JP2005266103A - ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 収差補正を良好に行う為にプラスチック材より成る非球面レンズを使用しても、温度変化等によるピントズレ等の光学性能の変化を抑えることができる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】 ズーミングに際して光軸上移動する複数のレンズ群を有し、投影像原画を所定面上に投射する投射用のズームレンズであって、
プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
とし、
【数１】

とおくとき
−０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５
を満足すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズに関し、例えば液晶プロジェクターに好適なものである。

従来より、液晶表示素子等の画像表示素子を用いて、その表示素子に表示された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。

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可能な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きている。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。

液晶表示素子を３枚使用する３板方式のカラー液晶プロジェクターでは、白色光源からの光を色分離手段で赤，緑，青の色光に分離して、各々液晶表示素子に導光している。そして液晶表示素子により変調された色光をダイクロイックプリズムおよび偏光板等の色合成手段で合成して投写レンズに導光している。この為、投写レンズには、色合成手段を構成するこれら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が要望されている。

また、カラー液晶プロジェクターに用いる投写光学系としては、色合成手段を構成するダイクロイックプリズムに設けている色合成膜への入射角度が変化すると分光透過率が変化し、投影された画像に色ムラが発生する等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が要望されている。

又、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が要望されている。

更に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）や、光源手段からの光束を多く取り込む為にＦナンバーの小さな明るいレンズ系であること等が要望されている。

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、より短い投射距離で明るくかつ大画面の投影を可能とする高輝度化・広画角化で投射画面サイズの調整が行い易いズームレンズが要望されている。

従来より、液晶プロジェクター用の投写レンズとして拡大側（前方側）より順に負、正、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る全体として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群ズームレンズが知られている（例えば特許文献１）。

この他、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、正の屈折力のレンズ群より成る全体として５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５群ズームレンズが知られている（例えば特許文献２）。

一方、ズームレンズにおいてレンズ枚数を増やすことなく収差補正を行う為に非球面レンズを用いること、そして加工の容易さや製造コストの点からプラスチック材より成る非球面レンズが用いられている。

例えば物体側より順に負，正，正の屈折力のレンズ群より成る３群ズームレンズにおいて、各レンズ群にプラスチック材より成る非球面レンズを用いたズームレンズが知られている（特許文献３）。
特開２００１−１０８９００号公報 特開２００１−０６６４９９号公報 特開２００３−０５０３５２号公報

プラスチック材より成る非球面レンズは、ガラス材より成る非球面レンズに比べて製作が容易でしかも非球面量を容易に多く取れ、光学系の収差補正を容易に行うことができるといった特徴がある。

しかしながらその反面、環境変化があると、例えば温度変化があると、材料の屈折率や厚さそして面形状等が大きく変化して、ピント変動等の光学特性が大きく変化してしまう傾向がある。

例えば液晶プロジェクターに用いられるズームレンズにおいては、プラスチック材より成るレンズを用いると設置温度環境，照明用ランプによる発熱などによりズームレンズを構成する各レンズが加熱され、特にプラスチックレンズは、熱による材質の屈折率変化が多い為、光学特性の低下とともにピントズレが多く発生してくる。

本発明は、収差補正を良好に行う為にプラスチック材より成る非球面レンズを使用しても、温度変化等によるピントズレ等の光学性能の変化を抑えることができるズームレンズ及びそれを有する画像投射装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、
ズーミングに際して光軸上移動する複数のレンズ群を有し、投影像原画を所定面上に投射する投射用のズームレンズ、
又は
前方より後方へ順に、変倍のためには不動で負の屈折力の第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、正の屈折力の第５レンズ群、変倍のためには不動で正の屈折力の第６レンズ群を有するズームレンズ、
又は
前方より後方へ順に、変倍のためには不動で負の屈折力の第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、正の屈折力の第４レンズ群、変倍のためには不動で正の屈折力の第５レンズ群を有するズームレンズ、
において、
プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
とし、

とおくとき
−０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５
を満足することを特徴としている。

本発明によれば温度上昇等の環境変化によるピントズレや光学性能の変化を抑制したズームレンズを実現することができる。また非球面形状のレンズを用いることにより少ない構成レンズ枚数にもかかわらず大口径・広画角・高変倍であるレトロフォーカス型のズームレンズを実現することができる。

以下、図面を用いて本発明のズームレンズの実施例について説明する。

図１は本発明の実施例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（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例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）１．７ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。

図３は本発明の実施例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４（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例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）１．７ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。

図５は本発明の実施例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６（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例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）１．７ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。

図７は本発明の実施例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８（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例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）１．７ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。

図９は本発明の実施例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１０（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例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）２．３ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。

図１，図３，図５，図７，図９の実施例１〜５における画像投射装置では液晶パネルＬＣＤ等に表示される原画（被投影画像）をズームレンズ（投影レンズ、投写レンズ）ＰＬを用いてスクリーン面ＳＯ上に拡大投影している状態を示している。

ＳＯ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（被投影画像）である。スクリーン面ＳＯと原画像ＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面ＳＯは距離の長い方の共役点で拡大共役側（前方側）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点で縮小共役側（後方側）に相当している。

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。

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。

図１，図３，図５，図７の実施例１〜４において、Ｌ１は負の屈折力（パワー）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。ＳＴは絞りであり、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間に設けている。ＡＳＰは面が非球面形状であることを示している。

実施例１〜４では広角端から望遠端のズーム位置への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をスクリーンＳＯへ各々独立に移動させている。

ズーミングのためには、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は移動しない。従って、ズーミングに際して第１〜第６レンズ群までの全長は一定である。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。

図９の実施例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は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群である。ＳＴは絞りであり、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間に設けている。ＡＳＰは面が非球面形状であることを示している。

実施例５では広角端から望遠端への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をスクリーンＳＯ側へ各々独立に移動させている。ズーミングのためには、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５は移動しない。

従ってズーミングに際して第１〜第５レンズ群までの全長は一定である。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。

以上の各実施例では、各レンズ面に多層コートが施されており、これによって、スクリーン面ＳＯ上での照度の低下を防止している。

図２，図４，図６，図８，図１０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。ωは画角、ＦはＦナンバーである。

次に実施例１〜５の特徴について説明する。各実施例では、
◎プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
とし、

とおくとき
−０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５ ‥‥‥（１）
を満足している。

条件式（１）は、収差補正に有効な非球面形状を備えたプラスチック材より成る負の屈折力のレンズＬＮと、収差を補正する非球面形状を備えたプラスチック材より成る正の屈折力のレンズＬＰを含み，それらのパワー（屈折力）関係を特定したものである。

一般にレンズＬＰは温度上昇による材料の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、レンズＬＮは温度上昇による材料の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、負の屈折力に対し正の屈折力が過剰に大きくなってしまうため、レンズＬＰ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の屈折力に対し負の屈折力が過剰に大きくなってしまうため、レンズＬＮ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。

なお条件式（１）に関して、さらに好ましくは
−０．５２ ＜ ｆｎ/ｆｐ ＜ −０．１２ ‥‥‥（１ａ）
を満たすことが望ましい。

◎１以上の負の屈折力のレンズのうち、少なくとも１つは、最も前方の第１レンズ群に含まれている。

各実施例においては、第１レンズ群Ｌ１に非球面形状を有した負の屈折力のレンズの材料にプラスチックを用いている。これは、バックフォーカスが長い広角タイプ（レトロフォーカスタイプ）のレンズ系の特徴である強い負の屈折力を要する第１レンズ群Ｌ１内に、負の屈折力を有したプラスチック材より成るレンズを用いて収差を効率的に補正している。

また、第１レンズ群Ｌ１は他のレンズ群に比べて口径が大きくなるので投射時の光線の密度が小さくなり、それに伴い光線を適切に補正できる非球面形状を設定しやすくなり、各実施例は、これによって他レンズの収差補正の負担を軽減し、さらにはレンズ枚数の削減を効果的に達成している。

◎広角端のズーム位置における全系の焦点距離をｆｗとするとき
−７＜ｆｎ／ｆｗ＜−１ ‥‥‥（２）
を満足している。

条件式（２）は、レンズ全系の焦点距離に対して、プラスチック材より成り、非球面形状を有した負の屈折力のレンズＬＮの屈折力を適正に規定させた条件式である。条件式（２）の下限を超えた領域ではレンズＬＮの屈折力が緩くなってくる。そうすると、例えばレトロフォーカスタイプ特有の前群に強い負の屈折力を有する構成においては、レンズＬＮの非球面形状の作用が不十分となる。また上限を超えた領域では、レンズＮＬの負の屈折力が強くなりすぎてしまい偏芯敏感度が過剰に大きくなり、レンズ系全体の性能を出すための調整が困難となる。

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。

−５＜ｆｎ／ｆｗ＜−２ ‥‥‥（２ａ）
◎最も拡大共役側の第１レンズ群は全て負の屈折力のレンズより成り、このうち最も縮小共役側のレンズは、拡大共役側の面が凹形状又は縮小共役側の面が凸のメニスカス形状より成っている。

各実施例では第１レンズ群Ｌ１内のすべてのレンズを負の屈折力のレンズとし（好ましくは１以上の非球面形状を有すること）、拡大共役側の面が凹形状又は縮小共役側の面が凸でメニスカス形状のレンズを備えることにより、拡大共役側の面を凸形状としたレンズで発生する歪曲収差や非点収差と逆の収差を発生させ第１レンズ群Ｌ１で発生する歪曲収差や非点収差を少ないレンズ枚数で補正している。さらには前玉有効径の小型化を図っている。

◎第１レンズ群中の負の屈折力のレンズの材料のアッベ数の平均値をν１ｎとするとき
４７＜ν１ｎ ‥‥‥（３）
を満足している。

条件式（３）は、第１レンズ群Ｌ１で発生する倍率色収差を小さくするための条件式である。第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力のレンズの材料に色分散の小さな材質を用いることで、倍率色収差を小さく抑えている。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うので良くない。

尚、更に好ましくは条件式（３）の数値を次の如く設定するのが良い。

５０＜ν１ｎ ‥‥‥（３ａ）
次に各実施例の特徴について説明する。

図１の実施例１において第１レンズ群Ｌ１は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、拡大共役側の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力のレンズＧ１１、拡大共役側の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力のレンズＧ１２、拡大共役側と縮小共役側の面が凹形状のレンズＧ１３より成っている。

レンズＧ１２はプラスチック材より成り拡大共役側と縮小共役側の面が非球面形状である。レンズＧ１２の拡大共役側と縮小共役側の面を非球面形状とすることにより主に歪曲収差を補正している。

また、レンズＧ１３の縮小共役側の面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Ｌ１のすべてのレンズの材料に低分散ガラス（アッベ数５４以上）を使用することにより倍率色収差の発生を小さく抑えている。

第２レンズ群Ｌ２は、拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状のレンズＧ２１より成り、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差を補正している。このレンズＧ２１には屈折率の高い（１．７５以上）硝子材を用いており、これによりペッツバール和を小さくし、ズーミングの際の球面収差等の諸収差の変動を小さくしている。

又、ペッツバール和を小さくして、中間の像高での像面湾曲および非点収差を少なくして、高い解像力を得ている。さらに色収差補正の観点から、第１レンズ群Ｌ１で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、高屈折率で低分散特性を有するガラスを用いている。

第３レンズ群Ｌ３は、拡大共役側の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力のレンズＧ３１、拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状のレンズＧ３２の２枚より成っており、主たる変倍作用の役割を担っている。負，正の屈折力の２枚のレンズ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。

さらに、コマフレアおよび軸上色収差の補正を良好に行っている。なお、絞りＳＴは第３レンズ群Ｌ３内に存在し、ズーミングの際、第３レンズ群Ｌ３とともに移動しており、ズーミングの際の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群Ｌ４は、拡大側の面が凹面のレンズＧ４１より成っている。レンズＧ４１に強い負の屈折力を与えて、変倍に伴うピント面の移動を補正している。この強い負の屈折力のレンズＧ４１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している。

第５レンズ群Ｌ５は、拡大共役側と縮小共役側の面が凹形状のレンズＧ５１と拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状のレンズＧ５２と、縮小共役側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力のレンズＧ５３より成っている。

最も拡大共役側（スクリーン側）に強い負の屈折力をもつレンズＧ５１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、必要な長さのバックフォーカスを得ている。

また、レンズＧ５２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，最も縮小共役側のレンズＧ５３の材料にプラスチックを使用し拡大共役側と縮小共役側の面を非球面形状としている。このレンズＧ５３により、非点収差等の軸外収差を効率良く補正している。

第６レンズ群Ｌ６は、拡大共役側の面を凸形状の正の屈折力のレンズＧ６１より成っている。このレンズＧ６１を使用しテレセントリック性を良好に維持している。

実施例１では正および負の屈折力のレンズＧ１２，Ｇ５３をプラスチックより成り、１面以上を非球面形状としているが、これに限らず複数のレンズをプラスチック材より成り、１面以上を非球面形状とし、環境変化によるピントズレ等の光学性能の変動を補正しても良い。また、非球面形状を有するレンズはプラスチックに限らず、ガラス材より構成しても良い。又レンズの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の非球面形状を用いても良い。

実施例１のズームレンズはＦナンバーが１．７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１．６倍という高変倍化の投射レンズを実現している。

図３の実施例２において、第１レンズ群Ｌ１は３つのレンズＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３より成っている。このうちレンズＧ１１，Ｇ１２は実施例１と同じである。

レンズＧ１３は縮小共役型の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力のレンズである。レンズＧ１３をメニスカス形状とし、歪曲収差および非点収差を補正している。

第２〜第６レンズ群Ｌ２〜Ｌ６に関しては、実施例１と同じである。

実施例２のズームレンズでは、Ｆナンバーが１．７５と小さく，１００型を約２．４ｍ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倍という高変倍化の投射レンズを実現している。

図５の実施例３において、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の構成は実施例２と同じである。

第３レンズ群Ｌ３は拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状のレンズＧ３１から成っている。レンズＧ３１に、パワー（屈折力）を持たせることにより主たる変倍レンズ群の役割を担っている。絞りＳＴは第３レンズ群Ｌ３内に存在し、ズーミングの際、第３レンズ群Ｌ３とともに移動しており、ズーミングの際の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群Ｌ４は、拡大共役側の面が凹のメニスカス形状の負の屈折力のレンズＧ４１より成っている。レンズＧ４１に強い負の屈折力を与えて、変倍に伴うピント面の移動を補正している。この強い負の屈折力のレンズＧ４１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している。

第５，第６レンズ群Ｌ５，Ｌ６に関しては、実施例１と同じである。

実施例３のズームレンズでは、Ｆナンバー１．７５と小さく、１００型を約２．４ｍと短い距離で投射可能な投射レンズを実現している。

図７の実施例４において、第１，第２，第３レンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の構成は実施例３と同じである。

第４レンズ群Ｌ４は、拡大共役側と縮小共役側の面が凹形状の負の屈折力のレンズＧ４１より成っている。レンズＧ４１に強い負の屈折力を与えて、変倍に伴うピント面の移動を補正している。この強い負の屈折力のレンズＧ４１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、必要な長さのバックフォーカスを得ている。

第５レンズ群Ｌ５は拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状の正の屈折力のレンズＧ５１と縮小共役側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力のレンズＧ５２より成っている。レンズＧ５１は、低分散ガラス（例えば，SFSL５，SFPL51（いずれもOHARA製）等）を使用し、色収差の劣化をより小さく抑えている。

さらに、レンズＧ５２はプラスチック材より成り、拡大共役側と縮小共役側の面が非球面形状としている。このレンズＧ５２により非点収差等の軸外収差を効率良く補正している。

第６レンズ群に関しては、実施例１と同じである。実施例４のズームレンズはＦナンバーが１．７と小さく、１００型を約２．８ｍと短い距離で投射可能でありながらズーム倍率が約１．５倍という高変倍化の投射レンズを実現している。

図９の実施例５は全体として５群より成るズームレンズであることが実施例１〜４と異なっている。実施例５において、第１，第２レンズ群Ｌ１，Ｌ２の構成は実施例３と同じである。

第３レンズ群Ｌ３は、拡大共役側の面が凸のメニスカス形状の正の屈折力のレンズＧ３１より成っている。レンズＧ３１に強いパワーを持たせることにより主たる変倍レンズ群の役割を担っている。絞りＳＴは第３レンズ群Ｌ３内に存在し、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３とともに移動しており、ズーミングの際の軸外収差の変動をおさえている。

第４レンズ群Ｌ４は拡大共役側と縮小共役側の面が凹形状の負の屈折力のレンズＧ４１、拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状の正の屈折力のレンズＧ４２、縮小共役側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力のレンズＧ４３より成っている。

最も拡大共役側に強い負の屈折力をもつレンズＧ４１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、必要な長さのバックフォーカスを得ている。また、レンズＧ４２は色収差を小さく抑えるため材料に低分散ガラスを使用している。

さらに，最も縮小共役側のレンズＧ４３をプラスチック材より成り拡大共役側と縮小共役側の面を非球面形状としている。このレンズＧ４３により、非点収差等の軸外収差を効率良く補正している。第５レンズ群Ｌ５は、拡大共役側と縮小共役側の面が凸形状の正の屈折力のレンズＧ５１より成っている。レンズＧ５１によってテレセントリック性を良好に維持している。

実施例５では正および負の屈折力のレンズＧ１２，Ｇ４３をプラスチックより成り、１面以上を非球面形状としているが、これに限らず複数のレンズをプラスチックより成り、１面以上を非球面形状とし、環境変化によるピントズレ等の光学性能の変化を補正しても良い。

また、非球面形状を有するレンズはプラスチックに限らず、ガラス材より構成しても良い。又、レンズ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の非球面形状を用いても良い。

実施例５のズームレンズはＦナンバーが１．６と小さく，１００型を約３．３ｍと短い距離で投射可能な投射レンズを実現している。

以上説明したように、各実施例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することができる。

以下に実施例１〜５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１〜５を示す。各数値実施例においてｉは拡大側（前方側）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。

また数値実施例１〜４の最も縮小側の２つの面と数値実施例５の最も縮小側の５つの面は、色合成プリズムやフェースプレート、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。

またｋを円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ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、

で表示される。但しｒは近軸曲率半径である。尚、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。

前述の各条件式１〜３と数値実施例１〜５における諸数値との関係を表１に示す。

図１１は、本発明のズームレンズを反射型の液晶プロジェクター（画像投射装置）に適用した実施形態の要部概略図である。

照明手段１０１からの出射光束は、ビームスプリッタ１０２によって反射され反射型の液晶表示パネル１０３に入射して反射される、この後液晶表示パネル１０３で光変調された光束はビームスプリッタ１０２を通し、ズームレンズ１０４に入射し、ズームレンズ１０４によって液晶表示パネル１０３に基づく画像情報をスクリーン１０５に投射している。

尚、本実施例において、液晶表示パネル１０３に透過型の液晶表示パネルを用いても良い。

図１２は本発明のズームレンズを撮像装置に適用した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。図８においては被写体９の像をズームレンズ８で感光体７に結像し、画像情報を得ている。

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 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１．７ｍのときの収差図 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 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１．７ｍのときの収差図 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 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１．７ｍのときの収差図 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 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１．７ｍのときの収差図 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 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２．３ｍのときの収差図 画像投射装置を反射型の液晶プロジェクターに適用したときの要部概略図 撮像装置の実施例の要部概略図

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
ＬＣＤ 液晶表示素子（像面）
ＧＢ 硝子ブロック(色合成プリズム)
Ｓ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
Ｍ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ像面の倒れ
ＳＰ スクリーン
ＡＳＰ 非球面形状の面
ＳＴ 絞り

Claims (13)

1. ズーミングに際して光軸上移動する複数のレンズ群を有し、投影像原画を所定面上に投射する投射用のズームレンズであって、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
   前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
   前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
   とし、
   とおくとき
   −０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記１以上の負の屈折力のレンズのうち、少なくとも１つは、最も前方の第１レンズ群に含まれていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 広角端のズーム位置における全系の焦点距離をｆｗとするとき
   −７＜ｆｎ／ｆｗ＜−１
   を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 最も前方の第１レンズ群は全て負の屈折力のレンズより成り、このうち最も後方のレンズは、後方の面が凸のメニスカス形状より成ることを特徴とする請求項１，２又は３のズームレンズ。
5. 前方より後方へ順に、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、正の屈折力の第５レンズ群、変倍のため移動しない正の屈折力の第６レンズ群を有するズームレンズであって、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
   前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
   前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
   とし、
   とおくとき
   −０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群は、負の屈折力のレンズのみから成り、これらのレンズのうち１つのレンズは、後方の面が凸形状であることを特徴とする請求項５のズームレンズ。
7. 前記１以上の正の屈折力のレンズのうち少なくとも１つは、前記第５レンズ群に含まれていることを特徴とする請求項５又は６のズームレンズ。
8. 前記第１レンズ群中の負の屈折力のレンズの材料のアッベ数の平均値をν１ｎとするとき
   ４７＜ν１ｎ
   を満足することを特徴とする請求項５，６又は７のズームレンズ。
9. 前方より後方へ順に、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、正の屈折力の第４レンズ群、変倍のために移動しない正の屈折力の第５レンズ群を有するズームレンズであって、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の正レンズと、
   プラスチック材より成り、前方又は／及び後方の面が非球面形状の負レンズを有し、
   前記ズームレンズに含まれる第ｉ番目のプラスチック材より成る正レンズの焦点距離をｆｐｉ、
   前記ズームレンズに含まれる第ｊ番目のプラスチック材より成る負レンズの焦点距離をｆｎｉ、
   とし、
   とおくとき
   −０．５６＜ｆｎ／ｆｐ＜−０．０５
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
10. 前記１以上の正の屈折力のレンズのうち少なくとも１つは、前記第４レンズ群に含まれていることを特徴とする請求項９のズームレンズ。
11. 前記第１レンズ群中の負の屈折力のレンズの材料のアッベ数の平均値をν１ｎとするとき
    ４７＜ν１ｎ
    を満足することを特徴とする請求項９又は１０のズームレンズ。
12. 請求項１乃至１１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射していることを特徴とする画像投射装置。
13. 請求項５乃至１１のいずれか１項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。