JP2003029147A - 投影用ズームレンズ - Google Patents

投影用ズームレンズ

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JP2003029147A JP2001211875A JP2001211875A JP2003029147A JP 2003029147 A JP2003029147 A JP 2003029147A JP 2001211875 A JP2001211875 A JP 2001211875A JP 2001211875 A JP2001211875 A JP 2001211875A JP 2003029147 A JP2003029147 A JP 2003029147A
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Masataka Machida
匡隆 町田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い光学性能と充分なテレセントリック性を
有した変倍率1.6程度の投影用ズームレンズを提供す
る。 【解決手段】 スクリーン側からメニスカス負レンズ,
正レンズおよび正レンズを順に配置した第1群,スクリ
ーン側からメニスカス負レンズ,両凹面の負レンズ,両
凹面の負レンズおよび両凸面の正レンズを順に配置した
第2群,正レンズおよび負レンズを持ち、正の成分を有
する第3群ならびにスクリーン側より凹,凸,凹,凸,
凸,凹,凸,凸および凹レンズを順に配置し、正の成分
を有する第4群を配置してある。そして、fw1,2<f
T1,2,(νd12+νd13)/νd11<4.8および−
1.3<{(fw1,2)/f4}<−1.1の条件を満足
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーンに画像
を投影するプロジェクタ用のズームレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、カラー液晶プロジェクタなど、画
像形成素子により作られた画像を拡大投影する装置の需
要が高まってきている。これら装置に用いる光学系は、
短い投影距離における高拡大投影が要請されるため、よ
り広角で高い光学性能が必要となってきた。広角化は短
い投影距離における高拡大に適している。しかしなが
ら、絞りを挟んで光学系のパワー配分の非対称性が強く
なり、同じ光源でさらに明るさを稼ぐため、大口径レン
ズが必要となり、その設計は極めて困難なものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記要請に応
えるもので、その目的は、高い光学性能と充分なテレセ
ントリック性を有した変倍率1.6程度の投影用ズーム
レンズを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による投影用ズームレンズは、カラー画像を拡
大してスクリーン上に投影する投影用ズームレンズにお
いて、スクリーン側からメニスカス負レンズ、スクリー
ン側凸面の正レンズおよびスクリーン側凸面の正レンズ
を順に配置し、正の成分を有する第1群,スクリーン側
からメニスカス負レンズ,両凹面の負レンズ,両凹面の
負レンズおよび両凸面の正レンズを順に配置し、負の成
分を有する第2群,正レンズおよび負レンズを持ち、正
の成分を有する第3群ならびにスクリーン側より凹,
凸,凹,凸,凸,凹,凸,凸および凹レンズを順に配置
し、正の成分を有する第4群とからなり、ワイドからテ
レに変倍する場合、前記第1群は画像形成素子側に移動
し、第2群は第1群から離れるように画像形成素子側に
移動し、第3群は第2群に近づきながらスクリーン側に
移動し、第4群はその前方の固定絞りとともにスクリー
ン側に移動し、かつ前記第3群と第4群の距離は大きく
なるように移動し、ワイド側およびテレ側の第1群と第
2群の合成焦点距離をそれぞれfw1,2,f T1,2,第1群
第1枚目と第2枚目と第3枚目のレンズのd線のアッベ
数をそれぞれνd11,νd12,νd13,第4群の焦点距
離をf4 としたとき、以下の(1)(2)および(3)
式の条件を満足するように構成されている。 fw1,2< fT1,2 ・・・(1) (νd12+νd13)/νd11<4.8 ・・・(2) −1.3<{(fw1,2)/f4 }<−1.1 ・・・(3) また、本発明は上記構成において、d線の屈折率をN
d,部分分散比をθとしたとき、 (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凸レンズのθg,dの平均値) <1.24 ・・・(4) (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凹レンズNdの平均値) >1.83 ・・・(5)
【0005】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳しく説明する。図1は、本発明によるズー
ムレンズを適用したカラー液晶プロジェクタ光学系の実
施の形態を示す概略図である。メタルハライドランプ,
超高圧水銀ランプなどの照明ランプ17を出射した光束
は、フライアイレンズ15,16を通り、さらにコンデ
ンサレンズ14を通過しビームスプリッタ13によって
R系とG,B系の光束に2分割される。R系の光束は全
反射ミラー11によって直角に曲げられコンデンサレン
ズ6を通りプリズム2の一面に対面する液晶膜3に入射
する。
【0006】一方、G,B系の光束は、ビームスプリッ
タ12でG系とB系の光束にさらに2分割される。G系
の光束は、コンデンサレンズ7を通り上記プリズム2の
他の面に対面する液晶膜4に入射する。B系の光束は全
反射ミラー10,9で180度向きを変えられ、コンデ
ンサレンズ8を通り上記プリズム2のさらに他の面に対
面する液晶膜5に入射する。各液晶膜3,4および5に
は画像信号が入力されており、画像信号によって変調さ
れたR,G,B系の光はプリズム2の各面に入射する。
プリズム2は4枚の直角プリズムを貼り合わせて構成し
たもので、各面から入射したR,G,B系の3原色の光
は合成される。合成された光は本発明による投影用ズー
ムレンズ1によって図示しないスクリーンに投影され
る。投影用ズームレンズ1は、液晶画像に対しシフトし
た状態で用いられる。
【0007】図2は、本発明による投影用ズームレンズ
の第1の実施の形態を示す図で、(a)はワイド状態,
(b)はノーマル状態,(c)はテレ状態をそれぞれ示
している。本発明は、スクリーン側から正,負,正,正
の4群のレンズ系で構成されている。ワイドからテレへ
のズーム変動時、第1群21は画像形成素子に近づく方
向に移動し、第2群22は第1群21から離れる方向に
画像形成素子側へ移動する。第3群23は第2群22に
近づきながらスクリーン側へ移動し、第4群24はその
前方の固定絞りとともにスクリーン側へ移動する。この
とき、第3群23と第4群24の距離は大きくなるよう
に移動する。
【0008】ここで第i群の焦点距離をfi ,第i群、
i枚目レンズのd線の屈折率をNd ij、アッベ数をνd
ij、焦点距離をfijと定義する。また、ワイド側および
テレ側の第1群と第2群の合成焦点距離をそれぞれfw1
,2,fT1,2とする。第1群21および第2群22は全体
で負の成分を持ち、歪曲収差の発生源となるが、各群内
の正レンズにより高次の逆符号の歪曲収差発生によって
これを打ち消している。さらに、第1群21と第2群2
2に分割することによりズーミングによる歪曲の変動を
より抑えている。また、各群のスクリーン側のレンズを
負の成分とすることにより、主点位置をより後方に設定
し、レンズ外径を小さく抑えることができる。そして、
式(1)に示す条件、すなわちテレ側の第1群21と第
2群22の合成焦点距離をワイド側より大きくすること
により同じ光学系全長内でズーム比を上げている。 fw1,2<fT1,2 ・・・(1)
【0009】第1群21はスクリーン側から、第1枚目
がスクリーン側凸面のメニスカス負レンズ,第2枚目、
3枚目ともにスクリーン側が凸面の正レンズの2枚で構
成されている。下記(2)式の条件により第1群中で発
生する軸上の色収差の補正を行っている。 (νd12+νd13)/νd11<fT1,2 ・・・(2) 第2群22はスクリーン側から、第1枚目がスクリーン
側凸面のメニスカス負レンズ,第2枚目,第3枚目とも
に両凹面の負レンズの2枚,第4枚目は両凸面の正レン
ズで構成されている。凹レンズ群に、通常の光学硝材を
用いると、組み合わせられる凸レンズとの波長による部
分分散化の違いからの倍率収差補正が過剰となり、投影
像周辺部の色ずれを起こす為、負レンズのうち、2枚以
上の異常分散硝材を用いてこれを解決している。また、
第2群内での軸上色収差を低減する効果を持つ。
【0010】第3群23は正の成分を有し、正レンズ、
負レンズの組み合わせにより、群内で色消し条件を満た
している。また、パワーを下げ、ズーム移動量を大きく
取ることで構成を単純にしている。
【0011】第4群24は全体として正の成分を有し、
スクリーン側より、凹、凸、凹、凸、凸、凹、凸、凸、
凹レンズで構成される。(3)の条件により、第4群自
体の移動量を減らし、ズーミング時の像面の変動を最小
としている。 −1.3<{(fw1,2)/f4 }<−1.1 ・・・(3)
【0012】第4群24中の凹、凸レンズの配置は特に
固定しない。スクリーン側に近い2枚レンズは合成で負
の成分として、画像形勢素子と光学系との距離を充分に
取れるようにしている。画像形成素子に近いレンズ群は
テレセントリック性を確保のため、正の成分で構成され
る。この画像形成素子に近い凸レンズ群に、通常の光学
硝材を用いると、組み合わせられる凹レンズ群との波長
による部分分散比の違いから倍率色収差補正が過剰とな
り、投影像周辺部の色ずれを起こす為、正レンズのう
ち、(4)の条件により、2枚以上の異常分散硝材を用
いてこれを解決している。 (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凸レンズの部分分散比θg,d の平均値)<1.24 ・・・(4) (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凹レンズNdの平均値)>1 .83 ・・・(5)
【0013】以下、具体的なデータ例を示す。 (表1) 実施例1 レンズ構成データ 面 曲率半径 間隔 屈折率 分散 (r) (d) (Nd) (νd) 1 161.0264 5.000000 1.80518 25.4 2 100.4281 19.59520 3 355.2381 15.00000 1.58913 61.2 4 -670.9831 0.5000000 5 150.0000 15.00000 1.51633 64.1 6 INFINITY 2.000000 〜 15.0749 (可変) 7 200.0000 4.000000 1.65160 58.5 8 54.28750 19.03240 9 -151.1481 3.000000 1.69680 55.5 10 86.18350 14.50250 11 -85.88740 3.000000 1.49700 81.6 12 175.1874 8.835400 13 215.3239 13.00000 1.83500 43.0 14 -111.4657 129.8822 〜0.500000(可変) 15 190.3306 3.000000 1.80518 25.4 16 104.8916 0.5000000 17 114.5602 9.000000 1.71300 53.9 18 -244.8555 13.00000〜40.0496 (可変) 19 s INFINITY 15.00000 20 -66.57190 3.000000 1.49700 81.6 21 43.49960 3.348800 22 59.55840 7.000000 1.71736 29.5 23 868.2128 22.57600 24 160.2226 3.000000 1.83400 37.3 25 140.0832 1.774900 26 106.3526 10.00000 1.49700 81.6 27 -59.11490 0.5000000 28 144.7256 10.00000 1.49700 81.6 29 -54.42840 0.5673000 30 -51.65000 3.000000 1.83500 43.0 31 54.98900 3.385400 32 126.3790 8.000000 1.49700 81.6 33 -141.3458 0.5000000 34 71.29910 16.00000 1.49700 81.6 35 -50.43870 0.5000000 36 -69.55810 3.000000 1.83481 42.7 37 -108.6730 20.00000〜 36.1475 (可変) 38 INFINITY 85.00000 1.51633 64.1 (プリズム部) 39 INFINITY 3.000000 40 INFINITY 3.000000 1.50847 61.2 (カバーガラス) 41 INFINITY (単位:mm) 焦点距離 = 26.01365 〜 45.53972 FNO = 2.467171 〜 2.502462 1 群焦点距離 = 295.9071 1 群焦点距離 = -73.9200 1 群焦点距離 = 176.6453 1 群焦点距離 = 76.6897
【0014】図4は、第1実施例における収差図で、
(a)はワイド,(b)はノーマル,(c)はテレ側に
それぞれ設定した状態を示している。球面収差,非点収
差・像面湾曲,歪曲収差および倍率色収差を示してお
り、実線は波長546nm,1点鎖線は波長460n
m,破線は波長620nmをそれぞれ示している。像面
湾曲はメリジオナル像面とサジタル像面を示している。
【0015】図3は本発明による投影用ズームレンズの
第2の実施の形態を示すレンズ系断面図で、(a)はワ
イド状態,(b)はノーマル状態,(c)はテレ状態を
それぞれ示している。この実施の形態も図2で説明した
と同様の条件で構成されたものであるので、重複する説
明は省略する。以下に具体的なデータ例を示す。 (表2) 実施例2 レンズ構成データ 面 曲率 間隔 屈折率 分散 (r) (d) (Nd) (νd) 1 165.5919 5.000000 1.80518 25.4 2 104.0203 17.89610 3 320.4603 15.00000 1.58913 61.2 4 -686.6018 0.5000000 5 150.0000 15.00000 1.51633 64.1 6 INFINITY 2.000000 〜 15.3303 (可変) 7 200.0000 4.000000 1.65160 58.5 8 55.06730 18.86780 9 -140.9442 3.000000 1.69680 55.5 10 85.65800 14.14160 11 -87.32780 3.000000 1.49700 81.6 12 183.1107 10.99670 13 242.6946 13.00000 1.83500 43.0 14 -113.5909 132.5600 〜 0.500000 (可変) 15 166.0440 3.000000 1.80518 25.4 16 99.83420 0.5000000 17 111.1590 9.000000 1.71300 53.9 18 -372.5279 13.00000〜 44.8973 (可変) 19 s INFINITY 15.00000 20 -66.90240 3.000000 1.49700 81.6 21 43.92910 2.908700 22 59.14320 7.000000 1.71736 29.5 23 1165.848 21.82390 24 157.3482 3.000000 1.83400 37.3 25 137.0737 0.5000000 26 96.06140 10.00000 1.49700 81.6 27 -60.50890 0.5000000 28 136.4132 10.00000 1.49700 81.6 29 -54.33870 0.5000000 30 -52.13380 3.000000 1.83500 43.0 31 53.11280 3.305400 32 118.2713 9.000000 1.49700 81.6 33 -138.6564 0.5000000 34 69.58050 15.00000 1.49700 81.6 35 -50.89570 0.5000000 36 -72.95390 3.000000 1.83481 42.7 37 -125.5962 20.00000〜 35.6384 (可変) 38 INFINITY 85.00000 1.51633 64.1 (プリズム部) 39 INFINITY 3.000000 40 INFINITY 3.000000 1.50847 61.2(カバーガラス) 41 INFINITY (単位:mm) 焦点距離 = 25.99671 〜45.50004 FNO = 2.450829 〜2.503260 1 群焦点距離 = 275.9273 2 群焦点距離 = -72.9556 3 群焦点距離 = 196.1458 4 群焦点距離 = 84.9551
【0016】図5は、第2実施例における収差図で、
(a)はワイド、(b)はノーマル,(c)はテレ側に
それぞれ設定した状態を示している。球面収差,非点収
差・像面湾曲,歪曲収差および倍率色収差を示してお
り、各波長も図4と同様である。
【0017】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
カラー液晶プロジェクタ用に、高い光学性能と充分なテ
レセントリック性を有した変倍率1.6倍程度のズーム
レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるズームレンズを適用したカラー液
晶プロジェクタ光学系の実施の形態を示す概略図であ
る。
【図2】本発明による投影用ズームレンズの第1の実施
の形態を示すレンズ系断面図で、(a)はワイド状態,
(b)はノーマル状態,(c)はテレ状態をそれぞれ示
している。
【図3】本発明による投影用ズームレンズの第2の実施
の形態を示すレンズ系断面図で、(a)はワイド状態,
(b)はノーマル状態,(c)はテレ状態をそれぞれ示
している。
【図4】第1実施例における収差図で、(a)はワイ
ド,(b)はノーマル,(c)はテレ側にそれぞれ設定
した状態を示している。
【図5】第2実施例における収差図で、(a)はワイ
ド、(b)はノーマル,(c)はテレ側にそれぞれ設定
した状態を示している。
【符号の説明】
1 ズームレンズ 2 プリズム 3,4,5 液晶膜 6,7,8,14 コンデンサレンズ 9,10,11 全反射ミラー 12,13 ビームスプリッタ 15,16 フライアイレンズ 17 照明ランプ 21,31 第1群 22,32 第2群 23,33 第3群 24,34 第4群 25,35 プリズム部 26,36 カバーガラス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA06 KA07 LA01 NA02 PA15 PA17 PB18 QA02 QA07 QA17 QA21 QA25 QA37 QA41 QA45 RA36 RA41 RA42 SA23 SA27 SA29 SA32 SA62 SA63 SA64 SA65 SB04 SB15 SB23 SB31

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カラー画像を拡大してスクリーン上に投
    影する投影用ズームレンズにおいて、 スクリーン側からメニスカス負レンズ,スクリーン側凸
    面の正レンズおよびスクリーン側凸面の正レンズを順に
    配置し、正の成分を有する第1群,スクリーン側からメ
    ニスカス負レンズ,両凹面の負レンズ,両凹面の負レン
    ズおよび両凸面の正レンズを順に配置し、負の成分を有
    する第2群,正レンズおよび負レンズを持ち、正の成分
    を有する第3群ならびにスクリーン側より凹,凸,凹,
    凸,凸,凹,凸,凸および凹レンズを順に配置し、正の
    成分を有する第4群とからなり、ワイドからテレに変倍
    する場合、前記第1群は画像形成素子側に移動し、第2
    群は第1群から離れるように画像形成素子側に移動し、
    第3群は第2群に近づきながらスクリーン側に移動し、
    第4群はその前方の固定絞りとともにスクリーン側に移
    動し、かつ前記第3群と第4群の距離は大きくなるよう
    に移動し、 ワイド側およびテレ側の第1群と第2群の合成焦点距離
    をそれぞれ fw1,2,f T1,2,第1群第1枚目と第2枚目
    と第3枚目のレンズのd線のアッベ数をそれぞれν
    11,νd12,νd13,第4群の焦点距離をf4 とした
    とき、以下の(1)(2)および(3)式の条件を満足
    するように構成したことを特徴とする投影用ズームレン
    ズ。 fw1,2<fT1,2 ・・・(1) (νd12+νd13)/νd11<4.8 ・・・(2) −1.3<{(fW1,2)/f4 }<−1.1 ・・・(3)
  2. 【請求項2】 前記請求項1において、 d線の屈折率をNd,部分分散比をθとしたとき、 (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凸レンズのθg,dの平均値) <1.24 ・・・(4) (第4群中のスクリーン側より3枚目以降の凹レンズNdの平均値) >1.83 ・・・(5)
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