JP2005292260A - ズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投写型表示装置の投映レンズとして好適な、長いバックフォーカスと縮小側略テレセントリック性を備えながら、かつ画角60度超と広角でズーム比が1.5倍以上と大きく、諸収差が良好に補正されたズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置を得る。
【解決手段】正の第２〜第４レンズ群Ｇ_２〜Ｇ_４と負の第５レンズ群Ｇ_５とは変倍時に移動し、負の第１レンズ群Ｇ_１と正の第６レンズ群Ｇ_６とは変倍時に固定とされ、第9レンズＬ_９と第10レンズＬ_１０との間には空気負レンズＬ_ｎが形成され、空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群をレンズ群Ｇ_ｎ、空気負レンズＬ_ｎの拡大側で最も近い移動群をレンズ群Ｇ_ｐとした時、(1)-2.0<Fn/Fw<-0.5、(2)1.5<Fp/Fw<5.0、(3)-0.85≦d/Fn≦-0.10、を満足する。ただし、Fw、Fn、Fpは各々、ワイド端でのズームレンズ全体、ワイド端での空気負レンズＬ_ｎ、レンズ群Ｇ_ｐ、の焦点距離。dは、レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ、撮像管などの撮像素子や、フィルム等を用いたカメラに使用される結像レンズ、および投写型テレビの投映レンズ等のズームレンズに関し、特に、投映レンズの縮小側を略テレセントリックに構成することを前提とするようなライトバルブを備えた投写型表示装置において、ライトバルブの情報を拡大投写する投映レンズとして好適なズームレンズ、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。

ライトバルブの情報を拡大投写しコンピュータ画像やテレビ画像として表示する投写型表示装置の発展は、近年、目覚ましいものがある。その投写型表示装置に用いられる投映レンズとしては、画像の大きさを変えることができるズームレンズを用いること多く、最近では、その変化の割合の大きなもの、すなわちズーム比が大きいズームレンズが求められるようになってきている。

また投写時に画像を投写型表示装置に対し大きくずらす、所謂レンズシフト投写機能や、投写型表示装置に近い投写位置で大きな画像を見られる機能も要求されるようになっているが、そのためにはズームレンズの広角化が必要となる。

従来より、変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、縮小側が略テレセントリックに構成されたズームレンズとして、例えば下記特許文献１〜７記載のものが知られている。特許文献１〜３記載のものは、ズーム比１．５倍以上のズームレンズであるが、画角に関しては、現在、市場ではさらに広角なレンズが求められている。また、特許文献４〜７記載のものは、画角６０度以上の広角ズームレンズであるが、ズーム比は比較的小さい。

特許第３３６２６１３号公報 特開２００１−３３７２７５号公報 特開２００１−３５００９６号公報 特開２００２−１３１６４１号公報 特開２００３−０１５０３６号公報 特開２００３−０１５０３７号公報 特開２００３−０１５０３８号公報

上述のとおり、従来例としては、現在要請されているような広角化またはズーム比拡大のいずれかを達成したものは存在しているが、その両方を達成しているものはない。まさに、投写型表示装置の投映レンズとして用い得るようなズームレンズで、広角化とズーム比拡大の両立の難しさを示しているともいえる。

これは、その用途の特性から、比較的長いバックフォーカスを確保することと、縮小側を略テレセントリックに構成することが求められるためでもある。すなわち投写型表示装置では、投映レンズの縮小側には、複数のライトバルブからの情報を合成したり、照明光と投写光を分離したりするためのプリズム等を挿入するためのスペースが必要となる。また、プリズム等での分光透過率は入射角により変化するので、投写画像において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とを避けるため、このプリズム等に入射する光束は、各光線の入射角度が光軸と略平行な状態となっていることが好ましい。

長いバックフォーカスを確保するために、一般にこのようなズームレンズでは、最も拡大側には強い負のレンズ群が配されている。したがって、変倍に大きく寄与するレンズはその負のレンズ群より縮小側に配置された正レンズ群となり、ズーム比を大きくするためにはこの正レンズ群の移動量を大きくすることになる。

しかしながら一方で、広角なズームレンズの構成としては、ズームレンズ中に強いパワーを持つ空気負レンズを配置することで、像面の平坦性などを保つことが効果的である。広角化を図るためにはこの空気負レンズのパワーをより強くする必要がある。

そのため、ズーム比拡大のために正レンズの移動量を大きくするとともに、広角化のために空気負レンズのパワーを強くすると、空気負レンズで広げられた光束が、より離れた位置で移動群に入射される状態が生じることになり、レンズ設計の自由度が制約され、その上さらにズーム領域の全体に亘ってテレセントリック性を維持するように構成することは難しくなる。また、光学性能を良好に維持することも難しくなる。

本発明は、上記事情に鑑みなさたもので、投写型表示装置の投映レンズとしても用い得るような、長いバックフォーカスと縮小側での略テレセントリック性を備えながら、かつ広角でズーム比が大きく諸収差が良好に補正されたズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、縮小側が略テレセントリックに構成されたズームレンズにおいて、
縮小側の面が縮小側に凹形状とされた拡大側レンズ、および該拡大側レンズの縮小側に隣接して配され該拡大側レンズの前記縮小側の面に対向する面が拡大側に凹形状とされた縮小側レンズにより、該拡大側レンズと該縮小側レンズとの間に形成される空気負レンズのうち、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎの拡大側には、前記移動群が少なくとも１つ配設され、このうち前記空気負レンズＬ_ｎに最も近い前記移動群をレンズ群Ｇ_ｐとしたとき、以下の条件式（１）〜（５）を満足することを特徴とするものである。
−２．０＜Ｆｎ／Ｆｗ＜−０．５ ・・・（１）
１．５＜Ｆｐ／Ｆｗ＜５．０ ・・・（２）
−０．８５≦ｄ／Ｆｎ≦−０．１０ ・・・（３）
１．０＜Ｂｆ／Ｆｗ＜１．８ ・・・（４）
１．５≦Ｆｔ／Ｆｗ ・・・（５）
ただし、
Ｆｗ：ワイド端におけるズームレンズ全体の焦点距離
Ｆｔ：テレ端におけるズームレンズ全体の焦点距離
Ｆｎ：ワイド端における空気負レンズＬ_ｎの焦点距離
Ｆｐ：レンズ群Ｇ_ｐの焦点距離
ｄ ：レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔
Ｂｆ：ズームレンズ全体のバックフォーカス

なお、上記「最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎ」は、この空気負レンズＬ_ｎがレンズ群とレンズ群との間に形成されている場合には、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを形成する縮小側レンズを含むレンズ群および拡大側レンズを含むレンズ群を一体として、レンズ群Ｇ_ｎとするものである。

また、最も拡大側に、負の屈折力を有し変倍の際固定でフォーカス作用を担うレンズ群が配され、最も縮小側に、正の屈折力を有し変倍の際固定のレンズ群が配されてなることが好ましい。

また、前記空気負レンズＬ_ｎを形成する前記拡大側レンズと前記縮小側レンズとの空気間隔が、変倍の際に一定とされていることが好ましい。

また、前記レンズ群Ｇ_ｐとこのレンズ群Ｇ_ｐよりも縮小側に配された全てのレンズとで構成されたレンズ部Ｂにおいて、以下の条件式（６）および（７）を満足することが好ましい。
−２．０＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．５ ・・・（６）
｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜２．０ ・・・（７）
ただし、
ＦＢｗ：ワイド端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離
ＦＢｔ：テレ端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離

また、前記レンズ部Ｂにおいて以下の条件式（８）および（９）を満足することがより好ましい。
−１．５＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．０ ・・・（８）
｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜１．２ ・・・（９）

また、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
６０°＜２ω ・・・（１０）
ただし、
２ω：ワイド端における画角

また、このズームレンズは、拡大側より順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、第３レンズ群、正の第４レンズ群、第５レンズ群、および正の第６レンズ群が配列されてなり、変倍に際し該第２レンズ群、該第３レンズ群、該第４レンズ群、および該第５レンズ群が前記移動群として、各々独立して移動することが好ましい。

また、前記第１レンズ群に、少なくとも１枚の、以下の条件式（１１）を満足する非球面レンズを備えていることが好ましい。
４．０＜｜Ｆａｓ｜／Ｆｗ ・・・（１１）
ただし、
Ｆａｓ：第１レンズ群中の非球面レンズ焦点距離

また、前記第１レンズ群が全て負レンズより構成され、以下の条件式（１２）を満足することが好ましい。
−２．５＜Ｆ１／Ｆｗ＜−０．７ ・・・（１２）
ただし、
Ｆ１：第１レンズ群の焦点距離

また、前記空気負レンズＬ_ｎが前記第５レンズ群に配置されていることが好ましい。

また、前記移動群となる前記レンズ群同士の間、または前記移動群となる前記レンズ群のレンズ群中に、少なくとも１つの可変絞りが配設され、変倍に際し、該可変絞りが少なくとも１つの前記移動群となる前記レンズ群と一体に、または該可変絞りが単体で、移動することが好ましい。

本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかのズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写することを特徴とするものである。

本発明によれば、ズームレンズ中に配された空気負レンズのうち最も縮小側に位置する空気負レンズと、その空気負レンズを含むレンズ群の拡大側で最もこの空気負レンズの近くに配された移動群との関係に着目し、これらの関係を所定の条件式により適切に設定することにより、投写型表示装置の投映レンズとしても用い得るような、長いバックフォーカスと縮小側での略テレセントリック性を備えながら、かつ広角でズーム比が大きく諸収差が良好に補正されたズームレンズを得ることができる。また、このズームレンズを用いることにより本発明の投写型表示装置は、広角でズーム比の大きい投写型表示装置とすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るズームレンズを代表するものとしての、本発明の実施例１に係るズームレンズの基本構成を示すもので、ワイド端およびテレ端におけるレンズ構成、ならびにワイド側からテレ側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

このズームレンズは、変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、縮小側が略テレセントリックに構成されたズームレンズとされている。図１のズームレンズでは、拡大側から順に、変倍の際に固定の第１レンズ群Ｇ_１、変倍の際に移動する移動群としての第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４および第５レンズ群Ｇ_５、ならびに変倍の際に固定の第６レンズ群Ｇ_６が配列されている。

このズームレンズの中には、例えば図１においては第５レンズ群Ｇ_５の第９レンズＬ_９とその縮小側に隣接して配された第１０レンズＬ_１０との間に、空気負レンズが形成されている。すなわち、拡大側レンズ（第９レンズＬ_９）は縮小側の面が縮小側に凹形状とされ、縮小側レンズ（第１０レンズＬ_１０）は拡大側の面が拡大側に凹形状とされており、レンズ材質に挟まれた空気間隔として、負レンズの作用を有する空気レンズが形成されている。この空気負レンズはこのズームレンズにおいて、最も縮小側に位置する空気負レンズとなっている。この空気負レンズを空気負レンズＬ_ｎ、空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群をレンズ群Ｇ_ｎ（図１において第５レンズ群Ｇ_５）、空気負レンズＬ_ｎの拡大側に位置する最も近い移動群（図１において第４レンズ群Ｇ_４）をレンズ群Ｇ_ｐとしたとき、このズームレンズは以下の条件式（１）〜（５）を満足する。

−２．０＜Ｆｎ／Ｆｗ＜−０．５ ・・・（１）
１．５＜Ｆｐ／Ｆｗ＜５．０ ・・・（２）
−０．８５≦ｄ／Ｆｎ≦−０．１０ ・・・（３）
１．０＜Ｂｆ／Ｆｗ＜１．８ ・・・（４）
１．５≦Ｆｔ／Ｆｗ ・・・（５）
ただし、
Ｆｗ：ワイド端におけるズームレンズ全体の焦点距離
Ｆｔ：テレ端におけるズームレンズ全体の焦点距離
Ｆｎ：ワイド端における空気負レンズＬ_ｎの焦点距離
Ｆｐ：レンズ群Ｇ_ｐの焦点距離
ｄ ：レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔
Ｂｆ：ズームレンズ全体のバックフォーカス

なお、上記「最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎ」は、この空気負レンズＬ_ｎがレンズ群とレンズ群との間に形成されている場合には、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを形成する縮小側レンズを含むレンズ群および拡大側レンズを含むレンズ群を一体として、レンズ群Ｇ_ｎとするものである。

本発明に係るズームレンズでは、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎと、その空気負レンズを含むレンズ群Ｇ_ｎの拡大側で最もこの空気負レンズの近くに配された移動レンズ群Ｇ_ｐとの関係に着目し、これらの関係を上記条件式（１）〜（３）により適切に設定することにより、投写型表示装置の投映レンズとしても用い得るようなズームレンズを得ることができる。上述したとおり、ズーム比拡大のためにはレンズ群Ｇ_ｐの移動量を大きく設定し、広角化のためには空気負レンズＬ_ｎのパワーを強く設定することが従来からの手法であるが、広角かつ高倍率なズームレンズで、適度に長いバックフォーカスと縮小側での略テレセントリック性を確保するとともに光学性能を良好とするためには、これらの両立させにくい要請をバランスよく満足することが重要となる。

上記条件式について説明すると、条件式（１）は全系に対する空気負レンズＬ_ｎのパワー配分を規定したもので、下限値を超え空気負レンズＬ_ｎの負のパワーが弱まると、収差補正が困難となり、特に像面の平坦性を保つことが困難となる。また、上限値を超え空気負レンズＬ_ｎの負のパワーが強まると、レンズ光軸から離れた位置でのＳ像面フレアー成分が増え、像面の平坦性が保てなくなったり、ズーム領域の全体に亘ってテレセントリック性を維持することが困難となったりする。

条件式（２）は、全系に対する移動レンズ群Ｇ_ｐのパワー配分を規定したもので、下限値を超えこのレンズ群Ｇ_ｐの正のパワーが強まると収差をバランスよく補正することが困難になる。また、上限値を超えこのレンズ群Ｇ_ｐの正のパワーが弱まると変倍に伴うこのレンズ群Ｇ_ｐの移動量が多くなり、ズーム領域の全体に亘ってテレセントリック性を維持することが困難となる。

条件式（３）は、空気負レンズＬ_ｎの焦点距離に対して、ズーム領域の全体におけるレンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔ｄを規定している。図１においては、最大間隔ｄはテレ端における第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５との間隔（Ｄ_１６）に相当する。この下限値を越えることはレンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの間隔が広がることになり、ズーム領域の全体に亘ってテレセントリック性を維持することが困難になる。またこの上限値を超えると、移動レンズ群Ｇ_ｐの移動量が増えズームレンズが大型化したり、ズーム領域の全体に亘ってテレセントリック性を維持することが困難になったりする。

条件式（４）および（５）は、各々このズームレンズのバックフォーカスとズーム比を規定するものであり、このズームレンズの主要な用途に対応する基本的な構成要件といってよいものである。条件式（４）の数値範囲は、このズームレンズを投写型表示装置の投映レンズとして用いる場合にプリズム等を挿入するためのスペースとして必要十分なバックフォーカスを設定するもので、条件式（５）の数値範囲は、ズーム比１．５倍以上とし高倍率であることを具体的数値により示すものである。換言すれば、本発明は、条件式（４）および（５）の条件を満足するような所定のバックフォーカスを有し高倍率なズームレンズにおいて、広角かつ縮小側での略テレセントリック性を確保するとともに光学性能が良好なズームレンズと成し得たことに、その意義がある。

また、このズームレンズは、最も拡大側に、負の屈折力を有し変倍の際固定でフォーカス作用を担うレンズ群が配され、最も縮小側に、正の屈折力を有し変倍の際固定のレンズ群が配されてなることが好ましい。最も拡大側に強い負のレンズ群を配する構成は長いバックフォーカスを確保するために適しており、このレンズ群ではレンズ径が大きくなるので、変倍の際固定とすることが好ましい。他方、最も縮小側に配されるレンズ群は、リレーレンズとして作用する。

また、このズームレンズは、空気負レンズＬ_ｎを形成する拡大側のレンズと縮小側のレンズ（図１において第９レンズＬ_９と第１０レンズＬ_１０）との空気間隔が、変倍の際に一定とされていることが好ましい。これは、空気負レンズＬ_ｎのパワーが強いので、空気負レンズＬ_ｎを形成する拡大側のレンズと縮小側のレンズの欠陥や製造誤差に対して感度が高く、空気間隔が変動すると性能に与える影響が大きくなるためである。

また、このズームレンズでは、上記レンズ群Ｇ_ｐとこのレンズ群Ｇ_ｐよりも縮小側に配された全てのレンズ（図１において第８レンズＬ_８〜第１３レンズＬ_１３）とで構成されたレンズ部Ｂにおいて、以下の条件式（６）および（７）を満足することが好ましい。
−２．０＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．５ ・・・（６）
｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜２．０ ・・・（７）
ただし、
ＦＢｗ：ワイド端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離
ＦＢｔ：テレ端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離

条件式（６）では、この下限値を超えると収差をバランスよく補正することが困難になり、上限値を超えるとズームレンズが大型化してしまう。条件式（７）では、この上限値を超えるとズーム領域の全体に亘ってのＦナンバの変化が大きくなる。また、条件式（７）を満足することによりズームレンズ全体での瞳の変動を抑制することができ、縮小側テレセントリック性を維持しつつ可変絞りを挿入するのに適した構成となる。なお、条件式（６）および（７）に対応する値は、以下の条件式（８）および（９）に示すようにさらに限定した数値範囲とすることにより、より高い効果を得ることができる。
−１．５＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．０ ・・・（８）
｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜１．２ ・・・（９）

また、このズームレンズの使用形態としては、以下の条件式（１０）に具体的数値を示すとおり広画角なズームレンズとして、実用上十分な光学性能を備えたものとすることができる。
６０°＜２ω ・・・（１０）
ただし、
２ω：ワイド端における画角

またこのズームレンズは、図１に示すように、拡大側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群として、各々独立して移動する構成とすることにより、簡易な構成でその作用効果を得ることができる。

また、第１レンズ群Ｇ_１には、少なくとも１枚の、以下の条件式（１１）を満足する非球面レンズを備えていることが収差補正上好ましい。この下限値を超え非球面レンズのパワーが強くなると、プラスチックなどの、温度による変化の大きな材質が使用できなくなるので、コストや軽量化の点で不利となる。なお、非球面形状は、下記非球面式によって表される（後述する各実施例においても同じ）。
４．０＜｜Ｆａｓ｜／Ｆｗ ・・・（１１）
ただし、
Ｆａｓ：第１レンズ群Ｇ_１中の非球面レンズ焦点距離

また、第１レンズ群Ｇ_１は全て負レンズより構成され、以下の条件式（１２）を満足することが好ましい。下限値を超え第１レンズ群Ｇ_１のパワーが弱くなると所定のバックフォーカスを確保することが非常に困難となる。また上限値を超え第１レンズ群Ｇ_１のパワーが強くなると、収差をバランスよく補正することが難しくなる。
−２．５＜Ｆ１／Ｆｗ＜−０．７ ・・・（１２）
ただし、
Ｆ１：第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離

また、このズームレンズでは、空気負レンズＬ_ｎは移動群のうち最も縮小側のレンズ群（図１において第５レンズ群Ｇ_５）に配置されていることが好ましい。空気負レンズＬ_ｎは強い負のパワーを有しているので、この位置に配することでテレセントリック性を確保しながらレンズ全体としてコンパクトに構成することが可能となる。

また、このズームレンズでは、移動群となるレンズ群同士の間、または移動群となるレンズ群のレンズ群中に、少なくとも１つの可変絞りが配設されることが好ましく、この可変絞りは変倍に際し、少なくとも１つの前記移動群となるレンズ群と一体に、または可変絞りが単体で、移動するように構成することができる。可変絞りを移動群となるレンズ群と一体に、または絞り単体で移動させる構成では、拡大側のレンズをコンパクトに構成することができ、さらに、上述した（６）および（７）または（８）および（９）の条件を満足することにより、テレセントリック性を保ちつつ拡大側のレンズを一層コンパクトに構成することができる。なお、図１においては、第４レンズ群Ｇ_４と一体に移動するマスク３が可変絞りとされている。

なお、以下に５つの実施例について具体的に説明するが、各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

＜実施例１〜３＞
図１〜３は、それぞれ実施例１〜３に係るズームレンズの基本構成を示すもので、ワイド端およびテレ端におけるレンズ構成、ならびにワイド側からテレ側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

実施例１および実施例３に係るズームレンズは図１および図３に示すように、拡大側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、正の第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、負の第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群としてそれぞれ独立して移動する。また、実施例２に係るズームレンズは図２に示すように、上記実施例１のものと、第５レンズ群Ｇ_５が正となっている点だけが異なっている。各移動群は、相互に関係をもって移動することで、連続変倍、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正を行なう機能を有する。また、第１レンズ群Ｇ_１および第６レンズ群Ｇ_６は変倍に際し固定とされ、第１レンズ群Ｇ_１はフォーカス作用を担っている。

また、これらのズームレンズでは、周辺光束をカットするマスクが適宜配設されている。特に、テレセントリック性を確保するためには、図面上下方向（タンジェンシャル方向）の周辺光束をバランスよくカットすることが重要となる。実施例１に係るズームレンズでは、第４レンズ群Ｇ_４の拡大側にマスク３が配設されており、このマスク３は変倍に際し第４レンズ群Ｇ_４と一体に移動する。実施例２に係るズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間にマスク３Ａ、３Ｂが配設されており、マスク３Ａは変倍に際し第３レンズ群Ｇ_３と一体に移動し、マスク３Ｂは変倍に際し第４レンズ群Ｇ_４と一体に移動する。実施例３に係るズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ_３の縮小側にマスク３が配設されており、このマスク３は変倍に際し第３レンズ群Ｇ_３と一体に移動する。

なお、これらのズームレンズでは、第６レンズ群Ｇ_６の縮小側には、赤外線をカットするフィルタやローパスフィルタさらには色合成光学系（色分解光学系）に相当するガラスブロック２、および液晶表示パネルやＤＭＤ等の画像変調ライトバルブ１が配列されている（以下の実施例４および５においても同様である）。また、図中、Ｘは光軸を表している（以下の実施例４および５においても同様である）。また、これらのズームレンズは縮小側が略テレセントリックな光学系となっている。

ここで、第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、負の第１レンズＬ_１、負の第２レンズＬ_２、負の第３レンズＬ_３、および負の第４レンズＬ_４が配列されてなる。第１レンズ群Ｇ_１は全て負レンズより構成されている。第１レンズ群Ｇ_１において第２レンズＬ_２は、両面に非球面が形成された非球面レンズとされている。第２レンズ群Ｇ_２は、正の第５レンズＬ_５からなる。第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、正の第６レンズＬ_６と負の第７レンズＬ_７との接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ_４は、正の第８レンズＬ_８からなる。第５レンズ群Ｇ_５は、拡大側から順に、縮小側の面が縮小側に凹形状とされた負の第９レンズＬ_９、拡大側の面が拡大側に凹形状とされた負の第１０レンズＬ_１０と正の第１１レンズＬ_１１との接合レンズ、および正の第１２レンズＬ_１２が配列されてなる。第６レンズ群Ｇ_６は、正の第１３レンズＬ_１３からなる。

これらのズームレンズにおいて、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎは、移動群のうち最も縮小側のレンズ群となる第５レンズ群Ｇ_５中の、第９レンズＬ_９と第１０レンズＬ_１０との間に形成され、この空気間隔は変倍の際に一定とされている。また、空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎは第５レンズ群Ｇ_５、空気負レンズＬ_ｎの拡大側に位置する最も近い移動レンズ群Ｇ_ｐは第４レンズ群Ｇ_４、レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔ｄはテレ端における第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５との間隔（実施例１および実施例３においてＤ_１６、実施例２においてＤ_１７）に相当する。これらのズームレンズに関する条件式（１）〜（１２）に対応する値は、後述する実施例のものと併せて後段に表１６として示すが、これらのズームレンズは条件式（１）〜（１２）を全て満足している。

下記表１、４、７に、この実施例１〜３に係るズームレンズのワイド端、中間およびテレ端における焦点距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、この表１、４、７および後述する表１０、１３における曲率半径Ｒと空気間隔Ｄの数値は、それぞれのワイド端における全系の焦点距離を１として規格化した場合の値を示すものであり、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。

また、下記表２、５、８に、表１、４、７において可変値とされた空気間隔Ｄについて、ワイド端（ワイド）、中間（ミドル）およびテレ端（テレ）における第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の距離（移動３）、第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５の距離（移動４）および第５レンズ群Ｇ_５と第６レンズ群Ｇ_６の距離（移動５）を示す。

また、下記表３、６、９は、これらのズームレンズ中の非球面レンズの非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。

[実施例１]

[実施例２]

[実施例３]

＜実施例４および実施例５＞
図４および図５は、それぞれ実施例４および実施例５に係るズームレンズの基本構成を示すもので、ワイド端およびテレ端におけるレンズ構成、ならびにワイド側からテレ側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

実施例４および実施例５に係るズームレンズは図示のとおり、拡大側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、正の第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、負の第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群としてそれぞれ独立して移動し、第１レンズ群Ｇ_１および第６レンズ群Ｇ_６は変倍に際し固定とされている。各移動群、および各固定群の作用は実施例１と同様である。また、これらのズームレンズは縮小側が略テレセントリックな光学系となっている。

ここで、第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、負の第１レンズＬ_１、負の第２レンズＬ_２、および負の第３レンズＬ_３が配列されてなる。第１レンズ群Ｇ_１は全て負レンズより構成されている。第１レンズ群Ｇ_１において第２レンズＬ_２は、両面に非球面が形成された非球面レンズとされている。第２レンズ群Ｇ_２は、正の第４レンズＬ_４からなる。第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、正の第５レンズＬ_５と負の第６レンズＬ_６との接合レンズからなる。第４レンズ群Ｇ_４は、正の第７レンズＬ_７からなる。第５レンズ群Ｇ_５は、拡大側から順に、縮小側の面が縮小側に凹形状とされた負の第８レンズＬ_８、拡大側の面が拡大側に凹形状とされた負の第９レンズＬ_９と正の第１０レンズＬ_１０との接合レンズ、および正の第１１レンズＬ_１１が配列されてなる。第６レンズ群Ｇ_６は、正の第１２レンズＬ_１２からなる。

これらのズームレンズにおいて、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎは、移動群のうち最も縮小側のレンズ群となる第５レンズ群Ｇ_５中の、第８レンズＬ_８と第９レンズＬ_９との間に形成され、この空気間隔は変倍の際に一定とされている。また、空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎは第５レンズ群Ｇ_５、空気負レンズＬ_ｎの拡大側に位置する最も近い移動レンズ群Ｇ_ｐは第４レンズ群Ｇ_４、レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔ｄはテレ端における第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５との間隔Ｄ_１３に相当する。これらのズームレンズに関する条件式（１）〜（１２）に対応する値は、後段に表１６として示すが、実施例４に係るズームレンズは条件式（１）〜（１２）を全て満足し、実施例５に係るズームレンズは条件式（１）〜（８）および（１０）〜（１２）を満足している。

下記表１０、１３に、この実施例４および実施例５に係るズームレンズのワイド端、中間およびテレ端における焦点距離、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、下記表１１、１４に、表１０、１３において可変値とされた空気間隔Ｄについて、ワイド端（ワイド）、中間（ミドル）およびテレ端（テレ）における第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の距離（移動３）、第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５の距離（移動４）および第５レンズ群Ｇ_５と第６レンズ群Ｇ_６の距離（移動５）を示す。また、下記表１２、１５は、これらのズームレンズ中の非球面レンズの非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。

[実施例４]

[実施例５]

図６〜１０は、実施例１〜５のズームレンズのワイド端（ワイド）、中間（ミドル）およびテレ端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、実施例１〜３のズームレンズについては倍率−０．００９１のときの収差を示し、実施例４および５のズームレンズについては倍率−０．００８７のときの収差を示している。また、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。図６〜１０から明らかなように、実施例１〜５のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。

また、下記表１６は実施例１〜５のズームレンズに関する条件式（１）〜（１２）に対応する値を示すものである。

このように実施例１〜５のズームレンズは、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎと、その拡大側に位置する最も近い移動レンズ群Ｇ_ｐとの関係において条件式（１）〜（３）を満足するとともに、他の条件式をも満足しており、投写型表示装置の投映レンズとしても用い得るような、長いバックフォーカスと縮小側での略テレセントリック性を備えながら、かつ画角が６０度より大きく広角でズーム比が１．５倍以上と大きく、諸収差が良好に補正されたズームレンズとされている。

次に、上述したズームレンズを投映レンズとして搭載した投写型表示装置の一例を、図１１により説明する。本発明に係る投写型表示装置は、光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、本発明に係るズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写するように構成することができる。図１１に示す投写型表示装置は、ライトバルブとして透過型液晶パネル１１ａ〜ｃを備え、投映レンズ１０として本発明に係るズームレンズを用いている。ダイクロイックミラー１２の前段は図示を省略しているが、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜ｃに入射されて光変調され、色合成されて投映レンズ１０により投写される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、コンデンサレンズ１６ａ〜ｃ、全反射ミラー１８ａ〜ｃを備えている。本発明に係るズームレンズを用いているので本発明の投写型表示装置は、広角でズーム比が大きく、投写画像の画質が良好な投写型表示装置とすることができる。

なお、本発明のズームレンズおよび投写型表示装置としては上記実施例のものに限られるものではなく、例えばズームレンズの各レンズ群を構成するレンズの枚数および形状は適宜選択し得る。

また、本発明のズームレンズには、周辺光束をカットするマスクを任意の位置に配設することができる。上記実施例１〜５のズームレンズにおいても、マスクは例示した位置のものだけでなく適宜増減させて配することができる。なお、本発明のズームレンズにおいて、変倍に際し、移動群となるレンズ群と一体に、または単体で、移動する可変絞りを配する場合にも、その配設位置は任意であり、上記実施例１〜５のズームレンズにおいても、例示したマスク位置に配することも、また、それ以外の位置に配することも可能である。

また、上記実施例１〜５のズームレンズはいずれも第３レンズ群Ｇ_３が正の屈折力を有する構成とされているが、これに限られず、本発明のズームレンズにおいて第３レンズ群Ｇ_３および第５レンズ群Ｇ_５は、正負いずれの屈折力を有する構成とされていてもよい。

また、本発明のズームレンズは透過型の液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の投映レンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いた装置の投映レンズ等として用いることも可能であるほか、ＣＣＤ、撮像管等の撮像手段、さらには銀塩フィルム等を用いたカメラに使用されるズーム機能を有する結像レンズとして用いることも可能である。

本発明の実施例１に係るズームレンズのワイド端とテレ端のレンズ構成図 本発明の実施例２に係るズームレンズのワイド端とテレ端のレンズ構成図 本発明の実施例３に係るズームレンズのワイド端とテレ端のレンズ構成図 本発明の実施例４に係るズームレンズのワイド端とテレ端のレンズ構成図 本発明の実施例５に係るズームレンズのワイド端とテレ端のレンズ構成図 実施例１に係るズームレンズの各収差図 実施例２に係るズームレンズの各収差図 実施例３に係るズームレンズの各収差図 実施例４に係るズームレンズの各収差図 実施例５に係るズームレンズの各収差図 本発明の投写型表示装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

１ 画像変調ライトバルブ
２ ガラスブロック
３、３Ａ、３Ｂ マスク
１０ 投映レンズ
１１ａ〜ｃ 透過型液晶パネル
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜ｃ 全反射ミラー
Ｌ_１〜Ｌ_１３ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_２７ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_２６ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ 光軸

Claims (12)

1. 変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、縮小側が略テレセントリックに構成されたズームレンズにおいて、
   縮小側の面が縮小側に凹形状とされた拡大側レンズ、および該拡大側レンズの縮小側に隣接して配され該拡大側レンズの前記縮小側の面に対向する面が拡大側に凹形状とされた縮小側レンズにより、該拡大側レンズと該縮小側レンズとの間に形成される空気負レンズのうち、最も縮小側に位置する空気負レンズＬ_ｎを含むレンズ群Ｇ_ｎの拡大側には、前記移動群が少なくとも１つ配設され、このうち前記空気負レンズＬ_ｎに最も近い前記移動群をレンズ群Ｇ_ｐとしたとき、以下の条件式（１）〜（５）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   −２．０＜Ｆｎ／Ｆｗ＜−０．５ ・・・（１）
   １．５＜Ｆｐ／Ｆｗ＜５．０ ・・・（２）
   −０．８５≦ｄ／Ｆｎ≦−０．１０ ・・・（３）
   １．０＜Ｂｆ／Ｆｗ＜１．８ ・・・（４）
   １．５≦Ｆｔ／Ｆｗ ・・・（５）
   ただし、
   Ｆｗ：ワイド端におけるズームレンズ全体の焦点距離
   Ｆｔ：テレ端におけるズームレンズ全体の焦点距離
   Ｆｎ：ワイド端における空気負レンズＬ_ｎの焦点距離
   Ｆｐ：レンズ群Ｇ_ｐの焦点距離
   ｄ ：レンズ群Ｇ_ｎとレンズ群Ｇ_ｐとの最大間隔
   Ｂｆ：ズームレンズ全体のバックフォーカス
2. 最も拡大側に、負の屈折力を有し変倍の際固定でフォーカス作用を担うレンズ群が配され、最も縮小側に、正の屈折力を有し変倍の際固定のレンズ群が配されてなることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記空気負レンズＬ_ｎを形成する前記拡大側レンズと前記縮小側レンズとの空気間隔が、変倍の際に一定とされていることを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
4. 前記レンズ群Ｇ_ｐとこのレンズ群Ｇ_ｐよりも縮小側に配された全てのレンズとで構成されたレンズ部Ｂにおいて、以下の条件式（６）および（７）を満足することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
   −２．０＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．５ ・・・（６）
   ｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜２．０ ・・・（７）
   ただし、
   ＦＢｗ：ワイド端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離
   ＦＢｔ：テレ端におけるレンズ部Ｂの拡大側レンズ頂点から拡大側焦点位置までの距離
5. 前記レンズ部Ｂにおいて以下の条件式（８）および（９）を満足することを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
   −１．５＜ＦＢｗ／Ｆｗ＜０．０ ・・・（８）
   ｜ＦＢｔ−ＦＢｗ｜／Ｆｗ＜１．２ ・・・（９）
6. 以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
   ６０°＜２ω ・・・（１０）
   ただし、
   ２ω：ワイド端における画角
7. 拡大側より順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、第３レンズ群、正の第４レンズ群、第５レンズ群、および正の第６レンズ群が配列されてなり、変倍に際し該第２レンズ群、該第３レンズ群、該第４レンズ群、および該第５レンズ群が前記移動群として、各々独立して移動することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 前記第１レンズ群に、少なくとも１枚の、以下の条件式（１１）を満足する非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
   ４．０＜｜Ｆａｓ｜／Ｆｗ ・・・（１１）
   ただし、
   Ｆａｓ：第１レンズ群中の非球面レンズ焦点距離
9. 前記第１レンズ群が全て負レンズより構成され、以下の条件式（１２）を満足することを特徴とする請求項７または８記載のズームレンズ。
   −２．５＜Ｆ１／Ｆｗ＜−０．７ ・・・（１２）
   ただし、
   Ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
10. 前記空気負レンズＬ_ｎが前記第５レンズ群に配置されていることを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
11. 前記移動群となる前記レンズ群同士の間、または前記移動群となる前記レンズ群のレンズ群中に、少なくとも１つの可変絞りが配設され、変倍に際し、該可変絞りが少なくとも１つの前記移動群となる前記レンズ群と一体に、または該可変絞りが単体で、移動することを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
12. 光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜１１のうちいずれか１項記載のズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写することを特徴とする投写型表示装置。

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