JP3175411B2 - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JP3175411B2
JP3175411B2 JP17992893A JP17992893A JP3175411B2 JP 3175411 B2 JP3175411 B2 JP 3175411B2 JP 17992893 A JP17992893 A JP 17992893A JP 17992893 A JP17992893 A JP 17992893A JP 3175411 B2 JP3175411 B2 JP 3175411B2
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    • G02B15/177Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a negative front lens or group of lenses
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    • G02B15/1435Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative
    • G02B15/143507Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative arranged -++

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はズームレンズに関し、特
に液晶表示素子等で表示された画像情報をスクリーン面
上に拡大投影する際の液晶プロジェクター等に好適なズ
ームレンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より液晶ライトバルブ等から成る色
情報を有した複数の画像を各々所定の色光で照明し、光
学的に重ね合わせた後、当社レンズによりスクリーン面
上に投影するようにした投射型表示装置(液晶プロジェ
クター)が種々と提案されている。
【0003】図13は従来の投射型表示装置の光学系の
要部概略図である。
【0004】同図において1,2,3は各々液晶ライト
バルブであり、その面上には所定の色情報に基づく画像
(白黒画像)が形成されている。
【0005】白色光源14からの光束を反射鏡13を利
用してダイクロイックミラー8,9で該色情報に基づく
色光、例えば赤色(R),緑色(G),青色(B)の色
光に分離する。そして各々の色光で対応する色情報に基
づく液晶ライトバルブ1,2,3を(液晶ライトバルブ
1は全反射ミラー7を介して)コンデンサーレンズ4,
5,6を用いて照明している。
【0006】そして液晶ライトバルブ3からの光束は全
反射ミラー12で光路を折り曲げた後、また液晶ライト
バルブ1,2からの光束はダイクロイックミラー10を
介した後、ダイクロイックミラー11で赤色,緑色,青
色の3つの色光に基づく画像を合成しカラー画像とした
後、投射レンズ15でスクリーン(不図示)面上に投影
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図13に示す投射型表
示装置において、液晶表示素子1〜3を照明する照明光
のうち、液晶表示素子の周辺部を照明する光束は液晶表
示素子に大きな角度で入射する。このため液晶表示素子
全体にわたりコントラストムラが生じるという問題点が
あった。この他、液晶表示素子の画素数の増加に伴っ
て、液晶表示素子の開口率が低下してきている。
【0008】これを改善する為に、図14に示すように
液晶表示素子の各々の画素27に対応させてマイクロレ
ンズアレイ26を設けた液晶表示素子部材が提案されて
いる。
【0009】しかしながら、マイクロレンズアレイを付
加した液晶表示素子部材においては、光束を液晶表示素
子に略垂直に入射させないと、即ち投射レンズのテレセ
ントリック性が崩れてくると、図15に示すような光束
のケラレが生じてきて開口率が低下してくるという問題
点があった。
【0010】本発明は全体として3つのレンズ群より成
り、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することによ
り、画面全体にわたり略垂直に照明された液晶表示素子
等の被投影画像から略垂直に射出する光束を効率よく集
光し、所定面上に明るくしかも高画質の投影画像が得ら
れるズームレンズの提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズ
は、 (1-1)距離の長い方の第1共役点側から順に負の屈折力
の第1群と正の屈折力の第2群そして正の屈折力の第3
群の3つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍
に際し、該第1群と第2群を双方のレンズ群間隔が減少
するように第1共役点側へ単調に移動させており、該第
i群の焦点距離をfi、広角端における全系の焦点距離
をfw、広角端における第i群と第i+1群の主点間隔
をeiw、広角端における第i群と第i+1群の空気間
隔をDDiwとしたとき 0.5<−f1/f2<1.7 ‥‥‥(1) 0.5<−f1/fw<2 ‥‥‥(2) 0.5< f2/fw<1.5 ‥‥‥(3) 0.5< f3/fw<4.1 ‥‥‥(4) 0.3<e1w/fw<2 ‥‥‥(5) 1.6<DD2w/fw<2.5 ‥‥‥(6) なる条件を満足することを特徴としている。
【0012】
【0013】(1−2)距離の長い方の第1共役点側か
ら順に負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群そして
正の屈折力の第3群の3つのレンズ群を有し、該第1群
と第2群を光軸上移動させて変倍を行ない、前記第i群
の焦点距離をfi、広角端における全系の焦点距離をf
w、広角端における第i群と第i+1群の主点間隔をe
iw、広角端における第i群と第i+1群の空気間隔を
DDiwとしたとき 0.5<−f1/f2<1.7 ・・・・・・・・・・(1) 0.5<−f1/fw<2 ・・・・・・・・・・(2) 0.5< f2/fw<1.5 ・・・・・・・・・・(3) 0.5< f3/fw<4.1 ・・・・・・・・・・(4) 0.3<e1w/fw<2 ・・・・・・・・・・(5) 1.6<DD2w/fw<2.5・・・・・・・・・・(6) なる条件を満足することを特徴としている。
【0014】
【実施例】図1〜図3は各々本発明の後述する数値実施
例1〜3のレンズ断面図である。図4〜図6は本発明の
数値実施例1の広角端、中間、望遠端の収差図である。
図7〜図9は本発明の数値実施例2の広角端、中間、望
遠端の収差図である。図10〜図12は本発明の数値実
施例3の広角端、中間、望遠端の収差図である。
【0015】図1〜図3のレンズ断面図において、L1
は負の屈折力の第1群、L2は正の屈折力の第2群、L
3は正の屈折力の第3群である。SPは絞り、Sはスク
リーン面(投影面)、Pはカラー液晶等の原画像(被投
影面)である。スクリーン面Sと原画像Pとは共役関係
にあり、一般にはスクリーン面Sは距離の長い方の共役
点(第1共役点)に、原画像Pは距離の短い方の共役点
(第2共役点)に相当している。尚、本実施形態はズー
ムレンズをカラー液晶等を用いた投射型表示装置に適用
した場合を示している。
【0016】本発明のズームレンズは第1群L1と第2
群L2を光軸上移動させて変倍を行なっている。このう
ち図1〜図3の実施例1〜3では広角端から望遠端への
変倍を第1群と第2群を双方のレンズ群間隔が減少する
ように共に第1共役点側へ単調に移動させて行なってい
る。
【0017】本実施例ではズームレンズを前述のよう
に、第1共役点S側より負の屈折力の第1群L1と正の
屈折力の第2群L2、そして正の屈折力の第3群L3よ
り構成し、第1群を第1共役点S方向に直線的に又は非
直線的に移動させると共に第2群を矢印のように第1共
役点S側に移動させて広角端から望遠端への変倍を行な
うようにしている。これにより所定の変倍比を確保しつ
つレンズ系全体の小型化を図っている。
【0018】そして各レンズ群のレンズ構成を条件式
(1)〜(6)の如く設定することによりレンズ系全体
のテレセントリック性を良好に維持しつつ、広画角化を
図りつつ全変倍範囲にわたり高い光学性能を得ている。
【0019】次に前述の各条件式の技術的意味について
説明する。
【0020】条件式(1)は第1群と第2群の焦点距離
の比について限定したものである。条件式(1)以下の
領域では、第1群のパワーが強くなり過ぎるため像面弯
曲がオーバー(補正過剰)になり好ましくない。条件式
(1)以上の領域では、第1群の焦点距離が大きくなり
過ぎるため、第2群と第3群の空気間隔を大きく保ちつ
つレンズ全系の焦点距離を小さくすることが困難とな
り、また大きな投射像を得ようとすると投射距離が大き
くなってしまうので好ましくない。
【0021】条件式(2)は第1群とレンズ全系の広角
端の焦点距離の比について限定したものである。条件式
(2)の下限値を越える場合には、第1群のパワーが強
くなり過ぎるため像面弯曲がオーバーになり、また条件
式(2)の上限値を越える場合には、第1群の焦点距離
が大きくなり過ぎるため広角端で第1群と第2群の主点
間隔e1wが大きくするのが難しく、所定の変倍比を得
るのが難しくなってくる。
【0022】条件式(3)は第2群とレンズ全系の広角
端の焦点距離の比を定めたものである。条件式(3)の
下限値を越えると第2群の焦点距離が小さくなり過ぎ、
第2群と第3群の空気間隔が十分に長くとれなくなって
くる。また条件式(3)の上限値を越えると、第2群の
焦点距離が大きくなり過ぎレンズ全長が長くなってく
る。
【0023】条件式(4)は第3群とレンズ全系の広角
端の焦点距離の比を定めたものである。条件式(4)の
下限値或いは上限値を越えるとテレセン性がくずれてく
るので良くない。
【0024】条件式(5)は第1群と第2群の広角端に
おける主点間隔とレンズ全系の広角端の焦点距離の比を
定めたものである。条件式(5)の下限値を越えるとレ
ンズ全長は小型となるが、変倍比が大きくとれなくなっ
てくる。また条件式(5)の上限値を越えるとレンズ全
長が大きくなる。
【0025】条件式(6)は広角端における第2群と第
3群の空気間隔とレンズ全系の広角端の焦点距離の比を
定めたものである。条件式(6)の下限値を越えると3
つの液晶表示素子を用いたときの三色合成のためのダイ
クロミラー等を配置するスペースが十分とれなくなって
くる。また条件式(6)の上限値を越えるとレンズ全長
が大きくなってくる。
【0026】本発明の目的とするズームレンズは以上の
諸条件を満足させることにより達成されるが、更に全変
倍範囲及び画面全体にわたり高い光学性能を得るには次
の条件を満足させるのが良い。
【0027】(イ)前記第3群は正の第31レンズの単
一レンズより成り、該第31レンズの第1共役点側と距
離の短い第2共役点側のレンズ面の曲率半径を各々R3
f,F3rとしたとき
【0028】
【数2】 なる条件を満足することである。
【0029】第3群を正の単一レンズで構成することに
より、像面弯曲の補正を容易にしている。
【0030】条件式(7)は第3群のレンズ形状につい
て定めたものである。条件式(7)の下限値を越えると
歪曲収差が補正過剰となり、また条件式(7)の上限値
を越えると逆に歪曲収差が補正不足となるので良くな
い。
【0031】(ロ)第1共役点側から順に前記第1群は
第1共役点側に凸面を向けた少なくとも1つのメニスカ
ス状の負レンズと第1共役点側に凸面を向けたメニスカ
ス状の正レンズを有していることが良い。これによれば
第1群の有効径を効果的に小型化することができる。
【0032】(ハ)第1共役点側から順に前記第2群は
両レンズ面が凸面の正レンズ、少なくとも1つの負レン
ズそして少なくとも1つの正レンズを有していることが
良い。これによれば変倍に伴う諸収差の変動を良好に補
正するのが容易となる。
【0033】(ニ)前記第1群中の負レンズと正レンズ
の材質の屈折率の平均値をN1n,N1p、前記第2群
中の負レンズと正レンズの材質の屈折率の平均値をN2
n,N2pとしたとき N1n<1.7 ・・・・・・・・・・・・・・(8) 1.7<N1p ・・・・・・・・・・・・・・(9) 1.6<N2n<1.8 ・・・・・・(10) N2p<1.7 ・・・・・・・・・・・・・・(11) なる条件を満足することが良い。ここで材質の屈折率の
平均値とは対象とするレンズ群中に正レンズ又は負レン
ズが1つのときはその1つのレンズの材質の屈折率をい
う。
【0034】条件式(8)は第1群中の負レンズの材質
の屈折率の平均値について限定したものである。条件式
(8)を越える領域では像面弯曲が補正過剰となってく
る。
【0035】条件式(9)は第1群中の正レンズの材質
の屈折率の平均値について限定したものである。条件式
(9)を越える領域では条件式(8)と同様に像面弯曲
が補正過剰となってくる。
【0036】条件式(10)は第2群中の負レンズの材質
の屈折率の平均値について限定したものである。条件式
(10)の下限値を越えると像面弯曲が補正不足となり、
また上限値を越えると逆に像面弯曲が補正過剰となって
くる。
【0037】条件式(11)は第2群中の正レンズの材質
の屈折率の平均値について限定したものである。条件式
(11)を越えると像面弯曲が補正過剰となってくる。
【0038】(ホ)前記第2群と第3群との間には固定
絞りが設けられていることが良い。これによればレンズ
系全体を適切なるテレセントリック系とするのが容易と
なり、更に望遠端における軸外光束によるフレアーを効
果的に除去することができる。
【0039】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてRiは第1共役点側より順に第i番目のレン
ズ面の曲率半径、Diは第1共役点側より第i番目のレ
ンズ厚及び空気間隔、Niとνiは各々第1共役点側よ
り順に第i番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数で
ある。
【0040】又、前述の各条件式と数値実施例における
諸数値との関係を表−1に示す。 (数値実施例1) F= 104.92〜167.77 FNO=1:3.6〜4.6 2ω= 56.7°〜 33.5° R 1= 202.99 D 1= 3.60 N 1=1.51633 ν 1= 64.2 R 2= 57.14 D 2=11.45 R 3= 734.76 D 3= 3.20 N 2=1.62299 ν 2= 58.2 R 4= 69.13 D 4=17.22 R 5= 76.39 D 5= 6.90 N 3=1.80518 ν 3= 25.4 R 6= 121.92 D 6=可変 R 7= 132.71 D 7= 8.20 N 4=1.65844 ν 4= 50.9 R 8= -197.75 D 8=35.03 R 9= -58.77 D 9= 2.80 N 5=1.74077 ν 5= 27.8 R10= -217.33 D10=10.50 R11= -190.54 D11= 3.10 N 6=1.64769 ν 6= 33.8 R12= 297.15 D12= 1.84 R13=-1548.20 D13= 9.65 N 7=1.62299 ν 7= 58.2 R14= -70.36 D14= 0.20 R15= 553.57 D15= 8.90 N 8=1.51633 ν 8= 64.2 R16= -100.82 D16=可変 R17= 絞り D17=可変 R18= 140.07 D18= 13.50 N 9=1.51633 ν 9= 64.2 R19=96193.09
【0041】
【表1】 (数値実施例2) F= 104.27〜166.83 FNO=1:3.6〜4.6 2ω= 57.1°〜 34.7° R 1= 154.87 D 1= 3.60 N 1=1.51633 ν 1= 64.2 R 2= 55.33 D 2=10.20 R 3=-1307.57 D 3= 3.20 N 2=1.51633 ν 2= 64.2 R 4= 65.22 D 4=18.68 R 5= 75.12 D 5= 6.22 N 3=1.74077 ν 3= 27.8 R 6= 121.27 D 6=可変 R 7= 136.24 D 7= 7.70 N 4=1.66672 ν 4= 48.3 R 8= -169.24 D 8=30.10 R 9= -61.44 D 9= 2.80 N 5=1.72825 ν 5= 28.5 R10= -194.22 D10=14.19 R11= -139.81 D11= 3.10 N 6=1.64769 ν 6= 33.8 R12= 286.17 D12= 2.03 R13= -983.59 D13= 9.47 N 7=1.51633 ν 7= 64.2 R14= -62.80 D14= 0.20 R15= 302.61 D15= 8.71 N 8=1.51633 ν 8= 64.2 R16= -108.03 D16=可変 R17= 絞り D17=可変 R18= 140.00 D18=12.00 N 9=1.51633 ν 9= 64.2 R19= ∞
【0042】
【表2】 (数値実施例3) F= 104.43〜167.09 FNO=1:3.8〜4.8 2ω= 57.0°〜 34.7° R 1= 157.88 D 1= 3.90 N 1=1.51633 ν 1= 64.2 R 2= 49.50 D 2=33.53 R 3= 549.66 D 3= 3.10 N 2=1.65844 ν 2= 50.9 R 4= 76.47 D 4= 4.81 R 5= 65.45 D 5= 5.97 N 3=1.80518 ν 3= 25.4 R 6= 110.57 D 6=可変 R 7= 131.88 D 7= 7.13 N 4=1.70154 ν 4= 41.2 R 8= -161.17 D 8=30.31 R 9= -48.44 D 9= 2.50 N 5=1.80518 ν 5= 25.4 R10= 921.44 D10=12.16 R11= -180.91 D11= 9.42 N 6=1.62299 ν 6= 58.2 R12= -50.47 D12= 0.20 R13= 636.66 D13= 6.88 N 7=1.62299 ν 7= 58.2 R14= -144.51 D14=可変 R15= 絞り D15=可変 R16= 140.00 D16=12.00 N 8=1.51633 ν 8= 64.2 R17= ∞
【0043】
【表3】
【0044】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、全体とし
て3つのレンズ群より成り、各レンズ群のレンズ構成を
適切に設定することにより、画面全体にわたり略垂直に
照明された液晶表示素子等の被投影画像から略垂直に射
出する光束を効率よく集光し、所定面上に明るくしかも
高画質の投影画像が得られるズームレンズを達成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の数値実施例1の広角端のレンズ断面
【図2】 本発明の数値実施例2の広角端のレンズ断面
【図3】 本発明の数値実施例3の広角端のレンズ断面
【図4】 本発明の数値実施例1の広角端の収差図
【図5】 本発明の数値実施例1の中間の収差図
【図6】 本発明の数値実施例1の望遠端の収差図
【図7】 本発明の数値実施例2の広角端の収差図
【図8】 本発明の数値実施例2の中間の収差図
【図9】 本発明の数値実施例2の望遠端の収差図
【図10】 本発明の数値実施例3の広角端の収差図
【図11】 本発明の数値実施例3の中間の収差図
【図12】 本発明の数値実施例3の望遠端の収差図
【図13】 従来のカラー液晶プロジェクターの光学系
の要部概略図
【図14】 従来のマイクロレンズアレイを有した液晶
表示素子の説明図
【図15】 従来のマイクロレンズアレイを有した液晶
表示素子の説明図
【符号の説明】
L1 第1群 L2 第2群 L3 第3群 SP 絞り P 像面 S スクリーン 14 光源 7,12 ミラー 8,9,10,11 ダイクロイックミラー 1,2,3 液晶表示素子 4,5,6 コンデンサーレンズ 15 投影レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 距離の長い方の第1共役点側から順に負
    の屈折力の第1群と正の屈折力の第2群そして正の屈折
    力の第3群の3つのレンズ群を有し、広角端から望遠端
    への変倍に際し、該第1群と第2群を双方のレンズ群間
    隔が減少するように第1共役点側へ単調に移動させてお
    り、該第i群の焦点距離をfi、広角端における全系の
    焦点距離をfw、広角端における第i群と第i+1群の
    主点間隔をeiw、広角端における第i群と第i+1群
    の空気間隔をDDiwとしたとき 0.5<−f1/f2<1.7 0.5<−f1/fw<2 0.5< f2/fw<1.5 0.5< f3/fw<4.1 0.3<e1w/fw<2 1.6<DD2w/fw<2.5 なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 【請求項2】 距離の長い方の第1共役点側から順に負
    の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群そして正の屈折
    力の第3群の3つのレンズ群を有し、該第1群と第2群
    を光軸上移動させて変倍を行ない、前記第i群の焦点距
    離をfi、広角端における全系の焦点距離をfw、広角
    端における第i群と第i+1群の主点間隔をeiw、広
    角端における第i群と第i+1群の空気間隔をDDiw
    としたとき 0.5<−f1/f2<1.7 0.5<−f1/fw<2 0.5< f2/fw<1.5 0.5< f3/fw<4.1 0.3<e1w/fw<2 1.6<DD2w/fw<2.5 なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  3. 【請求項3】 前記第3群は正の第31レンズの単一レ
    ンズより成り、該第31レンズの第1共役点側と距離の
    短い第2共役点側のレンズ面の曲率半径を各々R3f,
    R3rとしたとき 【数1】 なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2
    ズームレンズ。
  4. 【請求項4】 第1共役点側から順に前記第1群は第1
    共役点側に凸面を向けた少なくとも1つのメニスカス状
    の負レンズと第1共役点側に凸面を向けたメニスカス状
    の正レンズを有していることを特徴とする請求項1,2
    又は3のズームレンズ。
  5. 【請求項5】 第1共役点側から順に前記第2群は両レ
    ンズ面が凸面の正レンズ、少なくとも1つの負レンズそ
    して少なくとも1つの正レンズを有していることを特徴
    とする請求項のズームレンズ。
  6. 【請求項6】 前記第1群中の負レンズと正レンズの材
    質の屈折率の平均値をN1n,N1p、前記第2群中の
    負レンズと正レンズの材質の屈折率の平均値をN2n,
    N2pとしたとき N1n<1.7 1.7<N1p 1.6<N2n<1.8 N2p<1.7 なる条件を満足することを特徴とする請求項のズーム
    レンズ。
  7. 【請求項7】 前記第2群と第3群との間には固定絞り
    が設けられていることを特徴とする請求項のズームレ
    ンズ。
  8. 【請求項8】距離の短い方の第2共役点側に配置された
    原画を、請求項1乃至7のいずれか1項のズームレンズ
    を用いて、距離の長い方の第1共役点側に配置されたス
    クリーンに拡大投影することを特徴とする投射型表示装
    置。
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