投影用變焦透鏡以及投影型顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及投影用變焦透鏡以及投影型顯示裝置，例如，涉及適于將由光閥 形成的原圖像放大投影至屏幕上的投影用變焦透鏡以及使用該投影用變焦透鏡的投影型 顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，將顯示在液晶顯示元件等的光閥上的圖像放大投影的投影型顯示裝置被廣 泛使用。在使用透射型液晶顯示元件作為光閥的光學(xué)系統(tǒng)中，通常，為了進(jìn)行色合成而使用 十字分色棱鏡，考慮到其角度依存性，為了提高色合成特性，上述光學(xué)系統(tǒng)中使用的投影用 透鏡在縮小側(cè)設(shè)為遠(yuǎn)心透鏡。
[0003] 另外，在使用投影型顯示裝置作為展示用途的情況下，經(jīng)常在縱深相對(duì)較狹窄的 空間，以較短的投影距離要求較大的畫(huà)面尺寸，因此，作為投影透鏡，廣角透鏡的需求較高。 與視場(chǎng)角較小的透鏡相比，廣角透鏡的畫(huà)面尺寸的變化相對(duì)于投影距離的變化較大，因此， 有時(shí)即使裝置相對(duì)于屏幕的設(shè)置距離略微變化，也需要調(diào)節(jié)畫(huà)面尺寸，然而如上所述，由于 空間的縱深受限，因此設(shè)置條件方面的自由度大多極小。因此，傾向于更優(yōu)選即使設(shè)置距離 受限也能夠調(diào)節(jié)為所希望的畫(huà)面尺寸的變焦透鏡。
[0004] 作為廣角且縮小側(cè)構(gòu)成為遠(yuǎn)心的投影用變焦透鏡，例如已知下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記 載的投影用變焦透鏡。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了從放大側(cè)起依次配置有凹的第一透鏡組、凸 的第二透鏡組、凹的第三透鏡組、凸的第四透鏡組、凸的第五透鏡組而成的五組結(jié)構(gòu)的透鏡 系統(tǒng)。
[0005] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2010-237605號(hào)公報(bào)
[0008] 在展示中使用的此類(lèi)投影型顯示裝置不會(huì)常設(shè)，而會(huì)移動(dòng)或被移動(dòng)設(shè)置，另外， 在常設(shè)的情況下也經(jīng)常以從頂棚懸吊的方式設(shè)置，在任一情況下均對(duì)小型、輕量化有較高 的要求。另外，為了裝置整體的小型化、輕量化，也要求透鏡的小型化。然而，為了得到足夠 的成像性能，需要組合多個(gè)透鏡，全長(zhǎng)變長(zhǎng)并且導(dǎo)致放大側(cè)的透鏡直徑的大型化，因此難以 實(shí)現(xiàn)透鏡的小型化。
[0009] 另一方面，由于欲得到更高精度、高亮度且對(duì)比度大的投影圖像的要求愈發(fā)強(qiáng)烈， 因此關(guān)注作為光閥而搭載有DMD(DigitalMicromirrorDevice:注冊(cè)商標(biāo)）的投影型顯示 裝置。在DMD中排列有多個(gè)角度可變的微鏡，在投影型顯示裝置中，通過(guò)改變各微鏡的角度 而改變經(jīng)由照明光學(xué)系統(tǒng)入射的光的反射方向，從而進(jìn)行各像素的〇N、OFF的切換，由此形 成整體的投影圖像。在這種與作為反射型光閥的DMD并用的投影用透鏡中，不必一定將縮 小側(cè)設(shè)為遠(yuǎn)心透鏡。
[0010] 然而，在將DMD用作光閥并使用非遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)的類(lèi)型的投影型顯示裝置中， 需要考慮從光源經(jīng)由照明光學(xué)系統(tǒng)朝向DMD的照明光的光路、被DMD反射后的反射光的光 路、構(gòu)成裝置的各部件之間不發(fā)生干涉。例如，需要考慮投影用透鏡不遮擋從光源經(jīng)由照明 光學(xué)系統(tǒng)朝向DMD的照明光，另外，需要考慮照明光學(xué)系統(tǒng)與投影用透鏡不發(fā)生干涉。并 且，需要考慮來(lái)自切換為OFF的DMD的像素的不需要的反射光不向投影用透鏡內(nèi)入射。為 此，需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)確保適當(dāng)長(zhǎng)度的后截距和投影用透鏡的縮小側(cè)的透鏡的小徑化。
[0011] 并且，在以往的投影用變焦透鏡中，在變倍時(shí)F數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，它們無(wú)法應(yīng)對(duì)在 整個(gè)變焦區(qū)域內(nèi)相同的畫(huà)面尺寸的投影圖像的亮度設(shè)為大致恒定的投影用變焦透鏡這一 期望。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012] 實(shí)用新型要解決的課題
[0013] 本實(shí)用新型是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種投影用變焦透鏡以及 具備這樣的投影用變焦透鏡的投影型顯示裝置，該投影用變焦透鏡為廣角，能夠確保適當(dāng) 的后截距并且能夠?qū)崿F(xiàn)縮小側(cè)的透鏡直徑的小型化，從而能夠有助于裝置的小型化，并且 該投影用變焦透鏡的使變倍時(shí)的F數(shù)大致恒定的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的光學(xué)性能。
[0014] 用于解決課題的方法
[0015] 本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡的特征在于，實(shí)質(zhì)上包括：第一透鏡組，其配置在最 放大側(cè)，在變倍時(shí)固定且具有負(fù)光焦度；最終透鏡組，其配置在最縮小側(cè)，在變倍時(shí)固定且 具有正光焦度；中間組，其配置在第一透鏡組與最終透鏡組之間，且包括在變倍時(shí)移動(dòng)的多 個(gè)透鏡組，中間組的最放大側(cè)的透鏡組以及中間組的最縮小側(cè)的透鏡組均具有正光焦度， 且在從在從廣角端向望遠(yuǎn)端進(jìn)行變倍時(shí)從縮小側(cè)向放大側(cè)移動(dòng)，縮小側(cè)是非遠(yuǎn)心，最終透 鏡組包括兩個(gè)以上的凸透鏡和兩個(gè)以上的凹透鏡，在最終透鏡組的最縮小側(cè)配置有具有正 光焦度的最縮小側(cè)凸透鏡，所述投影用變焦透鏡滿(mǎn)足下述條件式（1):
[0016] 3. 00 <fGe/fw< 12. 00 (1);
[0017] 其中，
[0018] fGe:最終透鏡組的焦距，
[0019] fw:投影距離為無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的廣角端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
[0020] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為，代替上述條件式（1)而滿(mǎn)足下述條 件式（1'），更優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（1"）：
[0021] 4. 00 <fGe/fw< 11. 00 (1，）；
[0022] 5. 00 <fGe/fw< 10. 00 (1 "）。
[0023] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為，第一透鏡組從放大側(cè)起依次由前組 和后組構(gòu)成，該前組從放大側(cè)起由第一透鏡~第三透鏡構(gòu)成，
[0024] 前組包括非球面透鏡。
[0025] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為，最縮小側(cè)凸透鏡是雙凸透鏡。
[0026] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為，在最縮小側(cè)凸透鏡的放大側(cè)配置有 使凹面朝向縮小側(cè)的凹透鏡，以便在該凹透鏡與該最縮小側(cè)凸透鏡之間形成第一空氣透 鏡，
[0027] 所述投影用變焦透鏡滿(mǎn)足下述條件式（2):
[0028] 0. 01 <dl/Hrl< 0. 15 (2)；
[0029]其中，
[0030] dl:第一空氣透鏡的中心厚度，
[0031] Hrl:第一空氣透鏡的縮小側(cè)的面的最大有效半徑。
[0032] 在形成有上述第一空氣透鏡的情況下，優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（3):
[0033] 0? 30 <RF1X(NdRl-1) / ((RR1X(NdFl-1)) < 1. 10 (3)
[0034]其中，
[0035] RF1 :第一空氣透鏡的放大側(cè)的面的曲率半徑，
[0036] RR1 :第一空氣透鏡的縮小側(cè)的面的曲率半徑，
[0037]NdFl:形成第一空氣透鏡的凹透鏡的關(guān)于d線的折射率，
[0038] NdRl:最縮小側(cè)凸透鏡的關(guān)于d線的折射率。
[0039] 另外，在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（4):
[0040] 1. 50 <fpl2/fw< 5. 00 (4)；
[0041]其中，
[0042]fpl2:最終透鏡組的從縮小側(cè)起第二個(gè)凸透鏡到最縮小側(cè)凸透鏡的合成焦距。
[0043] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為，最終透鏡組包括：與最縮小側(cè)凸透鏡 不同的使凸面朝向放大側(cè)的凸透鏡、以及使凹面朝向縮小側(cè)的凹透鏡，該凹透鏡以與該凸 透鏡之間形成第二空氣透鏡的方式配置在該凸透鏡的放大側(cè)，
[0044] 所述投影用變焦透鏡滿(mǎn)足下述條件式（5):
[0045] 0. 01 <d2/Hr2 < 0. 15 (5)；
[0046]其中，
[0047] d2 :第二空氣透鏡的中心厚度，
[0048] Hr2 :第二空氣透鏡的縮小側(cè)的面的最大有效半徑。
[0049] 在形成有上述第二空氣透鏡的情況下，優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（6):
[0050] 0. 30 <RF2X(NdR2-l) / ((RR2X(NdF2-l)) < 1. 10 (6)；
[0051]其中，
[0052]RF2:第二空氣透鏡的放大側(cè)的面的曲率半徑，
[0053] RR2 :第二空氣透鏡的縮小側(cè)的面的曲率半徑，
[0054] NdF2 :形成第二空氣透鏡的凹透鏡的關(guān)于d線的折射率，
[0055] NdR2 :形成第二空氣透鏡的凸透鏡的關(guān)于d線的折射率。
[0056] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（7)、（8):
[0057] 2. 50 <Bf/y< 4. 50 (7)；
[0058] 0. 80 <y/fw(8)；
[0059]其中，
[0060] Bf:整個(gè)系統(tǒng)的縮小側(cè)的空氣換算距離下的后截距，
[0061] y:縮小側(cè)的最大像高。
[0062] 更優(yōu)選為，所述投影用變焦透鏡代替上述條件式（7)而滿(mǎn)足下述條件式（7'）。 更優(yōu)選為，代替上述條件式（8)而滿(mǎn)足下述條件式（8'），進(jìn)一步優(yōu)選為，滿(mǎn)足下述條件式 (8"）：
[0063] 3.00<Bf/y< 4.00 (7'）；
[0064] 0.85 < y/fw(8'）；
[0065] 0. 90 <y/fw< 1. 40 (8"）。
[0066] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，在第一透鏡組從放大側(cè)起依次由前組和后組 構(gòu)成，且該前組從放大側(cè)起由第一透鏡~第三透鏡構(gòu)成的情況下，優(yōu)選為，所述投影用變焦 透鏡滿(mǎn)足下述條件式（9)，更優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（9'），進(jìn)一步優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式 (9"）：
[0067] -2. 50 < fGIF/fw< -〇. 80 (9)；
[0068] -2. 10 < fGIF/fw< -1. 10 (9'）；
[0069] -2. 10 < fGIF/fw< -1. 30 (9"）；
[0070]其中，
[0071] fGIF:前組的焦距。
[0072] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，中間組也可以構(gòu)成為，由在變倍時(shí)移動(dòng)且具 有正光焦度的兩個(gè)透鏡組構(gòu)成，或者中間組也可以由在變倍時(shí)移動(dòng)的三個(gè)透鏡組構(gòu)成，這 三個(gè)透鏡組從放大側(cè)起依次為具有正光焦度的透鏡組、具有負(fù)光焦度的透鏡組、具有正光 焦度的透鏡組。
[0073] 在本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡中，優(yōu)選為滿(mǎn)足下述條件式（10)，更優(yōu)選為滿(mǎn)足 下述條件式（10'）：
[0074] 4.00< Dep/y< 6.00 (10)；
[0075] 4.00< Dep/y< 5.00 (10'）；
[0076]其中，
[0077] D?。簩⒖s小側(cè)設(shè)為射出側(cè)時(shí)的、從廣角端的近軸射出瞳位置到縮小側(cè)的像面的距 離，
[0078] y:縮小側(cè)的最大像高。
[0079] 本實(shí)用新型的投影型顯示裝置的特征在于，具備：光源；光閥，來(lái)自該光源的光向 該光閥入射；以及作為投影用變焦透鏡的上述的本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡，其將通過(guò) 該光閥進(jìn)行光調(diào)制后的光所成的光學(xué)像投影至屏幕上。
[0080] 需要說(shuō)明的是，上述"放大側(cè)"是指被投影側(cè)（屏幕側(cè)），在進(jìn)行縮小投影的情況 下，也將屏幕側(cè)稱(chēng)作放大側(cè)。另一方面，上述"縮小側(cè)"是指原圖像顯示區(qū)域側(cè)（光閥側(cè)）， 在進(jìn)行縮小投影的情況下，也將光閥側(cè)稱(chēng)作縮小側(cè)。
[0081] 需要說(shuō)明的是，上述"縮小側(cè)是非遠(yuǎn)心"是指，在考慮匯聚于縮小側(cè)的像面的任意 點(diǎn)的光束的剖面中的上側(cè)的最大光線與下側(cè)的最大光線的角平分線（未圖示）時(shí)，該角平 分線相對(duì)于光軸Z的斜率的絕對(duì)值比3°大的情況。
[0082] 需要說(shuō)明的是，上述"實(shí)質(zhì)上包括"是指，除了作為構(gòu)成要素所列舉的透鏡組以外， 也包括實(shí)質(zhì)上不具有放大率的透鏡、光闌及保護(hù)玻璃等透鏡以外的光學(xué)要素。
[0083] 需要說(shuō)明的是，上述"透鏡組"并不一定由多個(gè)透鏡構(gòu)成，也包括僅由一個(gè)透鏡構(gòu) 成的情況。
[0084] 需要說(shuō)明的是，在透鏡包括非球面的情況，在近軸區(qū)域考慮上述透鏡的面形狀、曲 率半徑、光焦度的符號(hào)。
[0085] 需要說(shuō)明的是，對(duì)于上述"D印"，后截距量使用進(jìn)行空氣換算后的值。
[0086] 實(shí)用新型效果
[0087] 本實(shí)用新型的投影用變焦透鏡采用負(fù)前導(dǎo)型的透鏡組