CN204178035U - 投影用透镜和投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种缩小侧为远心的，可同时实施小型、小F数、广角、良好的光学性能的投影用透镜，和具备该投影用透镜的投影型显示装置。投影用透镜，从放大侧依次由负的第1透镜群(G1)、正的第2透镜群(G2)、正的第3透镜群(G3)构成，缩小侧为远心的。最靠放大侧的透镜(L1)是非球面塑料透镜。第3透镜群(G3)从放大侧依次由夹隔有空气间隔(db)的负的前组(G3f)、正的后组(G3r)构成。前组(G3f)从放大侧依次由夹隔有比前组与后组之间的空气间隔(db)短的空气间隔(da)的负透镜、正透镜构成。关于第3透镜群(G3)的前焦距fFG3和全系统的焦距f的条件式(1)：满足-0.7＜fFG3/f＜0.7。

Description

投影用透镜和投影型显示装置
技术领域
本发明涉及投影用透镜和投影型显示装置，例如，涉及适合将具有来自光阀的映像信息的光束放大投影到屏幕上的投影用透镜和使用了该投影用透镜的投影型显示装置。 
背景技术
历来，演示发表等时，会使用将液晶显示元件和DMD(数字微镜器件：注册商标)等的光阀上所显示的图像进行放大投影的投影型显示装置。作为对于该装置所搭载的投影用透镜的要求，例如，可列举如下：具有在光阀和投影透镜之间能够配置色合成光学系统的长的后截距；考虑色合成光学系统的角度依存性，缩小侧是远心的；考虑在室内空间的设置性而作为小型的结构等。 
另外近年来，由于要求能够在距投影型显示装置近的位置投影大的图像的广角化功能，所以也希望广角化。此外，为了实现更高亮度的投影型显示装置，对于透镜系统也要求F数小，还有并且也要求良好地进行像差校正，以便可以应对最近的高分辨的光阀。 
作为透镜群数少而紧凑的投影用透镜，例如已知有下述专利文献1～3所述这样的，从放大侧依次配置有负的第1透镜群、正的第2透镜群、正的第3透镜群的3群结构的透镜系统。另外，在下述专利文献4中，记述有一种通过配置正的第1透镜群、光阑、正的第2透镜群而成的投影透镜。 
【先行技术文献】 
【专利文献】 
【专利文献1】特开2004-233609号公报 
【专利文献2】专利4624535号公报 
【专利文献3】特开2009-186790号公报 
【专利文献4】特开2000-171702号公报 
近年来随着开发竞争的激烈化，期望有一种同时满足多种高要求的投影用透镜。即，期望有一种既小型，又可实现F数更小、更广角化、有更高性能的投影用透镜。 
然而，专利文献1所述的透镜，因为F数大，球面像差和像面弯曲也大，而且在光阑附近配置胶合透镜，所以在近年的高亮度的投影型显示装置中，因接合剂的变质和劣化招致透镜性能的降低之虞存在。专利文献2、4所述的透镜，F数大。专利文献3所述的透镜，虽然F数小，但在广角化和像面弯曲的校正这两方，为了充分响应近年的要求而存在改良的余地。 
发明内容
本发明鉴于这样的情况而形成，其目的在于，提供一种缩小侧为远心的，既小型又可同时实现小F数、广角、良好的光学性能的投影用透镜和具备这种投影用透镜的投影型显示装置。 
本发明的投影用透镜，其特征在于，实质上由3个透镜群构成，即从放大侧依次由具有负光焦度的第1透镜群、具有正光焦度的第2透镜群、具有正光焦度的第3透镜群构成，缩小侧是远心的，并且在最靠放大侧配置有由塑料材质构成的且具有至少1个面的非球面的非球面塑料透镜，第3透镜群从放大侧依次由按照夹隔空气间隔的方式所配置的、具有负光焦度的前组和具有正光焦度的后组构成，前组实质上由2个透镜构成，即从放大侧依次由按照夹隔着比前组与后组之间的空气间隔短的空气间隔的方式所配置的负的单透镜和正的单透镜构成，满足下述条件式(1)。 
-0.7＜fFG3/f＜0.7...(1) 
其中， 
fFG3：第3透镜群的前焦距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
在本发明的投影用透镜中，优选满足下述条件式(2)～(12)之中的1个或任意的组合。 
-0.3＜f/fG23＜0...(2) 
da/f＜0.4...(3) 
1.0＜fG2/fG3＜1.4...(4) 
-1.5＜fG1/f＜-0.7...(7) 
1.5＜fG2/f＜6.0...(8) 
fG3f/f＜-3.0...(9) 
2.00＜Bf/f...(10) 
FNo＜2.00...(11) 
70°＜2ω...(12) 
其中， 
fG23：第2透镜群和第3透镜群的合成焦距 
da：前组中的负的单透镜与正的单透镜的光轴上的空气间隔 
fG2：第2透镜群的焦距 
fG3：第3透镜群的焦距 
Hsm：最靠缩小侧的透镜面的最大光线高度 
缩小侧的最大有效像圈直径 
Hsj：最靠缩小侧的透镜面的轴上光线的最大光线高度 
Hfm：最靠放大侧的透镜面的最大光线高度 
缩小侧的最大有效像圈直径 
fG1：第1透镜群的焦距 
fG3f：第3透镜群的前组的焦距 
Bf：全系统的后截距 
FNo：F数 
2ω：最大全视场角 
本发明的投影用透镜的第1透镜群，也可以实质上由3个透镜构成，即，由非球面塑料透镜和2个负透镜构成。 
本发明的投影用透镜的第2透镜群，也可以是实质上由3个透镜构成的结构，即从放大侧依次由使任意一方为正透镜而另一方为负透镜的2个 透镜接合而成的且具有正光焦度的胶合透镜和正的单透镜构成。这时，优选第2透镜群的胶合透镜和单透镜都为双凸形状。 
另外，在本发明的投影用透镜中，也可以构成为，使非球面塑料透镜以外的第1透镜群的透镜和第2透镜群的透镜之中的、至少1个透镜移动而进行调焦。 
本发明的投影型显示装置，其特征在于，具备：光源；来自该光源的光入射的光阀；上述本发明的投影用透镜，该投影用透镜将由该光阀进行了光调制的光所形成的光学像投影到屏幕上。 
还有，上述所谓“放大侧”，意思是被投影侧(屏幕侧)，缩小投影时，为了方便也将屏幕侧称为放大侧。另一方面，上述所谓“缩小侧”，意思是原图像显示区域侧(光阀侧)，缩小投影时，为了方便也将光阀侧称为缩小侧。 
还有，上述所谓“实质上由…构成”，意思是除了作为构成要素列举的透镜群和透镜以外，也可以包含实质上不具备光焦度的透镜、光阑和保护玻璃等透镜以外的光学构件等。 
还有，上述所谓“透镜群”，未必只是由多个透镜构成，也包括仅由1片透镜构成的情况。 
还有，所谓“单透镜”，意思是由未经接合的1片透镜构成。 
还有，上述透镜的面形状和光焦度的符号，在包含非球面时，认为是在近轴区域。 
还有，关于考虑“前焦距”、“后截距”时的前侧、后侧，是将放大侧、缩小侧分别作为前侧、后侧。 
还有，条件式(1)的第3透镜群的前焦距的符号，在第3透镜群的放大侧焦点位置、比第3透镜群的最靠放大侧的面更靠放大侧时为负，更靠缩小侧时为正。 
还有，上述是所谓的像圈的直径，例如，能够根据投影用透镜的规格、和搭载有投影用透镜的装置的规格求得。 
还有，“光线高度”认为是距光轴的高度的绝对值。 
本发明的投影用透镜，由放大侧依次配置的负、正、正这3个透镜群构成，使缩小侧为远心的，适当地设定了最靠放大侧的透镜和第3透镜群 的构成，因此既小型，又能够同时实现小F数、广角、良好的光学性能。 
另外，本发明的投影型显示装置，因为具备本发明的投影用透镜，所以能够实现小型且高亮度并具有广角化功能，能够具有可对应最近的高分辨率的光阀的良好的投影性能。 
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图2是表示本发明的实施例2的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图3是表示本发明的实施例3的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图4是表示本发明的实施例4的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图5是表示本发明的实施例5的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图6是表示本发明的实施例6的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图7是表示本发明的实施例7的投影用透镜的透镜构成和光线轨迹的剖面图 
图8是用于说明条件式(5)的局部放大图 
图9是本发明的一实施方式的投影型显示装置的概略构成图 
图10(A)～图10(H)是本发明的实施例1的投影用透镜的各像差图 
图11(A)～图11(H)是本发明的实施例2的投影用透镜的各像差图 
图12(A)～图12(H)是本发明的实施例3的投影用透镜的各像差图 
图13(A)～图13(H)是本发明的实施例4的投影用透镜的各像差图 
图14(A)～图14(H)是本发明的实施例5的投影用透镜的各像差图 
图15(A)～图15(H)是本发明的实施例6的投影用透镜的各像差图 
图16(A)～图16(H)是本发明的实施例7的投影用透镜的各像差图 
具体实施方式
以下，参照附图对于本发明的实施方式详细地说明。图1～图7是本发明的实施方式的投影用透镜的构成例的剖面图，分别对应后述的实施例1～7的投影用透镜。因为图1～图7所示例的基本的构成一样，图1～图7的图示方法也一样，所以以下一边参照图1一边对于本发明的实施方式的投影用透镜进行说明。 
图1是本发明的一实施方式的投影用透镜的透镜构成的剖面图，轴上光束4、最大视场角的轴外光束5也一并示出。 
该投影用透镜，例如搭载于投影型显示装置，可以作为将光阀上所显示的图像信息投影到屏幕上的投影透镜而使用。图1中，图的左侧为放大侧，右侧为缩小侧，假设是搭载于投影型显示装置的情况，还一并图示的是，假设有用于色合成部或照明光分离部的滤光片和棱镜等的玻璃块2，和位于玻璃块2的缩小侧的面的光阀的图像显示面1。 
在投影型显示装置中，由图像显示面1提供图像信息的光束，经由玻璃块2，入射到该投影用透镜，通过该投影用透镜被投影到纸面左侧方向所配置的屏幕(未图示)上。 
还有，在图1中，表示的是玻璃块2的缩小侧的面的位置与图像显示面1的位置一致的例子，但未必限定于此。另外，在图1中只记述了1个图像显示面1，但在投影型显示装置中，也可以构成为，通过分色光学系统将来自光源的光束分离成三原色，针对各原色用配设3个光阀，使之可以显示全彩色图像。 
本实施方式的投影用透镜，是定焦光学系统，从放大侧依次由具有负光焦度的第1透镜群G1、具有正光焦度的第2透镜群G2、具有正光焦度 的第3透镜群G3的实质上3个透镜群构成。就第3透镜群G3而言，从放大侧依次由按照夹隔空气间隔的方式所配置的、具有负光焦度的前组G3f和具有正光焦度的后组G3r构成。以全系统的缩小侧为远心的方式构成。 
还有，所谓“缩小侧是远心的”，是指在会聚到缩小侧的像面的任意一点的光束的截面中，上侧的最大光线与下侧的最大光线的二等分角线接近与光轴平行的状态，不限于完全远心的情况、即不限于所述二等分角线相对于光轴完全平行的情况，这意味着也包括有一些误的情况(相对于光轴稍有倾斜度的情况)。在此所谓有一些误差的情况(相对于光轴稍有倾斜度的情况)，是所述二等分角线对于光轴的倾斜度在±3°的范围内的情况。图1中，将与关于最大视场角的轴外光束5的上述二等分角线重叠的光线作为假想的主光线6而进行图示。 
本投影用透镜，从放大侧依次配置负、正、正的透镜群，从而有利于广角化，并且有利于实现拥有长后截距的远心的光学系统。 
另外，第3透镜群G3从放大侧依次由按照夹隔空气间隔的方式所配置的、负的前组G3f和正的后组G3r构成，由前组G3f能够良好地校正像面弯曲，由后组G3r特别是能够良好地校正色像差。 
例如，在图1所示的例子中，能够认为第1透镜群G1由透镜L1～L3这3片透镜构成，第2透镜群G2由透镜L4～L6这3片透镜构成，第3透镜群G3由透镜L7～L14这8片透镜构成。第3透镜群G3的前组G3f由透镜L7、L8这2片透镜构成，后组G3r由透镜L9～L14这6片透镜构成。但是，构成前组G3f以外的本发明的投影用透镜的各透镜群的透镜的片数未必限定为图1所示的例子。 
本投影用透镜的全系统的最靠放大侧的透镜L1，由塑料材质构成，其构成方式为，作为至少具有1个面的非球面的非球面塑料透镜。使最靠放大侧的透镜拥有非球面，能够良好地校正畸变。以塑料材质构成全系统中透镜直径容易达到最大的最靠放大侧的透镜，能够实现轻量化、低成本化。 
还有，在图1所示的例子中，透镜L1的两侧的面是非球面，其他的面全都是球面。在实现F数小的广角的光学系统时，如此适当地选择施行 了非球面的面，能够极力减少非球面透镜的片数，能够抑制成本。 
第1透镜群G1，如图1所示的例子，优选由作为非球面透镜的透镜L1、和2片负的透镜L2、L3构成。如此构成第1透镜群G1，能够以很少的透镜片数构成，在成本上有利。 
例如，透镜L1能够为在近轴区域使凸面朝向缩小侧的负弯月透镜，透镜L2能够为使凸面朝向放大侧的负弯月透镜，透镜L3能够为双凹透镜。使透镜L1为非球面透镜、且使透镜L1～L3这样的形状，有利于一边以很少的透镜片数确保第1透镜群G1所需要的负的光焦度，一边实现F数小的广角的光学系统。 
第2透镜群G2，优选从放大侧依次，由任意一方是正透镜而另一方是负透镜的这2个透镜接合并具有正光焦度的胶合透镜，和具有正光焦度的单透镜构成。即，第2透镜群G2由2组具有正光焦度的要素构成，能够良好地校正球面像差。另外，利用第2透镜群G2的胶合透镜，能够良好地校正倍率色像差。 
此外，优选第2透镜群G2的上述胶合透镜、和其缩小侧的正的单透镜，均为双凸形状。即，在图1所示的例子中，优选透镜L4的放大侧的面、透镜L5的缩小侧的面、透镜L6的两侧的面全部是凸状。如此，能够一边使第2透镜群G2所需要的正光焦度由各透镜面适度分担，并使第2透镜群G2的透镜直径不会变得过大，一边良好地进行像差校正。 
还有，第2透镜群G2的上述胶合透镜，也可以从放大侧依次接合负透镜、正透镜，或者也可以从放大侧依次接合正透镜、负透镜。 
第3透镜群G3的前组G3f，其构成方式为，如图1所示的例子，从放大侧依次由作为负的单透镜的透镜L7、和作为正的单透镜的透镜L8构成，透镜L7与透镜L8之间的空气间隔da，比前组G3f与后组G3r之间的空气间隔db短。通过前组G3f采用这样的构成，能够实现像面弯曲得到良好校正的F数小的光学系统。 
为了使前组G3f有关的上述效果进一步提高，优选前组G3f的负的单透镜与正的单透镜分别是双凹透镜、双凸透镜。 
第3透镜群G3的后组G3r，例如，能够从放大侧依次由双凸形状的单透镜、双凹透镜与双凸透镜的胶合透镜、双凸透镜与使凸面朝向缩小侧 的负弯月透镜的胶合透镜、双凸透镜构成。通过如此构成后组G3r，有利于倍率色像差的校正。 
在第2透镜群G2与第3透镜群G3之间，如图1所示例的，也可以配置由遮片(マスク)等构成的孔径3，由该孔径3遮蔽多余的轴外光线，能够使缩小侧的远心性良好。还有，图1所示的孔径3，并不表示其形状和大小，而表示其在光轴Z上的位置。 
另外，本投影用透镜，以满足下述条件式(1)的方式构成。 
-0.7＜fFG3/f＜0.7...(1) 
其中， 
fFG3：第3透镜群的前焦距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
将上述假想的主光线6与光轴Z的交点的位置考虑为假想的光阑位置时，缩小侧为远心的本投影用透镜满足条件式(1)，将在该假想的光阑位置或其邻域定位前组G3f。在光线密集的这样的位置，定位按照夹隔较小空气间隔的方式所配置的由负、正的单透镜构成的前组G3f，能够在F数小的光学系统中良好地校正像面弯曲。 
另外，假如在光线密集的位置配置胶合透镜，则投影用透镜与高输出功率的光源并用时，有可能由于强功率的光导致接合剂显著变质、劣化，有可能招致透镜性能的降低，但通过只由单透镜构成前组G3f并以满足条件式(1)的方式构成，能够避免这一问题的发生。 
为了在F数小的光学系统中更良好地校正像面弯曲，更优选满足下述条件式(1’)。 
-0.5＜fFG3/f＜0.5...(1’) 
另外，在本投影用透镜中，优选满足下述条件式(2)。 
-0.3＜f/fG23＜0...(2) 
其中， 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
fG23：第2透镜群和第3透镜群的合成焦距 
若处于条件式(2)的下限以下，则第1透镜群G1的光焦度变得过强，难以一边确保小F数一边良好地校正像面弯曲。或者，为了一边确保小F 数一边良好地校正像面弯曲，第1透镜群G1的透镜片数增大，违背小型化、轻量化。 
还有，作为条件式(2)的对应值的f/fG23为0时，第2透镜群G2和第3透镜群G3的合成光学系统成为无焦系统。本投影用透镜满足条件式(2)时，第2透镜群G2和第3透镜群G3的合成光学系统拥有负光焦度，从第2透镜群G2向第1透镜群G1行进的轴外光的主光线6，如图1所示，向光轴Z靠近，因此特别是能够使第1透镜群G1的径向的大小变得紧凑，同时，因为一边强劲会聚轴上光束4一边从第2透镜群G2行进到第1透镜群G1，所以能够适度地缩小第1透镜群G1与第2透镜群G2的间隔，能够防止总长过长。 
若处于条件式(2)的上限以上，则使F数小、广角并具有适度长的后截距的透镜系统在光轴方向、径向上都紧凑地构成变得困难。 
从上述情况出发，为了一边实现小型化、轻量化，一边更良好地校正像面弯曲，更优选满足下述条件式(2’)。 
-0.2＜f/fG23＜0...(2’) 
另外，在本投影用透镜中，优选满足下述条件式(3)。 
da/f＜0.4...(3) 
其中， 
da：前组的负透镜和正透镜的光轴上的空气间隔 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
若处于条件式(3)的上限以上，则构成前组G3f的透镜L7与透镜L8的空气间隔变得过宽，良好地校正像面弯曲困难。 
从上述情况出发，为了更良好地校正像面弯曲，更优选满足下述条件式(3’)。 
da/f＜0.3...(3’) 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(4)。 
1.0＜fG2/fG3＜1.4...(4) 
其中， 
fG2：第2透镜群的焦距 
fG3：第3透镜群的焦距 
若处于条件式(4)的下限以下，则透镜系统的总长变得过大。若处于条件式(4)的上限以上，则比第2透镜群G2更靠放大侧的透镜的直径变大。 
从上述情况出发，为了使透镜直径更小型化，更优选满足下述条件式(4’)。 
1.0＜fG2/fG3＜1.2...(4’) 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(5)。 
其中， 
Hsm：最靠缩小侧的透镜面的最大光线高度 
缩小侧的最大有效像圈直径 
Hsj：最靠缩小侧的透镜面的轴上光线的最大光线高度 
图8中表示从图1所示的构成例的透镜L12至玻璃块2的局部放大图，示出条件式(5)的各光线高度、最大有效像圆半径。由图8可知， 和Hsj分别概略性地对应透镜L14的缩小侧的面的轴外光束5的半径、轴上光束4的半径。满足条件式(5)，能够确保实用上需要的周边光量。 
此外，优选满足下述条件式(5’)。 
满足条件式(5’)的下限，能够进一步确保期望的周边光量。若处于条件式(5’)的上限以上，则远心性恶化。 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(6)。 
其中， 
Hfm：最靠放大侧的透镜面的最大光线高度 
缩小侧的最大有效像圈直径 
就Hfm而言，如图1所示，是透镜L1的放大侧的面中的最大视场角的轴外光束5所包含的光线之中的、最远离光轴的光线的光线高度。若处于条件式(6)的上限以上，则最靠放大侧的透镜L1的直径变大。 
从上述情况出发，为了使透镜直径更小型化，更优选满足下述条件式(6’)。 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(7)。 
-1.5＜fG1/f＜-0.7...(7) 
其中， 
fG1：第1透镜群的焦距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
若处于条件式(7)的下限以下，则难以确保适度长度的后截距。若处于条件式(7)的上限以上，则难以一边确保小的F数一边良好地校正像面弯曲，或者，为了一边确保小F数一边良好地校正像面弯曲使第1透镜群G1的透镜片数增大，而违背小型化、轻量化。 
从上述情况出发，为了一边使后截距的确保更容易、且实现小型化、轻量化，一边更良好地校正像面弯曲，更优选满足下述条件式(7’)。 
-1.3＜fG1/f＜-1.0...(7’) 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(8)。 
1.5＜fG2/f＜6.0...(8) 
其中， 
fG2：第2透镜群的焦距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
若处于条件式(8)的下限以下，则第1透镜群G1的光焦度变得过强，难以一边确保小F数一边良好地校正像面弯曲。或者，为了一边确保小F数一边良好地校正像面弯曲，第1透镜群G1的透镜片数增大，而违背小型化、轻量化。若处于条件式(8)的上限以上，则比第2透镜群G2更靠放大侧的透镜的直径变大。 
从上述情况出发，为了一边实现小型化、轻量化一边更良好地校正像面弯曲，更优选满足下述条件式(8’)。 
2.3＜fG2/f＜4.5...(8’) 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(9)。 
fG3f/f＜-3.0...(9) 
其中， 
fG3f：第3透镜群的前组的焦距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
若处于条件式(9)的上限以上，则比第2透镜群G2更靠放大侧的透镜的直径变大。 
此外，优选满足下述条件式(9’)。 
-20.0＜fG3f/f＜-5.0...(9’) 
若处于条件式(9’)的下限以下，则全体的光焦度平衡打破，难以一边确保小F数一边良好地校正像面弯曲。通过满足条件式(9’)的上限，能够使比第2透镜群G2更靠放大侧的透镜的大直径化得以进一步抑制。 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(10)。 
2.00＜Bf/f...(10) 
其中， 
Bf：全系统的后截距 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距 
若处于条件式(10)的下限以下，则在透镜系统的缩小侧，确保插入分束器、正交二向色棱镜和TIR棱镜等的作为色合成手段的玻璃块等的适当的空间困难。 
此外，优选满足下述条件式(10’)。 
2.40＜Bf/f＜FNo＜2.00...(11) 
过满足条件式(10’)的下限，确保插入玻璃块等的空间变得更容易。若处于条件式(10’)的上限以上，则总长变得过长。 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(11)。不满足条件式(11)时，则不能实现近年来所要求的小F数的光学系统。为了实现更小F数的光学系统，更优选满足下述条件式(11’)。 
FNo＜2.00...(11) 
FNo＜1.85...(11’) 
其中， 
FNo：F数 
另外，本投影用透镜，优选满足下述条件式(12)。不满足条件式(12)时，不能对应广角用途的要求。为了更适合广角用途，更优选满足下述条件式(12’)。 
70°＜2ω...(12) 
75°＜2ω...(12’) 
其中， 
2ω：最大全视场角 
另外，本投影用透镜，优选其构成方式为，通过使除去最靠放大侧的透镜L1的第1透镜群G1的透镜和第2透镜群G2的透镜之中的、至少1片透镜移动而进行调焦。即，在图1所示的例子中，优选其构成方式为，通过使透镜L2～L6这5片透镜之中的、至少1片透镜移动而进行调焦。调焦时直径最大的透镜L1被固定，能够减轻驱动机构的负荷，并且在调焦时也能够使光学系统的总长不变。 
调焦时移动的透镜为多个时，也可以使之一体地移动，也可以使之个别地移动。作为用于调焦的透镜，可以只是第1透镜群G1的透镜，也可以只是第2透镜群G2的透镜，也可以是第1透镜群G1和第2透镜群G2两方的透镜。另外，可以是各透镜群之中的1片透镜，也可以是多片透镜。用于调焦的1个或多个透镜，也可以根据投影距离的变动量选择。投影距离的变动量大时，优选使用第1透镜群G1和第2透镜群G2两方的透镜。 
调焦时使第1透镜群G1所包含的透镜的至少一部分沿光轴方向移动，能够更有效地抑制畸变的变动。调焦时使第2透镜群G2所包含的透镜的至少一部沿光轴方向，能够更有效地抑制像面弯曲的变动。调焦时使第1透镜群G1和第2透镜群G2的透镜沿光轴方向移动，能够有效地抑制畸变和像面弯曲的变动。 
另外，作为本发明的目标的投影用透镜，优选畸变(distortion)抑制在大约2％以下，更优选抑制在0.6％以下。畸变为0.6％以下时，在如下用途中也可以良好地使用，即，将投影画面进行多个分割，按每个分割画面从投影型显示装置同时对图像进行投影。 
还有，上述优选的构成，优选根据投影用透镜所要求事项适宜选择性地采用。 
接下来，对于本发明的投影型显示装置的实施方式，使用图9进行说明。图9是本发明的一实施方式的投影型显示装置的概略构成图。 
图9所示的投影型显示装置100，具有如下：本发明的实施方式的投影用透镜10；光源20；作为与各色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；用于色合成的正交二向色棱镜14；聚光透镜16a～16c；用于偏转光路的全反射镜18a～18c。还有，图9中概略性地图示了投影用透镜10，虽然在光源20与分色镜12之间配置有积分器，但图9中省略其图示。 
来自光源20的白色光，被分色镜12、13分解成三色光光束(G光、B光、R光)后，分别经过聚光透镜16a～16c而入射分别对应各色光光束的透射型显示元件11a～11c而被进行光调制，由正交二向色棱镜14进行色合成后，入射投影透镜10。投影用透镜10，将由透射型显示元件11a～11c进行了光调制的光所形成的光学像投影到未图示的屏幕上。 
作为透射型显示元件11a～11c，例如能够使用透射型液晶显示元件等。还有，图9中作为光阀示出的是使用了透射型显示元件的例子，但本发明的投影型显示装置具备的光阀不限于此，也可以使用反射型液晶显示元件或DMD等其他的光调制机构。 
接着，对于本发明的投影用透镜的具体的实施例进行说明。 
<实施例1> 
实施例1的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图1中。因为关于图1的说明如上述，所以在此省略重复说明。图1所示的构成，是投影距离为无限远时的构成。 
实施例1的投影用透镜是3群结构，其从放大侧依次排列具有负光焦度的第1透镜群G1、具有正光焦度的第2透镜群G2、具有正光焦度的第3透镜群G3而成，缩小侧为远心的。在第3透镜群G3的缩小侧，配置有假设为红外线截止滤光片和低通滤光片等的各种滤光片和色合成棱镜等的玻璃块2，按照与玻璃块2的缩小侧的面接触的方式配置有光阀的图像显示面1。在第2透镜群G2与第3透镜群G3之间，配置有用于遮挡多余的轴外光线的遮片等所构成的孔径3。 
第1透镜群G1，从放大侧依次排列有如下透镜而构成：在近轴区域使凸面朝向缩小侧的负弯月透镜所构成的透镜L1；使凸面朝向放大侧的负弯月透镜所构成的透镜L2；由双凹透镜构成的透镜L3。 
第2透镜群G2，从放大侧依次排列有如下透镜而构成：使凸面朝向放大侧的负弯月透镜所构成的透镜L4；由双凸透镜构成的透镜L5；由双凸透镜构成的透镜L6。透镜L4与透镜L5被接合。 
第3透镜群G3，从放大侧依次排列具有负光焦度的前组G3f、和具有正光焦度的后组G3r而构成。前组G3f从放大侧依次排列有由双凹透镜构成的透镜L7、和由双凸透镜构成的透镜L8而成。透镜L7和透镜L8夹隔空气间隔地配置。 
后组G3r，从放大侧依次排列有如下透镜而构成：由双凸透镜构成的透镜L9；由双凹透镜构成的透镜L10；由双凸透镜构成的透镜L11；由双凸透镜构成的透镜L12；使凸面朝向缩小侧的负弯月透镜所构成的透镜L13；由双凸透镜构成的透镜L14。透镜L10与透镜L11被接合，透镜L12与透镜L13被接合。 
实施例1的投影用透镜，透镜L1的两侧的面是非球面，其他的面全部是球面。另外，透镜L1由塑料材质构成。 
表1～表3中示出实施例1的投影用透镜的各种数据。表1～表3所示的数值，是使投影距离为无限远时的全系统的焦距为1而被标准化的数值。另外，各表的数值为以规定的位数化整后的数值。 
表1中示出实施例1的投影用透镜的基本透镜数据。基本透镜数据的Si一栏中表示，以最靠放大侧的构成要素的放大侧的面为第1号而随着朝向缩小侧依次增加地对构成要素的面附加面编号时的第i号(i＝1、2、3、...)的面编号，Ri一栏中表示第i号面的曲率半径，Di一栏中表示第i号面和第i+1号面的光轴Z上的面间隔，Ndj一栏中表示以最靠放大侧的构成要素为第1号，随着朝向缩小侧依次增加的第j号(j＝1、2、3、...)的构成要素的对d线(波长587.6nm)的折射率，vdj一栏中表示第j号构成要素的对d线的阿贝数。 
其中，曲率半径的符号，面形状向放大侧凸时为正，向缩小侧凸时为负，基本透镜数据中也包含玻璃块2和孔径3在内示出。另外，面编号为 1、2的面是非球面，对这些面编号附加＊号。非球面的曲率半径一栏中表示近轴的曲率半径的数值。 
实施例1的投影用透镜，其构成方式为，使由透镜L2、L3构成的组和由透镜L4、L5构成的组个别地移动而进行调焦。透镜L1与透镜L2的间隔、透镜L3与透镜L4的间隔、透镜L5与透镜L6的间隔，是调焦时变化的可变面间隔。这些可变面间隔一栏中分别填写为DD[2]、DD[6]、DD[9]。即，第i号面和第i+1号面的间隔为可变面间隔时，以DD[i]的方式记述。 
表2中表示实施例1的投影用透镜的投影距离为无限远、有限时各自的上述各可变面间隔的值。在此，作为有限时的投影距离的值使用123.92，该投影距离下的全系统的焦距为1.002，F数为1.70，全视场角为84.2°。投影距离为无限远时的焦距、F数、全视场角在后刊出的表22、表23中与其他的实施例的一并示出。 
表3中示出面编号是1、2的面的非球面系数。表3的非球面系数的数值的“E-n”(n：整数)意思是“×10-n”。非球面系数，是由下式表示的非球面式中的各系数K、Am(m＝3、4、5、…)的值。 
Zd＝C·h2/{1+(1-K·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到非球面顶点相切的与光轴垂直的平面的垂线的长度) 
h：高度(从光轴至透镜面的距离) 
C：近轴曲率 
K、Am：非球面系数(m＝3、4、5、...) 
【表1】 
实施例1 基本透镜数据 
【表2】 
实施例1 可变面间隔 
【表3】 
实施例1 非球面系数 
图10(A)～图10(D)中分别表示投影距离为无限远时的实施例1的投影用透镜的球面像差、像散、畸变(distortion)、倍率色像差(倍率的色像差)的各像差图。图10(E)～图10(H)中分别表示投影距离为123.92时的实施例1的投影用透镜的球面像差、像散、畸变(distortion)、倍率色像差(倍率的色像差)的各像差图。图10(A)～图10(H)的各像差图，是使投影距离为无限远时的全系统的焦距为1而被标准化时的情况。 
图10(A)～图10(H)的各像差图，以d线为基准，但在球面像差图中，也示出关于F线(波长486.1nm)、C线(波长656.3nm)的像差，在倍率色像差图中，示出关于F线、C线的像差。另外，在像散图中，以实线、虚线表示分别关于弧矢方向、子午方向的像差，线种类的说明中分别填写(S)、(T)这样的标记加以表示。球面像差图的纵轴上方所记述的FNo.意思是F数，其他的像差图的纵轴上方所记述的ω意思是半视场角。 
上述的实施例1的说明中所述的各种数据的标记、意思、记述方法、使广角端的全系统的焦距为1而进行标准化的点等，除非特别指出，否则在以下的实施例2～7中也一样。但是，投影距离有限时的该值在每个实施例有所不同，该值与实施例1同样，记述在各实施例的可变面间隔的表 和像差图中。 
<实施例2> 
实施例2的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图2中。实施例2的投影用透镜，与实施例1的投影用透镜为大致同样的构成，调焦时移动的透镜也同样。表4、表5、表6中分别示出实施例2的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图11(A)～图11(H)中分别示出实施例2的投影用透镜的各像差图。实施例2的数据中，有限时的投影距离为123.93，该投影距离下的全系统的焦距是1.002，F数是1.70，全视场角是84.2°。 
【表4】 
实施例2 基本透镜数据 
【表5】 
实施例2 可变面间隔 
【表6】 
实施例2 非球面系数 
<实施例3> 
实施例3的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图3中。实施例3的投影用透镜，与实施例1的投影用透镜为大致同样的构成，调焦时移动的透镜也同样。表7、表8、表9中分别示出实施例3的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图12(A)～图12(H)中分别示出实施例3的投影用透镜的各像差图。实施例3的数据中，有限时的投影距离为124.13，该投影距离下的全系统的焦距是1.003，F数是1.80，全视场角是79.0°。 
【表7】 
实施例3 基本透镜数据 
【表8】 
实施例3 可变面间隔 
【表9】 
实施例3 非球面系数 
<实施例4> 
实施例4的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图4中。实施例4的投影用透镜，与实施例1的投影用透镜为大致同样的构成，但在透镜L4由双凸透镜构成这一点和透镜L5由使凸面朝向缩小侧的负弯月透镜构成这一点上有所不同。实施例4的投影用透镜的调焦时移动的透镜与实施例1的同样。表10、表11、表12中分别示出实施例4的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图13(A)～图13(H)中分别示出实施例4的投影用透镜的各像差图。实施例4的数据中，有限时的投影距离为123.95，该投影距离下的全系统的焦距是1.002，F数是1.79，全视场角是79.0°。 
【表10】 
实施例4 基本透镜数据 
【表11】 
实施例4 可变面间隔 
【表12】 
实施例4 非球面系数 
<实施例5> 
实施例5的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图5中。实施例5的投影用透镜，与实施例4的投影用透镜为大致同样的构成。实施例5的投影用透镜，其构成方式为，使由透镜L2、L3所构成的组和由透镜L4、L5、L6所构成的组个别移动而进行调焦。表13、表14、表15中分别示出实施例5的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图14(A)～图14(H)中分别示出实施例5的投影用透镜的各像差图。实施例5的数据中，有限时的投影距离为123.19，该投影距离下的全系统的焦距是0.995，F数是1.80，全视场角是79.0°。 
【表13】 
实施例5 基本透镜数据 
【表14】 
实施例5 可变面间隔 
【表15】 
实施例5 非球面系数 
<实施例6> 
实施例6的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图6中。实施例6的投影用透镜，与实施例1的投影用透镜为大致同样的构成，调焦时移动的透镜也同样。表16、表17、表18中分别示出实施例6的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图15(A)～图15(H)中分别示出实施例6的投影用透镜的各像差图。实施例6的数据中，有限时的投影距离为124.06，该投影距离下的全系统的焦距是1.002，F数是1.69，全视场角是84.0°。 
【表16】 
实施例6 基本透镜数据 
【表17】 
实施例6 可变面间隔 
【表18】 
实施例6 非球面系数 
＜实施例7> 
实施例7的投影用透镜的透镜构成图和光线轨迹示出在图7中。实施例7的投影用透镜，与实施例1的投影用透镜为大致同样的构成，调焦时移动的透镜也同样。表19、表20、表21中分别示出实施例7的投影用透镜的基本透镜数据、可变面间隔、非球面系数。图16(A)～图16(H)中分别示出实施例7的投影用透镜的各像差图。实施例7的数据中，有限时的投影距离为124.13，该投影距离下的全系统的焦距是1.002，F数是1.70，全视场角是84.2°。 
【表19】 
实施例7 基本透镜数据 
【表20】 
实施例7 可变面间隔 
【表21】 
实施例7 非球面系数 
表22中示出上述实施例1～7的上述各条件式(1)～(12)的对应值。另外，表23中示出上述实施例1～7的各种值。其中，表23的fG3r是后组G3r的焦距。表22、表23所示的值是投影距离为无限远时的对d线的值。 
以上，列举实施方式和实施例说明了本发明，但作为本发明的投影用透镜，不限于上述实施例，而可以进行各种方式的变更，例如可以适宜变更各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数、非球面系数。 
另外，本发明的投影型显示装置，不限于上述构成，例如，所使用的光阀、和用于光束分离或光束合成的光学构件，不受上述构成限定，可以进行各种方式的变更。 

Claims (28)

1.一种投影用透镜，其特征在于，实质上由3个透镜群构成，即从放大侧依次由具有负光焦度的第1透镜群、具有正光焦度的第2透镜群、具有正光焦度的第3透镜群构成， 
缩小侧是远心的， 
所述第1透镜群，实质上由3个透镜构成，即从放大侧依次由塑料材料所构成的且具有至少1个面的非球面的非球面塑料透镜、和2个负透镜构成， 
所述第2透镜群实质上由3个透镜构成， 
所述第3透镜群，从放大侧依次由按照夹隔空气间隔的方式所配置的、具有负光焦度的前组和具有正光焦度的后组构成， 
所述前组，实质上由2个透镜构成，即从放大侧依次由按照夹隔着比所述前组和所述后组之间的空气间隔短的空气间隔的方式所配置的、负的单透镜和正的单透镜构成， 
满足下述条件式(1)， 
-0.7＜fFG3/f＜0.7...    (1) 
其中， 
fFG3：所述第3透镜群的前焦距， 
f：投影距离为无限远时的全系统的焦距。 
2.根据权利要求1所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(2)， 
-0.3＜f/fG23＜0...    (2) 
其中， 
fG23：所述第2透镜群和所述第3透镜群的合成焦距。 
3.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(3)， 
da/f＜0.4...    (3) 
其中， 
da：所述前组中的所述负的单透镜与所述正的单透镜的光轴上的空气间隔。 
4.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(4)， 
1.0＜fG2/fG3＜1.4...    (4) 
其中， 
fG2：所述第2透镜群的焦距， 
fG3：所述第3透镜群的焦距。 
5.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(5)， 
其中， 
Hsm：最靠缩小侧的透镜面的最大光线高度， 
缩小侧的最大有效像圈直径， 
Hsj：最靠缩小侧的透镜面的轴上光线的最大光线高度。 
6.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(6)， 
其中， 
Hfm：最靠放大侧的透镜面的最大光线高度， 
缩小侧的最大有效像圈直径。 
7.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(7)， 
-1.5＜fG1/f＜-0.7...    (7) 
其中， 
fG1：所述第1透镜群的焦距。 
8.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(8)， 
1.5＜fG2/f＜6.0...    (8) 
其中， 
fG2：所述第2透镜群的焦距。 
9.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
所述第2透镜群，实质上由3个透镜构成，即从放大侧依次由使任意一方是正透镜而另一方是负透镜的2个透镜接合而成的且具有正光焦度的胶合透镜、和正的单透镜构成。 
10.根据权利要求9所述的投影用透镜，其特征在于， 
所述第2透镜群的所述胶合透镜和所述单透镜均为双凸形状。 
11.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(9)， 
fG3f/f＜-3.0...    (9) 
其中， 
fG3f：所述第3透镜群的所述前组的焦距。 
12.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
按照使所述非球面塑料透镜以外的所述第1透镜群的透镜和所述第2透镜群的透镜之中的、至少1个透镜移动而进行调焦的方式构成。 
13.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(10)， 
2.00＜Bf/f...    (10) 
其中， 
Bf：全系统的后截距。 
14.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(11)， 
FNo＜2.00...    (11) 
其中， 
FNo：F数。 
15.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(12)， 
70°＜2ω...    (12) 
其中， 
2ω：最大全视场角。 
16.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(1’)， 
-0.5＜fFG3/f＜0.5...    (1’) 。
17.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(2’)， 
-0.2＜f/fG23＜0...    (2’) 
其中， 
fG23：所述第2透镜群和所述第3透镜群的合成焦距。 
18.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(3’)， 
da/f＜0.3...    (3’) 
其中， 
da：所述前组中的所述负的单透镜和所述正的单透镜的光轴上的空气间隔。 
19.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(4’)， 
1.0＜fG2/fG3＜1.2...    (4’) 
其中， 
fG2：所述第2透镜群的焦距， 
fG3：所述第3透镜群的焦距。 
20.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(5’)， 
其中， 
Hsm：最靠缩小侧的透镜面的最大光线高度， 
缩小侧的最大有效像圈直径， 
Hsj：最靠缩小侧的透镜面的轴上光线的最大光线高度。 
21.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(6’)， 
其中， 
Hfm：最靠放大侧的透镜面的最大光线高度， 
缩小侧的最大有效像圈直径。 
22.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(7’)， 
-1.3＜fG1/f＜-1.0...    (7’) 
其中， 
fG1：所述第1透镜群的焦距。 
23.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(8’)， 
2.3＜fG2/f＜4.5...    (8’) 
其中， 
fG2：所述第2透镜群的焦距。 
24.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(9’)， 
-20.0＜fG3f/f＜-5.0...    (9’) 
其中， 
fG3f：所述第3透镜群的所述前组的焦距。 
25.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(10’)， 
2.40＜Bf/f＜4.00...    (10’) 
其中， 
Bf：全系统的后截距。 
26.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(11’)， 
FNo＜1.85...    (11’) 
其中， 
FNo：F数。 
27.根据权利要求1或2所述的投影用透镜，其特征在于， 
满足下述条件式(12’)， 
75°＜2ω...    (12’) 
其中， 
2ω：最大全视场角。 
28.一种投影型显示装置，其特征在于，具备： 
光源；来自该光源的光进行入射的光阀；权利要求1至27中任一项所述的投影用透镜，该投影用透镜作为将由该光阀进行了光调制的光所形成的光学像投影到屏幕上的投影用透镜。 
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