變焦透鏡、包括變焦透鏡的圖像投影設(shè)備以及攝像設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及變焦透鏡、包括變焦透鏡的圖像投影設(shè)備以及攝像設(shè)備。一種變焦透鏡，包括前組、光圈和后組。前組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元以具有配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的前變倍透鏡單元，后組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有配置為在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的后變倍透鏡單元以及配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元。光圈在變焦時(shí)移動(dòng)，前組具有配置為在變焦時(shí)移動(dòng)的輔助光圈，并且將前組的焦點(diǎn)位置到在廣角端和遠(yuǎn)攝端的光圈的長(zhǎng)度與后組在廣角端和遠(yuǎn)攝端的成像倍率設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹怠?br>
【專(zhuān)利說(shuō)明】變焦透鏡、包括變焦透鏡的圖像投影設(shè)備以及攝像設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適合在用于例如以放大的比例投影圖像的圖像投影設(shè)備(投影儀)中使用的變焦透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]在相關(guān)技術(shù)中，存在各種圖像投影設(shè)備(投影儀)。已知的投影設(shè)備通常配置為使用諸如液晶顯示器等的圖像顯示裝置，并且將基于圖像顯示裝置的圖像通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)以放大的比例投影在屏幕表面。為此，期望投影儀投影明亮的投影圖像，從而在以放大的比例投影圖像的情況下確保合適的可見(jiàn)性。期望在投影儀中使用的投影光學(xué)系統(tǒng)是能夠以各種投影倍率來(lái)投影圖像的變焦透鏡。根據(jù)安裝投影儀處的環(huán)境，投影光學(xué)系統(tǒng)要求某些特定的安裝屬性。然而，用于投影儀的變焦透鏡具有以下在可視性方面不期望出現(xiàn)的問(wèn)題，即在F數(shù)(光圈值)改變的情況下進(jìn)行變焦時(shí)投影圖像的亮度改變。因此，為獲得不具有該缺點(diǎn)的投影變焦透鏡，已做出了各種嘗試。
[0003]美國(guó)專(zhuān)利5015739和美國(guó)專(zhuān)利8390935公開(kāi)了配置為通過(guò)在用于投影儀的變焦透鏡的整個(gè)變焦范圍內(nèi)維持F數(shù)來(lái)維持投影圖像的亮度的變焦透鏡。
[0004]在美國(guó)專(zhuān)利5015739中公開(kāi)的投影變焦透鏡包括具有從放大側(cè)起按負(fù)、正、正、正、正和正的順序配置的折射力的第一至第六透鏡單元，以及在第四透鏡單元和第五透鏡單元之間設(shè)置的具有固定或可變開(kāi)口直徑并且在變焦時(shí)獨(dú)立移動(dòng)的光圈。在該結(jié)構(gòu)中，認(rèn)為F數(shù)在整個(gè)變焦范圍內(nèi)保持恒定。
[0005]在美國(guó)專(zhuān)利8390935中公開(kāi)的投影變焦透鏡包括具有從放大側(cè)起按負(fù)、正、正、負(fù)、正和正的順序配置的折射力的第一至第六透鏡單元，以及在第二透鏡單元的像側(cè)的、在變焦時(shí)與第二透鏡單元一體移動(dòng)的具有掩模的光圈。在美國(guó)專(zhuān)利8390935中公開(kāi)的投影變焦透鏡還包括在第六透鏡單元的物體側(cè)的在變焦時(shí)具有固定開(kāi)口的輔助光圈。在該配置中，F(xiàn)數(shù)在整個(gè)變焦范圍內(nèi)保持恒定。
[0006]投影儀中使用的變焦透鏡需要提供高質(zhì)量的投影圖像，并且能夠在投影圖像時(shí)的情況下變焦時(shí)對(duì)于各種放大倍率以F數(shù)上較小的改變以恒定亮度投影。為了提供高質(zhì)量的投影圖像，并且在變焦時(shí)保持投影圖像的亮度恒定，即為了在整個(gè)變焦范圍內(nèi)保持F數(shù)恒定，對(duì)諸如變焦類(lèi)型或者光圈的位置等的透鏡結(jié)構(gòu)的適當(dāng)設(shè)置是重要的。
[0007]在美國(guó)專(zhuān)利5015739中公開(kāi)的投影變焦透鏡的結(jié)構(gòu)中，在變焦時(shí)通過(guò)移動(dòng)光圈使得F數(shù)在改變倍率時(shí)的改變小。然而，存在如下問(wèn)題，即無(wú)法截止廣角端處的過(guò)多的光，并且因此不能夠在整個(gè)變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像投影。在美國(guó)專(zhuān)利8390935中公開(kāi)的投影變焦透鏡中，通過(guò)提供輔助光圈截止了不必要的光。然而，由于光圈固定在縮小共軛側(cè)，因此存在各種像差從一個(gè)變焦位置到另一個(gè)變焦位置顯著變化、并且由變焦引起的光學(xué)性能的變化增大的趨勢(shì)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]根據(jù)此處公開(kāi)的至少一個(gè)實(shí)施例，變焦透鏡以從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)的順序包括:具有多個(gè)透鏡單元的前組、光圈以及具有多個(gè)透鏡單元的后組，其中，前組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有負(fù)折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元以及包括在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的前變倍透鏡單元，后組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的后變倍透鏡單元以及具有正折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元，光圈在變焦時(shí)移動(dòng)，前組包括在變焦時(shí)移動(dòng)的具有恒定開(kāi)口直徑的輔助光圈，滿(mǎn)足條件表達(dá)式:
[0009]0.9〈 (Xt.β tb) / (Xw.β wb) <1.1
[0010]這里Xw和Xt分別是在廣角端和遠(yuǎn)攝端的從前組的焦點(diǎn)位置到光圈的長(zhǎng)度，并且β wb和β tb分別是后組在廣角端和遠(yuǎn)攝端的成像倍率。
[0011]根據(jù)其它實(shí)施例，一種圖像投影設(shè)備包括:圖像顯示裝置，配置為形成原始圖像；以及所述的變焦透鏡，配置為投影由所述圖像顯示裝置形成的所述原始圖像。
[0012]根據(jù)其它實(shí)施例，一種攝像設(shè)備包括:攝像光學(xué)系統(tǒng)，包括所述的變焦透鏡；以及攝像裝置。
[0013]通過(guò)以下參考附圖對(duì)典型實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和方面將變得明顯。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1A和IB根據(jù)這里描述的示例I分別示出在廣角端和遠(yuǎn)攝端的透鏡的截面圖。
[0015]圖2A和圖2B分別為示例I中示出的透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的像差圖。
[0016]圖3A和圖3B根據(jù)不例2分別不出透鏡在廣角端和遠(yuǎn)攝端的截面圖。
[0017]圖4A和圖4B分別為示例2中示出的透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的像差圖。
[0018]圖5A和圖5B根據(jù)不例3分別不出透鏡在廣角端和遠(yuǎn)攝端的截面圖。
[0019]圖6A和圖6B分別為示例3中示出的透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的像差圖。
[0020]圖7為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像投影設(shè)備的相關(guān)部分的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供了如下的變焦透鏡，其F數(shù)在整個(gè)變焦范圍內(nèi)改變小、在變焦時(shí)各種像差的波動(dòng)較少并且能夠在整個(gè)變焦范圍內(nèi)獲得高光學(xué)性能。
[0022]以下將描述根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡的示例。變焦透鏡從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有多個(gè)透鏡單元的前組、光圈和具有多個(gè)透鏡單元的后組。前組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有負(fù)折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元、以及包括在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的前變倍透鏡單元。
[0023]后組從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的后變倍透鏡單元以及具有正折射力并配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元。光圈在變焦時(shí)移動(dòng)。前組包括在變焦時(shí)移動(dòng)的具有恒定開(kāi)口直徑的輔助光圈。
[0024]圖1A和IB是本發(fā)明的示例I的變焦透鏡在廣角端(短焦距端)以及遠(yuǎn)攝端(長(zhǎng)焦距端)的截面圖。圖2A和2B分別是本發(fā)明的示例I的變焦透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的垂直像差圖。圖3A和3B是本發(fā)明的示例2的變焦透鏡在廣角端以及遠(yuǎn)攝端的截面圖。圖4A和4B分別是本發(fā)明的示例2的變焦透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的垂直像差圖。
[0025]圖5A和5B是本發(fā)明的示例3的變焦透鏡在廣角端以及遠(yuǎn)攝端的截面圖。圖6A和6B分別是本發(fā)明的示例3的變焦透鏡在投影距離為2100mm時(shí)在廣角端和遠(yuǎn)攝端的垂直像差圖。圖7是具有本發(fā)明的變焦透鏡的圖像投影設(shè)備的主要部分的示意圖。
[0026]各示例的變焦透鏡是用在圖像投影設(shè)備(投影儀)中的投影透鏡(投影光學(xué)系統(tǒng))。在透鏡的截面圖中，左側(cè)與放大共軛側(cè)(屏幕)(前側(cè))對(duì)應(yīng)，并且右側(cè)與縮小共軛側(cè)(圖像顯示裝置側(cè))(后側(cè))對(duì)應(yīng)。附圖標(biāo)記LA表示變焦透鏡。
[0027]附圖標(biāo)記LF表示前組，并且附圖標(biāo)記LR表示后組。附圖標(biāo)記Bi表示第i個(gè)透鏡單元。附圖標(biāo)記ST表示光圈。附圖標(biāo)記AP表示輔助光圈。附圖標(biāo)記IE與諸如液晶面板(圖像顯示裝置)等的原始圖像(被投影圖像)等相對(duì)應(yīng)。附圖標(biāo)記S表示屏幕表面。附圖標(biāo)記GB表示與顏色分辨和合成棱鏡、光學(xué)濾波器、面板(face plate,平行平板玻璃)、晶體低通濾波器以及紅外截止濾波器相對(duì)應(yīng)的光學(xué)模塊。箭頭表示透鏡單元在從廣角端向遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)的移動(dòng)方向(移動(dòng)軌跡)。以下描述的廣角端和遠(yuǎn)攝端與變倍透鏡單元位于在機(jī)構(gòu)的光軸上的移動(dòng)范圍的兩端處的變焦位置相對(duì)應(yīng)。
[0028]在像差圖中，F(xiàn)no表示F數(shù)，并且ω表示半視角(度)。在球面像差圖(縱向球面像差)中，示出針對(duì)470nm、550nm和620nm波長(zhǎng)的三個(gè)曲線(xiàn)。在非球面像差圖中(像散場(chǎng)曲)，虛線(xiàn)表示子午像面，實(shí)線(xiàn)表示弧矢像面。失真像差圖(失真)示出針對(duì)550nm波長(zhǎng)的曲線(xiàn)。
[0029]各示例中的變焦透鏡包括在放大共軛側(cè)的前組LF以及在縮小共軛側(cè)的后組LR，其中以光圈ST為邊界。前組LF從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括具有負(fù)折射力并且配置為在調(diào)焦時(shí)移動(dòng)的第一透鏡單元B1、輔助光圈AP、具有正折射力的第二透鏡單元B2以及具有正折射力的第三透鏡單元B3。
[0030]后組LR包括具有負(fù)折射力的第四透鏡單元B4、具有正折射力的第五透鏡單元B5以及具有正折射力的第六透鏡單元B6。第一透鏡單元BI和第六透鏡單元B6在進(jìn)行變焦的情況下不移動(dòng)。第二透鏡單元B2到第五透鏡單元B5在從廣角端向遠(yuǎn)攝端變焦時(shí)向放大共軛側(cè)移動(dòng)。
[0031]第一透鏡單元BI和第六透鏡單元B6是對(duì)于倍率波動(dòng)沒(méi)有貢獻(xiàn)的透鏡單元，并且第二透鏡單元B2到第五透鏡單元B5是變倍透鏡單元。這里，第二透鏡單元B2和第三透鏡單元B3組成前變倍透鏡單元LFV。第四透鏡單元B4和第五透鏡單元B5組成后變倍透鏡單元 LRV。
[0032]第一透鏡單元BI包括具有負(fù)折射力的第十一透鏡單元Bll以及具有正折射力的第十二透鏡單元B12，并且在調(diào)焦時(shí)沿軌跡(以不同的速度)移動(dòng)。
[0033]各示例為在具有光閥的圖像投影設(shè)備(特別是安裝有液晶裝置的3CCD投影儀)中使用的變焦透鏡。各示例中的變焦透鏡可以用作使用攝像裝置代替光閥的攝像設(shè)備用的攝像光學(xué)系統(tǒng)。
[0034]示例的各個(gè)變焦透鏡包括六個(gè)透鏡單元；第一透鏡單元BI至第六透鏡單元B6從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次具有負(fù)、正、正、負(fù)、正和正的折射力。在變焦時(shí)，第二透鏡單元B2至第五透鏡單元B5移動(dòng)。在第三透鏡單元B3和第四透鏡單元B4之間，設(shè)置有在變焦時(shí)移動(dòng)的光圈ST。在廣角端和遠(yuǎn)攝端的從前組LF的焦點(diǎn)位置到光圈ST的長(zhǎng)度分別以Xw和Xt表不。后組LR在廣角纟而和遠(yuǎn)攝纟而的成像倍率分別以β wb和i^tb表不。
[0035]此時(shí)，滿(mǎn)足條件
[0036]0.9〈 (Xt.β tb) / (Xw.β wb)〈1.1...(I)
[0037]將各個(gè)示例配置為使得從相對(duì)于光圈ST的放大共軛側(cè)的透鏡單元中的前組LF的焦點(diǎn)位置到光圈ST的距離與利用在相對(duì)于光圈ST的縮小共軛側(cè)的透鏡單元的后組LR的合成成像倍率滿(mǎn)足條件表達(dá)式(I)。在該配置中，實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)變焦范圍內(nèi)變焦時(shí)具有變化更小的F數(shù)的變焦透鏡。在超出了條件表達(dá)式(I)的上限值或者下限值的情況下，在變焦時(shí)減小F數(shù)的變化變得困難。通過(guò)滿(mǎn)足條件表達(dá)式(I)獲得了在整個(gè)變焦范圍內(nèi)變焦時(shí)具有變化更小的F數(shù)的變焦透鏡。
[0038]在本發(fā)明的變焦透鏡中，推薦以下結(jié)構(gòu)以用于減輕在廣角端和中間變焦位置處導(dǎo)致發(fā)生耀斑 的過(guò)多的光的生成。在通常的變焦透鏡中，通過(guò)在相對(duì)于光圈的放大共軛側(cè)的變倍部的透鏡端或者保持該透鏡端的機(jī)械部處去除過(guò)多的光來(lái)在廣角端抑制耀斑的發(fā)生。然而，在相對(duì)于光圈的放大共軛側(cè)的變倍部處的軸向光通量在遠(yuǎn)攝端變得更密的情況下，去除廣角端處的耀斑變得困難。假定通過(guò)限制變倍部的透鏡直徑來(lái)在廣角端去除過(guò)多的光，則在遠(yuǎn)攝端的F數(shù)變大(暗)。
[0039]因而，在本發(fā)明中配置有輔助光圈AP，其中該輔助光圈AP位于相對(duì)于光圈ST的放大共軛側(cè)，在變焦時(shí)移動(dòng)并且具有恒定的開(kāi)口直徑。在該結(jié)構(gòu)中，盡管在整個(gè)變焦范圍內(nèi)變焦時(shí)F數(shù)具有小的變化，但是獲得了被配置為校正變焦時(shí)的各種像差的改變并且在整個(gè)畫(huà)面上具有所期望的光學(xué)性能的變焦透鏡。輔助光圈AP的開(kāi)口直徑在變焦時(shí)可以改變。
[0040]在示例中，輔助光圈AP可以配置為在變焦時(shí)與第二透鏡單元B2—體移動(dòng)(沿相同軌跡)，或者沿與其它透鏡單元不同的軌跡移動(dòng)。相對(duì)于變倍透鏡單元(第二透鏡單元)的最放大共軛側(cè)上的透鏡的放大共軛側(cè)透鏡頂點(diǎn)(下文中稱(chēng)為“變倍透鏡單元的最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡頂點(diǎn)”)、在放大共軛側(cè)上配置有位于相對(duì)于光圈ST的放大共軛側(cè)并且在變焦時(shí)移動(dòng)的輔助光圈AP。換言之,在示例中，輔助光圈AP配置于相對(duì)于前變倍透鏡單元LFV的放大共軛側(cè)上。
[0041]在整個(gè)變焦范圍內(nèi)的從前變倍透鏡單元LFV的最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到輔助光圈AP的長(zhǎng)度表示為L(zhǎng)s2。從在最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到在最縮小共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面的長(zhǎng)度表示為L(zhǎng)。此時(shí)，滿(mǎn)足條件表達(dá)式
[0042]0.02〈Ls2/L...(2)
[0043]這里，條件表達(dá)式(2)的長(zhǎng)度Ls2是針對(duì)整個(gè)變焦范圍內(nèi)的全部變焦位置都適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。
[0044]條件表達(dá)式(2)意味著從在最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡頂點(diǎn)到輔助光圈設(shè)置至少預(yù)定距離。當(dāng)不滿(mǎn)足條件表達(dá)式⑵時(shí)，在減小光通量的直徑以減少過(guò)多的光的情況下，在遠(yuǎn)攝端處軸向光通量減少，因此F數(shù)變暗(大)。通過(guò)滿(mǎn)足條件表達(dá)式(2)，可以容易地實(shí)現(xiàn)在不減少在遠(yuǎn)攝端的軸向光通量(盡管在變焦時(shí)F數(shù)有少量變化)的情況下對(duì)廣角端和中間變焦位置處過(guò)多的光的有效去除。[0045]條件表達(dá)式⑵中的距離影響視角。所要去除的過(guò)多的光的視角隨著在廣角端的視角減小而變得更小，并且因此條件表達(dá)式(2)中的距離需要大以有效地去除過(guò)多的光。
[0046]在配置為對(duì)由圖像顯示裝置所創(chuàng)建的原始圖像進(jìn)行投影的圖像投影設(shè)備中使用了示例的變焦透鏡的情況下，在廣角端的投影視角表示為2ω。此時(shí)，優(yōu)選為滿(mǎn)足條件表達(dá)式
[0047]0.02〈Ls2/ (L.cos ω)〈0.06...(3)
[0048]條件表達(dá)式(3)用于針對(duì)給定視角有效地去除過(guò)多的光。通過(guò)滿(mǎn)足條件表達(dá)式
(3)獲得了在整個(gè)變焦范圍內(nèi)變焦時(shí)F數(shù)變化更小的配置。此外，容易地獲得被配置為校正在變焦時(shí)的各種像差的改變并且在全部畫(huà)面上具有期望的光學(xué)性能的變焦透鏡。條件表達(dá)式(I)至(3)的值的范圍優(yōu)選為如下設(shè)置:[0049]0.95〈 (Xt.β tb) / (Xw.β wb)〈1.05...(la)
[0050]0.025〈Ls2/L〈0.050...(2a)
[0051 ] 0.03〈Ls2/ (L.cos ω) <0.05...(3a)
[0052]如上描述，根據(jù)示例，由于F數(shù)在整個(gè)變焦范圍內(nèi)恒定，依賴(lài)于變焦位置的亮度波動(dòng)小并且與變焦相關(guān)聯(lián)的像差波動(dòng)也小，因此獲得了具有高光學(xué)性能的變焦透鏡。
[0053]隨后將描述各示例的變焦透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)。示例I的變焦透鏡(投影透鏡單元)I從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次具備具有負(fù)折射力的第一透鏡單元B1、具有正折射力的第二透鏡單元B2以及具有正折射力的第三透鏡單元B3。變焦透鏡I是還包括具有負(fù)折射力的第四透鏡單元B4、具有正折射力的第五透鏡單元B5以及具有正折射力的第六透鏡單元B6的六組變焦透鏡。第一透鏡單元和第六透鏡單元配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)。第二透鏡單元到第五透鏡單元在變焦時(shí)移動(dòng)。
[0054]第一透鏡單元BI從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括負(fù)、負(fù)、負(fù)和正透鏡Lll到L14、第二透鏡單元B2包括一個(gè)正透鏡L15并且第三透鏡單元B3包括一個(gè)正透鏡L16。此外，第四透鏡單元B4從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括負(fù)、正、負(fù)和正透鏡L17到L20，并且第五透鏡單元B5包括負(fù)和正透鏡L21和L22。第六透鏡單元B6包括一個(gè)正透鏡L23。
[0055]第二透鏡單元B2到第五透鏡單元B5在從廣角側(cè)(寬)向遠(yuǎn)攝側(cè)(遠(yuǎn))變焦時(shí)都向放大共軛側(cè)移動(dòng)。在調(diào)焦時(shí)，在第一透鏡單元BI的放大共軛側(cè)包括三個(gè)透鏡并且具有負(fù)折射力的第十一透鏡單元Bll與在縮小共軛側(cè)包括一個(gè)透鏡的第十二透鏡單元B12沿不同軌跡移動(dòng)。
[0056]在第三透鏡單元B3和第四透鏡單元B4之間設(shè)置有在變焦時(shí)移動(dòng)的光圈ST，并且在相對(duì)于光圈ST的放大共軛側(cè)設(shè)置配置為在變焦時(shí)移動(dòng)的輔助光圈AP。輔助光圈AP在變焦時(shí)沿與第二透鏡單元B2相同的軌跡移動(dòng)。輔助光圈AP可以配置為鏡筒的一部分。作為替代，輔助光圈AP可以形成為環(huán)形金屬板。
[0057]在示例中，通過(guò)使結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足條件表達(dá)式(I)，實(shí)現(xiàn)在變倍時(shí)F數(shù)Fno改變小的結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)滿(mǎn)足條件表達(dá)式(2)和(3)，有效地去除了廣角端的過(guò)多的光，從而以在變倍時(shí)F數(shù)的變化小的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了具有更少耀斑的高質(zhì)量投影圖像。
[0058]示例2與示例I僅在廣角端的視角(ω)不同，并且具有和示例I相同的諸如透鏡結(jié)構(gòu)以及各個(gè)透鏡單元在變焦時(shí)的移動(dòng)條件等的變焦類(lèi)型。各個(gè)透鏡單元的透鏡結(jié)構(gòu)也與示例I相同。光圈ST、輔助光圈AP的配置以及在變焦時(shí)的移動(dòng)條件與示例I相同。在示例2的結(jié)構(gòu)中，由于廣角端的視角比示例I中小，因此將輔助光圈AP設(shè)置在相對(duì)于最放大共軛側(cè)的透鏡頂點(diǎn)更遠(yuǎn)的位置。
[0059]在示例2中，光圈ST到透鏡頂點(diǎn)的距離相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的全長(zhǎng)為0.039，該距離大于示例I的0.030,并且意味著距離比示例I的長(zhǎng)。
[0060]示例3具有和示例I相同的諸如透鏡結(jié)構(gòu)以及各個(gè)透鏡單元在變焦時(shí)的移動(dòng)條件等的變焦類(lèi)型。各個(gè)透鏡單元的透鏡結(jié)構(gòu)也和示例I相同。示例3的結(jié)構(gòu)與示例I的不同在于輔助光圈AP在變焦時(shí)沿與其它透鏡單元不同的軌跡移動(dòng)。在該結(jié)構(gòu)中，容易抑制在變焦時(shí)的諸如軸向色像差等的各種像差的波動(dòng)。示例3也滿(mǎn)足條件表達(dá)式(I)至(3)。
[0061]將描述圖7中示出的圖像投影設(shè)備。在圖7中，附圖標(biāo)記41表示光源。附圖標(biāo)記42表示如下的照明光學(xué)系統(tǒng)，其相對(duì)于圖像顯示裝置實(shí)現(xiàn)了不均勻更少的照明，并且具有將出射光的偏振方向與P偏振和S偏振中的任意方向?qū)R的功能。附圖標(biāo)記43是配置為將來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)42的光分解為圖像顯示裝置所支持的給定顏色的顏色分離器光學(xué)系統(tǒng)。
[0062]附圖標(biāo)記47、48和49表示圖像顯示裝置，其包括配置為根據(jù)電信號(hào)來(lái)調(diào)制入射的偏振光的反射型液晶。附圖標(biāo)記44和45表示偏振分束器，配置為響應(yīng)于調(diào)制使得光從圖像顯示裝置47、48和49中透過(guò)或反射。附圖標(biāo)記46表示顏色合成光學(xué)系統(tǒng)，配置為將來(lái)自圖像顯示裝置47、48和49的光合成為一束。附圖標(biāo)記50表示投影光學(xué)系統(tǒng)，配置為將由顏色合成光學(xué)系統(tǒng)46合成的光投影到諸如屏幕51等的投影構(gòu)件上。
[0063]投影光學(xué)系統(tǒng)50采用本發(fā)明的變焦透鏡。在該結(jié)構(gòu)中，盡管在整個(gè)變焦范圍內(nèi)變焦時(shí)F數(shù)有一些改變，但是獲得了配置為校正在變焦時(shí)的各種像差的改變并且在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有期望的光學(xué)性能的圖像投影設(shè)備。
[0064]盡管目前為止已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，并且可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種改變和修改。
[0065]隨后將在下面示出各個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡的數(shù)值示例。數(shù)值示例I (表A)中的透鏡結(jié)構(gòu)的表面編號(hào)是以從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)的順序分配給各個(gè)透鏡表面的編號(hào)。標(biāo)記r表示透鏡表面的曲率的半徑，標(biāo)記d表示透鏡表面i到透鏡表面(i+1)之間在光軸上的距離(物理距離)。
[0066]表中標(biāo)記為“可變”的距離隨變焦而改變。附圖標(biāo)記nd和Vd表示相對(duì)于構(gòu)成各個(gè)透鏡的材料的d線(xiàn)的折射力和阿貝數(shù)。表A示出了數(shù)值示例的變焦透鏡的焦距、光圈比(F數(shù))、半視角、透鏡的全長(zhǎng)、空氣換算后的后焦距(BF)、變焦比以及在變焦時(shí)各透鏡單元之間的距離。表B示出了表示非球面形狀的非球面系數(shù)A至G。附圖標(biāo)記“y”表示透鏡表面的徑向方向的坐標(biāo)，并且附圖標(biāo)記“X”表示光軸方向的坐標(biāo)。E-X表示10-X。
[0067]X= (y2/R) / [1+ {1- (1+K) (y2/R2)}1/2] +Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12+Fy14+Gy16
[0068]表C中示出了在各個(gè)示例和以上描述的數(shù)值之間的關(guān)系。
[0069](表A)透鏡結(jié)構(gòu)
[0070] 廣角中間 遠(yuǎn)攝
f(焦距)21.78 30.71 39.20
F(光圈比)2.8 2.8 2.8
半視角31 0 23.1 18.5
透鏡全長(zhǎng)166.9
BF58.2
變焦比1.80
rl = 35.62dl = 2.50 nl = 1.805 vl = 25.4
r2= 25.53d2 = 7.59
[0071]
【權(quán)利要求】
1.一種變焦透鏡，從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括: 前組，具有多個(gè)透鏡單元； 光圈；以及 后組，具有多個(gè)透鏡單元，其中， 所述前組從所述放大共軛側(cè)到所述縮小共軛側(cè)依次包括:具有負(fù)折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元、以及包括在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的前變倍透鏡單元， 所述后組從所述放大共軛側(cè)到所述縮小共軛側(cè)依次包括:具有在變焦時(shí)移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元的后變倍透鏡單元、以及具有正折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元， 所述光圈在變焦時(shí)移動(dòng)， 所述前組包括在變焦時(shí)移動(dòng)的具有恒定的開(kāi)口直徑的輔助光圈， 所述變焦透鏡滿(mǎn)足以下條件表達(dá)式:
0.9〈 (Xt.β tb) / (Xw.β wb) <1.1 其中，Xw和Xt分別為在廣角端和遠(yuǎn)攝端的從所述前組的焦點(diǎn)位置到所述光圈的長(zhǎng)度，并且Pwb和Ptb分別為所述后組在所述廣角端和所述遠(yuǎn)攝端的成像倍率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中， 所述具有負(fù)折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元是第一透鏡單元，并且所述第一透鏡單元還配置為在調(diào)焦時(shí)移動(dòng)； 所述前變倍透鏡單元從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括: 第二透鏡單元，具有正折射力并且配置為在變焦時(shí)移動(dòng)；以及 第三透鏡單元，具有正折射力， 所述后變倍透鏡單元從放大共軛側(cè)到縮小共軛側(cè)依次包括: 第四透鏡單元，具有負(fù)折射力并且配置為在變焦時(shí)移動(dòng)，以及 第五透鏡單元，具有正折射力； 所述具有正折射力并且配置為在變焦時(shí)不移動(dòng)的透鏡單元是第六透鏡單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中， 所述輔助光圈相對(duì)于所述前變倍透鏡單元配置在所述放大共軛側(cè)，并且在整個(gè)變焦范圍內(nèi)滿(mǎn)足以下條件表達(dá)式:
0.02〈Ls2/L 其中，Ls2為從所述前變倍透鏡單元的最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到所述輔助光圈的長(zhǎng)度，并且L為從最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到最縮小共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中， 所述輔助光圈在變焦時(shí)沿與其它透鏡單元不同的軌跡移動(dòng)。
5.一種圖像投影設(shè)備，包括: 圖像顯示裝置，配置為形成原始圖像；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的變焦透鏡，配置為投影由所述圖像顯示裝置形成的所述原始圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像投影設(shè)備，其中， 所述輔助光圈相對(duì)于所述前變倍透鏡單元配置在所述放大共軛側(cè)，并且 在整個(gè)變焦范圍內(nèi)滿(mǎn)足以下條件表達(dá)式: 。 0.02〈Ls2/ (L.cosω)〈0.06 其中，Ls2為從所述前變倍透鏡單元的最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到所述輔助光圈的長(zhǎng)度，L為從最放大共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面到最縮小共軛側(cè)的透鏡的透鏡表面的長(zhǎng)度，并且2ω為在所述廣角端的投影視角。
7.一種攝像設(shè)備，包括: 攝像光學(xué)系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的變焦透鏡；以及 攝像裝置。
【文檔編號(hào)】G02B15/177GK103837970SQ201310595053
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】高橋真 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社