CN1932575A - 二组变焦距投影透镜及投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种二组变焦距投影透镜，其特征在于从放大侧开始依次配设具有负折射能力的第一透镜组、具有正折射能力的第二透镜组，第二透镜组按前组、后组的顺序从放大侧开始依次配设而成，前组从放大侧开始依次配设两片以上正透镜、一片以上负透镜，后组从放大侧开始依次配设一片以上负透镜、两片以上正透镜，前组的负透镜的一片的凹面朝向放大侧而构成，且后组的负透镜的一片的凹面朝向缩小侧而构成，满足下述条件式，n2i＞1.75，0.8＜D2/f2＜1.2，0.6＜fw/f2＜0.8，n2i：构成第二透镜组内的负透镜的玻璃材料对d线的折射率，D2：第二透镜组的全长，f2：第二透镜组的焦距，fw：透镜全***的广角端的情况下的焦距。由此提供搭载于使用了DMD的投影型显示装置的、小型、广视场角且高性能的二组变焦距投影透镜。

Description

二组变焦距投影透镜及投影型显示装置
技术领域
本发明涉及搭载于投影型显示装置的二组变焦距投影透镜及该投影型显示装置，尤其涉及在光阀中采用DMD(数字微镜装置)的投影装置所使用的投影透镜。
背景技术
近年来，除液晶显示装置以外，使用了DMD显示装置的投影投射装置(投影型显示装置)逐渐被大家了解。DMD根据输入的视频信号，利用能够在10度以上左右的范围改变倾斜度的高反射率的矩形状的微小的镜，控制来自光源的光的反射方向，在屏幕上仅聚焦所希望的反射光，从而可投影该影像。这是通过例如在基板上纵横排列数百万个以上的镜并全部独立进行数字控制而实现，各镜对应于各影像中的一个像素。
另外，DMD与液晶显示装置不同，由于无需使照射光具有偏振性，因此光量的损失少且灰度表现的正确性方面也优异。因此，在使用了具有这样的优点的DMD的投影装置中，要求具有如根据DMD而能够获得鲜明且高精度的投影图像那样具有良好的透镜特性的投影透镜。为了应对这些要求，提出了一种能够在广视场角的情况下进行各像差的修正的投影透镜(参照专利文献1)。
如上所述，作为使用了DMD的投影投射装置用的投影透镜，需要满足该投影仪的特性及要求。因此，首先被要求高性能且小型化，进而当然要求对广视场角的情况下的以色像差或畸变像差为首的各像差的修正也良好。尤其在要求高精细的彩色图像的今日，要求色像差方面也良好的投影透镜。
【专利文献1】特开2004-271668号公报
发明内容
本发明鉴于上述情况而实现，目的在于提供一种二组变焦距投影透镜及投影型显示装置，该投影透镜用于使用了DMD的投影投射装置中，小型、广视场角，且可良好地修正各像差。
本发明的二组变焦距投影透镜，其特征在于，该投影透镜从放大侧开始依次配设：具有负的折射能力的第一透镜组、具有正的折射能力的第二透镜组，所述第二透镜组按前组、后组的顺序从放大侧开始依次配设而成，所述前组从放大侧开始依次配设：由两片以上正透镜构成的组、和由一片以上负透镜构成的组，所述后组从放大侧开始依次配设：由一片以上负透镜构成的组、和由两片以上正透镜构成的组，
进而，所述前组的由负透镜构成的组的一片透镜的凹面朝向放大侧配置，并且所述后组的由负透镜构成的组的一片透镜的凹面朝向缩小侧配置，
该投影透镜满足下述条件式(1)～(3)。
(1)n2i＞1.75
(2)0.8＜D2/f2＜1.2
(3)0.6＜fw/f2＜0.8
其中，
n2i：构成第二透镜组内的负透镜的玻璃材料对d线的折射率(i是该负透镜的透镜编号)，
D2：第二透镜组的全长，
f2：第二透镜组的焦距，
fw：透镜全***的广角端的情况下的焦距
再有，更希望条件式(3)为0.65＜fw/f2＜0.75。
另外，所述第一透镜组构成为从放大侧开始依次配设：正透镜、凸面朝向放大侧的负弯月透镜、负透镜、正透镜及负透镜，并优选满足下述条件式(4)。
(4)0.6＜fw/|f1|＜0.9
其中，f1：第一透镜组的焦距。
另外，所述第一透镜组构成为从放大侧开始依次配设：正透镜、凸面朝向放大侧的负弯月透镜、负透镜及正透镜，也优选满足上述条件式(4)。
进而，本发明的投影型显示装置具备：光源；光阀；将来自该光源的光束导向该光阀的照明光学部；和权利要求1～3中的任一项所述的二组变焦距投影透镜，由所述光阀对来自所述光源的光束进行光调制，通过所述二组变焦距投影透镜投影到屏幕上。
根据本发明的二组变焦距投影透镜，通过将具有负的折射能力的第一透镜组配置在屏幕侧，从而形成负焦距类型，实现广角化。
另外，第二透镜组分成前组和后组，形成在光轴方向对称的结构，使前组的负透镜的凹面朝向放大侧，并且使后组的负透镜的凹面朝向缩小侧，从而形成使这两个的凹面相互反向的透镜配置，能够抑制以色像差及畸变像差为首的各像差。
进而，通过满足规定的条件式(1)～(4)，能够实现小型化且能够使各像差更良好。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的二组变焦距投影透镜的结构的示意图；
图2是表示实施例1的二组变焦距投影透镜的各像差(球面像差、像散、畸变及倍率色像差)的像差图；
图3是表示本发明的实施例2的二组变焦距投影透镜的结构的示意图；
图4是表示实施例2的二组变焦距投影透镜的各像差(球面像差、像散、畸变及倍率色像差)的像差图；
图5是表示本发明的实施例3的二组变焦距投影透镜的结构的示意图；
图6是表示实施例3的二组变焦距投影透镜的各像差(球面像差、像散、畸变及倍率色像差)的像差图；
图7是表示本发明的实施例4的二组变焦距投影透镜的结构的示意图；
图8是表示实施例4的二组变焦距投影透镜的各像差(球面像差、像散、畸变及倍率色像差)的像差图；
图9是使用了本发明的二组变焦距投影透镜的投影型显示装置的概略构成图。
图中：L1～L12-透镜；G1～G2-透镜组；X-光轴；1，103-DMD；2-玻璃罩(滤光片部)；101-光源；102-照明光学***；104-二组变焦距投影透镜；105-屏幕。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明。图1所示的实施方式(将实施例1的方式为代表进行表示)的二组变焦距投影透镜，从放大侧开始依次配设具有负的折射能力的第一透镜组G1、具有正的折射能力的第二透镜组G2、玻璃罩(滤光片部)2及DMD1。再有，图中X表示光轴。
此处，第一透镜组G1构成为从放大侧开始依次为：作为正透镜的第一透镜L1、由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第二透镜L2、作为负透镜的第三透镜L3、作为正透镜的第四透镜L4及作为负透镜的第五透镜L5。另一方面，在第二透镜组G2中，前组构成为从放大侧开始依次为：作为正透镜的第六透镜L6、作为正透镜的第七透镜L7、作为正透镜的第八透镜L8、由凹面朝向放大侧的负透镜构成的第九透镜L9，后组构成为从放大侧开始依次为：由凹面朝向缩小侧的负透镜构成的第十透镜L10、作为正透镜的第十一透镜L11、作为正透镜的第十二透镜L12。
再有，第一透镜组G1代替上述结构还可采用如下的四片透镜结构：从放大侧开始依次为作为正透镜的第一透镜L1、由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第二透镜L2、作为负透镜的第三透镜L3及作为正透镜的第四透镜L4。
另外，第二透镜组G2的透镜结构并非限定于上述的构成，也可再添加一片以上负透镜，或再添加一片以上正透镜。
另外，第二透镜组G2大致对称地配置前组和后组，并使前组的负透镜(第九透镜L9)的凹面朝向放大侧，使后组的负透镜(第十透镜L10)的凹面朝向缩小侧，从而成为相互反向，由此能够抑制发生称作畸变、倍率色像差的轴外像差。
另外，本实施方式的二组变焦距投影透镜通过使第一透镜组G1和第二透镜组G2的两个透镜组移动，从而形成具有可变焦距的结构。此处，从广角端向望远端的变倍时，第一透镜组G1构成为从放大侧向缩小侧连续地移动，第二透镜组G2构成为从缩小侧向放大侧连续地移动。
下面，对上述的条件式(1)～(4)的技术意义进行说明。
上述条件式(1)规定第二透镜组G2内的负透镜的折射率，通过满足该条件式(1)，能够良好地修正球面像差和色像差。
上述条件式(2)用于适当地设定第二透镜组G2内的功率分配。若脱离该条件式(2)的范围，则各像差尤其球面像差会恶化。
上述条件式(3)用于适当地设定透镜***整体的功率分配。若超上限，则由第二透镜组G2产生的像差增大，透镜***整体的像差修正变得困难。另一方面，若低于下限，则由于第一透镜组G1与第二透镜组G2的间隔将变得过大，因此透镜***整体的小型化变得困难。
上述条件式(4)用于适当地设定透镜***整体的功率分配。若超上限，则由第一透镜组G1产生的像差增大，透镜***整体的像差修正变得困难。另一方面，若低于下限，则由于第一透镜组G1与第二透镜组G2的间隔将变得过大，因此透镜***整体的小型化变得困难。
下面，预先对本发明的投影型显示装置的实施方式进行简单地说明。图9是本实施方式的投影型显示装置的概略构成图。
如图9所示，从光源101射出的光束根据未图示的色环(color wheel)按时间序列地选择变换成三原色光(R、G、B)的各光，通过照明光学***102实现在与光束的光轴垂直的截面的光量分布的均匀化，并照射到DMD103上。在该DMD103中，根据入射光的颜色的转换，进行向该色光用的调制转换，通过DMD103适当调制的投影光入射到二组变焦距投影透镜104上，最终到达屏幕105。
再有，图9所示的投影型显示装置表示本发明的一实施方式，可进行各种形式的变更。例如，也可代替设置单个板的DMD，而设为通过相应于各色光的三片DMD同时进行RGB各色的调制。在该情况下，在二组变焦距投影透镜104和DMD103之间配置未图示的色分离/合成棱镜。
【实施例】
以下，利用具体的实施例，进一步说明本发明的二组变焦距投影透镜。
(实施例1)
图1中表示实施例1的二组变焦距投影透镜的概略结构。该二组变焦距投影透镜从放大侧开始依次配设：具有负的折射能力的第一透镜组G1、具有正的折射能力的第二透镜组G2。
此处，第一透镜组G1构成为从放大侧开始依次为：由凸面朝向放大侧的正弯月透镜构成的第一透镜L1、由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第二透镜L2、作为两凹透镜的第三透镜L3、作为两凸透镜的第四透镜L4及作为两凹透镜的第五透镜L5。另一方面，在第二透镜组G2中，前组构成为从放大侧开始依次为：作为两凸透镜的第六透镜L6、作为两凸透镜的第七透镜L7、作为两凸透镜的第八透镜L8、由凹面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第九透镜L9，后组构成为从放大侧开始依次为：作为两凹透镜的第十透镜L10、作为两凸透镜的第十一透镜L11及作为两凸透镜的第十二透镜L12。
设第二透镜组G2为分成前后大致对称的结构，通过前组的第九透镜L9的放大侧凹面、和后组的第十透镜L10的缩小侧凹面，能够抑制发生称作畸变、倍率色像差的轴外像差。
在表1中表示该二组变焦距投影透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的中心厚度及各透镜间的空气间隔(以下，将这些总称为轴上面间隔)D(mm)，各透镜对d线的折射率N及阿贝数v的值。再有，表中的数字表示从放大侧开始的顺序。另外，在表1的中段表示焦距f、后焦点的距离bf、FNo.、视场角2ω的值。
[表1]
  面编号   R   D   Nd   vd
  1234567891011121314151617181920212223242526   67.798948.51852.95618.621-240.24623.73133.142-75.239-53.79184.002142.366-142.366105.192-231.95736.478-137.485-55.930-632.267-369.19333.076137.656-45.94264.041-64.041∞∞   5.640.161.506.301.307.996.001.641.3011.84～2.382.290.202.150.203.710.511.4910.961.500.764.980.202.4033.00～39.833.00   1.729161.799521.729161.805181.755201.772501.806101.516331.846661.805181.729161.696801.48749   54.742.254.725.427.549.640.964.123.825.454.755.570.2
f＝21.20～27.48，bf＝35.44，Fno＝2.38～2.80，2ω＝59.65°～47.37°
  条件式(1)   条件式(2)   条件式(3)   条件式(4)
  n24＝1.84666n25＝1.80518   1.026   0.694   0.738
另外，根据实施例1的二组变焦距投影透镜，如表1的下段所示，满足条件式(1)～(4)。再有，透镜***的全长(从第一透镜L1的物体侧的面到最后透镜的像侧的面的距离：以下相同)设为75.0mm。
图2是表示实施例1的二组变焦距投影透镜的球面像差、像散、畸变及倍率色像差的像差图。再有，在像散图中表示对于弧矢像面及子午像面的像差。在这些像差图中h表示像高。
如从这些像差图可以明确，根据实施例1的二组变焦距投影透镜，能够极良好地修正各像差、尤其是倍率色像差。
(实施例2)
图3中表示实施例2的二组变焦距投影透镜的概略结构。在本实施例中，对与实施例1重复的说明进行省略。
实施例2的二组变焦距投影透镜的结构若与实施例1的结构比较，则第二透镜组G2的结构不同。具体地说，不同之处在于，该第二透镜组G2的前组的最靠近放大侧的透镜设为由凹面朝向放大侧的正弯月透镜构成的第六透镜L6。
设第二透镜组G2为分成前后大致对称的结构，通过前组的第九透镜L9的放大侧凹面、和后组的第十透镜L10的缩小侧凹面，能够抑制发生称作畸变、倍率色像差的轴外像差。
在表2中表示该二组变焦距投影透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的中心厚度及各透镜间的空气间隔D(mm)，各透镜对d线的折射率N及阿贝数v的值。再有，表中的数字表示从放大侧开始的顺序。另外，在表2的中段表示焦距f、后焦点的距离bf、FNo.、视场角2ω的值。
[表2]
  面编号   R   D   Nd   vd
  1234567891011121314151617181920212223242526   74.336831.59339.81414.811-91.27325.63531.826-275.807-77.6391421.383-748.693-66.41674.493-2736.30245.232-76.845-45.186-245.645-79.87739.608208.768-33.03757.598-56.430∞∞   3.570.201.445.651.265.184.530.581.268.23～1.962.150.202.150.803.060.391.0912.492.750.642.710.202.5333.00～37.663.00   1.772501.806101.713001.805181.755201.772501.801001.563841.846661.805181.713001.696801.48749   49.640.953.925.427.54***.060.723.825.453.955.570.2
f＝21.15～25.33，bf＝35.44，Fno＝2.38～2.67，2ω＝55.93°～47.32°
  条件式(1)   条件式(2)   条件式(3)   条件式(4)
  n24＝1.84666n25＝1.80518   1.054   0.716   0.780
另外，根据实施例2的二组变焦距投影透镜，如表2的下段所示，满足条件式(1)～(4)。再有，透镜***的全长设为63.0mm。
图4是表示实施例2的二组变焦距投影透镜的球面像差、像散、畸变及倍率色像差的像差图。再有，在像散图中表示对于弧矢像面及子午像面的像差。在这些像差图中h表示像高。
如从这些像差图可以明确，根据实施例2的二组变焦距投影透镜，能够极良好地修正各像差、尤其是倍率色像差。
(实施例3)
图5中表示实施例3的二组变焦距投影透镜的概略结构。在本实施例中，对与实施例1重复的说明进行省略。
实施例3的二组变焦距投影透镜的结构若与实施例1的结构比较，则第二透镜组G2的结构不同。尤其是，第二透镜组G2的前组的透镜片数在实施例1中为四片结构，相对于此，在本实施例中设为三片结构。该第二透镜组G2的前组的具体的结构为从放大侧开始依次为：作为两凸透镜的第六透镜L6、作为两凸透镜的第七透镜L7、由凹面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第八透镜L8，后组的具体的构成为从放大侧开始依次为：作为两凹透镜的第九透镜L9、作为两凸透镜的第十透镜L10及作为两凸透镜的第十一透镜L11。
设第二透镜组G2为分成前后大致对称的结构，通过前组的第八透镜L8的放大侧凹面、和后组的第九透镜L9的缩小侧凹面，能够抑制发生称作畸变、倍率色像差的轴外像差。
在表3中表示该二组变焦距投影透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的中心厚度及各透镜间的空气间隔D(mm)，各透镜对d线的折射率N及阿贝数v的值。再有，表中的数字表示从放大侧开始的顺序。另外，在表3的中段表示焦距f、后焦点的距离bf、FNo.、视场角2ω的值。
[表3]
  面编号   R   D   Nd   vd
  123456789101112131415161718192021222324   57.945365.32140.96014.890-79.41624.95529.843-51.579-40.481143.804169.932-55.26736.061-97.685-41.961-152.983-70.17739.554222.909-33.04352.153-52.153∞∞   3.970.201.606.041.264.696.220.351.267.99～1.992.800.773.240.581.2012.592.100.662.700.202.6433.00～37.653.00   1.772501.834001.713001.805181.755201.806101.568831.846661.805181.713001.696801.48749   49.637.253.925.427.540.956.323.825.453.955.570.2
f＝21.20～25.39，bf＝35.44，Fno＝2.38～2.67，2ω＝55.55°～47.19°
  条件式(1)   条件式(2)   条件式(3)   条件式(4)
  n23＝1.84666n24＝1.80518   1.019   0.733   0.796
另外，根据实施例3的二组变焦距投影透镜，如表3的下段所示，满足条件式(1)～(4)。再有，透镜***的全长设为63.0mm。
图6是表示实施例3的二组变焦距投影透镜的球面像差、像散、畸变及倍率色像差的像差图。再有，在像散图中表示对于弧矢像面及子午像面的像差。在这些像差图中h表示像高。
如从这些像差图可以明确，根据实施例3的二组变焦距投影透镜，能够极良好地修正各像差、尤其是倍率色像差。
(实施例4)
图7中表示实施例4的二组变焦距投影透镜的概略结构。在本实施例中，对与实施例1重复的说明进行省略。
实施例4的二组变焦距投影透镜的结构若与实施例1的结构比较，则第一透镜组G1、第二透镜组G2的结构均不同。尤其是，第一透镜组G1的透镜片数在实施例1中为五片结构，相对于此，在本实施例中设为四片结构。进而，第二透镜组G2的前组的透镜片数在实施例1中为四片结构，相对于此，在本实施例中设为三片结构。此处，第一透镜组G1的具体的结构为从放大侧开始依次为：作为两凸透镜的第一透镜L1、由凸面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第二透镜L2、作为两凹透镜的第三透镜L3及由凸面朝向放大侧的正弯月透镜构成的第四透镜L4。另一方面，在第二透镜组G2中，前组的具体的结构为从放大侧开始依次为：作为两凸透镜的第五透镜L5、作为两凸透镜的第六透镜L6、由凹面朝向放大侧的负弯月透镜构成的第七透镜L7，后组的具体的构成为从放大侧开始依次为：作为两凹透镜的第八透镜L8、作为两凸透镜的第九透镜L9及作为两凸透镜的第十透镜L10。
设第二透镜组G2为分成前后大致对称的结构，通过前组的第七透镜L7的放大侧凹面、和后组的第八透镜L8的缩小侧凹面，能够抑制发生称作畸变、倍率色像差的轴外像差。
在表4中表示该二组变焦距投影透镜的各透镜面的曲率半径R(mm)、各透镜的中心厚度及各透镜间的空气间隔D(mm)，各透镜对d线的折射率N及阿贝数v的值。再有，表中的数字表示从放大侧开始的顺序。另外，在表4的中段表示焦距f、后焦点的距离bf、FNo.、视场角2ω的值。
[表4]
面编号 R D Nd vd
  12345678910111213141516171819202122   151.190-392.95743.13016.590-118.62724.95435.081148.96383.681-83.68135.068-126.972-46.068-278.791-87.24036.812158.330-33.38558.777-58.777∞∞   3.010.451.605.101.266.944.509.12～2.002.794.193.150.511.0612.250.990.662.750.202.4933.00～37.543.00   1.772501.834001.713001.805181.806101.568831.846661.805181.713001.696801.48749   49.637.253.925.440.956.323.825.453.955.570.2
f＝21.20～25.39，bf＝35.44，Fno＝2.41～2.67，2ω＝55.57°～47.22°
  条件式(1)   条件式(2)   条件式(3)   条件式(4)
  n23＝1.84666n24＝1.80518   0.997   0.681   0.721
另外，根据实施例4的二组变焦距投影透镜，如表4的下段所示，满足条件式(1)～(4)。再有，透镜***的全长设为63.0mm。
图8是表示实施例4的二组变焦距投影透镜的球面像差、像散、畸变及倍率色像差的像差图。再有，在像散图中表示对于弧矢像面及子午像面的像差。在这些像差图中h表示像高。
如从这些像差图可以明确，根据实施例4的二组变焦距投影透镜，能够极良好地修正各像差、尤其是倍率色像差。

Claims (4)

1.一种二组变焦距投影透镜，其特征在于，
该投影透镜从放大侧开始依次配设：具有负的折射能力的第一透镜组、和具有正的折射能力的第二透镜组，所述第二透镜组按前组、后组的顺序从放大侧开始依次配设而成，所述前组从放大侧开始依次配设：由两片以上正透镜构成的组、和由一片以上负透镜构成的组，所述后组从放大侧开始依次配设：由一片以上负透镜构成的组、和由两片以上正透镜构成的组，
进而，所述前组的由负透镜构成的组的一片透镜的凹面朝向放大侧配置，并且所述后组的由负透镜构成的组的一片透镜的凹面朝向缩小侧配置，
该投影透镜满足下述条件式(1)～(3)，
(1)n2i＞1.75
(2)0.8＜D2/f2＜1.2
(3)0.6＜fw/f2＜0.8
其中，
n2i：构成第二透镜组内的负透镜的玻璃材料对d线的折射率(i是该负透镜的透镜编号)，
D2：第二透镜组的全长，
f2：第二透镜组的焦距，
fw：透镜全***的广角端的情况下的焦距。
2.根据权利要求1所述的二组变焦距投影透镜，其特征在于，
所述第一透镜组构成为从放大侧开始依次配设：正透镜、凸面朝向放大侧的负弯月透镜、负透镜、正透镜及负透镜，并满足下述条件式(4)，
(4)0.6＜fw/|f1|＜0.9
其中，f1：第一透镜组的焦距。
3.根据权利要求1所述的二组变焦距投影透镜，其特征在于，
所述第一透镜组构成为从放大侧开始依次配设：正透镜、凸面朝向放大侧的负弯月透镜、负透镜及正透镜，并满足下述条件式(4)，
(4)0.6＜fw/|f1|＜0.9
其中，f1：第一透镜组的焦距。
4.一种投影型显示装置，其特征在于，
具备：光源；光阀；将来自该光源的光束导向该光阀的照明光学部；和权利要求1～3中的任一项所述的二组变焦距投影透镜，由所述光阀对来自所述光源的光束进行光调制，通过所述二组变焦距投影透镜投影到屏幕上。
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