JP6303376B2 - 投射用ズームレンズおよび画像表示装置 - Google Patents
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画像表示装置は、プロジェクタ装置として好適に実施できる。
カメラ用の撮影レンズでは、レンズ回転中心のレンズ有効径が撮影領域である。
すなわち、広画角で、なお且つ小型・軽量化が可能な投射用ズームレンズの実現を課題とする。
(1) 34度≦ ωw < 45度
を満足することを特徴とする。
なお、以下において「〜」は、「ないし」を簡略化した記号である。
この発明のズームレンズは、上記の如く「投射用ズームレンズ」である。
上記各図において、図の左方が「拡大側」、右方が「縮小側」である。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号G1は第1レンズ群、符号G2は第2レンズ群、符号G3は第3レンズ群、符号G4は第4レンズ群、符号G5は第5レンズ群をそれぞれ示す。
また、以下において、正の屈折力を持つレンズ群を「正群」とも称し、負の屈折力をもつレンズ群を「負群」とも称する。
即ち、第1レンズ群乃至第5レンズ群において、第1レンズ群G1乃至第3レンズ群G3の屈折力配分は「負・負・正」である。
第4レンズ群G4、第5レンズ群G5の屈折力はまた、第4レンズ群が負で、第5レンズ群が「正または負」であることができる。
即ち、第4、第5レンズ群G4、G5の屈折力は「正・負」、「正・正」、「負・負」、「負・正」の組み合わせが可能である。
即ち、この発明の投射用ズームレンズの広角端における半画角は、34度以上、45度未満であり、投射用ズームレンズとして極めて広画角である。
(4) −1.35% < DISw < 0.0%
(C) 1.3 < R1f/R1r < 2.1
条件(2)、(4)、(C)において、各パラメータの記号は以下の通りである。
(A) 0.3 < |Rpf/Rpr| < 2.5
(B) 1.5 < fp/F1 < 10.0
条件(3)、(A)、(B)の、各パラメータの記号は以下の通りである。
「Rpf」は、第1レンズ群に配される非球面レンズにおける、最も拡大側の面の曲率半径である。
条件(3)の表記において、例えば「2.0E−02」は、「2.0×10−2」を意味する。以下においても同様である。
条件(A)の下限を超えると、光学歪曲収差が小さくなり易く、上限を超えると大きくなり易い。
上記各場合における非球面形状は、何れも光学ディストーションを抑制するのに有効な形状である。
上に説明した「画像表示素子に表示された投射用画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射用ズームレンズ」は、5レンズ群構成である。
即ち、拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなり、第1レンズ群は「負」、第2レンズ群は「負」、第3レンズ群は「正」の屈折力を有する。
そして、第1レンズ群は「2枚または3枚のレンズ」を有する。
第4レンズ群を「負群」として投射用ズームレンズを構成する場合、条件(1)の範囲のうち、以下の条件:
(1A) 43度<ωw<45度
を満足するのがよい。
また、この場合、以下の条件:(2A)乃至(C1)の1以上を満足するのが良い。これら条件(1A)乃至(C1)は条件(1)乃至(C)の範囲内である。
(2A) 0.28 < |fw/F1| < 0.31
(3A) 1.0E−02 < 1/|fsph| < 2.0E−02
(4A) −1.35% < DISw < −1.2%
(A1) 2.0 < |Rpf/Rpr| < 2.5
(B1) 1.5 < fp/F1 < 2.0
(C1) 1.7 < R1f/R1r < 2.1 。
これらの条件(2A)乃至(C1)の各パラメータは、上記条件(2)乃至(C)のものと同一である。
条件(3A)、(A1)、(B1)は、第1レンズ群に「1枚以上の非球面レンズ」を配置することが前提である。
投射用ズームレンズの第4レンズ群が「負の屈折力」を持つ構成で、条件(1A)を満足させ、さらに、条件(2A)乃至(C1)の1以上を満足させることにより、上述した条件(1)乃至(C)の果たす役割を、同様に機能させることができる。
第4レンズ群を「正群」として投射用ズームレンズを構成する場合、条件(1)の範囲のうち、以下の条件:
(1B) 43度<ωw<45度
を満足するのがよい。
また、この場合、以下の条件:(2B)乃至(C2)の1以上を満足するのが良い。これら条件(1B)乃至(C2)は条件(1)乃至(C)の範囲内である。
(2B) 0.4 < |fw/F1| < 0.8
(3B) 1.0E−03 < 1/|fsph| < 1.0E−02
(4B) −1.35% < DISw < 0.0%
(A2) 0.3 < |Rpf/Rpr| < 1.0
(B2) 7.0 < fp/F1 < 10.0
(C2) 1.3 < R1f/R1r < 2.0 。
条件(2B)乃至(C2)のパラメータは、条件(2)乃至(C)のパラメータと同一である。
条件(3B)、(A2)、(B2)は、第1レンズ群に「1枚以上の非球面レンズ」を配置することが前提である。
投射用ズームレンズの第4レンズ群が「正の屈折力」を持つ構成で、条件(1B)を満足させ、さらに、条件(2B)乃至(C2)の1以上を満足させることにより、上述した条件(1)乃至(C)の果たす役割を、同様に機能させることができる。
プロジェクタ装置は、光源から射出した光で画像表示素子を照明し、画像表示素子に表示された投射用画像の拡大画像を投射光学系により被投射面上に投射する。
投射用ズームレンズ4と照明系2のスペースの上記の如き関係上、投射用ズームレンズ4のバックフォーカスをある程度確保する必要がある。
従って、変倍中においてもバックフォーカスは十分に大きく確保される。
F:光学系全体の焦点距離
Fno:開口数
R:曲率半径(非球面にあっては「近軸曲率半径」)
D:面間隔
Nd:屈折率
Vd:アッベ数
BF:バックフォーカス 。
+C4・H4+C6・H6+C8・H8+C10・H10+・・・ 。
実施例1の投射用ズームレンズは、図1に示したものである。
第4レンズ群G4は正群で、拡大側に凸の正メニスカスレンズL41、拡大側に凸の正メニスカスレンズL42で構成されている。
実施例のデータを表1に示す。
非球面のデータを表2に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表4に示す。
図2の上段は「広角端(広角と表示)」、中段は「中間焦点距離(中間と表示)、下段は「望遠端(望遠徒表示)」の収差を示している。
「非点収差」の図における「T」はタンジェンシアル、「S」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。
実施例2の投射用ズームレンズは、図3に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
実施例2のデータを表6に示す。
非球面のデータを表7に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表9に示す。
実施例3の投射用ズームレンズは、図5に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
実施例3のデータを表11に示す。
非球面のデータを表12に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表14に示す。
実施例4の投射用ズームレンズは、図7に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31とL32で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例4のデータを表16に示す。
非球面のデータを表17に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表19に示す。
実施例5の投射用ズームレンズは、図9に示したものである。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例5のデータを表21に示す。
非球面のデータを表22に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表24に示す。
実施例6の投射用ズームレンズは、図11に示したものである。
実施例6のデータを表26に示す。
非球面のデータを表27に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表29に示す。
実施例7の投射用ズームレンズは、図13に示したものである。
実施例7のデータを表31に示す。
非球面のデータを表32に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表34に示す。
実施例8の投射用ズームレンズは、図15に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51乃至L54で構成されている。
第5レンズ群G5の屈折力は負であるが、この負の屈折力は弱い。
実施例8のデータを表36に示す。
非球面のデータを表37に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表39に示す。
実施例9の投射用ズームレンズは、図17に示したものである。
実施例9のデータを表41に示す。
非球面のデータを表42に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表44に示す。
実施例10の投射用ズームレンズは、図19に示したものである。
実施例10のデータを表46に示す。
非球面のデータを表47に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表49に示す。
実施例11の投射用ズームレンズは、図21に示したものである。
実施例11のデータを表51に示す。
非球面のデータを表52に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表54に示す。
実施例12の投射用ズームレンズは、図23に示したものである。
実施例12のデータを表56に示す。
非球面のデータを表57に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表59に示す。
実施例13の投射用ズームレンズは、図25に示したものである。
実施例13のデータを表61に示す。
非球面のデータを表62に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表64に示す。
実施例14の投射用ズームレンズは、図27に示したものである。
実施例14のデータを表66に示す。
非球面のデータを表67に示す。
条件(1)乃至(4)のパラメータの値を、表69に示す。
そして、第1レンズ群G1の、拡大側から2番目のレンズL12は、合成樹脂により形成されている。
また、第1レンズ群G1には「非点収差と歪曲収差の補正効果」を持たせている。
実施例1乃至14の投射用ズームレンズは、第1レンズ群の1枚以上のレンズが非球面レンズであり、条件(1)乃至(4)を満足し、さらに条件(A)乃至(C)も満足している。
実施例12及び13の投射用ズームレンズでは、第4レンズ群が負群で、条件(1A)乃至(4A)、条件(A1)乃至(C1)を満足している。
実施例12、13以外の実施例の投射用ズームレンズでは、第4レンズ群が正群で、条件(1B)乃至(4B)、条件(A2)乃至(C2)を満足している。
(b) 0 < 1/|f1_3w| < 0.14
(c) 0.5 < |f1_3w/fw| < 8.0
(d) Nd2p・νd2p < Nd2n・νd2n
(e) 1.70 < Nd2p < 2.10
(f) 18.0 < νd2p < 30.0
(g) 1.45 < Nd2n < 1.75
(h) 48.0 < νd2n < 90.0
(i) 1.0 < |f2p/f2n| < 2.0
(j) 2.5E−04 < |f2p2n| < 2.0E−02
(k) 0.3 < D3/F3 または、D4/F4 < 0.6
これ等の条件(a)乃至(k)において、各パラメータの記号は以下のとおりである。
「Nd2p」は、第2レンズ群に配される正レンズの中で「d線のアッベ数が最も低い正レンズ」のd線の屈折率、「νd2p」は該正レンズのd線のアッベ数を表す。
「F3」は、第3レンズ群の焦点距離である。
「F4」は、第4レンズ群の焦点距離である。
条件(a)の下限を超える場合は、第1レンズ群G1の屈折力が絶対値で相対的に大きくなり、非点隔差が大きくなり易い。
条件(b)を満足することにより、変倍時における第2レンズ群G2による収差補正を最適化でき、コマ収差を初めとする諸収差の残存を有効に回避できる。
条件(c)の上限または下限を超えると、コマ収差が大きく発生し易く、倍率色収差も大きく成り易い。
条件(g)を満足することにより、大きな倍率色収差の発生を有効に抑制できる。
条件(h)を満足することにより、大きな倍率色収差の発生を有効に抑制できる。
条件(k)の下限を超える場合は、ズーム比:1.5倍を達成するのが困難となる。
非球面は、光軸近傍が拡大側に凹であるので、この極値の位置は、非球面が最も拡大側に張り出す位置である。
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
Claims (11)
- 画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射用ズームレンズであって、
拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構成であり、
第1レンズ群は、負の屈折力を有し、
第2レンズ群は、負の屈折力を有し、
第3レンズ群は、正の屈折力を有し、
第1レンズ群が、2枚または3枚のレンズを有し、
広角端から望遠端への変倍に際し、前記第1レンズ群は固定で、前記第2レンズ群は縮小側に移動し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔が減少し、前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔が増加するように、前記第3レンズ群、前記第4レンズ群および前記第5レンズ群が拡大側にそれぞれ移動して、前記第1レンズ群乃至前記第5レンズ群における隣合う各レンズ群との間隔が変化し、広角端における半画角:ωwが、条件:
(1) 34度≦ ωw < 45度
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1記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群の焦点距離:F1、広角端における全系の焦点距離:fwが、条件:
(2) 0.2 < |fw/F1| < 0.8
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1または2記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群の最も拡大側のレンズの拡大側レンズ面の曲率半径:R1f、第1レンズ群の最も縮小側のレンズの縮小側レンズ面の曲率半径:R1rが、条件:
(C) 1.3 < R1f/R1r < 2.1
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1乃至3の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群のレンズの1枚以上が非球面レンズであることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項4記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群内のレンズの1枚が非球面レンズであることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項5に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群に配される非球面レンズにおける、最も拡大側の面の曲率半径:Rpf、第1レンズ群に配される非球面レンズにおける、最も縮小側の面の曲率半径:Rprが、条件:
(A) 0.3 < |Rpf/Rpr| < 2.5
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4乃至6の任意の1項に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群のレンズの1枚以上が非球面レンズであり、
第1レンズ群に配する非球面レンズの焦点距離:fsph(mm)が、条件:
(3) 1.0E−03(1/mm)<1/|fsph|<2.0E−02(1/mm)
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4乃至7の任意の1項に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群内の非球面レンズの焦点距離:fp、第1レンズ群の焦点距離:F1が、条件:
(B) 1.5 < fp/F1 < 10.0
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1乃至8の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
投射距離:1600mmにおける広角端の有効像円での光学ディストーション:DISwの値が、条件:
(4) −1.35% < DISw < 0.0%
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1乃至9の任意の1に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第1レンズ群内の少なくとも1枚のレンズが合成樹脂により形成されていることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 光源と、
投射用画像を表示する画像表示素子と、
前記光源から射出した光で、上記画像表示素子を照明する照明光学系と、
該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された投射用画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、を備え、
前記投射光学系として、請求項1乃至10の任意の1に記載の投射用ズームレンズを用いることを特徴とする画像表示装置。
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