变焦透镜及具有其的图像投影设备转让专利
申请号 : CN200810098684.8
文献号 : CN101320125B
文献日 : 2010-09-22
发明人 : 山崎真司
申请人 : 佳能株式会社
摘要 :
本发明公开了一种变焦透镜及具有其的图像投影设备。变焦透镜包括：具有负光焦度的第一透镜单元，位于最靠近放大侧。在变焦透镜中，变焦透镜在广角端的焦距(fw)和第一透镜单元的焦距(f1)满足以下条件：-2.50＜f1/fw＜-1.36。
权利要求 :
1.一种变焦透镜，从放大侧到缩小侧按顺序包括具有负光焦度的第一透镜单元、具有正光焦度的第二透镜单元、具有正光焦度的第三透镜单元、具有负光焦度的第四透镜单元和具有正光焦度的第五透镜单元，或者从放大侧到缩小侧按顺序包括具有负光焦度的第一透镜单元、具有正光焦度的第二透镜单元、具有正光焦度的第三透镜单元、具有负光焦度的第四透镜单元、具有正光焦度的第五透镜单元和具有正光焦度的第六透镜单元，其中，具有负光焦度的第一透镜单元位于最靠近放大侧的位置，其中，变焦透镜在广角端的焦距fw和第一透镜单元的焦距f1满足以下条件：-2.50＜f1/fw＜-1.36，其中，第一透镜单元包括一个或多个具有非球面的负透镜，其中，所述一个或多个负透镜的非球面的有效直径中的最大有效直径和第一透镜单元的焦距f1满足下面的条件：
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元包括一个或多个具有非球面的负透镜，并且其中，所述一个或多个负透镜的非球面的第一非球面的焦距f1asp以及第一非球面在光轴上的位置与第一非球面中最外侧离轴光线所经过的位置之间的光轴方向的距离Rdepth满足下面的条件：-10.0＜Rdepth/f1asp＜-4.0。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元包括一个正透镜，以及其中，该正透镜满足下面的条件：
1.63＜nd
vd＜35
0.008＜θgF-(0.644-0.00168·vd)＜0.040其中，vd＝(nd-1)/(nF-nC)θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)其中，“nd”、“ng”、“nF”和“nC”分别表示相对于波长为587.56nm的d线光、波长为435.84nm的g线光、波长为486.13nm的F线光和波长为656.28nm的C线光的正透镜材料的折射率。
4.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，位于最靠近缩小侧的变焦透镜的透镜单元包括一个或多个具有非球面的正透镜，其中，该正透镜由玻璃材料制成，
其中，该正透镜的焦距fGasp与变焦透镜在广角端的焦距fw满足下面的条件：
5.2＜fGasp/fw＜9.0。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，
其中，变焦透镜仅由作为构成透镜单元的第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元构成，其中，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元在变焦期间能移动，其中，第一透镜单元和第五透镜单元对于变焦是静止的，以及其中，第二透镜单元的焦距f2a、第三透镜单元的焦距f3a和变焦透镜在广角端的焦距fw满足下面的条件：
6.0＜f2a/fw＜12
6.0＜f3a/fw＜15。
6.如权利要求1所述的变焦透镜，
其中，变焦透镜仅由作为构成透镜单元的第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元、第五透镜单元和第六透镜单元构成，其中，第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元在变焦期间能移动，其中，第一透镜单元和第六透镜单元对于变焦是静止的，以及其中，第二透镜单元的焦距f2b、第三透镜单元的焦距f3b和变焦透镜在广角端的焦距fw满足下面的条件：
6.5＜f2b/fw＜11
6.0＜f3b/fw＜13。
7.一种图像投影设备，包括：
图像显示元件；以及
根据权利要求1-6的变焦透镜，所述变焦透镜被配置为对来自图像显示元件的图像光进行投影。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种变焦透镜。更具体地说，本发明涉及一种用于诸如液晶投影仪的图像投影设备的变焦透镜。
背景技术
期望用于诸如液晶投影仪的图像投影设备的传统变焦透镜具有长的后焦距和宽的视角，从而可在短距离对大尺寸的图像进行投影。已经提出各种变焦透镜(用于图像投影设备的可变倍率的投影透镜)，它们能够在短距离对大尺寸的图像进行投影。
第2003-015037号特许公开日本专利申请、第2003-015038号特许公开日本专利申请、第2005-077548号特许公开日本专利申请各讨论了一种包括第一到第六透镜单元的变焦透镜，所述透镜单元按从放大侧(即，从前侧(投影面侧))到缩小侧(即，后侧(液晶显示元件侧))的顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力、正折光力和正折光力。此外，第2004-252084号特许公开日本专利申请公开了一种包括第一到第五透镜单元的变焦透镜，所述透镜单元从放大侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力和正折光力。
在第2003-015037号、第2003-015038号、第2005-077548号和第2004-252084号特许公开日本专利申请的每一个中讨论的变焦透镜中，最靠近放大侧的透镜单元和最靠近缩小侧的透镜单元在变焦期间静止不动。此外，变焦透镜在缩小侧是远心的。然而，上述的传统变焦透镜无法响应于不断增长的对于实现更广视角的渴望。
第2003-015037号特许公开日本专利申请、第2003-015038号特许公开日本专利申请、第2005-077548号特许公开日本专利申请各讨论了一种包括第一到第六透镜单元的变焦透镜，所述透镜单元按从放大侧(即，从前侧(投影面侧))到缩小侧(即，后侧(液晶显示元件侧))的顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力、正折光力和正折光力。此外，第2004-252084号特许公开日本专利申请公开了一种包括第一到第五透镜单元的变焦透镜，所述透镜单元从放大侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力和正折光力。
在第2003-015037号、第2003-015038号、第2005-077548号和第2004-252084号特许公开日本专利申请的每一个中讨论的变焦透镜中，最靠近放大侧的透镜单元和最靠近缩小侧的透镜单元在变焦期间静止不动。此外，变焦透镜在缩小侧是远心的。然而，上述的传统变焦透镜无法响应于不断增长的对于实现更广视角的渴望。
发明内容
至少一个示例性实施例针对具有以下光学系统的变焦透镜，所述光学系统在缩小侧是远心的(即，具有长的后焦距)，被配置为容易对高质量图像进行投影并具有宽的视角。
根据本发明至少一个示例性实施例的一个方面，变焦透镜包括：具有负光焦度的第一透镜单元，位于最靠近放大侧。在变焦透镜中，变焦透镜在广角端的焦距(fw)和第一透镜单元的焦距(f1)满足以下条件：
-2.50＜f1/fw＜-1.36。
根据本发明的另一方面，图像投影设备包括图像显示元件和上述的变焦透镜。所述变焦透镜被配置为对来自图像显示元件的图像光进行投影。
通过以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其它特点将变得清楚。
根据本发明至少一个示例性实施例的一个方面，变焦透镜包括：具有负光焦度的第一透镜单元，位于最靠近放大侧。在变焦透镜中，变焦透镜在广角端的焦距(fw)和第一透镜单元的焦距(f1)满足以下条件：
-2.50＜f1/fw＜-1.36。
根据本发明的另一方面，图像投影设备包括图像显示元件和上述的变焦透镜。所述变焦透镜被配置为对来自图像显示元件的图像光进行投影。
通过以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其它特点将变得清楚。
附图说明
并入说明书并构成说明书一部分的附图示出了本发明的一些示例性实施例和特点，并连同说明书一起被用于解释本发明的某些原理。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图2A和图2B是示出在根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图3是示出根据本发明第二示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图4A和图4B是示出在根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图5是示出根据本发明第三示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图6A和图6B是示出在根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图7是示出根据本发明第四示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图8A和图8B是示出在根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图9是示意性示出根据本发明示例性实施例的整个图像投影设备的示图。
图10是示出根据本发明示例性实施例的条件表达式(3)的示图。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图2A和图2B是示出在根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图3是示出根据本发明第二示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图4A和图4B是示出在根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图5是示出根据本发明第三示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图6A和图6B是示出在根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图7是示出根据本发明第四示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备的部件的示图。
图8A和图8B是示出在根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜中出现的各种像差的示图。
图9是示意性示出根据本发明示例性实施例的整个图像投影设备的示图。
图10是示出根据本发明示例性实施例的条件表达式(3)的示图。
具体实施方式
现将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：在这些实施例中阐述的部件的相对布置、数字表达式和数值除非特别说明，否则不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的限制。
对于本领域普通技术人员已知的处理、技术、设备和材料可能不作详细讨论，但它们的目的在于在适当情况下成为授权说明书的一部分，例如，透镜元件的制作和它们的材料。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值(例如，变焦率和F数)应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行讨论。
应注意：在此，当指出校正误差(例如，像差)或误差校正时，指的是误差的减少和/或误差的校正。
现将描述变焦透镜和包括变焦透镜的图像投影设备。根据本发明示例性实施例的变焦透镜包括：第一透镜单元，其具有负光焦度(折光力)并位于最靠近放大侧。变焦透镜在广角端的焦距(fw)和第一透镜单元的焦距(f1)满足下面的条件：
-2.50＜f1/fw＜-1.36 (1)
如果条件表达式(1)中项“f1/fw”的值超过下限，则第一透镜单元的折光力变得过小。相应地，需要大的第一透镜单元的直径。因此，变焦透镜的总尺寸可变得较大而变焦透镜的总重量可变得较重。另一方面，如果条件表达式(1)中项“f1/fw”的值超过上限，则第一透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，变焦透镜在制造期间的误差灵敏度会变得过高，或者，在变焦透镜中出现的像差量会变得过大，以致不能进行适当地校正。通过以上描述的配置，本发明可实现一种具有光学系统的变焦透镜，所述光学系统在缩小侧是远心的(即，具有长的后焦距)，被配置为容易地对高质量图像进行投影并具有宽的视角。
如果根据本示例性实施例的变焦透镜满足以下条件表达式，则这也是有用的：
-2.10＜f1/fw＜-1.36 (1a)
根据该示例性实施例的变焦透镜可额外地满足以下的条件。更具体地说，根据该示例性实施例的变焦透镜在变焦透镜满足以下的条件表达式(2)到(11)并具有以下的其它示例性配置的情况下更加有用。
以下将描述其它配置和条件。
根据该示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元包括一个或多个负透镜，其具有非球面。作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()(有效直径是所述一个或多个负透镜的那些非球面中最大的非球面以下被称为“第一非球面”)、第一透镜单元的焦距(f1asp)以及第一非球面在光轴上的位置与第一非球面中最外侧离轴光线所经过的位置之间的光轴方向的距离(Rdepth，参见图10)可满足下面的条件：
-10.0＜Rdepth/f1asp＜-4.0 (3)
条件表达式(2)提供了用于作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()与具有负透镜(非球面透镜)的第一透镜单元的焦距(f1asp)之间的适当关系的条件。
将(负透镜的)非球面定位于由条件表达式(2)限定的适当位置使得有效地减少或校正了像差(例如，畸变)。所述畸变可在具有宽视角的变焦透镜中增加。也就是说，通过将负透镜的非球面定位于光线(从光轴上的位置到最大视角)适当地散开的位置，即，与光线密度适当低的光阑处有适当距离的位置，这可有效地减少像差。
如果传统表达式(2)的下限被超过，则具有非球面形状的负透镜的透镜直径变得过大。此外，使用具有大直径的非球面透镜也没有用，这是因为在这种情况下，就制造中的可用性而言，非球面的表面精度可能是低的。另一方面，如果传统表达式(2)的上限被超过，则具有非球面形状的负透镜的透镜直径变得过小。在这种情况下，无法有效地校正像差。
在减小畸变量(校正畸变)方面，以下情况更加有用：如果作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()与第一透镜单元的焦距(f1)满足以下的条件表达式：
此外，第一透镜单元包括一个或多个负透镜，其具有满足上述条件表达式(3)的非球面(第一非球面)。在条件表达式(3)中，所述一个或多个负透镜的非球面的第一非球面的焦距被表示为“f1asp”，第一非球面在光轴上的位置与第一非球面中最外侧离轴光线所经过的位置之间的光轴方向的距离(即，有效直径之内的非球面的深度)被表示为“Rdepth”。
关于距离Rdepth，如图10所示，位于从图10的右侧(即，从缩小侧)数第二个的透镜的、面向图10中的右侧(缩小侧)的透镜表面是非球面。Rdepth表示在非球面(第一非球面)和光轴的交叉点与最外侧离轴光线和非球面的交叉点之间的光轴方向的距离。这里，“最外侧离轴光线”(最大图像高度离轴光线)是指光通量中经过非球面(第一非球面)的最外侧位置(图像高度最高的位置)的光线，所述光通量入射在像面(或物面)中图像高度最高的位置(或从所述位置离开)。由最外侧离轴光线所通过的位置限定的透镜直径可被用作有效直径。
通过提供满足条件表达式(3)的非球面，即使第一透镜单元(在有效直径之内)的光焦度(折光力)大，也可减少畸变量。如果条件表达式(3)的上限或下限被超过，则桶形畸变或枕形畸变的量会变得过大。
如果非球面(第一非球面)满足下面的条件，则这更加有用：
-8.0＜Rdepth/f1asp＜-5.0 (3a)
根据该示例性实施例的变焦透镜包括多个透镜单元。变焦透镜的至少一个透镜单元沿着光轴方向可移动以执行变焦，这是有用的。为此，变焦透镜包括五个或更多透镜单元并且变焦透镜的三个或更多透镜单元沿着光轴方向移动以执行变焦，这也是有用的。
在这种情况下，位于最靠近放大侧(屏幕侧(前侧))的透镜单元与位于最靠近缩小侧(液晶显示元件侧(后侧))的透镜单元沿着光轴方向对于变焦是静止的，这也是有用的。在变焦同时执行聚焦操作时，位于最靠近放大侧的透镜单元与位于最靠近缩小侧的透镜单元中的任何一个可被移动。然而，这仅仅是为了执行聚焦操作，而不是为了进行变焦。
此外，根据该示例性实施例的位于最靠近变焦透镜的缩小侧的透镜单元包括一个或多个具有非球面的正透镜。一个或多个正透镜中的一个正透镜(或所有正透镜)由玻璃材料制成。这里，正透镜的焦距(fGasp)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)满足下面的条件表达式：
5.2＜fGasp/fw＜9.0 (4)
根据该示例性实施例的变焦透镜包括玻璃材料制成的正透镜，可相对容易地向其提供折光力，从而可在最后侧(缩小共轭侧)实现适当的远心特性。此外，通过使用具有非球面的正透镜，可有效地减少或校正剩余的离轴像差。
如果条件表达式(4)的下限被超过，则具有非球面的正透镜的折光力可变得过大。在这种情况下，正透镜的位置灵敏度以及对制造误差的灵敏度会变得过高。另一方面，如果条件表达式(4)的上限被超过，则变得难以向变焦透镜提供适当高级别的远心特性。
如果根据该示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
6.0＜fGasp/fw＜8.5 (4a)
此外，使用具有由树脂材料制成并设置在由玻璃材料制成的球面透镜上的非球面(非球面部件)的混合非球面透镜或使用塑料模制的非球面透镜也会是有用的。
根据本发明第一到第四示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元包括一个或多个满足下面的条件表达式的正透镜：
1.63＜nd (5)
vd＜35 (6)
0.008＜θgF-(0.644-0.00168·vd)＜0.040 (7)
其中，“vd”表示阿贝数(Abbe number)，“θgF”表示相对部分色散。阿贝数vd和相对部分色散θgF表示如下：
vd＝(nd-1)/(nF-nC)
θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，“nd”、“ng”、“nF”和“nC”分别表示相对于d线光(波长为587.56nm)、g线光(波长为435.84nm)、F线光(波长为486.13nm)和C线光(波长为656.28nm)的正透镜材料的折射率。
这里，假设在第一透镜单元中使用具有高折射率的正透镜而提供条件表达式(5)。利用这种配置，可减少变焦透镜的总长度和透镜直径，此外，可有效地校正畸变。如果条件表达式(5)的下限被超过，则变焦透镜的总长度和透镜直径不会减少，而畸变不会被适当地校正。
条件表达式(6)假设第一透镜单元中的正透镜的材料具有高的色散级别(即，具有较小的阿贝数)。条件表达式(6)提供用于有效地校正放大色差(横向色差)的条件。如果条件表达式(6)的上限被超过，则放大色差无法被有效地校正。
条件表达式(7)提供用于校正第一透镜单元中的正透镜的材料的异常部分色散的条件。更具体地说，条件表达式(7)提供用于有效地校正轴向色差以及放大色差的条件。如果条件表达式(7)的上限被超过，则轴向色差以及放大色差会被过校正。另一方面，如果条件表达式(7)的下限被超过，则轴向色差以及放大色差会欠校正。在这些情况下，会发生轴向色差以及放大色差。
彼此独立地提供条件表达式(5)、(6)和(7)。也就是说，根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜满足条件表达式(5)、(6)和(7)中的任何一个，这会是有用的，因此，根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜不必总是同时满足条件表达式(5)、(6)和(7)。
如果根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
1.70＜nd (5a)
vdn＜28 (6a)
0.010＜θgF-(0.644-0.00168·vd)＜0.038 (7a)
根据本发明第一和第二示例性实施例的变焦透镜包括第一到第六透镜单元，其从放大侧到缩小侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力、正折光力和正折光力(光焦度)。第一和第六透镜单元对于变焦是静止的。也就是说，第二到第五透镜单元移动以执行变焦。
如上所述，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜包括六个透镜单元。通过适当地布置透镜单元，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜具有如下透镜配置，该透镜配置成对于减小变焦透镜系统的总大小、提供整个变焦范围的高度远心特性并有效地校正像差是有用的。
此外，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第六透镜单元对于变焦是静止的(不移动)。然而，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第六透镜单元可在聚焦操作期间移动。通过对于变焦不扩展透镜镜筒的长度，可适当地保持作为集成结构的投影透镜的强度。
此外，第二透镜单元的焦距(f2b)、第三透镜单元的焦距(f3b)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)优选地满足下面的条件表达式：
6.5＜f2b/fw＜11 (8)
6.0＜f3b/fw＜13 (9)
条件表达式(8)提供了用于第二透镜单元的焦距(f2b)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。通过向第二透镜单元提供正折光力以向整个变焦透镜提供适当的焦度配置，可进一步减少或校正没有被第一透镜单元彻底校正的离轴像差(畸变或像散)。
如果条件表达式(8)的下限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，可能丢失各种像差之间的平衡。另一方面，如果条件表达式(8)的上限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，像差不会被有效地校正。
条件表达式(9)提供用于第三透镜单元的焦距(f3b)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。第三透镜单元主要用于在变焦透镜中执行变焦。通过向第三透镜单元提供适当的焦度，变焦透镜可在广角端与远摄端之间的整个变焦范围提供高性能。
如果条件表达式(9)的下限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失，并且灵敏度(例如，位置灵敏度)会变得过高。另一方面，如果条件表达式(9)的上限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，变焦透镜的总长度会变得过长。
如果根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜满足下面的条件表达式，则这更加有用：
7.5＜f2b/fw＜10 (8a)
7.5＜f3b/fw＜12 (9a)
根据本发明第三和第四示例性实施例的变焦透镜包括第一到第五透镜单元，其从放大侧到缩小侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力和正折光力(光焦度)。第一和第五透镜单元对于变焦是静止的。然而，根据第三和第四示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第五透镜单元可在聚焦操作期间移动。通过在变焦期间不扩展透镜镜筒的长度，可适当地保持作为集成结构的投影透镜的强度。
此外，第二透镜单元的焦距(f2a)、第三透镜单元的焦距(f3a)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)优选地满足下面的条件表达式：
6.0＜f2a/fw＜12 (10)
6.0＜f3a/fw＜15 (11)
条件表达式(10)提供用于第二透镜单元的焦距(f2a)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。通过向第二透镜单元提供正折光力以向整个变焦透镜提供适当的焦度配置，可进一步减少或校正没有被第一透镜单元彻底校正的离轴像差(畸变或像散)。
如果条件表达式(10)的下限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失。另一方面，如果条件表达式(10)的上限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，像差不会被有效地校正。
条件表达式(11)提供用于第三透镜单元的焦距(f3a)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。第三透镜单元主要用于在变焦透镜中执行变焦。通过向第三透镜单元提供适当的焦度，变焦透镜可在广角端与远摄端之间的整个变焦范围提供高性能。
如果条件表达式(11)的下限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失，灵敏度会变得过高。另一方面，如果条件表达式(11)的上限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，变焦透镜的总长度会变得过长。
如果根据第三和第四示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
8.5＜f2a/fw＜10 (10a)
8.0＜f3a/fw＜12.5 (11a)
如上所述，第一到第四示例性实施例各包括在变焦透镜中适当布置的五个或六个透镜单元。通过上述配置，可缩小整个变焦透镜的大小，对于整个变焦范围可在适当的级别保持远心特性，并且可有效地校正像差。
在第一到第四示例性实施例中，第一透镜单元沿着光轴移动(沿着光轴方向)以执行聚焦(调整)操作。然而，本发明并不受限于此。也就是说，可通过移动显示板(图像显示元件、液晶板、液晶显示元件或液晶显示装置)或除了第一透镜单元L1之外的透镜单元(例如，位于最靠近缩小侧的透镜单元)来执行聚焦操作。在这种情况下，显示板(图像显示元件)对于变焦是静止的，这是有用的。
此外，在本发明的每个示例性实施例中，每个透镜的表面可被多层涂覆。通过这种配置，可减少屏幕表面上照度的减少。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备(液晶视频投影仪)的部件的示图。以下描述的表1相对于根据第一示例性实施例的整个变焦透镜包括：焦距、F数、每个透镜表面(光学表面)的曲率半径及其表面间隔、每个透镜元件的折射率和阿贝数、在广角端以及远摄端的透镜表面间隔以及非球面系数。在表1中，以毫米(mm)来表示曲率半径以及表面间隔的值。然而，能够以毫米(mm)之外的单位来表示曲率半径以及表面间隔的值。
图2A示出根据本发明第一示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在广角端(短焦距端)的像差示图。图2B示出根据本发明第一示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在远摄端(长焦距端)的像差示图。
如图1那样，图3、图5和图7分别示出根据本发明第二、第三和第四示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备(液晶视频投影仪)的部件的示例。以下讨论的表2、3、4相对于根据第二、第三和第四示例性实施例的整个变焦透镜分别包括：焦距、F数、每个透镜表面(光学表面)的曲率半径及其表面间隔、每个透镜元件的折射率和阿贝数、在广角端和远摄端的透镜表面间隔和非球面系数。
图4A、图6A和图8A各相应于第一示例性实施例中的图2A。图4B、图6B和图8B各相应于第一示例性实施例中的图2B。更具体地说，图4A、图6A和图8A各示出分别根据本发明第二、第三和第四示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在广角端(短焦距端)的像差示图。图4B、图6B和图8B各示出分别根据本发明第二、第三和第四示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在远摄端(长焦距端)的像差示图。
在图2A、图2B、图4A、图4B、图6A、图6B、图8A和图8B的像差示图中，球面像差表示在波长分别为550nm、620nm和450nm情况下的像差。“S”表示弧矢(sagittal)像面中的场倾斜，“M”表示在子午(meridional)像面中的场倾斜。弧矢场倾斜S、子午场倾斜M和畸变表示在波长为550nm情况下的像差。“ω”表示半视角，“F”表示F数。
在图1、图3、图5和图7中，“S0”表示屏幕表面(投影表面)，“LCD”表示在显示板(液晶显示元件)上显示的原始图像(将被投影的图像)。屏幕表面S0与原始图像LCD彼此共轭。通常，屏幕表面S0是相对远离变焦透镜的共轭点，并相应于放大共轭侧(前侧)，原始图像LCD是相对靠近变焦透镜的共轭点，并相应于缩小共轭侧(后侧)。
此外，在图1、图3、图5和图7中，“GB”表示基本不具有光焦度的光学元件(玻璃块)，诸如彩色合成棱镜(偏振光束分光器或二向棱镜)、偏振滤光器、波长板或滤色器。也就是说，玻璃块GB不具有光焦度。
这里，简要地描述表1到表4。表1到表4分别描述用于第一到第四示例性实施例的透镜数据。
在表1到表4的每一个中，“i”表示光学表面从放大侧(前侧)起的顺序，“Ri”表示第i个光学表面(第i个表面)的曲率半径，“di”表示第i个表面与第(i+1)个表面之间的轴向间隔，“Ni”和“vi”分别表示第i个光学材料相对于d线光的折射率和阿贝数。此外，“f”表示焦距，“Fno”表示F数，“ω”表示半视角。在第一到第四示例性实施例中的每一个中，来自最后侧透镜的三个表面构成玻璃块GB。
此外，在表1到表4的每一个中，“k”表示锥体常数，“A”、“B”、“C”、“D”和“E”中的每一个表示非球面系数，“x”表示在距离光轴高度“h”的位置沿着光轴离开表面顶点的位移，“r”表示近轴曲率半径。非球面形状表示如下：
x＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]
+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12.
此外，“E-Z”表示“10-z”。
表5描述根据第一到第四示例性实施例中的每一个的用于变焦透镜的上述条件表达式(1)到(11)的值。
此外，在图1、图3、图5和图7的每一个中，“PL”表示变焦透镜。经由连接件(未示出)将变焦透镜PL安装在液晶视频投影仪主体(未示出)上。此外，玻璃块GB和液晶显示元件LCD被包含在液晶视频投影仪主体中。
第一示例性实施例
以下描述本发明的第一示例性实施例。图1示出根据第一示例性实施例的变焦透镜的部件。表1示出根据第一示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图2A示出根据第一示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图2B示出根据第一示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图1，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4、具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5、具有正折光力(光焦度)的第六透镜单元L6。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图1中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5独立地向屏幕表面S0移动。第一透镜单元L1和第六透镜单元L6对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第六透镜单元L6的总长度(大小)在变焦期间可以保持恒定。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：负透镜G11、正透镜G12、负透镜G13、负透镜G14和负透镜G15。
负透镜G11是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。正透镜G12是凹凸正透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G13是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G14是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G15是两面凹负透镜。
正透镜G12尤其校正畸变。通过向负透镜G14提供非球面，第一透镜单元L1可改善校正畸变的效果。两面凹负透镜G15可有效地校正像散。通过将高色散玻璃和低色散玻璃用作第一透镜单元L1的透镜材料，可将放大色差的出现量减少到最小值。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成或包含)一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面都具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和(Petzval sum)并减少在变焦期间出现的球面像差的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面各具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4从前侧到后侧按顺序包括：凹凸负透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；以及胶合的透镜，包括两面凸正透镜G42和两面凹负透镜G43。第四透镜单元L4包括负透镜G41，其具有大的负折光力以减少佩茨瓦尔和。通过使用包括正透镜G42和负透镜G43的胶合透镜，第四透镜单元L4可有效地校正球面像差。
孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差的变化。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该透镜包括其两个表面都具有凸形状的正透镜G51和其两个表面都具有凹形状的负透镜G52；以及正透镜G53，其两个表面都具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。因此，第五透镜单元L5可减少或抑制色差。
第六透镜单元L6包括凹凸正透镜G61，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作正透镜G61的材料，且正透镜G61具有大的折光力(光焦度)。因此，第六透镜单元L6可改善变焦透镜的远心特性。第六透镜单元L6的正透镜G61具有非球面以有效地校正彗差。
第二示例性实施例
以下描述本发明的第二示例性实施例。图3示出根据第二示例性实施例的变焦透镜的部件。表2示出根据第二示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图4A示出根据第二示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图4B示出根据第二示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图3，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4、具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5、具有正折光力(光焦度)的第六透镜单元L6。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图3中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4独立地朝向屏幕表面S0移动，以及第五透镜单元L5独立地向液晶显示元件LCD移动。第一透镜单元L1和第六透镜单元L6对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第六透镜单元L6的总长度(大小)在变焦期间是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸负透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；和负透镜G14，其两个表面各具有凹形状。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可提高校正畸变的效果。使用两个表面都具有凹形状的负透镜G14，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成或包含)一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面都具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和并有效地减少在变焦期间出现的各种像差(诸如球面像差)的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面都具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括胶合的透镜，该胶合的透镜包括：凹凸正透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；负透镜G42，其两个表面都具有凹形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制出现的各种像差并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其两个表面都具有凸形状的正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；以及正透镜G53，其两个表面都具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。因此，第五透镜单元L5可减少或抑制色差。
第六透镜单元L6包括凹凸正透镜G61，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作正透镜G61的材料，正透镜G61具有大的折光力(光焦度)。因此，第六透镜单元L6可改善变焦透镜的远心特性。第六透镜单元L6的正透镜G61具有非球面以有效地校正彗差。
第三示例性实施例
以下描述本发明的第三示例性实施例。图5示出根据第三示例性实施例的变焦透镜的部件。表3示出根据第三示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图6A示出根据第三示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图6B示出根据第三示例性实施例的在远摄端的变焦透镜中出现的各种像差。参照图5，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4和具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图5中的箭头所示，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3独立地向屏幕表面S0移动，第四透镜单元L4独立地向液晶显示元件LCD移动。第一透镜单元L1和第五透镜单元L5对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第五透镜单元L5的总长度(大小)在变焦期间是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸负透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；和负透镜G14，其两个表面都具有凹形状。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可提高校正畸变的效果。通过使用两个表面都具有凹形状的负透镜G14，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面各具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和并有效地减少在变焦期间出现的各种像差(诸如球面像差)的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括(由以下部件构成或包含)：被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面各具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括(由以下部件构成或包含)胶合的透镜，该胶合的透镜包括：凹凸正透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；和负透镜G42，其两个表面各具有凹形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制各种像差的出现并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括(由以下部件构成或包含)：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其两个表面各具有凸形状的正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；正透镜G53，其两个表面各具有凸形状；以及凹凸正透镜G54，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。此外，正透镜G51具有大的折光力(光焦度)以改善变焦透镜的远心特性。因此，第五透镜单元L5可有效地校正各种像差，特别是彗差。
第四示例性实施例
以下描述本发明的第四示例性实施例。图7示出根据第四示例性实施例的变焦透镜的部件。表4示出根据第四示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图8A示出根据第四示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图8B示出根据第四示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图7，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4和具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图7中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4独立地向屏幕表面S0移动。第一透镜单元L1和第五透镜单元L5对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第五透镜单元L5的总长度(大小)是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸正透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G14，其面向前侧的表面具有凸形状；负透镜G15，其两个表面都具有凹形状。正透镜G11特别校正畸变。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可改善校正畸变的效果。通过使用两面凹负透镜G15，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成)一个透镜，即，两面凸正透镜G21。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2有效地校正球面像差和彗差。此外，在校正色差方面，第二透镜单元L2有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面都具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括胶合的透镜，该胶合的透镜包括：正透镜G41，其两个表面都具有凸形状；和凹凸负透镜G42，其面向后侧的表面具有凸形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制各种像差的出现并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；正透镜G53，其两个表面都具有凸形状；和凹凸正透镜G54，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。此外，正透镜G51具有大的折光力(光焦度)，以改善变焦透镜的远心特性。因此，第五透镜单元L5可有效地校正各种像差，特别是彗差。
在以上描述的每一个本发明示例性实施例中，非球面透镜的材料不限于塑料材料或玻璃材料。也就是说，可使用混合类型的非球面透镜，其在由玻璃材料制成的球面透镜的光学表面上形成有薄树脂层(树脂材料)，以形成它的非球面。
通过上述配置，本发明的每一个示例性实施例可执行具有宽视角的投影，其中，半视角为50度或更宽。因此，根据本发明的示例性实施例，可将用于液晶投影仪的变焦透镜实现为具有高光学性能，从而有效地校正由于变焦而出现的各种像差。
图9是示意性示出根据本发明示例性实施例的图像投影设备的部件的示图。
参照图9，将上述变焦透镜应用于三板类型的彩色液晶投影仪101。在图9的示例中，通过彩色组合单元102将具有基于多个显示板(图像显示元件或液晶显示元件)105R、105G和105B的多个彩色光通量的图像信息(图像光)进行组合。通过变焦透镜103将组合的图像信息放大并投影到屏幕表面(投影表面)104上。作为变焦透镜103，可使用根据上述第一到第四示例性实施例的变焦透镜。
图9的图像投影设备通过使用三个显示板105R、105G和105B将彩色图像投影到投影表面上。三个显示板105R、105G和105B接收从光源(未示出)发出的照明光，调制接收的照明光(改变偏振方向，改变反射方向或改变光的传播方向)，并将调制的光通量导向彩色组合单元102。彩色组合单元102(诸如棱镜)将来自显示板105R、105G和105B的图像光通量(其颜色彼此不同或者波长彼此不同)组合到一条光路径中。经由变焦透镜(投影透镜)103将组合的图像光投射到屏幕表面(投影表面)104上。
在图9所示的图像投影设备的示例中，显示板(图像显示元件或液晶显示元件)105R、105G和105B可以是透射类型的显示板或反射类型的显示板。
此外，根据本发明示例性实施例的变焦透镜可被应用于图像拾取设备(诸如胶片相机、视频相机或数字静止相机)，其被配置为在卤化银胶片或固态图像传感器(光电转换元件，诸如，电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)上形成图像。
根据本发明的上述示例性实施例，可将变焦透镜实现为具有宽的视角，其半视角为50度或更大，能够有效地校正由于变焦而出现的各种像差，并具有高光学性能。此外，根据本发明的上述示例性实施例，可实现大直径的变焦透镜，其具有长的后焦距，能够有效地校正各种像差并具有远心特性。
表1
第一示例性实施例
f＝8.2-9.9mm Fno＝1.9-2.2
R1＝78.009 d1＝5.800 N1＝1.83400 ν1＝37.2
R2＝45.394 d2＝12.968
R3＝84.627 d3＝5.700 N2＝1.84666 ν2＝23.8
R4＝102.000 d4＝0.600
R5＝75.930 d5＝3.500 N3＝1.83400 ν3＝37.2
R6＝34.114 d6＝8.006
＊R7＝136.613 d7＝3.500 N4＝1.52996 ν4＝55.8
＊R8＝29.630 d8＝17.026
R9＝-54.652 d9＝2.700 N5＝1.69680 ν5＝55.5
R10＝77.677 d10＝可变
R11＝222.213 d11＝9.500 N6＝1.83400 ν6＝37.2
R12＝-87.459 d12＝可变
R13＝95.216 d13＝15.000 N7＝1.83400 ν7＝37.2
R14＝-49.911 d14＝2.500 N8＝1.84666 ν8＝23.8
R15＝-160.223 d15＝可变
R16＝-29.741 d16＝1.600 N9＝1.84666 ν9＝23.8
R17＝-77.424 d17＝0.600
R18＝光阑 d18＝3.946
R19＝68.747 d19＝4.261 N10＝1.74077 ν10＝27.8
R20＝-14.475 d20＝1.500 N11＝1.83400 ν11＝37.2
R21＝62.155 d21＝可变
R22＝54.696 d22＝6.973 N12＝1.48749 ν12＝70.2
R23＝-17.825 d23＝1.500 N13＝1.84666 ν13＝23.8
R24＝-39.866 d24＝0.150
R25＝88.677 d25＝6.367 N14＝1.48749 ν14＝70.2
R26＝-26.695 d26＝可变
＊R27＝-367.912 d27＝4.200 N15＝1.58313 ν15＝59.4
＊R28＝-34.609 d28＝1.000
R29＝∞ d29＝27.500 N16＝1.51633 ν16＝64.1
R30＝∞ d30＝9.315
焦距
广角 远摄
可变空间
d10 17.158 15.689
d12 22.885 17.061
d15 40.672 46.050
d21 4.655 0.912
d26 0.500 6.157
非球面系数
＊R7：1/r＝7.320E-03 K＝0A＝1.824E-05 B＝-3.213E-08C＝3.673E-11 D＝-2.397E-14 E＝9.314E-18
＊R8：1/r＝3.375E-02 K＝0A＝9.893E-06 B＝-3.337E-08C＝1.024E-11 D＝1.865E-14 E＝-1.517E-17
＊R27：1/r＝-2.718E-03 K＝0A＝-2.433E-05 B＝-4.817E-08C＝-2.374E-11 D＝-8.921E-13 E＝2.211E-17
＊R28：1/r＝-2.889E-02 K＝0A＝-6.596E-06 B＝-3.374E-08C＝-6.654E-11 D＝-4.123E-13 E＝-1.730E-16
表2
第二示例性实施例
f＝8.1-9.4mm Fno＝1.8-1.9
R1＝75.031 d1＝4.100 N1＝1.69680 ν1＝55.5
R2＝38.911 d2＝10.336
R3＝61.593 d3＝3.500 N2＝1.72000 ν2＝50.2
R4＝31.037 d4＝10.753
＊R5＝179.444 d5＝3.584 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝30.625 d6＝14.441
R7＝-120.265 d7＝2.700 N4＝1.48749 ν4＝70.2
R8＝44.302 d8＝可变
R9＝202.658 d9＝9.500 N5＝1.83400 ν5＝37.2
R10＝-76.773 d10＝可变
R11＝187.758 d11＝9.510 N6＝1.69680 ν6＝55.5
R12＝-43.332 d12＝2.500 N7＝＝1.84666 ν7＝23.8
R13＝-73.807 d13＝可变
R14＝光阑 d14＝0.803
R15＝-44.561 d15＝3.474 N8＝1.7552 ν8＝27.5
R16＝-14.934 d16＝1.600 N9＝1.83400 ν9＝37.2
R17＝306.044 d17＝可变
R18＝57.121 d18＝7.487
R19＝-13.685 d19＝1.600 N10＝1.83400 ν10＝37.2
R20＝-63.117 d20＝0.150
R21＝56.705 d21＝8.000 N11＝1.49700 ν11＝81.6
R22＝-22.638 d22＝可变
＊R23＝-190.571 d23＝4.500 N12＝1.58313 ν12＝59.4
＊R24＝-27.119 d24＝1.000
R25＝∞ d25＝27.500 N13＝1.51633 ν13＝64.1
R26：＝∞ d26＝9.330
焦距
广角 远摄
可变空间
d8 25.117 21.931
d10 43.108 35.307
d13 25.812 37.502
d17 1.711 1.024
d22 0.714 0.700
非球面系数
＊R5：1/r＝5.573E-03 K＝0 A＝2.820E-05 B＝-4.779E-08C＝5.441E-11 D＝-3.651E-14 E＝9.183E-18
＊R6：1/r＝3.265E-02 K＝0 A＝2.246E-05 B＝-4.818E-08C＝1.858E-11 D＝-6.011E-15 E＝-4.176E-18
＊R23：1/r＝-5.247E-03 K＝0 A＝-2.130E-05 B＝-6.953E-08C＝4.282E-10 D＝-1.274E-12 E＝2.194E-17
＊R24：1/r＝-3.688E-02 K＝0 A＝4.511E-06 B＝-4.771E-08C＝3.467E-10 D＝-7.829E-13 E＝-1.733E-16
表3
第三示例性实施例
f＝8.1-9.4mm Fno＝1.8-1.9
R1＝74.615 d1＝4.500 N1＝1.69680 ν1＝55.5
R2＝39.928 d2＝10.036
R3＝60.548 d3＝3.979 N2＝1.80610 ν2＝40.9
R4＝31.709 d4＝12.063
＊R5＝145.091 d5＝4.100 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝29.343 d6＝14.395
R7＝-126.313 d7＝2.700 N4＝1.48749 ν4＝70.2
R8＝47.436 d8＝可变
R9＝409.828 d9＝9.500 N5＝1.83400 ν5＝37.2
R10＝-79.798 d10＝可变
R11＝175.525 d11＝12.500 N6＝1.69680 ν6＝55.5
R12＝-50.802 d12＝2.500 N7＝1.84666 ν7＝23.8
R13＝-86.365 d13＝可变
R14＝光阑 d14＝0.851
R15＝-43.509 d15＝2.731 N8＝1.75520 ν8＝27.5
R16＝-19.132 d16＝1.700 N9＝1.83400 ν8＝37.2
R17＝-289.070 d17＝可变
R18＝55.338 d18＝7.096 N10＝1.48749 ν10＝70.2
R19＝-14.010 d19＝1.700 N11＝1.83400 ν11＝37.2
R20＝-153.978 d20＝0.150
R21＝50.383 d21＝8.000 N12＝1.48749 ν12＝70.2
R22＝-22.123 d22＝0.636
＊R23＝-177.536 d23＝4.500 N13＝1.58313 ν13＝59.4
＊R24＝-26.275 d24＝1.000
R25＝∞ d25＝27.500 N14＝1.51633 ν14＝64.1
R26＝∞ d26＝9.306
焦距
广角 远摄
可变空间
d8 32.092 28.791
d10 41.461 36.120
d13 36.410 48.051
d17 3.400 0.400
非球面系数
＊R5：1/r＝6.892E-03 K＝0 A＝2.160E-05 B＝-3.663E-08C＝4.387E-11 D＝-3.115E-14 E＝8.363E-18
＊R6：1/r＝3.408E-02 K＝0 A＝1.525E-05 B＝-3.888E-08C＝1.461E-11 D＝-2.185E-15 E＝-1.166E-17
＊R23：1/r＝-5.633E-03 K＝0 A＝-2.248E-05 B＝-5.030E-08C＝4.489E-10 D＝-9.061E-13 E＝2.194E-17
＊R24：1/r＝-3.806E-02 K＝0 A＝4.398E-06 B＝-3.465E-08C＝3.882E-10 D＝-5.031E-13 E＝0.000E+00
表4
第四示例性实施例
f＝9.3-10.2mm Fno＝2.0-2.3
R1＝106.481 d1＝6.400 N1＝1.74077 ν1＝27.8
R2＝145.000 d2＝0.150
R3＝68.727 d3＝4.100 N2＝1.84666 ν2＝23.8
R4＝31.767 d4＝8.763
＊R5＝99.685 d5＝3.500 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝29.386 d6＝9.515
R7＝120.558 d7＝3.500 N47＝1.69680 ν4＝55.5
R8＝28.968 d8＝9.933
R9＝-92.269 d9＝3.705 N5＝1.69680 ν5＝55.5
R10＝92.702 d10＝可变
R11＝155.245 d11＝8.500 N6＝1.64769 ν6＝33.8
R12＝-92.534 d12＝可变
R13＝73.985 d13＝12.500
R14＝-60.268 d14＝4.000 N7＝1.84666 ν7＝2 3.8
R15＝-137.186 d15＝可变
R16＝光阑 d16＝0.150
R17＝208.882 d17＝3.312 N8＝1.48749 ν8＝70.2
R18＝-24.990 d18＝1.600 N9＝1.84666 ν9＝2 3.8
R19＝-45.160 d19＝可变
R20＝-47.206 d20＝5.727 N10＝1.48749 ν10＝7 0.2
R21＝-16.000 d21＝1.600 N11＝1.84666 ν11＝23.8
R22＝-166.548 d22＝4.075
R23＝44.046 d23＝9.000 N12＝1.49700 ν12＝81.6
R24＝-28.149 d24＝0.500
＊R25＝-316.050 d25＝4.500 N13＝1.58313 ν13＝59.4
＊R26＝-33.611 d26＝1.000
R27＝0.000 d27＝27.500 N14＝1.51633 ν14＝64.1
R28＝0.000 d28＝9.312
焦距
广角 远摄
可变空间
d10 27.290 24.867
d12 12.614 8.924
d15 47.554 45.204
d19 1.704 10.168
非球面系数
＊R5：1/r＝1.003E-02 K＝0 A＝1.245E-05 B＝-9.670E-09C＝3.788E-12 D＝1.705E-15 E＝-2.315E-18
＊R6：1/r＝3.403E-02 K＝0 A＝8.336E-06 B＝-2.795E-09C＝-1.518E-11 D＝-1.935E-15 E＝-9.589E-18
＊R25：1/r＝-3.164E-03 K＝0 A＝-1.334E-05 B＝-4.489E-08C＝2.470E-10 D＝-6.757E-13 E＝4.489E-16
＊R26：1/r＝-2.975E-02 K＝0 A＝4.396E-06 B＝-3.182E-08C＝2.084E-10 D＝-4.171E-13 E＝1.522E-16
表5
示例性实施例
1 2 3 4
条件
表达式
(1) -1.57 -1.81 -1.83 -1.39
(2) -4.28 -3.65 -3.67 -4.29
(3) -6.5 -6.1 -6.1 -6.9
(4) 7.92 6.52 6.41 6.89
(5) 1.84666 - - 1.74077
(6) 23.8 - - 27.8
(7) 0.0163 - - 0.0118
(8) 9.25 8.48 - -
(9) 9.09 10.72 - -
(10) - - 9.88 9.72
(11) - - 11.58 9.04
如上所述，具有上述配置的本发明的每个上述示例性实施例可提供具有比传统变焦透镜的视角更广的视角的变焦透镜。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解：本发明并不受限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围与最宽泛的解释一致，从而包括所有修改、等同的结构和功能。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的限制。
对于本领域普通技术人员已知的处理、技术、设备和材料可能不作详细讨论，但它们的目的在于在适当情况下成为授权说明书的一部分，例如，透镜元件的制作和它们的材料。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值(例如，变焦率和F数)应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行讨论。
应注意：在此，当指出校正误差(例如，像差)或误差校正时，指的是误差的减少和/或误差的校正。
现将描述变焦透镜和包括变焦透镜的图像投影设备。根据本发明示例性实施例的变焦透镜包括：第一透镜单元，其具有负光焦度(折光力)并位于最靠近放大侧。变焦透镜在广角端的焦距(fw)和第一透镜单元的焦距(f1)满足下面的条件：
-2.50＜f1/fw＜-1.36 (1)
如果条件表达式(1)中项“f1/fw”的值超过下限，则第一透镜单元的折光力变得过小。相应地，需要大的第一透镜单元的直径。因此，变焦透镜的总尺寸可变得较大而变焦透镜的总重量可变得较重。另一方面，如果条件表达式(1)中项“f1/fw”的值超过上限，则第一透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，变焦透镜在制造期间的误差灵敏度会变得过高，或者，在变焦透镜中出现的像差量会变得过大，以致不能进行适当地校正。通过以上描述的配置，本发明可实现一种具有光学系统的变焦透镜，所述光学系统在缩小侧是远心的(即，具有长的后焦距)，被配置为容易地对高质量图像进行投影并具有宽的视角。
如果根据本示例性实施例的变焦透镜满足以下条件表达式，则这也是有用的：
-2.10＜f1/fw＜-1.36 (1a)
根据该示例性实施例的变焦透镜可额外地满足以下的条件。更具体地说，根据该示例性实施例的变焦透镜在变焦透镜满足以下的条件表达式(2)到(11)并具有以下的其它示例性配置的情况下更加有用。
以下将描述其它配置和条件。
根据该示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元包括一个或多个负透镜，其具有非球面。作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()(有效直径是所述一个或多个负透镜的那些非球面中最大的非球面以下被称为“第一非球面”)、第一透镜单元的焦距(f1asp)以及第一非球面在光轴上的位置与第一非球面中最外侧离轴光线所经过的位置之间的光轴方向的距离(Rdepth，参见图10)可满足下面的条件：
-10.0＜Rdepth/f1asp＜-4.0 (3)
条件表达式(2)提供了用于作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()与具有负透镜(非球面透镜)的第一透镜单元的焦距(f1asp)之间的适当关系的条件。
将(负透镜的)非球面定位于由条件表达式(2)限定的适当位置使得有效地减少或校正了像差(例如，畸变)。所述畸变可在具有宽视角的变焦透镜中增加。也就是说，通过将负透镜的非球面定位于光线(从光轴上的位置到最大视角)适当地散开的位置，即，与光线密度适当低的光阑处有适当距离的位置，这可有效地减少像差。
如果传统表达式(2)的下限被超过，则具有非球面形状的负透镜的透镜直径变得过大。此外，使用具有大直径的非球面透镜也没有用，这是因为在这种情况下，就制造中的可用性而言，非球面的表面精度可能是低的。另一方面，如果传统表达式(2)的上限被超过，则具有非球面形状的负透镜的透镜直径变得过小。在这种情况下，无法有效地校正像差。
在减小畸变量(校正畸变)方面，以下情况更加有用：如果作为所述一个或多个负透镜的非球面中最大的非球面的有效直径()与第一透镜单元的焦距(f1)满足以下的条件表达式：
此外，第一透镜单元包括一个或多个负透镜，其具有满足上述条件表达式(3)的非球面(第一非球面)。在条件表达式(3)中，所述一个或多个负透镜的非球面的第一非球面的焦距被表示为“f1asp”，第一非球面在光轴上的位置与第一非球面中最外侧离轴光线所经过的位置之间的光轴方向的距离(即，有效直径之内的非球面的深度)被表示为“Rdepth”。
关于距离Rdepth，如图10所示，位于从图10的右侧(即，从缩小侧)数第二个的透镜的、面向图10中的右侧(缩小侧)的透镜表面是非球面。Rdepth表示在非球面(第一非球面)和光轴的交叉点与最外侧离轴光线和非球面的交叉点之间的光轴方向的距离。这里，“最外侧离轴光线”(最大图像高度离轴光线)是指光通量中经过非球面(第一非球面)的最外侧位置(图像高度最高的位置)的光线，所述光通量入射在像面(或物面)中图像高度最高的位置(或从所述位置离开)。由最外侧离轴光线所通过的位置限定的透镜直径可被用作有效直径。
通过提供满足条件表达式(3)的非球面，即使第一透镜单元(在有效直径之内)的光焦度(折光力)大，也可减少畸变量。如果条件表达式(3)的上限或下限被超过，则桶形畸变或枕形畸变的量会变得过大。
如果非球面(第一非球面)满足下面的条件，则这更加有用：
-8.0＜Rdepth/f1asp＜-5.0 (3a)
根据该示例性实施例的变焦透镜包括多个透镜单元。变焦透镜的至少一个透镜单元沿着光轴方向可移动以执行变焦，这是有用的。为此，变焦透镜包括五个或更多透镜单元并且变焦透镜的三个或更多透镜单元沿着光轴方向移动以执行变焦，这也是有用的。
在这种情况下，位于最靠近放大侧(屏幕侧(前侧))的透镜单元与位于最靠近缩小侧(液晶显示元件侧(后侧))的透镜单元沿着光轴方向对于变焦是静止的，这也是有用的。在变焦同时执行聚焦操作时，位于最靠近放大侧的透镜单元与位于最靠近缩小侧的透镜单元中的任何一个可被移动。然而，这仅仅是为了执行聚焦操作，而不是为了进行变焦。
此外，根据该示例性实施例的位于最靠近变焦透镜的缩小侧的透镜单元包括一个或多个具有非球面的正透镜。一个或多个正透镜中的一个正透镜(或所有正透镜)由玻璃材料制成。这里，正透镜的焦距(fGasp)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)满足下面的条件表达式：
5.2＜fGasp/fw＜9.0 (4)
根据该示例性实施例的变焦透镜包括玻璃材料制成的正透镜，可相对容易地向其提供折光力，从而可在最后侧(缩小共轭侧)实现适当的远心特性。此外，通过使用具有非球面的正透镜，可有效地减少或校正剩余的离轴像差。
如果条件表达式(4)的下限被超过，则具有非球面的正透镜的折光力可变得过大。在这种情况下，正透镜的位置灵敏度以及对制造误差的灵敏度会变得过高。另一方面，如果条件表达式(4)的上限被超过，则变得难以向变焦透镜提供适当高级别的远心特性。
如果根据该示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
6.0＜fGasp/fw＜8.5 (4a)
此外，使用具有由树脂材料制成并设置在由玻璃材料制成的球面透镜上的非球面(非球面部件)的混合非球面透镜或使用塑料模制的非球面透镜也会是有用的。
根据本发明第一到第四示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元包括一个或多个满足下面的条件表达式的正透镜：
1.63＜nd (5)
vd＜35 (6)
0.008＜θgF-(0.644-0.00168·vd)＜0.040 (7)
其中，“vd”表示阿贝数(Abbe number)，“θgF”表示相对部分色散。阿贝数vd和相对部分色散θgF表示如下：
vd＝(nd-1)/(nF-nC)
θgF＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，“nd”、“ng”、“nF”和“nC”分别表示相对于d线光(波长为587.56nm)、g线光(波长为435.84nm)、F线光(波长为486.13nm)和C线光(波长为656.28nm)的正透镜材料的折射率。
这里，假设在第一透镜单元中使用具有高折射率的正透镜而提供条件表达式(5)。利用这种配置，可减少变焦透镜的总长度和透镜直径，此外，可有效地校正畸变。如果条件表达式(5)的下限被超过，则变焦透镜的总长度和透镜直径不会减少，而畸变不会被适当地校正。
条件表达式(6)假设第一透镜单元中的正透镜的材料具有高的色散级别(即，具有较小的阿贝数)。条件表达式(6)提供用于有效地校正放大色差(横向色差)的条件。如果条件表达式(6)的上限被超过，则放大色差无法被有效地校正。
条件表达式(7)提供用于校正第一透镜单元中的正透镜的材料的异常部分色散的条件。更具体地说，条件表达式(7)提供用于有效地校正轴向色差以及放大色差的条件。如果条件表达式(7)的上限被超过，则轴向色差以及放大色差会被过校正。另一方面，如果条件表达式(7)的下限被超过，则轴向色差以及放大色差会欠校正。在这些情况下，会发生轴向色差以及放大色差。
彼此独立地提供条件表达式(5)、(6)和(7)。也就是说，根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜满足条件表达式(5)、(6)和(7)中的任何一个，这会是有用的，因此，根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜不必总是同时满足条件表达式(5)、(6)和(7)。
如果根据第一到第四示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
1.70＜nd (5a)
vdn＜28 (6a)
0.010＜θgF-(0.644-0.00168·vd)＜0.038 (7a)
根据本发明第一和第二示例性实施例的变焦透镜包括第一到第六透镜单元，其从放大侧到缩小侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力、正折光力和正折光力(光焦度)。第一和第六透镜单元对于变焦是静止的。也就是说，第二到第五透镜单元移动以执行变焦。
如上所述，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜包括六个透镜单元。通过适当地布置透镜单元，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜具有如下透镜配置，该透镜配置成对于减小变焦透镜系统的总大小、提供整个变焦范围的高度远心特性并有效地校正像差是有用的。
此外，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第六透镜单元对于变焦是静止的(不移动)。然而，根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第六透镜单元可在聚焦操作期间移动。通过对于变焦不扩展透镜镜筒的长度，可适当地保持作为集成结构的投影透镜的强度。
此外，第二透镜单元的焦距(f2b)、第三透镜单元的焦距(f3b)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)优选地满足下面的条件表达式：
6.5＜f2b/fw＜11 (8)
6.0＜f3b/fw＜13 (9)
条件表达式(8)提供了用于第二透镜单元的焦距(f2b)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。通过向第二透镜单元提供正折光力以向整个变焦透镜提供适当的焦度配置，可进一步减少或校正没有被第一透镜单元彻底校正的离轴像差(畸变或像散)。
如果条件表达式(8)的下限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，可能丢失各种像差之间的平衡。另一方面，如果条件表达式(8)的上限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，像差不会被有效地校正。
条件表达式(9)提供用于第三透镜单元的焦距(f3b)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。第三透镜单元主要用于在变焦透镜中执行变焦。通过向第三透镜单元提供适当的焦度，变焦透镜可在广角端与远摄端之间的整个变焦范围提供高性能。
如果条件表达式(9)的下限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失，并且灵敏度(例如，位置灵敏度)会变得过高。另一方面，如果条件表达式(9)的上限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，变焦透镜的总长度会变得过长。
如果根据第一和第二示例性实施例的变焦透镜满足下面的条件表达式，则这更加有用：
7.5＜f2b/fw＜10 (8a)
7.5＜f3b/fw＜12 (9a)
根据本发明第三和第四示例性实施例的变焦透镜包括第一到第五透镜单元，其从放大侧到缩小侧按顺序分别具有负折光力、正折光力、正折光力、负折光力和正折光力(光焦度)。第一和第五透镜单元对于变焦是静止的。然而，根据第三和第四示例性实施例的变焦透镜的第一透镜单元和第五透镜单元可在聚焦操作期间移动。通过在变焦期间不扩展透镜镜筒的长度，可适当地保持作为集成结构的投影透镜的强度。
此外，第二透镜单元的焦距(f2a)、第三透镜单元的焦距(f3a)和变焦透镜在广角端的焦距(fw)优选地满足下面的条件表达式：
6.0＜f2a/fw＜12 (10)
6.0＜f3a/fw＜15 (11)
条件表达式(10)提供用于第二透镜单元的焦距(f2a)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。通过向第二透镜单元提供正折光力以向整个变焦透镜提供适当的焦度配置，可进一步减少或校正没有被第一透镜单元彻底校正的离轴像差(畸变或像散)。
如果条件表达式(10)的下限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失。另一方面，如果条件表达式(10)的上限被超过，则第二透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，像差不会被有效地校正。
条件表达式(11)提供用于第三透镜单元的焦距(f3a)与变焦透镜在广角端的焦距(fw)之间的适当关系的条件。第三透镜单元主要用于在变焦透镜中执行变焦。通过向第三透镜单元提供适当的焦度，变焦透镜可在广角端与远摄端之间的整个变焦范围提供高性能。
如果条件表达式(11)的下限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过大。在这种情况下，各种像差之间的平衡会丢失，灵敏度会变得过高。另一方面，如果条件表达式(11)的上限被超过，则第三透镜单元的折光力变得过小。在这种情况下，变焦透镜的总长度会变得过长。
如果根据第三和第四示例性实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式，则这更加有用：
8.5＜f2a/fw＜10 (10a)
8.0＜f3a/fw＜12.5 (11a)
如上所述，第一到第四示例性实施例各包括在变焦透镜中适当布置的五个或六个透镜单元。通过上述配置，可缩小整个变焦透镜的大小，对于整个变焦范围可在适当的级别保持远心特性，并且可有效地校正像差。
在第一到第四示例性实施例中，第一透镜单元沿着光轴移动(沿着光轴方向)以执行聚焦(调整)操作。然而，本发明并不受限于此。也就是说，可通过移动显示板(图像显示元件、液晶板、液晶显示元件或液晶显示装置)或除了第一透镜单元L1之外的透镜单元(例如，位于最靠近缩小侧的透镜单元)来执行聚焦操作。在这种情况下，显示板(图像显示元件)对于变焦是静止的，这是有用的。
此外，在本发明的每个示例性实施例中，每个透镜的表面可被多层涂覆。通过这种配置，可减少屏幕表面上照度的减少。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备(液晶视频投影仪)的部件的示图。以下描述的表1相对于根据第一示例性实施例的整个变焦透镜包括：焦距、F数、每个透镜表面(光学表面)的曲率半径及其表面间隔、每个透镜元件的折射率和阿贝数、在广角端以及远摄端的透镜表面间隔以及非球面系数。在表1中，以毫米(mm)来表示曲率半径以及表面间隔的值。然而，能够以毫米(mm)之外的单位来表示曲率半径以及表面间隔的值。
图2A示出根据本发明第一示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在广角端(短焦距端)的像差示图。图2B示出根据本发明第一示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在远摄端(长焦距端)的像差示图。
如图1那样，图3、图5和图7分别示出根据本发明第二、第三和第四示例性实施例的包括变焦透镜的图像投影设备(液晶视频投影仪)的部件的示例。以下讨论的表2、3、4相对于根据第二、第三和第四示例性实施例的整个变焦透镜分别包括：焦距、F数、每个透镜表面(光学表面)的曲率半径及其表面间隔、每个透镜元件的折射率和阿贝数、在广角端和远摄端的透镜表面间隔和非球面系数。
图4A、图6A和图8A各相应于第一示例性实施例中的图2A。图4B、图6B和图8B各相应于第一示例性实施例中的图2B。更具体地说，图4A、图6A和图8A各示出分别根据本发明第二、第三和第四示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在广角端(短焦距端)的像差示图。图4B、图6B和图8B各示出分别根据本发明第二、第三和第四示例性实施例在到物体的距离(从第一透镜单元到物体的距离)为0.63m的情况下变焦透镜在远摄端(长焦距端)的像差示图。
在图2A、图2B、图4A、图4B、图6A、图6B、图8A和图8B的像差示图中，球面像差表示在波长分别为550nm、620nm和450nm情况下的像差。“S”表示弧矢(sagittal)像面中的场倾斜，“M”表示在子午(meridional)像面中的场倾斜。弧矢场倾斜S、子午场倾斜M和畸变表示在波长为550nm情况下的像差。“ω”表示半视角，“F”表示F数。
在图1、图3、图5和图7中，“S0”表示屏幕表面(投影表面)，“LCD”表示在显示板(液晶显示元件)上显示的原始图像(将被投影的图像)。屏幕表面S0与原始图像LCD彼此共轭。通常，屏幕表面S0是相对远离变焦透镜的共轭点，并相应于放大共轭侧(前侧)，原始图像LCD是相对靠近变焦透镜的共轭点，并相应于缩小共轭侧(后侧)。
此外，在图1、图3、图5和图7中，“GB”表示基本不具有光焦度的光学元件(玻璃块)，诸如彩色合成棱镜(偏振光束分光器或二向棱镜)、偏振滤光器、波长板或滤色器。也就是说，玻璃块GB不具有光焦度。
这里，简要地描述表1到表4。表1到表4分别描述用于第一到第四示例性实施例的透镜数据。
在表1到表4的每一个中，“i”表示光学表面从放大侧(前侧)起的顺序，“Ri”表示第i个光学表面(第i个表面)的曲率半径，“di”表示第i个表面与第(i+1)个表面之间的轴向间隔，“Ni”和“vi”分别表示第i个光学材料相对于d线光的折射率和阿贝数。此外，“f”表示焦距，“Fno”表示F数，“ω”表示半视角。在第一到第四示例性实施例中的每一个中，来自最后侧透镜的三个表面构成玻璃块GB。
此外，在表1到表4的每一个中，“k”表示锥体常数，“A”、“B”、“C”、“D”和“E”中的每一个表示非球面系数，“x”表示在距离光轴高度“h”的位置沿着光轴离开表面顶点的位移，“r”表示近轴曲率半径。非球面形状表示如下：
x＝(h2/r)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]
+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12.
此外，“E-Z”表示“10-z”。
表5描述根据第一到第四示例性实施例中的每一个的用于变焦透镜的上述条件表达式(1)到(11)的值。
此外，在图1、图3、图5和图7的每一个中，“PL”表示变焦透镜。经由连接件(未示出)将变焦透镜PL安装在液晶视频投影仪主体(未示出)上。此外，玻璃块GB和液晶显示元件LCD被包含在液晶视频投影仪主体中。
第一示例性实施例
以下描述本发明的第一示例性实施例。图1示出根据第一示例性实施例的变焦透镜的部件。表1示出根据第一示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图2A示出根据第一示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图2B示出根据第一示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图1，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4、具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5、具有正折光力(光焦度)的第六透镜单元L6。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图1中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5独立地向屏幕表面S0移动。第一透镜单元L1和第六透镜单元L6对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第六透镜单元L6的总长度(大小)在变焦期间可以保持恒定。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：负透镜G11、正透镜G12、负透镜G13、负透镜G14和负透镜G15。
负透镜G11是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。正透镜G12是凹凸正透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G13是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G14是凹凸负透镜，其面向前侧的表面具有凸形状。负透镜G15是两面凹负透镜。
正透镜G12尤其校正畸变。通过向负透镜G14提供非球面，第一透镜单元L1可改善校正畸变的效果。两面凹负透镜G15可有效地校正像散。通过将高色散玻璃和低色散玻璃用作第一透镜单元L1的透镜材料，可将放大色差的出现量减少到最小值。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成或包含)一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面都具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和(Petzval sum)并减少在变焦期间出现的球面像差的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面各具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4从前侧到后侧按顺序包括：凹凸负透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；以及胶合的透镜，包括两面凸正透镜G42和两面凹负透镜G43。第四透镜单元L4包括负透镜G41，其具有大的负折光力以减少佩茨瓦尔和。通过使用包括正透镜G42和负透镜G43的胶合透镜，第四透镜单元L4可有效地校正球面像差。
孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差的变化。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该透镜包括其两个表面都具有凸形状的正透镜G51和其两个表面都具有凹形状的负透镜G52；以及正透镜G53，其两个表面都具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。因此，第五透镜单元L5可减少或抑制色差。
第六透镜单元L6包括凹凸正透镜G61，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作正透镜G61的材料，且正透镜G61具有大的折光力(光焦度)。因此，第六透镜单元L6可改善变焦透镜的远心特性。第六透镜单元L6的正透镜G61具有非球面以有效地校正彗差。
第二示例性实施例
以下描述本发明的第二示例性实施例。图3示出根据第二示例性实施例的变焦透镜的部件。表2示出根据第二示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图4A示出根据第二示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图4B示出根据第二示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图3，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4、具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5、具有正折光力(光焦度)的第六透镜单元L6。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图3中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4独立地朝向屏幕表面S0移动，以及第五透镜单元L5独立地向液晶显示元件LCD移动。第一透镜单元L1和第六透镜单元L6对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第六透镜单元L6的总长度(大小)在变焦期间是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸负透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；和负透镜G14，其两个表面各具有凹形状。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可提高校正畸变的效果。使用两个表面都具有凹形状的负透镜G14，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成或包含)一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面都具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和并有效地减少在变焦期间出现的各种像差(诸如球面像差)的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面都具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括胶合的透镜，该胶合的透镜包括：凹凸正透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；负透镜G42，其两个表面都具有凹形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制出现的各种像差并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其两个表面都具有凸形状的正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；以及正透镜G53，其两个表面都具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。因此，第五透镜单元L5可减少或抑制色差。
第六透镜单元L6包括凹凸正透镜G61，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作正透镜G61的材料，正透镜G61具有大的折光力(光焦度)。因此，第六透镜单元L6可改善变焦透镜的远心特性。第六透镜单元L6的正透镜G61具有非球面以有效地校正彗差。
第三示例性实施例
以下描述本发明的第三示例性实施例。图5示出根据第三示例性实施例的变焦透镜的部件。表3示出根据第三示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图6A示出根据第三示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图6B示出根据第三示例性实施例的在远摄端的变焦透镜中出现的各种像差。参照图5，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4和具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图5中的箭头所示，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3独立地向屏幕表面S0移动，第四透镜单元L4独立地向液晶显示元件LCD移动。第一透镜单元L1和第五透镜单元L5对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第五透镜单元L5的总长度(大小)在变焦期间是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸负透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；和负透镜G14，其两个表面都具有凹形状。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可提高校正畸变的效果。通过使用两个表面都具有凹形状的负透镜G14，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括一个透镜，即，正透镜G21，其两个表面各具有凸形状。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2校正佩茨瓦尔和并有效地减少在变焦期间出现的各种像差(诸如球面像差)的变化。
通常，当场的曲率以及像散大时，分辨率会被降级。因此，有必要将佩茨瓦尔和校正到最小值。此外，在校正色差方面，为了有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差，具有高折射率和低色散属性的材料被用作第二透镜单元L2的材料。
第三透镜单元L3包括(由以下部件构成或包含)：被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面各具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，具有高折射率的玻璃材料被用于正透镜G31和负透镜G32，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括(由以下部件构成或包含)胶合的透镜，该胶合的透镜包括：凹凸正透镜G41，其面向后侧的表面具有凸形状；和负透镜G42，其两个表面各具有凹形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制各种像差的出现并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括(由以下部件构成或包含)：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其两个表面各具有凸形状的正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；正透镜G53，其两个表面各具有凸形状；以及凹凸正透镜G54，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。此外，正透镜G51具有大的折光力(光焦度)以改善变焦透镜的远心特性。因此，第五透镜单元L5可有效地校正各种像差，特别是彗差。
第四示例性实施例
以下描述本发明的第四示例性实施例。图7示出根据第四示例性实施例的变焦透镜的部件。表4示出根据第四示例性实施例的用于变焦透镜的透镜数据。图8A示出根据第四示例性实施例的在广角端处在变焦透镜中出现的各种像差。图8B示出根据第四示例性实施例的在远摄端处在变焦透镜中出现的各种像差。参照图7，变焦透镜包括(由以下部件构成或包含)：具有负折光力(光焦度)的第一透镜单元L1、具有正折光力(光焦度)的第二透镜单元L2、具有正折光力(光焦度)的第三透镜单元L3、具有负折光力(光焦度)的第四透镜单元L4和具有正折光力(光焦度)的第五透镜单元L5。“ST”表示在第四透镜单元L4中设置的孔径光阑。
在从广角端变焦到远摄端期间，如分别由图7中的箭头所示，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4独立地向屏幕表面S0移动。第一透镜单元L1和第五透镜单元L5对于变焦不移动。因此，变焦透镜从第一透镜单元L1到第五透镜单元L5的总长度(大小)是恒定的。
第一透镜单元L1从前侧(放大侧)到后侧(缩小侧)按顺序包括：凹凸正透镜G11，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G12，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G13，其面向前侧的表面具有凸形状；凹凸负透镜G14，其面向前侧的表面具有凸形状；负透镜G15，其两个表面都具有凹形状。正透镜G11特别校正畸变。负透镜G13具有非球面。因此，第一透镜单元L1可改善校正畸变的效果。通过使用两面凹负透镜G15，第一透镜单元L1可有效地校正像散。
第二透镜单元L2包括(由以下部件构成)一个透镜，即，两面凸正透镜G21。正透镜G21主要校正在第一透镜单元L1中出现的各种像差。具有高折射率的材料被用于正透镜G21。因此，第二透镜单元L2有效地校正球面像差和彗差。此外，在校正色差方面，第二透镜单元L2有效地校正在第一透镜单元L1中出现的放大色差。
第三透镜单元L3包括被胶合在一起的正透镜G31和凹凸负透镜G32，其中，正透镜G31的两个表面都具有凸形状，凹凸负透镜G32面向后侧的表面具有凸形状。第三透镜单元L3主要执行变焦。为了减少由于变焦而出现的放大色差的变化量，正透镜G31的阿贝数与负透镜G32的阿贝数之间的差在第三透镜单元L3中是大的。
第四透镜单元L4包括胶合的透镜，该胶合的透镜包括：正透镜G41，其两个表面都具有凸形状；和凹凸负透镜G42，其面向后侧的表面具有凸形状。通过使用包括正透镜G41和负透镜G42的胶合透镜，第四透镜单元L4可减少或抑制各种像差的出现并减少佩茨瓦尔和。孔径光阑ST被设置在第四透镜单元L4中。因此，第四透镜单元L4减少或抑制由于变焦出现的离轴像差。然而，可在除了第四透镜单元L4之外的变焦透镜的部分中设置孔径光阑ST。可选地，孔径光阑ST可独立于任何透镜单元而移动。
第五透镜单元L5从前侧到后侧按顺序包括：胶合的透镜，该胶合的透镜包括其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸正透镜G51和其面向后侧的表面具有凸形状的凹凸负透镜G52；正透镜G53，其两个表面都具有凸形状；和凹凸正透镜G54，其面向后侧的表面具有凸形状。将低色散玻璃用作胶合透镜的正透镜G51和正透镜G53的材料。此外，正透镜G51具有大的折光力(光焦度)，以改善变焦透镜的远心特性。因此，第五透镜单元L5可有效地校正各种像差，特别是彗差。
在以上描述的每一个本发明示例性实施例中，非球面透镜的材料不限于塑料材料或玻璃材料。也就是说，可使用混合类型的非球面透镜，其在由玻璃材料制成的球面透镜的光学表面上形成有薄树脂层(树脂材料)，以形成它的非球面。
通过上述配置，本发明的每一个示例性实施例可执行具有宽视角的投影，其中，半视角为50度或更宽。因此，根据本发明的示例性实施例，可将用于液晶投影仪的变焦透镜实现为具有高光学性能，从而有效地校正由于变焦而出现的各种像差。
图9是示意性示出根据本发明示例性实施例的图像投影设备的部件的示图。
参照图9，将上述变焦透镜应用于三板类型的彩色液晶投影仪101。在图9的示例中，通过彩色组合单元102将具有基于多个显示板(图像显示元件或液晶显示元件)105R、105G和105B的多个彩色光通量的图像信息(图像光)进行组合。通过变焦透镜103将组合的图像信息放大并投影到屏幕表面(投影表面)104上。作为变焦透镜103，可使用根据上述第一到第四示例性实施例的变焦透镜。
图9的图像投影设备通过使用三个显示板105R、105G和105B将彩色图像投影到投影表面上。三个显示板105R、105G和105B接收从光源(未示出)发出的照明光，调制接收的照明光(改变偏振方向，改变反射方向或改变光的传播方向)，并将调制的光通量导向彩色组合单元102。彩色组合单元102(诸如棱镜)将来自显示板105R、105G和105B的图像光通量(其颜色彼此不同或者波长彼此不同)组合到一条光路径中。经由变焦透镜(投影透镜)103将组合的图像光投射到屏幕表面(投影表面)104上。
在图9所示的图像投影设备的示例中，显示板(图像显示元件或液晶显示元件)105R、105G和105B可以是透射类型的显示板或反射类型的显示板。
此外，根据本发明示例性实施例的变焦透镜可被应用于图像拾取设备(诸如胶片相机、视频相机或数字静止相机)，其被配置为在卤化银胶片或固态图像传感器(光电转换元件，诸如，电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)上形成图像。
根据本发明的上述示例性实施例，可将变焦透镜实现为具有宽的视角，其半视角为50度或更大，能够有效地校正由于变焦而出现的各种像差，并具有高光学性能。此外，根据本发明的上述示例性实施例，可实现大直径的变焦透镜，其具有长的后焦距，能够有效地校正各种像差并具有远心特性。
表1
第一示例性实施例
f＝8.2-9.9mm Fno＝1.9-2.2
R1＝78.009 d1＝5.800 N1＝1.83400 ν1＝37.2
R2＝45.394 d2＝12.968
R3＝84.627 d3＝5.700 N2＝1.84666 ν2＝23.8
R4＝102.000 d4＝0.600
R5＝75.930 d5＝3.500 N3＝1.83400 ν3＝37.2
R6＝34.114 d6＝8.006
＊R7＝136.613 d7＝3.500 N4＝1.52996 ν4＝55.8
＊R8＝29.630 d8＝17.026
R9＝-54.652 d9＝2.700 N5＝1.69680 ν5＝55.5
R10＝77.677 d10＝可变
R11＝222.213 d11＝9.500 N6＝1.83400 ν6＝37.2
R12＝-87.459 d12＝可变
R13＝95.216 d13＝15.000 N7＝1.83400 ν7＝37.2
R14＝-49.911 d14＝2.500 N8＝1.84666 ν8＝23.8
R15＝-160.223 d15＝可变
R16＝-29.741 d16＝1.600 N9＝1.84666 ν9＝23.8
R17＝-77.424 d17＝0.600
R18＝光阑 d18＝3.946
R19＝68.747 d19＝4.261 N10＝1.74077 ν10＝27.8
R20＝-14.475 d20＝1.500 N11＝1.83400 ν11＝37.2
R21＝62.155 d21＝可变
R22＝54.696 d22＝6.973 N12＝1.48749 ν12＝70.2
R23＝-17.825 d23＝1.500 N13＝1.84666 ν13＝23.8
R24＝-39.866 d24＝0.150
R25＝88.677 d25＝6.367 N14＝1.48749 ν14＝70.2
R26＝-26.695 d26＝可变
＊R27＝-367.912 d27＝4.200 N15＝1.58313 ν15＝59.4
＊R28＝-34.609 d28＝1.000
R29＝∞ d29＝27.500 N16＝1.51633 ν16＝64.1
R30＝∞ d30＝9.315
焦距
广角 远摄
可变空间
d10 17.158 15.689
d12 22.885 17.061
d15 40.672 46.050
d21 4.655 0.912
d26 0.500 6.157
非球面系数
＊R7：1/r＝7.320E-03 K＝0A＝1.824E-05 B＝-3.213E-08C＝3.673E-11 D＝-2.397E-14 E＝9.314E-18
＊R8：1/r＝3.375E-02 K＝0A＝9.893E-06 B＝-3.337E-08C＝1.024E-11 D＝1.865E-14 E＝-1.517E-17
＊R27：1/r＝-2.718E-03 K＝0A＝-2.433E-05 B＝-4.817E-08C＝-2.374E-11 D＝-8.921E-13 E＝2.211E-17
＊R28：1/r＝-2.889E-02 K＝0A＝-6.596E-06 B＝-3.374E-08C＝-6.654E-11 D＝-4.123E-13 E＝-1.730E-16
表2
第二示例性实施例
f＝8.1-9.4mm Fno＝1.8-1.9
R1＝75.031 d1＝4.100 N1＝1.69680 ν1＝55.5
R2＝38.911 d2＝10.336
R3＝61.593 d3＝3.500 N2＝1.72000 ν2＝50.2
R4＝31.037 d4＝10.753
＊R5＝179.444 d5＝3.584 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝30.625 d6＝14.441
R7＝-120.265 d7＝2.700 N4＝1.48749 ν4＝70.2
R8＝44.302 d8＝可变
R9＝202.658 d9＝9.500 N5＝1.83400 ν5＝37.2
R10＝-76.773 d10＝可变
R11＝187.758 d11＝9.510 N6＝1.69680 ν6＝55.5
R12＝-43.332 d12＝2.500 N7＝＝1.84666 ν7＝23.8
R13＝-73.807 d13＝可变
R14＝光阑 d14＝0.803
R15＝-44.561 d15＝3.474 N8＝1.7552 ν8＝27.5
R16＝-14.934 d16＝1.600 N9＝1.83400 ν9＝37.2
R17＝306.044 d17＝可变
R18＝57.121 d18＝7.487
R19＝-13.685 d19＝1.600 N10＝1.83400 ν10＝37.2
R20＝-63.117 d20＝0.150
R21＝56.705 d21＝8.000 N11＝1.49700 ν11＝81.6
R22＝-22.638 d22＝可变
＊R23＝-190.571 d23＝4.500 N12＝1.58313 ν12＝59.4
＊R24＝-27.119 d24＝1.000
R25＝∞ d25＝27.500 N13＝1.51633 ν13＝64.1
R26：＝∞ d26＝9.330
焦距
广角 远摄
可变空间
d8 25.117 21.931
d10 43.108 35.307
d13 25.812 37.502
d17 1.711 1.024
d22 0.714 0.700
非球面系数
＊R5：1/r＝5.573E-03 K＝0 A＝2.820E-05 B＝-4.779E-08C＝5.441E-11 D＝-3.651E-14 E＝9.183E-18
＊R6：1/r＝3.265E-02 K＝0 A＝2.246E-05 B＝-4.818E-08C＝1.858E-11 D＝-6.011E-15 E＝-4.176E-18
＊R23：1/r＝-5.247E-03 K＝0 A＝-2.130E-05 B＝-6.953E-08C＝4.282E-10 D＝-1.274E-12 E＝2.194E-17
＊R24：1/r＝-3.688E-02 K＝0 A＝4.511E-06 B＝-4.771E-08C＝3.467E-10 D＝-7.829E-13 E＝-1.733E-16
表3
第三示例性实施例
f＝8.1-9.4mm Fno＝1.8-1.9
R1＝74.615 d1＝4.500 N1＝1.69680 ν1＝55.5
R2＝39.928 d2＝10.036
R3＝60.548 d3＝3.979 N2＝1.80610 ν2＝40.9
R4＝31.709 d4＝12.063
＊R5＝145.091 d5＝4.100 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝29.343 d6＝14.395
R7＝-126.313 d7＝2.700 N4＝1.48749 ν4＝70.2
R8＝47.436 d8＝可变
R9＝409.828 d9＝9.500 N5＝1.83400 ν5＝37.2
R10＝-79.798 d10＝可变
R11＝175.525 d11＝12.500 N6＝1.69680 ν6＝55.5
R12＝-50.802 d12＝2.500 N7＝1.84666 ν7＝23.8
R13＝-86.365 d13＝可变
R14＝光阑 d14＝0.851
R15＝-43.509 d15＝2.731 N8＝1.75520 ν8＝27.5
R16＝-19.132 d16＝1.700 N9＝1.83400 ν8＝37.2
R17＝-289.070 d17＝可变
R18＝55.338 d18＝7.096 N10＝1.48749 ν10＝70.2
R19＝-14.010 d19＝1.700 N11＝1.83400 ν11＝37.2
R20＝-153.978 d20＝0.150
R21＝50.383 d21＝8.000 N12＝1.48749 ν12＝70.2
R22＝-22.123 d22＝0.636
＊R23＝-177.536 d23＝4.500 N13＝1.58313 ν13＝59.4
＊R24＝-26.275 d24＝1.000
R25＝∞ d25＝27.500 N14＝1.51633 ν14＝64.1
R26＝∞ d26＝9.306
焦距
广角 远摄
可变空间
d8 32.092 28.791
d10 41.461 36.120
d13 36.410 48.051
d17 3.400 0.400
非球面系数
＊R5：1/r＝6.892E-03 K＝0 A＝2.160E-05 B＝-3.663E-08C＝4.387E-11 D＝-3.115E-14 E＝8.363E-18
＊R6：1/r＝3.408E-02 K＝0 A＝1.525E-05 B＝-3.888E-08C＝1.461E-11 D＝-2.185E-15 E＝-1.166E-17
＊R23：1/r＝-5.633E-03 K＝0 A＝-2.248E-05 B＝-5.030E-08C＝4.489E-10 D＝-9.061E-13 E＝2.194E-17
＊R24：1/r＝-3.806E-02 K＝0 A＝4.398E-06 B＝-3.465E-08C＝3.882E-10 D＝-5.031E-13 E＝0.000E+00
表4
第四示例性实施例
f＝9.3-10.2mm Fno＝2.0-2.3
R1＝106.481 d1＝6.400 N1＝1.74077 ν1＝27.8
R2＝145.000 d2＝0.150
R3＝68.727 d3＝4.100 N2＝1.84666 ν2＝23.8
R4＝31.767 d4＝8.763
＊R5＝99.685 d5＝3.500 N3＝1.52996 ν3＝55.8
＊R6＝29.386 d6＝9.515
R7＝120.558 d7＝3.500 N47＝1.69680 ν4＝55.5
R8＝28.968 d8＝9.933
R9＝-92.269 d9＝3.705 N5＝1.69680 ν5＝55.5
R10＝92.702 d10＝可变
R11＝155.245 d11＝8.500 N6＝1.64769 ν6＝33.8
R12＝-92.534 d12＝可变
R13＝73.985 d13＝12.500
R14＝-60.268 d14＝4.000 N7＝1.84666 ν7＝2 3.8
R15＝-137.186 d15＝可变
R16＝光阑 d16＝0.150
R17＝208.882 d17＝3.312 N8＝1.48749 ν8＝70.2
R18＝-24.990 d18＝1.600 N9＝1.84666 ν9＝2 3.8
R19＝-45.160 d19＝可变
R20＝-47.206 d20＝5.727 N10＝1.48749 ν10＝7 0.2
R21＝-16.000 d21＝1.600 N11＝1.84666 ν11＝23.8
R22＝-166.548 d22＝4.075
R23＝44.046 d23＝9.000 N12＝1.49700 ν12＝81.6
R24＝-28.149 d24＝0.500
＊R25＝-316.050 d25＝4.500 N13＝1.58313 ν13＝59.4
＊R26＝-33.611 d26＝1.000
R27＝0.000 d27＝27.500 N14＝1.51633 ν14＝64.1
R28＝0.000 d28＝9.312
焦距
广角 远摄
可变空间
d10 27.290 24.867
d12 12.614 8.924
d15 47.554 45.204
d19 1.704 10.168
非球面系数
＊R5：1/r＝1.003E-02 K＝0 A＝1.245E-05 B＝-9.670E-09C＝3.788E-12 D＝1.705E-15 E＝-2.315E-18
＊R6：1/r＝3.403E-02 K＝0 A＝8.336E-06 B＝-2.795E-09C＝-1.518E-11 D＝-1.935E-15 E＝-9.589E-18
＊R25：1/r＝-3.164E-03 K＝0 A＝-1.334E-05 B＝-4.489E-08C＝2.470E-10 D＝-6.757E-13 E＝4.489E-16
＊R26：1/r＝-2.975E-02 K＝0 A＝4.396E-06 B＝-3.182E-08C＝2.084E-10 D＝-4.171E-13 E＝1.522E-16
表5
示例性实施例
1 2 3 4
条件
表达式
(1) -1.57 -1.81 -1.83 -1.39
(2) -4.28 -3.65 -3.67 -4.29
(3) -6.5 -6.1 -6.1 -6.9
(4) 7.92 6.52 6.41 6.89
(5) 1.84666 - - 1.74077
(6) 23.8 - - 27.8
(7) 0.0163 - - 0.0118
(8) 9.25 8.48 - -
(9) 9.09 10.72 - -
(10) - - 9.88 9.72
(11) - - 11.58 9.04
如上所述，具有上述配置的本发明的每个上述示例性实施例可提供具有比传统变焦透镜的视角更广的视角的变焦透镜。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解：本发明并不受限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围与最宽泛的解释一致，从而包括所有修改、等同的结构和功能。