CN207133496U - 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缩小侧为远心且小型、广视角且高性能的变焦透镜、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。变焦透镜为形成中间像(MI)的透镜***，且从放大侧依次包括变倍时固定的第1透镜组(G1)、变倍时移动的多个移动透镜组及变倍时固定且正的最终透镜组(Ge)。2个以上的移动透镜组位于比中间像(MI)靠缩小侧的位置。比中间像(MI)靠缩小侧的透镜***从放大侧依次包括前组(Cra)及后组(Crb)。满足与后组(Crb)相关的规定条件式(1)及(2)。

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，将显示于液晶显示元件或DMD(数字微镜设备(Digital Micromirr orDevice)：注册商标)等光阀的图像放大投射在屏幕上等的投射型显示装置(也称为投影仪)被广泛使用。尤其，通常使用采用如下结构的投射型显示装置：使用3个该光阀，并使其分别与红、绿、蓝3原色照明光对应，通过彩色合成用棱镜等合成被各光阀调制的光，经由投射用透镜投射图像。
近年来，受到光阀性能提高的影响，与光阀并用的投射用透镜中要求进行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，存在优选具有变倍功能的投射用透镜的趋势。
作为可适用于投射型显示装置且具有变倍功能的透镜***，例如提出有下述专利文献1～3中所记载的透镜***。专利文献1～3中记载有在透镜***内部形成中间像并再次成像该中间像的透镜***。
专利文献1：日本特开2015-179270号公报
专利文献2：日本特开2015-152890号公报
专利文献3：日本特开2014-29392号公报
彩色合成棱镜根据入射光的角度其分光特性发生变化，因此与彩色合成棱镜组合使用的投射用透镜中，要求将缩小侧设为入射侧时的入射光瞳位于充分远方这样的特性，即要求具有缩小侧的远心性。
而且，最近逐渐要求以更短的投射距离获得更大的画面尺寸，并且，使用投射型显示装置而在大厅或展览会等中以大画面投射的场面逐渐增加。鉴于这种情况，逐渐要求更广视角的变焦透镜。除了上述要求以外，投射用透镜中还要求结构紧凑。
然而，专利文献1中所记载的透镜***的缩小侧未构成为远心。认为，若在专利文献1中所记载的透镜***的延长线上欲实现缩小侧为远心的结构，则难以抑制透镜总长度。专利文献2、3中所记载的具有变倍功能的透镜***若要满足最近的要求，则其视角还不充分。
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保持缩小侧的远心性并且构成为小型、广视角且具有良好光学性能的变焦透镜、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，从放大侧依次包括变倍时相对于缩小侧成像面被固定的第1透镜组、变倍时改变与相邻的透镜组之间的光轴方向的间隔而移动的多个移动透镜组、及变倍时相对于缩小侧成像面被固定且整体上具有正屈光力的最终透镜组，广角端处至少2个移动透镜组位于比中间像靠缩小侧的位置，比中间像靠缩小侧的透镜***从放大侧依次包括前组及后组，后组为广角端处本身的放大侧焦点位置位于比本身的最靠放大侧的透镜面靠放大侧的组中所包括的透镜片数成为最大的组，并且满足下述条件式(1)及(2)。
0.05＜|fw|/frb＜0.25 (1)
1＜Drv/Imφ＜3 (2)
其中，
fw：广角端处的整个***的焦距；
frb：广角端处的后组的焦距；
Drv：广角端处的从前组的最靠缩小侧的透镜面至后组的最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
Imφ：缩小侧的有效像圆直径。
在本实用新型的变焦透镜中，优选满足下述条件式(1-2)及(2-1)中的至少一个。
0.1＜|fw|/frb＜0.2 (1-2)
1.4＜Drv/Imφ＜2.5 (2-1)
在本实用新型的变焦透镜中，优选多个移动透镜组中2个移动透镜组分别具有正屈光力。
在本实用新型的变焦透镜中，优选广角端处比中间像靠缩小侧的透镜***整体上具有负屈光力。
在本实用新型的变焦透镜中，优选满足下述条件式(3)，更优选满足下述条件式(3-2)。
0.2＜|hmxr/(Imφ/2)|＜1 (3)
0.3＜|hmxr/(Imφ/2)|＜0.6 (3-2)
其中，
hmxr：使广角端处与光轴平行且离光轴的高度为|fw|的光线从缩小侧向变焦透镜入射时的、比中间像靠缩小侧的透镜面中的最大光线高度；
Imφ：缩小侧的有效像圆直径。
在本实用新型的变焦透镜中优选，满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-2)。
0.8＜|fw/fp|＜1.2 (4)
0.9＜|fw/fp|＜1.15 (4-2)
其中，
fw：广角端处的整个***的焦距；
fp：广角端处的比中间像靠放大侧的透镜***的焦距。
在本实用新型的变焦透镜中，优选广角端处中间像位于移动透镜组的内部。当中间像位于移动透镜组的内部时，第1透镜组优选整体上具有负屈光力。并且，当中间像位于移动透镜组的内部时，优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式(5-1)。
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.1 (5)
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.05 (5-1)
其中，
Daw：广角端处的从中间像至在光轴上与中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离；
Dat：长焦端处的从中间像至在光轴上与中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离；
fw：广角端处的整个***的焦距。
在本实用新型的变焦透镜中，优选广角端处在光轴上与中间像最近的缩小侧的透镜为正透镜。在该情况下，该正透镜的放大侧的面优选为凹面。并且，在该情况下，关于该正透镜，优选满足下述条件式(6)，更优选满足下述条件式(6-2)。
1.7＜Ndr1＜2.2 (6)
1.8＜Ndr1＜2.2 (6-2)
其中，
Ndr1：上述正透镜的与d线相关的折射率。
本实用新型的投射型显示装置具备光源、供来自该光源的光入射的光阀、及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的上述本实用新型的变焦透镜。
本实用新型的摄像装置具备本实用新型的变焦透镜。
另外，当本实用新型的变焦透镜适用于投射型显示装置时，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”表示原图像显示区域侧(光阀侧)，方便起见当缩小投射时将光阀侧也称为缩小侧。
另外，上述“包括～”表示实质上包括的意思，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部件、光圈、掩膜、盖玻璃和/或滤光片等透镜以外的光学要件等。
另外，上述“～透镜组”、“前组”、“后组”及“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。关于上述透镜组的屈光力的符号及上述透镜的屈光力的符号，对包括非球面的透镜组设为在近轴区域中考虑。上述条件式为与d线(波长587.6nm)相关的条件式。
实用新型效果
根据本实用新型，在形成中间像且从放大侧依次包括变倍时被固定的第1透镜组、变倍时移动的多个移动透镜组、及变倍时被固定的正的最终透镜组的变焦透镜中，适当设定比中间像靠缩小侧的结构，且以满足规定条件式的方式构成，因此能够提供一种保持缩小侧的远心性并且构成为小型、广视角且具有良好光学性能的变焦透镜、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。
附图说明
图1是表示本实用新型的实施例1的变焦透镜的结构及光路的剖视图。
图2是用于说明条件式(3)的hmxr的图。
图3是表示本实用新型的实施例2的变焦透镜的结构及光路的剖视图。
图4是表示本实用新型的实施例3的变焦透镜的结构及光路的剖视图。
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是本实用新型的一实施方式所涉及的投射型显示装置的概略结构图。
图9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12是图11所示的摄像装置的背面侧的立体图。
符号说明
5-光线，10、49、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，100、200、300-投射型显示装置，105、205、305-屏幕，400-相机，Cp-投射部，Cr-中继部，Cra-前组，Crb-后组，G1-第1透镜组，G2-第2透镜组，G3-第3透镜组，G4-第4透镜组，G5-第5透镜组，Ge-最终透镜组，L1a～L1l、L2a～L2f、L3a～L3e、L4a～L4e、L5a-透镜，MI-中间像，PP-光学部件，Scr-屏幕，Sim-图像显示面，wa-轴上光束，wb-中间视角的光束，wc-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广角端处的结构的剖视图。图1所示的结构例与后述的实施例1相对应。在图1中，左侧为放大侧，右侧为缩小侧。并且，图1中还一并示出了轴上光束wa、中间视角的光束wb及最大视角的光束wc。
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的情况而在图1中也图示了屏幕Scr、假设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。在图1的例子中，图像显示面Sim与缩小侧成像面相对应，屏幕Scr与放大侧成像面相对应。
另外，在图1中，示出了光学部件PP的缩小侧的面的位置与图像显示面Sim的位置一致的例子，但并不一定限定于此。并且，在图1中为了简化图而仅示出了1片图像显示面Sim，但在投射型显示装置中，也可以以如下方式构成：将来自光源的光束通过色分离光学***分离成3原色，配设用于各原色的3个光阀，以能够显示全色图像。
该变焦透镜沿光轴Z从放大侧依次包括变倍时相对于缩小侧成像面被固定的第1透镜组G1、变倍时改变与相邻的透镜组之间的光轴方向的间隔而移动的多个移动透镜组、及变倍时相对于缩小侧成像面被固定且整体上具有正屈光力的最终透镜组Ge。
通过最靠放大侧的第1透镜组G1在变倍时被固定，能够小径化移动透镜组的透镜。通过最靠缩小侧的最终透镜组Ge具有正屈光力，容易将缩小侧构成为远心。并且，通过该最终透镜组Ge在变倍时被固定，即使进行变倍也容易将缩小侧保持为远心。
图1所示的例子的变焦透镜沿光轴Z从放大侧依次包括第1透镜组G1、第2透镜组G2、第3透镜组G3、第4透镜组G4及第5透镜组G5。在进行变倍时，第1透镜组G1及第5透镜组G5相对于图像显示面Sim被固定，第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4改变光轴方向的相互间隔而移动。即，图1所示的例子中，第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4这3个透镜组分别与移动透镜组相对应，第5透镜组G5与最终透镜组Ge相对应。在图1中，分别在第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4的下方，记入有示意地表示从广角端向长焦端变倍时的各透镜组的移动方向的箭头。另外，也可以将变焦透镜所具有的移动透镜组的数量设为与图1所示的例子不同的数量，例如，也可以如后述的实施例所示那样为2个。
图1所示的例子中，第1透镜组G1从放大侧依次包括透镜L1a～透镜L1f这6片透镜，第2透镜组G2从放大侧依次包括透镜L2a～透镜L2f这6片透镜，第3透镜组G3从放大侧依次包括透镜L3a～透镜L3b这2片透镜，第4透镜组G4从放大侧依次包括透镜L4a～透镜L4e这5片透镜，第5透镜组G5仅包括透镜L5a这1片透镜。另外，各透镜组也可以由与图1所示的例子不同的片数的透镜构成。
并且，该变焦透镜在与缩小侧成像面共轭的位置形成中间像MI，并将该中间像MI再次成像于放大侧成像面。中间像MI形成于变焦透镜的内部。另外，在图1中，中间像MI以点线仅示出了包括光轴附近的一部分。
若着眼于中间像MI，则能够认为该变焦透镜包括隔着中间像MI的2个部分。以下，将比中间像MI靠放大侧的光学***称为投射部Cp，将比中间像MI靠缩小侧的光学***称为中继部Cr。即，该变焦透镜从放大侧依次包括投射部Cp及中继部Cr。这些称为投射部Cp及中继部Cr的名称是着眼于中间像的结构上的名称，上述的称为第1透镜组G1～第5透镜组G5的名称是着眼于变倍的结构上的名称。以下，适当使用这些名称并进行说明。
当该变焦透镜适用于投射型显示装置时，由中继部Cr一次成像与图像显示面Sim所显示的图像共轭的中间像MI，由投射部Cp将与该中间像MI共轭的最终像投射在屏幕Scr上而进行二次成像。
不形成中间像的方式的变焦透镜中，若要缩短焦距来进行广视角化，则无论怎样放大侧的透镜都会过度变大，但如本实施方式，形成中间像的方式的变焦透镜中，能够缩短比中间像MI靠放大侧的透镜***的后焦距，因此可缩小比中间像MI靠放大侧的透镜***的放大侧的透镜直径，从而适合于缩短焦距来进行广视角化。
例如，在图1的例子中，中间像MI位于透镜L2e与透镜L2f之间，投射部Cp包括透镜L1a～透镜L1f及透镜L2a～透镜L2e，中继部Cr包括透镜L2f、透镜L3a～透镜L3b、透镜L4a～透镜L4e及透镜L5a。
在图1的例子中，广角端处中间像MI位于移动透镜组的内部。当如此设定时，容易抑制像面弯曲的变动而实现小型化。当中间像MI位于透镜组的内部时，中间像MI优选在整个变倍区域位于同一透镜组内。若中间像MI位于透镜表面，则在适用于投射型显示装置时，该透镜表面的划痕和/或灰尘将会与最终像一同投射在屏幕Scr上。为了降低这种情况发生的可能性，中间像MI优选以在整个变倍区域位于同一透镜组内的方式构成。另外，可以将中间像MI的位置设在与图1的例子不同的位置。如后述的实施例所示，中间像MI也可以位于第1透镜组G1的内部。或者，中间像MI也可以位于变倍时间隔发生变化的透镜组之间。
该变焦透镜以广角端处至少2个移动透镜组位于比中间像MI靠缩小侧的方式构成。如此，以广角端处中继部Cr至少包括2个移动透镜组的方式构成，由此能够减轻投射部Cp的变倍作用的负担，从而容易广视角化。
变焦透镜所具有的多个移动透镜组中的2个移动透镜组优选分别具有正屈光力。当如此设定时，容易缩小中间像MI的直径(离光轴的高度)，因此将放大侧的透镜直径保持为较小，并且容易广视角化。更优选以从最靠缩小侧依次连续具有变倍时被固定的具有正屈光力的最终透镜组Ge及2个具有正屈光力的移动透镜组的方式构成，当如此设定时，容易将变倍时的移动透镜组的移动范围限定为较小，因此即抑制中继部Cr的光轴方向的长度，并且整个***的广视角化也变得容易。
广角端处中继部Cr优选整体上具有负屈光力。当如此设定时，可缩小投射部Cp的放大侧的透镜直径。
中继部Cr以从放大侧依次包括前组Cra及以下叙述的后组Crb的方式构成。后组Crb为包括最靠缩小侧的透镜的中继部Cr内的透镜组，且广角端处本身的放大侧焦点位置位于比本身的最靠放大侧的透镜面靠放大侧的组中所包括的透镜片数成为最大的组。中继部Cr中可能会存在多个符合包括最靠缩小侧的透镜且本身的放大侧焦点位置位于比本身的最靠放大侧的透镜面靠放大侧这一条件的组。例如，在图1的例子中，仅包括透镜L5a的组、包括透镜L4e及透镜L5a的组、及包括透镜L4c～L4e及透镜L5a的组符合该条件。这3个组中，所包括的透镜片数成为最大的组为包括透镜L4c～L4e及透镜L5a的组。因此图1的例子的后组Crb成为包括透镜L4c～L4e及透镜L5a这4片透镜的组。而且，前组Cra成为包括透镜L2f、透镜L3a～透镜L3b及透镜L4a～L4b这5片透镜的组。
若如上述那样规定后组Crb而在中继部Cr中对前组Cra及后组Crb进行分组，则轴外光束的主光线与光轴Z交叉的位置将位于前组Cra与后组Crb之间或其附近。如图1所示的例子，当变焦透镜的缩小侧构成为远心时，光瞳位置将配置于前组Cra与后组Crb之间或其附近。
该变焦透镜以满足下述条件式(1)及(2)的方式构成。
0.05＜|fw|/frb＜0.25 (1)
1＜Drv/Imφ＜3 (2)
其中，
fw：广角端处的整个***的焦距；
frb：广角端处的后组的焦距；
Drv：广角端处的从前组的最靠缩小侧的透镜面至后组的最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
Imφ：缩小侧的有效像圆直径。
通过设成不成为条件式(1)的下限以下，能够抑制中继部Cr的透镜总长度。通过设成不成为条件式(1)的上限以上，能够防止从缩小侧向变焦透镜以远心状态入射的主光线从后组Crb射出时的该射出光与光轴Z之间的角度变大。由此，容易缩小前组Cra的透镜直径，其结果，容易保持所需的较小的F值及所需的较大的视角，并且也容易缩小放大侧的透镜直径。
若要获得与条件式(1)的上限相关的效果，并且提高与条件式(1)的下限相关的效果，则优选满足下述条件式(1-1)。若要提高与条件式(1)相关的效果，则更优选满足下述条件式(1-2)。
0.1＜|fw|/frb＜0.25 (1-1)
0.1＜|fw|/frb＜0.2 (1-2)
通过设成不成为条件式(2)的下限以下，容易缩小中间像MI的放大侧附近及缩小侧附近的透镜直径。通过设成不成为条件式(2)的上限以上，能够在缩小侧构成为远心的光学***中抑制透镜总长度。
若要提高与条件式(2)相关的效果，则优选满足下述条件式(2-1)，更优选满足下述条件式(2-2)。
1.4＜Drv/Imφ＜2.5 (2-1)
1.55＜Drv/Imφ＜1.8 (2-2)
并且，该变焦透镜优选满足下述条件式(3)。
0.2＜|hmxr/(Imφ/2)|＜1 (3)
其中，
hmxr：使广角端处与光轴平行且离光轴的高度为|fw|的光线从缩小侧向变焦透镜入射时的、比中间像靠缩小侧的透镜面中的最大光线高度；
Imφ：缩小侧的有效像圆直径。
图2是表示图1所示的变焦透镜的中继部Cr及光学部件PP部分的图。在图2中例示了使广角端处与光轴平行且离光轴的高度为|fw|的光线5从变焦透镜的缩小侧向放大侧入射时的hmxr。在图2所示的例子中，透镜L2f的缩小侧的面中的光线高度成为hmxr。
通过设成不成为条件式(3)的下限以下，能够防止中继部Cr的中继倍率过度变小，并能够减轻投射部Cp所担负的倍率及性能的负担，因此容易在整个***中获得良好的性能。通过设成不成为条件式(3)的上限以上，容易缩小中继部Cr的透镜直径。
若要获得与条件式(3)的下限相关的效果，并且提高与条件式(3)的上限相关的效果，则优选满足下述条件式(3-1)。若要提高与条件式(3)相关的效果，则更优选满足下述条件式(3-2)。
0.2＜|hmxr/(Imφ/2)|＜0.6 (3-1)
0.3＜|hmxr/(Imφ/2)|＜0.6 (3-2)
并且，该变焦透镜优选满足下述条件式(4)。
0.8＜|fw/fp|＜1.2 (4)
其中，
fp：广角端处的比中间像靠放大侧的透镜***的焦距；
fw：广角端处的整个***的焦距。
上述fp为广角端处的投射部Cp的焦距。通过设成不成为条件式(4)的下限以下，能够将投射部Cp的放大倍率抑制为较低，因此容易将各像差，尤其容易将倍率色差抑制在实用上不会成为问题的量为止。通过设成不成为条件式(4)的上限以上，能够使投射部Cp的缩小侧的透镜直径小于中继部Cr的放大侧的透镜直径，因此即使是F值较小且广视角的光学***也容易将整体的透镜直径抑制为较小。
若要获得与条件式(4)的上限相关的效果，并且提高与条件式(4)的下限相关的效果，则优选满足下述条件式(4-1)。若要提高与条件式(4)相关的效果，则更优选满足下述条件式(4-2)。
0.85＜|fw/fp|＜1.2 (4-1)
0.9＜|fw/fp|＜1.15 (4-2)
另外，当中间像MI位于移动透镜组的内部时，优选满足下述条件式(5)。
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.1 (5)
其中，
Daw：广角端处的从中间像至在光轴上与中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离；
Dat：长焦端处的从中间像至在光轴上与中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离；
fw：广角端处的整个***的焦距。
条件式(5)的(Daw-Dat)为从投射部Cp的最靠缩小侧的透镜至中间像MI的距离因变倍而发生变化的量。通过设成不成为条件式(5)的上限以上，即使进行变倍也能够设为中间像MI与投射部Cp的位置关系几乎不发生变化的结构，因此容易抑制像面弯曲的变动。
若要提高与条件式(5)相关的效果，则优选满足下述条件式(5-1)。
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.05 (5-1)
当中间像MI位于移动透镜组的内部时，第1透镜组G1优选整体上具有负屈光力。当如此设定时，抑制由变倍引起的像面弯曲的变化，并且容易进行广视角化。
并且，该变焦透镜优选广角端处在光轴上与中间像MI最近的缩小侧的透镜为正透镜。即，优选在中继部Cr的最靠放大侧配置有正透镜。当如此设定时，能够缩小中继部Cr的透镜直径。
当在中继部Cr的最靠放大侧配置有正透镜时，该正透镜的放大侧的面优选为凹面。当如此设定时，容易校正像面弯曲。
并且，当在中继部Cr的最靠放大侧配置有正透镜时，关于该正透镜优选满足下述条件式(6)。
1.7＜Ndr1＜2.2 (6)
其中，
Ndr1：中继部的最靠放大侧的正透镜的与d线相关的折射率。
通过设成不成为条件式(6)的下限以下，容易校正像面弯曲。通过设成不成为条件式(6)的上限以上，在透射率及成本方面有利。
若要获得与条件式(6)的上限相关的效果，并且提高与条件式(6)的下限相关的效果，则优选满足下述条件式(6-1)，更优选满足下述条件式(6-2)。
1.75＜Ndr1＜2.2 (6-1)
1.8＜Ndr1＜2.2 (6-2)
另外，该变焦透镜的所有透镜的与d线相关的折射率优选小于2.2。
上述的优选结构及可能的结构可任意组合，优选根据所要求的规格适当地选择采用。根据本实施方式，可实现将缩小侧构成为远心并且构成为小型、广视角且具有良好光学性能的变焦透镜。另外，在此所说的“广视角”表示广角端处全视角大于120°。
接着，对本实用新型的变焦透镜的数值实施例进行说明。
[实施例1]
实施例1的变焦透镜的透镜结构如图1所示，其结构及图示方法如上所述，因此在此省略一部分重复说明。实施例1的变焦透镜从放大侧依次包括第1透镜组G1、第2透镜组G2、第3透镜组G3、第4透镜组G4及第5透镜组G5。变倍时第1透镜组G1及第5透镜组G5被固定，第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4移动。在第2透镜组G2的内部形成中间像MI。
将实施例1的变焦透镜的基本透镜数据示于表1中，将各种数据示于表2中，将非球面系数示于表3中。在表1的Si栏中示出以将最靠放大侧的构成要件的放大侧的面设为第1个而随着向缩小侧依次增加的方式对构成要件的面标注面编号时的第i个(i＝1、2、3、……)面编号，在Ri栏中示出第i个面的曲率半径，在Di栏中示出第i个面与第i+1个面的光轴上的面间隔。在表1的Ndj栏中示出将最靠放大侧的构成要件设为第1个而随着向缩小侧依次增加的第j个(j＝1、2、3、……)构成要件的与d线(波长587.6nm)相关的折射率，在νdj栏中示出第j个构成要件的d线基准的色散系数。
在此，关于曲率半径的符号，将凸面朝向放大侧的面形状的符号设为正，将凸面朝向缩小侧的面形状的符号设为负。在表1中还一并示出了光学部件P P。在表1中，关于变倍时发生变化的可变面间隔，使用DD[]这一记号，并在[]中标记该间隔的放大侧的面编号而记录在Di栏中。
在表2的框内以d线基准表示整个***的焦距的绝对值|f|、放大倍率β、F值FNo.、最大全视角2ω及可变面间隔的值。2ω栏的(°)表示单位为度。在表2中，将广角端状态的各值示于标记为WIDE的栏中，将长焦端状态的各值示于标记为TELE的栏中。在表2的框外下方示出从放大侧成像面至最靠放大侧的透镜面的光轴上的距离D(Scr～S1)及从光学部件PP的缩小侧的面至缩小侧成像面的距离D(S38～Sim)的值。
在表1中，在非球面的面编号上标有*记号，在非球面的曲率半径栏中记载有近轴曲率半径的数值。在表3中示出实施例1的各非球面的非球面系数。表3的非球面系数的数值的“E±n”(n：整数)表示“×10±n”。非球面系数为由下式表示的非球面式中的各系数KA、Am(m＝3、4、5、……20，或者m＝4、6、8、10)的值。
[数式1]
其中，
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(从光轴至透镜面的距离)；
C：近轴曲率；
KA、Am：非球面系数。
各表的数据中，作为角度的单位使用度，作为长度的单位使用mm，但光学***既可以放大比例也可以缩小比例来使用，因此还能够使用其他适当的单位。并且，在以下所示的各表中记载有以规定位数舍入的数值。
[表1]
实施例1
Si Ri Di Ndj νdj
*1 -4.3018 2.6651 1.53158 55.08
*2 -6.5115 5.1726
3 54.4074 1.7247 1.69680 55.53
4 15.3800 5.0295
*5 49.8134 1.2421 1.80400 46.58
6 11.4728 10.2287
7 -14.9695 1.7357 1.59282 68.62
8 -29.4133 0.9579
9 -216.2969 5.4433 1.83481 42.72
10 -49.5437 1.7247
11 141.3794 8.1635 1.90366 31.31
12 -97.8638 DD[12]
13 42.4386 11.3792 1.49700 81.54
14 -38.3410 11.8726
15 17.8198 10.3510 1.59282 68.62
16 -24.4391 0.9317 1.80518 25.46
17 23.2331 6.5323 1.49700 81.54
18 -36.5216 1.8000
*19 19.9504 3.1375 1.49100 57.58
*20 26.4419 27.4815
*21 -41.0636 7.3389 1.83400 37.16
22 -21.7501 DD[22]
23 65.7787 8.5029 1.83481 42.72
24 -27.8165 1.4490 1.84666 23.78
25 -70.8402 DD[25]
26 43.8585 1.0346 1.89286 20.36
27 16.3002 1.2182
28 29.0314 2.8237 1.90366 31.31
29 -128.8598 8.9215
30 -26.6875 0.6903 1.84666 23.78
31 21.6047 13.1872 1.59282 68.62
32 -64.7987 2.0672
33 174.4992 5.6141 1.49700 81.54
34 -22.8012 DD[35]
35 81.4910 2.7250 1.89286 20.36
36 -106.1259 12.5215
37 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
38 ∞
[表2]
实施例1
[表3]
实施例1
图5中从左依次表示实施例1的变焦透镜的球面像差、像散、畸变像差(畸变)及倍率色差(倍率的色差)的各像差图。在图5中，在标注有WIDE的上段示出广角端状态的各像差图，在标注有TELE的下段示出长焦端状态的各像差图。在球面像差图中，将与d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3n m)及F线(波长486.1nm)相关的像差分别以实线、长虚线及短虚线来表示。在像散图中，将弧矢方向的与d线相关的像差以实线来表示，将子午方向的与d线相关的像差以短虚线来表示。在畸变像差图中，与d线相关的像差以实线来表示。在倍率色差图中，与C线及F线相关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。图5所示的像差图为缩小侧成像面及放大侧成像面位于表2的框外下方所记载的距离时的像差图。
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。
[实施例2]
将实施例2的变焦透镜的透镜结构及光路的剖视图示于图3中。实施例2的变焦透镜从放大侧依次包括第1透镜组G1、第2透镜组G2、第3透镜组G3、第4透镜组G4及第5透镜组G5。变倍时第1透镜组G1及第5透镜组G5被固定，第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4移动。在实施例2中第5透镜组G5与最终透镜组Ge相对应。第1透镜组G1从放大侧依次包括透镜L1a～透镜L1f这6片透镜，第2透镜组G2从放大侧依次包括透镜L2a～透镜L2f这6片透镜，第3透镜组G3从放大侧依次包括透镜L3a～透镜L3b这2片透镜，第4透镜组G4从放大侧依次包括透镜L4a～透镜L4e这5片透镜，第5透镜组G5仅包括透镜L5a这1片透镜。
中间像MI形成于第2透镜组G2的内部，中间像MI位于透镜L2e与透镜L2f之间。投射部Cp包括透镜L1a～透镜L1f及透镜L2a～透镜L2e，中继部Cr包括透镜L2f、透镜L3a～透镜L3b、透镜L4a～透镜L4e及透镜L5a。中继部Cr包括前组Cra及后组Crb。前组Cra包括透镜L2f、透镜L3a～透镜L3b及透镜L4a～L4b，后组Crb包括透镜L4c～L4e及透镜L5a。
将实施例2的变焦透镜的基本透镜数据示于表4中，将各种数据示于表5中，将非球面系数示于表6中，将各像差图示于图6中。图6所示的数据为缩小侧成像面及放大侧成像面位于表5的框外下方所记载的距离时的数据。
[表4]
实施例2
Si Ri Di Ndj νdj
*1 -3.9258 3.1037 1.53158 55.08
*2 -6.6674 9.0167
3 84.5054 1.8402 1.69680 55.53
4 17.3088 7.6118
*5 55.8371 1.2407 1.80400 46.58
6 13.9867 14.2116
7 -16.1213 3.9488 1.59282 68.62
8 -23.3208 0.1384
9 -200.8834 5.7152 1.83481 42.72
10 -49.0318 1.7248
11 107.6393 2.6253 1.90366 31.31
12 -117.2064 DD[12]
13 48.1259 9.4978 1.49700 81.54
14 -34.6322 6.2104
15 20.9019 6.6271 1.59282 68.62
16 -20.6672 1.3306 1.80518 25.46
17 20.7742 7.5940 1.49700 81.54
18 -33.2183 3.8261
*19 23.8746 3.4286 1.49100 57.58
*20 36.4478 25.0914
*21 -42.1535 12.2050 1.83400 37.16
22 -23.7526 DD[22]
23 91.3107 12.4214 1.83481 42.72
24 -26.5924 2.2066 1.84666 23.78
25 -82.9830 DD[25]
26 39.8212 6.8970 1.89286 20.36
27 18.0179 0.8279
28 41.3339 1.3794 1.90366 31.31
29 -68.8597 5.6332
30 -16.9633 0.6900 1.84666 23.78
31 22.9259 13.3373 1.59282 68.62
32 2-2.6607 4.3219
33 140.1251 4.8737 1.49700 81.54
34 -27.4746 DD[35]
35 90.2922 4.9518 1.89286 20.36
36 -102.3716 12.4692
37 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
38 ∞
[表5]
实施例2
[表6]
实施例2
[实施例3]
将实施例3的变焦透镜的透镜结构及光路的剖视图示于图4中。实施例3的变焦透镜从放大侧依次包括第1透镜组G1、第2透镜组G2、第3透镜组G3及第4透镜组G4。变倍时第1透镜组G1及第4透镜组G4被固定，第2透镜组G2及第3透镜组G3移动。在实施例3中第4透镜组G4与最终透镜组Ge相对应。第1透镜组G1从放大侧依次包括透镜L1a～透镜L11这12片透镜，第2透镜组G2从放大侧依次包括透镜L2a～透镜L2b这2片透镜，第3透镜组G3从放大侧依次包括透镜L3a～透镜L3e这5片透镜，第4透镜组G4仅包括透镜L4a这1片透镜。
中间像MI形成于第1透镜组G1的内部，中间像MI位于透镜L1k与透镜L11之间。投射部Cp包括透镜L1a～透镜L1k，中继部Cr包括透镜L1l、透镜L2a～L2b、透镜L3a～透镜L3e及透镜L4a。中继部Cr包括前组Cra及后组Cr b。前组Cra包括透镜L1l、透镜L2a～透镜L2b及透镜L3a～L3b，后组Crb包括透镜L3c～L3e及透镜L4a。
将实施例3的变焦透镜的基本透镜数据示于表7中，将各种数据示于表8中，将非球面系数示于表9中，将各像差图示于图7中。图7所示的数据为缩小侧成像面及放大侧成像面位于表8的框外下方所记载的距离时的数据。
[表7]
实施例3
Si Ri Di Ndj νdj
*1 -3.9261 3.1028 1.53158 55.08
*2 -6.6674 9.2268
3 87.9406 1.7243 1.69680 55.53
4 17.5353 7.2616
*5 54.2864 1.2408 1.80400 46.58
6 14.2107 14.9180
7 -15.9688 4.5125 1.59282 68.62
8 -22.0377 0.1922
9 -187.1105 3.3112 1.83481 42.72
10 -50.1636 1.7243
11 109.2648 5.8546 1.90366 31.31
12 -134.3402 21.2535
13 53.6247 10.9636 1.59282 68.62
14 -38.6576 5.0139
15 21.6966 6.6322 1.59282 68.62
16 -21.8692 1.4180 1.80518 25.46
17 19.6183 7.1138 1.49700 81.54
18 -35.1083 4.4075
*19 24.1707 3.1734 1.49100 57.58
*20 39.6030 25.1690
*21 -41.1759 13.4971 1.83400 37.16
22 -24.3035 DD[22]
23 75.9290 11.1603 1.83481 42.72
24 -29.2766 2.2063 1.84666 23.78
25 -104.0156 DD[25]
26 42.2806 6.7602 1.89286 20.36
27 18.8129 0.8641
28 47.3959 3.5848 1.90366 31.31
29 -62.0620 5.0920
30 -17.9944 3.8293 1.84666 23.78
31 27.2161 8.9730 1.59282 68.62
32 -26.3998 7.0962
33 148.9135 4.8282 1.49700 81.54
34 -28.1958 DD[35]
35 86.4463 4.8269 1.89286 20.36
36 -100.4970 12.4105
37 ∞ 22.2759 1.51633 64.14
38 ∞
[表8]
实施例3
[表9]
实施例3
在表10中示出实施例1～3的变焦透镜的条件式(1)～(6)的对应值及与这些对应值相关的值等。表10的fr为中继部Cr的焦距。表10所示的值为以d线为基准的值。
[表10]
从以上数据可知，实施例1～3的变焦透镜，具有F值为2.00的较小的F值，广角端处全视角为130°以上的广视角，保持缩小侧的远心性，并且构成为小型，各像差得到良好校正，从而实现了高光学性能。
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8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8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8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8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9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9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9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9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T IR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10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10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10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10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11及图12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11表示从前侧观察相机400的立体图，图12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***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，但本实用新型的并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各透镜的曲率半径、面间隔、折射率及色散系数及非球面系数等并不限定于上述各数值实施例中示出的值，可以采用其他值。
并且，本实用新型的投射型显示装置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 (19)

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，
从放大侧依次包括变倍时相对于所述缩小侧成像面被固定的第1透镜组、变倍时改变与相邻的透镜组之间的光轴方向的间隔而移动的多个移动透镜组、及变倍时相对于所述缩小侧成像面被固定且整体上具有正屈光力的最终透镜组，
广角端处至少2个所述移动透镜组位于比所述中间像靠缩小侧的位置，
比所述中间像靠缩小侧的透镜***从放大侧依次包括前组及后组，
所述后组为广角端处本身的放大侧焦点位置位于比本身的最靠放大侧的透镜面靠放大侧的组中所包括的透镜片数成为最大的组，
并且满足下述条件式(1)及(2)：
0.05＜|fw|/frb＜0.25 (1)；
1＜Drv/Imφ＜3 (2)，
其中，
fw：广角端处的整个***的焦距；
frb：广角端处的所述后组的焦距；
Drv：广角端处的从所述前组的最靠缩小侧的透镜面至所述后组的最靠缩小侧的透镜面的光轴上的距离；
Imφ：缩小侧的有效像圆直径。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，
所述多个移动透镜组中2个所述移动透镜组分别具有正屈光力。
3.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
广角端处比所述中间像靠缩小侧的透镜***整体上具有负屈光力。
4.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)：
0.2＜|hmxr/(Imφ/2)|＜1 (3)，
其中，
hmxr：使广角端处与光轴平行且离光轴的高度为|fw|的光线从缩小侧向所述变焦透镜入射时的、比所述中间像靠缩小侧的透镜面中的最大光线高度。
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)：
0.8＜|fw/fp|＜1.2 (4)，
其中，
fp：广角端处的比所述中间像靠放大侧的透镜***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，
广角端处所述中间像位于所述移动透镜组的内部。
7.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)：
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.1 (5)，
其中，
Daw：广角端处的从所述中间像至在光轴上与该中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离；
Dat：长焦端处的从所述中间像至在光轴上与该中间像最近的放大侧的透镜面的光轴上的距离。
8.根据权利要求6所述的变焦透镜，其特征在于，
所述第1透镜组整体上具有负屈光力。
9.根据权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
广角端处在光轴上与所述中间像最近的缩小侧的透镜为正透镜。
10.根据权利要求9所述的变焦透镜，其特征在于，
所述正透镜的放大侧的面为凹面。
11.根据权利要求9所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(6)：
1.7＜Ndr1＜2.2 (6)，
其中，
Ndr1：所述正透镜的与d线相关的折射率。
12.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(1-2)：
0.1＜|fw|/frb＜0.2 (1-2)。
13.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(2-1)：
1.4＜Drv/Imφ＜2.5 (2-1)。
14.根据权利要求4所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(3-2)：
0.3＜|hmxr/(Imφ/2)|＜0.6 (3-2)。
15.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(4-2)：
0.9＜|fw/fp|＜1.15 (4-2)。
16.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(5-1)：
0≤|(Daw-Dat)/fw|＜0.05 (5-1)。
17.根据权利要求11所述的变焦透镜，其特征在于，
满足下述条件式(6-2)：
1.8＜Ndr1＜2.2 (6-2)。
18.一种投射型显示装置，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17中任一项所述的变焦透镜，其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。
19.一种摄像装置，其特征在于，
具备权利要求1至17中任一项所述的变焦透镜。
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