CN205027961U - 投影用变焦透镜和投影型显示装置 - Google Patents

投影用变焦透镜和投影型显示装置 Download PDF

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Abstract

在投影用变焦透镜，实现低成本化、且由少的透镜片数紧凑地构成并良好地校正诸像差。从放大侧依次由负的第1透镜组(G1)、正的第2透镜组(G2)构成。第1透镜组(G1)，由使凸面朝向放大侧的负弯月透镜的第1透镜(L1)构成。第2透镜组(G2)，从放大侧依次由正的第2透镜(L2)、使凸面朝向放大侧的正弯月透镜的第3透镜(L3)、负的第4透镜(L4)、正的第5透镜(L5)构成。变倍时使第1透镜组(G1)、第2透镜组(G2)沿光轴方向移动。全系统的正透镜之中的至少1个，具有规定范围的阿贝数和折射率的值。关于第1透镜(L1)～第3透镜(L3)的折射率，满足规定的条件式。

Description

投影用变焦透镜和投影型显示装置
技术领域
本发明涉及投影用变焦透镜和投影型显示装置，例如，是涉及在将承载有来自光阀的映像信息的光束放大投影到屏幕上所能够适用的、且可以简洁构成的投影用变焦透镜和使用了它的投影型显示装置。
背景技术
迄今，使用了液晶显示元件和DMD(数字微镜器件：注册商标)等的光阀的投影机装置(投影型显示装置)广泛普及。而且近年来，光阀的小型化、高精细化的急剧进步和个人电脑的普及相互协同，使用了这样的投影型显示装置的演示发表盛行。根据这样的情况，既具有良好的投影性能、便携性又优异的小型的投影型显示装置的需求提高，与之相应的是，对于投影用变焦透镜也既要求维持高性能、又要求紧凑地构成。另外，由于开发竞争的激化，除了上述要求以外，还强烈期望进一步的低成本化。
作为可以用于投影型显示装置的小型构成的变焦透镜，例如已知有下述专利文献1、2所述这样的，从放大侧依次排列具有负光焦度的第1透镜组、具有正光焦度的第2透镜组的2个透镜组构成，由共计5片透镜构成的透镜系统。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】特开2008-107798号公报
【专利文献2】特开2010-113150号公报
但是，专利文献1所述的，为了对应近年的高精细化推进的光阀，在诸像差的校正的点上敞有改善的余地。专利文献2所述的，虽然小型而高性能，但近年来要求进一步低成本化。
发明内容
本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种可实现低成本化、且可以由少量的透镜片数紧凑地构成并可良好地校正包括像面弯曲在内的诸像差还具有高投影性能的投影用变焦透镜和使用了它的投影型显示装置。
本发明的投影用变焦透镜，其特征在于，由从放大侧依次具有负光焦度的第1透镜组和具有正光焦度的第2透镜组而成的实质上2个透镜组构成，第1透镜组，由使凸面朝向放大侧的作为负弯月透镜的第1透镜而成的实质上1片透镜构成，第2透镜组，由从放大侧依次作为正透镜的第2透镜、使凸面朝向放大侧的作为正弯月透镜的第3透镜、作为负透镜的第4透镜、作为正透镜的第5透镜而成的实质上4片透镜构成，变倍时使第1透镜组和第2透镜组沿光轴方向移动而构成，全系统的正透镜之中的至少1个，在以对d线的阿贝数νd为横轴、以对d线的折射率Nd为纵轴的正交坐标中，具有比通过(νd，Nd)＝(55，1.65)和(νd，Nd)＝(34，1.75)这2点的直线而折射率低的一侧的范围的阿贝数和折射率的值，满足下述条件式(1)～(3)。
Nd1＜1.70…(1)
Nd2＞1.65…(2)
Nd3＞1.65…(3)
其中，
Nd1：第1透镜的对d线的折射率，
Nd2：第2透镜的对d线的折射率，
Nd3：第3透镜的对d线的折射率。
本发明的投影型显示装置，其特征在于，具备如下：光源；来自该光源的光入射的光阀；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、作为投影用变焦透镜的上述本发明的投影用变焦透镜。
还有，上述所谓“放大侧”，意思是被投影侧(屏幕侧)，即使进行缩小投影时，为了方便仍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)，即使进行缩小投影时，为了方便仍将光阀侧称为缩小侧。
还有，上述所谓“透镜组”，不一定只由多个透镜构成，也包括只由1片透镜构成的情况。
还有，上述所谓“实质上由～构成”，意思是除了作为构成要素所列举的透镜组或透镜以外，也包含实质上不具有光焦度的透镜、光阑、遮罩、保护玻璃、滤光片等的透镜以外的光学零件、透镜凸缘、透镜镜筒、摄像元件、手抖补正机构等的机构部分等。
还有，上述的透镜的面形状和光焦度的符号，在包含非球面的情况下考虑在近轴区域。
本发明的投影用变焦透镜，因为全系统由5片这么少片数的透镜构成，所以能够实现低成本化和小型化。另外，本发明的投影用变焦透镜，从放大侧依次配置有负的第1透镜组、正的第2透镜组而成，变倍时这2个透镜组沿光轴方向移动，在以此方式构成的透镜系统中，因为适当地设定了作为构成要素的透镜的光焦度、形状、折射率、阿贝数，所以既能够紧凑地构成，又能够良好地校正包含像面弯曲在内的诸像差，能够实现进一步的低成本化。
本发明的投影型显示装置，因为使用本发明的投影用变焦透镜，所以具有良好的投影性能，并能够小型而低成本地构成。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的投影用变焦透镜的透镜构成的剖面图
图2是用于说明本发明的实施方式的投影用变焦透镜具有的正透镜的材质的阿贝数和折射率的坐标图
图3是本发明的一个实施方式的投影型显示装置的概略构成图
图4(A)～图4(J)是本发明的实施例1的投影用变焦透镜的各像差图
图5是表示本发明的实施例2的投影用变焦透镜的透镜构成的剖面图
图6(A)～图6(J)是本发明的实施例2的投影用变焦透镜的各像差图
图7是表示本发明的实施例3的投影用变焦透镜的透镜构成的剖面图
图8(A)～图8(J)是本发明的实施例3的投影用变焦透镜的各像差图
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加以说明。图1中示出本发明的一个实施方式的投影用变焦透镜的包含光轴Z在内的截面的剖面图。图1所示的构成例，对应后述的实施例1的投影用变焦透镜。
该投影用变焦透镜，例如可搭载于投影型显示装置，作为将光阀所显示的图像信息向屏幕投影的投影透镜使用。在图1中，以图的左侧为放大侧，右侧为缩小侧，假设是搭载于投影型显示装置的情况，各种滤光片和保护玻璃等的假设下的平行平面板状的光学构件2、和光阀的图像显示面1一起图示。
在投影型显示装置中，在图像显示面1被赋予图像信息的光束，经由光学构件2，入射到该投影用变焦透镜，且通过该投影用变焦透镜被投影到配置在纸面左侧方向的屏幕(未图示)上。
还有，在图1中，只记述了1个图像显示面1，但也可以构成为，在投影型显示装置中，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变焦透镜，由从放大侧依次具有负光焦度的第1透镜组G1、和具有正光焦度的第2透镜组G2而成的实质上2个透镜组构成。变倍时使第1透镜组G1和第2透镜组G2沿光轴方向移动而构成。
在图1的上段、下段，分别表示该投影用变焦透镜的广角端、望远端的透镜配置。图1所示的示例的投影用变焦透镜，如图1的箭头所概略性地示出，其构成方式为，从广角端向望远端的变倍时，第1透镜组G1向缩小侧移动，第2透镜组G2向放大侧移动。
第1透镜组G1，只由使凸面朝向放大侧的作为负弯月透镜的第1透镜L1而成的实质上这1片透镜构成。第2透镜组G2，由从放大侧依次作为正透镜的第2透镜L2、使凸面朝向放大侧的作为正弯月透镜的第3透镜L3、作为负透镜的第4透镜L4、作为正透镜的第5透镜L5而成的实质上的4片透镜构成。
在例如图1所示的例子中，透镜L2由双凸透镜构成，透镜L3由使凸面朝向放大侧的正弯月透镜构成，透镜L4由双凹透镜构成，透镜L5由双凸透镜构成，全系统的全部的透镜是不接合的单透镜，是球面透镜。
该投影用变焦透镜，因为从放大侧依次配置负透镜组、正透镜组，所以成为退焦式的光学系统，有利于广角化，并且有利于确保用于配置光束分离光学系统等所需要的长后截距。
通过透镜直径容易变大的第1透镜组G1由1片负弯月透镜构成，可以低成本地制作。另外，因为可以轻量地构成，所以能够减轻在变倍时工作的驱动系统的负担，有利于装置的低成本化和小型化。
还有，第1透镜组G1，也可以作为在投影距离变化时沿光轴方向移动而进行调焦的聚焦群使之发挥功能，这种情况下，通过使第1透镜组G1为1片结构，能够有利于减轻驱动系统的负担。
除了第1透镜组G1的上述构成以外，通过以上述方式构成第2透镜组G2的第2透镜L2～第5透镜L5，有利于一边作为小型的透镜系统，一边实现投影用光学系统所需要的小F数而良好地校正像差。
特别是该投影用变焦透镜因为全系统的透镜片数少达5片，所以能够成为简单的构成，可以低成本地制作。如图1所示的例子，全系统的全部的透镜是没有接合的单透镜，球面透镜时在成本上更有利。
另外，就该投影用变焦透镜而言，全系统的正透镜之中的至少1个，其构成为，在如图2所示这样的以对d线的阿贝数νd为横轴、以对d线的折射率Nd为纵轴的正交坐标中，具有比通过(νd，Nd)＝(55，1.65)和(νd，Nd)＝(34，1.75)这2点的直线而折射率低的一侧的范围(图2中由斜线表示的范围)的阿贝数和折射率的值。
在从放大侧依次配置负、正的透镜组，且由上述这样的第1透镜L1～第5透镜L5构成的透镜系统中，以上述方式限定至少1个正透镜的材质的选择范围，能够抑制透镜系统的成本，能够实现低成本化。
还有，作为使用图2的斜线范围的材质的正透镜，如果选择容量大的透镜，则能够进一步提高成本削减效果。例如，在图1所示的例子中，第2透镜L2的材质使用的是包含在图2的斜线范围的。
另外，该投影用变焦透镜，还以满足下述条件式(1)～(3)的方式构成。
Nd1＜1.70…(1)
Nd2＞1.65…(2)
Nd3＞1.65…(3)
其中，
Nd1：第1透镜的对d线的折射率，
Nd2：第2透镜的对d线的折射率，
Nd3：第3透镜对于d线的折射率。
通过以同时满足条件式(1)～(3)，选择从轴外光线的光线高度比较高的放大侧起第1～3个透镜各自的材质，则可以良好地校正像面弯曲。不同时满足条件式(1)～(3)时，透镜系统的珀兹伐和的绝对值变大，像面弯曲变大。
根据本实施方式的投影用变焦透镜，可以一边实现投影用光学系统所需要的小F数，一边由5片这样少的透镜片数而低成本地构成以像面弯曲为首的诸像差得到良好校正且具有高光学性能的透镜系统。
接下来，一边参照图3，一边对于本发明的一个实施方式的投影型显示装置进行说明。图3中表示本实施方式的投影型显示装置100的概略的构成。该投影型显示装置100，具备光源101、照明光学系统102、作为光阀的DMD103、本发明的实施方式的投影用变焦透镜104。
由光源101出射的光束，经过未图示的色轮，按时间序列被选择变换为三原色光(R、G、B)的各光，通过照明光学系统102，实现与光束的光轴垂直的截面中的光量分布的均匀化而被照射到DMD103上。在DMD103中，根据入射光的颜色的切换，进行针对该色光用的调制切换。经由DMD103进行了光调制的光，入射到投影用变焦透镜104。投影用变焦透镜104将经由DMD103进行了光调制的光形成的光学像投影到屏幕105上。
还有，本发明的投影型显示装置可以由图3所示的方式进行各种形态的变更。例如，也可以通过各色光所对应的3片DMD同时进行RGB各色的调制，以之取代设置单板的DMD。这种情况下，投影用变焦透镜104和DMD103之间配置有未图示的分色/合成棱镜。
还有，也可以使用其他的光阀来代替DMD103，例如，作为光阀也可以使用透射型液晶显示元件和反射型液晶显示元件。
接下来，对于本发明的投影用变焦透镜的具体的实施例进行说明。
<实施例1>
实施例1的投影用变焦透镜的透镜构成图示出在图1中。因为关于图1的说明如上述，所以在此省略重复说明。
实施例1的投影用变焦透镜的概略构成如下。即，是从放大侧依次排列具有负光焦度的第1透镜组G1、和具有正光焦度的第2透镜组G2而成的2群结构。从广角端向望远端变倍时，如图1的箭头所概略示出的，以沿着光轴Z使第1透镜组G1向缩小侧移动、第2透镜组G2向放大侧移动的方式构成。另外其构成为，投影距离变化时的焦点调整，通过使第1透镜组G1沿光轴方向移动而进行。
第1透镜组G1，由使凸面朝向放大侧的负弯月透镜而成的透镜L1构成。第2透镜组G2，由从放大侧依次作为双凸透镜的透镜L2、使凸面朝向放大侧的正弯月透镜而成的透镜L3、双凹透镜而成的透镜L4、双凸透镜而成的透镜L5构成。全部的透镜是未接合的单透镜，是球面透镜。
实施例1的投影用变焦透镜的详细构成示出在表1中。表1的(a)中示出实施例1的投影用变焦透镜的基本透镜数据。基本透镜数据的Si一栏中示出，以最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一栏中表示以最放大侧的构成要素为第1号而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，νdj一栏中表示第j号的构成要素的对d线的阿贝数。
其中，就曲率半径的符号而言，在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光学构件2在内示出。第1透镜组G1和第2透镜组G2的间隔、第2透镜组G2和光学构件2的间隔，在变倍时变化，在相当于此的面间隔一栏中分别填写为DD[2]、DD[10]。
在表1的(b)中，作为实施例1的投影用变焦透镜的诸要素，示出在广角端、望远端各自的变焦倍率(变焦比)、全系统的焦距f、后截距Bf、F数Fno.、全视场角2ω的值。表中的后截距的值是空气换算距离。另外，表1的(b)中示出在广角端、望远端各自的变倍时发生变化的上述面间隔的值。表1的(b)中，投影距离无限远时的DD[2]表述为DD[2](inf)，投影距离为2.37m时的DD[2]表述为DD[2](2.37m)。
还有，表1(b)所示的诸要素是关于d线的，DD[2](2.37m)以外的表1(b)所示的诸要素是投影距离为无限远时的。另外，表1的数值为规定的位数。还有，表1中作为长度的单位使用mm，但光学系统按比例放大或按比例缩小也可以使用，因此也可以采用其他适当的单位。
【表1】
实施例1
图4(A)～图4(E)中分别示出在广角端的实施例1的投影用变焦透镜的球面像差、正弦条件违反量、像散、畸变(distortion)、倍率色像差(倍率的色像差)的各像差图。图4(F)～图4(J)中分别示出在望远端的实施例1的投影用变焦透镜的球面像差、正弦条件违反量、像散、畸变(distortion)、倍率色像差(倍率的色像差)的各像差图。
图4(A)～图4(J)的各像差图，以d线为基准，但在球面像差图中，也示出关于C线(波长656.3nm)、F线(波长486.1nm)、g线(波长435.8nm)的像差，在倍率色像差图中，示出关于F线、C线的像差。另外，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。球面像差图的纵轴上方记述的Fno.意思是F数，其他的像差图的纵轴上方记述的ω意思是半视场角。还有，图4(A)～图4(J)的像差图是投影距离为2.37m时的像差图。
实施例1的投影用变焦透镜的条件式(1)～(3)的对应值与其他实施例的一起示出在之后刊出的表4中。
关于上述的实施例1的图示方法，各表中的标记、意思、记述方法、表中所示的关于诸要素的投影距离与波长的条件、像差图是在投影距离为2.37m时的像差图这些点，除非特别指出，否则在以下的实施例中也一样。
<实施例2>
图5中示出实施例2的投影用变焦透镜的在广角端、望远端各自的透镜构成。实施例2的投影用变焦透镜的概略构成，与实施例1的同样。实施例2的投影用变焦透镜的详细构成示出在表2中，各像差图示出在图6(A)～图6(J)。
【表2】
实施例2
<实施例3>
图7中示出实施例3的投影用变焦透镜的在广角端、望远端各自的透镜构成。实施例3的投影用变焦透镜的概略构成，与实施例1的同样。实施例3的投影用变焦透镜的详细构成示出在表3中，各像差图示出在图8(A)～图8(J)中。
【表3】
实施例3
表4中示出上述实施例1～3的上述各条件式(1)～(3)的对应值。表4的Nd1是第1透镜L1的对d线的折射率，Nd2是第2透镜L2的对d线的折射率，Nd3是第3透镜L3的对d线的折射率。
【表4】
实施例1 实施例2 实施例3
式(1) Nd1 1.67003 1.67003 1.67003
式(2) Nd2 1.67003 1.77250 1.77250
式(3) Nd3 1.77250 1.67003 1.67003
以上，列举实施方式和实施例说明了本发明，但本发明不受上述实施方式和实施例限定，而是可以进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数的值不限定为上述各数值实施例所示的值，也能够取其他的值。
另外，作为本发明的投影型显示装置，也不限于上述构成，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 (2)

1.一种投影用变焦透镜，其特征在于，
由从放大侧依次具有负光焦度的第1透镜组和具有正光焦度的第2透镜组而成的实质上2个透镜组构成，
所述第1透镜组，由使凸面朝向放大侧的作为负弯月透镜的第1透镜而成的实质上1片透镜构成，
所述第2透镜组，由从放大侧依次作为正透镜的第2透镜、使凸面朝向放大侧的作为正弯月透镜的第3透镜、作为负透镜的第4透镜、作为正透镜的第5透镜而成的实质上4片透镜构成，
变倍时使所述第1透镜组和所述第2透镜组沿光轴方向移动，
全系统的正透镜之中的至少1个，在以对d线的阿贝数νd为横轴、以对d线的折射率Nd为纵轴的正交坐标中，具有比通过(νd，Nd)＝(55，1.65)和(νd，Nd)＝(34，1.75)这2点的直线靠折射率低的一侧的范围的阿贝数和折射率的值，
满足下述条件式(1)～(3)，
Nd1＜1.70…(1)
Nd2＞1.65…(2)
Nd3＞1.65…(3)
其中，
Nd1：所述第1透镜的对d线的折射率，
Nd2：所述第2透镜的对d线的折射率，
Nd3：所述第3透镜的对d线的折射率。
2.一种投影型显示装置，其特征在于，具备：
光源；
来自该光源的光入射的光阀；
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变焦透镜，该投影用变焦透镜是权利要求1所述的投影用变焦透镜。
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