JPH1164731A - 投影用有限ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精細（ＸＧＡ）の１．８インチ液晶を対象
として高いＦナンバ，高解像度，イメージサークル大，
高ズーム比の液晶プロジェクタ用の投影有限ズームレン
ズを提供する。 【解決手段】 スクリーン側から順に、負の屈折力を持
つ第１群，正の屈折力をもつ第２群，負の屈折力を持つ
第３群，プリズムを含む正の屈折力を持つ第４群とを配
置してある。第１群，第２群および第３群を非直線的に
移動することにより全系の焦点距離を変化させる。広角
端の焦点距離をｆ_w ，第１群，第２群，第３群および第
４群の焦点距離をｆ₁ ，ｆ₂ ，ｆ₃ ，ｆ₄ としたとき、
２．８＜｜ｆ₁ ／ｆ_w ｜＜３．２ ，１．４＜ｆ₂ ／
ｆ_w ＜１．６，１１＜｜ｆ₃ ／ｆ_w｜＜２０，２＜ｆ₄
／ｆ_w ＜２．２の条件を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像を拡大
してスクリーン上に投影する液晶プロジェクタ用投影有
限ズームレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ用の投影ズームレンズ
は、現在１．３インチ液晶対応で、ズーム比１．３，Ｆ
ナンバー２．５〜２．９が主流になっている。さらに液
晶も高精細（ＸＧＡ）となり、この液晶に適合した良好
な性能を有する投影ズームレンズの実現が望まれてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本件出願人は、液晶プ
ロジェクタ用の投影用ズームレンズとしてＦナンバーが
広角側で２．４、望遠側で３．３、ズーム比が１．５５
程度の変倍比を持ち、変倍領域およびイメージサークル
全域において性能が非常に良好なものを提案している
（特願平９−７６５７９）。本発明の課題は、高精細
（ＸＧＡ）の１．８インチ液晶を対象として上記提案と
同様、高性能なレンズ仕様に対応するもので、高いＦナ
ンバー，高解像度，イメージサークル大，高ズーム比の
液晶プロジェクタ用の投影有限ズームレンズを提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明による投影用有限ズームレンズは、カラー画像
を拡大してスクリーン上に投影する投影用ズームレンズ
において、前記スクリーン側から順に、負の屈折力を持
つ第１群，正の屈折力を持つ第２群，負の屈折力を持つ
第３群およびプリズムを含む正の屈折力を持つ第４群と
を配置してなり、前記各群の光軸上の間隔を変化させる
ことによって全系の焦点距離を変化させるズームレンズ
であって、広角側から望遠側に変倍する場合、前記第１
群は液晶側へ移動し、第２群はスクリーン側へ移動し、
第３群は最初にスクリーン側へ移動し、その後に液晶側
へ移動し、第４群は固定位置であり、広角側の焦点距離
をｆ_w ，第１群の焦点距離をｆ₁ （＜０），第２群の焦
点距離をｆ₂ （＞０），第３群の焦点距離をｆ₃ （＜
０），第４群の焦点距離をｆ₄（＞０）とするとき、つ
ぎの条件式 ２．５＜｜ｆ₁ ／ｆ_w ｜＜３．５ ・・・(1) １．４＜ｆ₂ ／ｆ_w ＜１．６ ・・・(2) １４＜｜ｆ₃ ／ｆ_w ｜＜２４ ・・・(3) １．８＜ｆ₄ ／ｆ_w ＜２．２ ・・・(4) を満足するものである。

【０００５】条件式(1) 〜(4) はそれぞれパワー配分の
条件式である。(1) の下限値を越えた場合、ワイドおよ
びテレ端でメリディオナル非点収差がアンダー，球面収
差はワイド端でアンダー，テレ端でオーバーとなる。
(1) の上限値を越えた場合、レンズバックが所定の値よ
り短くなり、ワイド端における歪曲収差がよりアンダー
となり、球面収差はテレ端でオーバーとなる。(2) の下
限値を越えた場合、ワイド端でメリディオナル非点収差
がオーバー，歪曲収差がアンダー，レンズバックが所定
の値より短くなり、(2) の上限値を越えた場合、ワイド
端で非点隔差が大きくなり、歪曲収差はアンダーとな
る。(3) の下限値を越えた場合、ワイド端でメリディオ
ナル非点収差がオーバー、球面収差はアンダーとなり、
(3) の上限値を越えた場合、レンズバックが所定の値よ
り短くなり、倍率の色収差がオーバーとなる。(4) の条
件式を越えた場合、非点収差が著しくオーバーとなる。
すなわち、(1)〜(4) の条件式から外れると、ワイド
端，テレ端におけるすべての収差のバランスを崩すこと
になる。

【０００６】また、上記構成において、前記第１群はス
クリーン側から第１負単レンズ，第２負単レンズ，正接
合レンズで構成され、前記第１と第２負単レンズの間隔
をｔ₂ ，前記第２負単レンズと正接合レンズの間隔をｔ
₄ とするとき、次の条件式 ０．０６＜｜ｔ₄ ／ｆ₁ ｜＜０．０７ ・・・(5) を満足するものである。(5) の条件式を越えた場合、歪
曲収差がアンダーとなり、レンズバックが短くなる。

【０００７】さらに上記構成において、前記第３群は、
スクリーン側に凸面を向けた凸メニスカスレンズと、ス
クリーン側に凸面を向けた凹レンズとの接合レンズから
構成され、凸メニスカスレンズのアッベ数をν_d,13、凹
レンズのアッベ数をν_d,14とするとき、つぎの条件式 ν_d,13＋ν_d,14≧１００ ・・・(6) を満足するものである。さらには上記構成において、前
記第４群はスクリーン側から、負単レンズ，正の接合レ
ンズ，第１正単レンズおよび第２正単レンズから構成さ
れ、前記第１および第２正単レンズのアッベ数を
ν_d,21、ν_d,23とするとき、 ν_d,21＋ν_d,23≧１４０ ・・・(7) を満足するものである。また、上記構成において、前記
第４群の接合レンズは、スリクーン側から両凹レンズお
よび両凸レンズから構成され、それぞれの屈折率，アッ
ベ数をｎ_d,18、ν_d,18、ｎ_d,19、ν_d,19とするとき、 ｎ_d,18≦１．６１，かつν_d,18≦４０ ・・・(8) ｎ_d,19≧１．６５，かつν_d,18≧５０ ・・・(9) を満足するものである。(6),(7),(8),(9) の条件式はワ
イド端、テレ端において軸上色収差, 倍率の色収差をバ
ランス良く補正するものである。それによって、レンズ
性能を向上させている。

【０００８】さらに、上記構成において、広角側から望
遠側に変倍する場合、第１群は液晶側へ非直線的に移動
し、第２群はスクリーン側へ非直線的に移動し、第３群
は最初はスクリーン側へ、それから液晶側に非直線的に
移動するように構成したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳しく説明する。図１は本発明による投影用
ズームレンズを適用したカラー液晶プロジェクタ光学系
の実施の形態を示す概略図である。メタルハライドラン
プ，超高圧水銀ランプなどの照明ランプ１７を出射した
光束は、フライアイレンズ１５，１６を通り、さらにコ
ンデンサレンズ１４を通過しビームスプリッタ１３によ
ってＲ系とＧ，Ｂ系の光束に２分割される。Ｒ系の光束
は全反射ミラー１１によって直角に曲げられコンデンサ
レンズ６を通りプリズム２の一面に対面する液晶膜３に
入射する。

【００１０】一方、Ｇ，Ｂ系の光束はビームスプリッタ
１２でＧ系とＢ系の光束にさらに２分割される。Ｇ系の
光束はコンデンサレンズ７を通り上記プリズム２の他の
面に対面する液晶膜４に入射する。Ｂ系の光束は全反射
ミラー１０，９で１８０度向きを変えられ、リレーレン
ズ１８，１９、コンデンサレンズ８を通り上記プリズム
２のさらに他の面に対面する液晶膜５に入射する。各液
晶膜３，４および５には画像信号が入力されており、画
像信号によって変調されたＲ，Ｇ，Ｂ系の光はプリズム
２の各面に入射する。プリズム２は４枚の直角プリズム
を貼り合わせて構成したもので、各面から入射したＲ，
Ｇ，Ｂ系の３原色の光は合成される。合成された光は本
発明によるズームレンズ１によって図示しないスクリー
ンに投影される。ズームレンズ１は、液晶画像に対しシ
フトした状態で用いられる。

【００１１】

【実施例】図２は、本発明による投影用ズームレンズの
実施例を示す図で、（ａ）はワイド側，（ｂ）はノーマ
ル，（ｃ）はテレ側に調整された状態を示している。第
１群〜第４群から構成されており、第１群は像面の焦点
調整を行う部分であり、ワイド側から望遠側に変倍させ
るとき、スクリーン側から液晶側に非直線的に移動す
る。第２群はズーム比調整部分であり、同様にワイド側
から望遠側に変倍させるとき、スクリーン側に非直線的
に移動する。第３群は第２群が移動したとき像面が移動
しないように微少調整を行う部分であり、同様にワイド
側から望遠側に変倍させるとき、最初はスクリーン側
に、それから液晶側に非直線的に移動する。第４群は固
定位置にある。

【００１２】ズーム比は、１．０から１．５２まで変倍
する。このズームレンズは有限系であって第４群の像側
がテレセントリック系である。ＦＮＯ比は広角側で２．
４９，望遠側で２．９である。第１群は、凹レンズ
Ｌ₁ ，凹レンズＬ₂ および凸レンズＬ₃ と凹レンズＬ₄
の接合レンズからなり、全体として負の屈折率を持って
いる。凹レンズＬ₁ と凹レンズＬ₂ の間隔をｔ₂ ，凹レ
ンズＬ₂ と凸レンズＬ₃ の間隔をｔ₄ とするとき、次の
条件式を満たすものである。 ０．０６＜｜ｔ₄ ／ｆ₁ ｜＜０．０７ ・・・(5)

【００１３】第２群は、凸レンズＬ₅ と凹レンズＬ₆ の
接合レンズおよび凸レンズＬ₇ より構成され、全体とし
て正の屈折率を持っている。第３群はスクリーン側に凸
面を向けた凸メニスカスレンズＬ₈ とスクリーン側に凸
面を向けた凹レンズＬ₉ との接合レンズから構成され、
全体として負の屈折率を持っている。凸メニスカスレン
ズのアッベ数をν_d,13，凹レンズのアッベ数をν_d,14と
するとき、つぎの条件式を満たすものである。 ν_d,13＋ν_d,14≧１００ ・・・(6)

【００１４】第４群はスクリーン側から、凹レンズ
Ｌ₁₀，両凹レンズＬ₁₁と両凸レンズＬ₁₂との接合レン
ズ，凸レンズＬ₁₃および凸レンズ₁₄から構成され、全体
として正の屈折率を持っている。凸レンズＬ₁₃および凸
レンズ₁₄のアッベ数をそれぞれν_d,21、ν_d,23とすると
つぎの条件式を満たすものである。 ν_d,21＋ν_d,23≧１４０ ・・・(7) これにより色収差をなくしＸＧＡ（高精細）対応の性能
を引き出している。そして、両凹レンズＬ₁₁と両凸レン
ズＬ₁₂のそれぞれの屈折率，アッベ数をｎ_d,18、
ν_d,18、ｎ_d,19、ν_d,19とすると、つぎの条件式を満た
すものである。 ｎ_d,18≦１．６１，かつν_d,18≦４０ ・・・(8) ｎ_d,19≧１．６５，かつν_d,18≧５０ ・・・(9)

【００１５】さらにズームレンズの広角側の焦点距離を
ｆ_w ，第１群の焦点距離をｆ₁ （＜０），第２群の焦点
距離をｆ₂ （＞０），第３群の焦点距離をｆ₃ （＜
０），第４群の焦点距離をｆ₄ とすると、つぎの条件式
を満たすものである。 ２．５＜｜ｆ₁ ／ｆ_w ｜＜３．５ ・・・(1) １．４＜ｆ₂ ／ｆ_w ＜１．６ ・・・(2) １４＜｜ｆ₃ ／ｆ_w ｜＜２４ ・・・(3) １．８＜ｆ₄ ／ｆ_w ＜２．２ ・・・(4)

【００１６】以下、具体的なデータ例を示す。なお、０
面はスクリーン、２５，２６面はプリズムの前後の面、
２７面はＬＣＤ面をそれぞれ示す。 （以下、余白とする。）

【表１】

【００１７】図３は、表１の具体例について像面湾曲と
歪曲の性能を示す収差図である。（ａ），（ｂ）および
（ｃ）はワイド，ノーマルおよびテレの位置をそれぞれ
示している。像面湾曲では各波長４６０ｎｍ，５４６ｎ
ｍ，６２０ｎｍに対し、それぞれメリジオナル像面（実
線）とサジタル像面（点線）を示している。歪曲は波長
５４６ｎｍに対するものである。図４は、表１の実施例
について球面収差と倍率色収差の性能を示す収差図であ
る。各収差において、実線は５４６ｎｍ，長めの点線は
４６０ｎｍ，短めの点線は６２０ｎｍの波長に対するも
のである。（ａ），（ｂ）および（ｃ）は図３と同様、
ワイド，ノーマルおよびテレの位置をそれぞれ示してい
る。つぎに図２の実施例の他の具体例を表２に示す。 （以下、余白とする。）

【表２】

【００１８】表２は、表１とは各レンズの曲率が異なっ
ているが、特に凸レンズＬ₃ に異常分散ガラスを用いて
おり、さらに凸レンズＬ₅ も異なったガラスを用い、凸
レンズＬ₇ には低分散低屈折率のガラスを用いている点
で異なっている。表１に比較し、色収差をさらに改善し
たものである。なお、表１と同様、０面はスクリーン、
２５，２６面はプリズムの前後の面、２７面はＬＣＤ面
をそれぞれ示す。

【００１９】図５は、表２の具体例について像面湾曲と
歪曲の性能を示す収差図である。（ａ），（ｂ）および
（ｃ）はワイド、ノーマルおよびテレの位置をそれぞれ
示している。像面湾曲では各波長４６０ｎｍ，５４６ｎ
ｍ，６２０ｎｍに対しそれぞれメリジオナル像面（実
線）とサジタル像面（点線）を示している。歪曲は波長
５４６ｎｍに対するものである。図６は、表２の具体例
について球面収差と倍率色収差の性能を示す収差図であ
る。各収差において、実線は５４６ｎｍ，長めの点線は
４６０ｎｍ，短めの点線は６２０ｎｍの波長に対するも
のである。（ａ），（ｂ）および（ｃ）は図３と同様、
ワイド，ノーマルおよびテレの位置をそれぞれ示してい
る。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
カラー画像を拡大してスクリーン上に投影するカラー液
晶プロジェクタにおいて、高精細（ＸＧＡ）の１．８イ
ンチ液晶を対象として高いＦナンバー，高解像度，イメ
ージサークル大，高ズーム比の液晶プロジェクタ用の投
影有限ズームレンズを得ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるズームレンズを適用したカラー液
晶プロジェクタ光学系の実施の形態を示す概略図であ
る。

【図２】本発明による投影用ズームレンズの実施例を示
す図で、（ａ）はワイド側，（ｂ）はノーマル，（ｃ）
はテレ側に調整された状態を示している。

【図３】表１の具体例の像面湾曲と歪曲収差図である。

【図４】表１の具体例の球面収差と倍率色収差図であ
る。

【図５】表２の具体例の像面湾曲と歪曲収差図である。

【図６】表２の具体例の球面収差と倍率色収差図であ
る。

【符号の説明】

１…ズームレンズ ２…プリズム ３，４，５…液晶膜 ６，７，８，１４…コンデンサレンズ ９，１０，１１…全反射ミラー １２，１３…ビームスプリッタ １５，１６…フライアイレンズ １７…光源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー画像を拡大してスクリーン上に投
   影する投影用ズームレンズにおいて、 前記スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１群，
   正の屈折力を持つ第２群，負の屈折力を持つ第３群およ
   びプリズムを含む正の屈折力を持つ第４群とを配置して
   なり、 前記各群の光軸上の間隔を変化させることによって全系
   の焦点距離を変化させるズームレンズであって、 広角側から望遠側に変倍する場合、前記第１群は液晶側
   へ移動し、第２群はスクリーン側へ移動し、第３群は最
   初にスクリーン側へ移動し、その後に液晶側へ移動し、
   第４群は、固定位置であり、 広角側の焦点距離をｆ_w ，第１群の焦点距離をｆ₁ （＜
   ０），第２群の焦点距離をｆ₂ （＞０），第３群の焦点
   距離をｆ₃ （＜０），第４群の焦点距離をｆ₄（＞０）
   とするとき、つぎの条件式 ２．５＜｜ｆ₁ ／ｆ_w ｜＜３．５ ・・・(1) １．４＜ｆ₂ ／ｆ_w ＜１．６ ・・・(2) １４＜｜ｆ₃ ／ｆ_w ｜＜２４ ・・・(3) １．８＜ｆ₄ ／ｆ_w ＜２．２ ・・・(4) を満足することを特徴とする投影用有限ズームレンズ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第１群はスクリーン側から第１負単レンズ、第２負
   単レンズ，正接合レンズで構成され、 前記第１と第２負単レンズの間隔をｔ₂ ，前記第２負単
   レンズと正接合レンズの間隔をｔ₄ とするとき、次の条
   件式 ０．０６＜｜ｔ₄ ／ｆ₁ ｜＜０．０７ ・・・(5) を満足することを特徴とする投影用有限ズームレンズ。
3. 【請求項３】 請求項１および２において、 前記第３群は、スクリーン側に凸面を向けた凸メニスカ
   スレンズと、スクリーン側に凸面を向けた凹レンズとの
   接合レンズから構成され、 凸メニスカスレンズのアッベ数をν_d,13、凹レンズのア
   ッベ数をν_d,14とするとき、つぎの条件式 ν_d,13＋ν_d,14≧１００ ・・・(6) を満足することを特徴とする投影用有限ズームレンズ。
4. 【請求項４】 請求項１，２および３において、 前記第４群はスクリーン側から、負単レンズ，正の接合
   レンズ，第１正単レンズおよび第２正単レンズから構成
   され、 前記第１および第２正単レンズのアッベ数をν_d,21、ν
   _d,23とするとき、 ν_d,21＋ν_d,23≧１４０ ・・・(7) を満足することを特徴とする投影用有限ズームレンズ。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記第４群の接合レンズは、スクリーン側から両凹レン
   ズおよび両凸レンズから構成され、それぞれの屈折率，
   アッベ数をｎ_d,18、ν_d,18、ｎ_d,19、ν_d,19とすると
   き、 ｎ_d,18≦１．６１，かつν_d,18≦４０ ・・・(8) ｎ_d,19≧１．６５，かつν_d,18≧５０ ・・・(9) を満足することを特徴とする投影用有限ズームレンズ。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４および５におい
   て、 広角側から望遠側に変倍する場合、第１群は液晶側へ非
   直線的に移動し、第２群はスクリーン側へ非直線的に移
   動し、第３群は最初はスクリーン側へ、それから液晶側
   に非直線的に移動することを特徴とする投影用有限ズー
   ムレンズ。