JP3227286B2 - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JP3227286B2 JP26635293A JP26635293A JP3227286B2 JP 3227286 B2 JP3227286 B2 JP 3227286B2 JP 26635293 A JP26635293 A JP 26635293A JP 26635293 A JP26635293 A JP 26635293A JP 3227286 B2 JP3227286 B2 JP 3227286B2
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【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
に画像を投影するのに好適な投影レンズに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、ビデオ画像を単独あるいは重畳し
てスクリーンに投影するプロジェクタは広く使われてい
る。画像の表示器としては陰極線管や液晶表示パネルな
どが使われるが、液晶表示パネルの場合は照明光学系が
必要である。
【0003】図17は液晶プロジェクターを図式的に示
しており、1、2、3は夫々各原色に応じた液晶表示パ
ネル、4、5、6はコンデンサレンズで、液晶表示パネ
ルに近接して光源7側に配されている。8a乃至8cは
照明光分配ミラー、8d乃至8fは画像合成ミラーであ
る。9は投影レンズで、レンズの瞳位置に光源像が形成
されている。本図では光源7の背後に放物面鏡が配され
ているが、更に光源の前に集光レンズが配される場合も
ある。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】一方で、図18に
示すように液晶表示パネルとして開口効率を向上させる
ためのマイクロレンズアレイ付液晶表示パネルを用いた
場合、液晶表示パネルの周辺部で、液晶表示パネルに入
射する照明光の角度が垂直からずれてくる(テレセント
リックがくずれる)と図19の様にケラレが生じ、液晶
表示パネルの画面周辺部が暗くなってしまうという問題
点が生じていた。本発明は画像性能の良好なズームレン
ズの提供を目的とし、また投影系に使用したとき明るさ
の低下を軽減した画像が得られるズームレンズの提供を
従属の目的とする。
【0005】
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、大きな共役側から順に正の屈折力の第1レ
ンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3
レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、短
焦点端から長焦点端への変倍に際して、第1レンズ群と
第2レンズ群の空気間隔増大させ、第2レンズ群と第
3レンズ群の空気間隔減少させ、第3レンズ群と第4
レンズ群の間隔を増大させると共に、以下の条件式を満
足することにより、テレセン性の良好なズームレンズを
実現している
【0009】 0.15<D23s/D34s<0.6−3.1<SF <−0.3 ここで、D23s:短焦点端の第2レンズ群と第3レン
ズ群の空気間隔 D34s:短焦点端の第3レンズ群と第4レンズ群の空
気間隔SF =(r 4f +r 4r )/(r 4f −r 4r 4f :第4レンズ群の正単レンズの大きな共役側の曲
率半径 4r :第4レンズ群の正単レンズの小さな共役側の曲
率半径
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【実施例】以下、図面に従って本発明の実施例を説明す
る。図1乃至図4は後述する数値実施例1乃至4に順に
対応するレンズ断面形状を描いている。
【0017】10はスクリーンを示す。11は大きな共
役側に位置し、正屈折力を有する第1レンズ群、以降、
小さな共役側に向かって順に、12は可動で負屈折力の
第2レンズ群、13は可動で正屈折力の第3レンズ群
で、この群中の最も大きな間隔を境に大きな共役側の
方群(第3aレンズ群)13aと小さな共役側の後方群
(第3bレンズ群)13bに分けられる。sp′は第3
レンズ群と一体に移動する絞り、spは固定の絞りであ
る。14は固定で正屈折力の第4レンズ群で、本例では
大きな共役側へ強い凸面を向けた正レンズからなる。第
3レンズ群13と第4レンズ群14の間には図17の合
成ミラー系を配する最も大きな空間があり、15はマイ
クロレンズを備えた液晶表示パネルである。また短焦点
端Sから長焦点端Lへの変倍に際して矢印の実線で示す
通りの移動軌跡に従って移動する。
【0018】第4レンズ群14は小さな共役点(液晶表
示パネル15)の近くに配置されている。 そして本実施
例のズームレンズは、以下に示す条件式(1)〜(1
0)を満足している。 0≦bf s /f s <0.3 ・・・ (1) 1<f 4 /f s <3 ・・・ (2) ここで、bf s :大きな共役側の共役点が無限遠のとき
のバックフォーカス 4 :第4レンズ群の焦点距離 s :短焦点端の全系の焦点距離 0.15<D 23s /D 34s <0.6 ・・・ (3) ここで、D 23s :短焦点端の第2レンズ群と第3レンズ
群の空気間隔 34s :短焦点端の第3レンズ群と第4レンズ群の空気
間隔 0.5<f 1 /f s <1.5 ・・・ (4) 0.2<−f 2 /f s <0.5 ・・・ (5) 0.4<f 3 /f s <1.3 ・・・ (6) ここで、f1:第1レンズ群の焦点距離 f2:第2レンズ群の焦点距離 f3:第3レンズ群の焦点距離 0.16<N 2p −N 2n <0.3 ・・・ (7) ここで、N 2p :第2レンズ群中の正レンズの屈折率の平
均値 2n :第2レンズ群中の負レンズの屈折率の平均値 0.03<D 3ab /f 3 <0.2 ・・・ (8) ここで、D 3ab :第3aレンズ群と第3bレンズ群の空
気間隔 −3.1<SF 4 <−0.3 ・・・ (9) ここで、SF 4 =(r 4f +r 4r )/(r 4f −r 4r 4f :第4レンズ群の正単レンズの大きな共役側の曲率
半径 4r :第4レンズ群の正単レンズの小さな共役側の曲率
半径
【0019】また、短焦点端から長焦点端への変倍に際
して第2レンズ群を小さな共役側へ移動し、第3レンズ
群を大きな共役側へ移動することにより、変倍を第2レ
ンズ群、第3レンズ群で分配し少ない移動量で大きな変
倍比を得ている。
【0020】以下、既述の条件式の極値の意味をまとめ
て説明する。
【0021】条件式(1)は大きな共役側の共役点が無
限遠の場合のバックフォーカスと短焦点端の全系の焦点
距離の比について限定したもので、条件式(1)の下限
値を超える領域では液晶表示パネル15と第4レンズ群
14がぶつかってしまい、条件式(1)の上限値を超え
る領域では第4レンズ群14における光束の幅が広くな
るためコマ収差や非点隔差の補正が困難となり好ましく
ない。
【0022】条件式(2)は第4レンズ群14と短焦点
端の全系の焦点距離の比について限定したもので、条件
式(2)の領域の範囲外ではテレセントリック性が大き
くくずれるので好ましくない。
【0023】条件式(3)は短焦点端の第2レンズ群1
2と第3レンズ群13の空気間隔と短焦点端の第3レン
ズ群13と第4レンズ群14の空気間隔の比について限
定したもので、条件式(3)の下限値を超える領域では
変倍比を大きくとれず、条件式(3)の上限値を超える
領域では、変倍比は大きくとれるレンズが大型化す
る、もしくは第3レンズ群13と第4レンズ群14の空
気間隔が小さくなりすぎて、第3レンズ群13と第4レ
ンズ群14の間に色合成系等を入れることが難しくなる
ため好ましくない。
【0024】条件式(4)は第1レンズ群11の焦点距
離と短焦点端の全系の焦点距離の比について限定したも
ので、条件式(4)の下限値を超える領域では第1レン
ズ群11の焦点距離が短くなりすぎて、全系の軸上色収
差や球面収差の補正が困難となり、条件式(4)の上限
値を超える領域では全長が大きくなりすぎるため好まし
くない。
【0025】条件式(5)は第2レンズ群12の焦点距
離と短焦点端の全系の焦点距離の比について限定したも
ので、条件式(5)の下限値を超える領域では、第2レ
ンズ群の負のパワーが強くなりすぎる為、像面湾曲がオ
ーバーになり、また短焦点端の歪曲収差がアンダーとな
り、条件式(5)の上限値を超える領域では第2レンズ
群の負のパワーが弱くなりすぎるため像面湾曲がアンダ
ーになったり、所定の変倍比を得るための第2レンズ群
の移動量が大きくなったりするので好ましくない。
【0026】条件式(6)は第3レンズ群13の焦点距
離と短焦点端の全系の焦点距離の比について限定したも
ので、条件式(6)の下限値を超える領域では第3レン
ズ群13の焦点距離が小さくなりすぎるため、第3レン
ズ群13と第4レンズ群14の空気間隔を大きくとれな
くなり、そのため、色合成系等を第3レンズ群13と第
4レンズ群14の間に入れることが難しくなり、条件式
(6)の上限値を超える領域では第3レンズ群の焦点距
離が大きくなりすぎるため、第3レンズ群の共役点問題
が大きくなりすぎ、そのためレンズ全長が大きくなりす
ぎてしまい好ましくない。
【0027】条件式(7)は第2レンズ群12中の正レ
ンズの屈折率の平均値と第2レンズ群12中の負レンズ
の屈折率の平均値の差について限定したもので、条件式
(7)の下限値を超える領域では像面湾曲がオーバーと
なり、条件式(7)の上限値を超える領域では像面湾曲
がアンダーになり、また短焦点端の歪曲収差がアンダー
となるため好ましくない。第4レンズ群で発生するアン
ダーの像面湾曲を第2レンズ群の正レンズの屈折率を高
く、負レンズの屈折率を低くすることにより補正してい
る。
【0028】条件式(8)は第3前方レンズ群13aと
第3後方レンズ群13bの空気間隔と第3レンズ群13
の焦点距離の比について限定したもので、条件式(8)
の下限値を超える領域では、第3レンズ群と第3レンズ
群の間隔が小さくなりすぎるためコマ収差の補正が困難
となり、条件式(8)の上限値を超える領域では第3レ
ンズ群13の全長が大きくなるため、レンズが大型化し
てきて好ましくない。
【0029】さらには変倍の際に生じる歪曲収差の変動
を小さくするために、第2レンズ群12は大きな共役側
から順に、小さな共役側に強いパワーをもつ負レンズ、
貼り合わせ面の凸面を大きな共役側へ向けた貼り合せ負
レンズ、大きな共役側へ強いパワーをもつ正レンズより
構成される。
【0030】条件式(9)は第4レンズ群14の正単レ
ンズのレンズ形状について限定したもので、条件式
(9)の下限値を超える領域では短焦点端における歪曲
収差が補正過剰となり、条件式(9)の上限値を超える
領域では短焦点端における歪曲収差がアンダーとなり好
ましくない。
【0031】さらには長焦点端の軸外光のフレアを減少
させるために第3レンズ群と第4レンズ群の間の第3レ
ンズ群の近くに小さな共役点に対して固定の固定絞りを
配置している。
【0032】以下に数値実施例を示す。
【0033】riは大きな共役側からi番目の曲率半径 diは大きな共役側からi番目のレンズ面間隔 niは大きな共役側からi番目のガラスの屈折率 νiは大きな共役側からi番目のガラスのアッベ数
【0034】
【外1】
【0035】
【外2】
【0036】
【外3】
【0037】
【外4】 数値実施例1の短焦点端、中間、長焦点端の諸収差は図
5、図6、図7に順に示す。同様にして数値実施例2の
各諸収差は図8、図9、図10に、数値実施例3の各諸
収差は図11、図12、図13に、数値実施例4の各諸
収差は図14、図15、図16に夫々示す。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば高変倍でありながら小型
でテレセントリック性の良好なズームレンズが実現で
き、特に投射レンズに使用すれば画質の良好で明るいプ
ロジェクターの実現に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すレンズ断面図。
【図2】第2実施例を示すレンズ断面図。
【図3】第3実施例を示すレンズ断面図。
【図4】第4実施例を示すレンズ断面図。
【図5】数値実施例1の短焦点収差曲線図。
【図6】数値実施例1の中間収差曲線図。
【図7】数値実施例1の長焦点収差曲線図。
【図8】数値実施例2の短長焦点収差曲線図。
【図9】数値実施例2の中間収差曲線図。
【図10】数値実施例2の長焦点収差曲線図。
【図11】数値実施例3の短焦点収差曲線図。
【図12】数値実施例3の中間収差曲線図。
【図13】数値実施例3の長焦点収差曲線図。
【図14】数値実施例4の短焦点収差曲線図。
【図15】数値実施例4の中間収差曲線図。
【図16】数値実施例4の長焦点収差曲線図。
【図17】液晶プロジェクターの光学断面図。
【図18】マイクロレンズ付液晶表示パネル部分拡大
図。
【図19】ケラレのある状態を示す部分拡大図。
【符号の説明】
11 第1レンズ群 12 第2レンズ群 13 第3レンズ群 14 第4レンズ群 15 マイクロレンズ付液晶表示パネル SP 固定絞り S 短焦点端 L 長焦点端
───────────────────────────────────────────────────── 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 (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大きな共役側から順に、正の屈折力の第
    1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の
    第3レンズ群、1枚の正単レンズより成る正の屈折力の
    第4レンズ群より構成され、短焦点端から長焦点端への
    変倍に際して、第1レンズ群と第2レンズ群の空気間隔
    を増大させ、第2レンズ群と第3レンズ群の空気間隔を
    減少させ、第3レンズ群と第4レンズ群の間隔を増大さ
    せ、小さな共役点に配置された原画の像を大きな共役点
    に配置されたスクリーンに投影するズームレンズであっ
    て、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレ
    ンズ。 0.15<D23s/D34s<0.6−3.1<SF <−0.3 ここで、D23s:短焦点端の第2レンズ群と第3レン
    ズ群の空気間隔 D34s:短焦点端の第3レンズ群と第4レンズ群の空
    気間隔SF =(r 4f +r 4r )/(r 4f −r 4r 4f :第4レンズ群の正単レンズの大きな共役側の曲
    率半径 4r :第4レンズ群の正単レンズの小さな共役側の曲
    率半径
  2. 【請求項2】 更に、以下の条件式を満足することを特
    徴とする請求項1のズームレンズ。 0.5<f/f<1.5 0.2<−f/f<0.5 0.4<f/f<1.3 ここで、f:第1レンズ群の焦点距離 f:第2レンズ群の焦点距離 f:第3レンズ群の焦点距離 :短焦点端の全系の焦点距離
  3. 【請求項3】 前記第2レンズ群は大きな共役側から順
    に、小さな共役側に強いパワーをもつ負レンズ、貼り合
    わせ面の凸面を大きな共役側に向けた貼り合せ負レン
    ズ、大きな共役側へ強いパワーをもつ正レンズより構成
    されると共に、更に、以下の条件式を満足することを特
    徴とする請求項1又は2のズームレンズ。 0.16<N2p−N2n<0.3 ここで、N2p:第2レンズ群中の正レンズの屈折率の
    平均値 N2n:第2レンズ群中の負レンズの屈折率の平均値
  4. 【請求項4】 更に、前記第3レンズ群は第3レンズ群
    内の最も大きな空気間隔を隔てて、大きな共役側の第3
    前方レンズ群と小さな共役側の第3後方レンズ群より構
    成されるとともに以下の条件式を満足することを特徴と
    する請求項1乃至3のズームレンズ。 0.03<D3ab/f<0.2 ここで、D3ab:第3前方レンズ群と第3後方レンズ
    群の空気間隔 f:第3レンズ群の焦点距離
  5. 【請求項5】 前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の
    間には小さな共役点に対して固定の固定絞りが配置され
    ていることを特徴とする請求項1乃至4のズームレン
    ズ。
  6. 【請求項6】 更に、以下の条件式を満足することを特
    徴とする請求項1乃至5のズームレンズ。 0≦bf/f<0.3 1<f/f<3 ここで、bf:大きな共役側の共役点が無限遠のとき
    のバックフォーカス f:第4レンズ群の焦点距離 f:短焦点端の全系の焦点距離
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のズームレンズを有し、
    小さな共役点に配置された原画の像を大きな共役点に配
    置されたスクリーンに投影することを特徴とするプロジ
    ェクター。
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