JP4222408B2 - ズームレンズ及びプロジェクタ - Google Patents

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JP4222408B2 JP2006299955A JP2006299955A JP4222408B2 JP 4222408 B2 JP4222408 B2 JP 4222408B2 JP 2006299955 A JP2006299955 A JP 2006299955A JP 2006299955 A JP2006299955 A JP 2006299955A JP 4222408 B2 JP4222408 B2 JP 4222408B2
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Description

本発明は、液晶パネル等によって形成された画像をスクリーンに投射するためのズーム
レンズ、及び、これを組み込んだプロジェクタに関する。
プロジェクタ用のズームレンズとして、スクリーン側の前方から後方にかけて、負、正
、正、負、正、及び正の組み合わせの第1〜第6レンズ群を備え、変倍に際して、第1及
び第6レンズ群を固定し第2〜第5レンズ群を移動させるものが存在する(特許文献1参
照)。
また、別のズームレンズとして、前方から後方にかけて、負、正、正、及び正の組み合
わせの第1〜第4レンズ群を備え、変倍に際して、第4レンズ群を固定し第1〜第3レン
ズ群を全て同一方向に移動させるものが存在する(特許文献2参照)。
さらに別のズームレンズとして、前方から後方にかけて、負、正、負、及び正の組み合
わせの第1〜第4レンズ群を備え、変倍に際して、第4レンズ群を固定し第1〜第3レン
ズ群を全て同一方向に移動させるものが存在する(特許文献3参照)。
また、別のズームレンズとして、前方から後方にかけて、負、正、正、及び正の組み合
わせの第1〜第4レンズ群を備え、変倍に際して、第1及び第4レンズ群を固定し第2及
び第3レンズ群を移動させるものが存在する(特許文献4参照)。
特2005−338702号公報 特2001−188172号公報 特2004−85979号公報 特2001−124989号公報
しかし、特許文献1のズームレンズは、6つのレンズ群からなり構成が複雑であるにも
拘わらず、半画角が35度以下であり、変倍比も1.4倍程度が限度である。近年、狭い
部屋で大きな画像を投射したいという要求が増していることから、投射用のズームレンズ
のさらなる広角化が望まれるようになってきており、加えて、設置の自由度を広げるため
に高変倍比のズームレンズが望まれるようになってきている。さらに、投射装置全体とし
ての小型化や低コスト化のため、ズームレンズの小型化や構成枚数の低減が重要な課題と
なっている。
また、特許文献2のズームレンズは、広角端でF値2を達成しているが、画角が狭く、
構成レンズの枚数が多い。また、このズームレンズでは、変倍比も1.3倍と狭いものと
なっている。
特許文献3のズームレンズは、構成レンズの枚数が少なく画角が広いが、広角端でF値
2.5と暗い。また、このズームレンズでは、変倍比も1.2倍と狭いものとなっている
特許文献4のズームレンズは、その第1例において、広角端でF値1.5を達成してい
るが、画角が狭く、構成レンズの枚数が多い。また、その第2例において、広角端でF値
2を達成し画角も69°と広いが、変倍比が1.2倍と狭いものとなっている。
そこで、本発明は、小型化や低コスト化を簡易に達成でき、広角化や高変倍比の要求に
対応できるズームレンズを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のようなズームレンズを備えたプロジェクタを提供することを目
的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るズームレンズは、(a)拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、広角側から望遠側にズーミングする際に、第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、第2及び第3レンズ群が縮小側から拡大側に移動し、第4レンズ群が固定されており、広角端で最もレンズ全長が長いことを特徴とする。
上記ズームレンズでは、望遠側から広角側にズーミングする際に、第1レンズ群が縮小
側から拡大側に移動し、広角端で最もレンズ全長が長くなるので、比較的大きな画角を実
現した場合であっても、広角時の収差補正が比較的容易になり、高変倍比の達成も比較的
容易になる。このように、広角化や高変倍比の実現が容易になることにともなって、例え
ば構成レンズの枚数を少なくしサイズを小さくすること等に対応する小型化や低コスト化
も比較的達成し易くなる。
また、本発明の具体的な側面又は態様によれば、第1レンズ群が3枚の負レンズと少な
くとも1枚の正レンズとにより構成され、第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有する
レンズが非球面レンズであり、広角端における全系の焦点距離をFw、第1レンズ群の焦
点距離をF1とするとき、次の条件式
0.25<|Fw/F1|<0.45 … (1)
を満足する。この場合、第1レンズ群が3枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズとに
より構成され、全体としてのレンズ径を小さくしつつ収差の発生を低減することができる
。さらに、第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有するレンズが非球面レンズであり、
諸収差の効率的な補正が可能になるとともに、非球面レンズとして温度、湿度等の環境変
化の影響を受けやすい樹脂材料等を使用することも可能になる。しかも、第1レンズ群の
パワーに関する上記条件式(1)の満足によって、画角の大きな広角レンズで特に問題と
なりやすい非点収差や歪曲収差の発生を抑えながら小型化を達成できるとともに、3板式
プロジェクタに必要なダイクロイックプリズム等を挿入するために十分なバックフォーカ
スを確保することができる。
条件式(1)の下限を超えて第1レンズ群の負のパワーが弱くなり過ぎると、広い角度
から入射してくる軸外光線を十分に屈折させることができなくなって第1レンズ群全体が
大きくなるとともに、第2レンズ群以降も大きくなってしまう。また、第1レンズ群の負
のパワーが弱くなり過ぎると、レトロフォーカス性が弱くなり、第4レンズ群と縮小側共
役面との間に色合成プリズム等を挿入するための十分なバックフォーカスを確保すること
が難しくなる。逆に、条件式(1)の上限を超えて第1レンズ群の負のパワーが強くなり
過ぎると、第1レンズ群内での非点収差や歪曲収差の発生が激しくなり、レンズ構成枚数
を増やす必要が生じてコスト的に不利となり、第2レンズ群以降での収差補正が困難にな
る。
本発明の別の態様では、第1レンズ群が、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた負メ
ニスカスレンズ(第1レンズ)と、第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有し拡大側に
凸面を向けた負メニスカスレンズ(第2レンズ)と、正レンズ及び負レンズからなり縮小
側に凹面を有する負のパワーの接合レンズ(第3レンズ)と、拡大側に凸面を向けた正レ
ンズ(第4レンズ)とからなる4群5枚のレンズで構成される。ここで、第1レンズ群の
最も拡大側に配置される第1レンズは、拡大側に凸面をむけた深いメニスカス形状の負レ
ンズとすることにより、広い画角をカバーする軸外光線を十分屈折させることができ続く
第2レンズ以後のレンズ径を小さくする役割を有する。また、第2レンズは、弱い負のパ
ワーを有し、非球面を施すことにより、第1レンズで発生する非点収差や歪曲収差を効率
良く補正することが可能となる。また、第2レンズの負のパワーを弱くしておくことによ
り、温度、湿度等の環境変化の影響を受けやすい樹脂材料等を使用することも可能として
いる。さらに、第3レンズは、正・負レンズ、又は負・正レンズの接合レンズで構成する
ことができ、第4レンズの正レンズとともに第1レンズ群内で発生する色収差を小さく抑
える役割をする。なお、上記のように第1レンズ群を負レンズ3枚、正レンズ2枚で構成
する場合は、第3レンズにおいて、これを構成する負レンズは両凹面形状の強い負のパワ
ーを有するため、正レンズとの接合レンズとした方が、安定した性能得ることができると
いう点で好ましい。
本発明のさらに別の態様では、第1レンズ群が、拡大側より順に、拡大側に凸面を向け
た負メニスカスレンズ(第1レンズ)と、第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有し拡
大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(第2レンズ)と、第1レンズ群中で最も強い負
のパワーを有し両凹形状の負レンズ(第3レンズ)と、両凸形状の正レンズ(第4レンズ
)とからなる4群4枚のレンズで構成される。ここで、第1レンズは、拡大側に凸面をむ
けた深いメニスカス形状の負レンズとすることにより、広い画角をカバーする軸外光線を
十分屈折させることができ、続く第2レンズ以後のレンズ径を小さくする役割を有する。
また、第2レンズは、弱い負のパワーを有し、非球面を施すことにより、第1レンズで発
生する非点収差や歪曲収差を効率良く補正することが可能となる。また、第2レンズの負
のパワーを弱くしておくことにより、温度、湿度等の環境変化の影響を受けやすい樹脂材
料等を使用することも可能としている。
本発明のさらに別の態様では、第2レンズ群が拡大側に凸面を有する正の単レンズによ
り構成され、広角端における全系の焦点距離をFw、第2レンズ群の焦点距離をF2とす
るとき、次の条件式
0.1<Fw/F2<0.35 … (2)
を満足することを特徴とする。以上の第2レンズ群は、主にズーミング時の変倍を負担す
る役割を有するが、正のパワーを適切に配分することにより特に球面収差の発生を抑える
と同時に、変倍時の移動量をコントロールしてレンズ全体を小型化することが可能となる
条件式(2)の下限を超えて第2レンズ群の正のパワーが弱くなり過ぎると、広角端か
ら望遠端への変倍時に第2レンズ群の移動量が増大し、小型化が困難になる。逆に、条件
式(2)の上限を超えて第2レンズ群の正のパワーが強くなり過ぎると、特に球面収差の
発生を小さく抑えることが困難になり、第2レンズ群を1枚の正レンズで構成することが
できなくなる。また、変倍時の収差変動も大きくなり好ましくない。
本発明のさらに別の態様では、第3レンズ群が、拡大側より順に、負レンズ及び正レン
ズからなる接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正のレンズとにより構成され、接合レン
ズが、少なくとも縮小側の面が非球面である。以上の第3レンズ群は、第1レンズ群及び
第2レンズ群で残存した緒収差を補正しつつ、絞りを通過した光線を徐々に光軸から離し
て行き最終的に良好なテレセントリック特性を得るための役割をする。そのため、第3レ
ンズ群は、負レンズと正レンズとから構成され縮小側に凸面を向けたメニスカス形状の接
合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズとの3枚の構成とし、かつ、この接合レンズ
の縮小側の面を非球面とすることにより、効果的に球面収差を補正することが可能となる
。また、第3レンズ群の拡大側に配置される負レンズは、単体では強いパワーを持たせる
ことができるため、続く正レンズと接合レンズとすることにより、ズームレンズ組み立て
時のばらつきの発生を少なくすることができる。
本発明のさらに別の態様では、第4レンズ群が拡大側に凸面を有する正の単レンズによ
り構成され、広角端における全系の焦点距離をFw、第4レンズ群の焦点距離をF4とす
るとき、次の条件式
0.05<Fw/F4<0.3 … (3)
を満足する。以上の第4レンズ群は、第1レンズ群から第3レンズ群でズーミングの際に
も良好に補正された緒収差を悪化させることなく、テレセントリック性能を得るための役
割を有する。
条件式(3)の下限を超えて第4レンズ群の正のパワーが弱くなり過ぎると、十分なテ
レセン性を確保することが困難になる。また、テレセントリック特性を満足するためには
、第3レンズ群の正のパワーを増大させざるを得なくなり、球面収差や像面湾曲をバラン
スよく補正することができなくなる。逆に、条件式(3)の上限を超えて、第4レンズ群
の正のパワーが強くなり過ぎると、第4レンズ群を1枚の正レンズのみで構成する場合、
特に画面周辺部における収差発生を小さく抑えることが困難になる。
本発明に係るプロジェクタは、(a)画像を形成する画像形成手段と、(b)画像形成
手段によって形成された画像を投射する上述のズームレンズとを備える。
上記プロジェクタでは、広角時の収差補正が容易で高変倍比の達成も容易なズームレン
ズを用いているので、小型で安価でありながら、狭い部屋で大きな画像を投射することが
できる。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るズームレンズのレンズ構成を示すものである。図
1(A)及び1(B)は、それぞれ広角端(wide)及び望遠端(tele)における
ズームレンズ2の状態を示す。
図1に示すズームレンズ2は、物面OS上の画像を不図示のスクリーン上に拡大投射す
るためのものであり、拡大側であるスクリーン側(図1における左側)より縮小側である
物面OS側(図1における右側)に向かって順に配設された負のパワーの第1レンズ群1
0と、正のパワーの第2レンズ群20と、正のパワーの第3レンズ群30と、正のパワー
の第4レンズ群40とを備えている。ここで、レンズ群という用語は、1枚のレンズから
構成されている場合も含めて、1枚以上のレンズからなることを意味するものとする。し
たがって、以下の説明において、第2レンズ群20及び第4レンズ群40は、それぞれ単
一のレンズから構成されているが、便宜的に「レンズ群」という名称を用いることにする
ズームレンズ2は、物面OS側がほぼテレセントリックになるように構成されている。
また、ズームレンズ2の後端である第4レンズ群40と、液晶表示パネルが配置される物
面OSとの間には、3色の像を合成するための合成プリズム50が配置されている。なお
、他の2色の液晶表示パネルを配置すべき物面については、図示を省略しているが、図示
の物面OSと等価な配置となっている。図1において、物面OS上の各物点からは、物面
OSに垂直で光軸OAに平行な主光線を中心として一定の広がりを有する光束が射出し、
左側に進み、ズームレンズ2を通過してスクリーン上に投影される。
このズームレンズ2において、ズーミングすなわち変倍を行う際には、第4レンズ群4
0を固定した状態で、第1、第2、及び第3レンズ群10,20,30が光軸OA上で移
動させられる。広角端側から望遠端側への変倍について説明すると、3つの可動レンズ群
10,20,30のうち、第1レンズ群10は、光軸OAに沿って物面OS側に向かって
徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OA
に沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動する。逆に、望遠端側から広角端側への変倍
について説明すると、3つの可動レンズ群10,20,30のうち、第1レンズ群10は
、光軸OAに沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,
30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動す
る。なお、スクリーンまでの距離が変化した場合のフォーカシングは、第1レンズ群10
を光軸OA方向に移動させることによって行うことができる。
第1レンズ群10は、スクリーン側(拡大側)から物面OS側(縮小側)にかけての順
に、スクリーン側に凸面を向けた第1の負メニスカスレンズ11と、スクリーン側に凸面
を向けた第2の負メニスカスレンズ12と、物面OS側に凹面を向けた負のパワーの接合
レンズ13と、スクリーン側及び物面OS側に両凸の正レンズ15とを含む4群5枚のレ
ンズで構成され、変倍に際してこれらが光軸OAに沿って一体的に移動する。このうち、
第2の負メニスカスレンズ12は、第1レンズ群10中で最も弱い負のパワーを有し、接
合レンズ13は、スクリーン側に配置されスクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレン
ズ13aと、物面OS側に配置される両凹の負レンズ13bとからなる。
第1レンズ群10の最もスクリーン側に配置される第1の負メニスカスレンズ11は、
スクリーン側に凸面をむけた深いメニスカス形状となっており、広い画角をカバーする軸
外光線を十分屈折させることができる。第1の負メニスカスレンズ11をこのような形状
とすることにより、続くレンズ12,13,15のレンズ径を小さくすることができる。
第2の負メニスカスレンズ12は、樹脂材料等で形成された非球面レンズとすることによ
り、第1の負メニスカスレンズ11で発生する非点収差や歪曲収差を効率良く補正してい
る。この際、第2の負メニスカスレンズ12は、負のパワーを弱くしており、樹脂材料で
形成されたものであっても環境変化の影響が出にくくなっている。接合レンズ13は、次
の正レンズ15とともに第1レンズ群10内で発生する色収差を小さく抑える役割を有す
る。
この第1レンズ群10については、その焦点距離をF1、広角端における全系の焦点距
離をFwとするとき、次の条件式
0.25<|Fw/F1|<0.45 … (1)
が満足される。つまり、第1レンズ群10は、条件式(1)の下限を下回らない程度にパ
ワーを強くしているので、広い角度から入射してくる軸外光線を十分に屈折させることが
でき、第1レンズ群10全体や第2レンズ群20以降が大きくなることを防止している。
また、第1レンズ群10は、上記のようにパワーを適度に強くしているので、レトロフォ
ーカス性を確保でき、第4レンズ群40と物面OSとの間に合成プリズム50を挿入する
ための十分なバックフォーカスを確保できる。一方、第1レンズ群10は、条件式(1)
の上限を上回らない程度にパワーを抑えているので、レンズ構成枚数を増やすことなく第
1レンズ群10内での非点収差や歪曲収差の発生を抑えることができ、コスト的に有利と
なる。
第2レンズ群20は、スクリーン側及び物面OS側に両凸の正の単レンズのみからなり
、変倍に際して光軸OAに沿って移動する。第2レンズ群20は、これに対する正のパワ
ーの適切な配分によって、特に球面収差の発生を抑えつつ、変倍時の移動量をコントロー
ルして、レンズ全体を小型化することが可能となる。
この第2レンズ群20については、その焦点距離をF2とするとき、次の条件式
0.1<Fw/F2<0.35 … (2)
が満足される。つまり、第2レンズ群20は、条件式(2)の下限を下回らない程度にパ
ワーを強くしているので、広角端及び望遠端間での変倍時における第2レンズ群20の移
動量の増大を抑えてズームレンズ2の小型化に寄与している。一方、第2レンズ群20は
、条件式(2)の上限を上回らない程度にパワーを抑えているので、特に球面収差の発生
を小さく抑えることができ、変倍時の収差変動も小さなものとできている。
第3レンズ群30は、スクリーン側より順に、物面OS側に凸面を向けた接合レンズ3
1と、スクリーン側及び物面OS側に両凸の正レンズ33とを含む2群3枚のレンズで構
成され、変倍に際してこれらが光軸OAに沿って一体的に移動する。このうち、接合レン
ズ31は、スクリーン側に配置される両凹の負レンズ31aと、物面OSに配置される両
凸の正レンズ31bとからなる。
以上の第3レンズ群30は、第1レンズ群10及び第2レンズ群20で残存した球面収
差その他の緒収差を補正しつつ、絞りSTを通過した光線を徐々に光軸OAから離して行
き最終的に良好なテレセントリック特性を得るための役割をする。この際、接合レンズ3
1の物面OS側の凸面を非球面とすることにより、球面収差を効果的に抑えている。また
、第3レンズ群30において、接合レンズ31のスクリーン側に配置される負レンズ31
aは、単体で強いパワーを持たせているので、続く正レンズ31bと組み合わせて接合レ
ンズとすることにより、ズームレンズ組み立て時における品質のばらつきの発生を少なく
することができる。
第4レンズ群40は、スクリーン側及び物面OS側に両凸の正の単レンズのみからなり
、変倍に際して光軸OAに沿って移動する。第4レンズ群40は、第1レンズ群10から
第3レンズ群30によって変倍を行う際に、良好に補正された緒収差を悪化させることな
く、テレセントリック性を確保できるようにしている。
この第4レンズ群40については、第4レンズ群の焦点距離をF4とするとき、次の条
件式
0.05<Fw/F4<0.3 … (3)
が満足される。つまり、第4レンズ群40は、条件式(3)の下限を下回らない程度にパ
ワーを強くしているので、前段の第3レンズ群30の正のパワーを増大させざることなく
十分なテレセントリック性を確保できる。なお、テレセントリック特性の確保のため第3
レンズ群30の正のパワーを増大させた場合、球面収差や像面湾曲をバランスよく補正す
ることができなくなる。一方、第4レンズ群40は、条件式(3)の上限を上回らない程
度にパワーを抑えているので、第4レンズ群40を1枚の正レンズのみで構成しているに
も拘わらず、特に画面周辺部における収差発生を小さく抑えることができる。
〔実施例1〕
以下に、図1に示すズームレンズ2を数値的に規定した実施例1について説明する。以
下の表1は、実施例1のズームレンズ2のレンズデータを示す。
Figure 0004222408
この表1の上欄において、「面番号」は、スクリーン側から順に各レンズの面に付した番
号である。また、「r」は、曲率半径を示し、「D」は、次の面との間のレンズ厚み或い
は空気空間を表している。さらに、「Nd」は、レンズ材料のd線における屈折率を示し
、「Vd」は、レンズ材料のd線におけるアッベ数を示す。なお、「D」の欄において、
距離d0,d9,d11,d17は、可変間隔を示しており、表1の中欄に、「広角端」
、「中焦点距離」、及び「望遠端」における各距離d0,d9,d11,d17の値が示
されている。
本実施例1において、第1〜第4レンズ群10〜40は、基本的に球面で形成されてい
るが、既述のように第2の負メニスカスレンズ12の入出射面(表1の3面及び4面)と
、接合レンズ31の射出面を(表1の15面)とが非球面となっている。これらの非球面
形状の光軸方向の面頂点からの変位量xは、cを近軸曲率半径の逆数、hを光軸からの高
さ、kを円錐係数、A04〜A12を高次非球面係数とするとき、次式
Figure 0004222408
で表される。本実施例1の場合、上記非球面式における各係数「k」、「A04」〜「A
12」の値については、表1の下欄に示した通りである。
本実施例1のズームレンズ2の結果的な仕様は、焦点距離fがf=10.5〜15.7
5であり、fナンバが、FNo=1.7〜1.95であり、この際の画角2ωは、2ω=
85.0°〜62.9°となった。
図2は、本実施例1の広角端における諸収差図であり、拡大側(スクリーン側)距離を
2mとした場合における縮小側(物面OS側)での諸収差を示す。諸収差図の左端は、基
準波長550nmと他の波長610nm,460nmとにおける各色の球面収差を示し、
諸収差図の中央は、波長550nmにおける非点収差を示し、諸収差図の右端は、波長5
50nmにおける歪曲収差を示す。
図3は、本実施例1の中間焦点距離における諸収差図であり、図2と対応しており、左
端は、各色の球面収差を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
図4は、本実施例1の望遠端における諸収差図であり、図2と対応しており、左端は、
各色の球面収差を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
〔第2実施形態〕
図5は、第2実施形態に係るズームレンズのレンズ構成を示す。この場合、広角端にお
けるズームレンズ102が示されている。本実施形態のズームレンズ102は、図1に示
す第1実施形態のズームレンズ2を変形したものであり、特に説明しない部分については
第1実施形態のズームレンズ2と同一の構造を有する。
図5に示すズームレンズ102は、スクリーン側より物面OS側に向かって順に配設さ
れた負のパワーの第1レンズ群10と、正のパワーの第2レンズ群20と、正のパワーの
第3レンズ群30と、正のパワーの第4レンズ群40とを備えている。ズームレンズ10
2は、物面OS側が略テレセントリックになっており、第4レンズ群40と物面OSとの
間に、合成プリズム50が配置されている。
広角端側から望遠端側への変倍について説明すると、3つの可動レンズ群10,20,
30のうち、第1レンズ群10は、光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動し
、第2及び第3レンズ群20,30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿ってスク
リーン側に向かって徐々に移動する。逆に、望遠端側から広角端側への変倍について説明
すると、3つの可動レンズ群10,20,30のうち、第1レンズ群10は、光軸OAに
沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,30は、相互
の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動する。なお、ス
クリーンまでの距離が変化した場合のフォーカシングは、第1レンズ群10を光軸OA方
向に移動させることによって行う。
第1レンズ群10の構成は、第1実施形態のズームレンズ2の場合と略同じであるが、
接合レンズ13は、スクリーン側に配置され両凸の正レンズ13aと、物面OS側に配置
される両凹の負レンズ13bとからなる。第3レンズ群30は、スクリーン側より順に、
物面OS側に凸面を向けた接合レンズ31と、物面OS側に凸面を向けた正のメニスカス
レンズ33とを含む2群3枚のレンズで構成され、接合レンズ31は、スクリーン側に配
置されスクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズ31aと、物面OSに配置され物
面OS側に凸面を向けた正メニスカスレンズ31bとからなり、接合レンズ31の物面O
S側すなわち正メニスカスレンズ31bの凸面は非球面となっている。第4レンズ群40
は、スクリーン側に凸面を向けた正の単レンズのみからなる。このズームレンズ102に
おいても、図1に示す第1実施形態のズームレンズ2の場合と同様に、条件式(1)〜(
3)を満たされており、第1実施形態のズームレンズ2と同様の特性が得られる。
〔実施例2〕
以下に、図5に示すズームレンズ102を数値的に規定した実施例2について説明する
。以下の表2は、実施例2のズームレンズ102のレンズデータを示す。
Figure 0004222408
この表2の上欄において、「面番号」、「r」、「D」、「Nd」、「Vd」等の諸元が
示されている。また、表2の中欄に、本実施例2の「広角端」、「中焦点距離」、及び「
望遠端」における各距離d0,d9,d11,d17の値が示されている。本実施例2で
も、表1に示す実施例1の場合と同様に、3面、4面、及び15面が非球面となっており
、表2の下欄に示した各係数「k」、「A04」〜「A12」に対応する非球面形状を有
する。
本実施例2の結果的な仕様は、焦点距離fがf=9.8〜14.7であり、fナンバが
、FNo=1.87〜2.12であり、この際の画角2ωは、2ω=88.9°〜66.
5°となった。
図6は、本実施例2の広角端における諸収差図であり、拡大側距離2mにおける縮小側
での諸収差を示す。諸収差図の左端は、基準波長550nmと他の波長610nm,46
0nmとにおける各色の球面収差を示し、諸収差図の中央は、波長550nmにおける非
点収差を示し、諸収差図の右端は、波長550nmにおける歪曲収差を示す。
図7は、本実施例2の中間焦点距離における諸収差図であり、左端は、各色の球面収差
を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
図8は、本実施例2の望遠端における諸収差図であり、左端は、各色の球面収差を示し
、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
〔第3実施形態〕
図9は、第3実施形態に係るズームレンズのレンズ構成を示す。この場合、広角端にお
けるズームレンズ202が示されている。本実施形態のズームレンズ202は、図1に示
す第1実施形態のズームレンズ2を変形したものであり、特に説明しない部分については
第1実施形態のズームレンズ2と同一の構造を有する。
図9に示すズームレンズ202は、スクリーン側より物面OS側に向かって順に配設さ
れた負のパワーの第1レンズ群10と、正のパワーの第2レンズ群20と、正のパワーの
第3レンズ群30と、正のパワーの第4レンズ群40とを備えている。ズームレンズ20
2は、物面OS側が略テレセントリックになっており、第4レンズ群40と物面OSとの
間に、合成プリズム50が配置されている。
広角端側から望遠端側への変倍について説明すると、3つの可動レンズ群10,20,
30のうち、第1レンズ群10は、光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動し
、第2及び第3レンズ群20,30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿ってスク
リーン側に向かって徐々に移動する。逆に、望遠端側から広角端側への変倍について説明
すると、3つの可動レンズ群10,20,30のうち、第1レンズ群10は、光軸OAに
沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,30は、相互
の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動する。なお、ス
クリーンまでの距離が変化した場合のフォーカシングは、第1レンズ群10を光軸OA方
向に移動させることによって行う。
第1レンズ群10の構成は、第1実施形態のズームレンズ2の場合と略同じであるが、
接合レンズ13は、スクリーン側に配置され両凹の負レンズ13aと、物面OS側に配置
されスクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ13bとからなる。第2〜第4レン
ズ群20〜40は、第1実施形態のズームレンズ2と同様の構成になっている。このズー
ムレンズ202においても、図1に示す第1実施形態のズームレンズ2の場合と同様に、
条件式(1)〜(3)を満たされており、第1実施形態のズームレンズ2と同様の特性が
得られる。
〔実施例3〕
以下に、図9に示すズームレンズ202を数値的に規定した実施例3について説明する
。以下の表3は、実施例3のズームレンズ202のレンズデータを示す。
Figure 0004222408
この表3の上欄において、「面番号」、「r」、「D」、「Nd」、「Vd」等の諸元が
示されている。また、表3の中欄に、本実施例3の「広角端」、「中焦点距離」、及び「
望遠端」における各距離d0,d9,d11,d17の値が示されている。本実施例3で
も、表1に示す実施例1の場合と同様に、3面、4面、及び15面が非球面となっており
、表3の下欄に示した各係数「k」、「A04」〜「A12」に対応する非球面形状を有
する。
本実施例3の結果的な仕様は、焦点距離fがf=9.8〜14.7であり、fナンバが
、FNo=1.77〜2.0であり、この際の画角2ωは、2ω=88.9°〜66.5
°となった。
図10は、本実施例3の広角端における諸収差図であり、拡大側距離2mにおける縮小
側での諸収差を示す。諸収差図の左端は、基準波長550nmと他の波長610nm,4
60nmとにおける各色の球面収差を示し、諸収差図の中央は、波長550nmにおける
非点収差を示し、諸収差図の右端は、波長550nmにおける歪曲収差を示す。
図11は、本実施例3の中間焦点距離における諸収差図であり、左端は、各色の球面収
差を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
図12は、本実施例3の望遠端における諸収差図であり、左端は、各色の球面収差を示
し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
〔第4実施形態〕
図13は、第4実施形態に係るズームレンズのレンズ構成を示す。この場合、広角端に
おけるズームレンズ302が示されている。本実施形態のズームレンズ302は、図1に
示す第1実施形態のズームレンズ2を変形したものであり、特に説明しない部分について
は第1実施形態のズームレンズ2と同一の構造を有する。
図13に示すズームレンズ302は、スクリーン側より物面OS側に向かって順に配設
された負のパワーの第1レンズ群310と、正のパワーの第2レンズ群20と、正のパワ
ーの第3レンズ群30と、正のパワーの第4レンズ群40とを備えている。ズームレンズ
302は、物面OS側が略テレセントリックになっており、第4レンズ群40と物面OS
との間に、合成プリズム50が配置されている。
広角端側から望遠端側への変倍について説明すると、3つの可動レンズ群310,20
,30のうち、第1レンズ群310は、光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移
動し、第2及び第3レンズ群20,30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って
スクリーン側に向かって徐々に移動する。逆に、望遠端側から広角端側への変倍について
説明すると、3つの可動レンズ群310,20,30のうち、第1レンズ群310は、光
軸OAに沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,30
は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動する。
なお、スクリーンまでの距離が変化した場合のフォーカシングは、第1レンズ群310を
光軸OA方向に移動させることによって行う。
第1レンズ群310の構成は、第1実施形態のズームレンズ2の場合と略同じであるが
、図1の接合レンズ13に代えて、両凹形状の負レンズ313が配置されている。すなわ
ち、第1レンズ群310は、4群4枚のレンズで構成されている。第2レンズ群20は、
スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第3及び第4レンズ群30,
40は、第1実施形態のズームレンズ2と同様の構成になっている。このズームレンズ3
02においても、図1に示す第1実施形態のズームレンズ2の場合と同様に、条件式(1
)〜(3)を満たされており、第1実施形態のズームレンズ2と同様の特性が得られる。
〔実施例4〕
以下に、図13に示すズームレンズ302を数値的に規定した実施例4について説明する。以下の表4は、実施例4のズームレンズ302のレンズデータを示す。
Figure 0004222408
この表4の上欄において、「面番号」、「r」、「D」、「Nd」、「Vd」等の諸元が示されている。また、表4の中欄に、本実施例4の「広角端」、「中焦点距離」、及び「望遠端」における各距離d0,d8d10d16の値が示されている。本実施例4は、3面、4面、及び14面が非球面となっており、表4の下欄に示した各係数「k」、「A04」〜「A12」に対応する非球面形状を有する。
本実施例4の結果的な仕様は、焦点距離fがf=9.8〜14.7であり、fナンバが
、FNo=1.91〜2.16であり、この際の画角2ωは、2ω=88.9°〜66.
5°となった。
図14は、本実施例4の広角端における諸収差図であり、拡大側距離2mにおける縮小
側での諸収差を示す。諸収差図の左端は、基準波長550nmと他の波長610nm,4
60nmとにおける各色の球面収差を示し、諸収差図の中央は、波長550nmにおける
非点収差を示し、諸収差図の右端は、波長550nmにおける歪曲収差を示す。
図15は、本実施例4の中間焦点距離における諸収差図であり、左端は、各色の球面収
差を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
図16は、本実施例4の望遠端における諸収差図であり、左端は、各色の球面収差を示
し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
〔第5実施形態〕
図17は、第5実施形態に係るズームレンズのレンズ構成を示す。この場合、広角端に
おけるズームレンズ402が示されている。本実施形態のズームレンズ402は、図13
に示す第4実施形態のズームレンズ302を変形したものであり、特に説明しない部分に
ついては第4実施形態のズームレンズ302と同一の構造を有する。
図17に示すズームレンズ402は、スクリーン側より物面OS側に向かって順に配設
された負のパワーの第1レンズ群310と、正のパワーの第2レンズ群20と、正のパワ
ーの第3レンズ群30と、正のパワーの第4レンズ群40とを備えている。ズームレンズ
402は、物面OS側が略テレセントリックになっており、第4レンズ群40と物面OS
との間に、合成プリズム50が配置されている。
広角端側から望遠端側への変倍について説明すると、3つの可動レンズ群310,20
,30のうち、第1レンズ群310は、光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移
動し、第2及び第3レンズ群20,30は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って
スクリーン側に向かって徐々に移動する。逆に、望遠端側から広角端側への変倍について
説明すると、3つの可動レンズ群310,20,30のうち、第1レンズ群310は、光
軸OAに沿ってスクリーン側に向かって徐々に移動し、第2及び第3レンズ群20,30
は、相互の間隔を変化させつつ光軸OAに沿って物面OS側に向かって徐々に移動する。
なお、スクリーンまでの距離が変化した場合のフォーカシングは、第1レンズ群310を
光軸OA方向に移動させることによって行う。
第2レンズ群20は、スクリーン側及び物面OS側に両凸の正の単レンズのみからなる。第3レンズ群30の構成は、スクリーン側より順に、物面OS側に凸面を向けた接合レンズ31と、物面OS側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ33とを含む2群3枚のレンズで構成され、接合レンズ31は、スクリーン側に配置される両凹の負レンズ31aと、物面OSに配置される両凸の正レンズ31bとからなり、接合レンズ31の物面OS側すなわち正レンズ31bの凸面は非球面となっている。第1及び第4レンズ群310,40は、第4実施形態のズームレンズ302と同様の構成になっている。
このズームレンズ402においても、図1に示す第1実施形態のズームレンズ2等の場合と同様に、条件式(1)〜(3)を満たされており、第1実施形態のズームレンズ2等と同様の特性が得られる。
〔実施例5〕
以下に、図17に示すズームレンズ402を数値的に規定した実施例5について説明す
る。以下の表5は、実施例5のズームレンズ402のレンズデータを示す。
Figure 0004222408
この表5の上欄において、「面番号」、「r」、「D」、「Nd」、「Vd」等の諸元が
示されている。また、表5の中欄に、本実施例5の「広角端」、「中焦点距離」、及び「
望遠端」における各距離d0,d9,d11,d17の値が示されている。本実施例5で
も、表1に示す実施例1,4の場合と同様に、3面、4面、及び15面が非球面となって
おり、表5の下欄に示した各係数「k」、「A04」〜「A12」に対応する非球面形状
を有する。
本実施例5の結果的な仕様は、焦点距離fがf=9.8〜14.7であり、fナンバが
、FNo=1.9〜2.21であり、この際の画角2ωは、2ω=88.9°〜66.5
°となった。
図18は、本実施例5の広角端における諸収差図であり、拡大側距離2mにおける縮小
側での諸収差を示す。諸収差図の左端は、基準波長550nmと他の波長610nm,4
60nmとにおける各色の球面収差を示し、諸収差図の中央は、波長550nmにおける
非点収差を示し、諸収差図の右端は、波長550nmにおける歪曲収差を示す。
図19は、本実施例5の中間焦点距離における諸収差図であり、左端は、各色の球面収
差を示し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
図20は、本実施例5の望遠端における諸収差図であり、左端は、各色の球面収差を示
し、中央は、非点収差を示し、右端は、歪曲収差を示す。
〔第6実施形態〕
次に、図21を参照して、上述のズームレンズ2,102,202,302,402,
502を備えたプロジェクタ660を説明する。
このプロジェクタ660は、システム光軸SAに沿って、均一化した光源光を射出する
光源装置61と、光源装置61から射出された照明光を赤・緑・青の3色に分離する分離
照明系63と、分離照明系63から射出された各色の照明光によって照明される光変調部
65と、光変調部65を経た各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム67
と、クロスダイクロイックプリズム67から射出された像光を投射するための投射レンズ
69とを備える。
ここで、光源装置61は、光源光を射出する光源ユニット61aと、この光源ユニット
61aから射出された光源光を均一で所定の偏光方向の照明光に変換する均一化光学系6
1cとを備える。光源ユニット61aは、光源ランプ61mやリフレクタ61nを有する
。また、均一化光学系61cは、光源光を部分光束に分割するための第1レンズアレイ6
1dと、分割後の部分光束の広がりを調節する第2レンズアレイ61eと、各部分光束の
偏光方向を揃える偏光変換装置61gと、各部分光束を対象とする照明領域に重畳して入
射させる重畳レンズ61iとを備えている。
分離照明系63は、第1及び第2ダイクロイックミラー63a,63bと、光路折曲用
のミラー63m,63n,63oとを備え、システム光軸SAを3つの光路OP1〜OP
3に分岐することによって、照明光を青色光LR、緑色光LG、及び赤色光LBの3つの
光束に分離する。なお、リレーレンズLL1,LL2は、入射側の第1のリレーレンズL
L1の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ63hに伝達する
ことにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。
光変調部66は、3色の照明光LB,LR,LGがそれぞれ入射する3つの液晶ライト
バルブ65a,65b,65cを備え、フィールドレンズ63f,63g,63hを経て
各液晶ライトバルブ65a,65b,65cに入射した各色光LB,LG,LRを、駆動
信号に応じて画素単位で強度変調する。なお、各液晶ライトバルブ65a,65b,65
cは、液晶表示パネルを一対の偏光板で挟んだ構造を有している。
クロスダイクロイックプリズム67は、交差するダイクロイック膜67a,67bを備
えており、各液晶ライトバルブ65a,65b,65cからの変調光を合成した像光を射
出する。投射レンズであるズームレンズ2,102,202,302,402,502は
、クロスダイクロイックプリズム67で合成された像光を適当な拡大率で不図示のスクリ
ーン上にカラー画像として投射する。
なお、各液晶ライトバルブ65a,65b,65cを構成する液晶パネルは、図1等に
示す物面OSに対応するものとなっている。
上記実施形態のプロジェクタ660において、ズームレンズ2,102,202,30
2,402,502は、物面OSで略テレセントリックであるので、液晶表示パネルの画
質の角度依存性に左右されずに、鮮明な画像をスクリーン上に投影することを可能にする
。さらに、ズームレンズ2,102,202,302,402,502は、既に説明した
ように、少ないレンズで比較的大きな画角を実現した場合であっても、広角時に十分な収
差補正が可能であり、高変倍比の比較的大きくとることができる。よって、このようなズ
ームレンズ2,102,202,302,402,502をプロジェクタ660に組み込
んだ場合、狭い部屋でも大きな画像を投射でき、設置の自由度を高めることができるだけ
でなく、プロジェクタ660を比較的低コストに保つことができる。
なお、各液晶ライトバルブ65a,65b,65cに代えて、画素がマイクロミラーに
よって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのような画像形成手
段を用いることも可能である。
(A)、(B)は、第1実施形態に係るズームレンズの構成図である。 実施例1の広角端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例1の中間焦点距離での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例1の望遠端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第2実施形態に係るズームレンズの構成図である。 実施例2の広角端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例2の中間焦点距離での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例2の望遠端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第3実施形態に係るズームレンズの構成図である。 実施例3の広角端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例3の中間焦点距離での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例3の望遠端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第4実施形態に係るズームレンズの構成図である。 実施例4の広角端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例4の中間焦点距離での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例4の望遠端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第5実施形態に係るズームレンズの構成図である。 実施例5の広角端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例5の中間焦点距離での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 実施例5の望遠端での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 上記各実施形態のズームレンズを備えたプロジェクタを示す図である。
符号の説明
2,102,202,302,402,502…ズームレンズ、 10…第1レンズ群
、 11…負メニスカスレンズ、 12…負メニスカスレンズ、 13…接合レンズ、
13a…正レンズ、 13b…負レンズ、 15…正レンズ、 20…第2レンズ群、
30…第3レンズ群、 31…接合レンズ、 31a…負レンズ、 31b…正レンズ、
33…正レンズ、 40…第4レンズ群、 50…合成プリズム、 61…光源装置、
63…分離照明系、 65…光変調部、 65a,65b,65c…液晶ライトバルブ
、 67…クロスダイクロイックプリズム、 69…投射レンズ、 660…プロジェク
タ、 OA…光軸、 ST…絞り、 OS…物面、 OP1〜OP3…光路、 SA…シ
ステム光軸

Claims (7)

  1. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第1レンズ群は、3枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズとにより構成され、前記第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有するレンズは、非球面レンズであり、広角端における全系の焦点距離をFw、前記第1レンズ群の焦点距離をF1とするとき、次の条件式
    0.25<|Fw/F1|<0.45 … (1)
    を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第1レンズ群は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、前記第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有し拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズ及び負レンズからなり縮小側に凹面を有する負のパワーの接合レンズと、拡大側に凸面を向けた正レンズとからなる4群5枚のレンズで構成されることを特徴とするームレンズ。
  3. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第1レンズ群は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、前記第1レンズ群中で最も弱い負のパワーを有し拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、前記第1レンズ群中で最も強い負のパワーを有し両凹形状の負レンズと、両凸形状の正レンズとからなる4群4枚のレンズで構成されることを特徴とするームレンズ。
  4. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第2レンズ群は、拡大側に凸面を有する正の単レンズにより構成され、広角端における全系の焦点距離をFw、第2レンズ群の焦点距離をF2とするとき、次の条件式
    0.1<Fw/F2<0.35 … (2)
    を満足することを特徴とするームレンズ。
  5. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第3レンズ群は、拡大側より順に、負レンズ及び正レンズからなる接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正のレンズとにより構成され、前記接合レンズは、少なくとも縮小側の面が非球面であることを特徴とするームレンズ。
  6. 拡大側より順に配置された、負のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群とからなり、
    広角側から望遠側にズーミングする際に、前記第1レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第2及び第3レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第4レンズ群は固定されており、広角端で最もレンズ全長が長く、かつ、
    前記第4レンズ群は、拡大側に凸面を有する正の単レンズにより構成され、広角端における全系の焦点距離をFw、前記第4レンズ群の焦点距離をF4とするとき、次の条件式
    0.05<Fw/F4<0.3 … (3)
    を満足することを特徴とするームレンズ。
  7. 画像を形成する画像形成手段と、
    前記画像形成手段によって形成された画像を投射する請求項1から請求項のいずれか一項記載のズームレンズと
    を備えるプロジェクタ。
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