JP2002182110A - ズームレンズ及びそれを用いた画像投影装置及び撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを用いた画像投影装置及び撮像装置

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JP2002182110A JP2000382025A JP2000382025A JP2002182110A JP 2002182110 A JP2002182110 A JP 2002182110A JP 2000382025 A JP2000382025 A JP 2000382025A JP 2000382025 A JP2000382025 A JP 2000382025A JP 2002182110 A JP2002182110 A JP 2002182110A
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lens
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶プロジェクタなどの画像投影装置で投影
レンズとして使われるズームレンズの全系を、色収差な
どの諸収差を十分に補正しつつ今まで以上に小型化する
こと。 【解決手段】 投影レンズとして使われるズームレンズ
が、拡大共役側より順に負の屈折力の第１群、負の屈折
力の第２群、正の屈折力の第３群、負の屈折力の第４
群、回折光学素子を少なくとも１つ含む正の屈折力の第
５群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し第２群、
第３群、第４群が移動するような構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
等において、液晶パネル等の画像形成装置により形成し
た原画を拡大投影するための投射レンズに好適なズーム
レンズに関し、特に５群以上で構成されるズームレンズ
に回折光学素子を用いたズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の液晶プロジェクタは高精細化及び
小型化の面での向上が著しく、それに伴い液晶プロジェ
クタに使用する投影光学系にも、今まで以上に高性能な
ものが要求されるようになってきた。特に画質の良し悪
しを大きく左右する倍率色収差の補正に対する要求はか
なり厳しくなってきているのが現状である。
【０００３】従来より、前記の問題を解決すべく様々な
光学系が提案されてきた。最近では、色収差、特に倍率
色収差を補正する方法として、回折作用を有する回折光
学素子を投影光学系に用いる提案がなされている。
【０００４】例えば、特開２０００−１９４００では、
液晶プロジェクタの投影光学系用のズームレンズに回折
光学素子を用いたズームレンズを提案している。このズ
ームレンズは、拡大共役側から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、正の屈折力の第５群を有するズームレン
ズに回折光学素子を導入したものである。この従来例に
おいて、ズームレンズ中に回折光学素子を適切に配する
ことにより、非点収差及び歪曲収差が少なく、且つ高精
細の液晶に対応し、倍率色収差が良好に補正されたズー
ムレンズが得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開２０００-１９４００においては、広角端から望遠端
に変倍する際、変倍群である第２群の縮小共役側から拡
大共役側への移動量を十分に小さくすることができなか
ったため、レンズ全系の小型化という点では不十分であ
った。
【０００６】そこで、本発明では、液晶プロジェクタの
投影レンズ等に使用するのに好適なズームレンズであっ
て、諸収差及び色収差（特に倍率色収差）を十分に補正
した上で、レンズ全系の小型化を実現したズームレンズ
の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】（１）本発明のズームレ
ンズは、拡大共役側より順に負の屈折力の第１群、変倍
の際に移動する負の屈折力の第２群、第３群、第４群、
第５群を有するズームレンズにおいて、該ズームレンズ
は回折光学素子を少なくとも１つ有していることを特徴
としている。尚、この際、拡大共役側とは共役長が長い
側のことで、縮小共役側とは共役長が短い側のことを表
している。
【０００８】（２）さらに、（１）のズームレンズにお
いて、第３群は正の屈折力、第４群は負の屈折力、第５
群は正の屈折力を有していると尚良い。
【０００９】（３）また、（１）又は（２）のズームレ
ンズにおいて、前記ズームレンズは第６群を有し、前記
第５群が変倍の際に移動すると好ましい。
【００１０】（４）また、（１）乃至（３）のいずれか
のズームレンズにおいて、前記ズームレンズが正の屈折
力の第６群を有していると尚良い。
【００１１】（５）また、（１）乃至（４）のいずれか
のズームレンズにおいて、前記ズームレンズは変倍の際
に移動する絞りを有していると好ましい。
【００１２】（６）また、（１）乃至（５）のいずれか
のズームレンズにおいて、前記ズームレンズは前記第３
群と前記第４群との間に絞りを有しているとさらに望ま
しい。
【００１３】（７）また、（５）又は（６）のズームレ
ンズにおいて、前記絞りは、変倍の際に前記第３群と共
に移動するとより好ましい。
【００１４】（８）また、（５）乃至（７）のいずれか
のズームレンズにおいて、前記回折光学素子は、前記絞
りよりも縮小共役側に配されていると尚良い。
【００１５】（９）また、（１）乃至（８）のいずれか
のズームレンズにおいて、前記回折光学素子は、前記第
５群内に配置されていることが望ましい。
【００１６】（１０）また、（１）乃至（９）のいずれ
かのズームレンズにおいて、前記第１群の焦点距離をf
１、全系の広角端の焦点距離をfwとした時、-０.５０ <
fw / f１ < -０.０１を満足していることが望ましい。
【００１７】（１１）また、（１）乃至（１０）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変
倍に際して、第４群が拡大共役側から縮小共役側へ移動
することが好ましい。
【００１８】（１２）また、（１）乃至（１１）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端における第３群と
第４群の間隔をd３W、望遠端における第３群と第４群の
間隔をd３Tとする時、０.０５ < d３W / d３T < ０.６
０を満足するとさらに望ましい。
【００１９】（１３）また、（１）乃至（１２）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変
倍に際して、該第２群が縮小共役側から拡大共役側へ移
動すると尚良い。
【００２０】（１４）また、（１）乃至（１３）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変
倍に際する第２群の移動量をM２、広角端から望遠端へ
の変倍に際する第４群の移動量をM４とする時、０.０５
< ｜ M２ / M４ | < １.０を満足することが望まし
い。
【００２１】（１５）また、（１）乃至（１４）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変
倍に際する前記第３群、前記第４群の移動量をＭ３、Ｍ
４とする時、０.０１ < ｜ M３ / M４ ｜ ＜１.０を満
足すると尚良い。
【００２２】（１６）また、（１）乃至（１５）のいず
れかのズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変
倍に際して、ズームレンズの両端の群が固定されている
ことが好ましい。
【００２３】（１７）また、（１）乃至（１６）のいず
れかのズームレンズにおいて、前記第２群は、１枚の正
レンズと１枚の負レンズ、若しくは１枚の負レンズによ
り構成されているとより好ましい。
【００２４】（１８）また、（１）乃至（１７）のいず
れかのズームレンズにおいて、前記第３群は、１枚の正
レンズにより構成されていると尚良い。
【００２５】（１９）また、（１）乃至（１８）のいず
れかのズームレンズにおいて、該第４群は、１枚の負レ
ンズにより構成されていることが望ましい。
【００２６】（２０）また、（１）乃至（１９）のいず
れかのズームレンズにおいて、前記第１群が拡大共役側
より順に正レンズ、負レンズ、負レンズの３枚若しくは
正レンズ、正レンズ、負レンズの３枚から形成されてい
ることが好ましい。 （２１）また、（１）乃至（２０）のいずれかのズーム
レンズにおいて、前記回折光学素子が一つの回折格子か
ら成っていても良い。 （２２）また、（１）乃至（２０）のいずれかのズーム
レンズにおいて、前記回折光学素子が複数の回折格子を
積層して形成されていても良い。 （２３）また、（１）乃至（２０）のいずれかのズーム
レンズにおいて、前記回折光学素子は、格子厚が等しい
二つの回折格子を向かい合わせに組み合わせて形成し、
前記回折光学素子表面を平坦にしていると望ましい。 （２４）また、（１）乃至（２０）のいずれかのズーム
レンズにおいて、前記回折光学素子は、複数の回折格子
を組み合わせて形成していても良い。
【００２７】（２５）また、（１）乃至（２０）のいず
れかのズームレンズにおいて、前記回折光学素子は、複
数の回折格子を空気を介して向かい合わせて形成されて
いても良い。
【００２８】（２６）の画像投影装置は、（１）乃至
（２０）のいずれかのズームレンズを有し、該ズームレ
ンズにより縮小側の共役位置に配置された原画の像を被
投影面に投影することを特徴としている。
【００２９】（２７）また、（２６）の画像投影装置に
おいて、前記原画は液晶パネルであっても良い。
【００３０】（２８）の撮像装置は、請求項１乃至２５
いずれか１項記載のズームレンズを有し、該ズームレン
ズを用いて、縮小側の共役位置にある感光体に物体の像
を投影することを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】次に図面を用いて本願発明のズー
ムレンズの実施形態について説明する。ただし、本願発
明のズームレンズには、本願明細書中に記載した以外に
も多種の実施形態がありうる。ここでは、本発明のズー
ムレンズを主に液晶プロジェクタの投影光学系に適用し
た場合の実施形態に関して述べることにする。まずすべ
ての実施例に共通する特徴について説明する。
【００３２】本発明に係るズームレンズを達成するため
には、以下の条件式を満足するとより好ましい。
【００３３】 -０.５０ < fw / f１ < -０.０１ …………… ここで、f１は第１群の焦点距離、fwは全系の広角端の
焦点距離である。
【００３４】条件式は、広角端における全系の焦点距
離と第１群の焦点距離に関するものである。条件式の
下限値を超えると、第１群の負の屈折力が強くなり過
ぎ、像面湾曲がオーバー側に発生するようになってしま
い好ましくない。条件式の上限値を超えると、第１群
の負の屈折力が弱くなり過ぎ、全系で短い焦点距離を実
現することが困難となり、像を投影する際の投影距離が
長くなってしまい好ましくない。
【００３５】更に、以下の条件式を満足するとより好ま
しい。
【００３６】 -１.０ < fw / f２ < -０.１０ …………… ここで、fwは広角端における全系の焦点距離を表し、f
２は第２群の焦点距離を各々表している。
【００３７】条件式は、広角端における全系の焦点距
離と第２群の焦点距離に関するものである。条件式の
下限値を超えると、第２群の負の屈折力が強くなり過
ぎ、これに伴って他のレンズ群の屈折力も強める必要が
あり、レンズ系のコンパクト化には有利であるが、各レ
ンズ群で発生する収差が増大し、これをバランス良く補
正することが困難となり好ましくない。条件式の上限
値を超えると、第２群の負の屈折力が弱くなり過ぎ、変
倍に伴うレンズ群の移動量が増大し、レンズ全長が長く
なると伴にレンズ外径も増大してくるので好ましくな
い。
【００３８】更に、以下の条件式を満足するとより好ま
しい。
【００３９】 ０.５０ < fw / f３ < １.５ …………… ここで、fwは広角端における全系の焦点距離を表し、f
３は第３群の焦点距離を各々表している。
【００４０】条件式は、広角端における全系の焦点距
離と第３群の焦点距離に関するものである。条件式の
下限値を超えると、第３群の屈折力が弱くなり過ぎ、変
倍に伴う各レンズ群の移動量が増大し、レンズ全長が長
くなると伴にレンズ外径も増大し好ましくない。条件式
の上限値を超えると、第３群の屈折力が強くなり過
ぎ、レンズ系全体は小型化するが、第３群から球面収差
等の諸収差の発生が多くなり、これを他のレンズ群で補
正するのが困難になるので好ましくない。
【００４１】また、全変倍範囲にわたり良好なる光学性
能を得るには、以下の条件式を満足することが望まし
い。
【００４２】 ０.０５ < d３W / d３T < ０.６０ …………… ここで、d３Wは広角端における第３群と第４群の間隔で
あり、d３Tは望遠端における第３群と第４群の間隔を表
している。
【００４３】条件式は、広角端と望遠端における第３
群と第４群の間隔に関するものである。条件式の上限
値を超えて、広角端における第３群と第４群の間隔が大
きくなり過ぎると、レンズ全長が増大し後玉径が増大す
るので好ましくない。条件式の下限値を超えて、広角
端における第３群と第４群の間隔が小さくなり過ぎる
と、ズーミング中射出瞳の位置が大きく変動するので、
好ましくない。
【００４４】また、以下の条件式を満足すると、更に光
学性能が良くなる。
【００４５】 １.０ < d１W / d１T < ３.０ …………… ここで、d１Wは広角端における第１群と第２群の間隔で
あり、d１Tは望遠端における第１群と第２群の間隔を表
している。
【００４６】条件式は、広角端と望遠端における第１
群と第２群の間隔に関するものである。条件式の上限
値を超えて、広角端における第１群と第２群の間隔が大
きくなり過ぎると、レンズ全長が増大するので好ましく
ない。条件式の下限値を超えて、広角端における第１
群と第２群の間隔が小さくなり過ぎると、前玉径が増大
するので好ましくない。
【００４７】以上の良好な光学性能を満たしつつ、レン
ズ全長の小型化を図るには、広角端から望遠端への変倍
に際して、各群の移動量の絶対値が以下の条件式を満足
していることが望ましい。
【００４８】 ０.０５ < ｜ M２ / M４ | < １.０ …………… ここで、M２は広角端から望遠端への変倍に際する第２
群の移動量であり、M４は広角端から望遠端への変倍に
際する第４群の移動量を表している。
【００４９】条件式は、変倍に伴う第２群の移動量と
第４群の移動量に関するものである。条件式の上限値
を超え第２群の移動量が大きくなると、前玉径が大きく
なるので好ましくない。条件式の下限値を超え第２群
の移動量が小さくなると、所定の変倍比を確保すること
ができなくなり好ましくない。
【００５０】更に、以下の条件式を満足すると、更なる
レンズ全長の小型化が可能になる。
【００５１】 ０.０１ < ｜ M３ / M４ | < １.０ …………… ここで、M３は広角端から望遠端への変倍に際する第３
群の移動量であり、M４は広角端から望遠端への変倍に
際する第４群の移動量を表している。
【００５２】条件式は、変倍に伴う第３群の移動量と
第４群の移動量に関するものである。条件式の上限値
を超え第３群の移動量が大きくなると、レンズ全長が長
くなり好ましくない。条件式の下限値を超え第３群の
移動量が小さくなると、所定の変倍比を確保することが
できなくなり好ましくない。
【００５３】かかる構成を前提として、以下に第１から
第４まで４つの数値実施例について図面を用いて詳細に
説明する。数値実施例において、riは拡大共役側より順
に第i番目のレンズ面の曲率半径、diは拡大共役側より
順に第i番目のレンズ厚及び空気間隔、niとviは各々拡
大共役側より順に第i番目のレンズのガラス屈折率とア
ッベ数を表している。図１から図４は、本発明の数値実
施例１から４のレンズ断面図である。各図において、拡
大共役側がスクリーン側にあたり、縮小共役側が液晶パ
ネル側にあたる。また、図１、２中のＬ１からＬ５は第
１群から第５群の各群を表し、図３、４中のＬ１からＬ
６は第１群から第６群の各群を表している。SPは絞りで
あり、各実施例とも第３群Ｌ３と第４群Ｌ４の間に存在
する。また、GBは色合成プリズムや偏光フィルタ、そし
てカラーフィルタ等のガラスブロックである。矢印は広
角端から望遠端への変倍を行う際の各レンズ群の移動軌
跡を示している。また、図５〜７、図８〜１０、図１１
〜１３、図１４〜１６は各実施例１〜４に対応する広角
端、中間位置、望遠端の各収差図を表しており、各図中
のB、G、Rはそれぞれ４７０nm、５５０nm、６５０nmの
波長の光を、ΔM、ΔSはメリジオナル像面、サジタル像
面を示している。
【００５４】（数値実施例１）図１に数値実施例１のレ
ンズ断面図を示す。拡大共役側より順に負の屈折力の第
１群Ｌ１、負の屈折力の第２群Ｌ２、正の屈折力の第３
群Ｌ３、負の屈折力の第４群Ｌ４、正の屈折力の第５群
Ｌ５の５群構成であり、該第５群Ｌ５に回折光学素子を
導入した例である。
【００５５】この時、各群のレンズ構成として、第１群
Ｌ１は拡大共役側より順に正レンズ、負レンズ、負レン
ズの３枚、第２群Ｌ２は正レンズと負レンズの２枚、第
３群Ｌ３は１枚の正レンズ、第４群Ｌ４は１枚の負レン
ズ、第５群は負レンズ、正レンズの貼り合せレンズと正
レンズ２枚より構成されている。広角端から望遠端への
変倍に際して、第２群Ｌ２は拡大共役側に、第３群Ｌ３
は拡大共役側に、第４群Ｌ４は縮小共役側に移動してい
る。尚、その際、該第１群Ｌ１と該第５群Ｌ５は固定で
ある。また、第１群Ｌ１を移動させてフォーカスを行っ
ている。
【００５６】（数値実施例２）図２に数値実施例２のレ
ンズ断面図を示す。図１の数値実施例１と同様に、拡大
共役側より順に負の屈折力の第１群Ｌ１、負の屈折力の
第２群Ｌ２、正の屈折力の第３群Ｌ３、負の屈折力の第
４群Ｌ４、正の屈折力の第５群Ｌ５の５群構成であり、
第５群Ｌ５に回折光学素子を導入した例である。
【００５７】この時、各群のレンズ構成として、第１群
Ｌ１は拡大共役側より順に正レンズ、負レンズ、負レン
ズの３枚から、第２群Ｌ２は１枚の負レンズから、第３
群Ｌ３は１枚の正レンズから、第４群Ｌ４は１枚の負レ
ンズから、第５群Ｌ５は負レンズと正レンズの貼り合せ
レンズと正レンズ２枚から構成されている。前記数値実
施例１の場合と比較すると、第２群Ｌ２の最も拡大共役
側の正レンズが１枚削減された分、第２群Ｌ２及び第３
群Ｌ３の拡大共役側への移動量が増えている。Ｌまた、
第４群Ｌ４は前記数値実施例１と同様に縮小共役側に単
調移動している。この結果、変倍に際して該第３群Ｌ３
と該第４群Ｌ４との間の間隔を、前記図１の数値実施例
１の場合よりも広げながら移動するようになった。尚、
変倍の際、該第１群Ｌ１と該第５群Ｌ５は固定であり、
該第１群Ｌ１を移動させてフォーカスを行っている。
【００５８】（数値実施例３）図３に数値実施例３のレ
ンズ断面図を示す。拡大共役側より順に負の屈折力の第
１群Ｌ１、負の屈折力の第２群Ｌ２、正の屈折力の第３
群Ｌ３、負の屈折力の第４群Ｌ４、正の屈折力の第５群
Ｌ５、正の屈折力の第６群Ｌ６の６群構成であり、第５
群Ｌ５に回折光学素子を導入した例である。
【００５９】この時、各群のレンズ構成として、第１群
Ｌ１は拡大共役側より順に正レンズ、負レンズ、負レン
ズの３枚、第２群Ｌ２は正レンズと負レンズの２枚、第
３群Ｌ３は１枚の正レンズ、該第４群Ｌ４は１枚の負レ
ンズ、第５群は負レンズと正レンズの貼り合せと正レン
ズ、第６群は１枚の正レンズにより構成されている。ま
た、広角端から望遠端への変倍に際して、第２群Ｌ２、
第３群Ｌ３、第５群Ｌ５は拡大共役側に移動し、第４群
Ｌ４は縮小共役側に移動し、第１群Ｌ１、第６群Ｌ６は
固定されている。また、該第１群Ｌ１を移動させてフォ
ーカスを行っている。
【００６０】（数値実施例４）図４に数値実施例４のレ
ンズ断面図を示す。前記数値実施例３と同様に、拡大共
役側より順に負の屈折力の第１群Ｌ１、負の屈折力の第
２群Ｌ２、正の屈折力の第３群Ｌ３、負の屈折力の第４
群Ｌ４、正の屈折力の第５群Ｌ５、正の屈折力の第６群
Ｌ６の６群構成であり、該第５群Ｌ５に回折光学素子を
導入した例である。
【００６１】この時、各群のレンズ構成として、第１群
Ｌ１は拡大共役側より順に正レンズ、正レンズ、負レン
ズの３枚から、第２群Ｌ２は１枚の負レンズから、第３
群Ｌ３は１枚の正レンズから、第４群Ｌ４は１枚の負レ
ンズから、第５群Ｌ５は負レンズ、正レンズの貼り合せ
レンズと正レンズから、第６群は１枚の正レンズから構
成されている。前記数値実施例３の場合と比較すると、
第２群Ｌ２の最も拡大共役側の正レンズが１枚削減され
た分、広角端から望遠端への変倍の際の第２群Ｌ２及び
第３群Ｌ３の拡大共役側への移動量が増えている。Ｌま
た、広角端から望遠端への変倍に際して、第４群Ｌ４は
縮小共役側に移動し、第１群Ｌ１と第６群Ｌ６は固定で
ある。この結果、広角端から望遠端への変倍に際して第
３群Ｌ３と第４群Ｌ４との間隔を、前記数値実施例３の
場合よりも広げながら移動するようになった。尚、第１
群Ｌ１を移動させてフォーカスを行っている。
【００６２】以上述べた数値実施例１乃至４に関して、
条件式乃至を計算した結果を以下に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】以下に各数値実施例における回折光学素子
を配置する位置、及び回折光学素子の構成について詳細
に述べる。
【００６５】回折光学素子を導入する群の検討を行うに
あたり、問題を簡単に取り扱うために、各実施例とも薄
肉単レンズで構成された近軸配置で考えることにする。
ここで、各レンズ群を通過する近軸軸上光線の光軸から
の高さをｈとし、瞳近軸光線の光軸からの高さを
【外１】
【００６６】とした際の色収差との関係について考え
る。
【００６７】まず、回折光学素子を導入する前の光学系
全系の軸上色収差係数をＬ、倍率色収差係数をTとし、
次に、回折光学素子を導入した群の軸上色収差係数をＬ
D、倍率色収差係数をTDとし、そして、回折光学素子を
導入した後の全系の軸上色収差係数をＬTOT、倍率色収
差係数をTTOTとすると、以下の関係式が成り立つ。
【００６８】
【外２】
【００６９】
【外３】
【００７０】但し、
【外４】
【００７１】は回折光学素子を導入した際の導入レンズ
群を通過する近軸軸上光線の光軸からの高さ及び瞳近軸
光線の光軸からの高さを表し、φDは回折光学素子の屈
折力を、νDは回折光学素子のアッベ数を表し、νD =−
３.４５である。
【００７２】また、前記軸上色収差係数及び倍率色収差
係数の各色収差係数と軸上色収差及び倍率色収差の各色
収差との間には、次の関係式が成り立っている。
【００７３】
【外５】
【００７４】但し、ω は各光線の半画角を表してい
る。
【００７５】液晶プロジェクタ等に使用する投影光学系
の色収差は、一般的に軸上及び倍率色収差ともに正側に
発生することが多いことから、回折光学素子を導入する
前の全系の軸上色収差係数Ｌ及び倍率色収差係数Tとも
に、前記（c）式より負の値になることが分かる。この
軸上及び倍率色収差を補正するには、回折光学素子を導
入した後の全系の各色収差係数ＬTOT、TTOTの値が各々
０に近づけば良いことになる。前述より、回折光学素子
を導入する前の全系の軸上色収差係数Ｌ及び倍率色収差
係数Tともに負の値であることと、前記（a）式を考慮す
ると、回折光学素子を導入した群の軸上色収差係数
ＬD、倍率色収差係数TDの値が正になるような群に、前
記回折光学素子を導入すれば良いことになる。
【００７６】これを本発明の各実施例について考える
と、第３群と第４群の間にある絞りよりも縮小共役側に
ある群（第４群、第５群、第６群）のいずれかの群に回
折光学素子を導入すれば、軸上色収差及び倍率色収差の
両者を同時に補正することができ、より好ましい。ま
た、回折光学素子を設ける面に関しては、軸上光線及び
軸外光線の各光線入射位置におけるレンズ面の法線方向
に対する角度に差が生じると、回折効率が落ちることが
懸念される。そこで、回折光学素子は、軸上光線及び軸
外光線ができるだけコンセントリックになるようなレン
ズ面に配置することが好ましい。また、最も外側のレン
ズ面は塵や光源からの熱の影響を受け回折光学素子が劣
化する恐れがあるため、収差補正上止むを得ない等の不
可避な場合を除いて回折光学素子を配置するのはなるべ
く避けた方が良い。以上のことを考慮すると、回折光学
素子を第５群に配置するのが特に好ましいと考えられ
る。
【００７７】また、これらの回折光学素子は、光学面の
上に施されるのであるが、そのベースは球面若しくは平
面あるいは非球面あるいは２次曲面でも良い。また、そ
れらの光学面にプラスチック等の膜を上記回折光学面と
して添付する方法(いわゆるレプリカ非球面)で作成して
も良い。
【００７８】本実施形態における回折光学素子の製法と
しては、バイナリオプティクス形状をフォトレジストに
より直接レンズ表面に成形する方法の他に、この方法に
よって作成した型を用いるレプリカ成形やモールド成形
を行う方法がある。また、鋸状形状のキノフォームにす
れば、回折効率が上がり、理想値に近い回折効率が期待
できる。
【００７９】また、本実施形態における回折光学素子の
形状は、基準波長（d線）をλ、光軸からの距離をH、位
相をφ（H）とした時、 φ(H)＝ ２π/λ (C1・H2＋C2・H4＋ …… ＋Ci・H2i)……………(d) の式で表すことができる。ここで、φ(H)は回折面の位
相形状、Hは光軸に対して垂直方向の高さ、λは設計波
長（ここでは１次）、Cnはn次の位相係数を各々表して
いる。この上記(d)式より明らかなように、光軸からの
距離Hによって位相を調整している。レンズ径が大きけ
れば大きい程、高次の係数の影響を大きくすることがで
きるようになっている。
【００８０】ここで、各実施例に対して回折光学素子を
収差補正上、且つレンズ全長の小型化に有効に利用する
ためには、以下の条件式を満足するように各係数を設定
することが好ましい。
【００８１】 １.０ × １０-5 < | C2 / C1 | < １.０ × １０-1 …………… １.０ × １０-9 < | C3 / C1 | < １.０ × １０-4 …………… ここで、各係数C1、C2、C3は上述の(d)式における係数
と同じである。上述の２つ条件式（、式）の範囲を
外れると、収差補正が難しくなるだけでなく、回折光学
素子が作りにくくなり好ましくない。
【００８２】本実施例に適用可能な回折光学素子の構造
の例としては、図１７に示す１層のキノフォーム形状の
単層構成のものや、図１８に示すような２つの層を積み
上げた積層構成のもの等がある。
【００８３】図１９は図１７に示す回折光学素子１０１
の１次回折光の回折効率の波長依存性を示している。実
際の回折光学素子１０１の構成は、図１７より、基材１
０２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５
３０nmで１次回折光の回折効率が１００％となるような
格子厚dの回折格子１０３を形成している。
【００８４】前記図１９で明らかなように、設計次数の
回折効率は最適化した波長５３０nmから離れるに従って
低下し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回
折光の回折効率が増大している。その設計次数以外の回
折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につ
ながる。
【００８５】図１８に示す２つの回折格子１０４、１０
５を積層した積層型の回折光学素子の波長依存特性を図
２０に示す。前記図１８では、基材１０２上に紫外線硬
化樹脂（nd＝１.４９９、vd＝５４）から成る第１の回
折格子１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂
（nd＝１.５９８、vd＝２８）から成る第２の回折格子
１０５を形成している。この材質の組合せでは、第１の
回折格子１０４の格子厚d１はd１＝１３.８μm、第２の
回折格子１０５の格子厚d２はd２＝１０.５μmとしてい
る。前記 図２０から判るように、積層構造の回折光学
素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長全
域で９５％以上の高い回折効率を有している。
【００８６】このように、本発明の実施例の回折光学素
子として積層構造を用いると、光学性能を更に改善する
ことができる。
【００８７】なお回折光学素子として、材質を紫外線硬
化樹脂に限定するものではなく、他のプラスチック材な
ども使用できるし、基材によっては第１の回折格子部１
０４を直接基材に形成しても良い。また各格子厚が必ず
しも必要はなく、材料の組合せでは図２１に示すように
２つの格子厚を等しくできる。この場合、回折光学素子
表面に格子形状が形成されないので、防塵性に優れ、回
折光学素子の組立作業性が向上し、より安価な光学系を
提供できる。
【００８８】また、図２２のように、基材１０２上に紫
外線硬化樹脂（nd＝１.６６８５、vd＝１９.７）から成
る第１の回折格子１０７を形成し、前記回折格子１０７
に対し、互いの鋸の山の部分の間隔を約１.５μm程度離
れた場所に、別の紫外線硬化樹脂（nd＝１.５２４０、v
d＝５０.８）から成る第２の回折格子１０６を形成した
積層構造の回折光学素子でも、前記図１８の回折格子と
同等の回折効率を得ることができる。この材質の組合せ
では、第１の回折格子１０７の格子厚d１はd１＝５.０
μm、第２の回折格子１０６の格子厚d２はd２＝７.５μ
mとしている。
【００８９】本実施例における回折光学素子には、以上
のような構成の回折光学素子を用いれば、色収差を低減
でき、構成レンズ枚数を削減でき、尚且つ良好な光学性
能を持つズームレンズを得ることができるが、本実施例
に適用可能な回折光学素子は上記の限りではなく、他の
回折光学素子を用いても構わない。
【００９０】以上に記載したようなズームレンズは、液
晶プロジェクタやカメラ等に適用することができる。図
２３には液晶プロジェクタに適用した場合、図２４には
カメラに適用した場合の図を示す。図２３においては、
液晶プロジェクタ本体２０１内部において、縮小共役位
置に配置された液晶パネル２０５により形成されたRGB
３色の画像をプリズム２０２によって合成し、合成され
てプリズムから出射した光束を投影レンズ２０３、つま
り本発明によるズームレンズによってスクリーン２０４
に投影している。また、図２４においては、カメラ本体
２０６内部において、被写体２０９の像を撮像レンズ２
０８、つまり本発明によるズームレンズを通して、縮小
共役位置にある感光体２０７上に結像させて撮影を行っ
ている。このズームレンズが適用できる範囲は上記の限
りではなく、例えば、図２３のフロントプロジェクショ
ンタイプの液晶プロジェクタに限らずリアプロジェクシ
ョンタイプの液晶プロジェクタにも適用可能であるし、
その他の光学機器にも適用できる。
【００９１】
【外６】
【００９２】
【外７】
【００９３】
【外８】
【００９４】
【外９】
【００９５】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように、拡大共
役側より順に負の屈折力の第１群、負の屈折力の第２
群、正の屈折力の第３群の３つのレンズ群を含む５群構
成以上のズームレンズにおいて、所定のレンズ群に回折
光学素子を適切に設定し、且つ各レンズ群の屈折力や広
角端から望遠端への変倍に伴う各群の移動条件等を適切
に設定することにより、色収差（特に倍率色収差）を補
正することは勿論のこと、レンズ系全体の小型化も図っ
た液晶プロジェクタ等に使用される、液晶画像等を拡大
投影するための投射レンズに好適なズームレンズを達成
している。特に本発明によれば、前述記載の構成にする
ことにより、変倍比１.２以上でFno２.０程度と大口径
を確保しながらも、諸収差が十分補正されており、且つ
色合成プリズム等の光学素子や各種フィルタの光学素子
が入るバックフォーカス空間を十分に確保しつつ、倍率
色収差が良好に補正され全ズーム域・全物体距離に渡っ
て良好な性能を有するテレセントリックな光学系のズー
ムレンズを実現し、合わせて該ズームレンズに適した液
晶プロジェクタを実現することができる。また、その
際、レンズ全長の小型化も実現可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図３】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例４のレンズ断面図
【図５】本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図６】本発明の数値実施例１の中間位置の収差図
【図７】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図８】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図９】本発明の数値実施例２の中間位置の収差図
【図１０】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の中間位置の収差図
【図１３】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１４】本発明の数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】本発明の数値実施例４の中間位置の収差図
【図１６】本発明の数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１８】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図１９】本発明に係る回折光学素子（図１７）の波長
依存特性の説明図
【図２０】本発明に係る回折光学素子（図１８）の波長
依存特性の説明図
【図２１】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図２２】本発明に係る回折光学素子の説明図
【図２３】本発明に係るズームレンズを用いた液晶プロ
ジェクタ
【図２４】本発明に係るズームレンズを用いたカメラ
【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 Ｌ６ 第６群 SP 絞り GB ガラスブロック △M メリジオナル像面 △S サジタル像面 ２０１ 液晶プロジェクタ本体 ２０２ プリズム ２０３ 投影レンズ（本発明によるズームレンズ） ２０４ スクリーン ２０５ 液晶パネル ２０６ カメラ本体 ２０７ 感光体 ２０８ 撮像レンズ（本発明によるズームレンズ） ２０９ 被写体
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA18 AA33 AA45 AA55 AA64 2H087 KA06 MA12 NA15 PA09 PA10 PA18 PB10 PB11 QA02 QA07 QA14 QA22 QA26 QA34 QA41 QA45 RA36 RA42 RA46 SA44 SA47 SA49 SA53 SA55 SA57 SA63 SA64 SA65 SA66 SA72 SA76 SB04 SB12 SB13 SB22 SB32 SB44 SB45 2H101 DD00 5C058 AA06 BA35 EA12 EA26

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 拡大共役側より順に負の屈折力の第１
    群、変倍の際に移動する負の屈折力の第２群、第３群、
    第４群、第５群を有するズームレンズにおいて、該ズー
    ムレンズは回折光学素子を少なくとも１つ有しているこ
    とを特徴とするズームレンズ。
  2. 【請求項２】 前記ズームレンズにおいて、第３群は正
    の屈折力、第４群は負の屈折力、第５群は正の屈折力を
    有することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
  3. 【請求項３】 前記ズームレンズは第６群を有し、前記
    第５群が変倍の際に移動することを特徴とする請求項１
    又は２記載のズームレンズ。
  4. 【請求項４】 前記ズームレンズは正の屈折力の第６群
    を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項
    記載のズームレンズ。
  5. 【請求項５】 前記ズームレンズは変倍の際に移動する
    絞りを有していることを特徴とする請求項１乃至４いず
    れか１項記載のズームレンズ。
  6. 【請求項６】 前記ズームレンズは、前記第３群と前記
    第４群との間に絞りを有していることを特徴とする請求
    項１乃至５いずれか１項記載のズームレンズ。
  7. 【請求項７】 前記絞りは、変倍の際に前記第３群と共
    に移動することを特徴とする請求項５又は６記載のズー
    ムレンズ。
  8. 【請求項８】 前記回折光学素子は、前記絞りよりも縮
    小共役側に配されていることを特徴とする請求項５乃至
    ７いずれか１項記載のズームレンズ。
  9. 【請求項９】 前記回折光学素子は、前記第５群内に配
    置されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれか
    １項記載のズームレンズ。
  10. 【請求項１０】 前記第１群の焦点距離をf１、全系の
    広角端の焦点距離をfwとした時、 -０.５０ < fw / f１ < -０.０１ を満足することを特徴とする請求項１乃至９いずれか１
    項記載のズームレンズ。
  11. 【請求項１１】 広角端から望遠端への変倍に際して、
    第４群が拡大共役側から縮小共役側へ移動することを特
    徴とする請求項１乃至１０いずれか１項記載のズームレ
    ンズ。
  12. 【請求項１２】広角端における第３群と第４群の間隔を
    d３W、望遠端における第３群と第４群の間隔をd３Tとす
    る時、 ０.０５ < d３W / d３T < ０.６０ を満足することを特徴とする請求項１乃至１１いずれか
    １項記載のズームレンズ。
  13. 【請求項１３】 広角端から望遠端への変倍に際して、
    該第２群が縮小共役側から拡大共役側へ移動することを
    特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項記載のズーム
    レンズ。
  14. 【請求項１４】 広角端から望遠端への変倍に際する第
    ２群の移動量をM２、広角端から望遠端への変倍に際す
    る第４群の移動量をM４とする時、 ０.０５ < ｜ M２ / M４ | < １.０ 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項記載のズームレンズ。
  15. 【請求項１５】 広角端から望遠端への変倍に際する前
    記第３群、前記第４群の移動量をＭ３、Ｍ４とする時、 ０.０１ < ｜ M３ / M４ ｜ ＜１.０ を満足することを特徴とする請求項１乃至１４いずれか
    １項記載のズームレンズ。
  16. 【請求項１６】 広角端から望遠端への変倍に際して、
    ズームレンズの両端の群が固定であることを特徴とする
    請求項１乃至１５いずれか１項記載のズームレンズ。
  17. 【請求項１７】 前記第２群は、１枚の正レンズと１枚
    の負レンズ、若しくは１枚の負レンズにより構成されて
    いることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか１項記
    載のズームレンズ。
  18. 【請求項１８】 前記第３群は、１枚の正レンズにより
    構成されていることを特徴とする請求項１乃至１７いず
    れか１項記載のズームレンズ。
  19. 【請求項１９】 該第４群は、１枚の負レンズにより構
    成されていることを特徴とする請求項１乃至１８いずれ
    か１項記載のズームレンズ。
  20. 【請求項２０】 前記第１群が拡大共役側より順に正レ
    ンズ、負レンズ、負レンズの３枚若しくは正レンズ、正
    レンズ、負レンズの３枚から形成されていることを特徴
    とする請求項１乃至１９いずれか１項記載のズームレン
    ズ。
  21. 【請求項２１】 前記回折光学素子が一つの回折格子か
    ら成ることを特徴とする請求項１乃至２０いずれか1項
    記載のズームレンズ。
  22. 【請求項２２】 前記回折光学素子が複数の回折格子を
    積層して形成されていることを特徴とする請求項１乃至
    ２０いずれか１項記載のズームレンズ。
  23. 【請求項２３】 前記回折光学素子は、格子厚が等しい
    二つの回折格子を向かい合わせに組み合わせて形成し、
    前記回折光学素子表面を平坦にしたことを特徴とする請
    求項１乃至２０いずれか１項記載のズームレンズ。
  24. 【請求項２４】 前記回折光学素子は、複数の回折格子
    を組み合わせて形成していることを特徴とする請求項１
    乃至２０いずれか１項記載のズームレンズ。
  25. 【請求項２５】 前記回折光学素子は、複数の回折格子
    を空気を介して向かい合わせて形成されていることを特
    徴とする請求項１乃至２０いずれか１項記載のズームレ
    ンズ。
  26. 【請求項２６】 請求項１乃至２５いずれか１項記載の
    ズームレンズを有し、該ズームレンズにより縮小側の共
    役位置に配置された原画の像を被投影面に投影すること
    を特徴とする画像投影装置。
  27. 【請求項２７】 前記原画は液晶パネルであることを特
    徴とする請求項２６記載の画像投影装置。
  28. 【請求項２８】 請求項１乃至２５いずれか１項記載の
    ズームレンズを有し、該ズームレンズを用いて、縮小側
    の共役位置にある感光体に物体の像を投影することを特
    徴とする撮像装置。
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