CN204631345U - 投影用变焦透镜以及投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种投影用变焦透镜以及具备该投影用变焦透镜的投影型显示装置，该投影用变焦透镜实现广角、适当的后截距的确保、缩小侧的透镜直径的小型化、装置的小型化、良好的光学性能，并容易使变倍时的F数大致恒定。投影用变焦透镜从放大侧起依次由在变倍时固定的凹的第一透镜组(G1)、包括在变倍时移动的多个透镜组的中间组(Gm)、在变倍时固定的凸的最终透镜组(Ge)构成，缩小侧是非远心。中间组(Gm)的最放大侧的透镜组与最缩小侧的透镜组具有正光焦度，且在从广角端向望远端进行变倍时从缩小侧向放大侧移动。最终透镜组(Ge)包括两个以上的凸透镜和两个以上的凹透镜，在最终透镜组(Ge)的最缩小侧配置有凸透镜。所述投影用变焦透镜满足关于最终透镜组(Ge)的焦距的规定的条件式。

Description

投影用变焦透镜以及投影型显示装置
技术领域
本实用新型涉及投影用变焦透镜以及投影型显示装置，例如，涉及适于将由光阀形成的原图像放大投影至屏幕上的投影用变焦透镜以及使用该投影用变焦透镜的投影型显示装置。
背景技术
以往，将显示在液晶显示元件等的光阀上的图像放大投影的投影型显示装置被广泛使用。在使用透射型液晶显示元件作为光阀的光学系统中，通常，为了进行色合成而使用十字分色棱镜，考虑到其角度依存性，为了提高色合成特性，上述光学系统中使用的投影用透镜在缩小侧设为远心透镜。
另外，在使用投影型显示装置作为展示用途的情况下，经常在纵深相对较狭窄的空间，以较短的投影距离要求较大的画面尺寸，因此，作为投影透镜，广角透镜的需求较高。与视场角较小的透镜相比，广角透镜的画面尺寸的变化相对于投影距离的变化较大，因此，有时即使装置相对于屏幕的设置距离略微变化，也需要调节画面尺寸，然而如上所述，由于空间的纵深受限，因此设置条件方面的自由度大多极小。因此，倾向于更优选即使设置距离受限也能够调节为所希望的画面尺寸的变焦透镜。
作为广角且缩小侧构成为远心的投影用变焦透镜，例如已知下述专利文献1所记载的投影用变焦透镜。在专利文献1中，公开了从放大侧起依次配置有凹的第一透镜组、凸的第二透镜组、凹的第三透镜组、凸的第四透镜组、凸的第五透镜组而成的五组结构的透镜系统。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-237605号公报
在展示中使用的此类投影型显示装置不会常设，而会移动或被移动设 置，另外，在常设的情况下也经常以从顶棚悬吊的方式设置，在任一情况下均对小型、轻量化有较高的要求。另外，为了装置整体的小型化、轻量化，也要求透镜的小型化。然而，为了得到足够的成像性能，需要组合多个透镜，全长变长并且导致放大侧的透镜直径的大型化，因此难以实现透镜的小型化。
另一方面，由于欲得到更高精度、高亮度且对比度大的投影图像的要求愈发强烈，因此关注作为光阀而搭载有DMD(Digital Micromirror Device：注册商标)的投影型显示装置。在DMD中排列有多个角度可变的微镜，在投影型显示装置中，通过改变各微镜的角度而改变经由照明光学系统入射的光的反射方向，从而进行各像素的ON、OFF的切换，由此形成整体的投影图像。在这种与作为反射型光阀的DMD并用的投影用透镜中，不必一定将缩小侧设为远心透镜。
然而，在将DMD用作光阀并使用非远心的光学系统的类型的投影型显示装置中，需要考虑从光源经由照明光学系统朝向DMD的照明光的光路、被DMD反射后的反射光的光路、构成装置的各部件之间不发生干涉。例如，需要考虑投影用透镜不遮挡从光源经由照明光学系统朝向DMD的照明光，另外，需要考虑照明光学系统与投影用透镜不发生干涉。并且，需要考虑来自切换为OFF的DMD的像素的不需要的反射光不向投影用透镜内入射。为此，需要同时实现确保适当长度的后截距和投影用透镜的缩小侧的透镜的小径化。
并且，在以往的投影用变焦透镜中，在变倍时F数经常发生变化，它们无法应对在整个变焦区域内相同的画面尺寸的投影图像的亮度设为大致恒定的投影用变焦透镜这一期望。
实用新型内容
实用新型要解决的课题
本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种投影用变焦透镜以及具备这样的投影用变焦透镜的投影型显示装置，该投影用变焦透镜为广角，能够确保适当的后截距并且能够实现缩小侧的透镜直径的小型化，从而能够有助于装置的小型化，并且该投影用变焦透镜的使变倍时的F数大致恒定的结构简单，具有良好的光学性能。
用于解决课题的方法
本实用新型的投影用变焦透镜的特征在于，实质上包括：第一透镜组，其配置在最放大侧，在变倍时固定且具有负光焦度；最终透镜组，其配置在最缩小侧，在变倍时固定且具有正光焦度；中间组，其配置在第一透镜组与最终透镜组之间，且包括在变倍时移动的多个透镜组，中间组的最放大侧的透镜组以及中间组的最缩小侧的透镜组均具有正光焦度，且在从在从广角端向望远端进行变倍时从缩小侧向放大侧移动，缩小侧是非远心，最终透镜组包括两个以上的凸透镜和两个以上的凹透镜，在最终透镜组的最缩小侧配置有具有正光焦度的最缩小侧凸透镜，所述投影用变焦透镜满足下述条件式(1)：
3.00＜fGe/fw＜12.00  (1)；
其中，
fGe：最终透镜组的焦距，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为，代替上述条件式(1)而满足下述条件式(1’)，更优选为满足下述条件式(1”)：
4.00＜fGe/fw＜11.00  (1’)；
5.00＜fGe/fw＜10.00  (1”)。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为，第一透镜组从放大侧起依次由前组和后组构成，该前组从放大侧起由第一透镜～第三透镜构成，
前组包括非球面透镜。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为，最缩小侧凸透镜是双凸透镜。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为，在最缩小侧凸透镜的放大侧配置有使凹面朝向缩小侧的凹透镜，以便在该凹透镜与该最缩小侧凸透镜之间形成第一空气透镜，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(2)：
0.01＜d1/Hr1＜0.15  (2)；
其中，
d1：第一空气透镜的中心厚度，
Hr1：第一空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
在形成有上述第一空气透镜的情况下，优选为满足下述条件式(3)：
0.30＜RF1×(NdR1-1)/((RR1×(NdF1-1))＜1.10  (3)
其中，
RF1：第一空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR1：第一空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF1：形成第一空气透镜的凹透镜的关于d线的折射率， 
NdR1：最缩小侧凸透镜的关于d线的折射率。 
另外，在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为满足下述条件式(4)：
1.50＜fp12/fw＜5.00  (4)；
其中，
fp12：最终透镜组的从缩小侧起第二个凸透镜到最缩小侧凸透镜的合成焦距。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为，最终透镜组包括：与最缩小侧凸透镜不同的使凸面朝向放大侧的凸透镜、以及使凹面朝向缩小侧的凹透镜，该凹透镜以与该凸透镜之间形成第二空气透镜的方式配置在该凸透镜的放大侧，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(5)：
0.01＜d2/Hr2＜0.15  (5)；
其中，
d2：第二空气透镜的中心厚度，
Hr2：第二空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
在形成有上述第二空气透镜的情况下，优选为满足下述条件式(6)：
0.30＜RF2×(NdR2-1)/((RR2×(NdF2-1))＜1.10  (6)；
其中，
RF2：第二空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR2：第二空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF2：形成第二空气透镜的凹透镜的关于d线的折射率， 
NdR2：形成第二空气透镜的凸透镜的关于d线的折射率。 
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为满足下述条件式(7)、(8)：
2.50＜Bf/y＜4.50  (7)；
0.80＜y/fw  (8)；
其中，
Bf：整个系统的缩小侧的空气换算距离下的后截距，
y：缩小侧的最大像高。
更优选为，所述投影用变焦透镜代替上述条件式(7)而满足下述条件式(7’)。更优选为，代替上述条件式(8)而满足下述条件式(8’)，进一步优选为，满足下述条件式(8”)：
3.00＜Bf/y＜4.00  (7’)；
0.85＜y/fw  (8’)；
0.90＜y/fw＜1.40  (8”)。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，在第一透镜组从放大侧起依次由前组和后组构成，且该前组从放大侧起由第一透镜～第三透镜构成的情况下，优选为，所述投影用变焦透镜满足下述条件式(9)，更优选为满足下述条件式(9’)，进一步优选为满足下述条件式(9”)：
-2.50＜fG1F/fw＜-0.80  (9)；
-2.10＜fG1F/fw＜-1.10  (9’)；
-2.10＜fG1F/fw＜-1.30  (9”)；
其中，
fG1F：前组的焦距。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，中间组也可以构成为，由在变倍时移动且具有正光焦度的两个透镜组构成，或者中间组也可以由在变倍时移动的三个透镜组构成，这三个透镜组从放大侧起依次为具有正光焦度的透镜组、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的透镜组。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，优选为满足下述条件式(10)，更优选为满足下述条件式(10’)：
4.00＜Dep/y＜6.00  (10)；
4.00＜Dep/y＜5.00  (10’)；
其中，
Dep：将缩小侧设为射出侧时的、从广角端的近轴射出瞳位置到缩小侧的像面的距离，
y：缩小侧的最大像高。
本实用新型的投影型显示装置的特征在于，具备：光源；光阀，来自该光源的光向该光阀入射；以及作为投影用变焦透镜的上述的本实用新型的投影用变焦透镜，其将通过该光阀进行光调制后的光所成的光学像投影至屏幕上。
需要说明的是，上述“放大侧”是指被投影侧(屏幕侧)，在进行缩小投影的情况下，也将屏幕侧称作放大侧。另一方面，上述“缩小侧”是指原图像显示区域侧(光阀侧)，在进行缩小投影的情况下，也将光阀侧称作缩小侧。
需要说明的是，上述“缩小侧是非远心”是指，在考虑汇聚于缩小侧的像面的任意点的光束的剖面中的上侧的最大光线与下侧的最大光线的角平分线(未图示)时，该角平分线相对于光轴Z的斜率的绝对值比3°大的情况。
需要说明的是，上述“实质上包括”是指，除了作为构成要素所列举的透镜组以外，也包括实质上不具有放大率的透镜、光阑及保护玻璃等透镜以外的光学要素。
需要说明的是，上述“透镜组”并不一定由多个透镜构成，也包括仅由一个透镜构成的情况。
需要说明的是，在透镜包括非球面的情况，在近轴区域考虑上述透镜的面形状、曲率半径、光焦度的符号。
需要说明的是，对于上述“Dep”，后截距量使用进行空气换算后的值。
实用新型效果
本实用新型的投影用变焦透镜采用负前导型的透镜组结构，适当设定固定组和移动组，将缩小侧设为非远心，特别是适当设定配置在最缩小侧的最终透镜组的结构，因此能够构成为广角，能够确保适当的后截距并且能够实现缩小侧的透镜直径的小型化，从而能够有助于装置的小型化，所 述投影用变焦透镜的使变倍时的F数大致恒定的结构简单，能够具有良好的光学性能。
另外，由于本实用新型的投影型显示装置具备本实用新型的投影用变焦透镜，因此小型且广角，并且能够得到良好的投影图像，容易在整个变焦区域内使相同的画面尺寸的投影图像的亮度大致恒定。
附图说明
图1是示出本实用新型的一实施方式的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图2是图1的投影用变焦透镜的局部放大图。
图3是本实用新型的一实施方式的投影型显示装置的简要结构图。
图4是示出本实用新型的实施例1的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图5是示出本实用新型的实施例2的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图6是示出本实用新型的实施例3的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图7是示出本实用新型的实施例4的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图8是示出本实用新型的实施例5的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图9是示出本实用新型的实施例6的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图10是示出本实用新型的实施例7的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图11是示出本实用新型的实施例8的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图12是示出本实用新型的实施例9的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图13是示出本实用新型的实施例10的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图14是示出本实用新型的实施例11的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图15是示出本实用新型的实施例12的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图16是示出本实用新型的实施例13的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图17是示出本实用新型的实施例14的投影用变焦透镜的透镜结构以及光线轨迹的剖视图。
图18(A)～图18(L)是本实用新型的实施例1的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图19(A)～图19(L)是本实用新型的实施例1的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图20(A)～图20(L)是本实用新型的实施例2的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图21(A)～图21(L)是本实用新型的实施例2的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图22(A)～图22(L)是本实用新型的实施例3的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图23(A)～图23(L)是本实用新型的实施例3的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图24(A)～图24(L)是本实用新型的实施例4的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图25(A)～图25(L)是本实用新型的实施例4的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图26(A)～图26(L)是本实用新型的实施例5的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图27(A)～图27(L)是本实用新型的实施例5的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图28(A)～图28(L)是本实用新型的实施例6的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图29(A)～图29(L)是本实用新型的实施例6的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图30(A)～图30(L)是本实用新型的实施例7的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图31(A)～图31(L)是本实用新型的实施例7的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图32(A)～图32(L)是本实用新型的实施例8的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图33(A)～图33(L)是本实用新型的实施例8的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图34(A)～图34(L)是本实用新型的实施例9的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图35(A)～图35(L)是本实用新型的实施例9的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图36(A)～图36(L)是本实用新型的实施例10的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图37(A)～图37(L)是本实用新型的实施例10的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图38(A)～图38(L)是本实用新型的实施例11的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图39(A)～图39(L)是本实用新型的实施例11的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图40(A)～图40(L)是本实用新型的实施例12的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图41(A)～图41(L)是本实用新型的实施例12的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图42(A)～图42(L)是本实用新型的实施例13的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图43(A)～图43(L)是本实用新型的实施例13的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
图44(A)～图44(L)是本实用新型的实施例14的投影用变焦透镜的投影距离为基准时的各像差图。
图45(A)～图45(L)是本实用新型的实施例14的投影用变焦透镜的投影距离为最近时的各像差图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。在图1中示出本实用新型的一实施方式的投影用变焦透镜的广角端的剖视图，在图2中示出图1的投影用变焦透镜的局部放大图。图1、图2所示的例子与后述的实施例1的投影用变焦透镜对应。在图3中示出本实用新型的一实施方式的投影型显示装置的简要结构图。
首先，参照图3，对本实用新型的实施方式的投影型显示装置进行说明。图3所示的投影型显示装置100具备光源101、照明光学系统102、作为光阀的DMD103、以及本实用新型的实施方式的投影用变焦透镜104。从光源101出射的光束通过未图示的色轮按时间顺序选择转换为三原色光(R、G、B)的各光，通过照明光学系统102实现与光束的光轴Z1垂直的剖面上的光量分布的均匀化，之后向DMD103入射。在DMD103中，根据入射光的颜色的切换相应地进行针对该色光用的调制切换。通过DMD103进行光调制后的光向投影用变焦透镜104入射。通过投影用变焦透镜104，将该进行了光调制后的光所成的光学像投影至屏幕105上。
在使用反射型光阀且设为非远心的光学系统的投影型显示装置中，需要考虑不使各部件发生干涉，另外需要考虑不阻碍光路。在图3所示的例子中，例如，需要考虑照明光学系统102与投影用变焦透镜104不发生干涉，另外需要考虑投影用变焦透镜104不遮挡从照明光学系统102朝向DMD103的照明光。并且，需要考虑来自切换为OFF的DMD103的像素的不需要的反射光不向投影用变焦透镜104内入射。为此，需要投影用变焦透镜104的DMD103侧(缩小侧)的透镜的小径化以及适当长度的后截距。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，将缩小侧设为非远心。在假设将投影用变焦透镜的缩小侧设为远心的情况下，若欲在确保周边光量、亮度的同时增大后截距，则缩小侧的透镜直径将会变大。为了在减小缩小侧的 透镜直径的同时确保较长的后截距，需要尽可能使缩小侧的瞳位置位于投影用变焦透镜内的缩小侧。在以下所述的本实用新型的实施方式的投影用变焦透镜中，通过使缩小侧的瞳位置靠近投影用变焦透镜内的缩小侧，能够确保适当的后截距并且减小缩小侧的透镜直径。
接下来，参照图1、图2，对本实用新型的实施方式的投影用变焦透镜的结构进行详细说明。图1所示的例子的投影用变焦透镜采用从放大侧起依次配置有具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有负光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4、具有正光焦度的第五透镜组G5而成的五组结构。
需要说明的是，在图1、图2中，还图示了轴上光束4、最大像高的光束5。另外，在图1、图2中，假设搭载于投影型显示装置的情况，还一并图示了假设为各种滤光器、保护玻璃等情况下的平行平面板状的光学部件2、位于光学部件2的缩小侧的面的光阀的图像显示面1。
需要说明的是，在图1、图2中，示出了光学部件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，然而并不一定限定于此。另外，在图1、图2中仅记载了一个图像显示面1，但在投影型显示装置中，也可以采用如下结构，即，通过分色光学系统将来自光源的光束分离成三原色，配设三个各原色用的光阀，从而能够显示全彩色图像。
在图1所示的例子中，第一透镜组G1由五个单透镜构成，第二透镜组G2由两个单透镜构成，第三透镜组G3由两个单透镜构成，第四透镜组G4由两个透镜接合而成的接合透镜构成，第五透镜组G5由六个单透镜构成。但是，本实用新型的投影用变焦透镜的透镜组数、构成各透镜组的透镜个数并不一定限定于图1所示的例子。
本实用新型的投影用变焦透镜构成为包括：第一透镜组G1，其配置在最放大侧，在变倍时固定且具有负光焦度；最终透镜组Ge，其配置在最缩小侧，在变倍时固定且具有正光焦度；中间组Gm，其配置在第一透镜组G1与最终透镜组Ge之间，且包括在变倍时移动的多个透镜组。
这样，通过在最放大侧配置负透镜组，在最缩小侧配置正透镜组，从而能够实现广角化，并且有利于确保适当长度的后截距。
在图1所示的例子中，第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组 G4这三个透镜组构成中间组Gm，第五透镜组G5构成最终透镜组Ge。需要说明的是，图1的例子的第二透镜组G2～第四透镜组G4均是在变倍时移动的移动组，在图1中用各透镜组下方的箭头示出了从广角端向望远端进行变倍时的各透镜组的大致的移动方向。
如图1示出的例子所示，在利用从放大侧起依次具有正、负、正光焦度的三个移动组构成中间组Gm的情况下，能够抑制透镜系统的全长，并且在整个变焦区域内良好地补正像面弯曲。
本实用新型的中间组Gm也能够采用其他结构，例如，在利用变倍时移动且具有正光焦度的两个透镜组构成中间组Gm的情况下，由于能够以最少的透镜组数构成，因此在成本方面有利。
在本实用新型中，中间组Gm的最放大侧的透镜组(在图1的例子中相当于第二透镜组G2)以及中间组Gm的最缩小侧的透镜组(在图1的例子中相当于第四透镜组G4)均构成为具有正光焦度，并且在从广角端向望远端进行变倍时从缩小侧向放大侧移动。
这样，通过将移动组中的、成为最放大侧的移动组以及最缩小侧的移动组的两个透镜组设为凸透镜组，能够抑制具有大径化的趋势的第一透镜组G1的透镜直径，因此有利于小型化。
另外，通过使最放大侧的移动组以及最缩小侧的移动组在从广角端向望远端进行变倍时从缩小侧向放大侧移动，从而透镜系统的全长、第一透镜组G1的透镜直径、最放大侧的移动组的透镜直径均能够减小。特别是，通过使最放大侧的移动组以及最缩小侧的移动组在变倍时向相同方向移动，从而移动组的透镜或保持移动组的透镜的机械部件能够使用共用的空间进行移动，由此能够缩短透镜系统全长。
与本实用新型不同，在构成为两个具有正光焦度的移动组在变倍时向相反方向移动的情况下，由于无法如上述那样使用共用的空间进行移动，因此透镜系统的全长变长。另外，在构成为最放大侧的移动组以及最缩小侧的移动组在变倍时向相反方向移动的情况下，由于在两个移动组大幅分离的变焦位置处，在上述两个移动组之间，轴外光线大幅离开光轴，因此第一透镜组的透镜直径、最放大侧的移动组的透镜直径变大。为了防止这种情况，不得不使更缩小侧的透镜组、例如相当于最终透镜组的透镜组也 在变倍时移动，在该情况下，难以在变倍时使F数恒定。
在本实用新型的投影用变焦透镜中，将最缩小侧的最终透镜组Ge设为在变倍时固定的固定组，因此在变倍时容易使F数恒定。例如，若使瞳位置存在于作为固定组的最终透镜组Ge内，则能够在整个变焦区域的范围内使F数恒定。
在本实用新型中，设定为最终透镜组Ge的光焦度满足下述条件式(1)。
3.00＜fGe/fw＜12.00  (1)
其中，
fGe：最终透镜组的焦距，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
若不满足条件式(1)的下限，则难以实现倍率色像差、像面弯曲的良好的补正，并且难以确保适当长度的后截距。若不满足条件式(1)的上限，则轴上光线、轴外下侧光线的发散变大，比最终透镜组Ge更靠放大侧的透镜的直径变大。通过满足条件式(1)，能够减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，从而能够在抑制比最终透镜组Ge更靠放大侧的透镜的直径变大的同时，实现倍率色像差、像面弯曲的良好的补正、以及适当长度的后截距的确保。
图2是包括图1所示的投影用变焦透镜的最终透镜组Ge和图像显示面1的局部放大图。在图2中示出最大像高的光束5的上侧的最大光线5a、下侧的最大光线5b、主光线5c。这里，按照图2的纸面的上下方向称作上侧、下侧。图2的下侧的最大光线5b例如包含于上述的轴外下侧光线。图2的上侧的最大光线5a例如包含于轴外上侧光线。
由图1可知，轴外光线在第一透镜组G1～第三透镜组G3中成为从光轴Z分离的光线，并成为确定这些透镜组的透镜的有效直径的光线，因此通过减小轴外光线的发散，能够抑制放大侧的透镜组的透镜直径。
为了提高满足条件式(1)而得到的效果，优选为满足下述条件式(1’)，并且，进一步优选为满足下述条件式(1”)。
4.00＜fGe/fw＜11.00  (1’)
5.00＜fGe/fw＜10.00  (1”)
最终透镜组Ge构成为，包括两个以上的凸透镜和两个以上的凹透镜，并在最终透镜组Ge的最缩小侧配置有具有正光焦度的最缩小侧凸透镜。
例如，图2所示的例子的最终透镜组Ge构成为从放大侧起依次配置有凸透镜L51、凹透镜L52、凸透镜L53、凸透镜L54、凹透镜L55、凸透镜L56这六个透镜。在图2所示的例子中，上述最缩小侧凸透镜相当于透镜L56。
通过使最终透镜组Ge包括两个以上的凸透镜，能够减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，抑制放大侧的透镜组的透镜的大径化，并且良好地进行像差补正。
通过使最终透镜组Ge包括两个以上的凹透镜，能够减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，并且适当地保证最终透镜组Ge的光焦度，并且能够良好地补正轴上色像差、像面弯曲。
通过在最终透镜组Ge的最缩小侧配置凸透镜，能够减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，从而抑制放大侧的透镜组的透镜的大径化。
优选为，位于最终透镜组Ge的最缩小侧的最缩小侧凸透镜是双凸透镜，在这样的情况下，更容易减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，抑制放大侧的透镜组的透镜的大径化。
另外，优选为，最终透镜组Ge的从缩小侧起第二个凸透镜(在图2的例子中相当于透镜L54)也是双凸透镜，在这样的情况下，更容易减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，抑制放大侧的透镜组的透镜的大径化。
优选为，在最缩小侧凸透镜的放大侧配置有使凹面朝向缩小侧的凹透镜，以该凹透镜在与最缩小侧凸透镜之间形成第一空气透镜。通过采用这样的结构，能够利用形成第一空气透镜的凹透镜抑制放大侧的透镜的大径化，并且良好地补正像面弯曲、球面像差。
对于上述第一空气透镜，优选为满足下述条件式(2)。
0.01＜d1/Hr1＜0.15  (2)
其中，
d1：第一空气透镜的中心厚度，
Hr1：第一空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
在图2所示的例子中，在紧邻作为最缩小侧凸透镜的透镜L56的放大 侧之前，隔着微小的空气间隔配置有使凹面朝向缩小侧的凹透镜L55，通过透镜L55的缩小侧的面和透镜L56的放大侧的面形成第一空气透镜。在图2所示的例子中，d1是透镜L55与透镜L56的光轴上的空气间隔，Hr1是透镜L56的放大侧的面的最大有效半径。
若不满足条件式(2)的下限，则形成第一空气透镜的两个透镜(在图2的例子中相当于透镜L55、透镜L56)的间隔过窄，难以制造。若不满足条件式(2)的上限，则像面弯曲、球面像差的补正效果变弱。通过满足条件式(2)，能够实现可得到像面弯曲、球面像差的补正效果良好的透镜系统。
在满足条件式(2)的情况下，为了进一步提高像面弯曲、球面像差的补正效果，优选为满足下述条件式(2’)，为了进一步提高补正效果，优选为满足下述条件式(2”)。
0.01＜d1/Hr1＜0.10  (2’)
0.01＜d1/Hr1＜0.05  (2”)
另外，对于上述第一空气透镜，优选为满足下述条件式(3)。
0.30＜RF1×(NdR1-1)/((RR1×(NdF1-1))＜1.10  (3)
其中，
RF1：第一空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR1：第一空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF1：形成第一空气透镜的凹透镜的关于d线的折射率， 
NdR1：最缩小侧凸透镜的关于d线的折射率。 
在图2所示的例子中，RF1是透镜L55的缩小侧的面的曲率半径，RR1是透镜L56的放大侧的面的曲率半径，NdF1是透镜L55的关于d线的折射率，NdR1是透镜L56的关于d线的折射率。
条件式(3)是规定第一空气透镜的放大侧的面的光焦度与缩小侧的面的光焦度之比的优选范围的条件式。若不满足条件式(3)，则难以实现像面弯曲、球面像差的良好的补正。通过满足条件式(3)，能够实现像面弯曲、球面像差的良好的补正。
为了提高满足条件式(3)而得到的效果，优选为满足下述条件式(3’)。
0.45＜RF1×(NdR1-1)/((RR1×(NdF1-1))＜0.90  (3’)
另外，对于最终透镜组Ge的缩小侧的正光焦度，优选为满足下述条件式(4)。
1.50＜fp12/fw＜5.00  (4)
其中，
fp12：最终透镜组的从缩小侧起第二个凸透镜到最缩小侧凸透镜的合成焦距，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
在图2所示的例子中，fp12是透镜L54、L55、L56的合成焦距。若不满足条件式(4)的下限，则难以实现球面像差、像面弯曲、轴上色像差的良好的补正。若不满足条件式(4)的上限，则放大侧的透镜组的透镜直径变大。通过满足条件式(4)，能够良好地补正球面像差、像面弯曲、轴上色像差并且减小轴上光线、轴外下侧光线的发散，抑制放大侧的透镜组的透镜的大径化。
为了提高满足条件式(4)而得到的效果，优选为满足下述条件式(4’)。
2.00＜fp12/fw＜4.00  (4’)
另外，优选为，最终透镜组Ge包括：与最缩小侧凸透镜不同的使凸面朝向放大侧的凸透镜、以及使凹面朝向缩小侧的凹透镜，且该凹透镜以在该凹透镜与该凸透镜之间形成第二空气透镜的方式配置在该凸透镜的放大侧。通过采用这样的结构，尤其能够良好地补正球面像差、像面弯曲。
对于上述第二空气透镜，优选为满足下述条件式(5)。
0.01＜d2/Hr2＜0.15  (5)
其中，
d2：第二空气透镜的中心厚度，
Hr2：第二空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
在图2所示的例子中，在紧邻使凸面朝向放大侧的凸透镜L53的放大侧之前，隔着微小的空气间隔配置有使凹面朝向缩小侧的凹透镜L52，通过透镜L52的缩小侧的面与透镜L53的放大侧的面形成第二空气透镜。在图2所示的例子中，d2是透镜L52与透镜L53的光轴上的空气间隔，Hr2是透镜L53的放大侧的面的最大有效半径。
若不满足条件式(5)的下限，则形成第二空气透镜的两个透镜(在 图2的例中相当于透镜L52、透镜L53)的间隔过窄，难以制造。若不满足条件式(5)的上限，则像面弯曲、球面像差的补正效果变弱。通过满足条件式(5)，能够实现可得到像面弯曲、球面像差的补正效果良好的透镜系统。
在满足条件式(5)的情况下，为了进一步提高像面弯曲、球面像差的补正效果，优选为满足下述条件式(5’)。
0.01＜d2/Hr2＜0.10  (5’)
另外，对于上述第二空气透镜，优选为满足下述条件式(6)。
0.30＜RF2×(NdR2-1)/((RR2×(NdF2-1))＜1.10  (6)
其中，
RF2：第二空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR2：第二空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF2：形成第二空气透镜的凹透镜的关于d线的折射率， 
NdR2：形成第二空气透镜的凸透镜的关于d线的折射率。 
在图2所示的例子中，RF2是透镜L52的缩小侧的面的曲率半径，RR2是透镜L53的放大侧的面的曲率半径，NdF2是透镜L52的关于d线的折射率，NdR2是透镜L53的关于d线的折射率。
条件式(6)是规定第二空气透镜的放大侧的面的光焦度与缩小侧的面的光焦度之比的优选范围的条件式。若不满足条件式(6)，则难以实现像面弯曲、球面像差的良好的补正。通过满足条件式(6)，能够实现像面弯曲、球面像差的良好的补正。
为了提高满足条件式(6)而得到的效果，优选为满足下述条件式(6’)。
0.45＜RF2×(NdR2-1)/((RR2×(NdF2-1))＜0.90  (6’)
另外，优选为，最终透镜组Ge的从缩小侧起第一个凹透镜(在图2的例子中相当于透镜L55)是使凸面朝向放大侧的弯月形透镜。当假设将该凹透镜设为双凹透镜时，负光焦度变强，不得不增强最终透镜组Ge的凸透镜的光焦度，于是像差的平衡被破坏，因此优选为，该凹透镜是弯月形透镜。另外，在设为弯月形透镜的情况下，为了形成上述的空气透镜，优选为，采用使凸面朝向放大侧的弯月形透镜。
需要说明的是，对图2所示的例子的最终透镜组Ge的结构进行更详 细的说明，该最终透镜组Ge构成为从放大侧起依次排列有由双凸透镜构成的透镜L51、由双凹透镜构成的透镜L52、由双凸透镜构成的透镜L53、由双凹透镜构成的透镜L54、由使凹面朝向缩小侧的负弯月形透镜构成的透镜L55、由双凸透镜构成的透镜L56的六透镜结构。但是，也可以如后述的实施例所示那样进行各种变形。例如，透镜L51也可以是正弯月形透镜。另外，透镜L53也可以是正弯月形透镜。另外，也可以将最终透镜组Ge设为从放大侧起依次排列有正弯月形透镜、双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、负弯月形透镜、负弯月形透镜、双凸透镜的七透镜结构。
另外，在本实施方式的投影用变焦透镜中，优选为满足下述条件式(7)。
2.50＜Bf/y＜4.50  (7)
其中，
Bf：整个系统的缩小侧的空气换算距离下的后截距，
y：缩小侧的最大像高。
若不满足条件式(7)的下限，则无法确保适当长度的后截距，存在照明光学系统102与投影用变焦透镜发生干涉、或投影用变焦透镜遮挡从照明光学系统102照射的照明光、或来自切换为OFF的DMD的像素的不需要的反射光向投影用变焦透镜内入射的可能性。若不满足条件式(7)的上限，则投影用变焦透镜的缩小侧的透镜大径化。通过满足条件式(7)，能够确保适当长度的后截距，防止与其他构件、光路的干涉并且构成为小型。
为了提高满足条件式(7)而得到的效果，优选为满足下述条件式(7’)。
3.00＜Bf/y＜4.00  (7’)
另外，优选为满足下述条件式(8)。
0.80＜y/fw  (8)
其中，
y：缩小侧的最大像高，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
若不满足条件式(8)的下限，则无法实现期望的广角化。通过满足条件式(8)，能够确保所期望的广阔的视场角。
为了确保更广阔的视场角，优选为满足下述条件式(8’)，更优选为满足下述条件式(8”)的下限。需要说明的是，若不满足下述条件式(8”)的上限，则透镜系统大型化并且难以实现畸变像差的补正。通过满足条件式(8”)，能够抑制透镜系统的大型化并且良好地补正畸变像差，且能够实现所期望的广阔的视场角。
0.85＜y/fw  (8’)
0.90＜y/fw＜1.40  (8”)
为了实现广角化，第一透镜组G1的结构也很重要。优选为，第一透镜组G1从放大侧起依次由前组G1F和后组G1R构成，该前组G1F从放大侧起由第一透镜～第三透镜这三个透镜构成，前组G1F包括至少一个非球面透镜。由于前组G1F包括非球面透镜，从而能够良好地补正伴随于广角化而导致产生量增加的畸变像差。
更优选为，前组G1F的最放大侧的透镜具有非球面，在这样的情况下，能够得到较高的像差补正效果。另外，由于前组G1F的最放大侧的透镜是在整个系统中直径最大的透镜，因此在将该透镜设为非球面透镜的情况下，优选采用塑料制，在这样的情况下，能够实现轻量化。
例如，图1所示的例子的第一透镜组G1采用在近轴区域从放大侧起依次排列有使凹面朝向放大侧的负弯月形状的透镜、使凹面朝向缩小侧的弯月形状的凹透镜、使凹面朝向放大侧的弯月形状的凹透镜、使凸面朝向放大侧的弯月形状的凹透镜、双凸透镜的五透镜结构，且最放大侧的透镜是非球面透镜。
对于前组G1F的光焦度，优选为满足下述条件式(9)。
-2.50＜fG1F/fw＜-0.80  (9)
其中，
fG1F：前组的焦距，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
条件式(9)是规定前组G1F的光焦度的优选范围的条件式。若不满足条件式(9)的下限，则第一透镜组G1的透镜的直径、尤其是前组G1F的透镜的直径变大，另外，难以确保适当长度的后截距。若不满足条件式(9)的上限，则难以实现像面弯曲的良好的补正。通过满足条件式(9)， 能够确保适当长度的后截距，抑制透镜的大径化，进行像面弯曲的良好的补正。
为了提高满足条件式(9)而得到的效果，优选为满足下述条件式(9’)，为了进一步提高效果，进一步优选为满足下述条件式(9”)。
2.10＜fG1F/fw＜-1.10  (9’)
2.10＜fG1F/fw＜-1.30  (9”)
需要说明的是，优选为，在投影距离发生变化时的调焦时移动的透镜仅为后组G1R的透镜。通过在调焦时使包括大径的透镜的前组G1F固定，能够减小驱动机构的负荷，并且即使在调焦时也能够使光学系统的全长不变。另外，在前组G1F包括非球面透镜的情况下，能够减少朝向该非球面透镜的入射光束的变化，能够抑制因投影距离的变化而产生的像差变动。
在后组G1R具有多个透镜的情况下，既可以在调焦时仅使其中的一部分透镜移动，或者也可以使后组G1R的全部透镜移动，另外，既可以使多个透镜一体地移动，也可以使它们独立地移动。用于调焦的一个或多个透镜也可以根据投影距离的变动量来选择。
另外，优选为满足下述条件式(10)。
4.00＜Dep/y＜6.00  (10)
其中，
Dep：将缩小侧设为射出侧时的、从广角端的近轴射出瞳位置到缩小侧的像面的距离，
y：缩小侧的最大像高。
若不满足条件式(10)的下限，则在欲防止投影用变焦透镜的放大侧的透镜大径化时，难以确保适当长度的后截距，存在照明光学系统102与投影用变焦透镜发生干涉、或投影用变焦透镜遮挡从照明光学系统102照射的照明光、或来自切换为OFF的DMD的像素的不需要的反射光向投影用变焦透镜内入射的可能性。若不满足条件式(10)的上限，则缩小侧的瞳位置位于更靠放大侧的位置处，投影用变焦透镜的缩小侧的透镜大径化。通过满足条件式(10)，能够防止与其他构件、光路的干涉并且构成为小型。
在满足条件式(10)的情况下，为了进一步抑制缩小侧的透镜的大径 化，优选为满足下述条件式(10’)。
4.00＜Dep/y＜5.00  (10’)
另外，优选为满足下述条件式(12)。
其中，
最终透镜组的最缩小侧的面的有效直径，
y：缩小侧的最大像高。
若不满足条件式(12)的上限，则缩小侧的透镜的直径变大，存在照明光学系统102与投影用变焦透镜发生干涉、或投影用变焦透镜遮挡从照明光学系统102照射的照明光、来自切换为OFF的DMD的像素的不需要的反射光向投影用变焦透镜内入射的可能性。通过满足条件式(12)，能够减小投影用变焦透镜的缩小侧的透镜的直径，能够防止与其他构件、光路的干涉。
在满足条件式(12)的情况下，为了进一步实现缩小侧的透镜的小型化，优选为满足下述条件式(12’)。
另外，对于最终透镜组Ge的凹透镜的材料，优选为满足下述条件式(13)。
35.0＜vp＜60.0  (13)
其中，
vp：最终透镜组中的凹透镜的关于d线的阿贝数的平均值。
若不满足条件式(13)的下限，则难以实现色像差的良好的补正。若不满足条件式(13)的上限，由于在目前能够使用的光学材料的范围内使用折射率较低的材料，因此难以实现像面弯曲的良好的补正。通过满足条件式(13)，能够实现色像差、像面弯曲的良好的补正。
在满足条件式(13)的情况下，为了进一步良好地补正色像差，优选为满足下述条件式(13’)，。
40.0＜vp＜60.0  (13’)
另外，优选构成为，F数在整个变焦区域内恒定，在这样的情况下，在相同投影尺寸时，能够与变焦比无关地以相同的亮度进行投影。
因此，在本实施方式的投影用变焦透镜中，优选为满足下述条件式(14)。
Hc/y≤0.00  (14)
其中，
Hc：最终透镜组的最放大侧的面的最大像高的主光线的光线高度
y：缩小侧的最大像高。
需要说明的是，这里，对于Hc、y的符号而言，将比光轴Z靠上方的高度为正，以比光轴Z靠下方的高度为负，考虑y为正符号的光束。
通过满足条件式(14)的上限，能够使最大像高的主光线与光轴Z相交的点位于最终透镜组Ge内，因此能够在整个变焦区域内使F数恒定。
进一步优选为满足下述条件式(14’)。若不满足条件式(14’)的下限，则位于比最终透镜组Ge更靠放大侧的变倍时的移动组、第一透镜组G1的透镜直径变大。通过满足条件式(14’)，能够抑制透镜系统的大型化并且在整个变焦区域内使F数恒定。
-0.50＜Hc/y≤0.00  (14’)
如上所述，在本实施方式的投影用变焦透镜中，优选为，将缩小侧瞳位置设定为靠近缩小侧，从而在最终透镜组Ge中存在光线密集的趋势，因此优选为最终透镜组Ge不具有接合透镜。当假设光线密集的最终透镜组Ge具有接合透镜时，在投影用变焦透镜与高输出的光源同时使用时，担心因强光而导致接合剂显著变质、劣化，造成透镜性能降低。通过将最终透镜组Ge的透镜全部设为单透镜，能够排除这样的顾虑。
需要说明的是，为了抑制照明光的损失地使照明光进入投影用变焦透镜，优选为，在汇聚于缩小侧的像面的任意点的光束的剖面中，各光束的上侧的最大光线与下侧的最大光线的角平分线、和各光束的主光线所成的角度在±3°以内。
另外，作为本实用新型的目的投影用变焦透镜，优选为，在整个变焦区域内将畸变(畸变像差)抑制为约2％以下。
需要说明的是，上述优选结构能够任意组合，优选为，根据投影用变焦透镜所期望的事项适酌情选择性采用。
接下来，对本实用新型的投影用变焦透镜的具体的实施例进行说明。
<实施例1>
在图4中示出实施例1的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。在图4中，在左侧分别标注有W、M、T的符号的上段、中段、下段，分别示出广角端、中间焦距状态、望远端的各透镜组的配置和结构。另外，在图4中，还一并示出了轴上光束4、最大像高的光束5、假设为各种滤光器、保护玻璃等情况下的平行平面板状的光学部件2、位于光学部件2的缩小侧的面的光阀的图像显示面1。并且，在上段与中段之间、中段与下段之间，还分别示出了表示在从广角端向中间焦距状态变倍、从中间焦距状态向望远端变倍时的各透镜组的大致的移动方向箭头。图4所示的结构是投影距离为无限远的时的结构。
作为实施例1的投影用变焦透镜的组结构，构成为从放大侧起依次排列有具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有负光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4、具有正光焦度的第五透镜组G5的五组结构，并且构成为，在从广角端向望远端进行变倍时，第一透镜组G1和第五透镜组G5固定，第二透镜组G2～第四透镜组G4沿光轴方向移动，其中，第二透镜组G2和第四透镜组G4从缩小侧向放大侧移动。另外，缩小侧设为非远心。
作为实施例1的投影用变焦透镜的各透镜组的简要结构，第一透镜组G1从放大侧起依次由透镜L11～L15这五个透镜构成。透镜L11～L13构成前组G1F，透镜L14、L15构成后组G1R。作为调焦方法，如用图4的透镜L14、L15各自的上方的箭头示意性地示出那样，使透镜L14、L15独立地沿光轴方向移动来进行调焦。
第二透镜组G2从放大侧起依次由透镜L21、L22这两个透镜构成。第三透镜组G3从放大侧起依次由透镜L31、L32这两个透镜构成。第四透镜组G4从放大侧起依次由透镜L41、L42这两个透镜构成。第五透镜组G5从放大侧起依次由透镜L51～L56这六个透镜构成。
在实施例1的投影用变焦透镜中，透镜L41与透镜L42接合，其他的透镜是不接合的单透镜。另外，在实施例1的投影用变焦透镜中，透镜L11是双面呈非球面形状的塑料透镜，其他的透镜的双面呈球面形状。
作为表示实施例1的投影用变焦透镜的详细结构的数值数据，在表1 中示出基本透镜数据，在表2中示出非球面系数，在表3示出与d线有关的规格和可变面间隔的值。表1～表3所示的数值是以投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距为1的方式进行标准化后的数值，并且是取整为规定位数后的数值。
在表1的Si一栏中，示出在以将最放大侧的构成要素的放大侧的面设为第一个并随着朝向缩小侧而依次增加的方式对构成要素的面标注面编号时的第i个(i＝1、2、3、…)面编号，在Ri一栏中示出第i个面的曲率半径，在Di一栏中示出第i个面与第i+1个面的光轴Z上的面间隔，在Ndj一栏中，示出将最放大侧的构成要素设为第一个并随着朝向缩小侧而依次增加的第j个(j＝1、2、3、…)构成要素的关于d线(波长587.6nm)的折射率，在vdj一栏示出第j个构成要素的关于d线的阿贝数。
其中，就曲率半径的符号而言，将使凸面朝向放大侧的形状的情况设为正，将使凸面朝向缩小侧的形状的情况设为负。在基本透镜数据中还包括光学部件2。在非球面的面编号上标注了＊标记，在非球面的曲率半径一栏中记载有近轴的曲率半径的数值。
在表2中示出实施例1的各非球面的非球面系数。表2的非球面系数的数值的“E-n”(n：整数)是指“×10-n”。非球面系数是用下式表示的非球面式的各系数KA、Am(m＝3、4、5、…)的值。
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到与非球面顶点相切并与光轴垂直的平面的垂线的长度)
h：高度(从光轴到透镜面的距离)
C：近轴曲率 
KA、Am：非球面系数(m＝3、4、5、…)
表1的Di一栏中所记载的DD[i]是指，第i个面与第i+1个面的间隔是可变面间隔。在实施例1中，第一透镜组G1与第二透镜组G2的间隔、第二透镜组G2与第三透镜组G3的间隔、第三透镜组G3与第四透镜组G4的间隔、第四透镜组G4与第五透镜组G5的间隔是在变倍时变化的可变面间隔，且分别与表1的DD[10]、DD[14]、DD[18]、DD[21] 对应。另外，在实施例1中，前组G1F与后组G1R的间隔、透镜L14与透镜L15的间隔、后组G1R与第二透镜组G2的间隔是在调焦时变化的可变面间隔，且分别与表1的DD[6]、DD[8]、DD[10]对应。
在表3的上段，示出了实施例1的投影用变焦透镜的投影距离为无限远时的广角端、中间焦距状态、望远端各自的变焦比、整个系统的焦距f’、F数FNo.、全视场角2ω(单位为度)、上述各可变面间隔的值。
在表3的下段，示出实施例1的投影用变焦透镜的投影距离为基准时和最近时的广角端、中间焦距状态、望远端各自的变焦比、整个系统的焦距f’、F数FNo.、全视场角2ω(单位为度)、可变面间隔中的DD[6]、DD[8]、DD[10]的值。在实施例1中，将基准的投影距离设为119.28，将最近的投影距离设为58.66。这里所说的投影距离是从投影用变焦透镜的最放大侧的面到投影面(屏幕)的距离。需要说明的是，由于投影距离为基准时、最近时的广角端、中间焦距状态、望远端各自的DD[14]、DD[18]、DD[21]的值与表3的上段所示的值相同，因此在表3的下段中省略它们的记载。
【表1】
【表2】
【表3】
在图18(A)～图18(L)中示出投影距离为基准(119.28)时的实施例1的投影用变焦透镜的各像差图。图18(A)～图18(D)分别是广角端的球面像差、像散、畸变像差(畸变)、倍率色像差(倍率的色像差)的图，图18(E)～图18(H)分别是中间焦距状态的球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差的图，图18(I)～图18(L)分别是望远端的球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差的图。
在图19(A)～图19(L)中示出投影距离为最近(58.66)时的实施例1的投影用变焦透镜的各像差图。图19(A)～图19(D)分别是广角端的球面像差、像散、畸变像差(畸变)、倍率色像差(倍率的色像差)的图，图19(E)～图19(H)分别是中间焦距状态的球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差的图，图19(I)～图19(L)分别是望远端的球面像差、像散、畸变像差、倍率色像差的图。
图18(A)～图18(L)、图19(A)～图19(L)的各像差图以d线作为基准，但在球面像差图中，还示出了关于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了关于F线、C线的像 差。另外，在像散图中用实线、虚线分别示出了关于弧矢方向、子午方向的像差，在线种的说明中分别标记(S)、(T)这样的符号而示出。球面像差图的FNo.是指F数，其他的像差图的ω是指半视场角。另外，图18(A)～图18(L)、图19(A)～图19(L)的各像差图是以投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距为1的方式进行标准化时的像差图。
对于在上述的实施例1的说明中叙述的各种数据的符号、含义、记载方法、以投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距为1的方式标准化时的值等，在没有特别说明的情况下，在以下的实施例中也是相同的。
<实施例2>
在图5中示出实施例2的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例2的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例1大致相同，但不同之处在于第五透镜组G5由L51～L57这七个透镜构成这一点。在表4、表5、表6中分别示出实施例2的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图20(A)～图20(L)、图21(A)～图21(L)中示出实施例2的投影用变焦透镜的各像差图。实施例2的基准的投影距离是119.17，最近的投影距离是58.61。
【表4】
【表5】
【表6】
<实施例3>
在图6中示出实施例3的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例3的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例1大致相同。在表7、表8、表9中分别示出实施例3的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图22(A)～图22(L)、图23(A)～图23(L)中示出实施例3的投影用变焦透镜的各像差图。实施例3的基准的投影距离是119.12，最近的投 影距离是58.59。
【表7】
【表8】
【表9】
<实施例4>
在图7中示出实施例4的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例4的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例1大致相同，但不同之处在于透镜L31与透镜L32接合这一点。在表10、表11、表12中分别示出实施例4的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图24(A)～图24(L)、图25(A)～图25(L)示出实施例4的投影用变焦透镜的各像差图。实 施例4的基准的投影距离是119，最近的投影距离是58.53。
【表10】
【表11】
【表12】
<实施例5>
在图8中示出实施例5的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例5的投影用变焦透镜的组结构是，从放大侧起依次排列有具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有正光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4的四组结构，并且构成为，在从广角端向望远端进行变倍时，第一透镜组G1和第四透镜组G4固定， 第二透镜组G2和第三透镜组G3从缩小侧向放大侧沿光轴方向移动。另外，缩小侧设为非远心。在实施例5中，中间组由第二透镜组G2与第三透镜组G3构成，最终透镜组由第四透镜组G4构成。
实施例5的投影用变焦透镜的第一透镜组G1的简要结构、调焦方法与实施例1大致相同。实施例5的投影用变焦透镜的第二透镜组G2从放大侧起依次由透镜L21～L24这四个透镜构成，第三透镜组G3从放大侧起依次由透镜L31、L32这两个透镜构成，第四透镜组G4从放大侧起依次由透镜L41～L46这六个透镜构成。透镜L23与透镜L24接合，透镜L31与透镜L32接合，其他的透镜是不接合的单透镜。
在表13、表14、表15中分别示出实施例5的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图26(A)～图26(L)、图27(A)～图27(L)中示出实施例5的投影用变焦透镜的各像差图。实施例5的基准的投影距离是118.8，最近的投影距离是58.42。 【表13】
【表14】
【表15】
<实施例6>
在图9中示出实施例6的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例6的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构与实施例1大致相同，但不同之处在于采用调焦时使透镜L14、L15一体移动的调焦方法这一点。在表16、表17、表18中分别示出实施例6的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图28(A)～图28(L)、图29(A)～图29(L)中示出实施例6的投影用变焦透镜的各像差图。实施例6的基准的投影距离是119.14，最近的投影距离是58.6。
【表16】
【表17】
【表18】
<实施例7>
在图10中示出实施例7的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例7的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例5大致相同。在表19、表20、表21中分别示出实施例7的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图30(A)～图30(L)、图31(A)～图31(L)中示出实施例7的投影用变焦透镜的各像差图。实施例7的基准的投影距离是118.64，最近的投影距离是58.35。
【表19】
【表20】
【表21】
<实施例8>
在图11中示出实施例8的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例8的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例5大致相同。在表22、表23、表24中分别示出实施例8的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图32(A)～图32(L)、图33(A)～图33(L)中示出实施例8的投影用变焦透镜的各像差图。实施例8的基准的投影距离是119.14，最近的投影距离是58.59。
【表22】
【表23】
【表24】
<实施例9>
在图12中示出实施例9的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例9的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例5大致相同。在表25、表26、表27中分别示出实施例9的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图34(A)～图34(L)、图35(A)～图35(L)中示出实施例9的投影用变焦透镜的各像差图。实施例9的基准的投影距离是142.38，最近的投影距离是58.9。
【表25】
【表26】
【表27】
<实施例10>
在图13中示出实施例10的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例10的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构与实施例5大致相同，但不同之处在于采用调焦时使透镜L14、L15一体移动的调焦方法这一点。在表28、表29、表30中分别示出实施例10的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图36(A)～图36(L)、图37(A)～图37(L)中示出实施例10的投影用变焦透镜的各像差图。实施例10的基准的投影距离是142.07，最近的投影距离是58.77。
【表28】
【表29】
【表30】
<实施例11>
在图14中示出实施例11的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例11的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例4大致相同。在表31、表32、表33中分别示出实施例11的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图38(A)～图38(L)、图39(A)～图39(L)中示出实施例11的投影用变焦透镜的各像差图。实施例11的基准的投影距离是119.1，最近的投影距离是58.57。
【表31】
【表32】
【表33】
<实施例12>
在图15中示出实施例12的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例12的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例4大致相同。在表34、表35、表36中分别示出实施例12的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图40(A)～图40(L)、图41(A)～图41(L)中示出实施例12的投影用变焦透镜的各像差图。实施例12的基准的投影距离是119.04，最近的投影距离是58.55。
【表34】
【表35】
【表36】
<实施例13>
在图16中示出实施例13的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例13的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例10大致相同。在表37、表38、表39中分别示出实施例13的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图42(A)～图42(L)、图43(A)～图43(L)中示出实施例13的投影用变焦透镜的各像差图。实施例13的基准的投影距离是143.28，最近的投影距离是59.27。
【表37】
【表38】
【表39】
<实施例14>
在图17中示出实施例14的投影用变焦透镜的剖视图以及光线轨迹。实施例14的投影用变焦透镜的组结构、各透镜组的简要结构、调焦方法与实施例10大致相同。在表40、表41、表42中分别示出实施例14的投影用变焦透镜的基本透镜数据、非球面系数、与d线有关的规格和可变面间隔。在图44(A)～图44(L)、图45(A)～图45(L)中示出实施例14的投影用变焦透镜的各像差图。实施例14的基准的投影距离是142.66，最近的投影距离是55.21。
【表40】
【表41】
【表42】
在表43中示出上述实施例1～14的上述各条件式(1)～(10)、(12)～(14)的对应值和条件式中所使用的各值。在表43的“条件式”一栏中记载了与公式的编号对应的物理量，并省略了上限值、下限值的记载。表43所示的值是投影距离为无限远时的关于d线的值。
【表43】
以上，列举实施方式以及实施例对本实用新型进行了说明，然而本实 用新型的投影用变焦透镜并不限定于上述实施例，而能够进行各种方式的变更，例如能够适当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，本实用新型的投影型显示装置并不限定于上述结构，例如，所使用的光阀、用于光束分离或光束合成的光学构件并不限定于上述结构，而能够进行各种方式的变更。

Claims (20)

1.一种投影用变焦透镜，其特征在于，
包括：
第一透镜组，其配置在最放大侧，在变倍时固定且具有负光焦度；
最终透镜组，其配置在最缩小侧，在变倍时固定且具有正光焦度；
中间组，其配置在所述第一透镜组与所述最终透镜组之间，且由在变倍时以使透镜组彼此的间隔变化的方式移动的两个或三个透镜组构成，
所述中间组的最放大侧的透镜组以及所述中间组的最缩小侧的透镜组均具有正光焦度，且在从广角端向望远端进行变倍时始终从缩小侧向放大侧移动，
缩小侧是非远心，
所述最终透镜组包括两个以上的凸透镜和两个以上的凹透镜，在所述最终透镜组的最缩小侧配置有具有正光焦度的最缩小侧凸透镜，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(1)：
3.00＜fGe/fw＜12.00    (1)；
其中，
fGe：所述最终透镜组的焦距，
fw：投影距离为无限远时的广角端的整个系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述第一透镜组从放大侧起依次由前组和后组构成，所述前组从放大侧起由第一透镜～第三透镜构成，
所述前组包括非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述最缩小侧凸透镜是双凸透镜。
4.根据权利要求1或3所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
在所述最缩小侧凸透镜的放大侧配置有使凹面朝向缩小侧的凹透镜，以便在该凹透镜与该最缩小侧凸透镜之间形成第一空气透镜，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(2)：
0.01＜d1/Hr1＜0.15    (2)；
其中，
d1：所述第一空气透镜的中心厚度，
Hr1：所述第一空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
5.根据权利要求4所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(3)：
0.30＜RF1×(NdR1-1)/((RR1×(NdF1-1))＜1.10    (3)；
其中，
RF1：所述第一空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR1：所述第一空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF1：形成所述第一空气透镜的所述凹透镜的关于d线的折射率，
NdR1：所述最缩小侧凸透镜的关于d线的折射率。
6.根据权利要求1所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(4)：
1.50＜fp12/fw＜5.00     (4)；
其中，
fp12：所述最终透镜组的从缩小侧起第二个凸透镜到所述最缩小侧凸透镜的合成焦距。
7.根据权利要求1或3所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述最终透镜组包括：与所述最缩小侧凸透镜不同的使凸面朝向放大侧的凸透镜、以及使凹面朝向缩小侧的凹透镜，且该凹透镜以与该凸透镜之间形成第二空气透镜的方式配置在该凸透镜的放大侧，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(5)：
0.01＜d2/Hr2＜0.15   (5)；
其中，
d2：所述第二空气透镜的中心厚度，
Hr2：所述第二空气透镜的缩小侧的面的最大有效半径。
8.根据权利要求7所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(6)：
0.30＜RF2×(NdR2-1)/((RR2×(NdF2-1))＜1.10    (6)；
其中，
RF2：所述第二空气透镜的放大侧的面的曲率半径，
RR2：所述第二空气透镜的缩小侧的面的曲率半径，
NdF2：形成所述第二空气透镜的所述凹透镜的关于d线的折射率，
NdR2：形成所述第二空气透镜的所述凸透镜的关于d线的折射率。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(7)、(8)：
2.50＜Bf/y＜4.50     (7)；
0.80＜y/fw    (8)；
其中，
Bf：整个系统的缩小侧的空气换算距离下的后截距，
y：缩小侧的最大像高。
10.根据权利要求2所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(9)：
-2.50＜fG1F/fw＜-0.80    (9)
其中，
fG1F：所述前组的焦距。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述中间组由在变倍时移动且具有正光焦度的两个透镜组构成。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
下所述中间组由在变倍时移动的三个透镜组构成，
该三个透镜组从放大侧起依次为具有正光焦度的透镜组、具有负光焦度的透镜组、具有正光焦度的透镜组。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(10)：
4.00＜Dep/y＜6.00   (10)；
其中，
Dep：将缩小侧设为射出侧时的、从广角端的近轴射出瞳位置到缩小侧的像面的距离，
y：缩小侧的最大像高。
14.根据权利要求1所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(1’)：
4.00＜fGe/fw＜11.00    (1’)。
15.根据权利要求1所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(1”)：
5.00＜fGe/fw＜10.00   (1”)。
16.根据权利要求9所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(7’)：
3.00＜Bf/y＜4.00    (7’)。
17.根据权利要求9所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(8”)：
0.90＜y/fw＜1.40     (8”)。
18.根据权利要求10所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(9”)：
-2.10＜fG1F/fw＜-1.30    (9”)。
19.根据权利要求13所述的投影用变焦透镜，其特征在于，
所述投影用变焦透镜满足下述条件式(10’)：
4.00＜Dep/y＜5.00     (10’)。
20.一种投影型显示装置，其特征在于，具备：
光源；
光阀，来自该光源的光向该光阀入射；以及
作为投影用变焦透镜的权利要求1至19中任一项所述的投影用变焦透镜，其将通过该光阀进行光调制后的光所成的光学像投影至屏幕上。
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