JP2020106661A - Optical system for projection and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投射用光学系およびプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to a projection optical system and a projector.
特許文献1には、投写用ズームレンズにおいて、広角、適切なバックフォーカスの確保、縮小側のレンズ径の小型化、装置の小型化、良好な光学性能を実現し、変倍時のFナンバー略一定を容易とすることが記載されている。特許文献1の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、変倍時に固定の負の第1レンズ群、変倍時に移動する複数のレンズ群を含む中間群、変倍時に固定の正の最終レンズ群からなり、縮小側が非テレセントリックである。中間群の最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群は正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時に縮小側から拡大側へ移動する。最終レンズ群は2枚以上の正レンズと2枚以上の負レンズを含み、最終レンズ群の最も縮小側には正レンズが配置される。最終レンズ群の焦点距離に関する所定の条件式を満たす。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-187242 discloses a projection zoom lens that has a wide angle, secures an appropriate back focus, reduces the lens diameter on the reduction side, downsizes the device, and achieves good optical performance. It is described that the constant is facilitated. The projection zoom lens of
短い投射(投写)距離で大きな画面サイズが求められる場面が多い広角なレンズにおいては、投射距離の変化に対する画面サイズなどの変化が大きい。このため、フォーカシングを制御して鮮明な画像を投射することが要望されており、特に、広角端において、半画角が60度前後またはそれを超えるような超広角なレンズにおいて、簡易な機構で、フォーカシングを精度よく制御することが要望されている。 In a wide-angle lens that often requires a large screen size with a short projection distance, the change in screen size or the like with respect to the change in projection distance is large. For this reason, it is desired to control focusing to project a clear image. Particularly, in a wide-angle end, a simple mechanism is used in an ultra-wide-angle lens whose half angle of view is about 60 degrees or more. It is required to control focusing accurately.
本発明の態様の1つは、縮小側の第1の像を拡大側に投射する光学系であって、最も拡大側に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群と、最も第1の像の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群と、最も拡大側のレンズ群と最も像側のレンズ群との間に配置された複数のレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む中間の複数のレンズ群とを有する光学系である。中間の複数のレンズ群は、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第1のレンズ群であって、絞りの拡大側に、絞りの拡大側に隣接して配置された正の屈折力の第2のレンズ群を介して配置された第1のレンズ群と、絞りの縮小側に配置された第3のレンズ群とを含む。 One aspect of the present invention is an optical system for projecting a first image on the reduction side to the enlargement side, which is located on the most enlargement side and has a negative refractive power which is fixed during zooming and focusing. Of the lens group closest to the image side, and the lens group disposed closest to the first image side, which is fixed at the time of zooming and focusing, and is the lens group closest to the image side of positive refractive power, An optical system having a plurality of lens groups arranged between the lens group on the most magnification side and the lens group on the most image side, the plurality of intermediate lens groups including a lens group that moves during zooming and focusing. It is a system. The plurality of intermediate lens groups is a first lens group having a positive refracting power that moves at least for focusing, and has a positive refracting power arranged adjacent to the enlargement side of the diaphragm on the enlargement side of the diaphragm. The first lens group arranged via the second lens group of 1 and the third lens group arranged on the reduction side of the diaphragm.
この光学系は、基本的な構成として、拡大側より、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群、正の屈折力の第1のレンズ群、正の屈折力の第2のレンズ群、絞り、第3のレンズ群および最も像側の正の屈折力のレンズ群とを含む。この光学系は、全体として、拡大側に負のパワーが配置され、縮小側に正のパワーが配置される、広角化に適したレトロフォーカス型のパワー配置を含み、さらに、絞りの拡大側に隣接する位置に正のパワーのレンズ群を配置することにより絞りの小型化を図り、それにより絞りの前後のレンズ群のレンズ径を縮小でき、比較的小型で広角な光学系を提供できる。また、絞りに対して、正の第2のレンズ群を挟んでフォーカシングの際に移動する正の第1のレンズ群を配置することにより、第1のレンズ群に入射する光束の軸上光線高と軸外主光線高とをほぼ等しくすることができる。軸外主光線高が低く抑えられることにより、フォーカシングの際に移動するレンズ系が小型になり、移動に有利であり、かつ、どちらの軸上および軸外の光線に対しても同程度の補正能力を有することとなる。 This optical system has, as a basic configuration, a lens group on the most magnification side of negative refracting power from the magnification side, a first lens group of positive refracting power, a second lens group of positive refracting power, and a diaphragm. , And a third lens group and a lens group having a positive refractive power closest to the image side. This optical system as a whole includes a retrofocus type power arrangement in which negative power is arranged on the enlargement side and positive power is arranged on the reduction side, which is suitable for widening the angle, and further on the enlargement side of the diaphragm. By arranging lens groups of positive power at adjacent positions, the diaphragm can be downsized, whereby the lens diameters of the lens groups before and after the diaphragm can be reduced, and a relatively small and wide-angle optical system can be provided. Further, by disposing the positive first lens group that moves during focusing with the positive second lens group interposed between the stop and the diaphragm, the axial ray height of the light beam incident on the first lens group is arranged. And the off-axis chief ray height can be made substantially equal. By keeping the off-axis chief ray height low, the lens system that moves during focusing becomes smaller, which is advantageous for movement, and the same degree of correction is made for both on-axis and off-axis rays. You will have the ability.
また、第1のレンズ群へ入射する光線の軸外主光線の角度は、拡大側へ向かうにつれて光軸から離間する方向へ屈曲された光線であるため、比較的軸外主光線高が低い位置で入射したとしても入射角度は大きくなり、軸外収差に対する収差補正能力が過度に小さくなることを抑制可能となる。また、第2のレンズ群と第1のレンズ群とは共に正のパワーを有しており、発散光として絞りから出射される光線を収束する効果を分担するため、第1のレンズ群単体のパワーは必要なくなる。フォーカス群として使用する第1のレンズ群のパワーを弱くすることで、第1のレンズ群の位置の変動に対する感度が過度に高くなることを抑制することが可能となる。 Further, since the angle of the off-axis chief ray of the ray incident on the first lens group is a ray bent in a direction away from the optical axis as it goes toward the enlargement side, it is at a position where the off-axis chief ray height is relatively low. Even if it is incident at, the incident angle becomes large, and it becomes possible to suppress the aberration correction ability for the off-axis aberration from becoming excessively small. Further, since the second lens group and the first lens group both have positive power and share the effect of converging light rays emitted from the diaphragm as divergent light, No power needed. By weakening the power of the first lens group used as the focus group, it becomes possible to prevent the sensitivity to the variation of the position of the first lens group from becoming excessively high.
このため、光束に含まれる光線全体を効率よく補正することができ、少ない枚数のレンズで、典型的には一枚のレンズで、第1のレンズ群を構成することで十分な焦点補正機能を得ることができる。広角または超広角なレンズにおいて、簡易な機構で、フォーカシングを精度よく制御することができる光学系を提供できる。 Therefore, it is possible to efficiently correct the entire light beam included in the light flux, and a sufficient focus correction function can be obtained by configuring the first lens group with a small number of lenses, typically one lens. Obtainable. In a wide-angle or ultra-wide-angle lens, it is possible to provide an optical system capable of accurately controlling focusing with a simple mechanism.
光学系の一例は、第1のレンズ群、第2のレンズ群および絞りの縮小側に配置される負のパワーもしくはパワーが著しく弱い第3のレンズ群がズーミングのために移動するものである。また、中間の複数のレンズ群は、第1のレンズ群の拡大側に、拡大側から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力の第5のレンズ群と、ズーミングの際に移動する負の屈折力の第4のレンズ群とをさらに含んでもよく、この光学系においては、第2のレンズ群および第3のレンズ群が固定されたレンズ群であってもよい。 One example of the optical system is that the first lens group, the second lens group, and the third lens group disposed on the reduction side of the diaphragm move with negative power or extremely weak power for zooming. Further, the plurality of intermediate lens groups are arranged on the magnifying side of the first lens group in order from the magnifying side, and have a fifth lens group having a positive refractive power which moves during zooming and a zoom lens during zooming. And a fourth lens unit having a negative refractive power that moves to the second lens unit. In this optical system, the second lens unit and the third lens unit may be fixed.
第3のレンズ群は、拡大側から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第1の組み合わせを含んでもよく、第3のレンズ群は、拡大側から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第2の組み合わせを含んでもよい。対称性の高い屈折力(パワー)の配置を採用することにより、収差補正を良好に行うことができる。 The third lens group may include a first combination of lenses whose refractive powers are arranged adjacent to each other in the order of positive, negative, positive, negative, and positive from the magnification side. From the side, it may include a second combination of lenses having adjacent refractive powers negative, positive, negative, positive, negative, positive and positive. Aberration can be favorably corrected by adopting the arrangement of the refractive power having high symmetry.
最も拡大側のレンズ群は、拡大側から順番に配置された、4枚の縮小側に凹の負の屈折力のレンズと、両凹の負レンズとから構成された、負の屈折力の第1のサブレンズ群と、両凸の正レンズおよび両凹の負レンズにより構成された第2のサブレンズ群とを含んでもよい。最も拡大側に配置される群を多数枚の負の屈折力のレンズで構成することにより、いっそう広角で、収差が良好に補正できる光学系を提供できる。 The lens group on the most magnifying side is composed of four negative concave lens elements having a negative refractive power and a biconcave negative lens element arranged in order from the magnifying side. It may include one sub-lens group and a second sub-lens group composed of a biconvex positive lens and a biconcave negative lens. By configuring the group arranged on the most magnifying side with a large number of lenses having negative refractive power, it is possible to provide an optical system with a wider angle and excellent correction of aberrations.
この光学系において、第1のサブレンズ群の両凹の負レンズの縮小側の面の曲率半径Rs1と、第2のサブレンズ群の両凸の正レンズの拡大側の面の曲率半径Rs2とは以下の条件(1)を満たしてもよい。
0.8<Rs1/Rs2<1.2 ・・・(1)
In this optical system, the radius of curvature Rs1 of the reduction side surface of the biconcave negative lens of the first sub-lens group and the curvature radius Rs2 of the enlargement side surface of the biconvex positive lens of the second sub-lens group May satisfy the following condition (1).
0.8<Rs1/Rs2<1.2 (1)
第2のサブレンズ群の両凸の正レンズの焦点距離pfs2と、両凹の負レンズの焦点距離nfs2とが以下の条件(2)を満たしてもよい。
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8 ・・・(2)
The focal length pfs2 of the biconvex positive lens and the focal length nfs2 of the biconcave negative lens of the second sub-lens group may satisfy the following condition (2).
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8 (2)
第1のサブレンズ群の焦点距離fs1と、第2のサブレンズ群の焦点距離fs2と、当該光学系の広角端における焦点距離fwとは以下の条件(3)および(4)を満たしてもよい。
−1.6<fs1/fw<−1.0・・・(3)
0<|fs1/fs2|<0.1 ・・・(4)
The focal length fs1 of the first sub-lens group, the focal length fs2 of the second sub-lens group, and the focal length fw at the wide-angle end of the optical system satisfy the following conditions (3) and (4). Good.
-1.6<fs1/fw<-1.0 (3)
0<|fs1/fs2|<0.1 (4)
第2のサブレンズ群の両凸の正レンズの縮小側の面の曲率Rs22と、両凹の負レンズの拡大側の面の曲率Rs23とが以下の条件(5)を満たしてもよい。
0.8<Rs22/Rs23<1.2 ・・・(5)
The curvature Rs22 of the reduction side surface of the biconvex positive lens and the curvature Rs23 of the expansion side surface of the biconcave negative lens in the second sub lens group may satisfy the following condition (5).
0.8<Rs22/Rs23<1.2 (5)
本発明の他の態様の1つは、上記に記載の光学系と、縮小側に配置された画像形成デバイスとを有するプロジェクタである。 Another aspect of the present invention is a projector including the optical system described above and an image forming device arranged on the reduction side.
図面を参照して、さらに本発明について説明する。図1に、本発明の一実施例の光学系(光学システム)を含む装置を示している。装置の一例はプロジェクタ100であり、光学系10と、縮小側2に配置された光変調器(ライトバルブ)5とを有する。プロジェクタ用の光学系10は、光変調器5の像面5aの像(画像)IM1を拡大側3から投影光19として出力してスクリーンまたは壁面(不図示)へ投射(投影)して拡大像として再結像させる。ライトバルブ5は、LCD、デジタルミラーデバイス(DMD)あるいは有機ELなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、各色の画像をそれぞれ形成する方式であってもよい。ライトバルブ5は発光タイプであってもよく、照明タイプであってもよい。照明タイプの場合は、プロジェクタ100はさらに照明光学系(不図示)を含んでもよい。スクリーンは、壁面やホワイトボードなどであってもよく、プロジェクタ100はフロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。
The present invention will be further described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an apparatus including an optical system (optical system) according to an embodiment of the present invention. An example of the apparatus is a
図1(a)に広角端の配置を示し、図1(b)に望遠端の配置を示すように、光学系10は、ズーム機能を備えた投射光学系である。光学系10は、7群、22枚のレンズで構成されている。具体的には、光学系10は、最も拡大側3に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群G11と、最も縮小側2の第1の像IM1の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群(最も縮小側のレンズ群)G17とを含む。光学系10は、これら最も拡大側3および縮小側2に固定されたレンズ群G11とG17との間に複数のレンズ群G12〜G16からなる中間のレンズ群GMを含む。中間のレンズ群(中間レンズ群)GMは、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む。中間レンズ群(GM)は、複数のレンズ群を含み、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第1のレンズ群G14であって、絞りStの拡大側3に、正の屈折力の第2のレンズ群G15を介して配置された第1のレンズ群G14と、絞りStの縮小側2に配置された負の屈折力の第3のレンズ群G16とを含む。絞りStの拡大側には第1のレンズ群G14と第2のレンズ群G15とが隣接して、すなわち、第1のレンズ群G14は第2のレンズ群G15のみを挟んで絞りStの拡大側に配置されている。
The
本例の中間のレンズ群GMは、拡大側3から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第5のレンズ群)G12と、ズーミングの際に移動する負の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第4のレンズ群)G13と、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第1のレンズ群)G14と、正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第2のレンズ群)G15と、絞りStを挟んで縮小側に配置された負の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第3のレンズ群)G16とを含む。
The intermediate lens group GM of this example is a lens group of a positive refractive power (fifth lens group in the intermediate lens group GM) G12 that is arranged in order from the
すなわち、中間レンズ群GMは、第1のレンズ群G14の拡大側3に、拡大側3から順番に配置された、ズーミングの際に移動する正の屈折力の第5のレンズ群G12と、ズーミングの際に移動する負の屈折力の第4のレンズ群G13とをさらに含み、第2のレンズ群G15および第3のレンズ群G16が固定されたレンズ群である。第1のレンズ群G14の拡大側には負の屈折力の第4のレンズ群G13が配置され、ズーミングの際に第1のレンズ群G14の拡大側の第4のレンズ群G13との距離(空気間隔)が変化する。
That is, the intermediate lens group GM is provided on the magnifying
この光学系10は、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群G14は、絞りStの拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G15を介して配置されており、絞りStの縮小側2に負の屈折力のレンズ群G16が配置された構成を備えている。この光学系10は、全体として、負−正−負−正−正−負−正の7群構成であり、絞りを含めると、負−正−負−正−正−絞り−負−正の構成となっている。
In this
中間レンズ群GMの内の縮小側2に絞りStを挟んで配置されたレンズ群G15およびG16は、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない固定されたレンズ群となっている。したがって、本例の光学系10は、拡大側3から順に配置された、固定された負の屈折力のレンズ群G11からなる、拡大側の固定されたレンズ群GF1と、広角端から望遠端に変倍(ズーミング)する際に縮小側2へ移動する正の屈折力のレンズ群G12と、ズーミングの際に縮小側2へ移動する負の屈折力のレンズ群G13と、フォーカシングの際に移動する正の屈折力のレンズ群G14と、ズーミングおよびフォーカシングの際に全体として移動しない、正の屈折力の縮小側2の固定されたレンズ群GF2との5群のレンズ群を含む。したがって、光学系10は、全体として、負−正−負−正−正の5群のレンズ構成であるということもできる。最も縮小側2の固定されたレンズ群GF2は、絞りStを挟んで拡大側3に配置された正の屈折力のレンズ群G15と、縮小側2に配置された負の屈折力のレンズ群G16と、正の屈折力のレンズ群G17とを含む。絞りStの縮小側2に配置されたレンズ群(G16+G17)の屈折力は全体として正の屈折力である。
The lens groups G15 and G16, which are arranged on the
いずれの構成を参照しても光学系10は、負の屈折力のレンズ群が拡大側に配置されたネガティブリードのレトロフォーカス型のパワー配置を備えたレンズ群であり、拡大側3を広角にしやすく、縮小側2をテレセントリックまたはテレセントリックライクとしてバックフォーカスを長く確保しやすいレンズ構成となっている。さらに、縮小側2に絞りStを配置し、絞りStを挟んで拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G14および正の屈折力のレンズ群G15を配置し、縮小側2に負の屈折力のレンズ群G16と、正の屈折力のレンズ群G17とを配置している。このレンズ配置は、絞りStの縮小側2に、負の屈折力のレンズ群G16と正の屈折力のレンズ群G17とを配置して光束を比較的短い距離で絞り、一方、拡大側3において正の屈折力のレンズ群G14およびG15で光束を比較的長い距離で徐々に広げることができる。したがって、絞りStの前後ではレンズ径を小さくすることができ、小型のレンズを複数配置することにより収差を良好に補正できる。
Whichever configuration is referred to, the
一方、絞りStの拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G15を介して配置されたレンズ群G14においては、光軸7に対する軸上光線高(LHx)7xと、軸外主光線高(LHy)7yとをほぼ等しくすることができる。レンズ群G14においては、軸上光線高7xと軸外主光線高7yがほぼ等しい位置で入射するため、軸外主光線高7yが低く抑えられ、フォーカシング用のレンズ群G14を構成するレンズが小型になり移動に有利となる。さらに、軸上および軸外のどちらの光線に対しても同程度の補正能力を有することとなるため、光線全体(光束全体)を効率よく補正可能となる。これに対し、軸外主光線高7yが低すぎると軸外光線に対する補正能力のバランスが崩れ、かつ、レンズ群G14を縮小側に近づける必要があり、その場合、正の屈折力を強くする必要があり、結果として、軸上光線に対しては収差の補正が過剰となり、バランスの崩れが増大する。一方、軸外主光線高7yが高すぎると絞りStから離れたレンズを動かす必要があり、レンズ径が増大することになる。
On the other hand, in the lens group G14 disposed on the
本例においては、フォーカシング用のレンズ群G14を、拡大側3に凸の正のメニスカスレンズL12の一枚構成で実現しており、このレンズL12の拡大側3の面S22および縮小側2の面S23の両方を非球面として、フォーカシングの際の収差補正能力を確保するとともに、フォーカシングのための機構の簡略化を図っている。軸上光線高7xと軸外主光線高7yは、フォーカシング用のレンズL12の面S22およびS23のいずれかの近傍でほぼ等しく、例えば±30%以内、さらに望ましくは±20%以内になっていてもよく、レンズ内部でほぼ等しくなっていてもよい。
In this example, the focusing lens group G14 is realized by a single-lens positive meniscus lens L12 having a convex surface on the
すなわち、レンズL12の入射側(縮小側)2の面S23における軸上光線高(LHx)7xと軸外主光線高(LHy)7yとの比は、以下の条件(0)を満たしてもよい。
0.7<|LHx/LHy|<1.3 ・・・(0)
That is, the ratio of the on-axis ray height (LHx) 7x and the off-axis chief ray height (LHy) 7y on the surface S23 on the incident side (reduction side) 2 of the lens L12 may satisfy the following condition (0). ..
0.7<|LHx/LHy|<1.3 (0)
軸外主光線高7yは比較的高いところに位置しており、この位置に正パワーを付加すれば、軸外主光線に対し、歪曲収差及び倍率色収差補正効果がある。拡大側3に近づく程、その補正効果は大きくなるがレンズL12も大きくなる。条件(0)の下限は0.8であってもよく、0.85であってもよい。条件(0)の上限は、1.2であってもよく、1.15であってもよい。
The off-axis
また、ズーミング時に、フォーカシング用のレンズ群(第1のレンズ群)G14の拡大側の空気間隔が変動することが好ましい。拡大側からレンズ群G14へ出射する光線は、軸上光線は軸上光線高を規定する上下光線(マージナル光線)が略平行に近い状態でレンズ群G14から出射され、拡大側へ向かうにつれて軸外光線は光軸から離間するように光軸に対して角度をもってレンズ群(第4のレンズ群)G13へ入射する。そのため、レンズ群G14の拡大側の空気間隔が変化することで、レンズ群G13へ入射する光線は、ズーミングの前後で軸上光線と比べ軸外光線に対する影響が強く出ることとなる。上記構成により、レンズ群G14でフォーカシングを行うことで、広角光学系のズーミングで収差が変動しやすい軸外収差に対してより効果的に補正を行うことが可能となる。 Further, during zooming, it is preferable that the air distance on the enlargement side of the focusing lens group (first lens group) G14 varies. As for the rays emitted from the magnification side to the lens group G14, the axial rays are emitted from the lens group G14 in a state where the upper and lower rays (marginal rays) defining the axial ray height are almost parallel, and are off-axis as they go toward the enlargement side. The light ray enters the lens group (fourth lens group) G13 at an angle with respect to the optical axis so as to be separated from the optical axis. Therefore, since the air gap on the enlargement side of the lens group G14 changes, the light rays incident on the lens group G13 have a stronger influence on off-axis light rays before and after zooming than on-axis light rays. With the above configuration, by performing the focusing with the lens group G14, it becomes possible to more effectively correct the off-axis aberration in which the aberration easily varies due to zooming of the wide-angle optical system.
図2に、投射光学系10の各レンズL1〜L22のデータを示す。レンズデータは、各エレメント(レンズの場合は各レンズ面)の番号(S)と、曲率半径R(mm)、各エレメントの面の間の距離D(間隔、mm)、屈折率nd(d線)、アッベ数νd(d線)とを示している。図3は、各エレメントの面の中の、非球面の面番号と、非球面データを示している。非球面は、Xを光軸方向の座標、Yを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Rを近軸曲率半径とすると、図2に示した係数Rと図3に示した係数K、A4〜A14を用いて次式で表わされる。なお、「en」は、「10のn乗」を意味する。以下の各実施例においても同様である。
X=(1/R)Y2/[1+{1−(1+K)(1/R)2Y2}1/2]
+A4Y4+A6Y6+A8Y8+A10Y10+A12Y12+A14Y14
FIG. 2 shows data of the lenses L1 to L22 of the projection
X = (1 / R) Y 2 / [1+ {1- (1 + K) (1 / R) 2 Y 2} 1/2]
+A4Y 4 +A6Y 6 +A8Y 8 +A10Y 10 +A12Y 12 +A14Y 14
図1および図2に示した光学系10は、中間レンズ群GMを構成するレンズ群の内の縮小側2に配置された第1のレンズ群であるレンズ群G14がフォーカシングだけに動き、第2のレンズ群であるレンズ群G15および第3のレンズ群であるレンズ群G16は固定され(フォーカシングおよびズーミングの際に動かず)、拡大側3から順番に配置された、第5のレンズ群であるレンズ群G12および第4のレンズ群であるレンズ群G13がズーミングの際に移動する。
In the
最も拡大側3のレンズ群のレンズ群G11は、拡大側3から順番に配置された7枚のレンズL1〜L7により構成されている。最も拡大側3のレンズL1は拡大側3に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズL2は光軸7の近傍は両凹の負レンズであるが、全体として拡大側3に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズL3は拡大側3に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズL4は拡大側3に凸の負のメニスカスレンズであり、レンズL5は両凹の負レンズであり、レンズL6は両凸の正レンズであり、レンズL7は両凹の負レンズである。先行する4枚のレンズL1〜L4を縮小側2に凹の負の屈折力のレンズにより構成することにより、多数枚の負レンズをコンパクトに配置でき、最も拡大側3に大口径の負のレンズ群をコンパクトに配置できるようにしている。
The lens group G11 of the lens group closest to the
レンズ群G11は、これらの負のメニスカスレンズL1〜L4および両凹の負レンズL5とから構成された、負の屈折力の第1のサブレンズ群G11−1と、両凸の正レンズL6および両凹の負レンズL7により構成された第2のサブレンズ群G11−2との組み合わせとして規定してもよく、最も拡大側に配置されるレンズ群G11を6枚という多数枚の負のパワーのレンズと1枚の正のパワーのレンズとで構成することにより、いっそう広角で、収差が良好に補正できる光学系10を提供できる。
The lens group G11 is composed of these negative meniscus lenses L1 to L4 and a biconcave negative lens L5. The first sublens group G11-1 has a negative refracting power, and the biconvex positive lens L6 and It may be defined as a combination with the second sub-lens group G11-2 constituted by the biconcave negative lens L7, and the lens group G11 arranged on the most magnifying side has a large negative power of six lenses. By constructing the lens and the one lens having a positive power, it is possible to provide the
第1のサブレンズ群G11−1の両凹の負レンズL5の縮小側2の面S10の曲率半径Rs1と、第2のサブレンズ群の両凸の正レンズL6の拡大側の面S11の曲率半径Rs2とは以下の条件(1)を満たしてもよい。
0.8<Rs1/Rs2<1.2 ・・・(1)
The radius of curvature Rs1 of the surface S10 on the
0.8<Rs1/Rs2<1.2 (1)
面S10およびS11は共に拡大側3に湾曲した面であり、両者の曲率半径が条件(1)を満たすことにより両面を接近して配置できるとともに、凹面となるS10と凸面となるS11で、像面湾曲と歪曲収差に対してほぼ同じ効き量を与えて収差を相殺することにより諸収差をより良好に補正できる。
Both surfaces S10 and S11 are curved surfaces on the
第2のサブレンズ群G11−2の両凸の正レンズL6の焦点距離pfs2と、両凹の負レンズL7の焦点距離nfs2とが以下の条件(2)を満たしてもよい。
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8 ・・・(2)
条件(2)は、両者の焦点距離の符号が逆で、絶対値が近いことを示し、接合レンズを高輝度対応で接合を剥がした組み合わせであることも示す。接合レンズの接合面の曲率半径が小さかったり、接合レンズの径が大きくなると高輝度の光束が通過することによる温度上昇で接合面を安定して維持できない可能性が発生する。この第2のサブレンズ群G11−2においては、正レンズL6と負レンズL7の像面湾曲、偏心感度が逆符号で絶対値はほぼ同じとなり、バランスよく収差補正が可能となる。これらのレンズのパワーの絶対値が離れると、これらの収差・効き量にも差が生じ、バランスがくずれる。
The focal length pfs2 of the biconvex positive lens L6 and the focal length nfs2 of the biconcave negative lens L7 of the second sub lens group G11-2 may satisfy the following condition (2).
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8 (2)
The condition (2) indicates that the focal lengths of the both lenses have opposite signs and that the absolute values thereof are close to each other, and that the cemented lens is a combination in which the cementing is removed for high luminance. If the radius of curvature of the cemented surface of the cemented lens is small, or if the diameter of the cemented lens is large, there is a possibility that the cemented surface cannot be stably maintained due to a temperature rise due to the passage of a high-luminance light beam. In the second sub-lens group G11-2, the positive lens L6 and the negative lens L7 have the same field curvature and decentering sensitivity with opposite signs, and their absolute values are substantially the same, so that aberration correction can be performed in a well-balanced manner. If the absolute values of the powers of these lenses are far apart, differences in these aberrations/efficacies also occur and the balance is lost.
第1のサブレンズ群G11−1の焦点距離fs1と、第2のサブレンズ群G11−2の焦点距離fs2と、光学系10の広角端における焦点距離fwとは以下の条件(3)および(4)を満たしてもよい。
−1.6<fs1/fw<−1.0・・・(3)
0<|fs1/fs2|<0.1 ・・・(4)
The focal length fs1 of the first sub-lens group G11-1, the focal length fs2 of the second sub-lens group G11-2, and the focal length fw at the wide-angle end of the
-1.6<fs1/fw<-1.0 (3)
0<|fs1/fs2|<0.1 (4)
全体が負のパワーの最も拡大側3のレンズ群G1において、多数の負のレンズからなる第1のサブレンズ群G11−1のパワーを光学系10の全パワーに対してある程度強くし、一方、それに続く、正−負のパワーの組み合わせの第2のサブレンズ群G11−2のパワーを十分に弱くすることが望ましい。広角化には光学系10の前側(拡大側)3に強い負のパワーのレンズが複数枚必要で、その光線を受ける第2のサブレンズ群G11−2のパワーを余り大きくしないことにより広角化に適した光学系10を提供できる。
In the lens group G1 on the most
第2のサブレンズ群G11−2の両凸の正レンズL6の縮小側2の面S12の曲率Rs22と、両凹の負レンズL7の拡大側3の面S13の曲率Rs23とが以下の条件(5)を満たしてもよい。
0.8<Rs22/Rs23<1.2 ・・・(5)
条件(5)は、向かい合った両面S12およびS13の曲率半径が近いことを示し、接合レンズを高輝度対応で接合を剥がした組み合わせであることも示す。曲率半径が近い、逆符号の面を接近配置することにより、バランスよく収差補正が可能となる。
The curvature Rs22 of the
0.8<Rs22/Rs23<1.2 (5)
The condition (5) indicates that the opposite surfaces S12 and S13 have close radii of curvature, and also indicates that the cemented lens is a combination in which the cemented lens is peeled off for high brightness. By arranging surfaces of opposite signs, which have close radii of curvature, close to each other, it becomes possible to correct aberrations in a well-balanced manner.
また、第1のサブレンズ群G11−1のレンズL2〜L4の光路長、すなわち、レンズL2の最も拡大側3の面S3からレンズL4の最も縮小側2の面S8までの距離(光路長)LL24と、最も拡大側3のレンズL1の拡大側の面S1から絞りSt1までの距離(光路長)LLAとは以下の条件(6)を満足してもよい。
0<LL24/LLA≦0.2 ・・・(6)
光学系10の全体を短縮化できる。
Further, the optical path lengths of the lenses L2 to L4 of the first sub-lens group G11-1, that is, the distance (optical path length) from the surface S3 of the lens L2 closest to the
0<LL24/LLA≦0.2 (6)
The entire
拡大側3から2番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの最も拡大側3のレンズ群(第5のレンズ群)G12は、全体が正のパワーの2枚構成または3枚構成のレンズ群であり、広角端から望遠端に変倍する際に縮小側2へ移動するレンズ群である。本例のレンズ群G12は、拡大側3から順に配置された両凸の正レンズL8と、縮小側2に凸の正のメニスカスレンズL9と、縮小側2に凸の負のメニスカスレンズL10とから構成されており、レンズL9およびL10により全体として正のパワーの接合レンズB11が構成されている。
The lens group that is the second lens group from the magnifying
拡大側3から3番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの次のレンズ群(第4のレンズ群)G13は、全体が負のパワーの1枚構成のレンズ群であり、広角端から望遠端に変倍する際に縮小側2へ移動するレンズ群である。本例のレンズ群G13は、両凹の負レンズL11の一枚構成である。
The third lens group from the magnifying
第4のレンズ群G13を構成する負レンズL11は、フォーカシングの際に移動する第1のレンズ群G14に、拡大側で隣接するレンズである。上記構成により、正の屈折力の第1のレンズ群G14によって拡大側へ向かうにつれて光軸へ近づく方向に屈折された軸外光線の光線角度を逆方向に緩和させることにより、第1のレンズ群G14からの出射光が拡大側のレンズ群へ入射する際の軸外主光線高が低くなりすぎることを抑制することが可能となる。 The negative lens L11 that constitutes the fourth lens group G13 is a lens that is adjacent to the first lens group G14 that moves during focusing on the enlargement side. With the above structure, the first lens group G14 having a positive refractive power relaxes in the opposite direction the ray angle of the off-axis ray refracted in the direction approaching the optical axis toward the enlargement side. It is possible to suppress the height of the off-axis chief ray when the light emitted from G14 is incident on the lens group on the enlargement side from becoming too low.
また、負レンズ11が両凹レンズであることで、各面で負の屈折力を分担可能となり、個々の面での光線の屈折角を小さくできるため、収差の発生を抑制することが可能となる。
Further, since the
拡大側3から4番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの次のレンズ群(第1のレンズ群)G14は、全体が正のパワーの1枚構成のレンズ群であり、ズーミングの際に動かず、フォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群G14は、拡大側3に凸の正のメニスカスレンズL12の一枚構成である。
The third to fourth lens group on the magnifying side, and the lens group (first lens group) G14 next to the intermediate lens group GM is a lens group having a single positive power as a whole, and is used for zooming. It is a lens group that does not move but moves during focusing. The lens group G14 of the present example is a single-lens configuration of a positive meniscus lens L12 having a convex surface on the
拡大側3から5番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの次のレンズ群(第2のレンズ群)G15は、全体が正のパワーの2枚構成のレンズ群であり、固定されたレンズ群である。本例のレンズ群G15は、拡大側3から順に配置された、拡大側3に凸の負のメニスカスレンズL13と、両凸の正レンズL14との2枚構成である。
The third to fifth lens group on the magnifying side, and the lens group (second lens group) G15 next to the intermediate lens group GM is a two-lens group having a positive power as a whole, and is a fixed lens. It is a group. The lens group G15 of this example has a two-lens configuration including a negative meniscus lens L13 that is convex toward the
絞りStを挟んで配置されたレンズ群G16は、拡大側3から6番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの最も縮小側2のレンズ群(第3のレンズ群)G16である。レンズ群G16は、全体が負のパワーの6枚または7枚構成のレンズ群であり、固定されたレンズ群である。このレンズ群G16は、全体が負のパワーであってもよく、非常に弱い正のパワーであってもよい。例えば、レンズ群G16の焦点距離fr3は、光学系10の広角端における焦点距離fwに対して以下の条件(7)を満たしてもよい。
0<fw/fr3<0.001・・・(7)
The lens group G16 arranged with the diaphragm St interposed therebetween is the third to sixth lens group on the enlargement side, and is the lens group (third lens group) G16 on the most
0<fw/fr3<0.001 (7)
本例のレンズ群G16は、具体的には、拡大側3から順に配置された、両凹の負レンズL15と、両凸の正レンズL16と、両凹の負レンズL17と、両凸の正レンズL18と、両凹の負レンズL19と、両凸の正レンズL20と、両凸の正レンズL21とから構成されており、負レンズL19および正レンズL20が全体として縮小側に凸の接合レンズB12を構成している。
Specifically, the lens group G16 of this example includes a biconcave negative lens L15, a biconvex positive lens L16, a biconcave negative lens L17, and a biconvex positive lens, which are arranged in order from the
このレンズ群G16は、拡大側3から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第1の組み合わせ(レンズ配置)AR1を含む。レンズ配置AR1は、両凸の正レンズL16と、両凹の負レンズL17と、両凸の正レンズL18と、両凹の負レンズL19と、両凸の正レンズL20とにより構成されている。ネガティブリードのレトロフォーカスタイプの広角レンズで発生しやすく、高精細の光学系で問題となりやすい収差の補正のために、このレンズ配置AR1は、絞りStの縮小側2に配置される両凸の正レンズL18の前後に、色消しレンズとして正レンズL16と負レンズL17との配置と、対称的な負レンズL19と正レンズL20との配置を含み、色収差を主とした各収差を補正する。さらに、縮小側2に負−正の配置を設けることにより、軸外光線の主光線高が高い状態でかつ入射角度が大きいまま入射することで正(アンダー)の歪曲収差を発生させ、絞りStより拡大側3で発生する負(オーバー)の歪曲収差を相殺することができる。
The lens group G16 includes a first combination (lens arrangement) AR1 including lenses arranged adjacent to each other in the order of positive power, negative power, positive power, negative power, and positive power from the
また、この配置AR1の中心は両凸の正レンズL18からなる。負レンズL17により跳ね上げられた軸外光線の上側光線を光軸側へ折り返して光束の発散を抑えて像側(縮小側)2の光学素子5の大型化を抑制しつつ、主光線に対する上側光線と下側光線との角度の差を小さくし非対称による収差、例えば、拡大側で発生する正(アンダー)のタンジェンシャル非点収差を相殺するための負(オーバー)のタンジェンシャル非点収差を発生させて補正できる。また、この正レンズL18を配置することで、合成のパワーが負に傾く負正の組み合わせ(正レンズL16と負レンズL17、負レンズL19と正レンズL20)を2つ有するレンズ群G16のパワーを弱めることが可能となる。
The center of the arrangement AR1 is composed of a biconvex positive lens L18. The upper ray of the off-axis ray bounced up by the negative lens L17 is returned to the optical axis side to suppress the divergence of the luminous flux and suppress the enlargement of the
このレンズ群G16は、拡大側3から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第2の組み合わせ(レンズ配置)AR2を含む。レンズ配置AR2は、両凹の負レンズL15と、両凸の正レンズL16と、両凹の負レンズL17と、両凸の正レンズL18と、両凹の負レンズL19と、両凸の正レンズL20と、両凸の正レンズL21とを含む。絞りStの縮小側2で収束された収束光を発散させて、正レンズL16および負レンズL17の対向面へ略平行光を入射させる。また、主光線に対する上側光線と下側光線との角度の差を小さくし非対称による収差、例えば、拡大側で発生する正(アンダー)のタンジェンシャル非点収差を相殺するための負(オーバー)のタンジェンシャル非点収差を発生させて補正できる。
The lens group G16 includes a second combination (lens arrangement) AR2 including lenses arranged adjacent to each other in the order of negative, positive, negative, positive, negative, positive and positive refractive powers from the
レンズ群G16の最も拡大側3のレンズL15は、両凹の負レンズとなっている。拡大側3の面を凹面とすることで、立ちすぎていた周辺光線(特に下側光線)を寝かせて主光線と上下光線の角度の差を低減させ、略平行となった周辺光線を含む光束を縮小側の面の曲率の小さな凹面により、強く発散させることで、絞りを通すために収束させていた光線の歪みを補正しつつ広げることが可能となる。
The lens L15 on the most
レンズ群G16の最も縮小側2に、正のパワーのレンズL21を設けることにより、拡大側のレンズL20の縮小側2の面が凹面であることによる周辺光線の出射角の広がりを抑えることができる。また、以下の実施例のように、レンズ群G16が移動するような構成であっても、像面5aとの距離の変化に対して正のパワーのレンズL21により、縮小側2に配置されるレンズへの周辺光線の入射位置の変動を抑制できる。このため、縮小側2のレンズの大型化を抑制できる。
By providing the lens L21 having a positive power on the most
レンズ群G16の縮小側2から2番目の正のパワーのレンズL20の縮小側2のレンズ面S39は凹面であってもよい。出射光線の内の周辺光線の出射角度が広がるため、接合レンズB12の負のパワーを強くしなくても光束を発散して出射可能となり、縮小側2に配置されるレンズL21の正のパワーを比較的弱く設定できる。このため、収差補正が容易となる。
The lens surface S39 on the
光学系10の中の最も縮小側2のレンズ群G17は、固定された正のパワーのレンズ群であり、本例においては両凸の正レンズL22の一枚構成となっている。この固定レンズ群G17は、像面5に対する結像レンズであり、像側(縮小側)2がほぼテレセントリックになるようにパワーが調整されている。
The lens group G17 on the most
図4に、光学系10の変倍(ズーミング)の際の諸数値を示している。距離(間隔)D14、D19、D21はズーミングの際に移動するレンズ群G12およびG13の前後のレンズ群との間隔の変化を示し、間隔D23は、フォーカシングの際にレンズ群G14が移動する操作量を、投影するスクリーンまでの距離が近距離(0.78m)、中距離(1.24m)、遠距離(6.40m)で示している。
FIG. 4 shows various numerical values at the time of zooming of the
この光学系10は、ズーム比が1.06倍で、半画角が60度前後と超広角な投射レンズであり、Fナンバーが2.4と小さくて明るく、さらに全長が260mm程度と比較的コンパクトなプロジェクタレンズシステムである。
The
この光学系の諸数値は以下の通りである。
広角端における光学系の焦点距離(fw): 6.731mm
レンズ群G11(レンズL1〜L7、固定群GF1)の焦点距離: −9.783mm
サブレンズ群G11−1の焦点距離(fs1): −9.782mm
サブレンズ群G11−2の焦点距離(fs2): 197.588mm
レンズL6の焦点距離(pfs2): 35.451mm
レンズL7の焦点距離(nfs2): −36.184mm
レンズ群G12(レンズL8〜L10、ズーム群)の焦点距離: 46.760mm
レンズ群G13(レンズL11、ズーム群)の焦点距離: −121.989mm
レンズ群G14(レンズL12、フォーカス群)の焦点距離: 98.568mm
レンズ群G15(レンズL13〜L14、固定群)の焦点距離: 48.001mm
レンズ群G16(レンズL15〜L21、固定群)の焦点距離: −93.196mm
レンズ群G17(レンズL22、固定群)の焦点距離: 40.371mm
レンズ群GF2(レンズL13〜L22、固定群)の焦点距離: 32.900mm
レンズ群GR(レンズL15〜レンズL22、固定群)の焦点距離: 28.588mm
レンズL2〜L4の光路長(LL24): 27.703mm
レンズL1〜絞りSt1までの光路長(LLA): 184.043mm
条件(0)(LHx(7.856)/LHy(7.800)): 1.01
条件(1)(Rs1/Rs2:(R10/R11)): 1.008
条件(2)(pfs2/nfs2): −0.980
条件(3)(fs1/fw): −1.453
条件(4)(|fs1/fs2|): −0.05
条件(5)(Rs22/Rs23:(R12/R13)): 1.107
条件(6)(LL24/LLA): 0.151
The numerical values of this optical system are as follows.
Focal length (fw) of optical system at wide-angle end: 6.731 mm
Focal length of lens group G11 (lenses L1 to L7, fixed group GF1): -9.783 mm
Focal length of sub lens group G11-1 (fs1): -9.782 mm
Focal length (fs2) of sub lens group G11-2: 197.588 mm
Focal length of lens L6 (pfs2): 35.451 mm
Focal length of lens L7 (nfs2): -36.184 mm
Focal length of lens group G12 (lenses L8 to L10, zoom group): 46.760 mm
Focal length of lens group G13 (lens L11, zoom group): -121.989 mm
Focal length of lens group G14 (lens L12, focus group): 98.568 mm
Focal length of lens group G15 (lenses L13 to L14, fixed group): 48.001 mm
Focal length of lens group G16 (lenses L15 to L21, fixed group): -93.196 mm
Focal length of lens group G17 (lens L22, fixed group): 40.371 mm
Focal length of lens group GF2 (lenses L13 to L22, fixed group): 32.900 mm
Focal length of lens group GR (lens L15 to lens L22, fixed group): 28.588 mm
Optical path length (LL24) of lenses L2 to L4: 27.703 mm
Optical path length (LLA) from lens L1 to stop St1: 184.043 mm
Condition (0) (LHx(7.856)/LHy(7.800)): 1.01
Condition (1) (Rs1/Rs2:(R10/R11)): 1.008
Condition (2) (pfs2/nfs2): -0.980
Condition (3) (fs1/fw): −1.453
Condition (4) (|fs1/fs2|): -0.05
Condition (5) (Rs22/Rs23:(R12/R13)): 1.107
Condition (6) (LL24/LLA): 0.151
図5(a)〜(c)に、光学系10の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。図6(a)〜(c)に、光学系10の望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。球面収差は、波長680nm(長破線)、波長620nm(実線)と、波長550nm(短破線)と、波長460nm(一点鎖線)と、波長430nm(二点鎖線)とを示し、非点収差は、タンジェンシャル光線Tとサジタル光線Sとを示している。
5A to 5C show spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide angle end of the
このように、投射光学系10においては、上述した条件(0)〜(6)を満たし、さらに、広角端および望遠端における諸収差が良好に補正された光学系10を提供できる。
As described above, in the projection
図7に異なる光学系10を示している。図7(a)に広角端の配置を示し、図7(b)に望遠端の配置を示すように、この光学系10は、ズーム機能を備えた投射光学系である。光学系10は、7群、22枚のレンズで構成されており、最も拡大側3に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群G11と、最も縮小側2の第1の像IM1の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群(最も縮小側のレンズ群)G17とを含む。光学系10は、これら最も拡大側3および縮小側2に固定されたレンズ群G11とG17との間に複数のレンズ群G12〜G16からなる中間のレンズ群GMを含む。中間のレンズ群GMは、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む。
FIG. 7 shows a different
本例の中間のレンズ群GMは、拡大側3から順番に配置された、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定された正の屈折力のレンズ群G12と、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定された負の屈折力のレンズ群G13と、ズーミングおよびフォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第1のレンズ群)G14と、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動する正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第2のレンズ群)G15と、絞りStを挟んで縮小側に配置されたズーミングの際に移動する、弱い正の屈折力のレンズ群(中間レンズ群GMの中の第3のレンズ群)G16とを含む。
The intermediate lens group GM of this example includes a lens group G12 having a positive refractive power fixed in zooming and focusing and a negative lens group fixed in zooming and focusing, which are sequentially arranged from the
この光学系10では、フォーカシングのために移動する正の屈折力のレンズ群G14は、絞りStの拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G15を介して配置されており、絞りStの縮小側2に条件(7)を満たす弱い正の屈折力のレンズ群G16が配置された構成を備えている。また、この光学系10は、全体として、負−正−負−正−正−正−正の7群構成であり、絞りを含めると、負−正−負−正−正−絞り−正−正の構成となっている。
In this
また、中間レンズ群GMの内の拡大側3に配置されたレンズ群G12およびG13は、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない、固定されたレンズ群となっている。したがって、本例の光学系10は、拡大側3から順に配置された、固定された負の屈折力のレンズ群G11、G12およびG13からなる、拡大側の固定されたレンズ群GF1と、広角端から望遠端に変倍(ズーミング)する際に拡大側3へ移動する正の屈折力のレンズ群G14と、ズーミングの際に拡大側3へ移動する正の屈折力のレンズ群G15と、ズーミングの際に拡大側3へ移動する正の屈折力のレンズ群G16と、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動しない正の屈折力の縮小側2の固定されたレンズ群GF2との5群のレンズ群を含む。レンズ群G14およびG15はフォーカシング(F)の際にも移動するレンズ群である。したがって、光学系10は、負−正−正−正−正の5群のレンズ構成であるということもできる。
The lens groups G12 and G13 arranged on the
いずれの構成を参照しても、本光学系10も、負の屈折力のレンズ群が拡大側に配置されたネガティブリードのレトロフォーカス型のパワー配置を備えたレンズ群であり、拡大側3を広角にしやすく、縮小側2をテレセントリックまたはテレセントリックライクとしてバックフォーカスを長く確保しやすいレンズ構成となっている。さらに、縮小側2に絞りStを配置し、絞りStを挟んで拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G14および正の屈折力のレンズ群G15を配置している。このレンズ配置は、上述した光学系と同様に、拡大側3において正の屈折力のレンズ群G14およびG15を配置することにより絞りStの前後ではレンズ径を小さくすることができ、小型のレンズを複数配置することにより収差を良好に補正できる。
Whichever configuration is referred to, the present
また、絞りStの拡大側3に、正の屈折力のレンズ群G15を介して配置されたレンズ群G14においては、光軸7に対する軸上光線高(LHx)7xと、軸外主光線高(LHy)7yとをほぼ等しくすることができる。このため、レンズ群G14においては、軸上光線高7xと軸外主光線高7yがほぼ等しい位置で入射し、フォーカシングの際にも移動するレンズ群G14を構成するレンズを小型にできる。本例においては、フォーカシング用のレンズ群G14を、拡大側3に凸の正のメニスカスレンズL12の一枚構成で実現しており、このレンズL12の拡大側3の面S22および縮小側2の面S23の両方を非球面として、フォーカシングの際の収差補正能力を確保するとともに、フォーカシングのための機構の簡略化を図っている。軸上光線高(LHx)7xと軸外主光線高(LHy)7yは上記と同様に条件(0)を満足してもよい。
Further, in the lens group G14 disposed on the
図8に、投射光学系10の各レンズL1〜L22のデータを示す。また、図9は、各エレメントの面の中の、非球面の面番号と、非球面データを示している。図7に示した光学系10のレンズ構成は、基本的に図1に示した光学系と共通し、共通する部分については説明を省略する。
FIG. 8 shows data of the lenses L1 to L22 of the projection
最も拡大側3のレンズ群のレンズ群G11は、拡大側3から順番に配置された7枚のレンズL1〜L7により構成されて、図1に示した光学系10とそれぞれのレンズL1〜L7の基本的な構成は共通する。レンズ群G11は、これらの負のメニスカスレンズL1〜L4および両凹の負レンズL5とから構成された、負の屈折力の第1のサブレンズ群G11−1と、両凸の正レンズL6および両凹の負レンズL7により構成された第2のサブレンズ群G11−2との組み合わせとして規定してもよいことも同様である。
The lens group G11 of the lens group closest to the
拡大側3から2番目のレンズ群であり、拡大側3の固定レンズ群GF1に含まれるレンズ群G12は、全体が正のパワーの2枚構成または3枚構成のレンズ群である。本例のレンズ群G12は、拡大側3から順に配置された両凸の正レンズL8と、縮小側2に凸の正のメニスカスレンズL9と、縮小側に凸の負のメニスカスレンズL10とから構成されており、レンズL9およびL10により全体として正のパワーの接合レンズB11が構成されている。拡大側3から3番目のレンズ群であり、拡大側3の固定レンズ群GF1に含まれるレンズ群G13は、両凹の負レンズL11の一枚構成である。
The lens group G12 that is the second lens group from the magnifying
拡大側3から4番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの第1のレンズ群G14は、全体が正のパワーの1枚構成のレンズ群であり、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群G14は、拡大側3に凸の正のメニスカスレンズL12の一枚構成である。
The third to fourth lens groups on the magnification side, and the first lens group G14 of the intermediate lens group GM is a lens group having a single positive power as a whole, and is a lens group that moves during zooming and focusing. Is. The lens group G14 of the present example is a single-lens configuration of a positive meniscus lens L12 having a convex surface on the
拡大側3から5番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの第2のレンズ群G15は、全体が正のパワーの2枚構成のレンズ群であり、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群である。本例のレンズ群G15は、拡大側3から順に配置された、拡大側3に凸の負のメニスカスレンズL13と、両凸の正レンズL14との2枚構成である。
The second lens group G15 of the intermediate lens group GM, which is the third to fifth lens group on the magnifying side, is a two-lens group having a positive power as a whole, and is a lens group that moves during zooming and focusing. Is. The lens group G15 of this example has a two-lens configuration including a negative meniscus lens L13 that is convex toward the
絞りStを挟んで配置されたレンズ群G16は、拡大側3から6番目のレンズ群であり、中間レンズ群GMの最も縮小側2のレンズ群(第2のレンズ群)G16である。レンズ群G16は、全体が弱い正のパワーの6枚または7枚構成のレンズ群であり、ズーミングの際に移動するレンズ群である。具体的には、拡大側3から順に、両凹の負レンズL15と、両凸の正レンズL16と、両凹の負レンズL17と、両凸の正レンズL18と、両凹の負レンズL19と、拡大側3に凸の正のメニスカスレンズL20と、両凸の正レンズL21とから構成されており、負レンズL19および正メニスカスレンズL20が全体として両凹の接合レンズB12を構成している。
The lens group G16 arranged with the stop St interposed therebetween is the third to sixth lens group on the enlargement side, and is the lens group (second lens group) G16 on the most
このレンズ群G16は、拡大側3から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第1の組み合わせ(レンズ配置)AR1を含む。また、このレンズ群G16は、拡大側3から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第2の組み合わせ(レンズ配置)AR2を含む。
The lens group G16 includes a first combination (lens arrangement) AR1 including lenses arranged adjacent to each other in the order of positive power, negative power, positive power, negative power, and positive power from the
図10に、光学系10の変倍(ズーミング)の際の諸数値を示している。距離(間隔)D21、D23、D27はズーミングの際に移動するレンズ群G14およびG15の前後のレンズ群との間隔の変化を、投影するスクリーンまでの距離が近距離(0.78m)の場合で示している。また、フォーカシングの際にレンズ群G14およびG15が移動する操作量を、投影するスクリーンまでの距離が近距離(0.78m)、中距離(1.24m)、遠距離(6.40m)で示している。
FIG. 10 shows various numerical values when the
この光学系10は、ズーム比が1.07倍で、半画角が60度以上と超広角な投射レンズであり、Fナンバーが2.4と小さくて明るく、さらに全長が250mm以下とコンパクトなプロジェクタレンズシステムである。
This
この光学系の諸数値は以下の通りである。
広角端における光学系の焦点距離(fw): 6.636mm
固定群GF1(レンズL1〜L11)の焦点距離: −18.234mm
レンズ群G11(レンズL1〜L7)の焦点距離: −8.316mm
サブレンズ群G11−1の焦点距離(fs1): −8.555mm
サブレンズ群G11−2の焦点距離(fs2): 121.477mm
レンズL6の焦点距離(pfs2): 32.219mm
レンズL7の焦点距離(nfs2): −32.723mm
レンズ群G12(レンズL8〜L10)の焦点距離: 39.925mm
レンズ群G13(レンズL11)の焦点距離: −84.963mm
レンズ群G14(レンズL12、フォーカスおよびズーム群)の焦点距離: 85.035mm
レンズ群G15(レンズL13〜L14、フォーカスおよびズーム群)の焦点距離: 76.296mm
レンズ群G16(レンズL15〜L21、ズーム群、fr3)の焦点距離: 10170.598mm
レンズ群G17(レンズL22、固定群GF2)の焦点距離: 43.935mm
レンズ群GR(レンズL15〜L22)の焦点距離: 30.027mm
レンズL2〜L4の光路長(LL24): 27.975mm
レンズL1〜絞りSt1までの光路長(LLA): 175.082mm
条件(0)(LHx(7.434)/LHy(8.419)): 0.88
条件(1)(Rs1/Rs2:(R10/R11)): 1.098
条件(2)(pfs2/nfs2): −0.985
条件(3)(fs1/fw): −1.289
条件(4)(|fs1/fs2|): −0.070
条件(5)(Rs22/Rs23:(R12/R13)): 1.099
条件(6)(LL24/LLA): 0.160
条件(7)(fw/fr3):0.0007
The numerical values of this optical system are as follows.
Focal length (fw) of optical system at wide-angle end: 6.636 mm
Focal length of fixed group GF1 (lenses L1 to L11): -18.234 mm
Focal length of lens group G11 (lenses L1 to L7): -8.3316 mm
Focal length (fs1) of sub lens group G11-1: -8.555 mm
Focal length (fs2) of sub lens group G11-2: 121.477 mm
Focal length of lens L6 (pfs2): 32.219 mm
Focal length (nfs2) of lens L7: -32.723 mm
Focal length of lens group G12 (lenses L8 to L10): 39.925 mm
Focal length of lens group G13 (lens L11): −84.963 mm
Focal length of lens group G14 (lens L12, focus and zoom group): 85.035 mm
Focal length of lens group G15 (lenses L13 to L14, focus and zoom group): 76.296 mm
Focal length of lens group G16 (lenses L15 to L21, zoom group, fr3): 10170.598 mm
Focal length of lens group G17 (lens L22, fixed group GF2): 43.935 mm
Focal length of lens group GR (lenses L15 to L22): 30.027 mm
Optical path length (LL24) of lenses L2 to L4: 27.975 mm
Optical path length (LLA) from lens L1 to diaphragm St1: 175.082 mm
Condition (0) (LHx(7.434)/LHy(8.419)): 0.88
Condition (1) (Rs1/Rs2:(R10/R11)): 1.098
Condition (2) (pfs2/nfs2): -0.985
Condition (3) (fs1/fw): -1.289
Condition (4) (|fs1/fs2|): -0.070
Condition (5) (Rs22/Rs23:(R12/R13)): 1.099
Condition (6) (LL24/LLA): 0.160
Condition (7) (fw/fr3): 0.0007
図11(a)〜(c)に、光学系10の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。図12(a)〜(c)に、光学系10の望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。このように、この投射光学系10においても、上述した条件(0)〜(7)を満たし、さらに、広角端および望遠端における諸収差が良好に補正された光学系10を提供できる。また、広角端において半画角が60度を超える超広角な光学系(レンズシステム)10において、フォーカシングを、小径の1枚または3枚のレンズを動かすことにより実現することができる。したがって、フォーカシングの際の機械的な負荷も低減でき、コンパクトな光学系10を提供できる。また、これらの光学系10は、収差図にも示すように、ズーミングおよびフォーカシングの際の収差補正も良好であり、投射光学系としては、ズーミングが可能で、コンパクトでありながら、収差補正が良好にされた像を投影できる投射光学系10、および投射光学系10を備えたプロジェクタ100を提供できる。
11A to 11C show spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide-angle end of the
10 光学系、 100 プロジェクタ 10 optical system, 100 projector
Claims (18)
最も拡大側に位置し、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、負の屈折力の最も拡大側のレンズ群と、
最も前記第1の像の側に配置されたレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に固定されている、正の屈折力の最も像側のレンズ群と、
前記最も拡大側のレンズ群と前記最も像側のレンズ群との間に配置された複数のレンズ群であって、ズーミングおよびフォーカシングの際に移動するレンズ群を含む中間の複数のレンズ群とを有し、
前記中間の複数のレンズ群は、少なくともフォーカシングのために移動する正の屈折力の第1のレンズ群であって、絞りの拡大側に、前記絞りの拡大側に隣接して配置された正の屈折力の第2のレンズ群を介して配置された第1のレンズ群と、
前記絞りの縮小側に配置された第3のレンズ群とを含む、光学系。 An optical system for projecting the first image on the reduction side to the enlargement side,
The lens group on the most magnification side of the negative refracting power, which is located on the most magnification side and is fixed during zooming and focusing,
A lens group disposed closest to the first image side, which is fixed during zooming and focusing, and has a positive refractive power and is closest to the image side;
A plurality of lens groups arranged between the most magnifying side lens group and the most image side lens group, and a plurality of intermediate lens groups including a lens group that moves during zooming and focusing; Have,
The plurality of intermediate lens groups is a first lens group having a positive refractive power that moves at least for focusing, and a positive lens group disposed adjacent to the expansion side of the diaphragm on the expansion side of the diaphragm. A first lens group arranged via a second lens group having a refractive power,
An optical system including a third lens group arranged on the reduction side of the diaphragm.
前記第1のレンズ群と前記第2のレンズ群とは隣接して前記絞りの拡大側に配置されている、光学系。 In claim 1,
An optical system in which the first lens group and the second lens group are arranged adjacent to each other on the enlargement side of the diaphragm.
前記第3のレンズ群は、負の屈折力または焦点距離fr3が当該光学系の広角端における焦点距離fwに対し以下の条件を満たす、光学系。
0<fw/fr3<0.001 In claim 1 or 2,
The third lens group is an optical system in which the negative refractive power or the focal length fr3 satisfies the following condition with respect to the focal length fw at the wide angle end of the optical system.
0<fw/fr3<0.001
前記中間の複数のレンズ群は、前記第1のレンズ群の拡大側に隣接して配置された負の屈折力の第4のレンズ群を含む、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 3,
An optical system in which the plurality of intermediate lens groups include a fourth lens group having a negative refractive power and arranged adjacent to the expansion side of the first lens group.
前記第4のレンズ群と前記第1のレンズ群との距離がズーミングの際に変化する、光学系。 In claim 4,
An optical system in which the distance between the fourth lens group and the first lens group changes during zooming.
前記第1のレンズ群、前記第2のレンズ群および前記第3のレンズ群がズーミングのために移動する、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 5,
An optical system in which the first lens group, the second lens group, and the third lens group move for zooming.
前記中間の複数のレンズ群は、前記第4のレンズ群の拡大側に配置された正の屈折力の第5のレンズ群を含み、ズーミングの際に前記第4のレンズ群および第5のレンズ群が移動する、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 5,
The plurality of intermediate lens groups include a fifth lens group having a positive refractive power and arranged on the magnifying side of the fourth lens group, and the fourth lens group and the fifth lens group during zooming. An optical system in which the group moves.
前記第1のレンズ群は、1枚のレンズにより構成されている、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 7,
The first lens group is an optical system including one lens.
前記第3のレンズ群は、拡大側から、屈折力が正、負、正、負および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第1の組み合わせを含む、光学系。 In any one of claims 1 to 8,
The third lens group is an optical system including a first combination of lenses that are adjacently arranged in order of positive, negative, positive, negative, and positive refractive powers from the magnification side.
前記第3のレンズ群は、拡大側から、屈折力が負、正、負、正、負、正および正の順番で隣接配置されたレンズからなる第2の組み合わせを含む、光学系。 In any one of claims 1 to 9,
The said 3rd lens group is an optical system containing the 2nd combination which consists of the lens by which refractive power was negatively, positively, negatively, positively, negatively, positively, and adjacently arranged in order from the expansion side.
前記最も拡大側のレンズ群は、拡大側から順番に配置された、4枚の縮小側に凹の負の屈折力のレンズと、両凹の負レンズとから構成された、負の屈折力の第1のサブレンズ群と、
両凸の正レンズおよび両凹の負レンズにより構成された第2のサブレンズ群とを含む、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 10,
The lens group on the most magnifying side has a negative refracting power composed of four lenses having negative refractive power concave on the reduction side and biconcave negative lenses arranged in order from the magnifying power side. A first sub-lens group,
An optical system including a second sub-lens group composed of a biconvex positive lens and a biconcave negative lens.
前記第1のサブレンズ群の前記両凹の負レンズの縮小側の面の曲率半径Rs1と、前記第2のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの拡大側の面の曲率半径Rs2とは以下の条件を満たす、光学系。
0.8<Rs1/Rs2<1.2 In claim 11,
The radius of curvature Rs1 of the reduction side surface of the biconcave negative lens of the first sub-lens group and the curvature radius Rs2 of the enlargement side surface of the biconvex positive lens of the second sub-lens group An optical system that meets the following conditions.
0.8<Rs1/Rs2<1.2
前記第2のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの焦点距離pfs2と、前記両凹の負レンズの焦点距離nfs2とが以下の条件を満たす、光学系。
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8 In Claim 11 or 12,
An optical system in which a focal length pfs2 of the biconvex positive lens and a focal length nfs2 of the biconcave negative lens of the second sub-lens group satisfy the following conditions.
−1.2<pfs2/nfs2≦−0.8
前記第1のサブレンズ群の焦点距離fs1と、前記第2のサブレンズ群の焦点距離fs2と、当該光学系の広角端における焦点距離fwとは以下の条件を満たす、光学系。
−1.6<fs1/fw<−1.0
0<|fs1/fs2|<0.1 In any one of Claim 11 thru|or 13,
An optical system in which the focal length fs1 of the first sub-lens group, the focal length fs2 of the second sub-lens group, and the focal length fw at the wide-angle end of the optical system satisfy the following conditions.
-1.6<fs1/fw<-1.0
0<|fs1/fs2|<0.1
前記第2のサブレンズ群の前記両凸の正レンズの縮小側の面の曲率Rs22と、前記両凹の負レンズの拡大側の面の曲率Rs23とが以下の条件を満たす、光学系。
0.8<Rs22/Rs23<1.2 In any one of Claim 11 thru|or 14,
An optical system in which the curvature Rs22 of the reduction side surface of the biconvex positive lens and the curvature Rs23 of the expansion side surface of the biconcave negative lens of the second sub-lens group satisfy the following conditions.
0.8<Rs22/Rs23<1.2
前記第1のレンズ群の最も縮小側の面における軸上光線高LHxと軸外主光線高LHyとの比が以下の条件を満たす、光学系。
0.7<|LHx/LHy|<1.3 In any one of Claim 1 thru|or 15,
An optical system in which the ratio of the on-axis ray height LHx and the off-axis chief ray height LHy on the most reduction side surface of the first lens group satisfies the following condition.
0.7<|LHx/LHy|<1.3
前記第1の像は中間像であり、前記第1の像を形成するリレーレンズ群を有する、光学系。 In any one of Claim 1 thru|or 16,
An optical system, wherein the first image is an intermediate image, and has a relay lens group that forms the first image.
縮小側に配置された画像形成デバイスとを有するプロジェクタ。 An optical system according to any one of claims 1 to 17,
A projector having an image forming device arranged on the reduction side.
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