JP4700957B2

JP4700957B2 - ズームレンズシステム

Info

Publication number: JP4700957B2
Application number: JP2004350345A
Authority: JP
Inventors: 章澤本
Original assignee: Nitto Optical Co Ltd
Current assignee: Nitto Optical Co Ltd
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP2006162700A

Description

本発明は、複数のレンズ群を備えたズームレンズシステムに関するものである。

画像をスクリーンに投影する投写用レンズシステム、また、物体の画像を撮像面に形成するカメラ用レンズシステムにおいて、焦点調整のための機構は必須である。焦点調整の機構としては、最も物体側あるいはスクリーン側の前群のレンズ群だけを移動する機構の他に、前群以外のレンズ群を移動して焦点調整を行なうインナーフォーカス方式が知られている。絞りより前方のレンズ群を移動して焦点調整を行なうことをインナーフォーカス方式と呼び、絞りより後方のレンズ群を移動して焦点調整を行なうことをリアフォーカス方式と呼ぶ場合もあるが、本明細書においては、これらを総称してインナーフォーカス方式と呼ぶことにする。

インナーフォーカス方式は、焦点調整するときにレンズ長が変わらないようにできるので、レンズを保持する機構が簡易になるという長所を備えている。さらに、ズームレンズシステムにおいては、広角になればなるほど前群が大きくなるが、インナーフォーカス方式であれば、大きな前群を駆動しなくて済むので、焦点調整のための駆動機構の負荷を低減できるというメリットも備えている。このため、焦点調整を高速で行なうことが可能となり、オートフォーカスに要する時間を短縮できるというメリットも得られる。例えば、特許文献１には、最も物体側の第１レンズ群に続く第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行なうズームレンズが開示されている。
特開２００２−１３１６４２号公報特開２００４−３０９７６１号公報

しかしながら、変倍用のレンズを移動させてフォーカシングを行なうと、変倍の精度が低下することになり、所定の収差補正能力が得られない可能性がある。逆に、変倍を優先させると、フォーカシングの精度が不足し、この場合も鮮明な画像が得られない可能性がある。これに対し、特許文献２は、変倍するときには動かないフォーカス群を設けて、そのフォーカス群を複数のレンズ群に分け、後方のレンズ群を移動することによりインナーフォーカスを行なう構成にしている。この方式は、インナーフォーカスでありながら制御も簡単であるというメリットはある。しかしながら、レンズシステムを構成する複数のレンズ群の内、変倍に寄与しないレンズ群が多くなり、変倍の際の収差補正能力を確保することが難しい。

そこで、本発明においては、変倍の精度と、フォーカシングの精度を両立させることができる、インナーフォーカス方式のズームレンズシステムを提供することを目的としている。また、インナーフォーカス方式は、カメラレンズでは採用されているが、画像をスクリーンに投影する投写用のズームレンズシステムでは採用された例が見当たらない。そこで、本発明においては、さらに、収差補正能力の高い投写用のズームレンズシステムを提供することを目的としている。

このため、本発明においては、複数のレンズ群を有し、それら複数のレンズ群の一部の複数のレンズ群は、変倍するときは、１つの群として同期して動き、焦点調整するときは、一部の複数のレンズ群が独立して、または、一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみが動く、ズームレンズシステムを提供する。このズームレンズシステムにおいて、変倍するときに１つの群として同期して動く、一部の複数のレンズ群は、変倍の収差補正の設計においては１つのレンズ群として取り扱われる。したがって、変倍するときの収差補正性能は、一部の複数のレンズ群全体の動きによって担保される。変倍したのち、焦点調整するときは、一部の複数のレンズ群が独立して動き、あるいは、一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみが動く。焦点調整のためのレンズ群の動きは微少であり、変倍するときの、一部の複数のレンズ群全体の動きに比較すれば小さい。このため、一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群を動かしても、ズームレンズシステムを構成する複数のレンズ群の中での、一部の複数のレンズ群全体の相対的な位置精度はそれほど劣化しない。したがって、変倍の収差補正精度を殆ど劣化させずに、精度良く焦点調整することができる。

このズームレンズシステムの上記一部の複数のレンズ群は、当該ズームレンズシステムの内部のレンズ群であり、複数のレンズ群の内、両端のレンズ群は固定されている。変倍精度を劣化させずに、焦点調整能力を向上できるので、変倍を主として担当する内部のレンズ群に適用することにより、変倍精度を劣化させずに、インナーフォーカス方式を採用することができるという大きな効果が得られる。

そして、複数のレンズ群の内、両端のレンズ群は固定することにより、インナーフォーカス方式としてのメリット、すなわち、レンズの保持性が良好になり、オートフォーカスの負荷が低減して高速化が図れるなどのメリットを得ることができる。また、インナーフォーカス方式の場合、内部のレンズが焦点調整のために動くことにより低下する収差補正性能を補償するために他のレンズ群が同時に移動するフローティング方式と呼ばれる方法が採用されることがある。本発明において、この方式を合わせて採用することも可能である。しかしながら、本発明においては、変倍するときには、一部の複数のレンズ群が同期して１つのレンズ群として移動し、焦点調整の際は、その一部の複数のレンズ群のみが移動する方式であり、焦点調整における収差補正性能の低下は少ない。したがって、焦点調整するときに他のレンズ群を合わせて移動するまで複雑なシステムを採用しなくても十分な収差補正性能を得ることができる。

このように、本発明のズームレンズシステムは、変倍時の精度と、焦点調整時の精度とを合わせて持ったシステムである。したがって、本発明のズームレンズシステムと、ズームレンズシステムを介して画像を出力する画像処理装置とを有する光学機器は、ズーミングが可能で、ズーミング（変倍）したときに鮮明な画像を取得し、または出力することができる。

また、本発明は、複数のレンズ群を有するズームレンズシステムの制御方法であって、複数のレンズ群の一部の複数のレンズ群を、変倍するために、１つの群として同期して動かす工程と、焦点調整するために、一部の複数のレンズ群を、独立して、または、一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみを動かす工程とを有する、制御方法を含む。さらに、本発明は、複数のレンズ群を有するズームレンズシステムの制御機構であって、複数のレンズ群の一部の複数のレンズ群を、変倍するために、１つの群として同期して動かす手段と、焦点調整するために、一部の複数のレンズ群を、独立して、または、一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみを動かす手段とを有する、制御機構を含む。

本発明のズームレンズシステムは、光を変調して画像を生成する画像生成装置からの投影光をスクリーンに投写する投写用のズームレンズに適用可能である。例えば、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群と、正の屈折力の第４のレンズ群と、負の屈折力の第５のレンズ群と、正の屈折力の第６のレンズ群と、正の屈折力の第７のレンズ群とを有する７群のズームレンズシステムにおいては、第２のレンズ群および第３のレンズ群により、変倍するときに１つのレンズ群として動く、一部の複数のレンズ群を構成し、焦点調整のときは、第３のレンズ群のみが移動する、インナーフォーカス方式を採用することができる。

この投写用のズームレンズシステムにおいては、両端の第１のレンズおよび第７のレンズ群を固定し第４および第５のレンズ群を動かし、さらに、第２および第３を１つの群として動かしてズーミングを行い、さらに、第３のレンズ群を動かしてフォーカシングを行う。このため、本発明の投写用のズームレンズシステムは、ズーミング（変倍）およびフォーカシングの精度をそれぞれ向上できる。したがって、ズームレンズシステムの製造過程での歩留まりを向上できるので、レンズ群を制御する機構は多少複雑になるとしても、そのコストアップを十分に吸収でき、トータル的にはコストアップすることなく、本発明のズームレンズシステムを提供できる。

したがって、本発明の投写用のズームレンズシステムと、ＤＭＤや液晶パネル等の画像生成装置とを有するプロジェクタ装置は、ズーミングが可能で、変倍時の画像を鮮明に映し出すことができる。

投写用のズームレンズシステムにおいては、第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、ズームレンズシステムの広角端における全体の焦点距離ｆｗとが次の条件（Ａ）を満たす。
０．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜１．５・・・（Ａ）

この条件（Ａ）の上限を超えると、第１のレンズ群の負のパワーが弱くなりすぎて、コマ収差の補正が困難となり良好な光学特性を確保することが難しい。さらに、この条件（Ａ）の下限を超えると、第１のレンズ群の負のパワーが強くなりすぎて、球面収差、コマ収差の補正が困難となり良好な光学特性を確保することが難しい。

また、第６のレンズ群の合成焦点距離ｆ６と、ズームレンズシステムの広角端における全体の焦点距離ｆｗとが次の条件（Ｂ）を満たす。
２．０＜ｆ６／ｆｗ＜３．５・・・（Ｂ）

この条件（Ｂ）の上限を超えると、第６のレンズ群のパワーが弱くなりすぎて、全長が長くなり、小型化と収差補正とを両立させることが難しい。また、条件（Ｂ）の下限を超えると、第６のレンズ群のパワーが強くなりすぎて、収差補正が難しくなる。したがって、条件（Ｂ）を満足することにより、コンパクトで結像性能のより良い投写用のズームレンズを提供できる。

さらに、第２のレンズ群のズーミングの移動量Δｄ２、すなわち、第２のレンズ群が第３のレンズ群と共に一体となって移動するレンズシステムにおいては、第２のレンズ群および第３のレンズ群のズーミングの移動量Δｄ２と、当該ズームレンズシステムの広角端における全体の焦点距離ｆｗとが次の条件（Ｃ）を満たす。
０．１＜ Δｄ２／ｆｗ＜０．２５・・・（Ｃ）

条件（Ｃ）の上限を超えると、第２のレンズ群および第３のレンズ群のパワーが弱くなりすぎるので全長が長くなり、小型化と収差補正とを両立させることが難しい。また、条件（Ｃ）の下限を超えると、第２のレンズ群および第３のレンズ群のパワーが強くなり収差補正が困難になる。

また、第２のレンズ群の変倍の移動量Δｄ２と、一群として変倍中に移動する第２のレンズ群および第３のレンズ群との合成焦点距離ｆ２３とが次の条件（Ｄ）を満たす。
Δｄ２／ｆ２３＜０．０７・・・（Ｄ）
条件（Ｄ）の上限を超えると、フォーカス性能が低下する。

さらに、第２のレンズ群の変倍の移動量Δｄ２と、フォーカスの時に移動する第３のレンズ群の焦点距離ｆ３とが次の条件（Ｅ）を満たす。
Δｄ２／ｆ３＜０．０３５・・・（Ｅ）
条件（Ｅ）の上限を超えると、フォーカス性能が低下する。

これらの条件（Ａ）〜（Ｅ）は、スクリーン側から順に、負−正−正−正−負−正−正の７群のズームレンズシステムであって、第３のレンズ群が焦点調整のために移動するインナーフォーカスレンズにおいて、焦点調整機能と、収差補正機能とが両立したズームレンズシステムを提供するのに適した条件である。すなわち、本発明においては、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群と、正の屈折力の第４のレンズ群と、負の屈折力の第５のレンズ群と、正の屈折力の第６のレンズ群と、正の屈折力の第７のレンズ群とを有し、画像生成装置からの投影光をスクリーンに投写する投写用のズームレンズシステムであって、変倍するときは、両端のレンズ群は固定され、他のレンズ群が移動し、焦点調整のときは、第３のレンズ群のみが移動するズームレンズシステムを提供する。そして、この７群のズームレンズシステムは、上記条件（Ａ）〜（Ｅ）を満たす。

（第１の実施例）
図１に、本発明に係るズームレンズシステムを中心としたプロジェクタ装置の概要を示してある。このプロジェクタ１は、外部のスクリーン９に画像を投影するものであり、光を変調して画像を生成する画像生成装置（ライトバルブ）であるＬＣＤ２と、画像を色合成するプリズム３と、合成された投影光をスクリーン９に向けて投写するためのズームレンズシステム５とを備えている。画像生成装置は、自発光タイプであっても良いが、多くの場合は投写するには光量が不足するので、図１に示されていないが、ハロゲンランプなどからなる光源を備えている。

ズームレンズシステム５は、スクリーン９の側から順番に７つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ７にグループ化された１６枚のレンズＬ１１〜Ｌ７１により構成されている。ズームレンズシステム５は、これらのレンズ群Ｇ１〜Ｇ７の動きを制御する制御機構１０をさらに備えている。制御機構１０は、レンズシステム５を構成する複数のレンズ群Ｇ１〜Ｇ７の内、両端のレンズ群Ｇ１およびＧ７を除くレンズ群Ｇ２〜Ｇ６を変倍するために移動する変倍用の移動機構１１を備えている。この変倍用の移動機構１１は、一部の複数のレンズ群Ｇ２およびＧ３を、変倍するときは、１つの群（レンズ群Ｇ２３）として同期して動かす。さらに、制御機構１０は、焦点調整するために、変倍のためには１つの群として同期して動かした一部の複数のレンズ群Ｇ２およびＧ３の内、第３のレンズ群Ｇ３のみを動かす焦点調整用の移動機構１２を備えている。制御機構１０は、さらに、これらの移動機構１１および１２を駆動するステッピングモータ１３および１４と、モータ１３および１４を制御するコントロールユニット１５とを備えている。コントロールユニット１５は、図２に示すように、変倍のために、レンズ群Ｇ２〜Ｇ６を所定の関係を持って動かし、そのときに、レンズ群Ｇ２およびＧ３を１つの群として同期して動かすステップ１６と、焦点調整するために、レンズ群Ｇ３のみを動かすステップ１７とを順次行い、所望の変倍率の画像を鮮明にスクリーン９に映し出すようにする。

図３に、ズームレンズシステム５のレンズ構成を示してある。図３（ａ）は、拡大表示する状態である広角端における各レンズの配置を示し、図３（ｂ）は、標準状態である望遠端における各レンズの配置を示してある。ズームレンズシステム５は、スクリーン９の側から順番に、負−正−正−正−負−正−正の屈折力の７つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ７を備えており、全体としてレトロフォーカス型で、画像生成装置であるＬＣＤ２の画像入力側がテレセントリックになり、ＬＣＤ２により生成された画像を鮮明に投影できる構成となっている。

まず、スクリーン９の側の第１のレンズ群Ｇ１は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン側（前方）から、スクリーン９の側に凸の正のメニスカスレンズＬ１１と、スクリーン９の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１２と、同じくスクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１３と、両凹の負レンズＬ１４との４枚のレンズによって構成されている。

第２のレンズ群Ｇ２は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１の一枚により構成されている。変倍（ズーミング）のときには、この第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３は、同期して１つのレンズ群Ｇ２３として移動するが、焦点調整（フォーカシング）のときには、第２のレンズ群は動かず、第３のレンズ群Ｇ３のみ移動する。第３のレンズ群Ｇ３は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、ダブレットをなすスクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ３１および両凸の正レンズＬ３２によって構成されている。

第４のレンズ群Ｇ４は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側に両凸の正レンズＬ４１の一枚構成である。絞りＳを挟んで、第５のレンズ群Ｇ５は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、ダブレットをなす、スクリーン９の側に凹の正のメニスカスレンズＬ５１および両凹の負レンズＬ５２とによって構成されている。

第６のレンズ群Ｇ６は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側がほぼ平らな正レンズＬ６１と、ダブレットをなす両凹の負レンズＬ６２および両凸の正レンズＬ６３と、スクリーン９の側に凹の正のメニスカスレンズＬ６４と、両凸の正レンズＬ６５とによって構成されている。

最もＬＣＤ２の側の第７のレンズ群Ｇ７は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側に凸の正のメニスカスレンズＬ７１の一枚レンズにより構成され、トータルでレンズＬ１１〜Ｌ７１の１６枚のレンズによりズームレンズシステム５が構成されている。

図３に示すように、広角端から望遠端に変倍するときに、本例のズームレンズシステム５は、第１のレンズ群Ｇ１および第７のレンズ群Ｇ７は固定されている。第２のレンズ群Ｇ２は、上述したように、ズーミング（変倍）の際には、第３のレンズ群Ｇ３と一体となってスクリーン９の側に移動する。さらに、第４のレンズ群Ｇ４、第５のレンズ群および第６のレンズ群もそれぞれスクリーン９の側に所定の比率で移動する。

そして、フォーカシングする際には、第２のレンズ群Ｇ２は動かず、第３のレンズ群Ｇ３のみを前後に移動してフォーカシングするインナーフォーカス方式が採用されている。

一方、本例のレンズシステム５は、ズーミング（変倍）のときには、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３が一体でレンズ群Ｇ２３として移動する。

以下に示すレンズデータにおいて、Ｒｄｙはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの曲率半径（ｍｍ）、Ｔｈｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ｎｄはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、ｖｄはスクリーン側から順番に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。また、ＩＮＦＩＮＩＴＹおよびＦＬＡＴは平面を示している。

さらに、変倍により変化する距離を、それぞれ第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズＧ２との距離ｄ２、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との距離ｄ３、第３のレンズ群Ｇ３と第４のレンズ群Ｇ４との距離ｄ４、第４のレンズ群Ｇ４と第５のレンズ群Ｇ５との距離ｄ５、第５のレンズ群Ｇ５と第６のレンズ群Ｇ６との距離ｄ６、第６のレンズ群Ｇ６と第７のレンズ群Ｇ７との距離ｄ７としている。なお、絞りＳは第５のレンズ群Ｇ５のスクリーン側に配置されており、第５のレンズ群Ｇ５と共に移動するので、距離ｄ５は、第４のレンズ群Ｇ４と絞りＳとの間隔を示している。また、最もスクリーン側のレンズＬ１１のスクリーン側の面とスクリーン９との距離が２８５０ｍｍのときの値を示している。他の実施例についても同様である。

レンズデータ（Ｎｏ１）
No. Rdy Thi nd vd
1 128.20500 10.83 1.83500 42.98 レンズＬ１１
2 502.57800 0.32
3 89.67700 2.50 1.62041 60.34 レンズＬ１２
4 46.62600 12.86
5 234.02700 2.50 1.83500 42.98 レンズＬ１３
6 64.27900 14.14
7 -99.64500 2.50 1.83500 42.98 レンズＬ１４
8 133.44800 ｄ２（可変）
9 -1151.39900 6.82 1.80518 25.46 レンズＬ２１
10 -117.26800 ｄ３（固定）
11 -3577.44400 2.50 1.84666 23.78 レンズＬ３１
12 51.72100 17.89 1.80610 33.27 レンズＬ３２
13 -161.77900 ｄ４（可変）
14 77.72000 8.76 1.72342 37.99 レンズＬ４１
15 -277.26600 16.77
16 FLAT ｄ５（可変）絞りＳ
17 -99.22800 6.06 1.84666 23.78 レンズＬ５１
18 -28.12700 2.92 1.83400 37.34 レンズＬ５２
19 80.78900 ｄ６（可変）
20 13571.72500 6.16 1.48749 70.44 レンズＬ６１
21 -43.58800 2.43
22 -34.16600 2.62 1.84666 23.78 レンズＬ６２
23 129.87400 8.64 1.48749 70.44 レンズＬ６３
24 -59.71200 0.25
25 -428.95400 7.42 1.49700 81.61 レンズＬ６４
26 -66.23300 0.25
27 1189.29200 11.87 1.49700 81.61 レンズＬ６５
28 -54.55700 ｄ７（可変）
29 98.22200 7.25 1.80518 25.46 レンズＬ７１
30 1195.39700 1.56
31 FLAT 62.20 1.51680 64.20 プリズム３

それぞれのレンズ群の間隔（ｍｍ）は以下の通りである。
広角端中間望遠端
ｄ２１５．０７１２．８０１１．２１
ｄ３１０．００１０．００１０．００
ｄ４２８．２０１８．９８６．０３
ｄ５１４．９１２０．００２７．３４
ｄ６１２．０５９．２１５．１０
ｄ７０．５０９．７４２１．０４

また、それぞれのレンズ群の焦点距離（ｍｍ）は以下の通りである。
ｆｗ（広角端における全体の焦点距離）：３５．７０２
ｆｔ（望遠端における全体の焦点距離）：４９．６０１
変倍率：１．３９
バックフォーカス：９４．０５
半画角：３０．３０
ｆ１（第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離）：−３８．１７
ｆ２３（第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３の合成焦点距離）：１０３．５９
ｆ２（第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離（レンズ群Ｇ２３のズーム成分））：１６０．３５
ｆ３（第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離（レンズ群Ｇ２３のフォーカス成分））：２５０．００
ｆ６（第６のレンズ群Ｇ６の合成焦点距離）：９１．５０８
Δｄ２（第２のレンズ群Ｇ２（レンズ群Ｇ２３）のズーミングの移動量）：３．８６

したがって、上記の式（Ａ）〜（Ｅ）に定義した条件は以下のようになる。
条件（Ａ）（｜ｆ１／ｆｗ｜）：１．０６９
条件（Ｂ）（ｆ６／ｆｗ）：２．５６３
条件（Ｃ）（Δｄ２／ｆｗ）：０．１０８
条件（Ｄ）（Δｄ２／ｆ２３）：０．０３７
条件（Ｅ）（Δｄ２／ｆ３）：０．０１５

したがって、本例のズームレンズシステム５は、各条件（Ａ）〜（Ｅ）を満たすものであり、第１のレンズ群のパワーおよび第６のレンズ群のパワーが適切な範囲に設定されており、図４から図７に示すように、広角端から望遠端の範囲で良好な収差補正性能が得られている。また、焦点調整能力も高い。このため、本例のズームレンズシステム５は、半画角が３０°以上の広角レンズでありながら、変倍率が１．３９と高変倍率であり、さらに、バックフォーカスが９４．０５と十分に長く、広角端から望遠端まで高い光学性能が得られるものとなっている。

図４に、この投写用ズームレンズ５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図５に望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図６および図７に、広角端および望遠端における、球面収差（単位はｍｍ）を横収差図により示してある。球面収差は、６２０．０ｎｍ（破線）、５５０．０ｎｍ（実線）および４５０．０ｎｍ（一点鎖線）の各波長における値を示している。また、非点収差および横収差図においては、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示してある。

本例のズームレンズシステム５は、変倍するときには、第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３を同期して１つのレンズ群として移動し、焦点調整の際は、その変倍に同様に寄与するレンズ群の一部の第３のレンズ群Ｇ３のみを移動する方式を採用している。したがって、変倍に大きく寄与する第２のレンズ群Ｇ２を焦点調整のために動かさずに済み、焦点調整のために第３のレンズ群Ｇ３を動かしても、変倍の収差補正性能に対する影響は少なく、また、変倍時の焦点調整性能を十分に確保できる。このため、本例のズームレンズシステム５は、焦点調整をする際に、変倍に寄与するレンズ群の一部のみを移動するので、変倍の精度と、焦点調整の精度とを両立させることができるレンズシステムとなっている。したがって、図４ないし図７に示してあるように、本例のズームレンズシステム５の各収差は、各変倍において、良好に補正されており、コマ収差の影響もほとんど表れない性能の良い投写用ズームレンズとなっている。このように、本例の投写用ズームレンズ５は、広角端から望遠端にわたり、結像性能の高い投写用ズームレンズであり、このズームレンズシステムを採用することにより、高解像度で明るい画像を投影できるプロジェクタ１を提供できる。

（第２の実施例）
図８に、本発明の異なるズームレンズシステム６のレンズ構成を示してある。図８（ａ）は、拡大表示する状態である広角端における各レンズの配置を示し、図８（ｂ）は、標準状態である望遠端における各レンズの配置を示してある。ズームレンズシステム６は、スクリーン９の側から順番に、負−正−正−正−負−正−正の屈折力の７つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ７を備えており、全体としてレトロフォーカス型で、画像生成装置であるＬＣＤ２の画像入力側がテレセントリックになり、ＬＣＤ２により生成された画像を鮮明に投影できる構成となっている。

このレンズシステム６を構成するトータルレンズ枚数は１６枚であり、レンズ群Ｇ１〜Ｇ７の各群を構成するレンズ枚数は上記の例と変わらず、さらに、各々のレンズの基本的な形状も、第６のレンズ群Ｇ６の最もスクリーン９側のレンズＬ６１が、スクリーン側に若干凹の正のメニスカスレンズＬ６１となっているなどの微細な差はあるが、上記のレンズシステムとほとんど変わらない。

本例のレンズシステム６は、図８に示すように、広角端から望遠端に変倍するときに、第１のレンズ群Ｇ１および第７のレンズ群Ｇ７は固定され、その他のレンズ群は、第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３も含めて、それぞれスクリーン９の側に所定の比率で移動する。したがって、本例のレンズシステム６では、第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３は、変倍中に１つのレンズ群として動かず、それぞれの比率で移動する。そして、フォーカシングする際は、第３のレンズ群Ｇ３のみを前後に移動してフォーカシングするインナーフォーカス方式が採用されている。

レンズデータ（Ｎｏ２）
No. Rdy Thi nd vd
1 117.634 10.46 1.83500 42.98 レンズＬ１１
2 388.607 0.25
3 81.323 2.50 1.62041 60.34 レンズＬ１２
4 44.359 11.95
5 173.625 2.50 1.83500 42.98 レンズＬ１３
6 56.328 14.72
7 -88.502 2.50 1.83500 42.98 レンズＬ１４
8 158.109 ｄ２（可変）
9 -288.432 5.54 1.80518 25.46 レンズＬ２１
10 -107.189 ｄ３（可変）
11 751.116 2.50 1.84666 23.78 レンズＬ３１
12 50.116 17.37 1.80610 33.27 レンズＬ３２
13 -139.608 ｄ４（可変）
14 82.177 7.95 1.72342 37.99 レンズＬ４１
15 -221.570 13.19
16 FLAT ｄ５（可変）絞りＳ
17 -100.213 6.13 1.84666 23.78 レンズＬ５１
18 -28.647 2.70 1.83400 37.34 レンズＬ５２
19 79.609 ｄ６（可変）
20 -719.588 6.08 1.48749 70.44 レンズＬ６１
21 -45.003 2.45
22 -34.917 2.50 1.84666 23.78 レンズＬ６２
23 131.765 8.26 1.48749 70.44 レンズＬ６３
24 -59.921 0.25
25 -601.595 7.71 1.49700 81.61 レンズＬ６４
26 -63.807 0.25
27 1058.612 11.42 1.49700 81.61 レンズＬ６５
28 -55.451 ｄ７（可変）
29 95.439 6.90 1.80518 25.46 レンズＬ７１
30 606.798 25.00
31 INFINITY 62.20 1.51680 64.20 プリズム３
32 INFINITY

それぞれのレンズ群の間隔（ｍｍ）は以下の通りである。
広角端中間望遠端
ｄ２１２．６２１１．００７．４０
ｄ３１０．５９７．８４１０．００
ｄ４３７．５６３０．３９１６．４４
ｄ５１５．６２２０．２４２７．９８
ｄ６１２．０２９．１５５．３４
ｄ７０．５０１０．２９２１．７５

また、それぞれのレンズ群の焦点距離は以下の通りである。
ｆｗ（広角端における全体の焦点距離）：３５．７０８
ｆｔ（望遠端における全体の焦点距離）：４９．６０９
変倍率：１．３９
バックフォーカス：９４．０７
半画角：３０．０４
ｆ１（第１レンズ群の合成焦点距離）：−３７．６２
ｆ２３（第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３の合成焦点距離）：９６．７７
ｆ２（第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離（レンズ群Ｇ２３のズーム成分））：２０７．２８
ｆ３（第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離（レンズ群Ｇ２３のフォーカス成分））：１６４．８０
ｆ６（第６レンズ群の合成焦点距離）：９０．８０６
Δｄ２（レンズ群Ｇ２のズーミングの移動量）：５．２２

したがって、上記の式（Ａ）〜（Ｅ）に定義した条件は以下のようになる。
条件（Ａ）（｜ｆ１／ｆｗ｜）：１．０５４
条件（Ｂ）（ｆ６／ｆｗ）：２．５４３
条件（Ｃ）（Δｄ２／ｆｗ）：０．１４６
条件（Ｄ）（Δｄ２／ｆ２３）：０．０５４
条件（Ｅ）（Δｄ２／ｆ３）：０．０３２

したがって、本例のズームレンズシステム６は、各条件（Ａ）〜（Ｅ）を満たすものであり、第１のレンズ群のパワーおよび第６のレンズ群のパワーが適切な範囲に設定されており、図９から図１２に示すように、広角端から望遠端の範囲で良好な収差補正性能が得られている。また、焦点調整能力も高い。このため、本例のズームレンズシステム６は、半画角が３０°以上の広角レンズでありながら、変倍率が１．３９と高変倍率であり、さらに、バックフォーカスが９４．０７と十分に長く、広角端から望遠端まで高い光学性能が得られるものとなっている。

本例のズームレンズシステム６は、変倍するときに、第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３をそれぞれ独立に動かし、焦点調整の際は、第３のレンズ群Ｇ３のみを移動するインナーフォーカス方式を採用している７群のズームレンズシステムである。したがって、インナーフォーカス方式でありながら、変倍に大きな影響を与える第２のレンズ群Ｇ２を動かさずに焦点調整することができ、変倍の収差補正性能に対する影響は少なく、また、変倍時の焦点調整性能を十分に確保できる。したがって、変倍の精度と、焦点調整の精度とを両立させることができるレンズシステムとなっている。さらに、上記の条件（Ａ）〜（Ｅ）を満足するようにパラメータを設定することにより、図９ないし図１２に示してあるように、各収差が各変倍において、良好に補正されたズームレンズを提供できる。したがって、このズームレンズシステムを採用することにより、高解像度で明るい画像を投影できるプロジェクタ１を提供できる。

なお、上記の各例では、画像生成装置としてＬＣＤを用いたプロジェクタに基づき説明しているが、画像生成装置（ライトバルブ）としてＤＭＤを用いたＤＬＰ方式のプロジェクタに対しても本発明を適用することができる。さらに、スクリーンが一体になったリアプロジェクタ装置に対しても本発明を適用することができる。また、ライトバルブを画像処理装置として備えた、画像と投影するプロジェクタ系の光学機器に限らず、撮像素子などの画像を取得する画像処理装置を備えた、スチールカメラ、テレビカメラなどの撮像系の光学機器に対しても本発明を適用することができる。

本発明に係るプロジェクタ装置の概略構成を示す図である。ズームレンズシステムの制御方法を示すフローチャートである。図１に示すズームレンズシステムの構成を示す図であり、広角端（ａ）および望遠端（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。図３に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、広角端における収差を示す図である。図３に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、望遠端における収差を示す図である。図３に示すズームレンズシステムの横収差図であり、広角端における収差を示す図である。図３に示すズームレンズシステムの横収差図であり、望遠端における収差を示す図である。本発明のズームレンズシステムの異なる例の構成を示す図であり、広角端（ａ）および望遠端（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。図８に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、広角端における収差を示す図である。図８に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、望遠端における収差を示す図である。図８に示すズームレンズシステムの横収差図であり、広角端における収差を示す図である。図８に示すズームレンズシステムの横収差図であり、望遠端における収差を示す図である。

符号の説明

１プロジェクタ
２ＬＣＤ
５、６ズームレンズシステム
９スクリーン
１０制御機構

Claims

複数のレンズ群を有するズームレンズシステムであって、それら複数のレンズ群の一部の複数のレンズ群は、変倍するときは、１つの群として同期して動き、焦点調整するときは、前記一部の複数のレンズ群が独立して、または、前記一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみが動き、前記一部の複数のレンズ群は、当該ズームレンズシステムの内部のレンズ群であり、前記複数のレンズ群の内、両端のレンズ群は固定され、当該ズームレンズシステムは、画像生成装置からの投影光をスクリーンに投写する投写用のズームレンズであって、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群と、正の屈折力の第４のレンズ群と、負の屈折力の第５のレンズ群と、正の屈折力の第６のレンズ群と、正の屈折力の第７のレンズ群とを有し、
前記第２のレンズ群および前記第３のレンズ群が前記一部の複数のレンズ群を構成し、
前記焦点調整のときは、前記第３のレンズ群のみが移動し、
前記第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、前記第２のレンズ群および前記第３のレンズ群の合成焦点距離ｆ２３と、前記第３のレンズ群の焦点調整の合成焦点距離ｆ３と、前記第６のレンズ群の合成焦点距離ｆ６と、当該ズームレンズシステムの広角端における全体の焦点距離ｆｗと、前記第２のレンズ群の変倍の移動量Δｄ２と次の条件を満たすズームレンズシステム。
０．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜１．５
２．０＜ｆ６／ｆｗ＜３．５
０．１＜ Δｄ２／ｆｗ＜０．２５
Δｄ２／ｆ２３＜０．０７
Δｄ２／ｆ３＜０．０３５
請求項１に記載のズームレンズシステムと、前記画像生成装置とを有するプロジェクタ装置。
請求項１に記載のズームレンズシステムの制御方法であって、
前記複数のレンズ群の前記一部の複数のレンズ群を、変倍するために、１つの群として同期して動かす工程と、
焦点調整するために、前記一部の複数のレンズ群を、独立して、または、前記一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみを動かす工程とを有する、制御方法。
請求項１に記載のズームレンズシステムの制御機構であって、
前記複数のレンズ群の前記一部の複数のレンズ群を、変倍するために、１つの群として同期して動かす手段と、
焦点調整するために、前記一部の複数のレンズ群を、独立して、または、前記一部の複数のレンズ群の一部のレンズ群のみを動かす手段とを有する、制御機構。