JP2004133338A

JP2004133338A - Projection lens for projector

Info

Publication number: JP2004133338A
Application number: JP2002299925A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Hirose; 廣瀬　全利
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection lens for a projector constituted of a small number of lenses to form a compact zoom constitution while holding high optical performance. <P>SOLUTION: The projection lens is constituted of a 1st negative group (Gr1), a 2nd positive group (Gr2), a 3rd positive group (Gr3), a 4th negative group (Gr4) and a 5th positive group (Gr5) in this order from an enlargement side to form the zoom constitution, and is made nearly telecentric on a reduction side. In the case of varying power, the 1st group (Gr1) and the 5th group (Gr5) are fixed, and the 2nd group (Gr2) to the 4th group (Gr4) are moved. The 3rd group (Gr3) has a cemented lens (3A) consisting of positive and negative lenses and one positive lens (3B) in the rear of the cemented lens (3A) in this order from the enlargement side. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍機能を有するプロジェクタ用投影レンズに関するものであり、例えば液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルの表示画像をスクリーンに拡大投影するのに適したズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より様々なタイプのズームレンズが知られているが、そのなかでもプロジェクタへの使用を考慮したものとして、特許文献１〜３で提案されている負・正・正・負・正の５群ズームが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２６８１９３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３７１６５号公報
【特許文献３】
特開２００１−４９１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１〜３記載のズームレンズは、像面湾曲，非点隔差等の諸収差の補正が不十分である。また、レンズ枚数の削減やレンズサイズの小型化も不十分である。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でコンパクトにズーム構成されたプロジェクタ用投影レンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の投影レンズは、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、でズーム構成され、変倍に際し前記第１群及び第５群が固定であり前記第２群，第３群及び第４群が移動する、縮小側に略テレセントリックなプロジェクタ用投影レンズであって、前記第３群が拡大側から順に正，負の接合レンズとその後ろに１枚の正レンズとを有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の投影レンズは、上記第１の発明の構成において、さらに以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．０７＜Ｈ／Ｌ＜０．５０　…（１）
ただし、
Ｈ：接合レンズとその後ろの正レンズとの主点間距離、
Ｌ：投影レンズの全長、
である。
【０００８】
第３の発明の投影レンズは、上記第１又は第２の発明の構成において、前記接合レンズが、拡大側に凹面を向けたトータルで負の屈折力を持つメニスカス形状を有することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の投影レンズは、上記第１，第２又は第３の発明の構成において、前記接合レンズとその後ろの正レンズとの間に絞りを有することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の投影レンズは、上記第１，第２，第３又は第４の発明の構成において、前記第１群〜第５群のうちの少なくとも１つの群中に、非球面を少なくとも１面有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したプロジェクタ用投影レンズを、図面を参照しつつ説明する。図１〜図３は、第１〜第３の実施の形態の投影レンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、ズーミングにおける望遠端（Ｔ）でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、ｒｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）が付された面は拡大側から数えてｉ番目の面（ｒｉに＊印が付された面は非球面）であり、ｄｉが付された軸上面間隔は、拡大側から数えてｉ番目の軸上面間隔ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。また、矢印ｍｊ（ｊ＝２，３，４）は望遠端（Ｔ）から広角端（Ｗ）へのズーミングにおける、光軸（ＡＸ）に沿った第ｊ群（Ｇｒｊ）の移動をそれぞれ模式的に示している。
【００１２】
各投影レンズの実施の形態は、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群（Ｇｒ１）と、正のパワーを有する第２群（Ｇｒ２）と、正のパワーを有する第３群（Ｇｒ３）と、負のパワーを有する第４群（Ｇｒ４）と、正のパワーを有する第５群（Ｇｒ５）と、から成る、縮小側（つまり表示素子側）に略テレセントリックな５群ズームレンズである（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）。第３群（Ｇｒ３）中には絞り（ＳＴ）が配置されており、第５群（Ｇｒ５）の縮小側にはプリズム（Ｐｒ）が配置されている。プリズム（Ｐｒ）は色合成プリズムや光路分離プリズムに相当し、色合成プリズムとしてはクロスダイクロイックプリズム等が挙げられ、光路分離プリズムとしてはＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）プリズムやＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム等が挙げられる。またプリズム（Ｐｒ）の縮小側面付近には、スクリーン上に投影される画像を表示する２次元表示素子（液晶パネル等）が配置される。
【００１３】
各実施の形態では投影レンズによって縮小側（共役長の短い側）の表示素子面から拡大側（共役長の長い側）のスクリーン面への拡大投影が行われるが、表示素子（例えばＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）の代わりに画像入力用の撮像素子（例えばＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用い、投影レンズを撮像光学系として使用すれば、拡大側の被写体から縮小側の撮像素子への縮小投影を行う画像入力装置（例えばデジタルカメラ，ビデオカメラ，デジタルビデオユニット等）を構成することができる。その場合、表示素子面を撮像素子（例えばＣＣＤ）の受光面とし、スクリーン面を読み取り画像面（被写体）とすればよい。つまり、各実施の形態の投影レンズは、プロジェクタ（例えば液晶プロジェクタ）用の投影レンズ（拡大系）としての使用に限らず、撮像レンズ（縮小系）としても好適に使用することが可能である。
【００１４】
第１の実施の形態（図１）において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群（Ｇｒ１）は、両凸の正レンズと、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１５】
第２の実施の形態（図２）において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群（Ｇｒ１）は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１６】
第３の実施の形態（図３）において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群（Ｇｒ１）は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２枚で構成されており、拡大側から数えて４番目の面（ｒ４）は非球面である。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、両凹の負レンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１７】
各実施の形態（図１〜図３）において、変倍は第２群（Ｇｒ２）〜第４群（Ｇｒ４）の移動により行われる。第２群（Ｇｒ２），第３群（Ｇｒ３）及び第４群（Ｇｒ４）は、望遠端（Ｔ）から広角端（Ｗ）へのズーミングにおいて拡大側から縮小側へと移動し、その際、第１群（Ｇｒ１）と第２群（Ｇｒ２）との間隔及び第２群（Ｇｒ２）と第３群（Ｇｒ３）との間隔が増加し、第３群（Ｇｒ３）と第４群（Ｇｒ４）との間隔及び第４群（Ｇｒ４）と第５群（Ｇｒ５）との間隔が減少する。第２群（Ｇｒ２）の移動は直線的であり、第３群（Ｇｒ３）と第４群（Ｇｒ４）の移動は略直線的なカーブを描く。なお、第１群（Ｇｒ１），第５群（Ｇｒ５）及びプリズム（Ｐｒ）は、ズーミングにおいて位置固定である。
【００１８】
上記各実施の形態のように、第１群（Ｇｒ１）及び第５群（Ｇｒ５）を固定群とし第２群（Ｇｒ２），第３群（Ｇｒ３）及び第４群（Ｇｒ４）を移動群とする、縮小側に略テレセントリックな負・正・正・負・正の５群ズームレンズにおいては、第３群（Ｇｒ３）が拡大側から順に正，負の接合レンズ（３Ａ）とその後ろに１枚の正レンズ（３Ｂ）とを有するレンズ構成にすることにより、従来のものと比較して諸収差を良好に補正することが可能となる。特に非点隔差や像面湾曲を効果的に改善することが可能となる。したがって、プロジェクタ用投影レンズとしての高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でズームレンズのコンパクト化を達成することができる。これを以下に詳述する。
【００１９】
まず第３群（Ｇｒ３）を構成している接合レンズ（３Ａ）には、そのような構成のレンズ群が持っている波長毎の像面湾曲の差を抑える働きがある。また、第２群（Ｇｒ２）を構成している正レンズ１枚と、その後ろの第３群（Ｇｒ３）を構成している接合レンズ（３Ａ）及び正レンズ（３Ｂ）と、いうレンズの並びでは、光線がレンズを通るときのレンズ光軸（ＡＸ）に対する角度が、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間よりも、第２群（Ｇｒ２）の正レンズと第３群（Ｇｒ３）の接合レンズ（３Ａ）との間の方が小さくなることが多い。小さい角度で光線が通る間隔を可変間隔とするズーム構成の方が、望遠端（Ｔ）と広角端（Ｗ）との間での変倍時の収差変動が小さくなるので、第３群（Ｇｒ３）を拡大側から順に正，負の接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）とで構成すれば、結果的に像面湾曲等の収差を良好に補正することが可能となる。
【００２０】
第３群（Ｇｒ３）を上記のように構成するとともに、以下の条件式（１）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（１ａ）を満足することが更に望ましい。
０．０７＜Ｈ／Ｌ＜０．５０　…（１）
０．２＜Ｈ／Ｌ＜０．４　　…（１ａ）
ただし、
Ｈ：接合レンズ（３Ａ）とその後ろの正レンズ（３Ｂ）との主点間距離、
Ｌ：投影レンズの全長、
である。
【００２１】
条件式（１）の下限を下回ると、接合レンズ（３Ａ）が逆のメニスカス形状（つまり縮小側に凹面を向けたメニスカス形状）となる等の傾向になるため、光学性能の低下を招くことになる。逆に条件式（１）の上限を上回ると、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間隔が広くなりすぎて、全長の増大を招くことになる。この観点から条件式（１）の条件範囲のなかでもより一層好ましい条件範囲を規定しているのが条件式（１ａ）であり、条件式（１）、好ましくは条件式（１ａ）を満たすことによって、高い光学性能を保持しつつコンパクト化を達成することが可能となる。
【００２２】
第２，第３の実施の形態のように、接合レンズ（３Ａ）が拡大側に凹面を向けたトータルで負の屈折力を持つメニスカス形状を有することが望ましい。第３群（Ｇｒ３）の接合レンズ（３Ａ）を拡大側に凹面を向けたメニスカス形状にすると、メニスカス形状の周辺部分がその最外を通る光線に対し光軸（ＡＸ）に近づけるように作用するため、拡大側のレンズ径を小さくすることができる。さらに、トータルで負の屈折力をメニスカス形状に持たせることによって、その効果を更に高めることができる。拡大側レンズ径の縮小は、プロジェクタ全体の光学構成をコンパクト化する上で有効である。
【００２３】
また、接合レンズ（３Ａ）とその後ろの正レンズ（３Ｂ）との間に絞り（ＳＴ）を有することが望ましい。各実施の形態のようなレンズ系において、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間に絞り（ＳＴ）を配置すると、光学性能を確保する上でも大きさを抑える上でも、絞り（ＳＴ）の前後のレンズ枚数のバランスが良くなる。これより前に絞り（ＳＴ）を配置すると、絞り（ＳＴ）より前のレンズ枚数が減るため、歪曲等の収差をコントロールしきれなくなる。また、絞り（ＳＴ）より前に接合レンズ（３Ａ）がなくなるため、色収差のコントロールも困難になる。逆に、これより後ろに絞り（ＳＴ）を配置すると、前玉が大きくなりやすくなる。また、絞り（ＳＴ）から後ろでテレセントリックにする（つまり光線を大きく曲げる）のに必要なレンズ枚数が減るため、性能悪化を招くおそれがある。
【００２４】
第３の実施の形態では、第１群（Ｇｒ１）に非球面が１面用いられている。このように、第１群（Ｇｒ１）〜第５群（Ｇｒ５）のうちの少なくとも１つの群中に、非球面を少なくとも１面有することが収差補正上好ましく、収差補正を更に効果的に行うためには、レンズ群（Ｇｒ１〜Ｇｒ５）のそれぞれについて少なくとも１つのレンズ面を非球面で構成することが望ましい。また各実施の形態のように、負のパワーを有する第１群（Ｇｒ１）をズーミング時固定とすることによって、第１群（Ｇｒ１）のレンズ径を小さくすることができる。例えば１群繰り出しによるフォーカシング方式を採用した場合でも、第１群（Ｇｒ１）のメカ構成が簡単になるとともに径方向にコンパクトになる。したがって、全体として径方向にコンパクトなズームレンズが得られる。
【００２５】
なお各実施の形態には、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみが用いられているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。また、光学的なパワーを有しない面（例えば、反射面，屈折面，回折面）を光路中に配置することにより、投影レンズの前，後又は途中で光路を折り曲げてもよい。折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、プロジェクタのコンパクト化・薄型化を達成することが可能である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る投影レンズをコンストラクションデータ等により更に具体的に説明する。ここで例として挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第３の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図３）は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。各実施例のコンストラクションデータにおいて、ｒｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は拡大側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は拡大側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）を示しており、Ｎｉ（ｉ＝１，２，３，．．．），νｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は拡大側から数えてｉ番目の光学要素のｄ線に対する屈折率（Ｎｄ），アッベ数（νｄ）を示している。曲率半径ｒｉに＊印が付された面は、非球面（非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等）であり、非球面の面形状を表わす以下の式（ＡＳ）で定義される。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端（長焦点距離端，Ｔ）〜ミドル（中間焦点距離状態，Ｍ）〜広角端（短焦点距離端，Ｗ）での可変空気間隔である。各焦点距離状態での全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ）及びＦナンバー（ＦＮＯ）、並びに条件式（１）の対応データ及び非球面データ（ただしＡｉ＝０の場合は省略する。）を他のデータとあわせて示す。
【００２７】
Ｘ（ｈ）＝（Ｃ０・ｈ^２）／｛１＋√（１−ε・Ｃ０^２・ｈ^２）｝＋（Ａ４・ｈ^４＋Ａ６・ｈ^６＋Ａ８・ｈ^８＋Ａ１０・ｈ^１０）　　…（ＡＳ）
ただし、式（ＡＳ）中、
Ｘ（ｈ）：高さｈの位置での光軸（ＡＸ）方向の変位量（面頂点基準）、
ｈ：光軸（ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ、
Ｃ０：近軸曲率（＝１／曲率半径）、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
である。
【００２８】
図４〜図６は、実施例１〜実施例３にそれぞれ対応する収差図である。図４〜図６中、（Ａ）〜（Ｃ）は望遠端（Ｔ）、（Ｄ）〜（Ｆ）は広角端（Ｗ）における無限遠物体に対する縮小側での諸収差を示しており、（Ａ），（Ｄ）では球面収差等、（Ｂ），（Ｅ）では非点収差、（Ｃ），（Ｆ）では歪曲収差を示している｛Ｙ’：最大像高（ｍｍ）｝。球面収差図（Ａ，Ｄ）において、実線（ｄ）はｄ線、一点鎖線（ｇ）はｇ線、二点鎖線（ｃ）はｃ線に対する各球面収差量（ｍｍ）を表しており、破線（ＳＣ）は正弦条件の不満足量（ｍｍ）を表している。非点収差図（Ｂ，Ｅ）において、破線（ＤＭ）はメリディオナル面、実線（ＤＳ）はサジタル面でのｄ線に対する非点収差（ｍｍ）を表わしている。また、歪曲収差図（Ｃ，Ｆ）において実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。
【００２９】
なお、各実施例を投影レンズとしてプロジェクタ（例えば液晶プロジェクタ）に用いる場合には、本来はスクリーン面（被投影面）が像面であり表示素子面（例えば液晶パネル面）が物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面で光学性能を評価している。そして、得られた光学性能から分かるように、各実施例のズームレンズは投影レンズとしてだけでなく、撮像装置（例えばビデオカメラ，デジタルカメラ，デジタルビデオユニット）用の撮像レンズとしても好適に使用可能である。
【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように第１の発明によれば、第３群が拡大側から順に正，負の接合レンズとその後ろに１枚の正レンズとを有する構成になっているため、高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でコンパクトにズーム構成されたプロジェクタ用投影レンズを実現することができる。そして、第１の発明に係る投影レンズをプロジェクタに用いれば、プロジェクタの軽量・コンパクト化，高性能化及び低コスト化に寄与することができる。また、第２の発明で規定する条件を満たしたり、第４の発明に係る絞り配置を採用したりすることによって、更に良好な光学性能とコンパクト化の達成が可能となり、第３の発明に係る接合レンズの構成を採用することによって、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能となる。光学性能の向上は、第５の発明に係る非球面の使用によって、更に効果的に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】実施例１の収差図。
【図５】実施例２の収差図。
【図６】実施例３の収差図。
【符号の説明】
Ｇｒ１　　…第１群
Ｇｒ２　　…第２群
Ｇｒ３　　…第３群
３Ａ　…接合レンズ
ＳＴ　…絞り
３Ｂ　…正レンズ
Ｇｒ４　　…第４群
Ｇｒ５　　…第５群[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection lens for a projector having a variable power function, for example, to a zoom lens suitable for enlarging and projecting a display image of a liquid crystal panel on a screen in a liquid crystal projector.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of zoom lenses have been known. Among them, five groups of negative, positive, positive, negative, and positive have been proposed in Patent Documents 1 to 3 in consideration of use in a projector. Zoom.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-268193 [Patent Document 2]
JP 2000-137165 A [Patent Document 3]
JP 2001-4919 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the zoom lenses described in Patent Documents 1 to 3 have insufficient correction of various aberrations such as curvature of field and astigmatism. Also, the reduction in the number of lenses and the reduction in the size of the lenses are insufficient.
[0005]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a projection lens for a projector which is compactly configured with a small number of lenses while maintaining high optical performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a projection lens according to a first aspect of the present invention includes, in order from the magnification side, a first unit having negative power, a second unit having positive power, and a third unit having positive power. And a fourth unit having negative power and a fifth unit having positive power. The first and fifth units are fixed during zooming, and the second and third units are fixed. And a projection lens for a projector in which the fourth group moves and which is substantially telecentric on the reduction side, wherein the third group has a positive and negative cemented lens and a positive lens behind it in order from the enlargement side. It is characterized by.
[0007]
A projection lens according to a second aspect is characterized in that, in the configuration of the first aspect, the following conditional expression (1) is further satisfied.
0.07 <H / L <0.50 (1)
However,
H: distance between principal points of the cemented lens and the rear positive lens,
L: total length of the projection lens,
It is.
[0008]
According to a third aspect of the invention, in the projection lens according to the first or second aspect, the cemented lens has a meniscus shape having a total negative refractive power with a concave surface facing the enlargement side. .
[0009]
A projection lens according to a fourth aspect of the present invention is the projection lens according to the first, second, or third aspect of the invention, further comprising a stop between the cemented lens and a positive lens behind the cemented lens.
[0010]
A projection lens according to a fifth aspect of the present invention is the projection lens according to the first, second, third, or fourth aspect, wherein at least one aspheric surface is included in at least one of the first to fifth groups. It has a surface.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a projection lens for a projector embodying the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 are lens configuration diagrams respectively corresponding to the projection lenses of the first to third embodiments, and show the lens arrangement at the telephoto end (T) in zooming in an optical cross section. In each lens configuration diagram, the surface with ri (i = 1, 2, 3,...) Is the i-th surface counted from the magnification side (the surface with ri marked * is an aspheric surface). In addition, the shaft upper surface interval to which di is attached is a variable interval that changes during zooming among the i-th shaft upper surface interval di (i = 1, 2, 3,...) Counted from the enlargement side. Arrows mj (j = 2, 3, 4) schematically show movement of the j-th lens unit (Grj) along the optical axis (AX) during zooming from the telephoto end (T) to the wide-angle end (W). Is shown in
[0012]
In the embodiment of each projection lens, the first group (Gr1) having a negative power, the second group (Gr2) having a positive power, and the third group (Gr3) having a positive power are arranged in order from the magnification side. ), A fourth lens unit (Gr4) having negative power, and a fifth lens unit (Gr5) having positive power. The zoom lens is substantially telecentric on the reduction side (that is, the display element side). (Power: an amount defined by the reciprocal of the focal length). A stop (ST) is arranged in the third lens unit (Gr3), and a prism (Pr) is arranged on the reduction side of the fifth lens unit (Gr5). The prism (Pr) corresponds to a color combining prism or an optical path separating prism, and a cross dichroic prism or the like can be used as the color combining prism. Is mentioned. A two-dimensional display element (such as a liquid crystal panel) for displaying an image projected on a screen is arranged near the reduced side surface of the prism (Pr).
[0013]
In each of the embodiments, the projection lens performs enlarged projection from the display element surface on the reduction side (the side with the shorter conjugate length) to the screen surface on the enlargement side (the side with the longer conjugate length), but the display element (for example, LCD: Liquid) is used. If an image pickup device for image input (for example, a CCD: Charge Coupled Device) is used instead of the Crystal Display, and a projection lens is used as an image pickup optical system, reduction projection from the object on the enlargement side to the image pickup device on the reduction side is performed. An image input device (for example, digital camera, video camera, digital video unit, etc.) can be configured. In that case, the display element surface may be used as a light receiving surface of an image sensor (for example, a CCD), and the screen surface may be read and used as an image surface (subject). That is, the projection lens of each embodiment can be suitably used not only as a projection lens (enlargement system) for a projector (for example, a liquid crystal projector) but also as an imaging lens (reduction system).
[0014]
In the first embodiment (FIG. 1), each group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a biconvex positive lens, a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, and a biconcave negative lens. The second group (Gr2) includes one biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes a cemented lens (3A) including a biconvex positive lens and a negative meniscus lens having a convex surface facing the reduction side, an aperture (ST), and a biconvex positive lens (3B). It is configured. The fourth unit (Gr4) includes a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, a cemented lens including a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The fifth unit (Gr5) includes one biconvex positive lens.
[0015]
In the second embodiment (FIG. 2), each group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes a positive meniscus lens having a convex surface facing the enlargement side, a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, and a biconcave negative lens. The second group (Gr2) includes one biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes a cemented lens (3A) including a positive meniscus lens having a concave surface facing the enlargement side and a negative meniscus lens having a convex surface facing the reduction side, an aperture (ST), and a biconvex positive lens ( 3B). The fourth unit (Gr4) includes a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, a cemented lens including a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The fifth unit (Gr5) includes one biconvex positive lens.
[0016]
In the third embodiment (FIG. 3), each group is configured as follows in order from the enlargement side. The first group (Gr1) includes two negative meniscus lenses having concave surfaces facing the reduction side, and the fourth surface (r4) counted from the enlargement side is aspheric. The second group (Gr2) includes one biconvex positive lens. The third group (Gr3) includes a cemented lens (3A) including a positive meniscus lens having a concave surface facing the enlargement side and a negative meniscus lens having a convex surface facing the reduction side, an aperture (ST), and a biconvex positive lens ( 3B). The fourth group (Gr4) includes a biconcave negative lens, a cemented lens including a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The fifth unit (Gr5) includes one biconvex positive lens.
[0017]
In each embodiment (FIGS. 1 to 3), zooming is performed by moving the second group (Gr2) to the fourth group (Gr4). The second lens unit (Gr2), the third lens unit (Gr3), and the fourth lens unit (Gr4) move from the enlargement side to the reduction side in zooming from the telephoto end (T) to the wide-angle end (W). The distance between the first group (Gr1) and the second group (Gr2) and the distance between the second group (Gr2) and the third group (Gr3) increase, and the third group (Gr3) and the fourth group (Gr4). And the distance between the fourth group (Gr4) and the fifth group (Gr5) are reduced. The movement of the second group (Gr2) is linear, and the movement of the third group (Gr3) and the fourth group (Gr4) draws a substantially linear curve. The first lens unit (Gr1), the fifth lens unit (Gr5), and the prism (Pr) are fixed in position during zooming.
[0018]
As in the above embodiments, the first group (Gr1) and the fifth group (Gr5) are fixed groups, and the second group (Gr2), the third group (Gr3), and the fourth group (Gr4) are moving groups. In the negative, positive, positive, negative, and positive five-group zoom lenses that are substantially telecentric on the reduction side, the third group (Gr3) includes a positive and negative cemented lens (3A) and a 1 By adopting a lens configuration having three positive lenses (3B), it becomes possible to correct various aberrations more favorably than the conventional one. In particular, astigmatism and field curvature can be effectively improved. Therefore, a compact zoom lens can be achieved with a small number of lenses while maintaining high optical performance as a projection lens for a projector. This will be described in detail below.
[0019]
First, the cemented lens (3A) constituting the third group (Gr3) has a function of suppressing a difference in field curvature between wavelengths of the lens group having such a configuration. Also, an arrangement of one positive lens constituting the second group (Gr2) and a cemented lens (3A) and a positive lens (3B) constituting the third group (Gr3) behind it. In this case, the angle of the light ray with respect to the lens optical axis (AX) when passing through the lens is larger than that between the cemented lens (3A) and the positive lens (3B) than the positive lens and the third lens (Gr2) of the second group (Gr2). Gr3) is often smaller than the cemented lens (3A). In the zoom configuration in which the interval at which light beams pass at a small angle is a variable interval, the aberration variation at the time of zooming between the telephoto end (T) and the wide-angle end (W) becomes smaller. ) Is composed of a positive and negative cemented lens (3A) and a positive lens (3B) in order from the enlargement side, so that aberrations such as field curvature can be satisfactorily corrected.
[0020]
The third lens unit (Gr3) is configured as described above, and preferably satisfies the following conditional expression (1), and more preferably satisfies the following conditional expression (1a).
0.07 <H / L <0.50 (1)
0.2 <H / L <0.4 (1a)
However,
H: distance between principal points of the cemented lens (3A) and the rear positive lens (3B)
L: total length of the projection lens,
It is.
[0021]
When the value goes below the lower limit of conditional expression (1), the cemented lens (3A) tends to have an opposite meniscus shape (that is, a meniscus shape having a concave surface facing the reduction side), which causes a decrease in optical performance. Become. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), the distance between the cemented lens (3A) and the positive lens (3B) becomes too large, and the total length is increased. From this point of view, the conditional expression (1a) defines an even more preferable conditional range among the conditional ranges of the conditional expression (1), and satisfies the conditional expression (1), preferably the conditional expression (1a). This makes it possible to achieve compactness while maintaining high optical performance.
[0022]
As in the second and third embodiments, it is desirable that the cemented lens (3A) has a meniscus shape having a negative refractive power in total with its concave surface facing the enlargement side. When the cemented lens (3A) of the third group (Gr3) is formed into a meniscus shape having a concave surface facing the enlargement side, the peripheral portion of the meniscus shape acts to make the outermost ray approach the optical axis (AX). Therefore, the diameter of the lens on the enlargement side can be reduced. Further, by giving the negative refractive power in the meniscus shape in total, the effect can be further enhanced. Reducing the diameter of the enlargement side lens is effective in reducing the size of the optical configuration of the entire projector.
[0023]
It is also desirable to have a stop (ST) between the cemented lens (3A) and the positive lens (3B) behind it. In the lens system as in each of the embodiments, when the stop (ST) is arranged between the cemented lens (3A) and the positive lens (3B), the stop (ST) can be used both for securing the optical performance and for suppressing the size. The balance between the numbers of lenses before and after ST) is improved. If the stop (ST) is arranged before this, the number of lenses before the stop (ST) decreases, so that aberrations such as distortion cannot be completely controlled. Further, since the cemented lens (3A) disappears before the stop (ST), it becomes difficult to control chromatic aberration. Conversely, if the stop (ST) is arranged behind this, the front lens tends to be large. In addition, the number of lenses required to make the lens telecentric behind the stop (ST) (that is, the light beam is largely bent) is reduced, which may lead to deterioration in performance.
[0024]
In the third embodiment, one aspherical surface is used for the first lens unit (Gr1). As described above, it is preferable to have at least one aspheric surface in at least one of the first group (Gr1) to the fifth group (Gr5) for aberration correction, and to perform aberration correction more effectively. It is preferable that at least one lens surface of each of the lens groups (Gr1 to Gr5) is formed as an aspheric surface. Further, as in each embodiment, by fixing the first group (Gr1) having negative power during zooming, the lens diameter of the first group (Gr1) can be reduced. For example, even when the focusing method based on the single-unit extension is employed, the mechanical configuration of the first unit (Gr1) is simplified and the unit is compact in the radial direction. Therefore, a compact zoom lens can be obtained as a whole in the radial direction.
[0025]
In each of the embodiments, only a refraction lens that deflects an incident light beam by refraction (that is, a lens of a type in which deflection is performed at an interface between media having different refractive indices) is used. Absent. For example, a diffractive lens that deflects an incident light beam by diffraction, a hybrid refractive / diffractive lens that deflects an incident light beam by a combination of diffraction and refraction, and a refractive index distribution type that deflects an incident light beam according to a refractive index distribution in a medium. A lens or the like may be used. Further, by arranging a surface having no optical power (for example, a reflecting surface, a refracting surface, and a diffractive surface) in the optical path, the optical path may be bent before, after, or in the middle of the projection lens. The bending position may be set as needed, and it is possible to achieve a compact and thin projector by appropriately bending the optical path.
[0026]
【Example】
Hereinafter, the projection lens according to the present invention will be described more specifically with construction data and the like. Examples 1 to 3 given here as examples correspond to the above-described first to third embodiments, respectively, and are lens configuration diagrams (FIGS. 1 to 3) showing the first to third embodiments. ) Shows the corresponding lens configurations of Examples 1 to 3, respectively. In the construction data of each embodiment, ri (i = 1, 2, 3,...) Is the radius of curvature (mm) of the i-th surface counted from the enlargement side, and di (i = 1, 2, 3,. ..) indicate the i-th axial top surface distance (mm) counted from the enlargement side, and Ni (i = 1, 2, 3,...), Νi (i = 1, 2, 3,. .) Indicate the refractive index (Nd) and Abbe number (νd) of the i-th optical element counted from the enlargement side with respect to the d-line. Surfaces marked with an asterisk (*) in the radius of curvature ri are aspherical surfaces (refracting optical surfaces having an aspherical surface, surfaces having a refracting action equivalent to an aspherical surface, and the like), and the following expression representing the aspherical surface shape ( AS). In the construction data, the distance between the upper surfaces of the axes that changes during zooming is variable air from the telephoto end (long focal length end, T) to the middle (intermediate focal length state, M) to the wide angle end (short focal length end, W). The interval. Other than the focal length (f, mm) and F number (FNO) of the entire system in each focal length state, the corresponding data of the conditional expression (1) and the aspherical data (however, omitted when Ai = 0). It is shown together with the data of
[0027]
^{X (h) = (C0 ·} h 2) / {1 + √ (1-ε · C0 2 · h 2)} + (A4 · h 4 + A6 · h 6 + A8 · h 8 + A10 · h 10) ... (AS)
However, in the expression (AS),
X (h): displacement amount in the optical axis (AX) direction at the position of height h (based on the surface vertex),
h: height in a direction perpendicular to the optical axis (AX),
C0: paraxial curvature (= 1 / radius of curvature),
ε: quadratic surface parameter,
Ai: i-th order aspherical coefficient,
It is.
[0028]
4 to 6 are aberration diagrams corresponding to Examples 1 to 3, respectively. 4A to 6C, (A) to (C) show various aberrations at the telephoto end (T), and (D) to (F) show various aberrations on the reduction side with respect to an object at infinity at the wide angle end (W). (A) and (D) show spherical aberration and the like, (B) and (E) show astigmatism, and (C) and (F) show distortion. {Y ′: maximum image height (mm)}. In the spherical aberration diagrams (A, D), the solid line (d) indicates the amount of spherical aberration (mm) with respect to the d line, the dashed line (g) indicates the g line, and the two-dot chain line (c) indicates the amount of spherical aberration (mm). (SC) represents the unsatisfied amount (mm) of the sine condition. In the astigmatism diagrams (B, E), a dashed line (DM) represents a meridional surface, and a solid line (DS) represents astigmatism (mm) with respect to a d-line on a sagittal surface. In the distortion diagrams (C, F), the solid line represents distortion (%) with respect to the d-line.
[0029]
When each embodiment is used as a projection lens for a projector (for example, a liquid crystal projector), the screen surface (projected surface) is originally an image surface and the display element surface (for example, a liquid crystal panel surface) is an object surface. In each embodiment, a reduction system is used for optical design, and the screen surface is regarded as an object surface, and the optical performance is evaluated on the display element surface. As can be seen from the obtained optical performance, the zoom lens of each embodiment can be suitably used not only as a projection lens but also as an imaging lens for an imaging device (for example, a video camera, a digital camera, a digital video unit). It is.
[0030]

[0031]

[0032]

[0033]

[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect, since the third unit has a configuration in which the positive and negative cemented lenses are arranged in order from the magnifying side and one positive lens is provided behind the cemented lens, high optical performance is achieved. It is possible to realize a projector lens having a compact zoom configuration with a small number of lenses while holding the same. When the projection lens according to the first invention is used for a projector, it is possible to contribute to a reduction in the weight, size, performance, and cost of the projector. Further, by satisfying the conditions defined in the second invention or by employing the stop arrangement according to the fourth invention, it is possible to achieve even better optical performance and downsizing. By employing the configuration of the cemented lens, it is possible to reduce the lens diameter on the enlargement side. The improvement of the optical performance can be more effectively achieved by using the aspherical surface according to the fifth invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of a first embodiment (Example 1).
FIG. 2 is a lens configuration diagram of a second embodiment (Example 2).
FIG. 3 is a lens configuration diagram of a third embodiment (Example 3).
FIG. 4 is an aberration diagram of the first embodiment.
FIG. 5 is an aberration diagram of the second embodiment.
FIG. 6 is an aberration diagram of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
Gr1 first group Gr2 second group Gr3 third group 3A cemented lens ST stop 3B positive lens Gr4 fourth group Gr5 fifth group

Claims

In order from the enlargement side, a first group having negative power, a second group having positive power, a third group having positive power, a fourth group having negative power, and having a positive power A fifth-unit and a zoom unit, wherein the first and fifth units are fixed and the second, third and fourth units move during zooming; A lens,
A projection lens, wherein the third group includes a positive and a negative cemented lens and a positive lens behind the cemented lens in order from the magnification side.

2. The projection lens according to claim 1, further satisfying the following conditional expression (1):
0.07 <H / L <0.50 (1)
However,
H: distance between principal points of the cemented lens and the rear positive lens,
L: total length of the projection lens,
It is.

3. The projection lens according to claim 1, wherein the cemented lens has a meniscus shape having a concave surface facing the enlargement side and having a total negative refractive power. 4.

4. The projection lens according to claim 1, wherein a stop is provided between the cemented lens and a positive lens behind the cemented lens.

The projection lens according to claim 1, wherein at least one of the first to fifth groups has at least one aspheric surface.