JP6780438B2 - 投写用ズームレンズ及び投写型画像表示装置 - Google Patents
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Description
(1) 1.4<Bf/fw<2.0
ただし、
fw :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Bf :プリズムその他の平板を除外したバックフォーカスの空気換算長
(2) 1.5<|f1/fw|<3.0
上記条件式(2)は、第1レンズ群のパワーに関するものであり、十分なバックフォーカスをとり、諸収差の発生を小さく抑えることを可能にするためのものである。条件式(2)の下限を上回ることで、第1レンズ群の負のパワーが強くなり過ぎること、すなわち2枚の負レンズのパワーが過度に強くなることを回避でき、第1レンズ群内での倍率色収差等の補正が容易である。また、条件式(2)の上限を下回ることで、第1レンズ群の負のパワーが弱くなり過ぎることを回避できるので、正レンズのパワーが強くなり過ぎることを回避でき、コマ収差や歪曲収差をバランスよく補正することが容易になる。
(3) 1.5<f2/fw<3.5
条件式(3)は、第2レンズ群のパワーに関する条件である。条件式(3)の下限を上回ることで、第2レンズ群の正のパワーが強くなり過ぎず、球面収差及び軸外コマ収差が悪化することを回避でき、画面全域においてコマフレアーが増加することやコントラストが低下することを回避できる。すなわち、明るいFナンバーを得ることが容易となり、十分な周辺光量を確保することも容易となる。また、条件式(3)の上限を下回ることで、第2レンズ群の正のパワーが弱くなり過ぎず、変倍時の第2レンズ群の移動量が大きくなることを回避でき、小型化という点で好ましい。また、第2レンズ群内の開口絞り位置の移動量が増えることを回避できるため、望遠端でのFナンバーが大きくなって、絞りでのケラレによる温度上昇の原因となることを防止できる。
(3) 1.5<f2/fw<3.5
(4) 0.5<|R1/R2|<2.0
条件式(4)は、第2レンズ群の曲率半径に関する条件である。第2レンズ群は、ズーム時に最も大きな移動量を有し、主に変倍の役割を持つため強い正のパワーを有する。また、第2レンズ群は、第1レンズ群で発散した光束を効率よく取り込み、かつ、続く第3レンズ群で良好なテレセントリック特性を得るために、最も拡大側の面と最も縮小側の面は比較的パワーの強い面を有する必要がある。このため、最も拡大側の面と最も縮小側の面とでの曲率半径を条件式(4)の範囲内にすることで諸収差をバランス良く補正することが可能となる。条件式(4)の下限を上回ることで、第2レンズ群の最も拡大側の面の曲率半径が最も縮小側の面と比較して小さくなり過ぎず、球面収差、コマ収差を小さく抑えることが困難となることを回避でき、十分なコントラストを得ることが可能になる。逆に、条件式(4)の上限を超えないことで、第2レンズ群の最も拡大側の面の曲率半径が最も縮小側の面と比較して大きくなり過ぎず、変倍時の非点収差をバランスよく補正することが可能になり、像面の平坦性を良好に保つことができる。
(5) 2.5<|fp/fw|<6.0
樹脂レンズは、温度などの環境変化の影響を受けやすく、条件式(5)の範囲内で樹脂レンズの焦点距離、言い換えるとパワーを制限しておくことで、環境変化の影響を極力少なくしながら、良好な性能を得ることが可能となる。
(1) 1.4<Bf/fw<2.0
ただし、
fw :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Bf :プリズムその他の平板を除外したバックフォーカスの空気換算長
上記条件式(1)は、バックフォーカスに関するものである。すなわち、条件式(1)は、本実施形態のプロジェクター100(図1参照)のように、3板式液晶プロジェクターで必須となる投写用ズームレンズ40の縮小側に配置されるクロスプリズム19(プリズムPR)や偏光板、その他の光学部材などを配置可能にし、かつ、適度な間隔を維持することで冷却をスムーズに行うためのスペースを確保するためのものとなっている。条件式(1)の下限を上回ることで、バックフォーカスが短くなり過ぎることを回避でき、縮小側にクロスプリズム19(プリズムPR)などの光学部材を配置する十分なスペースを確保でき、冷却などが容易となる。また、条件式(1)の上限を下回ることで、スペースを確保しつつもバックフォーカスが長くなり過ぎることを回避でき、縮小側において略テレセントリックな構成を採用した場合に縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎることを回避できる。
(2) 1.5<|f1/fw|<3.0
(3) 1.5<f2/fw<3.5
(4) 0.5<|R1/R2|<2.0
第2レンズ群G2は、ズーム時に最も大きな移動量を有し、主に変倍の役割を持つため強い正のパワーを有する。また、第2レンズ群G2は、第1レンズ群G1で発散した光束を効率よく取り込み、かつ、続く第3レンズ群G3で良好なテレセントリック特性を得るために、最も拡大側の面と最も縮小側の面は比較的パワーの強い面を有する必要がある。このため、最も拡大側の面と最も縮小側の面とでの曲率半径を条件式(4)の範囲内にすることで諸収差をバランス良く補正することが可能となる。条件式(4)の下限を上回ることで、第2レンズ群の最も拡大側の面の曲率半径が最も縮小側の面と比較して小さくなり過ぎず、球面収差、コマ収差を小さく抑えることが困難となることを回避でき、十分なコントラストを得ることが可能になる。逆に、条件式(4)の上限を超えないことで、第2レンズ群の最も拡大側の面の曲率半径が最も縮小側の面と比較して大きくなり過ぎず、変倍時の非点収差をバランスよく補正することが可能になり、像面の平坦性を良好に保つことができる。
(5) 2.5<|fp/fw|<6.0
樹脂レンズを使用すると、温度などの環境変化の影響を受けやすく、たとえばプロジェクターの点灯直後にピント合わせをした後、時間が経過するにしたがって設置環境の温度変化やプロジェクター内部の発熱などにより、ピント位置が移動してしまうという現象が起こりやすい。
条件式(5)は、樹脂非球面レンズのパワーに関するものであり、条件式(5)の範囲内で樹脂レンズの焦点距離、言い換えるとパワーを制限することで、環境変化の影響を極力少なくしながら十分な性能を得ることが可能となる。
条件式(5)の下限を上回ることで、樹脂非球面レンズの焦点距離が短くなり過ぎない、すなわち負のパワーが強くなり過ぎないようにして、環境温度やプロジェクター点灯時の内部温度上昇などによる焦点移動を生じににくくすることができる。また、条件式(5)の上限を超えないことで、樹脂非球面レンズの焦点距離が長くなり過ぎない、すなわち負のパワーが弱くなり過ぎないようにして、第1レンズ群G1を構成するもう1枚の負レンズに負荷がかかり過ぎることを回避し、十分なバックフォーカスを維持しながら、良好な像性能のバランスを取れるようにできる。
以下、投写用ズームレンズ40の実施例について説明する。以下に説明する実施例1〜6に共通する諸元の意味を以下にまとめた。
f 全系の焦点距離
FNo Fナンバー
ω 半画角
R 曲率半径
D 軸上面間隔(レンズ厚又はレンズ間隔)
Nd d線の屈折率
Vd d線のアッベ数
ただし、
c: 曲率(1/R)
h: 光軸からの高さ
k: 非球面の円錐係数
Ai:非球面の高次非球面係数
なお、面番号0は、スクリーン上の像面(被投射面)を意味し、STOは開口絞りSTを意味し、面番号の最終番号は、パネル面PIを意味する。また、面番号の前に「*」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
(実施例1)
〔表1〕
面番号 R D Nd Vd
0 1800.000
1 69.448 1.800 1.74320 49.34
2 20.351 2.000
*3 25.000 2.200 1.53116 56.04
*4 14.793 11.499
5 36.861 3.000 1.75520 27.51
6 83.782 可変間隔
7 21.576 4.600 1.69700 48.52
8 1225.821 8.025
STO9 Infinity 3.600
*10 -29.533 1.300 1.83441 37.28
*11 864.058 2.281
12 -16.990 1.000 1.74000 28.30
13 40.805 6.200 1.59522 67.73
14 -19.406 0.200
15 139.432 7.000 1.62041 60.29
16 -23.349 可変間隔
17 46.927 3.600 1.56384 60.67
18 -375.789 6.000
19 Infinity 25.750 1.51680 64.20
20 Infinity 3.350
21 Infinity
ここで、投写用ズームレンズの一実施形態として示した図2は、実施例1の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ41)の断面図にも相当する。
〔表2〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.75
ω 30.14゜〜27.21゜
面番号 Wide Middle Tele
6 16.611 10.701 5.775
16 1.000 3.725 6.450
〔表3〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
3 0.0000 -2.2813E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
4 -0.1570 -5.6884E-05 -1.5082E-07 4.6246E-10 -2.6102E-12 0.0000E+00
10 -7.4112 4.0260E-05 -1.1765E-06 5.8088E-09 0.0000E+00 0.0000E+00
11 0.0000 1.3009E-04 -1.0703E-06 5.1539E-09 0.0000E+00 0.0000E+00
以上の表3及び以下の表において、10のべき乗数(例えば1.00×10+18)を、E(例えば1.00E+18)を用いて表すものとする。
実施例2のレンズ面のデータを以下の表4に示す。
〔表4〕
面番号 R D Nd Vd
0 1800.000
*1 22.577 2.200 1.53116 56.04
*2 14.075 10.000
3 -188.832 1.500 1.66998 39.27
4 24.297 9.635
5 40.873 3.000 1.76182 26.52
6 139.605 可変間隔
7 25.064 4.200 1.78590 44.20
8 327.769 10.000
STO9 Infinity 5.284
*10 -11.402 1.200 1.83441 37.28
*11 -18.611 1.649
12 -19.682 1.300 1.74000 28.30
13 62.256 5.200 1.59522 67.73
14 -21.779 0.200
15 146.817 7.000 1.49700 81.54
16 -19.569 可変間隔
17 35.463 4.800 1.62041 60.29
18 984.815 6.000
19 Infinity 25.750 1.51680 64.20
20 Infinity 3.350
21 Infinity 0.000
ここで、図5は、実施例2の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ42)の断面図である。
〔表5〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.70
ω 30.01゜〜25.86゜
面番号 Wide Middle Tele
6 9.527 5.020 1.263
16 1.000 5.097 9.194
〔表6〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
1 0.0000 -1.4265E-05 2.0886E-08 -6.0231E-11 0.0000E+00 0.0000E+00
2 -0.4340 -1.7137E-05 -1.8297E-08 5.2501E-11 -7.2535E-13 0.0000E+00
10 -4.9583 2.1730E-04 -2.8668E-06 1.3734E-08 -3.7180E-11 2.2430E-13
11 -11.3316 3.4203E-04 -2.8960E-06 1.1572E-08 0.0000E+00 0.0000E+00
実施例3のレンズ面のデータを以下の表7に示す。
〔表7〕
面番号 R D Nd Vd
0 1800.000
1 42.958 1.800 1.74320 49.34
2 17.378 5.048
*3 23.527 2.200 1.53116 56.04
*4 13.929 13.020
5 41.582 3.000 1.67270 32.10
6 141.880 可変間隔
7 23.046 4.300 1.78590 44.20
8 84.433 10.000
STO9 Infinity 6.630
*10 -10.117 1.200 1.83441 37.28
*11 -14.658 0.829
12 -22.587 1.300 1.75520 27.51
13 63.856 0.100
14 69.186 4.400 1.59522 67.73
15 -29.359 0.200
16 325.331 7.000 1.49700 81.54
17 -16.969 可変間隔
18 31.996 4.200 1.62041 60.29
19 312.595 可変間隔
20 Infinity 25.750 1.51680 64.20
21 Infinity 3.350
22 Infinity
ここで、図8は、実施例3の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ43)の断面図である。
〔表8〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.74
ω 29.54゜〜25.69゜
面番号 Wide Middle Tele
6 9.911 5.247 1.008
17 0.994 5.994 10.373
19 6.767 6.431 6.291
〔表9〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
3 0.0000 -1.5508E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
4 -2.4016 4.2318E-05 -2.7338E-07 7.1387E-10 -1.4059E-12 0.0000E+00
10 -3.7512 2.2219E-04 -1.5765E-06 -1.4739E-08 2.2127E-10 -8.2619E-13
11 -1.8239 5.0496E-04 -3.6815E-06 1.2161E-08 0.0000E+00 0.0000E+00
実施例4のレンズ面のデータを以下の表10に示す。
〔表10〕
面番号 R D Nd Vd
0 1800
*1 39.246 2.200 1.53116 56.04
*2 17.782 6.747
3 -63.838 1.500 1.80100 34.97
4 27.213 6.296
5 49.049 5.200 1.72825 28.46
6 -74.580 可変間隔
7 23.537 4.600 1.63854 55.38
8 -1900.229 13.039
STO9 Infinity 2.800
*10 -12.005 1.200 1.83220 40.10
*11 -18.458 1.474
12 -14.900 1.300 1.76182 26.52
13 -135.656 4.800 1.59522 67.73
14 -15.820 0.200
15 208.758 7.200 1.49700 81.54
16 -19.130 可変間隔
17 53.418 3.800 1.62041 60.29
18 -2354.845 6.000
19 Infinity 25.750 1.51680 64.20
20 Infinity 3.350
21 Infinity
ここで、図11は、実施例4の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ44)の断面図である。
〔表11〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.72
ω 30.16゜〜25.88゜
面番号 Wide Middle Tele
6 12.521 6.262 1.047
16 1.000 3.598 6.197
〔表12〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
1 0.0000 2.2692E-06 -3.1379E-08 7.1340E-11 0.0000E+00 0.0000E+00
2 -0.4943 -3.8315E-06 -7.8162E-08 -1.5588E-11 2.3954E-13 0.0000E+00
10 -3.6972 2.1313E-04 -2.9179E-06 1.7048E-08 -1.3996E-10 8.0145E-13
11 -7.1228 3.1121E-04 -2.2787E-06 6.8914E-09 0.0000E+00 0.0000E+00
実施例5のレンズ面のデータを以下の表13に示す。
〔表13〕
面番号 R D Nd Vd
0 1800.000
*1 23.262 2.200 1.53116 56.04
*2 14.569 9.773
3 1024.368 1.800 1.72916 54.68
4 24.630 11.149
5 37.661 2.600 1.72825 28.46
6 80.550 可変間隔
7 20.760 4.500 1.71700 47.93
8 650.554 10.000
STO9 Infinity 0.995
*10 -25.366 1.200 1.83441 37.28
*11 1824.594 2.556
12 -16.904 1.100 1.73800 32.26
13 36.723 6.200 1.61800 63.33
14 -18.257 0.200
15 88.397 7.300 1.49700 81.54
16 -21.338 可変間隔
17 34.964 4.800 1.48749 70.24
18 -955.076 可変間隔
19 Infinity 25.750 1.51680 64.20
20 Infinity 3.350
21 Infinity
ここで、図14は、実施例5の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ45)の断面図である。
〔表14〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.76
ω 29.81゜〜25.66゜
面番号 Wide Middle Tele
6 8.722 4.670 1.000
16 1.000 5.420 9.202
18 6.839 6.446 6.329
〔表15〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
1 0.0000 -4.0696E-06 -1.8924E-08 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
2 -0.3468 -5.8310E-06 -8.4055E-08 1.1463E-10 -7.2766E-13 0.0000E+00
10 0.3030 1.4018E-04 -2.1465E-06 9.8215E-09 4.2235E-11 -3.0497E-13
11 0.0000 1.9665E-04 -1.9373E-06 1.0638E-08 0.0000E+00 0.0000E+00
実施例6のレンズ面のデータを以下の表16に示す。
〔表16〕
面番号 R D Nd Vd
0 Infinity 1800.000
1 174.573 1.400 1.74320 49.34
2 19.615 2.562
*3 36.052 2.200 1.53116 56.04
*4 16.312 8.698
5 43.170 3.600 1.76200 40.10
6 -727.779 可変間隔
7 29.299 4.200 1.74400 44.79
8 -2418.371 12.677
STO9 Infinity 6.500
*10 -20.402 1.600 1.82115 24.06
*11 109.296 3.296
12 -48.795 4.000 1.59522 67.73
13 -21.983 0.100
14 413.917 8.000 1.49700 81.54
15 -18.348 可変間隔
16 43.904 4.400 1.48749 70.24
17 -184.265 可変間隔
18 Infinity 25.750 1.51680 64.20
19 Infinity 3.350
20 Infinity
ここで、図17は、実施例6の投写用ズームレンズ40(投写用ズームレンズ46)の断面図である。
〔表17〕
f 16.9〜20.28
FNo 1.60〜1.71
ω 29.88゜〜25.71゜
面番号 Wide Middle Tele
6 12.691 6.314 1.000
16 0.750 3.896 7.028
18 6.252 6.298 6.351
〔表18〕
面番号 K A04 A06 A08 A10 A12
3 0.0000 -3.1515E-06 -4.9414E-08 1.3814E-10 0.0000E+00 0.0000E+00
4 -0.7501 -2.8248E-05 -1.1195E-07 4.1416E-10 -7.7085E-13 0.0000E+00
10 -2.0000 -5.8045E-05 -8.8805E-08 -3.8033E-10 -1.2210E-12 0.0000E+00
11 -1.0000 2.6899E-05 9.1087E-09 -1.1630E-10 -4.4205E-13 0.0000E+00
以下、上記した実施例1〜6についての条件式(1)〜(4)に関する考察をする。
〔表19〕
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6
(1)1.4<Bf/fw<2 1.557 1.557 1.589 1.557 1.593 1.557
(2)1.5<|f1/fw|<3 2.505 2.192 2.555 2.469 2.110 2.449
(3)1.5<f2/fw<3.5 2.491 2.667 2.893 2.503 2.492 2.794
(4)0.5<|R1/R2|<2 0.924 1.281 1.358 1.230 0.973 1.597
(5)2.5<|fp/fw|<6 4.347 4.558 4.117 3.742 4.744 3.440
Claims (10)
- 拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、の3つのレンズ群により構成され、
前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔、及び前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔が変化して変倍及び合焦を行い、
前記第2レンズ群は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向け、縮小側が拡大側より弱い凸面または凹面である正レンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズ及び縮小側に凸面を向けた正レンズと、縮小側に凸面を向け、拡大側が縮小側よりも弱い凸面である正レンズとの5枚のレンズにより構成され、
前記第3レンズ群は、拡大側に凸面を向けた1枚の正レンズにより構成され、
前記第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、次の条件式(1)および条件式(3)を満足する、投写用ズームレンズ。
(1) 1.4<Bf/fw<2.0
(3) 1.5<f2/fw<3.5
ただし、
fw :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Bf :バックフォーカスの空気換算長 - 広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群は、拡大側から縮小側に移動する、請求項1に記載の投写用ズームレンズ。
- 広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群は、広角端から所定の中間焦点距離位置までの変倍においては、拡大側から縮小側に移動するとともに、前記中間焦点距離位置から望遠端への変倍においては、縮小側から拡大側に移動する、請求項1に記載の投写用ズームレンズ。
- 広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群は固定され、前記第2レンズ群は縮小側から拡大側に移動し、前記第3レンズ群は拡大側から縮小側に移動する、請求項1に記載の投写用ズームレンズ。
- 広角端から望遠端への変倍に際して、前記第2レンズ群は、縮小側から拡大側に移動し、
前記第1レンズ群または前記第3レンズ群のいずれかのレンズ群を移動させることで、変倍に伴う焦点移動を補正する請求項1〜4のいずれか一項に記載の投写用ズームレンズ。 - 前記第1レンズ群は、拡大側から順に、2枚の負レンズと、正レンズとの3枚のレンズにより構成され、
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(2)を満足する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の投写用ズームレンズ。
(2) 1.5<|f1/fw|<3.0 - 前記第2レンズ群において、前記拡大側に凹面を向けた負レンズ及び縮小側に凸面を向けた正レンズは、接合レンズである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の投写用ズームレンズ。
- 前記第2レンズ群の最も拡大側の面の曲率半径をR1とし、最も縮小側の面の曲率半径をR2とするとき、次の条件式(4)を満足する、請求項1〜7に記載の投写用ズームレンズ。
(4) 0.5<|R1/R2|<2.0 - 前記第1レンズ群は、少なくとも1枚の樹脂で成形された負のパワーを有する非球面レンズを含み、当該非球面レンズの焦点距離をfpとするとき、次の条件式(5)を満足する、請求項1〜8に記載の投写用ズームレンズ。
(5) 2.5<|fp/fw|<6.0 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の投写用ズームレンズを搭載した投写型画像表示装置。
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