JP2005257895A - Zoom lens, picture display device and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原画（液晶パネルやＤＭＤ等）の像をスクリーン等に投影するプロジェクター、特に原画をスクリーン等に投影する、ズーム機構を備える投影レンズ（本明細書において、投影レンズとはミラー等の反射光学素子を含んでいても良いし、さらに、投写レンズ、投射レンズと交換可能な言葉として使用する）に関する。 The present invention relates to a projector that projects an image of an original image (such as a liquid crystal panel or DMD) onto a screen, and more particularly, a projection lens having a zoom mechanism that projects the original image onto a screen or the like (in this specification, a projection lens is a mirror or the like). A reflective optical element may be included, and the projection lens is used as a term interchangeable with the projection lens).
液晶プロジェクターに代表されるプロジェクターはパソコン等の画像を大画面に投影することができる装置として会議およびプレゼンテーション等に広く利用されてきており、このプロジェクターには以下に掲げるような要求がある。 A projector typified by a liquid crystal projector has been widely used for conferences and presentations as a device capable of projecting an image of a personal computer or the like on a large screen, and this projector has the following requirements.
液晶表示素子を３枚使用する３板方式のプロジェクション装置では、３枚の液晶表示素子を透過した色光を合成するダイクロイックプリズム等の素子を配置するスペースを、液晶表示素子と投写レンズとの間に設けなければならず、投写レンズに関してある一定長のバックフォーカスを確保することが必要である。さらに、前述の色合成を行うダイクロイックプリズムが有する色合成膜の角度依存の影響を少なくするために、液晶表示装置（縮小共役面）側の瞳が無限遠方にある所謂テレセントリック光学系（特に縮小共役側がテレセントリックである）であることが望まれている。 In a three-plate projection apparatus using three liquid crystal display elements, a space for arranging elements such as a dichroic prism that combines color light transmitted through the three liquid crystal display elements is provided between the liquid crystal display element and the projection lens. It is necessary to provide a certain length of back focus for the projection lens. Further, in order to reduce the influence of the angle dependency of the color composition film of the dichroic prism that performs the color composition described above, a so-called telecentric optical system (particularly a reduction conjugate) in which the pupil on the liquid crystal display device (reduction conjugate plane) side is at infinity. The side is telecentric).
さらに、３色の液晶表示装置の絵をスクリーンに合成投写したとき、文字等が二重に見えたりして解像感がそこなわれないように、各色の画素を画面の全域にて重ね合わせられなければならない。そのため、投写レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域にて良好に補正することが望ましい。また、投影された画像に関して輪郭部で歪んで見苦しくならないように歪曲収差も良好に補正されていなければならない。 Furthermore, when images of three color liquid crystal display devices are combined and projected onto the screen, the pixels of each color are overlaid on the entire screen so that characters do not appear double and the resolution is not lost. Must be done. For this reason, it is desirable to satisfactorily correct color shift (magnification chromatic aberration) generated in the projection lens in the visible light band. In addition, the distortion must be corrected well so that the projected image is not distorted at the contour and unsightly.
また、液晶プロジェクター装置の高輝度・高解像化といったニーズの一方で、小型パネル搭載のプロジェクターには携帯・機動性を重視すべく装置の小型・軽量化が求められるのと同時に、このような小型投写装置の使用環境を考慮して、より短い投写距離で明るい大画面投写が実現できる装置が望まれるようになってきている。投影装置の明るさを確保するために、投写レンズについてはＦ値１．６〜１．８クラスの大口径投写レンズが望まれている。 On the other hand, while there is a need for high brightness and high resolution of liquid crystal projector devices, projectors with small panels are required to be small and light in weight so that portability and mobility are important. In consideration of the use environment of a small projection apparatus, an apparatus capable of realizing a bright large screen projection at a shorter projection distance has been desired. In order to ensure the brightness of the projection apparatus, a large-aperture projection lens with an F value of 1.6 to 1.8 class is desired for the projection lens.
従来、液晶プロジェクター用の投写レンズとして拡大側より順に負正正正正の屈折力配列によって全体として５つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を移動させて変倍を行う５群ズームが特許文献１で提案されている。この特許文献１においては、第１および５レンズ群を固定として、広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２〜４レンズ群を拡大共役側に移動するため、投写レンズ全長は一定に保たれている広画角テレセントリックズームレンズであった。
しかしながら、特許文献１では、拡大側より負正正正正と５群構成であるが、投写光学系Ｆ値が２と大きい（暗い）わりには全長が長く、液晶プロジェクターセットを小型化にするといったニーズを達成するには充分とはいい難かった。そこで、さらなる大口径・広画角化を達成しながらも小型・軽量な投写レンズの開発に期待が寄せられているが、投写レンズの大口径・広画角化を進めれば、一般的には収差補正上、投写レンズは大きく、重く、高価になるといった問題がある。 However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-260260, the positive, positive, positive and positive five-group configuration from the enlargement side is used. However, the projection optical system F value is as large as 2 (dark), but the overall length is long and the liquid crystal projector set is downsized. It was difficult to achieve the needs. Therefore, there is an expectation for the development of a small and lightweight projection lens while achieving a larger aperture and wider angle of view. However, there is a problem that the projection lens is large, heavy, and expensive in terms of aberration correction.
また、特許文献１の投写レンズは、最も縮小共役側に付加されている第５レンズ群のレンズとして、屈折率値が小さい硝子が選択されているため、特に軸外光束に対する収差補正が困難になるといった問題があった。
Further, in the projection lens of
そこで本発明では、小型で軽量で安価な投写レンズ及びそれに伴って、小型、軽量、安価なプロジェクター装置（液晶表示装置）を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a small, lightweight, and inexpensive projection lens and a projector apparatus (liquid crystal display device) that is small, lightweight, and inexpensive.
上記課題の解決の為に、本発明では、以下の構成を特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by the following configuration.
本発明の一側面としてのズームレンズは、拡大共役側より順に、負の屈折力を有する第１光学成分、正の屈折力を有する第２光学成分、正の屈折力を有する第３光学成分、正の屈折力を有する第４光学成分群、正の屈折力を有する第５光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも３つの光学成分を駆動するズームレンズにおいて、前記第１光学成分の焦点距離をｆ１、前記第２光学成分の焦点距離をｆ２としたとき、
０.７５＜｜ｆ１｜／ｆ２＜２
を満足することを特徴としている。
The zoom lens as one aspect of the present invention includes, in order from the magnification conjugate side, a first optical component having a negative refractive power, a second optical component having a positive refractive power, a third optical component having a positive refractive power, A fourth optical component group having a positive refractive power, a fifth optical component having a positive refractive power, and driving at least three of the five optical components upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end; In the zoom lens, when the focal length of the first optical component is f 1 and the focal length of the second optical component is f 2 ,
0.75 <| f 1 | / f 2 <2
It is characterized by satisfying.
本発明の別の側面としてのズームレンズは、拡大共役側より順に、負の屈折力を有する第１光学成分、正の屈折力を有する第２光学成分、正の屈折力を有する第３光学成分、正の屈折力を有する第４光学成分群、正の屈折力を有する第５光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも３つの光学成分を駆動するズームレンズにおいて、ｄ線に対する屈折率をｎｄ、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）、
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、
０．００５＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＜０．０４
を満足することを特徴としている。
The zoom lens according to another aspect of the present invention includes a first optical component having a negative refractive power, a second optical component having a positive refractive power, and a third optical component having a positive refractive power in order from the magnification conjugate side. A fourth optical component group having a positive refractive power, a fifth optical component having a positive refractive power, and at least three of the five optical components at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end. In the driving zoom lens, the refractive index for the d line is n d , the refractive index for the F line is n F , the refractive index for the C line is n C , and the refractive index for the g line is ng ,
ν d = (n d −1) / (n F −n C ),
When θ gF = (n g −n F ) / (n F −n C ),
0.005 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04
It is characterized by satisfying.
本発明によれば、レンズ全長に関してレンズ全長を短縮することができるという効果が得られることにより、軽量コンパクトで安価な液晶プロジェクター用投写レンズを実現することができる。 According to the present invention, a light, compact, and inexpensive projection lens for a liquid crystal projector can be realized by obtaining an effect that the total lens length can be shortened with respect to the total lens length.
本願発明の実施形態について以下に詳細な説明を行う。まず、以下に本実施形態のズームレンズ、画像表示装置、撮像装置の特徴部分の概略について述べる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. First, an outline of characteristic parts of the zoom lens, the image display device, and the imaging device of the present embodiment will be described below.
本実施形態のズームレンズは、拡大共役側より順に、負の屈折力を有する第１光学成分、正の屈折力を有する第２光学成分、正の屈折力を有する第３光学成分、正の屈折力を有する第４光学成分群、正の屈折力を有する第５光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも３つの光学成分を駆動するズームレンズにおいて、前記第１光学成分の焦点距離をｆ１、前記第２光学成分の焦点距離をｆ２としたとき、
０.７５＜｜ｆ１｜／ｆ２＜２ ・・・（１）
を満足することを特徴としている。
The zoom lens according to this embodiment includes, in order from the magnification conjugate side, a first optical component having a negative refractive power, a second optical component having a positive refractive power, a third optical component having a positive refractive power, and a positive refraction. Zoom lens that has a fourth optical component group having power, a fifth optical component having positive refractive power, and drives at least three of the five optical components upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end , When the focal length of the first optical component is f 1 and the focal length of the second optical component is f 2 ,
0.75 <| f 1 | / f 2 <2 (1)
It is characterized by satisfying.
このように負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズ構成により、広画角化および長いバックフォーカスを確保するといった特徴を引き出し、反面高変倍化が難しいといった欠点に対しては、可動成分を３成分もたせることにより変倍時の収差変動を抑えたコンパクトな光学系を実現している。 In this way, the negative lead type zoom lens configuration preceded by a lens unit having a negative refractive power brings out features such as ensuring a wide angle of view and a long back focus. Realizes a compact optical system that suppresses aberration fluctuations during zooming by providing three movable components.
条件式（１）は第１レンズ群と第２レンズ群との焦点距離比をあらわしたものであって、下限を超えると、レンズ全長が長くなってしまい本願目的にそぐわない。逆に上限を超えると第２レンズ群パワーが強くなりすぎ変倍時の収差変動が大きくなって好ましくない。 Conditional expression (1) expresses the focal length ratio between the first lens group and the second lens group. If the lower limit is exceeded, the total lens length becomes long, which is not suitable for the purpose of the present application. Conversely, when the upper limit is exceeded, the power of the second lens group becomes too strong, and aberration fluctuations at the time of zooming become large, which is not preferable.
また、第１負レンズ群および第５正レンズ群はともに変倍に際して、縮小共役面に対して固定してズーム全長不変とすることで投写レンズ部の堅牢性を確保し、また変倍時に径の大きなレンズ群が固定されているため重量バランス等の変化が少なく設計でき機構面で有利に作用する。 In addition, both the first negative lens group and the fifth positive lens group are fixed with respect to the reduction conjugate surface and fixed to the entire length of the zoom when zooming, thereby ensuring the robustness of the projection lens unit. Since a large lens group is fixed, it can be designed with little change in weight balance and the like, and it works advantageously in terms of mechanism.
変倍に際しては、第２レンズ群が縮小から拡大側に移動することによって主たる変倍を担い、第３レンズ群が拡大側に移動して前記変倍に伴うピント面の移動を補正する役目を担っている。第４レンズ群は絞りが移動することに起因する瞳移動を補正するためにも、同じく拡大側に移動する。つまり、第４レンズ群は変倍時の収差変動を小さくするために、絞りの動きに沿った方向つまり拡大側へと移動しており、変倍作用はほとんど持たない。 In zooming, the second lens group is responsible for main zooming by moving from the reduction to the zooming side, and the third lens group is moving to the zooming side to correct the movement of the focus surface accompanying the zooming. I'm in charge. The fourth lens group also moves to the enlargement side in order to correct pupil movement caused by the movement of the stop. That is, the fourth lens group moves in the direction along the diaphragm movement, that is, the enlargement side in order to reduce the aberration fluctuation at the time of zooming, and has almost no zooming action.
また、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、また広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．３＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜１．０ ・・・（２）
を満足することを特徴としている。
Further, when the focal length of the first lens unit f 1, also the focal length of the entire system at the wide angle end is set to f w,
0.3 <| f w / f 1 | <1.0 (2)
It is characterized by satisfying.
条件式（２）は第２〜５レンズ群の作用倍率を決定する式であり下限を超えると収差補正上は有利に作用するが、色合成系を配置するためのバックフォーカスが不足し、逆に上限を超えると、第１レンズ群の屈折力が強くなり必要以上のバックフォーカススペースが発生するばかりか、特に歪曲収差などの軸外収差補正が困難となるため好ましくない。 Conditional expression (2) is an expression for determining the working magnification of the second to fifth lens groups. If the lower limit is exceeded, it will work favorably for aberration correction, but the back focus for arranging the color composition system will be insufficient, and conversely If the upper limit is exceeded, the refractive power of the first lens group becomes strong and an unnecessarily large back focus space is generated, and correction of off-axis aberrations such as distortion is particularly difficult.
また、ｄ線に対する屈折率をｎｄ、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）、θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、第５レンズ群を構成する凸レンズは、
−０．０１＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＜０．０４ ・・・（３）
を満足するように構成するのが好ましい。
Further, the refractive index for the d-line is n d , the refractive index for the F-line is n F , the refractive index for the C-line is n C , and the refractive index for the g-line is ng, and ν d = (n d −1) / ( n F −n C ), θ gF = (n g −n F ) / (n F −n C ), the convex lens constituting the fifth lens group is
−0.01 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04 (3)
It is preferable to satisfy the above requirement.
条件式（２）は第５レンズ群を構成する凸レンズの材質について、固有の部分分散比（θｇＦ）とアッベ数から算出されるｎｏｒｍａｌ−ｌｉｎｅ（Ｋ７−Ｆ２を結んだ標準硝材ライン）値との差を規定するものであり、所謂異常分散度と呼ばれる特性をあらわす。条件式（２）下限を超えると特に短波長（青紫）側の倍率色収差補正が困難となる。（株）オハラの例では、屈折率が高いフリント系列の硝材ではＢａ（バリウム）・Ｔｉ（チタン）系の硝材が最適である。さらに、絞りに対して縮小共役側の凸レンズに少なくとも１枚のアッベ数が８０以上の硝子で構成すれば倍率色収差補正に有効である。上記大きな効果を確実に得るためには条件式（３）下限値を０．００５以上とすることが望ましい。 Conditional expression (2) is the normal-line (standard glass material line connecting K7-F2) value calculated from the intrinsic partial dispersion ratio (θ gF ) and the Abbe number for the material of the convex lens constituting the fifth lens group. Difference, and a so-called anomalous dispersion characteristic is expressed. If the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, it will be difficult to correct lateral chromatic aberration particularly on the short wavelength (blue-violet) side. In the example of OHARA, Inc., Ba (barium) and Ti (titanium) glass materials are optimal for flint glass materials having a high refractive index. Further, if a convex lens on the reduction conjugate side with respect to the stop is made of a glass having at least one Abbe number of 80 or more, it is effective for correcting chromatic aberration of magnification. In order to surely obtain the above large effect, it is desirable that the lower limit of conditional expression (3) is 0.005 or more.
また光学系全体の構成枚数を少なくするためにも屈折力配分が小さくなる第４レンズ群に関しては４枚以下のレンズによって構成されていることが好ましい。また、コンパクト化実現のため各構成レンズ屈折力増加に伴う諸収差の劣化を補正するために、投写レンズ内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用することも考えられる。 Further, in order to reduce the number of constituent elements of the entire optical system, it is preferable that the fourth lens group having a small refractive power distribution is composed of four or less lenses. In order to realize compactness, it is conceivable to employ at least one aspherical lens in the projection lens in order to correct the deterioration of various aberrations accompanying the increase in refractive power of each constituent lens.
ガラス成形によるもの、または薄い樹脂などを成形してなるハイブリッド非球面等を選ぶことが好ましいが、解像度の目標と、非球面の敏感度によっては、プラスチック成形による非球面レンズとしてもよい。 It is preferable to select a glass-formed one or a hybrid aspherical surface formed by molding a thin resin or the like. However, an aspherical lens formed by plastic molding may be used depending on the resolution target and the sensitivity of the aspheric surface.
前記ズームレンズに関して、広角端での全系焦点距離をｆｗおよび第５レンズ群の焦点距離をｆ５としたとき、
１．５＜ｆ５／ｆｗ＜４・・・（４）
を満足するように構成するのが望ましい。
With respect to said zoom lens, the focal length of the focal length of f w and the fifth lens group at the wide angle end to the f 5,
1.5 <f 5 / f w <4 (4)
It is desirable to configure so as to satisfy
第５レンズ群は、従来の負正正正といった４群ズームタイプにさらに独立した正の屈折力を有する第５レンズ群を像面近傍に付加することにより、正の屈折力を有する第１から第４レンズ群の合成屈折力を弱める作用をし、高画角化および大口径化に有利な構成となる。条件式（４）の下限をこえると第５正レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ、歪曲および内向性コマフレア等が大きくなる。また逆に上限をこえると第５正レンズ群の屈折力が小さくなりすぎ、第１〜４レンズ群の屈折力を弱める効果が少なくなり、高性能化の効果がうすれてくるので好ましくない。また、なるべく高屈折率材を採用することが望ましい。 The fifth lens group has positive refracting power by adding a fifth lens group having positive refracting power that is further independent of the conventional four-group zoom type such as negative positive / positive to the image plane. It acts to weaken the combined refractive power of the fourth lens group, and is advantageous in increasing the angle of view and increasing the aperture. When the lower limit of conditional expression (4) is exceeded, the refractive power of the fifth positive lens unit becomes too large, and distortion, inward coma flare and the like become large. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the refractive power of the fifth positive lens group becomes too small, the effect of weakening the refractive power of the first to fourth lens groups is reduced, and the effect of higher performance is lost. In addition, it is desirable to use a high refractive index material as much as possible.
また、拡大側投影距離に応じたフォーカス機構は第１レンズ群で担うことによって、最も簡易的な機構で光学系を実現できる。 In addition, since the focus mechanism corresponding to the enlargement side projection distance is assigned to the first lens group, the optical system can be realized with the simplest mechanism.
また、拡大共役側より順に、負の屈折力を有する第１光学成分、正の屈折力を有する第２光学成分、正の屈折力を有する第３光学成分、正の屈折力を有する第４光学成分群、正の屈折力を有する第５光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも３つの光学成分を駆動するズームレンズにおいて、ｄ線に対する屈折率をｎｄ、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）、
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、
０．００５＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＜０．０４ ・・・（５）
を満足するように構成しても良い。
Further, in order from the magnification conjugate side, a first optical component having negative refractive power, a second optical component having positive refractive power, a third optical component having positive refractive power, and a fourth optical having positive refractive power In a zoom lens having a component group, a fifth optical component having a positive refractive power, and driving at least three of the five optical components upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end, The refractive index is n d , the refractive index for the F line is n F , the refractive index for the C line is n C , and the refractive index for the g line is ng, and ν d = (n d −1) / (n F −n C ) ,
When θ gF = (n g −n F ) / (n F −n C ),
0.005 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04 (5)
You may comprise so that it may satisfy.
また、本発明は、上述のズームレンズを有する光学機器にもその権利範囲が及ぶ。例えば、画像表示装置であって、液晶パネルやＤＭＤ等の画像表示素子（光変調素子）と、該画像表示素子からの光を被投影面上に投影する、前述のズームレンズとを有するように構成する。また、複数の画像表示素子と、光源からの光で前記複数の画像表示素子を照明する照明光学系と、前記複数の画像表示素子からの光を合成する色合成系と、該色合成系からの光を被投影面上に投影する、前述のズームレンズとを備えるように構成しても良い。また、撮像装置であって、前述のズームレンズを有し、該ズームレンズを用いて物体の像を形成するように構成しても良い。 The scope of the present invention also extends to an optical apparatus having the zoom lens described above. For example, an image display apparatus having an image display element (light modulation element) such as a liquid crystal panel or a DMD and the above-described zoom lens that projects light from the image display element onto a projection surface. Constitute. Further, a plurality of image display elements, an illumination optical system that illuminates the plurality of image display elements with light from a light source, a color composition system that synthesizes light from the plurality of image display elements, and the color composition system The above-described zoom lens that projects the light on the projection surface may be provided. Further, the imaging apparatus may be configured to include the above-described zoom lens and form an object image using the zoom lens.
かかる構成において、本発明の実施例に基づき、さらに詳細に説明する。 In such a configuration, a more detailed description will be given based on an embodiment of the present invention.
（第１実施例）
本発明の投写レンズの第１の数値実施例を表１にあげ、断面図を図１に示す。表中、Ｒｉはスクリーン側（拡大共役側）から第ｉ番目に位置するレンズ面の曲率半径であり、ｄｉは同じく第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面間の距離、Ｎｊは第ｊ番目のレンズを構成するガラスのｄ線に対する屈折率、νｊは同じく第ｊ番目のレンズを構成するガラスのアッベ数をそれぞれ表す。また、ＧＢは色合成用のダイクロイックプリズム等の硝子ブロック、およびＬＣＤは液晶パネル等の液晶表示素子（ＤＭＤ等の小型ミラーアレイにより光を変調する素子であっても構わない）をそれぞれ表す。
(First embodiment)
A first numerical example of the projection lens of the present invention is listed in Table 1, and a cross-sectional view is shown in FIG. In the table, Ri is the radius of curvature of the i-th lens surface located from the screen side (enlarged conjugate side), di is the distance between the i-th and i + 1-th lens surfaces, and Nj is the j-th lens surface. The refractive index νj of the glass constituting the lens with respect to the d-line also represents the Abbe number of the glass constituting the jth lens. GB denotes a glass block such as a dichroic prism for color synthesis, and LCD denotes a liquid crystal display element such as a liquid crystal panel (which may be an element that modulates light by a small mirror array such as DMD).
本実施例の投写レンズは、拡大共役側から縮小共役側に負正正正正の５群構成にて成っており、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および５レンズ群は固定（つまり、変倍時には投写レンズの全長が一定）であり、第２〜４レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。またスクリーン上での照度を確保するためにも、各レンズ面には反射防止用（反射光量低減用）の多層コートを採用するとよい。 The projection lens of the present embodiment has a negative, positive, positive, and positive five-group configuration from the enlargement conjugate side to the reduction conjugate side, and the first and fifth lens groups are fixed when zooming from the wide-angle end to the telephoto end. (That is, the total length of the projection lens is constant during zooming), and the second to fourth lens groups are independently moved to the magnification conjugate side. Further, in order to ensure the illuminance on the screen, it is preferable to adopt a multilayer coating for preventing reflection (for reducing the amount of reflected light) on each lens surface.
第１負レンズ群は、拡大共役側より順に凹凹凸の３枚のレンズにより構成されている。最も拡大共役側に配置される第１レンズを凹レンズで設計することにより見かけの瞳位置を拡大共役側に設定することが可能となるために前玉径を小さく設計することができるという効果が得られる。 The first negative lens group includes three concave and convex lenses in order from the magnification conjugate side. By designing the first lens arranged closest to the magnification conjugate side with a concave lens, the apparent pupil position can be set on the magnification conjugate side, so that the front lens diameter can be designed to be small. It is done.
第２レンズ群に関しては、主たる変倍群の役割を担っていることもあり、本実施例では構成群中で最も高い屈折力配置となっている。この第２変倍レンズ群に関して全変倍領域での倍率は略等倍率近辺で使用している。このレンズ群を構成する凸レンズには屈折率が高い硝材がペッツバール和補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さく設計できる点で望ましい。特に大口径レンズで高い空間周波数でのレスポンスが要求されると焦点深度が浅くなるため、中間像高等での像面湾曲および非点収差が大きいと解像感が劣化してしまう。このような解像感の劣化を防止、低減するために、ペッツバール和を小さくすることが重要である。さらに可視光中の広帯域についての色収差補正の観点からも、第２レンズ群を構成する凸レンズに関しては、ランタン系の重フリント材等を選択するのが良い。この第２レンズ群中の凸レンズは、屈折力が１．７５以上（好ましくは１．８３以上）であることが好ましく、さらに、分散が３３以上（好ましくは３７以上及び／又は４０以下）であることが望ましい。また、第２レンズ群に含まれる凹レンズの屈折力や分散に関しても、上述の第２レンズ群に含まれる凸レンズと同様の条件を設定しても構わない。 The second lens group may play the role of the main variable power group, and in this embodiment, the highest refractive power arrangement is obtained in the constituent groups. Regarding the second variable magnification lens group, the magnification in the entire variable magnification region is used in the vicinity of substantially the same magnification. For the convex lens constituting this lens group, a glass material having a high refractive index is desirable because it can be designed to reduce aberration fluctuations such as spherical aberration during Petzval sum correction and zooming. In particular, when a response at a high spatial frequency is required with a large-diameter lens, the depth of focus becomes shallow. Therefore, when the field curvature and astigmatism at an intermediate image height and the like are large, the resolution is deteriorated. In order to prevent and reduce such deterioration in resolution, it is important to reduce the Petzval sum. Furthermore, from the viewpoint of correcting chromatic aberration for a wide band in visible light, it is preferable to select a lanthanum heavy flint material or the like for the convex lens constituting the second lens group. The convex lens in the second lens group preferably has a refractive power of 1.75 or more (preferably 1.83 or more), and has a dispersion of 33 or more (preferably 37 or more and / or 40 or less). It is desirable. Further, regarding the refractive power and dispersion of the concave lens included in the second lens group, the same conditions as those of the convex lens included in the second lens group may be set.
第３レンズ群に関しては本実施例では凸レンズ１枚構成としており、主に変倍時に縮小共役ピント面位置を補正する働きを担っている。なお、開口絞りは第３レンズ群内に存在し、変倍時第３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差変動をおさえている。 In the present embodiment, the third lens group has a single convex lens structure, and mainly serves to correct the position of the reduced conjugate focus surface during zooming. Note that the aperture stop exists in the third lens group and moves together with the third lens group at the time of zooming to suppress the off-axis aberration fluctuation at the time of zooming.
第４レンズ群に関しては最も拡大共役面側に強い負の屈折力を与えている。具体的には、この第４レンズ群は、拡大共役側から順に負レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズで構成されている。近軸光線追跡高さが小さくなるこの位置に強い負の屈折力を配置することにより、効率よくペッツバール和を小さく設計することができる。さらに主平面位置を液晶表示素子側に配置できることから良好なテレセントリック性能および長いバックフォーカスを確保することが可能となる。 With respect to the fourth lens group, the strongest negative refractive power is given to the enlargement conjugate plane side. Specifically, the fourth lens group includes a negative lens, a negative lens, a positive lens, and a positive lens in order from the magnification conjugate side. By arranging a strong negative refractive power at this position where the paraxial ray tracing height becomes small, the Petzval sum can be efficiently designed to be small. Furthermore, since the main plane position can be arranged on the liquid crystal display element side, it is possible to ensure good telecentric performance and long back focus.
また、第５レンズ群に関しては縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群の合成屈折力を弱める作用をしており、屈折率は１．８５（屈折率は１．７以上、好ましくは１．８２以上であることが望ましい）と大きな材質を選択しており、ペッツバール和を小さくすることができ、さらに、歪曲収差、内向性コマ収差などを低減する効果がある。 The fifth lens group acts at a reduction magnification to weaken the combined refractive power of the first to fourth lens groups. The refractive index is 1.85 (the refractive index is 1.7 or more, preferably 1). .82 or more), a large material is selected, Petzval sum can be reduced, and distortion, inward coma and the like can be reduced.
上述のような本第１実施例によれば、Ｆ値が１．８と小さい高輝度投写可能で小型の投写レンズを実現することができる。 According to the first embodiment as described above, a small projection lens capable of high-intensity projection with a small F value of 1.8 can be realized.
なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により１．８５ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図５（ａ），（ｂ）に示す。 FIGS. 5A and 5B show aberration diagrams at the wide-angle end and the telephoto end when the retrofocus zoom lens of the present embodiment is focused to 1.85 m by the first lens group, respectively.
また、本実施例の条件式（１）〜（５）の数値を以下に示す。 Moreover, the numerical values of the conditional expressions (1) to (5) of the present embodiment are shown below.
条件式
（１）｜ｆ１｜／ｆ２＝１．３０
（２）｜ｆｗ／ｆ１｜＝０．６０
（３）（５）θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＝０．０１７
（４）（７）ｆ５／ｆｗ＝２．３１
Conditional expression (1) | f 1 | / f 2 = 1.30
(2) | f w / f 1 | = 0.60
(3) (5) θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) = 0.177
(4) (7) f 5 / f w = 2.31
（第２の実施例）
本発明の第２の数値実施例を表２にあげ、断面図を図２に示す。表中、Ｒｉはスクリーン側から第ｉ番目に位置するレンズ面の曲率半径であり、ｄｉは同じく第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面間の距離、Ｎｉは第ｉ番目のレンズを構成するガラスのｄ線に対する屈折率、νｉは同じく第ｉ番目のレンズを構成するガラスのアッベ数をそれぞれ表す。また、特に記載していない部分に関しては第１の実施例と同様である。
(Second embodiment)
A second numerical example of the present invention is listed in Table 2, and a cross-sectional view is shown in FIG. In the table, Ri is the radius of curvature of the i-th lens surface from the screen side, di is the distance between the i-th and i + 1-th lens surfaces, and Ni is the glass constituting the i-th lens. The refractive index νi for the d-line represents the Abbe number of the glass constituting the i-th lens. The parts not particularly described are the same as those in the first embodiment.
また、ＧＢは色合成用のダイクロイックプリズム等の硝子ブロック、およびＬＣＤは液晶表示装置をそれぞれ表す。 GB represents a glass block such as a dichroic prism for color synthesis, and LCD represents a liquid crystal display device.
本実施例において、物体側より順に負正正正正の５群構成にて成っている。
また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および５レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜４レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。またスクリーン上での照度を確保するためにも、各レンズ面には多層コートを採用するとよい。
In the present embodiment, the five-group configuration of negative positive positive positive is made in order from the object side.
In zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first and fifth lens units are fixed and have a constant overall length, and the second to fourth lens units are independently moved to the magnification conjugate side. Further, in order to ensure the illuminance on the screen, it is preferable to employ a multilayer coating on each lens surface.
第１負レンズ群内構成に関しては、拡大側より凹凹凸の３枚構成としている。最も拡大共役側に配置されるＧ１レンズをアッベ数が８０以上の特性を有するＯＨＡＲＡ製のｓ−ＦＰＬ５１で設計することにより特に短波長側の倍率色収差を効率よく補正することが可能となっている。 The first negative lens group has a three-concave structure with concave and convex portions from the enlargement side. By designing the G1 lens arranged closest to the magnification conjugate side with the OH-ARA s-FPL51 having an Abbe number of 80 or more, it is possible to efficiently correct the lateral chromatic aberration particularly on the short wavelength side. .
その他の効果については実施例１と同様なので詳細説明は割愛する。 Since other effects are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
本実施例によれば、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度投写可能なレンズを実現できる。なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により１．８５ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図７（ａ），（ｂ）に示す。 According to the present embodiment, since the F value is as small as 1.8, a lens capable of high brightness projection can be realized. FIGS. 7A and 7B show aberration diagrams at the wide-angle end and the telephoto end when the retrofocus zoom lens of the present embodiment is focused to 1.85 m by the first lens group, respectively.
また、本実施例の条件式（１）〜（７）の数値を以下に示す。 Moreover, the numerical values of the conditional expressions (1) to (7) of the present embodiment are shown below.
条件式
（１）｜ｆ１｜／ｆ２＝１．６０
（２）｜ｆｗ／ｆ１｜＝０．５０
（３）（５）θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＝０．０１７
（４）ｆ５／ｆｗ＝２．１９
Conditional expression (1) | f 1 | / f 2 = 1.60
(2) | f w / f 1 | = 0.50
(3) (5) θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) = 0.177
(4) f 5 / f w = 2.19
（第３の実施例）
本発明の第３の数値実施例を表３にあげ、断面図を図３に示す。表中、Ｒｉはスクリーン側から第ｉ番目に位置するレンズ面の曲率半径であり、ｄｉは同じく第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面間の距離、Ｎｉは第ｉ番目のレンズを構成するガラスのｄ線に対する屈折率、νｉは同じく第ｉ番目のレンズを構成するガラスのアッベ数をそれぞれ表す。また、特に記載していない部分に関しては第１の実施例と同様である。
(Third embodiment)
A third numerical example of the present invention is listed in Table 3, and a cross-sectional view is shown in FIG. In the table, Ri is the radius of curvature of the i-th lens surface from the screen side, di is the distance between the i-th and i + 1-th lens surfaces, and Ni is the glass constituting the i-th lens. The refractive index νi for the d-line represents the Abbe number of the glass constituting the i-th lens. The parts not particularly described are the same as those in the first embodiment.
なお、非球面データに関しては以下の関数に従う形状となっている。 The aspheric data has a shape according to the following function.
Ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ２／ｒ２）｝１／２］＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０
また、ＧＢは色合成用のダイクロイックプリズム等の硝子ブロック、およびＬＣＤは液晶表示装置をそれぞれ表す。
Z = (y 2 / r) / [1+ {1− (1 + K) (y 2 / r 2 )} 1/2 ] + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10
GB represents a glass block such as a dichroic prism for color synthesis, and LCD represents a liquid crystal display device.
本実施例において、物体側より順に負正正正正の５群構成にて成っている。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および５レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜４レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。またスクリーン上での照度を確保するためにも、各レンズ面には多層コートを採用するとよい。 In the present embodiment, the five-group configuration of negative positive positive positive is made in order from the object side. In zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first and fifth lens units are fixed and have a constant overall length, and the second to fourth lens units are independently moved to the magnification conjugate side. Further, in order to ensure the illuminance on the screen, it is preferable to employ a multilayer coating on each lens surface.
第１負レンズ群内構成に関しては、拡大側より凹凹凸の３枚構成であり最も拡大側の凹レンズの縮小側面に非球面を採用している。前記非球面は球面硝子の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、主に歪曲収差を効率良く補正している。 The first negative lens group has a three-concave structure with concave and convex portions from the magnifying side, and an aspherical surface is adopted on the reduction side of the concave lens on the magnifying side most. The aspherical surface is a hybrid type aspherical surface formed by molding a thin plastic on a spherical glass, and mainly corrects distortion aberrations efficiently.
また、第４レンズ群中のＧ９についても、非球面レンズを採用しており主に歪曲収差など効率よく補正することができる。本非球面については本例でも、硝子を成形してなる非球面レンズとしている。 Also, G9 in the fourth lens group also employs an aspheric lens, and can mainly efficiently correct mainly distortion. This aspherical surface is also an aspherical lens formed by molding glass in this example.
また、第５レンズ群に関しては縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群の合成屈折力を弱める作用をしており、屈折率は１．７０の材質を選択している。その他の構成および作用については、実施例１と同じなので詳細説明は割愛する。 The fifth lens group acts at a reduction magnification to weaken the combined refractive power of the first to fourth lens groups, and a material having a refractive index of 1.70 is selected. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
本実施例によれば、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度投写可能なレンズを実現できる。なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により２．１ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図８（ａ），（ｂ）に示す。 According to the present embodiment, since the F value is as small as 1.8, a lens capable of high brightness projection can be realized. FIGS. 8A and 8B show aberration diagrams at the wide-angle end and the telephoto end when the retrofocus zoom lens of the present embodiment is focused to 2.1 m by the first lens group, respectively.
また、本実施例の条件式（１）〜（５）の数値を以下に示す。 Moreover, the numerical values of the conditional expressions (1) to (5) of the present embodiment are shown below.
条件式
（１）｜ｆ１｜／ｆ２＝０．７５
（２）｜ｆｗ／ｆ１｜＝０．５９
（３）（５）θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＝０．０１０
（４）ｆ５／ｆｗ＝３．０６
ここで、上記実施例においては、レンズ群と称しているが、これらはレンズが１枚であってもレンズ群と称するし、２枚以上であっても勿論レンズ群と称するものとする。また、本実施例においては、非球面は２面用いた例と３面用いた例を例示したが、勿論１面しか無い場合でも構わないし、４面以上の非球面を有する構成としても構わない。
Conditional expression (1) | f 1 | / f 2 = 0.75
(2) | f w / f 1 | = 0.59
(3) (5) θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) = 0.010
(4) f 5 / f w = 3.06
Here, in the above-described embodiments, the lens group is referred to as a lens group, but even if there is one lens, it is referred to as a lens group, and of course, it is referred to as a lens group even if there are two or more lenses. In the present embodiment, an example in which two aspherical surfaces are used and an example in which three aspherical surfaces are used are illustrated, but of course, there may be only one surface or a configuration having four or more aspherical surfaces. .
また、上記実施例の投写レンズはすべて５群構成であるが、屈折力が弱いレンズがレンズ群の間に配置されていても構わない。例えば、第１群と第２群との間に正の弱い屈折力を有し、変倍中は固定或いは第２群より小さく動くレンズ（複数のレンズであっても構わない）を有していても構わないし、それが負のレンズであっても良いし、第２群と第３群との間、第３群と第４群との間、第４群と第５群との間、或いは第１群より拡大共役側、第５群より縮小共役側に配置されていても構わない。勿論ここで言う、弱い屈折力を有するレンズとは、屈折力を持たない平行平板であっても構わない。ここで、本願発明は、上記実施例に記載した投写レンズ（レトロフォーカスズームレンズ）のみならず、この投写レンズを有する画像表示装置をも包含する。例えば、３つの画像表示素子（赤、緑、青用）と、光源からの光で前記３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、前記３つの画像表示素子からの光をスクリーン等の被投影面に投影する、上記実施例に記載した投写レンズとを有する画像表示装置が挙げられる。ここで、画像表示素子は反射型の画像表示素子であることが好ましく、できれば画像表示素子で反射された光は、偏光分離素子（ＰＢＳ）又は偏光分離膜を２回通過（透過しても反射しても構わない）した後、屈折力を有するレンズ群に入射するように構成されていることが望ましい。つまり、ここで言う偏光分離素子又は偏光分離膜は、図１〜４においては、ＧＢ（ガラスブロック）と記載されている部分のことである。また、画像表示素子と偏光分離素子との間、又は画像表示素子と偏光分離膜との間には、１／４λ板が配置されていることが望ましい。 In addition, all the projection lenses of the above embodiments have a five-group configuration, but a lens having a weak refractive power may be disposed between the lens groups. For example, it has a positive weak refractive power between the first group and the second group, and has a lens (which may be a plurality of lenses) that is fixed or moves smaller than the second group during zooming. It may be a negative lens, between the second group and the third group, between the third group and the fourth group, between the fourth group and the fifth group, Alternatively, they may be arranged on the enlargement conjugate side from the first group and on the reduction conjugate side from the fifth group. Of course, the lens having a weak refractive power referred to here may be a parallel plate having no refractive power. Here, the present invention includes not only the projection lens (retrofocus zoom lens) described in the above embodiment but also an image display apparatus having this projection lens. For example, three image display elements (for red, green, and blue), an illumination optical system that illuminates the three image display elements with light from a light source, and the light from the three image display elements is covered with a screen or the like. An image display apparatus having the projection lens described in the above-described embodiment that projects onto a projection surface can be given. Here, the image display element is preferably a reflection type image display element. If possible, the light reflected by the image display element passes through the polarization separation element (PBS) or the polarization separation film twice (reflects even if transmitted). It is desirable that the lens unit is configured to be incident on a lens group having refractive power. That is, the polarization separation element or polarization separation film referred to here is a portion described as GB (glass block) in FIGS. In addition, it is desirable that a ¼λ plate is disposed between the image display element and the polarization separation element or between the image display element and the polarization separation film.
また、本実施例に記載した投写レンズは、撮像装置用の撮像レンズとして用いることも可能である。その場合は、勿論拡大共役側は物体（被写体）側で、縮小共役側がフィルム（ＣＣＤ）面側である。 In addition, the projection lens described in this embodiment can be used as an imaging lens for an imaging apparatus. In this case, of course, the enlargement conjugate side is the object (subject) side, and the reduction conjugate side is the film (CCD) surface side.
勿論、本発明の権利範囲は、本実施例に記載した投写レンズ（ズームレンズ）を有するすべての光学機器に及ぶものと考える。 Of course, the scope of rights of the present invention is considered to cover all optical devices having the projection lens (zoom lens) described in this embodiment.
Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
ＩＩＩ 第３レンズ群
ＩＶ 第４レンズ群
Ｖ 第５レンズ群
ＡＳＰ 非球面
ＬＣＤ 液晶表示装置（像面）
ＧＢ 硝子ブロック（色合成プリズム）
Ｓ サジタル像面の倒れ
Ｔ タンジェンシャル像面の倒れ
I First lens group II Second lens group III Third lens group IV Fourth lens group V Fifth lens group ASP Aspherical LCD Liquid crystal display device (image surface)
GB glass block (color synthesis prism)
S Sagittal image plane collapse T Tangential image plane collapse
Claims (18)
前記第１光学成分の焦点距離をｆ１、前記第２光学成分の焦点距離をｆ２としたとき、
０．７５＜｜ｆ１｜／ｆ２＜２
を満足することを特徴とするズームレンズ。 A first optical component having negative refractive power, a second optical component having positive refractive power, a third optical component having positive refractive power, and a fourth optical component group having positive refractive power in order from the magnification conjugate side A zoom lens having a fifth optical component having a positive refractive power and driving at least three of the five optical components upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
When the focal length of the first optical component is f 1 and the focal length of the second optical component is f 2 ,
0.75 <| f 1 | / f 2 <2
A zoom lens characterized by satisfying
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）、
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、
０．００５＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＜０．０４
を満足することを特徴とするズームレンズ。 A first optical component having negative refractive power, a second optical component having positive refractive power, a third optical component having positive refractive power, and a fourth optical component group having positive refractive power in order from the magnification conjugate side A zoom lens having a fifth optical component having a positive refractive power and driving at least three of the five optical components upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end. n d , the refractive index for the F line is n F , the refractive index for the C line is n C , and the refractive index for the g line is ng ,
ν d = (n d −1) / (n F −n C ),
When θ gF = (n g −n F ) / (n F −n C ),
0.005 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04
A zoom lens characterized by satisfying
であることを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。 0.01 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04
The zoom lens according to claim 2, wherein:
ｄ線に対する屈折率をｎｄ、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線に対する屈折率をｎＣ、ｇ線に対する屈折率をｎｇとし、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）、
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、
−０．０１＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２νｄ）＜０．０４
を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。 The convex lens constituting the fifth optical component is
The refractive index for d line is n d , the refractive index for F line is n F , the refractive index for C line is n C , and the refractive index for g line is ng ,
ν d = (n d −1) / (n F −n C ),
When θ gF = (n g −n F ) / (n F −n C ),
−0.01 <θ gF − (0.6438−0.001682ν d ) <0.04
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.
０．３＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜１．０
を満足することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。 When the focal length of the first optical component f 1, in which the focal length of the zoom lens system in the wide-angle end and f w,
0.3 <| f w / f 1 | <1.0
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.
１．５＜ｆ５／ｆｗ＜４
を満足することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズ。 When the focal length of the entire zoom lens system at the wide angle end is f w and the focal length of the fifth optical component is f 5 ,
1.5 <f 5 / f w <4
The zoom lens according to claim 1, wherein:
An optical apparatus having the zoom lens according to claim 1.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |