CN1591074A - 变焦透镜以及具有该变焦透镜的图像投射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了变焦透镜，该变焦透镜自前向后顺序地具有：负光焦度的第1透镜单元；正光焦度的第2透镜单元；正光焦度的第3透镜单元；负光焦度的第4透镜单元；正或者负光焦度的第5透镜单元以及正光焦度的第6透镜单元，在上述变焦透镜自广角端向望远端进行变焦时，至少移动4个透镜单元，当设该第1透镜单元的最前方侧的面顶点到前方侧主平面位置的距离为O1，该第1透镜单元的的全长为L1，该第6透镜单元的该1个或1个以上的正透镜元件的材料的平均阿贝数为υd，平均部分色散比为θgF，g、d、F、C线的材料的折射率分别为ng、nd、nF、nC，且υd＝(nd－1)/(nF－nC)，θgF＝(ng－nF)/(nF－nC)时，满足0.00＜O1/L1＜0.38，－0.015＜θgF－(0.6438－0.001682υd)＜0.04的条件式。
Description
技术领域
本发明涉及变焦透镜。例如，作为一种具有宽视场角、长后截距且可以良好地保持与照明系统的瞳匹配性的紧凑型的变焦透镜，可以适用于高精细的液晶投影仪、特别是移动型液晶投影仪。
此外，本发明还涉及具有最适合于镜头快门式照相机、视频摄像机、数字照相机等中的、较长后截距的照相机(光学仪器)的高光学性能的变焦透镜。
背景技术
长期以来，人们提出了各种各样使用液晶显示元件等显示器件并向屏幕面投射基于该显示器件的图像的液晶投影仪(图像投射装置)。
特别地，液晶投影仪作为可以将计算机等的图像投射成大画面的装置，已经广泛用于会议以及演示会等。
在使用3片液晶显示元件的3片式彩色液晶投影装置中，必须在液晶显示元件和投影镜头之间设置用于配置合成通过液晶显示元件调制过的色光的二向色棱镜以及偏光板等元件的空间，因而需要相对于投影透镜确保某种规定长度的后截距。
作为用于彩色液晶投影仪的投影光学系统(投影透镜)，希望其具有下述特点：
·为了使设置于上述二向色棱镜的彩色合成膜的角度依存性的影响极小，此外，为了确保与照明系统的良好的瞳匹配性，其必须是液晶显示元件(缩小)侧的瞳孔位于无限远的所谓的远心光学系统；
·在将3色的液晶显示元件的图案(图像)合成投射到屏幕时，各种颜色的像素必须在画面的全部区域重合，以不使计算机的文字等看起来重影而损害解像度以及像质，因此，在可见光区应能良好地校正投影透镜产生的色偏离(倍率色差)；
·另外，应能良好地校正畸变像差，以不因轮廓部畸变而使所投影的图像变得难看，等等。
此外，最近，在要求画面的高亮度·图像的高精细化的需求的同时，搭载小型面板的投影仪中还要求重视机动性·便携性的装置的小型化·轻量化。
自以往开始，作为液晶投影仪用的投影透镜，有人提出作为从放大侧(前方)开始顺序地排列负·正·正·负·正(或者负)·正光焦度的第1～第6透镜单元的整体由6个透镜单元构成，通过适当地移动其中的规定的透镜单元进行变焦的6群变焦透镜(例如USAA2001/050818号公报)。
由于该6群变焦透镜在进行变焦时固定第1以及第6透镜单元，在从广角端到望远端的变焦过程中，透镜系统内部的第2～第5透镜单元全部向缩小共轭侧(后方侧)移动，故在变焦时透镜全长要保持恒定，且需要构成减小了变焦时的畸变像差和色差的远心光路。
作为其他的以往的液晶投影仪用的投影透镜，也有人提出作为从放大侧(前方)开始顺序地排列负·正·正·负·正·正光焦度的第1～第6透镜单元的整体由6个透镜单元构成，通过适当地移动其中的规定的透镜单元进行变焦的6群变焦透镜(例如日本公开公报特开2001-108900号)。由于该6群变焦透镜在进行变焦时固定第1、第4以及第6透镜单元，在从广角端到望远端的变焦过程中透镜使系统内部的第2、第3以及第5透镜单元移动，故需要构成透镜全长保持恒定，且抑制了变焦时的色差等诸像差的变动的远心光路。
[专利文献1]
特开2001-235679号公报
[专利文献2]
特开2001-108900号公报
现在，在希望得到更小型的液晶投影仪的同时，人们还特别地强烈需求一种作为在家庭影院用方面具有最大优点的近距离投影、即广角化的液晶投影仪。
此外，在追求投影图像的高亮度化的目的下，作为投影透镜，也要求一种明亮的、大孔径比的透镜系统。
在USAA2001/050818号公报开示的6群变焦透镜中，由于在最放大侧(前方)配置了正光焦度的透镜单元，故有利于校正畸变像差。但由于前透镜孔径的大型化和在最缩小侧(后方)附加的第6透镜单元需要选择折射率小的玻璃材料，因此，存在校正轴外光束的像差特别困难的倾向。
发明内容
本发明之目的是提供一种在谋求透镜系统整体的小型化的同时，可以良好地校正各种像差，且能够遍及画面整体具有良好光学性能的、适合于液晶投影仪用的变焦透镜以及具有该变焦透镜的图像投射装置。
本发明的其他的目的是提供适用于将图像信息形成在胶片、CCD等摄像装置像面上的视频摄像机、胶片照相机、数字照相机等光学仪器的变焦透镜。
为达成上述目的，本发明的一个实施形态的变焦透镜自前向后顺序地具有以下部分：具有负光焦度的第1透镜单元；具有正光焦度的第2透镜单元；具有正光焦度的第3透镜单元；具有负光焦度的第4透镜单元；具有正或者负光焦度的第5透镜单元；和具有正光焦度的第6透镜单元，且该第6透镜单元至少包含1个正透镜元件。
在上述变焦透镜自广角端向望远端进行变焦时，至少移动4个透镜单元，当设该第1透镜单元的最前方侧的面顶点到前方侧主平面位置的距离为O1，该第1透镜单元的的全长为L1，该第6透镜单元的该1个或其以上的正透镜元件的材料的平均阿贝数为vd，平均部分色散比为θgF，g、d、F、C线的材料的折射率分别为ng、nd、nF、nC，且
vd＝(nd-1)/(nF-nC)
θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)时，满足
0.00＜O1/L1＜0.38
-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.04的条件式。
通过后述的具体实施方式将进一步明瞭本发明的各种其他的形态。
附图说明
图1所示是使用了本发明实施形态1的变焦透镜的图像投射装置的要部概略图；
图2所示是以单位mm表示本发明的数值实施例1的变焦透镜时的、物距2.3m时像差图；
图3所示是使用了本发明实施形态2的变焦透镜的图像投射装置的要部概略图；
图4所示是以单位mm表示本发明的数值实施例2的变焦透镜时的、物距2.8m时像差图；
图5所示是使用了本发明实施形态3的变焦透镜的图像投射装置的要部概略图；
图6所示是以单位mm表示本发明的数值实施例3的变焦透镜时的、物距2.3m时像差图；
图7所示是使用了本发明实施形态4的变焦透镜的图像投射装置的要部概略图；
图8所示是以单位mm表示本发明的数值实施例4的变焦透镜时的、物距2.3m时像差图；
图9所示是使用了本发明实施形态5的变焦透镜的图像投射装置的要部概略图；
图10所示是以单位mm表示本发明的数值实施例5的变焦透镜时的、物距2.1m时像差图；
图11所示是本发明数值实施例1～5中的最大像高的倍率色差的说明图；
图12所示是彩色液晶投影仪使用了本发明的图像投射装置时的要部概略图；
图13所示是本发明的光学仪器实施形态的要部概略图。
具体实施方式
图1所示是使用了本发明实施形态1的变焦透镜的图像投射装置(液晶视频投影仪)的要部概略图。图2A、2B所示是以mm为单位表示对应本发明实施形态1的后述的数值实施例1的数值时的、物距(距第1透镜单元的距离)为2.3m时广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差图。
图3所示是使用了本发明实施形态2的变焦透镜的图像投射装置(液晶视频投影仪)的要部概略图。图4A、4B所示是以mm为单位表示对应本发明实施形态1的后述的数值实施例2的数值时的、物距(距第1透镜单元的距离)为2.8m时广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差图。
图5所示是使用了本发明实施形态3的变焦透镜的图像投射装置(液晶视频投影仪)的要部概略图。图6A、6B所示是以mm为单位表示对应本发明实施形态1的后述的数值实施例3的数值时的、物距(距第1透镜单元的距离)为2.3m时广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差图。
图7所示是使用了本发明实施形态4的变焦透镜的图像投射装置(液晶视频投影仪)的要部概略图。图8A、8B所示是以mm为单位表示对应本发明实施形态1的后述的数值实施例4的数值时的、物距(距第1透镜单元的距离)为2.3m时广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差图。
图9所示是使用了本发明实施形态5的变焦透镜的图像投射装置(液晶视频投影仪)的要部概略图。图10A、10B所示是以mm为单位表示对应本发明实施形态1的后述的数值实施例5的数值时的、物距(距第1透镜单元的距离)为2.1m时广角端(短焦距侧)和望远端(长焦距侧)的像差图。
在图1、图3、图5、图7、图9的实施形态1～5的图像投射装置中，给出了使用变焦透镜(投影透镜、投写透镜)PL在屏幕面S上放大投影LCD的原图像(被投影图像)的状态。
S是屏幕面(投影面)、LCD是液晶面板(液晶显示元件)等的原图像(被投影图像)。屏幕面S与原图像LCD处于共轭关系，一般地，屏幕面S为长距离方的共轭点(第1共轭点)，相当于放大侧(前方侧)，原图像LCD为短距离方的共轭点(第2共轭点)，相当于缩小侧(后方侧)。这里，在将变焦透镜作为摄影系统使用时，屏幕面S侧为物体侧，原图像LCD侧为摄影面侧。
GB是彩色合成棱镜或偏光滤光片以及彩色滤光片等玻璃元件。
变焦透镜PL经由连接部件(没有图示)安装在液晶视频投影仪主体(没有图示)上。玻璃元件GB以后的液晶显示元件LCD侧包含在投影仪主体内。
L1是具有负光焦度的第1透镜单元，L2是具有正光焦度的第2透镜单元，L3是具有正光焦度的第3透镜单元，L4是具有负光焦度的第4透镜单元，L5是具有正或者负光焦度的第5透镜单元，L6是具有正光焦度的第6透镜单元。
在各实施形态中，当从广角端向望远端进行变焦时，如箭头所示的那样，使第2透镜单元L2、第3透镜单元L3、第4透镜单元L4以及第5透镜单元L5独立地向作为放大侧的第1共轭点侧(屏幕S侧)移动。为了进行变焦，固定第1透镜单元L1和第6透镜单元L6。此外，使第1透镜单元L1在光轴上移动进行聚焦。这里，也可以移动显示面板LCD进行聚焦。
光阑设置在第4透镜单元L4和第5透镜单元L5之间。在各透镜面上实施了防反射用的多层镀膜。
在图2、图4、图6、图8、图10的像差图中，G表示550nm波长处的像差，R表示610nm波长处的像差，B表示450nm波长处的像差，S(弧矢像面的倾斜)、M(子午像面的倾斜)均表示波长550nm处的像差。F为F数。ω为半视场角。
下面，对各实施形态的变焦特征进行说明。
设第1透镜单元L1的最前方侧的面顶点到前方侧主平面位置的距离为O1，第1透镜单元L1的全长为L1，第6透镜单元L6具有1个或其以上的正透镜，1个或其以上的正透镜的材料的平均阿贝数为vd，平均部分色散比为θgF(设在第6透镜单元L6由1片正透镜构成时，该正透镜的材料的阿贝数为vd，平均部分色散比为θgF)，g、d、F、C线的材料的折射率分别为ng、nd、nF、nC，且在
vd＝(nd-1)/(nF-nC)
θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)时，满足
0.00＜O1/L1＜0.38(1)
-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.04(2)
的条件式。
负光焦度的透镜单元由先行的负引导型的变焦透镜构成，引出了确保广角化以及长后截距这样的特征。相对于反面难以高变焦化的问题，通过将变焦的可动成分分成4个成分(4个透镜单元)，实现了集约化的光学系统。条件式(1)是有关第1透镜单元L1的主平面位置的规定。如果超过条件式(1)的下限，虽然具有可以紧凑地设计透镜全长等光学系统整体的优点，但畸变等轴外像差的校正将变得困难。反之，如果超过上限，虽然在像差校正方面有效，但由于大型化了前面透镜直径以及透镜全长并不理想。条件式(2)是有关构成第6透镜单元L6的正透镜的材料规定了固有的部分色散比(θgF)和根据阿贝数计算出来的normal-line(连结K7-F2的标准玻璃材料线)值之差的关系式，表现了被称为所谓的异常色散度的特性。如果超过条件式(2)的下限则短波长(兰紫)侧的倍率色差的校正变得困难。作为满足条件式(2)的玻璃材料，例如在大原公司(股份有限)的材料中可使用折射率高的燧石系列的Ba(钡)·Ti(钛)系列。
第5透镜单元L5和第6透镜单元L6各自具有1片或1片以上的正透镜，在取这些1片或1片以上的正透镜的材料的平均折射率为N56P时，其满足条件式(3)。
1.62＜N56P＜1.85(3)
条件式(3)主要时规定有关从光阑到配置在缩小共轭侧的正透镜的材料的折射率的条件的关系式。如果使用反向聚焦型则由于光焦度成非对称配置而多产生内向性慧差·畸变像差。条件式(3)是用于良好地校正此时的像差的关系式。通过对第5·第6透镜单元L5、L6等配置在缩小共轭侧的正透镜的材料选择满足条件式(3)的玻璃材料，可以在良好地校正内向性慧差或畸变像差的同时，防止匹斯阀条件的劣化。
在进行变焦时，第1·第6透镜单元L1、L6均相对于缩小共轭面固定，在全部变焦范围内透镜全长不变。由此，可以确保投写透镜的牢固性，在变焦时，由于外径大的第1透镜单元L1固定，故重量平衡等的变化少，在机构面有利于发挥作用。
在各实施形态中，主要承担的变焦的是第2透镜单元L2和第4透镜单元L4。因此，在取第2透镜单元L2和第3透镜单元L3的合成透镜单元的广角端的成像倍率为β23W时，满足
0.1＜-β23W＜1.0(4)
的条件式。
条件式(4)表示在等倍以下使用第2透镜单元L2和第3透镜单元L3的合成透镜单元的成像倍率的限制，如果超过下限，则因透镜全长变长等构成对光学系统整体的集约化的妨碍。反之，虽然超过上限有利于光学系统整体的集约化构成，但因其表现出变焦时的像差变动变大的倾向而不理想。
在设广角端的第4透镜单元L4的成像倍率为β4W时，满足
1＜β4W＜5(5)
的条件式。
条件式(5)是规定了第4透镜单元L4的成像倍率的关系式。如果超过下限，则第4透镜单元L4的光焦度变小，匹斯阀条件劣化使像面弯曲变大而无法确保所期望的后截距。进而，随着伴随变焦时的移动量增加的像差变动变大，透镜单元间隔缩小等，在机构面也将发生问题。反之，如果超过上限则因负的光焦度变得过大产生超过需要的后截距用的空间等而不理想。
如前所述的这样，由于第4透镜单元L4用于放大倍率作用，故在进行变焦时，通过从缩小共轭侧移动到放大共轭侧进行增倍作用。利用前述的增倍作用，可以在进行从广角端到望远端的变焦时，通过在放大共轭侧移动起缩小倍率作用的第3透镜单元L3校正聚焦面在长方向的进一步偏离。为了抑制因存在于第3透镜单元L3内的光阑在放大共轭侧移动导致的变焦时的瞳孔·像差变动，第5透镜单元L5与第3透镜单元L3同样地在放大共轭侧移动。因而，第2～第5透镜单元在从广角端到望远端的变焦过程中全部向放大共轭侧移动。
此外，为了降低在作为投影系统的高功能化时产生的各种像差的劣化等弊害，在投影透镜PL的内部应至少采用1片非球面透镜。此时的非球面可以选择利用玻璃成型的非球面、或者成型薄的树脂等而成的混合非球面等。也可以根据解像度的目标和非球面的灵敏度采用通过塑料成型的非球面透镜。虽然也可以根据想要除去的像差进行取舍，但为了良好地主要校正轴外的各种像差，在尽可能远离光阑面的第1透镜单元L1、第5透镜单元L5或者第6透镜单元L6之类的面上采用非球面比较有效。
第5透镜单元L5从放大侧(前方侧)起，顺序地由1片两透镜面为凹面的负透镜和2片或2片以上的正透镜构成。这是为了配置轴上光线的高度最小的位置具有强的负光焦度的透镜而采用的结构，由此，可以高效地减小匹斯阀和。另外，由于必须平缓地弯折由离开光阑配置在缩小共轭侧的负透镜所弹起的光线而具有良好的远心性能，故需要至少采用2片或2片以上的正透镜进行构成。此外，在抑制产生像散的目的下，在朝向光阑面最好形成同心的形状，且如条件式(3)所述的那样，玻璃材料采用折射率高的材料。
当设广角端的整个系统的焦距为fw，第6透镜单元L6的焦距为f6时，满足
1.2＜f6/fw＜3.0(6)
的条件式。
这里，所谓广角端和望远端，说的是变焦用透镜单元在机构上位于可在光轴方向移动的范围的两端时的变焦位置。
通过在像面附近附加第6透镜单元L6，可以起到减弱第1到第5透镜单元L1～L5的合成光焦度的作用，达到有利于高视场角化以及大口径化的作用。如果超过条件式(6)的下限，第6透镜单元L6的光焦度将变得过大，畸变以及内向性慧差斑等将变大。反之，如果超过上限，则第因六透镜单元L6的光焦度变得过小，减弱第1到第5透镜单元L1～L5的合成光焦度的效果变小，高性能化的效果变淡而不理想。此外，有关玻璃材料的问题，与第5透镜单元L5的正透镜同样地，最好切实地选择折射率高的材料。
在设构成第6透镜单元L6的1个或1个以上的正透镜的平均折射率(1片透镜时即为该透镜材料的折射率)为N6p时，满足
1.70＜N6p＜1.85(7)
的条件式。
如果超过条件式(7)的下限，则因主要劣化畸变以及内向性慧差等而不理想。
此外，通过利用第1透镜单元L1担负对应了放大侧的投影距离的聚焦机构，可以以最简单的机构实现光学系统。
这里，为了谋求像差校正以及装置整体的小型化，可以如下地设定前述的条件式(1)～(7)的数值范围。
0.1＜O1/L1＜0.33(1a)
-0.01＜θgF-(0.6438-0.001682vd)＜0.03(2a)
1.65＜N56P＜1.80(3a)
0.2＜-β23W＜0.8(4a)
1.4＜β4W＜4.5(5a)
1.4＜f6/fw＜2.5(6a)
1.72＜N6p＜1.84(7a)
下面对各实施形态的具体的特征进行说明。
在图1的实施形态1中，从放大共轭侧起顺序地由负透镜、负透镜、正透镜3片透镜构成第1透镜单元L1，在放大共轭附近配置了主平面。由此，可以容易地实现透镜全长的集约化。此外，通过用负透镜形成最放大共轭侧的透镜，可以在最靠近缩小共轭侧配置视在瞳孔位置，由此，可以容易地实现前置透镜直径的小型化。
第2透镜单元L2担负作为主变焦用的透镜单元的作用，赋予了较大的光焦度。为此，在正透镜上采用高折射率的玻璃材料可以减小匹斯阀和以及变焦时的球面像差等像差的变动。由于采用大孔径比的变焦透镜在高空间频率范围要求高的响应其允许变化直径将变小，焦深变浅，故如果在中间像高等处的像面弯曲以及像散较大则解像度将急剧劣化。因此，在各实施形态中如前所述的那样构成第2透镜单元L2，以减小匹斯阀和。
从上述和在可见光谱段的宽谱段良好地校正倍率色差这两种观点看，应该在正透镜上采用La(镧)系重燧石材料。
第4透镜单元L4担负着补充第2透镜单元L2不能确保的变焦比的作用，即所谓的副变焦透镜单元。第4透镜单元L4由1片负透镜构成，相关于变焦全域，第4透镜单元L4的成像倍率为等倍或等倍以上，在进行从广角端到望远端的变焦时，与第2以及第3透镜单元L2、L3的移动同样地向放大共轭侧移动。
第5透镜单元L5对放大侧赋予强烈的负的光焦度。通过该强烈的负的光焦度，可以较小地设定匹斯阀和。进而，可以在缩小共轭侧配置主平面，充分确保良好的远心性能以及长的后截距。
第6透镜单元L6由1片两个透镜面为凸面的正透镜构成。通过对第6透镜单元L6赋予适当(根据条件式(6)的)的光焦度，可以起到减弱第1到第5透镜单元L1～L5的合成光焦度的作用，达到有利于高视场角化以及大口径化的作用。由于第6透镜单元L6配置在远离光阑面的位置，故对畸变等轴外像差产生影响。为此，正透镜的材料的折射率Nd使用具有Nd＝1.81的高折射率的Ti(钛)系重燧石材料。根据条件式(2)，该重燧石材料具有大到0.015的(更多地使短波长光弯折)异常色散，具有可以良好地校正有关通常难以校正的画面周围区域的短波长(兰紫)侧的倍率色差的效果。此外，如前所述的那样，由于折射率高达1.81，故在畸变·内向性慧差以及匹斯阀条件等像差校正方面也具有有利的作用。
下面，以与实施形态1不同的构成为中心对实施形态2～5进行叙述。
在图3的实施形态2中，从放大侧起，顺序地由负透镜、负透镜、正透镜3片透镜构成第1透镜单元L1，其中，第2片负透镜使用大原公司(股份有限)制造的FSL5(品名)良好地校正了倍率色差等。在实施形态2中，为了进一步改善倍率色差，也可以采用大原公司(股份有限)制造的FPL51(品名)等异常色散性高的玻璃材料。
第6透镜单元L6由两个透镜面为凸面的单一正透镜构成。其材料的折射率Nd使用具有Nd＝1.76的高折射率的Ti(钛)系重燧石材料。根据条件式(2)，该重燧石材料也具有大到0.014的(更多地使短波长光弯折)异常色散，具有可以特别良好地校正有关通常难以校正的画面周围区域的短波长侧的倍率色差的效果。关于其他点则与前述的实施形态1近似相同。
在图5的实施形态3中，第6透镜单元L6由两个透镜面为凸面的单一正透镜构成。此时的正透镜与实施形态1、2不同，材料使用La(镧)系的重燧石材料。条件式(2)的值取-0.004的负值。因此，因为给出的是与前面用实施形态1、2给出的Ti(钛)系重燧石材料相反的作用，故从进行短波长(兰紫)侧的倍率色差的校正的观点上看并不理想，但由于条件式(3)所示的构成第5～第6透镜单元L5、L6的正透镜的材料的平均折射率高达N56p＝1.76，在主要校正畸变·内向性慧差等像差校正方面起到了有利作用。关于其他点则与前述的实施形态1近似相同。
在图7的实施形态4中，第5透镜单元L5具有弱的负光焦度。如前所述的那样，在第5透镜单元L5的最放大共轭侧最好配置具有强负光焦度的负透镜，特别是为了有效地校正匹斯阀和，采用负光焦度构成了第5透镜单元L5。有关其他点则与前述的实施形态1近似相同。
在图9的实施形态5中，通过在第1透镜单元L1的最放大共轭侧的负透镜的缩小共轭侧的面采用非球面，可以有效地校正畸变等各种轴外像差。在实施形态5中，使用上述非球面可以进一步使实施形态3宽视场角化。有关其他点与前述的实施形态3近似相同。
图11对各实施形态给出了最大像高的倍率色差特性。横轴表示波长，纵轴表示最大像高处的倍率色差值，主波长均为550nm。因为是构成等不同的实施形态间的比较，故不能简单地一概而论，但根据该图可以判断条件式(2)的值的大小对倍率色差的二次谱成分有不小的影响。
下面给出分别对应实施形态1～5的变焦透镜的数值实施例1～5。在各数值实施例中，i表示自放大侧(前方侧)的光学面的顺序，ri表示第i个光学面(第i面)的曲率半径，di表示第i面和第i+1面之间的间隔，ni和vi分别表示对d线的第i个光学部件的材料的折射率、阿贝数。f是焦距，FNO是F数。ω是半视场角。
θgfi表示构成第i个面的材料的部分色散比。
此外，数值实施例1、3、4、5的最缩小侧的2个面和数值实施例2的最缩小侧的8个面是构成涉及到的彩色分解棱镜、位相板、各种滤光片等的玻璃构件GB的面。
另外，k是离心率，A、B、C、D为非球面系数，在以面顶点为基准设在离开光轴的高度h的位置的光轴方向的变位为x时，非球面形状可以用
x＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
表示。式中，r是曲率半径。
这里，“e-Z”的表示“×10-Z”的意思。
表1给出了前述各条件式1～7与数值实施例1～5的诸数值的关系。
数值实施例1
f：30.8～36.9 FNO：1.90～2.19 ω：26.72～22.76
ri di Ni vi θgf1
1 48.958 1.80 1.524 59.8 0.5440
2 20.000 8.58
3 -84.682 1.55 1.518 64.1 0.5353
4 35.330 1.28
5 34.049 3.30 1.839 37.2 0.5776
6 70.917 (可变)
7 52.275 5.08 1.839 37.2 0.5776
8 -123.814 0.15
9 46.987 6.62 1.839 37.2 0.5776
10 -34.604 1.35 1.854 23.8 0.6204
11 142.365 (可变)
12 414.262 2.61 1.489 70.2 0.5300
13 -67.740 (可变)
14 43.584 1.00 1.625 53.2 0.5539
15 21.111 (可变)
16 -13.764 1.45 1.854 23.8 0.6204
17 69.046 8.00 1.605 60.6 0.5449
18 -20.352 0.15
19 746.047 6.03 1.699 55.5 0.5434
20 -37.707 (可变)
21 82.906 6.06 1.812 25.4 0.6161
22 -94.973 5.00
23 inf. 30.03 1.518 64.1 0.5353
24 inf. 2.50
间隔数据
W T
d6 7.41 1.22
d11 8.90 7.26
d13 0.70 4.66
d15 7.58 6.74
d20 0.65 5.37
数值实施例2
f：37.0～47.9 FNO：1.70～1.99 ω：22.89～18.03
ri di Ni vi θgf1
1 109.210 2.10 1.615 58.7 0.5449
2 31.189 8.92
3 -91.293 1.90 1.489 70.2 0.5300
4 90.529 0.71
5 6.301 3.35 1.839 37.2 0.5776
6 179.144 (可变)
7 167. 261 5.25 1.839 42.7 0.5637
8 -89.855 0.15
9 58.151 4.41 1.839 37.2 0.5776
10 569.021 1.18
11 -174.040 1.65 1.854 23.9 0.6204
12 636.179 (可变)
13 35.715 4.75 1.699 55.5 0.5434
14 -112.024 (可变)
15 903.306 1.15 1.768 26.5 0.6136
16 22.234 (可变)
17 -16.990 1.50 1.812 25.4 0.6161
18 103.311 8.91 1.661 50.9 0.5560
19 -25.640 0.15
20 -325.580 5.49 1.661 50.9 0.5560
21 -41.802 (可变)
22 82.451 6.37 1.768 26.5 0.6136
23 -103.161 4.80
24 inf. 30.00 1.518 64.1 0.5353
25 inf. 0.00
26 inf. 0.70 1.763 55.0
27 inf. 0.00
28 inf. 0.40 1.502 65.0
29 inf. 0.00
30 inf. 2.30 1.492 65.0
31 inf.
间隔数据
W T
d6 14.71 1.46
d12 15.27 15.87
d14 1.31 2.87
d16 10.34 13.21
d21 0.50 8.73
数值实施例3
f：30.9～37.8 FNO：1.90～2.18 ω：26.67～22.30
ri di Ni vi θgf1
1 50.696 1.80 1.585 59.4 0.5434
2 20.444 8.07
3 -115.739 1.60 1.524 59.8 0.5440
4 41.495 0.47
5 32.645 3.41 1.839 37.2 0.5776
6 67.728 (可变)
7 49.413 4.79 1.839 37.2 0.5776
8 -195.990 0.15
9 46.529 6.23 1.839 37.2 0.5776
10 -38.652 1.50 1.854 23.8 0.6204
11 109.615 (可变)
12 85.494 2.74 1.489 70.2 0.5300
13 -110.816 (可变)
14 50.986 1.00 1.518 64.1 0.5353
15 19.862 (可变)
16 -13.668 1.35 1.854 23.8 0.6204
17 83.143 8.16 1.605 60.6 0.5449
18 -20.398 0.15
19 -2553.024 5.69 1.839 37.2 0.5776
20 -41.401 (可变)
21 97.125 6.20 1.839 37.2 0.5776
22 -85.514 5.00
23 inf. 30.03 1.518 64.1 0.5353
24 inf. 2.52
间隔数据
W T
d6 8.80 1.16
d11 8.37 7.57
d13 1.02 4.11
d15 7.90 7.02
d20 0.65 6.88
数值实施例4
f：30.8～37.0 FNO：1.90～2.21 ω：26.75～22.74
ri di Ni vi θgf1
1 50.422 1.80 1.585 59.4 0.5434
2 20.305 8.33
3 -85.679 1.55 1.489 70.2 0.5300
4 34.782 0.70
5 32.941 3.21 1.839 37.2 0.5776
6 63.214 (可变)
7 46.808 5.39 1.839 37.2 0.5776
8 -125.458 4.06
9 40.829 6.45 1.839 37.2 0.5776
10 -30.728 1.35 1.854 23.8 0.6204
11 95.500 (可变)
12 351.139 2.60 1.489 70.2 0.5300
13 -73.840 (可变)
14 37.539 1.00 1.620 49.8 0.5603
15 20.131 (可变)
16 -13.771 1.45 1.854 23.8 0.6204
17 71.642 8.08 1.605 60.6 0.5449
18 -20.612 0.15
19 -348.059 5.52 1.699 55.5 0.5434
20 -37.013 (可变)
21 76.357 6.43 1.812 25.4 0.6161
22 -82.064 5.00
23 inf. 30.03 1.518 64.1 0.5353
24 inf. 2.48
间隔数据
W T
d6 6.99 1.24
d11 6.18 4.35
d13 0.70 5.47
d15 7.75 6.95
d20 0.65 4.25
数值实施例5
f：28.2～34.5 FNO：1.90～2.14 ω：28.83～24.20
ri di Ni vi θgf1
1 50.666 1.80 1.585 59.4 0.5434
2 (非球面) 8.65
3 -119.715 1.60 1.524 59.8 0.5440
4 38.654 0.90
5 34.461 3.71 1.839 37.2 0.5776
6 92.514 (可变)
7 53.338 4.38 1.839 37.2 0.5776
8 -360.527 0.15
9 53.074 6.20 1.839 37.2 0.5776
10 -37.461 1.60 1.854 23.8 0.6204
11 289.836 (可变)
12 -861.091 2.55 1.489 70.2 0.5300
13 -54.636 (可变)
14 48.701 1.00 1.518 64.1 0.5353
15 21.221 (可变)
16 -14.003 1.35 1.854 23.8 0.6204
17 77.765 7.74 1.605 60.6 0.5449
18 -19.904 0.15
19 -677.154 5.00 1.839 37.2 0.5776
20 -42.833 (可变)
21 89.967 6.35 1.839 37.2 0.5776
22 -76.622 5.00
23 inf. 30.03 1.518 64.1 0.5353
24 inf. 2.52
间隔数据
W T
d6 9.05 1.14
d11 9.08 9.33
d13 0.77 3.56
d15 7.29 6.42
d20 0.65 6.40
非球面数据
c(l/r) k A B C D
2 5.023e-02 -1.303e-01 1.148e-06 -7.510e-09 2.845e-11 -3.198e-14
[表1]
| 条件式 | 数值实施例 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| (1)O1/L1 | 0.29 | 0.17 | 0.25 | 0.30 | 0.17 |
| (2)θgF-(0.6438-0.001682vd) | 0.015 | 0.014 | -0.004 | 0.015 | -0.004 |
| (3)N56p | 1.70 | 1.69 | 1.76 | 1.70 | 1.75 |
| (4)-β23W | 0.72 | 0.38 | 0.64 | 0.77 | 0.64 |
| (5)β4W | 1.72 | 3.70 | 1.79 | 1.65 | 1.73 |
| (6)f6/fw | 1.82 | 1.66 | 1.81 | 1.63 | 1.81 |
| (7)N6p | 1.81 | 1.76 | 1.83 | 1.81 | 1.83 |
图12是本发明的图像投射装置的实施形态的要部概略图。
同图给出了将前述的变焦透镜适用于3片式彩色液晶投影仪并经由彩色合成装置合成基于多个液晶显示元件的多种色光的图像信息，用投射透镜将之放大投射到屏幕面上的图像投射装置。图12中，彩色液晶投影仪1用作为彩色合成装置的棱镜2将来自R、G、B的3片液晶面板5R、5G、5B的RGB各种色光合成到1个光路，并使用利用前述的变焦透镜构成的投影透镜3将之投影到屏幕4上。
图13是本发明的光学仪器的实施形态的要部概略图。在本实施形态中，作为摄影透镜给出了在包含视频摄像机、胶片照相机、数字照相机等摄像装置的光学仪器上使用了前述的变焦透镜的例子。
图13中，通过摄影透镜8将被摄物体9的像成像在感光体7上获得图像信息。
根据本发明，可以在谋求透镜系统整体的小型化的同时，良好地校正伴随变焦过程的诸像差，达成适合于遍及画面整体具有良好的光学性能的液晶投影仪用的变焦透镜以及使用了该变焦透镜的图像投射装置。
根据本发明的其他内容可以达成适合于将图像信息形成在胶片、CCD等摄像装置面上的视频摄像机、胶片照相机、数字照相机等光学仪器的变焦透镜。
Claims (15)
1.一种变焦透镜，其特征在于自前向后顺序地具有：
具有负光焦度的第1透镜单元；
具有正光焦度的第2透镜单元；
具有正光焦度的第3透镜单元；
具有负光焦度的第4透镜单元；
具有正或者负光焦度的第5透镜单元；和
具有正光焦度的第6透镜单元，且该第6透镜单元至少包含1个正透镜元件，
其中，在上述变焦透镜自广角端向望远端进行变焦时，至少移动4个透镜单元，当设该第1透镜单元的最前方侧的面顶点到前方侧主平面位置的距离为O1，该第1透镜单元的的全长为L1，该第6透镜单元的该1个或1个以上的正透镜元件的材料的平均阿贝数为υd，平均部分色散比为θgF，g、d、F、C线的材料的折射率分别为ng、nd、nF、nC，且
υd＝(nd-1)/(nF-nC)
θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)时，满足
0.00＜O1/L1＜0.38
-0.015＜θgF-(0.6438-0.001682υd)＜0.04的条件式。
2.一种变焦透镜，其特征在于自前向后顺序地具有：
负光焦度的第1透镜单元；
正光焦度的第2透镜单元；
正光焦度的第3透镜单元；
负光焦度的第4透镜单元；
正或者负光焦度的第5透镜单元，且该第5透镜单元至少包含1个正透镜元件；和
正光焦度的第6透镜单元，且该第6透镜单元至少包含1个正透镜元件，
其中，在上述变焦透镜自广角端向望远端进行变焦时，至少移动4个透镜单元，当设该第1透镜单元的最前方侧的面顶点到前方侧主平面位置的距离为O1，该第1透镜单元的的全长为L1，该第5、第6透镜单元的上述1个或1个以上的正透镜元件的材料的平均折射率为N56p时，满足
0.00＜O1/L1＜0.38
1.62＜N56p＜1.85的条件式。
3.根据权利要求1所记载的变焦透镜，其特征在于：
上述第5透镜单元具有1个或1个以上的正透镜，在设该第5、第6透镜单元的1个或1个以上的正透镜元件的材料的平均折射率为N56p时，满足
1.62＜N56p＜1.85的条件式。
4.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
为了进行变焦，上述第1、第6透镜单元均相对于后方的共轭面固定。
5.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
在进行从广角端到望远端的变焦时，上述第2～第5透镜单元均向前方侧移动。
6.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
在设广角端的上述第2、第3透镜单元的合成的成像倍率为β23w时，满足
0.1＜-β23w＜1.0的条件式。
7.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
在设广角端的上述第4透镜单元的成像倍率为β4w时，满足
1＜β4w＜5的条件式。
8.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
包含1片或1片以上的非球面透镜。
9.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
上述第5透镜单元从前方到后方顺序地由两透镜面为凹面的负透镜和2片或2片以上的正透镜构成。
10.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
在设广角端的全系统的焦距为fw，上述第6透镜单元的焦距为f6时，满足
1.2＜f6/fw＜3.0的条件式。
11.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
在设上述第6透镜单元的1片或1片以上的正透镜的材料的平均折射率为N6p时，满足
1.70＜N6p＜1.85的条件式。
12.根据权利要求1或者2所记载的变焦透镜，其特征在于：
上述第1透镜单元在光轴上移动进行聚焦调整。
13.一种图像投射装置，其特征在于具有：
图像显示元件；
权利要求1或者2所记载的变焦透镜，上述变焦透镜将显示于上述图像显示元件的图像投射到屏幕面上。
14.一种光学仪器，其特征在于具有：
权利要求1或者2所记载的变焦透镜；
光电变换通过上述变焦透镜形成的被摄物体的像的光电变换元件。
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