[发明专利]变焦透镜、包括变焦透镜的图像投影设备以及摄像设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合在用于例如以放大的比例投影图像的图像投影设备(投影仪)中使用的变焦透镜。

背景技术

在相关技术中，存在各种图像投影设备(投影仪)。已知的投影设备通常配置为使用诸如液晶显示器等的图像显示装置，并且将基于图像显示装置的图像通过投影光学系统以放大的比例投影在屏幕表面。为此，期望投影仪投影明亮的投影图像，从而在以放大的比例投影图像的情况下确保合适的可见性。期望在投影仪中使用的投影光学系统是能够以各种投影倍率来投影图像的变焦透镜。根据安装投影仪处的环境，投影光学系统要求某些特定的安装属性。然而，用于投影仪的变焦透镜具有以下在可视性方面不期望出现的问题，即在F数(光圈值)改变的情况下进行变焦时投影图像的亮度改变。因此，为获得不具有该缺点的投影变焦透镜，已做出了各种尝试。

美国专利5015739和美国专利8390935公开了配置为通过在用于投影仪的变焦透镜的整个变焦范围内维持F数来维持投影图像的亮度的变焦透镜。

在美国专利5015739中公开的投影变焦透镜包括具有从放大侧起按负、正、正、正、正和正的顺序配置的折射力的第一至第六透镜单元，以及在第四透镜单元和第五透镜单元之间设置的具有固定或可变开口直径并且在变焦时独立移动的光圈。在该结构中，认为F数在整个变焦范围内保持恒定。

在美国专利8390935中公开的投影变焦透镜包括具有从放大侧起按负、正、正、负、正和正的顺序配置的折射力的第一至第六透镜单元，以及在第二透镜单元的像侧的、在变焦时与第二透镜单元一体移动的具有掩模的光圈。在美国专利8390935中公开的投影变焦透镜还包括在第六透镜单元的物体侧的在变焦时具有固定开口的辅助光圈。在该配置中，F数在整个变焦范围内保持恒定。

投影仪中使用的变焦透镜需要提供高质量的投影图像，并且能够在投影图像时的情况下变焦时对于各种放大倍率以F数上较小的改变以恒定亮度投影。为了提供高质量的投影图像，并且在变焦时保持投影图像的亮度恒定，即为了在整个变焦范围内保持F数恒定，对诸如变焦类型或者光圈的位置等的透镜结构的适当设置是重要的。

在美国专利5015739中公开的投影变焦透镜的结构中，在变焦时通过移动光圈使得F数在改变倍率时的改变小。然而，存在如下问题，即无法截止广角端处的过多的光，并且因此不能够在整个变焦范围内实现高质量的图像投影。在美国专利8390935中公开的投影变焦透镜中，通过提供辅助光圈截止了不必要的光。然而，由于光圈固定在缩小共轭侧，因此存在各种像差从一个变焦位置到另一个变焦位置显著变化、并且由变焦引起的光学性能的变化增大的趋势。

发明内容

根据此处公开的至少一个实施例，变焦透镜以从放大共轭侧到缩小共轭侧的顺序包括：具有多个透镜单元的前组、光圈以及具有多个透镜单元的后组，其中，前组从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包括具有负折射力并且配置为在变焦时不移动的透镜单元以及包括在变焦时移动的一个或多个透镜单元的前变倍透镜单元，后组从放大共轭侧到缩小共轭侧依次包括具有在变焦时移动的一个或多个透镜单元的后变倍透镜单元以及具有正折射力并且配置为在变焦时不移动的透镜单元，光圈在变焦时移动，前组包括在变焦时移动的具有恒定开口直径的辅助光圈，满足条件表达式：

0.9<(Xt·βtb)/(Xw·βwb)<1.1

这里Xw和Xt分别是在广角端和远摄端的从前组的焦点位置到光圈的长度，并且βwb和βtb分别是后组在广角端和远摄端的成像倍率。

根据其它实施例，一种图像投影设备包括：图像显示装置，配置为形成原始图像；以及所述的变焦透镜，配置为投影由所述图像显示装置形成的所述原始图像。

根据其它实施例，一种摄像设备包括：摄像光学系统，包括所述的变焦透镜；以及摄像装置。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

图1A和1B根据这里描述的示例1分别示出在广角端和远摄端的透镜的截面图。

图2A和图2B分别为示例1中示出的透镜在投影距离为2100mm时在广角端和远摄端的像差图。

图3A和图3B根据示例2分别示出透镜在广角端和远摄端的截面图。

图4A和图4B分别为示例2中示出的透镜在投影距离为2100mm时在广角端和远摄端的像差图。

图5A和图5B根据示例3分别示出透镜在广角端和远摄端的截面图。