JP4380200B2 - Projection lens - Google Patents

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    • 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

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にDMDなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に投写する投影レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プロジェクタのライトバルブとしては長い間、液晶パネルが多く用いられてきた。ところが近年、微小なマイクロミラー(鏡面素子)を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシン技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)が実用化されており、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという特徴を有するため、携帯可能とした小型で高輝度、高画質のプロジェクタを実現するのに適していることから、広く普及する兆しを見せている(例えば、先行文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−51195号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタ装置においてライトバルブとしてDMDを使用する場合、その投影レンズにはDMD特有の制限が加わることとなる。第1の制限は投影レンズのF値に関するものである。現在、DMDにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーの旋回する角度は±12°であり、これにより有効な反射光(有効光)と無効な反射光(無効光)とを切り替えている。従って、DMDをライトバルブとしたプロジェクタにおいては有効光をとらえる必要があると共に無効光を捉えないことが条件となり、この条件から投影レンズのF値を導くことが出来、すなわちF=2.4となる。実際にはさらに少しでも光量を上げたいという要望があるため、実害のない範囲でのコントラストの低下などに配慮した上でF=2.0の投影レンズとする場合が多い。また、この様な条件は投影レンズのライトバルブ側の瞳の位置が一定という条件のもとで成立しているため、ズームレンズなどの瞳位置が移動する場合は、移動した場合には、光量のロスなどが生ずるため、一般的には明るさが問題となりやすい広角端での瞳位置を最適化するなどの配慮が必要となる。
【0005】
第2の制限は光源系との位置関係による制限である。小型化の為には投影レンズのイメージサークルはなるべく小さくしたい為に、DMDに投影用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまい、前述のDMDからの有効光をプロジェクタレンズに入力するには、光源系をプロジェクタレンズとほぼ同じ方向(隣り合わせ)に設置することとなる。また投影レンズの最もライトバルブ側レンズとライトバルブとの間(すなわちバックフォーカス)を投影系と光源系との両光学系で使用することとなり、投影レンズにはバックフォーカスを大きく取らなければならないと同時に、光源からの導光スペースを確保するために、ライトバルブ側のレンズ系を小さく設計する必要が生ずる。このことは投影レンズの光学設計の立場から考えると、すなわち投影レンズの後方付近にライトバルブ側の瞳位置が来るように設計することになる。その一方で、投影レンズの性能を向上するためには、多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投影レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投影レンズの全長が長くなれば、入射瞳位置が後方にあるレンズでは当然のことながら前方のレンズ径が大きくなってしまうという問題が発生することとなる。
【0006】
この様な開発上の制限はあるものの、ライトバルブとしてDMDを採用するプロジェクタ装置は、小型化には他の方式よりも有利と考えられており、現在ではデータプロジェクタを中心として、携帯可能なコンパクトなものが広く普及している。装置自体をコンパクトにするためには、当然のことながら使用される投影レンズに関しても、コンパクト化の要望は大きく、また、多機能化という要望もあり、諸収差の性能が使用するDMDの仕様を充分満足することはもちろんのこと、利便性の点ではズーム機能による変倍も可能で、その広角端の画角の大きいもの、さらに変倍比も大きい物が要求されるようになってきた。
【0007】
本発明は、前述した事情に鑑み、DMDなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトで広画角の投影レンズを実現し、コンパクトで明るく、小さな会議室等の限られたスペースでも大きな画面を投影可能な高画質のプロジェクタ装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影レンズは、投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第1レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第2レンズ群、及び使用するライトバルブの種類や照明光学系の仕様等の関係によっては全体で正の屈折力を有する第3レンズ群から構成され、前記第2レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ(以下正レンズ)である第1レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ(以下負レンズ)である第2レンズ、負レンズである第3レンズ、正レンズであり前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズと接合して構成される第4レンズ、正レンズである第5レンズを配して構成され、前記第2レンズ群のパワーに関して下記条件式(1)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのパワーに関して下記件式(2)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのパワーに関して下記件式(3)を満足し、前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とする。(請求項1,請求項2)
(1) 0.55< fW /fII <0.7
(2) 1.1< fII/f2,1 <1.6
(3) 0.3< fII/f2,5 <0.8
ただし、
W :広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
II :第2レンズ群の合成焦点距離
2,1 :第2レンズ群を構成する第1レンズの焦点距離
2,5 :第2レンズ群を構成する第5レンズの焦点距離
【0009】
条件式(1)は、正の屈折力を有する第2レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。またDMD等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間をバックフォーカス部分(第3レンズ群を有する場合には第2レンズ群と第3レンズ群の間の空気間隔がこの空間となる)にとらなければならず、バックフォーカスを確保する為には第1レンズ群に適切なパワーを配分する必要があるが、同時に第2レンズ群のパワーも適切でなければならず、諸収差との関連も含めたバランスの上で成り立っている。そのため上限を越えると、第2レンズ群の正のパワーが大きいことになり、それにともなって第1レンズ群の負のパワーも強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。また逆に下限を越えると、第1レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反するか、さもなければバックフォーカスが確保出来なくなる。
【0010】
続いて条件式(2)及び条件式(3)は第2レンズ群内の単色の諸収差補正に関する条件式である。第2レンズ群内の単色の諸収差の補正の基本は、第2レンズ群における第1レンズ及び第5レンズに比較的強い正のパワーが与えられることによって、各収差に対して第2レンズ群としてのパワーバランスが成立しており、これを大きく崩すことは出来ない。この中でとりわけ第1レンズは第1レンズ群からの発散光を収束しなければならないためより強いパワーが与えられることになり、これを表現したのが条件式(2)である。したがって、条件式(2)の上限を越えると第1レンズのパワーが大きく、これに伴い逆に第5レンズのパワーを小さくしなければならず、諸収差が悪化する。逆に条件式(2)の下限を越えると第1レンズでの第1レンズ群からの発散光を充分に収束することができず、第1レンズ以外のレンズにも収束作用が分担させなければならないためやはり全体の収差バランスが崩れることとなる。同様に第5レンズについて表現したのが条件式(3)であり、上限を越えるとこれに伴い第1レンズの収束作用を低下させてしまうこととなり、逆に下限を越えると充分な諸収差を補正するパワーを失ってしまう。
【0011】
さらに前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(4)を満足し、前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面と前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(5)を満足し、前記第2レンズ群を構成する前記第2レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(6)を満足し、また前記第2レンズ群を構成する前記第2レンズのライトバルブ側面と前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(7)を満足することを特徴とする投影レンズ。(請求項3)
(4) 1.1<fII /r21 <1.5
(5) −1.1< r21 /r29 <−0.6
(6) 1.1<fII /r24 <1.9
(7) −1.5< r24 /r25 <−0.8
ただし、
21 :第2レンズ群を構成する第1レンズのスクリーン側の面の曲率半径
24 :第2レンズ群を構成する第2レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
25 :第2レンズ群を構成する第3レンズのスクリーン側の面の曲率半径
29 :第2レンズ群を構成する第5レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
【0012】
条件式(4)は第2レンズ群を構成する第1レンズの形状に関するものである。とりわけスクリーン側面は第1レンズ群からの強い発散光を収束し、かつ球面収差を補正しなければならず、強い面パワーを必要とする。すなわち条件式(4)の上限を超えると、収束作用は充分となるが、アンダーな球面収差を残すこととなり、逆に下限を超えると収束するためのパワーが不足することとなり、よって収束作用を他のレンズに分担しなければならず、諸収差が悪化することとなる。条件式(5)は条件式(4)と共に、球面収差と他の諸収差をバランス良く補正するための条件である。上限を超えると諸収差の補正が難しくなり、逆に下限を超えると球面収差が補正出来なくなる。条件式(6)は第2レンズ群を構成する第2レンズの形状に関する条件式である。とりわけライトバルブ側面の形状は重要で、第2レンズ群の第1レンズによるアンダーな球面収差を補正し、絞りに対してコンセントリックにすることで、コマ収差を補正している。
【0013】
したがって、上限を超えると、すなわち第2レンズのライトバルブ側面の曲率半径が大きくなり過ぎるとコマ収差補正が難しくなり、下限を超えると今度は球面収差補正が難しくなる。条件式(7)は、第2レンズ群の第2レンズのライトバルブ側面と第3レンズのスクリーン側面の形状に関するものであるが、この両面に関しては所謂絞りに関してコンセントリックかつ対称形状となることで、第2レンズ群における軸外収差の発生を防ぐ働きをしており、すなわち上限を超えても、下限を超えても第2レンズ群としての軸外収差の発生量を増やす結果となる為、全系としての諸収差のバランスを崩してしまう。
【0014】
さらに前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面と前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのライトバルブ側面の少なくとも1つの屈折面の形状が非球面形状であることが好ましい。(請求項4)
これは前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面及び前記第5レンズのライトバルブ側面は、共に球面収差、コマ収差の補正に関して影響の大きい面であるため、コスト的に許される範囲であれば、これらの部分を非球面化することで、主に球面収差、コマ収差の補正に有利となり、さらに小型化あるいは高性能化することが可能となる。
【0015】
さらに前記第1レンズ群は、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第1レンズ、正または負の屈折力を有するレンズである第2レンズ、負レンズである第3レンズ、前記第3レンズとは接合または分離して配置され正レンズである第4レンズ、負レンズである第5レンズを配して構成され、前記第1レンズ群のパワーに関して下記条件式(8)を満足しており、前記第1レンズ群を構成する前記第1レンズのパワーに関して下記件式(9)を満足しており、加えて前記第1レンズ群を構成する前記第1レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(10)を満足し、前記第1レンズ群を構成する第5レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(11)を満足し、前記第1レンズ群を構成するレンズのうち前記第2レンズを除くレンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式(12)を満足し、また前記第1レンズ群を構成する前記第4レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式(13)を満足しており、また前記第1レンズ群を構成する前記第2レンズは樹脂材料で製作されており、かつ少なくともライトバルブ側面は非球面形状をしており、その前記第2レンズのパワーに関して下記条件式(14)を満足していることが好ましい。(請求項5)
(8) 0.6< fW /|fI |<1.0 (絶対値はfI<0のため)
(9) 0.45< fI /f1,1 <0.75
(10) −1.6< fI /r12 <−1.0
(11) 1.1< fI /r19 <1.5
(12) 20<(ν1,1+ν1,3+ν1,5)/3−ν1,4
(13) 1.7< n1,4
(14) |fI /f1,2|<0.3
ただし、
W :広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
I :第1レンズ群の合成焦点距離
1,1 :第1レンズ群を構成する第1レンズの焦点距離
12 :第1レンズ群を構成する第1レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
19 :第1レンズ群を構成する第5レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ν1,1 :第1レンズ群を構成する第1レンズのアッベ数
ν1,3 :第1レンズ群を構成する第3レンズのアッベ数
ν1,4 :第1レンズ群を構成する第4レンズのアッベ数
ν1,5 :第1レンズ群を構成する第5レンズのアッベ数
1,4 :第1レンズ群を構成する第4レンズのd線における屈折率
1,2 :第1レンズ群を構成する第2レンズの焦点距離
【0016】
条件式(8)は、負の屈折力を有する第1レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。またDMD等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間をバックフォーカス部分(第3レンズ群を有する場合には第2レンズ群と第3レンズ群の間の空気間隔がこの空間となる)にとらなければならず、バックフォーカスを確保する目的を合わせてもっている。そのため上限を越えると、第1レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第2レンズ群、第3レンズ群の正のパワーを強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。逆に下限を越えると、第2レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反するか、さもなければバックフォーカスが確保出来なくなる。条件式(9)は、条件式(8)のもとで、第1レンズ群内のパワー配分に関するものである。すなわち、バックフォーカスを大きくとり、かつ諸収差のバランスを確保するためには、第1レンズ群を構成する第1レンズに適度な負パワーを与えることがとりわけ重要となる。上限を超えると、バックフォーカスの条件等は満たしやすく、諸収差のバランスをとるのも楽となるが、一方では、製造が困難となったり、コストのかさむ原因となり好ましくない。下限を超えると、その逆で、バックフォーカスを確保出来なくなったり、諸収差のバランスがとり辛くなる。
【0017】
続く条件式(10)は、条件式(9)の第1レンズに配分される負パワー条件下で、コマ収差、歪曲収差の発生を少なくするための条件である。すなわちこれら2つの条件式を満たすと第1レンズは強い負パワーをもつメニスカス形状となる。条件式(10)の上限をこえると、コマ収差、歪曲収差の発生を充分おさえることが出来ない。また、下限を超えると収差発生を抑えるためには効果的ではあるが、メニスカス負レンズの湾曲形状が強くなりすぎ、製造が難しくなる。条件式(11)は、第1レンズ群における球面収差、コマ収差補正と第1レンズ群を構成する第1レンズの有効径(以下前玉径)に影響を及ぼすものである。本ズームレンズの仕様は、広角端での画角が広角であると同時に前玉径を小さく設計することを要求している。通常この2つの条件は、相反するものとして存在することが多い。各収差補正を満足すると同時に前玉径を小さくするためには、像高の大きい像点に対応する光線束を第1レンズ群のスクリーン側に配置されるレンズにおいてより光線高の低い位置を通すことが必要である。このことを第1レンズ群内で実践しているのが第3レンズと第5レンズである。とりわけ特徴的なのが、第5レンズである。第5レンズに与えられているパワーは小さいものの、ライトバルブ側に大きく凸となるメニスカス形状となることにより、その目的を達成している。
【0018】
その一方で、第1レンズ群内の球面収差、コマ収差補正とのバランスを取っており、上限を超えると、すなわち曲率半径小さ過ぎる場合であるが、このときは球面収差、コマ収差の補正に関する自由度が不足することとなり、下限を超えると前玉径をより大きくして対応しなければならない。条件式(12)は、第1レンズ群を構成する負レンズと正レンズのアッベ数の配分に関するものである。第1レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、第1レンズ群を構成する負レンズと正レンズの硝材選択を条件式(12)のような条件のもとでおこなうことにより、適切なパワー配分となり色収差の良好な補正が可能となる。下限を越えると色収差補正のために各レンズのパワーが過大となり、諸収差が悪化する。また条件式(13)は像面湾曲のコントロール、すなわちペッツバール和に関する条件となる。第1レンズ群の中で、唯一明らかに正のパワーを持つレンズである第4レンズはペッツバール和をコントロールする上で非常に重要となり、パワーを大きくすること、すなわち屈折率の値を高くしてペッツバール和を小さくする。従って、下限値を超えるとペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなり、周辺像高での像面のコントロールが困難となる。
【0019】
歪曲収差を補正する目的からすると非球面形状とするのは前記第1レンズまたは前記第2レンズの非球面形状化が共に有効であると考えられるが、一方で、これらのレンズの有効径はより小径である前記第2レンズでも実施例に採用した設計例によれば約φ32.6mm〜φ34.8mmとなってしまい、現在のガラスモールド製法で製作するとコスト的に不利となる大きさである。樹脂材料での非球面レンズを採用すれば、コスト的な問題は解消されるが、表面キズなどを考慮すれば外装表面に露出する前記第1レンズよりも前記第2レンズに樹脂材料の非球面レンズを採用することが好ましい。そこで条件式(14)は、前記第2レンズを樹脂材料で製作した場合の、投影用レンズとして性能を維持するための条件の範囲を示すものである。樹脂材料でレンズを製作する場合に留意しなければならないのは、温度の変化や湿度の変化による屈折率の変化を問題ない範囲に押さえる事と、成形性を高めるために、肉厚を均等にする配慮をすることである。これらの条件を満足するためには、共に樹脂レンズに配分するパワーを小さくすることが必要となる。したがって、条件式(14)の下限値を越えると投影レンズとして性能を維持するためには第2レンズに配分されるパワーが大きすぎ、前記のような環境等が変化した場合に良好な性能を維持する事が出来なくなる。
【0020】
さらに前記第3レンズ群は正レンズである第1レンズのみで構成され、前記第3レンズ群のパワーに関して下記条件式(15)を満足することが好ましい。(請求項6)
(15) 0.22< fW /fIII <0.29
ただし、
III :第3レンズ群の合成焦点距離
【0021】
DMDからの光線束を効率良くスクリーン面に結像させるためには、照明光学系の特性に合わせて第3レンズ群とDMD間の光線束の主光線角度を設定しなければならないが、多くの場合ほぼテレセントリックに設定されることが多い。この間でのテレセントリック性の確保のためには、第2レンズ群の射出瞳近傍に第3レンズ群の焦点位置が来ることが必要であり、条件式(16)の範囲で第3レンズ群のパワーを与えることにより目的を達することが可能となる。従って上限を超えても、下限を超えても、瞳のマッチングがとれず諸収差が悪化する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の第1実施例、第2実施例のコンパクトな広角投影用ズームレンズではスクリーン側から順に、第1レンズ群LG1及び第2レンズ群LG2、続いて配された第3レンズ群LG3から構成されており、第3実施例においては第1レンズ群LG1及び第2レンズ群LG2から構成される。前記第1レンズ群LG1は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ(以下負レンズ)である第1レンズL11、正または負の屈折力を有する第2レンズL12、負レンズである第3レンズL13、前記第3レンズとは接合または分離して配置され正の屈折力を有するレンズである(以下正レンズ)第4レンズL14、負レンズである第5レンズL15を配して構成される。
【0023】
前記第2レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第1レンズL21、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第2レンズL22、負レンズである第3レンズL23、正レンズであり前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズと接合して構成される第4レンズL24、正レンズである第5レンズL25を配して構成される。前記第3レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第1レンズL31のみを配して構成される。また前記第1レンズ群LG1,及び前記第2レンズ群LG2の位置を移動することにより変倍を成している。レンズ間隔のうちフォーカスに関わるものについては第1レンズL11のスクリーン側面からスクリーンまでの投影距離が2mの時のものを例として示している。前記第3レンズ群LG3とライトバルブ面との間には空気間隔をおいてDMD等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスCGが配されている。
【0024】
各レンズの屈折面の名称は前記第1レンズ群LG1を構成する第1レンズL11のスクリーン側面をS11、ライトバルブ側面をS12、同様に第2レンズL12のスクリーン側面をS13、ライトバルブ側面をS14,第3レンズL13のスクリーン側面をS15、ライトバルブ側面をS16、第4レンズL14のスクリーン側面をS17、ライトバルブ側面をS18、第5レンズL15のスクリーン側面をS19、ライトバルブ側面をS20とし、前記第2レンズ群LG2を構成する第1レンズL21のスクリーン側面をS21、ライトバルブ側面をS22、続く第2レンズL22のスクリーン側面をS23、ライトバルブ側面をS24,第3レンズL23のスクリーン側面をS25、ライトバルブ側面(第4レンズとの接合面)をS26、第4レンズL24のライトバルブ側面をS27、第5レンズL25のスクリーン側面をS28、ライトバルブ側面をS29とし、第3実施例以外の実施例における前記第3レンズ群LG3を構成する第1レンズL31のスクリーン側面をS31、ライトバルブ側面をS32とし、さらにカバーガラスCGのスクリーン側面をS41、ライトバルブ側面をS42とする。
【0025】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にZ軸、光軸と直交する方向にY軸をとるとき、非球面式:
Z=(Y2/r)〔1+√{1−(1+K)(Y/r)2}〕
+A・Y4+B・Y6+C・Y8+D・Y10+‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径:r、円錐定数:K、高次の非球面係数:A、B、C、Dを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Eとそれに続く数字」は「10の累乗」を表している。例えば、「E−4」は10 4を意味し、この数値が直前の数値に掛ければ良い。
【0026】
[実施例1] 本発明のコンパクトで広画角投影用ズームレンズの第1実施例について数値例を表1に示す。また図1は、そのレンズ構成図、図2はその諸収差図である。
表及び図面中、fはズームレンズ全系の焦点距離、FnoはFナンバー、2ωはズームレンズの全画角、bf はバックフォーカスを表す。第1実施例及び第2実施例ではバックフォーカスbf は広角端における第3レンズ群LG3を構成する第1レンズL31のライトバルブ側面S32から像面までの距離の空気換算距離である。 また、Rは曲率半径、Dはレンズ厚またはレンズ間隔、Nd はd線の屈折率、νd はd線のアッベ数を示す。諸収差図中のCA1、CA2、CA3、CA4はそれぞれCA1=550.0nm、CA2=486.1nm、CA3=640.0nm、CA4=435.8nmの波長における収差曲線である。またSはサジタル、Mはメリディオナルを示している。
【0027】
【表 1】

Figure 0004380200
【0028】
[実施例2] 第2実施例について数値例を表2に示す。また、図3はそのレンズ構成図、図4はその諸収差図である。
【表 2】
Figure 0004380200
【0029】
[実施例3] 第3実施例について数値例を表4に示す。また、図5はそのレンズ構成図、図6はその諸収差図である。本実施例におけるバックフォーカスbf は広角端における第2レンズ群LG2を構成する第5レンズL25のライトバルブ側面S29から像面までの距離の空気換算距離である。
【表 3】
Figure 0004380200
【0030】
次に第1実施例から第3実施例に関して条件式(1)から条件式(15)に対応する値を、まとめて表4に示す。
【表 4】
Figure 0004380200
表4から明らかなように、第1実施例から第3実施例の各実施例に関する数値は条件式(1)から条件式(15)を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、DMDなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトで画角が広い投影レンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第1実施例のレンズ構成図。
【図2】第1実施例のレンズの諸収差図。
【図3】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第2実施例のレンズ構成図。
【図4】第2実施例のレンズの諸収差図。
【図5】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第3実施例のレンズ構成図。
【図6】第3実施例のレンズの諸収差図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a projection lens that projects an image from a light valve that forms an image by changing the reflection direction of light, such as DMD, onto a screen or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a liquid crystal panel has been often used as a light valve of a projector for a long time. Recently, however, DMDs (digital micromirrors) that display images by arranging microscopic micromirrors (mirror elements) on a plane in correspondence with pixels and mechanically controlling the angle of each mirror surface using micromachine technology. Device) has been put into practical use, has a response speed faster than a liquid crystal panel, and provides a bright image, and is suitable for realizing a small, high-brightness, high-quality projector that is portable. Therefore, it shows signs of widespread use (see, for example, prior document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-511195 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a DMD is used as a light valve in a projector device, the projection lens is restricted by DMD. The first limitation is related to the F value of the projection lens. At present, in the DMD, when the image is generated, the turning angle of the micromirror is ± 12 °, thereby switching between the effective reflected light (effective light) and the invalid reflected light (ineffective light). Accordingly, in a projector using a DMD as a light valve, it is necessary to capture effective light and not to capture invalid light. From this condition, the F value of the projection lens can be derived, that is, F = 2.4. Become. Actually, there is a demand to increase the amount of light as much as possible. Therefore, in many cases, a projection lens with F = 2.0 is considered in consideration of a decrease in contrast in a range where there is no actual harm. In addition, since such a condition is established under the condition that the position of the pupil on the light valve side of the projection lens is constant, if the pupil position of the zoom lens or the like moves, In general, it is necessary to consider such as optimizing the pupil position at the wide-angle end where brightness tends to be a problem.
[0005]
The second restriction is a restriction due to the positional relationship with the light source system. Since the image circle of the projection lens is desired to be as small as possible for miniaturization, the arrangement of the light source system for inputting the projection light beam to the DMD is limited, and the effective light from the DMD is input to the projector lens. In this case, the light source system is installed in substantially the same direction (adjacent) as the projector lens. In addition, the projection lens and the light source system use the space between the light valve side lens and the light valve (that is, the back focus) of the projection lens, and the projection lens must have a large back focus. At the same time, it is necessary to design a small lens system on the light valve side in order to secure a light guide space from the light source. From the standpoint of optical design of the projection lens, this means that the pupil position on the light valve side is designed near the rear of the projection lens. On the other hand, in order to improve the performance of the projection lens, it is necessary to combine a large number of lenses. When a large number of lenses are arranged, the total length of the projection lens is required, and the total length of the projection lens is reduced. If the length is longer, the lens having the entrance pupil position on the rear side naturally has a problem that the front lens diameter is increased.
[0006]
Despite these development limitations, projector devices that employ DMD as a light valve are considered to be more advantageous than other methods for miniaturization, and are now portable, mainly for data projectors. Things are widespread. In order to make the device itself compact, it is a matter of course that there is a great demand for compactness in the projection lens used, and there is also a demand for multiple functions. In addition to being fully satisfied, zooming is also possible for convenience, and a zoom lens having a large angle of view at the wide-angle end and a large zoom ratio has been demanded.
[0007]
In view of the circumstances described above, the present invention realizes a compact and wide-angle projection lens with high imaging performance suitable for the characteristics of a light valve that forms an image by changing the reflection direction of light such as DMD. An object of the present invention is to provide a high-quality projector device that can project a large screen even in a limited space such as a bright and small meeting room.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The projection lens of the present invention is a projection lens that enlarges and projects an image from a light valve of a projection display device onto a screen or other wall surface, and has a negative refracting power as a whole in order from the screen side. The lens group and the second lens group having a positive refractive power as a whole, and a third lens group having a positive refractive power as a whole, depending on the relationship between the type of light valve used and the specifications of the illumination optical system, etc. The second lens group includes a first lens that is a lens having a positive refractive power (hereinafter, positive lens), and a second lens that is a negative meniscus lens having a negative refractive power that is convex on the screen side (hereinafter, negative lens). A third lens that is a negative lens, a fourth lens that is a positive lens and joined to the third lens that constitutes the second lens group, and a fifth lens that is a positive lens. The following conditional expression (1) is satisfied with respect to the power of the second lens group, the following conditional expression (2) is satisfied with respect to the power of the first lens constituting the second lens group, and the second The following formula (3) is satisfied with respect to the power of the fifth lens constituting the lens group.The zooming is performed by moving the positions of the first lens group and the second lens group.It is characterized by that. (Claim 1, Claim 2)
(1) 0.55 <fW/ FII <0.7
(2) 1.1 <fII/ F2,1 <1.6
(3) 0.3 <fII/ F2,5 <0.8
However,
fW : Total focal length of the entire lens system at the wide-angle end
fII : Composite focal length of the second lens group
f2,1: Focal length of the first lens constituting the second lens group
f2,5: Focal length of the fifth lens constituting the second lens group
[0009]
Conditional expression (1) relates to appropriate distribution of power to the second lens group having positive refractive power. This is a necessary condition for balancing the size of the entire optical system and the conditions for appropriately correcting various aberrations. Further, a space for arranging an optical system for illuminating a light valve such as a DMD is defined as a back focus portion (in the case of having a third lens group, the air interval between the second lens group and the third lens group is this space. In order to secure the back focus, it is necessary to distribute appropriate power to the first lens group. At the same time, the power of the second lens group must be appropriate. This is based on a balance including the relationship with aberration. For this reason, if the upper limit is exceeded, the positive power of the second lens group becomes large, and accordingly, the negative power of the first lens group must be strengthened. Getting worse. On the other hand, if the lower limit is exceeded, the air gap from the first lens group must be increased, and the overall size of the optical system increases, which contradicts the purpose of miniaturization, or the back focus can be secured. Disappear.
[0010]
Subsequently, conditional expressions (2) and (3) are conditional expressions relating to correction of various monochromatic aberrations in the second lens group. The basis for correcting various monochromatic aberrations in the second lens group is that a relatively strong positive power is given to the first lens and the fifth lens in the second lens group, so that the second lens group for each aberration. As the power balance is established, it cannot be greatly destroyed. Among them, the first lens in particular needs to converge the divergent light from the first lens group, so that stronger power is given, and this is expressed by conditional expression (2). Therefore, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the power of the first lens is increased, and conversely, the power of the fifth lens must be decreased, and various aberrations deteriorate. Conversely, if the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the diverging light from the first lens group in the first lens cannot be sufficiently converged, and the converging action must not be shared by lenses other than the first lens. As a result, the overall aberration balance is lost. Similarly, the conditional expression (3) is expressed for the fifth lens. If the upper limit is exceeded, the convergence of the first lens will be reduced. Conversely, if the lower limit is exceeded, sufficient aberrations will be obtained. The power to correct is lost.
[0011]
Further, the following conditional expression (4) is satisfied regarding the radius of curvature of the screen side surface of the first lens constituting the second lens group, and the screen side surface of the first lens and the second lens constituting the second lens group are satisfied. The following conditional expression (5) is satisfied with respect to the radius of curvature of the light valve side surface of the fifth lens constituting the group, and the following conditional expression regarding the radius of curvature of the light valve side surface of the second lens constituting the second lens group ( 6) is satisfied, and the following conditional expression (7) is satisfied with respect to the curvature radius of the light valve side surface of the second lens constituting the second lens group and the screen side surface of the third lens constituting the second lens group. Projection lens characterized by satisfaction. (Claim 3)
(4) 1.1 <fII/ Rtwenty one <1.5
(5) -1.1 <rtwenty one/ R29 <-0.6
(6) 1.1 <fII/ Rtwenty four <1.9
(7) -1.5 <rtwenty four/ Rtwenty five <-0.8
However,
rtwenty one: Curvature radius of screen side surface of first lens constituting second lens group
rtwenty four: Curvature radius of the light valve side surface of the second lens constituting the second lens group
rtwenty five: Curvature radius of the screen side surface of the third lens constituting the second lens group
r29: Radius of curvature of the light valve side surface of the fifth lens constituting the second lens group
[0012]
Conditional expression (4) relates to the shape of the first lens constituting the second lens group. In particular, the screen side surface must converge strong divergent light from the first lens group and correct spherical aberration, and requires strong surface power. That is, when the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the convergence effect is sufficient, but under spherical aberration remains, and conversely, when the lower limit is exceeded, the power for convergence is insufficient, and thus the convergence effect is reduced. The other lenses must be shared, and various aberrations will deteriorate. Conditional expression (5), together with conditional expression (4), is a condition for correcting spherical aberration and other aberrations in a well-balanced manner. If the upper limit is exceeded, it is difficult to correct various aberrations. Conversely, if the lower limit is exceeded, spherical aberration cannot be corrected. Conditional expression (6) is a conditional expression related to the shape of the second lens constituting the second lens group. In particular, the shape of the side surface of the light valve is important, and the coma aberration is corrected by correcting the under spherical aberration caused by the first lens of the second lens group and concentrating the diaphragm.
[0013]
Therefore, when the upper limit is exceeded, that is, when the radius of curvature of the light valve side surface of the second lens becomes too large, it becomes difficult to correct coma, and when the lower limit is exceeded, it is difficult to correct spherical aberration. Conditional expression (7) relates to the shape of the light valve side surface of the second lens of the second lens group and the side surface of the screen of the third lens. The two surfaces are concentric and symmetrical with respect to the so-called stop. , Which acts to prevent the occurrence of off-axis aberrations in the second lens group, that is, the amount of occurrence of off-axis aberrations as the second lens group increases even if the upper limit is exceeded or the lower limit is exceeded, The balance of various aberrations as a whole system is lost.
[0014]
Furthermore, it is preferable that the shape of at least one refracting surface of the screen side surface of the first lens constituting the second lens group and the light valve side surface of the fifth lens constituting the second lens group is an aspherical shape. . (Claim 4)
This is permitted in terms of cost since the screen side surface of the first lens and the light valve side surface of the fifth lens constituting the second lens group are both surfaces having a large influence on correction of spherical aberration and coma aberration. If it is within the range, making these parts aspherical is advantageous mainly for correction of spherical aberration and coma aberration, and it is possible to further reduce the size or improve the performance.
[0015]
Further, the first lens group includes a first lens that is a negative lens having a meniscus shape convex to the screen side, a second lens that is a lens having positive or negative refractive power, a third lens that is a negative lens, and the third lens. The lens is composed of a fourth lens, which is a positive lens, and a fifth lens, which is a negative lens, arranged so as to be cemented or separated, and satisfies the following conditional expression (8) with respect to the power of the first lens group. In addition, the following formula (9) is satisfied with respect to the power of the first lens constituting the first lens group, and in addition, the radius of curvature of the side surface of the light valve of the first lens constituting the first lens group is satisfied. The following conditional expression (10) is satisfied with respect to the curvature radius of the screen side surface of the fifth lens constituting the first lens group, and the following conditional expression (11) is satisfied with respect to the radius of curvature of the screen constituting the first lens group. That is, the following conditional expression (12) is satisfied with respect to the Abbe number of the glass material used for the lens excluding the second lens, and the refractive index of the glass material used for the fourth lens constituting the first lens group is as follows. Conditional expression (13) is satisfied, the second lens constituting the first lens group is made of a resin material, and at least the side surface of the light valve has an aspherical shape. It is preferable that the following conditional expression (14) is satisfied with respect to the power of the two lenses. (Claim 5)
(8) 0.6 <fW/ | FI | <1.0 (the absolute value is fI<Because it is 0)
(9) 0.45 <fI / F1,1 <0.75
(10) −1.6 <fI / R12 <-1.0
(11) 1.1 <fI / R19 <1.5
(12) 20 <(ν1,1+ Ν1,3+ Ν1,5) / 3-ν1,4
(13) 1.7 <n1,4
(14) | fI / F1,2| <0.3
However,
fW: Total focal length of the entire lens system at the wide-angle end
fI: Composite focal length of the first lens group
f1,1: Focal length of the first lens constituting the first lens group
r12: Curvature radius of the light valve side surface of the first lens constituting the first lens group
r19: Curvature radius of screen side surface of fifth lens constituting first lens group
ν1,1: Abbe number of the first lens constituting the first lens group
ν1,3: Abbe number of the third lens constituting the first lens group
ν1,4: Abbe number of the fourth lens constituting the first lens group
ν1,5: Abbe number of the fifth lens constituting the first lens group
n1,4: Refractive index at the d-line of the fourth lens constituting the first lens group
f1,2: Focal length of the second lens constituting the first lens group
[0016]
Conditional expression (8) relates to appropriate distribution of power to the first lens unit having negative refractive power. This is a necessary condition for balancing the size of the entire optical system and the conditions for appropriately correcting various aberrations. Further, a space for arranging an optical system for illuminating a light valve such as a DMD is defined as a back focus portion (in the case of having a third lens group, the air interval between the second lens group and the third lens group is this space. And the purpose of ensuring the back focus. Therefore, if the upper limit is exceeded, the negative power of the first lens group becomes large, and accordingly, the positive power of the second lens group and the third lens group must be increased, and various aberrations are balanced. Becomes difficult and performance deteriorates. On the other hand, if the lower limit is exceeded, the air gap from the second lens group must be increased, and the overall size of the optical system increases, which contradicts the purpose of miniaturization, or the back focus cannot be secured. . Conditional expression (9) relates to power distribution in the first lens group based on conditional expression (8). That is, in order to increase the back focus and secure a balance of various aberrations, it is particularly important to give an appropriate negative power to the first lens constituting the first lens group. If the upper limit is exceeded, it is easy to satisfy the back focus conditions and the like, and it becomes easy to balance various aberrations, but on the other hand, it is not preferable because it becomes difficult to manufacture and increases costs. If the lower limit is exceeded, on the contrary, the back focus cannot be secured, and the balance of various aberrations becomes difficult.
[0017]
The following conditional expression (10) is a condition for reducing the occurrence of coma and distortion under the negative power condition distributed to the first lens of conditional expression (9). That is, when these two conditional expressions are satisfied, the first lens has a meniscus shape having a strong negative power. If the upper limit of conditional expression (10) is exceeded, coma and distortion cannot be sufficiently suppressed. If the lower limit is exceeded, it is effective to suppress the occurrence of aberrations, but the curved shape of the meniscus negative lens becomes too strong, making manufacture difficult. Conditional expression (11) affects the spherical aberration and coma aberration correction in the first lens group and the effective diameter (hereinafter referred to as the front lens diameter) of the first lens constituting the first lens group. The specifications of this zoom lens require that the angle of view at the wide-angle end is wide and at the same time the front lens diameter is designed to be small. Usually, these two conditions often exist as contradictory ones. In order to satisfy each aberration correction and simultaneously reduce the front lens diameter, a light beam corresponding to an image point having a large image height is passed through a position where the light beam height is lower in the lens disposed on the screen side of the first lens group. It is necessary. The third lens and the fifth lens practice this in the first lens group. Particularly characteristic is the fifth lens. Although the power given to the fifth lens is small, the object is achieved by forming a meniscus shape that is largely convex on the light valve side.
[0018]
On the other hand, the spherical aberration and coma aberration correction in the first lens group is balanced, and if the upper limit is exceeded, that is, the radius of curvature is too small, this case relates to correction of spherical aberration and coma aberration. The degree of freedom will be insufficient, and if the lower limit is exceeded, the diameter of the front lens must be increased. Conditional expression (12) relates to the distribution of the Abbe numbers of the negative lens and the positive lens constituting the first lens group. This is a conditional expression for maintaining good correction of chromatic aberration of the first lens group, and selection of the glass material of the negative lens and the positive lens constituting the first lens group is performed under the condition as in the conditional expression (12). As a result, proper power distribution is achieved and chromatic aberration can be corrected well. If the lower limit is exceeded, the power of each lens becomes excessive for correcting chromatic aberration, and various aberrations deteriorate. Conditional expression (13) is a condition relating to the control of curvature of field, that is, the Petzval sum. The fourth lens, which is the only lens with positive power in the first lens group, is very important in controlling the Petzval sum, increasing the power, that is, increasing the refractive index. Reduce Petzval sum. Therefore, if the lower limit is exceeded, the Petzval sum increases, the field curvature increases, and it becomes difficult to control the image plane at the peripheral image height.
[0019]
For the purpose of correcting distortion, it is considered that the aspherical shape is effective for both the first lens and the second lens, but the effective diameter of these lenses is more effective. Even the second lens having a small diameter is about φ32.6 mm to φ34.8 mm according to the design example adopted in the embodiment, which is disadvantageous in terms of cost when manufactured by the current glass mold manufacturing method. If an aspheric lens made of a resin material is used, the problem of cost is solved. However, if a surface scratch or the like is taken into consideration, an aspheric surface made of a resin material is used for the second lens rather than the first lens exposed on the exterior surface. It is preferable to employ a lens. Therefore, the conditional expression (14) shows a range of conditions for maintaining the performance as a projection lens when the second lens is made of a resin material. When manufacturing lenses with resin materials, it is necessary to keep in mind that the refractive index changes due to temperature changes and humidity changes are kept within a safe range, and in order to improve moldability, the wall thickness is evenly distributed. It is to give consideration to. In order to satisfy these conditions, it is necessary to reduce the power distributed to the resin lenses. Therefore, if the lower limit of conditional expression (14) is exceeded, the power distributed to the second lens is too large to maintain the performance as a projection lens, and good performance is obtained when the environment or the like changes as described above. It can no longer be maintained.
[0020]
Furthermore, it is preferable that the third lens group includes only a first lens that is a positive lens, and the following conditional expression (15) is satisfied with respect to the power of the third lens group. (Claim 6)
(15) 0.22 <fW/ FIII <0.29
However,
fIII: Composite focal length of the third lens group
[0021]
In order to efficiently form the light bundle from the DMD on the screen surface, the principal ray angle of the light bundle between the third lens group and the DMD must be set in accordance with the characteristics of the illumination optical system. In many cases, it is almost telecentric. In order to ensure telecentricity during this period, the focal position of the third lens group needs to be near the exit pupil of the second lens group, and the power of the third lens group within the range of conditional expression (16). It is possible to achieve the purpose. Therefore, even if the upper limit is exceeded or the lower limit is exceeded, pupil matching cannot be achieved and various aberrations deteriorate.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described with respect to specific numerical examples. The following first embodimentSecond embodimentIn the compact zoom lens for wide-angle projection, the first lens group LG1 and the second lens group LG2 are sequentially arranged from the screen side.Subsequently, the third lens group LG3 arrangedIs composed of the thirdExampleInFrom the first lens group LG1 and the second lens group LG2Composed. The first lens group LG1 has a negative refractive power, a first lens L11 which is a lens having a negative meniscus shape convex to the screen side (hereinafter referred to as a negative lens), and has a positive or negative refractive power. The second lens L12, the third lens L13 which is a negative lens, and the third lens which is a lens having a positive refractive power which is arranged to be bonded or separated (hereinafter referred to as a positive lens) is a fourth lens L14 and a negative lens. The fifth lens L15 is arranged.
[0023]
The second lens group has a positive refractive power, a first lens L21 that is a positive lens, a second lens L22 that is a negative lens with a meniscus shape convex to the screen side, a third lens L23 that is a negative lens, a positive lens A fourth lens L24 that is a lens and is joined to the third lens that constitutes the second lens group, and a fifth lens L25 that is a positive lens are arranged. The third lens group has a positive refractive power and is configured by arranging only the first lens L31 which is a positive lens. Further, zooming is performed by moving the positions of the first lens group LG1 and the second lens group LG2. Of the lens intervals, those relating to the focus are shown as an example when the projection distance from the screen side surface of the first lens L11 to the screen is 2 m. A cover glass CG, which is a component of the light valve such as DMD, is disposed between the third lens group LG3 and the light valve surface with an air gap.
[0024]
The names of the refracting surfaces of each lens are S11 for the screen side of the first lens L11 constituting the first lens group LG1, S12 for the side of the light valve, S13 for the screen side of the second lens L12, and S14 for the side of the light valve. The screen side of the third lens L13 is S15, the side of the light valve is S16, the side of the screen of the fourth lens L14 is S17, the side of the light valve is S18, the side of the screen of the fifth lens L15 is S19, and the side of the light valve is S20. The screen side surface of the first lens L21 constituting the second lens group LG2 is S21, the side surface of the light valve is S22, the screen side surface of the subsequent second lens L22 is S23, the side surface of the light valve is S24, and the screen side surface of the third lens L23 is S25, the light valve side (joint surface with the fourth lens) is S2 The light valve side surface of the fourth lens L24 is S27, the screen side surface of the fifth lens L25 is S28, and the light valve side surface is S29, and the first lens constituting the third lens group LG3 in the embodiments other than the third embodiment. The screen side surface of L31 is S31, the light valve side surface is S32, the screen side surface of the cover glass CG is S41, and the light valve side surface is S42.
[0025]
As is well known, the aspherical surface used in each embodiment has an aspherical formula when taking the Z axis in the optical axis direction and the Y axis in the direction orthogonal to the optical axis:
Z = (Y2/ R) [1 + √ {1- (1 + K) (Y / r)2}]
+ A ・ YFour+ B ・ Y6+ C ・ Y8+ D ・ YTen+ ...
Is a curved surface obtained by rotating the curve given by around the optical axis, and the shape is defined by giving paraxial curvature radius: r, conic constant: K, and higher-order aspheric coefficients: A, B, C, D To do. In the notation of the conic constant and the higher-order aspheric coefficient in the table, “E and the number following it” represent “power of 10”. For example, “E-4” is 10 FourThis value can be multiplied by the previous value.
[0026]
Example 1 Table 1 shows numerical examples of the first example of the compact zoom lens for wide-angle projection according to the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the lens configuration, and FIG. 2 is a diagram showing various aberrations thereof.
In the tables and drawings, f is the focal length of the entire zoom lens system, FnoIs the F number, 2ω is the full angle of view of the zoom lens, bfRepresents the back focus. Back focus b in the first and second embodimentsfIs the air equivalent distance of the distance from the light valve side surface S32 of the first lens L31 constituting the third lens group LG3 at the wide angle end to the image plane. R is the radius of curvature, D is the lens thickness or lens spacing, NdIs the refractive index of d-line, νdIndicates the Abbe number of the d line. CA1, CA2, CA3, and CA4 in the various aberration diagrams are aberration curves at wavelengths of CA1 = 550.0 nm, CA2 = 486.1 nm, CA3 = 640.0 nm, and CA4 = 435.8 nm, respectively. S represents sagittal and M represents meridional.
[0027]
[Table 1]
Figure 0004380200
[0028]
[Example 2] Table 2 shows numerical examples of the second example. FIG. 3 is a diagram showing the lens configuration, and FIG. 4 is a diagram showing various aberrations thereof.
[Table 2]
Figure 0004380200
[0029]
[Example 3] Table 4 shows numerical examples of the third example. FIG. 5 is a lens configuration diagram, and FIG. Back focus b in this embodimentfIs the air equivalent distance of the distance from the light valve side surface S29 of the fifth lens L25 constituting the second lens group LG2 at the wide angle end to the image plane.
[Table 3]
Figure 0004380200
[0030]
Next, Table 4 collectively shows values corresponding to the conditional expressions (1) to (15) with respect to the first to third embodiments.
[Table 4]
Figure 0004380200
As is clear from Table 4, the numerical values related to the first to third embodiments satisfy the conditional expressions (1) to (15) and also from the aberration diagrams in the respective embodiments. As is apparent, each aberration is well corrected.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, a compact projection lens having a wide imaging angle and a high imaging performance suitable for the characteristics of a light valve such as a DMD can be realized, and a compact, bright and high-quality projector apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of a first embodiment of a compact wide-angle projection zoom lens according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram illustrating various aberrations of the lens of the first example.
FIG. 3 is a lens configuration diagram of a second embodiment of a compact wide-angle projection zoom lens according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating various aberrations of the lens of the second example.
FIG. 5 is a lens configuration diagram of a third example of a compact wide-angle projection zoom lens according to the present invention;
FIG. 6 is a diagram illustrating various aberrations of the lens of the third example.

Claims (6)

投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第1レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第2レンズ群からの2群で構成され、前記第2レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ(以下正レンズ)である第1レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズである(以下負レンズ)である第2レンズ、負レンズである第3レンズ、正レンズであり前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズと接合して構成される第4レンズ、正レンズである第5レンズを配して構成され、前記第2レンズ群のパワーに関して下記条件式(1)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのパワーに関して下記件式(2)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのパワーに関して下記件式(3)を満足し、前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とする投影レンズ。
(1) 0.55< fW /fII <0.7
(2) 1.1< fII/f2,1 <1.6
(3) 0.3< fII/f2,5 <0.8
ただし、
W :広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
II :第2レンズ群の合成焦点距離
2,1 :第2レンズ群を構成する第1レンズの焦点距離
2,5 :第2レンズ群を構成する第5レンズの焦点距離
A projection lens for enlarging and projecting an image from a light valve of a projection display device onto a screen or other wall surface, in order from the screen side, a first lens group having a negative refractive power as a whole and a positive as a whole is composed of two groups from the second lens group having a refractive power, the second lens group, the first lens is a lens having a positive refractive power (hereinafter positive lens), a negative on the screen side at a convex meniscus shape A second lens that is a lens having a refractive power (hereinafter referred to as a negative lens), a third lens that is a negative lens, and a third lens that is a positive lens and that constitutes the second lens group. The fourth lens and the fifth lens, which is a positive lens, are arranged, satisfy the following conditional expression (1) with respect to the power of the second lens group, and the first lens constituting the second lens group Power of Regard is satisfied the following matters formula (2), satisfies the following matters formula (3) with respect to a power of the fifth lens constituting the second lens group, the first lens group and the second lens group A projection lens characterized in that zooming is performed by moving the position .
(1) 0.55 <f W / f II <0.7
(2) 1.1 <f II / f 2,1 <1.6
(3) 0.3 <f II / f 2,5 <0.8
However,
f W : Total focal length f II of the entire lens system at the wide angle end : Synthetic focal length f 2,1 of the second lens group: Focal length f 2,5 of the first lens constituting the second lens group: Focal length of the fifth lens constituting the second lens group
投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第1レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第2レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第3レンズ群からの3群で構成され、前記第2レンズ群は、正レンズである第1レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第2レンズ、負レンズである第3レンズ、正レンズであり前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズと接合して構成される第4レンズ、正レンズである第5レンズを配して構成され、前記第2レンズ群のパワーに関して下記条件式(1)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのパワーに関して下記件式(2)を満足しており、前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのパワーに関して下記件式(3)を満足し、前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とする投影レンズ。
(1) 0.55< fW /fII <0.7
(2) 1.1< fII/f2,1 <1.6
(3) 0.3< fII/f2,5 <0.8
ただし、
W :広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
II :第2レンズ群の合成焦点距離
2,1 :第2レンズ群を構成する第1レンズの焦点距離
2,5 :第2レンズ群を構成する第5レンズの焦点距離
A projection lens for enlarging and projecting an image from a light valve of a projection display device onto a screen or other wall surface, in order from the screen side, a first lens group having a negative refractive power as a whole and a positive as a whole is composed of three groups from the third lens group having positive refractive power in the second lens group and the whole having a refractive power, the second lens group, the first lens is a positive lens meniscus convex to the screen side A second lens that is a negative lens, a third lens that is a negative lens, a fourth lens that is a positive lens and is joined to the third lens that constitutes the second lens group, and a positive lens that is a positive lens. 5 lenses are arranged, the following conditional expression (1) is satisfied regarding the power of the second lens group, and the following expression (2) regarding the power of the first lens constituting the second lens group: Satisfied And which satisfies the following matters formula (3) with respect to a power of the fifth lens constituting the second lens group, a zooming formed by moving the position of the first lens group and the second lens group projection lenses, characterized by being.
(1) 0.55 <f W / f II <0.7
(2) 1.1 <f II / f 2,1 <1.6
(3) 0.3 <f II / f 2,5 <0.8
However,
f W : Total focal length f II of the entire lens system at the wide angle end : Synthetic focal length f 2,1 of the second lens group: Focal length f 2,5 of the first lens constituting the second lens group: Focal length of the fifth lens constituting the second lens group
前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(4)を満足し、前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面と前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(5)を満足し、前記第2レンズ群を構成する前記第2レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(6)を満足し、また前記第2レンズ群を構成する前記第2レンズのライトバルブ側面と前記第2レンズ群を構成する前記第3レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1又は2記載の投影レンズ。
(4) 1.1<fII /r21 <1.5
(5) −1.1< r21 /r29 <−0.6
(6) 1.1<fII /r24 <1.9
(7) −1.5< r24 /r25 <−0.8
ただし、
21 :第2レンズ群を構成する第1レンズのスクリーン側の面の曲率半径
24 :第2レンズ群を構成する第2レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
25 :第2レンズ群を構成する第3レンズのスクリーン側の面の曲率半径
29 :第2レンズ群を構成する第5レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
The following conditional expression (4) is satisfied with respect to the curvature radius of the screen side surface of the first lens constituting the second lens group, and the screen side surface of the first lens and the second lens group constituting the second lens group. The following conditional expression (5) is satisfied with respect to the curvature radius of the light valve side surface of the fifth lens constituting the second lens group, and the following conditional expression (6 with respect to the curvature radius of the light valve side surface of the second lens constituting the second lens group is satisfied. In addition, the following conditional expression (7) is satisfied with respect to the radius of curvature of the light valve side surface of the second lens constituting the second lens group and the screen side surface of the third lens constituting the second lens group: The projection lens according to claim 1, wherein the projection lens is a projection lens.
(4) 1.1 <f II / r 21 <1.5
(5) −1.1 <r 21 / r 29 <-0.6
(6) 1.1 <f II / r 24 <1.9
(7) -1.5 <r 24 / r 25 <-0.8
However,
r 21 : radius of curvature of the screen side surface of the first lens constituting the second lens group r 24 : radius of curvature r 25 of the surface of the second lens constituting the second lens group on the light valve side r 25 : second lens group Radius of curvature r 29 of the surface on the screen side of the third lens constituting the lens: radius of curvature of the surface on the light valve side of the fifth lens constituting the second lens group
前記第2レンズ群を構成する前記第1レンズのスクリーン側面と前記第2レンズ群を構成する前記第5レンズのライトバルブ側面の少なくとも1つの屈折面の形状が非球面形状であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の投影レンズ。The shape of at least one refracting surface of the screen side surface of the first lens constituting the second lens group and the side surface of the light valve of the fifth lens constituting the second lens group is an aspheric shape. The projection lens according to claim 1. 前記第1レンズ群は、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第1レンズ、正または負の屈折力を有するレンズである第2レンズ、負レンズである第3レンズ、前記第3レンズとは接合または分離して配置され正レンズである第4レンズ、負レンズである第5レンズを配して構成され、前記第1レンズ群のパワーに関して下記条件式(8)を満足しており、前記第1レンズ群を構成する前記第1レンズのパワーに関して下記件式(9)を満足しており、前記第1レンズ群を構成する前記第1レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式(10)を満足し、前記第1レンズ群を構成する第5レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式(11)を満足し、前記第1レンズ群を構成するレンズのうち前記第2レンズを除くレンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式(12)を満足し、また前記第1レンズ群を構成する前記第4レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式(13)を満足しており、前記第1レンズ群を構成する前記第2レンズは樹脂材料で製作されており、かつ少なくともライトバルブ側面は非球面形状をしており、その前記第2レンズのパワーに関して下記条件式(14)を満足していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の投影レンズ。
(8) 0.6< fW /|fI |<1.0 (絶対値はfI<0のため)
(9) 0.45< fI /f1,1 <0.75
(10) −1.6< fI /r12 <−1.0
(11) 1.1< fI /r19 <1.5
(12) 20<(ν1,1+ν1,3+ν1,5)/3−ν1,4
(13) 1.7< n1,4
(14) |fI /f1,2|<0.3
ただし、
W :広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
I :第1レンズ群の合成焦点距離
1,1 :第1レンズ群を構成する第1レンズの焦点距離
12 :第1レンズ群を構成する第1レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
19 :第1レンズ群を構成する第5レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ν1,1 :第1レンズ群を構成する第1レンズのアッベ数
ν1,3 :第1レンズ群を構成する第3レンズのアッベ数
ν1,4 :第1レンズ群を構成する第4レンズのアッベ数
ν1,5 :第1レンズ群を構成する第5レンズのアッベ数
1,4 :第1レンズ群を構成する第4レンズのd線における屈折率
1,2 :第1レンズ群を構成する第2レンズの焦点距離
The first lens group includes a first lens that is a negative meniscus lens convex toward the screen, a second lens that is a lens having a positive or negative refractive power, a third lens that is a negative lens, and the third lens. Is arranged with a fourth lens that is a positive lens and a fifth lens that is a negative lens, which are arranged to be joined or separated, and satisfies the following conditional expression (8) with respect to the power of the first lens group: The following condition (9) is satisfied with respect to the power of the first lens constituting the first lens group, and the following condition is satisfied with respect to the radius of curvature of the light valve side surface of the first lens constituting the first lens group. Expression (10) is satisfied, the following conditional expression (11) is satisfied with respect to the radius of curvature of the screen side surface of the fifth lens constituting the first lens group, and the second of the lenses constituting the first lens group is satisfied. The following conditional expression (12) is satisfied with respect to the Abbe number of the glass material used for the lens excluding the lens, and the following conditional expression (13 with respect to the refractive index of the glass material used for the fourth lens constituting the first lens group) ), The second lens constituting the first lens group is made of a resin material, and at least the side surface of the light valve has an aspherical shape, and the power of the second lens is The projection lens according to claim 1, wherein the following conditional expression (14) is satisfied.
(8) 0.6 <f W / | f I | <1.0 (because the absolute value is f I <0)
(9) 0.45 <f I / F 1,1 <0.75
(10) −1.6 <f I / R 12 <-1.0
(11) 1.1 <f I / R 19 <1.5
(12) 20 <(ν 1,1 + ν 1,3 + ν 1,5 ) / 3−ν 1,4
(13) 1.7 <n 1,4
(14) | f I / F 1,2 | <0.3
However,
f W : Total focal length of the entire lens system at the wide angle end f I : Composite focal length of the first lens group f 1,1 : Focal length r 12 of the first lens constituting the first lens group: First lens group Radius of curvature r 19 of the first lens constituting the light valve side surface: radius of curvature ν 1,1 of the surface of the fifth lens constituting the first lens group on the screen side: first lens constituting the first lens group Abbe number ν 1,3 of the third lens constituting the first lens group ν 1,4 : Abbe number of the fourth lens constituting the first lens group ν 1,5 : constituting the first lens group Abbe number n 1,4 of the fifth lens: refractive index f 1,2 at the d-line of the fourth lens constituting the first lens group: focal length of the second lens constituting the first lens group
前記第3レンズ群は正レンズである第1レンズのみで構成され、前記第3レンズ群のパワーに関して下記条件式(15)を満足することを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の投影レンズ。
(15) 0.22< fW /fIII <0.29
ただし、
III :第3レンズ群の合成焦点距離
The said 3rd lens group is comprised only by the 1st lens which is a positive lens, and satisfies the following conditional expression (15) regarding the power of the said 3rd lens group, The Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Projection lens.
(15) 0.22 <f W / f III <0.29
However,
f III: composite focal length of the third lens group
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