JP4579375B2

JP4579375B2 - Zoom lens and projection apparatus using the same

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Publication number: JP4579375B2
Application number: JP2000150451A
Authority: JP
Inventors: 史仁和智
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: JP2001330775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ及びそれを用いた投影装置に関し、例えば表示体の画像を固定した有限距離にて、該画像をスクリーンに拡大投射するプロジェクション装置に好適なものであり、特に表示体に各色光毎に複数の液晶等を用い、各色光を色合成した後に、１本の投射レンズを介してスクリーン上に高精細な画像投射を行うのに好適な簡易な構成で小型なテレセントリック性能を有したズームレンズ及びそれを用いた投影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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は比較的広画角化が容易で、かつ近接撮影距離での性能が維持できる等の特長を有しているが、反面、変倍の為の移動量が増大し、又高変倍化が難しく、また倍率色収差の変動が大きい等の欠点を有している。
【０００３】
これらの欠点を改善し、レンズ系全体の小型化及び高変倍化を図ったズームレンズが例えば特公昭４９−２３９１２号公報、特開昭５３−３４５３９号公報、特開昭５７−１６３２１３号公報、特開昭５８−４１１３号公報、特開昭６３−２４１５１１号公報、そして特開平２−２０１３１０号公報等で提案されている。
【０００４】
これらの各公報ではズームレンズを物体側より順に負、正、負、そして正の屈折力のレンズ群の全体として４つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を適切に移動させて変倍を行っている。
【０００５】
また、液晶プロジェクション用のズームレンズとして、本出願人は特願平９−２７２２４５号において、負、正、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群タイプのテレセントリックなズームレンズを提案している。そこでは、各レンズ群の働きは広角端から望遠端への変倍に関して第１〜３レンズ群は大きな共役（物体）側へ、また第４レンズ群は小さな共役（像面）側に移動することを特徴としており、ＸＧＡパネルに対応する歪曲／色収差を良好に補正したテレセントリックなズームレンズを提案している。
【０００６】
また、本出願人は特開平１１―１９０８２１号公報で距離の長い共役点側より順に負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、負の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群、そして正の屈折力の第５群を有し、該第２群と第４群を距離の長い共役点側へ移動させて広角端から望遠端への変倍を行い、距離の短い共役点側が略テレセントリックとなっているズームレンズを提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光学系で表示画像をスクリーンに拡大投射する際、特に液晶表示体を複数の色光ごとに分けて用い、各色光を合成して１本の投射レンズにて投射する場合、以下の条件を満足することが必要となる。
（ア−１）液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除する為に、パネル側の瞳（射出瞳）が遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
（ア−２）表示体と投射レンズの間に介在する色合成素子のスペースを確保する為に、長いバックフォーカスを必要とする。
（ア−３）通常、表示画像をスクリーン上に上方に投射する為に、投射レンズの光軸に対し、表示体はその中心位置がシフトした状態で用いられ、結果として前玉付近は使用する有効領域が光軸対称ではなく、上方に偏り、前玉径が大きくなるので改善手段が必要である。
（ア−４）複数の色光を合成するので投射レンズで発生する倍率色収差を極力小さくしておく必要がある。
【０００８】
一般に長いバックフォーカスを有するには、レンズ系全体をスクリーン側に負の屈折力のレンズ群を、投影像原画側に正の屈折力のレンズ群を配置した、所謂レトロ型にする必要がある。
【０００９】
しかしながらレトロ型にするとレンズ系が非対称となってくるために諸収差の発生が多くなり、良好なる光学性能を得るのが難しくなってくる。またレンズ枚数が増加し、レンズ系全体が複雑化及び大型化してくるという問題点が生じてくる。また、投影レンズのテレセントリック性を良くしようとすると、レンズ系全体が大型化してくるという問題が生じてくる。また、軸外光束の入射高が高くなり、高次の収差が多く発生してくるという問題点が生じてくる。
【００１０】
本発明は、小型で簡易な構成でありながら、プロジェクション装置に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。
【００１１】
この他本発明は、全体として５つのレンズ群より成り、またレンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、距離が長い方の共役点を第１共役点としたとき、該第１共役点側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端のズーム位置から望遠端のズーム位置への変倍に際して、２以上のレンズ群を動かし、該第１レンズ群と第５レンズ群は、変倍中固定であり、距離が短い方の共役点を第２共役点としたとき、最も第２共役点側のレンズ面から射出瞳位置までの距離のうち変倍中において絶対値が最も小さくなる距離をｔｋ、全系の広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスをｂｆ、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたときとしたとき
｜ｔｋ｜／ｆｗ＞１．５
０．６７４≦ｂｆ／ｆ５＜２．５
０．９＜ｌｆｌｌ／ｂｆ＜１．６
を満足することを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は１以上の正レンズと１以上の負レンズを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記第４レンズ群は第１共役点側から順に負レンズと１以上の正レンズを有し、該第４レンズ群のうちの１つの正レンズの材質のアッベ数をν４ｐとするとき
ν４ｐ＞６０
を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は請求項３の発明において、広角端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成屈折力をφ３４ｗ、広角端における全系の屈折力をφｗとしたとき
０＜｜φ３４ｗ｜／φｗ＜１．５
を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項５の発明は請求項４の発明において、前記第２レンズ群は、１以上の正レンズと１以上の負レンズで構成され、該正レンズのうち小さなアッベ数を持つ正レンズの材質のアッベ数をν２ｐ、負レンズのうち大きなアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν２ｎ、としたとき
ν２ｐ−ν２ｎ＞８
を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明は請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は１以上の負レンズを有し、該負レンズのうち最も小さいアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν３ｎとしたとき
ν３ｎ＞３５
を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項７の発明は請求項１から６のいずれか１項の発明において、バックフォーカスをｂｆ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
０．９＜ｂｆ／ｆｗ
を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項８の発明は請求項１から７のいずれか１項の発明において、前記第５レンズ群は１以上の正レンズを有し、該正レンズのうちの１つの材質のアッベ数をν５ｐとしたとき
ν５ｐ＞３０
を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項９の発明は請求項１から８のいずれか１項の発明において、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
１．１＜｜ｆｌ／ｆ２｜＜２．３
【数１】
を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項１０の発明は請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．５
を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項１１の発明は請求項１から１０のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群の広角端と望遠端の結像倍率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群と第４レンズ群の移動量を各々Ｍ２，Ｍ４、全系の広角端と望遠端の焦点距離をｆｗ，ｆｔとし
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおいたとき
０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１
１．０＜｜Ｍ２／Ｍ４｜＜１１．０
０．４＜Ｍ２／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．３
を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項１２の発明は請求項１から１１のいずれか１項の発明において、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき
−０．９＜ｆ２／ｆ４＜−０．０１
を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項１３の発明は請求項１から１２のいずれか１項の発明において、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとするとき
０．５＜ｆ５／ｆｗ＜３．５
を満足することを特徴としている。
【００２５】
請求項１４の発明は請求項１から１３のいずれか１項の発明において、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
【数２】
を満足することを特徴としている。
【００２６】
請求項１５の発明の投影装置は、請求項１から１４のいずれか１項のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影していることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３は本発明のズームレンズの数値実施例１の広角端のレンズ断面図、広角端の収差図、望遠端の収差図である。
【００３３】
図４、図５、図６は本発明のズームレンズの数値実施例２の広角端のレンズ断面図、広角端の収差図、望遠端の収差図である。
【００３４】
図７、図８、図９は本発明のズームレンズの数値実施例３の広角端のレンズ断面図、広角端の収差図、望遠端の収差図である。
【００３５】
レンズ断面図において、ＰＬはズームレンズである。Ｌ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は負の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は負の屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は正の屈折力の第５群（第５レンズ群）である。
【００３６】
Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）である。スクリーン面Ｓと原画像ＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面Ｓは距離の長い方の共役点（第１共役点）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）に相当している。
【００３７】
ＧＢは色合成プリズムや偏光フィルター、そしてカラーフィルター等のガラスブロックである。
【００３８】
ズームレンズＰＬは接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクター本体に含まれている。
【００３９】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍（ズーミング）に際して矢印のように第２群Ｌ２及び第４群Ｌ４を移動させている。
【００４０】
又、図１、図４の実施例では第３群も矢印の如く移動させている。第１群と第５群は変倍に際して固定である。
【００４１】
本実施形態のズームレンズＰＬは表示面の画像を、スクリーンに拡大投射する略テレセントリックなレンズ系より成っている。本実施形態では第１群を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは第３群または第５群または全体を移動させて行っても良い。又、表示パネルを移動させて行っても良い。
【００４２】
本発明の投影装置は、ＬＣＤの原画をズームレンズＰＬを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影している。
【００４３】
（注：以下の説明は、プロジェクターとしての使い方とは逆の縮小系として展開している。しかしながら光学的には光線は可逆的であるために、評価している場所が違うだけで問題はない）
表示パネルである液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラー膜の角度依存の影響を排除する為に、パネル側の瞳（射出瞳）が遠方にある所謂テレセントリック光学系であることが効率の良い照明手段としてのりンズに有効である。特に表示パネル側（縮小側）のレンズの瞳（射出瞳）が遠方にあること必要である。具体的にはその角度依存性を排するためには条件式（１）を満たしていれば好ましい。
【００４４】
この際このレンズ系の瞳（絞り）は第２レンズ群近傍にあるのが好ましく、具体的には第２レンズ群の最もスクリーン側の面、あるいはパネル側の面に一致させるのがよく、特に複数のレンズにて第２レンズ群を構成するときはレンズ群の内部にあってもよい。
【００４５】
また、第５レンズ群を構成するレンズは正の両凸レンズを有することが射出瞳を所望の長さにするのに好ましい。
【００４６】
カラー液晶プロジェクションＴＶ用の投射レンズとして用いるレンズには、ダイクロイックミラー等を配置する必要上から長いバックフォーカスが必要であるが、本発明では非常に短い投射距離を達成する為に投射レンズ全系の屈折力を強くする必要があり、この両方の条件を達成するには条件式（１）を満足するようにしている。
【００４７】
条件式（１）を外れると所定の長さのバックフォーカスを確保つつ投射距離を短くするのが難しくなってくる。
【００４８】
尚、本発明において更に全変倍範囲に渡り収差変動が少なく、画面全体に渡り高い光学性能を得るには、次の条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
（イ−１）前記第１レンズ群は１以上の正レンズと１以上の負レンズを有することを特徴とすることである。
（イ−２）前記第４群は第１共役点側から順に負レンズと１以上の正レンズを有し、該１つの正レンズの材質のアッベ数をν４ｐとするとき
ν４ｐ＞６０・・・（２）
を満足することを特徴としている。
尚、第４群中に複数の正レンズがあるときは、任意の１つの正レンズが条件式(２)を満足すれば良い。
【００４９】
条件式（２）は、第２群に次ぐ変倍群であり軸上光線高が高く軸外光線高も軸上光線程ではないが、ある程度の高さを持つ第４群おいて、軸上色収差・倍率色収差の発生を少なくする為の条件式である。この範囲を逸脱すると第４レンズ群で発生する倍率色収差が大きくなり第１レンズ群・第２レンズ群・第３レンズ群の変倍系で更に増幅され、ズーム変動が大きくなるために、高倍化・高度な色収差補正ができなくなる。また、第４群中の負レンズが１枚のときは、前記負レンズの材質のアッベ数をν４ｎとすると、以下の式を満足することが望ましい。
【００５０】
ν４ｎ＜５０・・・（２ａ）
（イ−３）広角端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成屈折力をφ３４ｗ、広角端における全系の屈折力をφｗとしたとき
０＜｜φ３４ｗ｜／φｗ＜１．５・・・（３）
を満足することを特徴とすることである。
【００５１】
条件式（３）は、第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離を規定するものである。この条件式（３）の下限を超えるとズーミングによる移動量が大きくなり、全系の小型化に望ましくない。また条件式（３）の上限を超えると像面湾曲の収差補正が困難になり望ましくない。
（イ−４）前記第２レンズ群は、１以上の正レンズと１以上の負レンズで構成され、該正レンズのうち小さなアッベ数を持つ正レンズの材質のアッベ数をν２ｐ、負レンズのうち大きなアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν２ｎ、としたとき
ν２ｐ−ν２ｎ＞８・・・（４）
を満足することを特徴とすることである。
【００５２】
条件式（４）は主変倍系である第２レンズ群で発生する色収差を抑えるだけでなく、補正しきれず残っている第１レンズ群で発生した倍率色収差をキャンセルする方向に働く。この際このレンズ系の瞳（絞り）は第２レンズ群近傍にあるのがこの好ましく、具体的には第２レンズ群の最もスクリーン側の面、あるいはパネル側の面に一致させるのがよく、特に複数のレンズにて第２レンズ群を構成するときはレンズ群の内部にあってもよい。そうしておくことにより第１レンズ群、第２レンズ群において軸外光の通る位置が光軸からさほど離れず倍率色収差の発生にも有効である。更に第１レンズ群の有効径も小さくでき小型で簡易な構成のズームレンズを達成できる。
【００５３】
尚、正レンズのうちの小さなアッベ数を持つ正レンズとは、正レンズが１つのときは該正レンズを引用例、正レンズが複数のときは最も小さいアッベ数を持つ正レンズのことをいう。以下このような表現は全て同じ意味で用いている。
【００５４】
（イ−５）前記第３レンズ群は１以上の負レンズを有し、該負レンズのうち最も小さいアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν３ｎとしたとき
ν３ｎ＞３５・・・（５）
を満足することを特徴とすることである。
【００５５】
条件式（５）は色収差（軸上色収差、倍率色収差）の変動を抑えるための条件であり、絞りからパネル側へのもう一つの変倍群である第４レンズ群の色収差の発生を良好に補正するための条件である。
【００５６】
（イ−６）バックフォーカスをｂｆ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
０．９＜ｂｆ／ｆｗ・・・（６）
を満足することを特徴とすることである。
【００５７】
また、カラー液晶プロジェクションＴＶ用の投射レンズとして用いるレンズ系には、ダイクロイックミラー等を配置する必要上から長いバックフォーカスが必要であるが、本発明では非常に短い投射距離を達成する為に投射レンズ全系の屈折力を強くしている。条件式（６）はこの両方の条件を達成するためのものである。
【００５８】
（イ−７）前記第５レンズ群は１以上の正レンズを有し、該正レンズのうちの１つの材質のアッベ数をν５ｐとしたとき
ν５ｐ＞３０・・・（７）
表示パネルに最も近く、軸外光束が第１レンズ群のほかで最もレンズの外側を通る第５レンズ群において、波長によってテレセントリックな関係が壊れてはいけない。条件式（７）はそのためには第５レンズ群を構成する正レンズの材質のアッベ数を適切に設定するためのものである。特に第５レンズ群が１枚で構成されるときは更に以下の範囲に入っていた方が好ましい。
【００５９】
ν５ｐ＞３５・・・（７ａ）
（イ−８）前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
１．１＜｜ｆｌ／ｆ２｜＜２．３・・・（８）
【００６０】
【数５】
【００６１】
を満足することを特徴とすることである。
【００６２】
条件式（８）、（９）は主変倍群である第２レンズ群と第１レンズ群の関係を適切に規定したものである。条件式（８）の下限を逸脱すると第１レンズ群で決まる前玉径が大きくなり、また広角端での歪曲収差が大きくなり適当でない。また上限値を逸脱すると所望の変倍比を得るために第２レンズ群の移動量を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。
【００６３】
条件式（９）は主変倍群のパワーを適切にするもので下限を超えると像面が補正過剰となり適当でない。また上限を超えると所望の変倍比を得るために第２レンズ群の移動量を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。
【００６４】
条件式（９）は主変倍群のパワーを適切にするもので下限を超えると像面が補正過剰となり適当でない。また上限を超えると所望の変倍比を得るために第２レンズ群の移動量を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。
【００６５】
（イ−９）前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．５・・・（１０）
を満足することを特徴とすることである。
【００６６】
条件式（１０）は主に歪曲を適正に補正するためのものである。条件式（１０）の上限を逸脱すると広角端の歪曲が、下限値を超えると望遠端の歪曲を適正に補正するのが難しくなる。
（イ−１０）前記第２レンズ群の広角端と望遠端の結像倍率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群と第４レンズ群の移動量を各々Ｍ２，Ｍ４、全系の広角端と望遠端の焦点距離をｆｗ，ｆｔとし
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおいたとき
０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１・・・（１１）
１．０＜｜Ｍ２／Ｍ４｜＜１１．０・・・（１２）
０．４＜Ｍ２／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．３・・・（１３）
を満足することを特徴とすることである。ここで第２共役点側への移動を正とし、その逆を負としている。
【００６７】
条件式（１１）は変倍群となる第２レンズ群と第４レンズ群での変倍の比を適切に規定するものである。第３レンズ群は変倍に際し減倍するためこの範囲にあるのが好ましい。この範囲を逸脱すると所望の変倍比を有するレンズ系が大型化してしまう。
【００６８】
条件式（１２）、（１３）はレンズ全体の長さと各変倍群の移動量を適切にするものである。特に第２レンズ群と第４レンズ群とでは第４レンズ群の方がパワーが弱くなりがちであるので適切な変倍分担をするにはこの範囲が好ましい。特に第２レンズ群の移動量が第４レンズ群の移動量を超えていることが更に好ましい。
（イ−１１）前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき
−０．９＜ｆ２／ｆ４＜−０．０１・・・（１４）
を満足することを特徴とすることである。
【００６９】
条件式（１４）は第２レンズ群と第４レンズ群とでは第４レンズ群との屈折力を適切に設定するためのものである。
【００７０】
特に条件式（１４）は主変倍群のパワー配置と変倍を適切にしながらペッツバール和を適当に設定するのに有用な式である。
（イ−１２）バックフォーカスをｂｆ、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき０．０．６７４≦ｂｆ／ｆ５＜２．５・・・（１５）
０．９＜ｌｆｌｌ／ｂｆ＜１．６・・・（１６）
を満足することを特徴とすることである。
【００７１】
条件式（１５）、（１６）は主に全系の射出瞳と、歪曲を適当に設定する為のものである。
【００７２】
ここでバックフォーカスｂｆは第５レンズ群から表示体までの距離でありダイクロブリズム等を除いた空気換算長のことである。条件式（１５）は全系を適切にテレセントリックにするために必用な式である。
【００７３】
表示体パネルから垂直に出た光束が第５レンズ群に入り屈折されて効率よく瞳（絞り）に到達し更に前玉（第１レンズ群）近傍の有効径を適切にするのに必要な条件である。
【００７４】
上限を超えると大型化し、下限を超えると歪曲が発生する。条件式（１６）も歪曲を適切にとりながら射出瞳を長くしテレセントリックにするための条件である。上限を超えると第１レンズ群の径が大型化し、下限を超えると特に広角端での歪曲が大きくなり適当でない。
（イ−１３）前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとするとき
０．５＜ｆ５／ｆｗ＜３．５・・・（１７）
を満足することを特徴とすることである。
【００７５】
条件式（１７）は主にズームレンズ系全体を最適にテレセントリック系にしつつ、ズームレンズからパネルまでの距離を最適にするためのものである。
【００７６】
条件式（１７）の下限を超えると最適なテレセントリック性を満足できず、上限を超えると大型化して適当でない。
【００７７】
前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
【００７８】
【数６】
【００７９】
を満足することを特徴とすることである。
【００８０】
条件式（１８）〜（２１）は主に各レンズ群のパワー（屈折力）配置を適切にしつつ各群の移動量を適切にして、小型化をする為のものである。
【００８１】
条件式（１８）は歪曲収差を第１群において十分に押さえておくと共に、バックフォーカスを十分に確保する為のものである。
【００８２】
上限値を超えるとフォーカシングのための移動量が大きくなり全長が長大化し、かつバックフォーカスが短くなり好ましくない。逆に、下限値を超えるとフォーカシングのための移動量は少なくなるものの、歪曲収差の補正が困難になると同時にペッツバール和が負に大きくなり像面が倒れてくるので好ましくない。
【００８３】
条件式（１９）はズーミング中固定の第３レンズ群を第４レンズ群に対し適切に変倍に寄与させ、第３レンズ群が簡易な構成の固定で維持できるための条件である。
【００８４】
条件式（２０）は変倍に寄与するレンズ群の適切なパワー配置を示したものである。それぞれの上限値を超えると所望のズーム比を得るための移動量が大きくなり、レンズ系全体が大型化し適切でない。また下限値を超えると各群の移動量は小さくなるが、ズーミングに伴なう収差変動、特に像面湾曲の変動が大きくなり適当でない。
【００８５】
条件式（２１）は条件式（１５）とともに射出瞳を長くしてテレセントリックにするために必要な条件である。下限値を超えると、テレセントリックに構成しても第５群にて歪曲収差が発生して適当でない。また上限値を超えると全系の大きさが大型化し適当でない。
（イ−１５）簡易な構成で小型化を図りつつ、効果的に変倍させ、その変倍群の動き量も小さくして、更に色収差の発生・変動を小さくするためには、広角端のズーム位置に対し、望遠端のズーム位置には、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は増大し、前記第４レンズと前記第５レンズ群の間隔は増大するように各レンズ群を移動させるのが良い。
【００８６】
ここで第２レンズ群は主変倍レンズ群であり、このレンズ群が移動することにより変倍し、第４レンズ群がそれに伴って移動することによりズーミングにより移動する結像位置の変動を補正する。
【００８７】
また第２レンズ群と第４レンズ群をズーミングに際しスクリーン側に別な速度で移動し、第３レンズ群をズーミングにより移動する結像位置の変動を補正するように移動させてもよい。ズーミングに際して第３レンズ群は固定であった第２レンズ群、第４レンズ群のみで変倍させても良い。
（イ−１６）主変倍群である上記第２レンズ群は少なくとも、１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成され、第３レンズ群を固定したときは少なくとも１枚の負レンズで構成されることが簡易な構成を達成するのに好ましい。
（イ−１７）第５レンズ群は、表示体であるパネルに最も近く、比較的強い正の屈折力を与えることにより、テレセントリックな系を実現している。さらにスクリーン側に凸面を向けた正レンズ１枚で第５レンズ群を構成し、軸外像面湾曲の補正と構成の簡易化の両立を達成することが望ましい。
（イ−１８）第２レンズ群と前記第４レンズ群を同一方向に移動して変倍することが良い。これによれば各群の移動量及び移動スペースを減らしつつも、高変倍率なズームレンズを達成することができ、全長を短縮すると共に、全長がズーミングで変動しないまた入射瞳位置から前玉までの距離を短くし、軸外斜光束で決まる前玉径の小型化を可能とすることができる。
（イ−１９）第１レンズ群は、負の屈折力を有し、色合成素子のスペースのために、長いバックフォーカスを確保している。特にバックフォーカスを長くするために、第１レンズ群にスクリーン側に凸面を有するメニスカス状の負レンズを配置するのが良い。さらに各群の屈折力を適切に配置し、前記第１レンズ群をズーミング中、固定とすることで、記軸外斜光束の位置の変動をへらし、構成の簡易化と共に全長一定なレンズ系が達成できる。また広角端での歪曲の低減のために第１レンズ群の最も物体側には凸レンズを配置するのが良い。これによれば最も軸外光束を通る位置での歪曲補正を良好に補正できる。特にこの凸レンズはスクリーン側に凸面を有する正レンズであるのが好ましい。
【００８８】
図１の数値実施例１では広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群と第５レンズ群が固定で第２レンズ群と第４レンズ群がスクリーン側へ移動するとともに第３レンズ群はズーム中間で変曲点をもってスクリーン側へ凸の軌跡で移動するものである。第３レンズ群は広角端より望遠端で表示パネル側（スクリーンの反対側）に動いている。この際
第２レンズ群、第４レンズ群は増倍し第３レンズ群は、ズーム域全体では滅倍している。第４レンズ群のもっとも物体側の凸レンズには、商品名ＦＳＬ５（(株）ＯＨＡＲＡ製）を使用している。
【００８９】
図４の数値実施例２では広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群と第５レンズ群がズーミング中固定で第２レンズ群がスクリーン側へ移動する。第３レンズ群はズーム中間で変曲点を持ってスクリーン側へ凸の軌跡で移動するものである。第３レンズ群は広角端より望遠端で表示パネル側（スクリーンの反対側）に動いている。第４レンズ群はズーム中間で変曲点をもってパネル側へと角軌跡で移動するものである。第４レンズ群は広角端より望遠端で表示パネル側（スクリーンの反対側）に動いている。この際第２レンズ群、第３レンズ群は増倍するが、第４レンズ群はわずかに減倍している。第４レンズ群の最も物体側の凸レンズには、ＦＰＬ５１（ＯＨＡＲＡ製）を使用している。第１レンズ群のメニスカス凹レンズの像面側の面に非球面を配している。
【００９０】
図７の数値実施例３では広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群と第３レンズ群と第５レンズ群がズーミング中固定で第２レンズ群がスクリーン側へ移動する。第４レンズ群は広角端より望遠端で表示パネル側（スクリーンの反対側）に動いている。この際第２レンズ群は増倍するが、第４レンズはわずかに減倍している。
【００９１】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
【００９２】
数値実施例においてＲｉはスクリーン側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉはスクリーン側より順に第ｉ番目の光学部材厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれスクリーン側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折力とアッベ数である。非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとしたとき、
【００９３】
【数７】
【００９４】
なる式で表している。また例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。
【００９５】
数値実施例１では最終の４つの面、数値実施例２では最終の１２個の面、数値実施例３では最終の２つの面はガラスブロックである。
【００９６】
前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００９７】
【外１】
【００９８】
【外２】
【００９９】
【外３】
【０１００】
【表１】
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば小型で簡易な構成でありながら、十分に倍率色収差を補正した、プロジェクション装置に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置を達成することができる。
【０１０２】
この他本発明によれば全体として５つのレンズ群より成り、またレンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例１の広角端のレンズ断面図
【図２】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例１の望遠端の収差図
【図４】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例２の広角端のレンズ断面図
【図５】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例２の広角端の収差図
【図６】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例２の望遠端の収差図
【図７】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例３の広角端のレンズ断面図
【図８】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例３の広角端の収差図
【図９】本発明のズームレンズを用いた投影装置の該ズームレンズの数値実施例３の望遠端の収差図
【符号の説明】
Ｌ１第１群
Ｌ２第２群
Ｌ３第３群
Ｌ４第４群
Ｌ５第５群
ＳＰ絞り
ＧＢガラスブロック
ＬＣＤ画像表示素子
Ｓスクリーン
ＰＬズームレンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a zoom lens and a projection apparatus using the same, and is suitable for, for example, a projection apparatus that enlarges and projects an image of a display body on a screen at a fixed distance at a fixed distance. Uses a plurality of liquid crystals for each light, and after color composition of each color light, it has a small telecentric performance with a simple configuration suitable for projecting high-definition images on a screen through a single projection lens. The present invention relates to a zoom lens and a projection apparatus using the zoom lens.
[0002]
[Prior art]
A negative lead type zoom lens preceded by a lens unit having a negative refractive power has features such as a relatively wide angle of view and the ability to maintain performance at close-up shooting distances. There are disadvantages such as an increase in the amount of movement for doubling, difficulty in increasing the magnification, and a large variation in lateral chromatic aberration.
[0003]
For example, Japanese Patent Publication No. 49-23912, Japanese Patent Publication No. 53-34539, Japanese Patent Publication No. 57-163213 have disclosed zoom lenses that improve these drawbacks and reduce the overall size and size of the lens system. JP-A-58-4113, JP-A-63-241511, and JP-A-2-201310.
[0004]
In each of these publications, the zoom lens is composed of four lens groups in order from the object side in order of negative, positive, negative, and positive refractive power, and a predetermined lens group is appropriately moved to change the zoom lens. Have done twice.
[0005]
As a zoom lens for liquid crystal projection, the present applicant has proposed a 4-group type telecentric zoom lens composed of four lens groups of negative, positive, positive and positive refractive power in Japanese Patent Application No. 9-272245. is doing. Here, the function of each lens group is to move the first to third lens groups to the large conjugate (object) side and the fourth lens group to the small conjugate (image plane) side with respect to zooming from the wide-angle end to the telephoto end. A telecentric zoom lens in which distortion / chromatic aberration corresponding to an XGA panel is corrected satisfactorily is proposed.
[0006]
Further, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-190821 the negative refractive power first group, the positive refractive power second group, the negative refractive power third group, A fourth group of refractive power and a fifth group of positive refractive power, and the second group and the fourth group are moved to the conjugate point side having a long distance to change the magnification from the wide-angle end to the telephoto end. A zoom lens is proposed in which the conjugate point at a short distance is substantially telecentric.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When enlarging and projecting a display image on a screen with an optical system, particularly when a liquid crystal display is used separately for each of a plurality of color lights, and each color light is synthesized and projected by a single projection lens, the following conditions are satisfied: It will be necessary.
(A-1) So-called telecentric optics in which the panel side pupil (exit pupil) is far away in order to eliminate the influence of the light distribution characteristics of the liquid crystal or the angle dependency of the color synthesis dichroic mirror when synthesizing a plurality of color lights. Be a system.
(A-2) A long back focus is required to secure a space for the color synthesizing element interposed between the display body and the projection lens.
(A-3) Usually, in order to project the display image upward on the screen, the display body is used with its center position shifted with respect to the optical axis of the projection lens, and as a result, the vicinity of the front lens is used. Since the effective region is not symmetrical with respect to the optical axis but is biased upward and the front lens diameter becomes large, an improvement means is necessary.
(A-4) Since a plurality of color lights are combined, it is necessary to minimize the lateral chromatic aberration generated in the projection lens.
[0008]
In general, in order to have a long back focus, it is necessary to make the entire lens system a so-called retro type in which a lens group having a negative refractive power is disposed on the screen side and a lens group having a positive refractive power is disposed on the projected image original image side.
[0009]
However, since the lens system becomes asymmetric when the retro type is used, various aberrations are generated, and it becomes difficult to obtain good optical performance. In addition, the number of lenses increases and the entire lens system becomes complicated and large. Further, if the telecentricity of the projection lens is improved, there arises a problem that the entire lens system becomes large. In addition, the incident height of the off-axis light beam becomes high, and there arises a problem that many high-order aberrations are generated.
[0010]
  While the present invention has a small and simple configuration,,It is an object of the present invention to provide a zoom lens suitable for a projection device and a projection device using the same.
[0011]
In addition, the present invention is composed of five lens groups as a whole, and adopts a negative lead type as a lens type, and appropriately configures each lens group, thereby reducing the size of the entire lens system and zooming range. An object of the present invention is to provide a zoom lens suitable for a liquid crystal projector that maintains good telecentric conditions throughout and has good optical performance over the entire screen, and a projection apparatus using the zoom lens.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In the zoom lens according to the first aspect of the present invention, when the conjugate point having the longer distance is defined as the first conjugate point, the first lens group having a negative refractive power and the positive refractive power in order from the first conjugate point side. The zoom lens includes a second lens group, a third lens group having a negative refractive power, a fourth lens group having a negative refractive power, and a fifth lens group having a positive refractive power. From the zoom position at the wide angle end to the zoom position at the telephoto end. When zooming, the two or more lens groups are moved, the first lens group and the fifth lens group are fixed during zooming, and the conjugate point with the shorter distance is the second conjugate point. 2) The distance between the lens surface on the conjugate point side and the exit pupil position where the absolute value is the smallest during zooming is tk, and the focal length at the wide angle end of the entire system is fw.When the back focus is bf and the focal length of the i-th lens group is fi
| Tk | / fw> 1.5
0.674 ≦ bf / f5 <2.5
0.9 <lfll / bf <1.6
It is characterized by satisfying.
[0013]
  According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first lens group has one or more positive lenses and one or more negative lenses.
[0014]
  According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the fourth lens group includes a negative lens and one or more positive lenses in order from the first conjugate point side, and one positive lens of the fourth lens group. When the Abbe number of the material is ν4p
ν4p> 60
It is characterized by satisfying.
[0015]
  The invention of claim 4 is the invention of claim 3, wherein the combined refractive power of the third lens group and the fourth lens group at the wide-angle end is φ34w, and the refractive power of the entire system at the wide-angle end is φw.
0 <| φ34w | / φw <1.5
It is characterized by satisfying.
[0016]
  According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, the second lens group includes one or more positive lenses and one or more negative lenses, and the positive lens is made of a positive lens material having a small Abbe number. When the Abbe number is ν2p and the negative lens material having a large Abbe number among the negative lenses is ν2n
ν2p−ν2n> 8
It is characterized by satisfying.
[0017]
  A sixth aspect of the present invention is the negative lens material according to any one of the first to fifth aspects, wherein the third lens group has one or more negative lenses, and the negative lens has the smallest Abbe number among the negative lenses. When the Abbe number of ν3n
ν3n> 35
It is characterized by satisfying.
[0018]
  The invention of claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the back focus is bf and the focal length of the wide-angle end of the entire system is fw.
0.9 <bf / fw
It is characterized by satisfying.
[0019]
  The invention of claim 8 is the invention of any one of claims 1 to 7, wherein the fifth lens group has one or more positive lenses, and the Abbe number of one material of the positive lenses is ν5p. When
ν5p> 30
It is characterized by satisfying.
[0020]
  The invention of claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
1.1 <| fl / f2 | <2.3
[Expression 1]
It is characterized by satisfying.
[0021]
  The invention of claim 10 is the invention of any one of claims 1 to 5, wherein the focal length of the i-th lens group is fi and the focal length of the wide-angle end of the entire system is fw.
1 <| f1 | / fw <2.5
It is characterized by satisfying.
[0022]
  An eleventh aspect of the invention is the invention according to any one of the first to tenth aspects, wherein the imaging magnifications of the second lens group at the wide angle end and the telephoto end are β2w, β2t, The movement amounts of the four lens groups are M2 and M4, respectively, and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft.
Z2 = β2t / β2w
Z = ft / fw
When
0.8 <Z2 / Z <1.1
1.0 <| M2 / M4 | <11.0
0.4 <M2 / (ft−fw) <1.3
It is characterized by satisfying.
[0023]
  The invention of claim 12 is the invention of any one of claims 1 to 11, wherein the focal length of the i-th lens group is fi.
−0.9 <f2 / f4 <−0.01
It is characterized by satisfying.
[0024]
  The invention of claim 13 is the invention of any one of claims 1 to 12, wherein the focal length of the i-th lens group is fi and the focal length of the wide-angle end of the entire system is fw.
0.5 <f5 / fw <3.5
It is characterized by satisfying.
[0025]
  The invention of claim 14 is the invention of any one of claims 1 to 13, wherein the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
[Expression 2]
It is characterized by satisfying.
[0026]
  A projection device according to a fifteenth aspect of the present invention includes:14The projection image original image is projected on the screen surface using the zoom lens according to any one of the above.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1, 2, and 3 are a lens cross-sectional view, an aberration diagram at the wide-angle end, and an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 1 of the zoom lens according to the present invention.
[0033]
4, 5, and 6 are a lens cross-sectional view at the wide-angle end, an aberration diagram at the wide-angle end, and an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 2 of the zoom lens according to the present invention.
[0034]
7, 8, and 9 are a lens cross-sectional view at the wide-angle end, an aberration diagram at the wide-angle end, and an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 3 of the zoom lens according to the present invention.
[0035]
In the lens cross-sectional view, PL is a zoom lens. L1 is a first group (first lens group) having a negative refractive power, L2 is a second group (second lens group) having a positive refractive power, and L3 is a third group (third lens group) having a negative refractive power. , L4 is a fourth group (fourth lens group) having a negative refractive power, and L5 is a fifth group (fifth lens group) having a positive refractive power.
[0036]
S is a screen surface (projection surface), and LCD is an original image (projection surface) such as a liquid crystal panel (liquid crystal display element). The screen surface S and the original image LCD are in a conjugate relationship. Generally, the screen surface S is at a conjugate point with a longer distance (first conjugate point), and the original image LCD is at a conjugate point with a shorter distance (second conjugate point). Point).
[0037]
GB is a glass block such as a color synthesis prism, a polarizing filter, and a color filter.
[0038]
The zoom lens PL is included in the liquid crystal video projector main body via a connecting member (not shown).
[0039]
In the present embodiment, the second lens unit L2 and the fourth lens unit L4 are moved as indicated by arrows during zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
[0040]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, the third group is also moved as indicated by an arrow. The first group and the fifth group are fixed during zooming.
[0041]
The zoom lens PL of the present embodiment is composed of a substantially telecentric lens system that enlarges and projects an image on the display surface onto a screen. In the present embodiment, focusing is performed by moving the first group on the optical axis. The focusing may be performed by moving the third group, the fifth group, or the entire group. Alternatively, the display panel may be moved.
[0042]
The projection device of the present invention projects an original image of an LCD on a screen surface using a zoom lens PL.
[0043]
(Note: The following explanation has been developed as a reduction system that is the reverse of how it is used as a projector. However, since the light beam is optically reversible, there is no problem if the evaluation location is different. )
So-called telecentric optics in which the pupil (exit pupil) on the panel side is far away in order to eliminate the influence of the light distribution characteristics of the liquid crystal that is the display panel or the angle dependency of the color synthesis dichroic mirror film when combining multiple color lights The system is effective for glues as an efficient illumination means. In particular, it is necessary that the pupil (exit pupil) of the lens on the display panel side (reduction side) is far away. Specifically, in order to eliminate the angular dependence, it is preferable that the conditional expression (1) is satisfied.
[0044]
At this time, the pupil (aperture) of this lens system is preferably in the vicinity of the second lens group, and specifically, it should be coincident with the most screen side surface or panel side surface of the second lens group. When the second lens group is composed of a plurality of lenses, it may be inside the lens group.
[0045]
Further, it is preferable that the lenses constituting the fifth lens group have a positive biconvex lens so that the exit pupil has a desired length.
[0046]
A lens used as a projection lens for a color liquid crystal projection TV requires a long back focus because it is necessary to dispose a dichroic mirror or the like. In the present invention, in order to achieve a very short projection distance, the entire projection lens system is used. It is necessary to increase the refractive power, and in order to achieve both of these conditions, conditional expression (1) is satisfied.
[0047]
If the conditional expression (1) is not satisfied, it is difficult to shorten the projection distance while ensuring a predetermined length of back focus.
[0048]
  In the present invention, it is preferable to satisfy at least one of the following conditions in order to obtain a high optical performance over the entire screen with less variation in aberrations over the entire zoom range.
(A-1) The first lens group has one or more positive lenses and one or more negative lenses.
(A-2) The fourth group has a negative lens and one or more positive lenses in order from the first conjugate point side,OneWhen the Abbe number of the positive lens material is ν4p
  ν4p> 60 (2)
It is characterized by satisfying.
  When there are a plurality of positive lenses in the fourth group, any one positive lens may satisfy the conditional expression (2).
[0049]
Conditional expression (2) is a zooming group next to the second group, and the axial ray height is high and the off-axis ray height is not as high as the axial ray, but in the fourth group having a certain height, This is a conditional expression for reducing the occurrence of chromatic aberration and lateral chromatic aberration. Beyond this range, the chromatic aberration of magnification generated in the fourth lens group increases and is further amplified by the zoom system of the first lens group, the second lens group, and the third lens group, and the zoom fluctuation increases, resulting in a higher magnification.・ Advanced chromatic aberration correction cannot be performed. In addition, when there is one negative lens in the fourth lens group, it is desirable that the following expression is satisfied, assuming that the Abbe number of the material of the negative lens is ν4n.
[0050]
ν4n <50 (2a)
(A-3) When the combined refractive power of the third lens group and the fourth lens group at the wide-angle end is φ34w, and the refractive power of the entire system at the wide-angle end is φw
  0 <｜φ34w｜/Φw<1.5 (3)
It is characterized by satisfying.
[0051]
Conditional expression (3) defines the combined focal length of the third lens group and the fourth lens group. Exceeding the lower limit of conditional expression (3) increases the amount of movement due to zooming, which is undesirable for downsizing of the entire system. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, it will be difficult to correct aberrations in field curvature, which is not desirable.
(A-4) The second lens group includes one or more positive lenses and one or more negative lenses, and the positive lens material having a small Abbe number among the positive lenses is represented by ν2p. When the Abbe number of the negative lens material with a large Abbe number is ν2n
ν2p−ν2n> 8 (4)
It is characterized by satisfying.
[0052]
Conditional expression (4) not only suppresses chromatic aberration that occurs in the second lens group that is the main variable magnification system, but also works in a direction to cancel lateral chromatic aberration that occurs in the first lens group that remains uncorrected. At this time, it is preferable that the pupil (aperture) of this lens system is in the vicinity of the second lens group. Specifically, it is preferable to match the surface of the second lens group closest to the screen or the surface of the panel. In particular, when the second lens group is composed of a plurality of lenses, it may be inside the lens group. By doing so, the position where off-axis light passes through the first lens group and the second lens group is not so far from the optical axis, which is also effective in generating lateral chromatic aberration. Further, the effective diameter of the first lens group can be reduced, and a small and simple zoom lens can be achieved.
[0053]
The positive lens having a small Abbe number among the positive lenses refers to the positive lens when the number of positive lenses is one, and the positive lens having the smallest Abbe number when there are a plurality of positive lenses. . Hereinafter, all such expressions are used in the same meaning.
[0054]
(A-5) When the third lens group has one or more negative lenses and the Abbe number of the negative lens material having the smallest Abbe number among the negative lenses is ν3n
ν3n> 35 (5)
It is characterized by satisfying.
[0055]
Conditional expression (5) is a condition for suppressing fluctuations in chromatic aberration (axial chromatic aberration, lateral chromatic aberration), and favorably generates chromatic aberration in the fourth lens group, which is another variable power group from the stop to the panel side. This is a condition for correction.
[0056]
(A-6) When the back focus is bf and the focal length at the wide-angle end of the entire system is fw
0.9 <bf / fw (6)
It is characterized by satisfying.
[0057]
In addition, a lens system used as a projection lens for a color liquid crystal projection TV requires a long back focus because it is necessary to arrange a dichroic mirror or the like. In the present invention, a projection lens is used to achieve a very short projection distance. The refractive power of the entire system is strengthened. Conditional expression (6) is for achieving both of these conditions.
[0058]
(A-7) The fifth lens group has one or more positive lenses, and the Abbe number of one material of the positive lenses is ν5p
ν5p> 30 (7)
In the fifth lens group closest to the display panel and having the off-axis light beam passing most outside the lens besides the first lens group, the telecentric relationship should not be broken depending on the wavelength. Conditional expression (7) is for appropriately setting the Abbe number of the material of the positive lens constituting the fifth lens group. In particular, when the fifth lens group is composed of one lens, it is more preferable that the fifth lens group falls within the following range.
[0059]
ν5p> 35 (7a)
(A-8) When the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
1.1 <| fl / f2 | <2.3 (8)
[0060]
[Equation 5]
[0061]
It is characterized by satisfying.
[0062]
Conditional expressions (8) and (9) appropriately define the relationship between the second lens group, which is the main variable power group, and the first lens group. If the lower limit of conditional expression (8) is exceeded, the front lens diameter determined by the first lens group becomes large, and distortion at the wide-angle end becomes large, which is not appropriate. If the value deviates from the upper limit value, it is necessary to increase the amount of movement of the second lens group in order to obtain a desired zoom ratio, and the entire system becomes large and is not suitable.
[0063]
Conditional expression (9) makes the power of the main zoom group appropriate, and if the lower limit is exceeded, the image plane is overcorrected and is not appropriate. On the other hand, if the upper limit is exceeded, it is necessary to increase the amount of movement of the second lens unit in order to obtain a desired zoom ratio, which makes the entire system larger and unsuitable.
[0064]
Conditional expression (9) makes the power of the main zoom group appropriate, and if the lower limit is exceeded, the image plane is overcorrected and is not appropriate. On the other hand, if the upper limit is exceeded, it is necessary to increase the amount of movement of the second lens unit in order to obtain a desired zoom ratio, which makes the entire system larger and unsuitable.
[0065]
(A-9) When the focal length of the i-th lens group is fi and the focal length at the wide-angle end of the entire system is fw
1 <| f1 | / fw <2.5 (10)
It is characterized by satisfying.
[0066]
Conditional expression (10) is mainly for correcting distortion appropriately. If the upper limit of conditional expression (10) is deviated, the distortion at the wide-angle end exceeds the lower limit, making it difficult to properly correct the distortion at the telephoto end.
(A-10) The imaging magnifications of the second lens group at the wide-angle end and the telephoto end are β2w and β2t, the movement amounts of the second lens group and the fourth lens group due to zooming are M2 and M4, respectively. The focal lengths at the wide-angle end and the telephoto end are fw and ft.
Z2 = β2t / β2w
Z = ft / fw
When
0.8 <Z2 / Z <1.1 (11)
1.0 <| M2 / M4 | <11.0 (12)
0.4 <M2 / (ft−fw) <1.3 (13)
It is characterized by satisfying. Here, the movement toward the second conjugate point is positive, and the opposite is negative.
[0067]
Conditional expression (11) appropriately defines the ratio of zooming between the second lens group and the fourth lens group as the zooming group. The third lens group is preferably in this range because it is reduced upon zooming. If it deviates from this range, the lens system having a desired zoom ratio will be enlarged.
[0068]
Conditional expressions (12) and (13) make the length of the entire lens and the amount of movement of each zooming group appropriate. In particular, in the second lens group and the fourth lens group, the power of the fourth lens group tends to be weaker, so this range is preferable for appropriate magnification sharing. In particular, it is more preferable that the movement amount of the second lens group exceeds the movement amount of the fourth lens group.
(A-11) When the focal length of the i-th lens group is fi
−0.9 <f2 / f4 <−0.01 (14)
It is characterized by satisfying.
[0069]
Conditional expression (14) is for appropriately setting the refractive power of the fourth lens group between the second lens group and the fourth lens group.
[0070]
  In particular, conditional expression (14) is a useful expression for appropriately setting the Petzval sum while appropriately adjusting the power arrangement and zooming of the main zooming group.
(A-12) When the back focus is bf and the focal length of the i-th lens group is fi, 0.0.674 ≦bf / f5 <2.5 (15)
0.9 <lfll / bf <1.6 (16)
It is characterized by satisfying.
[0071]
Conditional expressions (15) and (16) are mainly for appropriately setting the exit pupil and distortion of the entire system.
[0072]
Here, the back focus bf is a distance from the fifth lens group to the display body and is an air conversion length excluding dichroic rhythm and the like. Conditional expression (15) is an expression necessary for making the entire system appropriately telecentric.
[0073]
Conditions necessary for the light beam vertically emitted from the display panel to enter the fifth lens group and be refracted to efficiently reach the pupil (aperture), and to make the effective diameter near the front lens (first lens group) appropriate. It is.
[0074]
When the upper limit is exceeded, the size increases, and when the lower limit is exceeded, distortion occurs. Conditional expression (16) is also a condition for making the exit pupil longer and telecentric while taking distortion appropriately. When the upper limit is exceeded, the diameter of the first lens group becomes large, and when the upper limit is exceeded, distortion at the wide-angle end increases, which is not appropriate.
(A-13) When the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal length of the entire system at the wide angle end is fw.
0.5 <f5 / fw <3.5 (17)
It is characterized by satisfying.
[0075]
Conditional expression (17) is mainly for optimizing the distance from the zoom lens to the panel while making the entire zoom lens system optimally telecentric.
[0076]
If the lower limit of conditional expression (17) is exceeded, optimum telecentricity cannot be satisfied, and if the upper limit is exceeded, the size is increased and is not suitable.
[0077]
When the focal length of the i-th lens group is fi and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
[0078]
[Formula 6]
[0079]
It is characterized by satisfying.
[0080]
Conditional expressions (18) to (21) are mainly for reducing the size by appropriately adjusting the amount of movement of each group while appropriately arranging the power (refractive power) of each lens group.
[0081]
Conditional expression (18) is for sufficiently suppressing the distortion in the first group and ensuring a sufficient back focus.
[0082]
If the upper limit is exceeded, the amount of movement for focusing increases, the overall length becomes longer, and the back focus becomes shorter. On the contrary, if the lower limit is exceeded, the amount of movement for focusing decreases, but correction of distortion becomes difficult, and at the same time, the Petzval sum becomes negative and the image plane collapses, which is not preferable.
[0083]
Conditional expression (19) is a condition for allowing the third lens unit fixed during zooming to contribute appropriately to the fourth lens unit for zooming and maintaining the third lens unit with a simple configuration.
[0084]
Conditional expression (20) shows an appropriate power arrangement of the lens group contributing to zooming. If the upper limit value is exceeded, the amount of movement for obtaining a desired zoom ratio increases, and the entire lens system becomes large and is not appropriate. When the lower limit is exceeded, the amount of movement of each group decreases, but aberration fluctuations accompanying zooming, particularly fluctuations in field curvature, increase and are not appropriate.
[0085]
Conditional expression (21) is a condition necessary for making the exit pupil long and telecentric together with conditional expression (15). If the lower limit is exceeded, even if the telecentric structure is used, distortion will occur in the fifth group, which is not appropriate. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the size of the entire system increases and is not suitable.
(A-15) In order to reduce the size and reduce the amount of movement of the zooming group effectively while reducing the size with a simple configuration and further reducing the occurrence and fluctuation of chromatic aberration, Each lens group has a distance between the second lens group and the third lens group increased and a distance between the fourth lens and the fifth lens group increased at the zoom position at the telephoto end with respect to the zoom position. It is good to move.
[0086]
Here, the second lens group is the main zoom lens group, and the zoom lens moves to change the magnification, and the fourth lens group moves accordingly, thereby correcting the fluctuation of the imaging position moved by zooming. To do.
[0087]
Further, the second lens group and the fourth lens group may be moved to the screen side at different speeds during zooming, and the third lens group may be moved so as to correct the variation of the imaging position that is moved by zooming. In zooming, the third lens group may be changed by only the second lens group and the fourth lens group which are fixed.
(A-16) The second lens group, which is the main variable power group, is composed of at least one positive lens and one negative lens. When the third lens group is fixed, at least one negative lens is used. It is preferable to achieve a simple configuration.
(A-17) The fifth lens group is closest to the display panel and provides a relatively strong positive refractive power to realize a telecentric system. Furthermore, it is desirable that the fifth lens unit is composed of a single positive lens having a convex surface facing the screen side to achieve both correction of off-axis field curvature and simplification of the configuration.
(A-18) It is preferable to change the magnification by moving the second lens group and the fourth lens group in the same direction. According to this, it is possible to achieve a zoom lens having a high zoom ratio while reducing the movement amount and movement space of each group. , And the front lens diameter determined by the off-axis oblique light beam can be reduced.
(A-19) The first lens group has a negative refractive power and ensures a long back focus due to the space of the color synthesizing element. In particular, in order to increase the back focus, it is preferable to dispose a meniscus negative lens having a convex surface on the screen side in the first lens group. In addition, by appropriately arranging the refractive power of each group and fixing the first lens group during zooming, the position of the off-axis oblique light beam can be reduced, and a lens system with a uniform overall length can be obtained while simplifying the configuration. Can be achieved. In order to reduce distortion at the wide-angle end, it is preferable to arrange a convex lens on the most object side of the first lens group. According to this, it is possible to satisfactorily correct distortion correction at a position where the off-axis light beam passes most. In particular, this convex lens is preferably a positive lens having a convex surface on the screen side.
[0088]
In the numerical example 1 of FIG. 1, zooming from the wide-angle end to the telephoto end causes the first lens group and the fifth lens group to be fixed, the second lens group and the fourth lens group move to the screen side, and the third lens group. Moves in a convex locus toward the screen with an inflection point in the middle of the zoom. The third lens group moves from the wide-angle end to the display panel side (the opposite side of the screen) from the telephoto end. On this occasion
The second lens group and the fourth lens group are multiplied, and the third lens group is reduced in the entire zoom range. The product name FSL5 (manufactured by OHARA Co., Ltd.) is used for the convex lens closest to the object side of the fourth lens group.
[0089]
In Numerical Example 2 of FIG. 4, during zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens unit and the fifth lens unit are fixed during zooming, and the second lens unit moves to the screen side. The third lens unit has an inflection point in the middle of the zoom and moves along a convex locus toward the screen. The third lens group moves from the wide-angle end to the display panel side (the opposite side of the screen) from the telephoto end. The fourth lens unit moves in an angular locus toward the panel with an inflection point in the middle of the zoom. The fourth lens group moves from the wide-angle end to the display panel side (the opposite side of the screen) from the telephoto end. At this time, the second lens group and the third lens group are multiplied, but the fourth lens group is slightly reduced. FPL51 (manufactured by OHARA) is used for the convex lens closest to the object side of the fourth lens group. An aspherical surface is disposed on the image side surface of the meniscus concave lens of the first lens group.
[0090]
In Numerical Example 3 of FIG. 7, during zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens group, the third lens group, and the fifth lens group are fixed during zooming, and the second lens group moves to the screen side. The fourth lens group moves from the wide-angle end to the display panel side (the opposite side of the screen) from the telephoto end. At this time, the second lens group is multiplied, but the fourth lens is slightly reduced.
[0091]
The numerical examples of the present invention will be described below.
[0092]
In the numerical examples, Ri is the radius of curvature of the i-th surface in order from the screen side, Di is the i-th optical member thickness and air spacing in order from the screen side, and Ni and νi are the i-th optical in order from the screen side. The refractive power and Abbe number of the material of the member. The aspherical shape has an X axis in the optical axis direction, an H axis in the direction perpendicular to the optical axis, a positive light traveling direction, R is a paraxial radius of curvature, and each aspheric coefficient is K, B, C, D, E. When
[0093]
[Expression 7]
[0094]
It is expressed by the following formula. For example, the display of “e-Z” is “10^-Z"Means.
[0095]
  In the numerical example 1, the final four planes are used.PiecesIn the numerical example 3, the last two surfaces are glass blocks.
[0096]
Table 1 shows the relationship between the above-described conditional expressions and various numerical values in the numerical examples.
[0097]
[Outside 1]
[0098]
[Outside 2]
[0099]
[Outside 3]
[0100]
[Table 1]
[0101]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to achieve a zoom lens suitable for a projection apparatus and a projection apparatus using the same, in which magnification chromatic aberration is sufficiently corrected while having a small and simple configuration.
[0102]
In addition, according to the present invention, the lens system is composed of five lens groups as a whole, and a negative lead type is adopted as the lens type. By appropriately configuring each lens group, the entire lens system can be reduced in size and zoomed. It is possible to achieve a zoom lens suitable for a liquid crystal projector having a good optical performance over the entire screen while maintaining a good telecentric condition over the entire range and a projection apparatus using the zoom lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end of Numerical Example 1 of the zoom lens of a projection apparatus using the zoom lens of the present invention.
FIG. 2 is an aberration diagram at the wide-angle end of Numerical Example 1 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 3 is an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 1 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 4 is a lens cross-sectional view at the wide angle end of Numerical Example 2 of the zoom lens of the projection apparatus using the zoom lens of the present invention.
FIG. 5 is an aberration diagram at the wide-angle end of Numerical Example 2 for the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 6 is an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 2 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 7 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end of Numerical Example 3 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 8 is an aberration diagram at the wide-angle end of Numerical Example 3 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
FIG. 9 is an aberration diagram at the telephoto end of Numerical Example 3 of the zoom lens of the projection device using the zoom lens of the present invention.
[Explanation of symbols]
L1 first group
L2 second group
L3 3rd group
L4 4th group
L5 5th group
SP Aperture
GB glass block
LCD image display element
S screen
PL zoom lens

Claims

距離が長い方の共役点を第１共役点としたとき、該第１共役点側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端のズーム位置から望遠端のズーム位置への変倍に際して、２以上のレンズ群を動かし、該第１レンズ群と第５レンズ群は、変倍中固定であり、距離が短い方の共役点を第２共役点としたとき、最も第２共役点側のレンズ面から射出瞳位置までの距離のうち変倍中において絶対値が最も小さくなる距離をｔｋ、全系の広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスをｂｆ、前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたときとしたとき
｜ｔｋ｜／ｆｗ＞１．５
０．６７４≦ｂｆ／ｆ５＜２．５
０．９＜ｌｆｌｌ／ｂｆ＜１．６
を満足することを特徴とするズームレンズ。When the conjugate point having the longer distance is defined as the first conjugate point, the first lens group having a negative refractive power, the second lens group having a positive refractive power, and the negative refractive power in order from the first conjugate point side. A third lens group, a fourth lens group having a negative refractive power, and a fifth lens group having a positive refractive power, and at the time of zooming from the zoom position at the wide-angle end to the zoom position at the telephoto end, two or more lens groups The first lens unit and the fifth lens unit are fixed during zooming, and when the conjugate point with the shortest distance is set as the second conjugate point, the exit pupil extends from the lens surface closest to the second conjugate point side. A distance where the absolute value becomes the smallest during zooming among distances to the position is tk, a focal length at the wide angle end of the entire system is fw , a back focus is bf, and a focal length of the i-th lens group is fi When | tk | / fw> 1.5
0.674 ≦ bf / f5 <2.5
0.9 <lfll / bf <1.6
A zoom lens characterized by satisfying

前記第１レンズ群は１以上の正レンズと１以上の負レンズを有することを特徴とする請求項１のズームレンズ。The zoom lens according to claim 1, wherein the first lens group includes one or more positive lenses and one or more negative lenses.

前記第４レンズ群は第１共役点側から順に負レンズと１以上の正レンズを有し、該第４レンズ群のうちの１つの正レンズの材質のアッベ数をν４ｐとするとき
ν４ｐ＞６０
を満足することを特徴とする請求項２のズームレンズ。The fourth lens group has a negative lens and one or more positive lenses in order from the first conjugate point side, and ν4p> 60 when the Abbe number of the material of one positive lens in the fourth lens group is ν4p.
The zoom lens according to claim 2, wherein:

広角端における前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成屈折力をφ３４ｗ、広角端における全系の屈折力をφｗとしたとき
０＜｜φ３４ｗ｜／φｗ＜１．５
を満足することを特徴とする請求項３のズームレンズ。When the combined refractive power of the third lens group and the fourth lens group at the wide-angle end is φ34w and the refractive power of the entire system at the wide-angle end is φw, 0 <| φ34w | / φw <1.5
The zoom lens according to claim 3, wherein:

前記第２レンズ群は、１以上の正レンズと１以上の負レンズで構成され、該正レンズのうち小さなアッベ数を持つ正レンズの材質のアッベ数をν２ｐ、負レンズのうち大きなアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν２ｎ、としたとき
ν２ｐ−ν２ｎ＞８
を満足することを特徴とする請求項４のズームレンズ。The second lens group includes one or more positive lenses and one or more negative lenses, and the positive lens material having a small Abbe number among the positive lenses has a Abbe number of ν2p and the negative lens has a large Abbe number. When the Abbe number of the material of the negative lens is ν2n, ν2p−ν2n> 8
The zoom lens according to claim 4, wherein:

前記第３レンズ群は１以上の負レンズを有し、該負レンズのうち最も小さいアッベ数を持つ負レンズの材質のアッベ数をν３ｎとしたとき
ν３ｎ＞３５
を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。The third lens group has one or more negative lenses, and ν3n> 35 when the Abbe number of the material of the negative lens having the smallest Abbe number among the negative lenses is ν3n.
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.

バックフォーカスをｂｆ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
０．９＜ｂｆ／ｆｗ
を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項のズームレンズ。When the back focus is bf and the focal length at the wide-angle end of the entire system is fw, 0.9 <bf / fw
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.

前記第５レンズ群は１以上の正レンズを有し、該正レンズのうちの１つの材質のアッベ数をν５ｐとしたとき
ν５ｐ＞３０
を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。The fifth lens group has one or more positive lenses, and ν5p> 30 when the Abbe number of one material of the positive lenses is ν5p.
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.

前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
１．１＜｜ｆｌ／ｆ２｜＜２．３
を満足することを特徴とする１から８のいずれか１項のズームレンズ。1.1 <| fl / f2 | <2.3 where the focal length of the i-th lens group is fi and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
9. The zoom lens according to any one of 1 to 8, wherein:

前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき
１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．５
を満足することを特徴とする１から９のいずれか１項のズームレンズ。When the focal length of the i-th lens group is fi and the focal length of the wide-angle end of the entire system is fw, 1 <| f1 | / fw <2.5
10. The zoom lens according to any one of 1 to 9, wherein:

前記第２レンズ群の広角端と望遠端の結像倍率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群と第４レンズ群の移動量を各々Ｍ２，Ｍ４、全系の広角端と望遠端の焦点距離をｆｗ，ｆｔとし
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおいたとき
０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１
１．０＜｜Ｍ２／Ｍ４｜＜１１．０
０．４＜Ｍ２／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．３
を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。The image forming magnifications of the second lens group at the wide angle end and the telephoto end are β2w and β2t, the movement amounts of the second lens group and the fourth lens group due to zooming are M2 and M4, respectively, and the wide angle end and the telephoto end of the entire system. Let Z2 = β2t / β2w with the focal length of fw and ft
Z = ft / fw
0.8 <Z2 / Z <1.1
1.0 <| M2 / M4 | <11.0
0.4 <M2 / (ft−fw) <1.3
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.

前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき
−０．９＜ｆ２／ｆ４＜−０．０１
を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項のズームレンズ。When the focal length of the i-th lens group is fi, -0.9 <f2 / f4 <-0.01
The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following.

前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとするとき
０．５＜ｆ５／ｆｗ＜３．５
を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項のズームレンズ。When the focal length of the i-th lens group is fi and the focal length at the wide-angle end of the entire system is fw, 0.5 <f5 / fw <3.5
Any one of the zoom lens of claims 1 to 12, characterized by satisfying.

前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき
を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項のズームレンズ。When the focal length of the i-th lens group is fi and the focal lengths of the wide-angle end and the telephoto end of the entire system are fw and ft, respectively.
Any one of the zoom lens of claims 1 to 13, characterized by satisfying.

請求項１から１４のいずれか１項のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影していることを特徴とする投影装置。Projection apparatus characterized by using any one of the zoom lens of claims 1 14 is projecting a projection image original picture on the screen surface.