CN207396840U - 变焦透镜、投射型显示装置及摄像装置 - Google Patents

变焦透镜、投射型显示装置及摄像装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种广角且F值较小并且变倍时像差变动得到良好地抑制而具有高性能的变焦透镜、具备该变焦透镜的投射型显示装置及具备该变焦透镜的摄像装置。隔着中间像的形成位置，放大侧包括第1光学系统(G1)，缩小侧包括第2光学系统(G2)，第2光学系统(G2)从放大侧依次包括具有正屈光力的第2‑1透镜组(G21)、具有正屈光力的第2‑2透镜组(G22)及具有正屈光力的第2‑3透镜组(G23)，第2‑1透镜组(G21)及第2‑2透镜组(G22)在变倍时改变与相邻的组之间的光轴方向的间隔的同时彼此向反方向移动，第2‑3透镜组(G23)在变倍时相对于缩小侧成像面被固定，并且满足规定条件式(1)。

Description

变焦透镜、投射型显示装置及摄像装置
技术领域
本实用新型涉及一种形成中间像的变焦透镜、具备该变焦透镜的投射型显示装置及具备该变焦透镜的摄像装置。
背景技术
以往，使用了液晶显示元件或DMD(数字微镜设备(Digital MicromirrorDevice)：注册商标)显示元件等光阀的投射型显示装置被广泛使用。尤其，采用如下结构的投射型显示装置被广泛利用：使用3片光阀，并使其分别与红、绿、蓝3原色照明光对应，通过棱镜等合成被各光阀调制的光，经由变焦透镜将图像显示在屏幕上。
这种将来自3片光阀的各调制光通过彩色合成光学系统来合成而进行投射的类型的投射型显示装置中所使用的变焦透镜中，如上所述，为了配置进行彩色合成的棱镜等，并且为了避免热问题，需要较长的后焦距。而且，彩色合成棱镜根据入射光的角度而分光特性发生变化，因此投射用透镜需要具有将缩小侧设为入射侧时的入射光瞳位于充分远方这一特性，即需要具有缩小侧的远心性。
并且，这种变焦透镜中，要求与光阀的分辨率相称的良好的像差校正。而且，从设置性的观点考虑，要求具有高的变倍功能，并且，为了响应欲从近距离向大型屏幕投影这一需求，要求更为广视角。
为了响应这种需求，提出有在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像并将该中间像再次成像于放大侧成像面的变焦透镜。(例如，专利文献1)
专利文献1：日本特开2015-152890号公报
常规的不形成中间像方式的变焦透镜若欲缩短焦距来进行广角化，则无论如何放大侧的透镜也会过度变大，但如上所述的形成中间像方式的变焦透镜中，能够缩短比中间像更靠放大侧的透镜系统的后焦距，并且可缩小放大侧的透镜直径，从而适合缩短焦距来进行广角化。然而，存在变倍时像差变动变大，且难以在整个变焦区域维持高光学性能的问题。
专利文献1中所记载的透镜系统中也依然存在像差变动较大这一问题，而且F值为2.8，较大，成为较暗的透镜系统。
实用新型内容
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在形成中间像方式的变焦透镜中，广角且F值较小并且变倍时像差变动得到良好地抑制而具有高性能的变焦透镜、具备该变焦透镜的投射型显示装置及具备该变焦透镜的摄像装置。
本实用新型的变焦透镜为在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像并将中间像再次成像于放大侧成像面的变焦透镜，所述变焦透镜的特征在于，隔着中间像的形成位置，放大侧包括第1光学系统，缩小侧包括第2光学系统，第2光学系统从放大侧依次包括具有正屈光力的第2-1透镜组、具有正屈光力的第2-2透镜组及具有正屈光力的第2-3透镜组，第2-1透镜组及第2-2透镜组在变倍时改变与相邻的组之间的光轴方向的间隔的同时彼此向反方向移动，第2-3透镜组在变倍时相对于缩小侧成像面被固定，并且满足下述条件式(1)。
-0.45＜f21/f2w＜2.1……(1)
其中，设为
f21：第2-1透镜组的焦距；
f2w：广角端处的第2光学系统的焦距。
在本实用新型的变焦透镜中，优选满足下述条件式(1-1)。
-0.35＜f21/f2w＜1.5……(1-1)
并且，优选满足下述条件式(2)，更优选满足下述条件式(2-1)。
5＜f22/|fw|＜12……(2)
7＜f22/|fw|＜10……(2-1)
其中，设为
f22：第2-2透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-1)。
5＜f23/|fw|＜12……(3)
6.8＜f23/|fw|＜10……(3-1)
其中，设为
f23：第2-3透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，在从广角端向长焦端进行变倍时，优选第2-1透镜组从放大侧移动至缩小侧，第2-2透镜组从缩小侧移动至放大侧。
并且，优选满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-1)。
-25＜f211/|fw|＜-2……(4)
-20＜f211/|fw|＜-3……(4-1)
其中，设为
f211：第2-1透镜组的最靠放大侧的透镜的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，第2-1透镜组的最靠放大侧的透镜为具有负屈光力的第2-1-1透镜，在缩小侧与第2-1-1透镜相邻的透镜为具有正屈光力的第2-1-2透镜，并且优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式(5-1)。
30＜ν211-ν212＜70……(5)
34＜ν211-ν212＜60……(5-1)
其中，设为
ν211：第2-1-1透镜的d线基准的色散系数；
ν212：第2-1-2透镜的d线基准的色散系数。
并且，优选满足下述条件式(6)，更优选满足下述条件式(6-1)。
2＜Bfw/|fw|……(6)
3＜Bfw/|fw|＜10……(6-1)
其中，设为
Bfw：广角端处的以空气换算长度计的整个系统的后焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，第1光学系统优选在变倍时相对于缩小侧成像面被固定。
本实用新型的投射型显示装置的特征在于，具备光源、供来自光源的光入射的光阀及作为将基于被光阀光调制的光的光学像投射在屏幕上的变焦透镜的上述本实用新型的变焦透镜。
本实用新型的摄像装置的特征在于，具备上述记载的本实用新型的变焦透镜。
另外，上述“放大侧”表示被投射侧(屏幕侧)，方便起见当进行缩小投射时将屏幕侧也称为放大侧。另一方面，上述“缩小侧”表示图像显示元件侧(光阀侧)，方便起见当进行缩小投射时将光阀侧也称为缩小侧。
并且，上述“包括～”表示除了作为构成要件所举出的构件以外，还可以包括实质上不具有光焦度的透镜、不具有光焦度的反射镜或光圈或掩模或盖玻璃或滤光片等透镜以外的光学要件等。
并且，上述“透镜组”并不一定是指由多个透镜构成的透镜组，还可以包括仅由1片透镜构成的透镜组。
并且，关于“后焦距”，以放大侧、缩小侧分别相当于常规成像透镜的物体侧、像侧来考虑，将放大侧、缩小侧分别设为前侧、后侧。
实用新型效果
根据本实用新型，在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像并将中间像再次成像于放大侧成像面的变焦透镜中，设成隔着中间像的形成位置，放大侧包括第1光学系统，缩小侧包括第2光学系统，第2光学系统从放大侧依次包括具有正屈光力的第2-1透镜组、具有正屈光力的第2-2透镜组及具有正屈光力的第2-3透镜组，第2-1透镜组及第2-2透镜组在变倍时改变与相邻的组之间的光轴方向的间隔的同时彼此向反方向移动，第2-3透镜组在变倍时相对于缩小侧成像面被固定，并且满足下述条件式(1)，因此能够提供广角且F值较小并且变倍时像差变动得到良好地抑制而具有高性能的变焦透镜、具备该变焦透镜的投射型显示装置及具备该变焦透镜的摄像装置。
-0.45＜f21/f2w＜2.1……(1)
附图说明
图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的变焦透镜(与实施例1通用)的结构的剖视图。
图2是表示本实用新型的实施例2的变焦透镜的结构的剖视图。
图3是表示本实用新型的实施例3的变焦透镜的结构的剖视图。
图4是表示本实用新型的实施例4的变焦透镜的结构的剖视图。
图5是本实用新型的实施例1的变焦透镜的各像差图。
图6是本实用新型的实施例2的变焦透镜的各像差图。
图7是本实用新型的实施例3的变焦透镜的各像差图。
图8是本实用新型的实施例4的变焦透镜的各像差图。
图9是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图10是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图11是本实用新型的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图12是本实用新型的一实施方式所涉及的摄像装置的前侧的立体图。
图13是图12所示的摄像装置的背面侧的立体图。
符号说明
10、210、310-变焦透镜，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-可换镜头，49-变焦透镜，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，G1-第1光学系统，G11-第1-1透镜组，G2-第2光学系统，G21-第2-1透镜组，G22-第2-2透镜组，G23-第2-3透镜组，L11a～L23a-透镜，PP-光学部件，Sim-图像显示面，St-孔径光圈，wa-轴上光束，wb-最大视角的光束，Z-光轴。
具体实施方式
以下，参考附图对本实用新型的实施方式进行详细的说明。图1是表示本实用新型的一实施方式所涉及的变焦透镜的结构的剖视图。图1所示的结构例与后述的实施例1的变焦透镜的结构通用。图1表示广角端处的状态，图像显示面Sim侧为缩小侧，第1光学系统G1的透镜L11a侧为放大侧，所图示的孔径光圈St并不一定表示大小及形状，而是表示光轴Z上的位置。并且，图1中一并示出了轴上光束wa及最大视角的光束wb。
该变焦透镜例如可搭载于投射型显示装置而用作将光阀中所显示的图像信息向屏幕投射的变焦透镜。设想搭载于投射型显示装置时的情况而在图1中一并图示了设想成彩色合成部或照明光分离部中所使用的滤光片及棱镜等的光学部件PP及位于光学部件PP的缩小侧的面的光阀的图像显示面Sim。在投射型显示装置中，图像显示元件上的图像显示面Sim中被赋予图像信息的光束经由光学部件PP入射于该变焦透镜，并通过该变焦透镜投射于未图示的屏幕上。
如图1所示，本实施方式的变焦透镜为在与缩小侧成像面(图像显示面Sim)共轭的位置形成中间像并将中间像再次成像于放大侧成像面的变焦透镜，其成为如下结构：隔着中间像的形成位置，放大侧包括第1光学系统G1，缩小侧包括第2光学系统G2，第2光学系统G2从放大侧依次包括具有正屈光力的第2-1透镜组G21、具有正屈光力的第2-2透镜组G22及具有正屈光力的第2-3透镜组G23，第2-1透镜组G21及第2-2透镜组G22在变倍时改变与相邻的组之间的光轴方向的间隔的同时彼此向反方向移动，第2-3透镜组G23在变倍时相对于缩小侧成像面被固定。
常规的不形成中间像方式的变焦透镜若欲缩短焦距来进行广角化，则无论如何放大侧的透镜也会过度变大，但如本实施方式形成中间像方式的变焦透镜中，能够缩短比中间像更靠放大侧的透镜系统(图1所示的例子中，为第1光学系统G1)的后焦距，并且可缩小放大侧的透镜直径，从而适合缩短焦距来进行广角化。
并且，变倍时使比中间像更靠缩小侧的透镜系统移动而进行变焦，作为变倍作用，由于比中间像更靠缩小侧的透镜系统的中继倍率变化与中间像的尺寸变化相当，因此能够在光学上设成简单的结构。
并且，第2-1透镜组G21及第2-2透镜组G22在变倍时彼此向反方向移动，因此既能够确保所期望的变倍比，也能够减少变倍时的第2-1透镜组G21及第2-2透镜组G22的移动量。
并且，通过在最靠缩小侧配置变倍时相对于缩小侧成像面被固定且具有正屈光力的第2-3透镜组G23，能够保持远心性，并且能够减少变倍时的像差变动。
并且，以满足下述条件式(1)的方式构成。条件式(1)为变倍时用于良好地校正像差变动的条件式。通过设成不成为条件式(1)的下限以下，能够抑制变焦时的像散，并且能够容易进行F值较小的透镜中成为问题的球面像差校正。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，能够容易确保所期望的变焦比，并且能够抑制第2-1透镜组G21的透镜直径的大型化及与第2-1透镜组G21接近的第1光学系统G1的透镜直径的大型化。另外，若设为满足下述条件式(1-1)，则能够设为更良好的特性。
-0.45＜f21/f2w＜2.1……(1)
-0.35＜f21/f2w＜1.5……(1-1)
其中，设为
f21：第2-1透镜组的焦距；
f2w：广角端处的第2光学系统的焦距。
在本实用新型的变焦透镜中，优选满足下述条件式(2)。通过设成不成为条件式(2)的下限以下，能够抑制第2-2透镜组G22的光焦度过度变强，因此能够抑制变倍时的轴上色差及球面像差的变动。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，能够抑制第2-2透镜组G22的光焦度过度变弱，因此抑制用于确保所期望的变焦比的移动量，从而有助于透镜总长度的小型化。另外，若设为满足下述条件式(2-1)，则能够设为更良好的特性。
5＜f22/|fw|＜12……(2)
7＜f22/|fw|＜10……(2-1)
其中，设为
f22：第2-2透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，优选满足下述条件式(3)。通过设成不成为条件式(3)的下限以下，能够抑制第2-3透镜组G23的光焦度过度变强，因此抑制倍率色差的产生量，从而能够容易进行其他组中的倍率色差的校正。通过设成不成为条件式(3)的上限以上，能够抑制第2-3透镜组G23的光焦度过度变弱，因此容易在缩小侧设为远心状态。另外，若设为满足下述条件式(3-1)，则能够设为更良好的特性。
5＜f23/|fw|＜12……(3)
6.8＜f23/|fw|＜10……(3-1)
其中，设为
f23：第2-3透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，在从广角端向长焦端进行变倍时，优选第2-1透镜组G21从放大侧移动至缩小侧，第2-2透镜组G22从缩小侧移动至放大侧。通过设为这种结构，能够减少变倍时的像差变动。
并且，优选满足下述条件式(4)。通过设成不成为条件式(4)的下限以下，能够抑制第2-1透镜组G21的最靠放大侧的透镜L21a的光焦度过度变弱，因此容易校正畸变像差。通过设成不成为条件式(4)的上限以上，能够抑制第2-1透镜组G21的最靠放大侧的透镜L21a的光焦度过度变强，因此向外侧弯曲光线的力变弱，从而能够防止之后(缩小侧)的透镜的透镜直径的增大及透镜总长度的大型化。另外，若设为满足下述条件式(4-1)，则能够设为更良好的特性。
-25＜f211/|fw|＜-2……(4)
-20＜f211/|fw|＜-3……(4-1)
其中，设为
f211：第2-1透镜组的最靠放大侧的透镜的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，优选第2-1透镜组G21的最靠放大侧的透镜为具有负屈光力的第2-1-1透镜L21a，在缩小侧与第2-1-1透镜L21a相邻的透镜为具有正屈光力的第2-1-2透镜L21b，并且满足下述条件式(5)。通过设成不成为条件式(5)的下限以下，能够抑制具有负屈光力的第2-1-1透镜L21a与具有正屈光力的第2-1-2透镜L21b的色散系数差过度变小，因此能够在该2片透镜中进行适当的轴上色差校正，从而无需在第2-1透镜组G21中过度增加透镜片数等。通过设成不成为条件式(5)的上限以上，在具有负屈光力的第2-1-1透镜L21a和具有正屈光力的第2-1-2透镜L21b中不需要高价的玻璃材料，因此能够防止成本增高。另外，若设为满足下述条件式(5-1)，则能够设为更良好的特性。
30＜ν211-ν212＜70……(5)
24＜ν211-ν212＜60……(5-1)
其中，设为
ν211：第2-1-1透镜的d线基准的色散系数；
ν212：第2-1-2透镜的d线基准的色散系数。
并且，优选满足下述条件式(6)。通过设成不成为条件式(6)的下限以下，能够抑制后焦距过度变短，因此容易配置彩色合成棱镜等。另外，若设为满足下述条件式(6-1)，则能够设为更良好的特性。通过设成不成为条件式(6-1)的上限以上，能够抑制后焦距过度伸长并且透镜直径变大，因此能够抑制透镜片数的增加及材料的成本增高。
2＜Bfw/|fw|……(6)
3＜Bfw/|fw|＜10……(6-1)
其中，设为
Bfw：广角端处的以空气换算长度计的整个系统的后焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
并且，第1光学系统G1优选在变倍时相对于缩小侧成像面被固定。若欲在变倍时使第1光学系统G1移动，则用于使其具有变倍作用的机构组件将会变大且变长，从而导致成本增高，因此通过变倍时固定第1光学系统G1，能够消除这种问题。
接着，对本实用新型的变焦透镜的数值实施例进行说明。
首先，对实施例1的变焦透镜进行说明。将表示实施例1的变焦透镜的结构的剖视图示于图1中。另外，图1及与后述的实施例2～4对应的图2～4中，图像显示面Sim侧为缩小侧，第1光学系统G1的透镜L11a侧为放大侧，所图示的孔径光圈St并不一定表示大小及形状，而是表示光轴Z上的位置。并且，在图1～4中一并示出了轴上光束wa及最大视角的光束wb。
实施例1的变焦透镜中，隔着中间像的形成位置，放大侧由第1光学系统G1构成，缩小侧由第2光学系统G2构成，第1光学系统G1仅由第1-1透镜组G11构成，第2光学系统G2由第2-1透镜组G21、第2-2透镜组G22及第2-3透镜组G23构成。
第1-1透镜组G11及第2-3透镜组G23在变倍时相对于缩小侧成像面(图像显示面Sim)被固定，第2-1透镜组G21在从广角端向长焦端进行变倍时从放大侧移动至缩小侧，第2-2透镜组G22在从广角端向长焦端进行变倍时从缩小侧移动至放大侧。
第1-1透镜组G11由透镜L11a～L11k这11片透镜构成，第2-1透镜组G21由透镜L21a～L21d这4片透镜构成，第2-2透镜组G22由透镜L22a～L22e这5片透镜构成，第2-3透镜组G23仅由透镜L23a这1片透镜构成。
将实施例1的变焦透镜的透镜数据示于表1中，将与规格相关的数据示于表2中，将与变倍时发生变化的面间隔相关的数据示于表3中，将与非球面系数相关的数据示于表4中。以下，以实施例1为例子对表中的记号的含义进行说明，但对实施例2～4也基本相同。
表1的透镜数据中，在面编号栏中示出将最靠放大侧的构成要件的面设为第1个而随着向缩小侧逐渐增加的面编号，在曲率半径栏中示出各面的曲率半径，在面间隔栏中示出各面与其下一面的光轴Z上的间隔。并且，在n栏中示出各光学要件的相对于d线(波长587.6nm)的折射率，在ν栏中示出各光学要件的相对于d线(波长587.6nm)的色散系数。在此，关于曲率半径的符号，将面形状凸向放大侧的符号设为正，凸向缩小侧的符号设为负。透镜数据中一并示出了孔径光圈St及光学部件PP。在与孔径光圈St相当的面的面编号栏中与面编号一同记载有(光圈)这一术语。并且，透镜数据中，在变倍时间隔发生变化的面间隔栏中分别记载有DD[面编号]。将与该DD[面编号]对应的数值示于表3中。
表2的与规格相关的数据中示出了变焦倍率、焦距f’、F值FNo.及全视角2ω的值。
表1的透镜数据中，在非球面的面编号上标有*记号，作为非球面的曲率半径示出了近轴曲率半径的数值。表4的与非球面系数相关的数据中，示出非球面的面编号及与这些非球面相关的非球面系数。表4的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。非球面系数为由下述式表示的非球面式中的各系数KA、Am(m＝3～20)的值。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Am·hm
其中，设为
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的与光轴垂直的平面的垂线的长度)；
h：高度(离光轴的距离)；
C：近轴曲率半径的倒数；
KA、Am：非球面系数(m＝3～20)。
[表1]
实施例1·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -16.8844 3.1041 1.53158 55.08
*2 -39.1686 11.7946
3 39.1318 1.7292 1.65160 58.55
4 8.9360 11.4741
5 -10.7817 8.5447 1.80400 46.58
6 -16.6204 0.1373
7 174.0429 2.4222 1.89286 20.36
8 -41.4827 3.6906
9 38.6978 0.9310 1.76182 26.52
10 18.0298 7.5292 1.49700 81.61
11 -27.6451 0.5877
12 -693.0195 0.9310 1.84666 23.78
13 21.3262 7.4898 1.49700 81.61
14 -35.1609 0.1385
*15 34.7539 3.0952 1.49100 57.58
*16 70.7753 15.2752
17 26.7420 8.4868 1.72916 54.68
18 -59.7421 1.8359
19 -33.6663 1.0341 1.51742 52.43
20 35.9185 DD[20]
21 -42.1553 1.2414 1.48749 70.24
22 65.7706 1.4019
23 144.0055 9.1288 1.80518 25.42
24 -34.5237 1.9741
25 28.9067 11.7248 1.80100 34.97
26 -26.9627 2.7659 1.78472 25.68
27 22.7511 DD[27]
28 34.2130 3.4384 1.83400 37.16
29 -104.2555 5.9827
30 12.8227 2.1765 1.67270 32.10
31 10.2706 2.5533
32(光圈) ∞ 3.5533
33 -12.9988 5.0138 1.84666 23.78
34 57.0049 3.4611 1.55032 75.50
35 -19.5485 0.1376
36 56.8352 4.1949 1.49700 81.61
37 -21.9908 DD[37]
38 37.1429 3.6237 1.89286 20.36
39 ∞ 9.1782
40 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
41 ∞
[表2]
实施例1·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.0 1.3
f’ -5.72 -7.44
FNo. 2.00 2.17
2ω[°] 119.8 106.2
[表3]
实施例1·面间隔
广角端 长焦端
DD[20] 20.3768 25.3250
DD[27] 18.9370 4.8281
DD[37] 15.0605 24.2212
[表4]
实施例1·非球面系数
将实施例1的变焦透镜的各像差图示于图5中。另外，从图5中的上段左侧依次表示广角端处的球面像差、像散、畸变像差及倍率色差，从图5中的下段左侧依次表示长焦端处的球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。这些像差图表示将投射距离设为像差图中所记载的距离时的状态。在表示球面像差、像散及畸变像差的各像差图中，示出以d线(波长587.6nm)为基准波长的像差。在球面像差图中，将关于d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3nm)及F线(波长486.1nm)的像差分别以实线、长虚线及短虚线来表示。在像散图中，将弧矢方向及子午方向的像差分别以实线及短虚线来表示。在倍率色差图中，将关于C线(波长656.3nm)及F线(波长486.1nm)的像差分别以长虚线及短虚线来表示。球面像差图的FNo.表示F值，其他像差图的ω表示半视角。
上述实施例1的说明中叙述的各数据的记号、含义及记载方法，若无特别说明，则对以下实施例的各数据的记号、含义及记载方法也相同，因此以下省略重复说明。
接着，对实施例2的变焦透镜进行说明。将表示实施例2的变焦透镜的结构的剖视图示于图2中。实施例2的变焦透镜为与实施例1相同的透镜组及透镜片数结构。并且，将实施例2的变焦透镜的透镜数据示于表5中，将与规格相关的数据示于表6中，将与变倍时发生变化的面间隔相关的数据示于表7中，将与非球面系数相关的数据示于表8中，将各像差图示于图6中。
[表5]
实施例2·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -17.2414 2.9654 1.53158 55.08
*2 -49.2125 10.6787
3 57.6342 1.1725 1.90525 35.04
4 10.9253 13.5667
5 -11.9107 0.8969 1.76182 26.52
6 -55.1342 1.0121
7 -28.3277 6.7268 1.83481 42.72
8 -15.6842 0.3448
9 30.1823 2.7995 1.84666 23.78
10 -215.4952 19.5983
11 26.2021 5.6143 1.67790 55.34
12 -16.8209 0.9310 1.84666 23.78
13 17.1590 6.8415 1.49700 81.61
14 -31.6692 1.0851
*15 -80.8098 2.6353 1.49100 57.58
*16 -38.8874 12.4450
17 32.6910 7.2819 1.80100 34.97
18 -67.1562 3.0694
19 -31.6933 1.0338 1.80518 25.42
20 -52.7040 DD[20]
21 -21.9713 1.4031 1.51633 64.14
22 62.1066 2.1324
23 733.6327 7.3028 1.80518 25.42
24 -27.6406 0.1378
25 26.5908 9.4251 1.80400 46.58
26 -48.4069 2.7655 1.71736 29.52
27 21.6402 DD[27]
28 31.1458 3.8751 1.80400 46.58
29 -105.1127 2.7886
30 14.2690 2.7937 1.51742 52.43
31 10.2577 4.8370
32(光圈) ∞ 3.5141
33 -11.7925 1.1040 1.84666 23.78
34 96.5438 3.4211 1.55032 75.50
35 -14.7066 2.9957
36 103.9823 4.4743 1.49700 81.61
37 -19.3386 DD[37]
38 35.9871 3.6093 1.89286 20.36
39 ∞ 9.1786
40 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
41 ∞
[表6]
实施例2·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.0 1.2
f’ -5.17 -6.20
FNo. 2.00 2.13
2ω[°] 124.8 116.2
[表7]
实施例2·面间隔
广角端 长焦端
DD[20] 16.8556 21.6374
DD[27] 20.0994 8.4390
DD[37] 12.7668 19.6455
[表8]
实施例2·非球面系数
接着，对实施例3的变焦透镜进行说明。将表示实施例3的变焦透镜的结构的剖视图示于图3中。实施例3的变焦透镜也是与实施例1相同的透镜组及透镜片数结构。并且，将实施例3的变焦透镜的透镜数据示于表9中，将与规格相关的数据示于表10中，将与变倍时发生变化的面间隔相关的数据示于表11中，将与非球面系数相关的数据示于表12中，将各像差图示于图7中。
[表9]
实施例3·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 15.5598 3.1034 1.53158 55.08
*2 -41.8163 7.4590
3 79.1862 5.4139 1.58913 61.13
4 11.2127 15.1741
*5 -11.1447 9.6079 1.69350 53.18
*6 -13.3353 0.1372
7 -616.4132 3.4088 1.85896 22.73
8 -27.4063 0.1379
9 40.3585 0.9313 1.84666 23.78
10 22.3200 8.2459 1.43875 94.66
11 -19.8660 0.1383
12 -37.8009 0.9305 1.84666 23.78
13 24.3432 6.3738 1.55032 75.50
14 -42.4559 13.2121
15 31.8230 3.9442 1.69680 55.53
16 85.9959 0.1377
17 24.7304 6.8984 1.80400 46.58
18 38.9975 3.0638
19 -205.5489 1.0339 1.80400 46.58
20 39.6499 DD[20]
21 -56.1820 1.2419 1.48749 70.24
22 78.1113 1.4768
23 220.0730 7.8930 1.80518 25.42
24 -34.4346 0.1386
25 28.8167 11.7240 1.80100 34.97
26 -34.0698 2.7655 1.78472 25.68
27 22.6536 DD[27]
28 36.4083 3.7240 1.79952 42.22
29 -104.5245 5.2757
30 12.6705 2.7145 1.51742 52.43
31 10.1158 4.9998
32(光圈) ∞ 3.4489
33 -13.1733 2.8104 1.80518 25.42
34 40.8558 3.5411 1.55032 75.50
35 -19.3809 0.1383
36 75.1119 7.3568 1.49700 81.61
37 -19.5422 DD[37]
38 36.8432 3.6035 1.89286 20.36
39 688.1177 9.1811
40 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
41 ∞
[表10]
实施例3·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.0 1.0
f’ -5.71 -7.43
FNo. 2.00 2.19
2ω[°] 120.0 106.4
[表11]
实施例3·面间隔
广角端 长焦端
DD[20] 20.4884 24.5852
DD[27] 19.8091 6.2791
DD[37] 15.8449 25.2782
[表12]
实施例3·非球面系数
接着，对实施例4的变焦透镜进行说明。将表示实施例4的变焦透镜的结构的剖视图示于图4中。实施例4的变焦透镜也是与实施例1相同的透镜组及透镜片数结构。并且，将实施例4的变焦透镜的透镜数据示于表13中，将与规格相关的数据示于表14中，将与变倍时发生变化的面间隔相关的数据示于表15中，将与非球面系数相关的数据示于表16中，将各像差图示于图8中。
[表13]
实施例4·透镜数据(n、ν为d线)
面编号 曲率半径 面间隔 n ν
*1 -15.3256 3.1041 1.53158 55.08
*2 -42.8676 8.1208
3 72.9696 3.7466 1.58913 61.13
4 10.9570 14.4952
*5 -11.4427 10.1271 1.69350 53.18
*6 -13.5555 0.1385
7 -226.4073 3.3920 1.85896 22.73
8 -26.1220 0.2797
9 38.9490 0.9310 1.84666 23.78
10 22.1582 8.2830 1.43875 94.66
11 -20.0167 0.1384
12 -38.0629 0.9311 1.84666 23.78
13 25.0469 6.4998 1.55032 75.50
14 -36.6114 13.2095
15 26.1474 3.5448 1.69680 55.53
16 47.4517 0.1377
17 23.8780 4.5094 1.80400 46.58
18 41.0164 3.5961
19 -73.4033 1.0339 1.80400 46.58
20 44.4268 DD[20]
21 -85.9366 1.2410 1.48749 70.24
22 78.8404 1.5622
23 218.4867 7.5126 1.80518 25.42
24 -34.9428 0.1379
25 28.5891 11.7248 1.80100 34.97
26 -34.4084 2.7656 1.78472 25.68
27 22.1365 DD[27]
28 38.5640 6.1592 1.79952 42.22
29 -96.1119 6.6148
30 12.5863 1.9009 1.51742 52.43
31 10.4680 4.1820
32(光圈) ∞ 3.4483
33 -13.7491 4.5080 1.80518 25.42
34 44.2803 3.5843 1.55032 75.50
35 -20.9332 0.1385
36 66.5912 6.0558 1.49700 81.61
37 -21.3539 DD[37]
38 37.9065 3.6665 1.89286 20.36
39 1065.0734 9.5172
40 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
41 ∞
[表14]
实施例4·规格(d线)
广角端 长焦端
变焦倍率 1.0 1.0
f’ -5.71 -7.42
FNo. 2.02 2.22
2ω[°] 120.2 106.6
[表15]
实施例4·面间隔
广角端 长焦端
DD[20] 19.7566 23.3435
DD[27] 20.3350 7.3697
DD[37] 16.8274 26.2058
[表16]
实施例4·非球面系数
将与实施例1～4的变焦透镜的条件式(1)～(6)对应的值示于表17中。另外，所有实施例均以d线为基准波长，下述表17所示的值为该基准波长时的值。
[表17]
式编号 条件式 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
(1) f21/f2w 0.28 1.18 -0.01 -0.23
(2) f22/|fw| 7.43 8.15 7.71 7.92
(3) f23/|fw| 7.27 7.80 7.61 7.70
(4) f211/|fw| -9.17 -6.05 -11.70 -14.73
(5) ν211-ν212 44.81 38.71 44.81 44.81
(6) Bfw/|fw| 4.16 4.61 4.17 4.23
从以上数据可知，实施例1～4的变焦透镜均为如下变焦透镜：满足条件式(1)～(6)，在形成中间像方式的变焦透镜中，F值为2.3以下，较明亮，全视角为110°以上的广角，并且变倍时像差变动得到良好地抑制而具有高性能。
接着，对本实用新型的实施方式所涉及的投射型显示装置进行说明。图9是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图9所示的投射型显示装置100具有本实用新型的实施方式所涉及的变焦透镜10、光源15、与各色光对应的作为光阀的透射型显示元件11a～11c、用于分色的分色镜12、13、用于彩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9中示意地图示了变焦透镜10。并且，在光源15与分色镜12之间配置有积分器，但在图9中省略了其图示。
来自光源15的白光在分色镜12、13中分解成3个色光光束(G光、B光、R光)后，分别经过聚光透镜16a～16c入射于分别与各色光光束对应的透射型显示元件11a～11c而被光调制，并通过十字分色棱镜14彩色合成后，入射于变焦透镜10。变焦透镜10将基于被透射型显示元件11a～11c光调制的光的光学像投射在屏幕105上。
图10是本实用新型的另一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图10所示的投射型显示装置200具有本实用新型的实施方式所涉及的变焦透镜210、光源215、与各色光对应的作为光阀的DMD元件21a～21c、用于分色及彩色合成的TIR(全内反射(TotalInternal Reflection))棱镜24a～24c、以及分离照明光与投射光的偏振光分离棱镜25。另外，在图10中示意地图示了变焦透镜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10中省略了其图示。
来自光源215的白光在偏振光分离棱镜25内部的反射面被反射后，通过TIR棱镜24a～24c分解成3个色光光束(G光、B光、R光)。分解后的各色光光束分别入射于所对应的DMD元件21a～21c而被光调制，并再次向反方向行进TIR棱镜24a～24c而彩色合成后，透射偏振光分离棱镜25而入射于变焦透镜210。变焦透镜210将基于被DMD元件21a～21c光调制的光的光学像投射在屏幕205上。
图11是本实用新型的又一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。图11所示的投射型显示装置300具有本实用新型的实施方式所涉及的变焦透镜310、光源315、与各色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、用于彩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11中示意地图示了变焦透镜310。并且，在光源315与分色镜32之间配置有积分器，但在图11中省略了其图示。
来自光源315的白光通过分色镜32、33分解成3个色光光束(G光、B光、R光)。分解后的各色光光束分别经过偏振光分离棱镜35a～35c，入射于分别与各色光光束对应的反射型显示元件31a～31c而被光调制，并通过十字分色棱镜34彩色合成后，入射于变焦透镜310。变焦透镜310将基于被反射型显示元件31a～31c光调制的光的光学像投射在屏幕305上。
图12、图13是本实用新型的一实施方式所涉及的摄像装置即相机400的外观图。图12表示从前侧观察相机400的立体图，图13表示从背面侧观察相机400的立体图。相机400是拆卸自如地安装可换镜头48的不带反光式取景器的单镜头式数码相机。可换镜头48在镜筒内容纳有本实用新型的实施方式所涉及的光学系统即变焦透镜49。
该相机400具备相机主体41，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、45及显示部46。显示部46用于显示所拍摄的图像及拍摄之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，经由卡口47可换镜头48安装在相机主体41上。
在相机主体41内设置有输出与通过可换镜头48形成的被摄体像相应的摄像信号的CCD(电荷耦合器件(Charge Coupled Device))等成像元件(未图示)、处理由该成像元件输出的摄像信号而生成图像的信号处理电路及用于记录该已生成的图像的记录介质等。该相机400中，通过按压快门按钮42能够摄影静态图像或动态图像，通过该摄影所得到的图像数据记录在上述记录介质中。
以上，举出实施方式及实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型的变焦透镜并不限定于上述实施例，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、折射率及色散系数。
并且，本实用新型的投射型显示装置也并不限定于上述结构，例如，所使用的光阀及用于光束分离或光束合成的光学部件并不限定于上述结构，能够进行各种方式的变更。
并且，本实用新型的摄像装置也并不限定于上述结构，例如，也能够适用于单镜头反光式相机、胶卷相机及摄像机等中。

Claims (16)

1.一种变焦透镜，其为在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像并将该中间像再次成像于放大侧成像面的变焦透镜，所述变焦透镜的特征在于，
隔着所述中间像的形成位置，放大侧包括第1光学系统，缩小侧包括第2光学系统，
该第2光学系统从放大侧依次包括具有正屈光力的第2-1透镜组、具有正屈光力的第2-2透镜组及具有正屈光力的第2-3透镜组，
所述第2-1透镜组及所述第2-2透镜组在变倍时改变与相邻的组之间的光轴方向的间隔的同时彼此向反方向移动，
所述第2-3透镜组在变倍时相对于所述缩小侧成像面被固定，
并且满足下述条件式(1)：
-0.45＜f21/f2w＜2.1……(1)
其中，设为
f21：所述第2-1透镜组的焦距；
f2w：广角端处的所述第2光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(2)：
5＜f22/|fw|＜12……(2)
其中，设为
f22：所述第2-2透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
3.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(3)：
5＜f23/|fw|＜12……(3)
其中，设为
f23：所述第2-3透镜组的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
4.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
在从广角端向长焦端进行变倍时，所述第2-1透镜组从放大侧移动至缩小侧，所述第2-2透镜组从缩小侧移动至放大侧。
5.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(4)：
-25＜f211/|fw|＜-2……(4)
其中，设为
f211：所述第2-1透镜组的最靠放大侧的透镜的焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
6.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
所述第2-1透镜组的最靠放大侧的透镜为具有负屈光力的第2-1-1透镜，
在缩小侧与该第2-1-1透镜相邻的透镜为具有正屈光力的第2-1-2透镜，
并且满足下述条件式(5)：
30＜ν211-ν212＜70……(5)
其中，设为
ν211：所述第2-1-1透镜的d线基准的色散系数；
ν212：所述第2-1-2透镜的d线基准的色散系数。
7.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(6)：
2＜Bfw/|fw|……(6)
其中，设为
Bfw：广角端处的以空气换算长度计的整个系统的后焦距；
fw：广角端处的整个系统的焦距。
8.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
所述第1光学系统在变倍时相对于所述缩小侧成像面被固定。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(1-1)：
-0.35＜f21/f2w＜1.5……(1-1)。
10.根据权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(2-1)：
7＜f22/|fw|＜10……(2-1)。
11.根据权利要求3所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(3-1)：
6.8＜f23/|fw|＜10……(3-1)。
12.根据权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(4-1)：
-20＜f211/|fw|＜-3……(4-1)。
13.根据权利要求6所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(5-1)：
34＜ν211-ν212＜60……(5-1)。
14.根据权利要求7所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(6-1)：
3＜Bfw/|fw|＜10……(6-1)。
15.一种投射型显示装置，其特征在于，具备：
光源；
供来自该光源的光入射的光阀；及
权利要求1至14中任一项所述的变焦透镜，该变焦透镜作为将基于被该光阀光调制的光的光学像投射在屏幕上的变焦透镜。
16.一种摄像装置，其特征在于，
具备权利要求1至14中任一项所述的变焦透镜。
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