JP2005300619A - ズームレンズとそれを有する画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易なレンズ構成でありながら全変倍域における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、例えば液晶プロジェクタの投射光学系に好適なズームレンズを得ること。
【解決手段】複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置に関し、例えばライトバルブ等の画像表示素子に表示された画像をスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェクタ装置に好適なものである。

従来より、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画像投射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。

この液晶プロジェクターに用いられる光学系には、投射画像の明るさが均一で、かつ高輝度であるといった要望のために液晶表示素子(縮小共役)側の瞳が無限遠方に位置していること、所謂テレセントリックであることが望まれている。

従来より大口径・高解像の液晶プロジェクター用の投射レンズとして５〜６つのレンズ群を適切な屈折力条件のもと配列することによって諸収差を補整しうるズームレンズが種々と提案されている（特許文献１）。

このうちスクリーン側である拡大共役側より表示画像側である縮小共役側へ順に負の屈折力の第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、正の屈折力の第６レンズ群の６つのレンズ群より成り、変倍に際して第２レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群を移動させた液晶プロジェクタ用の投射用ズームレンズが知られている（特許文献２）。

又、物体側(拡大共役側)から像側（縮小共役側）へ負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２群より成り、第２レンズ群のみを移動させて変倍を行った光学補正式のズームレンズが知られている（特許文献３）。
特開２００４−７０３０６号公報 特開２００１−１０８９００号公報 特開平７−３３３５００号公報

一般に、画像表示素子として液晶パネルを用いた液晶プロジェクタにおいては、投射光学系が明るく、シェ−ディングがないことが重要になっている。例えば投射光学系が像側テレセントリックでないと、明るさムラが発生し、画質に悪影響を与えてしまう。更に最近では、プロジェクタ装置全体の小型化に伴う投射レンズの小型化が要望されている。

投射光学系を複数のレンズ群で構成し、変倍に際して複数のレンズ群を移動させるようにした多群光学系は、収差補整の観点からは有利に作用するが、一般的には投写光学系の構成が複雑になり大型化するといった問題がある。

また、簡易なレンズ構成として提案されている特許文献３のズームレンズは、コンパクトカメラ用である為、液晶プロジェクター用としては縮小側のテレセントリック性が十分でなく、又、F値が１０前後とプロジェクター用としては明るさが必ずしも十分でない。

本発明は、簡易なレンズ構成で、液晶プロジェクタの投射光学系に好適なズームレンズの提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、
◎複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。
◎３つ以上のレンズ群によって構成され、前記３つ以上のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。
◎拡大共役側から縮小共役側へ順に、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レンズ群を有し、該第２レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。
◎拡大共役側から縮小共役側へ順に、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レンズ群を有し、該第３レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。
◎複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行い、該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、
該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき
−１．２ ＜ β_VW＜ −０．８

を満足することを特徴としている。
◎３つ以上のレンズ群によって構成され、前記複数のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行い、
該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、
該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき、
−１．２ ＜ β_VW＜ −０．８

を満足することを特徴としている。
◎複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、変倍時に前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴としている。
◎３つ以上のレンズ群によって構成され、変倍時に、前記３つ以上のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴としている。
◎複数のレンズ群を有する画像投射装置用のズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。

本発明の画像投射装置は、前述したズームレンズのうち、１つのズームレンズを有し、該ズームレンズを用いて画像表示素子に表示された原画を被投射面面上に投影していることを特徴としている。

又、本発明の画像投射装置は、複数のレンズ群を含み原画からの光を被投射面上に投影するズームレンズを有しており、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴としている。

特に、該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、前記ズームレンズの最小錯乱円径εを画像表示素子の画素ピッチの２倍とするとき、
−１．２ ＜ β_VW＜ −０．８

を満足することを特徴としている。

又、本発明の画像投射装置は、複数のレンズ群を含み原画からの光を被投射面上に投影するズームレンズを有しており、変倍時に、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴としている。

本発明によれば、簡易なレンズ構成でありながら全変倍域における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、例えば液晶プロジェクタの投射光学系に好適なズームレンズが得られる。

以下、図面を用いて本発明のズームレンズ及びそれを有する画像投射装置の実施例について説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）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）の広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）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単位表示した場合の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３５ｍのときの広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）における収差図である。

図３（Ａ），（Ｂ）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）の広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）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単位表示した場合の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３５ｍのときの広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）における収差図である。

図５（Ａ），（Ｂ）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）の広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）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単位表示した場合の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３５ｍのときの広角端（短焦点距離）と望遠端（長焦点距離）における収差図である。

図７は本発明のズームレンズ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である。

図１、図３、図５の実施例１〜３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Ｓ上に拡大投影している状態を示している。

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（被投影画像）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（拡大共役側）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（縮小共役側）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側はプロジェクタ本体に含まれている。

Ｌｉは拡大共役側から縮小共役側に数えた第ｉレンズ群である。

図１、図３の実施例１、２では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レンズ群である。

図５の実施例３では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レンズ群である。ＳＰは絞りである。

各実施例のズームレンズは、広角端から望遠端のズーム位置への変倍に際して、光軸上移動するレンズ群Ｖａを１つとした所謂、光学補正式のズームレンズである。

変倍の際に移動する変倍用レンズ群は１つであり、他のレンズ群（フォーカス用レンズ群）は変倍時に固定である。
レンズ群Ｖａは、図１、図３の実施例１、２では第２レンズ群Ｌ２であり、図５の実施例３では第３レンズ群Ｌ３であり、これらのレンズ群Ｖａを矢印の如く縮小共役側から拡大共役側へ移動させて、広角端から望遠端への変倍を行っている。

広角端の変倍位置に対し、望遠端の変倍位置において、レンズ群Ｖａは拡大共役側に位置している。

最終レンズ群はフィールドレンズとしての光学作用をしており、これによって縮小共役側の瞳位置が略無限遠方（略無限遠方とは、必ずしも無限遠方である必要は無く、下記の条件式（２）の範囲を満たせば足りる）に位置するようにしている。全系中のレンズ面のうち、１以上の面は非球面形状である。非球面形状の面を有するレンズは、プラスチックを成形してなるレンズを含んでいる。

各実施例では、最も拡大共役側のレンズ群は、負の屈折力であり、さらには縮小共役側のレンズ群に正の屈折力をもつようにしたレトロフォーカス型より構成し、所望のバックフォーカスを確保し、また広角化を容易にしている。構成上、望ましくは３群構成以上、さらには負、正、正の屈折力のレンズ群配置といった構成をとればテレセントリック性能を確保でき、最も簡易的かつ諸収差を良好に補整できる。

変倍時には最も拡大共役側のレンズ群と縮小共役側のレンズ群は縮小側共役面に対して固定されており、これにより所謂変倍時レンズ全長一定のズームレンズとし、径の大きなレンズ群の重心移動がなくなるため、液晶投影装置にマウントする際、安定したレンズ保持が実現できる。

なお、最も縮小共役側のレンズ群はテレセントリック性能を実現するため正の屈折力が必要となるが、正レンズ１枚のみで構成して、より軽量化を図っている。

さらに場合によっては、この最も縮小共役側のレンズ群はバックフォーカス調整群として使用することができるので、簡易的な正レンズ１枚といった構成にしている。

変倍時に移動するレンズ群Ｖａは少なくとも２枚の正レンズおよび少なくとも１枚の負レンズで構成している。これは変倍のため唯一移動するレンズ群であって、このレンズ群Ｖａの移動によって等倍付近で倍率が変化しても大きな収差変動がないような構成を選択している。そのためレンズ群Ｖａには少なくとも２枚の正レンズを使用して正の屈折力を分担して収差発生を低減し、負レンズ1枚を使って前記正レンズで発生する収差を十分に補整している。

また一般的に非対称なパワー配置に起因するレトロフォーカス型レンズ特有の歪曲・コマ収差などを良好に補整するために、開口絞りＳＰを挟んで拡大共役側、および縮小共役側にそれぞれ１枚以上の非球面形状を含むレンズを配置している。望ましくは、非球面形状のレンズに関して、開口絞りＳＰを挟んで拡大共役側の非球面形状のレンズは負レンズ、および縮小共役側の非球面形状のレンズは正レンズであって、さらに面形状に関して開口絞りＳＰを挟んで拡大共役側の非球面形状の負レンズは凹面に非球面形状が設けられレンズ中心から周辺部にいくにつれて凹面が緩くなるような非球面形状である。

縮小共役側の非球面形状の正レンズは凸面に設けられレンズ中心から周辺部にいくにつれて凸面が緩くなるような非球面形状であれば、各個屈折面にて発生する諸収差の発生をより低減できる。非球面の配置に関しては、なるべく絞りＳＰから遠い、例えば第１レンズ群内などに、少なくとも１つの非球面を設けることが収差補整観点から効果的である。

さらには、非球面形状のレンズをプラスチックで成形して、機構部品低減効果による軽量化に加えて、より安価で軽量な光学系を実現している。

又、色収差補整の観点から、アッベ数８０以上の硝子を少なくとも１枚使用して可視光広帯域において色ずれの少ない光学系を実現している。

拡大共役側から数えて第１レンズ群Ｌ１又は第２レンズ群でフォーカスを行っている。変倍レンズ群（実施例１,２では第２レンズ群Ｌ２，実施例３では第３レンズ群Ｌ３）の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VWとするとき
−１．２ ＜ β_VW＜ −０．８ ‥‥‥（１）
を満足している。

開口絞りＳＰから縮小共役側のレンズ系の合成の焦点距離をｆ_ｒ、絞りＳＰから縮小共役側のレンズ系の拡大共役側の主点位置までの距離をLとするとき
０．４５ ＜ L／ｆ_ｒ ＜ １．１ ‥‥‥（２）
を満足している。

レンズ群Ｖａの焦点距離をｆ_V、実施例１，２では第３レンズ群、実施例３では第４レンズ群Ｌ４の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき

を満足している。

広角端および望遠端の変倍位置における近軸バックフォーカスをそれぞれBF_ｗ ，BF_T
、望遠端のF値をF_T 、最小錯乱円径をεとするとき、
２・F_T・ε ― ｜BF_ｗ−BF_T｜ ＞ ０ ‥‥‥（４）
を満足している。

又、
１．５ ＜ F_m ＜ ２．２ ‥‥‥（５）
を満足している。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）の下限を超えると、広角端から望遠端への変倍に伴って焦点面に関して、レンズ群からみて奥方向への移動が大きすぎ、逆に上限を超えるとレンズ群からみて手前方向への移動が大きくなってしまって好ましくない。

本発明のズームレンズを液晶プロジェクタ用の投影系に用いる場合には、縮小共役側に対して瞳位置はなるべく遠い位置に配置するのが良い。これは、撮像素子（ＣＣＤ）などを使用する光学系についても同様である。具体的には、条件式（２）を満足するのが良い。

条件式（２）の範囲外の構成では良好なテレセントリック性能が得られず、液晶プロジェクタ用の投影系などに使用した場合、画面周辺での照度落ちや画面内色ムラなどが発生するため好ましくない。またフォーカス調整は、変倍部より拡大共役側のレンズ群でおこなえば、物像間距離が変化しても全変倍領域について、一定の焦点位置を確保できる。

変倍レンズ群に関しては、１成分でレンズ系を構成できれば鏡筒構造などを簡略化でき部品点数の低減などにより、軽量化が可能となる。

各実施例のズームレンズは光学補正式のズームレンズである為、変倍時の焦点移動量の観点からは、変倍レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終（第3）レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比をZ,中間域F値をF_m、最小錯乱円径をεとしたとき、広角端と望遠端で焦点位置が一致する条件を考えれば、変倍時の中間域でずれる最大焦点ずれ量Δ_ｍは、公知例特開平07-333500号公報に記載されている２群ズームレンズにおける式に、本実施例の場合、新たに３群の横倍率の２乗を掛け合わせることで得られるので、

と近軸的に計算できる。

また、焦点深度δは、レンズのF値と許容錯乱円径εとの積で表されるので、
δ＝F_ｍ・ε
と定義される。Δ_ｍを変倍範囲の両側で深度一杯に許容すれば、２δ＞Δ_ｍのとき焦点ずれが発生しても焦点深度内に収まるため、条件式（３）を満足すれば良いことがわかる。

条件式（３）が負の値をとると、光学系の焦点深度に対して変倍時の焦点ズレ量のほうが大きくなってしまうため好ましくない。

尚、各実施例においてＣＣＤを用いる撮像装置や液晶パネルを使用するプロジェクターなどにおいては、最小錯乱円径εは画素ピッチの２倍程度が好ましい。これ以上になるとボケ径が大きくなって良くない。

また、広角端および望遠端のズーム位置において近軸バックフォーカスがずれてしまう場合には、条件式（４）を満足することが、ピントずれ量を深度内に抑えるためにも望ましい。

条件式（５）は、高輝度化を図る為のものである。又光学補正式のズームレンズとして、全変倍中に焦点深度内に入る為のものである。

この条件式（５）の上限値又は下限値を外れると明るさが不十分となったり、又焦点深度外となったりして、撮影画像や撮像画質が低下してくるので良くない。

尚、各実施例において更に好ましくは条件式（１），（２），（５）の数値範囲を次のように設定するのが良い。

−１．０ ＜ β_VW＜ −０．８ ‥‥‥（１ａ）
０．５ ＜ L／ｆ_ｒ ＜ １．０ ‥‥‥（２ａ）
１．６ ＜ F_m ＜ ２．１ ‥‥‥（５ａ）
さらに、条件式（３）の下限値を０.０４とすると尚好ましい。また、条件式（４）の下限値を０.０３としても良い。

さらに、条件式（２）の数値範囲を狭めて、
０．５ ＜ L／ｆ_ｒ＜ ０．６５ ‥‥‥（２ａ）
としても良い。

次に各実施例のレンズ構成の特徴について説明する。以下の実施例を見れば明らかであるが、本実施例中におけるレンズ群とは、複数枚のレンズを必要とはせず、１枚以上のレンズを有していれば足りるものとする。

図１の実施例１は拡大共役側より縮小共役側へ順に、負、正、正の屈折力のレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３より成る３群構成で成っている。物像間距離が変わったときのフォーカス調整は第１レンズ群Ｌ１にて行っている。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３は固定で全長一定であり、第２レンズ群Ｌ２のみが拡大共役側に独立に移動している。またスクリーンＳ上での照度を確保するために、各レンズ面には多層コートを採用している。

第１レンズ群Ｌ１は、拡大共役側より負レンズＧ１１、負レンズＧ１２、正レンズＧ１３の３枚構成としている。最も拡大共役側に配置される第1レンズＧ１１を負レンズで設計することにより見かけの瞳位置を拡大共役側に設定して前玉径を小さくしている。また第１レンズＧ１１は、プラスチック材からなり、さらには両面を非球面形状としており、歪曲収差などを効率良く補整することを可能としている。

第２レンズ群Ｌ２に関しては、変倍レンズ群の役割を担っている。本実施例では拡大共役側から順に正レンズＧ２１、絞りＳＰ、負レンズＧ２２、正レンズＧ２３、正レンズＧ２４より成り、構成レンズ群中で最も多いレンズ要素で構成されている。特に最も縮小共役側に位置する正レンズＧ２４は、プラスチック材を成形してなる両面が非球面形状であり、これにより、主に歪曲収差・像面湾曲などを効率よく補整している。

本実施例では、環境変動時の温度ドリフト特性はこのプラスチック材より成る正レンズＧ２４と第１レンズ群Ｌ１内のプラスチック材より成る負レンズＧ１１との間で相互にキャンセルするようにしている。

第２レンズ群Ｌ２は、全変倍領域での倍率β_VWは略等倍近傍となるようにしている。

第３レンズ群Ｌ３に関しては、１枚の正レンズＧ３１より構成している。正レンズＧ３１は主に軸外主光線角度を光軸に対して平行に近くなるような屈折作用と、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成屈折力を小さくする為に用いている。正レンズＧ３１の材料として、ｓ−ｌａｌ１４（（株）ｏｈａｒａ社製）を用いている。望ましくは
ｄ、ｇ、Ｆ、ｃ線に対する屈折率をｎｄ、ｎｇ、ｎ_Ｆ、ｎｃとし、
ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
θ_ｇＦ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
とするとき、
θ_ｇF − (0.6438−0.001682ν_ｄ) ＞ ０
を満足する硝子を選択するのが良く、これによれば広帯域の倍率色収差補の補正が容易となる。

本実施例によれば、Ｆ値が１．７と大口径で高輝度であるにもかかわらず、変倍時焦点移動が少ないズームレンズを実現することができる。

また、本実施例の条件式（１）〜（５）の数値を以下に示す。

条件式
（１）β_VW＝ ―0.94
（２）L／ｆ_ｒ＝ 0.87

（４）２・F_T・ε ― ｜BF_ｗ−BF_T｜ ＝ 0.055
（５）F_m ＝１．８４

図３の実施例２は、拡大共役側より縮小共役側へ順に、負、正、正の屈折力のレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３より成る３群構成で成っている。物像間距離が変わったときのフォーカス調整は第１レンズ群Ｌ１にて行っている。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３は固定で全長一定であり、第２レンズ群Ｌ２のみが拡大共役側に独立に移動している。またスクリーンＳ上での照度を確保するためにも、各レンズ面には多層コートを採用している。

第１負レンズ群Ｌ１は、拡大共役側より負レンズＧ１１、負レンズＧ１２、正レンズＧ１３の３枚構成としている。最も拡大共役側に配置される第1レンズＧ１１を負レンズで設計することにより見かけの瞳位置を拡大共役側に設定して、前玉径を小さくしている。また第１レンズＧ１１は、アッベ数が８０以上の特殊低分散の硝子ｓ−ＦＰＬ５１（（株）ｏｈａｒａ社製）を使い、さらには両面を非球面形状として歪曲収差などを効率良く補整している。特にこの非球面形状は縮小共役側の凹面に設けており、レンズ中心からレンズ周辺部にいくにつれて凹面が緩くなっていくような形状としている。これにより、歪曲収差、内向性コマ収差などを効率良く補整している。

第２レンズ群Ｌ２は、変倍レンズ群の役割を担っている。本実施例では拡大共役側から順に正レンズＧ２１、絞りＳＰ、負レンズＧ２２、正レンズＧ２３、構成レンズ群中で最も多いレンズ要素で構成されている。特に最も縮小共役側に位置する正レンズＧ２３は、硝子材料を成形してなる両面が非球面形状であり、これにより主に歪曲収差・像面湾曲などを効率よく補整している。特にこの非球面形状は、縮小共役側の凸面に設けており、レンズ中心からレンズ周辺部にいくにつれて凸面が緩くなっていくような形状としている。これにより、歪曲収差、像面湾曲などを良好に補整している。

第２レンズ群Ｌ２に関して、全変倍領域での倍率βｖｗは略等倍近傍となるようにしている。

その他の点においては、実施例１と同じなので詳細説明は省略する。

本実施例によれば、Ｆ値が１。７と大口径で高輝度であるにもかかわらず、変倍時焦点移動が少ないズームレンズを実現している。

また、本実施例の条件式（１）〜（５）の数値を以下に示す。
条件式
（１）β_VW＝ ―0.94
（２）L／ｆ_ｒ＝ 0.54

（４）２・F_T・ε ― ｜BF_ｗ−BF_T｜ ＝ 0.052
（５）F_m ＝ １．８０

図５の実施例３は、拡大共役側より縮小共役側へ順に、負、正、正、正の屈折力のレンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４より成る４群構成で成っている。物像間距離が変わったときのフォーカス調整は第２レンズ群Ｌ２にて行っている。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第４レンズ群Ｌ４は固定で全長一定であり、第３レンズ群Ｌ３のみが拡大共役側に独立に移動している。またスクリーンＳ上での照度を確保するために、各レンズ面には多層コートを採用している。

第１レンズ群Ｌ１は、拡大共役側より負レンズＧ１１、負レンズＧ１２の２枚構成としている。最も拡大共役側に配置される第1レンズＧ１１を負レンズで設計することにより見かけの瞳位置を拡大共役側に設定して、前玉径を小さくしている。

また第１レンズＧ１１は、実施例２と同様、アッベ数が８０以上の特殊低分散の硝子ｓ−FPL51((株)ohara社)を使い、さらには両面を非球面形状として、歪曲収差などを効率良く補整している。

第２レンズ群Ｌ２は、物像間距離が変化したときのフォーカスを担当しており、これにより投影距離が変化しても収差変動が少ないズームレンズを実現している。

第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４は、実施例２の第２レンズ群Ｌ２，第３レンズ群Ｌ３と同様である。

本実施例によれば、Ｆ値が２．０と大口径で高輝度であるにもかかわらず、変倍時焦点移動が少ないズームレンズを実現している。

また、本実施例の条件式（１）〜（５）の数値を以下に示す。
条件式
（１）β_VW＝ ―0.91
（２）L／ｆ_ｒ＝ 0.51

（４）２・F_T・ε ― ｜BF_ｗ−BF_T｜ ＝ 0.060
（５）F_m ＝ ２．０８
なお、上記数値実施例の変数を下に記す。

以上のように各実施例によれば、全変倍域における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用に好適なズームレンズを得ることができる。

以下に本発明の実施例１〜３に対応する数値実施例１〜３を記載する。数値実施例においてｉは拡大共役側から光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１番目の間隔、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料の屈折率とアッベ数を表わしている。

ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。最終の５つの光学面はガスブロックを構成する面である。

収差図においてＢ，Ｇ，Ｒは４７０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍ、ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面を示している。

非球面形状は光軸からの高さ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、

で表わされる。但しＲは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。

又、「ｅ−Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。
数値実施例１（表１）

f: 18.8mm 〜 20.7mm FNO: 1.74 〜 1.98 ω:26.82° 〜 24.67°
R d n ν
1 ( ) 1.50 1.532 55.8
2 ( ) 7.61
3 -25.913 1.50 1.705 41.2
4 27.000 2.35
5 37.017 3.89 1.839 37.2
6 -46.758 ( )
7 29.129 3.13 1.792 47.4
8 158.399 18.90
9 -18.448 1.10 1.812 25.4
10 181.242 0.20
11 49.113 6.93 1.605 60.6
12 -20.862 0.75
13 ( ) 2.88 1.532 55.8
14 ( )( )
15 38.093 4.01 1.699 55.5
16 1621.356 4.05
17 ∞ 23.00 1.518 64.1
18 ∞ 0.44 1.502 65.0
19 ∞ 0.50 1.767 65.0
20 ∞ 2.20 1.462 65.0
21 ∞

群間データ
W T
d 6 18.22 13.71
d14 0.74 5.26

非球面データ
c(1/r) k A B C D
1 4.780e-002 7.993e-001 -2.120e-005 6.817e-008 1.227e-010 4.360e-013
2 8.568e-002 -2.824e-001 -2.944e-005 8.476e-008 -5.653e-010 1.301e-011
13 -2.814e-003 5.630e+002 1.257e-005 -7.146e-008 -1.637e-010 -2.250e-013
14 -1.477e-002 1.728e+000 6.616e-006 -2.690e-008 -2.181e-010 5.907e-013
数値実施例２（表２）

f: 18.8mm 〜 20.7mm FNO: 1.74 〜 1.87 ω:26.81° 〜 24.67°
R d n ν
1 ( ) 1.50 1.498 81.5
2 ( ) 12.94
3 -17.752 2.00 1.699 55.5
4 41.406 1.21
5 44.846 4.22 1.703 48.1
6 -27.447 ( )
7 26.107 2.67 1.776 49.6
8 99.214 19.72
9 -15.932 1.10 1.791 25.7
10 124.414 0.20
11 ( ) 8.29 1.696 53.2
12 ( )( )
13 40.202 3.46 1.699 55.5
14 1707.641 4.05
15 ∞ 23.00 1.518 64.1
16 ∞ 0.44 1.502 65.0
17 ∞ 0.50 1.767 65.0
18 ∞ 2.20 1.462 65.0
19 ∞

群間データ
W T
d 6 10.70 6.42
d12 4.77 9.05

非球面データ
c(1/r) k A B C D
1 4.911e-002 7.993e-001 -2.120e-005 6.817e-008 1.227e-010 4.360e-013
2 8.558e-002 -2.824e-001 -2.944e-005 8.476e-008 -5.653e-010 1.301e-011
11 2.459e-002 -1.242e+001 9.684e-006 8.015e-009 -8.876e-011 5.887e-013
12 -5.652e-002 -3.838e-002 8.653e-006 4.445e-008 -3.024e-010 1.247e-012
数値実施例３（表３）

f: 18.6mm 〜 21.5mm FNO: 2.00 〜 2.16 ω:27.01° 〜 23.86°
r d nd νd
1 ( ) 1.50 1.498 81.5
2 ( ) 12.85
3 -17.760 2.00 1.699 55.5
4 44.220 ( )
5 46.962 4.15 1.703 48.1
6 -27.800 ( )
7 25.777 2.70 1.776 49.6
8 102.837 19.33
9 -15.864 1.10 1.791 25.7
10 116.904 0.20
11 ( ) 8.30 1.696 53.2
12 ( )( )
13 41.476 3.31 1.699 55.5
14 1649.328 4.05
15 ∞ 23.00 1.518 64.1
16 ∞ 0.44 1.502 65.0
17 ∞ 0.50 1.767 65.0
18 ∞ 2.20 1.462 65.0
19 ∞

群間データ
W T
d 4 1.15 1.15
d 6 11.20 4.99
d12 3.84 10.04

非球面データ
c(1/r) k A B C D
1 4.911e-002 7.993e-001 -2.120e-005 6.817e-008 1.227e-010 4.360e-013
2 8.577e-002 -2.824e-001 -2.944e-005 8.476e-008 -5.653e-010 1.301e-011
11 2.574e-002 -1.200e+001 9.540e-006 7.236e-009 -9.283e-011 5.912e-013
12 -5.679e-002 -4.315e-002 8.900e-006 4.606e-008 -3.042e-010 1.231e-012


図７は本発明のズームレンズを用いた実施例の要部概略図である。

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、ズーム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７においてカラー液晶プロジェクタ１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル５Ｂ、５Ｇ、５ＲからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム２（１つのプリズムで合成するのではなく、複数のダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムで色合成を行っても良いし、複数の偏光ビームスプリッターで色合成を行っても良い。）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。ここで液晶表示素子は透過型液晶表示素子であっても反射型液晶表示素子であっても構わないし、また液晶表示素子は１つであっても構わないし、また液晶表示素子ではなくＤＭＤ等のミラーデバイスに置き換えても構わない。
また、本実施例においては、変倍時に１つのレンズ群のみを移動する構成を示したが、勿論、隣り合う２つのレンズ群を一体的に移動しても構わないし、離れた２つのレンズ群を一体的に移動しても構わない。

本発明の実施例１の広角端と望遠端におけるレンズ断面図 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２．３５ｍのときの広角端と望遠端における収差図 本発明の実施例２の広角端と望遠端におけるレンズ断面図 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２．３５ｍのときの広角端と望遠端における収差図 本発明の実施例３の広角端と望遠端におけるレンズ断面図 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２．３５ｍのときの広角端と望遠端における収差図 本発明の画像投射装置の要部概略図

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
ＬＣＤ 液晶表示装置（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
Ｔ タンジェンシャル像面の倒れ
１ カラー液晶プロジェクター
２ 色合成プリズム
３ ズームレンズ
４ スクリーン
５Ｂ，５Ｇ，５Ｒ 液晶パネル

Claims (46)

1. 複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とするズームレンズ。
2. ３つ以上のレンズ群によって構成され、前記３つ以上のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とするズームレンズ。
3. 縮小共役側の瞳位置は略無限遠方に位置していることを特徴とする請求項２のズームレンズ。
4. 拡大共役側から縮小共役側へ数えて第１番目又は第２番目のレンズ群を光軸上移動してフォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１から３いずれか１項のズームレンズ。
5. 前記第１番目のレンズ群は、負の屈折力であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第１番目のレンズ群と最も縮小共役側の最終レンズ群は変倍に際して縮小側共役面に対して固定であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項のズームレンズ。
7. 最も縮小共役側の最終レンズ群は１つの正レンズで構成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項のズームレンズ。
8. 前記変倍用レンズ群は、２以上の正レンズと１以上の負レンズで構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。
9. 非球面形状の面を１以上有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 前記非球面形状の面を有するレンズはプラスチックを成形してなるレンズを含むことを特徴とする請求項９のズームレンズ。
11. アッベ数が８０以上の硝子より成るレンズを１以上有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項のズームレンズ。
    
12. 拡大共役側から縮小共役側へ順に、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レンズ群を有し、該第２レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とするズームレンズ。
13. 前記第２レンズ群は広角端の変倍位置に対し、望遠端の変倍位置において拡大共役側に位置することを特徴とする請求項１２のズームレンズ。
14. 前記第２レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VWとするとき
    −１．２ ＜ β_VW＜ −０．８
    を満足することを特徴とする請求項１２又は１３のズームレンズ。
15. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ_V、前記第３レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき
    

    

    を満足することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項のズームレンズ。
16. 前記第１レンズ群を光軸上移動してフォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項のズームレンズ。
17. 拡大共役側から縮小共役側へ順に、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レンズ群を有し、該第３レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とするズームレンズ。
18. 前記第３レンズ群は広角端の変倍位置に対し、望遠端の変倍位置において拡大共役側に位置することを特徴とする請求項１７のズームレンズ。
19. 前記第３レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VWとするとき
    −１．２ ＜ β_VW＜ −０．８
    を満足することを特徴とする請求項１５又は１６のズームレンズ。
20. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ_V、前記第４レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき
    

    

    を満足することを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項のズームレンズ。
21. 前記第２レンズ群を光軸上移動してフォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項のズームレンズ。
22. 開口絞りを有し、該開口絞りから縮小共役側のレンズ系の合成の焦点距離をｆ_ｒ、該絞りから縮小共役側のレンズ系の拡大共役側の主点位置までの距離をLとするとき
    ０．４５ ＜ L／ｆ_ｒ ＜ １．１
    を満足することを特徴とする請求項１２から２１のいずれか１項のズームレンズ。
23. 広角端と望遠端の変倍位置における近軸バックフォーカスをそれぞれBF_ｗ ，BF_T 、望遠端のF値をF_T 、最小錯乱円径をεとするとき、
    ２・F_T・ε ― ｜BF_ｗ−BF_T｜ ＞ ０
    を満足することを特徴とする請求項１２から２２のいずれか１項のズームレンズ。
24. 前記開口絞りを挟んで拡大共役側と縮小共役側には、非球面形状の面を１以上有することを特徴とする請求項２２のズームレンズ。
25. 前記開口絞りを挟んで拡大共役側には非球面形状の面を含む負レンズＬＮを有し、縮小共役側には、非球面形状の面を含む正レンズＬＰを有していることを特徴とする請求項２４のズームレンズ。
26. 前記負レンズＬＮの非球面形状の面は凹形状であり、該非球面形状はレンズ中心からレンズ周辺部にいくに従って凹形状が緩くなっており、
    前記正レンズＬＰの非球面形状の面は凸形状であり、該非球面形状はレンズ中心からレンズ周辺部にいくに従って凸形状が緩くなることを特徴とする請求項２５のズームレンズ。
27. 前記負レンズＬＮ及び正レンズＬＰはプラスチック製であることを特徴とする請求項２５又は２６のズームレンズ。
28. 複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行い、該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、
    該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき
    −１．２ ＜ β_VW＜ −０．８
    

    

    を満足することを特徴とするズームレンズ。
29. ３つ以上のレンズ群によって構成され、前記複数のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行い、
    該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、
    該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、最小錯乱円径をεとするとき、
    −１．２ ＜ β_VW＜ −０．８
    

    

    を満足することを特徴とするズームレンズ。
30. 縮小共役側の瞳位置は略無限遠方に位置していることを特徴とする請求項２９のズームレンズ。
31. 拡大共役側から縮小共役側へ数えて第１番目又は第２番目のレンズ群を光軸上移動してフォーカス調整を行うことを特徴とする請求項２８から３０いずれか１項のズームレンズ。
32. 前記第１番目のレンズ群は、負の屈折力であることを特徴とする請求項２８から３０いずれか１項のズームレンズ。
33. 前記第１番目のレンズ群と最も縮小共役側の最終レンズ群は変倍に際して縮小側共役面に対して固定であることを特徴とする請求項請求項２８から３２いずれか１項のズームレンズ。
34. 最も縮小共役側の最終レンズ群は１つの正レンズで構成されていることを特徴とする請求項２８から３３いずれか１項のズームレンズ。
35. 前記変倍用レンズ群は、２以上の正レンズと１以上の負レンズで構成されていることを特徴とする請求項２８から３４いずれか１項のズームレンズ。
36. 非球面形状の面を１以上有していることを特徴とする請求項２８から３０いずれか１項のズームレンズ。
37. 前記非球面形状の面を有するレンズはプラスチックを成形してなるレンズを含むことを特徴とする請求項３６のズームレンズ。
38. アッベ数が８０以上の硝子より成るレンズを１以上有していることを特徴とする請求項２８から３７いずれか１項のズームレンズ。
    
39. 複数のレンズ群を有し、縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置するズームレンズであって、変倍時に前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴とするズームレンズ。
40. ３つ以上のレンズ群によって構成され、変倍時に、前記３つ以上のレンズ群のうち１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴とするズームレンズ。
41. 複数のレンズ群を有する画像投射装置用のズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とするズームレンズ。
42. 画像表示素子と請求項１から４１のいずれか１項のズームレンズとを有し、該ズームレンズを用いて画像表示素子に表示された原画を被投射面面上に投影していることを特徴とする画像投射装置。
43. 最小錯乱円径を画像表示素子の画素ピッチの２倍としていることを特徴とする請求項４２の画像投射装置。
44. 画像投射装置であって、複数のレンズ群を含み原画からの光を被投射面上に投影するズームレンズを有しており、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動して変倍を行うことを特徴とする画像投射装置。
45. 該変倍用レンズ群の広角端の変倍位置における結像倍率をβ_VW、該変倍用レンズ群の焦点距離をｆ_V、最終レンズ群の横倍率をβ_ｒ、変倍比Z、変倍時中間域のF値をF_m、前記ズームレンズの最小錯乱円径εを画像表示素子の画素ピッチの２倍とするとき、
    −１．２ ＜ β_VW＜ −０．８
    

    

    を満足することを特徴とする請求項４４記載の画像投射装置。
46. 画像投射装置であって、複数のレンズ群を含み原画からの光を被投射面上に投影するズームレンズを有しており、変倍時に、前記複数のレンズ群のうちの１つの変倍用レンズ群のみを光軸上移動することを特徴とする画像投射装置。

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