专利名称：投射型变焦透镜及投射型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搭载于投射型显示装置等的6片结构的变焦透镜及搭载该变焦 透镜的投射型显示装置，尤其涉及承载来自透射型或者反射型液晶显示装置或DMD (数 码 微镜 装置)显示装置等光阀的影像信息的光束放大投射在屏幕上的小型投射型变焦 透镜及投射型显示装置。
背景技术：
近几年，广泛普及使用了液晶显示装置或DMD显示装置等光阀的投射型显示装 置，尤其广泛利用取如下结构的显示装置，即使用3片该光阀，通过使之分别对应于RGB3原 色的照明光而调制这些各照明光，以色合成用棱镜等合成用各自的光阀调制的光，通过投 射透镜将图像显示在屏幕。作为使用于这种投射型显示装置的投射透镜，多使用能够改变屏幕上的投射图像 的尺寸的变焦透镜(变焦距透镜)。在这种投射用变焦透镜上，以往以来多使用4组透镜形 式或者5组透镜形式的远心(f > # >卜U 7々)的变焦透镜，在进一步要求高性能化或 高变焦化等时，也使用6组结构的变焦透镜。这种变焦透镜，为实现高像差特性且确保远心性，进而防止对比度的降低或颜色 不均勻的发生，通常使用很多片数的透镜，但由于透镜片数的增加直接关系到成本增加，所 以要求由能够实现上述目的的最低限透镜片数构筑上述变焦透镜。从这种观点出发，从以往公知有如下述专利文献所记载的、将构成透镜片数设成6 片的投射型变焦透镜。专利文献1 日本专利第4206769号公报专利文献2 日本专利第4206708号公报专利文献3 日本专利公开2007-206331号公报然而，上述专利文献1公开的6片结构的投射用变焦距透镜由于变倍时的移动透 镜组为4个，所以包含凸轮等的移动机构变得复杂化，导致重量的增大或制造难度的上升， 在成本上也不利。并且，上述专利文献2、3公开的6片结构的投射用变焦距透镜，由于变倍时的像散 变动过大，所以要求像散的变动量小的变焦距透镜。
发明内容本发明的目的在于，提供一种设成变倍时的移动透镜组为3组以下，且构成透镜 的片数为6片的紧凑的透镜的同时，也确保远心性，并且能够良好地降低以像散为主的各 种像差且为低成本的投射型变焦透镜及投射型显示装置。本发明的投射型变焦透镜，其特征在于，作为整体由6片透镜构成，作为配置在最靠放大侧的透镜的第1透镜具有负的折 射力，并且作为从放大侧配置在第2个的透镜的第2透镜具有正的折射力的同时，缩小侧构成为远心，所述6片透镜设定成3个以上的透镜组的同时，使其中3个以下的透镜组移动而
可变焦距，在从广角端向望远端可变焦距时，所述第2透镜沿光轴从缩小侧向放大侧移动，并且，优选由所述第1透镜构成的第1透镜组满足以下条件式⑴-2. 5 < fi < fw < -0. 5...(1)其中，fw为广角端的整个系统焦距，f,为所述第1透镜的焦距。并且，优选所述第1透镜组的缩小侧的第2透镜组满足以下条件式(2)1. 0 < f2/fw < 4. 0... (2)其中，fw为广角端的整个系统焦距，f2为所述第2透镜的焦距。并且，优选所述第1透镜至少具备一个非球面。并且，优选作为从放大侧配置在第3个的透镜的第3透镜是将凸面朝向缩小侧的、 具有正的折射力的透镜。并且，优选作为从放大侧配置在第4个的透镜的第4透镜是具有负的折射力的透 镜，作为从放大侧配置在第5个的透镜的第5透镜是具有正的折射力的透镜，作为从放大侧 配置在第6个的透镜的第6透镜是具有正的折射力的透镜。并且，本发明的投射型显示装置，其特征在于，具备光源；光阀；将来自该光源的 光束导入到光阀的照明光学部；上述任意一个投射型变焦透镜，将来自所述光源的光束用 所述光阀光调制，通过所述投射型变焦透镜投射到屏幕。在此，“变焦透镜(可变焦点> X ) ”是指包含变焦点透镜(^J 7才一力> > > 乂 )和变焦距透镜(<一Λ > X )的透镜。在此，变焦点透镜是指与变焦距透镜不同， 在通过变倍其共轭长度变化时，通过聚焦，调整伴随此的焦点偏移的透镜。并且，上述“放大侧”意味着被投射侧(屏幕侧)，缩小投影时，方便上也将屏幕侧 称为放大侧。另一方面，上述“缩小侧”意味着原图像显示区域侧(光阀侧)，在缩小投影 时，方便上也将光阀侧称为缩小侧。根据本发明的投射型变焦透镜，通过将最靠放大侧的第1透镜设成具有负的折射 力的透镜，构成为负的折射力的透镜组先行，可以比较简单地确保宽的视角和长的后焦点。另一方面，在变倍时，设成使正的第2透镜沿光轴从缩小侧向放大侧移动，通过 此，不仅能够使第2透镜具有作为校正组的功能，也使之具有作为变倍组的功能，并且可以 抑制在变倍整个区域的像差的变动(尤其是，像散或像面弯曲)，可以由较少的透镜片数构 成高性能的投射用变焦透镜。即，由于上述第1透镜为具有负的折射力的透镜，所以轴上及轴外的光线均在较 高的位置入射到第2透镜。通过将该第2透镜设成具有正的折射力的透镜，能够使得具有 对于轴外光线较大地校正像散等像差的作用，但变焦透镜的情况下，这种较大的像差校正 作用反而成为缺点，导致在变倍时伴随透镜移动的像差的变动(尤其是像散)变大。因此， 4在本申请发明的投射型变焦透镜中，为了抑制在该变倍时的像差变动，随着从广角端朝向 望远端，使第2透镜从缩小侧向放大侧移动，在变倍时，能够将入射到第2透镜的轴外光线 的光线高度保持在不过度变化的高度，所以能够始终发挥对像散等轴外像差的像差校正效 果。同时也能够降低像散的大小本身。并且，本发明的投射型显示装置通过使用本发明的投射型变焦透镜，可以良好地 维持以像散为主的各种像差的同时，促进低成本化及轻量化。
图1是表示本发明的实施例1所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图2是表示本发明的实施例2所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图3是表示本发明的实施例3所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图4是表示本发明的实施例4所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图5是表示本发明的实施例5所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图6是表示本发明的实施例6所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图7是表示本发明的实施例7所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图8是表示本发明的实施例8所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图9是表示本发明的实施例9所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图10是表示本发明的实施例10所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图11是表示本发明的实施例11所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图12是表示本发明的实施例12所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图13是表示本发明的实施例13所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图14是表示本发明的实施例14所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图15是表示本发明的实施例15所涉及的投射型变焦透镜的结构的图。图16是实施例1所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图17是实施例2所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图18是实施例3所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图19是实施例4所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图20是实施例5所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图21是实施例6所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图22是实施例7所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图23是实施例8所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图24是实施例9所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图25是实施例10所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图26是实施例11所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图27是实施例12所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图28是实施例13所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图29是实施例14所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图30是实施例15所涉及的投射型变焦透镜的各种像差图。图31是表示本发明的投射型显示装置的主要部分的简要结构图。[0067]图中=G1 G5-透镜组山 L6-透镜，R1-R16-透镜面等的曲率半径，D1 D15-透 镜面间隔(透镜厚度)，Z-光轴，1-图像显示面，2-玻璃块(包含滤光部)，3、3a、3b-掩模 (孔径光阑)，10_投射型变焦透镜，Ila C-透射型液晶面板，12、13_ 二向色反射镜(Ψ λ 夕口 4、；/夕笑，一)，14-交叉二向色棱镜(夕口 7夕· 4夕口 4夕夕丨J文Λ )，16a C-聚 光透镜，18a C-全反射镜。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式
进行说明，图1所示的实施方式(以实施 例1为代表表示)的投射型变焦透镜，由6片透镜构成，且将最靠放大侧的第1透镜L1成 为具有负的折射力的透镜(負> X )的同时，从放大侧第2个的第2透镜L2成为具有正 的折射力的透镜(正> X )，透镜系统的缩小侧构成为远心。并且，上述的6片透镜由3个以上的透镜组(实施例1 10是3个透镜组，实施 例11 14是4个透镜组，实施例15是5个透镜组)构成，在焦距可变时(包括变倍时。以 下，有时仅称为变倍时。)，使其中移动3个以下的透镜组(实施例1 8、11 14是2个 透镜组，实施例9、10、15是3个透镜组)移动而使焦距可变，并构成为在从广角端向望远端 使焦距可变时，至少第2透镜L2沿光轴Z从缩小侧向放大侧移动。并且，如图ι等所示，在透镜系统的后段配设以色合成棱镜为主的玻璃块
” )2及3个以上的液晶显示面板等光阀的图像显示面1。其中，在使用了 1片光阀 的、所谓单板式的情况下，不需要色合成棱镜。并且，例如，如图1所示，可以在第2透镜组G2中或者其他位置配置掩模3。并且，在本申请说明书中的“掩模”，是指具有遮光轴外光线的上侧光线或下侧光 线一部分的功能的掩模。通过这种遮光作用，能够保持轴外光线的上侧光线和下侧光线的 平衡，且能够防止颜色不均勻的发生。另外，掩模可以设成限制轴外光线的上侧光线和下侧光线，且规定亮度的孔径光阑。另外，在聚焦时，例如，构成为使1个透镜组(对于实施例1 6、9、10、15是第1 透镜组，对于实施例7、8、11 14是第3透镜组)沿光轴Z移动。这样，根据本实施方式的投射型变焦透镜，通过将最靠放大侧的第1透镜设成具 有负的折射力的透镜，可简单地确保广视角和长的后焦点。另一方面，在变倍时，设成使正的第2透镜L2沿光轴从缩小侧向放大侧移动，由 此，能够使第2透镜L2不仅具有作为校正组的功能，还具有作为变倍组的功能，在变倍整个 区域，尤其能够抑制像散或像面弯曲等像差的变动，且能够以较少的透镜片数构成高性能 的投射用变焦透镜。S卩，随着从广角端朝向望远端，使第2透镜L2从缩小侧向放大侧移动，在变倍时， 由于入射到第2透镜L2的轴外光线的光线高度保持不过度变化的高度，所以可以始终发挥 向像散等轴外像差的像差校正效果。同时，也可以降低像散本身。如上述构成的透镜片数合计为6片，这样少的片数能够以变焦透镜来构成，但能 够通过使用所谓变焦点透镜更容易构成。并且，此时，由于能够排除变倍时透镜组的联合移 动的限制，所以能够大幅改善变倍时的像差变动。
6[0079]在此，“变焦透镜(可变焦点> X ) ”是指包含所谓变焦点透镜(K〗J 7才一力 > > X )和变焦距透镜(<一 Λ > X )两者的概念，其中，“变焦点透镜”是指变倍时需 要与共轭长度发生变化时产生的焦点偏移相对应的聚焦操作的透镜。而且，即使在变倍时 的移动组为2组的情况下，通过相互独立移动这些2个移动组，不需要用于使各移动透镜组 联合移动的凸轮机构等复杂的透镜驱动机构。另外，与“变焦点透镜”相比“变焦距透镜”在变倍时调整为使共轭长度一定，利用 聚焦透镜来调整其共轭长度的若干偏移量，但在变倍时，2个以上的移动组使用变焦用凸轮 机构等而按照预定规则相互移动，通常，不利于小型化、轻量化及廉价化。并且，在本实施方式所涉及的投射型变焦透镜中，优选满足下述条件式(1)、(2) 中的至少一方。-2. 5 < f/f； < -0. 5 · · · · (1)1. 0 < f2/fw < 4. 0 · · · · (2)其中，fw为广角端的整个系统焦距，为第1透镜L1的焦距，f2为第2透镜L2的焦距。在此，对上述的条件式(1)、(2)的技术意义进行说明。首先，条件式(1)为规定第1透镜L1的焦距与广角端的整个系统焦距fw的比 值的范围的式，用于规定良好地进行像差校正并作为透镜盒(>々)得到适当的 长度的范围的条件式。S卩，若低于该下限，则第1透镜L1的负的折射力变得过弱而透镜盒变短，色合成棱 镜等色合成光学系统的插入变得困难。另一方面，若超过该上限，则第1透镜的负的折射力 变得过强，不仅难以良好地保持彗形像差、像面弯曲等轴外像差，而且透镜盒变长，关系到 系统的大型化。另外，为更有效地得到条件式(1)的作用，优选满足下述条件式(1')。-2. 2 < f/f. < -0. 8 · · · · (1')并且，条件式⑵作为规定第2透镜L2的焦距f2和广角端的整个系统焦距fw的 比值的范围的式，是规定第2透镜L2的光焦度的范围的式。即，若低于该下限，则第2透镜L2的光焦度变得过强而像差校正变得困难。另一方 面，若超过该上限，则变倍时的第2透镜L2的移动量变得过大，导致透镜系统的总长变长。另外，为了更有效地得到条件式(2)的作用，优选满足下述条件式(2')。1. 2 < f2/fw < 3. 4 · · · · (2')并且，优选第3透镜L3为将凸面朝向缩小侧的具有正的折射力的透镜(正> > ^ )。通过将第3透镜L3设成具有正的折射力的透镜，能够提高球面像差等轴上像差。并且，优选第4透镜L4为具有负的折射力的透镜，第5透镜L5为具有正的折射力 的透镜，第6透镜L6为具有正的折射力的透镜。由此，能够提高透镜系统缩小侧的远心性。在此，所有下述各实施例的投射型变焦透镜的第1透镜Ll为至少包含1面的非球 面的透镜，由此，可以设成对畸变校正有利的变焦透镜。并且，通过将第1透镜L1的至少1 面设成非球面，可以针对每个视角适当地校正像差。另外，该非球面形状由下述非球面式表
权利要求一种投射型变焦透镜，其特征在于，作为整体由6片透镜构成，作为配置在最靠放大侧的透镜的第1透镜具有负的折射力，作为配置在从放大侧数第2位的透镜的第2透镜具有正的折射力，并且缩小侧构成为远心，所述6片透镜被设定成3个以上的透镜组，使其中3个以下的透镜组移动而使焦距可变，在从广角端向望远端使焦距可变时，所述第2透镜沿光轴从缩小侧向放大侧移动。
2.如权利要求1所述的投射型变焦透镜，其特征在于，由所述第1透镜构成的第1透镜组满足以下条件式(1)-2. 5 < Vfw < -0. 5... (1)其中，fw为广角端的整个系统焦距， f为所述第1透镜的焦距。
3.如权利要求1或2所述的投射型变焦透镜，其特征在于， 所述第1透镜组的缩小侧的第2透镜组，满足以下条件式(2) 1. 0 < f2/fw < 4. 0... (2)其中，fw为广角端的整个系统焦距， 4为所述第2透镜的焦距。
4.如权利要求1或2所述的投射型变焦透镜，其特征在于， 所述第1透镜至少具备一个非球面。
5.如权利要求1或2所述的投射型变焦透镜，其特征在于，作为配置在从放大侧数第3位的透镜的第3透镜是将凸面朝向缩小侧的、具有正的折 射力的透镜。
6.如权利要求1或2所述的投射型变焦透镜，其特征在于，作为配置在从放大侧数第4位的透镜的第4透镜是具有负的折射力的透镜，作为配置 在从放大侧数第5位的透镜的第5透镜是具有正的折射力的透镜，作为配置在从放大侧数 第6位的透镜的第6透镜是具有正的折射力的透镜。
7.一种投射型显示装置，其特征在于， 具备光源；光阀；将来自该光源的光束导入到该光阀的照明光学部；权利要求1至6中的任 意一项所述的投射型变焦透镜，用所述光阀对来自所述光源的光束进行光调制，并通过所 述投射型变焦透镜投射到屏幕。
专利摘要本实用新型提供一种投射型变焦透镜及投射型显示装置，其得到设成在变倍时的移动透镜组为3组以下，且构成透镜的片数为6片的紧凑的透镜的同时，确保远心性，并且能够良好地降低以像散为始的各种像差且为低成本的投射型变焦透镜及投射型显示装置。由6片透镜构成，且最靠放大侧的第1透镜(L1)成为具有负的折射力的透镜的同时，从放大侧第2个的第2透镜(L2)成为具有正的折射力的透镜，透镜系统的缩小侧成为远心。6片透镜由3个以上的透镜组构成，并构成为在焦距可变时，使其中3个以下的透镜组移动而使焦距可变，在从广角端向望远端焦距可变时，至少第2透镜(L2)沿光轴(Z)从缩小侧向放大侧移动。
文档编号G02B15/177GK201773215SQ20102024381
公开日2011年3月23日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年7月9日
发明者天野贤 申请人:富士能株式会社