JP6160424B2 - 投射用ズームレンズ - Google Patents
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Description
カメラ用の撮影レンズでは、レンズの有効領域を全て使用可能である。
しかし、画像の投射に用いられるレンズでは、投射画像が斜光線により結像されるため、画像投射領域として利用できる範囲は、レンズの有効領域の一部である。
装置に用いられる投射用ズームレンズであって、拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ
群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構成であり、第1レンズ群は、負の屈折力を
有し、第2レンズ群は、負の屈折力を有し、第3レンズ群は、正の屈折力を有し、前記第
1レンズ群は少なくとも2枚の負レンズを有し、前記第2レンズ群に配される正レンズの
中でd線のアッベ数が最も低いレンズが、両凸レンズであり、広角端における半画角:ω
w、第1レンズ群の焦点距離:f1、第2レンズ群の焦点距離:f2、第2レンズ群に配
される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズのd線のアッベ数:νd2p、第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズのd線の屈折率:Nd2nが、条件:
(1) 34度≦ωw<45度
(2) 0.1<f1/f2<1.0
(8) 18.0<νd2p<30.0
(9) 1.45<Nd2n<1.75
を満足することを特徴とする。
なお、以下において「〜」は、「ないし」を簡略化した記載である。
前述の如く、「投射用のレンズ」は結像光線が「斜光線」であり、この発明の投射用ズームレンズも、投射画像を結像する投射用光束としては「斜光線の光束」が用いられる。
上記各図において、図の左方が「拡大側」、右方が「縮小側」である。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号G1は第1レンズ群、符号G2は第2レンズ群、符号G3は第3レンズ群、符号G4は第4レンズ群、符号G5は第5レンズ群をそれぞれ示す。
これら実施の形態・実施例において、ライトバルブとしては「微小ミラーデバイスであるDMD」を想定しているが、勿論、ライトバルブがこれに限定される訳ではない。
即ち、第1レンズ群乃至第5レンズ群において、第1レンズ群G1乃至第3レンズ群G3の屈折力配分は「負・負・正」である。
正で、第5レンズ群が「正または負」であることができる。
第4レンズ群G4、第5レンズ群G5の屈折力はまた、請求項7のように、第4レンズ
群が負で、第5レンズ群が「正または負」であることができる。
即ち、第4、第5レンズ群G4、G5の屈折力は「正・負」、「正・正」、「負・負」、「負・正」の組み合わせが可能である。
即ち、この発明の投射用ズームレンズの広角端における半画角は、34度よりも大きく、45度未満であり、該ズームレンズは極めて広画角である。
条件(2)の下限を超える場合は、第1レンズ群G1の屈折力が絶対値で相対的に大きくなり、非点隔差が大きくなり易い。
(10)〜(12)の1以上を満足させることにより、さらに良好な性能を実現できる。
この発明の投射用ズームレンズは、前記条件(1)、(2)とともに以下における条件
(8)、(9)を満足する。
(4) 0 < 1/|f1_3w| < 0.14
(5) 0.5 < |f1_3w/fw| < 8.0
(6) Nd2p・νd2p < Nd2n・νd2n
(7) 1.70 < Nd2p < 2.10
(8) 18.0 < νd2p < 30.0
(9) 1.45 < Nd2n < 1.75
(10) 48.0 < νd2n < 90.0
(11) 1.0 < |f2p/f2n| < 2.0
(12) 2.5E−04 < |f2p2n| < 2.0E−02 。
「Nd2p」は、第2レンズ群に配される正レンズの中で「d線のアッベ数が最も低い正レンズ」のd線の屈折率、「νd2p」は該正レンズのd線のアッベ数を表す。
第1レンズ群G1は「フォーカス群」であり、変倍時は固定されている。
広角の投射用ズームレンズでは、最も広角側のレンズ群(第1レンズ群)は「光線の跳ね上げ角度」を高くする必要があるため必然的にレンズ径が大きくなる。
また、比重の高い高屈折率ガラスを主に使用するので重くなりがちである。
従って、変倍に際して第1レンズ群を固定群とすることにより、変倍の際に第1レンズ群を移動させる場合と比較して、レンズ群の偏心の発生を抑えられる。
条件(3)の下限を超える場合は、ズーム比:1.45倍を達成するのが困難となる。
条件(4)を満足することにより、変倍時における第2レンズ群G2による収差補正を最適化でき、コマ収差を初めとする諸収差の残存を有効に回避できる。
条件(5)の上限または下限を超えると、コマ収差が大きく発生し易く、倍率色収差も大きく成り易い。
この組み合わせには、色消しを改善し、ペッツバール和を小さくする作用がある。
条件(9)を満足することにより、大きな倍率色収差とペッツバール和を抑制する上で有効である。
条件(10)を満足することにより、倍率色収差の抑制に有効に作用する。
上に説明した「画像表示素子の表示面に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射用ズームレンズ」は、5レンズ群構成である。
即ち、拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなり、第1レンズ群は「負」、第2レンズ群は「負」、第3レンズ群は「正」の屈折力を有する。
このような構成において、第4レンズ群の屈折力を「負」とする場合、前記条件(1)、(2)の範囲のうち、以下の条件:
(1A) 43度<ωw<45度
(2A) 0.9 < f1/f2 < 1.0
を満足するのが良く、またこれらの条件(1A)、(2A)と共に、以下の条件(3A)乃至(12A)の1以上を満足するようにするのがよい。これら条件(1A)乃至(12A)は条件(1)乃至(12)の範囲内である。
(3A) 0.5 < D3/F3 または、D4/F4 < 0.55
(4A) 0.12 < 1/|f1_3w| < 0.14
(5A) 0.5 < |f1_3w/fw| < 0.7
(6A) Nd2p・νd2p < Nd2n・νd2n
(7A) 1.8 < Nd2p < 1.9
(8A) 23.0 < νd2p < 24.0
(9A) 1.7 < Nd2n< 1.75
(10A) 48 < νd2n< 50
(11A) 1.5 < |f2p/f2n| < 1.8 (12A)1.2E−02 < |f2p2n| < 1.6E−02 。
条件(3A)乃至(12A)の各パラメータは、上述の条件(3)乃至(12)の各パラメータと同一である。 第4レンズ群が「負」の屈折力を持つ構成とする場合は、条件(1A)、(2A)と共に条件(3A)乃至(12A)の1以上を満足することにより、上述の条件(1)乃至(12)の果たす役割を、同様に機能させることができる。
また、第4レンズ群の屈折力を「正」とする場合には、前記条件(1)、(2)の範囲のうち、以下の条件:
(1B) 34度≦ωw<45度
(2B) 0.1 < f1/f2 < 0.5
を満足するのが良く、またこれらの条件(1B)、(2B)と共に、以下の条件(3B)乃至(12B)の1以上を満足するようにするのがよい。
これら条件(1B)乃至(12B)は条件(1)乃至(12)の範囲内である。
(3B) 0.3 < D3/F3 または、D4/F4 <0.6
(4B) 0 < 1/|f1_3w| < 0.05
(5B) 1.7 < |f1_3w/fw| < 8.0
(6B) Nd2p・νd2p < Nd2n・νd2n
(7B) 1.70 < Nd2p < 2.10
(8B) 18.0 < νd2p < 30.0
(9B) 1.45 < Nd2n < 1.60
(10B) 58.0 < νd2n < 90.0
(11B) 1.0 < |f2p/f2n| < 1.4
(12B) 2.5E−04 < |f2p2n| < 4.6E−03 。
条件(3B)乃至(12B)のパラメータは、上述の条件(3)乃至(12)のパラメータと同一である。
第4レンズ群が「正」の屈折力を持つ場合には、条件(1B)、(2B)とともに、条件(3B)乃至(12B)の1以上を満足することにより、上述の条件(1)乃至(12)の果たす役割を、同様に機能させることができる。
微小ミラーデバイスをライトバルブとして用いる場合、投射用ズームレンズは、上記有効光を良好に取り込むとともに、無効光を出来る限り取り込まないことが必要である。
ズームレンズ4と照明系2のスペースの上記の如き関係上、ズームレンズ4のバックフォーカスをある程度確保する必要がある。
従って、変倍中においてもバックフォーカスは十分に大きく確保される。
なお、以下において、正の屈折力を持つレンズ群を「正群」、負の屈折力を持つレンズ群を「負群」と称する。
F:光学系全体の焦点距離
Fno:開口数
R:曲率半径(非球面にあっては「近軸曲率半径」)
D:面間隔
Nd:屈折率
Vd:アッベ数
BF:バックフォーカス 。
+C4・H4+C6・H6+C8・H8+C10・H10+・・・ 。
実施例1の投射用ズームレンズは、図1に示したものである。
第4レンズ群G4は正群で、拡大側に凸の正メニスカスレンズL41、拡大側に凸の正メニスカスレンズL42で構成されている。
実施例のデータを表1に示す。
非球面のデータを表2に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表4に示す。
図2の上段は「広角端(広角と表示)」、中段は「中間焦点距離(中間と表示)、下段は「望遠端(望遠徒表示)」の収差を示している。
「非点収差」の図における「T」はタンジェンシアル、「S」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。
実施例2の投射用ズームレンズは、図3に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
実施例2のデータを表5に示す。
非球面のデータを表6に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表8に示す。
実施例3の投射用ズームレンズは、図5に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
実施例3のデータを表9に示す。
非球面のデータを表10に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表12に示す。
実施例4の投射用ズームレンズは、図7に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31とL32で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例4のデータを表13に示す。
非球面のデータを表14に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表16に示す。
実施例5の投射用ズームレンズは、図9に示したものである。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例5のデータを表17に示す。
非球面のデータを表18に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表20に示す。
実施例6の投射用ズームレンズは、図11に示したものである。
実施例6のデータを表21に示す。
非球面のデータを表22に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表24に示す。
実施例7の投射用ズームレンズは、図13に示したものである。
実施例7のデータを表25に示す。
非球面のデータを表26に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表28に示す。
実施例8の投射用ズームレンズは、図15に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
第5レンズ群G5の屈折力は負であるが、この負の屈折力は弱い。
実施例8のデータを表29に示す。
非球面のデータを表30に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表32に示す。
実施例9の投射用ズームレンズは、図17に示したものである。
実施例9のデータを表33に示す。
非球面のデータを表34に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表36に示す。
実施例10の投射用ズームレンズは、図19に示したものである。
実施例10のデータを表37に示す。
非球面のデータを表38に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表40に示す。
実施例11の投射用ズームレンズは、図21に示したものである。
実施例11のデータを表41に示す。
非球面のデータを表42に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表44に示す。
実施例12の投射用ズームレンズは、図23に示したものである。
実施例12のデータを表45に示す。
非球面のデータを表46に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表48に示す。
実施例13の投射用ズームレンズは、図25に示したものである。
実施例13のデータを表49に示す。
非球面のデータを表50に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表52に示す。
実施例14の投射用ズームレンズは、図27に示したものである。
実施例14のデータを表53に示す。
非球面のデータを表54に示す。
条件(1)乃至(12)のパラメータの値を、表56に示す。
また、実施例1乃至14において、第1レンズ群G1には「非点収差と歪曲収差の補正効果」を持たせている。
実施例12、13の投射用ズームレンズでは、第4レンズ群が「負の屈折力」を有する。そして、これら実施例12、13では、前述の条件(1A)ないし(12A)を満足している。
また、実施例12、13以外の全ての実施例では、第4レンズ群は「正の屈折力」をもち、これらの実施例では前述の条件(1B)ないし(12B)を満足している。
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
Claims (15)
- 画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射用ズームレン
ズであって、
拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構
成であり、
第1レンズ群は、負の屈折力を有し、
第2レンズ群は、負の屈折力を有し、
第3レンズ群は、正の屈折力を有し、
前記第1レンズ群は少なくとも2枚の負レンズを有し、
前記第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズが、両凸
レンズであり、
広角端における半画角:ωw、第1レンズ群の焦点距離:f1、第2レンズ群の焦点距
離:f2、第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズのd
線のアッベ数:νd2p、第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズのd線の屈折率:Nd2nが、条件:
(1) 34度≦ωw<45度
(2) 0.1<f1/f2<1.0
(8) 18.0<νd2p<30.0
(9) 1.45<Nd2n<1.75
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群は固定群として、変倍の際に光軸方向に移動しないことを特徴とする投射
用ズームレンズ。 - 画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射用ズームレン
ズであって、
拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構
成であり、
第1レンズ群は、負の屈折力を有し、
第2レンズ群は、負の屈折力を有し、
第3レンズ群は、正の屈折力を有し、
第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズが、両凸レン
ズであり、
広角端における半画角:ωw、第1レンズ群の焦点距離:f1、第2レンズ群の焦点距
離:f2、第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズのd
線のアッベ数:νd2pが、条件:
(1) 34度≦ωw<45度
(2) 0.1<f1/f2<1.0
(8) 18.0<νd2p<30.0
を満足し、
前記第1レンズ群は固定群として、変倍の際に光軸方向に移動しないことを特徴とする
投射用ズームレンズ。 - 請求項3記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズのd線の屈折率:Nd2nが、条件:
(9) 1.45<Nd2n<1.75
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし4の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第3レンズ群の焦点距離:F3、第4レンズ群の焦点距離:F4、
広角側から望遠側への変倍に際して移動する第3レンズ群の移動量:D3、広角側から
望遠側への変倍に際して移動する第4レンズ群の移動量:D4が、条件:
(3) 0.3<D3/F3 または、D4/F4<0.6
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし5の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第4レンズ群の屈折力が正、第5レンズ群の屈折力が正または負であることを特徴とす
る投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし5の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第4レンズ群の屈折力が負、第5レンズ群の屈折力が正または負であることを特徴とす
る投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし7の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
広角端における第1ないし第3レンズ群の合成焦点距離:f1−3wが、条件:
(4) 0<1/|f1_3w|<0.14
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし7の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
広角端における第1ないし第3レンズ群の合成焦点距離:f1−3w、広角端における
全系の焦点距離:fwが、条件:
(5) 0.5<|f1_3w/fw|<8.0
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし9の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズの、d線の屈
折率:Nd2pおよびd線のアッベ数:νd2p、
第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズの、d線の屈
折率:Nd2nおよびd線のアッベ数:νd2nが、条件:
(6) Nd2p・νd2p<Nd2n・νd2n
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし10の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズのd線の屈折
率:Nd2pが、条件:
(7) 1.70<Nd2p<2.10
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし11の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズのd線のアッ
ベ数:νd2nが、条件:
(10) 48.0<νd2n<90.0
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし12の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズが、両凹レン
ズであることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし13の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズの焦点距離:
f2p、第2レンズ群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズの焦点
距離:f2nが、条件:
(11) 1.0<|f2p/f2n|<2.0
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし14の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第2レンズ群に配される正レンズの中でd線のアッベ数が最も低いレンズと第2レンズ
群に配される負レンズの中でd線のアッベ数が最も高いレンズの合成焦点距離:f2p2
nが、条件:
(12) 2.5E−04<|f2p2n|<2.0E−02
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
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