JP4223737B2 - 投射用ズームレンズおよび拡大投射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、投射用ズームレンズおよび拡大投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタはコンピュータのデータ表示用などに用いられ、広く普及してきている。なかでも、赤・青・緑の各色画像を３枚の液晶パネルに個別に表示する３板式液晶プロジェクタは、画像が高精細であることから普及率が高い。
【０００３】
３板式液晶プロジェクタにおける投射レンズは、最適なスクリーンサイズを容易に実現できるように、ズーム機能を有するものが一般的である。
３板式液晶プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズには、一般に以下のような属性が求められる。
【０００４】
３枚の液晶パネルにより強度変調された各色光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーといった色合成手段で合成するために、色合成手段を配備する空間が必要であり、この空間を確保できるように、焦点距離に比して長いバックフォーカスを有すること。
【０００５】
カラー画像の投射には、低電力で高い光利用効率を得ることが望ましいが、各色光の光路を合成するときに、色合成手段に入射する光の角度が画角により異なると色シェーディングを発生させ易いので、光源部から投射用ズームレンズに入射する光は「光軸に対して平行に近い光束」を用いるのが好ましい。このため、平行光束を効率良く投射用ズームレンズに取り込めるよう、縮小側、即ち、液晶パネル側においてテレセントリック性を持っていること。
【０００６】
低電力の光源でも明るい画像を提供できるように、光源からの光をなるべく多く取り込める「Ｆナンバーの小さい、明るいレンズ」であること。
【０００７】
スクリーン上で３色の画像を重ね合わせたときに、各色の画素が互いにずれると良好なカラー画像を実現できず、投射画像の辺縁部等に緑、青、赤などの縁が現れて像質が損なわれるので、このような現象を軽減できるように倍率の色収差が小さく抑えられていること。
【０００８】
投射画像の輪郭が歪んで見苦しくならないように、歪曲収差が許容できる範囲に抑えられていること。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記諸属性を良好に実現した投射用ズームレンズ、この投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用ズームレンズは「平面画像を拡大してスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズ」である。上記「平面画像」は、一般に液晶パネル上に表示される画像である。
【００１１】
この発明の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側から縮小側に向かって、第１群ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。
【００１２】
第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力、第４群Ｇ４、第５群Ｇ５は「正もしくは負の屈折力」、第６群Ｇ６は正の屈折力をそれぞれ有している。
【００１３】
変倍に際しては、第１群及び第６群が固定であり、第２群、第３群、第４群、及び第５群が光軸方向に移動を行い、投射距離が変化する際に、第１群の光軸方向への移動により平面画像とスクリーン面が共役に保たれる。
そして、全系の広角端における焦点距離：ｆｗ、第１群の焦点距離：ｆ １ 、第２群の焦点距離：ｆ ２ 、第３群の焦点距離：ｆ ３ 、第６群の焦点距離：ｆ ６ が、条件：
（１） 1.4 ＜｜ｆ １ ｜／ｆｗ＜ 1.8
（２） 0.8 ＜ｆ ２ ／ｆｗ＜ 1.1
（３） 1.4 ＜｜ｆ ３ ｜／ｆｗ＜ 2.1
（４） 1.6 ＜ｆ ６ ／ｆｗ＜ 2.0
を満足する（請求項１）。
【００１４】
この請求項１記載の投射用ズームレンズにおける「第２群」は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含むことができる（請求項２）。
【００１５】
請求項１または２記載の投射用ズームレンズの「第１群」は、拡大側から縮小側へ向って順に「正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、負レンズ」を配した構成であることもできるし（請求項３）、拡大側から縮小側へ向って順に「正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズ」を配した構成であることもできる（請求項４）。
【００１６】
上記請求項１〜４に記載の投射用ズームレンズは何れも「全群中において、第５群の屈折力が最も弱く、次いで、第４群の屈折力が２番目に弱い」構成である。
【００１７】
上記請求項１〜４の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいては、第４群に非球面を用いることができる（請求項５）。
【００１８】
上記請求項１〜５の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、第３群を「１枚の負の単レンズで構成」することができ（請求項６）、上記請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、第４群を「１枚の単レンズで構成」することができる（請求項７）。
【００１９】
上記請求項１〜７の任意の１に記載の投射用ズームレンズは「変倍時の移動群である第２群から第５群の中で、第２群の移動量が他の群の移動量よりも大きい構成」とすることができる（請求項８）。
【００２０】
この発明の拡大投射装置は、請求項１〜８の任意の１に記載の投射用ズームレンズを用いたことを特徴とする（請求項９）。
【００２１】
この発明の投射用ズームレンズにおける「各群の屈折率配分」は、第１群が負、第２群が正、第３群が負、第４群、第５群が「正または負」、第６群が正であり、第３群に「負の屈折力」を割り当てることにより、第２群において発生する球面収差を補正するようにしている。また、第２群により軸上光線高が低くなる位置にある第３群を負の屈折力とすることは、像面湾曲に関わりの大きいペッツバール和の減少にも有効である。
【００２２】
第４群には「他の群に比較して弱い屈折力」を割り当て、他の群で補正しきれない非点収差を適切な量に補正するようにしている。
【００２３】
第５群と第６群は全体として、基本的には縮小側（液晶パネル等のある側）において「軸外主光線を光軸とほぼ平行にし、テレセントリック性を実現する」ための構成であり、他に、倍率色収差の補正、像面が倒れるのを防ぐ役割も担っている。屈折力を第５群、第６群に割り振ることで、屈折率配分の自由度をもたせ、高性能なレンズを実現可能としている。
【００２４】
条件（１）は全長を長大化することなく、比較的長いバックフォーカスを確保するための条件で、上限を超えると、長いバックフォーカスの確保が困難となるか、レンズ全長を拡大しなければならなくなり、下限を超えると、第１群における収差が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
【００２５】
条件（２）は、変倍に際しての第２群の移動量と像性能を適切にするための条件であり、上限を超えると第２群の移動量を大きくするか、変倍比を小さく抑えなければならない。また、下限を超えると第２群での収差量が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
【００２６】
条件（３）は主に球面収差を小さく抑えるための条件であり、上限を超えると、望遠端での球面収差量が大きくなり、下限を超えると、広角端での球面収差量が大きくなる。
【００２７】
条件（４）は「縮小側でのテレセントリック性」を実現するための条件であり、上限を超えると、液晶パネルから発した軸外主光線が、投射レンズに向かうに従い光軸に近寄っていく傾向となる。逆に下限を超えると、同主光線が、投射レンズに向かうに従い光軸から離れていく傾向となる。いずれの場合も、スクリーン上での色ムラ、光量損失等の原因となりやすい。
【００２８】
請求項２記載の投射用ズームレンズでは、第２群を「拡大側から縮小側へ向って順に正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正レンズを含む構成」としている。複合レンズにより主として倍率色収差の補正を行い、続く正レンズに「第２群の正の屈折力の大部分」を担わせることにより、諸収差が大きくならないようにしつつ、小型で変倍比：約１．３程度を確保できるような適切な屈折力を与えることができる。
【００２９】
請求項３記載の投射用ズームレンズでは、第１群を「拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス負レンズ、負レンズを配した構成」としている。最も拡大側の正レンズは主として「レトロフォーカスタイプで原理的に発生してしまう負の歪曲収差」を補正し、歪曲収差を、その絶対値の最大値で０．６％程度と非常に小さく抑えることが可能となる。
【００３０】
上記メニスカス負レンズとそれに続く負レンズとは、レトロフォーカスタイプにおいて先行する負の屈折力を「レンズ性能を損なう」ことなく配分できる構成である。
【００３１】
請求項４記載の投射用ズームレンズでは、第１群を「拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス負レンズ、メニスカス正レンズ、負レンズを配した構成」としている。この構成において、拡大側から３番目のメニスカス正レンズで高次の非点収差を発生させることで、画角が大きくなると急激に増大する非点収差を補正し、より画像性能を高めることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置」の実施の１形態を示している。この投射用ズームレンズ（光軸を含む断面の端面形状により示している）を用いる拡大投射装置は、図の右側に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像Ｐを拡大して拡大側のスクリーンＳ上に投射結像させるものである。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００３３】
拡大投射装置の構成は「従来から知られたものと同様」である。即ち、図示されない光源側からの光は公知の適宜の手段により赤・緑・青に色分解され、ダイクロイックプリズムＰＲに近接して設けられた赤・緑・青用の液晶パネルを照射する。これら液晶パネルには赤画像・緑画像・青画像（図中、平面画像Ｐとして描いている）が個別的に表示され、光源側から照射される光束を強度変調する。
【００３４】
各液晶パネルで強度変調された光束はダイクロイックプリズムＰＲにより「色合成」されて投射用ズームレンズに入射し、スクリーンＳ上に平面画像Ｐのカラー拡大画像を投射結像させる。
【００３５】
投射用ズームレンズは、拡大側（図の左方）から縮小側（右方）へ向って順に第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５は「弱い負の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。
【００３６】
図２は、図１に示した投射用ズームレンズの「広角端」におけるレンズ配置、図３は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図２、図３から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は光軸方向の拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像ＰとスクリーンＳ面を共役に保つ。
【００３７】
図２、図３に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズを配した構成である。
【００３８】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００３９】
図４、図５に、投射用ズームレンズの実施の他の形態を、図２、図３に倣って示す。
【００４０】
この投射用ズームレンズは、縮小側（図の右側）に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像を拡大して拡大側のスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側（図の左方）から縮小側へ向って順に第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５は「弱い負の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００４１】
図４は、この実施の形態の「広角端」におけるレンズ配置、図５は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図４、図５から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は、光軸方向に拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像ＰとスクリーンＳ面を共役に保つ。
【００４２】
図４、図５に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、負レンズを配した構成である。
【００４３】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００４４】
図６、図７に、投射用ズームレンズの実施の他の形態を、図２、図３に倣って示す。
【００４５】
この投射用ズームレンズは、縮小側（図の右側）に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像を拡大して拡大側のスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側（図の左方）から縮小側へ向って順に、第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５も「弱い正の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００４６】
図６は、この実施の形態の「広角端」におけるレンズ配置、図７は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図６、図７から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は光軸方向の拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像とスクリーン面を共役に保つ。
【００４７】
図６、図７に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズを配した構成である。
【００４８】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００４９】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げる。
各実施例に示す各記号の意味は以下の通りである。
ｉ 拡大側（スクリーン側）から数えて第ｉ番目の面（絞りの面を含む）
IMG 液晶パネル面（平面画像が表示される面）
Ｒｉ 拡大側から数えて第ｉ番目のレンズ面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄｉ 拡大側から数えて第ｉ番目のレンズ面から第ｉ＋１番目の面までの軸上面間隔
Ｄｏ スクリーンから第１番目のレンズ面までの距離
ｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズ
Ｎｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率
Ｖｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのアッべ数 。
【００５０】
非球面形状の表現は以下の式による。
Ｚ：光軸方向の座標、ｈ：光軸直行方向の座標、Ｒｉ：軸上曲率半径、
Ｋ：円錐定数：、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：高次の係数
計算基準波長：５５０ｎｍ（緑色）。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
（＊）印をつけた面は非球面であり、非球面の各係数は以下のとおりである。
K = 158.155280
A =0.201233E-05 B =0.142569E-07 C =-0.122647E-09
D =0.412222E-12 。
【００５６】
【００５７】
実施例１〜３は何れも、全群中において第５群Ｇ５の屈折力が最も弱く、次いで第４群Ｇ４の屈折力が２番目に弱い。また、実施例３においては第４群に非球面（第２０面）が用いられ、実施例１〜３とも前記条件（１）〜（４）を満足している。
【００５８】
図８に実施例１に関する広角端における収差図、図９に実施例１に関する中間変倍位置における収差図、図１０に実施例１に関する望遠端における収差図を示す。図１１に実施例２に関する広角端における収差図、図１２に実施例２に関する中間変倍位置における収差図、図１３に実施例２に関する望遠端における収差図を示す。図１４に実施例３に関する広角端における収差図、図１５に実施例３に関する中間変倍位置における収差図、図１６に実施例３に関する望遠端における収差図を示す。
【００５９】
これらの収差図において「Ｇ」は波長５５０．０ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６２０．０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４６０．０ｎｍでの収差を意味し、「Ｓ」は波長５５０．０ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５５０．０ｎｍでのタンジェンシャル像面を表す。
【００６０】
Ｆナンバは各収差図に示したように、実施例１において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８３、望遠端で１．９７であり、実施例２において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８７、望遠端で１．９９であり、実施例３において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８７、望遠端で２．０２であり、各実施例とも、広角端・中間変倍位置・望遠端の何れにおいても良好な明るさを実現している。
【００６１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な投射用ズームレンズおよび拡大投射装置を実現できる。この発明の投射用ズームレンズは、各実施例に示されたように、３板式液晶プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズに求められる属性、即ち、焦点距離に比して長いバックフォーカス、液晶パネル側におけるテレセントリック性、小さいＦナンバー、倍率の色収差・歪曲収差の良好な補正、高いＭＴＦ、解像力を良好に備えている。
【００６２】
従って、この発明の投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置は、良好な画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズを用いた拡大投射装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】投射用ズームレンズの実施の１形態（実施例１）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図３】図２の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図４】投射用ズームレンズの実施の別形態（実施例２）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図５】図４の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図６】投射用ズームレンズの実施の他の形態（実施例３）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図７】図６の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図８】実施例１の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図９】実施例１の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１０】実施例１の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【図１１】実施例２の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図１２】実施例２の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１３】実施例２の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【図１４】実施例３の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図１５】実施例３の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１６】実施例３の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｇ６ 第６群
ＰＲ 色合成手段としてのダイクロイックプリズム
【発明の属する技術分野】
この発明は、投射用ズームレンズおよび拡大投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタはコンピュータのデータ表示用などに用いられ、広く普及してきている。なかでも、赤・青・緑の各色画像を３枚の液晶パネルに個別に表示する３板式液晶プロジェクタは、画像が高精細であることから普及率が高い。
【０００３】
３板式液晶プロジェクタにおける投射レンズは、最適なスクリーンサイズを容易に実現できるように、ズーム機能を有するものが一般的である。
３板式液晶プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズには、一般に以下のような属性が求められる。
【０００４】
３枚の液晶パネルにより強度変調された各色光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーといった色合成手段で合成するために、色合成手段を配備する空間が必要であり、この空間を確保できるように、焦点距離に比して長いバックフォーカスを有すること。
【０００５】
カラー画像の投射には、低電力で高い光利用効率を得ることが望ましいが、各色光の光路を合成するときに、色合成手段に入射する光の角度が画角により異なると色シェーディングを発生させ易いので、光源部から投射用ズームレンズに入射する光は「光軸に対して平行に近い光束」を用いるのが好ましい。このため、平行光束を効率良く投射用ズームレンズに取り込めるよう、縮小側、即ち、液晶パネル側においてテレセントリック性を持っていること。
【０００６】
低電力の光源でも明るい画像を提供できるように、光源からの光をなるべく多く取り込める「Ｆナンバーの小さい、明るいレンズ」であること。
【０００７】
スクリーン上で３色の画像を重ね合わせたときに、各色の画素が互いにずれると良好なカラー画像を実現できず、投射画像の辺縁部等に緑、青、赤などの縁が現れて像質が損なわれるので、このような現象を軽減できるように倍率の色収差が小さく抑えられていること。
【０００８】
投射画像の輪郭が歪んで見苦しくならないように、歪曲収差が許容できる範囲に抑えられていること。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記諸属性を良好に実現した投射用ズームレンズ、この投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用ズームレンズは「平面画像を拡大してスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズ」である。上記「平面画像」は、一般に液晶パネル上に表示される画像である。
【００１１】
この発明の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側から縮小側に向かって、第１群ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。
【００１２】
第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力、第４群Ｇ４、第５群Ｇ５は「正もしくは負の屈折力」、第６群Ｇ６は正の屈折力をそれぞれ有している。
【００１３】
変倍に際しては、第１群及び第６群が固定であり、第２群、第３群、第４群、及び第５群が光軸方向に移動を行い、投射距離が変化する際に、第１群の光軸方向への移動により平面画像とスクリーン面が共役に保たれる。
そして、全系の広角端における焦点距離：ｆｗ、第１群の焦点距離：ｆ １ 、第２群の焦点距離：ｆ ２ 、第３群の焦点距離：ｆ ３ 、第６群の焦点距離：ｆ ６ が、条件：
（１） 1.4 ＜｜ｆ １ ｜／ｆｗ＜ 1.8
（２） 0.8 ＜ｆ ２ ／ｆｗ＜ 1.1
（３） 1.4 ＜｜ｆ ３ ｜／ｆｗ＜ 2.1
（４） 1.6 ＜ｆ ６ ／ｆｗ＜ 2.0
を満足する（請求項１）。
【００１４】
この請求項１記載の投射用ズームレンズにおける「第２群」は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含むことができる（請求項２）。
【００１５】
請求項１または２記載の投射用ズームレンズの「第１群」は、拡大側から縮小側へ向って順に「正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、負レンズ」を配した構成であることもできるし（請求項３）、拡大側から縮小側へ向って順に「正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズ」を配した構成であることもできる（請求項４）。
【００１６】
上記請求項１〜４に記載の投射用ズームレンズは何れも「全群中において、第５群の屈折力が最も弱く、次いで、第４群の屈折力が２番目に弱い」構成である。
【００１７】
上記請求項１〜４の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいては、第４群に非球面を用いることができる（請求項５）。
【００１８】
上記請求項１〜５の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、第３群を「１枚の負の単レンズで構成」することができ（請求項６）、上記請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、第４群を「１枚の単レンズで構成」することができる（請求項７）。
【００１９】
上記請求項１〜７の任意の１に記載の投射用ズームレンズは「変倍時の移動群である第２群から第５群の中で、第２群の移動量が他の群の移動量よりも大きい構成」とすることができる（請求項８）。
【００２０】
この発明の拡大投射装置は、請求項１〜８の任意の１に記載の投射用ズームレンズを用いたことを特徴とする（請求項９）。
【００２１】
この発明の投射用ズームレンズにおける「各群の屈折率配分」は、第１群が負、第２群が正、第３群が負、第４群、第５群が「正または負」、第６群が正であり、第３群に「負の屈折力」を割り当てることにより、第２群において発生する球面収差を補正するようにしている。また、第２群により軸上光線高が低くなる位置にある第３群を負の屈折力とすることは、像面湾曲に関わりの大きいペッツバール和の減少にも有効である。
【００２２】
第４群には「他の群に比較して弱い屈折力」を割り当て、他の群で補正しきれない非点収差を適切な量に補正するようにしている。
【００２３】
第５群と第６群は全体として、基本的には縮小側（液晶パネル等のある側）において「軸外主光線を光軸とほぼ平行にし、テレセントリック性を実現する」ための構成であり、他に、倍率色収差の補正、像面が倒れるのを防ぐ役割も担っている。屈折力を第５群、第６群に割り振ることで、屈折率配分の自由度をもたせ、高性能なレンズを実現可能としている。
【００２４】
条件（１）は全長を長大化することなく、比較的長いバックフォーカスを確保するための条件で、上限を超えると、長いバックフォーカスの確保が困難となるか、レンズ全長を拡大しなければならなくなり、下限を超えると、第１群における収差が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
【００２５】
条件（２）は、変倍に際しての第２群の移動量と像性能を適切にするための条件であり、上限を超えると第２群の移動量を大きくするか、変倍比を小さく抑えなければならない。また、下限を超えると第２群での収差量が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
【００２６】
条件（３）は主に球面収差を小さく抑えるための条件であり、上限を超えると、望遠端での球面収差量が大きくなり、下限を超えると、広角端での球面収差量が大きくなる。
【００２７】
条件（４）は「縮小側でのテレセントリック性」を実現するための条件であり、上限を超えると、液晶パネルから発した軸外主光線が、投射レンズに向かうに従い光軸に近寄っていく傾向となる。逆に下限を超えると、同主光線が、投射レンズに向かうに従い光軸から離れていく傾向となる。いずれの場合も、スクリーン上での色ムラ、光量損失等の原因となりやすい。
【００２８】
請求項２記載の投射用ズームレンズでは、第２群を「拡大側から縮小側へ向って順に正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正レンズを含む構成」としている。複合レンズにより主として倍率色収差の補正を行い、続く正レンズに「第２群の正の屈折力の大部分」を担わせることにより、諸収差が大きくならないようにしつつ、小型で変倍比：約１．３程度を確保できるような適切な屈折力を与えることができる。
【００２９】
請求項３記載の投射用ズームレンズでは、第１群を「拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス負レンズ、負レンズを配した構成」としている。最も拡大側の正レンズは主として「レトロフォーカスタイプで原理的に発生してしまう負の歪曲収差」を補正し、歪曲収差を、その絶対値の最大値で０．６％程度と非常に小さく抑えることが可能となる。
【００３０】
上記メニスカス負レンズとそれに続く負レンズとは、レトロフォーカスタイプにおいて先行する負の屈折力を「レンズ性能を損なう」ことなく配分できる構成である。
【００３１】
請求項４記載の投射用ズームレンズでは、第１群を「拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス負レンズ、メニスカス正レンズ、負レンズを配した構成」としている。この構成において、拡大側から３番目のメニスカス正レンズで高次の非点収差を発生させることで、画角が大きくなると急激に増大する非点収差を補正し、より画像性能を高めることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は「投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置」の実施の１形態を示している。この投射用ズームレンズ（光軸を含む断面の端面形状により示している）を用いる拡大投射装置は、図の右側に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像Ｐを拡大して拡大側のスクリーンＳ上に投射結像させるものである。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００３３】
拡大投射装置の構成は「従来から知られたものと同様」である。即ち、図示されない光源側からの光は公知の適宜の手段により赤・緑・青に色分解され、ダイクロイックプリズムＰＲに近接して設けられた赤・緑・青用の液晶パネルを照射する。これら液晶パネルには赤画像・緑画像・青画像（図中、平面画像Ｐとして描いている）が個別的に表示され、光源側から照射される光束を強度変調する。
【００３４】
各液晶パネルで強度変調された光束はダイクロイックプリズムＰＲにより「色合成」されて投射用ズームレンズに入射し、スクリーンＳ上に平面画像Ｐのカラー拡大画像を投射結像させる。
【００３５】
投射用ズームレンズは、拡大側（図の左方）から縮小側（右方）へ向って順に第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５は「弱い負の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。
【００３６】
図２は、図１に示した投射用ズームレンズの「広角端」におけるレンズ配置、図３は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図２、図３から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は光軸方向の拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像ＰとスクリーンＳ面を共役に保つ。
【００３７】
図２、図３に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズを配した構成である。
【００３８】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００３９】
図４、図５に、投射用ズームレンズの実施の他の形態を、図２、図３に倣って示す。
【００４０】
この投射用ズームレンズは、縮小側（図の右側）に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像を拡大して拡大側のスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側（図の左方）から縮小側へ向って順に第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５は「弱い負の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００４１】
図４は、この実施の形態の「広角端」におけるレンズ配置、図５は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図４、図５から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は、光軸方向に拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像ＰとスクリーンＳ面を共役に保つ。
【００４２】
図４、図５に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、負レンズを配した構成である。
【００４３】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００４４】
図６、図７に、投射用ズームレンズの実施の他の形態を、図２、図３に倣って示す。
【００４５】
この投射用ズームレンズは、縮小側（図の右側）に配置される液晶パネル（図示されず）に表示される平面画像を拡大して拡大側のスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側（図の左方）から縮小側へ向って順に、第１ないし第６群Ｇ１〜Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は負の屈折力を持つ。第４群Ｇ４は「弱い正の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５も「弱い正の屈折力」を持ち、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。符号ＰＲは「色合成手段としてのダイクロイックプリズム」を示す。
【００４６】
図６は、この実施の形態の「広角端」におけるレンズ配置、図７は「望遠端」におけるレンズ配置を示す。図６、図７から分かるように、変倍に際して、第１群Ｇ１及び第６群Ｇ６が固定である。広角端から望遠端への変倍に際しては、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４、及び第５群Ｇ５は光軸方向の拡大側へ移動する。投射距離が変化する際には、第１群Ｇ１を光軸方向へ移動させて、平面画像とスクリーン面を共役に保つ。
【００４７】
図６、図７に示した実施の形態では、第２群Ｇ２が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含み、第１群Ｇ１は、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズを配した構成である。
【００４８】
第３群Ｇ３は「１枚の負の単レンズ」で構成され、第４群Ｇ４も「１枚の単レンズ」で構成される。さらに、変倍時の移動群である第２群Ｇ２〜第５群Ｇ５の中で、第２群Ｇ２の移動量が他の群の移動量よりも大きい。
【００４９】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げる。
各実施例に示す各記号の意味は以下の通りである。
ｉ 拡大側（スクリーン側）から数えて第ｉ番目の面（絞りの面を含む）
IMG 液晶パネル面（平面画像が表示される面）
Ｒｉ 拡大側から数えて第ｉ番目のレンズ面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄｉ 拡大側から数えて第ｉ番目のレンズ面から第ｉ＋１番目の面までの軸上面間隔
Ｄｏ スクリーンから第１番目のレンズ面までの距離
ｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズ
Ｎｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率
Ｖｊ 拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのアッべ数 。
【００５０】
非球面形状の表現は以下の式による。
Ｋ：円錐定数：、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：高次の係数
計算基準波長：５５０ｎｍ（緑色）。
（＊）印をつけた面は非球面であり、非球面の各係数は以下のとおりである。
K = 158.155280
A =0.201233E-05 B =0.142569E-07 C =-0.122647E-09
D =0.412222E-12 。
【００５６】
実施例１〜３は何れも、全群中において第５群Ｇ５の屈折力が最も弱く、次いで第４群Ｇ４の屈折力が２番目に弱い。また、実施例３においては第４群に非球面（第２０面）が用いられ、実施例１〜３とも前記条件（１）〜（４）を満足している。
【００５８】
図８に実施例１に関する広角端における収差図、図９に実施例１に関する中間変倍位置における収差図、図１０に実施例１に関する望遠端における収差図を示す。図１１に実施例２に関する広角端における収差図、図１２に実施例２に関する中間変倍位置における収差図、図１３に実施例２に関する望遠端における収差図を示す。図１４に実施例３に関する広角端における収差図、図１５に実施例３に関する中間変倍位置における収差図、図１６に実施例３に関する望遠端における収差図を示す。
【００５９】
これらの収差図において「Ｇ」は波長５５０．０ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６２０．０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４６０．０ｎｍでの収差を意味し、「Ｓ」は波長５５０．０ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５５０．０ｎｍでのタンジェンシャル像面を表す。
【００６０】
Ｆナンバは各収差図に示したように、実施例１において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８３、望遠端で１．９７であり、実施例２において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８７、望遠端で１．９９であり、実施例３において、広角端で１．７、中間変倍位置で１．８７、望遠端で２．０２であり、各実施例とも、広角端・中間変倍位置・望遠端の何れにおいても良好な明るさを実現している。
【００６１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な投射用ズームレンズおよび拡大投射装置を実現できる。この発明の投射用ズームレンズは、各実施例に示されたように、３板式液晶プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズに求められる属性、即ち、焦点距離に比して長いバックフォーカス、液晶パネル側におけるテレセントリック性、小さいＦナンバー、倍率の色収差・歪曲収差の良好な補正、高いＭＴＦ、解像力を良好に備えている。
【００６２】
従って、この発明の投射用ズームレンズを用いる拡大投射装置は、良好な画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズを用いた拡大投射装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】投射用ズームレンズの実施の１形態（実施例１）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図３】図２の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図４】投射用ズームレンズの実施の別形態（実施例２）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図５】図４の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図６】投射用ズームレンズの実施の他の形態（実施例３）の広角端におけるレンズ配置を示す図である。
【図７】図６の投射用ズームレンズの望遠端におけるレンズ配置を示す図である。
【図８】実施例１の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図９】実施例１の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１０】実施例１の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【図１１】実施例２の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図１２】実施例２の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１３】実施例２の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【図１４】実施例３の投射用ズームレンズに関する広角端における収差図である。
【図１５】実施例３の投射用ズームレンズに関する中間変倍位置における収差図である。
【図１６】実施例３の投射用ズームレンズに関する望遠端における収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｇ６ 第６群
ＰＲ 色合成手段としてのダイクロイックプリズム
Claims (9)
- 平面画像を拡大してスクリーン上に投射結像させる投射用ズームレンズであって、
拡大側から縮小側へ向って順に第１ないし第６群を配してなり、第１群は負の屈折力、第２群は正の屈折力、第３群は負の屈折力、第４群、第５群は正もしくは負の屈折力、第６群は正の屈折力をそれぞれ有し、全群中において、第５群の屈折力が最も弱く、次いで、第４群の屈折力が２番目に弱く、
変倍に際して第１群及び第６群が固定であり、第２群、第３群、第４群、及び第５群が光軸方向に移動を行い、
投射距離が変化する際に、第１群の光軸方向への移動により平面画像とスクリーン面が共役に保たれ、
全系の広角端における焦点距離：ｆｗ、第１群の焦点距離：ｆ１、第２群の焦点距離：ｆ２、第３群の焦点距離：ｆ３、第６群の焦点距離：ｆ６が、条件：
（１） 1.4＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜1.8
（２） 0.8＜ｆ２／ｆｗ＜1.1
（３） 1.4＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜2.1
（４） 1.6＜ｆ６／ｆｗ＜2.0
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、
第２群が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズと負レンズからなる複合レンズ、正の単レンズを含むことを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１または２記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１群が、拡大側から縮小側へ向って順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、負レンズを配した構成であることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１または２記載の投射用ズームレンズにおいて、
第１群が、拡大側から縮小側へ向かって順に、正レンズ、メニスカス形状の負レンズ、メニスカス形状の正レンズ、負レンズを配した構成であることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１〜４の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第４群に非球面を用いたことを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１〜５の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第３群が１枚の負の単レンズで構成されることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
第４群が１枚の単レンズで構成されることを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１〜７の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
変倍時の移動群である第２群から第５群の中で、第２群の移動量が他の群の移動量よりも大きいことを特徴とする投射用ズームレンズ。 - 請求項１〜８の任意の１に記載の投射用ズームレンズを用いたことを特徴とする拡大投射装置。
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