JP5031391B2 - テレセントリックな広角ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズ（投影レンズ、投影光学系）及びそれを用いた投影装置に関し、例えば液晶パネル（液晶表示素子）によって変調された画像光をスクリーン等の被投射面に拡大投影するプロジェクター装置（画像投影装置）に好適なものである。

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影する液晶プロジェクターが種々提案されている。

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見ることができる装置として会議及びプレゼンテーション等に広く利用されるようになってきている。

近年このような液晶プロジェクターの投影レンズ（投影光学系）に関しては、一定長のバックフォーカスを保つことや、液晶パネル側にテレセントリックであることや、短い投影距離で大画面を投影できること等が要望されている。その他、主に倍率色収差を低減すること、及び歪曲収差を低減すること等が強く求められている。

例えば、３色の液晶表示素子に基づく画像をスクリーンに合成投影したとき、文字等が二重に見えたりすると解像感及び品位が損なわれるので、これを防止するため各色の画素を画面の全範囲にて良好に重ね合わせることが必要となる。そのため、投影レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光全域において小さくすることが求められている。

更に、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小さく抑えられていることも併せて要望されている。

以上のような要望に応えるべく、液晶プロジェクター用の投影レンズとして従来からズームレンズが種々提案されている。

例えば、特許文献１には、拡大共役側より順に、負、正、正、負、正、正の屈折力を有する６つのレンズ群により構成された６群ズームレンズが開示されている。このズームレンズにおいて、第１レンズ群は２枚の負レンズを含んでおり、軸外主光線高が高い最も拡大共役側の正レンズの作用で歪曲収差を低減している。

また、特許文献２には、特許文献１と同様に、拡大共役側より順に、負、正、正、負、正、正の屈折力を有する６つのレンズ群により構成された６群ズームレンズが開示されている。このズームレンズにおいては、第１レンズ群が負レンズを３枚含んでおり、そして軸外主光線高が高い位置、すなわち最も拡大側に正レンズを配置し、それらの作用によって歪曲収差や倍率色収差を低減している。
特開２００１−２３５６７９号公報 特開２００５−０７７５４８号公報

本願発明においては、短い投影距離でより大きな画像を投影でき、且つ倍率色収差及び歪曲収差をバランス良く低減することが可能なズームレンズ（投影レンズ）及びそれを用いた光学機器（画像投影装置等）を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のズームレンズは、拡大共役側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が、拡大共役側より順に、拡大共役側に凸の正メニスカスレンズ、拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凹レンズ、両凸レンズまたは拡大共役側に凸の正メニスカスレンズを有しており、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
Σ（ν１ｎｉ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞６４
ｆ２／ｆｗ＜２．０
ここで、
ｆ１ｎｉ、ν１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の負レンズにおける焦点距離とアッベ数、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
ｆｗ：前記ズームレンズ全系の広角端における焦点距離、
とする。

本発明の別側面のズームレンズは、拡大共役側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１レンズ群が、拡大共役側より順に、正レンズ、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズを有しており、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
Σ（Ｘ１ｐｉ＊（１／ｆ１ｐｉ））／Σ（１／ｆ１ｐｉ）＜０．０００２
Σ（Ｘ１ｎｉ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞０
ν１ｎｉ＜７５
ここで、
Ｘ１ｐｉ、Ｘ１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの異常分散量、
ｆ１ｐｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズにおける焦点距離、
ｆ１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の負レンズにおける焦点距離、
ν１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の任意の負レンズのアッベ数、
であり、異常分散量は、
Ｎｇ、Ｎｆ、Ｎｃ：それぞれ、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率、
νｄ：ｄ線におけるアッベ数、
θｇＦ＝（Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）、
として、
異常分散量＝θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）
で定義される。

また、本発明の光学機器は、前述のズームレンズを有することを特徴としている。そして、本発明の画像投影装置は、前述のズームレンズを有し、このズームレンズを用いて被投影面上に画像光を投影することを特徴としている。

本発明によれば、簡易的なレンズ構成で、広角であり、且つ歪曲収差と倍率色収差を低減することが可能なズームレンズを提供することができる。

本実施例のズームレンズは、液晶パネル（液晶表示素子）や、光強度が可変な光源等の表示体によって構成された画像光をスクリーン等の被投影面に投影するズームレンズ（投影光学系、投影レンズ）である。また、そのような液晶パネル等の表示体と、その表示体から出射する画像光（光束）を投影するズームレンズを有する画像投影装置である。ここで、本実施例のズームレンズは、赤、緑、青の各色に対応する複数の表示体によって構成された各色の画像光を合成し、その合成された画像光を投影するために用いられることが主である。勿論、本実施例の画像投影装置は、それらの複数の表示体、それらの表示体から出射する各色の画像光を合成する色合成光学系、および本実施例のズームレンズを備えている。

そこで、本実施例のズームレンズ、画像投影装置について以下に簡単に説明する。

本実施例のズームレンズは、拡大共役側から順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、第６レンズ群Ｌ６と言う６つのレンズ群を備えている。これらの第１、２、３、４、５、６レンズ群はそれぞれ負、正、正、負、正、正の屈折力を有している。それぞれのレンズ群は必ずしもレンズを複数含んでいる必要は無く、レンズ群を１枚のレンズで構成していても構わない。また、屈折力の弱いレンズ群（ズームレンズ全系の焦点距離の１００倍以上）であれば、上述の６つのレンズ群以外にレンズ群を有していても構わない。尚、拡大共役側は、拡大側、共役長が長い側と称しても良い。具体的には、画像投影装置等においては液晶パネルで構成される画像を拡大投影する場合が多いため、拡大共役側とは被投影面側（スクリーン側）を指し、逆に縮小共役側（縮小側）とは液晶パネル側を指す。逆に、撮像装置等においては被写体をＣＣＤ等の撮像素子やフィルム面上に縮小結像することが多いため、拡大共役側とは被写体側を、逆に縮小共役側とは撮像素子やフィルム側を指す。

ここで、第１レンズ群Ｌ１が、拡大共役側より順に、正レンズ（第１１レンズ）、負レンズ（第１２レンズ）、負レンズ（第１３レンズ）、負レンズ（第１４レンズ）、正レンズ（第１５レンズ）を含んでいる。ここで、第１１レンズは拡大共役側に凸の正メニスカスレンズ、第１２レンズは拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ、第１３レンズ及び第１４レンズは両凹レンズ、第１５レンズは両凸レンズまたは拡大共役側に凸の正メニスカスレンズである。ここで、第１レンズ群は上記の５枚のレンズのみで構成しても構わないし、屈折力の弱い或いは屈折力の無い光学素子を含んでいても構わない。

更に、以下の条件式（１）、（２）を満足する点を特徴としている。
Σ（ν１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞６４・・・（１）
ｆ２／ｆｗ＜２．０・・・（２）
ここで、ｆ１ｎｉ、ν１ｎｉは、前記第１レンズ群Ｌ１内の拡大共役側からｉ番目の負レンズにおける焦点距離とアッベ数、ｆ２は前記第２レンズ群Ｌ２の焦点距離、ｆｗは前記ズームレンズ全系の広角端における焦点距離である。

第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズを、拡大共役側より、正負負負正のレンズを配置することで、３枚の負レンズで歪曲収差や倍率色収差の発生を抑えつつ十分な負のパワーを確保している。更に、軸外主光線高ｈ’が大きい最も拡大側の正レンズで歪曲収差を低減している。また、軸上光線高ｈが大きい縮小側の正レンズで球面収差と軸上色収差の補正を行っている。さらに、第１３レンズを両凹レンズとし、かつ条件式（１）を満たす低分散硝子を用いることによって、第１３レンズの拡大共役側の面に倍率色収差補正効果を発揮させ、倍率色収差を良好に低減している。ここで、倍率色収差を補正すると言う効果を得るためには、条件式（１）の下限よりも大きな値を取ることが望ましい。

また、第１３レンズの拡大共役側の面で発生した歪曲を補正するべく、軸外主光線高ｈ’が比較的大きい第２レンズ群Ｌ２に条件式（２）を満たす強い正のパワーを持たせている。この第２レンズ群で歪曲収差を補正する効果を得るためには、ｆ２／ｆｗの値を条件式（２）の上限値（２．０）より小さな値にすることが望ましい。

ここで、条件式（１）及び（２）は、好ましくは以下の条件式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）のいずれか一つを満たすと更に好ましい。
９０＞Σ（ν１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞６４・・・（１ａ）
７２＞Σ（ν１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞６６・・・（１ｂ）
１．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．０・・・（２ａ）
１．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．９・・・（２ｂ）
また、本実施例の別側面のズームレンズは、拡大共役側から順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、第６レンズ群Ｌ６と言う６つのレンズ群を備えている。これらの第１、２、３、４、５、６レンズ群はそれぞれ負、正、正、負、正、正の屈折力を有している。それぞれのレンズ群は必ずしもレンズを複数含んでいる必要は無く、レンズ群を１枚のレンズで構成していても構わない。また、屈折力の弱いレンズ群（ズームレンズ全系の焦点距離の１００倍以上）であれば、上述の６つのレンズ群以外にレンズ群を有していても構わない。

ここで、第１レンズ群Ｌ１が、拡大共役側より順に、正レンズ、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズを有している。ここで、第１レンズ群は上記の５枚のレンズのみで構成しても構わないし、屈折力の弱い或いは屈折力の無い光学素子を含んでいても構わない。

更に、以下の条件式（３）、（４）、（５）を満足する点を特徴としている。
Σ（Ｘ１ｐｉ ＊（１／ｆ１ｐｉ））／Σ（１／ｆ１ｐｉ）＜０．０００２・・・（３）
Σ（Ｘ１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞０・・・（４）
ν１ｎｉ＜７５・・・（５）
ここで、Ｘ１ｐｉ、Ｘ１ｎｉは、第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの異常分散量を表している。その異常分散量Ｘは、
Ｘ＝θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）
と表すことができる。更に、Ｎｇ、Ｎｆ、Ｎｃは、それぞれｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率を、νｄは、ｄ線におけるアッベ数を、ｆ１ｐｉは前記第１レンズ群Ｌ１内の拡大共役側からｉ番目の正レンズにおける焦点距離を表している。

ここで、第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズ、負レンズそれぞれの硝材における異常分散量ついて、条件式（３）、（４）を満たすことで、短波長側の倍率色収差を良好に低減している。この条件式（３）の上限を下回ることによって、２次スペクトルの発生を抑え、短波長側の倍率色収差を低減している。また、条件式（４）の下限値を上回ることによっても同様に短波長側の倍率色収差を低減する効果を得ている。また、条件式（５）の上限値を上回ってしまうと、他のレンズ群で使われている硝材とは異なる硝材を用いなければならなくなる可能性が高く、スループットが落ちる可能性がある。そこで、条件式（５）の上限値を下回ることによって他のレンズ群の硝材と同様の硝材を用いてスループットの向上の一助としている。また、条件式（５）の上限値を下回ると、コスト面においても高価な硝材を使わなくても良くなり、低コスト化と言う効果がある。

ここで、条件式（３）、（４）、（５）は、好ましくは以下の条件式を満たすと良い。
−０．００５＜Σ（Ｘ１ｐｉ ＊（１／ｆ１ｐｉ））／Σ（１／ｆ１ｐｉ）＜０．０００２・・・（３ａ）
０．００７＞Σ（Ｘ１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞０・・・（４ａ）
２０＜ν１ｎｉ＜７５・・・（５ａ）
−０．００５＜Σ（Ｘ１ｐｉ ＊（１／ｆ１ｐｉ））／Σ（１／ｆ１ｐｉ）＜０．０００１・・・（３ｂ）
０．００７＞Σ（Ｘ１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞０．００２５・・・（４ｂ）
６０．０＜ν１ｎｉ＜７１．０・・・（５ｂ）
以上のようなズームレンズによれば、本実施例の課題を解決することができる。具体的には、本実施例のズームレンズは、簡易的なレンズ構成でありながら、歪曲収差と倍率色収差とを良好に補正すると共に、広角、大口径を両立することができる構成となっている。

以下に、更に好ましい条件として、付加的な構成的特徴について示す。これらは必ずしも必須と言う訳ではなく、以下の条件を満たしていれば、更に好ましいズームレンズ、或いは画像投影装置となり得るために必要な条件である。

（ア）以下の条件式（６）、（７）を満足すると尚良い。
Σ（Ｘ２ｐｉ ＊（１／ｆ２ｐｉ））／Σ（１／ｆ２ｐｉ）＜０．０００６０・・・（６）
Σ（Ｘ２ｎｉ ＊（１／ｆ２ｎｉ））／Σ（１／ｆ２ｎｉ）＞０．０００４０・・・（７）
ここで、Ｘ２ｐｉ、Ｘ２ｎｉは、第２レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの異常分散量を、ｆ２ｐｉ、ｆ２ｎｉは、第２レンズ群Ｌ２内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの焦点距離を表している。勿論、これらの条件式（６）、（７）のうち少なくとも１つを満たすだけでも構わない。

この条件式（６）、（７）は、第２レンズ群Ｌ２の正レンズ、負レンズそれぞれの硝材における異常分散量について規定している。この条件式（６）、（７）満たすことによって、短波長側の倍率色収差を良好に低減している。

ここで、条件式（６）、（７）は、好ましくは以下の条件式を満たすと良い。
−０．００３０＜Σ（Ｘ２ｐｉ ＊（１／ｆ２ｐｉ））／Σ（１／ｆ２ｐｉ）＜０．０００６・・・（６ａ）
０．００３０＞Σ（Ｘ２ｎｉ ＊（１／ｆ２ｎｉ））／Σ（１／ｆ２ｎｉ）＞０．０００４・・・（７ａ）
−０．００３０＜Σ（Ｘ２ｐｉ ＊（１／ｆ２ｐｉ））／Σ（１／ｆ２ｐｉ）＜０．０００５５・・・（６ｂ）
０．００３０＞Σ（Ｘ２ｎｉ ＊（１／ｆ２ｎｉ））／Σ（１／ｆ２ｎｉ）＞０．０００６０・・・（７ｂ）
（イ）更に以下の条件式（８）、（９）、（１０）を満足すると良い。
ｆ３／ｆｗ＞３．０・・・（８）
｜ｆ４｜／ｆｗ＞３．０・・・（９）
ｆ５／ｆｗ＞３．０・・・（１０）
ここで、ｆ３、ｆ４、ｆ５は、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５の焦点距離である。勿論、これらの条件式（８）、（９）、（１０）のうち少なくとも１つを満たすだけでも構わない。

この条件式（８）、（９）、（１０）を少なくとも１つ（好ましくは３つ全て）を満たすことにより、各レンズ群の偏芯に対する敏感度を小さくしている。これによって、偏製造誤差として生じ得る偏芯に対し、性能劣化が生じにくい構成にしている。

ここで、条件式（８）、（９）、（１０）は、好ましくは以下の条件式を満たすと良い。
４．５＞ｆ３／ｆｗ＞３．０・・・（８ａ）
４．５＞｜ｆ４｜／ｆｗ＞３．０・・・（９ａ）
６．０＞ｆ５／ｆｗ＞３．０・・・（１０ａ）
４．５＞ｆ３／ｆｗ＞３．５５・・・（８ｂ）
４．５＞｜ｆ４｜／ｆｗ＞３．５５・・・（９ｂ）
５．０＞ｆ５／ｆｗ＞４．５５・・・（１０ｂ）
（ウ）更に、上述の６つのレンズ群のうち少なくとも４つのレンズ群が、接合レンズを少なくとも１組含んでいると尚良い。このように構成することによって、ズーミング中の倍率色収差変動を低減している。

（エ）更に以下の条件式を満足するように構成すると良い。
１．４＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．０・・・（１１）
ここで、ｆ１は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を、ｆｗはズームレンズ全系の広角端における焦点距離を表している。

第１レンズ群Ｌ１の負のパワーを条件式（１１）の範囲にすることで、歪曲収差や倍率色収差を低減しつつ、小型化を達成可能にしている。この条件式（１１）の上限を下回ることによって小型化に寄与でき、下限を上回ることによって負のパワーを弱めることができるため、歪曲収差や倍率色収差の発生を抑えている。

ここで、条件式（１１）は、好ましくは以下の条件式を満たすと良い。
１．５９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜１．８５・・・（１１ａ）
また、本実施例は、上述のようなズームレンズを有する光学機器（例えば撮像装置、画像投影装置やその他の光学機器）にも適用可能である。具体的には、光源と、その光源によって照明される液晶パネル（液晶表示素子、画像形成素子）と、その液晶パネルから出射する光束をスクリーン等の被投影面に投影する上述のズームレンズを備える画像投影装置にも適用可能である。このような画像投影装置においては、赤、緑、青色等の複数の色光に対応する複数の液晶パネルを含んでおり、光源からの光（白色光）を赤、緑、青色光に分解し（色分解光学系）各色に対応する液晶パネルに導く光学系（照明光学系）を含んでいると良い。更に、各色に対応する液晶パネルからの画像光を合成して上述のズームレンズに導く色合成光学系も備えていると尚好ましい。

尚、以下に記載する数値実施例１、２、３のレンズデータに基づく上述の各条件式の計算結果を表１に示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各実施形態では、図１、図４、図７に示すような、拡大側より順に負正正負正正のパワー配置のレトロフォーカスズームレンズを採用している。ズームレンズＰＬは、第１レンズ群Ｌ１と第６レンズ群Ｌ６が変倍時に固定であり、変倍機能を得るため、いくつかのレンズ群が光軸上を移動し、合成焦点距離を変更できる構成となっている。本実施例においては、第２レンズ群Ｌ２から第５レンズ群Ｌ５が光軸上を移動して変倍を行っている。また、第１レンズ群Ｌ１が、光軸上を移動することで、フォーカス調整を行っている。

実施形態１から３における画像投影装置では、液晶表示装置ＬＣＤの原画を、硝子ブロックＧＢを通し、ズームレンズＰＬを用いてスクリーンに拡大投影している状態を示している。

スクリーン面（被投影面）と画像表示装置（液晶表示素子等）ＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面側の、距離の長い方の共役点が拡大共役点に相当し、画像表示装置ＬＣＤ側の、距離の短い方の共役点が縮小共役点に相当している。ＳＴＯは、前記ズームレンズの開口絞りである。

ズームレンズＰＬは、接続部材（不図示）を介して液晶プロジェクター本体に装着されている。前記ズームレンズＰＬよりも縮小共役側に配置される硝子ブロックＧＢ、液晶表示素子ＬＣＤはプロジェクター本体に含まれている。

ズームレンズＰＬは、照明光学系（不図示）との良好な瞳整合性を確保するため、液晶表示素子ＬＣＤ側の瞳が無限遠方にある、すなわち縮小共役側にテレセントリックな性質を有している。勿論完璧にテレセントリックである必要は無く、実質的にテレセントリックであれば良い。

硝子ブロックＧＢは、赤、緑、青それぞれの色光（それぞれの色に対応する波長帯域の光）に対応する液晶表示装置からの画像光を合成する手段（例えば偏光ビームスプリッタ、偏光板、波長板等）等である。本実施例のズームレンズＰＬでは、負の屈折力のレンズが先行するネガティブリード型を採用することにより、前記硝子ブロックＧＢを配置するための十分長いバックフォーカスを容易に確保している。

（実施形態１）
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影装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図２、図３は、本発明の実施形態１に対応する数値実施例１をｍｍ単位で表した時の、それぞれ広角端、望遠端における、球面収差（Ｓｐｈ）、非点収差（Ａｓ）、歪曲（Ｄｓｔ）、倍率色収差（Ｃｈｒｏ）を表している。そして（数値実施例１）に、この実施形態１のズームレンズのレンズデータを示す。この数値実施例では、拡大側からの各面の順序、各光学面の曲率半径ｒ、各光学面の間隔ｄ、ｄ線に対する各光学部材の屈折率Ｎｄとアッベ数νｄ、各光学部材の異常分散量Ｘを示す。また、ｆｗは広角端における焦点距離、ｆｔは望遠端における焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーを示している。また、各光学面の間隔ｄが（可変）となっている部分は、変倍に際して変化するものであり、別表に広角端、望遠端それぞれにおける面間隔を示す。これは（数値実施例２）、（数値実施例３）においても同様である。

ここで、図２、３、５、６、８、９に共通する事項について記載する。球面収差を示している図面において、実線は緑色光の波長（５５０ｎｍとしている）の球面収差を、破線は赤色光（６２０ｎｍ）の球面収差を、一点鎖線は青色光（４７０ｎｍ）の球面収差を示している。また、批点収差を示している図面においては、Ｍと言う符号及び＋符号を付している実線はメリディオナル方向を、Ｓと言う符号を付している実線はサジタル方向を示している。また、倍率色収差を示している図面においては、破線が赤色光（６２０ｎｍ）を、一点鎖線が青色光（４７０ｎｍ）を示している。

この実施形態１の第１レンズ群Ｌ１は、拡大共役側より順に、拡大側に凸の正メニスカスレンズ、拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凹レンズ、拡大共役側に凸の正メニスカスレンズより構成されている。

３枚の負レンズで歪曲や倍率色収差の発生を抑えつつ十分な負のパワーを確保し、軸外主光線高ｈ’が大きい最も拡大側の正レンズで歪曲を補正、また、軸上光線高ｈが大きい縮小側の正レンズで球面収差と軸上色収差を行っている。

第３レンズに条件式（１）を満足する低分散の両凹レンズを用いており、拡大共役側の面での倍率色収差軽減効果を得ている。

また、第１レンズ群Ｌ１を構成する正レンズ、及び負レンズがそれぞれ条件式（３）、（４）を満たしており、短波長側の倍率色収差を良好に補正している。

また、第１レンズ群Ｌ１の合成焦点距離が条件式（１１）の範囲を満たしており、全長が伸びすぎない程度にパワーを緩め、歪曲と倍率色収差の発生を抑えている。

また、第１レンズ群Ｌ１の負レンズ３枚が、条件式（５）を満たしており、安価な構成で、良好な色収差補正を行っている。

第２レンズ群Ｌ２は、正と負の接合レンズと、１枚の両凸レンズで構成された、強い正のパワーを有する群であり、該第２レンズ群Ｌ２が光軸上を移動することで、主な変倍効果を得ている。

また、軸外主光線高ｈ’が比較的大きい第２レンズ群Ｌ２に条件式（２）を満たす強い正のパワーを持たせることで、前記第１レンズ群Ｌ１内の第３レンズの拡大共役側で発生した歪曲を、良好に補正している。

また、第２レンズ群Ｌ２を構成する正レンズ、及び負レンズは、それぞれ条件式（６）、（７）を満たしており、短波長側の倍率色収差を良好に補正している。

第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４は、それぞれ比較的パワーの弱い正と負のパワーを有する単レンズで構成されており、球面収差やコマ収差の変倍変動を良好に補正している。

第５レンズ群Ｌ５は、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ１組と、両凸レンズより構成された、比較的弱い正のレンズ群であり、全変倍領域中の倍率色収差、像面湾曲を良好に保持している。

前記第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５のパワーがそれぞれ、条件式（８）、（９）、（１０）を満たしており、製造時に発生し得る偏芯による性能劣化が生じにくい構成になっている。

第６レンズ群Ｌ６は、第１レンズ群Ｌ１から第５レンズ群Ｌ５の合成屈折力を弱める働きをしており、高画角化、大口径化に有利な作用をしている。

これらの特徴により、実施形態１では、全変倍領域で良好な光学特性を得ている。図２に広角端、図３に望遠端の光学性能を示す。

（実施形態２）
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影装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図５、図６は、本発明の実施形態２に対応する数値実施例２をｍｍ単位で表した時の、それぞれ広角端、望遠端における、球面収差（Ｓｐｈ）、非点収差（Ａｓ）、歪曲（Ｄｓｔ）、倍率色収差（Ｃｈｒｏ）を表している。そして（数値実施例２）に、この実施形態２で使われているズームレンズのレンズデータを示している。

実施形態１と実施形態２の相違点は、第１レンズ群Ｌ１の５枚目の正レンズが、両凸形状になっていることである。光学性能は実施形態１と同様、全変倍領域で良好である。図５に広角端、図６に望遠端の光学性能を示す。

（実施形態３）
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影装置（液晶プロジェクター）の要部概略図である。図８、図９は、本発明の実施形態３に対応する数値実施例３をｍｍ単位で表した時の、それぞれ広角端、望遠端における、球面収差（Ｓｐｈ）、非点収差（Ａｓ）、歪曲（Ｄｓｔ）、倍率色収差（Ｃｈｒｏ）を表している。そして（数値実施例３）に、この実施形態３で使われているズームレンズのレンズデータを示している。

実施形態３の第１レンズ群Ｌ１は、実施形態１同様、拡大側より順に正負負負正のパワーを有し、かつ条件式（３）、（４）、（５）、（１１）を満たしており、各々前述した効果を得ている。実施形態１との相違点は、第３レンズの形状が拡大共役側に凸の負メニスカスレンズとなっている点である。

この相違点により、前記第３レンズでは、軸外主光線高ｈ’の大きい拡大側の面で歪曲発生を防ぐ効果がある。その反面、実施形態１で言及した倍率色収差補正効果が弱まっている。それにより実施形態３では、第２レンズ群以降の構成も実施形態１と一部異なる。

実施形態３では、前記第３レンズでの歪曲補正効果により、第２レンズ群が条件式（２）を満たさなくても、歪曲補正を可能としている。前記第３レンズ群での倍率色収差補正効果が弱まった分、実施形態３では、第２レンズ群Ｌ２と変倍効果を有する第３レンズ群Ｌ３を含む４つのレンズ群に接合レンズを配置することで、倍率色収差を良好に低減している。

第４レンズ群Ｌ４以降の効果は、実施形態１と同様である。

これらの特徴により、実施形態３では、全変倍領域で良好な光学特性を得ている。図８に広角端、図９に望遠端の光学性能を示す。

以上、本発明の好ましいズームレンズの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

上述の実施形態１、２、３に示したズームレンズを画像投影装置の投影光学系（投影レンズ）として用いても良い。この画像投影装置は、複数の画像表示素子（液晶表示素子、液晶パネル）と、光源からの光（白色光）を赤、緑、青色光に分解し（色分解光学形）、それぞれの色光に対応する画像表示素子に導くことにより画像表示素子を照明する照明光学系を備える。更に、それらの画像表示素子からの色光を合成して、前述のズームレンズに導く色合成光学系と、前述のズームレンズとを備え、このズームレンズで合成された画像光を被投影面上（スクリーン上）に投影する構成である。勿論、画像表示素子を１つとし、各色に対応する画像を時分割で切り換える表示方式の画像投影装置であっても構わない。

また、上述のズームレンズを、ビデオ、カメラ、双眼鏡、望遠鏡等の光学機器に用いるズームレンズとして用いても構わない。

本発明の実施形態１のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の広角端における収差図 本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の望遠端における収差図 本発明の実施形態２のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の広角端における収差図 本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の望遠端における収差図 本発明の実施形態３のズームレンズを用いた画像投影装置の要部概略図 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の広角端における収差図 本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表した時の、物体距離２．３１ｍの時の望遠端における収差図

符号の説明

ＰＬ 投影光学系（投影レンズ）
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
Ｌ６ 第６レンズ群
ＳＴＯ 絞り（開口絞り）
ＧＢ ガラスブロック
ＬＣＤ 液晶パネル

Claims (8)

1. 拡大共役側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群が、拡大共役側より順に、拡大共役側に凸の正メニスカスレンズ、拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凹レンズ、両凸レンズまたは拡大共役側に凸の正メニスカスレンズを有しており、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
   Σ（ν１ｎｉ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞６４
   ｆ２／ｆｗ＜２．０
   ここで、
   ｆ１ｎｉ、ν１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の負レンズにおける焦点距離とアッベ数、
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離、
   ｆｗ：前記ズームレンズ全系の広角端における焦点距離、
   とする。
2. 拡大共役側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群が、拡大共役側より順に、正レンズ、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズを有しており、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
   Σ（Ｘ１ｐｉ＊（１／ｆ１ｐｉ））／Σ（１／ｆ１ｐｉ）＜０．０００２
   Σ（Ｘ１ｎｉ ＊（１／ｆ１ｎｉ））／Σ（１／ｆ１ｎｉ）＞０
   ν１ｎｉ＜７５
   ここで、
   Ｘ１ｐｉ、Ｘ１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの異常分散量、
   ｆ１ｐｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズにおける焦点距離、
   ｆ１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の負レンズにおける焦点距離、
   ν１ｎｉ：前記第１レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の任意の負レンズのアッベ数、
   であり、異常分散量は、
   Ｎｇ、Ｎｆ、Ｎｃ：それぞれ、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率、
   νｄ：ｄ線におけるアッベ数、
   θｇＦ＝（Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）、
   として、
   異常分散量＝θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）
   で定義される。
3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   Σ（Ｘ２ｐｉ＊（１／ｆ２ｐｉ））／Σ（１／ｆ２ｐｉ）＜０．０００６０
   Σ（Ｘ２ｎｉ＊（１／ｆ２ｎｉ））／Σ（１／ｆ２ｎｉ）＞０．０００４０
   ここで、
   Ｘ２ｐｉ、Ｘ２ｎｉ：前記第２レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの異常分散量、
   ｆ２ｐｉ、ｆ２ｎｉ：前記第２レンズ群内の拡大共役側からｉ番目の正レンズ、負レンズの焦点距離、
   であり、異常分散量は、
   Ｎｇ、Ｎｆ、Ｎｃ：それぞれ、ｇ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率、
   νｄ：ｄ線におけるアッベ数、
   θｇＦ＝（Ｎｇ−Ｎｆ）／（Ｎｆ−Ｎｃ）、
   として、
   異常分散量＝θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）、
   と定義される。
4. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。
   ｆ３／ｆｗ＞３．０
   ｜ｆ４｜／ｆｗ＞３．０
   ｆ５／ｆｗ＞３．０
   ここで、
   ｆ３、ｆ４、ｆ５：前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群の焦点距離とする。
5. 前記６つのレンズ群のうち少なくとも４つのレンズ群が、接合レンズを少なくとも１組含むことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
6. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズームレンズ。
   １．４＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２．０
   ここで、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離、
   ｆｗ：前記ズームレンズ全系の広角端における焦点距離、
   とする。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
8. 請求項１から６いずれかに記載のズームレンズを有し、前記ズームレンズを用いて被投影面上に画像光を投影することを特徴とする画像投影装置。

Images