JP4703996B2 - ズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、ライトバルブの情報を拡大投写する投映レンズとして好適なズームレンズ、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。

ライトバルブの情報を拡大投写しコンピュータ画像やテレビ画像として表示する投写型表示装置の発展は、近年、目覚ましいものがある。その投写型表示装置に用いられる投映レンズとしては、画像の大きさを変えることができるズームレンズを用いることが多く、最近では、その変化の割合の大きなもの、すなわちズーム比が大きいズームレンズが求められるようになってきている。

また投写時に画像を投写型表示装置に対し大きくずらす、所謂レンズシフト投写機能や、投写型表示装置に近い投写位置で大きな画像を見られる機能も要求されるようになっているが、そのためにはズームレンズの広角化が必要となる。

また、より鮮明な画像を見るために、より明るいズームレンズが求められるようになってきている。

従来より、変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、小さな共役長側が略テレセントリックに構成されたズームレンズとして、例えば下記特許文献１〜７記載のものが知られている。特許文献１〜３記載のものは、ズーム比１．５倍以上のズームレンズであるが、画角に関しては、現在、さらに広角なレンズが求められている。また、特許文献４〜７記載のものは、画角６０度以上の広角ズームレンズであるが、ズーム比は比較的小さい。

また、これらの従来技術のものはＦ値が１．８以上のものが多く、現在、市場ではさらに明るいレンズが求められている。

特許第３３６２６１３号公報 特開２００１−３３７２７５号公報 特開２００１−３５００９６号公報 特開２００２−１３１６４１号公報 特開２００３−０１５０３６号公報 特開２００３−０１５０３７号公報 特開２００３−０１５０３８号公報

上述のとおり、従来例としては、現在要請されているような広角化またはズーム比拡大のいずれかを達成したものは存在しているが、その両方を達成し、さらに明るさも満足しているものはない。まさに、投写型表示装置の投映レンズとして用い得るようなズームレンズで、広角化、ズーム比拡大および明るさを同時に満足させることの難しさを示しているともいえる。

本発明は、上記事情に鑑みなさたもので、広角でズーム比が大きく、諸収差が良好に補正された明るいズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、ライトバルブ上に表示された画像を投映面に投写するズームレンズにおいて、
大きな共役長側から順に、少なくとも１枚の非球面レンズを含み、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、少なくとも２枚のレンズを有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とを配列してなり、広角端側から望遠端側へのズーミングに際して前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群および前記第５レンズ群のそれぞれが移動し、広角端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｗ、望遠端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｔ、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、前記第５レンズ群の焦点距離をＦ５としたとき、下記条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とするものである。

Ｆｔ／Ｆｗ≧１．５ （１）
｜Ｆ３／Ｆｗ｜＞５．０ （２）
｜Ｆ５／Ｆｗ｜＞５．０ （３）

また、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に瞳が配されてなることが好ましい。

前記第１レンズ群は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと、少なくとも１枚の負レンズとを配列してなることが好ましい。

また、前記第５レンズ群は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けたメニスカスレンズと、接合レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを配列してなることが好ましい。

さらに、第１レンズ群および第６レンズ群は、広角端側から望遠端側へのズーミングに際して固定であることが好ましい。

また、本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかのズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写することを特徴とするものである。

本発明のズームレンズによれば、強い負の屈折力を有する第１レンズ群中に少なくとも１枚の非球面レンズを含み、第２レンズ群を少なくとも２枚のレンズにより構成するとともに、少なくとも第２レンズ群、第４レンズ群および第６レンズ群を正の屈折力を有するレンズ群とすることにより、正のパワーを分散して収差の発生を抑制しているので、広角でズーム比が大きく諸収差が良好に補正された明るいズームレンズとすることができる。また、このズームレンズを用いることにより本発明の投写型表示装置は、明るく広角でズーム比の大きい投写型表示装置とすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るズームレンズを代表するものとしての、本発明の実施例１に係るズームレンズの基本構成を示すもので、広角端および望遠端におけるレンズ構成、ならびに広角側から望遠側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

このズームレンズは、変倍の際に移動する移動群として３群以上のレンズ群を備え、小さな共役長側が略テレセントリックに構成されたズームレンズとされている。図１のズームレンズでは、大きな共役長側から順に、変倍の際に固定の第１レンズ群Ｇ_１、変倍の際に移動する移動群としての第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４および第５レンズ群Ｇ_５、ならびに変倍の際に固定の第６レンズ群Ｇ_６が配列されている。

ここで、第１レンズ群Ｇ_１は、少なくとも１枚の非球面レンズを含み、全体として負の屈折力を有しており、第２レンズ群Ｇ_２は、少なくとも２枚のレンズを有し、全体として正の屈折力を有しており、第４レンズ群Ｇ_４および第６レンズ群Ｇ_６は正の屈折力を有している。

また、このズームレンズは、広角端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｗ、望遠端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｔとしたとき、下記条件式（１）を満足する。

Ｆｔ／Ｆｗ≧１．５ （１）

すなわち、ズーム比が１．５以上とされている。

本発明に係るズームレンズでは、強い負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１中に少なくとも１枚の非球面レンズを含み、第２レンズ群Ｇ_２を少なくとも２枚のレンズにより構成するとともに、少なくとも第２レンズ群Ｇ_２、第４レンズ群Ｇ_４および第６レンズ群Ｇ_６を正の屈折力を有するレンズ群とすることにより、正のパワーを分散して収差の発生を抑制しているので、広角でズーム比が大きく諸収差が良好に補正された明るいズームレンズとすることができる。

また、このズームレンズは、最も大きな共役長側に、負の屈折力を有し変倍の際固定でフォーカス作用を担う第１レンズ群Ｇ_１が配され、最も小さな共役長側に、正の屈折力を有し変倍の際固定の第６レンズ群Ｇ_６が配されてなる。最も大きな共役長側に強い負の第１レンズ群Ｇ_１を配する構成は長いバックフォーカスを確保するために適しており、この第１レンズ群Ｇ_１ではレンズ径が大きくなるので、変倍の際固定とすることが好ましい。他方、最も小さな共役長側に配される第６レンズ群Ｇ_６は、リレーレンズとして作用する。

また、このズームレンズは、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間に瞳が配され、第５レンズ群Ｇ_５が正の屈折力を有することが好ましい。このような構成とすることにより、瞳位置よりも小さな共役長側のレンズ群、すなわち、第４レンズ群Ｇ_４、第５レンズ群Ｇ_５および第６レンズ群Ｇ_６がすべて正の屈折力を有するレンズ群となり、瞳位置以降における正の屈折力を分散することができるので、諸収差の発生をさらに抑制することが可能となるためである。

また、第１レンズ群Ｇ_１は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと、少なくとも１枚の負レンズとを配列してなることが好ましい。これは、本実施形態のズームレンズのように広角のものにおいてはディストーションの発生が問題となるが、このようなディストーションの発生を効率よく抑えることができるためである。

また、第５レンズ群Ｇ_５は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けたメニスカスレンズと、接合レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを配列してなることが好ましい。これは、このような構成とすることにより、諸収差、特に球面収差や色収差を良好に抑制することができるためである。

また、このズームレンズでは、上記第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離をＦ３、上記第５レンズ群Ｇ_５の焦点距離をＦ５としたとき、下記条件式（２）、（３）を満足することが好ましい。

｜Ｆ３／Ｆｗ｜＞５．０ （２）
｜Ｆ５／Ｆｗ｜＞５．０ （３）

上記条件式（２）、（３）を満足し、第３レンズ群Ｇ_３と第５レンズ群Ｇ_５のパワーを所定の範囲に規定することにより、特に球面収差と色収差の発生をさらに効率よく抑えることが可能となる。

またこのズームレンズは、図１に示すように、大きな共役長側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群として、各々独立して移動する構成とすることにより、簡易な構成でその作用効果を得ることができる。

また、前述した第１レンズ群Ｇ_１に含まれる、少なくとも１枚の非球面レンズの非球面形状は、下記非球面式によって表される（後述する実施例２においても同じ）。

また、このズームレンズでは、移動群となるレンズ群同士の間、または移動群となるレ
ンズ群のレンズ群中に、少なくとも１つの可変絞りが配設されることが好ましく、この可
変絞りは変倍に際し、少なくとも１つの前記移動群となるレンズ群と一体に、または可変絞りが単体で、移動するように構成することができる。可変絞りを移動群となるレンズ群と一体に、または絞り単体で移動させる構成では、大きな共役長側のレンズをコンパクトに構成することができる。

もっとも、前述した、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の間に配される瞳は、現実の絞りに限られるものではない。

なお、以下に２つの実施例について具体的に説明するが、各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
＜実施例１＞
図１は、実施例１に係るズームレンズの基本構成を示すもので、広角端および望遠端におけるレンズ構成、ならびに広角側から望遠側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

実施例１に係るズームレンズは図１に示すように、大きな共役長側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、負の第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、正の第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群としてそれぞれ独立して移動する。各移動群は、相互に関係をもって移動することで、連続変倍、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正を行なう機能を有する。また、第１レンズ群Ｇ_１および第６レンズ群Ｇ_６は変倍に際し固定とされ、第１レンズ群Ｇ_１はフォーカス作用を担っている。

なお、これらのズームレンズでは、第６レンズ群Ｇ_６の小さな共役長側には、赤外線をカットするフィルタやローパスフィルタさらには色合成光学系（色分解光学系）に相当するガラスブロック１、および液晶表示パネルやＤＭＤ等の画像変調ライトバルブ（図示せず）が配列されている（以下の実施例２においても同様である）。また、図中、Ｘは光軸を表している（以下の実施例２においても同様である）。また、これらのズームレンズは小さな共役長側が略テレセントリックな光学系となっている。

ここで、第１レンズ群Ｇ_１は、大きな共役長側から順に、負の第１レンズＬ_１、負の第２レンズＬ_２、および負の第３レンズＬ_３が配列されてなる。第１レンズ群Ｇ_１は全て負レンズより構成されている。第１レンズ群Ｇ_１において第２レンズＬ_２は、両面に非球面が形成された非球面レンズとされている。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、正の第４レンズＬ_４および正の第５レンズＬ_５からなる。

また、第３レンズ群Ｇ_３は、大きな共役長側から順に、正の第６レンズＬ_６と負の第７レンズＬ_７との接合レンズからなる。

また、第４レンズ群Ｇ_４は、正の第８レンズＬ_８からなる。

また、第５レンズ群Ｇ_５は、大きな共役長側から順に、小さな共役長側の面が小さな共役長側に凹形状とされた負の第９レンズＬ_９、大きな共役長側の面が大きな共役長側に凹形状とされた負の第１０レンズＬ_１０と正の第１１レンズＬ_１１との接合レンズ、および正の第１２レンズＬ_１２が配列されてなる。

さらに、第６レンズ群Ｇ_６は、正の第１３レンズＬ_１３からなる。

このズームレンズに関する条件式（１）〜（３）に対応する値は、後述する実施例２のものと併せて後段に表３として示すが、本実施例のズームレンズは条件式（１）〜（３）を全て満足している。

下記表１の上段に、この実施例１に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、この表１および後述する表２における曲率半径Ｒと空気間隔Ｄの数値は、それぞれの広角端における全系の焦点距離を１として規格化した場合の値を示すものであり、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。さらに、広角端と望遠端における、レンズ全系の焦点距離Ｆ、Ｆｎｏ（Ｆ値）および画角（２ω：度）について示す。

また、表１の中段には、表１の上段において可変値とされた各空気間隔Ｄについて、広角端および望遠端における第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の距離（*１）、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３の距離（*２）、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の距離（*３）、第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５の距離（*４）および第５レンズ群Ｇ_５と第６レンズ群Ｇ_６の距離（*５）を示す。

また、表１の下段に、本実施例のズームレンズ中の非球面レンズの非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示す。

＜実施例２＞
図３は、実施例２に係るズームレンズの基本構成を示すもので、広角端および望遠端におけるレンズ構成、ならびに広角側から望遠側に到る各レンズ群の移動軌跡が示されている。

実施例２に係るズームレンズは図示のとおり、大きな共役長側より順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、正の第３レンズ群Ｇ_３、正の第４レンズ群Ｇ_４、正の第５レンズ群Ｇ_５、および正の第６レンズ群Ｇ_６が配列されてなり、変倍に際し第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、第４レンズ群Ｇ_４、および第５レンズ群Ｇ_５が移動群としてそれぞれ独立して移動し、第１レンズ群Ｇ_１および第６レンズ群Ｇ_６は変倍に際し固定とされている。各移動群、および各固定群の作用は実施例１と同様である。また、これらのズームレンズは小さな共役長側が略テレセントリックな光学系となっている。

また、各レンズ群の構成も実施例１のものと略同様とされているが、第３レンズ群Ｇ_３の接合レンズを構成する、正の第６レンズＬ_６と負の第７レンズＬ_７の具体的形状が異なっている。

なお、本実施例に係るズームレンズは、表３に示すように条件式（１）〜（３）を全て満足している。

また、下記表２の上段に、この実施例２に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。さらに、広角端と望遠端における、レンズ全系の焦点距離Ｆ、Ｆｎｏ（Ｆ値）および画角（２ω：度）について示す。

また、表２の中段には、表２の上段において可変値とされた各空気間隔Ｄについて、広角端および望遠端における第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の距離（*１）、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３の距離（*２）、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の距離（*３）、第４レンズ群Ｇ_４と第５レンズ群Ｇ_５の距離（*４）および第５レンズ群Ｇ_５と第６レンズ群Ｇ_６の距離（*５）を示す。

また、表２の下段に、本実施例のズームレンズ中の非球面レンズの非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示す。

図２および図４は、実施例１、２のズームレンズの広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。また、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。図２および図４から明らかなように、実施例１、２のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。

このように実施例１、２のズームレンズは、広角端での画角が各々６４度程度、７５．８度程度と広角で、ズーム比が１．５倍以上と大きく、さらにＦ値が１．７と明るく、諸収差が良好に補正されたズームレンズとされている。

また、下記表３は実施例１、２のズームレンズに関する条件式（１）〜（３）に対応する値を示すものである。

次に、上述したズームレンズを投映レンズとして搭載した投写型表示装置の一例を、図５により説明する。本発明に係る投写型表示装置は、光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、本発明に係るズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写するように構成することができる。図５に示す投写型表示装置は、ライトバルブとして透過型液晶パネル１１ａ〜ｃを備え、投映レンズ１０として本発明に係るズームレンズを用いている。光源２０とダイクロイックミラー１２の間は図示を省略しているが、光源２０からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜ｃに入射されて光変調され、色合成されて投映レンズ１０により投写される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、コンデンサレンズ１６ａ〜ｃ、全反射ミラー１８ａ〜ｃを備えている。本発明に係るズームレンズを用いているので本発明の投写型表示装置は、広角でズーム比が大きく、投写画像の画質が良好な投写型表示装置とすることができる。

なお、本発明のズームレンズおよび投写型表示装置としては上記実施例のものに限られるものではなく、例えばズームレンズの各レンズ群を構成するレンズの枚数および形状は適宜選択し得る。

また、本発明のズームレンズは透過型の液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の投映レンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いた装置の投映レンズ等として用いることも可能である。

さらに、ＣＣＤ、撮像管等の撮像手段、さらには銀塩フィルム等を用いたカメラに使用されるズーム機能を有する結像レンズに転用することも可能である。

本発明の実施例１に係るズームレンズの広角端と望遠端のレンズ構成図 実施例１に係るズームレンズの各収差図 本発明の実施例２に係るズームレンズの広角端と望遠端のレンズ構成図 実施例２に係るズームレンズの各収差図 本発明の投写型表示装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

１ 画像変調ライトバルブ
２ ガラスブロック
３、３Ａ、３Ｂ マスク
１０ 投映レンズ
１１ａ〜ｃ 透過型液晶パネル
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜ｃ 全反射ミラー
２０ 光源
Ｌ_１〜Ｌ_１３ レンズ
Ｘ 光軸

Claims (6)

1. ライトバルブ上に表示された画像を投映面に投写するズームレンズにおいて、
   大きな共役長側から順に、少なくとも１枚の非球面レンズを含み、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、少なくとも２枚のレンズを有し、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とを配列してなり、広角端側から望遠端側へのズーミングに際して前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群および前記第５レンズ群のそれぞれが移動し、広角端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｗ、望遠端におけるズームレンズ全体の焦点距離をＦｔ、前記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、前記第５レンズ群の焦点距離をＦ５としたとき、下記条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   Ｆｔ／Ｆｗ≧１．５ （１）
   ｜Ｆ３／Ｆｗ｜＞５．０ （２）
   ｜Ｆ５／Ｆｗ｜＞５．０ （３）
2. 前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に瞳が配されてなることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと、少なくとも１枚の負レンズとを配列してなることを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
4. 前記第５レンズ群は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けたメニスカスレンズと、接合レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを配列してなることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズ群および前記第６レンズ群は、広角端側から望遠端側へのズーミングに際して固定であることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
6. 光源と、この光源からの光束を光変調するライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から５のうちいずれか１項記載のズームレンズを備え、前記ライトバルブで光変調された前記光束を該ズームレンズにより投写することを特徴とする投写型表示装置。

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