相当于孔径光圈St的面的面编号栏中记载了面编号和(St)这一术语。表1B的D的最下栏的值为表中的最靠缩小侧的面与图像显示面Sim之间的间隔。在基本透镜数据的表中，关于可变面间隔使用了DD[]这一记号，在[]中标注该间隔的放大侧的面编号并记入于D栏中。
表2中以d线基准示出变焦倍率Zr、焦距的绝对值|f|、F值FNo.及最大全视角2ω。2ω栏的[°]表示单位为度。表1及表2所示的值为投影距离无限远的状态的值。另外，在本发明的实施例中，投影距离无限远的状态的含义与放大侧成像面无限远的状态的含义相同。在表2中，分别在“广角端”、“第1中间”、“第2中间”及“长焦端”的列中示出广角端状态、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端状态下的各值，这一点对后述的表3也相同。
表3中示出各变倍状态下的可变面间隔。在表3中，在标有“无限远”的表中示出投影距离无限远的状态的值，在标有“投影倍率150倍”的表中示出投影倍率为150倍的状态的值。
在各表的数据中，作为角度的单位使用了度，作为长度的单位使用了mm(毫米)，光学系统既可以放大比例使用也可以缩小比例使用，因此也可以使用其他适当的单位。并且，以下所示的各表中记载了以规定位数舍入的数值。
[表1A]
实施例1
[表1B]
实施例1
Sn R D Nd νd
31 -21.3449 2.0294 1.67270 32.10
32 63.6065 1.5091
33 903.8451 5.4793 1.83481 42.74
34 -28.5932 2.4693
35 32.2535 8.0913 1.52841 76.45
36 -45.4614 0.2001
37 22.6494 6.8503 1.55200 70.70
38 -62.0696 0.1851
39 -54.1317 4.8353 1.51742 52.43
40 12.3120 8.6262
41(St) ∞ 2.7763
42 -11.8190 6.1855 1.79360 37.09
43 78.5462 0.1000
44 88.2007 5.5235 1.49700 81.61
45 -18.3411 0.2006
46 92.5215 5.6425 1.49700 81.61
47 -24.0873 26.4631
48 52.7100 4.4331 1.89190 37.13
49 274.2597 12.3400
50 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
51 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
52 ∞ 5.0299
[表2]
实施例1
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 7.0
|f| 14.55 28.08 58.20 101.86
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.30
2ω[°] 77.4 45.0 22.6 13.0
[表3]
实施例1无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 15.45 31.05 40.81
DD[9] 29.03 3.85 1.66 0.77
DD[11] 47.41 20.23 5.62 7.94
DD[13] 0.50 14.54 14.00 7.32
DD[15] 37.81 34.60 19.13 0.50
DD[21] 2.50 19.38 33.61 43.47
DD[26] 0.80 10.50 13.48 17.75
实施例1投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 15.45 31.05 40.81
DD[9] 29.03 3.85 1.66 0.77
DD[11] 47.41 20.23 5.62 7.94
DD[13] 0.50 14.54 14.00 7.32
DD[15] 37.81 34.60 19.13 0.50
DD[21] 2.68 19.69 34.24 44.52
DD[26] 0.62 10.18 12.86 16.71
图3中示出投影距离无限远的状态的实施例1的变焦镜头的各像差图。在图3中，在标有“广角端”的最上排示出广角端下的各像差图，在标有“第1中间”的从上侧起第2排示出第1中间焦距状态下的各像差图，在标有“第2中间”的从上侧起第3排示出第2中间焦距状态下的各像差图，在标有“长焦端”的最下排示出长焦端下的各像差图。在图3中，从左起依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在球面像差图中，分别用实线、长虚线及短虚线示出与d线、C线及F线相关的像差。在像散图中，用实线示出弧矢方向上的与d线相关的像差，用短虚线示出子午方向上的与d线相关的像差。在畸变像差图中，用实线示出与d线相关的像差。在倍率色差图中，分别用长虚线及短虚线示出与C线及F线相关的像差。在球面像差图中，在“FNo.＝”的后侧示出F值的值。在其他像差图中，在“ω＝”的后侧示出最大半视角的值。
图4中示出投影倍率为150倍的状态的实施例1的变焦镜头的各像差图。图4的图示方法与图3相同。在图4的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.1m(米)、4.1m(米)、8.6m(米)及15.1m(米)。投影距离为最靠放大侧的透镜面至放大侧成像面为止的光轴上的距离。
图5中示出实施例1的第2光学系统单独的像散图。图5为将第2光学系统的最靠放大侧的透镜面至中间像MI的近轴像位置为止的光轴上的距离设为物体距离时的缩小侧的像面上的像散图。图5的曲线图的上端对应于最大半视角。在图5中，像散较大，但图3及图4的像散相较于图5的像散小很多。由此可知，实施例1的变焦镜头的第1光学系统良好地校正了第2光学系统中产生的像面弯曲，使得中间像MI再成像于放大侧成像面。
图6中示出实施例1的变形例所涉及的变焦镜头的广角端下的结构和光束。图6的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5R。第5单元U5R与实施例1的变焦镜头的第5单元U5的不同点在于，在与中间像MI相邻的位置包括作为光路折弯部件的反射镜R1，并利用反射镜R1来折弯光路。图6的变焦镜头的其他结构与实施例1的变焦镜头相同。通过折弯光路，能够使结构紧凑。
若无特别说明，则与上述实施例1及变形例相关的各数据的记号、含义、记载方法及图示方法在以下实施例中也基本相同，因此以下省略重复说明。
[实施例2]
将实施例2的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图7。实施例2的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第3A透镜组U3A和具有正屈光力的第3B透镜组U3B。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有负屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例2的变焦镜头包括八个透镜组。
变倍时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第5单元U5的从放大侧起的第2个这一片透镜。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例2的变焦镜头，将基本透镜数据示于表4A及表4B，将规格示于表5，将可变面间隔示于表6。并且，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图8，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图9。在图9的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.1m(米)、4.1m(米)、8.5m(米)及14.7m(米)。
[表4A]
实施例2
Sn R D Nd νd
1 89.4540 2.5000 1.84666 23.78
2 57.5464 2.0758
3 58.1548 13.2383 1.62041 60.29
4 320.1033 0.1992
5 58.7512 5.6356 1.83481 42.74
6 101.4727 DD[6]
7 62.7378 1.5007 1.83481 42.74
8 21.5537 11.3110
9 -83.3731 1.2007 1.83481 42.74
10 44.2474 DD[10]
11 35.0326 3.5843 1.67300 38.26
12 71.3220 DD[12]
13 -33.2022 3.0772 1.85478 24.80
14 -44.6414 DD[14]
15 600.0355 4.3830 1.89286 20.36
16 -67.9116 DD[16]
17 66.9181 9.4419 1.53775 74.70
18 -32.1288 0.0706
19 -31.8542 1.2991 1.58144 40.75
20 -96.7015 1.4751
21 73.2122 3.0129 1.77250 49.60
22 28.2086 0.1008
23 27.9759 7.6150 1.49700 81.61
24 -428.4209 DD[24]
25 -84.2644 1.2000 1.84666 23.78
26 65.5661 6.7436
27 -140.5200 8.6768 1.55200 70.70
28 -25.5364 0.2001
29 -25.8088 1.2991 1.84666 23.78
30 -43.3481 DD[30]
31 855.1341 5.2435 1.77250 49.60
32 -86.6999 11.1950
33 45.4873 9.0009 1.72916 54.68
34 129.1709 74.9991
[表4B]
实施例2
Sn R D Nd νd
35 -21.5847 1.2003 1.64769 33.79
36 74.4005 1.7301
37 -324.5500 5.3729 1.83481 42.74
38 -28.4232 0.2001
39 33.4416 7.7450 1.52841 76.45
40 -47.5825 0.2001
41 23.3837 6.9310 1.59522 67.73
42 -63.9069 0.1443
43 -57.6917 5.2268 1.51742 52.43
44 12.7469 9.0426
45(St) ∞ 2.7387
46 -12.1556 6.9942 1.80100 34.97
47 77.8571 0.1005
48 87.1522 5.4537 1.49700 81.61
49 -19.3490 0.2478
50 95.0400 5.6136 1.49700 81.61
51 -24.8003 25.7657
52 50.9276 6.2213 1.86700 36.23
53 256.8013 12.3400
54 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
55 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
56 ∞ 5.0281
[表5]
实施例2
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 7.0
|f| 14.59 28.16 58.36 102.13
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.31
2ω[°] 77.2 44.8 22.6 13.0
[表6]
实施例2无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[6] 0.50 15.39 31.37 41.93
DD[10] 30.41 5.71 1.92 0.51
DD[12] 41.67 19.03 4.87 9.06
DD[14] 0.50 11.77 12.55 5.21
DD[16] 42.57 35.79 19.59 0.50
DD[24] 2.77 21.40 36.64 46.50
DD[30] 0.50 9.82 11.98 15.20
实施例2投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[6] 0.50 15.39 31.37 41.93
DD[10] 30.41 5.71 1.92 0.51
DD[12] 41.67 19.03 4.87 9.06
DD[14] 0.50 11.77 12.55 5.21
DD[16] 42.57 35.79 19.59 0.50
DD[24] 2.77 21.40 36.64 46.50
DD[30] 0.50 9.82 11.98 15.20
DD[32] 10.88 10.59 9.95 9.04
DD[34] 75.32 75.61 76.25 77.16
图10中示出实施例2的变形例所涉及的变焦镜头的广角端下的结构和光束。图10的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5R。第5单元U5R与实施例2的变焦镜头的第5单元U5的不同点在于，在与中间像MI相邻的位置包括作为光路折弯部件的反射镜R1，并利用反射镜R1来折弯光路。图10的变焦镜头的其他结构与实施例2的变焦镜头相同。通过折弯光路，能够使结构紧凑。
[实施例3]
将实施例3的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图11。实施例3的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第3A透镜组U3A和具有正屈光力的第3B透镜组U3B。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有负屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例3的变焦镜头包括八个透镜组。
变倍时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第4B透镜组U4B。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例3的变焦镜头，将基本透镜数据示于表7A及表7B，将规格示于表8，将可变面间隔示于表9，将非球面系数示于表10。
在基本透镜数据中，对非球面的面编号标注了*标记，在非球面的曲率半径栏中记载了近轴曲率半径的数值。在表10中，在Sn行中示出非球面的面编号，在KA及Am(m＝3、4、5、6、7、8)行中示出关于各非球面的非球面系数的数值。表10的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。KA及Am为由下式表示的非球面式中的非球面系数。
Zd＝C×h2/{1+(1-KA×C2×h2)1/2}+∑Am×hm
其中，
Zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点下垂至与非球面顶点相切且与光轴Z垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(光轴Z至透镜面为止的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数，
非球面式的∑表示与m相关的总和。
[表7A]
实施例3
Sn R D Nd νd
1 85.2585 2.5000 1.84666 23.78
2 56.0347 14.1242 1.61800 63.33
3 223.5799 0.2000
4 58.0583 6.5610 1.83481 42.74
5 96.3039 DD[5]
6 90.9179 1.5009 1.87070 40.73
7 21.2937 12.5459
*8 -73.5026 1.2000 1.76450 49.10
*9 38.1789 DD[9]
10 54.4854 4.5480 1.74400 44.79
11 1699.4154 DD[11]
12 -37.2267 1.7663 1.84666 23.78
13 -43.3484 DD[13]
14 1432.0173 4.1617 1.80809 22.76
15 -69.1587 DD[15]
16 96.2804 8.9228 1.53775 74.70
17 -31.3615 2.6363 1.58144 40.75
18 -84.8862 0.1991
19 68.2174 1.2007 1.77250 49.60
20 33.4208 7.2758 1.49700 81.61
21 -258.5836 DD[21]
22 -103.8693 1.2006 1.84666 23.78
23 51.6471 11.2368
24 275.7723 10.6465 1.61800 63.33
25 -28.5714 1.3006 1.84666 23.78
26 -72.9126 DD[26]
27 375.4225 5.5753 1.72916 54.68
28 -90.2535 0.1999
29 50.7825 5.3357 1.75500 52.32
30 126.7048 74.9991
[表7B]
实施例3
Sn R D Nd νd
31 -27.9442 1.2004 1.53172 48.84
32 50.2263 2.8158
33 322.8223 5.6397 1.83481 42.72
34 -34.0694 7.6376
35 26.4833 7.9177 1.52841 76.45
36 -76.2622 1.7225
37 21.0715 6.1411 1.52841 76.45
38 -67.5506 0.1535
39 -58.3464 3.5576 1.60342 38.03
40 12.3943 8.5676
41(St) ∞ 2.7373
42 -11.6662 5.7551 1.74950 35.33
43 80.5280 0.1010
44 91.6762 5.2326 1.53775 74.70
45 -18.3033 0.2007
46 72.5344 5.3813 1.49700 81.61
47 -26.7393 27.2503
48 58.8989 3.9002 1.85896 22.73
49 2380.3219 12.3400
50 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
51 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
52 ∞ 1.0179
[表8]实施例3
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 7.0
|f| 12.43 23.98 49.70 86.98
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.30
2ω[°] 86.4 51.8 26.6 15.2
[表9]
实施例3无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 16.06 33.49 45.11
DD[9] 33.08 4.61 2.71 2.12
DD[11] 54.68 17.14 7.28 13.93
DD[13] 0.50 21.40 14.97 3.47
DD[15] 32.82 32.75 17.30 0.50
DD[21] 2.09 24.00 38.64 47.62
DD[26] 0.73 8.44 10.00 11.63
实施例3投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 16.06 33.49 45.11
DD[9] 33.08 4.61 2.71 2.12
DD[11] 54.68 17.14 7.28 13.93
DD[13] 0.50 21.40 14.97 3.47
DD[15] 32.82 32.75 17.30 0.50
DD[21] 2.23 24.24 39.12 48.46
DD[26] 0.59 8.13 9.52 10.81
[表10]
实施例3
Sn 8 9
KA 1.000000E+00 1.000000E+00
A3 0.000000E+00 0.000000E+00
A4 5.450003E-06 7.376274E-08
A5 4.392814E-08 -3.007235E-07
A6 -4.684611E-08 -1.359937E-08
A7 2.098899E-09 2.403723E-10
A8 -2.552139E-11 1.760659E-11
关于实施例3的变焦镜头，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图12，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图13。在图13的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为1.8m(米)、3.5m(米)、7.3m(米)及12.8m(米)。
图14中示出实施例3的变形例所涉及的变焦镜头的广角端下的结构和光束。图14的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5R。第5单元U5R与实施例3的变焦镜头的第5单元U5的不同点在于，在与中间像MI相邻的位置包括作为光路折弯部件的反射镜R1，并利用反射镜R1来折弯光路。图14的变焦镜头的其他结构与实施例3的变焦镜头相同。通过折弯光路，能够使结构紧凑。
[实施例4]
将实施例4的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图15。实施例4的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3包括具有正屈光力的一个透镜组。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有正屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例4的变焦镜头包括七个透镜组。
变倍时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第5单元U5的最靠放大侧的一片透镜。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例4的变焦镜头，将基本透镜数据示于表11A及表11B，将规格示于表12，将可变面间隔示于表13。并且，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图16，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图17。在图17的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.7m(米)、5.3m(米)、10.9m(米)及13.6m(米)。
[表11A]
实施例4
Sn R D Nd νd
1 91.7504 2.4991 1.84666 23.78
2 64.4914 13.8371 1.62041 60.29
3 433.7789 0.1997
4 56.1329 6.1646 1.83481 42.74
5 92.7917 DD[5]
6 63.3307 1.5005 1.83481 42.74
7 23.2010 11.9350
8 -102.5570 1.1991 1.85025 30.05
9 47.2014 DD[9]
10 34.9651 3.2482 1.58913 61.13
11 50.3714 DD[11]
12 -48.8074 4.0276 1.72916 54.68
13 -670.9370 0.5473
14 191.5777 6.5624 1.89286 20.36
15 -53.7298 DD[15]
16 79.5035 10.5044 1.49700 81.61
17 -36.7298 2.1452 1.76182 26.52
18 -73.4271 11.1560
19 66.8112 8.9991 1.78880 28.43
20 28.9602 8.1708 1.49700 81.61
21 -261.6238 DD[21]
22 -37.2143 1.4995 1.84666 23.78
23 -2054.7391 8.8951
24 -1423.7011 6.9744 1.49700 81.61
25 -44.0606 0.1991
26 508.8291 5.7432 1.62041 60.29
27 -73.8982 pD[27]
28 40.0082 12.0009 1.72916 54.68
29 71.9414 DD[29]
[表11B]
实施例4
Sn R D Nd νd
30 -31.6040 1.2008 1.84666 23.78
31 115.1271 7.2580
32 -92.3744 10.6455 1.80100 34.97
33 -31.2974 0.2068
34 12761.8482 4.8507 1.62041 60.29
35 -71.5077 13.3630
36 32.4040 8.2734 1.49700 81.61
37 -94.5146 0.1999
38 31.0720 4.7073 1.72916 54.68
39 187.8574 1.0837
40 -187.5688 7.3773 1.58144 40.75
41 13.1493 11.5973
42(St) ∞ 2.6833
43 -12.8299 1.5861 1.84666 23.78
44 -549.8059 0.7301
45 -57.0877 4.9314 1.59522 67.73
46 -17.5053 0.2004
47 221.3974 5.4461 1.59522 67.73
48 -21.4349 28.0478
49 43.7350 4.7580 1.90366 31.31
50 172.8525 12.3400
51 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
52 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
53 ∞ 3.8248
[表12]实施例4
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 5.0
|f| 18.75 36.19 75.01 93.76
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.30
2ω[°] 70.2 39.8 19.8 15.8
[表13]
实施例4无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.22 27.18 30.06
DD[9] 20.37 2.96 0.90 0.50
DD[11] 32.60 30.42 19.01 16.15
DD[15] 36.41 24.05 7.15 0.66
DD[21] 4.79 33.61 58.08 66.32
DD[27] 22.19 11.60 4.54 3.17
DD[29] 36.07 36.07 36.07 36.07
实施例4投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.22 27.18 30.06
DD[9] 20.37 2.96 0.90 0.50
DD[11] 32.60 30.42 19.01 16.15
DD[15] 36.41 24.05 7.15 0.66
DD[21] 4.79 33.61 58.08 66.32
DD[27] 21.83 10.91 3.20 1.61
DD[29] 36.43 36.77 37.50 37.85
[实施例5]
将实施例5的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图18。实施例5的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3包括具有正屈光力的一个透镜组。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有正屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例5的变焦镜头包括七个透镜组。
变倍时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第5单元U5的最靠放大侧的一片透镜。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例5的变焦镜头，将基本透镜数据示于表14A及表14B，将规格示于表15，将可变面间隔示于表16。并且，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图19，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图20。在图20的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.7m(米)、5.3m(米)、10.9m(米)及13.6m(米)。
[表14A]
实施例5
Sn R D Nd νd
1 93.1699 2.4999 1.84666 23.78
2 66.4309 12.9333 1.61800 63.33
3 366.5715 0.1999
4 56.7694 6.3466 1.83481 42.74
5 99.9170 DD[5]
6 63.3470 1.5010 1.87070 40.73
7 23.5152 11.8007
8 -117.9040 1.1999 1.85025 30.05
9 47.3758 DD[9]
10 34.2404 3.3753 1.48749 70.44
11 49.1304 DD[11]
12 -47.7528 6.1185 1.80400 46.53
13 -778.8736 0.2007
14 192.0246 6.8095 1.89286 20.36
15 -50.7325 DD[15]
16 79.9392 10.2229 1.49700 81.61
17 -37.6297 1.8523 1.78472 25.68
18 -74.2162 7.8131
19 66.0652 8.9757 1.78880 28.43
20 29.3069 7.7766 1.49700 81.61
21 -433.2158 DD[21]
22 -35.5050 7.9047 1.84666 23.78
23 -74.1632 0.1997
24 -467.2417 5.7909 1.52841 76.45
25 -42.2601 DD[25]
26 36.3002 5.3705 1.77250 49.60
27 90.6185 DD[27]
[表14B]
实施例5
Sn R D Nd νd
28 -26.7971 7.0000 1.80518 25.42
29 297.4055 4.8050
30 -43.7157 12.4523 1.80610 33.27
31 -28.9226 0.5511
32 130.7837 6.0629 1.72916 54.68
33 -110.6957 16.3613
34 31.5412 8.3147 1.49700 81.61
35 -198.4366 0.2002
36 28.3485 5.2879 1.72916 54.68
37 153.0078 1.1028
38 -664.4220 6.0572 1.62004 36.26
39 12.5753 13.9630
40(St) ∞ 2.8599
41 -13.8120 2.8055 1.84666 23.78
42 -1266.5385 0.6142
43 -70.6525 4.0319 1.59522 67.73
44 -18.9753 0.2000
45 232.5929 5.4045 1.61800 63.33
46 -21.9504 27.3008
47 41.5461 4.4272 1.87070 40.73
48 163.3553 12.3400
49 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
50 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
51 ∞ 2.8790
[表15]
实施例5
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 5.0
|f| 18.75 36.20 75.02 93.77
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.30
2ω[°] 70.0 39.8 19.8 15.8
[表16]
实施例5无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.70 27.85 30.82
DD[9] 19.26 1.87 0.87 0.50
DD[11] 33.06 30.91 18.38 15.41
DD[15] 37.08 24.19 7.42 1.03
DD[21] 5.12 40.15 69.51 78.36
DD[25] 33.71 16.92 4.70 2.60
DD[27] 32.89 32.89 32.89 32.89
实施例5投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.70 27.85 30.82
DD[9] 19.26 1.87 0.87 0.50
DD[11] 33.06 30.91 18.38 15.41
DD[15] 37.08 24.19 7.42 1.03
DD[21] 5.12 40.15 69.51 78.36
DD[25] 33.37 16.26 3.44 1.53
DD[27] 33.23 33.55 34.24 34.56
[实施例6]
将实施例6的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图21。实施例6的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第3A透镜组U3A和具有正屈光力的第3B透镜组U3B。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有负屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5包括一个透镜组。实施例6的变焦镜头包括八个透镜组。
变倍时，第5单元U5所包括的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。聚焦组包括第4B透镜组U4B。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例6的变焦镜头，将基本透镜数据示于表17A及表17B，将规格示于表18，将可变面间隔示于表19。并且，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图22，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图23。在图23的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.1m(米)、4.1m(米)、8.6m(米)及15.1m(米)。
[表17A]
实施例6
Sn R D Nd νd
1 99.5724 2.4991 1.84666 23.78
2 60.7700 14.4551 1.62041 60.29
3 351.4877 0.2000
4 59.0338 7.5240 1.80400 46.53
5 93.5124 DD[5]
6 49.8128 1.4991 1.87070 40.73
7 20.0968 10.2373
8 -84.4233 1.1997 1.83481 42.74
9 40.3922 DD[9]
10 33.2318 3.2655 1.76182 26.52
11 60.9633 DD[11]
12 -36.5336 1.3329 1.85026 32.27
13 -49.6751 DD[13]
14 663.5242 5.0327 1.89286 20.36
15 -61.9410 DD[15]
16 69.6660 11.5912 1.53775 74.70
17 -28.5715 2.8643 1.59551 39.24
18 -92.5642 6.0388
19 82.4523 1.1997 1.83481 42.74
20 33.7090 7.0083 1.49700 81.61
21 -291.0958 DD[21]
22 -142.0836 1.2007 1.84666 23.78
23 58.3553 4.0519
24 211.1210 9.4757 1.59522 67.73
25 -28.5714 1.2991 1.84666 23.78
26 -57.7345 DD[26]
27 151.4529 5.2705 1.72916 54.68
28 -122.7749 8.9563
29 36.4118 5.5062 1.77250 49.60
30 70.4459 60.0732
[表17B]
实施例6
Sn R D Nd νd
31 -18.7792 4.6936 1.69895 30.13
32 68.5449 1.7284
33 -444.7974 5.0252 1.83481 42.74
34 -26.4285 0.3796
35 30.9004 7.3960 1.53775 74.70
36 -44.3774 0.1999
37 23.1123 6.5400 1.59522 67.73
38 -58.4683 0.2000
39 -50.5998 5.0061 1.51742 52.43
40 12.5331 8.4873
41(St) ∞ 2.8449
42 -11.3858 6.1957 1.83400 37.16
43 81.3016 0.1000
44 91.4344 5.6045 1.52841 76.45
45 -18.1590 0.1991
46 102.6850 5.6370 1.52841 76.45
47 -24.3769 26.9515
48 46.0838 3.9527 1.80400 46.53
49 180.9216 12.3400
50 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
51 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
52 ∞ 5.0301
[表18]
实施例6
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 4.0 7.0
|f| 14.54 28.07 58.17 101.79
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.30
2ω[°] 77.4 45.0 22.6 13.0
[表19]
实施例6无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 19.07 37.35 48.20
DD[9] 23.06 5.59 1.93 0.61
DD[11] 37.40 13.50 5.74 13.31
DD[13] 0.75 13.90 12.29 3.77
DD[15] 32.83 27.50 15.11 0.55
DD[21] 1.72 19.18 38.90 53.67
DD[26] 0.98 9.58 13.87 24.28
实施例6投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 19.07 37.35 48.20
DD[9] 23.06 5.59 1.93 0.61
DD[11] 37.40 13.50 5.74 13.31
DD[13] 0.75 13.90 12.29 3.77
DD[15] 32.83 27.50 15.11 0.55
DD[21] 2.01 19.68 39.89 55.23
DD[26] 0.69 9.09 12.82 22.62
图24中示出实施例6的变形例所涉及的变焦镜头的广角端下的结构和光束。图24的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5R。第5单元U5R与实施例6的变焦镜头的第5单元U5的不同点在于，在与中间像MI相邻的位置包括作为光路折弯部件的反射镜R1，并利用反射镜R1来折弯光路。图24的变焦镜头的其他结构与实施例6的变焦镜头相同。通过折弯光路，能够使结构紧凑。
[实施例7]
将实施例7的变焦镜头的结构和光束的剖视图示于图25。将实施例7的变焦镜头的各变倍状态下的结构及光束的剖视图示于图26。图26的图示方法与图2相同。实施例7的变焦镜头从放大侧向缩小侧依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5。
第1单元U1包括具有正屈光力的一个透镜组。第2单元U2从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第2A透镜组U2A和具有正屈光力的第2B透镜组U2B。第3单元U3从放大侧向缩小侧依次包括具有负屈光力的第3A透镜组U3A和具有正屈光力的第3B透镜组U3B。第4单元U4从放大侧向缩小侧依次包括具有正屈光力的第4A透镜组U4A和具有负屈光力的第4B透镜组U4B。第5单元U5从放大侧向缩小侧依次包括第5A透镜组U5A、第5B透镜组U5B、第5C透镜组U5C、第5D透镜组U5D、第5E透镜组U5E及第5F透镜组U5F。实施例7的变焦镜头包括十三个透镜组。
在从广角端变倍至第2中间焦距状态时，第1单元U1的透镜组及第5单元U5的透镜组是固定的，其他透镜组改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动。在从第2中间焦距状态变倍至长焦端时，第5B透镜组U5B、第5C透镜组U5C、第5D透镜组U5D及第5E透镜组U5E改变与相邻的组之间的间隔而沿着光轴Z移动，其他透镜组是固定的。聚焦组包括第4B透镜组U4B。
中间像MI位于第5单元U5的内部。在广角端及长焦端，第1光学系统整体具有正屈光力，第2光学系统整体具有正屈光力。
关于实施例7的变焦镜头，将基本透镜数据示于表20A及表20B，将规格示于表21，将可变面间隔示于表22。并且，将投影距离无限远的状态的各像差图示于图27，将投影倍率为150倍的状态的各像差图示于图28。在图28的数据中，广角端、第1中间焦距状态、第2中间焦距状态及长焦端下的投影距离分别为2.1m(米)、4.1m(米)、10.8m(米)及15.1m(米)。
[表20A]
实施例7
Sn R D Nd νd
1 90.0009 2.5001 1.84666 23.78
2 57.0200 13.2602 1.62041 60.29
3 291.2864 0.2000
4 52.5036 6.5065 1.87070 40.73
5 88.5535 DD[5]
6 62.1339 1.5010 1.83481 42.74
7 20.6650 10.7931
8 -89.8850 1.1998 1.83481 42.74
9 40.4947 DD[9]
10 32.1940 3.5960 1.58913 61.13
11 65.6658 DD[11]
12 -30.6246 1.4965 1.78880 28.43
13 -40.0037 DD[13]
14 401.8731 4.4237 1.89286 20.36
15 -69.2645 DD[15]
16 65.8746 10.2649 1.49700 81.61
17 -29.4118 1.3107 1.58144 40.75
18 -74.3408 8.7667
19 77.3852 1.5008 1.80610 40.93
20 29.1761 7.9662 1.49700 81.61
21 -176.0042 DD[21]
22 -64.3055 1.2005 1.80518 25.42
23 86.2808 6.6458
24 -1401.8602 9.4616 1.61800 63.33
25 -29.0810 1.2009 1.84666 23.78
26 -59.8834 DD[26]
27 -3898.2647 6.0144 1.72916 54.68
28 -77.6563 0.2006
29 51.5312 6.1591 1.77250 49.60
30 129.3129 DD[30]
[表20B]
实施例7
Sn R D Nd νd
31 -43.0339 7.9594 1.67270 32.10
32 73.1433 1.8979
33 -872.3319 6.8223 1.77250 49.60
34 -33.5891 DD[34]
35 30.7353 7.5700 1.52841 76.45
36 -75.7566 DD[36]
37 23.5836 7.3457 1.62041 60.29
38 1673.4771 0.6658
39 -130.8155 3.3188 1.60562 43.71
40 12.9389 DD[40]
41(St) ∞ 4.6362
42 -12.7808 2.9261 1.74950 35.33
43 410.3897 1.0548
44 -51.2037 5.1938 1.59522 67.73
45 -17.9209 0.3658
46 94.8843 5.9392 1.49700 81.61
47 -22.2457 DD[47]
48 33.8795 3.7611 1.87070 40.73
49 63.6888 12.3400
50 ∞ 23.0000 1.51633 64.14
51 ∞ 3.0000 1.48749 70.44
52 ∞ 0.3538
[表21]
实施例7
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
Zr 1.0 1.9 5.0 7.0
|f| 14.54 28.06 58.15 101.77
FNo. 2.30 2.30 2.30 2.72
2ω[°] 77.4 45.2 22.6 13.2
[表22]
实施例7无限远
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.71 33.81 33.81
DD[9] 23.46 4.34 0.99 0.99
DD[11] 36.63 14.18 5.14 5.14
DD[13] 0.50 13.54 11.20 11.20
DD[15] 36.95 25.89 0.50 0.50
DD[21] 2.90 20.18 38.77 38.77
DD[26] 8.59 16.68 19.11 19.11
DD[30] 75.00 75.00 75.00 72.13
DD[34] 17.77 17.77 17.77 0.50
DD[36] 0.20 0.20 0.20 2.48
DD[40] 8.56 8.56 8.56 7.15
DD[47] 23.69 23.69 23.69 42.96
实施例7投影倍率150倍
广角端 第1中间 第2中间 长焦端
DD[5] 0.50 14.71 33.81 33.81
DD[9] 23.46 4.34 0.99 0.99
DD[11] 36.63 14.18 5.14 5.14
DD[13] 0.50 13.54 11.20 11.20
DD[15] 36.95 25.89 0.50 0.50
DD[21] 3.14 20.61 39.86 39.55
DD[26] 8.34 16.23 18.03 18.34
DD[30] 75.00 75.00 75.00 72.13
DD[34] 17.77 17.77 17.77 0.50
DD[36] 0.20 0.20 0.20 2.48
DD[40] 8.56 8.56 8.56 7.15
DD[47] 23.69 23.69 23.69 42.96
图29中示出实施例7的变形例所涉及的变焦镜头的广角端下的结构和光束。图29的变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元U1、第2单元U2、第3单元U3、第4单元U4及第5单元U5R。第5单元U5R与实施例7的变焦镜头的第5单元U5的不同点在于，在与中间像MI相邻的位置包括作为光路折弯部件的反射镜R1，并利用反射镜R1来折弯光路。图29的变焦镜头的其他结构与实施例7的变焦镜头相同。通过折弯光路，能够使结构紧凑。
表23中示出实施例1～7的变焦镜头的条件式(1)～(7)的对应值和有效像圆的半径Ymax。表23中示出以d线为基准时的值。可以将表23所示的实施例的对应值用作条件式的上限或下限来设定条件式的优选范围。
[表23]
式编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) Ymax/exPw 0.05 0.05 0.05 0.06
(2) f2A/f2B -0.16 -0.16 -0.18 -0.10
(3) f4A/f4B -1.14 -1.11 -1.05 0.39
(4) ν4pave 75.67 75.67 73.21 76.28
(5) fS1w/|fw| 1.39 1.33 1.34 1.15
(6) ThS1/ThZL 0.58 0.58 0.57 0.61
(7) Bfw/|fw| 2.37 2.37 2.46 1.78
Ymax 11.65 11.65 11.65 13.15
式编号 实施例5 实施例6 实施例7
(1) Ymax/exPw 0.06 0.05 0.06
(2) f2A/f2B -0.08 -0.17 -0.15
(3) f4A/f4B 0.15 -0.76 -0.98
(4) ν4pave 79.89 74.68 75.52
(5) fS1w/|fw] 1.12 1.21 1.50
(6) ThS1/ThZL 0.59 0.58 0.54
(7) Bfw/|fw| 1.73 2.38 2.06
Ymax 13.15 11.65 11.65
实施例1～7的变焦镜头的变焦倍率为3倍以上，更详细而言，为5倍以上，具有高倍率。并且，实施例1～7的变焦镜头的变倍时的像差变动得到抑制，并且各像差得到良好的校正，从而实现了高光学性能。
用于投影型显示装置的投影光学系统被要求进行与投影型显示装置的光阀的分辨率匹配的良好的像差校正。并且，近年来，随着光阀的亮度增加，为了在多种场景下利用投影型显示装置，投影光学系统被要求覆盖较宽的焦距范围。为此尝试了高倍率化，但想要兼顾高倍率化和良好的像差校正并不容易，通常被限制在2倍左右的变焦倍率。以往，采用了针对每个焦距范围准备多台这种1～2倍左右的变焦倍率的投影光学系统，并通过更换投影光学系统来覆盖较宽的焦距范围的方法。然而，在该方法中，存在更换投影光学系统时有灰尘混入、更换作业繁琐及每次需要针对每种使用场景准备投影光学系统等不良情况。相对于此，上述实施例1～7的变焦镜头实现了足够高的变焦倍率和包括变倍时在内的良好的像差校正，从而能够解决上述不良情况。
接着，对本发明的实施方式所涉及的投影型显示装置进行说明。图30是本发明的一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。图30所示的投影型显示装置100具有本发明的实施方式所涉及的变焦镜头10、光源15、作为与各颜色的光对应的光阀的透射型显示元件11a～11c、用于分色的分色镜12、13、用于颜色合成的十字分色棱镜14、聚光透镜16a～16c及用于偏转光路的全反射镜18a～18c。另外，在图30中，概略地图示了变焦镜头10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图30中省略了其图示。
来自光源15的白色光在分色镜12、13中被分解成三种颜色的光束(绿色光、蓝色光、红色光)之后，分别经过聚光透镜16a～16c入射于分别与各颜色的光束对应的透射型显示元件11a～11c而被调制，并通过十字分色棱镜14进行颜色合成之后，入射于变焦镜头10。变焦镜头10将基于由透射型显示元件11a～11c调制的调制光的光学像投影到屏幕105上。
图31是本发明的另一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。图31所示的投影型显示装置200具有本发明的实施方式所涉及的变焦镜头210、光源215、作为与各颜色的光对应的光阀的DMD(Digital Micromirror Devic e(数字微镜器件)：注册商标)元件21a～21c、用于分色及颜色合成的TIR(Total Internal Reflection(全内反射))棱镜24a～24c以及分离照明光和投影光的偏振光分离棱镜25。另外，在图31中，概略地图示了变焦镜头210。并且，在光源215与偏振光分离棱镜25之间配置有积分器，但在图31中省略了其图示。
来自光源215的白色光在偏振光分离棱镜25内部的反射面反射之后，通过TIR棱镜24a～24c被分解成三种颜色的光束(绿色光、蓝色光、红色光)。分解后的各颜色的光束分别入射于对应的DMD元件21a～21c而被调制，并再次在TIR棱镜24a～24c中向相反方向行进并进行颜色合成之后，透射偏振光分离棱镜25而入射于变焦镜头210。变焦镜头210将基于由DMD元件21a～21c调制的调制光的光学像投影到屏幕205上。
图32是本发明的又一实施方式所涉及的投影型显示装置的概略结构图。图32所示的投影型显示装置300具有本发明的实施方式所涉及的变焦镜头310、光源315、与各颜色的光对应的作为光阀的反射型显示元件31a～31c、用于分色的分色镜32、33、用于颜色合成的十字分色棱镜34、用于偏转光路的全反射镜38及偏振光分离棱镜35a～35c。另外，在图32中，概略地图示了变焦镜头310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图32中省略了其图示。
来自光源315的白色光通过分色镜32、33被分解成三种颜色的光束(绿色光、蓝色光、红色光)。分解后的各颜色的光束分别经过偏振光分离棱镜35a～35c，入射于分别与各颜色的光束对应的反射型显示元件31a～31c而被调制，并通过十字分色棱镜34进行颜色合成之后，入射于变焦镜头310。变焦镜头310将基于由反射型显示元件31a～31c调制的调制光的光学像投影到屏幕305上。
图33及图34是本发明的一实施方式所涉及的摄像装置即相机400的外观图。图33表示从正面侧观察相机400的立体图，图34表示从背面侧观察相机400的立体图。相机400可装卸自如地安装可换镜头48，是无反射镜型单镜头式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本发明的实施方式所涉及的变焦镜头49。
相机400具备相机主体41，并且在相机主体41的上表面设置有快门按钮42及电源按钮43。并且，在相机主体41的背面设置有操作部44、操作部45及显示部46。显示部46显示所拍摄的图像及拍摄前的视角内存在的图像。
在相机主体41的前表面中央部设置有来自摄影对象的光所入射的摄影开口，在与该摄影开口对应的位置设置有卡口47，可换镜头48经由卡口47安装于相机主体41。
在相机主体41内设置有输出与通过可换镜头48形成的被摄体像对应的摄像信号的CCD(Charge Coupled Device(电荷耦合器件))或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor(互补型金属氧化物半导体))等成像元件(未图示)、处理由该成像元件输出的摄像信号并生成图像的信号处理电路(未图示)及用于记录该生成的图像的记录介质(未图示)等。在相机400中，通过按下快门按钮42，能够拍摄静态图像或动态图像，通过该拍摄而得的图像数据记录于上述记录介质中。
以上，列举实施方式及实施例对本发明的技术进行了说明，但本发明的技术并不限定于上述实施方式及实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、色散系数及非球面系数等并不限定于上述各实施例中示出的值，可以采用其他值。
并且，本发明的技术所涉及的投影型显示装置也不限定于上述结构，例如，用于光束分离或光束合成的光学部件及光阀可以进行各种方式的变更。光阀并不限定于通过图像显示元件空间调制来自光源的光而作为基于图像数据的光学像输出的方式，也可以是将从自发光型图像显示元件输出的光本身作为基于图像数据的光学像输出的方式。作为自发光型图像显示元件，例如可举出LED(Light Emitting Diode(发光二极管))或OLED(OrganicLight Emitting Diode(有机发光二极管))等发光元件二维排列而成的图像显示元件。
并且，本发明的技术所涉及的摄像装置也不限定于上述结构，例如可以设为无反射镜型以外的相机、胶片相机、摄像机及电影摄影机等各种方式。
符号说明
10、49、210、310-变焦镜头，11a～11c-透射型显示元件，12、13、32、33-分色镜，14、34-十字分色棱镜，15、215、315-光源，16a～16c-聚光透镜，18a～18c、38-全反射镜，21a～21c-DMD元件，24a～24c-TIR棱镜，25、35a～35c-偏振光分离棱镜，31a～31c-反射型显示元件，41-相机主体，42-快门按钮，43-电源按钮，44、45-操作部，46-显示部，47-卡口，48-可更换镜头，100、200、300-投影型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，Ka-轴上光束，Kb一最大视角的光束，Kb1-主光线，MI-中间像，PP-光学部件，P1-第1交点，P2-第2交点，R1-反射镜，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，U1-第1单元，U2-第2单元，U2A-第2A透镜组，U2B-第2B透镜组，U3-第3单元，U3A-第3A透镜组，U3B-第3B透镜组，U4-第4单元，U4A-第4A透镜组，U4B-第4B透镜组，U5-第5单元，U5A-第5A透镜组，U5B-第5R透镜组，U5C-第5C透镜组，U5D-第5D透镜组，U5E-第5E透镜组，U5F-第5F透镜组，U5R-第5单元，Ymax-有效像圆的半径，Z-光轴。

Claims (19)

1.一种变焦镜头，其在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像，并使所述中间像再成像于放大侧成像面，
所述变焦镜头从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括第1单元、第2单元、第3单元、第4单元及第5单元，
在将变倍时与相邻的组之间的光轴方向上的间隔发生变化的组设为一个透镜组的情况下，
所述第1单元包括具有正屈光力的一个透镜组，
所述第2单元包括变倍时改变相互间隔而移动的两个透镜组，并且在广角端整体具有负屈光力，
所述第3单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组，
所述第4单元包括变倍时移动的一个以上的透镜组，
在将广角端下的最大视角的主光线与光轴的交点中的光路上的放大侧的所述交点设为第1交点、将缩小侧的所述交点设为第2交点的情况下，
在广角端，所述第3单元包括位于最靠近所述第1交点的位置的具有正屈光力的透镜组，
在广角端，所述第5单元在内部包括所述第2交点。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，
缩小侧以远心的方式构成。
3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将缩小侧的有效像圆的半径设为Ymax、
将在所述放大侧成像面无限远的状态下以缩小侧为射出侧时的广角端下的所述缩小侧成像面至近轴射出光瞳位置为止的光轴上的距离设为exPw的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(1)，
0＜Ymax/|exPw|＜0.1 (1)。
4.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将所述第2单元的所述两个透镜组中的光路上的放大侧的透镜组设为第2A透镜组、将缩小侧的透镜组设为第2B透镜组的情况下，
所述第2A透镜组具有负屈光力，所述第2B透镜组具有正屈光力。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其中，
在从广角端向长焦端变倍时，所述第2B透镜组移动至放大侧之后向缩小侧移动。
6.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将所述第2单元的所述两个透镜组中的光路上的放大侧的透镜组设为第2A透镜组、将缩小侧的透镜组设为第2B透镜组、
将所述第2A透镜组的焦距设为f2A、
将所述第2B透镜组的焦距设为f2B的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(2)，
-0.5＜f2A/f2B＜0 (2)。
7.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
所述第4单元从放大侧向缩小侧沿着光路依次包括具有正屈光力的第4A透镜组和具有正或负屈光力的第4B透镜组，
变倍时，所述第4A透镜组和所述第4B透镜组改变相互间隔而移动。
8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中，
在将所述第4A透镜组的焦距设为f4A、
将所述第4B透镜组的焦距设为f4B的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(3)，
-2＜f4A/f4B＜1 (3)。
9.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将所述第4单元所包括的所有正透镜的d线基准的色散系数的平均值设为v 4pave的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(4)，
60＜v 4pave (4)。
10.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
所述中间像位于所述第5单元内。
11.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将比所述中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比所述中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统、
将广角端下的所述第1光学系统的焦距设为fS1w、
将广角端下的所述变焦镜头的焦距设为fw的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(5)，
0.8＜fS1w/|fw| (5)。
12.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将比所述中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比所述中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统的情况下，
所述第1光学系统对所述第2光学系统中产生的像面弯曲进行校正，以使所述中间像再成像于所述放大侧成像面。
13.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
所述中间像位于比所述第2单元更靠缩小侧的位置，
在将比所述中间像更靠放大侧的光学系统设为第1光学系统、将比所述中间像更靠缩小侧的光学系统设为第2光学系统、
将广角端下的所述第1光学系统的最靠放大侧的透镜面至所述第1光学系统的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThS1、
将广角端下的所述变焦镜头的最靠放大侧的透镜面至所述变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面为止的光轴上的距离设为ThZL的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(6)，
0.4＜ThS1/ThZL＜0.7 (6)。
14.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在将广角端下的所述变焦镜头的最靠缩小侧的透镜面至所述变焦镜头的缩小侧焦点位置为止的光轴上的空气换算距离设为Bfw、
将广角端下的所述变焦镜头的焦距设为fw的情况下，
所述变焦镜头满足下述条件式(7)，
1＜Bfw/|fw| (7)。
15.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
在与所述中间像相邻的位置包括折弯光路的光路折弯部件。
16.根据权利要求15所述的变焦镜头，其中，
所述光路折弯部件将光路折弯90度。
17.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，
对焦时，所述第4单元及所述第5单元中的至少一个单元的一片以上的透镜移动。
18.一种投影型显示装置，其具备：
光阀，输出光学像；及
权利要求1至17中任一项所述的变焦镜头，
所述变焦镜头将从所述光阀输出的所述光学像投影到屏幕上。
19.一种摄像装置，其具备权利要求1至17中任一项所述的变焦镜头。
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