JP2738124B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はズームレンズに関し、例えばカラー液晶に表
示された像をスクリーン面上に投影するようにしたカラ
ー液晶プロジェクションテレビ用の投影レンズとして好
適な簡易なレンズ構成のズームレンズに関するものであ
る。

（従来の技術） 従来より複数のカラー液晶に表示されている像を光学
的に重ね合わせて投影レンズによりスクリーン面上に投
影するようにしたカラー液晶プロジェクションが種々と
提案されている。

第７図は一般的なカラー液晶に形成された像を投影す
るカラー液晶プロジェクションテレビの要部概略図であ
る。図中１は白色光源でコリメートされた光束を射出し
ている。

2a、2b、2cは各々赤用、緑用、青用の液晶表示素子で
ある。3a、3bは各々反射ミラー、４は赤反射ダイクロイ
ックミラーで赤用の液晶表示素子2aを照明している。５
は緑反射ダイクロイックミラーで緑用の液晶表示素子2b
を照明している。

青用の液晶表示素子2cは赤反射ダイクロイックミラー
４と緑反射ダイクロイックミラー５を通過した青色光で
照明される。６は青反射ダイクロイックミラーである。
７は投影レンズである。

同図においては白色光源１からの白色光をダイクロイ
ックミラー（４、５、６）で赤、緑、青の色光に色分解
し、これら赤、緑、青の各色光により各々赤、緑、青用
の液晶表示素子（2a、2b、2c）を照明し、これらの各色
光に基づく液晶表示素子（2a、2b、2c）の像を投影レン
ズ７によりスクリーン面上に重ねて投影し、カラー画像
を得ている。

このような構成において用いられる投影レンズには最
終レンズ面から液晶表示素子までの間（バックフォーカ
ス間）に反射ミラーやダイクロイックミラー等の各種の
光学部材を配置する必要から長いバックフォーカスを有
することが要求されている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に第７図に示すようなプロジェクターにおいて液
晶表示素子をスクリーン面上に種々の投影倍率で投影す
るには投影レンズをズームレンズより構成するのが投影
倍率を任意にしかも迅速に変えることができるので便利
である。

このときのズームレンズとしては例えばレンズ系全体
が４群〜５群のレンズ群より成るズームレンズでは比較
的長いバックフォーカスを維持しながら良好なる光学性
能を得ることが容易である。しかしながらこのようなズ
ームレンズはレンズ枚数が増えレンズ全長が長くなり、
かつレンズ系全体が大型化してくるという問題点があ
る。

本発明は全体として２つのレンズ群より成り、各レン
ズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、光学性
能を良好に維持しつつ、長いバックフォーカスが容易に
得られしかもレンズ系全体の小型化が容易な例えばカラ
ー液晶プロジェクター用に好適なズームレンズの提供を
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明のズームレンズは距離の長い方の第１共役点側
から順に負の屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２
つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を少な
くとも該第２群を該第１共役点側へ移動させることによ
り行い、広角端における該第２群の最終レンズ面から無
限遠の第１共役点に対する第２共役点までの距離をbf
w、広角端における全系の焦点距離をfw、該第１群の焦
点距離をf1、該第１群は該第１共役点側から順に負の第
11レンズと正の第12レンズより成り、該第11レンズの該
第１共役点側のレンズ面の曲率半径をR11A、該第12レン
ズの該第２共役点側のレンズ面の曲率半径をR12Bとした
とき 1.6＜bfw/fw ……（１） 1.2＜|f1/fw|＜2.0 ……（２） 0.05＜|R11A/R12B|＜0.8 ……（３） 但し、R11A＜０、R12B＞０ なる条件を満足することを特徴としている。

（実施例） 第１図〜第３図は各々本発明の後述する数値実施例１
〜３のレンズ断面図である。

図中（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端
のズーム位置を示している。

Ｉは負の屈折力の第１群、IIは正の屈折力の第２群、
Ｓはスクリーン面（投影面）、Ｐはカラー液晶等の原画
像（被投影面）である。

スクリーン面Ｓと原画像Ｐとは共役関係にあり、一般
にはスクリーン面Ｓは距離の長い方の共役点（第１共役
点）に、原画像Ｐは距離の短い方の共役点（第２共役
点）に相当している。

広角端（Ａ）から望遠端（Ｃ）への変倍は矢印で示す
ように第１群Ｉを原画像Ｐ方向へ、非直線的に又は往復
移動させ又第２群IIをスクリーン面Ｓ方向へ移動させて
行っている。

本実施例ではレンズ系全体を負の屈折力のレンズ群が
第１共役点側に位置するようにした負と正の屈折力の２
つのレンズ群より構成し、かつ各レンズ群のレンズ構成
を条件式（１）〜（３）を満足させるようにしてレンズ
系の簡素化を図り、又第２群から第２共役点Ｐまでの距
離、即ちバックフォーカスの長大化を図りつつ変倍比２
程度の全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得てい
る。

即ち本実施例ではズームレンズを前述のように第１共
役点Ｓ側より負の屈折力の第１群Ｉと正の屈折力の第２
群より構成し、第１群を第２共役点Ｐ方向に非直線的に
又は往復的に移動させると共に第２群を矢印のように第
１共役点Ｓ側に移動させて広角端から望遠端への変倍を
行うようにしている。このときバックフォーカスは広角
端で最も短くなるが例えばカラー液晶プロジェクション
TV用の投影レンズとして用いるにはダイクロイックミラ
ーや反射鏡等の光学部材を配置するだけのバックフォー
カスを確保すれば良い。この為、本実施例では広角端で
のバックフォーカスbfwが条件式（１）を満足するよう
に各要素、例えば第１群と第２群の屈折力、そして主点
間隔等を適切に設定している。

条件式（１）を外れてバックフォーカスbfwが短くな
りすぎると前述した色分解用の各種の光学部材を配置す
るのが難しくなってくるので良くない。

条件式（２）は広角端における全系の屈折力に対して
第１群の負の屈折力を適切に設定し、レンズ系全体の小
型化を図りつつ、所定のバックフォーカスを容易に確保
し、かつ良好なる光学性能を得る為のものである。条件
式（２）の上限値を越えて第１群の屈折力が弱くなりす
ぎると所定のバックフォーカスを得るのが難しくなり、
又バックフォーカスを長くしようとするとレンズ系全体
が大型化してくる。条件式（２）の下限値を越えて第１
群の屈折力が強くなりすぎるとバックフォーカスは長く
なるが変倍に伴う球面収差や非点収差の変動が増大し、
これを補正しようとすると第１群のレンズ枚数が増えて
レンズ構成が複雑化してくるので良くない。

条件式（３）は第１群を負の第11レンズと正の第12レ
ンズの２つのレンズを独立に又は接合して構成したとき
のレンズ面の曲率半径を適切に設定し、変倍に伴う諸収
差の変動を良好に補正する為のものである。条件式
（３）の上限値を越えると正の第11レンズの原画像側の
凹面より正の非点収差が多く発生し、又このときの非点
収差が変倍に伴い大きく変動してくる。特に広角側で補
正不足、望遠側で補正過剰となり全変倍範囲にわたり良
好なる補正が困難となる。

条件式（３）の下限値を越えると負の第11レンズのス
クリーン面Ｓ側の凹面より原画像側における樽型の歪曲
が増大し、特に広角端で大きくなり、この歪曲の良好な
る補正が困難になってくる。

本発明の目的とするズームレンズは以上の諸条件を満
足することにより達成されるが更に画面全体の光学性能
を良好に保つ為には次の条件を満足させるのが良い。

（イ）第１群中の負の第11レンズの原画像側のレンズ面
の曲率半径をR11B、正の第12レンズのスクリーン面側の
レンズ面の曲率半径をR12Aとしたとき 0.9＜R11B/R12A＜1.1 ……（４） 但しR11B＞０、R12A＞０ なる条件を満足させるのが良い。この２つのレンズ面の
曲率半径を条件式（４）を満足するように適切に設定す
ることにより球面収差とコマ収差をバランス良く補正
し、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得ている。

（ロ）第１群中の負の第11レンズと正の第12レンズの材
質の屈折率を各々N11、N12、材質のアッベ数を各々ν1
1、ν12としたとき N12＜N11 ……（５） ν12＜ν11 ……（６） なる条件を満足させるのが良い。

条件式（５）のように負の第11レンズの材質の屈折率
N11を正の第12レンズの材質の屈折率N12よりも高くする
ことによりペッツバール和を小さくし、画面全体の像面
特性を良好に保っている。

又、負の第11レンズの材質のアッベ数ν11を正の第12
レンズの材質のアッベ数ν12よりも大きくし、色収差、
特に変倍に伴う色収差の変動を良好に補正している。

（ハ）第２群をスクリーン面側から順に両レンズ面が凸
面の正レンズ、原画像側に凸面を向けたメニスカス状の
負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、原画像側に凸
面を向けたメニスカス状の正レンズ、そして両レンズ面
が凸面の正レンズの５つのレンズより構成し、又は両レ
ンズ面が凸面の正レンズ、両レンズ面が凹面の負レン
ズ、原画像側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ、
そして両レンズ面が凸面の正レンズの４つのレンズより
構成するのが変倍に伴う諸収差の変動を良好に補正し、
画面全体にわたり高い光学性能が得られるので好まし
い。

次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例において
Riはスクリーン側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半
径、Diはスクリーンより順に第ｉ番目のレンズ厚及び空
気間隔、Niとνｉは夫々スクリーン側より順に第ｉ番目
のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。

尚、数値実施例１〜３において、フォーカスは第１群
Ｉを光軸に沿って移動させて行っている。又、可変間隔
Ｄにスクリーンとの距離が∞時の間隔を示す。

（発明の効果） 本発明によればズクリーン面側から順に負の屈折力の
第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群より成
り、広角端から望遠端への変倍を少なくとも第２群をス
クリーン面側へ移動させて行うと共に各レンズ群のレン
ズ構成を前述の如く特定することにより、簡易な構成で
バックフォーカスの長い、全変倍範囲にわたり高い光学
性能を有した、例えばカラー液晶プロジェクションTV用
の投影レンズとして好適なズームレンズを達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は各々本発明の数値実施例１〜３のレン
ズ断面図、第４図〜第６図は各々本発明の数値実施例１
〜３の投影倍率1/70倍における諸収差図である。第７図
は従来のカラー液晶プロジェクターの構成図である。レ
ンズ断面図と収差図において、Ａは広角端、Ｂは中間、
Ｃは望遠端を示している。 図中、Ｉは第１群、IIは第２群、Ｓはスクリーン面、Ｐ
は原画像、１は光源、2a、2b、2cは液晶表示素子、3a、
3bはミラー、４は赤反射ダイクロイックミラー、５は緑
反射ダイクロイックミラー、６は青反射ダイクロイック
ミラー、７は投影レンズ、ΔＳはサジタル像面、ΔＭは
メリディオナル像面である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】距離の長い方の第１共役点側から順に負の
   屈折力の第１群と正の屈折力の第２群の２つのレンズ群
   を有し、広角端から望遠端への変倍を少なくとも該第２
   群を該第１共役点側へ移動させることにより行い、広角
   端における該第２群の最終レンズ面から無限遠の第１共
   役点に対する第２共役点までの距離をbfw、広角端にお
   ける全系の焦点距離をfw、該第１群の焦点距離をf1、該
   第１群は該第１共役点側から順に負の第11レンズと正の
   第12レンズより成り、該第11レンズの該第１共役点側の
   レンズ面の曲率半径をR11A、該第12レンズの該第２共役
   点側のレンズ面の曲率半径をR12Bとしたとき 1.6＜bfw/fw 1.2＜|f1/fw|＜2.0 0.05＜|R11A/R12B|＜0.8 但し、R11A＜０、R12B＞０ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。