JP2001337275A - ズームレンズ及びそれを用いた投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示素子等で表示された画像情報をスク
リーン面上に高い光学性能を維持しつつ、投影すること
ができるズームレンズ及びそれを用いた投影装置を得る
こと。 【構成】 距離が長い方の共役点を第1共役点、距離の
短い方の共役点を第2共役点としたとき該第1共役点側か
ら順にズーミング中固定の負の屈折力の第1レンズ群、可
動の正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ
群、可動の正の屈折力の第4レンズ群、可動の正の屈折力
の第5レンズ群を有することを特徴とするズームレン
ズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズ及びそ
れを用いた投影装置に関し、例えば表示体の画像を固定
した有限距離にて、該画像をスクリーンに拡大投射する
プロジェクション装置に好適なものであり、特に表示体
に各色光毎に複数の液晶等を用い、各色光を色合成した
後に、１本の投射レンズを介してスクリーン上に高精細
な画像投射を行うのに好適な簡易な構成で小型なテレセ
ントリック性能を有したズームレンズ及びそれを用いた
投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】負の屈折力のレンズ群が先行するネガテ
ィブリード型のズームレンズは比較的広画角化が容易
で、かつ近接撮影距離での性能が維持できる等の特長を
有しているが、反面、変倍のための移動量が増大し、ま
た高変倍化が難しく、また倍率色収差の変動が大きい等
の欠点を有している。

【０００３】これらの欠点を改善し、レンズ系全体の小
型化及び高変倍化を図ったズームレンズが例えば特公昭
４９−２３９１２号公報、特開昭５３−３４５３９号公
報、特開昭５７−１６３２１３号公報、特開昭５８−４
１１３号公報、特開昭６３−２４１５１１号公報、そし
て特開平２−２０１３１０号公報等で提案されている。

【０００４】これらの各公報ではズームレンズを物体側
より順に負、正、負、そして正の屈折力のレンズ群の全
体として４つのレンズ群より構成し、このうち所定のレ
ンズ群を適切に移動させて変倍を行っている。

【０００５】又、液晶プロジェクション用のズームレン
ズとして、本出願人は特願平９−２７２２４５号におい
て、負、正、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る
４群タイプのテレセントリックなズームレンズを提案し
ている。そこでは、各レンズ群の働きは広角端から望遠
端への変倍に関して第１〜３レンズ群は大きな共役（物
体）側へ、又、第４レンズ群は小さな共役（像面）側に
移動することを特徴としており、ＸＧＡパネルに対応す
る歪曲、色収差を良好に補正したテレセントリックなズ
ームレンズを提案している。

【０００６】又、本出願人は特開平１１−１９０８２１
号公報で距離の長い共役点側より順に負の屈折力の第１
群、正の屈折力の第２群、負の屈折力の第３群、正の屈
折力の第４群、そして正の屈折力の第５群を有し、該第
２群と第４群を距離の長い共役点側へ移動させて広角端
から望遠端への変倍を行い、距離の短い共役点側が略テ
レセントリックとなっているズームレンズを提案してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光学系で表示画像をス
クリーンに拡大投射する際、特に液晶表示体を複数の色
光ごとに分けて用い、各色光を合成して１本の投射レン
ズにて投射する場合、以下の条件を満足することが必要
となる。

【０００８】（アー１）液晶の配光特性、または複数の
色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの角度
依存の影響を排除する為に、パネル側の瞳（射出瞳）が
遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。

【０００９】（アー２）表示体と投射レンズの間に介在
する色合成素子のスペースを確保する為に、長いバック
フォーカスを必要とする。

【００１０】（アー３）通常、表示画像をスクリーン上
に上方に投射するために、投射レンズの光軸に対し、表
示体はその中心位置がシフトした状態で用いられ、結果
として前玉付近は使用する有効領域が光軸対象ではな
く、上方に偏り、前玉径が大きくなるので改善手段が必
要である。

【００１１】（アー４）複数の色光を合成するので投射
レンズで発生する倍率色収差を極力小さくしておく必要
がある。

【００１２】一般に長いバックフォーカスを有するに
は、レンズ系全体をスクリーン側に負の屈折力のレンズ
群を、投影像原画側に正の屈折力のレンズ群を配置し
た、所謂レトロ型にする必要がある。

【００１３】しかしながらレトロ型にするとレンズ系が
非対称となってくるために諸収差の発生が多くなり、良
好なる光学性能を得るのが難しくなってくる。又レンズ
枚数が増加し、レンズ系全体が複雑化及び大型化してく
るという問題点が生じてくる。

【００１４】又、投影レンズのテレセントリック性を良
くしようとすると、レンズ系全体が大型化してくるとい
う問題が生じてくる。又、軸外光束の入射高が高くな
り、高次の収差が多く発生してくるという問題点が生じ
てくる。

【００１５】本発明は、小型で簡易な構成でありなが
ら、瞳変動が少なく、充分に倍率色収差を補正した、プ
ロジェクション装置に好適なズームレンズ及びそれを用
いた投影装置の提供を目的とする。この他本発明は、全
体として５つのレンズ群より成り、又レンズ型としてネ
ガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成す
ることにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍
範囲にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画
面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェ
クター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装
置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１のズームレンズ
は距離が長い方の共役点を第1共役点、距離の短い方の
共役点を第2共役点としたとき該第1共役点側から順にズ
ーミング中固定の負の屈折力の第1レンズ群、可動の正の
屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、可動の
正の屈折力の第4レンズ群、可動の正の屈折力の第5レン
ズ群を有することを特徴としている。

【００１７】請求項２の発明は請求項１の発明において
広角端のズーム位置から望遠端のズーム位置に遷移する
際に、前記第2レンズ群と第4レンズ群は、第1共役点側に
移動すると共に前記第5レンズ群は第2共役点側に移動す
ることを特徴としている。

【００１８】請求項３の発明は請求項２の発明において
広角端のズーム位置に対し、望遠端のズーム位置には、前
記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔は増大し、前記
第3レンズ群と前記第4レンズ群の間隔は縮小することを
特徴としている。

【００１９】請求項４の発明は請求項３の発明において
前記第3レンズ群はズーミング中可動であることを特徴
としている。

【００２０】請求項５の発明は請求項２の発明において
広角端から望遠端へのズーミングに際して第2レンズ群
と第5レンズ群の移動量をそれぞれＭ２、M５とすると、 −０．６＜Ｍ５／Ｍ２＜−０．０２ ・・・（１） を満足することを特徴としている。但し第１共役点側へ
の移動方向をマイナス（−）とする。

【００２１】請求項６の発明は１から５のいずれか１項
の発明において第２共役点側のレンズ面から瞳（射出
瞳）までの距離のうちズーミング中絶対値で最小の値を
ｔｋとするとき ｜ｔｋ｜／ｆｗ＞３．０ ・・・（２） の条件を満たしていることを特徴としている。

【００２２】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か１項の発明において前記第５レンズ群は第１共役点側
に凸面を向けた１つの正レンズよりなることを特徴とし
ている。

【００２３】請求項８の発明は請求項１から７のいずれ
か１項の発明において前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆ
ｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ
とするとき １．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．０ ・・・（３）

【００２４】

【数３】

【００２５】を満足することを特徴としている。

【００２６】請求項９の発明は請求項１から８のいずれ
か１項の発明において前記第１レンズ群は最も物体側に
正レンズを配置すると共に第１共役点側に凸面を向けた
メニスカス状の負レンズを有していることを特徴として
いる。

【００２７】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において前記第１レンズ群は１以上の負
レンズを有し、このうち１つの負レンズの材質のアッベ
数をυ１ｎとしたとき υ１ｎ＞７０・・・（５） を満足することを特徴としている。

【００２８】請求項１１の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系
の広角端の焦点距離をｆｗとすると １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．０ ・・・（６） を満足することを特徴としている。

【００２９】請求項１２の発明は請求項１から１１のい
ずれか１項の発明において全系の広角端と望遠端の焦点
距離をｆｗ、ｆｔ、前記第２レンズ群の広角端と望遠端
の結像倍率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群
と第４レンズ群の移動量をＭ２、Ｍ４とし、 Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ とおいたとき ０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１ ・・・（７） ０．９＜Ｍ２／Ｍ４＜１．３ ・・・（８） ０．４＜｜Ｍ２｜（ｆｔ−ｆｗ）＜１．１ ・・・（９） を満足することを特徴としている。但し第１共役点側へ
の移動方向をマイナス（−）とする。

【００３０】請求項１３の発明は請求項１から１２のい
ずれか１項の発明において前記第１レンズ群の焦点距離
をｆｉとしたとき ０．２＜ｆ２／ｆ４＜０．６ ・・・（１０） を満足することを特徴としている。

【００３１】請求項１４の発明は請求項１から１３のい
ずれか１項の発明において前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、バックフォーカス（第５レンズ群に第２共役点
側のレンズ面から焦点距離までの距離）をｂｆとしたと
き、 ０．３＜ｂｆ／ｆ５＜１．０ ・・・（１１） １．１＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜１．８ ・・・（１２） を満足することを特徴としている。

【００３２】請求項１５の発明は請求項１から１４のい
ずれか１項の発明において前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると １．５＜ｆ５／ｆｗ＜２．５ ・・・（１３） を満足することを特徴としている。

【００３３】請求項１６の発明は請求項１から１５のい
ずれか１項の発明において前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、
ｆｔとするとき

【００３４】

【数４】

【００３５】を満足することを特徴としている。

【００３６】請求項１７の発明の投影装置は請求項１か
ら１６のいずれか１項のズームレンズを用いて投影像原
画をスクリーン面上に投影していることを特徴としてい
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３は本発明のズー
ムレンズの数値実施例1の広角端のレンズ断面図、広角
端の収差図、望遠端の収差図である。

【００３８】図４、図５、図６は本発明のズームレンズ
の数値実施例２の広角端のレンズ断面図、広角端の収差
図、望遠端の収差図である。

【００３９】図７、図８、図９は本発明のズームレンズ
の数値実施例３の広角端のレンズ断面図、広角端の収差
図、望遠端の収差図である。

【００４０】図１０、図１１、図１２は本発明のズーム
レンズの数値実施例４の広角端のレンズ断面図、広角端
の収差図、望遠端の収差図である。

【００４１】図１３、図１４、図１５は本発明のズーム
レンズの数値実施例５の広角端のレンズ断面図、広角端
の収差図、望遠端の収差図である。

【００４２】レンズ断面図において、ＰＬはズームレン
ズである。Ｌ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ
群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ
３は負の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は正の
屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は正の屈折力の
第５群（第５レンズ群）である。

【００４３】Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液
晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）であ
る。スクリーン面Ｓと原画像ＬＣＤ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ＬＣＤは距離の短い方の共役
点（第２共役点）に相当している。

【００４４】ＧＢは色合成プリズムや偏光フィルター、
そしてカラーフィルター等のガラスブロックである。

【００４５】ズームレンズＰＬは接続部材（不図示）を
介して液晶ビデオプロジェクター本体に装着されてい
る。

【００４６】本実施形態では広角端から望遠端への変倍
（ズーミング）に際して矢印のように少なくとも第２群
Ｌ２及び第４群Ｌ４を第１共役点（スクリーンＳ側）へ
そして第５レンズ群Ｌ５を第２共役点（パネル）側へ移
動させている。

【００４７】本実施形態のズームレンズＰＬは表示面の
画像を、スクリーンに拡大投射する略テレセントリック
なレンズ系より成っている。光軸上移動させてフォーカ
スを行っている。なお、フォーカスは第３群または第５
群または全体を移動させて行っても良い。又、表示パネ
ルを移動させて行っても良い。

【００４８】本発明の投影装置は、ＬＣＤの原画をズー
ムレンズＰＬを用いて投影像原画をスクリーン面上に投
影している。

【００４９】本発明はこのような構成をとることによ
り、簡易な構成にてまた簡易な動きで明るく小型で高変
倍で歪曲も小さく倍率色収差の発生も少なく、表示体で
ある液晶面に対して、瞳の変動の少ない、拡大投射プロ
ジェクション装置に好適な高精細な画像投影を行うこと
ができるテレセントリックなズームレンズを達成してい
る。

【００５０】尚、本発明において更に全変倍範囲に渡り
収差変動が少なく、画面全体に渡り高い光学性能を得る
には、次の条件のうち少なくとも１つを満足させるのが
良い。

【００５１】以下の説明は、プロジェクターとしての使
い方とは逆の縮小系として展開している。しかしながら
光学的には光線は可逆的であるために、評価している場
所が違うだけで問題はない） （イ−１）広角端のズーム位置から望遠端のズーム位置
に遷移する際に、前記第2レンズ群と第4レンズ群は、第1
共役点側に移動すると共に前記第5レンズ群は第2共役点
側に移動することを特徴とすることである。ここで第２
レンズ群は変倍レンズ群であり、この第２レンズ群が移
動することにより増倍し、更に第５レンズ群が第２レン
ズ群とは反対の表示面側に移動することで、更に増倍効
果を強くしている。第３レンズ群、第４レンズ群は全系
の増倍のために寄与している。

【００５２】（イ−２）広角端のズーム位置に対し、望
遠端のズーム位置には、前記第2レンズ群と前記第3レン
ズ群の間隔は増大し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ
群の間隔は縮小することを特徴とすることである。この
ように各レンズ群の移動条件を設定すればレンズ系全体
の小型化を図りつつ、増倍を効果的に行うことが容易と
なる。

【００５３】（イ−３）前記第3レンズ群はズーミング
中可動であることを特徴とすることである。第３レンズ
群はズーミング（変倍）中上記関係を満たしつつ固定で
もよいが、可動であるとズーム中間部での像面性能を良
好に補正するのに好ましい。この際第３レンズ群は広角
端から望遠端への変移に際して、スクリーン側又はパネ
ル側に単調に移動してもよいし、又はスクリーン側に凸
状を描く動きでもよい。

【００５４】（イ−４）広角端から望遠端へのズーミン
グに際して第2レンズ群と第5レンズ群の移動量をそれぞ
れＭ２、M５とすると、 −０．６＜Ｍ５／Ｍ２＜−０．０２ ・・・（１） を満足することを特徴とすることである。但し第１共役
点側への移動方向をマイナス（−）とする。

【００５５】条件式（１）は第2レンズ群と第5レンズ群
の移動量を適当に設定する為の式である。上限値を超え
るレンズ全長が大型化し適当でない。また下限値を超え
るとズーミングによるパネル側の瞳の位置（長さ）が変
動しがちとなりテレセントリックな系をズーミングの際
保ちにくくなる。また第4レンズ群の動きと連動した増
倍効果が得にくくなり所望の変倍比を得にくくなる。

【００５６】（イ−５）第２共役点側のレンズ面から瞳
（射出瞳）までの距離のうちズーミング中絶対値で最小
の値をｔｋとするとき ｜ｔｋ｜／ｆｗ＞３．０ ・・・（２） の条件を満たしていることを特徴とすることである。表
示体である液晶の配光特性、または複数の色光を合成す
るときの色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響
を排除する為に、パネル側の瞳が遠方にある所謂テレセ
ントリック光学系であることが効率のよい照明手段とし
てのレンズに有効である。特に表示パネル側（縮小側）
のレンズの瞳（パネル側瞳）が遠方にあることが必要で
ある。具体的にはその角度依存性を排するためには条件
式（2）を満たしていることが好ましい。ここでｔｋは
パネル側の瞳位置から表示体（第2共役点）までの距離
でありダイクロプリズム等を除いた空気換算長のことで
ある。

【００５７】更に望ましくは条件式（2）の数値は以下
の範囲に入っていることが望ましい。

【００５８】｜ｔｋ｜／ｆｗ＞４．０ ・・・（２ａ） この際このレンズ系の瞳（絞り）は第2レンズ群近傍に
あるのが好ましく、具体的には第2レンズ群の最もスク
リーン側の面、あるいはパネル側の面に一致させるのが
よく、特に複数レンズにて第2レンズ群を構成するとき
はレンズ群の内部にあってもよい。

【００５９】（イ−６）前記第５レンズ群は第１共役点
側に凸面を向けた１つの正レンズよりなることを特徴と
することである。本発明において第5レンズ群は、表示
体であるパネルに最も近く、比較的強い正の屈折力を与
えることにより、テレセントリックな系を実現してい
る。更にスクリーン側に凸面を向けた正レンズの1枚で
第5レンズ群を構成するのがよく、これによれば軸外像
面湾曲の補正とレンズ構成の簡易化の両立を達成するこ
とが容易となる。更に変倍群である第4レンズ群と逆の
方向へ移動させるのが良く、これによれば第4レンズ群
の変倍効果に大きく寄与させることが容易となる。また
第5レンズ群を移動させることによりズーミングによる
パネル側の瞳位置の変動を小さく押さえ良好なテレセン
トリック系を維持することが容易となる。

【００６０】（イ−７）前記第ｉレンズ群の焦点距離を
ｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆ
ｔとするとき １．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．０ ・・・（３）

【００６１】

【数５】

【００６２】を満足することを特徴とすることである。
条件式（３），(４）は変倍群である第2レンズ群と第1
レンズ群の関係を適切に規定し，所望の投射画角を設定
する為のものである。

【００６３】条件式（３）の下限を逸脱すると第1レン
ズ群で決まる前玉径が大きくなり，また広角端での歪曲
収差が大きくなり適当でない。また上限値を逸脱すると
所望の変倍比、画角を得るために第2レンズ群の移動量
を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。

【００６４】条件式(４）は変倍分担群である第2レンズ
群のパワー（屈折力）を適切にするものであり、下限を
超えると像面が補正過剰となり適当でない。また上限を
越えると所望の変倍比を得るために第2レンズ群の移動
量を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。

【００６５】（イ−８）前記第１レンズ群は最も物体側
に正レンズを配置すると共に第１共役点側に凸面を向け
たメニスカス状の負レンズを有していることを特徴とす
ることである。前記第1レンズ群は、負の屈折力を有
し、色合成素子のスペースの為に、長いバックフォーカ
スを確保している。特にバックフォーカスを長くする為
に、第１レンズ群内にスクリーン側に凸面を有するメニ
スカス上の負レンズを配置するのが良い。さらに各群の
屈折力を適切に配置し、前記第1レンズ群をズーミング
中、固定とすることで、軸外射光光束の位置の変動をへ
らし、構成の簡易化と共に全長一定なレンズ系が達成し
ている。また広角端での歪曲の低減のために第1レンズ
群の最も物体側には凸レンズを配置するのが良く、これ
によれば最も軸外光束を通る位置での歪曲の補正を良好
に行うことができる。特にこの凸レンズはスクリーン側
に凸面を有する正レンズであるのが好ましい （イ−９）前記第１レンズ群は１以上の負レンズを有
し、このうち１つの負レンズの材質のアッベ数をυ１ｎ
としたとき υ１ｎ＞７０ ・・・（５） を満足することを特徴とすることである。第1レンズ群
は、具体的にスクリーン側から順に両レンズ面が凸面の
正レンズ、スクリーン側に凸面を有するメニスカス状の
負レンズ、スクリーン側に凹面を有する負レンズで構成
されているのが、簡易な構成とするのに好ましい。特に
広角化が進むと第1レンズ群での倍率色収差の発生を小
さくするのが少ない構成枚数では難しくなる。そのため
に第1レンズ群を構成する負レンズは色分散の少ない硝
子材で構成するのが良い。具体的には第1レンズ群を構
成する負レンズの少なくとも1枚のレンズのアッベ数は
条件式（５）を満足するように７０以上であることが好
ましい。

【００６６】（イ−１０）前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．０ ・・・（６） を満足することを特徴とすることである。条件式（６）
は歪曲を適正に補正する為のものである。条件式（１）
の上限を逸脱すると広角端の歪曲が、下限値を越えると
望遠端の歪曲の補正が難しくなる。

【００６７】（イ−１１）全系の広角端と望遠端の焦点
距離をｆｗ、ｆｔ、前記第２レンズ群の広角端と望遠端
の結像倍率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群
と第４レンズ群の移動量をＭ２、Ｍ４とし、 Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ とおいたとき ０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１ ・・・（７） ０．９＜Ｍ２／Ｍ４＜１．３ ・・・（８） ０．４＜｜Ｍ２｜（ｆｔ−ｆｗ）＜１．１ ・・・（９） を満足することを特徴とすることである。但し第１共役
点側への移動方向をマイナス（−）とする。条件式
（７）は変倍群となる第２レンズ群と全系での変倍の比
を適切に規定するものである。第３レンズ群或いは第４
レンズ群は変倍に際し減倍するためこの範囲にあるのが
好ましい。この範囲を逸脱すると所望の変倍比を有する
レンズ系が大型化してしまう。条件式（８），（９）は
レンズ全体の長さと各変倍群の移動量を適切にするもの
である。特に第２レンズ群と第４レンズ群とでは第４レ
ンズ群の方がパワーが弱くなりがちであるので適切な変
倍分担をするにはこの範囲が好ましい。

【００６８】（イ−１２）前記第１レンズ群の焦点距離
をｆｉとしたとき ０．２＜ｆ２／ｆ４＜０．６ ・・・（１０） を満足することを特徴とすることである。

【００６９】上述したように第２レンズ群と第４レンズ
群とでは第４レンズ群のほうがパワーが弱くなりがちで
あるので条件式（１０）を満たすのが良い。条件式（１
０）と条件式（８）は主変倍群のパワー配置と変倍を適
切にしながらペッツバール和を適当に設定するのに有用
な式である。

【００７０】（イ−１３）前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、バックフォーカス（第５レンズ群の第２共役点
側のレンズ面から焦点距離までの距離）をｂｆとしたと
き、 ０．３＜ｂｆ／ｆ５＜１．０ ・・・（１１） １．１＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜１．８ ・・・（１２） を満足することを特徴とすることである。条件式（１
１），（１２）は全系のパネル側瞳と、歪曲を適当に設
定する為のものである。ここでバックフォーカスｂｆは
第５レンズ群から表示体までの距離でありダイクロプリ
ズム等を除いた空気換算長のことである。条件式（１
１）は全系を適切にテレセントリックにする為に有用な
式である。表示体パネルから垂直に出た光束が第５レン
ズ群に入り屈折されて効率よく瞳（絞り）に到達し更に
前玉（第１レンズ群）近傍の有効径を適切にするのに有
用な条件である。上限を超えると大型化し、下限を超え
ると歪曲が発生する。条件式（１２）は歪曲を適切にと
りながら射出瞳を長くしテレセントリックにするための
条件である。上限を超えると第１レンズ群の径が大型化
し、下限を超えると特に広角端での歪曲が大きくなり適
当でない。

【００７１】（イ−１４）前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると １．５＜ｆ５／ｆｗ＜２．５ ・・・（１３） を満足することを特徴とすることである。条件式（１
３）は最適にテレセントリック系にしつつ、レンズから
パネルまでの距離を最適にするためのものである。条件
式（１３）の下限を超えると最適なテレセントリック性
を満足できず、上限を超えるとレンズ系が大型化してく
るので適当でない。

【００７２】（イ−１５）前記第ｉレンズ群の焦点距離
をｆｉ、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、
ｆｔとするとき

【００７３】

【数６】

【００７４】を満足することを特徴とすることである。
条件式（１４）〜（１７）は各群のパワー配置を適切に
しつつ各群の移動量を適切にして、小型化をするための
ものである。条件式（１４）は歪曲収差を第１群におい
て十分に押さえておくと共に、バックフォーカスを十分
に確保する為のものである。上限値を超えるとフォーカ
シングのための移動量が大きくなり全長が長大化し、か
つバックフォーカスが短くなり好ましくない。逆に、下
限値を超えるとフォーカシングのための移動量は少なく
なるものの、歪曲収差の補正が困難になると同時にペッ
ツバール和が負の方向に大きくなり像面が倒れてくるの
で好ましくない。

【００７５】条件式（１５）はズーミング中固定或いは
可動の第３レンズ群を第４レンズ群に対し適切に変倍に
寄与させ、第３レンズ群が簡易な構成の固定あるいはわ
ずかな動きで維持できるための条件である。条件式（１
６）は第４レンズ群の適切なパワー配置を示したもので
ある。上限値を超えると所望のズーム比を得るための移
動量が大きくなり、レンズ系全体が大型化し適切でな
い。また下限値を超えると各群の移動量は小さくなる
が、ズーミングに伴う収差変動、特に像面湾曲の変動が
大きくなり適当でない。

【００７６】条件式（１７）は条件式（１１）とともに
射出瞳を長くしてテレセントリックにするために必要な
条件である。下限値を超えると、テレセントリックに構
成しても第５レンズ群にて歪曲収差が発生して適当でな
い。また上限値を超えると全系の大きさが大型化し適当
でない。

【００７７】（イ−１６）第２レンズ群と第４レンズ群
を同一方向（第１共役点側）に移動し、第５レンズ群が
その反対側（第２共役点側）に移動して変倍することが
良い。これによれば各群の移動量及び移動スペースを減
らしつつ、高変倍率なズームレンズを達成することがで
き、全長を短縮するとともに、第１レンズ群から表示体
までの全長がズーミングで変動しない、またスクリーン
側の瞳位置から前玉までの距離を短くし、軸外斜光束で
決まる前玉径の小型化を容易にすることができる。

【００７８】（イ−１７）第４レンズ群は２以上の負レ
ンズが含まれるようにする事が好ましい。具体的には第
４レンズ群の最もスクリーン側にスクリーンに対して凸
面を有するメニスカス状の負レンズＬ４１を有し、更に
表示体（パネル側）に凸面を有するメニスカス状の負レ
ンズを負レンズＬ４１のパネル側に配置するのが良い。
この負レンズＬ４１の影響で第４レンズ群のスクリーン
側主点がかなりパネル側に移動し、そのため第４レンズ
群以降のレンズの径が小型化ができるといったメリット
が生まれ、負レンズＬ４１により第４レンズ群で発生す
る歪曲を小さく抑えることができる。

【００７９】（イ−１８）ズーミングにおける倍率色収
差を低減しつつ、変動も抑えるためには第３レンズ群に
アッベ数ν３が条件式（１８）を満足するレンズを有す
ることが好ましい。

【００８０】ν３＞５５ ・・・（１８） 特に好ましくは ν３＞６０ ・・・（１８ａ） の範囲のレンズがあることが好ましい。

【００８１】次に各図の数値実施例について説明する。

【００８２】図１の数値実施例１と図１０の数値実施例
４は広角端から望遠端への変倍に際し、第２レンズ群と
第４レンズ群がスクリーン側へ、第５レンズ群がパネル
側へそして第３レンズ群がスクリーン側に凸状の軌跡を
描きながら移動している。図４の数値実施例２は広角端
から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群と第４レン
ズ群がスクリーン側へ、第３レンズ群と第５レンズ群が
パネル側へ移動している。図１３の数値実施例５は広角
端から望遠端への変倍に際し、第２レンズ群と第４レン
ズ群がスクリーン側へ、第５レンズ群がパネル側へそし
て第３レンズ群が第２レンズ群や第４レンズ群よりも遅
い速度でスクリーン側へ移動している。図７の数値実施
例３は広角端から望遠端への変倍に際し、第２レンズ群
と第４レンズ群がスクリーン側へ、第５レンズ群がパネ
ル側へそして第３レンズ群はズーミングに際して固定で
ある。数値実施例１，３，４では第１レンズ群の負レン
ズに色分散の小さい硝材、アッベ数にして８０以上の硝
材を用いて色収差分担を小さくしている。数値実施例４
は第５レンズ群を正レンズ２枚で構成し、第５レンズ群
で発生する歪曲収差の低減化を図っている。また第４レ
ンズ群は正レンズ群でありながら２枚の負レンズと１枚
の正レンズのみで構成している。具体的には第４レンズ
群の最もスクリーン側にスクリーンに対して凸面を有す
るメニスカス状の負レンズＬ４１を有し、そしてパネル
側に強い曲率を有する正レンズと表示体（パネル側）に
凸面を有するメニスカス状の負レンズの貼合わせを負レ
ンズＬ４１のパネル側に配置している。

【００８３】数値実施例５は歪曲の発生を抑えるために
第１レンズ群に非球面を導入している。数値実施例１，
２，３，４では第１レンズ群をスクリーン側から順に両
レンズ面が凸面の正レンズ，スクリーン側に凸面を有す
るメニスカス状の負レンズ，スクリーン側に凹面を有す
る負レンズの３枚で構成している。

【００８４】歪曲収差のズーム時の変動を抑えるために
数値実施例１〜４においては数値実施例５のように第１
レンズ群や第４レンズ群、第５レンズ群などの軸外光束
ｈがレンズの周辺を通る面に非球面を用いるのが良い。

【００８５】次に本発明のズームレンズの数値実施例を
記載する。数値実施例においてｒｉはスクリーン側より
順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉはスクリーン側より
順に第ｉ番目の光学部材厚及び空気間隔、ｎｉとνｉは
各々スクリーン側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の
屈折力とアッベ数である。

【００８６】また、数値実施例における最後の２つの面
は色分解プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター
等のガラスブロックＧＢを示す。

【００８７】非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂
直方向にH軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半
径、各非球面係数をK，B，C，D，Eとしたとき

【００８８】

【数７】

【００８９】なる式で表している。また例えば「D−0
Ｘ」の表示は「１０^-X」を意味する。又、前述の各条件
式と数値実施例における諸数値との関係を［表１］に示
す。

【００９０】

【外１】

【００９１】

【外２】

【００９２】

【外３】

【００９３】

【外４】

【００９４】

【外５】

【００９５】

【表１】

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば本発明は、小型で簡易な
構成でありながら、瞳変動が少なく、十分に倍率色収差
を補正した、プロジェクション装置に好適なズームレン
ズ及びそれを用いた投影装置を達成することができる。

【００９７】この他本発明によれば全体として５つのレ
ンズ群より成り、又レンズ型としてネガティブリード型
を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レ
ンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲にわたりテレ
セントリック条件を良好に維持し、画面全体にわたり良
好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適な
ズームレンズ及びそれを用いた投影装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のズームレンズを用いた投影装置の実
施形態１の要部概略図

【図２】 本発明のズームレンズの数値実施例１の広角
端の収差図

【図３】 本発明のズームレンズの数値実施例１の望遠
端の収差図

【図４】 本発明のズームレンズを用いた投影装置の実
施形態２の要部概略図

【図５】 本発明のズームレンズの数値実施例２の広角
端の収差図

【図６】 本発明のズームレンズの数値実施例２の望遠
端の収差図

【図７】 本発明のズームレンズを用いた投影装置の実
施形態３の要部概略図

【図８】 本発明のズームレンズの数値実施例３の広角
端の収差図

【図９】 本発明のズームレンズの数値実施例３の望遠
端の収差図

【図１０】 本発明のズームレンズを用いた投影装置の
実施形態４要部概略図

【図１１】 本発明のズームレンズの数値実施例４の広
角端の収差図

【図１２】 本発明のズームレンズの数値実施例４の望
遠端の収差図

【図１３】 本発明のズームレンズを用いた投影装置の
実施形態５の要部概略図

【図１４】 本発明のズームレンズの数値実施例５の広
角端の収差図

【図１５】 本発明のズームレンズの数値実施例５の望
遠端の収差図

【符号の説明】

Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｌ４ 第４群 Ｌ５ 第５群 ＳＰ 絞り ＧＢ ガラスブロック ＬＣＤ 画像表示素子 Ｓ スクリーン ＰＬ ズームレンズ 実線 ５５０ｎｍ ２点鎖線 ４７０ｎｍ ΔＭ メリディオナル像面 ΔＳ サジタル像面 倍率色収差 ４７０ｎｍ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月２７日（２０００．７．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】請求項６の発明は１から５のいずれか１項
の発明において第２共役点側の共役面から瞳（射出瞳）
までの距離のうちズーミング中絶対値で最小の値をｔｋ
とするとき（クロスダイクロ等を除いた空気換算で） ｜ｔｋ｜／ｆｗ＞３．０…（２） の条件を満たしていることを特徴としている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】（イ−５）第２共役点側の共役面（パネル
面）から瞳（射出瞳）までの距離のうちズーミング中絶
対値で最小の値をｔｋとするとき ｜ｔｋ｜／ｆｗ＞３．０…（２） の条件を満たしていることを特徴とすることである。表
示体である液晶の配光特性、または複数の色光を合成す
るときの色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響
を排除する為に、パネル側の瞳が遠方にある所謂テレセ
ントリック光学系であることが効率のよい照明手段とし
てのレンズに有効である。特に表示パネル側（縮小側）
のレンズの瞳（パネル瞳側）が遠方にあることが必要で
ある。具体的にはその角度依存性を排するためには条件
式（２）を満たしていることが好ましい。ここでｔｋは
パネル側の瞳位置から表示体（第２共役点）までの距離
でありダイクロプリズム等を除いた空気換算長のことで
ある。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA06 NA02 PA10 PA19 PB12 QA02 QA07 QA14 QA22 QA26 QA33 QA41 QA45 RA05 RA41 RA45 RA48 SA44 SA46 SA50 SA52 SA55 SA63 SA64 SA65 SA66 SA72 SA74 SB04 SB14 SB22 SB34 SB43 5C058 EA12

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 距離が長い方の共役点を第1共役点、距
   離の短い方の共役点を第2共役点としたとき該第1共役点
   側から順にズーミング中固定の負の屈折力の第1レンズ
   群、可動の正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レ
   ンズ群、可動の正の屈折力の第4レンズ群、可動の正の屈
   折力の第5レンズ群を有することを特徴とするズームレ
   ンズ。
2. 【請求項２】 広角端のズーム位置から望遠端のズーム
   位置に遷移する際に、前記第2レンズ群と第4レンズ群は、
   第1共役点側に移動すると共に前記第5レンズ群は第2共
   役点側に移動することを特徴とする請求項１のズームレ
   ンズ。
3. 【請求項３】 広角端のズーム位置に対し、望遠端のズ
   ーム位置には、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間
   隔は増大し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の間隔
   は縮小することを特徴とする請求項２のズームレンズ。
4. 【請求項４】 前記第3レンズ群はズーミング中可動で
   あることを特徴とする請求項３のズームレンズ。
5. 【請求項５】 広角端から望遠端へのズーミングに際し
   て第2レンズ群と第5レンズ群の移動量をそれぞれＭ２、
   M５とすると、 −０．６＜Ｍ５／Ｍ２＜−０．０２ を満足することを特徴とする請求項２のズームレンズ。
   但し第１共役点側への移動方向をマイナス（−）とす
   る。
6. 【請求項６】 第２共役点側のレンズ面から瞳（射出
   瞳）までの距離のうちズーミング中絶対値で最小の値を
   ｔｋとするとき ｜ｔｋ｜／ｆｗ＞３．０ の条件を満たしていることを特徴とする請求項１から５
   のいずれか１項のズームレンズ。
7. 【請求項７】 前記第５レンズ群は第１共役点側に凸面
   を向けた１つの正レンズよりなることを特徴とする請求
   項１から６のいずれか１項のズームレンズ。
8. 【請求項８】前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全系
   の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとすると
   き １．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．０ 【数１】 を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか
   １項のズームレンズ。
9. 【請求項９】 前記第１レンズ群は最も物体側に正レン
   ズを配置すると共に第１共役点側に凸面を向けたメニス
   カス状の負レンズを有していることを特徴とする請求項
   １から８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 【請求項１０】 前記第１レンズ群は１以上の負レンズ
    を有し、このうち１つの負レンズの材質のアッベ数をυ
    １ｎとしたとき υ１ｎ＞７０ を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか
    １項のズームレンズ。
11. 【請求項１１】前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全
    系の広角端の焦点距離をｆｗとすると １．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．０ を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれ
    か１項のズームレンズ。
12. 【請求項１２】全系の広角端と望遠端の焦点距離をｆ
    ｗ、ｆｔ、前記第２レンズ群の広角端と望遠端の結像倍
    率をβ２ｗ、β２ｔ、変倍に伴う第２レンズ群と第４レ
    ンズ群の移動量をＭ２、Ｍ４とし、 Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ とおいたとき ０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１ ０．９＜Ｍ２／Ｍ４＜１．３ ０．４＜｜Ｍ２｜（ｆｔ−ｆｗ）＜１．１ を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれ
    か１項のズームレンズ。但し第１共役点側への移動方向
    をマイナス（−）とする。
13. 【請求項１３】前記第１レンズ群の焦点距離をｆｉとし
    たとき ０．２＜ｆ２／ｆ４＜０．６ を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれ
    か１項のズームレンズ。
14. 【請求項１４】前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、バ
    ックフォーカス（第５レンズ群の第２共役点側のレンズ
    面から焦点距離までの距離）をｂｆとしたとき、 ０．３＜ｂｆ／ｆ５＜１．０ １．１＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜１．８ を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれ
    か１項のズームレンズ。
15. 【請求項１５】前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全
    系の広角端の焦点距離をｆｗとすると１．５＜ｆ５／ｆ
    ｗ＜２．５を満足することを特徴とする請求項１から１
    ４のいずれか１項のズームレンズ。
16. 【請求項１６】前記第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、全
    系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとする
    とき 【数２】 を満足することを特徴とする請求項１から１５のいずれ
    か１項のズームレンズ。
17. 【請求項１７】請求項１から１６のいずれか１項のズー
    ムレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影し
    ていることを特徴とする投影装置。