JP2007256711A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ構成枚数が少なく、また、テレセントリック性を保ち易い、ズームレンズを提供する。
【解決手段】投写面ＰＬ側から順に、第１レンズ群Ｇ_１〜第３レンズ群Ｇ_３を配置する。第１レンズ群Ｇ_１は、投写面ＰＬ側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有する。第２レンズ群Ｇ_２は、投写面ＰＬ側から順に、１枚の正レンズと、２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズと、２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズとの合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有する。第３レンズ群Ｇ_３は、投写面側から順に負レンズ、正レンズの２枚のレンズで構成されて正のパワーを有している。変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２を移動させ、かつ、第３レンズ群Ｇ_３は固定しておく。さらに、第３レンズ群Ｇ_３は、合焦用に移動させられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写用の光学系に用いられるズームレンズに関するものである。

従来から、投写用ズームレンズとしては、様々な光学系が提案されている。例えば、下記特許文献１〜５に記載のものがある。

しかしながら、これらの文献に記載の光学系では、そのレンズ構成枚数が９枚以上と多く、レンズコストが高くなるばかりか、レンズ系が大きくなってしまうという不都合がある。なお、ここでは、接合レンズは、全体で１枚と数える。

また、画像素子の発光特性を考慮する目的で（すなわち、液晶やプリズムなどの光学素子部品に入射する光が角度を持つと、偏光特性を持ち、色味が変わったり、反射率が悪くなるために）、投写用のズームレンズにテレセントリック性（像側のテレセントリック性）を付与する設計とすることが好ましい。一方、投写用ズームレンズにおいては、その合焦を、画像素子に近いレンズで行うのが一般的である。このため、従来の合焦用レンズは、テレセントリック性も考慮する必要がある。
特開２００４−７７９５０号公報 特開２００４−５４０２１号公報 特開２００３−２１５４５３号公報 特開２００３−２１５４５５号公報 特開２０００−２９２６９８号公報

本発明は、前記の状況に鑑みてなされたものである。本発明の一つの目的は、レンズ構成枚数が従来よりも少ない投写用のズームレンズを提供することである。本発明の他の目的は、テレセントリック性を保ち易い、投写用のズームレンズを提供することである。

本発明に係るズームレンズは、投写面側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズである。前記第１レンズ群は、投写面側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有している。前記第２レンズ群は、投写面側から順に、１枚の正レンズと、２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズと、２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズとの、合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有している。前記第３レンズ群は、投写面側から順に負レンズ、正レンズの２枚のレンズで構成されて正のパワーを有している。さらに、本発明のズームレンズでは、前記変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させ、かつ、前記第３レンズ群は固定しておく構成となっている。また、前記第３レンズ群は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている。

このズームレンズでは、第１レンズ群と第２レンズ群とを移動することにより、焦点距離を可変としている。また、このズームレンズでは、第３レンズ群を移動させることにより合焦させることができる。

また、本発明では、後述する条件式（１）〜（３）を満足する設計とすることにより、第１レンズ群から第３レンズ群までの光学系によって、テレセントリック性を保つことができる。なお、テレセントリック性を保つということは、主光線と光軸とがほぼ平行（±１０°程度の傾斜を含む）な状態をいう。

本発明のズームレンズは、次の条件式（１）を満足するものであってもよい。
０.６≦｜ｆ_２／ｆ_１｜≦１.３ （１）
但し ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離

本発明のズームレンズは、次の条件式（２）を満足するものであってもよい。
０．８≦｜ｆ_ｂ／ｆ_ｗ｜≦１．８ （２）
但し ｆ_ｂ：第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカス
ｆ_ｗ：短焦点端の焦点距離

本発明のズームレンズは、次の条件式（３）を満足するものであってもよい。
０.０８≦｜ｆ_ｔ／ｆ_３｜≦０.３ （３）
但し ｆ_３：第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ_ｔ：長焦点端の焦点距離

本発明に係るプロジェクタは、前記した本発明に係るズームレンズを備えたものである。

以下、前記した条件式（１）〜（３）について説明する。

条件式（１）は、焦点距離を変化させるために移動する第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の関係を規制するための条件である。今、条件｜ｆ_２／ｆ_１｜が、下限０．６を超えて小さいときには、第１レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎ、焦点距離を変化させるための第１レンズ群と第２レンズ群の移動量が大きくなる。すると、結果としてレンズ系が大きくなってしまい、好ましくない。

また、｜ｆ_２／ｆ_１｜が、上限１．３を超えて大きいときには、レンズを小型にするためには有利であるが、第１レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎ、このため、第１レンズ群で発生する球面収差が過剰になりすぎる。すると、球面収差を良好に補正することが困難となってしまう。

条件式（２）は、第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカスを所要の大きさにし、投写画像の光量を適切に確保するために、第３レンズ群と画像素子との間に照明光学系を挿入できる空気間隔を確保するための条件である。今、｜ｆ_ｂ／ｆ_ｗ｜が下限０．８を超えて小さいときには、第３レンズ群と画像素子との空気間隔が小さくなりすぎ、照明光学系を挿入することができなくなってしまう。

また、｜ｆ_ｂ／ｆ_ｗ｜が上限１．８を超えて大きいときには、照明光学系を挿入するための第３レンズ群と画像素子との空気間隔を確保するためには有利であるが、第１レンズ群、第３レンズ群の負レンズの焦点距離が小さくなりすぎ、結果としてコマ収差の増大となってしまい好ましくない。

条件式（３）は、第３レンズ群で合焦を行うとともに、レンズ系のテレセントリック性を適切に保つための条件である。今、｜ｆ_ｔ／ｆ_３｜が下限０．０８を超えて小さいときには、第３レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎる。すると、合焦するときの第３レンズ群の移動量が大きくなりすぎ、結果としてレンズ群が大きくなってしまい好ましくない。

また、｜ｆ_ｔ／ｆ_３｜が上限０．３を超えて大きいときには、合焦のための第３レンズ群の移動量は小さくなり、レンズ系を小型にするためには有利である。しかしながら、この場合は、レンズ系のテレセントリック性を保つことが困難となるばかりか、球面収差がアンダーになってしまい、好ましくない。

本発明によれば、レンズ構成枚数が８枚と、従来よりも少ない、投写用のズームレンズを提供することができる。また、本発明によれば、条件式（１）〜（３）を満足する設計とすることにより、テレセントリック性を保ち易い、投写用のズームレンズを提供することができる。

次に、本発明についての具体的な数値実施例を示す。

（数値実施例１の構成）
本発明の数値実施例１に係るズームレンズの構成を図１に示す。図１において、符号ＰＬは投写面、符号ＧＬは画像素子の保護ガラス、符号ＣＤは画像素子、符号Ｇ_１は第１レンズ群、符号Ｇ_２は第２レンズ群、符号Ｇ_３は第３レンズ群を示している。また、符号Ｒ_７は絞り面を示す。

このズームレンズは、投写面ＰＬの側から順に、第１レンズ群Ｇ_１と、第２レンズ群Ｇ_２と、第３レンズ群Ｇ_３とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズである。

第１レンズ群Ｇ_１は、投写面ＰＬの側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有している。ここで、各レンズ群を構成する単位としての１枚のレンズは、特に言及しない限り、単レンズである場合と接合レンズである場合とを含む。ここで接合レンズは、２枚又はそれ以上の単レンズを接合したものである。

第２レンズ群Ｇ_２は、投写面ＰＬの側から順に、１枚の正レンズと、２枚の接合レンズ（Ｒ_１０〜Ｒ_１５の間のレンズ）とで構成されて正のパワーを有している。本実施例では、これらの接合レンズが、いずれも２枚の単レンズで構成されている。

第３レンズ群Ｇ_３は、投写面ＰＬの側から順に、負レンズ、正レンズの２枚で構成され、正のパワーを有している。これらのレンズは、本実施例では単レンズとなっている。ただし、これらのレンズも、接合レンズとすることができる。

以上の通り、本実施例のズームレンズは、全体として８枚のレンズで構成されている。なお、ここでは、パワー的に単レンズと等価な接合レンズは１枚と数えている。

本実施例では、ズームレンズの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２とを移動させ、かつ、第３レンズ群Ｇ_３は固定しておく構成となっている。さらに、本実施例では、第３レンズ群Ｇ_３は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている。このようなレンズ群の移動機構自体は従来と同様でよいので、これについての詳細な説明は省略する。

（数値実施例１の特性）
数値実施例１における諸収差を図２〜図４に示す。図２は、数値実施例１の短焦点端における諸収差図、図３は、数値実施例１の中間焦点位置における諸収差図、図４は、数値実施例１の長焦点端における諸収差図である。

これらの図中、球面収差で表される色収差における符号Ｇ，Ｂ，Ｒは、それぞれ、グリーン、ブルー、レッドの波長に対する球面収差であり、符号ＳＣは、正弦条件不満足量である。

また、非点収差における符号Ｓはサジタル、符号Ｍはメリジオナルを示している。

また、数値実施例１の諸特性を表１に示す。

表１中の符号Ｒは曲率半径、符号ｄはレンズ厚または空気間隔、符号Ｎｄはｄ線（５８８ｎｍ）の屈折率、符号Ｖｄはｄ線のアッベ数を示す。符号Ｒ及びｄの添字とレンズとの関係は、図１に示される通りである。また、表１中の符号ｆ_１は第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離、符号ｆ_２は第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離、符号ｆ_３は第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離を示す。

さらに、表１中の符号ｆ_ｗは短焦点端の焦点距離、符号ｆ_ｔは長焦点端の焦点距離、符号ｆ_ｂは第１レンズ群Ｇ_１から第３レンズ群Ｇ_３までの合成バックフォーカスを示している。

また、本実施例における投写距離は１０００ｍｍである。なお、表１において、距離を示す数値の単位は、指定のない場合はすべてｍｍである。

数値実施例１のズームレンズによれば、レンズ構成枚数が８枚と、従来よりも少ない投写用のズームレンズを提供することができる。なお、この説明では、群の構成要素である接合レンズについては、接合レンズ全体で１枚と計算している。また、数値実施例１のズームレンズは、表１に記載の通り、テレセン性を保っている。

本実施例のズームレンズは、プロジェクタの投写用レンズとして用いることができる。

（数値実施例２の構成）
次に、本発明の数値実施例２に係るズームレンズの構成を図５に示す。なお、数値実施例２の説明においては、数値実施例１と基本的に同じ構成要素や特性については、同じ参照符号を用いて説明を簡潔にする。

数値実施例２の諸収差を図６〜８に示す。図６は、短焦点端での諸収差図、図７は、中間焦点位置での諸収差図、図８は、長焦点端での諸収差図である。また、数値実施例２の諸特性を表２に示す。

数値実施例２の他の構成及び利点は、数値実施例１と基本的に同様なので、これ以上の詳細な説明は省略する。

（数値実施例３の構成）
次に、本発明の数値実施例３に係るズームレンズの構成を図９に示す。なお、数値実施例３の説明においては、数値実施例１と基本的に同じ構成要素や特性については、同じ参照符号を用いて説明を簡略にする。

数値実施例３の諸収差を図１０〜１２に示す。図１０は、短焦点端での諸収差図、図１１は、中間焦点位置での諸収差図、図１２は、長焦点端での諸収差図である。また、数値実施例３の諸特性を表３に示す。

数値実施例３の他の構成及び利点は、数値実施例１と基本的に同様なので、これ以上の詳細な説明は省略する。

なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。

本発明の数値実施例１のレンズ構成を示す説明図である。 本発明の数値実施例１における、短焦点端での諸収差図である。 本発明の数値実施例１における、中間焦点位置での諸収差図である。 本発明の数値実施例１における、長焦点端での諸収差図である。 本発明の数値実施例２のレンズ構成を示す説明図である。 本発明の数値実施例２における、短焦点端での諸収差図である。 本発明の数値実施例２における、中間焦点位置での諸収差図である。 本発明の数値実施例２における、長焦点端での諸収差図である。 本発明の数値実施例３のレンズ構成を示す説明図である。 本発明の数値実施例３における、短焦点端での諸収差図である。 本発明の数値実施例３における、中間焦点位置での諸収差図である。 本発明の数値実施例３における、長焦点端での諸収差図である。

符号の説明

Ｇ_１ 第１レンズ群
Ｇ_２ 第２レンズ群
Ｇ_３ 第３レンズ群
ＰＬ 投写面
ＣＤ 画像素子
ＧＬ 画像素子の保護ガラス

Claims (5)

1. 投写面側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズであって、
   前記第１レンズ群は、投写面側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有しており、
   前記第２レンズ群は、投写面側から順に、
   １枚の正レンズと、
   ２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズと、
   ２枚のレンズで構成された１枚の接合レンズとの
   合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有しており、
   前記第３レンズ群は、投写面側から順に負レンズ、正レンズの２枚のレンズで構成されて正のパワーを有しており、
   さらに、前記変倍に際しては、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させ、かつ、前記第３レンズ群は固定しておく構成となっており、
   さらに、前記第３レンズ群は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている
   ことを特徴とするズームレンズ。
2. さらに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする、請求項１に記載のズームレンズ。
   ０.６≦｜ｆ_２／ｆ_１｜≦１.３ （１）
   但し ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
   ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
3. さらに、次の条件式（２）を満足することを特徴とする、請求項１又は２に記載のズームレンズ。
   ０．８≦｜ｆ_ｂ／ｆ_ｗ｜≦１．８ （２）
   但し ｆ_ｂ：第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカス
   ｆ_ｗ：短焦点端の焦点距離
4. さらに、次の条件式（３）を満足することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０.０８≦｜ｆ_ｔ／ｆ_３｜≦０.３ （３）
   但し ｆ_ｔ：長焦点端の焦点距離
   ｆ_３：第３レンズ群の合成焦点距離
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたプロジェクタ。
   

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