專利名稱：變焦鏡頭和使用變焦鏡頭的投影儀的制作方法
變焦鏡頭和使用變焦鏡頭的投影儀
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有小透鏡孔徑的緊湊的變焦透鏡，其投影來(lái)自諸如主要
是DMD (數(shù)字微鏡器件)的燈泡的圖像，其中，通過(guò)以放大的比例改變照 射其上的光到屏幕等上的反射方向來(lái)形成圖像。
在獲得小型化的投影儀單元中，在投影儀單元上采用DMD作為燈泡被 認(rèn)為優(yōu)于其它方法。當(dāng)前，便攜式的緊湊的投影儀單元已廣為人知，并且 它們中，由于呈現(xiàn)信息時(shí)的易操作性，數(shù)據(jù)投影儀構(gòu)成了興趣的中心。在 設(shè)計(jì)為便攜式的投影儀單元中，減小投影儀單元的厚度是關(guān)鍵的，并且因 此，應(yīng)當(dāng)說(shuō)，減小厚度是許多情況下與筆記型個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝到一起以與 其組合使用的投影儀單元中的最關(guān)鍵因素。作為用于解決此問(wèn)題的裝置的 范例，例如，日本公開(kāi)特許公報(bào)2004-271668號(hào)公開(kāi)了用于使投影透鏡緊湊 的設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的一方面是提供投影儀單元，其足夠薄，方便攜帶，并且通過(guò) 實(shí)現(xiàn)緊湊的變焦鏡頭，甚至在有限的空間內(nèi)，其能夠投射具有高圖像質(zhì)量 的放大的圖像到大屏幕上。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，提供了一種包括光學(xué)系統(tǒng)的變焦鏡頭，光學(xué) 系統(tǒng)由多個(gè)透鏡元件或多個(gè)透鏡組組成，其中，最大有效孔徑和圖像圓 (image circle)的大小滿足下述條件表達(dá)式(1)，且視角和亮度分別滿足 下述條件表達(dá)式(2)、 (3):
(1) 1.00 <^i/(fl< 1.60
(2) 55 <BW < 70
(3) 1.8 < FN < 2.9
其中
透鏡系統(tǒng)的最大有效孔徑；
圍住光軸附近縮小側(cè)圖像平面上整個(gè)圖像顯示單元的最小大小的 圓的直徑；
BW:相對(duì)于具有^的圖像點(diǎn)的全視角(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距 放大側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在廣角端處)；
FN:整個(gè)透鏡系統(tǒng)的全孔徑F值(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大 側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在最小值處)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選方面，提供了一種投影儀，其中安裝有 該變焦鏡頭。


圖1是0.7英寸圖像顯示設(shè)備的尺寸圖； 圖2是0.55英寸圖像顯示設(shè)備的尺寸圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的第一實(shí)施例的透鏡配置的圖示； 圖4是示出第一實(shí)施例的光路和透鏡有效孔徑的圖示； 圖5是示出第一實(shí)施例的像差的圖示；
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的第二實(shí)施例的透鏡配置的圖示； 圖7是示出第二實(shí)施例的光路和透鏡有效孔徑的圖示； 圖8是示出第二實(shí)施例的像差的圖示；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的第三實(shí)施例的透鏡配置的圖示；
圖IO是示出第三實(shí)施例的光路和透鏡有效孔徑的圖示；
圖11是示出第三實(shí)施例的像差的圖示；
圖12是使用根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的投影儀的外視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將基于其具體數(shù)字實(shí)施例描述本發(fā)明。此外，具有正屈光力的 透鏡元件描繪為正透鏡元件，而具有負(fù)屈光力的透鏡元件描繪為負(fù)透鏡元 件。
圖3和4中所示的第一實(shí)施例的變焦鏡頭是緊湊的投影變焦鏡頭，其
最佳地適合于使用圖1中所示的0.7英寸DMD圖像顯示設(shè)備的應(yīng)用。此變 焦鏡頭作為投影透鏡具有29.0mm的最大有效孔徑，并且從其放大側(cè)起按順 序由總體上具有負(fù)屈光力的第一透鏡組LG1、總體上具有正屈光力的第二 透鏡組LG2、總體上具有負(fù)屈光力的第三透鏡組LG3、以及總體上具有正 屈光力的第四透鏡組LG4組成。
通過(guò)從其放大側(cè)按順序部署形成為使得從為凸面的放大側(cè)向外凸起的 凹凸形狀的負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)101并具有放大側(cè)表面101和縮小側(cè)表面 102)、使得從為凸面的放大側(cè)向外凸起的負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)102并具有 放大側(cè)表面103和縮小側(cè)表面104)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)103并具有放大 側(cè)表面105和縮小側(cè)表面106)、正透鏡元件(指定為L(zhǎng)104并具有放大側(cè)表 面106和縮小側(cè)表面107，粘接到L103)、及負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)105并 具有放大側(cè)表面108和縮小側(cè)表面109)來(lái)組成第一透鏡組LG1。
通過(guò)部署單個(gè)正透鏡元件(指定為L(zhǎng)201，并具有放大側(cè)表面201和縮 小側(cè)表面202)來(lái)組成緊隨第一透鏡組LG1的第二透鏡組LG2。
通過(guò)部署正透鏡元件(指定為L(zhǎng)301，并具有放大側(cè)表面301和縮小側(cè) 表面302)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)302，并具有放大側(cè)表面303和縮小側(cè)表 面304)、正透鏡元件(指定為L(zhǎng)303，具有放大側(cè)表面304和縮小側(cè)表面305， 并且粘接到L302)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)304，并具有放大側(cè)表面306和 縮小側(cè)表面307)、以及正透鏡元件(指定為L(zhǎng)305，具有放大側(cè)表面307和 縮小側(cè)表面308，并粘接到L304)來(lái)組成第三透鏡組LG3。
通過(guò)部署單個(gè)正透鏡元件(指定為L(zhǎng)401，并具有放大側(cè)表面401和縮 小側(cè)表面402)來(lái)組成第四透鏡組LG4。此外，是諸如DMD的燈泡的組成 部分的蓋玻片CG (具有指定為C01的放大側(cè)表面和指定為C02的縮小側(cè) 表面)設(shè)置在第四透鏡組LG4的縮小側(cè)和燈泡表面之間，期間設(shè)置有微小 空隙。
此外，在改變焦距時(shí)，固定第四透鏡組LG4，使第一透鏡組LG1和第 二透鏡組LG2在從廣角端到中間范圍的范圍上在從放大側(cè)到縮小側(cè)的方向 上在光軸上移動(dòng)并且使其在從中間范圍到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮小側(cè)到放 大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，并且使第三透鏡組LG3在從廣角端到長(zhǎng)焦端 的范圍上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，由此改變變焦鏡頭
的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
圖6和7中所示的第二實(shí)施例的變焦鏡頭是緊湊的投影變焦鏡頭，其 最佳地適合于使用圖2中所示的0.5英寸DMD圖像顯示設(shè)備的應(yīng)用。此變 焦鏡頭作為投影透鏡具有24.68mm的最大有效孔徑，并且從其放大側(cè)起按 順序由總體上具有負(fù)屈光力的第一透鏡組LG1、總體上具有負(fù)屈光力的第 二透鏡組LG2、總體上具有正屈光力的第三透鏡組LG3、以及總體上具有 正屈光力的第四透鏡組LG4組成。
通過(guò)從其放大側(cè)按順序部署形成為使得從為凸面的放大側(cè)向外凸起的 凹凸形狀的負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)101并具有放大側(cè)表面101和縮小側(cè)表面 102)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)102并具有放大側(cè)表面103和縮小側(cè)表面104)、 正透鏡元件(指定為L(zhǎng)103，具有放大側(cè)表面104和縮小側(cè)表面105，并且 粘接到L102)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)104，并具有放大側(cè)表面106和縮小 側(cè)表面107)、及正透鏡元件(指定為L(zhǎng)105，并具有放大側(cè)表面108和縮小 側(cè)表面109)來(lái)組成第一透鏡組LG1。
通過(guò)部署負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)201，并具有放大側(cè)表面201和縮小側(cè) 表面202)和正透鏡元件(指定為L(zhǎng)202，并具有放大側(cè)表面202和縮小側(cè) 表面2(B)來(lái)組成緊隨第一透鏡組LG1的第二透鏡組LG2。
通過(guò)部署正透鏡元件(指定為L(zhǎng)301，并具有放大側(cè)表面301和縮小側(cè) 表面302)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)302，并具有放大側(cè)表面303和縮小側(cè)表 面304)、正透鏡元件(指定為L(zhǎng)303，并具有放大側(cè)表面305和縮小側(cè)表面 306)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)304，并具有放大側(cè)表面307和縮小側(cè)表面308)、 以及正透鏡元件(指定為L(zhǎng)305，具有放大側(cè)表面308和縮小側(cè)表面309， 并粘接到L304)來(lái)組成第三透鏡組LG3。
通過(guò)部署單個(gè)正透鏡元件(指定為L(zhǎng)401，并具有放大側(cè)表面401和縮 小側(cè)表面402)來(lái)組成第四透鏡組LG4。此外，是諸如DMD的燈泡的組成 部分的蓋玻片CG (具有指定為C01的放大側(cè)表面和指定為C02的縮小側(cè) 表面)設(shè)置在第四透鏡組LG4的縮小側(cè)和燈泡表面之間，期間設(shè)置有微小 空隙。
在改變焦距時(shí)，固定第四透鏡組LG4，使第一透鏡組LG1和第二透鏡 組LG2在從廣角端到中間范圍的范圍上在從放大側(cè)到縮小側(cè)的方向上在光
軸上移動(dòng)并且使其在從中間范圍到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的
方向上在光軸上移動(dòng)，并且使第三透鏡組LG3在從廣角端到長(zhǎng)焦端的范圍 上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，由此改變變焦鏡頭的整個(gè) 透鏡系統(tǒng)的焦距。
圖9和10中所示的第三實(shí)施例的變焦鏡頭是緊湊的投影變焦鏡頭，其 最佳地適合于使用圖2中所示的0.5英寸DMD圖像顯示設(shè)備的應(yīng)用。此變 焦鏡頭作為投影透鏡具有30.16mm的最大有效孔徑，并且從其放大側(cè)起按 順序由總體上具有正屈光力的第一透鏡組LG1、總體上具有負(fù)屈光力的第 二透鏡組LG2、總體上具有正或負(fù)屈光力的第三透鏡組LG3、總體上具有 正屈光力的第四透鏡組LG4及總體上具有正屈光力的第五透鏡組LG5組 成。
通過(guò)部署具有正屈光力的單個(gè)透鏡元件(指定為L(zhǎng)IOI，并具有放大側(cè) 表面101和縮小側(cè)表面102)來(lái)組成第一透鏡組LG1。
通過(guò)從其放大側(cè)按順序部署形成為使得從為凸面的放大側(cè)向外凸起的 凹凸形狀的負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)201并具有放大側(cè)表面201和縮小側(cè)表面 202)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)202并具有放大側(cè)表面203和縮小側(cè)表面204)、 正透鏡元件(指定為L(zhǎng)203，具有放大側(cè)表面204和縮小側(cè)表面205，并且 粘接到L202)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)204并具有放大側(cè)表面206和縮小側(cè) 表面207)、及正透鏡元件(指定為L(zhǎng)205，并具有放大側(cè)表面208和縮小側(cè) 表面209)來(lái)組成第二透鏡組LG2。
通過(guò)部署單個(gè)正透鏡元件(指定為L(zhǎng)301，并具有放大側(cè)表面301和縮 小側(cè)表面302)來(lái)組成第三透鏡組LG3。
通過(guò)部署正透鏡元件(指定為L(zhǎng)401，并具有放大側(cè)表面401和縮小側(cè) 表面402)、正透鏡元件(指定為L(zhǎng)402，并具有放大側(cè)表面403和縮小側(cè)表 面404)、負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)403，并具有放大側(cè)表面405和縮小側(cè)表面 406)、正透鏡元件(指定為L(zhǎng)404，并具有放大側(cè)表面407和縮小側(cè)表面408)、 以及負(fù)透鏡元件(指定為L(zhǎng)405，具有放大側(cè)表面409和縮小側(cè)表面410) 及正透鏡元件(指定為L(zhǎng)406，具有放大側(cè)表面410和縮小側(cè)表面411，并 粘接到L405)來(lái)組成第四透鏡組LG4。
通過(guò)部署單個(gè)正透鏡元件(指定為L(zhǎng)501，并具有放大側(cè)表面501和縮
小側(cè)表面502)來(lái)組成第五透鏡組LG5。此外，是諸如DMD的燈泡的組成 部分的蓋玻片CG (具有指定為C01的放大側(cè)表面和指定為C02的縮小側(cè) 表面)設(shè)置在第五透鏡組LG5的縮小側(cè)和燈泡表面之間，期間設(shè)置有微小 空隙。
在改變焦距時(shí)，固定第一透鏡元件和第五透鏡組LG5，使第二透鏡組 LG2和第三透鏡組LG3在從廣角端到中間范圍的范圍上在從放大側(cè)到縮小 側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)并且使其在從中間范圍到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮 小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，并且使第四透鏡組LG4在從廣角端 到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，由此改變 變焦鏡頭的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
如所知，在每個(gè)實(shí)施例中使用的非球面表面的配置由曲面規(guī)定，該曲 面通過(guò)繞光軸旋轉(zhuǎn)由下述非球面表達(dá)式(Z軸形成在光軸方向上而Y軸形 成在以直角橫截光軸的方向上)給出的曲線而獲得
Z = (Y2/r)/[l +々{1 -(1 +K)(Y/r)2}]+A.Y4+ B.Y6 + C'Y8 + D,Y10 + ... 其中，r:近軸曲率半徑；K:錐面常數(shù)；A、 B、 C、 D…較高次非球面系 數(shù)。需要注意，在于表格中描繪錐面常數(shù)和較高次非球面常數(shù)中，"E和多 個(gè)跟隨的E"描繪"10的冪"。例如，"E-4"意指1(T4，并且直接位于此數(shù)字值 之前的數(shù)字值僅需要由此相乘。
此外，每個(gè)實(shí)施例的變焦鏡頭是包括光學(xué)系統(tǒng)的變焦鏡頭，光學(xué)系統(tǒng) 由多個(gè)透鏡元件或多個(gè)透鏡組組成，其中，最大有效孔徑和圖像圓(image circle)的大小滿足下述條件表達(dá)式(1)，且視角和亮度分別滿足下述條件 表達(dá)式(2)、 (3):
(1) 1.00 <<^/-1< 1.60
(2) 55<BW<70
(3) 1.8<FN<2.9
其中
透鏡系統(tǒng)的最大有效孔徑；
圍住光軸附近縮小側(cè)圖像平面上整個(gè)圖像顯示單元的最小大小的
圓的直徑；
BW:相對(duì)于具有^的圖像點(diǎn)的全視角(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到足巨 放大側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在廣角端處)；
FN:整個(gè)透鏡系統(tǒng)的全孔徑F值(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大 側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在最小值處)。
雖然本發(fā)明的特征在于能夠降低透鏡的有效孔徑，但是條件表達(dá)式用 于將透鏡的有效孔徑比作圖像圓，作為系數(shù)。即，根據(jù)本發(fā)明，能夠降低 孔徑，而保持圖像圓在所需水平。超過(guò)下限表示需要進(jìn)一步的小型化并要 求離軸像差退化，并且包括畸變的邊緣性能退化。此外，全孔徑F值也增 大，由此收集光線的角度減小了，由此使得難于保證亮度。相反，在超過(guò) 上限的情況下，有效孔徑增大，且變焦鏡頭和相對(duì)于小型化正常地設(shè)計(jì)的 透鏡之間的區(qū)別變得不可能，由此失去了本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的特征。此外， 視角提高了，其大大影響了前透鏡元件的邊緣區(qū)域上的有效孔徑。
在本發(fā)明的變焦鏡頭中，視角設(shè)置為落入由條件表達(dá)式(2)限定的范 圍內(nèi)。在超過(guò)下限的情況下，變焦鏡頭的應(yīng)用受到限制，并且其乘積值減 小了。相反，在超過(guò)上限的情況下，不可避免地增大了有效透鏡孔徑或在 邊緣區(qū)域的性能退化了。
條件表達(dá)式(3)是使得主要影響在整個(gè)透鏡系統(tǒng)的通常地中心的部分 處的有效孔徑。在近些年，在許多情況下，光學(xué)系統(tǒng)需要大的后焦距，并 且為了滿足此需要，在許多情況下，整個(gè)透鏡系統(tǒng)為反焦類型。當(dāng)此發(fā)生 時(shí)，通常地在整個(gè)透鏡系統(tǒng)的中心部分，光軸上的光線束變得最密。因?yàn)?光線束的大小由全孔徑F值確定，所以難于大大修改大小。因此，在條件 表達(dá)式(3)中超過(guò)下限時(shí)，雖然依賴于與前透鏡元件的邊緣尺寸的關(guān)系和 其它規(guī)格值，但是在光學(xué)系統(tǒng)的中心附近的尺寸通常增大，這損害小型化。 相反，在F值使得超過(guò)上限時(shí)，作為規(guī)格之一，不足的光量成為問(wèn)題，這 導(dǎo)致缺乏功率(power)的產(chǎn)品。
此外，從圖像顯示設(shè)備的圖像顯示區(qū)域的上邊沿部分到封裝的上邊沿 部分的尺寸和透鏡系統(tǒng)的最大有效孔徑的幅度優(yōu)選地滿足下述條件表達(dá)式 (4)，且邊緣照明或邊緣光比率的量?jī)?yōu)選地滿足下述條件表達(dá)式(5):
(4)0.90 < (#/2) /SP<1.50(5)50 <VG < 70 其中，
SP:從圖像顯示設(shè)備的中心到圖像顯示區(qū)域的上邊沿部分和到封裝的上端 部分之間的尺寸差異；
VG:邊緣照明或邊緣光比率的量(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大側(cè)第 一表面n00nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在廣角端)。
通常地，投影透鏡不部署成使得透鏡的光軸與圖像顯示設(shè)備的中心一 致。相反，在許多情況下，投影透鏡部署成使得透鏡系統(tǒng)的光軸部署在圖 像顯示設(shè)備的圖像顯示區(qū)域的上邊沿部分附近。在此情況下，從圖像顯示 設(shè)備的中心到圖像顯示區(qū)域的上邊沿部分和到封裝的上邊沿部分之間的尺 寸差異具有關(guān)鍵意義。在沒(méi)有考慮投影光學(xué)系統(tǒng)中的那些元件以外的其它 元件的影響的情況下，在沒(méi)有超過(guò)此值時(shí)，即，在條件表達(dá)式(4)的值小 于一時(shí)，包含在投影儀的厚度中的將是封裝。此外，在超過(guò)此值時(shí)，艮P， 在條件表達(dá)式(4)的值大于一時(shí)，包含在投影儀的厚度中的將是有效孔徑。 因此，甚至即使考慮了透鏡筒，在超過(guò)條件表達(dá)式(4)的下限時(shí)，將不會(huì) 提供對(duì)投影儀的厚度的影響，并且僅需要性能中的退化。相反，在超過(guò)條 件表達(dá)式(4)的上限時(shí)，因?yàn)殡y于使得投影儀更薄(由于透鏡的大小)， 需要檢查產(chǎn)品的規(guī)格，其包括產(chǎn)品的配置和其包含的機(jī)械部件的布置。
條件表達(dá)式(5)涉及邊緣照明或邊緣光比率的量。在投影透鏡中，通 常地，邊緣照明比率設(shè)置得稍微較大，并且為使此發(fā)生，雖然依賴于與視 角的平衡，通常需要在前透鏡元件附近和稍靠近圖像平面的位置提高投影 的有效孔徑。在超過(guò)條件表達(dá)式(5)的下限時(shí)，其不必是本發(fā)明的特定的 透鏡系統(tǒng)。相反，在超過(guò)上限時(shí)，或者有效孔徑將大大提高，或者將需要 邊緣性能中的退化，并且與規(guī)格和性能的兼容將變得困難。
圖12中示出了應(yīng)用了本發(fā)明的變焦鏡頭的投影儀的外視圖。如圖12 中所示，投影儀10基本形成為長(zhǎng)方體形狀并且具有透鏡蓋19，透鏡蓋蓋住 提供在前面板12的側(cè)面的投影開(kāi)口，前面板構(gòu)成主體盒子，并且前面板12 上設(shè)置有多個(gè)通風(fēng)孔。此外，雖然圖12中的其示例省略了，但是在主體盒 子的上面板11設(shè)置有鍵/指示器部分，此鍵/指示器單元上設(shè)置有鍵和指示 器，包括電源開(kāi)關(guān)鍵和指示電源的開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)的電源指示器、開(kāi)啟光源
設(shè)備的燈的燈幵關(guān)鍵和指示燈的照明的燈指示器、以及當(dāng)光源真的發(fā)生過(guò) 熱時(shí)指示光源的過(guò)熱的過(guò)熱指示器。此外，在主體盒子的后側(cè)(未示出)
上，在后面板上設(shè)置有I/0連接器端口部分(在此設(shè)置有USB接線端口和 圖像輸入D-USB端子、S端子和RCA端口)、電源適配器插頭端口、及接 收來(lái)自遙控器的信號(hào)的Ir接收單元。此外，分別在右手側(cè)面板(未示出) 和左手側(cè)面板15上設(shè)置有多個(gè)通風(fēng)孔18，右手側(cè)面板是主體盒子的側(cè)面板， 左手側(cè)面板是圖12中所示的側(cè)面板，并且由以上描述的變焦鏡頭組成的投 影透鏡以使得沿左手側(cè)面板15的內(nèi)側(cè)延伸的方式容納在透鏡蓋19的后面。 下面將描述安裝在此投影儀上的變焦鏡頭的分別的實(shí)施例。 在以下的表格和圖示中，長(zhǎng)度尺寸的單位是mm，除非另外特別說(shuō)明。 此外，關(guān)于表格中的符號(hào)，f表示整個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，F(xiàn)no表示F數(shù)， 及2(fl表示變焦透鏡的全視角。此外，r表示曲率半徑，d表示透鏡厚度或 透鏡元件之間的空隙，nd表示與線d相關(guān)的折射率，Vd表示線d的Abbe數(shù)， Y表示圖像高度，及YMAX表示最大圖像高度(其中，隨聚焦操作而改變 的表格中的數(shù)字值是當(dāng)聚焦到距表面101 1700nm的物距時(shí)得到的)。結(jié)果， 圖像圓的直徑的值是YMAX的值的兩倍。此外，妙WX表示圓的直徑的最 大值，該圓以從光軸到每個(gè)透鏡表面上在光線通過(guò)透鏡表面時(shí)光線入射或 出射的點(diǎn)的尺寸作為其半徑，并且例如，^M4X(101)表示表面101的-M4Z。 示出像差的圖示的球差圖示中的CA1、 CA2、 CA3分別是波長(zhǎng)CA1 = 550.0nm、 CA2=435.8nm、以及CA3二640.0nm中的像差曲線。此外，S.C. 是正弦條件。在非球差圖示中，S表示弧矢的(sagital)而M表示子午線的。 此外，遍及表格，除非另外特別說(shuō)明，計(jì)算多個(gè)值中使用的波長(zhǎng)是 CA1=550.0,
表格1中將示出針對(duì)本發(fā)明的變焦鏡頭的第一實(shí)施例的數(shù)字范例。此 外，圖3示出了其透鏡配置的圖示，圖4示出了光線的圖示和透鏡有效孔 徑的圖示，及圖5示出了其像差的圖示。
表格2中將示出針對(duì)本發(fā)明的變焦鏡頭的第二實(shí)施例的數(shù)字范例。此 外，圖6示出了其透鏡配置的圖示，圖7示出了光線的圖示和透鏡有效孔 徑的圖示，及圖8示出了其像差的圖示。
表格i
廣角端 中間區(qū)域 長(zhǎng)焦端
f 20.45 28.39 39.60
Fno 2.29 2.68 3.24
64.56 48.77 36.00
以下，按可變焦度發(fā)生改變的空隙
Dll 27.18 12.卯 2.52
D19 38.00 49.91 66.70
21. 796 14.729 63. 002 32.艦
-31.加2 49. 720 一54.353 -16.129 —38.061 -276.179 -43. 234 28. 060 -41.292 -126. 548 28.571 -38.428 166.074
22. 399 -45.004
一IOO. 000 —44. 000
oo
1. 84666
1. 74330
1. 71咖 1. 78472
1. 67003
1. 83400
1. 50670
1. 79950 1. 51680
1. 83400 1. 51680
1. 71736
1. 48736
23.78
49. 30
53.94 25.72
47.20
37.34
70. 50
42.34 64.20
37.34 64.20
29. 50
64.84
非球面系數(shù)
第103表面 第301表面
2. OOO00E+01 K= —1.00O00E+OO
5. 00621E-05 A= —1.59809E-06
5. 21431E-09 B= 9.的217E"09
-6. 95822E-10 C= -2.的692E-11
4. 80824E-12 D= 5. 22826E-14 -5. 22900E—16
第104表面 第302表面
5. 3223犯+00 K= -1.0000旭+00
2. 73787E-05 A= 9.37081E~O6 1.15978E-07 B= 1. 55876E-09
-4. .20733E-09 C= —3.11400E-11
3. 11199E-11 D= 6.436UE-14 -7. 35590E-14
序號(hào) 表面號(hào) 1 101
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
201
202
301
302
303
304
305
306
307
308 則 402 C01 C02
060204000086208800000460
rtd 000730000599766509495794
fl- 22222222222222222222222
-L F JL A -一 =
K A & C> D E
234*56789
14435133203-I-K8380200"I-303
表格3中將示出針對(duì)本發(fā)明的變焦鏡頭的第三實(shí)施例的數(shù)字范例。此 外，圖9示出了其透鏡配置的圖示，圖IO示出了光線的圖示和透鏡有效孔 徑的圖示，及圖ll示出了其像差的圖示。
長(zhǎng)焦JSS
30.79 3.28
36.40
0. 79 57.98
v d
45.45
46.49 40.89
46.49
25.46
35.04 70.45 71.加 24.74
30.05
33.27 81.61
49.60
64.84
第304表面
0. 00叫0E+00 2. 08086E-05
1. 38707E-08 一l. 3116犯一11
表格2
廣角端 中間區(qū)域
f 15.91 22.21
FTO 2.29 2.70
2o> 65.40 49.26
以下，按可變焦度發(fā)生改變的空隙
D13 28.16 12.20
D22 34.01 44.05
24.00 19.52 19.12 18.58 18.48 17.卯 18.94 19.18 19.28
57.137
14.324 -33. 506
41.267 -17. 093 -13.艦 -49. Oil 486.144 -30.457 -16.346 -27. 672 —180. 006 -30.680
27.487 -72.005 -32.214 -69. 728 -248.112 -28.665 162.9肪
18.艦 -66.141 -100.000 —44.000
1.加139
1.80420 1. 58144
1. 80420
1.80518
1.7艦0
1, 487朋
1. 56907
1.80486
1.698站
1. 80610 1.4柳0
1- 77250
1.48736
非球面系數(shù)
第101表面 K- -7.19246E+00 A= 4.57553E-06 B= -9.2訴2犯-08 C= 1.32572E-09 D= -8.42886E-12 E= 2.9咖3E—14
號(hào)
n^ooooooooooooooooooooooooop
U^1111-111112222333333333.4.4CC
號(hào)
-.L1234567890123456789CU123456
序 1111111-1112222^-22
0088860Cq00084620;s
37496434103469160
1TI2222222220.S22222
L 020J490036001374084002206S
d 0791942924200gl7009226g060
14
接下來(lái)，將在以下表格4中一起示出對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例至第三實(shí)施例 的條件表達(dá)式(1)至(5)的值。
長(zhǎng)焦細(xì)
30.89 3.33
36.23
3.80 0.79 56.98
70.45
40.73
47.19 27.53
46.49
70.45
45.82
81.61
70.45
40.88
肌89
34_97 8"1
49.60
隊(duì)84
第406表面 8.418咖, 么53863E"05 1.35648E-08
~2_05842E—11
$腿 30.16 29.10 24.04 1&86 17.80 17.40 17.26 17.12 18.44 18.78 19.06 19.20 19.74 23.80 23.54 22.56 22.00 19.郎 21.10 23.42 23.76 23.32 23.02 23.36 21.06 21.20 20.62 20.06
2<i>
以下，
D2 D13 鵬
表面號(hào)r
'A，132.681
102-355.002
20184.0站
20213.513
加3—24.731
20443.074
205-26- 765
206一12_ 984
207-32.423
208-153.272
209-34.咖
301-233.815
302-37.9幼
柳25.432
-孤494
40386.344
404400.000
405-28.660
切6-68.645
407-270.防3
408-26.139
柳-400.000
41021.248
411-35.697
501—i00.000
502-44.000
C0100
C02
非球面系數(shù)
第201表面 K--5.06884E-O1 A= 3.97182E-05 B= -1.14544IH)7 C= 1-25047E-09 D=-7.25095E-12 E= 2.30540E—14
表格3
廣角端 中間區(qū)域
15.95 22.加
2.29 2.64
65.27 48.71 按可變焦度發(fā)生改變的空隙
1.12 6. 30
加.46 12.38
34.00 42.89
lid 1.48749
1.80610
1.67加3 1. 75520
1.80420
1.4S749
1.54814
1.49700
l曙48749
1.咖IO
1.則44
1.80100 I.柳(W
1.77250
1.48736
號(hào)
序
1234567892usss3"15Jst"s2ss 3幼^坊幼s3幼
3股0877942333w70SI09578240g060
表格4
實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3
條件表達(dá)式(1)1.151. 241.51
條件表達(dá)式(2)64. 5665.465.27
條件表達(dá)式(3)2. 292. 292.29
條件表達(dá)式(4)1. 371.051.29
條件表達(dá)式(5)64.958.961.8
從表格4明顯地，對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的分別的條件表達(dá) 式的值滿足條件表達(dá)式(1)至(5)，并且從每個(gè)實(shí)施例中的像差明顯地， 各個(gè)像差得到了合適的校正，雖然存在分別的透鏡的有效孔徑被抑制到小 的值的事實(shí)，這顯示了本發(fā)明的變焦鏡頭能夠用于高性能、薄的投影儀上 而不會(huì)有任何問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、一種包括光學(xué)系統(tǒng)的變焦鏡頭，所述光學(xué)系統(tǒng)由多個(gè)透鏡元件或多個(gè)透鏡組組成，其中，最大有效孔徑和圖像圓的大小滿足下述條件表達(dá)式(1)，且視角和亮度分別滿足下述條件表達(dá)式(2)、(3)(1)1.00＜φL/φI＜1.60(2)55＜BW＜70(3)1.8＜FN＜2.9其中φL透鏡系統(tǒng)的最大有效孔徑；φI圍住光軸附近縮小側(cè)圖像平面上整個(gè)圖像顯示單元的最小大小的圓的直徑；BW相對(duì)于具有φL的圖像點(diǎn)的全視角(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在廣角端處)；FN整個(gè)透鏡系統(tǒng)的全孔徑F值(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大側(cè)第一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在最小值處)。
2、 如權(quán)利要求1中所述的變焦鏡頭，其中，從所述圖像顯示設(shè)備的圖 像顯示區(qū)域的上邊沿部分到封裝的上邊沿部分的尺寸和其透鏡系統(tǒng)的所述 最大有效孔徑的幅度滿足下述條件表達(dá)式(4)，且邊緣照明或邊緣光比率 的量滿足下述條件表達(dá)式(5):(4) 0.90 < (#/2) /SP< 1.50(5) 50 <VG < 70其中，SP:從所述圖像顯示設(shè)備的中心到所述圖像顯示區(qū)域的上邊沿部分和到封 裝的上端部分之間的尺寸差異；VG:邊緣照明或邊緣光比率的量(當(dāng)聚焦操作可用時(shí)，聚焦到距放大側(cè)第 一表面1700nm的物距，在變焦鏡頭的情況下在廣角端處)。
3、 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述的變焦鏡頭，其中，作為多個(gè)透 鏡組在沿其光軸的方向上移動(dòng)的結(jié)果，能夠改變所述變焦鏡頭的焦點(diǎn)透鏡。
4、 一種投影儀，其中安裝有如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的變焦 鏡頭。
全文摘要
提供薄的投影儀和緊湊的變焦鏡頭，投影儀用于投影來(lái)自諸如DMD的燈泡的圖像以通過(guò)以放大的方式改變光到屏幕等上的反射方向來(lái)形成圖像，變焦鏡頭具有高性能和小的透鏡孔徑。提供了變焦鏡頭，其從其放大側(cè)起按順序由總體上具有負(fù)屈光力的第一透鏡組、總體上具有正屈光力的第二透鏡組、總體上具有負(fù)屈光力的第三透鏡組、以及總體上具有正屈光力的第四透鏡組組成，其中，在改變焦距時(shí)，固定第四透鏡組，使第一透鏡組和第二透鏡組在從廣角端到中間范圍的范圍上在從放大側(cè)到縮小側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)并且使其在從中間范圍到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，并且使第三透鏡組在從廣角端到長(zhǎng)焦端的范圍上在從縮小側(cè)到放大側(cè)的方向上在光軸上移動(dòng)，由此改變變焦鏡頭的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
文檔編號(hào)G02B15/14GK101361014SQ20078000176
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者川上悅郎, 手島康幸 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社