JP4206769B2 - 投映用ズームレンズ及びこれを備えたプロジェクター - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投映するためのプロジェクターに好適な投映用ズームレンズ及びそれを備えたプロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投映するプロジェクターにおいては、投映用の光学系としてテレセントリックタイプのズームレンズが用いられることが多い。
【０００３】
投映用ズームレンズは、その変倍比が例えば１．２程度となるように構成されており、４群形式あるいは５群形式のものが主流となっている。
【０００４】
標準的な従来の４群形式あるいは５群形式のテレセントリックタイプのズームレンズの多くは、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、スクリーン側の最先端の第１レンズ群と物点側の最後端の第４レンズ群あるいは第５レンズ群とは固定され、第１レンズ群と第４レンズ群あるいは第５レンズ群との間にあるレンズ群を移動するように構成されている。
【０００５】
また、従来の４群形式あるいは５群形式のテレセントリックタイプのズームレンズは、高い収差特性や広画角性を実現するために、レンズ枚数が多く必要としていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２０６４０９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投映用ズームレンズは、所望の歪曲収差やコマ収差等の諸収差を得るためにレンズ枚数が多くする必要があり、構成が複雑になるとともにコストが高くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、限られた少ない枚数のレンズから構成され良好に諸収差が低減された投映用ズームレンズを提供すること、及び、画像品質の高いプロジェクターを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の投映用ズームレンズは、スクリーン側より物点側に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、負の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群とを備える投映用ズームレンズにおいて、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第５レンズ群は固定され、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上で移動させられ、前記第１レンズ群が、凸面をスクリーン側に向け、物点側の面が非球面である１枚のメニスカスレンズからなり、前記第２レンズ群が、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズからなり、前記第３レンズ群が、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズと両面が凸面であって物点側の面が非球面の正の第３群−第２レンズとを接合してなる接合レンズからなり、前記第４レンズ群が、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズからなり、前記第５レンズ群が、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズからなることを特徴とする。
【００１０】
また、実質的に６枚のレンズからなることを特徴とする。
【００１１】
また、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のプロジェクターは、画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段によって形成された画像を投映する上述の投映用ズームレンズと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本願発明によれば、投映用ズームレンズを構成するレンズ面のうち、必要最小限の個数の非球面を所定のレンズ面に導入し、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群を固定し、第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させるようにしたので、少ないレンズ枚数でありながら、諸収差を良好に補正することができとともに、広い半画角を得ることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１または図２は、本発明の実施形態に係る投映用ズームレンズのレンズ構成を示すものである。（ａ），（ｂ），（ｃ）の各々は広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）におけるズームレンズ２を示す。
【００１５】
図１または図２に示すズームレンズ２は、スクリーン側（図１等における左側）より物面側（図１等における右側）に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群１０と、正の屈折力の第２レンズ群２０と、負の屈折力の第３レンズ群３０と、正の屈折力の第４レンズ群４０と、正の屈折力の第５レンズ群５０とを備えている。ここで、レンズ群という用語は、１枚のレンズから構成されている場合も含めて、１枚以上のレンズからなることを意味するとする。従って、以下の説明において、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第４レンズ群４０及び第５レンズ群５０は、各々単一のレンズから構成されているが、便宜的に「レンズ群」という名称を用いることにする。
【００１６】
ズームレンズ２は物点側がほぼテレセントリックになるように構成されている。図１等において、物点面７０上の各々の物点から各々の主光線を中心とした平行光束が出射し、左側に進み、ズームレンズ２を通ってスクリーン上に投影される。以下では、説明を簡略にするために、スクリーン側からズームレンズ２に各々の光束が各々の主光線を中心として入射し、物点面７０上の各々の物点に結像されるとする。
【００１７】
広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群５０は固定され、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上で移動させられる。ズーム動作の際に第１レンズ群１０は固定されることなく移動させられるのであり、また、第３レンズ群４０と第４レンズ群４０とは一体的に移動するのではなく互いに独立的に移動させられる。さらに、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられる。
【００１８】
第１レンズ群１０は１枚のメニスカスレンズ１１から構成されており、メニスカスレンズ１１は球面である凸面をスクリーン側に向け、非球面の物点側の面１１ａを有する。メニスカスレンズ１１はスクリーン側へ高画角に光線を入射できるように大きな直径を有する。メニスカスレンズ１１にスクリーン側から高画角に入射した光束に対しメニスカスレンズ１１で生じ得る諸収差は、メニスカスレンズ１１の面１１ａを非球面にすることにより、できる限り補償される。また、従来のように第１レンズ群１０を固定することなく、ズーム動作に伴って第１レンズ群１０を移動させるようにしたので、第１レンズ群１０を１枚のメニスカスレンズ１１で構成したにもかかわらず、広角端側から望遠端側に渡って、高い収差特性と高画角性とを維持することが可能になる。
【００１９】
第２レンズ群２０は、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズ２１から構成されている。第２群レンズ２１のスクリーン側の近傍には、絞り２０ａが配設されており、絞り２０ａは第２群レンズ２１と一体的に移動する。
【００２０】
第３レンズ群３０は、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズ３１と両面が凸面であって物点側の面３２ａが非球面の正の第３群−第２レンズ３２とを接合してなる接合レンズ３０ａから構成されている。接合レンズ３０ａによって主に色収差を補正するとともに、第３群−第２レンズ３２の物点側の面３２ａを非球面にすることによって主に球面収差を補正する。
【００２１】
第４レンズ群４０は、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズ４１から構成されている。広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第４群レンズ４１は接合レンズ３０ａとは互いに独立的に移動する。第４群レンズ４１は、接合レンズ３０ａと協働的に作用し主に球面収差を補正する。また、第４群レンズ４は、第５レンズ群５０と近接して配設されており、第５レンズ群５０と協働的にテレセントリック性を確保するためにも機能する。ズーム動作の際に第４群レンズ４１が接合レンズ３０ａとは独立的に移動できるので、接合レンズ３０ａと第５レンズ群５０とに対する第４群レンズ４１の自由度を確保でき、種々のズーム倍率において第４群レンズ４１によって球面収差の補償とテレセントリック性を確保とを確実に行うことができる。
【００２２】
第５レンズ群５０は、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズ５１から構成されている。第５レンズ群５０は主にテレセントリック性を確保する。広角端側と遠端側との間で変倍された場合においても、第５レンズ群５０に対し第４群レンズ４１が移動することによって、広角端側から遠端側に渡ってズームレンズ２のテレセントリック性が確保される。
【００２３】
上述のように、ズームレンズ２は、実質的に６枚という非常に少ない枚数のレンズから構成されている。
【００２４】
以下にズームレンズ２の実施例について説明する。
図１の（ａ），（ｂ），（ｃ）の各々は広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）におけるズームレンズ２を示す。実施例においては、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第３レンズ群３０、第４レンズ群４０及び第５レンズ群５０は、面１１ａ及び面３２ａが非球面であることを除けば、他の面は全て球面で形成されている。
【００２５】
非球面に形成された面１１ａ及び面３２ａの形状は、次の非球面式
【数１】
で表される。
【００２６】
非球面式における係数については、例えば非球面１１ａにおいて、係数ＲはＯＢＪの欄におけるNO２の面の曲率半径（ＲＤＹ）、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図３においてNO２とＳＴＯ（絞り２０ａ）の間で表示して示す値である。同様に、非球面面３２ａにおいては、NO８の面の曲率半径（ＲＤＹ）、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはNO８とNO９の間で表示して示す値である。
【００２７】
実施例のズームレンズ２の仕様は次のとおりである。上記データ中、ｆは光学系全体での焦点距離、ＦNOはＦナンバーを示している。
【００２８】
ズームレンズ２の全体の焦点距離ｆは、ｆ＝１６．５５ｍｍ（広角端）〜１９．８５ｍｍ（望遠端）であり、ＦナンバーＦＮＯはＦNO＝２．０（広角端）〜２．３（望遠端）である。また、ズームレンズ２の半画角θは約３０度である。また、ズームレンズ２の変倍比は約１．２である。また、空気中でバックフォーカスは２３．２ｍｍである。
【００２９】
ズームレンズ２のレンズデータを図３に示す。なお、ＯＢＪは面番号を示しスクリーン側から順に各レンズの面に付した番号であり、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を表している（単位ｍｍ）。ＧＬＡはレンズ材料のｄ線屈折率とアッベ数を示し、例えばＧＬＡが５８３１３０．５９４６０９は略式的に表示した値であり、レンズ材料のｄ線屈折率が１．０に上記の値を０．５８３１３０として加えた１．５８３１３０であり、アッベ数が５９４６０９を１０の桁の値として５９．４６０９であることを示す。
【００３０】
図３において、＊１は、メニスカスレンズ１１のスクリーン側の端面とスクリーンとの間隔の広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）における値を示す。同様に、＊２は、メニスカスレンズ１１の物点側の端面と第２群レンズ２１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊３は、第２群レンズ２１の物点側の端面と第３群−第１レンズ３１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊４は、第３群−第２レンズ３２の物点側の端面と第４群レンズ４１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊５は第４群レンズ４１の物点側の端面と第５群レンズ５１のスクリーン側の端面との間隔の値を示す。
【００３１】
ズームレンズ２の広角端での収差図を図４および図６に、また望遠端での収差図を図５および図７に示す。なお、図４および図５の各々において（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差を表している。図４および図５中（Ｂ）の非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。また、図６および図７は横収差図であり、図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、それぞれ像高比（１．００），（０．８６），（０．７３），（０．５３），および（０．００）における収差を表す。
【００３２】
以上、上述の本発明の実施の形態によれば、スクリーン側より物点側に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群１０と、正の屈折力の第２レンズ群２０と、負の屈折力の第３レンズ群３０と、正の屈折力の第４レンズ群４０と、正の屈折力の第５レンズ群５０とを備える投映用ズームレンズ２において、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群５０は固定され、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上で移動させられ、第１レンズ群１０が、凸面をスクリーン側に向け、物点側の面１１ａが非球面である１枚のメニスカスレンズ１１からなり、第２レンズ群２０が、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズ２１からなり、第３レンズ群３０が、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズ３１と両面が凸面であって物点側の面３２ａが非球面の正の第３群−第２レンズ３２とを接合してなる接合レンズ３０ａからなり、第４レンズ群４０が、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズ４１からなり、第５レンズ群５０が、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズ５１からなるので、例えば６枚という少ないレンズ枚数で、半画角θが約３０度という高画角であって、球面収差や非点収差や歪曲収差等の諸収差を極めて良好にされたズームレンズ２を得ることができる。
【００３３】
また、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられ、従来のように第１レンズ群１０を固定することなく、ズーム動作に伴って第１レンズ群１０を移動させるようにしたので、第１レンズ群１０を１枚のメニスカスレンズ１１で構成したにもかかわらず、広角端側から望遠端側に渡って、高い収差特性と高画角性とを維持することが可能になる。
【００３４】
また、ズーム動作の際に第４群レンズ４１が接合レンズ３０ａとは独立的に移動できるので、接合レンズ３０ａと第５レンズ群５０とに対する第４群レンズ４１の自由度を確保でき、種々のズーム倍率において第４群レンズ４１によって球面収差の補償とテレセントリック性を確保とを確実に行うことができる。
【００３５】
なお、上述の説明において、図１等における右側を物点側としたのは、この物点側で、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像からなる物点面７０が形成され、この物点面６０がズームレンズ２によってスクリーンに投影されるからである。
【００３６】
次に、図８を参照して、ズームレンズ２を備えたプロジェクター１の一実施例を説明する。
プロジェクター１は、カラー画像を形成するための画像形成手段３とズームレンズ２を備えている。画像形成手段３は、光変調素子として３つの液晶表示器と、３つの液晶表示器の３種の色の像を合成する合成プリズム６０と、合成プリズム６０を支持したり光学的に補償したりする光学部材６０ａとを備えている。図８において、３つの液晶表示器による各々の画像は模式的に物点面７０に配置された液晶表示器に形成されるとして表示されており、３つの液晶表示器の具体的な表示は省略している。３つの液晶表示器による各々の画像は合成プリズム６０によって合成された後、ズームレンズ２によってスクリーン５へ投影される。ズームレンズ２は物点面７０からスクリーン５に向かって略テレセントリックであるので、液晶表示器の画質の角度依存性に左右されずに鮮明にスクリーン５に投影することを可能にする。また、ズームレンズ２は長いバックフォーカスを有し、ズームレンズ２と物点面７０との間に合成プリズム６０を配設することが可能である。
【００３７】
なお、画像形成手段３としては、液晶表示器に換えて、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのようなものを用いることも可能である。
【００３８】
上述の実施例にかかるズームレンズ２をプロジェクター１に採用することにより、画像品質の高いプロジェクターを提供することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、例えば６枚等の限られた少ない枚数のレンズから構成された簡易な構成で良好に諸収差が低減された例えば半画角が約３０度という高画角の投映用ズームレンズを提供でき、また、この投映用ズームレンズを備えた画像品質の高いプロジェクターを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投映用ズームレンズの実施例を示すレンズ構成図であり、広角端位置（ａ）、通常位置（ｂ）、望遠端位置（ｃ）の各々の場合を示す。
【図２】物点面の異なる物点から出射した光束を示す光線図。
【図３】図１に示すズームレンズのレンズデータを示す図であり、ＯＢＪは面番号を示し、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を示し、＊１、＊２、＊３、＊４、＊５は、レンズ群間の間隔の広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）における値を示す。
【図４】図１に示したズームレンズの広角端における収差図であり、（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差をそれぞれ表す。
【図５】図１に示したズームレンズの望遠端における収差図であり、（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差をそれぞれ表す。
【図６】図１に示したズームレンズの広角端における横収差図であり、（Ａ）は像高比１．００における収差を、（Ｂ）は像高比０．８６における収差を、（Ｃ）は像高比０．７３における収差を、（Ｄ）は像高比０．５３における収差を、（Ｅ）は像高比０．００における収差をそれぞれ表す。
【図７】図１に示したズームレンズの望遠端における横収差図であり、（Ａ）は像高比１．００における収差を、（Ｂ）は像高比０．８６における収差を、（Ｃ）は像高比０．７３における収差を、（Ｄ）は像高比０．５３における収差を、（Ｅ）は像高比０．００における収差をそれぞれ表す。
【図８】本発明の投映用ズームレンズを備えたプロジェクターを示す図。
【符号の説明】
１ プロジェクター
２ ズームレンズ
３ 画像形成手段
５ スクリーン
１０ 第１レンズ群
２０ 第２レンズ群
３０ 第３レンズ群
４０ 第４レンズ群
５０ 第５レンズ群
１１ メニスカスレンズ
１１ａ メニスカスレンズの物点側の面（非球面）
２１ 第２群レンズ
３１ 第３群−第１レンズ
３２ 第３群−第２レンズ
３２ａ 第３群−第２レンズの物点側の面（非球面）
４１ 第４群レンズ
５１ 第５群レンズ
６０ 合成プリズム
７０ 物点面
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投映するためのプロジェクターに好適な投映用ズームレンズ及びそれを備えたプロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投映するプロジェクターにおいては、投映用の光学系としてテレセントリックタイプのズームレンズが用いられることが多い。
【０００３】
投映用ズームレンズは、その変倍比が例えば１．２程度となるように構成されており、４群形式あるいは５群形式のものが主流となっている。
【０００４】
標準的な従来の４群形式あるいは５群形式のテレセントリックタイプのズームレンズの多くは、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、スクリーン側の最先端の第１レンズ群と物点側の最後端の第４レンズ群あるいは第５レンズ群とは固定され、第１レンズ群と第４レンズ群あるいは第５レンズ群との間にあるレンズ群を移動するように構成されている。
【０００５】
また、従来の４群形式あるいは５群形式のテレセントリックタイプのズームレンズは、高い収差特性や広画角性を実現するために、レンズ枚数が多く必要としていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２０６４０９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投映用ズームレンズは、所望の歪曲収差やコマ収差等の諸収差を得るためにレンズ枚数が多くする必要があり、構成が複雑になるとともにコストが高くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、限られた少ない枚数のレンズから構成され良好に諸収差が低減された投映用ズームレンズを提供すること、及び、画像品質の高いプロジェクターを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の投映用ズームレンズは、スクリーン側より物点側に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、負の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群とを備える投映用ズームレンズにおいて、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第５レンズ群は固定され、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上で移動させられ、前記第１レンズ群が、凸面をスクリーン側に向け、物点側の面が非球面である１枚のメニスカスレンズからなり、前記第２レンズ群が、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズからなり、前記第３レンズ群が、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズと両面が凸面であって物点側の面が非球面の正の第３群−第２レンズとを接合してなる接合レンズからなり、前記第４レンズ群が、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズからなり、前記第５レンズ群が、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズからなることを特徴とする。
【００１０】
また、実質的に６枚のレンズからなることを特徴とする。
【００１１】
また、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のプロジェクターは、画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段によって形成された画像を投映する上述の投映用ズームレンズと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本願発明によれば、投映用ズームレンズを構成するレンズ面のうち、必要最小限の個数の非球面を所定のレンズ面に導入し、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群を固定し、第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させるようにしたので、少ないレンズ枚数でありながら、諸収差を良好に補正することができとともに、広い半画角を得ることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１または図２は、本発明の実施形態に係る投映用ズームレンズのレンズ構成を示すものである。（ａ），（ｂ），（ｃ）の各々は広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）におけるズームレンズ２を示す。
【００１５】
図１または図２に示すズームレンズ２は、スクリーン側（図１等における左側）より物面側（図１等における右側）に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群１０と、正の屈折力の第２レンズ群２０と、負の屈折力の第３レンズ群３０と、正の屈折力の第４レンズ群４０と、正の屈折力の第５レンズ群５０とを備えている。ここで、レンズ群という用語は、１枚のレンズから構成されている場合も含めて、１枚以上のレンズからなることを意味するとする。従って、以下の説明において、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第４レンズ群４０及び第５レンズ群５０は、各々単一のレンズから構成されているが、便宜的に「レンズ群」という名称を用いることにする。
【００１６】
ズームレンズ２は物点側がほぼテレセントリックになるように構成されている。図１等において、物点面７０上の各々の物点から各々の主光線を中心とした平行光束が出射し、左側に進み、ズームレンズ２を通ってスクリーン上に投影される。以下では、説明を簡略にするために、スクリーン側からズームレンズ２に各々の光束が各々の主光線を中心として入射し、物点面７０上の各々の物点に結像されるとする。
【００１７】
広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群５０は固定され、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上で移動させられる。ズーム動作の際に第１レンズ群１０は固定されることなく移動させられるのであり、また、第３レンズ群４０と第４レンズ群４０とは一体的に移動するのではなく互いに独立的に移動させられる。さらに、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられる。
【００１８】
第１レンズ群１０は１枚のメニスカスレンズ１１から構成されており、メニスカスレンズ１１は球面である凸面をスクリーン側に向け、非球面の物点側の面１１ａを有する。メニスカスレンズ１１はスクリーン側へ高画角に光線を入射できるように大きな直径を有する。メニスカスレンズ１１にスクリーン側から高画角に入射した光束に対しメニスカスレンズ１１で生じ得る諸収差は、メニスカスレンズ１１の面１１ａを非球面にすることにより、できる限り補償される。また、従来のように第１レンズ群１０を固定することなく、ズーム動作に伴って第１レンズ群１０を移動させるようにしたので、第１レンズ群１０を１枚のメニスカスレンズ１１で構成したにもかかわらず、広角端側から望遠端側に渡って、高い収差特性と高画角性とを維持することが可能になる。
【００１９】
第２レンズ群２０は、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズ２１から構成されている。第２群レンズ２１のスクリーン側の近傍には、絞り２０ａが配設されており、絞り２０ａは第２群レンズ２１と一体的に移動する。
【００２０】
第３レンズ群３０は、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズ３１と両面が凸面であって物点側の面３２ａが非球面の正の第３群−第２レンズ３２とを接合してなる接合レンズ３０ａから構成されている。接合レンズ３０ａによって主に色収差を補正するとともに、第３群−第２レンズ３２の物点側の面３２ａを非球面にすることによって主に球面収差を補正する。
【００２１】
第４レンズ群４０は、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズ４１から構成されている。広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第４群レンズ４１は接合レンズ３０ａとは互いに独立的に移動する。第４群レンズ４１は、接合レンズ３０ａと協働的に作用し主に球面収差を補正する。また、第４群レンズ４は、第５レンズ群５０と近接して配設されており、第５レンズ群５０と協働的にテレセントリック性を確保するためにも機能する。ズーム動作の際に第４群レンズ４１が接合レンズ３０ａとは独立的に移動できるので、接合レンズ３０ａと第５レンズ群５０とに対する第４群レンズ４１の自由度を確保でき、種々のズーム倍率において第４群レンズ４１によって球面収差の補償とテレセントリック性を確保とを確実に行うことができる。
【００２２】
第５レンズ群５０は、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズ５１から構成されている。第５レンズ群５０は主にテレセントリック性を確保する。広角端側と遠端側との間で変倍された場合においても、第５レンズ群５０に対し第４群レンズ４１が移動することによって、広角端側から遠端側に渡ってズームレンズ２のテレセントリック性が確保される。
【００２３】
上述のように、ズームレンズ２は、実質的に６枚という非常に少ない枚数のレンズから構成されている。
【００２４】
以下にズームレンズ２の実施例について説明する。
図１の（ａ），（ｂ），（ｃ）の各々は広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）におけるズームレンズ２を示す。実施例においては、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、第３レンズ群３０、第４レンズ群４０及び第５レンズ群５０は、面１１ａ及び面３２ａが非球面であることを除けば、他の面は全て球面で形成されている。
【００２５】
非球面に形成された面１１ａ及び面３２ａの形状は、次の非球面式
【数１】
【００２６】
非球面式における係数については、例えば非球面１１ａにおいて、係数ＲはＯＢＪの欄におけるNO２の面の曲率半径（ＲＤＹ）、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図３においてNO２とＳＴＯ（絞り２０ａ）の間で表示して示す値である。同様に、非球面面３２ａにおいては、NO８の面の曲率半径（ＲＤＹ）、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはNO８とNO９の間で表示して示す値である。
【００２７】
実施例のズームレンズ２の仕様は次のとおりである。上記データ中、ｆは光学系全体での焦点距離、ＦNOはＦナンバーを示している。
【００２８】
ズームレンズ２の全体の焦点距離ｆは、ｆ＝１６．５５ｍｍ（広角端）〜１９．８５ｍｍ（望遠端）であり、ＦナンバーＦＮＯはＦNO＝２．０（広角端）〜２．３（望遠端）である。また、ズームレンズ２の半画角θは約３０度である。また、ズームレンズ２の変倍比は約１．２である。また、空気中でバックフォーカスは２３．２ｍｍである。
【００２９】
ズームレンズ２のレンズデータを図３に示す。なお、ＯＢＪは面番号を示しスクリーン側から順に各レンズの面に付した番号であり、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を表している（単位ｍｍ）。ＧＬＡはレンズ材料のｄ線屈折率とアッベ数を示し、例えばＧＬＡが５８３１３０．５９４６０９は略式的に表示した値であり、レンズ材料のｄ線屈折率が１．０に上記の値を０．５８３１３０として加えた１．５８３１３０であり、アッベ数が５９４６０９を１０の桁の値として５９．４６０９であることを示す。
【００３０】
図３において、＊１は、メニスカスレンズ１１のスクリーン側の端面とスクリーンとの間隔の広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）における値を示す。同様に、＊２は、メニスカスレンズ１１の物点側の端面と第２群レンズ２１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊３は、第２群レンズ２１の物点側の端面と第３群−第１レンズ３１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊４は、第３群−第２レンズ３２の物点側の端面と第４群レンズ４１のスクリーン側の端面との間隔の値を示し、＊５は第４群レンズ４１の物点側の端面と第５群レンズ５１のスクリーン側の端面との間隔の値を示す。
【００３１】
ズームレンズ２の広角端での収差図を図４および図６に、また望遠端での収差図を図５および図７に示す。なお、図４および図５の各々において（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差を表している。図４および図５中（Ｂ）の非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。また、図６および図７は横収差図であり、図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、それぞれ像高比（１．００），（０．８６），（０．７３），（０．５３），および（０．００）における収差を表す。
【００３２】
以上、上述の本発明の実施の形態によれば、スクリーン側より物点側に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群１０と、正の屈折力の第２レンズ群２０と、負の屈折力の第３レンズ群３０と、正の屈折力の第４レンズ群４０と、正の屈折力の第５レンズ群５０とを備える投映用ズームレンズ２において、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第５レンズ群５０は固定され、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上で移動させられ、第１レンズ群１０が、凸面をスクリーン側に向け、物点側の面１１ａが非球面である１枚のメニスカスレンズ１１からなり、第２レンズ群２０が、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズ２１からなり、第３レンズ群３０が、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズ３１と両面が凸面であって物点側の面３２ａが非球面の正の第３群−第２レンズ３２とを接合してなる接合レンズ３０ａからなり、第４レンズ群４０が、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズ４１からなり、第５レンズ群５０が、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズ５１からなるので、例えば６枚という少ないレンズ枚数で、半画角θが約３０度という高画角であって、球面収差や非点収差や歪曲収差等の諸収差を極めて良好にされたズームレンズ２を得ることができる。
【００３３】
また、広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、第１レンズ群１０と第２レンズ群２０と第３レンズ群３０と第４レンズ群４０とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられ、従来のように第１レンズ群１０を固定することなく、ズーム動作に伴って第１レンズ群１０を移動させるようにしたので、第１レンズ群１０を１枚のメニスカスレンズ１１で構成したにもかかわらず、広角端側から望遠端側に渡って、高い収差特性と高画角性とを維持することが可能になる。
【００３４】
また、ズーム動作の際に第４群レンズ４１が接合レンズ３０ａとは独立的に移動できるので、接合レンズ３０ａと第５レンズ群５０とに対する第４群レンズ４１の自由度を確保でき、種々のズーム倍率において第４群レンズ４１によって球面収差の補償とテレセントリック性を確保とを確実に行うことができる。
【００３５】
なお、上述の説明において、図１等における右側を物点側としたのは、この物点側で、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像からなる物点面７０が形成され、この物点面６０がズームレンズ２によってスクリーンに投影されるからである。
【００３６】
次に、図８を参照して、ズームレンズ２を備えたプロジェクター１の一実施例を説明する。
プロジェクター１は、カラー画像を形成するための画像形成手段３とズームレンズ２を備えている。画像形成手段３は、光変調素子として３つの液晶表示器と、３つの液晶表示器の３種の色の像を合成する合成プリズム６０と、合成プリズム６０を支持したり光学的に補償したりする光学部材６０ａとを備えている。図８において、３つの液晶表示器による各々の画像は模式的に物点面７０に配置された液晶表示器に形成されるとして表示されており、３つの液晶表示器の具体的な表示は省略している。３つの液晶表示器による各々の画像は合成プリズム６０によって合成された後、ズームレンズ２によってスクリーン５へ投影される。ズームレンズ２は物点面７０からスクリーン５に向かって略テレセントリックであるので、液晶表示器の画質の角度依存性に左右されずに鮮明にスクリーン５に投影することを可能にする。また、ズームレンズ２は長いバックフォーカスを有し、ズームレンズ２と物点面７０との間に合成プリズム６０を配設することが可能である。
【００３７】
なお、画像形成手段３としては、液晶表示器に換えて、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのようなものを用いることも可能である。
【００３８】
上述の実施例にかかるズームレンズ２をプロジェクター１に採用することにより、画像品質の高いプロジェクターを提供することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、例えば６枚等の限られた少ない枚数のレンズから構成された簡易な構成で良好に諸収差が低減された例えば半画角が約３０度という高画角の投映用ズームレンズを提供でき、また、この投映用ズームレンズを備えた画像品質の高いプロジェクターを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投映用ズームレンズの実施例を示すレンズ構成図であり、広角端位置（ａ）、通常位置（ｂ）、望遠端位置（ｃ）の各々の場合を示す。
【図２】物点面の異なる物点から出射した光束を示す光線図。
【図３】図１に示すズームレンズのレンズデータを示す図であり、ＯＢＪは面番号を示し、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を示し、＊１、＊２、＊３、＊４、＊５は、レンズ群間の間隔の広角端（wide）、通常位置（normal）、望遠端（tele）における値を示す。
【図４】図１に示したズームレンズの広角端における収差図であり、（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差をそれぞれ表す。
【図５】図１に示したズームレンズの望遠端における収差図であり、（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差をそれぞれ表す。
【図６】図１に示したズームレンズの広角端における横収差図であり、（Ａ）は像高比１．００における収差を、（Ｂ）は像高比０．８６における収差を、（Ｃ）は像高比０．７３における収差を、（Ｄ）は像高比０．５３における収差を、（Ｅ）は像高比０．００における収差をそれぞれ表す。
【図７】図１に示したズームレンズの望遠端における横収差図であり、（Ａ）は像高比１．００における収差を、（Ｂ）は像高比０．８６における収差を、（Ｃ）は像高比０．７３における収差を、（Ｄ）は像高比０．５３における収差を、（Ｅ）は像高比０．００における収差をそれぞれ表す。
【図８】本発明の投映用ズームレンズを備えたプロジェクターを示す図。
【符号の説明】
１ プロジェクター
２ ズームレンズ
３ 画像形成手段
５ スクリーン
１０ 第１レンズ群
２０ 第２レンズ群
３０ 第３レンズ群
４０ 第４レンズ群
５０ 第５レンズ群
１１ メニスカスレンズ
１１ａ メニスカスレンズの物点側の面（非球面）
２１ 第２群レンズ
３１ 第３群−第１レンズ
３２ 第３群−第２レンズ
３２ａ 第３群−第２レンズの物点側の面（非球面）
４１ 第４群レンズ
５１ 第５群レンズ
６０ 合成プリズム
７０ 物点面
Claims (3)
- スクリーン側より物点側に向かって順に配設された負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、負の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群とを備える投映用ズームレンズにおいて、
広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第５レンズ群は固定され、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上で移動させられ、
前記第１レンズ群が、凸面をスクリーン側に向け、物点側の面が非球面である１枚のメニスカスレンズからなり、
前記第２レンズ群が、凸面をスクリーン側に向けた１枚の第２群レンズからなり、
前記第３レンズ群が、スクリーン側より順に、両面が凹面の負の第３群−第１レンズと両面が凸面であって物点側の面が非球面の正の第３群−第２レンズとを接合してなる接合レンズからなり、
前記第４レンズ群が、凸面を物点側に向けた正の１枚の第４群レンズからなり、
前記第５レンズ群が、両面が凸面の正の１枚の第５群レンズからなり、
広角端側から望遠端側に向かって変倍を行う際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは光軸上でともにスクリーン側に向かって移動させられる
ことを特徴とする投影用ズームレンズ。 - 実質的に６枚のレンズからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の投映用ズームレンズ。 - 画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段によって形成された画像を投映する請求項１〜２のいずれかに記載の投映用ズームレンズと、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
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