JP4217437B2 - ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、例えば長いバックフォーカスを有し、照明系との瞳整合性が良好に保たれたコンパクトなズームレンズで高精細のモバイル液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
この他本発明はレンズシャッターカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のうち比較的にバックフォーカスの長いカメラ（光学機器）に最適な高い光学性能を有したズームレンズに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、液晶表示素子等の表示素子を用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投射する液晶プロジェクター（画像投射装置）が種々提案されている。
【０００４】
特に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るようなってきている。
【０００５】
近年このような液晶プロジェクターに関しては、以下に掲げる事項が要望されている。
【０００６】
◎Ｒ．Ｇ．Ｂの３色の液晶表示素子を３枚使用する３板方式のプロジェクション装置では、液晶表示素子を透過した後の色光を合成する色合成手段としてのダイクロイックプリズムおよび偏光板等の光学素子を配置するスペースを液晶表示素子と投射レンズとの間に設けなければならず、一定長のバックフォーカスが必要となること。
【０００７】
◎前記色合成手段に用いる色合成膜の角度依存の影響を極小にする為、また照明系との良好な瞳整合性を確保するために液晶表示素子(縮小)側の瞳が無限遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
【０００８】
◎３色の液晶表示素子に基づく画像（絵）をスクリーンに合成投射したとき、文字等が二重に見えたりすると解像感および品位がそこなわれるので、これを防止する為各色の画素を画面の全域にて良好に重ね合わせることが必要となること。そのため、投射レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域全域にて良好に補正すること（レンズ系がアポクロマートであること）。
【０００９】
◎投影された画像に関して輪郭部で歪んで見苦しくならないように歪曲収差が良好に補正されていること（特に画面周辺および中間部等での急激な歪曲収差の変化等が残存すると、画像品位が低下して好ましくない）。
【００１０】
◎画面の高輝度・画像の高精細化といったニーズの一方で、小型パネル搭載のプロジェクターでは機動性を重視すべく装置の小型・軽量化であること。
【００１１】
このような小型の画像投射装置の使用環境を考慮して、より短い投射距離で大画面の投射が実現できること。
【００１２】
一方、液晶プロジェクター用の投射レンズとして従来よりズームレンズが種々提案されている。
【００１３】
その中でも負の屈折力のレンズ群が先行するレトロフォーカス型のズームレンズは、広画角用の投射レンズとしてプロジェクターに多用されている。この他撮影レンズとしてビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器にも多く用いられている。
【００１４】
例えば液晶プロジェクター用の投射レンズ（ズームレンズ）として拡大側より順に、負、正、正、正、正の屈折力のレンズ群配列による全体として５つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を適切に移動させて変倍を行っている５群ズームレンズが特開２００１−０９１８２９号公報で提案されている。
【００１５】
この５群ズームレンズでは第１および５レンズ群を固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２〜第４レンズ群を全て縮小側へ移動することにより、レンズ全長を一定に保ち、広画角であり、又、テレセントリック性を確保している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示体に基づく表示画像を投射レンズにてスクリーンに拡大投射する投射レンズに対しては大口径で広画角化を達成しながらも小型・軽量なレンズ系が要望されている。
【００１７】
しかしながら、投射レンズの明るさを大口径とし、又、画角を広画角にしようとすると、一般的には収差補正が難しくなり、かつ投射レンズが大型化してくる。又、構成レンズ枚数が増加することにより分光透過率が低下してくる。
【００１８】
先の特開２００１−０９１８２９号公報で提案されているズームレンズは、明るさがＦ値２と大きく（暗く）、また構成レンズ枚数が全体で１２枚前後と比較的多い。
【００１９】
また、最も縮小共役側に付加されている第５レンズ群を構成するレンズ材料の屈折率が小さいため軸外光束に対する収差補正が困難になる傾向があった。
【００２０】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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ー用に好適なズームレンズ及びそれを有する画像投射装置の提供を目的とする。
【００２１】
この他本発明は、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面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光学機器に好適なズームレンズの提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群より構成され、
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１、第５レンズ群が固定で、前記第２、３、４レンズ群が拡大側に移動するズームレンズであって、
該第５レンズ群を構成する正レンズの材料の平均屈折率をＮ５ｐ 、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ １ 、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ ５ 、前記ズームレンズ全系の広角端での焦点距離をｆ ｗ とするとき、
１．６５＜Ｎ ５ｐ ＜１．８０
０．５＜｜ｆ ｗ ／ｆ １ ｜＜１．０
２．９４９≦ｆ ５ ／ｆ ｗ ＜４
を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第４レンズ群は４枚以下のレンズによって構成されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第３レンズ群内又はその近傍に絞りが配置されており、該絞りは変倍の際、該第３レンズ群と一体で動くことを特徴としている。
【００２５】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記第１レンズ群を光軸上移動させて、フォーカス調整を行うことを特徴としている。
【００２６】
請求項５の発明の画像投射装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投射していることを特徴としている。
【００２７】
請求項６の発明の光学機器は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴としている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図２、図３は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例１の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離２．１ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３４】
図４は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図５、図６は本発明の実施形態２に対応する後述する数値実施例２の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離１．９ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３５】
図７は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図８、図９は本発明の実施形態３に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表した時の物体距離１．７ｍの時の広角端と望遠端の収差図である。
【００３６】
図１０は本発明の実施形態４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ー）の要部概略図である。図１１、図１２は本発明の実施形態４に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍの時の広角端と望遠端の収差図である。
【００３７】
実施形態１〜４における画像投射装置ではＬＣＤの原画をズームレンズ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。
【００３８】
画像投射装置の要部概略図において（Ａ）は広角端、（ｂ）は望遠端のズーム位置を示す。ＰＬはズームレンズである。Ｌｌ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、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群である。
【００３９】
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（被投影面）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（第１共役点）で拡大側に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）で縮小側に相当している。
【００４０】
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。ＡＳＰは非球面、ＳＰは絞りである。
【００４１】
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ー本体（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側はプロジェクター本体に含まれている。
【００４２】
各実施形態では広角端（Ａ）から望遠端（Ｂ）への変倍（ズーミング）に際して矢印のように第２レンズ群Ｌ２，第３レンズ群Ｌ３そして第４レンズ群Ｌ４を第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。変倍に際し、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５は固定である。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。
【００４３】
各実施形態では拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置しレトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。各実施形態では、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００４４】
各実施形態では、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保している。反面高変倍化が難しくなることに対しては、変倍時の可動成分を３成分とすることにより変倍時の収差変動を抑えたコンパクトな光学系を実現している。
【００４５】
また、第１レンズ群Ｌ１および第５レンズ群Ｌ５はともに変倍に際して、縮小共役面に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を変倍時に固定とし重量バランスの変化を少なくし、機構面で有利に作用するようにしている。
【００４６】
変倍に際しては、第３レンズ群Ｌ３が縮小側から拡大側に移動することによって主たる変倍を担い、第２レンズ群Ｌ２が拡大側に移動して前記変倍に伴うピント面の移動を補正する役目を担っている。第４レンズ群Ｌ４は絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３とともに移動することに起因する瞳移動を補正するためにも、変倍レンズ群である第３レンズ群Ｌ３と同じ拡大側に移動する。第４レンズ群Ｌ４は変倍時の収差変動を小さくするために、絞りＳＰの動きに沿った方向つまり拡大側へと移動しており、略等倍近辺にて作用している。
【００４７】
第５レンズ群は、従来の負、正、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにさらに独立した正の屈折力を有する第５レンズ群を像面近傍に付加することにより、第１レンズ群Ｌ１から第４レンズ群Ｌ４の合成の正の屈折力を弱める作用をし、高画角化および大口径化に有利な構成となっている。レンズ系の屈折力配置として考えると第５レンズ群Ｌ５の正の屈折力としては比較的大きな屈折力をもつ傾向となることから、第５レンズ群Ｌ５を構成する正レンズの材料の平均屈折率Ｎ ５ｐ としては収差補正の観点より
１．６５＜Ｎ ５ｐ ＜１．８０ ・・・（１）
を満足するようにしている。
【００４９】
尚、平均屈折率Ｎ５ｐは第５レンズ群Ｌ５が１つの正レンズより成るときは、該正レンズの材料の屈折率となる。
【００５０】
第５レンズ群Ｌ５を構成する正レンズに高い屈折率の材料を用いることにより、絞り面から遠いことによって歪曲などの軸外収差および内向性コマ収差の発生を低減する効果ばかりでなく、ペッツバール和を小さく設計することも可能としている。
【００５１】
第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ1、また広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．５＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜１．０ ・・・（２）
を満足するようにしている。
【００５２】
条件式（２）は第２〜第５レンズ群Ｌ２〜Ｌ５の作用倍率を決定する式であり下限を超えると収差補正上は有利に作用するが、色合成系を配置するためのバックフォーカスが不足し、逆に上限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなり必要以上のバックフォーカススペースが発生するばかりか、特に歪曲収差などの軸外収差補正が困難となるため好ましくない。
【００５３】
更に好ましくは
０．６５＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．９５ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
【００５４】
また光学系全体の構成レンズ枚数を少なくするためにも屈折力配分が小さくなる第４レンズ群Ｌ４に関しては４枚以下のレンズによって構成されている。また、コンパクト化の実現のため各レンズ群の屈折力の増加に伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００５５】
非球面レンズとしては、ガラス成形によるもの、または薄い樹脂などを成形してなるハイブリッド非球面等を選んでいるが解像度の目標と、非球面の敏感度によっては、プラスチック成形による非球面レンズを用いてもよい。
【００５６】
また、絞りＳＰは本来独立に移動させることが良いが、変倍の際のカム溝が追加される等、生産上の要件を併せて考えると、第３レンズ群Ｌ３内といった変倍レンズ群内に配置することが望ましい。
【００５７】
さらには広角端での全系の焦点距離をｆｗおよび第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ5としたとき。
【００５８】
２．９４９≦ｆ ５ ／ｆ ｗ ＜４ ・・・（３）
を満足するようにしている。
【００５９】
前述のように正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を像面近傍に付加することにより、第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をし、広画角化および大口径化に有利な作用をする。条件式（３）の下限をこえると第５レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ、歪曲および内向性コマフレア等が大きくなる。また逆に上限をこえると第５レンズ群Ｌ５の屈折力が小さくなりすぎ、第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の屈折力を弱める効果が少なくなり、高性能化の効果がうすれてくるので好ましくない。また、なるべく高屈折率の材料を採用することが望ましい。
【００６１】
また、拡大側の投影距離の変化に応じたフォーカス機構は第１レンズ群で担うことによって、最も簡易的な機構で光学系を実現している。
【００６２】
次に各実施形態の特徴について説明する。
【００６３】
まず図１の実施形態１について説明する。
【００６４】
第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に、負、負、正レンズの３枚構成とし、最も拡大側の負レンズの縮小側の面に非球面を採用している。この非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００６５】
第２レンズ群Ｌ２は、両レンズ面が凸面の正レンズ１枚で構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差の補正と、変倍時に縮小側のピント面位置を補正する働きを担っている。この正レンズには屈折率の高い（１．８以上）硝子材を用いペッツバール和の補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さくしている。大口径であって、高い空間周波数で高いレスポンスが要求されると焦点深度が浅くなる。そのため中間像高等での像面湾曲および非点収差が大きいと解像感が劣化する。これを防止するにはペッツバール和が小さく補正されていることが重要である。第２レンズ群Ｌ２はさらに色収差の補正の観点から、第１レンズ群Ｌ１で発生した倍率色収差を効率よく補正するため材料として高分散特性を有し、さらに異常分散性を有するランタン系の重フリント材等を選択している。また、変倍を担う第３レンズ群Ｌ３および第４レンズ群Ｌ４の広角端での倍率が等倍近辺となるようにしてピント面補正時の第２レンズ群Ｌ２の移動量が小さくなるようにしている。
【００６６】
第３レンズ群Ｌ３は、両レンズ面が凸面の正レンズ１枚で構成としており、主たる変倍レンズ群としての役割を担っている。第３レンズ群Ｌ３は全変倍領域での倍率が略等倍率近辺の範囲内で使用している。なお、絞りＳＰは第３レンズ群Ｌ３内に存在し、変倍時に第３レンズ群Ｌ３とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。
【００６７】
第４レンズ群Ｌ４は負、負、正、正レンズの４枚構成とし、最も拡大側に負の屈折力のレンズを配置している。この負の屈折力のレンズにより、効率よくペッツバール和を小さくしている。さらに主平面位置を液晶表示装置側に配置して、良好なテレセントリック性能およびバックフォーカスを十分長く確保することを容易にしている。また縮小側のレンズＧ９の両面を非球面としている。前記非球面はプラスチックを成型して構成しており、拡大側の面は主に像面湾曲を、また縮小側の面は主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。
【００６８】
また、第５レンズ群Ｌ５は、縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．６６１のレンズで構成している。
【００６９】
実施形態１では、Ｆ値が１．６と小さいため高輝度で、１００型を約３ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００７０】
次に図４の実施形態２について実施形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００７１】
第３レンズ群Ｌ３は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚で構成している。
【００７２】
第４レンズ群Ｌ４は、負、正、正レンズの３枚構成とし、縮小側に配置されたレンズＧ８の両レンズ面を球面で構成している。また第４レンズ群Ｌ４内の拡大側に配置された貼合レンズのうちレンズＧ７の材料は、比較的低分散の硝子である（株）オハラのＦＳＬ５（商品名）を採用している。レンズＧ７としてはこの限りでなく、色収差などさらなる改善のために（株）オハラのＦＰＬ５１（商品名）などの異常分散性が高い硝子を採用しても良い。
【００７３】
また、第５レンズ群Ｌ５は縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、構成するレンズの材料の屈折率が１．７２と実施形態１に比べて大きな屈折率の材料を選択して、主にペッツバール和および内向性コマ・歪曲などの諸収差を良好に補正している。本実施形態では第５レンズ群Ｌ５を構成するレンズの材料の屈折率が１．８以上の硝子を採用すればさらに上述の収差補正の効果を向上させることができる。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００７４】
実施形態２では、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．７ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００７５】
次に図７の実施形態３について実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７６】
第３レンズ群Ｌ３は拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚より構成している。
【００７７】
第４レンズ群Ｌ４は、負、正、正レンズの３枚構成とし、最も縮小側に配置されたレンズＧ８の縮小側の面を非球面としている。この非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。尚、この非球面を硝子の成形よりなる非球面としても良い。
【００７８】
また、第５レンズ群Ｌ５は縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．７２のレンズで構成している。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００７９】
実施形態３では、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．４ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００８０】
次に図１０の実施形態４について実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
実施形態４では他の実施形態と比較して最も広画角の仕様なため、特に負の屈折力の第１レンズ群の屈折力が他の実施形態に比べて強いレンズ構成となる。第１レンズ群Ｌ１が拡大側より負、負、正レンズの３枚構成であり最も拡大側の負レンズＧ１の縮小側面に非球面を採用している。前記非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主にレトロフォーカスの非対称の屈折力配置に起因する歪曲収差、コマ収差などの発生を抑えている。
【００８２】
第３レンズ群Ｌ３は拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚より構成している。
【００８３】
第４レンズ群Ｌ４は負、正、正レンズの３枚構成であり、正レンズＧ７、正レンズＧ８の材料に低分散硝子であるＦＰＬ５１を採用して特に画面周辺部分の倍率色収差などを良好に補正している。さらに、正レンズＧ８の縮小側の面に非球面をとりいれている。本実施形態では、球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。
【００８４】
また、第５レンズ群Ｌ５は、縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．６７のレンズで構成している。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００８５】
実施形態４ではＦ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．１ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００８６】
以下に実施形態１〜４のズームレンズの数値データに各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例においてｉは拡大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線に対する第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、ωは半画角である。
【００８７】
また数値実施例１の最も像側の３つの面、数値実施例２〜４の最も像側の２つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に想到するガラスブロックＧＢを構成する面である。
【００８８】
またｋを離心率、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、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／[１＋[１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２]１／２]＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２
で表示される。但しＲは曲率半径である。
【００８９】
なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【００９０】
前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００９１】
【外１】
【００９２】
【外２】
【００９３】
【外３】
【００９４】
【外４】
【００９５】
【表１】
【００９６】
図１３は本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略図である。
【００９７】
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、投射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１３においてカラー液晶プロジェクター１はＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル５Ｂ、５Ｇ、５ＧからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム２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。
【００９８】
図１４は本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。本実施形態ではビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に撮影レンズとして前述したズームレンズを用いた例を示している。
【００９９】
図１４においては被写体９の像を撮影レンズ８で感光体７に結像し、画像情報を得ている。感光体７は、フィルムカメラの場合では銀塩フィルムに対応し、ビデオカメラやデジタルカメラの場合ではＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の固体撮像素子に対応する。
【０１００】
なお、撮影レンズに前述したズームレンズを適用する場合には、被写体が距離の長い方の共役点（第１共役点）で拡大側に相当し、感光体の置かれる位置が距離の短い方の共役点（第２共役点）で縮小側に相当する。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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ー用に好適なズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置を達成することができる。
【０１０２】
この他本発明によれば画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面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光学機器に好適なズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図２】 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．１ｍのときの広角端の収差図。
【図３】 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．１ｍのときの望遠端の収差図
【図４】 本発明の実施形態２のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図５】 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．９ｍのときの広角端の収差図。
【図６】 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．９ｍのときの望遠端の収差図
【図７】 本発明の実施形態３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図８】 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．７ｍのときの広角端の収差図。
【図９】 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．７ｍのときの望遠端の収差図
【図１０】 本発明の実施形態４のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図１１】 本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍのときの広角端の収差図。
【図１２】 本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍのときの望遠端の収差図
【図１３】 本発明の画像投射装置をカラー液晶プロジェクターに適用したときの実施形態の要部概略図
【図１４】 本発明の光学機器の実施形態の要部概略図
【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
Ｌ５ 第５レンズ群
ＡＳＰ 非球面
ＬＣＤ 液晶表示装置（像面）
ＳＰ 絞り
ＧＢ 硝子ブロック(色合成プリズム)
ΔＳ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
ΔＭ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ像面の倒れ
１ 液晶プロジェクター
２ 色合成手段
３ 投射レンズ
４ スクリーン
５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ） 液晶パネル
６ 撮像装置
７ 撮像手段
８ 撮影レンズ
９ 被写体
【発明の属する技術分野】
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、例えば長いバックフォーカスを有し、照明系との瞳整合性が良好に保たれたコンパクトなズームレンズで高精細のモバイル液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
この他本発明はレンズシャッターカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のうち比較的にバックフォーカスの長いカメラ（光学機器）に最適な高い光学性能を有したズームレンズに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、液晶表示素子等の表示素子を用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投射する液晶プロジェクター（画像投射装置）が種々提案されている。
【０００４】
特に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るようなってきている。
【０００５】
近年このような液晶プロジェクターに関しては、以下に掲げる事項が要望されている。
【０００６】
◎Ｒ．Ｇ．Ｂの３色の液晶表示素子を３枚使用する３板方式のプロジェクション装置では、液晶表示素子を透過した後の色光を合成する色合成手段としてのダイクロイックプリズムおよび偏光板等の光学素子を配置するスペースを液晶表示素子と投射レンズとの間に設けなければならず、一定長のバックフォーカスが必要となること。
【０００７】
◎前記色合成手段に用いる色合成膜の角度依存の影響を極小にする為、また照明系との良好な瞳整合性を確保するために液晶表示素子(縮小)側の瞳が無限遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
【０００８】
◎３色の液晶表示素子に基づく画像（絵）をスクリーンに合成投射したとき、文字等が二重に見えたりすると解像感および品位がそこなわれるので、これを防止する為各色の画素を画面の全域にて良好に重ね合わせることが必要となること。そのため、投射レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光帯域全域にて良好に補正すること（レンズ系がアポクロマートであること）。
【０００９】
◎投影された画像に関して輪郭部で歪んで見苦しくならないように歪曲収差が良好に補正されていること（特に画面周辺および中間部等での急激な歪曲収差の変化等が残存すると、画像品位が低下して好ましくない）。
【００１０】
◎画面の高輝度・画像の高精細化といったニーズの一方で、小型パネル搭載のプロジェクターでは機動性を重視すべく装置の小型・軽量化であること。
【００１１】
このような小型の画像投射装置の使用環境を考慮して、より短い投射距離で大画面の投射が実現できること。
【００１２】
一方、液晶プロジェクター用の投射レンズとして従来よりズームレンズが種々提案されている。
【００１３】
その中でも負の屈折力のレンズ群が先行するレトロフォーカス型のズームレンズは、広画角用の投射レンズとしてプロジェクターに多用されている。この他撮影レンズとしてビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器にも多く用いられている。
【００１４】
例えば液晶プロジェクター用の投射レンズ（ズームレンズ）として拡大側より順に、負、正、正、正、正の屈折力のレンズ群配列による全体として５つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を適切に移動させて変倍を行っている５群ズームレンズが特開２００１−０９１８２９号公報で提案されている。
【００１５】
この５群ズームレンズでは第１および５レンズ群を固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２〜第４レンズ群を全て縮小側へ移動することにより、レンズ全長を一定に保ち、広画角であり、又、テレセントリック性を確保している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示体に基づく表示画像を投射レンズにてスクリーンに拡大投射する投射レンズに対しては大口径で広画角化を達成しながらも小型・軽量なレンズ系が要望されている。
【００１７】
しかしながら、投射レンズの明るさを大口径とし、又、画角を広画角にしようとすると、一般的には収差補正が難しくなり、かつ投射レンズが大型化してくる。又、構成レンズ枚数が増加することにより分光透過率が低下してくる。
【００１８】
先の特開２００１−０９１８２９号公報で提案されているズームレンズは、明るさがＦ値２と大きく（暗く）、また構成レンズ枚数が全体で１２枚前後と比較的多い。
【００１９】
また、最も縮小共役側に付加されている第５レンズ群を構成するレンズ材料の屈折率が小さいため軸外光束に対する収差補正が困難になる傾向があった。
【００２０】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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ー用に好適なズームレンズ及びそれを有する画像投射装置の提供を目的とする。
【００２１】
この他本発明は、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面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光学機器に好適なズームレンズの提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群より構成され、
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１、第５レンズ群が固定で、前記第２、３、４レンズ群が拡大側に移動するズームレンズであって、
該第５レンズ群を構成する正レンズの材料の平均屈折率をＮ５ｐ 、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ １ 、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ ５ 、前記ズームレンズ全系の広角端での焦点距離をｆ ｗ とするとき、
１．６５＜Ｎ ５ｐ ＜１．８０
０．５＜｜ｆ ｗ ／ｆ １ ｜＜１．０
２．９４９≦ｆ ５ ／ｆ ｗ ＜４
を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第４レンズ群は４枚以下のレンズによって構成されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第３レンズ群内又はその近傍に絞りが配置されており、該絞りは変倍の際、該第３レンズ群と一体で動くことを特徴としている。
【００２５】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記第１レンズ群を光軸上移動させて、フォーカス調整を行うことを特徴としている。
【００２６】
請求項５の発明の画像投射装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投射していることを特徴としている。
【００２７】
請求項６の発明の光学機器は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴としている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図２、図３は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例１の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離２．１ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３４】
図４は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図５、図６は本発明の実施形態２に対応する後述する数値実施例２の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離１．９ｍのときの広角端と望遠端における収差図である。
【００３５】
図７は本発明の実施形態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ー）の要部概略図である。図８、図９は本発明の実施形態３に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表した時の物体距離１．７ｍの時の広角端と望遠端の収差図である。
【００３６】
図１０は本発明の実施形態４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ー）の要部概略図である。図１１、図１２は本発明の実施形態４に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍの時の広角端と望遠端の収差図である。
【００３７】
実施形態１〜４における画像投射装置ではＬＣＤの原画をズームレンズ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。
【００３８】
画像投射装置の要部概略図において（Ａ）は広角端、（ｂ）は望遠端のズーム位置を示す。ＰＬはズームレンズである。Ｌｌ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、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群である。
【００３９】
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（被投影面）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（第１共役点）で拡大側に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）で縮小側に相当している。
【００４０】
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。ＡＳＰは非球面、ＳＰは絞りである。
【００４１】
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ー本体（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側はプロジェクター本体に含まれている。
【００４２】
各実施形態では広角端（Ａ）から望遠端（Ｂ）への変倍（ズーミング）に際して矢印のように第２レンズ群Ｌ２，第３レンズ群Ｌ３そして第４レンズ群Ｌ４を第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。変倍に際し、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５は固定である。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。
【００４３】
各実施形態では拡大側に負、縮小側に正の屈折力のレンズ群を配置しレトロフォーカスタイプ（ネガティブリード型）を構成することによって、長いバックフォーカスを容易に確保している。各実施形態では、スクリーンＳ上での照度分布を均一にするために、各レンズ面に多層コートを施している。
【００４４】
各実施形態では、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を採用することにより、広画角化および長いバックフォーカスを容易に確保している。反面高変倍化が難しくなることに対しては、変倍時の可動成分を３成分とすることにより変倍時の収差変動を抑えたコンパクトな光学系を実現している。
【００４５】
また、第１レンズ群Ｌ１および第５レンズ群Ｌ５はともに変倍に際して、縮小共役面に対して固定してズーム全長を不変とすることで投写レンズ系としての堅牢性を確保し、また有効径の大きな第１レンズ群Ｌ１を変倍時に固定とし重量バランスの変化を少なくし、機構面で有利に作用するようにしている。
【００４６】
変倍に際しては、第３レンズ群Ｌ３が縮小側から拡大側に移動することによって主たる変倍を担い、第２レンズ群Ｌ２が拡大側に移動して前記変倍に伴うピント面の移動を補正する役目を担っている。第４レンズ群Ｌ４は絞りＳＰが第３レンズ群Ｌ３とともに移動することに起因する瞳移動を補正するためにも、変倍レンズ群である第３レンズ群Ｌ３と同じ拡大側に移動する。第４レンズ群Ｌ４は変倍時の収差変動を小さくするために、絞りＳＰの動きに沿った方向つまり拡大側へと移動しており、略等倍近辺にて作用している。
【００４７】
第５レンズ群は、従来の負、正、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにさらに独立した正の屈折力を有する第５レンズ群を像面近傍に付加することにより、第１レンズ群Ｌ１から第４レンズ群Ｌ４の合成の正の屈折力を弱める作用をし、高画角化および大口径化に有利な構成となっている。レンズ系の屈折力配置として考えると第５レンズ群Ｌ５の正の屈折力としては比較的大きな屈折力をもつ傾向となることから、第５レンズ群Ｌ５を構成する正レンズの材料の平均屈折率Ｎ ５ｐ としては収差補正の観点より
１．６５＜Ｎ ５ｐ ＜１．８０ ・・・（１）
を満足するようにしている。
【００４９】
尚、平均屈折率Ｎ５ｐは第５レンズ群Ｌ５が１つの正レンズより成るときは、該正レンズの材料の屈折率となる。
【００５０】
第５レンズ群Ｌ５を構成する正レンズに高い屈折率の材料を用いることにより、絞り面から遠いことによって歪曲などの軸外収差および内向性コマ収差の発生を低減する効果ばかりでなく、ペッツバール和を小さく設計することも可能としている。
【００５１】
第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ1、また広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．５＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜１．０ ・・・（２）
を満足するようにしている。
【００５２】
条件式（２）は第２〜第５レンズ群Ｌ２〜Ｌ５の作用倍率を決定する式であり下限を超えると収差補正上は有利に作用するが、色合成系を配置するためのバックフォーカスが不足し、逆に上限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなり必要以上のバックフォーカススペースが発生するばかりか、特に歪曲収差などの軸外収差補正が困難となるため好ましくない。
【００５３】
更に好ましくは
０．６５＜｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．９５ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
【００５４】
また光学系全体の構成レンズ枚数を少なくするためにも屈折力配分が小さくなる第４レンズ群Ｌ４に関しては４枚以下のレンズによって構成されている。また、コンパクト化の実現のため各レンズ群の屈折力の増加に伴う諸収差の劣化を補正するために、レンズ系内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。
【００５５】
非球面レンズとしては、ガラス成形によるもの、または薄い樹脂などを成形してなるハイブリッド非球面等を選んでいるが解像度の目標と、非球面の敏感度によっては、プラスチック成形による非球面レンズを用いてもよい。
【００５６】
また、絞りＳＰは本来独立に移動させることが良いが、変倍の際のカム溝が追加される等、生産上の要件を併せて考えると、第３レンズ群Ｌ３内といった変倍レンズ群内に配置することが望ましい。
【００５７】
さらには広角端での全系の焦点距離をｆｗおよび第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ5としたとき。
【００５８】
２．９４９≦ｆ ５ ／ｆ ｗ ＜４ ・・・（３）
を満足するようにしている。
【００５９】
前述のように正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を像面近傍に付加することにより、第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をし、広画角化および大口径化に有利な作用をする。条件式（３）の下限をこえると第５レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ、歪曲および内向性コマフレア等が大きくなる。また逆に上限をこえると第５レンズ群Ｌ５の屈折力が小さくなりすぎ、第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の屈折力を弱める効果が少なくなり、高性能化の効果がうすれてくるので好ましくない。また、なるべく高屈折率の材料を採用することが望ましい。
【００６１】
また、拡大側の投影距離の変化に応じたフォーカス機構は第１レンズ群で担うことによって、最も簡易的な機構で光学系を実現している。
【００６２】
次に各実施形態の特徴について説明する。
【００６３】
まず図１の実施形態１について説明する。
【００６４】
第１レンズ群Ｌ１は、拡大側より順に、負、負、正レンズの３枚構成とし、最も拡大側の負レンズの縮小側の面に非球面を採用している。この非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主に歪曲収差を効率良く補正している。
【００６５】
第２レンズ群Ｌ２は、両レンズ面が凸面の正レンズ１枚で構成としており、主に第１レンズ群Ｌ１で発生した諸収差の補正と、変倍時に縮小側のピント面位置を補正する働きを担っている。この正レンズには屈折率の高い（１．８以上）硝子材を用いペッツバール和の補正および変倍時の球面収差等の収差変動を小さくしている。大口径であって、高い空間周波数で高いレスポンスが要求されると焦点深度が浅くなる。そのため中間像高等での像面湾曲および非点収差が大きいと解像感が劣化する。これを防止するにはペッツバール和が小さく補正されていることが重要である。第２レンズ群Ｌ２はさらに色収差の補正の観点から、第１レンズ群Ｌ１で発生した倍率色収差を効率よく補正するため材料として高分散特性を有し、さらに異常分散性を有するランタン系の重フリント材等を選択している。また、変倍を担う第３レンズ群Ｌ３および第４レンズ群Ｌ４の広角端での倍率が等倍近辺となるようにしてピント面補正時の第２レンズ群Ｌ２の移動量が小さくなるようにしている。
【００６６】
第３レンズ群Ｌ３は、両レンズ面が凸面の正レンズ１枚で構成としており、主たる変倍レンズ群としての役割を担っている。第３レンズ群Ｌ３は全変倍領域での倍率が略等倍率近辺の範囲内で使用している。なお、絞りＳＰは第３レンズ群Ｌ３内に存在し、変倍時に第３レンズ群Ｌ３とともに移動しており、変倍時の軸外収差の変動をおさえている。
【００６７】
第４レンズ群Ｌ４は負、負、正、正レンズの４枚構成とし、最も拡大側に負の屈折力のレンズを配置している。この負の屈折力のレンズにより、効率よくペッツバール和を小さくしている。さらに主平面位置を液晶表示装置側に配置して、良好なテレセントリック性能およびバックフォーカスを十分長く確保することを容易にしている。また縮小側のレンズＧ９の両面を非球面としている。前記非球面はプラスチックを成型して構成しており、拡大側の面は主に像面湾曲を、また縮小側の面は主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。
【００６８】
また、第５レンズ群Ｌ５は、縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．６６１のレンズで構成している。
【００６９】
実施形態１では、Ｆ値が１．６と小さいため高輝度で、１００型を約３ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００７０】
次に図４の実施形態２について実施形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００７１】
第３レンズ群Ｌ３は、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚で構成している。
【００７２】
第４レンズ群Ｌ４は、負、正、正レンズの３枚構成とし、縮小側に配置されたレンズＧ８の両レンズ面を球面で構成している。また第４レンズ群Ｌ４内の拡大側に配置された貼合レンズのうちレンズＧ７の材料は、比較的低分散の硝子である（株）オハラのＦＳＬ５（商品名）を採用している。レンズＧ７としてはこの限りでなく、色収差などさらなる改善のために（株）オハラのＦＰＬ５１（商品名）などの異常分散性が高い硝子を採用しても良い。
【００７３】
また、第５レンズ群Ｌ５は縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、構成するレンズの材料の屈折率が１．７２と実施形態１に比べて大きな屈折率の材料を選択して、主にペッツバール和および内向性コマ・歪曲などの諸収差を良好に補正している。本実施形態では第５レンズ群Ｌ５を構成するレンズの材料の屈折率が１．８以上の硝子を採用すればさらに上述の収差補正の効果を向上させることができる。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００７４】
実施形態２では、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．７ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００７５】
次に図７の実施形態３について実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７６】
第３レンズ群Ｌ３は拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚より構成している。
【００７７】
第４レンズ群Ｌ４は、負、正、正レンズの３枚構成とし、最も縮小側に配置されたレンズＧ８の縮小側の面を非球面としている。この非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。尚、この非球面を硝子の成形よりなる非球面としても良い。
【００７８】
また、第５レンズ群Ｌ５は縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．７２のレンズで構成している。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００７９】
実施形態３では、Ｆ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．４ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００８０】
次に図１０の実施形態４について実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８１】
実施形態４では他の実施形態と比較して最も広画角の仕様なため、特に負の屈折力の第１レンズ群の屈折力が他の実施形態に比べて強いレンズ構成となる。第１レンズ群Ｌ１が拡大側より負、負、正レンズの３枚構成であり最も拡大側の負レンズＧ１の縮小側面に非球面を採用している。前記非球面は球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり、主にレトロフォーカスの非対称の屈折力配置に起因する歪曲収差、コマ収差などの発生を抑えている。
【００８２】
第３レンズ群Ｌ３は拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ１枚より構成している。
【００８３】
第４レンズ群Ｌ４は負、正、正レンズの３枚構成であり、正レンズＧ７、正レンズＧ８の材料に低分散硝子であるＦＰＬ５１を採用して特に画面周辺部分の倍率色収差などを良好に補正している。さらに、正レンズＧ８の縮小側の面に非球面をとりいれている。本実施形態では、球面硝子の上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面であり主に歪曲および球面収差を効率よく補正している。
【００８４】
また、第５レンズ群Ｌ５は、縮小倍率で作用して第１〜４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の合成屈折力を弱める作用をしており、材料の屈折率が１．６７のレンズで構成している。その他の構成および作用については、実施形態１と同じである。
【００８５】
実施形態４ではＦ値が１．８と小さいため高輝度で、１００型を約２．１ｍと短い投写距離で投写可能なズームレンズを実現している。
【００８６】
以下に実施形態１〜４のズームレンズの数値データに各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例においてｉは拡大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線に対する第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、ωは半画角である。
【００８７】
また数値実施例１の最も像側の３つの面、数値実施例２〜４の最も像側の２つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に想到するガラスブロックＧＢを構成する面である。
【００８８】
またｋを離心率、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、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／[１＋[１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２]１／２]＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ１２
で表示される。但しＲは曲率半径である。
【００８９】
なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
【００９０】
前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００９１】
【外１】
【００９２】
【外２】
【００９３】
【外３】
【００９４】
【外４】
【００９５】
【表１】
【００９６】
図１３は本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略図である。
【００９７】
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、投射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１３においてカラー液晶プロジェクター１はＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル５Ｂ、５Ｇ、５ＧからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム２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。
【００９８】
図１４は本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。本実施形態ではビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に撮影レンズとして前述したズームレンズを用いた例を示している。
【００９９】
図１４においては被写体９の像を撮影レンズ８で感光体７に結像し、画像情報を得ている。感光体７は、フィルムカメラの場合では銀塩フィルムに対応し、ビデオカメラやデジタルカメラの場合ではＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の固体撮像素子に対応する。
【０１００】
なお、撮影レンズに前述したズームレンズを適用する場合には、被写体が距離の長い方の共役点（第１共役点）で拡大側に相当し、感光体の置かれる位置が距離の短い方の共役点（第２共役点）で縮小側に相当する。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体の小型化を図りつつ、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ー用に好適なズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置を達成することができる。
【０１０２】
この他本発明によれば画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面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光学機器に好適なズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図２】 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．１ｍのときの広角端の収差図。
【図３】 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．１ｍのときの望遠端の収差図
【図４】 本発明の実施形態２のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図５】 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．９ｍのときの広角端の収差図。
【図６】 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．９ｍのときの望遠端の収差図
【図７】 本発明の実施形態３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図８】 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．７ｍのときの広角端の収差図。
【図９】 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．７ｍのときの望遠端の収差図
【図１０】 本発明の実施形態４のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図。
【図１１】 本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍのときの広角端の収差図。
【図１２】 本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離１．５ｍのときの望遠端の収差図
【図１３】 本発明の画像投射装置をカラー液晶プロジェクターに適用したときの実施形態の要部概略図
【図１４】 本発明の光学機器の実施形態の要部概略図
【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
Ｌ５ 第５レンズ群
ＡＳＰ 非球面
ＬＣＤ 液晶表示装置（像面）
ＳＰ 絞り
ＧＢ 硝子ブロック(色合成プリズム)
ΔＳ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
ΔＭ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ像面の倒れ
１ 液晶プロジェクター
２ 色合成手段
３ 投射レンズ
４ スクリーン
５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ） 液晶パネル
６ 撮像装置
７ 撮像手段
８ 撮影レンズ
９ 被写体
Claims (6)
- 拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正の屈折力を有する第５レンズ群より構成され、
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１、第５レンズ群が固定で、前記第２、３、４レンズ群が拡大側に移動するズームレンズであって、
該第５レンズ群を構成する正レンズの材料の平均屈折率をＮ５ｐ 、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ １ 、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ ５ 、前記ズームレンズ全系の広角端での焦点距離をｆ ｗ とするとき、
１．６５＜Ｎ ５ｐ ＜１．８０
０．５＜｜ｆ ｗ ／ｆ １ ｜＜１．０
２．９４９≦ｆ ５ ／ｆ ｗ ＜４
を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第４レンズ群は４枚以下のレンズによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群内又はその近傍に絞りが配置されており、該絞りは変倍の際、該第３レンズ群と一体で動く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。
- 前記第１レンズ群を光軸上移動させて、フォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投射していることを特徴とする画像投射装置。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴とする光学機器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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