JP2008304765A - ズームレンズ及びそれを用いた画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像投影装置に適した広角用ズームレンズを提供する。
【解決手段】 最も拡大側に配置された負の光学的パワーを有する第１レンズユニットを備えるズームレンズであって、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とし、
−２．５０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６
なる条件を満足し、
前記第１レンズユニットが非球面を有する負レンズを１枚以上有しており、前記１枚以上の負レンズが有する非球面のうち最も有効径が大きな非球面の有効径をφｍａｘ、焦点距離をｆ１ａｓｐ、前記第１非球面の光軸上の位置と前記第１非球面を最軸外光線が通る位置との光軸方向の距離をＲｄｅｐｔｈとするとき、
−９．０＜φｍａｘ／ｆ１＜−３．０
−１０．０＜Ｒｄｅｐｔｈ／ｆ１ａｓｐ＜−４．０
なる条件を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明はズームレンズ、特に液晶プロジェクタ等の画像投影装置に用いられるズームレンズに関するものである。

従来より液晶プロジェクタ等の画像投影装置のズームレンズに対しては、バックフォーカスを長くすること、及び短距離で大きな画像を投影できるように広画角化が求められている。

そのためのズームレンズ（画像投影装置用の変倍可能な投射レンズ）として種々の提案がなされている。

特許文献１、２、３には、拡大側（前方、被投影面側）から順に、負正正負正正の屈折力の第１〜６レンズ群により構成されたズームレンズが開示されている。

また、特許文献４には、拡大側（前方、被投影面側）から順に、負正正負正の屈折力の第１〜５レンズ群により構成されたズームレンズが開示されている。

これら特許文献１〜４に記載されたズームレンズはいずれも変倍時に最も拡大側のレンズ群と最も縮小側（後方、液晶表示素子側）のレンズ群とが固定で、且つ縮小側に対してテレセントリックな構成となっている。
特開２００３−０１５０３７号公報 特開２００３−０１５０３８号公報 特開２００５−０７７５４８号公報 特開２００４−２５２０８４号公報

しかしながら、従来提案されていたズームレンズでは、今後の更なる広画角化の要求に応えられていなかった。

そこで、本発明においては、縮小側にテレセントリックな光学系としつつ（長いバックフォーカスを保ちつつ）高品位な画像を投影し易く、且つ広角なズームレンズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本願発明のズームレンズは、最も拡大側に配置された負の光学的パワーを有する第１レンズユニットを備えるズームレンズであって、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、
−２．５０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６
なる条件を満足することを特徴としている。

また、本願発明の画像投影装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子から出射する画像光を投影する、前述のズームレンズとを備えることを特徴としている。

本発明は、上記のような構成とすることにより、従来よりも広角なズームレンズを提供することが可能となる。

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。

まず、本実施例のズームレンズは、最も拡大側に配置された負の光学的パワー（屈折力）を有する第１レンズユニット（第１レンズ群）を備えるズームレンズである。このズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、以下の条件を満足する。
−２．５０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６ ・・・（１）
この条件式（１）のｆ１／ｆｗの値が下限を下回れば、負レンズのパワーが弱くなり、レンズ径が大きくなり、ズームレンズが大型化（大重量化）するため好ましくない。逆にｆ１／ｆｗの値が条件式（１）の上限を上回れば、第１レンズ群のパワーが強くなり過ぎてしまい、製造敏感度が高くなり過ぎたり、収差が補正しきれなくなったりするため好ましくない。すなわち、本発明は上述の構成を採ることにより、縮小側にテレセントリックな光学系としつつ（長いバックフォーカスを保ちつつ）高品位な画像を投影し易く、且つ広画角なズームレンズを提供することが可能となる。

さらに、以下の条件式（１ａ）を満足すると尚好ましい。
−２．１０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６ ・・・（１ａ）
本願実施例のズームレンズにおいては、以上の構成を満足していれば、課題を解決することができ、一定の効果を得ることができる。しかしながら、更なる課題を解決したり、更なる良好なズームレンズを提供したりするために、付加的に以下に記載する条件を満足することが望ましい。例えば、条件式（２）〜（１１）や、その他の構成について満足することによって、ズームレンズとして更に好ましい構成となる。

以下に、そのより好ましい構成、条件について記載する。

本実施例のズームレンズは、第１レンズユニットが非球面を持つ負レンズを１枚以上有している。この１枚以上の負レンズが有する非球面のうち最も有効径が大きな非球面の有効径をφｍａｘ、焦点距離をｆ１ａｓｐとする。更に、前記第１非球面の光軸上の位置と前記第１非球面を最軸外光線が通る位置との光軸方向の距離をＲｄｅｐｔｈとするとき、以下の条件式を満足する。
−９．０＜φｍａｘ／ｆ１＜−３．０ ・・・（２）
−１０．０＜Ｒｄｅｐｔｈ／ｆ１ａｓｐ＜−４．０・・・（３）
なる条件を満足することを特徴とする。

この条件式（２）は、第１レンズユニット内の負レンズが非球面（非球面形状の面）を有し、その有効径の最大値φｍａｘとその負レンズ（非球面レンズ）が配置されている第１レンズユニットの焦点距離の関係を表している。

この条件式（２）で規定したような適切な位置に非球面（負レンズが有する非球面）を配置することにより、収差、特に広角化により顕著に表れる歪曲収差、を効率良く低減（補正）することが出来る。すなわち、この負レンズが有する非球面を、光線が（軸上から最大画角まで）適度に分散している位置、別の言い方をすれば絞りから適度に離れた光線密度が低い（適当な）位置、に配置すると収差を効率良く低減できる。

この条件式（２）の下限を下回ると、非球面形状を有する負レンズのレンズ径が大きくなり過ぎてしまうため、更には大きな径の非球面は製造的観点から面精度が悪化してしまう傾向があるため好ましくない。逆に上限を上回ると、非球面形状を有するレンズ径が小さくなり過ぎてしまい、収差補正を行うための効果が薄れてしまうため望ましく無い。本実施例においては、歪曲収差量を低減する（歪曲収差を補正する）ために、以下の条件式（２ａ）を満足すると尚好ましい。
−５．０＜φｍａｘ／ｆ１＜−３．３ ・・・（２ａ）
また、第１レンズ群は、以下の条件式（３）を満足する非球面（第１非球面）を有する負レンズを１枚以上含むことを特徴としている。ここで、その１枚以上の負レンズが有する非球面のうち第１非球面の焦点距離をｆ１ａｓｐ、前記第１非球面の光軸上の位置と前記第１非球面を最軸外光線が通る位置との光軸方向の距離（有効径内における非球面の深さ）をＲｄｅｐｔｈとする。このＲｄｅｐｔｈは図１０に示した通りであり、図１０中の右（縮小側）から２番目のレンズの右側（縮小側）のレンズ面が非球面であり、この非球面（第１非球面）と光軸との交点と、最軸外光線と非球面との交点との、光軸方向の距離を指している。ここで、最軸外光線（最大像高軸外光線）とは、像面（或いは物体面）の最も像高が高い位置に入射する（から出射する）光束のうち前述の非球面（第１非球面）の最も外側（像高が高い位置）を通る光線のことである。また、この最軸外光線が通る位置の径を有効径と言っても良い。

この条件式（３）を満足するような非球面を設けることにより、（有効径の内側の）第１レンズユニットの光学的パワー（屈折力）が強くても歪曲収差の発生量を低減することができる。この条件式（３）の上限値を上回ったり、下限値を下回ったりすると、樽型、或いは糸巻き型の歪曲収差の発生量が大きくなってしまうため好ましく無い。

この非球面はより好ましくは以下の条件式（３ａ）を満足すると良い。
−８．０＜Ｒｄｅｐｔｈ／ｆ１ａｓｐ＜−５．０ ・・・（３ａ）
本発明は、上記の構成を採ることが必須であり、それによって前述の課題を解決し、前述の効果を得ることができる。本発明において、以下に記載することは必須では無いが、（画像投影装置用の）ズームレンズにとってより好ましい効果が得られたり、前述の課題とは異なる課題を解決することができたりするため、より好ましい条件として記載する。

まず、本実施例のズームレンズは、複数のレンズユニット（レンズ群）を有しており、そのうち１つ以上のレンズユニットが（光軸方向に）移動することにより変倍を行っていれば良い。しかしながら、より好ましくは、本実施例のズームレンズを５つ以上のレンズユニットで構成し、そのうち３つ以上のレンズユニットを（光軸方向に）移動させて変倍を行うことが望ましい。その際、最も拡大側（スクリーン側、前方）のレンズユニットと、最も縮小側（液晶表示素子側、後方）のレンズユニットは、変倍のためには（光軸方向に）移動させない（不動である）ことが望ましい。勿論、変倍と同時にフォーカスの調整を行う場合には、いずれか一方のレンズユニットを移動させることはあるが、それは飽くまでフォーカス調整のためであって変倍のためではない。

また、本実施例のズームレンズは、最も縮小側に配置されたレンズユニット（レンズ群）が非球面を有する正レンズを１枚以上有している。この１枚以上の正レンズのうち１枚の正レンズ（好ましくは全ての正レンズ）はガラス材料より成り、該正レンズの焦点距離をｆＧａｓｐ、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、以下の条件式を満足する。
５．２＜ｆＧａｓｐ／ｆｗ＜９．０ ・・・（４）
これは、最も後方側（縮小共役側）でテレセントリック性を良好にもたせるため比較的屈折力を持たせやすいガラス材料より成るレンズを用いている。またこのレンズに非球面形状の面を持たせることにより、残存している軸外収差を効果的に低減（補正）している。この条件式（４）の下限を下回ると、非球面を有する正レンズのパワーが強くなりすぎてしまい、この正レンズの位置敏感度や製造誤差に対する敏感度が高くなり過ぎてしまうため好ましく無い。逆に上限を上回ると、テレセントリック性を良好に持たせることが困難になってしまう。

尚、条件式（４）については、さらに好ましくは以下の条件を満足することが望ましい。
６．０＜ｆＧａｓｐ／ｆｗ＜８．５ ・・・（４ａ）
なお他にもガラス材料より成る球面レンズの上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を乗せた）ハイブリッドタイプの非球面レンズやプラスチック成形の非球面レンズを用いても良い。

実施例１、４では、第１レンズユニット（レンズ群）が以下の条件式（５）、（６）、（７）を満足する正レンズを少なくとも１枚以上含んでいる。その正レンズに関する条件式（５）、（６）、（７）は以下の通りである。
アッベ数：νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
部分分散比：θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｄ：前記正レンズの材料のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
ｎｇ：前記正レンズの材料のｇ線（４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率
ｎＦ：前記正レンズの材料のＦ線（４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率
ｎＣ：前記正レンズの材料のＣ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率
１．６３＜ｎｄ ・・・（５）
νｄ＜３５ ・・・（６）
０．００８＜θｇＦ−（０．６４４−０．００１６８・νｄ）＜０．０４０ ・・・（７）
ここで、条件式（５）は、第１レンズ群に高屈折率正レンズを使用することを想定している。これによりレンズ径および全長を抑えることができ、歪曲収差補正においても効果がある。条件式（５）の下限を下回る領域においてはこれらの効果が薄れてしまう。

条件式（６）は、第１レンズ群に、正レンズの材料に高分散（すなわちアッベ数の小さい）材料を使用することを規定しており、主に倍率色収差の補正を良好に行う為のものである。条件式（６）の上限を上回る領域においては、倍率色収差の補正の効果が低下してしまう。

条件式（７）は、材料の異常部分分散性を規定しており、特に軸上色収差及び倍率色収差を効果的に補正する為のものである。条件式（７）の上限を上回ったり、および下限を下回ったりする領域においては、補正過剰或いは補正不足により軸上および倍率色収差が発生してしまう。

これらの条件式（５）、（６）、（７）はすべて独立した条件式であって、３つとも満足していないと効果を奏しない訳では無く、一つ一つ単独でも効果のある条件式である。

尚、条件式（５）、（６）、（７）については、更に好ましくは以下の条件を満足することが望ましい。
１．７０＜ｎｄ ・・・（５ａ）
νｄｎ＜２８ ・・・（６ａ）
０．０１０＜θｇＦ−（０．６４４−０．００１６８・νｄ）＜０．０３８ ・・・（７ａ）
以下に記載する実施例１、２のズームレンズは、拡大側より順に、負、正、正、負、正、正の屈折力（光学的パワー）を有する第１〜６レンズユニット（レンズ群）より構成されている。ここで、第１、６レンズユニットは、変倍のためには固定であり、第２〜５レンズユニット（レンズ群）が移動することによって変倍を行っている。

これは、全体として６つのレンズ群より成り、各レンズ群を適切に配置することによりレンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーム範囲全体に渡りテレセントリック性を良好に維持し収差補正を良好に行うのに適したレンズ構成である。また第１レンズユニットＬ１、第６レンズユニットＬ６は共に変倍のためには固定である（不動、フォーカス調整時には移動しても良い）。このように変倍によるレンズ全長を不変とすることにより投射レンズとして（一つの構造体として）強度を保ち易い。

また、前記第２および第３レンズユニットの焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３とし、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、以下の条件式を満足している。
６．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜１１ ・・・（８）
６．０＜ｆ３ｂ／ｆｗ＜１３ ・・・（９）
条件式（８）は、第２レンズユニットとレンズ系全体の広角端における焦点距離の適切な関係を表している。このように第２レンズユニットを正のパワーとして適切なパワー配置を持たせることにより、第１レンズユニットで補正し切れなかった軸外収差（歪曲収差、非点収差等）を更に低減（補正）することができる。

条件式（８）の下限を下回ると、第２レンズユニットのパワーが大きくなり過ぎてしまい諸収差のバランスが崩れてしまう。逆に、上限を上回ると第２レンズユニットのパワーが小さくなり過ぎてしまい収差補正の効果が薄れてしまう。

条件式（９）は、第３レンズユニットとレンズ系全体の広角端における焦点距離の適切な関係を表している。第３レンズユニットはレンズ系としておもに変倍の役割を担っており適切にパワーを持たせることにより、広角端から望遠端の全ズーム域において良好な性能を持たせることが可能となる。

条件式（９）の下限を下回ると、第３レンズユニットのパワーが大きくなり過ぎてしまいズーム全域での収差のバランスが崩れてしまう。また敏感度（位置敏感度等）の観点からも好ましくない。逆に、上限を上回ると第３レンズユニットのパワーが小さくなり過ぎてしまい、レンズ系全体として全長が長くなってしまうため好ましく無い。

尚、条件式（８）、（９）については、更に好ましくは以下の条件を満足することが望ましい。
７．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜１０ ・・・（８ａ）
７．５＜ｆ３ｂ／ｆｗ＜１２ ・・・（９ａ）
また、実施例３、４は、拡大側より順に、負、正、正、負、正の屈折力（光学的パワー）を有する第１〜５レンズユニット（レンズ群）より構成されている。ここで、第１及び５レンズユニットは共に変倍のためには固定（不動、フォーカス調整時には移動しても良い）である。のように変倍によるレンズ全長を不変とすることにより投射レンズとして（一つの構造体として）強度を保ち易い。

また、前記第２および第３レンズユニットの焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３とし、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、以下の条件式を満足している。
６．０＜ｆ２ａ／ｆｗ＜１２ ・・・（１０）
６．０＜ｆ３ａ／ｆｗ＜１５ ・・・（１１）
条件式（１０）は、第２レンズユニットとレンズ系全体の広角端における焦点距離の適切な関係を表している。このように第２レンズユニットに適切な正のパワーを持たせる（適切なパワー配置とする）ことにより、第１レンズユニットで補正し切れなかった軸外収差（歪曲収差、非点収差等）を更に低減（補正）することができる。

条件式（１０）の下限を下回ると、第２レンズユニットのパワーが大きくなり過ぎてしまい諸収差のバランスが崩れてしまう。逆に、上限を上回ると第２レンズユニットのパワーが小さくなり過ぎてしまい収差補正（収差低減）の効果が薄れてしまう。

条件式（１１）は、第３レンズユニットとレンズ系全体の広角端における焦点距離の適切な関係を表している。第３レンズユニットはレンズ系としておもに変倍の役割を担っており適切にパワーを持たせることにより、広角端から望遠端の全ズーム域において良好な性能を持たせることが可能となる。

条件式（１１）の下限を下回ると、第３レンズユニットのパワーが大きくなり過ぎてしまいズーム全域での収差のバランスが崩れてしまう。また敏感度の観点からも好ましくない。逆に、上限を上回ると第３レンズユニットのパワーが小さくなり過ぎてしまい、レンズ系全体として全長が長くなってしまうため好ましく無い。

尚、条件式（１０）、（１１）については、更に好ましくは以下の条件を満足することが望ましい。
８．５＜ｆ２ａ／ｆｗ＜１０ ・・・（１０ａ）
８．０＜ｆ３ａ／ｆｗ＜１２．５ ・・・（１１ａ）
このように、後述する実施例１〜４は、全体として５つ又は６つのレンズ群より成り、各レンズ群を適切に配置している。このようにすることによってレンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーム範囲全体に渡りテレセントリック性を良好に維持し収差補正を良好に行うのに適している。

尚、後述する実施例１〜４においては、第１レンズ群Ｌ１を光軸上（光軸方向）に移動させてフォーカス（調整）を行っている。また、フォーカスは表示パネル（画像表示素子、液晶パネル、液晶表示素子）ＬＣＤを移動させるか、もしくはその他のレンズ群（最も縮小側のレンズ群等）を移動させて行っても良い。尚、表示パネルＬＣＤ（画像表示素子）は変倍のためには不動であることが望ましい。

さらに各実施例では、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Ｓ０上での照度の低下を防止している。

次に、図面及び表について簡単に説明する。

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影装置（液晶ビデオプロジェクタ）の要部概略図である。そして表１は実施例１のズームレンズ全系の焦点距離、Ｆナンバー、各レンズ面（光学面）の曲率半径及びその面間隔、各レンズの屈折率及びアッベ数、そして広角端及び望遠端におけるレンズ面間隔と、非球面係数について記載した表である。尚、この表１に記載された曲率半径、面間隔等の数値の単位はｍｍであるが、勿論、別の単位のものに対しても適用可能である。図２（ａ）は本発明の実施例１のズームレンズの物体距離（第１レンズ群からの距離）０．６３ｍのときの広角端（短焦点距離端）での収差図で、（ｂ）は望遠端（長焦点距離端）での収差図である。

図３、５、７は、図１と同様に実施例２、３、４のズームレンズを用いた画像投影装置（液晶ビデオプロジェクタ）の要部概略図である。そして、表２、３、４は、表１と同じく実施例２、３、４のズームレンズのレンズデータを記載した表である。また図４、６、８は図２と同じであり、（ａ）は実施例２、３、４のズームレンズの物体距離（第１レンズ群からの距離）０．６３ｍのときの広角端（短焦点距離端）での収差図で、（ｂ）は望遠端（長焦点距離端）での収差図である。

図２、図４、図６、図８の収差図において、球面収差は波長５５０ｎｍ、６２０ｎｍ、４５０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面）、Ｍ（メリジオナル像面）、そして歪曲収差はいずれも波長５５０ｎｍでの収差を示す。ωは半画角、ＦはＦナンバーである。

図中において、Ｓ０はスクリーン面（被投影面）、ＬＣＤは表示パネル（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Ｓ０と原画像ＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面Ｓ０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（偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム等）や、偏光フィルター、波長板、そしてカラーフィルター等のような実質的に光学的パワーを持たない光学素子をまとめて記載したものである。ここでは光学的パワーを持たないガラスブロックＧＢとして記載している。

また、前述の表１〜４について簡単に説明する。この表１〜４には前述の通り、各実施例１〜４のレンズデータを記載されている。各実施例において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線を基準とした第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。ωは半画角である。また数値実施例１〜４の最も後方側の３つの面はガラスブロックＧＢを構成する面である。

また非球面の記載については以下のように行っている。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、以下のように表記することとする。
ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２］^１／２］
＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０＋Ｅｈ^１２
但しｒは近軸曲率半径である。

なお、例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０^−Ｚ」を意味する。

また、表５には、各実施例１〜４のズームレンズの各条件式（１）〜（１１）の値を示している。

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側は液晶ビデオプロジェクタ本体に含まれている。

次に実施例の特徴について説明する。

実施例１のズームレンズの概略図を図１に示し、レンズデータは表１に示し、広角端及び望遠端における収差図を図２に示す。Ｌ１、２、３、４、５、６は、負、正、正、負、正、正の屈折力（光学的パワー）の第１レンズユニット（群）、第２レンズユニット（群）、第３レンズユニット（群）、第４レンズユニット（群）、第５レンズユニット（群）、第６レンズユニット（群）である。ＳＴは絞りであり第４レンズ群Ｌ４に設けている。広角端から望遠端のズーム位置への変倍に際して矢印のように第２、３、４レンズユニット（レンズ群）Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、そして第５レンズユニット（レンズ群）Ｌ５をスクリーンＳ０方向へ各々独立に移動させている。変倍のためには、第１レンズユニットＬ１、第６レンズユニットＬ６は移動しない。従って、変倍に際して第１〜第６レンズユニットまでの全長は一定である。

第１レンズ群（レンズユニット）Ｌ１は、前方側（拡大側）から後方側（縮小側）へ順に、負レンズＧ１１、正レンズＧ１２、負レンズＧ１３、負レンズＧ１４、負レンズＧ１５により構成されている。ここで、負レンズＧ１１は、前方側が凸となるメニスカス負レンズであり、正レンズＧ１２は、前方側が凸となるメニスカス正レンズであり、負レンズＧ１３は、前方側が凸となるメニスカス負レンズである。そして負レンズＧ１４は、前方側が凸となるメニスカス負レンズであり、負レンズＧ１５は、両凹形状の負レンズである。正レンズＧ１２は特に歪曲収差を補正している。またＧ１４において非球面を採用することにより歪曲収差の補正効果を上げている。Ｇ１５は両凹形状とすることにより非点収差を効果的に補正している。さらに第１レンズ群Ｌ１のレンズに高分散ガラスおよび低分散ガラスを併せて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。

第２レンズ群Ｌ２は両凸形状の正レンズＧ２１の１枚構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差を補正している。この正レンズＧ２１には屈折率の高い材料が用いられ、ペッツバール和の補正および変倍時の球面収差等の変動を小さくしている。一般に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Ｌ１で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、第２レンズ群Ｌ２は、高屈折率で低分散特性を有する材料を選択している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ３２との接合としており、主たる変倍の役割を担っている。変倍による倍率色収差の変動を抑えるために、Ｇ３１およびＧ３２はそれぞれ高屈折率のガラスを使用しつつも、アッベ数の差が大きくなる組み合わせとしている。

第４レンズ群Ｌ４は、前方側から後方側へ順に、後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ４１、および両凸形状の正レンズＧ４２と両凹形状の負レンズＧ４３の接合で構成している。強い負の屈折力としたレンズＧ４１を配置することにより効率良くペッツバール和も小さくしている。またＧ４２とＧ４３の接合レンズにより球面収差を効果的に補正している。なお、絞りＳＴは第４レンズ群Ｌ４に存在し、変倍時の軸外収差の変動を抑えている。絞りＳＴは、第４レンズ群Ｌ４以外に設定しても良い。さらに絞りＳＴは、変倍の際、レンズ群と共に動かせることなく独立に動かす構成としても良い。

第５レンズ群Ｌ５は、前方側から後方側へ順に、両凸形状の正レンズＧ５１と両凹形状の負レンズＧ５２の接合レンズ、両凸形状の正レンズＧ５３で構成している。接合レンズＧ５１および単独の正レンズＧ５３に関しては色収差を小さく抑えるために低分散ガラスを使用している。

第６レンズ群Ｌ６は、後方側に凸形状となるメニスカス正レンズＧ６１より構成している。正レンズＧ６１は色収差を抑えるために低分散ガラスとしつつ、パワーを強くしてテレセントリック性を良くしている。さらに非球面を採用することにより、特にコマ収差を効果的に補正している。

実施例２のズームレンズの概略図を図３に示し、レンズデータは表２に示し、広角端及び望遠端における収差図を図４に示す。Ｌ１、２、３、４、５、６は、負、正、正、負、正、正の屈折力（光学的パワー）の第１レンズユニット（群）、第２レンズユニット（群）、第３レンズユニット（群）、第４レンズユニット（群）、第５レンズユニット（群）、第６レンズユニット（群）である。ＳＴは絞りであり第４レンズユニットＬ４に設けている。広角端から望遠端のズーム位置への変倍に際して矢印のように第２、３、４レンズユニットＬ２、Ｌ３、Ｌ４を、そして第５レンズユニットＬ５をスクリーンＳ０方向へ、第４レンズユニットＬ４をＬＣＤ方向へ各々独立に移動させている。変倍のためには、第１レンズユニットＬ１、第６レンズユニットＬ６は移動しない。従って、変倍に際して第１〜第６レンズユニットまでの全長は一定である。

第１レンズ群Ｌ１は、前方側から後方側へ順に、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１１、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１２、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１３、両凹形状の負レンズＧ１４の構成である。Ｇ１３において非球面を採用することにより歪曲収差の補正効果を上げている。Ｇ１４は両凹形状とすることにより非点収差を効果的に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は両凸形状の正レンズＧ２１の１枚構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差を補正している。この正レンズＧ２１には屈折率の高い材料が用いられ、ペッツバール和の補正および変倍時の球面収差等の諸収差の変動を小さくしている。一般に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Ｌ１で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、第２レンズ群Ｌ２は、高屈折率で低分散特性を有する材料を選択している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ３２との接合としており、主たる変倍の役割を担っている。変倍による倍率色収差の変動を抑えるために、Ｇ３１およびＧ３２はそれぞれ高屈折率のガラスを使用しつつも、アッベ数の差が大きくなる組み合わせとしている。

第４レンズ群Ｌ４は、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ４１と両凹形状の負レンズＧ４２との接合としており、諸収差の発生を抑えつつペッツバール和を小さくしている。なお、絞りＳＴは第４レンズ群Ｌ４に存在し、変倍時の軸外収差の変動を抑えている。絞りＳＴは、第４レンズ群Ｌ４以外に設定しても良い。さらに絞りＳＴは、変倍の際、レンズ群と共に動かせることなく独立に動かす構成としても良い。

第５レンズ群Ｌ５は、前方側から後方側へ順に、両凸形状の正レンズＧ５１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ５２の接合レンズ、両凸形状の正レンズＧ５３で構成している。接合レンズＧ５１および単独の正レンズＧ５３に関しては色収差を小さく抑えるために低分散ガラスを使用している。

第６レンズ群Ｌ６は、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ６１より構成している。正レンズＧ６１は色収差を抑えるために低分散ガラスとしつつ、パワーを強くしてテレセントリック性を良くしている。さらに非球面を採用することにより、特にコマ収差を効果的に補正している。

実施例３のズームレンズの概略図を図５に示し、レンズデータは表３に示し、広角端及び望遠端における収差図を図６に示す。実施例３に関しては、Ｌ１、２、３、４、５は、負、正、正、負、正の屈折力（光学的パワー）の第１レンズユニット（群）、第２レンズユニット（群）、第３レンズユニット（群）、第４レンズユニット（群）、第５レンズユニット（群）である。ＳＴは絞りであり第４レンズユニットＬ４に設けている。広角端から望遠端のズーム位置への変倍に際して矢印のように第２、３レンズユニットＬ２、Ｌ３をスクリーンＳ０方向へ、第４レンズユニットＬ４をＬＣＤ方向へ各々独立に移動させている。変倍のためには、第１レンズユニットＬ１、第５レンズユニットＬ５は移動しない。従って、変倍に際して第１〜第５レンズユニットまでの全長は一定である。

第１レンズ群Ｌ１は、前方側から後方側へ順に、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１１、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１２、前方側が凸となるメニスカス負レンズＧ１３、両凹形状の負レンズＧ１４の構成である。Ｇ１３において非球面を採用することにより歪曲収差の補正効果を上げている。Ｇ１４は両凹形状とすることにより非点収差を効果的に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は両凸形状の正レンズＧ２１の１枚構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差を補正している。この正レンズＧ２１には屈折率の高い材料が用いられ、ペッツバール和の補正および変倍時の球面収差等の諸収差の変動を小さくしている。一般に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Ｌ１で発生した倍率色収差を効率良く補正するため、第２レンズ群Ｌ２は、高屈折率で低分散特性を有する材料を選択している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ３２との接合としており、主たる変倍の役割を担っている。変倍による倍率色収差の変動を抑えるために、Ｇ３１およびＧ３２はそれぞれ高屈折率のガラスを使用しつつも、アッベ数の差が大きくなる組み合わせとしている。

第４レンズ群Ｌ４は、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ４１と両凹の負レンズＧ４２との接合としており、諸収差の発生を抑えつつペッツバール和を小さくしている。なお、絞りＳＴは第４レンズ群Ｌ４に存在し、変倍時の軸外収差の変動を抑えている。絞りＳＴは、第４レンズ群Ｌ４以外に設定しても良い。さらに絞りＳＴは、変倍の際、レンズ群と共に動かせることなく独立に動かす構成としても良い。

第５レンズ群Ｌ５は、前方側から後方側へ順に、両凸形状の正レンズＧ５１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ５２の接合レンズ、両凸形状の正レンズＧ５３、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ５４で構成している。接合レンズＧ５１および単独の正レンズＧ５３に関しては色収差を小さく抑えるために低分散ガラスを使用している。正レンズＧ５１は色収差を抑えるために低分散ガラスとしつつ、パワーを強くしてテレセントリック性を良くしている。さらに非球面を採用することにより、特にコマ収差を効果的に補正している。

実施例４のズームレンズの概略図を図７に示し、レンズデータは表４に示し、広角端及び望遠端における収差図を図８に示す。実施例４に関しては、Ｌ１、２、３、４、５は、負、正、正、負、正の屈折力（光学的パワー）の第１レンズユニット（群）、第２レンズユニット（群）、第３レンズユニット（群）、第４レンズユニット（群）、第５レンズユニット（群）である。ＳＴは絞りであり第４レンズ群Ｌ４に設けている。広角端から望遠端のズーム位置への変倍に際して矢印のように第２、３レンズユニットＬ２、Ｌ３、そして第４レンズユニットＬ４をスクリーンＳ０方向へ各々独立に移動させている。変倍のためには、第１レンズユニットＬ１、第５レンズユニットＬ５は移動しない。従って、変倍に際して第１〜第５レンズユニットまでの全長は一定である。

第１レンズ群Ｌ１は、前方側から後方側へ順に、正レンズＧ１１、負レンズＧ１２、負レンズＧ１３、負レンズＧ１４、負レンズＧ１５により構成されている。ここで、正レンズＧ１１は、前方側が凸となるメニスカス正レンズであり、負レンズＧ１２は、前方側が凸となるメニスカス負レンズであり、負レンズＧ１３は、前方側が凸となるメニスカス負レンズである。そして、負レンズＧ１４は、前方側が凸となるメニスカス負レンズであり、負レンズＧ１５は、両凹形状の負レンズである。正レンズＧ１１は特に歪曲収差を補正している。またＧ１３において非球面を採用することにより歪曲収差の補正効果を上げている。Ｇ１５は両凹形状とすることにより非点収差を効果的に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は両凸形状の正レンズＧ２１の１枚構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差を補正している。この正レンズＧ２１には屈折率の高い材料が用いられ、球面収差やコマ収差を効果的に補正している。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している。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ３２との接合としており、主たる変倍の役割を担っている。変倍による倍率色収差の変動を抑えるためにアッベ数の差が大きくなる組み合わせとしている。

第４レンズ群Ｌ４は、両凸形状の正レンズＧ４１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ４２の接合としており、諸収差の発生を抑えつつペッツバール和を小さくしている。なお、絞りＳＴは第４レンズ群Ｌ４に存在し、変倍時の軸外収差の変動を抑えている。絞りＳＴは、第４レンズ群Ｌ４以外に設定しても良い。さらに絞りＳＴは、変倍の際、レンズ群と共に動かせることなく独立に動かす構成としても良い。

第５レンズ群Ｌ５は、前方側から後方側へ順に、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ５１と後方側が凸となるメニスカス負レンズＧ５２の接合レンズ、両凸形状の正レンズＧ５３、後方側が凸となるメニスカス正レンズＧ５４で構成している。接合レンズＧ５１および単独の正レンズＧ５３に関しては色収差を小さく抑えるために低分散ガラスを使用している。正レンズＧ５１は色収差を抑えるために低分散ガラスとしつつ、パワーを強くしてテレセントリック性を良くしている。さらに非球面を採用することにより、特にコマ収差を効果的に補正している。

各実施例においては、非球面レンズは、プラスチック材料やガラス材料で形成された非球面レンズ限らず、ガラス材料より成る球面レンズの光学面に薄い樹脂層（樹脂材料）を形成させて非球面形状としたハイブリッドタイプの非球面レンズでも良い。

本実施例１〜４によれば、半画角が５０度以上となる広画角の投射が可能となり、変倍に伴う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達成することができる。

図９には本発明の画像投影装置（プロジェクタ）の実施形態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ーに適用している。図９では複数の表示パネル（画像表示素子、液晶表示素子）に基づく複数の色光の画像情報（画像光）を色合成手段１０２を介して合成している。そしてズームレンズ１０３でスクリーン面（被投影面）１０４上に拡大投影している。このズームレンズ１０３として、前述の実施例１〜４のズームレンズを適用可能である。

図９の画像投影装置は、３つの表示パネルを用いてカラー画像を被投影面に投影している。３つの表示パネル１０５Ｒ、Ｇ、Ｂは、不図示の光源からの照明光で照明され、その照明光を変調し（偏光方向を変える、或いは反射する方向を変える、或いは透過する方向を変える）、変調された光束（画像光を含む）を色合成手段１０２に導いている。その色合成手段としてプリズム１０２で各々の表示パネルからの（互いに色が異なる、或いは互いに波長が異なる）画像光を１つの光路に合成している。そしてその合成された画像光を前述した（実施例１〜４に記載した）ズームレンズ（投射レンズ）１０３を用いてスクリーン面（被投影面）１０４に投影している。

この図９に記載した画像投影装置の実施例において、表示パネル（画像表示素子、液晶表示素子）１０５Ｒ、Ｇ、Ｂは透過型の表示パネルであっても反射型の表示パネルであっても構わない。

この他、本実施例のズームレンズは、画像情報を銀塩フィルム、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置に適用しても構わない。

以上のような本実施例によれば、半画角５０度以上の広画角でありながら、変倍に伴う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ズームレンズが得られる。この他、長いバックフォーカスを有し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ズームレンズを実現することができる。

実施形態１のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 数値実施例１のズームレンズの収差図 実施形態２のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 数値実施例２のズームレンズの収差図 実施形態３のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 数値実施例３のズームレンズの収差図 実施形態４のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 数値実施例４のズームレンズの収差図 画像投影装置全体の概略図 条件式（３）の説明のための図

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
ＳＴ 開口絞り
ＬＣＤ 液晶表示装置（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

Claims (9)

1. 最も拡大側に配置された負の光学的パワーを有する第１レンズユニットを備えるズームレンズであって、
   前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、
   −２．５０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズユニットが非球面を有する負レンズを１枚以上有しており、前記１枚以上の負レンズが有する非球面のうち最も有効径が大きな非球面の有効径をφｍａｘとしたとき、
   −９．０＜φｍａｘ／ｆ１＜−３．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズユニットが、非球面を有する負レンズを１枚以上有しており、
   前記１枚以上の負レンズが有する非球面のうち第１非球面の焦点距離をｆ１ａｓｐ、前記第１非球面の光軸上の位置と前記第１非球面を最軸外光線が通る位置との光軸方向の距離をＲｄｅｐｔｈとするとき、
   −１０．０＜Ｒｄｅｐｔｈ／ｆ１ａｓｐ＜−４．０
   なる条件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. 最も拡大側に配置された負の光学的パワーを有する第１レンズユニットを備えるズームレンズであって、
   前記第１レンズユニットが非球面を有する負レンズを１枚以上有しており、前記１枚以上の負レンズが有する非球面のうち最も有効径が大きな第１非球面の有効径をφｍａｘ、前記第１非球面の焦点距離をｆ１ａｓｐ、前記第１非球面の光軸上の位置と前記第１非球面を最軸外光線が通る位置との光軸方向の距離をＲｄｅｐｔｈ、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、
   −２．５０＜ｆ１／ｆｗ＜−１．３６
   −９．０＜φｍａｘ／ｆ１＜−３．０
   −１０．０＜Ｒｄｅｐｔｈ／ｆ１ａｓｐ＜−４．０
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
5. 前記第１レンズユニットが１枚の正レンズを有しており、
   前記正レンズが、
   １．６３＜ｎｄ
   νｄ＜３５
   ０．００８＜θｇＦ−（０．６４４−０．００１６８・νｄ）＜０．０４０
   ただし、
   νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
   θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   ｎｄ：前記正レンズの材料のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
   ｎｇ：前記正レンズの材料のｇ線（４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率
   ｎＦ：前記正レンズの材料のＦ線（４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率
   ｎＣ：前記正レンズの材料のＣ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率
   なる条件式を満足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. 前記ズームレンズのうち最も縮小側に配置されたレンズユニットが非球面を有する正レンズを１枚以上有し、該正レンズはガラス材料より成り、
   該正レンズの焦点距離をｆＧａｓｐ、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、
   ５．２＜ｆＧａｓｐ／ｆｗ＜９．０
   なる条件式を満足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レンズユニットより縮小側に順に、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、正の光学的パワーを有する第３レンズユニット、負の光学的パワーを有する第４レンズユニット、正の光学的パワーを有する第５レンズユニットを備え、
   前記第２、３、４レンズユニットが変倍時に移動し、
   前記第１、５レンズユニットが変倍のためには不動で、
   前記ズームレンズが、レンズユニットとして前記第１、２、３、４、５レンズユニットのみを備え、
   前記第２および第３レンズユニットの焦点距離をそれぞれｆ２ａ、ｆ３ａとし、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、
   ６．０＜ｆ２ａ／ｆｗ＜１２
   ６．０＜ｆ３ａ／ｆｗ＜１５
   なる条件式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. 前記第１レンズユニットより縮小側に順に、正の光学的パワーを有する第２レンズユニット、正の光学的パワーを有する第３レンズユニット、負の光学的パワーを有する第４レンズユニット、正の光学的パワーを有する第５レンズユニット、正の光学的パワーを有する第６レンズユニットを備え、
   前記第２、３、４、５レンズユニットが変倍時に移動し、
   前記第１、６レンズユニットが変倍のためには不動で、
   前記ズームレンズが、レンズユニットとして前記第１、２、３、４、５、６レンズユニットのみを備え、
   前記第２、第３および第６レンズユニットの焦点距離をそれぞれｆ２ｂ、ｆ３ｂとし、前記ズームレンズの広角端における焦点距離をｆｗとするとき、
   ６．５＜ｆ２ｂ／ｆｗ＜１１
   ６．０＜ｆ３ｂ／ｆｗ＜１３
   なる条件式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。
9. 画像表示素子と、
   前記画像表示素子から出射する画像光を投影する、請求項１乃至８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投影装置。

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