JP2001091829A5 - - Google Patents

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【特許請求の範囲】
【請求項1】
平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズであって、
拡大側から順に、第1ないし第5群を配してなり、第3群と第4群の間に絞りを有し、
第1群は負の屈折力、第2群、第3群、第4群、第5群は正の屈折力を、それぞれ有し、
投射距離が変化するとき、平面画像と投射像とを共役関係に保つため、第1群が光軸方向に移動を行い、
変倍に際しては、第1群及び第5群が固定で、第2群、第3群、及び第4群が光軸方向に移動を行うことを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項2】
請求項1記載の投射用ズームレンズにおいて、
f1:第1群の焦点距離、
f2:第2群の焦点距離、
fw:広角端における全系の焦点距離、
fT:望遠端における全系の焦点距離、
DHw:広角端における第2群の最も拡大側寄りの面から、第2群から第5群までの合成の拡大側主点位置までの距離、
DHT:望遠端における第2群の最も拡大側寄りの面から、第2群から第5群までの合成の拡大側主点位置までの距離、
fpw:広角端における第2群から第5群までの合成の焦点距離、
fpT:望遠端における第2群から第5群までの合成の焦点距離、
(1)0.3<|f1|/f2<0.6
(2)0.5・fT/fw<DHw/DHT<1.1・fT/fw
(3)0.7・fT/fw<fpT/fpw<1.3・fT/fw
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ
【請求項3】
請求項2記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1群を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の平均値:ν1が、条件:
(4)ν1>55
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項4】
請求項3記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1群における少なくとも1つのレンズ面が非球面であることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項5】
請求項3または4記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2群における少なくとも1つのレンズ面が非球面であることを特徴とする投射用ズームレンズ
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用レンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズである。この発明の投射用レンズは上述した3板式プロジェクタ用の投射用レンズとして特に好適であるが、3板式プロジェクタに限らず、単板式プロジェクタや、一般のプロジェクタ用の投射用レンズとしても好適に使用できる。
この発明の投射用ズームレンズは、図1に例示するように、拡大側(図の左方)から順に、第1群G1〜第5群G5を配してなり、第3群G3と第4群G4の間に絞りSを有する。第1群G1は「負の屈折力」を持つ。第2群G2、第3群G3、第4群G4、第5群G5は、何れも「正の屈折力」を持つ。したがって、全体のパワー配置は「負・正・正・正・正」である。なお、符号PRは、色合成手段としての色合成プリズムを示している。
投射距離が変化するとき、平面画像と投射像とを共役関係に保つため、第1群G1が光軸方向に移動を行う。また、変倍に際しては、第1群G1と第5群G5が固定され、第2群G2、第3群G3、第4群G4が光軸方向に移動する(請求項1)
第1群G1の焦点距離を「f1」、第2群G2の焦点距離を「f2」、広角端における全系の焦点距離を「fw」、望遠端における全系の焦点距離を「fT」、広角端における第2群G2の最も拡大側寄りの面から、第2群G2から第5群G5までを合成した拡大側主点位置までの距離を「DHw」、望遠端における第2群G2の最も拡大側寄りの面から、第2群G2から第5群G5までを合成した拡大側主点位置までの距離を「DHT」、広角端における第2群G2から第5群G5までの合成の焦点距離を「fpw」、望遠端における第2群G2から第5群G5までの合成の焦点距離を「fpT」とするとき、これらは、条件:
(1)0.3<|f1|/f2<0.6
(2)0.5・fT/fw<DHw/DHT<1.1・fT/fw
(3)0.7・fT/fw<fpT/fpw<1.3・fT/fw
を満足することが好ましい(請求項2)。
さらにこの場合、第1群G1を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の平均値「ν1」が、条件:
(4)ν1>55
を満足することが好ましい(請求項3)
請求項3記載の投射用ズームレンズにおいて「第1群における少なくとも1つのレンズ面を非球面とする」ことができる(請求項4)。また、上記請求項3または請求項4記載の投射用ズームレンズにおいて「第2群における少なくとも1つのレンズ面を非球面とする」ことができる(請求項5)。
この発明の投射用ズームレンズは、上記の如く「負、正、正、正、正」の屈折力を持つ、第1群G1〜第5群G5の構成とし、負の屈折力を持つ第1群G1に対し、第2群G2〜第5群G5の合成屈折力を正とすることで、全体をレトロフォーカスタイプとし、3板式プロジェクタに必要な長いバックフォーカスを確保し、小さなFNo.と広画角を実現している。
また、絞りSを第3群G3と第4群G4の間に設け、第3群G3あるいは第4群G4と一体に移動させることで、広角端から望遠端への変倍に伴い、絞りSを液晶パネルなど「平面画像を表示する面(表示面)」から遠ざかるように変位させることができる。このようにすると、絞りSが、焦点距離の増加にしたがい、表示面から遠ざかるので、全ての変倍範囲にわたり「縮小側において略テレセントリックな特性」を得ることができる。
条件(1)は、第1群G1、第2群G2において発生する球面収差を「良好に保つための条件」であり、上限を超えると球面収差がレンズ側に倒れ、下限を超えるとレンズと反対側に倒れ、他の群での補正が困難となる。
従来からプロジェクタ用ズームレンズには、長いバックフォーカスが確保しやすいということで第1群が凹の屈折力、第2群が凸の屈折力を持った2群式ズームレンズがよく用いられてきた。このような2群式ズームレンズの場合、図2に示すように第1群G1と第2群G2の間隔を変化させることで変倍を行う。
この発明の投射用ズームレンズは、負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群、第3群、第4群、第5群の構成となっているため、前述のように、第1群とそれ以外の群とに大きく分けて「凹・凸のパワー配置」になっていると考えることができる。
2群式ズームレンズでは、第1群と第2群の群間隔の変化のみで全系の焦点距離を変化させるが、この発明の投射用ズームレンズでは、第1群と、第2群から第5群までの合成の拡大側(第1群側)主点位置までの距離を変化させると同時に、第2群から第5群までの合成の焦点距離も変化することで変倍がなされている。
したがって、2群式ズームレンズにおいて、群どうしの主点間隔のみで変倍を行う場合に比して、この発明の投射用ズームレンズでは、各群のパワーを小さくできるとともに、変倍時の「移動群の移動量」も比較的小さく抑えることが可能となり、諸収差の発生量も低く抑えることができる。
変倍比は、望遠端の焦点距離と広角端の焦点距離の比fT/fWで与えられるが、条件式(2)、条件式(3)は、十分な性能を保ちつつ、液晶プロジェクタ用の投射用ズームレンズとして必要な変倍比を確保するための条件である。
条件式(2)において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第2群から第5群までの合成の拡大側主点位置」の変化が少なくなり、「第2群から第5群までの合成の焦点距離」の変化を大きくせざるを得ず、非点収差、コマ収差などの発生が大となり、結像性能の低下を招きやすい。
また、上限を超えると、必要な変倍比に比して、「第2群から第5群までの合成の拡大側主点位置」の変化が大きくなりすぎ、移動群の変動範囲を広く確保する必要上、レンズ全体が大型化してしまう。
条件式(3)において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第2群から第5群までの合成の焦点距離」の変化が少なく、条件式(2)の上限を超えた場合と同様、移動群の変倍範囲を広く確保しなければならなくなり、レンズ全体の大型化を招く。
条件式(3)の上限を超えると必要な変倍比に比して、「第2群から第5群までの合成の焦点距離」の変化が大きくなりすぎ、非点収差、コマ収差などの発生量が大となり、結像性能が低下しやすい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の投射用ズームレンズの実施の形態として、具体的な実施例を6例挙げる。各実施例において、拡大側から数えて第i番目の面(絞りSの面を含む)の曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)を「Ri」、拡大側から数えて第i番目の面と第i+1番目の面の光軸上の面間隔を「Di」とする。なお、i=IMGは「液晶パネルの画像表示面」を表し、i=0は「スクリーン」を表す。Doは「スクリーンから第1レンズ面までの距離」を表す。
拡大側から数えて第j番目のレンズ材質の、d線に対する屈折率をNj、アッベ数をνjとする。
非球面形状は以下の表示形式による。
Z=(1/Ri)・h/[1+√{1−(K+1)・(1/Ri)・h}]
+A・h+B・h+C・h
この式において、Z:光軸方向の座標、h:光軸直交方向の座標、Ri:軸上曲率半径、K:円錐定数、A,B,C:高次の係数であり、これらを与えて、非球面形状を特定する。計算基準波長は「546.1nm」である。
【0013】
【実施例】
実施例1
i Ri Di j Nj νj
0: ∞ 1900.000
1: 146.871 2.867 1 1.74330 49.2
2: -24535.458 0.200
3: 74.956 1.600 2 1.48749 70.4
4: 19.419 可変
5: 134.975 1.600 3 1.48749 70.4
6: 21.744 5.229
7: 23.745 3.181 4 1.80610 33.3
8: 36.302 可変
9: 68.879 3.557 5 1.83500 43.0
10: -39.674 1.600 6 1.80518 25.5
11: -88.065 11.027
12:(絞り) ∞ 可変
13: -31.687 1.600 7 1.64769 33.8
14: 48.266 0.971
15: 467.096 4.069 8 1.61800 63.4
16: -21.417 2.258
17: -13.222 1.978 9 1.75520 27.5
18: -26.847 0.615
19: -40.629 6.389 10 1.62041 60.3
20: -19.151 0.200
21: -191.434 3.930 11 1.62041 60.3
22: -46.777 可変
23: 51.051 6.189 12 1.62041 60.3
24: -149.712 5.000
25: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
26: ∞ 6.789
IMG: ∞ 0.000
第25面、第26面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.476 24.630 26.968
D4 5.229 5.351 5.540
D6 11.832 6.854 1.733
D12 7.519 8.895 9.260
D22 1.000 4.480 9.047
条件式(1)の値 0.39
条件式(2)の値 0.944 (fT/fw=1.2)
条件式(3)の値 0.847 (fT/fw=1.2)
条件式(4)の値 70.4 。
実施例6
i Ri Di j Nj νj
0: ∞ 1900.000
1: 54.635 1.600 1 1.48749 70.4
2: 17.640(*1) 5.720
3: 106.385 1.600 2 1.48749 70.4
4: 21.425 可変
5: 34.343(*2) 0.050 3 1.52052 52.0
6: 25.758 4.215 4 1.80610 33.3
7: 79.075 可変
8: 50.309 4.210 5 1.83500 43.0
9: -36.702 1.600 6 1.80518 25.5
10: -148.865 9.060
11(絞り) ∞ 可変
12: -32.024 1.600 7 1.64769 33.8
13: 47.116 0.999
14: 794.561 4.194 8 1.48749 70.4
15: -20.023 1.630
16: -14.178 1.600 9 1.75520 27.5
17: -27.672 1.179
18: -38.930 4.694 10 1.62041 60.3
19: -20.494 0.200
20: -583.908 4.548 11 1.62041 60.3
21: -42.824 可変
22: 48.531 6.171 12 1.62041 60.3
23: -146.327 5.000
24: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
25: ∞ 6.8
IMG: ∞ 0.000
(*1)は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = -0.263489,
A = -0.620044E-06,B =-0.945413E-08,C =0.166740E-10
(*2) は、ガラスの基板上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = 0.183240,
A = 0.476384E-05,B = 0.180091E-08,C = 0.503202E-10
第24面、第25面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 22.414 24.564 26.903
D4 4.800 4.886 5.118
D7 11.043 6.177 1.000
D11 8.286 9.771 10.552
D21 1.000 4.295 8.459
条件式(1)の値 0.43
条件式(2)の値 0.99(fT/fw=1.2)
条件式(3)の値 1.11(fT/fw=1.2)
条件式(4)の値 70.4 。
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