JP2010039016A - 口径の小さいレンズ系及びそれを用いたプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＭＤ等の光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に拡大投射する高性能でレンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズを提供する。
【解決手段】 拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズの３枚で構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの４枚で構成され、前記第３レンズ群は、正レンズ１枚を配して構成される変倍可能なズームレンズである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主にＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に拡大投射するレンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズに関するものである。

近年、微小なマイクロミラー（鏡面素子）を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシン技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が実用化されており、この分野で従来から広く用いられてきた液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという特徴が、小型で高輝度、高画質であり携帯可能としたプロジェクタ装置を実現するのに適していることから、急速に普及してきている。

プロジェクタ装置においてライトバルブとしてＤＭＤを用いる場合、同時に使用する投射用レンズに対してはＤＭＤ特有の制約が発生する。第１の制約は小型のプロジェクタ装置を開発する上で最大の制約とも考えられる投射用レンズのＦ値に関するものである。現在、ＤＭＤにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーのＯＮ及びＯＦＦを表現するために旋回する角度は±１２°であり、これにより有効な反射光（有効光）と無効な反射光（無効光）とを切り替えている。従って、ＤＭＤをライトバルブとしたプロジェクタ装置においては有効光をとらえる必要があると共に無効光を捉えないことが条件となり、この条件から投射用レンズのＦ値を導くことが出来、すなわちＦ＝２．４となる。実際にはさらに少しでも光量を取り込みたいという要望があるため、実害のない範囲でのコントラストの低下などに配慮した上で更なる小さなＦ値を要求されることも多い。また、この様な条件は投射用レンズのライトバルブ側の瞳の位置が一定という条件のもとで成立しているため、ズームレンズなどの瞳位置が移動する場合は、移動した分、光量のロスなどが生ずるため、一般的には明るさが問題となりやすい広角端で瞳位置を最適化するなどの配慮も必要となる。第２の制約は光源系との配置に関するものである。小型化の為には投射用レンズのイメージサークルはなるべく小さくしたい為に、ＤＭＤに投射用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまう。前述のＤＭＤからの有効光を投射用レンズに入力するには、光源系を投射用レンズとほぼ同じ方向（隣り合わせ）に設置することとなる。また投射用レンズの最もライトバルブ側レンズとライトバルブとの間（すなわち一般的にはバックフォーカス）を投射系と光源系との両光学系で使用することになり、投射用レンズには大きなバックフォーカスを設けなければならないと同時に、光源からの導光スペースを確保するために、ライトバルブ側のレンズ系を小さく設計する必要が生ずる。このことは投射用レンズの光学設計の立場から考えると、投射用レンズの後方付近にライトバルブ側の瞳位置が来るように設計するという制約となる。その一方で、投射用レンズの性能を向上するためには、多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投射用レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投射用レンズの全長が長くなれば、入射瞳位置が後方にあるレンズでは当然のことながら前方のレンズ径が大きくなってしまうという小型化とは相反する問題となる。

この様に、開発を行う上の大きな制約はあるものの、ライトバルブとしてＤＭＤを採用するプロジェクタ装置は、小型化の上で他の方式よりも有利とされており、現在ではプレゼンテーションを行う際に便利なデータプロジェクタを中心として、携帯可能なコンパクトなものが広く普及してきている。また装置自体をコンパクトに構成するためには、当然のことながら使用される投射用レンズに関しても、コンパクト化の要望は非常に強く、もう一方では、多機能化という要望もあり、諸収差の補正の結果としての画質に関する性能が使用するＤＭＤの仕様を充分満足することはもちろんのこと、利便性の点ではズーム構成による変倍が可能というだけではなく、ＤＭＤの中心と投射レンズの光軸をずらした、いわゆるシフト構成を採用するためにイメージサークルが大きいものを要求するようになりレンズのその広角端の画角の大きいもの、さらに変倍比も大きい物が要求されるようになってきた。このような仕様で開発された投射用レンズは特に前群レンズの口径が要望よりどうしても大きくなりがちで、プロジェクタ装置の厚さ寸法に大きな影響を及ぼすことになる。しかしながら、携帯可能であることを前提としたプロジェクタ装置において厚さ寸法を小さくすることは重要で、ノート型パーソナルコンピュータなどと共に持ち歩くことの多い使われ方をするプロジェクタ装置では、最も重要な要素であるとも言える。この問題を解決する手段として、投射用レンズのコンパクト化設計方法の一例がある。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２７１６６８号公報

上記技術文献１に記載された技術では、０．７インチＤＭＤを使用した場合の前玉有効径は３９ｍｍから４２ｍｍとなり、少なくともプロジェクタ装置の厚さを５０ｍｍ以下にすることは出来ない。この厚みは、実際にノート型パーソナルコンピュータなどと共に携帯してみるとまだまだ厚さに不満を感じざるを得ない。

本発明は、前述した事情に鑑み、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適しており、ライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投射する用途において結像性能が高く、さらにレンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、小さな会議室等の限られたスペースでも大きな画面を投射可能な高画質で携帯に便利な薄型のプロジェクタ装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ、負レンズ及び正の屈折力を有するレンズの3枚で構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの４枚で構成され、前記第３レンズ群は、正レンズ１枚を配して構成される変倍可能なズームレンズであって、前記第３レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第１レンズ群は広角端から中間域までは拡大側から縮小側方向へ、また中間域から望遠端にかけては縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動し、前記第２レンズ群は広角端から望遠端にかけて縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動することによってレンズ全系の変倍を成しており、広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離に関して下記条件式（１）を満足しており、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との位置関係に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（３）を満足しており、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（４）を満足しており、前記第２レンズ群の望遠端における倍率に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とするコンパクトなズームレンズである。
（１） ７．０ ＜ ＴＬ ／ ｆ_w ＜ １０．０
（２） １．８ ＜ ｄ_{II w} ／ ｆ_w ＜ ２．５
（３） −１．０ ＜ ｍ_{II w} ＜ −０．５
（４） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ_I ＜ −０．５５
（５） １．４ ＜ ｍ_{II T} ／ ｍ_{II w} ＜ ２．８
ただし、
ＴＬ ：広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離
（第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
ｄ_{II w}：広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｍ_{II w}：広角端における第２レンズ群の倍率
ｍ_{II T}：望遠端における第２レンズ群の倍率

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第１レンズ群の光軸上の寸法に関して、下記条件式（６）を満足しており、前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足しており、前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の形状に関して下記条件式（８）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（９）を満足していることを特徴とする。
（６） １．８ ＜ Ｌ_I ／ ｆ_w ＜ ２．８
（７） −０．８ ＜ ｆ_w ／ ｆ₁ ＜ −０．３
（８） １．０ ＜ ｆ_w ／ r₂ ＜ １．４
（９） ２５ ＜（Ｖ₁＋Ｖ₂）／ ２−Ｖ₃
ただし、
Ｌ_I ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と、第１レンズ群で最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の光軸上の距離
ｆ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
ｒ₂ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
Ｖ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置される負レンズのアッベ数
Ｖ₂ ：第１レンズ群で縮小側に配置される負レンズのアッベ数
Ｖ₃ ：第１レンズ群で最も縮小側に配置される正レンズのアッベ数

請求項３記載の発明は、前記請求項１及び２記載のコンパクトなズームレンズにおいて、合焦動作を前記第１レンズ群を光軸方向に移動することにより達成し、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズに関して、縮小側の片面が非球面形状であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記請求項１記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズの５枚で構成され、拡大側の２枚の正レンズの合成パワーに関して下記条件式（１０）を満足しており、また前記第２レンズ群の３枚目に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（１１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する拡大側の３枚の各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１２）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する４枚目のレンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１３）を満足しており、前記第２レンズ群を構成するレンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の形状と、２枚目に配置されるレンズの縮小側の形状に関して下記条件式（１４）を満足していることを特徴とする。
（１０） ０．４ ＜ ｆ_w ／ ｆ_4-5 ＜ ０．７
（１１） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ₆ ＜ −０．７
（１２） ３０ ＜（Ｖ₅＋Ｖ₇）／ ２−Ｖ₆
（１３） ６９ ＜ Ｖ₇
（１４） −１．２ ＜ ｒ_{II 1} ／ ｒ_{II 4} ＜ −０．８
ただし、
ｆ_4-5 ：第２レンズ群の拡大側に配置される２枚の正レンズの合成焦点距離
ｆ₆ ：第２レンズ群の拡大側から３枚目に配置される負レンズの焦点距離
Ｖ₅ ：第２レンズ群で最も拡大側に配置される正レンズのアッベ数
Ｖ₆ ：第２レンズ群で拡大側から２枚目に配置される正レンズのアッベ数
Ｖ₇ ：第２レンズ群で拡大側から３枚目に配置される負レンズのアッベ数
ｒ_{II 1}：第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒ_{II 4}：第２レンズ群の拡大側から２枚目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径

請求項５記載の発明は、前記請求項４記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の面が非球面であり、前記非球面の形状に関して下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする。
（１５） ０．３ ＜ ｆ_w ／ ｒ_{II 1} ＜ ０．６

請求項６記載の発明は、前記請求項１から前記請求項５の少なくともいずれかの１項に記載されるコンパクトなズームレンズを搭載していることを特徴としたプロジェクタ装置である。

本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトなズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタを提供することが出来る。

拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ、負レンズ及び正の屈折力を有するレンズの３枚で構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの４枚で構成され、前記第３レンズ群は、正レンズ１枚を配して構成される変倍可能なズームレンズであって、前記第３レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第１レンズ群は広角端から中間域までは拡大側から縮小側方向へ、また中間域から望遠端にかけては縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動し、前記第２レンズ群は広角端から望遠端にかけて縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動することによってレンズ全系の変倍を成しており、広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離に関して下記条件式（１）を満足しており、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との位置関係に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（３）を満足しており、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（４）を満足しており、前記第２レンズ群の望遠端における倍率に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１） ７．０ ＜ ＴＬ ／ ｆ_w ＜ １０．０
（２） １．８ ＜ ｄ_{II w} ／ ｆ_w ＜ ２．５
（３） −１．０ ＜ ｍ_{II w} ＜ −０．５
（４） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ_I ＜ −０．５５
（５） １．４ ＜ ｍ_{II T} ／ ｍ_{II w} ＜ ２．８
ただし、
ＴＬ ：広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離
（第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
ｄ_{II w}：広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔
ｆ_I ：広角端における第１レンズ群の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
ｍ_{II w}：広角端における第２レンズ群の倍率
ｍ_{II T}：望遠端における第２レンズ群の倍率

条件式（１）は、広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離の条件であり、小型、小径化の条件となる。上限を超えると広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの距離が大きくなり、またレンズが大口径になり、小型、小径化を損ねてしまい、下限を超えると、諸収差のバランスを取るのが困難になる。

条件式（２）は、第２レンズ群と第３レンズ群の広角端における間隔条件である。前述のようにライトバルブの照明系のスペースの為、この間隔を確保することが必要となる。上限を超えると照明系のスペース確保は可能になるがレンズが大型化し、下限を超えると照明系のスペースが不足し設計困難となる。

条件式（３）は、第２レンズ群の倍率に対応し、変倍域にわたってレンズ全系を小型にする条件であり、下限を超えると縮小倍率での全長が長くなり、上限を超えると拡大倍率での全長が長くなる。

条件式（４）は、第１レンズ群のパワーに関する条件である。第１レンズ群は強い負のパワーを持ち、ＤＭＤ等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間を第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔部分に確保する目的を持っている。上限を超えると、第１レンズ群の負のパワーが小さくなり、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔を確保するのが困難になり、下限を超えると負のパワーが大きくなり第２レンズ群の正のパワーを強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難になる。

条件式（５）は、第２レンズ群の広角端における倍率と、第２レンズ群の望遠端における倍率に関する条件式であり、本ズームレンズ系の変倍率に対応する。上限を超えると、変倍率の大きなレンズ系が得られるが、第２レンズ群の移動量も増大し大型化するとともに性能の変動も大きくなってしまい、下限を超えると、性能的には有利であるが変倍率自体が小さくなり、本発明である小型、高変倍レンズが得られなくなる。

また、前記第１レンズ群で第１レンズ群の光軸上の寸法に関して、下記条件式（６）を満足し、最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の形状に関して下記条件式（８）を満足し、前記第１レンズ群を構成する各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（９）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（６） １．８ ＜ Ｌ_I ／ ｆ_w ＜ ２．８
（７） −０．８ ＜ ｆ_w ／ ｆ₁ ＜ −０．３
（８） １．０ ＜ ｆ_w ／ r₂ ＜ １．４
（９） ２５ ＜（Ｖ₁＋Ｖ₂）／ ２−Ｖ₃
ただし、
Ｌ_I ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と、第１レンズ群で最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の光軸上の距離
ｆ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
ｒ₂ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
Ｖ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置される負レンズのアッベ数
Ｖ₂ ：第１レンズ群で縮小側に配置される負レンズのアッベ数
Ｖ₃ ：第１レンズ群で最も縮小側に配置される正レンズのアッベ数

条件式（６）は、第１レンズ群の光軸上の寸法に関する条件式であり、少ないレンズ枚数で諸収差を補正する為の条件となる。
第２レンズ群と第３レンズ群の間のバックフォーカスに相当する部分を長く取る為には、特に第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの負パワーを増大することが有効であるが、負パワーが過大になると諸収差を補正することが困難になる。これを第１レンズ群の光軸上の距離を大きくとることにより解決するか、第１レンズ群の負パワーを分散するために、レンズ枚数を増加させることで解決することになり、必然的に第１レンズ群はある程度長くならざるを得ない。条件式（６）の上限を超えると光軸方向の寸法が大きく成り過ぎて仕様を満足することが難しくなり小型化の意味がなくなり、下限を超えると小口径化は難しくなる。

条件式（７）は、第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関する条件であり、前述のように第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの負パワーを増大することは、広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔を確保し、かつ小型化に有効であるが、条件式（７）の上限を超えるとレンズの負パワーが強くなり色収差と像面湾曲が発生し、収差の補正が困難になり、下限を超えるとレンズの負パワーが弱くなり第２レンズ群と第３レンズ群の間のバックフォーカスに相当する部分を長く取ることが困難になる。

条件式（８）は、レンズ全系の歪曲収差とコマ収差補正のための条件式である。
第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの縮小側の面形状に関するもので、強いパワーを持たせながら、拡大側の光線束に対して概ね同心的形状とし、根本的に収差の発生を抑えた形状としている。したがって上限を超えると、球面収差、コマ収差が補正不足となり、下限を超えると逆に補正過剰になる。

条件式（９）は、第１レンズ群内での色収差補正のための条件である。単色収差を補正するには、各レンズのパワーが過大とならないことが必要で、そのためには条件式（９）を満たす正レンズ、負レンズのアッベ数であることが必要な条件となる。下限を超えると、色収差の補正が困難となる。
合焦動作を前記第１レンズ群を光軸方向に移動することにより達成し、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズに関して、縮小側の片面が非球面形状であることが好ましい。（請求項３）

前述のように、第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側の面形状が歪曲収差とコマ収差補正に寄与が高いが、球面形状では像面湾曲を含んだ諸収差補正は困難であるが、非球面形状にすることで、像面湾曲を含んだ諸収差補正が可能になる。
前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの３枚で構成され、拡大側の２枚の正レンズの合成パワーに関して下記条件式（１０）を満足し、また前記第２レンズ群の３枚目に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（１１）を満足し、前記第２レンズ群を構成する拡大側の３枚の各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１２）を満足し、前記第２レンズ群を構成する４枚目のレンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１３）を満足し、前記第２レンズ群を構成するレンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の形状と、２枚目に配置されるレンズの縮小側の形状に関して下記条件式（１４）を満足していることが好ましい。
（１０） ０．４ ＜ ｆ_w ／ ｆ_4-5 ＜ ０．７
（１１） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ₆ ＜ −０．７
（１２） ３０ ＜（Ｖ₅＋Ｖ₇）／ ２−Ｖ₆
（１３） ６９ ＜ Ｖ₇
（１４） −１．２ ＜ ｒ_{II 1} ／ ｒ_{II 4} ＜ −０．８
ただし、
ｆ_4-5 ：第２レンズ群の拡大側に配置される２枚の正レンズの合成焦点距離
ｆ₆ ：第２レンズ群の拡大側から３枚目に配置される負レンズの焦点距離
Ｖ₅ ：第２レンズ群で最も拡大側に配置される正レンズのアッベ数
Ｖ₆ ：第２レンズ群で拡大側から２枚目に配置される正レンズのアッベ数
Ｖ₇ ：第２レンズ群で拡大側から３枚目に配置される負レンズのアッベ数
ｒ_{II 1}：第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒ_{II 4}：第２レンズ群の拡大側から２枚目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径

条件式（１０）は、第２レンズ群の拡大側に配置される２枚の正レンズのパワーに関する条件式である。第２レンズ群で拡大側に配置されるレンズは、第１レンズ群を射出する発散光束を収束する状態へと導くための強い正パワーを有するレンズにすることが必要であり、大きな球面収差や色収差を発生させることになる。１枚の正レンズでは大きな収差が発生し補正が困難になるため、２枚の正レンズにパワーを分割することにより収差補正が可能となる。条件式（１０）の上限を超えると２枚の正レンズの合成パワーが大きくなりアンダーの球面収差が大きくなり、下限を超えると２枚の正レンズの合成パワーが小さくなりオーバーの球面収差が大きくなり補正が困難になる。

条件式（１１）は、前記第２レンズ群の拡大側に配置される２枚の正レンズで発生する収差を３枚目の強い負パワーのレンズで、バランス良く補正するための条件式である。条件式（１１）の上限を超えるとオーバーの球面収差が大きくなり、下限を超えるとアンダーの球面収差が大きくなり補正が困難になる。

条件式（１２）は、第２レンズ群内での色収差補正のための条件である。単色収差を補正するには、各レンズのパワーが過大とならないことが必要で、そのためには条件式（１２）を満たす正レンズ、負レンズのアッベ数であることが必要な条件となる。下限を超えると、色収差の補正が困難となる。

条件式（１３）は、倍率色収差補正のための条件である。第２レンズ群は強い正パワーを有しているため、倍率色収差への影響も大きい。特に、第２レンズ群の中で最も強い正パワーを有している３枚目の正レンズの影響が大きく、条件式（１３）の下限を超えると収差補正が困難になる。

条件式（１４）は、球面収差、コマ収差を補正するために、第２レンズ群の拡大側に配置される１枚目の正レンズと２枚目の正レンズにパワーをバランス良く分散させるための、２枚の正レンズの形状に関する条件式である。上限を超えると大きなオーバーの球面収差を発生させ、周辺でのコマ収差の発生が著しくなり、下限を超えると大きなアンダーの球面収差を発生させて、補正が困難になる。
前記第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の面が非球面であり、前記非球面に設定されるパワーに関して下記条件式（１５）を満足していることが好ましい。（請求項５）
（１５） ０．４ ＜ ｆ_w ／ ｒ_{II 1} ＜ ０．７

条件式（１５）は、第１レンズ群からの発散光束を補正し、大口径比を確保し、球面収差、コマ収差を補正する条件である。すなわち、第２レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の形状は、第１レンズ群を射出する発散する光線束を集束する状態へと導くための強い正パワーを有する形状を与えられていて、その結果大きなアンダーの球面収差を発生している。前述のように、第２レンズ群の２枚目以降のレンズで球面収差、コマ収差の補正を行うが、条件式（１５）の上限を超えるとアンダーの球面収差が大きくなり、下限を超えるとオーバーの球面収差が大きくなり、周辺でのコマ収差の発生が著しくなり、収差の補正が困難になる。強い正パワーを有する球面形状では、形状的な制約条件があるため、収差補正不足になることがあり、強いパワーを有する面を非球面にすることで、レンズ全系の大口径比を確保し、レンズ全系の小径化と球面収差等の補正が可能になる。
このように本発明によるコンパクトなズームレンズをプロジェクタ装置に搭載することにより装置全体を小型化することが可能となり（請求項６）、携帯にも便利な薄型のプロジェクタ装置を提供することが出来る。

以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の第１実施例から第４実施例のコンパクトなズームレンズでは拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１、全体で負の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ２及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（レンズ名称Ｌ１１、拡大側面１０１、縮小側面１０２）（以下負レンズ）、負レンズ（レンズ名称Ｌ１２、拡大側面１０３、縮小側面１０４）及び正の屈折力を有するレンズ（レンズ名称Ｌ１３、拡大側面１０４、縮小側面１０５）（以下正レンズ）を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は３枚の正レンズと１枚の負レンズを含む４枚のレンズを配して構成され（レンズ名称を拡大側より順にＬ２１、Ｌ２２‥‥、面の名称を拡大側から順に２０１、２０２‥‥とする）、前記第３レンズ群ＬＧ３は、正レンズ１枚を配して構成される（レンズ名称をＬ３１、拡大側面の名称を３０１、縮小側面の名称を３０２とする）。また、前記第３レンズ群ＬＧ３４の縮小側とライトバルブ面との間には僅かな空気間隔をおいてＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧ（拡大側面をＣ０１、縮小側面をＣ０２）が配されている。前記第３レンズ群ＬＧ３は変倍動作中固定されており、前記第１レンズ群ＬＧ１は広角端から中間域までは拡大側から縮小側方向へ、また中間域から望遠端にかけては縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動し、前記第２レンズ群ＬＧ２は広角端から望遠端にかけて縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動することによってレンズ全系の変倍を成している。

各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ² ／ｒ）／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）² ｝〕
＋Ａ・Ｙ⁴ ＋Ｂ・Ｙ⁶ ＋Ｃ・Ｙ⁸ ＋Ｄ・Ｙ¹⁰＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ‥‥を与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０^-4を意味し、この数値を直前の数値に掛ければ良い。

［実施例１］
本発明のコンパクトなズームレンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、Ｆ_noはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角を表す。また、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎ_d はｄ線に対する屈折率、ν_d はｄ線のアッベ数を示す（ただし、表中の合焦動作により変化する数値は１０１面からの物体距離を１７００ｍｍとした合焦状態での数値）。諸収差図中の球面収差図におけるＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３はそれぞれＣＡ１＝５５０．０ｎｍ、ＣＡ２＝４５０．０ｎｍ、ＣＡ３＝６２０．０ｎｍの波長における収差曲線である。非点収差図におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。また、全般に亘り特別に記載のない限り、諸値の計算に使用している波長はＣＡ１＝５５０．０ｎｍである。

［実施例２］
本発明のコンパクトなズームレンズの第２実施例について数値例を表２に示す。また図３は、そのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。

［実施例３］
本発明のコンパクトなズームレンズの第３実施例について数値例を表３に示す。また図５は、そのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。

次に第１実施例から第４実施例に関して条件式（１）から条件式（１５）に対応する値を、まとめて表４に示す。

表４から明らかなように、第１実施例から第４実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１５）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。

本発明によるコンパクトなズームレンズの第１実施例のレンズ構成図 第１実施例のレンズの諸収差図 本発明によるコンパクトなズームレンズの第２実施例のレンズ構成図 第２実施例のレンズの諸収差図 本発明によるコンパクトなズームレンズの第３実施例のレンズ構成図 第３実施例のレンズの諸収差図

Claims (6)

1. 拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ、負レンズ及び正の屈折力を有するレンズの3枚で構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの４枚で構成され、前記第３レンズ群は、正レンズ１枚を配して構成される変倍可能なズームレンズであって、前記第３レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第１レンズ群は広角端から中間域までは拡大側から縮小側方向へ、また中間域から望遠端にかけては縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動し、前記第２レンズ群は広角端から望遠端にかけて縮小側から拡大側方向へ光軸上を移動することによってレンズ全系の変倍を成しており、広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離に関して下記条件式（１）を満足しており、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との位置関係に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（３）を満足しており、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（４）を満足しており、前記第２レンズ群の望遠端における倍率に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とするコンパクトなズームレンズ。
   （１） ７．０ ＜ ＴＬ ／ ｆ_w ＜ １０．０
   （２） １．８ ＜ ｄ_{II w} ／ ｆ_w ＜ ２．５
   （３） −１．０ ＜ ｍ_{II w} ＜ −０．５
   （４） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ_I ＜ −０．５５
   （５） １．４ ＜ ｍ_{II T} ／ ｍ_{II w} ＜ ２．８
   ただし、
   ＴＬ ：広角端における第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と合焦位置までの光軸上の距離
   （第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
   ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
   （第１レンズ群の最も拡大側面からの拡大側物体距離１７００ｍｍに合焦状態）
   ｄ_{II w}：広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔
   ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
   ｍ_{II w}：広角端における第２レンズ群の倍率
   ｍ_{II T}：望遠端における第２レンズ群の倍率
2. 前記請求項１記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第１レンズ群の光軸上の寸法に関して、下記条件式（６）を満足しており、前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足しており、前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の形状に関して下記条件式（８）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（９）を満足していることを特徴とする。
   （６） １．８ ＜ Ｌ_I ／ ｆ_w ＜ ２．８
   （７） −０．８ ＜ ｆ_w ／ ｆ₁ ＜ −０．３
   （８） １．０ ＜ ｆ_w ／ r₂ ＜ １．４
   （９） ２５ ＜（Ｖ₁＋Ｖ₂）／ ２−Ｖ₃
   ただし、
   Ｌ_I ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面と、第１レンズ群で最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の光軸上の距離
   ｆ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
   ｒ₂ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
   Ｖ₁ ：第１レンズ群で最も拡大側に配置される負レンズのアッベ数
   Ｖ₂ ：第１レンズ群で縮小側に配置される負レンズのアッベ数
   Ｖ₃ ：第１レンズ群で最も縮小側に配置される正レンズのアッベ数
3. 前記請求項１及び２記載のコンパクトなズームレンズにおいて、合焦動作を前記第１レンズ群を光軸方向に移動することにより達成し、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズに関して、縮小側の片面が非球面形状であることを特徴とする。
4. 前記請求項１記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズの５枚で構成され、拡大側の２枚の正レンズの合成パワーに関して下記条件式（１０）を満足しており、また前記第２レンズ群の３枚目に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（１１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する拡大側の３枚の各レンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１２）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する４枚目のレンズに使用される硝材の分散特性に関して下記条件式（１３）を満足しており、前記第２レンズ群を構成するレンズ群で最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の形状と、２枚目に配置されるレンズの縮小側の形状に関して下記条件式（１４）を満足していることを特徴とする。
   （１０） ０．４ ＜ ｆ_w ／ ｆ_4-5 ＜ ０．７
   （１１） −１．０ ＜ ｆ_w ／ ｆ₆ ＜ −０．７
   （１２） ３０ ＜（Ｖ₅＋Ｖ₇）／ ２−Ｖ₆
   （１３） ６９ ＜ Ｖ₇
   （１４） −１．２ ＜ ｒ_{II 1} ／ ｒ_{II 4} ＜ −０．８
   ただし、
   ｆ_4-5 ：第２レンズ群の拡大側に配置される２枚の正レンズの合成焦点距離
   ｆ₆ ：第２レンズ群の拡大側から３枚目に配置される負レンズの焦点距離
   Ｖ₅ ：第２レンズ群で最も拡大側に配置される正レンズのアッベ数
   Ｖ₆ ：第２レンズ群で拡大側から２枚目に配置される正レンズのアッベ数
   Ｖ₇ ：第２レンズ群で拡大側から３枚目に配置される負レンズのアッベ数
   ｒ_{II 1}：第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
   ｒ_{II 4}：第２レンズ群の拡大側から２枚目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
5. 前記請求項４記載のコンパクトなズームレンズにおいて、前記第２レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの拡大側の面が非球面であり、前記非球面の形状に関して下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする。
   （１５） ０．３ ＜ ｆ_w ／ ｒ_{II 1} ＜ ０．６
6. 前記請求項１から前記請求項５の少なくともいずれかの１項に記載されるコンパクトなズームレンズを搭載していることを特徴としたプロジェクタ装置。

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