JP2004325699A - Zoom lens for projection and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調素子により形成される画像をスクリーンに拡大投射する投射型表示装置の投射用ズームレンズに関する。また、投射用ズームレンズを備えた投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、会議でのプレゼンテーションやホームシアター等の用途で、資料や映像を大画面で見るための、低価格で小型、軽量かつ高性能のプロジェクタが普及しつつある。このようなプロジェクタに用いられる投射光学系にも、小型化、高性能化、および低価格化が求められている。
【0003】
従来、小型化あるいは高性能化を目的として、後述の特許文献1〜3に、5群構成のズームレンズが開示されている。いずれのズームレンズも、拡大側から順に、負正正負正の光学的パワーを持つ群を有し、第3群は1枚の正レンズのみで構成されている。
【0004】
【特許文献1】特開平13−100100号公報
【特許文献2】特開平13−51194号公報
【特許文献3】特開平11−101940号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1〜3に記載のズームレンズは、諸収差は良好に補正されているが構成レンズ枚数が多い。その結果、投射光学系のコストが高くなり、低価格な投射光学系および投射型表示装置を提供することができない。また、レンズ枚数が多いため、小型、軽量なレンズとは言い難い。
【0006】
以上の問題を鑑み、本発明は、低価格で小型、軽量かつ高性能な投射用ズームレンズを提供することを目的とする。また、そのような投射用ズームレンズを備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1の発明は、複数の群からなり各群の間隔を変化させることにより変倍を行う投射用ズームレンズであって、拡大側から順に、負の光学的パワーをもつ第1群と、正の光学的パワーをもつ第2群と、正の光学的パワーをもつ第3群と、第4群と、正の光学的パワーを持つ第5群と、から構成され、第3群が1枚の正レンズで構成され、変倍時に、第1群と第5群は位置固定で、第2、第3および第4群は移動し、以下の条件式を同時に満足する投射用ズームレンズである。
ν3 > 50
1.5 < FL2/Fw < 5.0
1.5 < FL5/Fw < 5.0
ただし、
ν3:第3群を構成する正レンズ材料のアッベ数、
FL2:第2群の焦点距離、
FL5:第5群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。
【0008】
この構成により、低価格で小型、軽量かつ高性能な投射用ズームレンズを実現できる。
【0009】
上記課題を解決するための第2の発明は、投射されるべき画像を形成する光変調素子と、光変調素子によって形成された画像を投射する第1の発明の投射用ズームレンズと、を備えた投射型表示装置である。投射型表示装置に第1の発明の投射用ズームレンズを備えることで、低価格、小型、軽量で、かつ高画質を備えた投射型表示装置が実現できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した投射用ズームレンズおよび投射型表示装置を、図面を参照しつつ説明する。
【0011】
図1は、投射型表示装置の実施形態の一例を模式的に示している。光源1から放射された光はリフレクタ2で反射された後、インテグレータ光学系3を介して液晶パネル8R,8G,8Bを照明する。インテグレータ光学系3(構成部品は図示していない)は、液晶パネル8R,8G,8Bを均一な照度で照明するための光学系であり、例えば、複数の矩形レンズが平面上に並べられたレンズアレイと呼ばれる素子を2枚備えている。あるいは、ロッドインテグレータと呼ばれる角柱状の素子と、その端面を液晶パネルに結像するレンズとを備えていてもよい。
【0012】
インテグレータ光学系3を射出した光はダイクロミラー4,5によって3色(緑、赤、青)の色光に分解され、各色光が各液晶パネルを照明する。青の光路は他の2色と光路長が異なるため、光路長を補正するためのリレー光学系6を有している。
【0013】
液晶パネル8R,8G,8Bは光変調素子であり、画素と呼ばれる単位が2次元に配列されている。液晶パネルの入射側、射出側にはそれぞれ入射側偏光板7および射出側偏光板9が配置されている。画像に対応した色別の電気信号を、各色光に対応した液晶パネルにそれぞれ印加することで、画素毎に入射光が変調されて各色に対応する画像が形成される。
【0014】
各色毎に形成された画像はクロスダイクロイックプリズム10により同一光軸上で合成され、投射用ズームレンズ11により、カラー画像として投射される。
【0015】
なお、上記説明では、光変調素子として液晶パネルを用いた投射型表示装置を説明したが、それ以外の素子、例えば米国テキサスインスツルメンツ社が提供するDMD素子(Digital mirror device)を用いた投射型表示装置であってもよい。また、本発明の投射型表示装置は、光変調素子を3枚使用する投射型表示装置には限らず、例えば1枚の光変調素子を使用するものでも良い。
【0016】
以下に投射用ズームレンズ11について説明する。図2〜図6は、投射用ズームレンズの第1〜第5の実施の形態にそれぞれ対応するレンズ構成図であり、望遠端[T]でのレンズ配置を光学断面で示している。
【0017】
各レンズ構成図中の矢印mj(j=1,2,...)は、望遠端[T]から広角端[W]への変倍における第j群(Grj)等の移動をそれぞれ模式的に示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側から数えてi番目の面であり、riに*印が付された面は非球面である。di(i=1,2,3,...)が付された軸上面間隔は、拡大側から数えてi番目の軸上面間隔のうち、変倍時において変化する可変間隔である。
【0018】
各実施の形態のズームレンズはいずれも、物体側から順に、負の光学的パワーを有する第1群(Gr1)と、正の光学的パワーを有する第2群(Gr2)と、正の光学的パワーを有する第3群(Gr3)と、第4群(Gr4)と、正の光学的パワーを有する第5群(Gr5)とを有する。望遠端[T]から広角端[W]への変倍時に、第2群(Gr2)、第3群(Gr3)および第4群(Gr4)、は望遠端[T]での位置よりも常に縮小側に位置するように移動し、各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う構成となっている。
【0019】
そして、投射型表示装置に用いられるズームレンズとして、その縮小側の像面には液晶パネル(図示しない)が配置されている。いずれの実施の形態においても、第2群(Gr2)、第3群(Gr3)および第5群(Gr5)は、正レンズ一枚のみで構成されている。各実施の形態のレンズ構成をさらに詳しく以下に説明する。
【0020】
《第1の実施の形態(図2、負正正負正)》第1の実施の形態のズームレンズは拡大側から順に、負・正・正・負・正の5群ズームレンズであり、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第1群(Gr1)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと両凹の負レンズとで構成されている。第2群(Gr2)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。第3群(Gr3)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。また、第3群には正レンズの拡大側に遮光絞りFSが配置されている。第4群(Gr4)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズが接合された複合レンズと、縮小側に凸の正メニスカスレンズ(略平凸レンズ)とで構成されている。また、第4群の最も拡大側には開口絞りSPが配置されている。第5群(Gr5)は、両凸の正レンズ一枚で構成されており、この正レンズの縮小側には平行平板が配置されている。この平行平板(3枚構成)は、拡大側から順に、3枚の液晶パネル8R,8G,8Bにより変調された画像光を合成するための合成プリズム(例えばクロスダイクロイックプリズム10)、射出偏光板9(基板ガラスを含む)および液晶パネルの基板ガラスに相当する。便宜的に3枚が接合されて図示されているが、実際の構成では、それぞれの平行平板の間には空間が存在している。また、当然のことながら液晶パネルの基板ガラスは、片側の面を像面に位置し、もう一方の面は像面よりも拡大側に位置する。平行平板(3枚構成)の構成は、以下に説明する他の実施の形態でも同様である。
【0021】
《第2の実施の形態(図3、負正正負正)》第2の実施の形態のズームレンズは拡大側から順に、負・正・正・負・正の5群ズームレンズであり、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第1群(Gr1)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと拡大側に凸の負メニスカスレンズとで構成されている。第2群(Gr2)は、拡大側が平面の正の平凸レンズ一枚で構成されている。第3レンズ群(Gr3)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。また、第3群には正レンズの拡大側に遮光絞りFSが配置されている。第4群(Gr4)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズが接合された複合レンズと、縮小側に凸の正メニスカスレンズとで構成されている。また、第4群の最も拡大側には開口絞りSPが配置されている。第5群(Gr5)は、両凸の正レンズ一枚で構成されており、この正レンズの縮小側には平行平板が配置されている。平行平板は、第1の実施の形態と同様に、合成プリズム等に対応している。
【0022】
《第3の実施の形態(図4、負正正正正)》第3の実施の形態のズームレンズは拡大側から順に、負・正・正・正・正の5群ズームレンズであり、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第1群(Gr1)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと両凹の負レンズとで構成されている。第2群(Gr2)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。第3群(Gr3)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。また、第3群には正レンズの拡大側に遮光絞りFSが配置されている。第4群(Gr4)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズが接合された複合レンズと、両凸の正レンズ(略平凸レンズ)とで構成されている。また、第4群の最も拡大側には開口絞りSPが配置されている。第5群(Gr5)は、両凸の正レンズ一枚で構成されており、この正レンズの縮小側には平行平板が配置されている。平行平板は、第1の実施の形態と同様に、合成プリズム等に対応している。
【0023】
《第4の実施の形態(図5、負正正負正)》第4の実施の形態のズームレンズは拡大側から順に、負・正・正・負・正の5群ズームレンズであり、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第1群(Gr1)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと拡大側に凸の負メニスカスレンズとで構成されている。第2群(Gr2)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。第3群(Gr3)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。また、第3群には正レンズの拡大側に遮光絞りFSが配置されている。第4群(Gr4)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズが接合された複合レンズと、縮小側に凸の正メニスカスレンズとで構成されている。また、第4群の最も拡大側には開口絞りSPが配置されている。第5群(Gr5)は、両凸の正レンズ一枚で構成されており、この正レンズの縮小側には平行平板が配置されている。平行平板は、第1の実施の形態と同様に、合成プリズム等に対応している。
【0024】
《第5の実施の形態(図6、負正正負正)》第5の実施の形態のズームレンズは拡大側から順に、負・正・正・負・正の5群ズームレンズであり、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第1群(Gr1)は、両凸の正レンズと、拡大側に凸の負メニスカスレンズと両凹の負レンズとで構成されている。第2群(Gr2)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。第3群(Gr3)は、両凸の正レンズ一枚で構成されている。また、第3群には正レンズの拡大側に遮光絞りFSが配置されている。第4群(Gr4)は、拡大側に凸の負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズが接合された複合レンズと、両凸の正レンズとで構成されている。また、第4群の最も拡大側には開口絞りSPが配置されている。第5群(Gr5)は、拡大側に凸の正メニスカスレンズ(略平凸レンズ)一枚で構成されており、この正レンズの縮小側には平行平板が配置されている。平行平板は、第1の実施の形態と同様に、合成プリズム等に対応している。
【0025】
上記第1〜第5の実施の形態では、望遠端[T]から広角端[W]への変倍時に、第1群(Gr1)と第5群(Gr5)の位置は固定で、第2群(Gr2)、第3群(Gr3)および第4群(Gr4)が縮小側に移動する。第1群(Gr1)と第5群(Gr5)が位置固定されているため、変倍によってズームレンズの全長は変化しない。
【0026】
なお、いずれの実施形態においても、変倍時に、遮光絞りFSは第3群とともに、開口絞りSPは第4群とともに移動する。これは変倍によってもFNo. の変化が少ないように構成しているためであり、これに限るものではない。遮光絞りFSおよび開口絞りSPは、他の群とともに移動してもよく、独立に移動してもよく、あるいは移動しなくても良い。
【0027】
このようなズームレンズは、以下に示す条件式を満足することが望ましい。なお、以下に説明する個々の条件をそれぞれ単独に満たせば、それに対応する作用効果を達成することは可能であるが、複数の条件を満たす方が、光学性能,小型化等の観点からより望ましいことはいうまでもない。
【0028】
ズームレンズは、以下の条件式(1)〜(3)を満足することが望ましい。
ν3 > 50 ・・・(1)
1.5 <FL2/Fw < 5.0 ・・・(2)
1.5 <FL5/Fw < 5.0 ・・・(3)
ただし、
ν3:第3群を構成する正レンズ材料のアッベ数、
FL2:第2群の焦点距離、
FL5:第5群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。
【0029】
広角な投射用ズームレンズであるためには、条件式(2),(3)により第3群の光学的パワーが比較的強くなる。その結果、条件式(1)の下限値を下回ると、色収差の補正が困難になる。従って、条件式(1)を満足することが好ましいが、下記の条件式(1A)を満足することがさらに望ましい。
ν3 > 55 ・・・(1A)
【0030】
条件式(2)の下限値を下回ると、第2レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ収差補正が困難になる。上限値を上回ると、変倍時の第2群の移動量が過大となって変倍光学系の全長が長くなりすぎる。また、広角端と望遠端の収差のバランス、特に像面湾曲や非点隔差のバランスの補正が困難となる。従って、条件式(2)を満足することが望ましいが、下記の条件式(2A)を満足することがさらに望ましい。
2.0 < FL2/Fw < 3.0 ・・・(2A)
【0031】
条件式(3)の下限値を下回ると第5群の光学的パワーが強くなって倍率色収差の発生量が大きくなり、他の群での倍率色収差の補正が困難となる。逆に、条件式(3)の上限値を上回ると第5群の光学的パワーが弱くなりすぎて、縮小側にテレセントリックな状態にすることが困難となる。従って、条件式(3)を満足することが好ましいが、下記の条件式(3A)を満足することがさらに望ましい。
2.0 < FL5/Fw < 3.0 ・・・(3A)
またズームレンズは、更に以下の条件式(4)を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式(4A)を満足することが更に望ましい。
0.5 < FL3/Fw < 5.0 ・・・(4)
1.0 < FL3/Fw < 3.0 ・・・(4A)
ただし、
FL3:第3群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。
【0032】
条件式(4)の下限値を下回ると第3群の光学的パワーが強くなりすぎ収差補正が困難になる。逆に条件式(4)を上回ると第3群(Gr3)の光学的パワーが弱くなりすぎて変倍に伴う各群の移動量が大きくなり、光学系が大型化する。また、広角端と望遠端の収差のバランス、特に像面湾曲や非点隔差のバランスの補正が困難となる。
【0033】
第2群を一枚の正レンズで構成することで、レンズ枚数をさらに少なくして安価なズームレンズとすることができる。第2群を一枚の正レンズで構成する場合、以下の条件式(5)を満足することが好ましく、なかでも以下の条件式(5A)を満足することが更に望ましい。
ν2 < 50 ・・・(5)
ν2 < 40 ・・・(5A)
ただし、
ν2:第2群を構成する正レンズ材料のアッベ数
である。
【0034】
条件式(5)の上限値を上回ると、諸収差、特に倍率色収差と像面湾曲・非点隔差のバランスをとることが困難となる。
【0035】
第4群は、負または正の、弱い屈折力を持ち、発散系でも収斂系でも良く、以下の条件式(6)を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式(6A)を満足することが更に望ましい。
2.0<|FL4/Fw| ・・・(6)
3.0<|FL4/Fw| ・・・(6A)
ただし、
FL4:第4群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。
【0036】
条件式(6)の下限値を下回ると、第4群の光学的パワーが強くなることで、他の群の光学的パワーが強くなりすぎ、諸収差、特に倍率色収差と、像面湾曲・非点隔差のバランスの補正が困難となる。なお、上記条件式(6),(6A)は、第4群の光学的パワーが0の場合(第4群の焦点距離が無限大)をも、当然のことながら含む。
【0037】
第4群は負、または正の光学的パワーのいずれを有しても良いが、負の光学的パワーを持つほうが望ましい。
【0038】
第4群に拡大側から負レンズと正レンズとの接合レンズを含むことが好ましい。諸収差の補正をさらに良好にすることができる。また、第4群は前記接合レンズと1枚の正レンズとの3枚構成、あるいは拡大側から順に、拡大側に凸の負メニスカスレンズと前記接合レンズと1枚の正レンズとの4枚構成にすることで、さらに諸収差を補正できる。また、前記接合レンズの最も拡大側の面は、拡大側に深い凹面であることが好ましい。これにより像面湾曲を良好に補正することができる。
【0039】
第5群を一枚の正レンズで構成することで、レンズ枚数をさらに少なくして安価なズームレンズとすることができる。第5群を一枚の正レンズで構成する場合、以下の条件式(7)を満足することが好ましく、なかでも以下の条件式(7A)を満足することが更に望ましい。
ν5 < 50 ・・・(7)
ν5 < 40 ・・・(7A)
ただし、
ν5:第5群を構成する正レンズ材料のアッベ数
である。
【0040】
条件式(7)の上限値を上回ると、諸収差、特に倍率色収差と像面湾曲・非点隔差のバランスをとることが困難となる。
【0041】
また第1〜第5群のうち、少なくとも一つの群中に一面以上の非球面を採用することが望ましい。第1群、第2群、第4群、第5群のうち少なくとも一つの群中に非球面を採用することで、少ないレンズ枚数で像面湾曲や歪曲を良好に補正できる。また、第3群や、第4群の開口絞りASに近い面に非球面を採用すれば、少ないレンズ枚数で球面収差を良好に補正できる。
【0042】
なお、第1〜第5の実施の形態を構成しているズームレンズの各群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で、各群を構成してもよい。また、不要光をカットするための光束規制板を必要に応じて追加配置してもよい。
【0043】
【実施例】
以下、本発明を実施した投射型表示装置に用いられるズームレンズの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例1〜5は、前述した第1〜第5の実施の形態にそれぞれ対応しており、第1〜第5の実施の形態を表すレンズ構成図(図2〜図6)は、対応する実施例1〜5のレンズ構成をそれぞれ示している。
【0044】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,3,...),vi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の光学要素のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(vd)をそれぞれ示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端(長焦点距離端)[T]〜ミドル(中間焦点距離状態)[M]〜広角端(短焦点距離端)[W]での可変空気間隔である。各焦点距離状態[T],[M],[W]に対応する全系の焦点距離(f)及びFナンバー(FNO)を併せて示す。また、上記に示した望ましい条件式およびさらに望ましい条件式を表1に、条件式対応値を表2に示す。なお、コンストラクションデータは、投影距離(最も拡大側のレンズ中心からスクリーン面までの距離)が1.83mの場合の値である。
【0045】
曲率半径riに*印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。各実施例の非球面データを他のデータと併せて示す(ただしAi=0の場合は省略する。)。
【0046】
X(H)=(C0・H2)/{1+√(1−ε・C02・H2)}+Σ(Ai・Hi) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H):高さHの位置での光軸(AX)方向の変位量(面頂点基準)、
H:光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C0:近軸曲率(=1/曲率半径)、
ε:2次曲面パラメータ、
Ai:i次の非球面係数、
である。
【0047】
図7〜図11は実施例1〜実施例5にそれぞれ対応する縮小側(液晶パネル側)での収差図である。なお、投影距離は1.83mである。図7〜図11中、[W]は広角端,[M]はミドル,[T]は望遠端における諸収差(左から順に、球面収差等,非点収差,歪曲収差である。Y’:最大像高)を示している。球面収差図において、実線(d)はd線に対する球面収差、一点鎖線(g)はg線に対する球面収差、二点鎖線(c)はc線に対する球面収差、破線(SC)は正弦条件を表している。非点収差図において、破線(DM)はメリディオナル面でのd線に対する非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面でのd線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はd線に対する歪曲%を表している。
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【表1】
【0054】
【表2】
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、レンズ枚数を削減することにより、低コストかつ小型、軽量化を実現し、また諸収差を小さく抑えた高性能な投射用ズームレンズを提供することができる。そして、本発明の投射用ズームレンズを投射型表示装置に適用すれば、低コスト化、小型化、軽量化、高画質化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の投射型表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図2】第1の実施の形態(実施例1)のズームレンズのレンズ構成図である。
【図3】第2の実施の形態(実施例2)のズームレンズのレンズ構成図である。
【図4】第3の実施の形態(実施例3)のズームレンズのレンズ構成図である。
【図5】第4の実施の形態(実施例4)のズームレンズのレンズ構成図である。
【図6】第5の実施の形態(実施例5)のズームレンズのレンズ構成図である。
【図7】第1の実施の形態(実施例1)のズームレンズの収差図である。
【図8】第2の実施の形態(実施例2)のズームレンズの収差図である。
【図9】第3の実施の形態(実施例3)のズームレンズの収差図である。
【図10】第4の実施の形態(実施例4)のズームレンズの収差図である。
【図11】第5の実施の形態(実施例5)のズームレンズの収差図である。
【符号の説明】
Gr1 第1群
Gr2 第2群
Gr3 第3群
Gr4 第4群
Gr5 第5群
SP 開口絞り
FS 遮光絞り
1 光源
2 リフレクタ
3 インテグレータ光学系
4,5 ダイクロイックミラー
6 リレー光学系
7 入射側偏光板
8R,8G,8B 液晶パネル
9 射出側偏光板
10 色合成プリズム(クロスダイクロイックプリズム)
11 投射用ズームレンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection zoom lens of a projection display device that enlarges and projects an image formed by a light modulation element on a screen. Further, the present invention relates to a projection display device including a projection zoom lens.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, low-cost, small-sized, light-weight, and high-performance projectors for viewing materials and images on a large screen for use in presentations at conferences, home theaters, and the like have become widespread. Projection optical systems used in such projectors are also required to be smaller, have higher performance, and have lower prices.
[0003]
Conventionally, for the purpose of miniaturization or high performance,
[0004]
[Patent Document 1] JP-A-13-100100 [Patent Document 2] JP-A 13-51194 [Patent Document 3] JP-A 11-101940
[Problems to be solved by the invention]
However, in the zoom lenses described in
[0006]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a low-cost, compact, lightweight, and high-performance projection zoom lens. It is another object of the present invention to provide a projection display device including such a projection zoom lens.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a first invention is a projection zoom lens that includes a plurality of groups and performs zooming by changing an interval between the groups, and includes a negative optical power in order from an enlargement side. , A second group having a positive optical power, a third group having a positive optical power, a fourth group, and a fifth group having a positive optical power. The third unit is composed of one positive lens. During zooming, the first and fifth units are fixed in position, and the second, third and fourth units are moved. It is a satisfactory projection zoom lens.
ν 3 > 50
1.5 <FL 2 / Fw <5.0
1.5 <FL 5 / Fw <5.0
However,
ν 3 : Abbe number of the positive lens material constituting the third group,
FL 2 : focal length of the second group
FL 5 : focal length of the fifth group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
[0008]
With this configuration, a low-cost, compact, lightweight, and high-performance projection zoom lens can be realized.
[0009]
A second invention for solving the above-mentioned problem includes a light modulation element for forming an image to be projected, and the projection zoom lens according to the first invention for projecting an image formed by the light modulation element. Projection type display device. By providing the projection display device with the projection zoom lens of the first invention, it is possible to realize a low cost, small size, light weight, and high image quality projection display device.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a projection zoom lens and a projection display device embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 schematically illustrates an example of an embodiment of a projection display device. After the light emitted from the
[0012]
The light emitted from the integrator
[0013]
The
[0014]
Images formed for each color are combined on the same optical axis by the cross
[0015]
In the above description, a projection type display device using a liquid crystal panel as a light modulation element has been described. However, other types of elements, for example, a projection type display using a DMD (Digital mirror device) provided by Texas Instruments of the United States. It may be a device. Further, the projection type display device of the present invention is not limited to the projection type display device using three light modulation elements, but may use one light modulation element, for example.
[0016]
Hereinafter, the
[0017]
Arrows mj (j = 1, 2,...) In each lens configuration diagram schematically show the movement of the j-th lens unit (Grj) and the like during zooming from the telephoto end [T] to the wide-angle end [W]. Is shown in Also, in each lens configuration diagram, the surface with ri (i = 1, 2, 3,...) Is the i-th surface counted from the magnification side, and the surface with ri is marked *. It is an aspheric surface. The shaft top surface interval with di (i = 1, 2, 3,...) is a variable space that changes during zooming, of the i-th shaft top surface space counted from the enlargement side.
[0018]
In any of the zoom lenses according to the embodiments, in order from the object side, a first unit (Gr1) having a negative optical power, a second unit (Gr2) having a positive optical power, and a positive optical unit There is a third lens unit (Gr3) having power, a fourth lens unit (Gr4), and a fifth lens unit (Gr5) having positive optical power. During zooming from the telephoto end [T] to the wide-angle end [W], the second lens unit (Gr2), the third lens unit (Gr3), and the fourth lens unit (Gr4) are always at a higher position than at the telephoto end [T]. The zoom lens is moved so as to be located on the reduction side, and the magnification is changed by changing the interval between the lens groups.
[0019]
As a zoom lens used in the projection display device, a liquid crystal panel (not shown) is arranged on an image plane on the reduction side. In any of the embodiments, the second group (Gr2), the third group (Gr3), and the fifth group (Gr5) include only one positive lens. The lens configuration of each embodiment will be described in more detail below.
[0020]
<< First Embodiment (FIG. 2, negative, positive, negative, positive, positive) >> The zoom lens of the first embodiment is a five-group zoom lens of negative, positive, positive, negative, positive in order from the enlargement side. The group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side and a biconcave negative lens. The second group (Gr2) includes a single biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes one biconvex positive lens. In the third group, a light-blocking aperture FS is arranged on the enlargement side of the positive lens. The fourth group (Gr4) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side, a compound lens in which a biconcave lens and a biconvex lens are joined, and a positive meniscus lens (substantially plano-convex lens) convex on the reduction side. . An aperture stop SP is arranged on the most enlarged side of the fourth lens unit. The fifth unit (Gr5) includes a single biconvex positive lens, and a parallel flat plate is disposed on the reduction side of the positive lens. The parallel flat plate (three-piece configuration) includes, in order from the enlargement side, a combining prism (for example, a cross dichroic prism 10) for combining image lights modulated by the three
[0021]
<< Second Embodiment (FIG. 3, negative / positive / negative / positive) >> The zoom lens of the second embodiment is a five-unit zoom lens of negative, positive, positive, negative and positive in order from the enlargement side. The group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side and a negative meniscus lens convex on the enlargement side. The second group (Gr2) includes a single positive plano-convex lens having a plane on the enlargement side. The third lens group (Gr3) includes a single biconvex positive lens. In the third group, a light-blocking aperture FS is arranged on the enlargement side of the positive lens. The fourth group (Gr4) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side, a compound lens in which a biconcave lens and a biconvex lens are joined, and a positive meniscus lens convex on the reduction side. An aperture stop SP is arranged on the most enlarged side of the fourth lens unit. The fifth unit (Gr5) includes a single biconvex positive lens, and a parallel flat plate is disposed on the reduction side of the positive lens. The parallel flat plate corresponds to a synthetic prism or the like as in the first embodiment.
[0022]
<< Third Embodiment (FIG. 4, negative, positive, positive, positive, positive) >> The zoom lens according to the third embodiment is a five-unit zoom lens of negative, positive, positive, positive, positive in order from the enlargement side. Each group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side and a biconcave negative lens. The second group (Gr2) includes a single biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes one biconvex positive lens. In the third group, a light-blocking aperture FS is arranged on the enlargement side of the positive lens. The fourth group (Gr4) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side, a compound lens in which a biconcave lens and a biconvex lens are joined, and a biconvex positive lens (substantially planoconvex lens). An aperture stop SP is arranged on the most enlarged side of the fourth lens unit. The fifth unit (Gr5) includes a single biconvex positive lens, and a parallel flat plate is disposed on the reduction side of the positive lens. The parallel flat plate corresponds to a synthetic prism or the like as in the first embodiment.
[0023]
<< Fourth Embodiment (FIG. 5, negative, positive, negative, positive) >> The zoom lens according to the fourth embodiment is a five-group zoom lens of negative, positive, positive, negative, positive in order from the enlargement side. The group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side and a negative meniscus lens convex on the enlargement side. The second group (Gr2) includes a single biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes one biconvex positive lens. In the third group, a light-blocking aperture FS is arranged on the enlargement side of the positive lens. The fourth group (Gr4) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side, a compound lens in which a biconcave lens and a biconvex lens are joined, and a positive meniscus lens convex on the reduction side. An aperture stop SP is arranged on the most enlarged side of the fourth lens unit. The fifth unit (Gr5) includes a single biconvex positive lens, and a parallel flat plate is disposed on the reduction side of the positive lens. The parallel flat plate corresponds to a synthetic prism or the like as in the first embodiment.
[0024]
<< Fifth Embodiment (FIG. 6, negative / positive / positive / negative / positive) >> The zoom lens of the fifth embodiment is a five-group zoom lens of negative, positive, positive, negative and positive in order from the enlargement side. The group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a biconvex positive lens, a negative meniscus lens convex on the enlargement side, and a biconcave negative lens. The second group (Gr2) includes a single biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes one biconvex positive lens. In the third group, a light-blocking aperture FS is arranged on the enlargement side of the positive lens. The fourth group (Gr4) includes a negative meniscus lens convex on the enlargement side, a compound lens in which a biconcave lens and a biconvex lens are joined, and a biconvex positive lens. An aperture stop SP is arranged on the most enlarged side of the fourth lens unit. The fifth group (Gr5) is composed of a single positive meniscus lens (substantially plano-convex lens) convex on the enlargement side, and a parallel flat plate is arranged on the reduction side of this positive lens. The parallel flat plate corresponds to a synthetic prism or the like as in the first embodiment.
[0025]
In the first to fifth embodiments, at the time of zooming from the telephoto end [T] to the wide-angle end [W], the positions of the first unit (Gr1) and the fifth unit (Gr5) are fixed and the second unit (Gr5) is fixed. The group (Gr2), the third group (Gr3), and the fourth group (Gr4) move to the reduction side. Since the first group (Gr1) and the fifth group (Gr5) are fixed in position, the overall length of the zoom lens does not change due to zooming.
[0026]
In any of the embodiments, at the time of zooming, the light blocking aperture FS moves together with the third lens unit, and the aperture stop SP moves together with the fourth lens unit. This is because FNo. This is because the configuration is such that there is little change, and the present invention is not limited to this. The light-blocking stop FS and the aperture stop SP may move together with other groups, may move independently, or may not move.
[0027]
It is desirable that such a zoom lens satisfies the following conditional expression. It is possible to achieve the corresponding effects if the individual conditions described below are satisfied individually, but it is more preferable to satisfy a plurality of conditions from the viewpoint of optical performance, miniaturization, and the like. Needless to say.
[0028]
It is desirable that the zoom lens satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
ν 3 > 50 (1)
1.5 <FL 2 / Fw <5.0 ··· (2)
1.5 <FL 5 / Fw <5.0 ··· (3)
However,
ν 3 : Abbe number of the positive lens material constituting the third group,
FL 2 : focal length of the second group
FL 5 : focal length of the fifth group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
[0029]
In order to provide a wide-angle projection zoom lens, the optical power of the third lens unit becomes relatively strong according to the conditional expressions (2) and (3). As a result, when the value goes below the lower limit of conditional expression (1), it becomes difficult to correct chromatic aberration. Therefore, it is preferable to satisfy the conditional expression (1), but it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1A).
ν 3 > 55 (1A)
[0030]
When the value goes below the lower limit of conditional expression (2), the optical power of the second lens group becomes too strong, and it becomes difficult to correct aberration. When the value exceeds the upper limit, the moving amount of the second unit during zooming becomes excessively large, and the overall length of the zoom optical system becomes too long. In addition, it becomes difficult to correct the balance between aberrations at the wide-angle end and the telephoto end, particularly, the balance between curvature of field and astigmatism. Therefore, it is desirable to satisfy the conditional expression (2), but it is more desirable to satisfy the following conditional expression (2A).
2.0 <FL 2 / Fw <3.0 ··· (2A)
[0031]
When the value goes below the lower limit of conditional expression (3), the optical power of the fifth lens unit becomes strong, the amount of chromatic aberration of magnification increases, and it becomes difficult to correct chromatic aberration of magnification in other units. Conversely, if the value exceeds the upper limit of conditional expression (3), the optical power of the fifth lens unit becomes too weak, and it becomes difficult to make the zoom lens telecentric on the reduction side. Therefore, it is preferable to satisfy the conditional expression (3), but it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3A).
2.0 <FL 5 / Fw <3.0 ··· (3A)
Further, it is preferable that the zoom lens further satisfies the following conditional expression (4), and it is more preferable that the zoom lens satisfies the following conditional expression (4A).
0.5 <FL 3 /Fw<5.0 (4)
1.0 <FL 3 /Fw<3.0 (4A)
However,
FL 3 : focal length of the third group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
[0032]
If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, the optical power of the third lens unit becomes too strong, and it becomes difficult to correct aberrations. Conversely, if the value exceeds the conditional expression (4), the optical power of the third lens unit (Gr3) becomes too weak, so that the amount of movement of each lens unit upon zooming becomes large, and the optical system becomes large. In addition, it becomes difficult to correct the balance between aberrations at the wide-angle end and the telephoto end, particularly, the balance between curvature of field and astigmatism.
[0033]
By configuring the second group with one positive lens, the number of lenses can be further reduced and an inexpensive zoom lens can be obtained. When the second group is constituted by one positive lens, it is preferable to satisfy the following conditional expression (5), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (5A).
ν 2 <50 (5)
ν 2 <40 (5A)
However,
ν 2 : Abbe number of the positive lens material constituting the second group.
[0034]
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (5), it becomes difficult to balance various aberrations, in particular, lateral chromatic aberration and curvature of field and astigmatism.
[0035]
The fourth lens unit has a negative or positive refractive power, may be a divergent system or a convergent system, and preferably satisfies the following conditional expression (6), and more preferably satisfies the following conditional expression (6A). It is even more desirable.
2.0 <| FL 4 / Fw | (6)
3.0 <| FL 4 / Fw | (6A)
However,
FL 4 : focal length of the fourth group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
[0036]
When the value goes below the lower limit of conditional expression (6), the optical power of the fourth lens unit becomes too strong, so that the optical power of the other lens unit becomes too strong. It is difficult to correct the balance of the point difference. The conditional expressions (6) and (6A) naturally include the case where the optical power of the fourth lens unit is 0 (the focal length of the fourth lens unit is infinite).
[0037]
The fourth group may have either negative or positive optical power, but preferably has negative optical power.
[0038]
It is preferable that the fourth group includes a cemented lens of a negative lens and a positive lens from the magnification side. Correction of various aberrations can be further improved. The fourth unit includes a three-element structure including the cemented lens and one positive lens, or a four-element structure including, in order from the enlargement side, a negative meniscus lens convex to the enlargement side, the cemented lens, and one positive lens. By doing so, various aberrations can be further corrected. Further, it is preferable that the most enlarged surface of the cemented lens is a deep concave surface on the enlarged side. As a result, the curvature of field can be favorably corrected.
[0039]
By configuring the fifth unit with one positive lens, the number of lenses can be further reduced and an inexpensive zoom lens can be obtained. When the fifth unit is constituted by one positive lens, it is preferable that the following conditional expression (7) is satisfied, and it is more preferable that the following conditional expression (7A) is satisfied.
ν 5 <50 (7)
ν 5 <40 (7A)
However,
ν 5 : Abbe number of the positive lens material constituting the fifth lens unit.
[0040]
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (7), it becomes difficult to balance various aberrations, in particular, chromatic aberration of magnification and field curvature / astigmatic difference.
[0041]
It is desirable to employ one or more aspheric surfaces in at least one of the first to fifth groups. By employing an aspheric surface in at least one of the first, second, fourth, and fifth groups, it is possible to satisfactorily correct field curvature and distortion with a small number of lenses. In addition, if an aspherical surface is used for a surface near the aperture stop AS of the third or fourth group, spherical aberration can be favorably corrected with a small number of lenses.
[0042]
Note that each group of zoom lenses constituting the first to fifth embodiments is a refractive lens that deflects incident light rays by refraction (that is, deflection is performed at an interface between media having different refractive indexes). Type lens), but is not limited to this. For example, a diffractive lens that deflects incident light by diffraction, a hybrid refraction / diffraction lens that deflects incident light by a combination of diffraction and refraction, and a refractive index distribution type that deflects incident light by a refractive index distribution in a medium. Each group may be constituted by a lens or the like. Further, a light flux regulating plate for cutting unnecessary light may be additionally arranged as necessary.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the configuration and the like of the zoom lens used in the projection display device embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data and the like. Examples 1 to 5 described below correspond to the first to fifth embodiments, respectively, and are lens configuration diagrams (FIGS. 2 to 6) showing the first to fifth embodiments. ) Indicate the corresponding lens configurations of Examples 1 to 5, respectively.
[0044]
In the construction data of each embodiment, ri (i = 1, 2, 3,...) Is the radius of curvature of the i-th surface counted from the object side, and di (i = 1, 2, 3,...) Represents the i-th axial upper surface distance counted from the object side, and Ni (i = 1, 2, 3,...) And vi (i = 1, 2, 3,. The refractive index (Nd) and Abbe number (vd) of the i-th optical element counted with respect to the d-line are shown. In the construction data, the distance between the top surfaces of the axes that changes during zooming is from the telephoto end (long focal length end) [T] to the middle (intermediate focal length state) [M] to the wide angle end (short focal length end) [W]. Is the variable air spacing. The focal length (f) and F-number (FNO) of the entire system corresponding to each focal length state [T], [M], [W] are also shown. Table 1 shows the above-mentioned desirable conditional expressions and more desirable conditional expressions, and Table 2 shows the values corresponding to the conditional expressions. The construction data is a value when the projection distance (the distance from the center of the lens on the most enlarged side to the screen surface) is 1.83 m.
[0045]
Surfaces marked with an asterisk (*) in the radius of curvature ri are aspherical surfaces (refracting optical surfaces having an aspherical shape, surfaces having a refracting action equivalent to an aspherical surface, and the like), and the following expression representing the aspherical surface shape ( AS). The aspherical surface data of each embodiment is shown together with other data (however, the case of Ai = 0 is omitted).
[0046]
X (H) = (C0 · H 2) / {1 + √ (1-ε ·
However, in the expression (AS),
X (H): displacement amount in the optical axis (AX) direction at the position of height H (based on the surface vertex),
H: height in a direction perpendicular to the optical axis (AX),
C0: paraxial curvature (= 1 / radius of curvature),
ε: quadratic surface parameter,
Ai: i-th order aspherical coefficient,
It is.
[0047]
7 to 11 are aberration diagrams on the reduction side (the liquid crystal panel side) corresponding to the first to fifth embodiments, respectively. Note that the projection distance is 1.83 m. 7 to 11, [W] is the wide-angle end, [M] is the middle, and [T] is various aberrations at the telephoto end (in order from the left, spherical aberration, astigmatism, and distortion. Y ′: (Maximum image height). In the spherical aberration diagram, the solid line (d) represents the spherical aberration with respect to the d line, the one-dot chain line (g) represents the spherical aberration with respect to the g line, the two-dot chain line (c) represents the spherical aberration with respect to the c line, and the dashed line (SC) represents the sine condition. ing. In the astigmatism diagram, a broken line (DM) indicates astigmatism with respect to the d-line on the meridional surface, and a solid line (DS) indicates astigmatism with respect to the d-line on the sagittal surface. In the distortion diagram, the solid line represents the distortion% with respect to the d-line.
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[Table 1]
[0054]
[Table 2]
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by reducing the number of lenses, it is possible to provide a high-performance projection zoom lens that achieves low cost, small size and light weight, and suppresses various aberrations. If the projection zoom lens of the present invention is applied to a projection display device, it can contribute to cost reduction, size reduction, weight reduction, and high image quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a projection display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a lens configuration diagram of a zoom lens according to a first embodiment (Example 1).
FIG. 3 is a lens configuration diagram of a zoom lens according to a second embodiment (Example 2).
FIG. 4 is a lens configuration diagram of a zoom lens according to a third embodiment (Example 3).
FIG. 5 is a lens configuration diagram of a zoom lens according to a fourth embodiment (Example 4).
FIG. 6 is a lens configuration diagram of a zoom lens according to a fifth embodiment (Example 5).
FIG. 7 is an aberration diagram of the zoom lens according to the first embodiment (Example 1).
FIG. 8 is an aberration diagram of the zoom lens according to the second embodiment (Example 2).
FIG. 9 is an aberration diagram of a zoom lens according to a third embodiment (Example 3).
FIG. 10 is an aberration diagram of a zoom lens according to a fourth embodiment (Example 4).
FIG. 11 is an aberration diagram of a zoom lens according to a fifth embodiment (Example 5).
[Explanation of symbols]
Gr1 First lens unit Gr2 Second lens unit Gr3 Third lens unit Gr4 Fourth lens unit Gr5 Fifth lens unit SP Aperture stop FS Light-shielding
11 Projection zoom lens
Claims (7)
負の光学的パワーをもつ第1群と、
正の光学的パワーをもつ第2群と、
正の光学的パワーをもつ第3群と、
第4群と、
正の光学的パワーを持つ第5群と、
から構成され、
第3群が1枚の正レンズで構成され、
変倍時に、第1群と第5群は位置固定で、第2、第3および第4群は移動し、
以下の条件式を同時に満足することを特徴とする投射用ズームレンズ;
ν3 > 50
1.5 < FL2/Fw < 5.0
1.5 < FL5/Fw < 5.0
ただし、
ν3:第3群を構成する正レンズ材料のアッベ数、
FL2:第2群の焦点距離、
FL5:第5群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。A projection zoom lens that includes a plurality of groups and performs zooming by changing the interval between the groups, and sequentially from the enlargement side,
A first group having negative optical power;
A second group having a positive optical power;
A third group having a positive optical power;
The fourth group,
A fifth lens group having a positive optical power;
Consisting of
The third group is composed of one positive lens,
During zooming, the first and fifth units are fixed in position, the second, third and fourth units move,
A zoom lens for projection, characterized by satisfying the following conditional expressions simultaneously:
ν 3 > 50
1.5 <FL 2 / Fw <5.0
1.5 <FL 5 / Fw <5.0
However,
ν 3 : Abbe number of the positive lens material constituting the third group,
FL 2 : focal length of the second group
FL 5 : focal length of the fifth group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
2.0 < |FL4/Fw|
ただし、
FL4:第4群の焦点距離、
Fw: 投射用ズームレンズの広角端での焦点距離、
である。The projection zoom lens according to claim 1, wherein the fourth group satisfies the following conditional expression;
2.0 <| FL 4 / Fw |
However,
FL 4 : focal length of the fourth group,
Fw: focal length at the wide-angle end of the projection zoom lens,
It is.
拡大側に凸の負メニスカスレンズと、
両凹の負レンズと両凸の正レンズとを接合してなる複合レンズと、1枚の正レンズと、
を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。The fourth group is, in order from the enlargement side,
A negative meniscus lens convex on the enlargement side,
A compound lens formed by joining a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, one positive lens,
The projection zoom lens according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
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- 2003-04-24 JP JP2003119238A patent/JP2004325699A/en active Pending
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