JP2005257896A - ズームレンズ、画像表示装置、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長いバックフォーカスを有しつつ諸収差を良好に補正し、テレセントリック性を有した大口径、広画角、高変倍であるズームレンズを実現すること。
【解決手段】 ５つの光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも２つの光学成分を光軸方向に移動するズームレンズであって、前記５つの光学成分のうち最も拡大共役側の第１光学成分が負の光学パワーを有しており、該第１光学成分は広角端から望遠端への変倍に際して固定であり、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をｂｆとするとき、
０.２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０.６０ ・・・（１）
を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長いバックフォーカスを有するレトロフォーカスズームレンズに関するものである。特に反射型液晶パネルを用いた反射型用液晶プロジェクターに好適な投射レンズに関するものである。

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することが可能な装置として会議およびホームシアター向けに普及しており、以下に掲げる特性を要する。

液晶表示素子（反射型液晶パネル、ＤＭＤ等）を３枚使用する３板方式の液晶プロジェクタでは一般に、色分離光学系により白色光源からの光を赤、緑、青の各色に分離して各液晶表示素子に導き、その各液晶装置から射出する光を色合成光学系により合成して投射用レンズに入射させるようになっており、その構成上、液晶表を透過した後の色光を合成するダイクロイックプリズム等の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、投射レンズに関してある一定長のバックフォーカスを確保することが必要である。さらに液晶表示素子において反射型液晶表示素子を用いた場合には、透過型液晶表示素子に比してより長いバックフォーカスを必要とするのが一般的である。

液晶表示素子から色合成光学系に入射する光束の角度が変化すると、それに応じて色合成光学系の分光透過率が変化し、投影された画像における各色の明るさが画角により変化して見づらい画像になる。このため、角度依存の影響を少なくするため液晶表示素子（縮小共役面）側の瞳が略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が必要である。

３色の液晶表示素子の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して解像感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、投射レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域にて良好に補正することが必要である。

投射された画像が歪んで見えにくくないように、歪曲収差が良好に補正されていることが望ましい。

効率良く光源からの光を取り込めるように、Ｆｎｏの小さい明るいレンズであることが望ましい。

また最近では、装置の高輝度・高解像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携帯・機動性を重視すべく装置の小型・軽量化が求められるのと同時に、このような小型投射装置の使用環境を考慮して、より短い投射距離で大画面投射が実現でき、しかも投影画面サイズの調整を行い易い高変倍ズームレンズが望まれている。

上記のように長いバックフォーカスを必要としながらも諸性能が要求される液晶プロジェクター用投射レンズには、レンズ枚数を増やすことなく収差補正を行う有効な手段の一つである非球面レンズを使用することが好ましい。また、加工の容易さや製造コストの点に着目すればプラスチックレンズによる非球面を用いることが好ましい。

前記の特性を満足するズームレンズとしては、特許文献１に記載されているズームレンズが挙げられる。
特開２００１−２３５６７９号公報

さらに、短い投射距離で大画面投射が実現でき、しかも高変倍化を実現させた長いバックフォーカスを必要とするズームレンズへの要望が高まっている。しかしながら、特許文献１のズームレンズでは、この点において若干不十分な点があった。

そこで、本発明では、短い投射距離で大画面投射が実現でき、しかも高変倍化を実現させた長いバックフォーカスを必要とするズームレンズ、特に反射型用パネルを用いた液晶プロジェクター（画像投写装置）の投射レンズを提供することを目的とする。

上記課題の解決の為に、本発明のズームレンズは、５つの光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも２つの光学成分を光軸方向に移動するズームレンズであって、前記５つの光学成分のうち最も拡大共役側の第１光学成分が負の光学パワーを有しており、該第１光学成分は広角端から望遠端への変倍に際して固定であり、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をｂｆとするとき、
０.２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０.６０
を満足することを特徴とする。

本発明のズームレンズによれば、長いバックフォーカスを有しつつ諸収差を良好に補正し、テレセントリック性を有した大口径、広画角、高変倍であるズームレンズを実現することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態のズームレンズは、５つの光学成分（レンズ群、但し、レンズ１枚でも複数であっても構わないし、さらにレンズに限らず回折光学素子やミラーを含んでいても構わない）を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも２つの光学成分を光軸方向に移動するズームレンズであって、前記５つの光学成分のうち最も拡大共役側の第１光学成分が負の光学パワーを有しており、該第１光学成分は広角端から望遠端への変倍に際して固定であり、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をｂｆとするとき、
０.２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０.６０ ・・・（１）
を満足することを特徴としている。さらに好ましくは、
０.４０＜ｆｗ／ｂｆ＜０.６０ ・・・（１）’
この条件式（１）は、的確に長いバックフォーカスを得るための条件を表しており、上限を超えるとバックフォーカスが短くなってしまい、プリズム等の挿入に必要な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長いバックフォーカスを得ると同時にレンズ全長も長大化してしまい好ましくない。

ここで、第１レンズ群が貼り合せレンズを有することにより、倍率色収差を効率良く抑えることができる。

また、負の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズと、正の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記負の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズの焦点距離の逆数の総和の逆数をｆｎ、前記正の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズの焦点距離の逆数の総和の逆数をｆｐとするとき、
−０.５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０.０５ ・・・（２）
を満足することを特徴としている。

この条件式（２）は、収差補正に有効な非球面を備えたプラスチック製の負パワーのレンズと、収差を補正する非球面を備えたプラスチック製の正パワーのレンズを含み、それらのパワー関係を示したものである。一般に正プラスチックレンズは温度上昇による屈折率変化に伴い縮小共役側のピント位置をオーバー方向に、負プラスチックレンズは温度上昇による屈折率変化に伴い縮小共役側のピント位置をアンダー方向にシフトさせる。よって前記双方を用いた構成とするとピント位置のシフト方向が対をなすため、温度変化によるピントズレを抑制できる。条件式（１）の下限を超える領域においては、負パワーに対し正のパワーが過剰に大きくなってしまうため、正パワープラスチックレンズの温度変化による影響が顕著に出てしまい、焦点が過剰にオーバー方向へシフトしてしまう。また、条件式（１）の上限を超える領域においては正パワーに対し負のパワーが過剰に大きくなってしまうため、負パワープラスチックレンズの温度変化による影響が顕著に出てしまい、焦点が過剰にアンダー方向へシフトしてしまう。なお（２）式に関して、さらに好ましくは
−０.５０＜ｆｎ／ｆｐ＜−０.３０・・・（２）’
を満たすことが望ましい。

また、前記第１光学成分が、光学パワーが負の非球面プラスチックレンズを少なくとも１枚有するように構成しても良い。これによって、他の光学成分（レンズ群）に比べて口径が大きくなる最も拡大共役側の第１光学成分において投射時の光線の密度が小さくなることにより、光線を適切に補正できる非球面を設定しやすくなり、他のレンズの歪曲収差等の軸外収差補正補正の負担を軽減させることができ、さらにはレンズ枚数の削減にも効果がありコスト的に有利となる。

また、前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に５番目の光学成分を第５光学成分とするとき、前記第５光学成分が光学パワーが正の非球面プラスチックレンズを少なくとも１枚有するように構成していても良い。これによって、最も縮小共役側でテレセントリック性をもたせるため比較的パワーの強い正プラスチックレンズを用いており、これに非球面を持たせることにより、残存している軸外収差を取り除くのに効果的である。

また、前記第１光学成分が、縮小共役側に凸のメニスカスレンズを少なくとも１枚有するように構成しても良い。これにより、歪曲収差および非点収差を補正し、他の群に対する収差補正の負担を軽減させつつ高変倍化を実現できる。

また、前記第１光学成分の負レンズのアッベ数平均値ν１ｎが、
ν１ｎ＞４８ ・・・（３）
を満足するように構成しても良い。これによって、第１光学成分での倍率色収差を抑えるための条件式であり、第１レンズ群の負レンズに色分散の小さな材質を用いることで、倍率色収差を極力小さく抑えることができる。条件式（３）の下限を越える領域においては倍率色収差が大きくなってしまい、スクリーン投射時に色ずれが発生してしまう。ここで、ν１ｎは７０以下、より好ましくは６０以下とすることが好ましい。さらに、ν１ｎはより好ましくは５１より大きいことが望ましい。

また、前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に３番目の光学成分を第３光学成分とするとき、前記第３光学成分が、拡大共役側から順に拡大共役側に凹に配置された光学パワーが負のメニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚で構成しても良い。これにより変倍における倍率色収差の変動を抑えている。

また、前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に５番目の光学成分を第５光学成分とするとき、前記第５光学成分が、拡大共役側から順に、光学パワーが負のレンズと該負レンズの縮小共役側に配置された光学パワーが正のレンズとを接合した接合レンズ、両凸レンズ、縮小共役側に凸の正メニスカスレンズより構成しても良い。これにより倍率色収差を抑えつつ像面（液晶表示素子）においてテレセントリック性を持たせる役割を担っている。

また、以下に述べる数値実施例１〜４の表１〜４中、Ｒｉはスクリーン側から第ｉ番目に位置するレンズ面の曲率半径であり、ｄｉは同じく第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面間の距離、Ｎｊは第ｊ番目のレンズを構成するガラスのｄ線に対する屈折率、νｊは同じく第ｊ番目のレンズを構成するガラスのアッベ数をそれぞれ表す。なお、非球面データに関しては以下の関数に従う形状となっている。

Ｚ＝（ｙ^２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ^２／ｒ^２）｝^１／２］
＋Ａｙ^４＋Ｂｙ^６＋Ｃｙ^８＋Ｄｙ^１０＋Ｅｙ^１２
また、ＧＢは色合成用のダイクロイックプリズム等の硝子ブロック、ＬＣＤは液晶表示素子、およびＳＴは絞りを、それぞれ表す。

（第１の実施例）
本発明の第１の数値実施例を表１にあげ、断面図を図１に示す。

本実施例において、物体側より順に負正正負正正の６群構成にて成っている。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および６レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜５レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。但し、第３レンズ群或いは第４レンズ群は可能ならば変倍中固定であっても構わない。

第１レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、縮小共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの貼合レンズによる４枚構成であり拡大共役側より２番目の負メニスカスレンズをプラスチックレンズとし、その両面に非球面を採用している。前記プラスチックレンズは両面を非球面とすることにより主に歪曲収差を補正している。また、最も縮小共役側のレンズにおいて縮小共役側に凸を向けた面を設けることにより歪曲収差および非点収差を補正し、さらに第１レンズ群のすべてのレンズに（条件式（１）に規定したような）低分散ガラスを使用し、併せて貼合レンズを使用することにより倍率色収差の発生を極力抑えている。本実施例では第１レンズ群を異動することによりフォーカス調整を行っている。

第２レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、主に第１レンズ群で発生した諸収差を補正する働きを担っている。この凸レンズには屈折率の高い硝材が、ペッツバール和の低減および変倍時の球面収差等の収差変動を小さく設計できる点で望ましい。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。さらに色収差補正の観点から、第１レンズ群で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、高屈折率（屈折率が１.７より大きい、より好ましくは１.８より大きい）低分散（分散値が３０より大きい、より好ましくは４０より大きい）特性を有するガラスを選択している。

第３レンズ群に関しては、本実施例では凸を拡大共役側に向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚構成としており、主たる変倍群の役割を担っている。負、正の２枚構成とすることにより、大口径でありながら変倍領域において倍率色収差の変動を小さくしている。なお、絞りは第３レンズ群に存在し、変倍時第３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群に関しては、両凹レンズ１枚による構成とし、強い負の屈折力を与えており、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。この強い負の屈折力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設計することができる。

第５レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと拡大共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの貼合、両凸レンズ、および縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズ４枚構成としている。最もスクリーン側に強い負の屈折力をもつレンズを配することによりペッツバール和を効率良く小さくしている。また、後ろ側主点位置を制御し、良好なテレセントリック性を確保し、必要なバックフォーカスを得るためにも効果的である。また、両凸レンズに関しては色収差を小さく抑えるため低分散ガラスを使用している。さらに、最も縮小共役側に正プラスチックを使用し両面を非球面としている。これにより、非点収差等の軸外収差を効率良く補正することができる。

第６レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚による構成としており、パワーの強い両凸レンズを使用しテレセントリック性を持たせている。

さらに、本実施例では正および負パワーのプラスチック非球面をそれぞれ１枚用いているが、これに限らず複数枚のプラスチックレンズを使用しつつも適正にパワーを設定し、ピントズレを補償したレンズとしても良い。また、非球面に関してはプラスチックに限らず、ガラスレンズによる非球面および光学面に薄い樹脂層を形成させて非球面形状とさせた所以ハイブリッドタイプ非球面を用いる構成としても良い。

本実施例によれば、Ｆ値が１.８と小さく、１００型を約３.０ｍと短い距離で投射可能でありながらズーム倍率が約１.７倍という高変倍が可能な投射レンズを実現できる。

なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により２.１ｍ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それぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示す。

また、本実施例の条件式（１）〜（３）の数値を以下に示す。

条件式
（１）＝０.５２５
（２）＝−０.３８
（３）＝５５.６

（第２の実施例）
本発明の第２の数値実施例を表２にあげ、断面図を図２に示す。特に記載しない部分に関しては第１の実施例と同様である。

本実施例において、物体側より順に負正正負正正の６群構成にて成っている。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および６レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜５レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。

第１レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、縮小共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの貼合レンズによる４枚構成であり拡大共役側より２番目負メニスカスレンズをプラスチックレンズとし、その両面に非球面を採用している。前記プラスチックレンズは両面を非球面とすることにより主に歪曲収差を補正している。また、最も縮小共役側のレンズにおいて縮小共役側に凸を向けた面を設けることにより歪曲収差および非点収差を補正し、さらに第１レンズ群のすべてのレンズに低分散ガラスを使用し、併せて貼合レンズを使用することにより倍率色収差の発生を極力抑えている。本実施例では第１レンズ群でフォーカスを行っている。

第２レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、主に第１レンズ群で発生した諸収差を補正する働きを担っている。この凸レンズには屈折率の高い硝材が、ペッツバール和補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さく設計できる点で望ましい。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。さらに色収差補正の観点から、第１レンズ群で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、高屈折率低分散特性を有するガラスを選択している。

第３レンズ群に関しては、本実施例では凸を拡大共役側に向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚構成としており、主たる変倍群の役割を担っている。負、正の２枚構成とすることにより、大口径でありながら変倍領域において倍率色収差の変動を小さくしている。なお、絞りは第３レンズ群に存在し、変倍時第３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群に関しては、両凹レンズ１枚による構成とし、強い負の屈折力を与えており、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。この強い負の屈折力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設計することができる。

第５レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと拡大共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの貼合、両凸レンズ、および縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズ４枚構成としている。最もスクリーン側に強い負の屈折力をもつレンズを配することによりペッツバール和を効率良く小さくしている。また、後ろ側主点位置を制御し、良好なテレセントリック性を確保し、必要なバックフォーカスを得るためにも効果的である。また、両凸レンズに関しては色収差を小さく抑えるため低分散ガラスを使用している。さらに、最も縮小共役側に正プラスチックを使用し両面を非球面としている。これにより、非点収差等の軸外収差を効率良く補正することができる。

第６レンズ群に関しては、凸を縮小共役側に向けた正メニスカスレンズ１枚の構成としており、パワーの強い両凸レンズを使用しテレセントリック性を持たせている。

さらに、本実施例では正および負パワーのプラスチック非球面をそれぞれ１枚用いているが、これに限らず複数枚のプラスチックレンズを使用しつつも適正にパワーを設定し、ピントズレを補償したレンズとしても良い。また、非球面に関してはプラスチックに限らず、ガラスレンズによる非球面および光学面に薄い樹脂層を形成させて非球面形状とさせた所以ハイブリッドタイプ非球面を用いる構成としても良い。

本実施例によれば、Ｆ値が１.８と小さく、１００型を約３.０ｍと短い距離で投射可能でありながらズーム倍率が約１.７倍という高変倍化が可能な投射レンズを実現できる。

なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により１.７ｍ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それぞれ図７（ａ）、（ｂ）に示す。

また、本実施例の条件式（１）〜（３）の数値を以下に示す。

条件式
（１）＝０.５２４
（２）＝−０.４３６
（３）＝５２.６

（第３の実施例）
本発明の第３の数値実施例を表３にあげ、断面図を図３に示す。特に記載しない部分に関しては第１の実施例と同様である。

本実施例において、物体側より順に負正正負正正の６群構成にて成っている。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および６レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜５レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。

第１レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、縮小共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの貼合レンズによる４枚構成であり拡大共役側より２番目負メニスカスレンズをプラスチックレンズとし、その両面に非球面を採用している。前記プラスチックレンズは両面を非球面とすることにより主に歪曲収差を補正している。また、最も縮小共役側のレンズにおいて縮小共役側に凸を向けた面を設けることにより歪曲収差および非点収差を補正し、さらに第１レンズ群のすべてのレンズに低分散ガラスを使用し、併せて貼合レンズを使用することにより倍率色収差の発生を極力抑えている。本実施例では第１レンズ群でフォーカスを行っている。

第２レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、主に第１レンズ群で発生した諸収差を補正する働きを担っている。この凸レンズには屈折率の高い硝子材が、ペッツバール和補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さく設計できる点で望ましい。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。さらに色収差補正の観点から、第１レンズ群で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、高屈折率低分散特性を有するガラスを選択している。

第３レンズ群に関しては、本実施例では凸を拡大共役側に向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚構成としており、主たる変倍群の役割を担っている。負、正の２枚構成とすることにより、大口径でありながら変倍領域において倍率色収差の変動を小さくしている。なお、絞りは第３レンズ群に存在し、変倍時第３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群に関しては、凸を縮小共役側に向けた負メニスカスレンズとし強い負の屈折力を与えており、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。この強い負の屈折力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設計することができる。

第５レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの貼合、両凸レンズ、および縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの４枚構成としている。最もスクリーン側に強い負の屈折力をもつレンズを配することによりペッツバール和を効率良く小さくしている。また、後ろ側主点位置を制御し、良好なテレセントリック性を確保し、必要なバックフォーカスを得るためにも効果的である。また、両凸レンズに関しては色収差を小さく抑えるため低分散ガラスを使用している。さらに、最も縮小共役側に正プラスチックを使用し両面を非球面としている。これにより、非点収差等の軸外収差を効率良く補正することができる。

第６レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、パワーの強いレンズを使用しテレセントリック性を持たせている。

さらに、本実施例では正および負パワーのプラスチック非球面をそれぞれ１枚用いているが、これに限らず複数枚のプラスチックレンズを使用しつつも適正にパワーを設定し、ピントズレを補償したレンズとしても良い。また、非球面に関してはプラスチックに限らず、ガラスレンズによる非球面および光学面に薄い樹脂層を形成させて非球面形状とさせた所以ハイブリッドタイプ非球面を用いる構成としても良い。

本実施例によれば、Ｆ値が１.８と小さく、１００型を約２.５ｍと短い距離で投射可能でありながらズーム倍率が約１.７倍という高変倍化が可能な投射レンズを実現できる。

なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により２.１ｍ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それぞれ図８（ａ）、（ｂ）に示す。

また、本実施例の条件式（１）〜（３）の数値を以下に示す。

条件式
（１）＝０.４５６
（２）＝−０.３５７
（３）＝５５.６

（第４の実施例）
本発明の第４の数値実施例を表４にあげ、断面図を図４に示す。特に記載しない部分に関しては第１の実施例と同様である。

本実施例において、物体側より順に負正正負正正の６群構成にて成っている。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１および６レンズ群は固定で全長一定であり、第２〜５レンズ群は拡大共役側に独立に移動している。

第１レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、拡大共役側に凸を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと両凸レンズの貼合レンズによる４枚構成であり拡大共役側より２番目負メニスカスレンズをプラスチックレンズとし、その両面に非球面を採用している。前記プラスチックレンズは両面を非球面とすることにより主に歪曲収差を補正している。また、第１レンズ群のすべてのレンズに低分散ガラスを使用し、併せて貼合レンズを使用することにより倍率色収差の発生を極力抑えている。本実施例では第１レンズ群でフォーカスを行っている。

第２レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、主に第１レンズ群で発生した諸収差を補正する働きを担っている。この凸レンズには屈折率の高い硝子材が、ペッツバール和補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さく設計できる点で望ましい。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。さらに色収差補正の観点から、第１レンズ群で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、高屈折率低分散特性を有するガラスを選択している。

第３レンズ群に関しては、本実施例では凸を拡大共役側に向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚構成としており、主たる変倍群の役割を担っている。負、正の２枚構成とすることにより、大口径でありながら変倍領域において倍率色収差の変動を小さくしている。なお、絞りは第３レンズ群に存在し、変倍時第３レンズ群とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群に関しては、凸を縮小共役側に向けた負メニスカスレンズとし強い負の屈折力を与えており、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。この強い負の屈折力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設計することができる。

第５レンズ群に関しては、拡大共役側から順に、両凹レンズと両凸レンズの貼合、両凸レンズ、および縮小共役側に凸を向けた正メニスカスレンズの４枚構成としている。最もスクリーン側に強い負の屈折力をもつレンズを配することによりペッツバール和を効率良く小さくしている。また、後ろ側主点位置を制御し、良好なテレセントリック性を確保し、必要なバックフォーカスを得るためにも効果的である。また、両凸レンズに関しては色収差を小さく抑えるため低分散ガラスを使用している。さらに、最も縮小共役側に正プラスチックを使用し両面を非球面としている。これにより、非点収差等の軸外収差を効率良く補正することができる。

第６レンズ群に関しては、両凸レンズ１枚の構成としており、パワーの強いレンズを使用しテレセントリック性を持たせている。

さらに、本実施例では正および負パワーのプラスチック非球面をそれぞれ１枚用いているが、これに限らず複数枚のプラスチックレンズを使用しつつも適正にパワーを設定し、ピントズレを補償したレンズとしても良い。また、非球面に関してはプラスチックに限らず、ガラスレンズによる非球面および光学面に薄い樹脂層を形成させて非球面形状とさせた所以ハイブリッドタイプ非球面を用いる構成としても良い。

本実施例によれば、Ｆ値が１.８と小さく、１００型を約３.０ｍと短い距離で投射可能でありながらズーム倍率が約２.０倍という高変倍化が可能な投射レンズを実現できる。

なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを第１レンズ群により２.１ｍ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それぞれ図９（ａ）、（ｂ）に示す。

また、本実施例の条件式（１）〜（３）の数値を以下に示す。

条件式
（１）＝０.５８８
（２）＝−０.３８８
（３）＝５８.４
ここで、上記実施例においては、レンズ群と称しているが、これらはレンズが１枚であってもレンズ群と称するし、２枚以上であっても勿論レンズ群と称するものとする。また、本実施例においては、非球面は２面用いた例と３面用いた例を例示したが、勿論１面しか無い場合でも構わないし、４面以上の非球面を有する構成としても構わない。

また、上記実施例の投写レンズはすべて６群構成であるが、屈折力が弱いレンズがレンズ群の間に配置されていても構わない。例えば、第１群と第２群との間に正の弱い屈折力を有し、変倍中は固定或いは第２群より小さく動くレンズ（複数のレンズであっても構わない）を有していても構わないし、それが負のレンズであっても良いし、第２群と第３群との間、第３群と第４群との間、第４群と第５群との間、第５群と第６群との間、或いは第１群より拡大共役側、第６群より縮小共役側に配置されていても構わない。勿論ここで言う、弱い屈折力を有するレンズとは、屈折力を持たない平行平板であっても構わない。

ここで、本願発明は、上記実施例に記載した投写レンズ（レトロフォーカスズームレンズ）のみならず、この投写レンズを有する画像表示装置をも包含する。例えば、３つの画像表示素子（赤、緑、青用）と、光源からの光で前記３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、前記３つの画像表示素子からの光をスクリーン等の被投影面に投影する、上記実施例に記載した投写レンズとを有する画像表示装置が挙げられる。ここで、画像表示素子は反射型の画像表示素子であることが好ましく、できれば画像表示素子で反射された光は、偏光分離素子（ＰＢＳ）又は偏光分離膜を２回通過（透過しても反射しても構わない）した後、屈折力を有するレンズ群に入射するように構成されていることが望ましい。つまり、ここで言う偏光分離素子又は偏光分離膜は、図１〜４においては、ＧＢ（ガラスブロック）と記載されている部分のことである。また、画像表示素子と偏光分離素子との間、又は画像表示素子と偏光分離膜との間には、１／４λ板が配置されていることが望ましい。勿論画像表示素子の数は３つに限らず、４つでも構わない。

また、本実施例に記載した投写レンズは、撮像装置用の撮像レンズとして用いることも可能である。その場合は、勿論拡大共役側は物体（被写体）側で、縮小共役側がフィルム（ＣＣＤ）面側である。

勿論、本発明の権利範囲は、本実施例に記載した投写レンズ（ズームレンズ）を有するすべての光学機器に及ぶものと考える。

上記の実施例中に記載したようなズームレンズ、特に画像表示装置（画像投影装置）に最適なズームレンズによれば、長いバックフォーカスでありながらも諸収差を良好に補正し、テレセントリック性を有した大口径、広画角、高変倍であるレトロフォーカスズームレンズを実現することができる。また非球面を備えた、正および負パワーを有するプラスチックレンズを適正に設定することにより、温度上昇等の環境変化によるピントズレを抑制した、構成枚数が少ないレトロフォーカスズームレンズを実現することができる。

本発明の第１実施例であるレトロフォーカスズームレンズの断面図。 本発明の第２実施例であるレトロフォーカスズームレンズの断面図。 本発明の第３実施例であるレトロフォーカスズームレンズの断面図。 本発明の第４実施例であるレトロフォーカスズームレンズの断面図。 第１実施例の２.１ｍフォーカス時での収差図。（ａ）は広角端の焦点距離時、（ｂ）は望遠端の焦点距離時の縦収差を示し、それぞれ、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。 第２実施例の２.１ｍフォーカス時での収差図。（ａ）は広角端の焦点距離時、（ｂ）は望遠端の焦点距離時の縦収差を示し、それぞれ、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。 第３実施例の２.１ｍフォーカス時での収差図。（ａ）は広角端の焦点距離時、（ｂ）は望遠端の焦点距離時の縦収差を示し、それぞれ、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。 第４実施例の２.１ｍフォーカス時での収差図。（ａ）は広角端の焦点距離時、（ｂ）は望遠端の焦点距離時の縦収差を示し、それぞれ、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

符号の説明

Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
ＩＩＩ 第３レンズ群
ＩＶ 第４レンズ群
Ｖ 第５レンズ群
ＶＩ 第６レンズ群
ＡＳＰ 非球面
ＳＴ 絞り
ＬＣＤ 液晶表示素子（像面）
ＧＢ 硝子ブロック（色合成プリズム）
Ｓ サジタル像面の倒れ
Ｍ メリジオナル像面の倒れ

Claims (15)

1. ５つの光学成分を有し、広角端から望遠端への変倍に際して前記５つの光学成分のうち少なくとも２つの光学成分を光軸方向に移動するズームレンズであって、
   前記５つの光学成分のうち最も拡大共役側の第１光学成分が負の光学パワーを有しており、該第１光学成分は広角端から望遠端への変倍に際して固定であり、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をｂｆとするとき、
   ０.２５＜ｆｗ／ｂｆ＜０.６０
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１光学成分が貼り合せレンズ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. 負の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズと、正の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記負の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズの焦点距離の逆数の総和の逆数をｆｎ、前記正の光学パワーを有する非球面プラスチックレンズの焦点距離の逆数の総和の逆数をｆｐとするとき、
   −０.５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０.０５
   を満足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. 前記第１光学成分が、光学パワーが負の非球面プラスチックレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。
5. 前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に５番目の光学成分を第５光学成分とするとき、前記第５光学成分が光学パワーが正の非球面プラスチックレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のズームレンズ。
6. 前記第１光学成分が、縮小共役側に凸のメニスカスレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズームレンズ。
7. 前記第１光学成分の負レンズのアッベ数平均値ν１ｎが、
   ν１ｎ＞４８ ・・・（３）
   を満足することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。
8. 前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に３番目の光学成分を第３光学成分とするとき、前記第３光学成分が、拡大共役側から順に拡大共役側に凹に配置された光学パワーが負のメニスカスレンズおよび両凸レンズの２枚で構成されることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のズームレンズ。
9. 前記５つの光学成分のうち、拡大共役側から順に５番目の光学成分を第５光学成分とするとき、前記第５光学成分が、拡大共役側から順に、光学パワーが負のレンズと該負レンズの縮小共役側に配置された光学パワーが正のレンズとを接合した接合レンズ、両凸レンズ、縮小共役側に凸の正メニスカスレンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のズームレンズ。
10. 拡大共役側から順に、前記５つの光学成分が配置されていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズ。
11. 前記５つの光学成分と、該５つの光学成分より縮小共役側に配置された第６光学成分とから成ることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載のズームレンズ。
12. 画像表示素子と、該画像表示素子からの光を被投影面上に投影する、請求項１乃至１１いずれかに記載のズームレンズとを有することを特徴とする画像表示装置。
13. 複数の画像表示素子と、光源からの光で前記複数の画像表示素子を照明する照明光学系と、前記複数の画像表示素子からの光を合成する色合成系と、該色合成系からの光を被投影面上に投影する、請求項１乃至１１いずれかに記載のズームレンズとを備えることを特徴とする画像表示装置。
14. 請求項１乃至１１に記載のズームレンズを有し、該ズームレンズを用いて物体の像を形成することを特徴とする撮像装置。
15. 請求項１乃至１１に記載のズームレンズを有する光学装置。
    

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