JP4139606B2

JP4139606B2 - Projection lens

Info

Publication number: JP4139606B2
Application number: JP2002058600A
Authority: JP
Inventors: 浩司塩川; 潤小川
Original assignee: NEC Display Solutions Ltd; Cosina Co Ltd
Current assignee: Cosina Co Ltd; Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP2003255226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投映画像の照度ムラを抑え、後玉径の小型化が可能な投映用レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示パネルとして、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）と呼ばれる反射型表示素子を用いたプロジェクタが知られている。ＤＭＤは、マトリクス状に敷き詰められた多数のマイクロミラーを備え、各マイクロミラーの反射角度を変えることで１画素の輝度を調節している。
【０００３】
１枚のＤＭＤを備えた単板式ＤＭＤプロジェクタには、大きく２つのタイプがある。その１つ目は、投映光軸と照明光軸が直交する位置にプリズムが設けられ、投映光軸上のプリズムとＤＭＤの間で、照明光路と投映光路とが一致する光路一致型である。２つ目は照明光路と投映光路がＤＭＤの画像形成面に対して対称に設けられ、投映光が投映用レンズに斜めに入射する光路不一致型である。
【０００４】
前者の光路一致型における投映用レンズは、投映光軸上のＤＭＤとの間にプリズムがあるため、長いバックフォーカスを必要とする。また、ＤＭＤから出射されるテレセントリックな投映光を高輝度かつ均一に投射するために、投映用レンズの入射瞳を大きくしてパネル側のテレセントリック特性を高めている。
【０００５】
一方、後者の光路不一致型はプリズムが不要となるため、軽量化やコンパクト化、低価格化が考慮されたプロジェクタに採用される。光路不一致型ではＤＭＤからの出射光が投映光軸に対して斜めに傾くため、光路一致型に比べて投映輝度が低くなり、また投映画像にケラレや照度ムラを生じさせる欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光路不一致型の欠点を改善するときに、入射瞳をさらに大きくすることでＤＭＤからの出射光と投映光軸の傾きを小さくしようとすると、入射瞳の確保に伴う後玉径の大型化が避けられず、軽量性、コンパクト性、低価格性が損なわれるという問題がある。また、入射瞳の大型化に伴い、倍率色収差や歪曲収差といった横収差の増大を招き、光学性能を向上させることができないという問題が生じる。特に、単板式プロジェクタは、三板式のものと異なり、ＲＧＢ三原色画像の色ズレをパネル調整によって補正できないため、投映用レンズに高いパフォーマンスが要求される。
【０００７】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、上記光路不一致型のように投映光学系に対する入射光が傾いたプロジェクタに好適であり、後玉径を小さく維持するとともに、光学性能の向上を実現した投映用レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投映用レンズは、画像表示パネルによって照明光から作り出される投映光をスクリーンに向けて拡大投射するための投映用レンズであり、フォーカス時に第１群が光軸上で進退し、変倍時の全長が固定された４群以上のズーム光学系からなり、前記第１群にはパネル側に凹面を向けた凹メニスカスレンズが設けられており、第４群以降に凹レンズと凸レンズの接合レンズがスクリーン側に凹面を向けて設けられ、前記接合レンズよりもパネル側に少なくとも２枚の凸レンズが設けられ、投映光軸に対して垂直方向に偏心した絞りが第２群と第３群の間に配置されており、広角端における光学系全体の焦点距離をｆｗ、第２群、第３群の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３としたときに下記１）及び２）の条件を満たし、有効像円上で前記画像表示パネルから出射される光線のうち、上光線と下光線の投映光軸に対する傾角の平均値を平均出射傾角θとしたときに、この平均出射傾角θが広角端から望遠端に渡って下記３）の条件式を満たすことを特徴とする。
１）１．０＜ｆ２／ｆｗ＜１．６
２）３．６＜ｆ３／ｆｗ＜６．２
３）２°＜θ＜９°
【０００９】
絞りを偏心させると、パネル上の特定光点から出射される光の上光線と下光線は、その出射方向が投映光軸に対して非対称となり、出射光線が投映光軸に対して傾けられる。その結果、パネル上の各点から出射する光線が平行になって投映系に入射し、明るさにムラのない投映光が投射される。これにより、投映画像の照度ムラが小さくなるとともに、テレセントリック性確保のために入射瞳を大きくする必要がなくなり、後玉の小型化と光学性能の向上が実現できる。
【００１１】
上記１）の条件式の範囲外の値をとる光学系では、サジタル面の像湾曲、色収差が増大してその補正が困難となる。特に下限を下回ることは第２群のパワーが強くなることを意味しており、横収差が増大する。また、上限を上回ると変倍による収差変動が大きくなり、安定した光学性能が得られなくなる。
【００１２】
上記２）式の下限を下回ることは第３群のパワーが強くなることを意味しており、球面収差及び横収差が増大して、これらを抑えることが困難になる。上記２）式の上限を上回ると、変倍動作におけるレンズ移動量の増大による光学系の肥大化、変倍に伴う収差変動の増大、軸上色収差の増大が伴う。
【００１３】
上記３）の条件式は、有効像円上で前記画像表示パネルから出射される光線のうち、上光線と下光線の投映光軸に対する傾角の平均値を平均出射傾角θとして定義し、広角端から望遠端に渡る平均出射傾角θの許容範囲を規定したものである。θが２°よりも小さいと、テレセントリック投映系の欠点が現れてくるので、後玉径の小型化や性能向上が十分でなくなる。また、θが９°よりも大きいと絞りの偏心量が大きくなり過ぎて、上光線や下光線の入射高が高くなり、横収差が増大してしまう。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
図１において、投映用ズームレンズ１０は、スクリーン側から順に第１レンズ群Ｇ１１〜第４レンズ群Ｇ１４をなす計１４枚のレンズと平行平面ガラス２５とによって構成される。第２レンズ群Ｇ１２と第３レンズ群Ｇ１３の間には絞りＳ１が設けられている。投映用ズームレンズ１０のレンズデータを以下に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
なお表中では、最もスクリーンに近い屈折面から順に面番号ｉを付しており、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率が示された番号の屈折面とその次の屈折面とによって１つの光学要素が構成される。面間隔ｄは対応する番号の屈折面と次の屈折面とのレンズ厚みもしくは空気間隔（単位ｍｍ）を示している。これらは後述する他の実施例についても同様である。なお最終面の面間隔は平行平面ガラスからパネル面までの距離である。
【００１７】
第１レンズ群Ｇ１１は、スクリーン側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ１１、パネル面側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ１２、凹レンズ１３の計３枚のレンズで構成される。第２レンズ群Ｇ１２は、パネル面側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ１４とスクリーン側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ１５の接合レンズと、凸レンズ１６で構成される。第３レンズ群Ｇ１３は、凹レンズ１７と凸レンズ１８の接合レンズで構成される。第４レンズ群Ｇ１４は、凹レンズ１９、パネル面側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ２０、凹レンズ２１と凸レンズ２２の接合レンズ、パネル面側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ２３と凸レンズ２４で構成される。凹レンズ２１と凸レンズ２２の接合レンズはその凹面をスクリーン側に向けて配置されている。
【００１８】
投映用ズームレンズ１０は、フォーカス時にｄ₆が変化して第１レンズ群Ｇ１１が投映光軸Ｌ１に沿ってスクリーン側とパネル面側とに進退する。第１レンズ群Ｇ１以外の他のレンズ群は固定される。変倍時においては、ｄ₁₁，ｄ₁₅が変化して第２レンズ群Ｇ１２、絞りＳ１、第３レンズ群Ｇ１３が投映光軸Ｌ１に沿って移動する。絞りＳ１と第３レンズ群Ｇ１３は一体となって移動する。絞りＳ１は投映光軸Ｌ１に対して垂直方向に偏心しており、絞りＳ１の開口中心から光軸Ｌ１までの距離ｈ₁を絞り偏心量として示している。投射距離を無限遠とした時の広角端、標準、望遠端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、可変面間隔を表２に示す。
【００１９】
【表２】

【００２０】
本実施例において、投射距離無限遠時のレンズ系全長ｌ_inf、絞り偏心量ｈ₁、第１群Ｇ１１〜第４レンズ群Ｇ１４の焦点距離ｆ₁〜ｆ₄、広角端における全系の合成焦点距離ｆ_wはそれぞれ
ｌ_inf＝１３９．５ｍｍ
ｈ₁＝４．５ｍｍ
ｆ₁＝−３４．９７ｍｍ
ｆ₂＝３７．２４ｍｍ
ｆ₃＝１２５．９１ｍｍ
ｆ₄＝４９．０３ｍｍ
ｆ_w＝２８．５８ｍｍ
である。また、各群の焦点距離とｆ_wの比の値は、
ｆ₁／ｆ_w＝−１．２２
ｆ₂／ｆ_w＝１．３０
ｆ₃／ｆ_w＝４．４１
ｆ₄／ｆ_w＝１．７２
であり、本発明の特徴値ｆ₂／ｆ_w、ｆ₃／ｆ_wはそれぞれ条件式
１）１．０＜ｆ₂／ｆ_w＜１．６
２）３．６＜ｆ₃／ｆ_w＜６．２
をそれぞれ満たす。
【００２１】
投映用ズームレンズ１０では、絞りＳ１が投映光軸Ｌ１よりも下側に偏心することで、パネル面上の光点から出射される光線が全体として下向きに傾けられる。図２に示すように、画像表示パネルＰ１から出射される光のうち、上光線Ｒ１と下光線Ｒ２が投映光軸Ｌ１となす角をそれぞれα、βとし、
θ＝（α＋β）／２
として求められるθを平均出射傾角θと定義する。この平均出射傾角θは、本明細書においてパネル面から出射される光の傾きを表す尺度として使用している。なお、θを求めるにあたっては、投映光軸を境に子午面を２つの領域に分けたとき、偏心絞りの中心が位置する領域に向かう出射光線の傾角を正としている。すなわち、投映光軸Ｌ１よりも上向きの出射角度を負の傾角、下向きの出射角度を正の傾角としており、θがαとβの算術平均として求められるように定めてある。以下に、各像高における平均出射傾角θの値を示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
ここで表中の有効像円φとは、画像表示パネルＰ１の画面中心と投映光軸Ｌ１とが一致した系以外に、画像表示パネルＰ１が投映光軸Ｌ１上にない系の光学性能評価に用いる広義の有効像円の直径を意味する。図３に示すように、画像表示パネルＰ１として反射型表示素子が用いられ、照明光の入射光路と投映光の出射光路とが独立したプロジェクタでは、投映光軸Ｌ１から表示素子の端部までの距離を半径とする円を有効像円とし、表示素子からの出射光線を有効像円から出射する軸対称な光束の一部とみなして投映光学系Ａ１の性能評価を行っている。
【００２４】
上表に見られるように、平均出射傾角θは、広角時、標準時、望遠時いずれにおいても、本発明の特徴式
３）２°＜θ＜９°
を満たしている。また、平均出射傾角θの各像高におけるバラツキは０．９度〜１．５度以内に抑えられており、有効像円からの出射光線は軸上から軸外に渡ってほぼ平行になっている。
【００２５】
図４と図５に広角時と望遠時の収差図をそれぞれ示す。各図（ａ）は、各像高における収差量を表し、破線、実線、一点鎖線で示す曲線はそれぞれ波長６２０ｎｍ、５５０ｎｍ、４４０ｎｍの光線についての球面収差である。各図（ｂ）は、図中Ｓ、Ｔで示す曲線がそれぞれサジタル像面、タンジェンシャル像面における収差を各画角について示したものである。各図（ｃ）は歪曲収差を示している。これらは後述する他の実施例においても同様である。各収差図より諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００２６】
（実施例２）
図６において、投映用ズームレンズ３０は、スクリーン側から順に第１レンズ群Ｇ３１〜第５レンズ群Ｇ３５をなす計１５枚のレンズと平行ガラス４６とによって構成されている。第２レンズ群Ｇ３２と第３レンズ群Ｇ３３の間には絞りＳ２が設けられている。投映用ズームレンズ３０のレンズデータを以下に示す。
【００２７】
【表４】

【００２８】
第１レンズ群Ｇ３１は、パネル面側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ３１、凸レンズ３２、パネル面側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ３３、スクリーン側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ３４の計４枚のレンズで構成される。第２レンズ群Ｇ３２は、パネル面側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ３５とスクリーン側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ３６の接合レンズと、凸レンズ３７で構成される。第３レンズ群Ｇ３３は、凹レンズ３８と凸レンズ３９の接合レンズで構成される。第４レンズ群Ｇ３４は、凹レンズ４０、凸レンズ４１、凹レンズ４２と凸レンズ４３の接合レンズ、凸レンズ４４で構成される。第５レンズ群Ｇ３５は凸レンズ４５からなる。
【００２９】
投映用ズームレンズ３０は、フォーカス時にｄ₈が変化して、第１レンズ群Ｇ３１のみが投映光軸Ｌ２に沿ってスクリーン側とパネル側とに進退し、他のレンズ群は固定される。変倍時においては、ｄ₁₄，ｄ₁₇，ｄ₂₆が変化し、第２レンズ群Ｇ３２、絞りＳ２、第３レンズ群Ｇ３３が光軸Ｌ２に沿って移動する。第２レンズ群Ｇ３２と絞りＳ２は一体となって移動する。以下に、投映距離無限遠時の広角端、標準、望遠端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、可変面間隔を示す。
【００３０】
【表５】

【００３１】
本実施例において、投射距離無限遠時のレンズ系全長ｌ_inf、絞り偏心量ｈ₂、第１レンズ群Ｇ３１〜第４レンズ群Ｇ３５の焦点距離ｆ₁〜ｆ₅、広角端における全系の焦点距離ｆ_wはそれぞれ
ｌ_inf＝１５１．５ｍｍ
ｈ₂＝５．３０ｍｍ
ｆ₁＝−３６．６１ｍｍ
ｆ₂＝４２．００ｍｍ
ｆ₃＝１０６．２２ｍｍ
ｆ₄＝−３３７．８３ｍｍ
ｆ₅＝６８．０５ｍｍ
ｆ_w＝２８．６１ｍｍ
である。また、各レンズ群の焦点距離とｆ_wの比は、
ｆ₁／ｆ_w＝−１．２８
ｆ₂／ｆ_w＝１．４７
ｆ₃／ｆ_w＝３．７１
ｆ₄／ｆ_w＝−１１．８１
ｆ₅／ｆ_w＝２．３８
であり、本発明の特徴値ｆ₂／ｆ_w、ｆ₃／ｆ_wはそれぞれ条件式
１）１．０＜ｆ₂／ｆ_w＜１．６
２）３．６＜ｆ₃／ｆ_w＜６．２
を満たしている。
【００３２】
絞りＳ２が投映光軸Ｌ２から図中下方に５．３ｍｍ偏心することにより、各像高における平均出射傾角θは以下の表のとおりとなる。
【００３３】
【表６】

【００３４】
上表に見られるように、平均出射傾角θは、広角時、標準時、望遠時いずれにおいても、本発明の特徴式
３）２°＜θ＜９°
を満たしている。また、平均出射傾角θの各像高におけるバラツキは１．１度〜１．７度以内に抑えられ、パネル面からの出射光線がほぼ平行となっていることがわかる。図７及び図８に広角時と望遠時の収差図をそれぞれ示す。投映用ズームレンズ３０は、諸収差が良好に補正されて優れた光学性能を示している。
【００３５】
（実施例３）
図９において、投映用ズームレンズ５０は、スクリーン側から順に第１レンズ群Ｇ５１〜第５レンズ群Ｇ５５をなす計１５枚のレンズと平行ガラス６６とによって構成されている。第２レンズ群Ｇ５２と第３レンズ群Ｇ５３の間には絞りＳ３が設けられている。投映用ズームレンズ５０のレンズデータを以下に示す。
【００３６】
【表７】

【００３７】
第１レンズ群Ｇ５１は、パネル面側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ５１、凸レンズ５２、パネル面側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ５３、凹レンズ５４の計４枚のレンズで構成される。第２レンズ群Ｇ５２は、パネル面側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ５５とスクリーン側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ５６の接合レンズと、凸レンズ５７で構成される。第３レンズ群Ｇ５３は、凹レンズ５８と凸レンズ５９の接合レンズで構成される。第４レンズ群Ｇ５４は、凹レンズ６０と凸レンズ６１の接合レンズからなる。第５レンズ群Ｇ５５は、凹レンズ６２と凸レンズ６３の接合レンズ、凸レンズ６４、凸レンズ６５で構成されている。
【００３８】
投映用ズームレンズ５０は、フォーカス時にｄ₈が変化して、第１レンズ群Ｇ５１が光軸Ｌ３上を移動し、他のレンズ群は固定される。変倍時においては、ｄ₁₃，ｄ₁₇，ｄ₂₀が変化して第２レンズ群Ｇ５２、絞りＳ３、第３レンズ群Ｇ５３、第４レンズ群Ｇ５４が光軸Ｌ３に沿って移動する。第３レンズ群Ｇ５３と絞りＳ３は一体となって移動する。投映距離無限遠時の広角端、標準、望遠端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、可変面間隔を示す。
【００３９】
【表８】

【００４０】
本実施例において、投射距離無限遠時のレンズ系全長ｌ_inf、絞り偏心量ｈ₃、第１レンズ群Ｇ５１〜第５レンズ群Ｇ５５の焦点距離ｆ₁〜ｆ₅、広角端における全系の焦点距離ｆ_wはそれぞれ
ｌ_inf＝１３４．４ｍｍ
ｈ₃＝５．５０ｍｍ
ｆ₁＝−３８．１８ｍｍ
ｆ₂＝３２．０２ｍｍ
ｆ₃＝１６９．８３ｍｍ
ｆ₄＝−５２．０８ｍｍ
ｆ₅＝３８．３８ｍｍ
ｆ_w＝２８．６２ｍｍ
である。また、各群の焦点距離とｆ_wの比の値はそれぞれ
ｆ₁／ｆ_w＝−１．３３
ｆ₂／ｆ_w＝１．１２
ｆ₃／ｆ_w＝５．９３
ｆ₄／ｆ_w＝−１．８２
ｆ₅／ｆ_w＝１．３４
であり、条件式
１）１．０＜ｆ₂／ｆ_w＜１．６
２）３．６＜ｆ₃／ｆ_w＜６．２
をそれぞれ満たす。
【００４１】
絞りＳ３が投映光軸Ｌ３から５．５ｍｍ偏心することにより、各像高における平均出射傾角θは以下の表のとおりとなる。
【００４２】
【表９】

【００４３】
上表に見られるように、平均出射傾角θは、広角時、標準時、望遠時いずれにおいても、本発明の特徴式
３）２°＜θ＜９°
を満たしている。また、平均出射傾角θの各像高におけるバラツキは１．７度〜２．５度以内に抑えられ、パネル面からの出射光線がほぼ平行となっている。図１０及び図１１に示す広角時と望遠時の収差図より、諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４４】
なお、本発明はＤＭＤプロジェクタに限られず、画像表示パネルとして液晶表示素子（ＬＣＤ）などの他のデバイスを用いたプロジェクタに用いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の投映用レンズによれば、投映光軸に対して垂直方向に偏心した絞りを設けたので、有効像円からの出射光線が軸上から軸外に渡って平行となって傾けられ、照度ムラの小さい投映描写が可能となる。よって、後玉径の小型化、光学性能の向上が実現でき、低コストで質の良い投映用レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】望遠端、広角端における第１実施例のレンズ構成図である。
【図２】平均出射傾角θの説明図である。
【図３】有効像円の説明図である。
【図４】広角端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図５】望遠端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図６】望遠端、広角端における第２実施例のレンズ構成図である。
【図７】広角端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図８】望遠端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図９】望遠端、広角端における第３実施例のレンズ構成図である。
【図１０】広角端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図１１】望遠端における（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【符号の説明】
１０，３０，５０投映用ズームレンズ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３絞り
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３投映光軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection lens capable of suppressing unevenness in illuminance of a projected image and reducing the rear lens diameter.
[0002]
[Prior art]
As an image display panel, a projector using a reflective display element called a digital micromirror device (DMD) is known. The DMD includes a large number of micromirrors arranged in a matrix, and adjusts the luminance of one pixel by changing the reflection angle of each micromirror.
[0003]
There are roughly two types of single-plate DMD projectors having one DMD. The first is an optical path matching type in which a prism is provided at a position where the projection optical axis and the illumination optical axis are orthogonal to each other, and the illumination optical path matches the projection optical path between the prism and DMD on the projection optical axis. The second is an optical path mismatch type in which the illumination light path and the projection light path are provided symmetrically with respect to the image forming surface of the DMD, and the projection light is obliquely incident on the projection lens.
[0004]
The former projection lens in the optical path matching type requires a long back focus because of the prism between the DMD on the projection optical axis. In addition, in order to project the telecentric projection light emitted from the DMD uniformly with high brightness, the entrance pupil of the projection lens is increased to enhance the telecentric characteristics on the panel side.
[0005]
On the other hand, since the latter optical path mismatch type does not require a prism, it is used in a projector that is light weighted, compact, and low in price. In the optical path mismatch type, the emitted light from the DMD is inclined with respect to the projection optical axis, so that the projection luminance is lower than that in the optical path matching type, and there is a drawback that vignetting and illuminance unevenness occur in the projected image.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when improving the defect of the optical path mismatch type, if the entrance pupil is further increased to reduce the inclination of the exit light from the DMD and the projection optical axis, the rear lens diameter increases as the entrance pupil is secured. However, there is a problem that lightness, compactness, and low price are impaired. Further, as the entrance pupil becomes larger, lateral aberrations such as lateral chromatic aberration and distortion are increased, resulting in a problem that optical performance cannot be improved. In particular, a single-plate projector, unlike a three-panel projector, cannot correct the color misregistration of RGB three primary color images by panel adjustment, so that a high performance is required for the projection lens.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the above problems, and is suitable for a projector in which incident light with respect to a projection optical system is inclined like the optical path mismatch type, while maintaining a small rear lens diameter and improving optical performance. An object is to provide a projection lens that realizes improvement.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The projection lens of the present invention is a projection lens for enlarging and projecting the projection light generated from the illumination light by the image display panel toward the screen, and the first group moves forward and backward on the optical axis during focusing, and the magnification is changed. The zoom lens comprises four or more zoom optical systems with a fixed overall length, and the first lens group is provided with a concave meniscus lens having a concave surface facing the panel side. Is provided with a concave surface facing the screen side, at least two convex lenses are provided on the panel side of the cemented lens, and a diaphragm decentered in a direction perpendicular to the projection optical axis is between the second group and the third group. When the focal length of the entire optical system at the wide angle end is fw, and the focal lengths of the second and third groups are f2 and f3, respectively, the following 1) and 2) conditions are satisfied, and an effective image is satisfied. Said on the circle Among the light beams emitted from the image display panel, when the average value of the tilt angles of the upper light beam and the lower light beam with respect to the projection optical axis is defined as the average light output tilt angle θ, the average light output tilt angle θ is as follows from the wide angle end to the telephoto end. The conditional expression 3) is satisfied.
1) 1.0 <f2 / fw <1.6
2) 3.6 <f3 / fw <6.2
3) 2 ° <θ <9 °
[0009]
When the aperture is decentered, the outgoing direction of the upper and lower rays of light emitted from the specific light spot on the panel is asymmetric with respect to the projection optical axis, and the outgoing light is tilted with respect to the projection optical axis. As a result, the light beams emitted from the respective points on the panel are collimated and enter the projection system, and projection light with no unevenness in brightness is projected. Thereby, the illuminance unevenness of the projected image is reduced, and it is not necessary to enlarge the entrance pupil in order to ensure telecentricity, and the rear lens can be downsized and the optical performance can be improved.
[0011]
In an optical system that takes a value outside the range of the conditional expression 1), the sagittal surface image curvature and chromatic aberration increase, making correction difficult. In particular, lowering the lower limit means that the power of the second group becomes stronger, and lateral aberration increases. If the upper limit is exceeded, aberration fluctuations due to zooming increase, and stable optical performance cannot be obtained.
[0012]
When the value falls below the lower limit of the above expression 2), it means that the power of the third group becomes strong, and spherical aberration and lateral aberration increase, making it difficult to suppress them. Exceeding the upper limit of the above expression 2) entails enlargement of the optical system due to an increase in the amount of lens movement in zooming operation, an increase in aberration fluctuations accompanying zooming, and an increase in axial chromatic aberration.
[0013]
The above conditional expression 3) defines the average value of the inclination angles of the upper and lower light rays with respect to the projection optical axis among the light rays emitted from the image display panel on the effective image circle as the average emission inclination angle θ. This defines an allowable range of the average outgoing inclination angle θ from the telephoto end to the telephoto end. If θ is smaller than 2 °, the disadvantage of the telecentric projection system will appear, and the rear lens diameter will not be reduced and the performance will not be sufficient. On the other hand, if θ is greater than 9 °, the amount of eccentricity of the stop becomes too large, the incident height of the upper ray and the lower ray is increased, and lateral aberration is increased.
[0014]
【Example】
(Example 1)
In FIG. 1, the projection zoom lens 10 is composed of a total of 14 lenses and a plane parallel glass 25 forming a first lens group G11 to a fourth lens group G14 in order from the screen side. A diaphragm S1 is provided between the second lens group G12 and the third lens group G13. Lens data of the projection zoom lens 10 is shown below.
[0015]
[Table 1]

[0016]
In the table, the surface number i is assigned in order from the refracting surface closest to the screen, and the refractive index with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm) is indicated by the number of the refracting surface and the next refracting surface. Two optical elements are constructed. The surface interval d indicates the lens thickness or the air interval (unit: mm) between the corresponding refractive surface and the next refractive surface. The same applies to other embodiments described later. In addition, the surface interval of the last surface is a distance from a parallel plane glass to a panel surface.
[0017]
The first lens group G11 includes a total of three lenses: a convex meniscus lens 11 having a convex surface facing the screen, a concave meniscus lens 12 having a concave surface facing the panel surface, and a concave lens 13. The second lens group G12 includes a cemented lens of a convex meniscus lens 14 having a convex surface facing the panel surface and a concave meniscus lens 15 having a concave surface facing the screen, and a convex lens 16. The third lens group G13 includes a cemented lens of a concave lens 17 and a convex lens 18. The fourth lens group G14 includes a concave lens 19, a convex meniscus lens 20 with a convex surface facing the panel surface, a cemented lens of the concave lens 21 and the convex lens 22, a convex meniscus lens 23 with a convex surface facing the panel surface, and a convex lens 24. The The cemented lens of the concave lens 21 and the convex lens 22 is arranged with its concave surface facing the screen side.
[0018]
Projection zoom lens 10, the first lens group G11 and d ₆ is changed to advance and retreat in the screen side and the panel surface side along the projection Akimitsu axis L1 during focusing. Lens groups other than the first lens group G1 are fixed. At the time of zooming, d ₁₁ and d ₁₅ change, and the second lens group G12, the diaphragm S1, and the third lens group G13 move along the projection optical axis L1. The diaphragm S1 and the third lens group G13 move together. The stop S1 is decentered in the direction perpendicular to the projection optical axis L1, and the distance h ₁ from the center of the aperture of the stop S1 to the optical axis L1 is shown as the amount of decentering. Table 2 shows the focal length, F-number, and variable surface distance of the entire system at the wide-angle end, standard, and telephoto end when the projection distance is infinite.
[0019]
[Table 2]

[0020]
In this embodiment, the total length l _inf of the lens system when the projection distance is infinite, the diaphragm decentering amount h ₁ , the focal lengths f _{1 to} f _{4 of} the first group G11 to the fourth lens group G14, and the combined focal point of the entire system at the wide angle end. Each distance f _w is l _inf = 139.5 mm
h ₁ = 4.5mm
f ₁ = −34.97 mm
f ₂ = 37.24 mm
f ₃ = 125.91 mm
f ₄ = 49.03 mm
f _w = 28.58 mm
It is. The value of the ratio of the focal length and f _w of each group,
f ₁ / f _w = −1.22
f ₂ / f _w = 1.30
f ₃ / f _w = 4.41
f ₄ / f _w = 1.72
The characteristic values f ₂ / f _w and f ₃ / f _w of the present invention are conditional expressions 1) 1.0 <f ₂ / f _w <1.6, respectively.
2) 3.6 <f ₃ / f _w <6.2
Satisfy each.
[0021]
In the projection zoom lens 10, the diaphragm S1 is decentered downward from the projection optical axis L1, so that the light beam emitted from the light spot on the panel surface is tilted downward as a whole. As shown in FIG. 2, among the light emitted from the image display panel P1, the angles formed by the upper light beam R1 and the lower light beam R2 with the projection optical axis L1 are α and β, respectively.
θ = (α + β) / 2
Is determined as an average outgoing inclination angle θ. This average emission inclination angle θ is used as a scale representing the inclination of light emitted from the panel surface in this specification. In determining θ, when the meridian plane is divided into two regions with the projection optical axis as a boundary, the inclination of the outgoing light beam toward the region where the center of the eccentric stop is located is positive. In other words, the upward emission angle with respect to the projection optical axis L1 is set as a negative inclination angle, the downward emission angle is set as a positive inclination angle, and θ is determined as an arithmetic average of α and β. The value of the average outgoing inclination angle θ at each image height is shown below.
[0022]
[Table 3]

[0023]
Here, the effective image circle φ in the table is used for evaluating the optical performance of a system in which the image display panel P1 is not on the projection optical axis L1 other than the system in which the screen center of the image display panel P1 and the projection optical axis L1 coincide. This means the diameter of the effective image circle in a broad sense. As shown in FIG. 3, in a projector in which a reflective display element is used as the image display panel P1 and the incident light path of illumination light and the output light path of projection light are independent, from the projection optical axis L1 to the end of the display element. The performance evaluation of the projection optical system A1 is performed by regarding the circle having the radius of λ as the effective image circle and considering the light beam emitted from the display element as a part of the axially symmetric light beam emitted from the effective image circle.
[0024]
As seen in the table above, the average outgoing inclination angle θ is the characteristic formula 3) 2 ° <θ <9 ° of the present invention at any time of wide angle, standard time, and telephoto.
Meet. In addition, the variation in the average output tilt angle θ at each image height is suppressed within 0.9 to 1.5 degrees, and the light rays emitted from the effective image circle are almost parallel from the on-axis to the off-axis. Yes.
[0025]
FIG. 4 and FIG. 5 show aberration diagrams at the wide angle and telephoto, respectively. Each figure (a) represents the amount of aberration at each image height, and the curves indicated by the broken line, the solid line, and the alternate long and short dash line are the spherical aberrations for light rays having wavelengths of 620 nm, 550 nm, and 440 nm, respectively. In each figure (b), the curves indicated by S and T in the figure indicate the aberrations on the sagittal image surface and the tangential image surface, respectively, for each angle of view. Each figure (c) has shown distortion aberration. The same applies to other embodiments described later. It can be seen from the respective aberration diagrams that various aberrations are satisfactorily corrected.
[0026]
(Example 2)
In FIG. 6, the projection zoom lens 30 includes a total of 15 lenses and a parallel glass 46 that form a first lens group G31 to a fifth lens group G35 in order from the screen side. A diaphragm S2 is provided between the second lens group G32 and the third lens group G33. Lens data of the projection zoom lens 30 is shown below.
[0027]
[Table 4]

[0028]
The first lens group G31 includes a concave meniscus lens 31 having a concave surface facing the panel surface, a convex lens 32, a concave meniscus lens 33 having a concave surface facing the panel surface, and a concave meniscus lens 34 having a concave surface facing the screen. Consists of a single lens. The second lens group G32 includes a cemented lens of a convex meniscus lens 35 having a convex surface facing the panel surface, a concave meniscus lens 36 having a concave surface facing the screen, and a convex lens 37. The third lens group G33 includes a cemented lens of a concave lens 38 and a convex lens 39. The fourth lens group G34 includes a concave lens 40, a convex lens 41, a cemented lens of a concave lens 42 and a convex lens 43, and a convex lens 44. The fifth lens group G35 includes a convex lens 45.
[0029]
The zoom lens 30 for projection is d ₈ is changed during focusing, and forward and backward on the screen side and the panel side along the first lens group G31 Nomigato Akimitsu axis L2, the other lens groups are fixed. At the time of zooming, d ₁₄ , d ₁₇ , and d ₂₆ change, and the second lens group G32, the diaphragm S2, and the third lens group G33 move along the optical axis L2. The second lens group G32 and the diaphragm S2 move together. The following shows the focal length, F-number, and variable surface distance of the entire system at the wide-angle end, standard, and telephoto end when the projection distance is infinite.
[0030]
[Table 5]

[0031]
In this embodiment, the entire lens system length l _inf when the projection distance is infinite, the diaphragm decentering amount h ₂ , the focal lengths f _{1 to} f _{5 of} the first lens group G31 to the fourth lens group G35, and the focal point of the entire system at the wide angle end. The distances f _w are l _inf = 151.5 mm respectively
h ₂ = 5.30 mm
f ₁ = −36.61 mm
f ₂ = 42.00mm
f ₃ = 106.22 mm
f ₄ = −337.83 mm
f ₅ = 68.05 mm
f _w = 28.61 mm
It is. The ratio of the focal length and f _w of each lens group,
f ₁ / f _w = −1.28
f ₂ / f _w = 1.47
f ₃ / f _w = 3.71
f ₄ / f _w = −11.81
f ₅ / f _w = 2.38
The characteristic values f ₂ / f _w and f ₃ / f _w of the present invention are conditional expressions 1) 1.0 <f ₂ / f _w <1.6, respectively.
2) 3.6 <f ₃ / f _w <6.2
Meet.
[0032]
When the stop S2 is decentered 5.3 mm downward from the projection optical axis L2 in the figure, the average exit inclination angle θ at each image height is as shown in the following table.
[0033]
[Table 6]

[0034]
As seen in the table above, the average outgoing inclination angle θ is the characteristic formula 3) 2 ° <θ <9 ° of the present invention at any time of wide angle, standard time, and telephoto.
Meet. Further, it is understood that the variation in the image height of the average outgoing inclination angle θ is suppressed to within 1.1 ° to 1.7 °, and the outgoing rays from the panel surface are almost parallel. FIG. 7 and FIG. 8 show aberration diagrams at the wide angle and telephoto, respectively. The projection zoom lens 30 exhibits excellent optical performance with various aberrations corrected satisfactorily.
[0035]
(Example 3)
In FIG. 9, the projection zoom lens 50 is composed of a total of 15 lenses and a parallel glass 66 forming a first lens group G51 to a fifth lens group G55 in order from the screen side. A diaphragm S3 is provided between the second lens group G52 and the third lens group G53. Lens data of the projection zoom lens 50 is shown below.
[0036]
[Table 7]

[0037]
The first lens group G51 includes a total of four lenses: a concave meniscus lens 51 having a concave surface directed to the panel surface side, a convex lens 52, a concave meniscus lens 53 having a concave surface directed to the panel surface side, and a concave lens 54. The second lens group G52 includes a cemented lens of a convex meniscus lens 55 having a convex surface facing the panel surface, a concave meniscus lens 56 having a concave surface facing the screen, and a convex lens 57. The third lens group G53 includes a cemented lens of a concave lens 58 and a convex lens 59. The fourth lens group G54 includes a cemented lens of a concave lens 60 and a convex lens 61. The fifth lens group G55 includes a cemented lens of a concave lens 62 and a convex lens 63, a convex lens 64, and a convex lens 65.
[0038]
Projection zoom lens 50, d ₈ when focus is changed, the first lens group G51 is moved along the optical axis L3, other lens groups are fixed. At the time of zooming, d ₁₃ , d ₁₇ , and d ₂₀ change, and the second lens group G52, the diaphragm S3, the third lens group G53, and the fourth lens group G54 move along the optical axis L3. The third lens group G53 and the diaphragm S3 move together. Indicates the focal length, F number, and variable surface distance of the entire system at the wide-angle end, standard, and telephoto end when the projection distance is infinite.
[0039]
[Table 8]

[0040]
In this embodiment, the entire lens system length l _inf at the infinite projection distance, the aperture decentering amount h ₃ , the focal lengths f _{1 to} f _{5 of} the first lens group G51 to the fifth lens group G55, and the focal point of the entire system at the wide angle end. The distances f _w are l _inf = 134.4 mm, respectively.
h ₃ = 5.50 mm
f ₁ = −38.18 mm
f ₂ = 32.02 mm
f ₃ = 169.83 mm
f ₄ = −52.08 mm
f ₅ = 38.38 mm
f _w = 28.62 mm
It is. The value of the ratio of the focal length and f _w of each group, respectively f ₁ / f _w = -1.33
f ₂ / f _w = 1.12
f ₃ / f _w = 5.93
f ₄ / f _w = −1.82
f ₅ / f _w = 1.34
Conditional expression 1) 1.0 <f ₂ / f _w <1.6
2) 3.6 <f ₃ / f _w <6.2
Satisfy each.
[0041]
When the stop S3 is decentered by 5.5 mm from the projection optical axis L3, the average outgoing inclination angle θ at each image height is as shown in the following table.
[0042]
[Table 9]

[0043]
As seen in the table above, the average outgoing inclination angle θ is the characteristic formula 3) 2 ° <θ <9 ° of the present invention at any time of wide angle, standard time, and telephoto.
Meet. In addition, the variation in the image height of the average outgoing inclination angle θ is suppressed within 1.7 ° to 2.5 °, and the outgoing rays from the panel surface are almost parallel. It can be seen from the aberration diagrams at the wide-angle and telephoto positions shown in FIGS. 10 and 11 that the various aberrations are well corrected.
[0044]
The present invention is not limited to a DMD projector, and may be used for a projector using another device such as a liquid crystal display element (LCD) as an image display panel.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection lens of the present invention, the diaphragm that is decentered in the direction perpendicular to the projection optical axis is provided, so that the emitted light from the effective image circle is parallel from the on-axis to the off-axis. This makes it possible to project images with little illuminance unevenness. Therefore, the rear lens diameter can be reduced and the optical performance can be improved, and a high-quality projection lens can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of a first example at a telephoto end and a wide-angle end.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an average outgoing inclination angle θ.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an effective image circle.
4A is a spherical aberration diagram, FIG. 4B is an astigmatism diagram, and FIG. 4C is a distortion diagram at a wide angle end.
5A is a spherical aberration diagram, FIG. 5B is an astigmatism diagram, and FIG. 5C is a distortion diagram.
FIG. 6 is a lens configuration diagram of Example 2 at the telephoto end and the wide-angle end.
7A is a spherical aberration diagram, FIG. 7B is an astigmatism diagram, and FIG. 7C is a distortion diagram at a wide angle end.
8A is a spherical aberration diagram, FIG. 8B is an astigmatism diagram, and FIG. 8C is a distortion diagram at the telephoto end.
FIG. 9 is a lens configuration diagram of Example 3 at the telephoto end and the wide-angle end.
10A is a spherical aberration diagram, FIG. 10B is an astigmatism diagram, and FIG. 10C is a distortion diagram at a wide angle end.
11A is a spherical aberration diagram, FIG. 11B is an astigmatism diagram, and FIG. 11C is a distortion diagram at the telephoto end.
[Explanation of symbols]
10, 30, 50 Projection zoom lens S1, S2, S3 Aperture L1, L2, L3 Projection optical axis

Claims

In a projection lens for enlarging and projecting projection light created from illumination light by an image display panel toward a screen,
It consists of four or more zoom optical systems in which the first group moves forward and backward on the optical axis during focusing and the total length during zooming is fixed.
The first group is provided with a concave meniscus lens having a concave surface facing the panel side,
After the fourth group, a cemented lens of a concave lens and a convex lens is provided with the concave surface facing the screen side,
At least two convex lenses are provided on the panel side of the cemented lens,
A diaphragm decentered in a direction perpendicular to the projection optical axis is disposed between the second group and the third group,
When the focal length of the entire optical system at the wide angle end is fw, and the focal lengths of the second group and the third group are f2 and f3, respectively, the following conditions 1) and 2) are satisfied:
Of the light rays emitted from the image display panel on the effective image circle, when the average value of the inclination angle of the upper light ray and the lower light ray with respect to the projection optical axis is defined as the average emission inclination angle θ, the average emission inclination angle θ is determined from the wide-angle end. A projection lens that satisfies the following conditional expression 3) over the telephoto end.
1) 1.0 <f2 / fw <1.6
2) 3.6 <f3 / fw <6.2
3) 2 ° <θ <9 °