JP4440383B2 - 投射用ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は投射用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルに表示された画像を、スクリーン等の投影媒体上に拡大投射して拡大画像を表示する液晶プロジェクタが、ビデオ画像再生用やコンピュータのデータ表示用等として、近来、広く普及してきている。
なかでも、赤・青・緑の各色画像を別個の液晶パネルに表示する「３板式プロジェクタ」は所謂単板式のものに比して画像が高精細であり、普及率も高い。
プロジェクタにおける投射レンズは、スクリーンサイズに応じて投影画像の大きさを容易に調整できるように、ズーム機能を有するものが一般的である。
３板式プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズには、一般に以下のような属性が求められる。
▲１▼焦点距離に比して長いバックフォーカスを有すること。
３枚の液晶パネルにより強度変調された各光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等の「色合成手段」で合成するために、色合成手段を配備するための空間が必要であり、この空間を確保できるようにするためである。
【０００３】
▲２▼縮小側、即ち、液晶パネル側においてテレセントリック性を持つこと。
プロジェクタは低電力で高い光利用効率を得ることが望ましいが、各色光の光路を合成する際、色合成手段に入射する光の角度が画角により異なると色シェーディングが発生しやすいので、光源部から投射レンズに入射する光は光軸に対して平行に近い光束を用いるのが良い。このため、投射用ズームレンズが、光源側からの平行光束を効率良く取り込めるようにするためである。
【０００４】
▲３▼Fナンバーの小さい、明るいレンズであること。
低電力の光源でも明るい画像を表示できるように、光源からの光を効率良く取り込めるようにするためである。
【０００５】
▲４▼倍率の色収差が小さく抑えられていること。
スクリーン上で、３色を重ね合わせたときに、各色の画素が互いにずれると良好なカラー画像を実現できず、投射画像の辺縁部に緑、青、赤などの縁が現れて像質を損なうので、これを防止するためである。
【０００６】
▲５▼歪曲収差が良好に補正されていること。
歪曲収差により、投射された画像の輪郭が歪んで見苦しくならないようにするためである。
▲６▼高いMTF、解像力を備えていること。
液晶パネルに表示された画像を忠実に再現するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記各属性の良好な投射用ズームレンズの実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用レンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズである。この発明の投射用レンズは上述した３板式プロジェクタ用の投射用レンズとして特に好適であるが、３板式プロジェクタに限らず、単板式プロジェクタや、一般のプロジェクタ用の投射用レンズとしても好適に使用できる。
この発明の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側（図の左方）から順に、第１群Ｇ１〜第５群Ｇ５を配してなり、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間に絞りＳを有する。第１群Ｇ１は「負の屈折力」を持つ。第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、第５群Ｇ５は、何れも「正の屈折力」を持つ。したがって、全体のパワー配置は「負・正・正・正・正」である。なお、符号ＰＲは、色合成手段としての色合成プリズムを示している。
投射距離が変化するとき、平面画像と投射像とを共役関係に保つため、第１群Ｇ１が光軸方向に移動を行う。また、変倍に際しては、第１群Ｇ１と第５群Ｇ５が固定され、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４が光軸方向に移動する（請求項１）。
第１群Ｇ１の焦点距離を「ｆ１」、第２群Ｇ２の焦点距離を「ｆ２」、広角端における全系の焦点距離を「ｆｗ」、望遠端における全系の焦点距離を「ｆＴ」、広角端における第２群Ｇ２の最も拡大側寄りの面から、第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までを合成した拡大側主点位置までの距離を「ＤＨｗ」、望遠端における第２群Ｇ２の最も拡大側寄りの面から、第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までを合成した拡大側主点位置までの距離を「ＤＨＴ」、広角端における第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までの合成の焦点距離を「ｆｐｗ」、望遠端における第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までの合成の焦点距離を「ｆｐＴ」とするとき、これらは、条件：
（１）０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．６
（２）０．５・ｆＴ／ｆｗ＜ＤＨｗ／ＤＨＴ＜１．１・ｆＴ／ｆｗ
（３）０．７・ｆＴ／ｆｗ＜ｆｐＴ／ｆｐｗ＜１．３・ｆＴ／ｆｗ
を満足することが好ましい（請求項２）。
さらにこの場合、第１群Ｇ１を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の平均値「ν１」が、条件：
（４）ν１＞５５
を満足することが好ましい（請求項３）。
請求項３記載の投射用ズームレンズにおいて「第１群における少なくとも１つのレンズ面を非球面とする」ことができる（請求項４）。また、上記請求項３または請求項４記載の投射用ズームレンズにおいて「第２群における少なくとも１つのレンズ面を非球面とする」ことができる（請求項５）。
【０００９】
この発明の投射用ズームレンズは、上記の如く「負、正、正、正、正」の屈折力を持つ、第１群Ｇ１〜第５群Ｇ５の構成とし、負の屈折力を持つ第１群Ｇ１に対し、第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の合成屈折力を正とすることで、全体をレトロフォーカスタイプとし、３板式プロジェクタに必要な長いバックフォーカスを確保し、小さなＦＮｏ．と広画角を実現している。
また、絞りＳを第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間に設け、第３群Ｇ３あるいは第４群Ｇ４と一体に移動させることで、広角端から望遠端への変倍に伴い、絞りＳを液晶パネルなど「平面画像を表示する面（表示面）」から遠ざかるように変位させることができる。このようにすると、絞りＳが、焦点距離の増加にしたがい、表示面から遠ざかるので、全ての変倍範囲にわたり「縮小側において略テレセントリックな特性」を得ることができる。
条件（１）は、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２において発生する球面収差を「良好に保つための条件」であり、上限を超えると球面収差がレンズ側に倒れ、下限を超えるとレンズと反対側に倒れ、他の群での補正が困難となる。
従来からプロジェクタ用ズームレンズには、長いバックフォーカスが確保しやすいということで「第１群が凹の屈折力、第２群が凸の屈折力を持った２群式ズームレンズ」がよく用いられてきた。このような２群式ズームレンズの場合、図２に示すように第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔を変化させることで変倍を行う。
【００１０】
この発明の投射用ズームレンズは、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、第３群、第４群、第５群の構成となっているため、前述のように、第１群とそれ以外の群とに大きく分けて「凹・凸のパワー配置」になっていると考えることができる。
２群式ズームレンズでは、第１群と第２群の群間隔の変化のみで全系の焦点距離を変化させるが、この発明の投射用ズームレンズでは、第１群と、第２群から第５群までの合成の拡大側（第１群側）主点位置までの距離を変化させると同時に、第２群から第５群までの合成の焦点距離も変化することで変倍がなされている。
したがって、２群式ズームレンズにおいて、群どうしの主点間隔のみで変倍を行う場合に比して、この発明の投射用ズームレンズでは、各群のパワーを小さくできるとともに、変倍時の「移動群の移動量」も比較的小さく抑えることが可能となり、諸収差の発生量も低く抑えることができる。
変倍比は、望遠端の焦点距離と広角端の焦点距離の比ｆＴ／ｆＷで与えられるが、条件式（２）、条件式（３）は、十分な性能を保ちつつ、液晶プロジェクタ用の投射用ズームレンズとして必要な変倍比を確保するための条件である。
条件式（２）において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置」の変化が少なくなり、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化を大きくせざるを得ず、非点収差、コマ収差などの発生が大となり、結像性能の低下を招きやすい。
また、上限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置」の変化が大きくなりすぎ、移動群の変動範囲を広く確保する必要上、レンズ全体が大型化してしまう。
条件式（３）において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化が少なく、条件式（２）の上限を超えた場合と同様、移動群の変倍範囲を広く確保しなければならなくなり、レンズ全体の大型化を招く。
条件式（３）の上限を超えると必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化が大きくなりすぎ、非点収差、コマ収差などの発生量が大となり、結像性能が低下しやすい。
【００１１】
条件式（４）は、倍率色収差を抑えるための条件であり、第１群を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の単純平均が条件を満足しない場合、拡大側（スクリーン側）において、緑色像に対して、赤色像が小さく、青色像が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
また、第１群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、諸収差の発生を小さく抑え、性能のより良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
同様に、第２群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、諸収差の発生を小さく抑え、性能のより良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
更に、第１群の少なくとも１つのレンズ面と、第２群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、一層性能の良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の投射用ズームレンズの実施の形態として、具体的な実施例を６例挙げる。各実施例において、拡大側から数えて第ｉ番目の面（絞りＳの面を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を「Ｒｉ」、拡大側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の光軸上の面間隔を「Ｄｉ」とする。なお、ｉ＝ＩＭＧは「液晶パネルの画像表示面」を表し、ｉ＝０は「スクリーン」を表す。Ｄｏは「スクリーンから第１レンズ面までの距離」を表す。
拡大側から数えて第ｊ番目のレンズ材質の、ｄ線に対する屈折率をＮｊ、アッベ数をνｊとする。
非球面形状は以下の表示形式による。
Ｚ＝（１／Ｒｉ）・ｈ２／［１＋√｛１−（Ｋ＋１）・（１／Ｒｉ）２・ｈ２｝］
＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８
この式において、Ｚ：光軸方向の座標、ｈ：光軸直交方向の座標、Ｒｉ：軸上曲率半径、Ｋ：円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ：高次の係数であり、これらを与えて、非球面形状を特定する。計算基準波長は「５４６．１ｎｍ」である。
【００１３】
【実施例】
実施例１
ｉ Ｒｉ Ｄｉ ｊ Ｎｊ νｊ
0: ∞ 1900.000
1: 146.871 2.867 1 1.74330 49.2
2: -24535.458 0.200
3: 74.956 1.600 2 1.48749 70.4
4: 19.419 5.584
5: 134.975 1.600 3 1.48749 70.4
6: 21.744 可変
7: 23.745 3.181 4 1.80610 33.3
8: 36.302 可変
9: 68.879 3.557 5 1.83500 43.0
10: -39.674 1.600 6 1.80518 25.5
11: -88.065 11.027
12:（絞り） ∞ 可変
13: -31.687 1.600 7 1.64769 33.8
14: 48.266 0.971
15: 467.096 4.069 8 1.61800 63.4
16: -21.417 2.258
17: -13.222 1.978 9 1.75520 27.5
18: -26.847 0.615
19: -40.629 6.389 10 1.62041 60.3
20: -19.151 0.200
21: -191.434 3.930 11 1.62041 60.3
22: -46.777 可変
23: 51.051 6.189 12 1.62041 60.3
24: -149.712 5.000
25: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
26: ∞ 6.789
IMG: ∞ 0.000
第２５面、第２６面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.476 24.630 26.968
Ｄ６ 5.229 5.351 5.540
Ｄ８ 11.832 6.854 1.733
Ｄ１２ 7.519 8.895 9.260
Ｄ２２ 1.000 4.480 9.047
条件式（１）の値 ０．３９
条件式（２）の値 ０．９４４ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 ０．８４７ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１４】
（＊）は、ガラスの基板レンズ上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = 1.631257，
A = 0.962347E-05，B = 0.744080E-08，C = 0.752873E-10
上の表記で、例えば「E-05」は、「１０の−５乗」を表す。以下の実施例においても同様である。
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.420 24.573 26.914
Ｄ４ 4.691 4.844 5.101
Ｄ７ 11.169 6.224 1.000
Ｄ１１ 8.926 10.800 11.809
Ｄ２１ 1.000 3.917 7.875
条件式（１）の値 ０．４２
条件式（２）の値 ０．９５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１５】
（＊）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = 1.197839，
A = 0.840614E-05，B = 0.754203E-08，C = 0.506661E-10
第２１面、第２２面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.393 24.542 26.882
Ｄ４ 5.222 5.474 5.752
Ｄ６ 12.270 6.684 1.000
Ｄ１０ 15.144 17.553 19.085
Ｄ１８ 1.000 3.925 7.798
条件式（１）の値 ０．４５
条件式（２）の値 ０．９４ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ６０．１ 。
【００１６】
（＊）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
非球面係数
K＝ -0.838273，
A＝0.137388E-04，B＝0.115838E-07，C＝0.502293E-10
２１面、第２２面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 22.395 24.541 26.878
Ｄ４ 2.000 2.109 2.251
Ｄ６ 11.827 6.427 1.000
Ｄ１０ 12.433 14.100 15.107
Ｄ１８ 1.000 4.623 8.901
条件式（１）の値 ０．５２
条件式（２）の値 １．１１（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 ０．９９（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ５７．５ 。
【００１７】
（＊）は、ガラスの基板レンズに薄いプラスチック面を成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = -0.505755，
A = 0.640182E-05，B = 0.384367E-08，C = 0.100503E-10
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 25.940 29.579 33.730
Ｄ４ 4.390 4.016 4.225
Ｄ７ 14.971 8.582 1.000
Ｄ１１ 9.973 12.275 13.568
Ｄ２１ 1.000 5.460 11.540
条件式（１）の値 ０．４８
条件式（２）の値 ０．７８ （ｆＴ／ｆｗ＝１．３）
条件式（３）の値 １．４０ （ｆＴ／ｆｗ＝１．３）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１８】
実施例６
ｉ Ｒｉ Ｄｉ ｊ Ｎｊ νｊ
0: ∞ 1900.000
1: 54.635 1.600 1 1.48749 70.4
2: 17.640(＊1) 5.720
3: 106.385 1.600 2 1.48749 70.4
4: 21.425 可変
5: 34.343(＊2) 0.050 3 1.52052 52.0
6: 25.758 4.215 4 1.80610 33.3
7: 79.075 可変
8: 50.309 4.210 5 1.83500 43.0
9: -36.702 1.600 6 1.80518 25.5
10: -148.865 9.060
11（絞り） ∞ 可変
12: -32.024 1.600 7 1.64769 33.8
13: 47.116 0.999
14: 794.561 4.194 8 1.48749 70.4
15: -20.023 1.630
16: -14.178 1.600 9 1.75520 27.5
17: -27.672 1.179
18: -38.930 4.694 10 1.62041 60.3
19: -20.494 0.200
20: -583.908 4.548 11 1.62041 60.3
21: -42.824 可変
22: 48.531 6.171 12 1.62041 60.3
23: -146.327 5.000
24: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
25: ∞ 6.8
IMG: ∞ 0.000
（＊１）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = -0.263489，
A = -0.620044E-06，B =-0.945413E-08，C =0.166740E-10
(＊２) は、ガラスの基板上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = 0.183240，
A = 0.476384E-05，B = 0.180091E-08，C = 0.503202E-10
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 22.414 24.564 26.903
Ｄ４ 4.800 4.886 5.118
Ｄ７ 11.043 6.177 1.000
Ｄ１１ 8.286 9.771 10.552
Ｄ２１ 1.000 4.295 8.459
条件式（１）の値 ０．４３
条件式（２）の値 ０．９９（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１１（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１９】
図３及び図４に、実施例１の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図５および図６に、実施例１に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図７および図８に、実施例１に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図９及び図１０に、実施例２の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図１１および図１２に、実施例２に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図１３および図１４に、実施例２に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図１５及び図１６に、実施例３の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図１７および図１８に、実施例３に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図１９および図２０に、実施例３に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図２１及び図２２に、実施例４の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図２３および図２４に、実施例４に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図２５および図２６に、実施例４に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図２７及び図２８に、実施例５の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図２９および図３０に、実施例５に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図３１および図３２に、実施例５に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図３３及び図３４に、実施例６の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図３５および図３６に、実施例６に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図３７および図３８に、実施例６に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
上記各レンズ断面図における符号ＰＲは、色合成プリズムを示す。
また各収差図において、「Ｇ」は波長５４６．１ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６１０．０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４６０．０ｎｍでの収差を表し、「Ｓ」は波長５４６．１ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５４６．１ｎｍでのタンジェンシャル像面を表す。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な投射用ズームレンズを実現できる。
この発明の投射用ズームレンズは、各実施例に関する収差図から明らかなように、各種収差が極めて良好であり、特に「３板式プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズ」として要請される属性が極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズを説明するための図である。
【図２】比較例として示す２群式ズームレンズのレンズ断面図である。
【図３】実施例１の広角端におけるレンズ断面図である。
【図４】実施例１の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図５】実施例１の広角端における縦収差図である。
【図６】実施例１の望遠端における縦収差図である。
【図７】実施例１の広角端における横収差図である。
【図８】実施例１の望遠端における横収差図である。
【図９】実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。
【図１０】実施例2の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図１１】実施例2の広角端における縦収差図である。
【図１２】実施例２の望遠端における縦収差図である。
【図１３】実施例2の広角端における横収差図である。
【図１４】実施例２の望遠端における横収差図である。
【図１５】実施例3の広角端におけるレンズ断面図である。
【図１６】実施例３の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図１７】実施例3の広角端における縦収差図である。
【図１８】実施例３の望遠端における縦収差図である。
【図１９】実施例３の広角端における横収差図である。
【図２０】実施例３の望遠端における横収差図である。
【図２１】実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。
【図２２】実施例４の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図２３】実施例４の広角端における縦収差図である。
【図２４】実施例４の望遠端における縦収差図である。
【図２５】実施例４の広角端における横収差図である。
【図２６】実施例４の望遠端における横収差図である。
【図２７】実施例５の広角端におけるレンズ断面図である。
【図２８】実施例５の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図２９】実施例５の広角端における縦収差図である。
【図３０】実施例５の望遠端における縦収差図である。
【図３１】実施例５の広角端における横収差図である。
【図３２】実施例５の望遠端における横収差図である。
【図３３】実施例６の広角端におけるレンズ断面図である。
【図３４】実施例６の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図３５】実施例６の広角端における縦収差図である。
【図３６】実施例６の望遠端における縦収差図である。
【図３７】実施例６の広角端における横収差図である。
【図３８】実施例６の望遠端における横収差図である。
【符号の説明】
レンズレンズ断面図中の記号の説明
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｓ 絞り
ＰＲ 色合成プリズム
【発明の属する技術分野】
この発明は投射用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルに表示された画像を、スクリーン等の投影媒体上に拡大投射して拡大画像を表示する液晶プロジェクタが、ビデオ画像再生用やコンピュータのデータ表示用等として、近来、広く普及してきている。
なかでも、赤・青・緑の各色画像を別個の液晶パネルに表示する「３板式プロジェクタ」は所謂単板式のものに比して画像が高精細であり、普及率も高い。
プロジェクタにおける投射レンズは、スクリーンサイズに応じて投影画像の大きさを容易に調整できるように、ズーム機能を有するものが一般的である。
３板式プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズには、一般に以下のような属性が求められる。
▲１▼焦点距離に比して長いバックフォーカスを有すること。
３枚の液晶パネルにより強度変調された各光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等の「色合成手段」で合成するために、色合成手段を配備するための空間が必要であり、この空間を確保できるようにするためである。
【０００３】
▲２▼縮小側、即ち、液晶パネル側においてテレセントリック性を持つこと。
プロジェクタは低電力で高い光利用効率を得ることが望ましいが、各色光の光路を合成する際、色合成手段に入射する光の角度が画角により異なると色シェーディングが発生しやすいので、光源部から投射レンズに入射する光は光軸に対して平行に近い光束を用いるのが良い。このため、投射用ズームレンズが、光源側からの平行光束を効率良く取り込めるようにするためである。
【０００４】
▲３▼Fナンバーの小さい、明るいレンズであること。
低電力の光源でも明るい画像を表示できるように、光源からの光を効率良く取り込めるようにするためである。
【０００５】
▲４▼倍率の色収差が小さく抑えられていること。
スクリーン上で、３色を重ね合わせたときに、各色の画素が互いにずれると良好なカラー画像を実現できず、投射画像の辺縁部に緑、青、赤などの縁が現れて像質を損なうので、これを防止するためである。
【０００６】
▲５▼歪曲収差が良好に補正されていること。
歪曲収差により、投射された画像の輪郭が歪んで見苦しくならないようにするためである。
▲６▼高いMTF、解像力を備えていること。
液晶パネルに表示された画像を忠実に再現するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記各属性の良好な投射用ズームレンズの実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用レンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズである。この発明の投射用レンズは上述した３板式プロジェクタ用の投射用レンズとして特に好適であるが、３板式プロジェクタに限らず、単板式プロジェクタや、一般のプロジェクタ用の投射用レンズとしても好適に使用できる。
この発明の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側（図の左方）から順に、第１群Ｇ１〜第５群Ｇ５を配してなり、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間に絞りＳを有する。第１群Ｇ１は「負の屈折力」を持つ。第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、第５群Ｇ５は、何れも「正の屈折力」を持つ。したがって、全体のパワー配置は「負・正・正・正・正」である。なお、符号ＰＲは、色合成手段としての色合成プリズムを示している。
投射距離が変化するとき、平面画像と投射像とを共役関係に保つため、第１群Ｇ１が光軸方向に移動を行う。また、変倍に際しては、第１群Ｇ１と第５群Ｇ５が固定され、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４が光軸方向に移動する（請求項１）。
第１群Ｇ１の焦点距離を「ｆ１」、第２群Ｇ２の焦点距離を「ｆ２」、広角端における全系の焦点距離を「ｆｗ」、望遠端における全系の焦点距離を「ｆＴ」、広角端における第２群Ｇ２の最も拡大側寄りの面から、第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までを合成した拡大側主点位置までの距離を「ＤＨｗ」、望遠端における第２群Ｇ２の最も拡大側寄りの面から、第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までを合成した拡大側主点位置までの距離を「ＤＨＴ」、広角端における第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までの合成の焦点距離を「ｆｐｗ」、望遠端における第２群Ｇ２から第５群Ｇ５までの合成の焦点距離を「ｆｐＴ」とするとき、これらは、条件：
（１）０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．６
（２）０．５・ｆＴ／ｆｗ＜ＤＨｗ／ＤＨＴ＜１．１・ｆＴ／ｆｗ
（３）０．７・ｆＴ／ｆｗ＜ｆｐＴ／ｆｐｗ＜１．３・ｆＴ／ｆｗ
を満足することが好ましい（請求項２）。
さらにこの場合、第１群Ｇ１を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の平均値「ν１」が、条件：
（４）ν１＞５５
を満足することが好ましい（請求項３）。
請求項３記載の投射用ズームレンズにおいて「第１群における少なくとも１つのレンズ面を非球面とする」ことができる（請求項４）。また、上記請求項３または請求項４記載の投射用ズームレンズにおいて「第２群における少なくとも１つのレンズ面を非球面とする」ことができる（請求項５）。
【０００９】
この発明の投射用ズームレンズは、上記の如く「負、正、正、正、正」の屈折力を持つ、第１群Ｇ１〜第５群Ｇ５の構成とし、負の屈折力を持つ第１群Ｇ１に対し、第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の合成屈折力を正とすることで、全体をレトロフォーカスタイプとし、３板式プロジェクタに必要な長いバックフォーカスを確保し、小さなＦＮｏ．と広画角を実現している。
また、絞りＳを第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間に設け、第３群Ｇ３あるいは第４群Ｇ４と一体に移動させることで、広角端から望遠端への変倍に伴い、絞りＳを液晶パネルなど「平面画像を表示する面（表示面）」から遠ざかるように変位させることができる。このようにすると、絞りＳが、焦点距離の増加にしたがい、表示面から遠ざかるので、全ての変倍範囲にわたり「縮小側において略テレセントリックな特性」を得ることができる。
条件（１）は、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２において発生する球面収差を「良好に保つための条件」であり、上限を超えると球面収差がレンズ側に倒れ、下限を超えるとレンズと反対側に倒れ、他の群での補正が困難となる。
従来からプロジェクタ用ズームレンズには、長いバックフォーカスが確保しやすいということで「第１群が凹の屈折力、第２群が凸の屈折力を持った２群式ズームレンズ」がよく用いられてきた。このような２群式ズームレンズの場合、図２に示すように第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔を変化させることで変倍を行う。
【００１０】
この発明の投射用ズームレンズは、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、第３群、第４群、第５群の構成となっているため、前述のように、第１群とそれ以外の群とに大きく分けて「凹・凸のパワー配置」になっていると考えることができる。
２群式ズームレンズでは、第１群と第２群の群間隔の変化のみで全系の焦点距離を変化させるが、この発明の投射用ズームレンズでは、第１群と、第２群から第５群までの合成の拡大側（第１群側）主点位置までの距離を変化させると同時に、第２群から第５群までの合成の焦点距離も変化することで変倍がなされている。
したがって、２群式ズームレンズにおいて、群どうしの主点間隔のみで変倍を行う場合に比して、この発明の投射用ズームレンズでは、各群のパワーを小さくできるとともに、変倍時の「移動群の移動量」も比較的小さく抑えることが可能となり、諸収差の発生量も低く抑えることができる。
変倍比は、望遠端の焦点距離と広角端の焦点距離の比ｆＴ／ｆＷで与えられるが、条件式（２）、条件式（３）は、十分な性能を保ちつつ、液晶プロジェクタ用の投射用ズームレンズとして必要な変倍比を確保するための条件である。
条件式（２）において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置」の変化が少なくなり、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化を大きくせざるを得ず、非点収差、コマ収差などの発生が大となり、結像性能の低下を招きやすい。
また、上限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置」の変化が大きくなりすぎ、移動群の変動範囲を広く確保する必要上、レンズ全体が大型化してしまう。
条件式（３）において、条件の下限を超えると、必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化が少なく、条件式（２）の上限を超えた場合と同様、移動群の変倍範囲を広く確保しなければならなくなり、レンズ全体の大型化を招く。
条件式（３）の上限を超えると必要な変倍比に比して、「第２群から第５群までの合成の焦点距離」の変化が大きくなりすぎ、非点収差、コマ収差などの発生量が大となり、結像性能が低下しやすい。
【００１１】
条件式（４）は、倍率色収差を抑えるための条件であり、第１群を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の単純平均が条件を満足しない場合、拡大側（スクリーン側）において、緑色像に対して、赤色像が小さく、青色像が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
また、第１群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、諸収差の発生を小さく抑え、性能のより良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
同様に、第２群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、諸収差の発生を小さく抑え、性能のより良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
更に、第１群の少なくとも１つのレンズ面と、第２群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることで、一層性能の良好なレンズ、あるいはレンズ枚数の少ない安価なレンズとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の投射用ズームレンズの実施の形態として、具体的な実施例を６例挙げる。各実施例において、拡大側から数えて第ｉ番目の面（絞りＳの面を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を「Ｒｉ」、拡大側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の光軸上の面間隔を「Ｄｉ」とする。なお、ｉ＝ＩＭＧは「液晶パネルの画像表示面」を表し、ｉ＝０は「スクリーン」を表す。Ｄｏは「スクリーンから第１レンズ面までの距離」を表す。
拡大側から数えて第ｊ番目のレンズ材質の、ｄ線に対する屈折率をＮｊ、アッベ数をνｊとする。
非球面形状は以下の表示形式による。
Ｚ＝（１／Ｒｉ）・ｈ２／［１＋√｛１−（Ｋ＋１）・（１／Ｒｉ）２・ｈ２｝］
＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８
この式において、Ｚ：光軸方向の座標、ｈ：光軸直交方向の座標、Ｒｉ：軸上曲率半径、Ｋ：円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ：高次の係数であり、これらを与えて、非球面形状を特定する。計算基準波長は「５４６．１ｎｍ」である。
【００１３】
【実施例】
実施例１
ｉ Ｒｉ Ｄｉ ｊ Ｎｊ νｊ
0: ∞ 1900.000
1: 146.871 2.867 1 1.74330 49.2
2: -24535.458 0.200
3: 74.956 1.600 2 1.48749 70.4
4: 19.419 5.584
5: 134.975 1.600 3 1.48749 70.4
6: 21.744 可変
7: 23.745 3.181 4 1.80610 33.3
8: 36.302 可変
9: 68.879 3.557 5 1.83500 43.0
10: -39.674 1.600 6 1.80518 25.5
11: -88.065 11.027
12:（絞り） ∞ 可変
13: -31.687 1.600 7 1.64769 33.8
14: 48.266 0.971
15: 467.096 4.069 8 1.61800 63.4
16: -21.417 2.258
17: -13.222 1.978 9 1.75520 27.5
18: -26.847 0.615
19: -40.629 6.389 10 1.62041 60.3
20: -19.151 0.200
21: -191.434 3.930 11 1.62041 60.3
22: -46.777 可変
23: 51.051 6.189 12 1.62041 60.3
24: -149.712 5.000
25: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
26: ∞ 6.789
IMG: ∞ 0.000
第２５面、第２６面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.476 24.630 26.968
Ｄ６ 5.229 5.351 5.540
Ｄ８ 11.832 6.854 1.733
Ｄ１２ 7.519 8.895 9.260
Ｄ２２ 1.000 4.480 9.047
条件式（１）の値 ０．３９
条件式（２）の値 ０．９４４ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 ０．８４７ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１４】
K = 1.631257，
A = 0.962347E-05，B = 0.744080E-08，C = 0.752873E-10
上の表記で、例えば「E-05」は、「１０の−５乗」を表す。以下の実施例においても同様である。
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.420 24.573 26.914
Ｄ４ 4.691 4.844 5.101
Ｄ７ 11.169 6.224 1.000
Ｄ１１ 8.926 10.800 11.809
Ｄ２１ 1.000 3.917 7.875
条件式（１）の値 ０．４２
条件式（２）の値 ０．９５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１５】
K = 1.197839，
A = 0.840614E-05，B = 0.754203E-08，C = 0.506661E-10
第２１面、第２２面は色合成プリズムの射出側面および入射側面である。
可変量
焦点距離 22.393 24.542 26.882
Ｄ４ 5.222 5.474 5.752
Ｄ６ 12.270 6.684 1.000
Ｄ１０ 15.144 17.553 19.085
Ｄ１８ 1.000 3.925 7.798
条件式（１）の値 ０．４５
条件式（２）の値 ０．９４ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１５ （ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ６０．１ 。
【００１６】
非球面係数
K＝ -0.838273，
A＝0.137388E-04，B＝0.115838E-07，C＝0.502293E-10
２１面、第２２面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 22.395 24.541 26.878
Ｄ４ 2.000 2.109 2.251
Ｄ６ 11.827 6.427 1.000
Ｄ１０ 12.433 14.100 15.107
Ｄ１８ 1.000 4.623 8.901
条件式（１）の値 ０．５２
条件式（２）の値 １．１１（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 ０．９９（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ５７．５ 。
【００１７】
K = -0.505755，
A = 0.640182E-05，B = 0.384367E-08，C = 0.100503E-10
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 25.940 29.579 33.730
Ｄ４ 4.390 4.016 4.225
Ｄ７ 14.971 8.582 1.000
Ｄ１１ 9.973 12.275 13.568
Ｄ２１ 1.000 5.460 11.540
条件式（１）の値 ０．４８
条件式（２）の値 ０．７８ （ｆＴ／ｆｗ＝１．３）
条件式（３）の値 １．４０ （ｆＴ／ｆｗ＝１．３）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１８】
実施例６
ｉ Ｒｉ Ｄｉ ｊ Ｎｊ νｊ
0: ∞ 1900.000
1: 54.635 1.600 1 1.48749 70.4
2: 17.640(＊1) 5.720
3: 106.385 1.600 2 1.48749 70.4
4: 21.425 可変
5: 34.343(＊2) 0.050 3 1.52052 52.0
6: 25.758 4.215 4 1.80610 33.3
7: 79.075 可変
8: 50.309 4.210 5 1.83500 43.0
9: -36.702 1.600 6 1.80518 25.5
10: -148.865 9.060
11（絞り） ∞ 可変
12: -32.024 1.600 7 1.64769 33.8
13: 47.116 0.999
14: 794.561 4.194 8 1.48749 70.4
15: -20.023 1.630
16: -14.178 1.600 9 1.75520 27.5
17: -27.672 1.179
18: -38.930 4.694 10 1.62041 60.3
19: -20.494 0.200
20: -583.908 4.548 11 1.62041 60.3
21: -42.824 可変
22: 48.531 6.171 12 1.62041 60.3
23: -146.327 5.000
24: ∞ 28.200 13 1.51680 64.2
25: ∞ 6.8
IMG: ∞ 0.000
（＊１）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = -0.263489，
A = -0.620044E-06，B =-0.945413E-08，C =0.166740E-10
(＊２) は、ガラスの基板上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K = 0.183240，
A = 0.476384E-05，B = 0.180091E-08，C = 0.503202E-10
第２４面、第２５面は色合成プリズムの射出側面と入射側面である。
可変量
焦点距離 22.414 24.564 26.903
Ｄ４ 4.800 4.886 5.118
Ｄ７ 11.043 6.177 1.000
Ｄ１１ 8.286 9.771 10.552
Ｄ２１ 1.000 4.295 8.459
条件式（１）の値 ０．４３
条件式（２）の値 ０．９９（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（３）の値 １．１１（ｆＴ／ｆｗ＝１．２）
条件式（４）の値 ７０．４ 。
【００１９】
図３及び図４に、実施例１の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図５および図６に、実施例１に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図７および図８に、実施例１に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図９及び図１０に、実施例２の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図１１および図１２に、実施例２に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図１３および図１４に、実施例２に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図１５及び図１６に、実施例３の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図１７および図１８に、実施例３に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図１９および図２０に、実施例３に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図２１及び図２２に、実施例４の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図２３および図２４に、実施例４に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図２５および図２６に、実施例４に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図２７及び図２８に、実施例５の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図２９および図３０に、実施例５に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図３１および図３２に、実施例５に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
図３３及び図３４に、実施例６の投射用ズームレンズの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図を示す。図３５および図３６に、実施例６に関する広角端及び望遠端における縦収差図を、また図３７および図３８に、実施例６に関する広角端および望遠端における横収差図を示す。
上記各レンズ断面図における符号ＰＲは、色合成プリズムを示す。
また各収差図において、「Ｇ」は波長５４６．１ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６１０．０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４６０．０ｎｍでの収差を表し、「Ｓ」は波長５４６．１ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５４６．１ｎｍでのタンジェンシャル像面を表す。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な投射用ズームレンズを実現できる。
この発明の投射用ズームレンズは、各実施例に関する収差図から明らかなように、各種収差が極めて良好であり、特に「３板式プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズ」として要請される属性が極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズを説明するための図である。
【図２】比較例として示す２群式ズームレンズのレンズ断面図である。
【図３】実施例１の広角端におけるレンズ断面図である。
【図４】実施例１の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図５】実施例１の広角端における縦収差図である。
【図６】実施例１の望遠端における縦収差図である。
【図７】実施例１の広角端における横収差図である。
【図８】実施例１の望遠端における横収差図である。
【図９】実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。
【図１０】実施例2の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図１１】実施例2の広角端における縦収差図である。
【図１２】実施例２の望遠端における縦収差図である。
【図１３】実施例2の広角端における横収差図である。
【図１４】実施例２の望遠端における横収差図である。
【図１５】実施例3の広角端におけるレンズ断面図である。
【図１６】実施例３の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図１７】実施例3の広角端における縦収差図である。
【図１８】実施例３の望遠端における縦収差図である。
【図１９】実施例３の広角端における横収差図である。
【図２０】実施例３の望遠端における横収差図である。
【図２１】実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。
【図２２】実施例４の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図２３】実施例４の広角端における縦収差図である。
【図２４】実施例４の望遠端における縦収差図である。
【図２５】実施例４の広角端における横収差図である。
【図２６】実施例４の望遠端における横収差図である。
【図２７】実施例５の広角端におけるレンズ断面図である。
【図２８】実施例５の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図２９】実施例５の広角端における縦収差図である。
【図３０】実施例５の望遠端における縦収差図である。
【図３１】実施例５の広角端における横収差図である。
【図３２】実施例５の望遠端における横収差図である。
【図３３】実施例６の広角端におけるレンズ断面図である。
【図３４】実施例６の望遠端におけるレンズ断面図である。
【図３５】実施例６の広角端における縦収差図である。
【図３６】実施例６の望遠端における縦収差図である。
【図３７】実施例６の広角端における横収差図である。
【図３８】実施例６の望遠端における横収差図である。
【符号の説明】
レンズレンズ断面図中の記号の説明
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｓ 絞り
ＰＲ 色合成プリズム
Claims (5)
- 平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズであって、
拡大側から順に、第１ないし第５群を配してなり、第３群と第４群の間に絞りを有し、
第１群は負の屈折力、第２群、第３群、第４群、第５群は正の屈折力を、それぞれ有し、
投射距離が変化するとき、平面画像と投射像とを共役関係に保つため、第１群が光軸方向に移動を行い、
変倍に際しては、第１群及び第５群が固定で、第２群、第３群、及び第４群が光軸方向に移動を行うことを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、
ｆ１：第１群の焦点距離、
ｆ２：第２群の焦点距離、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離、
ｆＴ：望遠端における全系の焦点距離、
ＤＨｗ：広角端における第２群の最も拡大側寄りの面から、第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置までの距離、
ＤＨＴ：望遠端における第２群の最も拡大側寄りの面から、第２群から第５群までの合成の拡大側主点位置までの距離、
ｆｐｗ：広角端における第２群から第５群までの合成の焦点距離、
ｆｐＴ：望遠端における第２群から第５群までの合成の焦点距離、
（１）０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．６
（２）０．５・ｆＴ／ｆｗ＜ＤＨｗ／ＤＨＴ＜１．１・ｆＴ／ｆｗ
（３）０．７・ｆＴ／ｆｗ＜ｆｐＴ／ｆｐｗ＜１．３・ｆＴ／ｆｗ
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項２記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１群を構成する凹レンズの材質の、アッべ数の平均値：ν１が、条件：
（４）ν１＞５５
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項３記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１群における少なくとも１つのレンズ面が非球面であることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項３または４記載の投射用ズームレンズにおいて、
第２群における少なくとも１つのレンズ面が非球面であることを特徴とする投射用ズームレンズ。
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