JP2002055280A

JP2002055280A - ズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置

Info

Publication number: JP2002055280A
Application number: JP2000244728A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Wada; 健和田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-20
Also published as: US20020060858A1; US6636361B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示素子に表示した投影像原画をスクリ
ーン面上に高い光学性能で投影することのできるズーム
レンズ及びそれを用いた画像投射装置を得ること。【解決手段】拡大側より順に、負の屈折力を有する第
１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈
折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レ
ンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群を有し、広角
端から望遠端への変倍に際して前記第３レンズ群は縮小
側から拡大側へと移動すること。

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
れを用いた画像投射装置に関し、例えば表示体の画像情
報をスクリーン上に拡大投射するプロジェクター画像情
報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデ
オカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機
器に好適なものである。

【０００２】この他プロジェクターに用いた場合には照
明系との瞳整合性が良好に保たれた、特に高精細のモバ
イル液晶プロジェクターに好適となるコンパクトなズー
ムレンズに関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、液晶表示素子等の表示素子を
用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投
射する液晶プロジェクター（投射装置）が種々提案され
ている。

【０００４】特に液晶プロジェクターはパソコン等の画
像を大画面に投影してみることができる装置として会議
およびプレゼンテーション等に広く利用されるようなっ
てきている。

【０００５】近年このような液晶プロジェクターに関し
ては、以下に掲げる事項が要望されている。

【０００６】・Ｒ．Ｇ．Ｂの３色の液晶表示素子を３枚
使用する３板方式のプロジェクション装置では、液晶表
示素子を透過した後の色光を合成する色合成手段として
のダイクロイックプリズムおよび偏光板等の光学素子を
配置するスペースを液晶表示素子と投射レンズとの間に
設けなければならず、一定長のバックフォーカスが必要
となること。

【０００７】・前記色合成手段に用いる色合成膜の角度
依存の影響を極小にする為、また照明系との良好な瞳整
合性を確保するために液晶表示素子(縮小)側の瞳が無限
遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。

【０００８】・３色の液晶表示素子に基づく画像（絵）
をスクリーンに合成投射したとき、文字等が二重に見え
たりすると解像感および品位がそこなわれるので、これ
を防止する為各色の画素を画面の全域にて良好に重ね合
わせることが必要となること。そのため、投射レンズに
て発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域全域にて
良好に補正すること（レンズ系がアポクロマートである
こと）。

【０００９】・投影された画像に関して輪郭部で歪んで
見苦しくならないように歪曲収差が最大でも−２％(縮
小側樽型)以下に補正されていること（特に画面周辺お
よび中間部等での急激な歪曲収差の変化等が残存する
と、画像品位が低下して好ましくない）。

【００１０】・画面の高輝度・画像の高精細化といった
ニーズの一方で、小型パネル搭載のプロジェクターでは
機動性を重視すべく装置の小型・軽量化であること。

【００１１】一方、液晶プロジェクター用の投射レンズ
として従来よりズームレンズが種々提案されている。

【００１２】その中でも負の屈折力のレンズ群が先行す
るレトロフォーカス型のズームレンズは、広画角用の撮
影レンズとしてビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタ
ルカメラ等の光学機器に多く用いられている。

【００１３】例えば特公平６−５６４５３号公報では拡
大側より順に負、正、負、負そして正の屈折力のレンズ
群より成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第２
レンズ群は拡大側へ、第３レンズ群は縮小側へ、第４レ
ンズ群は拡大側に凸状の軌跡を描くように各々移動する
変倍時にレンズ全長不変のズームレンズを開示してい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】表示画像をスクリーン
に拡大投射する際、特に液晶表示体に基づく表示画像を
投射レンズにて投射する単板式や３板式のカラー液晶プ
ロジェクターの場合、投射レンズとして、次の事項が要
望される。

【００１５】（ア−１）液晶の配光特性、又は複数の色
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ために、射出瞳が遠方にある所謂
テレンセントリック光学系であること。

【００１６】（ア−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ために、バックフ
ォーカスが長いこと。

【００１７】（ア−３）小型、軽量で高い光学性能を有
すること。

【００１８】前記特公平６−５６４５３号公報で開示さ
れているズームレンズは、第１〜３レンズ群の合成屈折
力が負であり、入射光が発散光束となって第４レンズ群
に入射するため、第４レンズ群を含む後続（縮小側）の
レンズ群の正の屈折力が必然的に強くならざるを得なか
った。この為レトロフォーカスレンズとしての特有の屈
折力配置の非対称性が大きいため収差補正上好ましくな
く、十分に小さい光学系を実現するのが難しい。

【００１９】又、同公報で開示されているズームレンズ
をモバイル液晶プロジェクター用の投射レンズとして適
用するのは、レンズ系全体が大きく、必ずしも十分でな
い。

【００２０】本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつ
つ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を良好
に維持し、又、変倍に伴う諸収差を良好に補正し、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画像投射
装置の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のズーム
レンズは、拡大側より順に第1レンズ群、第２レンズ
群、第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群を有す
るズームレンズであって、第２レンズ群と第３レンズ群
との間に絞りを有し、該絞りより拡大側の屈折力と、該
絞りより縮小側の屈折力が共に正の屈折力であることを
特徴としている。

【００２２】請求項２に記載のズームレンズは、請求項
１に記載の発明において、前記第1レンズ群は負の屈折
力を、前記第２レンズ群は正の屈折力を、前記第３レン
ズ群は負の屈折力を、前記第４レンズ群は負の屈折力
を、前記第５レンズ群は正の屈折力を有することを特徴
としている。

【００２３】請求項３に記載のズームレンズは、請求項
１又は２に記載の発明において、前記第３レンズ群は、
広角端から望遠端への変倍に際して縮小側から拡大側へ
と移動することを特徴としている。

【００２４】請求項４に記載のズームレンズは、拡大側
より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折
力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レン
ズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を
有する第５レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍
に際して前記第３レンズ群は縮小側から拡大側へと移動
することを特徴としている。

【００２５】請求項５に記載のズームレンズは、請求項
４に記載の発明において、第２レンズ群と第３レンズ群
との間に絞りを有し、前記絞りより拡大側の屈折力と前
記絞りより縮小側の屈折力が共に正の屈折力であること
を特徴としている。

【００２６】請求項６に記載のズームレンズは、請求項
１乃至５いずれか１項に記載の発明において、前記第
２、４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍に際して
縮小側から拡大側へと移動することを特徴としている。

【００２７】請求項７に記載のズームレンズは、請求項
１乃至６いずれか１項に記載の発明において、前記第
１レンズ群および第５レンズ群はともに変倍に際して、
縮小側の共役点に対して固定されていることを特徴とし
ている。

【００２８】請求項８に記載のズームレンズは、請求項
１乃至７いずれか１項に記載の発明において、前記第
２レンズ群の広角端での結像倍率をβ２wとしたとき０．２５＜−β２ｗ＜１．０の条件式を満足することを特徴としている。

【００２９】請求項９に記載のズームレンズは、請求項
１乃至８いずれか１項に記載の発明において、前記第
３レンズ群の広角端での結像倍率β３wとしたとき１．０＜β３ｗ＜５．０の条件式を満足することを特徴としている。

【００３０】請求項１０に記載のズームレンズは、請求
項１乃至９いずれか１項に記載の発明において、少なく
とも１枚の非球面レンズを含むことを特徴としている。

【００３１】請求項１１に記載のズームレンズは、請求
項１乃至１０いずれか１項に記載の発明において、アッ
ベ数が８０以上の材料よりなる光学素子を少なくとも１
枚含むことを特徴としている。

【００３２】請求項１２に記載のズームレンズは、請求
項１、２、３又は５乃至１１のいずれか１項に記載の発
明において、前記絞りは、独立に又は該第２レンズ群若
しくは第３レンズ群と一体的に移動することを特徴とし
ている。

【００３３】請求項１３に記載のズームレンズは、請求
項１乃至１２いずれか１項に記載の発明において、前記
第４レンズ群は、拡大側から順に少なくとも１枚の両レ
ンズ面が凹面の負レンズと少なくとも２枚の正レンズを
有することを特徴としている。

【００３４】請求項１４に記載のズームレンズは、請求
項１乃至１３いずれか１項に記載の発明において、広角
端での全系の焦点距離をｆｗ、前記第５レンズ群の焦点
距離をf５としたとき、１．２＜f５／ｆｗ＜２．２の条件式を満足することを特徴としている。

【００３５】請求項１５に記載のズームレンズは、請求
項１乃至１４いずれか１項に記載の発明において、前記
第１レンズ群を光軸上移動させて、フォーカス調整を行
うことを特徴としている。

【００３６】請求項１６に記載のズームレンズは、拡大
側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈
折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レ
ンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力
を有する第５レンズ群を有し、広角端から望遠端への変
倍に際して該第１、第５レンズ群は固定であり、該第
２、第３、第４レンズ群は何れも縮小側から拡大側へ移
動し、該第２、第３レンズ群の広角端での結像倍率を各
々β２ｗ、β３ｗ、該第５レンズ群の焦点距離をｆ５、
全系の広角端の焦点距離をｆｗとする時０．２５＜−β２ｗ＜１．０１．０＜β３ｗ＜５．０１．２＜f５／ｆｗ＜２．２を満足することを特徴としている。

【００３７】請求項１７に記載のズームレンズは、請求
項１６に記載の発明において、前記第２レンズ群と第３
レンズ群との間に変倍に際して、独立に又は該第２レン
ズ群若しくは第３レンズ群と一体的に移動する絞りを有
しており、前記第１レンズ群を移動させてフォーカス調
整をしていることを特徴とする請求項１６のズームレン
ズ。

【００３８】請求項１８に記載の画像投射装置は、請求
項１乃至１７いずれか１項に記載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射していることを特
徴としている。

【００３９】請求項１９に記載の光学機器は、請求項１
乃至１７いずれか１項に記載のズームレンズを用いて画
像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴として
いる。

【００４０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の数値実施例１のズ
ームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェ
クター）の要部概略図である。図２、図３は本発明の後
述する数値実施例１の数値をｍｍ単位で表わした時の物
体距離２．８ｍのときの広角端と望遠端の収差図であ
る。

【００４１】図４は本発明の数値実施例２のズームレン
ズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）
の要部概略図である。図５、図６は本発明の後述する数
値実施例２の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離
２．８ｍのときの広角端と望遠端の収差図である。

【００４２】図７は本発明の数値実施例３のズームレン
ズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）
の要部概略図である。図８、図９は本発明の後述する数
値実施例３の数値をｍｍ単位で表した時の物体距離２．
８ｍの時の広角端と望遠端の収差図である。

【００４３】図１０は本発明の数値実施例４のズームレ
ンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクタ
ー）の要部概略図である。図１１、図１２は本発明の後
述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わしたときの
物体距離２．８ｍの時の広角端と望遠端の収差図であ
る。

【００４４】図１３は本発明の数値実施例５のズームレ
ンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクタ
ー）の要部概略図である。図１４、図１５は本発明の後
述する数値実施例５の数値をｍｍ単位で表わしたときの
物体距離２．８ｍのときの広角端と望遠端の収差図であ
る。

【００４５】本実施形態１〜５における画像投射装置で
はＬＣＤの原画をズームレンズＰＬを用いてスクリーン
面上に投影している状態を示している。

【００４６】画像投射装置の要部概略図において（Ａ）
は広角端、（ｂ）は望遠端を示す。ＰＬはズームレンズ
である。Ｌｌ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）、Ｌ３は負
の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は負の屈折力
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。

【００４７】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）で拡大側に、原画像ＬＣＤは距離の短い
方の共役点（第２共役点）で縮小側に相当している。

【００４８】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。

【００４９】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（不図示）に装着
されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子Ｌ
ＣＤ側はプロジェクター本体に含まれている。

【００５０】本実施形態では広角端（Ａ）から望遠端
（Ｂ）への変倍に際して矢印のように第２群Ｌ２，第３
群Ｌ３そして第４群Ｌ４を第１共役点側（スクリーンＳ
側）へ移動させている。特にズーミングに際し、第１
群、第５群は固定である。又、第１群を光軸上移動させ
てフォーカスを行っている。尚、フォーカスは第５群又
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。

【００５１】本発明のズームレンズは、拡大側より順
に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有
する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、
負の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する
第５レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し
て第３レンズ群は縮小側から拡大側へと移動することを
基本構成としている。

【００５２】本発明では拡大側に負、縮小側に正の屈折
力配置をもつレトロフォーカスタイプをとることによっ
て、長いバックフォーカスを容易に確保している。

【００５３】また、第３レンズ群に関しては、全系に対
して拡大倍率で作用しており広角端から望遠端への変倍
に際して拡大側に移動することにより第２レンズ群の移
動（変倍）による像面位置ずれを補正する効果を有して
いる。

【００５４】本発明の目的とするズームレンズは以上の
構成により達成しているが、さらに光学性能上（収差補
正上）レンズ系全体の小型化等の点から好ましくは次の
諸条件のうち少なくとも１つ又は任意の組み合わせで２
以上を満足させるのが良い。

【００５５】（イ−１）前記第１レンズ群および第５レ
ンズ群はともに変倍に際して、縮小側の共役点に対して
固定されていることである。

【００５６】第１レンズ群および第５レンズ群は共に変
倍に際して、像面（ＬＣＤ）に対して固定してズームレ
ンズ全長を不変とすることで投射レンズ部の堅牢性を確
保し、また変倍時に径の大きなレンズ群が固定されてい
るため重量バランス等の変化が少なく機構面で有利に作
用している。

【００５７】（イ−２）前記第２、第３、第４レンズ群
は広角端から望遠端への変倍に際して全て拡大側へと移
動することである。

【００５８】これによって所定のズーム比を容易に確保
している。

【００５９】（イ−３）前記第１〜３レンズ群の合成屈
折力は正の値を有することである。

【００６０】本発明では第１〜３レンズ群の合成屈折力
は正の値とし、縮小側に配置される正の屈折力を小さく
して、屈折力の非対称性を軽減する構成とし、良好なる
光学性能を得ている。

【００６１】（イ−４）前記第２レンズ群の広角端での
結像倍率をβ２wとしたとき０．２５＜−β２ｗ＜１．０・・・(１) の条件式を満足することである。

【００６２】条件式(１)は、第２レンズ群の倍率（広角
端）を等倍以下で使用することを表しており、下限を超
えると十分なバックフォーカスが得られないことと、ま
たレンズ全長が長くなる等コンパクト化への妨げとな
る。逆に上限を超えるとコンパクト化には有利な構成と
なるが、変倍時の収差変動が大きくなる傾向を示し好ま
しくない。

【００６３】尚、条件式（１）の数値範囲を次のごとく
設定するのがさらに好ましい。

【００６４】０．３＜−β２ｗ＜０．９・・・(１ａ) （イ−５）前記第３レンズ群の広角端での結像倍率β３
wとしたとき１．０＜β３ｗ＜５．０・・・(２) の条件式を満足することである。

【００６５】また条件式(２)は、第３レンズ群の倍率
（広角端）を規定したものであり下限を超えると、第３
レンズ群の屈折力が小さくなりペッツバール和の増大に
つれて像面湾曲が大きくなり所望のバックフォーカスを
確保できなくなるなどの問題が生じてくる。逆に上限を
超えると、負レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ必要以
上のバックフォーカススペースが生まれコンパクト化の
面で好ましくない。

【００６６】尚、条件式（２）の数値範囲を次のごとく
設定するのがさらに好ましい。

【００６７】１．２＜β３ｗ＜３．０・・・(２ａ) （イ−６）少なくとも１枚の非球面レンズを含むことで
ある。

【００６８】レンズ系全体のコンパクト化の実現には各
構成レンズの屈折力増加に伴う諸収差の劣化を補正する
ために、ズームレンズ内部に少なくとも１枚の非球面レ
ンズを採用することがよい。

【００６９】ガラスモールドタイプかレプリカ非球面等
を選ぶことが好ましいが、解像度の目標と、非球面レン
ズの敏感度（がのろい場合）によっては、プラスチック
非球面レンズとしてもよい。

【００７０】（イ−７）アッベ数が８０以上の材料より
なる光学素子を少なくとも１枚含むことである。

【００７１】アッベ数が８０以上の材料よりなる光学素
子を少なくとも１つ採用することによって、小型化に伴
い各群の屈折力が増すことによる色収差の劣化(特に可
視光短波長側の倍率青色収差)を良好に補正することが
容易となる。

【００７２】（イ−８）前記第２レンズ群と第３レンズ
群との間に変倍に際して、独立に又は該第２レンズ群若
しくは第３レンズ群と一体的に移動する絞りを有してい
ることである。

【００７３】これによれば変倍に伴う収差変動の補正が
容易となる。

【００７４】絞りは本来独立に設けても良いが、変倍の
際カム溝が追加される等生産上要件を併せて考えると、
第２または３レンズ群内といった変倍レンズ群内に配置
されていれば、変倍時の収差変動を効率良く補正するこ
とが可能となる。

【００７５】（イ−９）前記第４レンズ群は、拡大側か
ら順に少なくとも１枚の両レンズ面が凹面の負レンズと
少なくとも２枚の正レンズを有することである。

【００７６】絞りからみて縮小側に配置される第４レン
ズ群には、拡大側から順に両レンズ面が凹面の負レン
ズ、および少なくとも２枚の正レンズにより構成してい
る。これにより、軸上光線高さが小さくなる位置に強い
負の屈折力を持ったレンズを配置することにより効率良
くペッツバール和を小さく抑えている。また、正レンズ
は絞りから縮小側に配置された負レンズ群で跳ね上げら
れた光線を緩やかに屈曲させて良好なテレセントリック
性能を持たせるのが良い。この為少なくとも２枚以上の
正レンズで構成し、ペッツバール和を小さくするために
はなるべく高屈折率材料を用いるのが好ましい。

【００７７】（イ−１０）広角端での全系の焦点距離を
ｆｗ、前記第５レンズ群の焦点距離をf５としたとき、１．２＜f５／ｆｗ＜２．２・・・(３) の条件式を満足することである。

【００７８】第５レンズ群を像面近傍に付加することに
より、第１〜４レンズ群の合成屈折力を弱める作用を
し、高画角化および大口径化に有利な作用をさせてい
る。条件式(３)の下限をこえると第５レンズ群の屈折力
が大きくなりすぎ、歪曲および内向性コマフレア等が大
きくなる。また逆に上限をこえると第５レンズ群の屈折
力が小さくなりすぎ、第１〜４レンズ群の屈折力を弱め
る効果が少なくなり、高性能化の効果がうすれてくるの
で好ましくない。また、なるべく高屈折率材料のレンズ
を採用することが望ましい。

【００７９】尚、条件式（３）の数値範囲を次のごとく
設定するのがさらに好ましい。

【００８０】１．３＜f５／ｆｗ＜１．８・・・(３ａ) （イ−１１）前記第１レンズ群を光軸上移動させて、フ
ォーカス調整を行うことである。

【００８１】拡大側の投影距離に応じたフォーカス機構
は第１レンズ群で担うことによって、最も簡易的な機構
でズームレンズを実現している。

【００８２】（イ−１２）第４レンズ群は変倍時の収差
変動を小さくするために、絞りの動きに沿った方向つま
り拡大側へと移動させて、主に変倍時の像面位置補正の
機能を有するのが良い。

【００８３】又、各レンズ群倍率分担により、第２〜４
レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して全て拡大
側へ移動させるのが良い。

【００８４】尚、本発明のズームレンズでは前述の基本
構成の他に（ウ−１）拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レ
ンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力
を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ
群、正の屈折力を有する第５レンズ群を有し、広角端か
ら望遠端への変倍に際して該第１、第５レンズ群は固定
であり、該第２、第３、第４レンズ群は何れも縮小側か
ら拡大側へ移動し、該第２、第３レンズ群の広角端での
結像倍率を各々β２ｗ、β３ｗ、該第５レンズ群の焦点
距離をｆ５、全系の広角端の焦点距離をｆｗとする時０．２５＜−β２ｗ＜１．０・・・(１) １．０＜β３ｗ＜５．０・・・(２) １．２＜f５／ｆｗ＜２．２・・・(３) を満足させるようにしても目的とするズームレンズを得
ることができる。

【００８５】又条件式（１）〜（３）の数値範囲を前述
の（１ａ）〜（３ａ)とすることも同様である。

【００８６】条件式（１）〜（３）の技術的な意味は前
述したのと同様である。

【００８７】（ウ−２）又、更に好ましくは前記第２レ
ンズ群と第３レンズ群との間に変倍に際して、独立に又
は該第２レンズ群若しくは第３レンズ群と一体的に移動
する絞りを有しており、前記第１レンズ群を移動させて
フォーカス調整をしていることが良い。

【００８８】また、本発明のズームレンズは、絞りの拡
大側と縮小側のそれぞれの合成屈折力が正の屈折力にな
っている。このことにより、屈折力の強いレンズ群を有
するのを避けることができ、収差補正上有利な構成とな
っている。

【００８９】次に本発明の各実施例の具体的な構成につ
いて説明する。

【００９０】（第１の実施例）本実施例において、物体
側より順に負、正、負、負、正の屈折力の５群構成にて
成っている。

【００９１】また、広角端から望遠端への変倍に際し
て、第１レンズ群および第５レンズ群は固定されており
全長一定である。第２〜４レンズ群は拡大側に独立に移
動している。またスクリーン上での照度を確保するため
にも、各レンズ面には多層コートを採用している。これ
らの構成は以下の各実施例において全く同様である。

【００９２】第１レンズ群内構成は、拡大側より負、
負、正レンズの３枚構成であり拡大側レンズ径を小さく
設計することが可能となる。また、主平面位置が拡大側
に寄ることに起因して第２レンズ群の倍率を所望仕様の
範囲内で小さくできるため収差補正上有利となってい
る。

【００９３】第２レンズ群に関しては、主たる変倍レン
ズ群の役割を担っており大きな屈折力が与えられている
都合上、構成される正レンズには屈折率の高い硝子材を
用いている。これによってペッツバール和および変倍時
の球面収差等の収差変動を小さくしている。大口径レン
ズで高い空間周波数でのレスポンスが要求されると許容
錯乱(ボケ)径が小さくなり、それに伴って深度が浅くな
る。このため、中間像高等での像面湾曲および非点収差
が大きいと解像感が急激に劣化するため屈折率の高い材
質を用いペッツバール和を小さくしている。

【００９４】可視光広帯域にて倍率色収差を良好に補正
するためにも正レンズには異常分散性を有するランタン
系の重フリント材を用い、これによって色にじみをなく
している。この変倍を担う第２レンズ群は全変倍領域で
の倍率が−０．５６〜−０．６５と反転縮小倍率で使用
している。

【００９５】第３レンズ群は、広角端から望遠端への変
倍に関して拡大側に移動する。全変倍領域での倍率は1.
35〜1.38と拡大倍率で作用しており、前記拡大側に移動
することにより、わずかながらも増倍作用とともに前記
第２レンズ群の変倍による像面位置ずれを補正してい
る。なお、絞りは、第３レンズ群内に存在し、変倍時第
３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差変
動をおさえている。

【００９６】第４レンズ群は、変倍に伴う像面位置ずれ
を補正する役割を担っている。

【００９７】本実施例では１枚の両レンズ面が凹面の負
レンズおよび２枚の正レンズで構成されており、最も拡
大側に強い負の屈折力を与えている。この強い負の屈折
力により、効率よくペッツバール和を小さくする作用を
する。さらに主平面位置を液晶表示装置側に配置できる
ことから瞳に関して良好なテレセントリック性能および
長いバックフォーカスの確保の面にて有利に作用してい
る。

【００９８】変倍全域に関して第４レンズ群倍率は等倍
以上であり第２および３レンズ群と同じ拡大側へ移動し
ている。

【００９９】第５レンズ群は、単一の正レンズで構成
し、広角端から望遠端への変倍に関して固定しており、
第１〜４レンズ群の屈折力を小さく設計できる作用をし
ている。

【０１００】なお、収差図は本実施例のレトロフォーカ
ス型のズームレンズを第１レンズ群により物体距離２.
８ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収
差図を示している。これは以下の各実施例において同じ
である。

【０１０１】（第２の実施例）本実施例では、第１実施
例に対して第２レンズ群の構成を負、正、正レンズの３
枚で構成しており、第１レンズ群との間の大きな主平面
間隔によって、屈折力を稼ぐことができており、第２レ
ンズ群の作用倍率は小さくなっている。

【０１０２】その他の点に関しては、第１実施例と略同
じなので詳細な説明は省略する。

【０１０３】（第３の実施例）本実施例では、第１レン
ズ群の構成は正、負、負レンズと最も拡大側に正レンズ
を配置することによってわずかな正の屈折力付加によっ
て主にレトロフォーカス型のレンズに特有の歪曲収差を
効率よく補正している。そのため、第１レンズ群の負の
屈折力は第１実施例などと比較すると大きくなり、フォ
ーカスの際の第１レンズ群の移動量も少なくなり、諸収
差のフォーカス変動も小さく抑えやすくなっている。

【０１０４】第１レンズ群構成によって、第２レンズ群
は第１実施例と比較すると大きな屈折力を与えられてお
り、高い屈折率を持った正レンズを３枚配置して収差の
発生をなるべく少なくするような構成としている。ま
た、第１実施例とくらべると、前述の第１レンズ群の構
成もあり第２レンズ群は大きな倍率で作用している。な
お、絞りは本実施例の場合、第２レンズ群内に存在し、
変倍時第２レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸
外収差変動をおさえている。

【０１０５】また第３レンズ群に関しては、単一の負レ
ンズで構成しており、本実施例では主に第２レンズ群に
関する変倍による像面位置ずれを補正する役目を担って
いる。

【０１０６】その他の点に関しては、第１実施例と略同
じなので詳細な説明は省略する。

【０１０７】（第４の実施例）本実施例では第１実施例
と比較して、非球面を用いていること、第２レンズ群の
屈折力を大きくすることによってズーム比を拡大してい
る点が大きく異なっている。特に変倍時の収差変動を抑
える目的にて第２レンズ群の最も拡大側に配置される正
レンズに関して非球面を採用している。この場合、ガラ
スモールドタイプの非球面ではあるが、必ずしもこの限
りではなく硝種の制限を受けないレプリカタイプの非球
面であってもよい。なお、絞りは、第２レンズ群内に存
在し、変倍時第２レンズ群とともに移動しており、変倍
時の軸外収差変動をおさえている。

【０１０８】その他の点に関しては、第１実施例と略同
じなので詳細な説明は省略する。

【０１０９】（第５の実施例）第１実施例と比較して広
角となっており、画角の増大に伴う主にレトロフォーカ
スタイプのレンズに特有の歪曲収差を第１レンズ群の最
も拡大側の負レンズ、および第５レンズ群にそれぞれ１
枚ずつ非球面を採用して補正している。この場合も、ガ
ラスモールドタイプの非球面を採用しているが、この限
りではなくレプリカタイプの非球面であってもよい。

【０１１０】屈折力配置としては、第１実施例と比較し
て主に第２レンズ群の屈折力が大きくなるとともに、第
２レンズ群での作用倍率が小さくなっていることによっ
て広角化を実現している。なお、絞りは、第２レンズ群
内に存在し、変倍時第２レンズ群とともに移動してお
り、変倍時の軸外収差変動をおさえている。

【０１１１】また、第４レンズ群の貼合わせ正レンズに
商品名ＦＫ０１材を採用していることによって、特に可
視光青側の倍率色収差を良好に補正している。これによ
って画面周辺部分での特に青色の色にじみ、フレアを低
減している。特に液晶プロジェクターの場合、瞳中心近
傍の光束は強度が高く水銀紫輝線スペクトル近傍まで十
分に補正されていることが必要である。本実施例では、
これを良好に補正している。

【０１１２】その他の点に関しては、第１実施例と略同
じなので詳細な説明は省略する。

【０１１３】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番目の面の
曲率半径、Ｄｉはスクリーン側より第ｉ番目の光学部材
の材質の屈折率とアッベ数である。

【０１１４】又、非球面形状はレンズ面の中心部の曲率
半径をＲとし、光軸方向(光の進行方向）をＸ軸とし、
光軸と垂直方向をＹ軸、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各々非球面係
数としたとき、

【０１１５】

【数１】

【０１１６】なる式で表している。又、「ｅ−Ｘ」は
「×１０^-X」を意味している。

【０１１７】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。

【０１１８】

【外１】

【０１１９】

【外２】

【０１２０】

【外３】

【０１２１】

【外４】

【０１２２】

【外５】

【０１２３】

【表１】

【０１２４】以上説明したように、本発明の各実施例に
よれば縮小側にて良好なテレセントリック性能を有し、
高解像・低歪曲で、可視光広帯域にて倍率色収差が良好
に補正されたコンパクトなレトロフォーカス型のズーム
レンズを実現している。

【０１２５】図１６は本発明の画像投射装置の実施形態
の要部概略図である。

【０１２６】同図は前述したズームレンズを３板式のカ
ラー液晶プロジェクターに適用し複数の液晶表示素子に
基づく複数の色光の画像情報を色合成手段を介して合成
し、投射レンズでスクリーン面上に拡大投射する画像投
射装置を示している。図１６においてカラー液晶プロジ
ェクター１はＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル５Ｂ、５
Ｇ、５ＧからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプ
リズム２で１つの光路に合成し、前述したズームレンズ
より成る投影レンズ３を用いてスクリーン４に投影して
いる。

【０１２７】図１７は本発明の光学機器の実施形態の要
部概略図である。本実施形態ではビデオカメラ、フィル
ムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器
に撮影レンズとして前述したズームレンズを用いた例を
示している。

【０１２８】図１７においては被写体９の像を撮影レン
ズ８で感光体７に結像し、画像情報を得ている。

【０１２９】

【発明の効果】本発明によれば、レンズ系全体の小型化
を図りつつ、全変倍域にわたり良好なテレセントリック
性を維持し、又、変倍に伴う諸収差を良好に補正し、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画像投
射装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値実施例１のズームレンズを用い
た画像投射装置の要部概略図。

【図２】本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの広角端
の収差図。

【図３】本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの望遠端
の収差図

【図４】本発明の数値実施例２のズームレンズを用い
た画像投射装置の要部概略図。

【図５】本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの広角端
の収差図。

【図６】本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの望遠端
の収差図

【図７】本発明の数値実施例３のズームレンズを用い
た画像投射装置の要部概略図。

【図８】本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの広角端
の収差図。

【図９】本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単
位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの望遠端の
収差図

【図１０】本発明の数値実施例４のズームレンズを用い
た画像投射装置の要部概略図。

【図１１】本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ
単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの広角端
の収差図。

【図１２】本発明の数値実施例４のズームレンズをｍ
ｍ単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの望遠
端の収差図

【図１３】本発明の数値実施例５のズームレンズを用
いた画像投射装置の要部概略図。

【図１４】本発明の数値実施例５のズームレンズをｍ
ｍ単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの広角
端の収差図。

【図１５】本発明の数値実施例５のズームレンズをｍ
ｍ単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの望遠
端の収差図

【図１６】本発明の画像投射装置をカラー液晶プロジ
ェクターに適用したときの実施形態の要部概略図

【図１７】本発明の光学機器の実施形態の要部概略図

【符号の説明】

Ｌ１第１レンズ群Ｌ２第２レンズ群Ｌ３第３レンズ群Ｌ４第４レンズ群Ｌ５第５レンズ群ＡＳＰ非球面ＬＣＤ液晶表示装置（像面）ＳＰ絞りＧＢ硝子ブロック(色合成プリズム) ΔＳＳａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ ΔＭＭｅｒｉｄｉｏｎａｌ像面の倒れ１液晶プロジェクター２色合成手段３投射レンズ４スクリーン５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ）液晶パネル６撮像装置７撮像手段８撮影レンズ９被写体

フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA01 KA06 KA07 MA12 NA02 PA09 PA10 PA11 PA12 PA18 PA19 PA20 PB12 PB13 QA02 QA07 QA17 QA22 QA25 QA34 QA41 QA45 RA05 RA12 RA36 RA43 RA44 RA45 SA44 SA46 SA50 SA53 SA55 SA63 SA64 SA65 SA72 SA76 SB04 SB14 SB15 SB22 SB23 SB34 SB42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】拡大側より順に第1レンズ群、第２レン
ズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群を有
するズームレンズであって、第２レンズ群と第３レンズ
群との間に絞りを有し、該絞りより拡大側の屈折力と、
該絞りより縮小側の屈折力が共に正の屈折力であること
を特徴とするズームレンズ。
【請求項２】前記第1レンズ群は負の屈折力を、前記
第２レンズ群は正の屈折力を、前記第３レンズ群は負の
屈折力を、前記第４レンズ群は負の屈折力を、前記第５
レンズ群は正の屈折力を有することを特徴とする請求項
１に記載のズームレンズ。
【請求項３】前記第３レンズ群は、広角端から望遠端
への変倍に際して縮小側から拡大側へと移動することを
特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
【請求項４】拡大側より順に、負の屈折力を有する第
１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈
折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レ
ンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群を有し、広角
端から望遠端への変倍に際して前記第３レンズ群は縮小
側から拡大側へと移動することを特徴とするズームレン
ズ。
【請求項５】第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞
りを有し、前記絞りより拡大側の屈折力と前記絞りより
縮小側の屈折力が共に正の屈折力であることを特徴とす
る請求項４に記載のズームレンズ。
【請求項６】前記第２、４レンズ群は、広角端から望
遠端への変倍に際して縮小側から拡大側へと移動するこ
とを特徴とする請求項１乃至５に記載のズームレンズ
【請求項７】前記第１レンズ群および第５レンズ群は
ともに変倍に際して、縮小側の共役点に対して固定され
ていることを特徴とする請求項１乃至６に記載のズーム
レンズ。
【請求項８】前記第２レンズ群の広角端での結像倍率
をβ２wとしたとき０．２５＜−β２ｗ＜１．０の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７い
ずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項９】前記第３レンズ群の広角端での結像倍率
β３wとしたとき１．０＜β３ｗ＜５．０の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８の
いずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】少なくとも１枚の非球面レンズを含む
ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の
ズームレンズ。
【請求項１１】アッベ数が８０以上の材料よりなる光学
素子を少なくとも１枚含むことを特徴とする請求項１乃
至１０いずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１２】前記絞りは、独立に又は該第２レンズ
群若しくは第３レンズ群と一体的に移動することを特徴
とする請求項１、２、３又は５乃至１１のいずれか１項
に記載のズームレンズ。
【請求項１３】前記第４レンズ群は、拡大側から順に
少なくとも１枚の両レンズ面が凹面の負レンズと少なく
とも２枚の正レンズを有することを特徴とする請求項１
乃至１２いずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１４】広角端での全系の焦点距離をｆｗ、前
記第５レンズ群の焦点距離をf５としたとき、１．２＜f５／ｆｗ＜２．２の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１３
いずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１５】前記第１レンズ群を光軸上移動させ
て、フォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１乃
至１４いずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１６】拡大側より順に、負の屈折力を有する
第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の
屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４
レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群を有し、広
角端から望遠端への変倍に際して該第１、第５レンズ群
は固定であり、該第２、第３、第４レンズ群は何れも縮
小側から拡大側へ移動し、該第２、第３レンズ群の広角
端での結像倍率を各々β２ｗ、β３ｗ、該第５レンズ群
の焦点距離をｆ５、全系の広角端の焦点距離をｆｗとす
る時０．２５＜−β２ｗ＜１．０１．０＜β３ｗ＜５．０１．２＜f５／ｆｗ＜２．２を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項１７】前記第２レンズ群と第３レンズ群との
間に変倍に際して、独立に又は該第２レンズ群若しくは
第３レンズ群と一体的に移動する絞りを有しており、前
記第１レンズ群を移動させてフォーカス調整をしている
ことを特徴とする請求項１６のズームレンズ。
【請求項１８】請求項１乃至１７いずれか１項に記載
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
投射していることを特徴とする画像投射装置。
【請求項１９】請求項１乃至１７いずれか１項に記載
のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成
していることを特徴とする光学機器。