專利名稱：投影透鏡以及投影型顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影透鏡以及一種投影型顯示設(shè)備，具體涉及一種實(shí)質(zhì)上由7個(gè)透鏡組成的投影透鏡以及一種使用投影透鏡的投影型顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)投影型顯示設(shè)備(也稱作投影儀)快速發(fā)展，所述投影型顯示設(shè)備用于將從個(gè)人計(jì)算機(jī)等輸出的圖像數(shù)據(jù)所表示的圖像投影到屏幕上。作為這種投影儀，已知將從光源輸出的并且經(jīng)過(guò)光閥(light valve)調(diào)制的光投影到屏幕上的投影儀。作為光閥，已知透射型液晶器件、反射型液晶器件、DMD(數(shù)字微鏡器件(digital micromirror device)) 等等在DMD中，布置了角度可變的微鏡。這種投影儀需要用于布置以下光路的空間用于將從光源輸出的光引導(dǎo)至光閥的光路，以及用于將光閥調(diào)制后的光引導(dǎo)至投影透鏡的光路。因此，安裝在投影儀上的投影透鏡具有較長(zhǎng)的后焦距(back focus)，使得在投影透鏡與光閥之間提供了這樣的空間。例如，用于投影彩色圖像的投影儀包括分別用于對(duì)紅色光、綠色光和藍(lán)色光進(jìn)行調(diào)制的光閥，該投影儀需要用于布置以下光路的空間用于將每種顏色的光引導(dǎo)至相應(yīng)光閥的光路，以及用于將光閥調(diào)制后的光引導(dǎo)至投影透鏡的光路。作為后焦距被設(shè)置為提供這種空間的投影透鏡，已知由7個(gè)透鏡組成的、 焦距比數(shù)(F-number)在2. 4到6. 4范圍內(nèi)的投影透鏡(請(qǐng)參見(jiàn)日本未審專利公開(kāi) No. 2003-287676 (專利文獻(xiàn)1)、日本未審專利公開(kāi)No. 2005-164839 (專利文獻(xiàn)2)、日本未審專利公開(kāi)No. 2005-173494(專利文獻(xiàn)3)、日本專利No. 3466002(專利文獻(xiàn)4)、日本專利 No. 4076334(專利文獻(xiàn)5)以及美國(guó)專利No. 5731676的說(shuō)明書(shū)(專利文獻(xiàn)6))。此外，盡管后焦距較短，然而已知由7個(gè)透鏡組成的具有較小焦距比數(shù)1. 7的投影透鏡(強(qiáng)光透鏡(fast lens))(請(qǐng)參見(jiàn)美國(guó)專利No. 7057830的說(shuō)明書(shū)(專利文獻(xiàn)7))。本文中，當(dāng)計(jì)算透鏡的數(shù)目時(shí)，如果包含了由η個(gè)透鏡組成的接合透鏡(cemented lens)，則將接合透鏡的透鏡數(shù)目看作是η。在通過(guò)投影儀向屏幕上投影圖像時(shí)，通常使屏幕的設(shè)置位置為暗，但是非常希望能夠在不使設(shè)置位置變暗的情況下觀看圖像。然而，安裝了如專利文獻(xiàn)1至6所公開(kāi)的焦距比數(shù)相對(duì)大的投影透鏡的投影儀不滿足這種需求。安裝了如專利文獻(xiàn)7所公開(kāi)的焦距比數(shù)較小的投影透鏡(強(qiáng)光透鏡)的投影儀可以滿足這種需求，但存在的問(wèn)題是投影透鏡的后焦距較短。具體地，在專利文獻(xiàn)1至6中公開(kāi)的投影透鏡中，如果在不改變透鏡的放大率平衡分布(distribution of power balance)(正透鏡和負(fù)透鏡的布置)的情況下減小焦距比數(shù)(更強(qiáng)光透鏡(faster lens))，則設(shè)備的尺寸變大。此外，變得難以抑制各種像差 (aberration)的產(chǎn)生，這減小了投影透鏡的分辨率。在專利文獻(xiàn)7公開(kāi)的投影透鏡(焦距比數(shù)為1. 7)中，如果在不改變透鏡的放大率平衡分布(正透鏡和負(fù)透鏡的布置)的情況下增大后焦距，則設(shè)備的尺寸變大。此外變得難以抑制各種像差的產(chǎn)生，這減小了投影透鏡的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上情況，本發(fā)明的目的是提供一種投影透鏡，所述投影透鏡具有較小的焦距比數(shù)(強(qiáng)光透鏡)，同時(shí)抑制像差的產(chǎn)生和設(shè)備尺寸的增大。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種使用投影透鏡的投影型顯示設(shè)備。本發(fā)明的投影透鏡是包括從投影透鏡的放大側(cè)開(kāi)始依次布置的第一透鏡組和第二透鏡組的投影透鏡，其中，投影透鏡由7個(gè)透鏡組成，投影透鏡的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心(telecentric)的，第一透鏡組由包括至少一個(gè)負(fù)透鏡在內(nèi)的兩個(gè)透鏡組成，第二透鏡組由從放大側(cè)開(kāi)始依次布置的正第二組第一透鏡、負(fù)第二組第二透鏡、 正第二組第三透鏡、正第二組第四透鏡和正第二組第五透鏡組成，所述正第二組第一透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凸表面，所述負(fù)第二組第二透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凹表面，所述正第二組第三透鏡具有面對(duì)投影透鏡的縮小側(cè)的凸表面，以及在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間提供間隔， 并且滿足以下公式(A)和(B)1. 2 ^ Bf/f 彡 2. 5 (A)；以及f23/f 彡-1. 5 (B)，其中，Bf是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的在空氣中的后焦距，f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及f23是在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的焦距。下文中，整個(gè)透鏡系統(tǒng)的空氣中的后焦距Bf也簡(jiǎn)單地稱作后焦距Bf。更期望的是，投影透鏡滿足以下公式(B’ )f23/f 彡-2. 0 (B，)。表述“投影透鏡包括η個(gè)透鏡組”包括除η個(gè)透鏡組以外還具有以下組件的投影透鏡實(shí)質(zhì)上沒(méi)有任何放大率(power)的透鏡；除了透鏡以外的其他光學(xué)元件，如，孔闌和玻璃覆蓋物；以及機(jī)械組件，如，透鏡邊緣(lens flange)、透鏡鏡筒(lens barrel)、成像元件、攝像機(jī)抖動(dòng)(shake)校正機(jī)制。此外，期望投影透鏡滿足以下公式(C)-0. 8 彡 f2F/flF 彡-0. 2 (C)，其中，f2F是第二組第二透鏡的放大側(cè)表面的焦距，以及f IF是第二組第一透鏡的放大側(cè)表面的焦距。此外，期望投影透鏡滿足以下公式(D)和(E)1. 5 ^ fl/f 彡 3. 0 (D)；以及
-2. 5 彡 f2/f 彡-0. 5 (E)其中，fl是第二組第一透鏡的焦距，以及f2是第二組第二透鏡的焦距。此外，更期望投影透鏡滿足以下公式(E’ )-2. 0 ^ f2/f ^ -0. 7 (Ε，)。期望投影透鏡滿足以下公式(F)0. 8 彡 dl2/f 彡 2. 2 (F)，其中，dl2是第一透鏡組與第二透鏡組之間的空氣間隔。第一透鏡組與第二透鏡組之間的空氣間隔是在光軸上在第一透鏡組中的最縮小側(cè)透鏡表面與第二透鏡組中的最放大側(cè)透鏡表面之間的空氣間隔。更期望投影透鏡滿足以下公式(F’ )1. 0 彡 dl2/f 彡 1. 8 (F，)期望投影透鏡滿足以下公式(G)Fno ^ 1. 7(G)，其中，!^o是整個(gè)系統(tǒng)的焦距比數(shù)。在投影透鏡中，期望構(gòu)成第一透鏡組的透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。在投影透鏡中，期望第二組第四透鏡和第二組第五透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。此外，期望第一透鏡組中的至少一個(gè)非球面透鏡和第二組第五透鏡均由樹(shù)脂制成。此外，期望滿足以下公式(H)-1. 1 ^ fF/f5 ^ -0. 2 (H)，其中，fF是第一透鏡組中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距，以及f5是由樹(shù)脂制成的第二組第五透鏡的焦距。此外，本發(fā)明的投影型顯示設(shè)備是包括以下組件的投影型顯示設(shè)備本發(fā)明的投影透鏡；光源；以及光閥，調(diào)制從光源輸出的光線，其中，通過(guò)投影透鏡來(lái)投影被光閥調(diào)制后的光線?？諝馔哥R的焦距是空氣透鏡的放大側(cè)表面的焦距與空氣透鏡的縮小側(cè)表面的焦距的空氣中組合焦距。具體地，空氣透鏡的焦距由以下等式來(lái)表示1/空氣透鏡的焦距=(1-放大側(cè)透鏡的折射率)/空氣透鏡的放大側(cè)表面的曲率半徑+(縮小側(cè)透鏡的折射率)/空氣透鏡的縮小側(cè)表面的曲率半徑+(1-放大側(cè)透鏡的折射率)χα-縮小側(cè)透鏡的折射率)χ空氣間隔/(空氣透鏡的放大側(cè)表面的曲率半徑χ 空氣透鏡的縮小側(cè)表面的曲率半徑)。投影透鏡可以由僅單個(gè)透鏡組成。備選地，投影透鏡可以包括一個(gè)或多個(gè)接合透鏡。
表述“縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的”表示一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下，將會(huì)聚成任意縮小側(cè)點(diǎn)的光線的截面中的最上部射線與最下部射線之間的角度二等分的線，近似平行于光軸，如圖 8(示例幻的截面圖所示。因此，該狀態(tài)不限于完全遠(yuǎn)心狀態(tài)。換言之，該狀態(tài)不限于將角度二等分的線完全平行于光軸。因此，在二等分線與光軸之間可以存在一定的差異。本文中，一定的差異是指二等分線相對(duì)于光軸的傾斜在士3°的范圍內(nèi)。當(dāng)計(jì)算透鏡的數(shù)目時(shí)，如果包括由η個(gè)透鏡組成的接合透鏡，則將接合透鏡的透鏡數(shù)目看做是η。此外，當(dāng)計(jì)算透鏡的數(shù)目時(shí)，不將空氣透鏡計(jì)算在內(nèi)。后焦距是沿光軸在構(gòu)成投影透鏡的透鏡表面的最縮小側(cè)表面與投影透鏡的縮小側(cè)的焦點(diǎn)之間的(空氣中)長(zhǎng)度。每個(gè)透鏡的焦距和組合的多個(gè)透鏡的焦距(組合焦距)分為正和負(fù)。當(dāng)經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)透鏡的射線的焦點(diǎn)位于所述一個(gè)或多個(gè)透鏡的出射側(cè)時(shí)，將所述一個(gè)或多個(gè)透鏡的焦距看做是正的。當(dāng)經(jīng)過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)透鏡的射線的焦點(diǎn)位于所述一個(gè)或多個(gè)透鏡的入射側(cè)時(shí)，將所述一個(gè)或多個(gè)透鏡的焦距看作是負(fù)的。通過(guò)使用以下等式來(lái)獲得透鏡表面的焦距Fsurf Fsurf = r/ (n2_nl)，其中，nl是透鏡表面的放大側(cè)的介質(zhì)的折射率，n2是透鏡表面的縮小側(cè)的介質(zhì)的折射率，以及r是透鏡表面的曲率半徑。當(dāng)表面向著放大側(cè)凸出時(shí)，曲率半徑為正，當(dāng)表面向著縮小側(cè)凸出時(shí)，曲率半徑為負(fù)。此外，術(shù)語(yǔ)“透鏡的縮小側(cè)表面”是指在透鏡的縮小側(cè)形成的透鏡表面。此外，術(shù)語(yǔ)“透鏡的放大側(cè)表面”是指在透鏡的放大側(cè)形成的透鏡表面。關(guān)于非球面透鏡，術(shù)語(yǔ)“正”和術(shù)語(yǔ)“負(fù)”用于表示非球面透鏡的傍軸區(qū)是正還是負(fù)。此外，關(guān)于非球面表面，術(shù)語(yǔ)“正”、術(shù)語(yǔ)“負(fù)”、術(shù)語(yǔ)“凹”和術(shù)語(yǔ)“凸”用于表示非球面表面的傍軸區(qū)是正還是負(fù)，是凹還是凸。根據(jù)本發(fā)明的投影透鏡和本發(fā)明的投影型顯示設(shè)備，投影透鏡包括從投影透鏡的放大側(cè)開(kāi)始依次布置的第一透鏡組和第二透鏡組。此外，投影透鏡由7個(gè)透鏡組成，投影透鏡的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的。此外，第一透鏡組由包括至少一個(gè)負(fù)透鏡在內(nèi)的兩個(gè)透鏡組成。第二透鏡組由從放大側(cè)開(kāi)始依次布置的正第二組第一透鏡、負(fù)第二組第二透鏡、正第二組第三透鏡、正第二組第四透鏡和正第二組第五透鏡組成，所述正第二組第一透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凸表面，所述負(fù)第二組第二透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凹表面，所述正第二組第三透鏡具有面對(duì)投影透鏡的縮小側(cè)的凸表面。此外，在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間提供間隔。此外，滿足以下公式(A)和(B) 1. 2 ^ Bf/f 彡 2. 5(A)；以及f23/f 彡-1. 5(B)，其中，Bf是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的在空氣中的后焦距，f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及
f23是在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的焦距。因此，可以使投影透鏡的焦距比數(shù)更小(更強(qiáng)光透鏡)，同時(shí)抑制像差的產(chǎn)生和設(shè)備尺寸的增大。具體地，在本發(fā)明中，如上所述適當(dāng)?shù)夭贾谜哥R和負(fù)透鏡的排列(放大率平衡)。因此，可以以卓越的方式保持像差平衡，同時(shí)使用較少數(shù)目的透鏡(7個(gè)透鏡)構(gòu)成投影透鏡。此外，可以在不使設(shè)備尺寸變大的情況下提供一種具有較少焦距比數(shù)的投影透鏡 (強(qiáng)光透鏡)。因此，可以獲得一種尺寸小、重量輕、并且具有卓越性能的投影透鏡。如果將投影透鏡構(gòu)造為使得Bf/f的值低于由公式(A)限定的值，其中，公式㈧ 限定了后焦距Bf與整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f的比值的范圍，則用于對(duì)用于照明的光學(xué)系統(tǒng)和用于引導(dǎo)光的光學(xué)系統(tǒng)加以布置的空間等變小。用于照明的光學(xué)系統(tǒng)將從光源輸出的光引導(dǎo)至光閥，用于引導(dǎo)光的光學(xué)系統(tǒng)將光閥調(diào)制后的光引導(dǎo)至投影透鏡。因此，變得難以布置用于照明的光學(xué)系統(tǒng)和用于引導(dǎo)光的光學(xué)系統(tǒng)。相反，如果將投影透鏡構(gòu)造為使得Bf/f的值超過(guò)由公式㈧限定的上限，則投影透鏡的尺寸變大。因此，設(shè)備的尺寸變大。此外，如果將投影透鏡構(gòu)造為使得f23/f的值超過(guò)由公式(B)限定的上限，所述公式(B)限定了空氣透鏡的焦距f23與整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f的比值的范圍，則圖像平面的校正變得困難。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括投影透鏡的投影型顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖2是投影型顯示設(shè)備中包含的光調(diào)制單元的放大截面圖。圖3是投影型顯示設(shè)備中包含的另一光調(diào)制單元的放大截面圖。圖4是示出了示例1中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖5是示出了示例2中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖6是示出了示例3中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖7是示出了示例4中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖8是示出了示例5中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖9是示出了示例6中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖10是示出了示例7中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖11是示出了示例8中投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖12A、12B、12C和12D是示出了示例1中投影透鏡的多種像差的圖。圖13A、13B、13C和13D是示出了示例2中投影透鏡的多種像差的圖。圖14A、14B、14C和14D是示出了示例3中投影透鏡的多種像差的圖。圖15A、15B、15C和15D是示出了示例4中投影透鏡的多種像差的圖。圖16A、16B、16C和16D是示出了示例5中投影透鏡的多種像差的圖。圖17A、17B、17C和17D是示出了示例6中投影透鏡的多種像差的圖。圖18A、18B、18C和18D是示出了示例7中投影透鏡的多種像差的圖。
圖19A、19B、19C和19D是示出了示例8中投影透鏡的多種像差的圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的投影透鏡以及包括投影透鏡的投影型顯示設(shè)備。圖1是示出了本發(fā)明的包括投影透鏡的投影型顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖1所示的投影型顯示設(shè)備400包括投影透鏡100和光調(diào)制單元200。光調(diào)制單元200通過(guò)光閥來(lái)調(diào)制從光源輸出的光線。在光調(diào)制單元200中調(diào)制的光線經(jīng)過(guò)投影透鏡 100，并投影到屏幕1上?！赐队巴哥R的基本結(jié)構(gòu)〉接下來(lái)將描述投影透鏡100的基本結(jié)構(gòu)。投影透鏡100由第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2組成。此外，投影透鏡100由7 個(gè)透鏡組成。投影透鏡100包括從投影透鏡100的放大側(cè)(magnification side)(圖1中由箭頭-Z指示的一側(cè))開(kāi)始依次布置的第一透鏡組G1、正第二組第一透鏡L3、負(fù)第二組第二透鏡L4、正第二組第三透鏡L5、正第二組第四透鏡L6和正第二組第五透鏡L7。第一透鏡組 Gl由從放大側(cè)開(kāi)始依次布置的兩個(gè)透鏡(第一組第一透鏡Ll和第一組第二透鏡I^)組成。 正第二組第一透鏡L3具有面對(duì)放大側(cè)的凸表面。負(fù)第二組第二透鏡L4具有面對(duì)放大側(cè)的凹表面。正第二組第三透鏡L5具有與投影透鏡100的縮小側(cè)(圖1中由箭頭+Z指示的一側(cè))面對(duì)的凸表面。此外，投影透鏡100的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的(telecentric)。此外，構(gòu)成第一組透鏡Gl的兩個(gè)透鏡中的至少一個(gè)是負(fù)透鏡。投影透鏡100具有在第二組第二透鏡L4的縮小側(cè)表面S9與第二組第三透鏡L5的放大側(cè)表面SlO之間的間隔。當(dāng)Bf是后焦距時(shí)，f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距(focal length)，f23是在第二組第二透鏡L4的縮小側(cè)表面S9與第二組第三透鏡L5的放大側(cè)表面SlO之間形成的空氣透鏡L45 的焦距，同時(shí)滿足以下公式㈧和⑶1.2^ Bf/f ^ 2. 5 (A);以及f23/f ^ -1. 5(B)。此外，投影透鏡100可以包括掩模Mk。掩模Mk由對(duì)經(jīng)過(guò)投影透鏡100的射線予以阻擋的材料制成。例如，掩模Mk阻擋經(jīng)過(guò)投影透鏡100的外圍區(qū)域的射線，以保護(hù)投影透鏡100的遠(yuǎn)心性(telecentricity)。此外，掩模Mk用于設(shè)定焦距比數(shù)。在圖中，并沒(méi)有將掩模Mk示為表示出掩模的尺寸或形狀， 但是在光軸方向上示出了掩模的位置。后焦距Bf是沿光軸從投影透鏡100的最后一個(gè)透鏡表面(在透鏡表面當(dāng)中，布置為最靠近光調(diào)制單元200的透鏡表面)到后側(cè)焦點(diǎn)(投影透鏡100的設(shè)置在光調(diào)制單元 200側(cè)的焦點(diǎn))的長(zhǎng)度(在空氣中)。本文中，后焦距Bf對(duì)應(yīng)于沿光軸從透鏡表面S15到光閥(稍后將描述的DMD 210 和液晶面板260RJ60G和^OB)的長(zhǎng)度(在空氣中)。透鏡表面S15位于在構(gòu)成投影透鏡 100的透鏡表面當(dāng)中的最縮小側(cè)。接下來(lái)將描述光調(diào)制單元200。
<關(guān)于使用DMD作為光閥的光調(diào)制單元>圖2是示出了采用DMD (數(shù)字微鏡設(shè)備)作為光閥的光調(diào)制單元的圖。圖2所示的光調(diào)制單元200A包括DMD 210、光源220和全內(nèi)反射棱鏡(下文中稱作IlR棱鏡230)。IlR棱鏡230將從光源220輸出的光線Lk引導(dǎo)至DMD 210。從光源220輸出的光線Lk進(jìn)入IlR棱鏡230，并在構(gòu)成IlR棱鏡230的兩個(gè)棱鏡 231、232的邊界面230K處全反射。全反射后的光線Lk進(jìn)入DMD210。此外，已經(jīng)進(jìn)入DMD 210的光線Lk被DMD 210的多個(gè)微鏡211反射，并且被調(diào)制。具體地，微鏡211基于輸入至DMD 210的圖像數(shù)據(jù)G使光線Lk向開(kāi)啟(ON)方向(投影透鏡100的方向)偏斜，或者向關(guān)閉(OFF)方向(除了投影透鏡100的方向以外的方向)偏斜。相應(yīng)地，調(diào)制已進(jìn)入DMD 210的光線Lk。DMD 210調(diào)制后的光線Lk經(jīng)過(guò)IlR棱鏡230，并進(jìn)入投影透鏡100的縮小側(cè)(圖2 中由箭頭+Z指示的一側(cè))。此外，光線Lk從投影透鏡100的放大側(cè)(圖2中由箭頭-Z指示的一側(cè))輸出，并投影到屏幕1上。相應(yīng)地，將由DMD 210調(diào)制并由投影透鏡100放大后的光線Lk投影到屏幕1上。因此，在屏幕1上形成由輸入至DMD 210的圖像數(shù)據(jù)來(lái)表示的圖像。本文中，可以例如通過(guò)采用場(chǎng)序圖像顯示方法(field sequential image display method)來(lái)在屏幕1上顯示彩色圖像。在場(chǎng)序圖像顯示方法中，在時(shí)間上分割(時(shí)分(time division))從光源220輸出的紅色光線Lkr、從光源220輸出的綠色光線Lkg以及從光源 220輸出的藍(lán)色光線IAb，并使這些光線順序地進(jìn)入DMD 210。此外，在各個(gè)顏色的光線進(jìn)入 DMD210的同時(shí)將表示紅色圖像的圖像數(shù)據(jù)Gr、表示綠色圖像的圖像數(shù)據(jù)Gg和表示藍(lán)色圖像的( 輸入至DMD 210，并調(diào)制各個(gè)顏色的光線。<關(guān)于將液晶面板用作光閥的光調(diào)制單元>圖3是示出了將透射型液晶面板用作光閥的光調(diào)制單元的圖。圖3所示的光調(diào)制單元200B包括光源270、二向色反射鏡(dichroic mirror) 281, 觀2、液晶面板沈01 、2606、沈(《以及用于組合顏色的二向色棱鏡(dichroic prism) 290 光源270輸出白色光，二向色反射鏡281、282將從光源270輸出的白色光線Lk分成紅色光、綠色光和藍(lán)色光。液晶面板沈01 、2606、沈(《對(duì)分成各個(gè)顏色的光線(紅色光線Lkr、綠色光線Lkg和藍(lán)色光線LlA)進(jìn)行調(diào)制。此外，二向色棱鏡290將已調(diào)制的各個(gè)顏色的光線(紅色光線Lkr、綠色光線Lkg和藍(lán)色光線Llcb)組合成光線束Lk，其中，通過(guò)使各個(gè)顏色的光線傳輸經(jīng)過(guò)液晶面板^0R、260GJ60B來(lái)調(diào)制所述各個(gè)顏色的光線。二向色反射鏡281、282將從光源270輸出的白色光分成各個(gè)顏色(紅色、綠色和藍(lán)色)的光線Lk(紅色光線Lkr、綠色光線Lkg和藍(lán)色光線Llcb)。此外，分割后的光線通過(guò)全反射鏡觀3、觀4、285等分別進(jìn)入液晶面板^0R、260GJ60B。通過(guò)用于組合顏色的二向色棱鏡四0，將通過(guò)液晶面板^0R、260GJ60B調(diào)制的紅色光線Lkr、綠色光線Lkg和藍(lán)色光線Llcb組合成光線束Lk。基于輸入至液晶面板^0R、260GJ60B的圖像數(shù)據(jù)Gr、Gg、Gb，通過(guò)液晶面板^0R、 ^0G、260B，來(lái)調(diào)制紅色光線Lkr、綠色光線Lkg和藍(lán)色光線Lkb。通過(guò)用于組合顏色的二向色棱鏡290而組合的光線Lk進(jìn)入投影透鏡100的縮小側(cè)(圖3中由箭頭+Z指示的一側(cè))，并從投影透鏡100的放大側(cè)(圖3中由箭頭-Z指示的一側(cè))輸出。此外，將光線Lk投影到屏幕1上。相應(yīng)地，在屏幕1上形成由輸入至每一個(gè)液晶面板^0R、260GJ60B的圖像數(shù)據(jù)來(lái)表示的彩色圖像。<關(guān)于對(duì)投影透鏡的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)一步限制的結(jié)構(gòu)>接下來(lái)，將描述對(duì)投影透鏡100和投影型顯示設(shè)備400的基本結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限制的元件和特征以及這些元件和特征的動(dòng)作和效果。進(jìn)一步限制基本結(jié)構(gòu)的元件或特征不管是對(duì)于本發(fā)明的投影透鏡100來(lái)說(shuō)還是對(duì)于本發(fā)明的投影型顯示設(shè)備400來(lái)說(shuō)，都不是必不可少的。本發(fā)明的投影透鏡和本發(fā)明的投影型顯示設(shè)備可以滿足對(duì)基本結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限定的所有元件或特征。備選地，可以滿足這些元件或特征之一，或者這些元件或特征中的至少兩個(gè)。首先，將描述公式中由符號(hào)來(lái)表示的參數(shù)的含義。Bf:后焦距f:整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距f23:在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的焦距f2F 第二組第二透鏡的放大側(cè)表面的焦距flF 第二組第一透鏡的放大側(cè)表面的焦距fl 第二組第一透鏡的焦距f2 第二組第二透鏡的焦距dl2 第一透鏡組與第二透鏡組之間的空氣間隔Fno 投影透鏡的焦距比數(shù)fF 第一透鏡組中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距f5 由樹(shù)脂制成的第二組第五透鏡的焦距[由公式(B)限制的結(jié)構(gòu)]公式⑶f23/f ( -1. 5以及比公式⑶更可取的公式(B，)f23/f ( -2. 0調(diào)節(jié)空氣透鏡的焦距f23與整個(gè)透鏡系統(tǒng)(投影透鏡100)的焦距的比值的范圍，其中所述空氣透鏡形成在第二組第二透鏡L4的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡L5的放大側(cè)表面之間。在將投影透鏡100構(gòu)造為使得f23/f的值超過(guò)由公式(B)限定的上限時(shí)，圖像平面的校正變得困難。如果將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式⑶或公式(B’)，則可以抑制這種問(wèn)題的產(chǎn)生。與當(dāng)投影透鏡100被構(gòu)造為滿足公式(B)時(shí)相比，當(dāng)投影透鏡100被構(gòu)造為滿足公式 (B’ )時(shí)，可以獲得更可取的透鏡特性。[由公式(C)限制的結(jié)構(gòu)]公式(C) -0. 8彡f2F/flF彡-0. 2調(diào)節(jié)第二組第二透鏡L4的放大側(cè)表面的焦距 f2F與第二組第一透鏡L3的放大側(cè)表面的焦距flF的比值的范圍。在將投影透鏡100構(gòu)造為使得f2F/HF的值低于由公式(C)限定的下限時(shí)，球差的校正變得困難。相反，在將投影透鏡100構(gòu)造為使得f2F/flF的值超過(guò)由公式(C)限定的上限時(shí)， 變得難以在抑制放大側(cè)一個(gè)或多個(gè)透鏡的尺寸的增大并保持預(yù)定的后焦距的同時(shí)校正圖像平面。如果將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(C)，則可以抑制這種問(wèn)題的產(chǎn)生。[由公式(D)限制的結(jié)構(gòu)]公式(D) 1.5 ^ fl/f ^ 3. 0調(diào)節(jié)第二組第一透鏡L3的焦距fl與整個(gè)透鏡系統(tǒng) (投影透鏡100)的焦距f的比值的范圍。在將投影透鏡100構(gòu)造為使得fl/f的值低于由公式⑶限定的下限時(shí)，球差的校正變得困難。相反，在將投影透鏡100構(gòu)造為使得fl/f的值超過(guò)由公式⑶限定的上限時(shí)，布置在放大側(cè)的一個(gè)或多個(gè)透鏡的尺寸變大。如果將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(D)，則可以抑制這種問(wèn)題的產(chǎn)生。[由公式(E)限制的結(jié)構(gòu)]公式(E)-2. 5 ( f2/f ( -0. 5 以及比公式(E)更可取的公式(E，) :_2. 0 ( f2/ f ^ -0. 7調(diào)節(jié)第二組第二透鏡L4的焦距f2與整個(gè)透鏡系統(tǒng)(投影透鏡100)的焦距f的比值的范圍。在將投影透鏡100構(gòu)造為使得f2/f的值低于由公式(E)限定的下限時(shí)，球差的校正變得困難。相反，在f2/f的值超過(guò)由公式(E)限定的上限時(shí)，變得難以在保持預(yù)定的后焦距的同時(shí)校正圖像平面。如果將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(E)或公式(E’)，則可以抑制這種問(wèn)題的產(chǎn)生。與當(dāng)投影透鏡100被構(gòu)造為滿足公式(E)時(shí)相比，在將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式 (E’ )時(shí)，可以獲得更可取的透鏡特性。[由公式(F)限制的結(jié)構(gòu)]公式(F) 0. 8 ( dl2/f ( 2. 2以及比公式(F)更可取的公式(F’)1. 0彡dl2/ f彡1.8調(diào)節(jié)空氣間隔dl2與整個(gè)透鏡系統(tǒng)(投影透鏡100)的焦距f的比值的范圍，其中所述空氣間隔dl2是第一透鏡組Gl與第二透鏡組G2之間的空氣間隔。在將投影透鏡100構(gòu)造為使得dl2/f的值低于由公式(F)限定的下限時(shí)，球差的校正和圖像平面的校正變得困難。相反，在將投影透鏡100構(gòu)造為使得dl2/f的值超過(guò)由公式(F)限定的上限時(shí)，變得難以在保持預(yù)定的后焦距的同時(shí)抑制透鏡尺寸的增大。如果將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(F)或(F’)，則可以抑制這種問(wèn)題的產(chǎn)生。 與當(dāng)投影透鏡100被構(gòu)造為滿足公式(F)時(shí)相比，在將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(F’) 時(shí)，可以獲得更可取的透鏡特性。[由公式(G)限制的結(jié)構(gòu)]公式(G) =Fno彡1. 7調(diào)節(jié)投影透鏡100的焦距比數(shù)的范圍。期望的是，將投影透鏡100構(gòu)造為使得焦距比數(shù)小于或等于1. 7。期望的是，構(gòu)成第一透鏡組Gl的透鏡表面Si、S2、S3、S4中的至少一個(gè)是非球面的。此外，更期望的是，構(gòu)成第二組第四透鏡L6和第二組第五透鏡L7的透鏡表面S12、S13、 S14、S15中的至少一個(gè)是非球面的。此外，第一透鏡組Gl中的至少一個(gè)非球面透鏡和第二組第五透鏡L7均由樹(shù)脂制成。此外，更期望的是，滿足公式(H) -l. 1彡fF/f5彡-0. 2。公式(H)調(diào)節(jié)第一透鏡組Gl中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距fF與由樹(shù)脂制成的第二組第五透鏡L7的焦距f5的比值的范圍。在將投影透鏡100構(gòu)造為滿足公式(H)時(shí)，由于溫度變化而引起的第二組第五透鏡L7的焦距f5的變化，會(huì)使由于溫度變化而引起的第一透鏡組Gl中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距fF的變化發(fā)生偏移。因此，可以抑制投影透鏡100的焦點(diǎn)位置的移位。然而，在將投影透鏡100構(gòu)造為使得fF/f5的值超過(guò)由公式(H)限定的上限，或者低于由公式(H)限定的下限時(shí)，由于溫度變化而引起的第二組第五透鏡L7的焦距f5的變化，難以使由于溫度變化而引起的第一透鏡組Gl中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距 fF的變化發(fā)生偏移。因此，變得難以抑制由于溫度變化而引起的投影透鏡100的焦點(diǎn)位置的移位。投影透鏡100可以由僅單個(gè)透鏡組成。備選地，投影透鏡100可以包括一個(gè)或多個(gè)接合透鏡。〈特殊示例〉參考圖4 至圖 11，圖 12A、12B、12C 禾口 12D 至圖 19A、19B、19C 和 19D，表 1 至表 9，將
描述本發(fā)明的示例1至8中與投影透鏡有關(guān)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。圖4至11分別是示出了示例1至8的投影透鏡的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖8是示出了圖5中的投影透鏡的示意性截面圖，在圖8中，還示出了光經(jīng)過(guò)投影透鏡的光路。圖 8示出了示例5中的投影透鏡的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的。此外，在其他示例(即，示例1至4和示例6至8)的投影透鏡中，投影透鏡的縮小側(cè)也可以是遠(yuǎn)心的。在圖4至11中，符號(hào)L1，L2，...表示構(gòu)成投影透鏡的透鏡。符號(hào)L1，L2…對(duì)應(yīng)于從放大側(cè)(圖4至11中由箭頭-Z指示的一側(cè))開(kāi)始透鏡的布置順序。此外，符號(hào)LL表示構(gòu)成光調(diào)制單元的光學(xué)部件(如，IlR棱鏡和用于組合顏色的二向色棱鏡)。光學(xué)部件LL并不構(gòu)成投影透鏡。表1至8分別示出了與示例1至8中的投影透鏡有關(guān)的基本數(shù)據(jù)。表1至8中每一個(gè)表的上部(由符號(hào)(a)指示)示出了透鏡數(shù)據(jù)。表1至8中每一個(gè)表的下部(由符號(hào) (b)指示)示出了非球面系數(shù)。在透鏡數(shù)據(jù)中，附到表面號(hào)的標(biāo)記“*”指示由該表面號(hào)表示的表面是非球面。本文中，使用以下非球面等式(aspheric equation)
權(quán)利要求
1. 一種投影透鏡，包括從投影透鏡的放大側(cè)開(kāi)始依次布置的第一透鏡組和第二透鏡組，其中，投影透鏡由7個(gè)透鏡組成， 投影透鏡的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的，第一透鏡組由包括至少一個(gè)負(fù)透鏡在內(nèi)的兩個(gè)透鏡組成，第二透鏡組由從放大側(cè)開(kāi)始依次布置的正第二組第一透鏡、負(fù)第二組第二透鏡、正第二組第三透鏡、正第二組第四透鏡和正第二組第五透鏡組成，所述正第二組第一透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凸表面，所述負(fù)第二組第二透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凹表面，所述正第二組第三透鏡具有面對(duì)投影透鏡的縮小側(cè)的凸表面，以及在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間提供間隔，并且滿足以下公式㈧和⑶1.2 ^ Bf/f ^ 2. 5 (A)；以及 f23/f 彡-1. 5(B)， 其中，Bf是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的在空氣中的后焦距， f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及f23是在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(C) -0. 8 彡 f2F/flF 彡-0. 2 (C)，其中，f2F是第二組第二透鏡的放大側(cè)表面的焦距，以及 flF是第二組第一透鏡的放大側(cè)表面的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(D)和(E) 1. 5 彡 fl/f 彡 3. 0(D)；以及-2. 5 彡 f2/f 彡-0. 5 (E) 其中，fl是第二組第一透鏡的焦距，以及 f2是第二組第二透鏡的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(F) 0. 8 彡 dl2/f 彡 2. 2 (F)，其中，dl2是第一透鏡組與第二透鏡組之間的空氣間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(G) Fno 彡 1. 7(G)，其中，F(xiàn)no是整個(gè)系統(tǒng)的焦距比數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影透鏡，其中，構(gòu)成第一透鏡組的透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的投影透鏡，其中，第二組第四透鏡和第二組第五透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影系統(tǒng)，其中，第一透鏡組中的至少一個(gè)非球面透鏡和第二組第五透鏡均由樹(shù)脂制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(H) -1. 1 ( fF/f5 ( -0. 2 (H)，其中，fF是第一透鏡組中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距，以及 f5是由樹(shù)脂制成的第二組第五透鏡的焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(D)和(E) 1. 5 彡 fl/f 彡 3. 0 (D)；以及-2. 5 彡 f2/f 彡-0. 5 (E)， 其中，fl是第二組第一透鏡的焦距，以及 f2是第二組第二透鏡的焦距。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(F) 0. 8 彡 dl2/f (2.2 (F)，其中，dl2是第一透鏡組與第二透鏡組之間的空氣間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(G) Fno 彡 1. 7(G)，其中，F(xiàn)no是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距比數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的投影透鏡，其中，構(gòu)成第一透鏡組的透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影透鏡，其中，第二組第四透鏡和第二組第五透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影系統(tǒng)，其中，第一透鏡組中的至少一個(gè)非球面透鏡和第二組第五透鏡均由樹(shù)脂制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投影透鏡，其中，滿足以下公式(H) -1. 1 彡 fF/f5 彡-0. 2(H)，其中，fF是第一透鏡組中由樹(shù)脂制成的每個(gè)非球面透鏡的焦距，以及 f5是由樹(shù)脂制成的第二組第五透鏡的焦距。
17.一種投影型顯示設(shè)備，包括 如權(quán)利要求1所述的投影透鏡； 光源；以及光閥，調(diào)制從光源輸出的光線， 其中，通過(guò)投影透鏡來(lái)投影被光閥調(diào)制后的光線。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由7個(gè)透鏡組成的投影透鏡，所述投影透鏡的縮小側(cè)是遠(yuǎn)心的。第一透鏡組由包括至少一個(gè)負(fù)透鏡在內(nèi)的兩個(gè)透鏡組成。第二透鏡組由從放大側(cè)開(kāi)始依次布置的正第二組第一透鏡、負(fù)第二組第二透鏡、正第二組第三透鏡、正第二組第四透鏡和正第二組第五透鏡組成，所述正第二組第一透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凸表面，所述負(fù)第二組第二透鏡具有面對(duì)放大側(cè)的凹表面，所述正第二組第三透鏡具有面對(duì)投影透鏡的縮小側(cè)的凸表面。滿足以下公式(A)和(B)1.2≤Bf/f≤2.5 (A)；以及f23/f≤-1.5 (B)，其中，Bf是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的在空氣中的后焦距，f是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及f23是在第二組第二透鏡的縮小側(cè)表面與第二組第三透鏡的放大側(cè)表面之間形成的空氣透鏡的焦距。
文檔編號(hào)G02B13/22GK102375217SQ201110240109
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者山本力 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社