JP2004117519A - 変倍光学系及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】変倍に伴い変動する収差を良好に補正し全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を有した、例えば、液晶プロジェクターに適したズームレンズ及びそれを有する画像投射装置を得ること。
【解決手段】拡大側から順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５、変倍のためには移動しない正の屈折力の第６レンズ群Ｌ６を有し、広角端から望遠端への変倍に際して第２、第３、第４、第５レンズ群が拡大側に移動し、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、該第４レンズ群の焦点距離をｆ４、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆとするとき、１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３を満足すること。
【選択図】 図１
【解決手段】拡大側から順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５、変倍のためには移動しない正の屈折力の第６レンズ群Ｌ６を有し、広角端から望遠端への変倍に際して第２、第３、第４、第５レンズ群が拡大側に移動し、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、該第４レンズ群の焦点距離をｆ４、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆとするとき、１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３を満足すること。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変倍光学系に関し、例えば広画角で長いバックフォーカスを有し、照明系との瞳整合性が良好に保たれたコンパクトなズームレンズであって、高精細のモバイル液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
この他本発明はレンズシャッターカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のうち比較的にバックフォーカスの長いカメラ（光学機器）に最適な高い光学性能を有したズームレンズに関する。
【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（画像投射装置）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ている。
【０００５】
また最近では、ホームシアター用の小型化された液晶プロジェクターの普及がみられ、それと共に液晶表示素子のサイズも小型化される傾向にある。
【０００６】
このような液晶プロジェクターに関しその種類は大きく分けて２種類ある。その一つは液晶表示素子を透過した変調画像を色合成して投影する透過型液晶プロジェクターであり、他方は液晶表示素子の裏側にミラーが設置されており、変調画像をそのミラーにより反射させて投影する反射型液晶プロジェクターである。
【０００７】
液晶表示素子を３枚使用する３板方式の液晶プロジェクターでは、液晶表示素子により変調された色光を合成するダイクロイックプリズムおよび偏光板等の素子を配置するスペースを液晶表示素子と投写レンズとの間に設けなければならず、投写レンズにはある一定長のバックフォーカスを確保することが必要となる。この為投射レンズとして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が広く利用されている。このタイプのズームレンズは比較的広角化が容易であり、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、ズーミング時に移動するレンズ群の移動量が増大し収差変動もそれに伴い増大し、また高変倍化が難しく、さらには変倍に伴う諸収差の変動を抑えることが難しい等の欠点がある。
【０００８】
また、液晶プロジェクター用の投写レンズに関しては、おもに以下のような構成が必要となる。
【０００９】
・色合成膜の角度依存の影響を極小にするため、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。
【００１０】
・３色の液晶表示素子の絵（画像）をスクリーンに合成投写したとき、パソコンの文字等が二重に見えたりして解像感および品位がそこなわれないように各色の画素を画面の全域にて重ね合わせられなければならない。そのため、投写レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）が可視光帯域にて良好に補正されていること。
【００１１】
・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十分補正されていること（特に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）
等が必要とされている。
【００１２】
また最近では、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には機動性を重視した、装置の小型・軽量化が強く求められている。さらには、狭い室内において明るくかつ大画面投影を可能とする高輝度化・広画角化の仕様も求められている。
【００１３】
従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負・正・正・負・正（もしくは負）・正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献１）。この６群ズームレンズは、第１および６レンズ群を変倍の為には固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２、３、４および５レンズ群を移動するため、レンズ全長が一定に保たれ、変倍時の色収差等の諸収差の変動を抑えたテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながら、このズームレンズを反射型液晶プロジェクターに用いるには、バックフォーカスが十分でない。
【００１４】
この他の従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負、正、負、正の屈折力の第１〜第４レンズ群の配列による全体として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４群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献２）。この４群ズームレンズは、第１および４レンズ群を変倍の為には、固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２〜３レンズ群を移動させるため、レンズ全長は一定に保たれ、かつ反射型液晶プロジェクターを考慮した十分に長いバックフォーカスと比較的広い画角を有するテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながら、このズームレンズは、開放Ｆ値（以後Ｆ値は開放を表す）が比較的大きく、明るさが十分でない。
【００１５】
この他の従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負、正、正、負、正、正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献３）。この６群ズームレンズは、第１、４及び６レンズ群を固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２、３及び５レンズ群を移動するため、レンズ全長が一定に保たれ、変倍時の色収差等の諸収差の変動を抑えたテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながらズームレンズを反射型液晶プロジェクターに用いるにはバックフォーカスが十分でない。
【特許文献１】
特開２００１−２３５６７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１５４１０号公報
【特許文献３】
特開２００１−１０８９００号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
モバイル液晶プロジェクターの更なる小型化の要望とともに、特にホームシアター用に大きなメリットとなる近距離投影できること、つまり液晶プロジェクターの広画角化が求められている。
【００１７】
透過型液晶プロジェクターの場合、液晶表示素子が小さくなるにつれ、その駆動回路により開口率が低下し光量が減少してしまう。これに対して反射型液晶表示の場合、駆動回路をパネルの裏側に設置することができるので開口率が高くなり光量低下を抑えることができる。そのため最近では、効率的に高輝度化を目指すため開口効率が良い反射型液晶プロジェクターが注目されており、それに伴い反射型液晶プロジェクターに特化した明るい投写レンズが必要となる。しかし反射型液晶プロジェクターにおいては、投写レンズと液晶表示素子との間にダイクロイックプリズム等の色合成光学系に加えて、偏光分離光学系等を挿入するために透過型液晶プロジェクターに比してより長いバックフォーカスを有した投写レンズが必要となる。
【００１８】
又、蛍光燈下でも使用に耐えうるスクリーン照度を確保するために、小型プロジェクター用の投写レンズであっても広角端のＦ値が３．０程度以上の明るさが要望されている。
【００１９】
つまり、小型軽量の液晶プロジェクターとしては、高輝度・高解像度を期待できる反射型液晶プロジェクターであって、かつ十分に長いバックフォーカスを有した近接距離で投影可能な投写レンズが要求されている。
【００２０】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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の投写レンズに好適な変倍光学系の提供を目的とする。
【００２１】
この他本発明は、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ズームレンズの提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明は、前方（拡大側）から後方（縮小側）へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、変倍の為には移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点距離端（いわゆる広角端）から長焦点距離端（いわゆる望遠端）への変倍に際して、第２、第３、第４、第５レンズ群が拡大側に移動する変倍光学系であって、特に、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ、第４レンズ群の焦点距離をｆ４、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆとするとき、
１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３
を満足することを特徴としている。
本願第２発明は、前方から後方へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、負の屈折力の第５レンズ群、変倍のために移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第２、第３レンズ群が前方へ、第４、第５レンズ群が後方へ移動する変倍光学系であって、特に、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０．４
を満足することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の変倍光学系及び画像投写装置のいくつかの実施形態について説明する。各実施形態において、本発明の変倍光学系は、変倍に際してピント面が移動しないズームレンズとしている。
【００２４】
図１は本発明の実施形態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（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する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（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（超焦点距離端）における収差図である。
【００２５】
図３は本発明の実施形態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４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態２に対応する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（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２６】
図５は本発明の実施形態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６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態３に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２７】
図７は本発明の実施形態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８（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態４に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２８】
図９は本発明の実施形態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１０（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態５に対応する後述する数値実施例５の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２９】
図１１は本発明の実施形態６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１２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態６に対応する後述する数値実施例６の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３０】
図１３は本発明の実施形態７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（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態７に対応する後述する数値実施例７の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３１】
図１、図３、図５、図７、図９、図１１、図１３の実施形態１〜７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Ｓ上に拡大投影している状態を示している。
【００３２】
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（前方）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（後方）に相当している。
【００３３】
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。ＡＳＰは非球面、ＳＰは絞りである。
【００３４】
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ＬＣＤ側はプロジェクター本体に含まれている。
【００３５】
図２、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４の収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６２０ｎｍ、Ｂは波長４５０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。Ｙは像高、ＦｎｏはＦナンバーである。
【００３６】
まず図１、図３、図５の実施形態１〜３について説明する。
【００３７】
◎図１、図３、図５において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。
【００３８】
実施形態１〜３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第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３第４レンズ群Ｌ４そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側である第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は変倍のためには移動しない。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは表示パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。
【００３９】
◎拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置し、レトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。又、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００４０】
◎負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保しつつ近接投影距離において光学性能を良好に維持させている。反面、高変倍化および諸収差の補正が難しくなることに対しては、可動成分（レンズ群）を４成分とすることにより変倍時の収差変動を良好に抑えている。
【００４１】
また、第１、第６レンズ群Ｌ１、Ｌ６はともに変倍の際は像面（縮小共役面）に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を固定とし重量バランス等の変化を少なくし機構面で有利に作用するようにしている。
【００４２】
広角端に対する全系の焦点距離をｆｗ、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４、最終レンズ面（第６レンズ群の最終レンズ面）からの空気換算バックフォーカスをｂｆとしたとき以下の条件式（１）を満足している。
【００４３】
１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３ ・・・（１）
条件式（１）は、ズーミング（変倍）により移動する結像位置の変動を補正する為の第４レンズ群（コンペンセータ）Ｌ４の倍率を規定する条件である。条件式（１）の上限を超えると第４レンズ群Ｌ４の屈折力が強くなりすぎ、ズーミングによる収差変動が大きくなってしまい好ましくない。逆に下限を越えると第４レンズ群Ｌ４の屈折力が弱くなりすぎ、ズーミングにおける移動量が多くなりコンパクト化が困難となり好ましくない。更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４４】
１．８＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．２ ・・・（１ａ）
◎第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、以下の条件式（２）を満足している。
【００４５】
−６５＜ｆ３／ｆｗ＜−３５ ・・・（２）
条件式（２）は、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を適切に設定したものである。条件式（２）の上限を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり特に軸外光線における収差補正が困難になってくる。逆に下限を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなり過ぎるのでレンズ径が大きくなり、レンズ重量が増加傾向となるので好ましくなく、さらにはレンズ全長が長大化する傾向となる。更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４６】
−６０＜ｆ３／ｆｗ＜−４０ ・・・（２ａ）
◎第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ５、第６レンズ群Ｌ６の焦点距離をｆ６とするとき以下の条件式（３）を満足している。
【００４７】
１．７＜ｆ５／ｆ６＜２．２ ・・・（３）
条件式（３）は第５レンズ群Ｌ５と第６レンズ群Ｌ６の焦点距離の関係を適切に設定したものである。条件式（３）の、上限を超えると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が強くなりすぎてしまい長いバックフォーカスを確保するのが困難になるとともに軸外諸収差の補正が困難となる。また下限を超えると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が弱くなりバックフォーカスが長くなり好ましくない。更に好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４８】
１．８＜ｆ５／ｆ６＜２．１ ・・・（３ａ）
◎レンズ系全体のコンパクト化のため各レンズ群の屈折力を強めることに伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００４９】
このときの非球面は、硝子モールドタイプ非球面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によっては、プラスチック材より成る非球面レンズとしてもよい。非球面の採用は、除去しようとする収差にもよるが、像面湾曲等の収差を良好に補正するために第１レンズ群Ｌ１に採用するのが効果的であるがこれに限らず、第５レンズ群Ｌ５または第６レンズ群Ｌ６といった絞り位置からなるべく遠い位置に採用することも効果的である。
【００５０】
◎絞りＳＰは本来レンズ群と独立に移動させることが良いが、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レンズ群Ｌ２または３レンズ群Ｌ３内といった変倍作用するレンズ群内に配置するのが良く、これによれば変倍時の収差変動を効率良く補正することができる。
【００５１】
◎第５レンズ群Ｌ５は、拡大側から順に、拡大側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、縮小側に比べ拡大側に強い曲率（曲率半径Ｒの逆数：１／Ｒが大きい）を持ち縮小側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズを独立又は２枚又は３枚の貼り合せレンズにより構成している。このように軸上光線の高さが最も小さくなる位置で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。さらに第５レンズ群Ｌ５を正の屈折力のレンズ群にすることにより、テレセントリック性をもたせるために強い正の屈折力が必要とされる第６レンズ群Ｌ６の屈折力の負担を軽減させている。
【００５２】
◎第６レンズ群Ｌ６の正レンズは、絞りＳＰから縮小側に配置された負の屈折力の第３、第４レンズ群Ｌ３、Ｌ４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なければならないので硝子材の屈折率はペッツバール和を小さくする意味においてもなるべく高い材料が好ましい。
【００５３】
◎図１、図５の実施形態１、３において第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズおよび縮小側に凸を向けたメニスカス形状の正レンズより成っている。図３の実施形態２において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に、両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、縮小側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより構成している。
【００５４】
実施形態１、２、３では最も拡大側に正レンズを配置することにより主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００５５】
実施形態１、２、３においてはまた高次の倍率色収差を小さく抑えるために、軸外光線の高さの小さい最も縮小共役側に色分散の大きい（アッベ数の小さい）材料を使用している。また第１レンズ群Ｌ１の２枚の正レンズの間に配置される３枚の負レンズは、その各面における屈折力が均等に分割されており、負レンズによる歪曲収差、非点収差、コマ収差が最小になるように上記形状にて構成している。
【００５６】
実施形態３では、第１レンズ群Ｌ１のメニスカス形状の負レンズの一枚（拡大側より１番目のレンズ）に非球面を採用している。実施形態３では硝子モールドタイプの非球面レンズであるが、必ずしもこれに限らずレプリカおよびプラスチックタイプの非球面であっても構わない。このように絞りＳＰから遠い位置に非球面を配置することによって、主に像面湾曲等の収差を良好に補正する作用をしている。特に非球面を配置する位置としては第１レンズ群Ｌ１に限定されるものではなく、第１〜６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６において、収差補正等の目的に合わせて配置を選択することが望ましい。
【００５７】
図１、図５の実施形態１、３において、第２レンズ群Ｌ２は、拡大側より順に、両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、絞りＳＰ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。図３の実施形態２において、第２レンズ群Ｌ２は、拡大側より順に両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、絞り、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００５８】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において、第３レンズ群Ｌ３は、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００５９】
第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３は、主たる変倍作用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、正レンズには屈折率の高い硝子材が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設計するために良い。特にペッツバール和に関して、本発明のような大口径レンズにおいて高い解像力が要求されると、縮小側の像面深度が浅くなり、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ペッツバール和は小さく補正されていることが重要である。また、第３レンズ群Ｌ３は弱いパワー（屈折力）を持たせているがこれは変倍に際して移動量が大きくなるために発生する収差の変動量を抑えるためである。
【００６０】
なお、絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２内に存在し、変倍時に第２レンズ群Ｌ２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。
【００６１】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において第４レンズ群Ｌ４は、変倍に伴うピント面の移動を補正する役割を担っている。
【００６２】
第４レンズ群Ｌ４は拡大側より順に、両レンズ面が凹面の負レンズ、拡大側のレンズ面が凸面の正レンズの貼り合せによって構成しており、主に倍率色収差を効率よく抑える作用をしている。
【００６３】
図１、図３の実施形態１、２において、第５レンズ群Ｌ５は拡大側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、縮小側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズの３枚の貼り合せにより構成している。又、図５の実施形態３において第５レンズ群Ｌ５は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズと縮小側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズとを接合した２群３枚のレンズより構成している。
【００６４】
実施形態１〜３では、最も縮小側には負レンズを位置させている。この負レンズは、効率よくペッツバール和を小さくする作用をする。また、実施形態１、２では３つのレンズを貼り合わせにすることにより倍率色収差を効率良く抑える役割を担っている。さらに主平面位置を液晶表示素子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を得ると共に十分なバックフォーカスを確保している。
【００６５】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において、第６レンズ群Ｌ６は高い屈折力かつ高分散の材料より成る両レンズ面が凸面の正レンズを使用し、像面に対してテレセントリック性を持たせると同時に第５レンズ群Ｌ５の負レンズで発生する高次の倍率色収差を抑える作用をしている。
【００６６】
◎以上のように、実施形態１〜３によれば大口径で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長いバックフォーカスを有するズームレンズを実現している。
【００６７】
次に、図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７について説明する。
【００６８】
◎図７、図９、図１１、図１３においてＬ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は負の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。
【００６９】
実施形態４〜７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第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。又、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５を第２共役点側（縮小側）へ移動させている。変倍に際し、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は固定である。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは表示パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。
【００７０】
◎拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置しレトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。又、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００７１】
◎負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保している。反面、高変倍化が難しくなることに対しては、変倍時の可動時の可動成分を４成分とすることにより変倍時の収差変動を抑えたコンパクトな光学系を実現している。
【００７２】
◎第１レンズ群Ｌ１および第６レンズ群Ｌ６はともに変倍に際して、縮小共役面に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を変倍時に固定とし重量バランスの変化を少なくし機構面で有利に作用するようにしている。
【００７３】
◎空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき以下の条件式を満足している。
【００７４】
０．２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０．４ ・・・（４）
条件式（４）は、長いバックフォーカスを容易に得るための条件である。条件式（４）の上限を超えるとバックフォーカスが短くなってしまい、プリズムやフィルター等の挿入に必要な長いバックフォーカスを得ることが困難になる。逆に下限を超えるとバックフォーカスが長くなりすぎると同時にレンズ全長も長大化する傾向となり、メカ構造上好ましくない。更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００７５】
０．３＜ｆｗ／ｂｆ＜３．５ ・・・（４ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、以下の条件式を満足している。
【００７６】
２．３＜ｂｆ／（｜ｆ１｜・ｆｗ）１／２＜２．８ ・・・（５）
条件式（５）は、おもに収差補正の為に第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を適切に設定したものである。上限を超えると第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり過ぎてしまい特に軸外光線における収差補正が困難になってしまう。逆に下限を超えると第１レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなるのでレンズ径が大きくなる傾向となり高重量となるので好ましくなく、さらにはレンズ全長が長大化する傾向となる。更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００７７】
２．３５＜ｂｆ／（｜ｆ１｜・ｆｗ）１／２＜２．７ ・・・（５ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とするとき以下の条件式を満足している。
【００７８】
０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．５ ・・・（６）
条件式（３）は主たる変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２と第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の関係を適切に設定したものである。上限を超えると変倍における収差の変動が大きくなり、その補正が困難となる。また下限を超えると変倍に際して第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなりレンズ系全体の小型化が困難になってくる。
【００７９】
更に好ましくは、条件式（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００８０】
０．３５＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．４５ ・・・（６ａ）
◎広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、第６レンズ群Ｌ６の焦点距離ｆ６とするとき以下の条件式を満足している。
【００８１】
３．０＜ｆ６／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜４．２ ・・・（７）
条件式（４）はテレセントリック性を確保するための適切な第６レンズ群Ｌ６の屈折力を規定したものである。上限を超えると第６レンズ群Ｌ６のパワーが長くなり過ぎて、バックフォーカスが大きくなり過ぎてしまい好ましくない。逆に下限を越えると十分なバックフォーカスを確保できずテレセントリック性が崩れる傾向となり、さらには軸外収差の補正が困難となり好ましくない。更に好ましくは、条件式（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００８２】
３．３＜ｆ６／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜４．０ ・・・（７ａ）
◎レンズ系全体のコンパクト化のため各レンズ群の屈折力を強めることに伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００８３】
このときの非球面は硝子モールドタイプ非球面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によっては、プラスチック材より成る非球面レンズとしてもよい。非球面の採用は、除去しようとする収差にもよるが、像面湾曲等の収差を良好に補正するために第１レンズ群Ｌ１に採用するのが効果的であるがこれに限らず、第５レンズ群Ｌ５または第６レンズ群Ｌ６といった絞り位置からなるべく遠い位置に採用することも効果的である。
【００８４】
◎絞りＳＰは本来レンズ群と独立に移動させることが良いが、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レンズ群Ｌ２または３レンズ群Ｌ３内といった変倍作用をするレンズ群内に配置するのが良く、これによれば変倍時の収差変動を効率良く補正することができる。
【００８５】
◎第５レンズ群Ｌ５には、拡大側から順に両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズおよび拡大側に比べ縮小側に屈折力の絶対値が大きい両レンズ面が凸面の正レンズにより構成している。このように軸上光線の高さが最も小さくなる位置で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。
【００８６】
◎第６レンズ群Ｌ６の正レンズは、絞りＳＰから縮小側に配置された負の屈折力の第４、第５レンズ群Ｌ４、Ｌ５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なければならないので硝子材の屈折率はペッツバール和を小さくする意味においてもなるべく高い材料が好ましい。
【００８７】
◎図７、図９の実施形態４、５において
第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００８８】
図１１の実施形態６において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００８９】
図１３の実施形態７において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた３枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズ、より成っている。
【００９０】
第１レンズ群Ｌ１は、６枚構成であり最も拡大側に正レンズを配置することにより、主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００９１】
また高次の倍率色収差を小さく抑えるために、軸外光線の高さの小さい最も縮小側に色分散の大きい（アッベ数の小さい）ガラスを使用したレンズを配置している。また第１レンズ群Ｌ１の２枚の正レンズの間に配置される４枚の負レンズは、４枚の負レンズの各面における屈折力がほぼ均等に分割され、負レンズによる歪曲収差、非点収差、コマ収差が最小になるように上記形状にて構成している。
【００９２】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第２レンズ群Ｌ２は、両レンズ面が凸面の正レンズと負レンズとを接合した正レンズそして絞りＳＰより成っている。
【００９３】
又、第３レンズ群Ｌ３は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００９４】
第２レンズ群Ｌ２および３レンズ群Ｌ３に関しては、主たる変倍作用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、正レンズには屈折率の高い硝子材が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設計するためによい。特にペッツバール和に関して、本発明のような大口径レンズにおいて高い解像力が要求されると、縮小側の像面深度が浅くなり、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ペッツバール和は小さく補正されていることが重要である。
【００９５】
色にじみの観点では、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等の使用が効率的である。
【００９６】
なお、絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２内に存在し、変倍時に第２レンズ群Ｌ２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。
【００９７】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第４レンズ群Ｌ４は、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。第４レンズ群Ｌ４は、変倍に伴うピント面の移動を補正する作用を担っている。変倍全域に関して第４レンズ群Ｌ４の結像倍率は等倍以上である。
【００９８】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第５レンズ群Ｌ５は、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００９９】
第５レンズ群Ｌ５は、最も拡大側に負の屈折力を与えている。この負の屈折力により、効率よくペッツバール和を小さくする作用をする。また、接合レンズを用いることにより倍率色収差を効率良く抑える役割を担っている。さらに主平面位置を液晶表示素子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バックフォーカス確保の面にて有利に作用している。
【０１００】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第６レンズ群Ｌ６は、両レンズ面が凸面の正レンズより構成している。
【０１０１】
第６レンズ群Ｌ６の正レンズには高屈折力かつ高分散な材料を使用し、像面に対してテレセントリック性を持たせると同時に第５レンズ群Ｌ５の負レンズで発生する高次の倍率色収差の発生を抑えている。
【０１０２】
◎図１３の実施形態７では、第１レンズ群Ｌ１の負レンズの一枚（拡大側より２番目のレンズ）に非球面を採用している。実施形態では硝子モールドタイプの非球面レンズであるが、必ずしもこれに限らずレプリカおよびプラスチックタイプの非球面であっても構わない。このように絞りから問い位置に非球面を配置することによって、主に像面湾曲等の収差を良好に補正する作用をしている。
【０１０３】
また、非球面を配置する位置としては第１レンズ群Ｌ１に限らず、第１〜第６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の収差補正の目的に合わせて配置をすることが望ましい。
【０１０４】
以下に実施形態１〜７のズームレンズの数値データに各々対応する数値実施例１〜７を示す。各数値実施例においてｉは拡大側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーである。
【０１０５】
また数値実施例１〜７の最も縮小側の３つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に相当するガラスブロックＧＢを構成する面である。
【０１０６】
またｋを離心率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０
で表示される。但しｒは曲率半径である。
【０１０７】
なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【０１０８】
前述の各条件式１〜３と数値実施例１〜３における諸数値との関係を表１に示す。
【０１０９】
又、各数値実施例４〜７における上述した条件式４〜７との対応を表２に示す。
【０１１０】
【外１】
【０１１１】
【外２】
【０１１２】
【外３】
【０１１３】
【外４】
【０１１４】
【外５】
【０１１５】
【外６】
【０１１６】
【外７】
【０１１７】
【表１】
【０１１８】
【表２】
【０１１９】
図１５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。
【０１２０】
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１５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、５Ｇ、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。
【０１２１】
図１６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。
【０１２２】
図１６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。撮像装置に本発明のズームレンズを適用した場合には、被写体９側が拡大側（前方）に、感光体７側が縮小側（後方）に該当する。
【０１２３】
【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、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。
【０１２４】
この他本発明によれば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】
【図１】本発明の実施形態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１．８ｍのときの収差図
【図３】本発明の実施形態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４】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１．８ｍのときの収差図
【図５】本発明の実施形態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６】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１．８ｍのときの収差図
【図７】本発明の実施形態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８】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１．８ｍのときの収差図
【図９】本発明の実施形態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１０】本発明の数値実施例５のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１１】本発明の実施形態６のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図１２】本発明の数値実施例６のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１３】本発明の実施形態７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７のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１５】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要部概略図
【図１６】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
Ｌ６ 第６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）
ΔＳ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
ΔＭ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ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
【発明の属する技術分野】
本発明は、変倍光学系に関し、例えば広画角で長いバックフォーカスを有し、照明系との瞳整合性が良好に保たれたコンパクトなズームレンズであって、高精細のモバイル液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
この他本発明はレンズシャッターカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のうち比較的にバックフォーカスの長いカメラ（光学機器）に最適な高い光学性能を有したズームレンズに関する。
【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（画像投射装置）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ている。
【０００５】
また最近では、ホームシアター用の小型化された液晶プロジェクターの普及がみられ、それと共に液晶表示素子のサイズも小型化される傾向にある。
【０００６】
このような液晶プロジェクターに関しその種類は大きく分けて２種類ある。その一つは液晶表示素子を透過した変調画像を色合成して投影する透過型液晶プロジェクターであり、他方は液晶表示素子の裏側にミラーが設置されており、変調画像をそのミラーにより反射させて投影する反射型液晶プロジェクターである。
【０００７】
液晶表示素子を３枚使用する３板方式の液晶プロジェクターでは、液晶表示素子により変調された色光を合成するダイクロイックプリズムおよび偏光板等の素子を配置するスペースを液晶表示素子と投写レンズとの間に設けなければならず、投写レンズにはある一定長のバックフォーカスを確保することが必要となる。この為投射レンズとして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が広く利用されている。このタイプのズームレンズは比較的広角化が容易であり、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、ズーミング時に移動するレンズ群の移動量が増大し収差変動もそれに伴い増大し、また高変倍化が難しく、さらには変倍に伴う諸収差の変動を抑えることが難しい等の欠点がある。
【０００８】
また、液晶プロジェクター用の投写レンズに関しては、おもに以下のような構成が必要となる。
【０００９】
・色合成膜の角度依存の影響を極小にするため、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。
【００１０】
・３色の液晶表示素子の絵（画像）をスクリーンに合成投写したとき、パソコンの文字等が二重に見えたりして解像感および品位がそこなわれないように各色の画素を画面の全域にて重ね合わせられなければならない。そのため、投写レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）が可視光帯域にて良好に補正されていること。
【００１１】
・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十分補正されていること（特に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）
等が必要とされている。
【００１２】
また最近では、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には機動性を重視した、装置の小型・軽量化が強く求められている。さらには、狭い室内において明るくかつ大画面投影を可能とする高輝度化・広画角化の仕様も求められている。
【００１３】
従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負・正・正・負・正（もしくは負）・正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献１）。この６群ズームレンズは、第１および６レンズ群を変倍の為には固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２、３、４および５レンズ群を移動するため、レンズ全長が一定に保たれ、変倍時の色収差等の諸収差の変動を抑えたテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながら、このズームレンズを反射型液晶プロジェクターに用いるには、バックフォーカスが十分でない。
【００１４】
この他の従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負、正、負、正の屈折力の第１〜第４レンズ群の配列による全体として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４群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献２）。この４群ズームレンズは、第１および４レンズ群を変倍の為には、固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２〜３レンズ群を移動させるため、レンズ全長は一定に保たれ、かつ反射型液晶プロジェクターを考慮した十分に長いバックフォーカスと比較的広い画角を有するテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながら、このズームレンズは、開放Ｆ値（以後Ｆ値は開放を表す）が比較的大きく、明るさが十分でない。
【００１５】
この他の従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側より順に負、正、正、負、正、正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献３）。この６群ズームレンズは、第１、４及び６レンズ群を固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２、３及び５レンズ群を移動するため、レンズ全長が一定に保たれ、変倍時の色収差等の諸収差の変動を抑えたテレセントリックなズームレンズを構成している。しかしながらズームレンズを反射型液晶プロジェクターに用いるにはバックフォーカスが十分でない。
【特許文献１】
特開２００１−２３５６７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１５４１０号公報
【特許文献３】
特開２００１−１０８９００号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
モバイル液晶プロジェクターの更なる小型化の要望とともに、特にホームシアター用に大きなメリットとなる近距離投影できること、つまり液晶プロジェクターの広画角化が求められている。
【００１７】
透過型液晶プロジェクターの場合、液晶表示素子が小さくなるにつれ、その駆動回路により開口率が低下し光量が減少してしまう。これに対して反射型液晶表示の場合、駆動回路をパネルの裏側に設置することができるので開口率が高くなり光量低下を抑えることができる。そのため最近では、効率的に高輝度化を目指すため開口効率が良い反射型液晶プロジェクターが注目されており、それに伴い反射型液晶プロジェクターに特化した明るい投写レンズが必要となる。しかし反射型液晶プロジェクターにおいては、投写レンズと液晶表示素子との間にダイクロイックプリズム等の色合成光学系に加えて、偏光分離光学系等を挿入するために透過型液晶プロジェクターに比してより長いバックフォーカスを有した投写レンズが必要となる。
【００１８】
又、蛍光燈下でも使用に耐えうるスクリーン照度を確保するために、小型プロジェクター用の投写レンズであっても広角端のＦ値が３．０程度以上の明るさが要望されている。
【００１９】
つまり、小型軽量の液晶プロジェクターとしては、高輝度・高解像度を期待できる反射型液晶プロジェクターであって、かつ十分に長いバックフォーカスを有した近接距離で投影可能な投写レンズが要求されている。
【００２０】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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の投写レンズに好適な変倍光学系の提供を目的とする。
【００２１】
この他本発明は、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ズームレンズの提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明は、前方（拡大側）から後方（縮小側）へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、変倍の為には移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点距離端（いわゆる広角端）から長焦点距離端（いわゆる望遠端）への変倍に際して、第２、第３、第４、第５レンズ群が拡大側に移動する変倍光学系であって、特に、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ、第４レンズ群の焦点距離をｆ４、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆとするとき、
１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３
を満足することを特徴としている。
本願第２発明は、前方から後方へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、負の屈折力の第５レンズ群、変倍のために移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第２、第３レンズ群が前方へ、第４、第５レンズ群が後方へ移動する変倍光学系であって、特に、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０．４
を満足することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の変倍光学系及び画像投写装置のいくつかの実施形態について説明する。各実施形態において、本発明の変倍光学系は、変倍に際してピント面が移動しないズームレンズとしている。
【００２４】
図１は本発明の実施形態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（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する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（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（超焦点距離端）における収差図である。
【００２５】
図３は本発明の実施形態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４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態２に対応する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（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２６】
図５は本発明の実施形態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６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態３に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２７】
図７は本発明の実施形態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８（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態４に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２８】
図９は本発明の実施形態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１０（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態５に対応する後述する数値実施例５の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００２９】
図１１は本発明の実施形態６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１２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態６に対応する後述する数値実施例６の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３０】
図１３は本発明の実施形態７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（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態７に対応する後述する数値実施例７の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）１．８ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３１】
図１、図３、図５、図７、図９、図１１、図１３の実施形態１〜７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Ｓ上に拡大投影している状態を示している。
【００３２】
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（前方）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（後方）に相当している。
【００３３】
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。ＡＳＰは非球面、ＳＰは絞りである。
【００３４】
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ＬＣＤ側はプロジェクター本体に含まれている。
【００３５】
図２、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４の収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６２０ｎｍ、Ｂは波長４５０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。Ｙは像高、ＦｎｏはＦナンバーである。
【００３６】
まず図１、図３、図５の実施形態１〜３について説明する。
【００３７】
◎図１、図３、図５において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。
【００３８】
実施形態１〜３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第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３第４レンズ群Ｌ４そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側である第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は変倍のためには移動しない。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは表示パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。
【００３９】
◎拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置し、レトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。又、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００４０】
◎負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保しつつ近接投影距離において光学性能を良好に維持させている。反面、高変倍化および諸収差の補正が難しくなることに対しては、可動成分（レンズ群）を４成分とすることにより変倍時の収差変動を良好に抑えている。
【００４１】
また、第１、第６レンズ群Ｌ１、Ｌ６はともに変倍の際は像面（縮小共役面）に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を固定とし重量バランス等の変化を少なくし機構面で有利に作用するようにしている。
【００４２】
広角端に対する全系の焦点距離をｆｗ、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４、最終レンズ面（第６レンズ群の最終レンズ面）からの空気換算バックフォーカスをｂｆとしたとき以下の条件式（１）を満足している。
【００４３】
１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３ ・・・（１）
条件式（１）は、ズーミング（変倍）により移動する結像位置の変動を補正する為の第４レンズ群（コンペンセータ）Ｌ４の倍率を規定する条件である。条件式（１）の上限を超えると第４レンズ群Ｌ４の屈折力が強くなりすぎ、ズーミングによる収差変動が大きくなってしまい好ましくない。逆に下限を越えると第４レンズ群Ｌ４の屈折力が弱くなりすぎ、ズーミングにおける移動量が多くなりコンパクト化が困難となり好ましくない。更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４４】
１．８＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．２ ・・・（１ａ）
◎第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、以下の条件式（２）を満足している。
【００４５】
−６５＜ｆ３／ｆｗ＜−３５ ・・・（２）
条件式（２）は、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を適切に設定したものである。条件式（２）の上限を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなり特に軸外光線における収差補正が困難になってくる。逆に下限を超えると第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなり過ぎるのでレンズ径が大きくなり、レンズ重量が増加傾向となるので好ましくなく、さらにはレンズ全長が長大化する傾向となる。更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４６】
−６０＜ｆ３／ｆｗ＜−４０ ・・・（２ａ）
◎第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ５、第６レンズ群Ｌ６の焦点距離をｆ６とするとき以下の条件式（３）を満足している。
【００４７】
１．７＜ｆ５／ｆ６＜２．２ ・・・（３）
条件式（３）は第５レンズ群Ｌ５と第６レンズ群Ｌ６の焦点距離の関係を適切に設定したものである。条件式（３）の、上限を超えると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が強くなりすぎてしまい長いバックフォーカスを確保するのが困難になるとともに軸外諸収差の補正が困難となる。また下限を超えると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が弱くなりバックフォーカスが長くなり好ましくない。更に好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４８】
１．８＜ｆ５／ｆ６＜２．１ ・・・（３ａ）
◎レンズ系全体のコンパクト化のため各レンズ群の屈折力を強めることに伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００４９】
このときの非球面は、硝子モールドタイプ非球面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によっては、プラスチック材より成る非球面レンズとしてもよい。非球面の採用は、除去しようとする収差にもよるが、像面湾曲等の収差を良好に補正するために第１レンズ群Ｌ１に採用するのが効果的であるがこれに限らず、第５レンズ群Ｌ５または第６レンズ群Ｌ６といった絞り位置からなるべく遠い位置に採用することも効果的である。
【００５０】
◎絞りＳＰは本来レンズ群と独立に移動させることが良いが、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レンズ群Ｌ２または３レンズ群Ｌ３内といった変倍作用するレンズ群内に配置するのが良く、これによれば変倍時の収差変動を効率良く補正することができる。
【００５１】
◎第５レンズ群Ｌ５は、拡大側から順に、拡大側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、縮小側に比べ拡大側に強い曲率（曲率半径Ｒの逆数：１／Ｒが大きい）を持ち縮小側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズを独立又は２枚又は３枚の貼り合せレンズにより構成している。このように軸上光線の高さが最も小さくなる位置で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。さらに第５レンズ群Ｌ５を正の屈折力のレンズ群にすることにより、テレセントリック性をもたせるために強い正の屈折力が必要とされる第６レンズ群Ｌ６の屈折力の負担を軽減させている。
【００５２】
◎第６レンズ群Ｌ６の正レンズは、絞りＳＰから縮小側に配置された負の屈折力の第３、第４レンズ群Ｌ３、Ｌ４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なければならないので硝子材の屈折率はペッツバール和を小さくする意味においてもなるべく高い材料が好ましい。
【００５３】
◎図１、図５の実施形態１、３において第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズおよび縮小側に凸を向けたメニスカス形状の正レンズより成っている。図３の実施形態２において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に、両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、縮小側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより構成している。
【００５４】
実施形態１、２、３では最も拡大側に正レンズを配置することにより主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００５５】
実施形態１、２、３においてはまた高次の倍率色収差を小さく抑えるために、軸外光線の高さの小さい最も縮小共役側に色分散の大きい（アッベ数の小さい）材料を使用している。また第１レンズ群Ｌ１の２枚の正レンズの間に配置される３枚の負レンズは、その各面における屈折力が均等に分割されており、負レンズによる歪曲収差、非点収差、コマ収差が最小になるように上記形状にて構成している。
【００５６】
実施形態３では、第１レンズ群Ｌ１のメニスカス形状の負レンズの一枚（拡大側より１番目のレンズ）に非球面を採用している。実施形態３では硝子モールドタイプの非球面レンズであるが、必ずしもこれに限らずレプリカおよびプラスチックタイプの非球面であっても構わない。このように絞りＳＰから遠い位置に非球面を配置することによって、主に像面湾曲等の収差を良好に補正する作用をしている。特に非球面を配置する位置としては第１レンズ群Ｌ１に限定されるものではなく、第１〜６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６において、収差補正等の目的に合わせて配置を選択することが望ましい。
【００５７】
図１、図５の実施形態１、３において、第２レンズ群Ｌ２は、拡大側より順に、両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、絞りＳＰ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。図３の実施形態２において、第２レンズ群Ｌ２は、拡大側より順に両レンズ面が凸面の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、絞り、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００５８】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において、第３レンズ群Ｌ３は、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００５９】
第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３は、主たる変倍作用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、正レンズには屈折率の高い硝子材が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設計するために良い。特にペッツバール和に関して、本発明のような大口径レンズにおいて高い解像力が要求されると、縮小側の像面深度が浅くなり、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ペッツバール和は小さく補正されていることが重要である。また、第３レンズ群Ｌ３は弱いパワー（屈折力）を持たせているがこれは変倍に際して移動量が大きくなるために発生する収差の変動量を抑えるためである。
【００６０】
なお、絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２内に存在し、変倍時に第２レンズ群Ｌ２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。
【００６１】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において第４レンズ群Ｌ４は、変倍に伴うピント面の移動を補正する役割を担っている。
【００６２】
第４レンズ群Ｌ４は拡大側より順に、両レンズ面が凹面の負レンズ、拡大側のレンズ面が凸面の正レンズの貼り合せによって構成しており、主に倍率色収差を効率よく抑える作用をしている。
【００６３】
図１、図３の実施形態１、２において、第５レンズ群Ｌ５は拡大側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、縮小側に凸を向けたメニスカス形状の負レンズの３枚の貼り合せにより構成している。又、図５の実施形態３において第５レンズ群Ｌ５は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズと縮小側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズとを接合した２群３枚のレンズより構成している。
【００６４】
実施形態１〜３では、最も縮小側には負レンズを位置させている。この負レンズは、効率よくペッツバール和を小さくする作用をする。また、実施形態１、２では３つのレンズを貼り合わせにすることにより倍率色収差を効率良く抑える役割を担っている。さらに主平面位置を液晶表示素子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を得ると共に十分なバックフォーカスを確保している。
【００６５】
図１、図３、図５の実施形態１〜３において、第６レンズ群Ｌ６は高い屈折力かつ高分散の材料より成る両レンズ面が凸面の正レンズを使用し、像面に対してテレセントリック性を持たせると同時に第５レンズ群Ｌ５の負レンズで発生する高次の倍率色収差を抑える作用をしている。
【００６６】
◎以上のように、実施形態１〜３によれば大口径で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長いバックフォーカスを有するズームレンズを実現している。
【００６７】
次に、図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７について説明する。
【００６８】
◎図７、図９、図１１、図１３においてＬ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は負の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。
【００６９】
実施形態４〜７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第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。又、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５を第２共役点側（縮小側）へ移動させている。変倍に際し、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は固定である。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは表示パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。
【００７０】
◎拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置しレトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。又、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００７１】
◎負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保している。反面、高変倍化が難しくなることに対しては、変倍時の可動時の可動成分を４成分とすることにより変倍時の収差変動を抑えたコンパクトな光学系を実現している。
【００７２】
◎第１レンズ群Ｌ１および第６レンズ群Ｌ６はともに変倍に際して、縮小共役面に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を変倍時に固定とし重量バランスの変化を少なくし機構面で有利に作用するようにしている。
【００７３】
◎空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき以下の条件式を満足している。
【００７４】
０．２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０．４ ・・・（４）
条件式（４）は、長いバックフォーカスを容易に得るための条件である。条件式（４）の上限を超えるとバックフォーカスが短くなってしまい、プリズムやフィルター等の挿入に必要な長いバックフォーカスを得ることが困難になる。逆に下限を超えるとバックフォーカスが長くなりすぎると同時にレンズ全長も長大化する傾向となり、メカ構造上好ましくない。更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００７５】
０．３＜ｆｗ／ｂｆ＜３．５ ・・・（４ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、空気換算バックフォーカスをｂｆ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、以下の条件式を満足している。
【００７６】
２．３＜ｂｆ／（｜ｆ１｜・ｆｗ）１／２＜２．８ ・・・（５）
条件式（５）は、おもに収差補正の為に第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を適切に設定したものである。上限を超えると第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり過ぎてしまい特に軸外光線における収差補正が困難になってしまう。逆に下限を超えると第１レンズ群Ｌ１のパワーが弱くなるのでレンズ径が大きくなる傾向となり高重量となるので好ましくなく、さらにはレンズ全長が長大化する傾向となる。更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００７７】
２．３５＜ｂｆ／（｜ｆ１｜・ｆｗ）１／２＜２．７ ・・・（５ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とするとき以下の条件式を満足している。
【００７８】
０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．５ ・・・（６）
条件式（３）は主たる変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２と第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の関係を適切に設定したものである。上限を超えると変倍における収差の変動が大きくなり、その補正が困難となる。また下限を超えると変倍に際して第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなりレンズ系全体の小型化が困難になってくる。
【００７９】
更に好ましくは、条件式（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００８０】
０．３５＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．４５ ・・・（６ａ）
◎広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、第６レンズ群Ｌ６の焦点距離ｆ６とするとき以下の条件式を満足している。
【００８１】
３．０＜ｆ６／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜４．２ ・・・（７）
条件式（４）はテレセントリック性を確保するための適切な第６レンズ群Ｌ６の屈折力を規定したものである。上限を超えると第６レンズ群Ｌ６のパワーが長くなり過ぎて、バックフォーカスが大きくなり過ぎてしまい好ましくない。逆に下限を越えると十分なバックフォーカスを確保できずテレセントリック性が崩れる傾向となり、さらには軸外収差の補正が困難となり好ましくない。更に好ましくは、条件式（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００８２】
３．３＜ｆ６／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜４．０ ・・・（７ａ）
◎レンズ系全体のコンパクト化のため各レンズ群の屈折力を強めることに伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００８３】
このときの非球面は硝子モールドタイプ非球面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によっては、プラスチック材より成る非球面レンズとしてもよい。非球面の採用は、除去しようとする収差にもよるが、像面湾曲等の収差を良好に補正するために第１レンズ群Ｌ１に採用するのが効果的であるがこれに限らず、第５レンズ群Ｌ５または第６レンズ群Ｌ６といった絞り位置からなるべく遠い位置に採用することも効果的である。
【００８４】
◎絞りＳＰは本来レンズ群と独立に移動させることが良いが、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レンズ群Ｌ２または３レンズ群Ｌ３内といった変倍作用をするレンズ群内に配置するのが良く、これによれば変倍時の収差変動を効率良く補正することができる。
【００８５】
◎第５レンズ群Ｌ５には、拡大側から順に両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズおよび拡大側に比べ縮小側に屈折力の絶対値が大きい両レンズ面が凸面の正レンズにより構成している。このように軸上光線の高さが最も小さくなる位置で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。
【００８６】
◎第６レンズ群Ｌ６の正レンズは、絞りＳＰから縮小側に配置された負の屈折力の第４、第５レンズ群Ｌ４、Ｌ５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なければならないので硝子材の屈折率はペッツバール和を小さくする意味においてもなるべく高い材料が好ましい。
【００８７】
◎図７、図９の実施形態４、５において
第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００８８】
図１１の実施形態６において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた２枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００８９】
図１３の実施形態７において、第１レンズ群Ｌ１は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けた３枚のメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズ、より成っている。
【００９０】
第１レンズ群Ｌ１は、６枚構成であり最も拡大側に正レンズを配置することにより、主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００９１】
また高次の倍率色収差を小さく抑えるために、軸外光線の高さの小さい最も縮小側に色分散の大きい（アッベ数の小さい）ガラスを使用したレンズを配置している。また第１レンズ群Ｌ１の２枚の正レンズの間に配置される４枚の負レンズは、４枚の負レンズの各面における屈折力がほぼ均等に分割され、負レンズによる歪曲収差、非点収差、コマ収差が最小になるように上記形状にて構成している。
【００９２】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第２レンズ群Ｌ２は、両レンズ面が凸面の正レンズと負レンズとを接合した正レンズそして絞りＳＰより成っている。
【００９３】
又、第３レンズ群Ｌ３は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００９４】
第２レンズ群Ｌ２および３レンズ群Ｌ３に関しては、主たる変倍作用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、正レンズには屈折率の高い硝子材が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設計するためによい。特にペッツバール和に関して、本発明のような大口径レンズにおいて高い解像力が要求されると、縮小側の像面深度が浅くなり、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ペッツバール和は小さく補正されていることが重要である。
【００９５】
色にじみの観点では、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等の使用が効率的である。
【００９６】
なお、絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２内に存在し、変倍時に第２レンズ群Ｌ２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。
【００９７】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第４レンズ群Ｌ４は、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。第４レンズ群Ｌ４は、変倍に伴うピント面の移動を補正する作用を担っている。変倍全域に関して第４レンズ群Ｌ４の結像倍率は等倍以上である。
【００９８】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第５レンズ群Ｌ５は、両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。
【００９９】
第５レンズ群Ｌ５は、最も拡大側に負の屈折力を与えている。この負の屈折力により、効率よくペッツバール和を小さくする作用をする。また、接合レンズを用いることにより倍率色収差を効率良く抑える役割を担っている。さらに主平面位置を液晶表示素子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バックフォーカス確保の面にて有利に作用している。
【０１００】
◎図７、図９、図１１、図１３の実施形態４〜７において第６レンズ群Ｌ６は、両レンズ面が凸面の正レンズより構成している。
【０１０１】
第６レンズ群Ｌ６の正レンズには高屈折力かつ高分散な材料を使用し、像面に対してテレセントリック性を持たせると同時に第５レンズ群Ｌ５の負レンズで発生する高次の倍率色収差の発生を抑えている。
【０１０２】
◎図１３の実施形態７では、第１レンズ群Ｌ１の負レンズの一枚（拡大側より２番目のレンズ）に非球面を採用している。実施形態では硝子モールドタイプの非球面レンズであるが、必ずしもこれに限らずレプリカおよびプラスチックタイプの非球面であっても構わない。このように絞りから問い位置に非球面を配置することによって、主に像面湾曲等の収差を良好に補正する作用をしている。
【０１０３】
また、非球面を配置する位置としては第１レンズ群Ｌ１に限らず、第１〜第６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の収差補正の目的に合わせて配置をすることが望ましい。
【０１０４】
以下に実施形態１〜７のズームレンズの数値データに各々対応する数値実施例１〜７を示す。各数値実施例においてｉは拡大側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーである。
【０１０５】
また数値実施例１〜７の最も縮小側の３つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に相当するガラスブロックＧＢを構成する面である。
【０１０６】
またｋを離心率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０
で表示される。但しｒは曲率半径である。
【０１０７】
なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【０１０８】
前述の各条件式１〜３と数値実施例１〜３における諸数値との関係を表１に示す。
【０１０９】
又、各数値実施例４〜７における上述した条件式４〜７との対応を表２に示す。
【０１１０】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【外５】
【外６】
【外７】
【表１】
【表２】
図１５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。
【０１２０】
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１５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、５Ｇ、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。
【０１２１】
図１６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。
【０１２２】
図１６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。撮像装置に本発明のズームレンズを適用した場合には、被写体９側が拡大側（前方）に、感光体７側が縮小側（後方）に該当する。
【０１２３】
【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、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。
【０１２４】
この他本発明によれば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】
【図１】本発明の実施形態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１．８ｍのときの収差図
【図３】本発明の実施形態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４】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１．８ｍのときの収差図
【図５】本発明の実施形態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６】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１．８ｍのときの収差図
【図７】本発明の実施形態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８】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１．８ｍのときの収差図
【図９】本発明の実施形態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１０】本発明の数値実施例５のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１１】本発明の実施形態６のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図１２】本発明の数値実施例６のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１３】本発明の実施形態７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７のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．８ｍのときの収差図
【図１５】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要部概略図
【図１６】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
Ｌ６ 第６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）
ΔＳ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
ΔＭ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ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
Claims (13)
- 前方から後方へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、変倍のために移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点端から長焦点端への変倍に際して該第２、第３、第４、第５レンズ群は前方に移動する変倍光学系であって、短焦点端における全系の焦点距離をｆｗ、該第４レンズ群の焦点距離をｆ４、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆとするとき、
１．７＜ｂｆ／（ｆｗ・｜ｆ４｜）１／２＜２．３
を満足することを特徴とする変倍光学系。 - 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
−６５＜ｆ３／ｆｗ＜−３５
を満足することを特徴とする請求項１の変倍光学系。 - 前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５、前記第６レンズ群の焦点距離をｆ６とするとき、
１．７＜ｆ５／ｆ６＜２．２
を満足することを特徴とする請求項１又は２の変倍光学系。 - 前記第５レンズ群は、前方より後方へ順に、前方に凸を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、後方に凸を向けたメニスカス形状の負レンズより成ることを特徴とする請求項１、２又は３の変倍光学系。
- 前記第１レンズ群は、１以上の非球面を有することを特徴とする請求項１、２、３又は４の変倍光学系。
- 前方側から後方へ順に、変倍のために移動しない負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、負の屈折力の第５レンズ群、変倍のために移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有し、短焦点端から長焦点端への変倍に際して該第２、第３レンズ群は前方へ、該第４、第５レンズ群は後方へ移動する変倍光学系であって、最終レンズ面からの空気換算バックフォーカスをｂｆ、短焦点端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０．４
を満足することを特徴とする変倍光学系。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
２．３＜ｂｆ／（｜ｆ１｜・ｆｗ）１／２＜２．８
を満足することを特徴とする請求項６の変倍光学系。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．３＜｜ｆ１｜／ｆ２＜０．５
を満足することを特徴とする請求項６又は７の変倍光学系。 - 長焦点端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第６レンズ群の焦点距離をｆ６とするとき、
３．０＜ｆ６／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜４．２
を満足することを特徴とする請求項６、７又は８の変倍光学系。 - 前記第４レンズ群は、前方側より後方へ順に、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズにより成ることを特徴とする請求項６、７、８又は９の変倍光学系。
- 前記第１レンズ群は、１以上の非球面レンズを含むことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項の変倍光学系。
- 請求項１乃至１１いずれか１項に記載の変倍光学系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１乃至１１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。
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