JP5596500B2 - 投射用ズームレンズ - Google Patents

Description

この発明は投射用ズームレンズに関する。

液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の「光空間変調素子」により光変調された画像を、スクリーン上に拡大投射する装置は、従来から広く知られているが、画像データのデジタル化に伴い、光空間変調素子で変調処理できる画像の高精細化が進み、映画館などの大画面スクリーンへの投射にも耐え得る高精細な画像が実現されている。

近年、設置の自由度を高めるため、投射用ズームレンズとして、広画角化に対応し、高い変倍比が求められ、さらに、明るい場所でも十分なコントラストが得られるようにレンズのＦナンバの小さい「明るい画像が得られるズームレンズ」が望まれている。

従来から知られたプロジェクタ用のズームレンズには、Ｆナンバの小さいものも種々知られているが「ズーミングの際に開口数（Ｆナンバ）が変化する」ものが多い。

通常は「広角側よりも望遠側でＦナンバが大きい」ため、このようなズームレンズでは、同じスクリーンサイズでも「スローレシオ」が大きい方で「映像が暗くなる」という問題が生じる。

また、レンズのズーム比が大きくなる程レンズの汎用性は高まるが、その一方で、ズーム比が大きくなる程「Ｆナンバの変動が大きくなる」という問題がある。
従って、スクリーンサイズが広範囲に変化しても「投射画像の明るさの変化が少ない」ことが重要と成る。

従来、ズーミングに際して、Ｆナンバを不変に保つ投射用ズームレンズとして、特許文献１記載のものが知られている。
この投射用ズームレンズは「６群構成４群移動」のものであり、第１レンズ群と第６レンズ群を固定した状態で、第２〜５レンズ群を移動させて変倍を行う。変倍の際に、明るさを一定にするように「第５レンズ群内に設けられた開口絞りを、各移動レンズ群と独立に移動」させている。

また、特許文献２記載の投射用ズームレンズも「６群構成４群移動」のものであり、開口絞りの位置が、複数のレンズ群の動きに応じて「縮小側レンズ系の拡大側焦点距離の位置」の近傍となるように開口絞りを変位させて、変倍に伴うＦナンバの変化を小さくしている。

特許文献１、２記載の投射用ズームレンズは「変倍に伴うＦナンバの変化」を実質的に０とし、あるいは小さくしているが、開口絞りを移動させるため、レンズ系の構成が複雑である。また、ズーミングや距離合せによって射出瞳が変動するのも好ましくない。

また、特許文献１、２記載の投射用ズームレンズはいずれも、画角、変倍比、Ｆナンバが、昨今要請されるレベルに対して十分と言えない。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、Ｆナンバが変倍とともに変化せず、性能の良好な投射用ズームレンズの実現を課題とする。

この発明の投射用ズームレンズは「平面画像（たとえば液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイスに形成される）を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズ」である。

請求項１記載の投射用ズームレンズは、図１に例示するように、拡大側（第１図左方）から縮小側（同右方）へ向かって順次、第１レンズ群Ｇ１ないし第６レンズ群Ｇ６を配してなり、第６レンズ群Ｇ６の拡大側に開口絞りＳＴを有し、縮小側に略テレセントリックである。
開口絞りＳＴは、第６レンズ群Ｇ６の拡大側において、第６レンズ群Ｇ６に対して固定的である。
縮小側が略テレセントリックとなるように、開口絞りＳＴは、第６レンズ群Ｇ６の拡大側の焦点位置の近傍に配置される。

第１レンズ群Ｇ１は負のパワー、第２レンズ群Ｇ２は正のパワー、第３レンズ群Ｇ３は負のパワー、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５、および第６レンズ群Ｇ６は正のパワーを有する。
広角端から望遠端への変倍に際して、第６レンズ群Ｇ６を縮小側共役点に対して固定する。

即ち、開口絞りＳＴと第６レンズ群Ｇ６とは、変倍に際して変位しない。

第１レンズ群Ｇ１は光軸に沿って縮小側へ移動させ、第２〜第５レンズ群Ｇ２〜Ｇ５は光軸に沿って拡大側へ移動させる。

このとき、第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の「変倍に伴う光軸上の位置」が「変倍の全領域において、Ｆナンバを一定とする」ように設定される。

請求項１記載の投射用ズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際して、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４を「変倍比に対して比例的な移動量」で移動させ、第５レンズ群Ｇ５を「変倍比に対して非線形な移動量」で移動させるのがよく、広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、全系のバックフォーカス：Ｂｆ、広角端でのレンズ系全長：Ｌｗ、望遠端でのレンズ系全長：Ｌｔ、が、条件：
（１） １．２ ＜ Ｂｆ／ｆｗ ＜ １．８
（２） １．１ ＜ Ｌｗ／Ｌｔ ＜ １．４
を満足することが好ましい（請求項２）。

請求項１または２記載の投射用ズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１が少なくとも２枚の負レンズを有し、これら負レンズのいずれか１枚が非球面を有し、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１が、条件：
（３） ２．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ ＜３．２
を満足することが好ましい（請求項３）。

請求項３記載の投射用ズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した３枚構成であることができる（請求項４）。
請求項３記載の投射用ズームレンズはまた、第１レンズ群Ｇ１が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した４枚構成であることができる（請求項５）。

請求項１〜５の任意の１に記載の投射用ズームレンズは、第２レンズ群が２枚の正レンズで構成され、これら２枚の正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率の小さい方のレンズの屈折率：Ｎ２、第２レンズ群の焦点距離：ｆ２が、条件：
（４） ２．０＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜３．２
（５） １．７＜Ｎ２
を満足することが好ましい（請求項６）。
請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズは、第５レンズ群Ｇ５が「正レンズと負レンズを、微小な空気間隔を隔して配置」して構成され、上記正レンズの、ｄ線に対する屈折率：Ｎ５が、条件：
（６） １．７＜Ｎ５
を満足する」ことが好ましい（請求項７）。

請求項１〜６の任意の１に記載の投射用ズームレンズは「第５レンズ群Ｇ５が１枚の正レンズ」で構成され、該正レンズのｄ線に対するアッベ数：ν５が、条件：
（７） ７０＜ν５
を満足する構成とすることもできる（請求項８）。

請求項１〜８の任意の１に記載の投射用ズームレンズは、第６レンズ群が「アッベ数：７０以上の凸レンズ」を少なくとも１枚含み、第６レンズ群の焦点距離：ｆ６、条件：
（８） １．４ ＜ ｆ６／ｆｗ ＜ ２．３
を満足することが好ましい（請求項９）。

請求項１０の画像投射装置は、光源と、空間光変調素子と、照明光学系と、投射光学系とを有し、３板式である。
「光源」は、照明用の光を放射する。
「光空間変調素子」は、投射すべき平面画像を画像情報として表示する。
「照明光学系」は、光空間変調素子に光源からの光を照明光として照射する。

「投射光学系」は、空間変調素子により変調された光を拡大投影する。そして、この投射光学系として、上記請求項１〜９の任意の１に記載の投射用ズームレンズを用いる。

即ち、画像投射装置は３枚の「液晶パネルもしくはＤＭＤ」を用い、色合成プリズムにより色合成を行なうものであり、この発明の投射用ズームレンズは、かかる画像投射装置に用いることが前提である。

上記の如く、請求項１記載の投射用ズームレンズは、変倍に際して、第６レンズ群と開口絞りが固定であって移動しない。開口絞りが固定であるため変倍機構が簡単化される。

また、開口絞りは第６レンズ群の拡大側焦点位置の近傍に固定されるので、射出瞳の位置が縮小側の無限遠となり、投射用ズームレンズとして「縮小側におけるテレセントリック性」の確保が容易である。

また、変倍に際して開口絞りは移動しないので、「射出瞳」は変倍に際して移動しない。

また、移動群である第１〜第５レンズ群の「変倍に伴う光軸上の位置」が「変倍の全領域において、Ｆナンバを一定とする」ように設定されるので、投射用ズームレンズのＦナンバは変倍に際して変化しない。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は光軸に沿って縮小側へ移動し、第２〜第５レンズ群Ｇ２〜Ｇ５は光軸に沿って拡大側へ移動する。
このとき「変倍の全領域において、Ｆナンバを一定とするような各群の移動の仕方」は種々可能であるが、請求項２記載のように、第１〜第４レンズ群を「変倍比に対して比例的な移動量」で移動させ、第５レンズ群を「変倍比に対して非線形な移動量」で移動させるようにすると、第１〜第４レンズ群の移動が簡単化され、非線形的な移動を行なうレンズ群が第５レンズ群のみとなるので、第１〜第５レンズ群の移動が簡単化される。

上記の如く、この発明の投射用ズームレンズにおいて、変倍中に固定である固定群は第６レンズ群Ｇ６であり、第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５が移動群を構成する。

移動群のうち、開口絞りＳＴよりも拡大側に位置する第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５のうち、第２〜第５レンズ群Ｇ２〜Ｇ５は、第１レンズ群Ｇ１で発生する歪曲収差、球面収差、さらには像面湾曲を補正する役割を受け持つ。

移動群のうち、最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１を、光軸に沿って縮小側へ移動させ、中間に配列された第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５を「光軸に沿って拡大側へ移動」させ、第６レンズ群の拡大側焦点位置の近傍に開口絞りＳＴを配置することにより「良好なテレセントリック性」を得ている。

開口絞りＳＴは、変倍に際して第６レンズ群Ｇ６と共に固定である。
上記の如くして、高ズーム比を維持しつつ、ズームレンズの広角化が容易となり、広角化の実現とともに、変倍の全領域においてＦナンバを略一定とすることが可能となる。

Ｆナンバを一定にするために、開口絞りを変倍に伴って移動させたり、絞り径を可変したりする必要がない。

また、「負・正・負・正・正・正」の屈折力を持つ第１〜第６レンズ群Ｇ１〜Ｇ６による構成とすることにより「３板式液晶プロジェクタに使用するために十分な長いバックフォーカス」を確保し、Ｆナンバを小さく、広画角と「投射用ズームレンズに必要な変倍比」の実現を可能としている。

説明を補足する。

条件（１）は、３板式の画像投射装置用の投射用ズームレンズに必要とされる「色合成プリズムを配置するのに必要な長いバックフォーカスと、大きな画角」を両立させるための条件であり、全系の焦点距離が最短となる広角端において、「縮小側の主点位置」を第６レンズ群の縮小側レンズ面よりもさらに光源側（縮小側）に位置させて成立させる。

条件（１）のパラメータが下限値：１．２を超えると、バックフォーカスが短くなり、色合成プリズムの配置が困難になる。

条件（１）のパラメータが上限値：１．８を越えると、第１レンズ群と「縮小側の共役点」との距離が必要以上に大きくなり「投射用ズームレンズのコンパクト性」の面から好ましくない。また、広角端での焦点距離：ｆｗが小さくなり、変倍比を上げることが困難になる。

変倍に際しては第６レンズ群が固定であり、変倍は第１〜第５レンズ群を変位させて行う。広角端から望遠端へ連続変倍する際、第２〜５レンズ群を光軸に沿って拡大側へ移動させ、同時に、第１レンズ群を光軸に沿って縮小側へ移動させる。
したがって、変倍比の増大と共に「第１レンズ群と第２レンズ群との間隔」が狭くなるため、第２レンズ群の移動量は少なくて済む。

第１〜第６レンズ群の全体としてのサイズは「広角端から望遠端へ連続変倍するにつれて短く」なるが、第１、第５レンズ群間の「少ないスペース」を有効に使い十分な変倍比を得るとともに、変倍による球面収差、コマ収差等の諸収差変動を抑え、良好な像性能を維持可能としている。

条件（２）は、投射用ズームレンズの「コンパクト性と像性能のバランス」に関するものである。上記の如く、この発明の投射用ズームレンズでは、第６レンズ群が変倍に際して固定であり、広角端から望遠端への変倍に際しては、第１レンズ群が縮小側へ移動するので、投射用ズームレンズの全長は、広角端における全長：Ｌｗが最大で、望遠端における全長：Ｌｔが最小である。

条件（２）のパラメータ：Ｌｗ／Ｌｔが小さくなることは、ＬｗとＬｔの差が小さくなることを意味するが、条件（２）の下限値を越えると、ＬｗとＬｔの差が小さくなりすぎて「移動レンズ群を変位させるための領域」を十分に確保できず、所望の変倍比を得ることが困難になる。

逆に、条件（２）の上限値を越えると、ＬｗとＬｔの差が小さくなりすぎ、投射用ズームレンズの「広角端でのレンズ全長」が長大化し、コンパクト性が失われ、レンズの外径・厚みが大きくなりコストの高いレンズとなってしまう。

請求項３記載のように、第１レンズ群を少なくとも２枚の負レンズを配することにより入射瞳を拡大側へ移動させ、さらに、第１レンズ群に配される負レンズのうち１枚を非球面レンズとし、これにより歪曲収差を補正することで、高画角ながらも外径は小さく、歪曲収差が非常に小さいレンズとすることができる。

条件（３）は、「長いバックフォーカスと良好な光学性能」を両立させるためのものであり、下限値を越えると、第１レンズ群の負の屈折力（＝１／ｆ１）が過大になり、第１レンズ群において大きく発生する収差を、第２レンズ群以下で補正することが困難となり、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になる。

条件（３）の上限値を越えると、第１レンズ群の負の屈折力が小さくなりすぎ、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る。即ち、長いバックフォーカスを得るためには、第１レンズ群により光束を「縮小側へ大きく発散させる」必要があるが、条件（３）の上限を超えると、第１レンズ群の負の屈折力が不足して、第１レンズ群による上記発散を十分に実現できない。

後述の実施例４、５は、拡大側１番目のレンズを非球面とした例を示している。

上述の如く、移動群のうち「絞りＳＴよりも前方に位置する第２〜第５レンズ群」は、第１レンズ群Ｇ１で発生する歪曲収差、球面収差、さらには像面湾曲を補正する役割を受け持つが、正の屈折力を持つ第２レンズ群は「主たる変倍子」としての機能を持つ。

投射用ズームレンズをコンパクトにするためには、変倍子の移動量は小さいことが好ましく、そのためには「変倍子にはできるだけ強い屈折力を与える」ことが必要である。

しかし、強い屈折力は「収差を悪化」させやすい。

請求項６記載の投射用ズームレンズでは、強い屈折力の第２レンズ群をわずか２枚の正レンズで構成し、条件（４）、（５）を満足させることにより、第２レンズ群での「大きな収差の発生」を抑制している。

条件（４）の上限を超えると、第２レンズ群の正の屈折力が十分でなく、「主たる変倍子」として十分な機能を果たすことが難しくなる。逆に条件（４）の下限を超えると、第２レンズ群の屈折力が過大になって、収差を悪化させやすくなる。

また、第２レンズ群を構成する２枚の正レンズのうちの「ｄ線に対する屈折率の小さい方のレンズの屈折率：Ｎ２が、条件（５）の下限値：１．７を越えると、該正レンズのレンズ面の曲率を大きくして「正の屈折力を増加」しなければならず、高次の球面収差、コマ収差等を発生させる原因となり、ペッツバール和も増加して像面の平坦性を保つことが難しくなる。なお、屈折率：Ｎ２の上限値は１．９であり、これより大きな屈折率を持つ適当な材料はない。

第５レンズ群は、変倍に際して「開口絞りより拡大側に位置する第２〜４レンズ群の移動に伴い、縮小側共役点で生じるデフォーカスを補正する役割」を有している。

請求項７の投射用ズームレンズでは、第５レンズ群を「正レンズと負レンズが微小な空気間隔を隔して配置」された構成とし、正レンズの、ｄ線に対する屈折率：Ｎ５が、条件（６）を満足することで、軸上色収差を良好に補正することを可能としている。この場合も、屈折率：Ｎ５の上限値は１．９であり、これより大きな屈折率を持つ適当な材料はない。

第５レンズ群を構成するレンズは、請求項８のように、条件（７）を満足する１枚の正レンズで構成することもでき、これにより、ズーム全領域において軸上色収差を良好に補正することが可能となり、構造の簡易化、低コスト化を実現できる。

第６レンズ群を構成するレンズは、請求項９に示すように、倍率色収差を小さく抑えるため、アッベ数：７０以上の正レンズを少なくとも１枚含んでいることが望ましい。

第６レンズ群に、条件（８）を満足する範囲のパワーを配分すると「少ない倍率色収差でありながら、十分なテレセントリック性を得る」ことが可能となる。即ち、条件（８）の下限を超えると、第６レンズ群のパワーが強くなり、テレセントリック性を得るには有利であるが、倍率の色収差が増大してしまう。

逆に、上限を超えると、倍率色収差の補正上は有利であるが必要なテレセントリック性を得ることが困難になる。

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とこれを用いる画像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、後述する実施例に示すように、１．６６〜１．７４程度のＦナンバを実現でき、しかも、このＦナンバが２倍程度の大きい変倍比で変倍する間、不変に保たれる。即ち、明るく、Ｆナンバが変倍とともに変化せず、性能の良好な投射用ズームレンズを実現可能である。

実施例１の投射用ズームレンズの望遠端、広角端における断面図である。 実施例２の投射用ズームレンズの望遠端、広角端における断面図である。 実施例３の投射用ズームレンズの望遠端、広角端における断面図である。 実施例４の投射用ズームレンズの望遠端、広角端における断面図である。 実施例５の投射用ズームレンズの望遠端、広角端における断面図である。 実施例１の投射用ズームレンズの収差図である。 実施例２の投射用ズームレンズの収差図である。 実施例３の投射用ズームレンズの収差図である。 実施例４の投射用ズームレンズの収差図である。 実施例５の投射用ズームレンズの収差図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１〜図５に、投射用ズームレンズの実施の形態を５例示す。これら実施の形態は、具体的には後述の実施例１〜５に関するものである。
繁雑を避けるため、図１〜図５において符号を共通化し、第１レンズ群〜第６レンズ群に対して順次、符号Ｇ１〜Ｇ６を当てる。また、開口絞りは符号ＳＴで表す。また、投射用ズームレンズの第６レンズ群Ｇ６の縮小側（図の右方）において符号Ｐで示すのは、色合成光学系のダイクロイックプリズムである。

図１〜図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側（各図の左方）から縮小側（各図の右方）へ向かって順次、第１〜第６レンズ群Ｇ１〜Ｇ６を配し、第６レンズ群Ｇ６の拡大側に開口絞りＳＴを有し、縮小側に略テレセントリックな投射用ズームレンズである。

第１レンズ群Ｇ１は負のパワー、第２レンズ群Ｇ２は正のパワー、第３レンズ群Ｇ３は負のパワー、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５、および第６レンズ群Ｇ６は正のパワーを有する。
図１〜図５において、上図は広角端におけるレンズ群配置を示し、下図は望遠端におけるレンズ配置を示す。これらの図の上図と下図の間に描かれた「矢印」は、広角端から望遠端への変倍に際しての各レンズ群の変位の様子を示している。

広角端から望遠端への変倍に際して、第６レンズ群Ｇ６は縮小側共役点（拡大される平面画像が表示される位置である。）に対して固定され、開口絞りＳＴは第６レンズ群Ｇ６の拡大側焦点位置の近傍に固定される。

第１レンズ群Ｇ１を光軸に沿って縮小側へ移動し、第２〜第５レンズ群Ｇ２〜Ｇ５は、光軸に沿って拡大側へ移動する。

これら第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の「変倍に伴う光軸上の位置」は、変倍の全領域において、Ｆナンバを一定とするように設定される。

また、これら実施の形態に対応する実施例１〜５においては、広角端から望遠端への変倍に際して、第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４は「変倍比に対して比例的な移動量」で移動し、第５レンズ群Ｇ５は「変倍比に対して非線形な移動量」で移動する。

そして、各実施例の投射用ズームレンズとも、条件（１）、（２）を満足する。

図１〜図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズは、何れも、第１レンズ群Ｇ１が少なくとも２枚の負レンズを有する。そして、各実施の形態に対応する実施例１〜５の投射用ズームレンズは、条件（３）を満足する。

また、図１〜図３に実施の形態を示す投射用ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した３枚構成である。
図４、図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した４枚構成である。

また、図１〜図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズは何れも、第２レンズ群Ｇ２が２枚の正レンズで構成されており、実施例１〜５における第２レンズ群Ｇ２の２枚の正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率の小さい方のレンズの屈折率：Ｎ２、第２レンズ群の焦点距離：ｆ２は、条件（４）、（５）を満足する。

また、図１〜図４に実施の形態を示す投射用ズームレンズにおける第５レンズ群Ｇ５は「正レンズと負レンズが、微小な空気間隔を隔して配置され」ている。図１〜図４に示す投射用ズームレンズに対応する実施例１〜４において、第５レンズ群Ｇ５の正レンズは条件（６）を満足する。

図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズにおける第５レンズ群Ｇ５は「１枚の正レンズ」で構成され、対応する実施例５において、当該１枚の正レンズは条件（７）を満足する。

また、図１〜図５に実施の形態を示す投射用ズームレンズに対応する実施例１〜５の何れに於いても、第６レンズ群Ｇ６は、アッベ数が７０以上の凸レンズを少なくとも１枚含み、第６レンズ群Ｇ６の焦点距離：ｆ６は条件（８）を満足している。

以下、具体的な実施例を５例挙げる。これら実施例１〜５にかかる投射用ズームレンズは、図１〜図５に記載した実施の形態の具体例である。

各実施例において、「Ｓ」により面（レンズ面と絞りの面および色合成光学系のダイクロイックプリズムの面）の番号、「Ｒ」により各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）、「ｄ」により光軸上の面間隔をそれぞれ表す。

変倍により変化する面間隔は、広角端と中間焦点距離、望遠端での値を示した。

各実施例において記号の示すところは以下の通りである。

「Ｎｄ」と「νd」は、各レンズの材質の「ｄ線に対する屈折率とアッベ数」を表す。
「ｆｗ」、「ｆｔ」は、それぞれ、広角端、望遠端における全系の焦点距離を表す。
「Ｆ／Ｎｏ」は、明るさを表すＦナンバ、「ω」は広角端での半画角を表す。
「Ｂｆ」は、空気中（プリズムのない状態）のバックフォーカスを示す。

なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率：ｃ（前記近軸曲率半径の逆数）、円錐定数：Ｋ、高次項の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、周知の式：
Ｚ＝ｃ・ｈ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ^２・ｈ^２｝］
＋Ａ・ｈ^４＋Ｂ・ｈ^６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ^１０＋Ｅ・ｈ^１２
で表し、ｃ、Ｋ、Ａ〜Ｅの値を与えて特定する。

「実施例１」
ｆｗ＝19.21ｍｍ、ｆｔ＝39.15ｍｍ、F/No＝1.66〜1.66（Wide〜Tele）、ω＝28.43度、Ｂｆ＝28.37ｍｍ
実施例１の諸元を表１に示す。

非球面のデータを表２に示す。

変倍に伴う変動量を表３に示す。

「実施例2」
ｆｗ＝19.16ｍｍ、ｆｔ＝39.12ｍｍ、F/No＝1.70〜1.70（Wide〜Tele）、ω＝28.49度、Ｂｆ＝27.19ｍｍ
実施例2の諸元を表４に示す。

非球面のデータを表５に示す。

変倍に伴う変動量を表６に示す。

「実施例3」
ｆｗ＝19.22ｍｍ、ｆｔ＝43.21ｍｍ、F/No＝1.70〜1.70（Wide〜Tele）、ω＝28.42度、Ｂｆ＝29.79ｍｍ
実施例３の諸元を表７に示す。

非球面のデータを表８に示す。

変倍に伴う変動量を表９に示す。

「実施例４」
ｆｗ＝19.25ｍｍ、ｆｔ＝41.22ｍｍ、F/No＝1.74〜1.74（Wide〜Tele）、ω＝28.43度、Ｂｆ＝29.79ｍｍ
実施例４の諸元を表１０に示す。

非球面のデータを表１１に示す。

変倍に伴う変動量を表１２に示す。

「実施例５」
ｆｗ＝19.35ｍｍ、ｆｔ＝39.46ｍｍ、F/No＝1.70〜1.70（Wide〜Tele）、ω＝28.23度、Ｂｆ＝28.67ｍｍ
実施例５の諸元を表１３に示す。

非球面のデータを表１４に示す。

変倍に伴う変動量を表１５に示す。

上記実施例1〜5に関する条件（1）〜（5）のパラメータの値を表１６に示す。

これから明らかなように、実施例１〜５は条件（１）〜（５）を満足している。
なお、上記実施例１ないし５のデータから算出される開口絞りＳＴの位置は、第６レンズ群の拡大側焦点位置より拡大側に位置し、第６レンズ群の拡大側焦点位置から拡大側へ測って、実施例１ないし実施例５において、以下の位置に固定される。
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
4.91ｍｍ 5.04ｍｍ 5.59ｍｍ 5.05ｍｍ 4.22ｍｍ
このように、開口絞りＳＴは、第６レンズ群の「拡大側焦点位置の近傍」の位置に固定される。

図6〜図１0に順次、実施例１〜5の投射用ズームレンズの、広角端、中間変倍位置、望遠端における収差図を示す。

上・下・中段に示す広角端、中間焦点距離、望遠端の収差図は、左から球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。
これらの収差図中、Ｇは波長：５５０．０ｎｍ、Ｒは波長：６２０．０ｎｍ、Ｂは波長：４６０．０ｎｍを表し、Ｓは波長：５５０．０ｎｍでのサジタル像面、Ｔは波長：５５０．０ｎｍでのタンジェンシアル像面を意味している。収差図の縦軸は像高比であり、最大座標は1である。

これら実施例１では、広角端での半画角が２８度以上と広画角であり、２倍以上の変倍比を持ち、なおかつＦナンバが１．７程度と小さく、しかも変倍に際してＦナンバが変化しない。

従って、光源と、画像情報を表示するための光空間変調素子と、光空間変調素子に光源からの光を照明光として照射する照明光学系と、光空間変調素子により変調された光を拡大投影する投射光学系とを有する周知の画像投射装置に、これら実施例１〜５の任意のものを投射光学系として用いることにより、スクリーンサイズが広範囲に変化しても「投射画像の明るさの変化が少ない」画像投射装置を実現することができる。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｇ６ 第６レンズ群
ＳＴ 開口絞り
Ｐ 色合成プリズム

特開２００９−１２８６８４号公報 特許第４３８００８６号公報

Claims (10)

1. 平面画像を拡大して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かって順次、第１〜第６レンズ群を配し、第６レンズ群の拡大側に開口絞りを有し、縮小側に略テレセントリックな投射用ズームレンズにおいて、
   第１レンズ群は負のパワー、第２レンズ群は正のパワー、第３レンズ群は負のパワー、第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群は正のパワーを有し、
   開口絞りは、第６レンズ群の拡大側において、第６レンズ群に対して固定的であり、
   広角端から望遠端への変倍に際して、第６レンズ群を縮小側共役点に対して固定し、第１レンズ群を光軸に沿って縮小側へ移動させるとともに、第２〜第５レンズ群を光軸に沿って拡大側へ移動させ、
   上記第１〜第５レンズ群の変倍に伴う光軸上の位置が、変倍の全領域において、Ｆナンバを一定とするように設定されたことを特徴とする投射用ズームレンズ。
   
2. 請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端への変倍に際して、第１〜第４レンズ群を、変倍比に対して比例的な移動量で移動させ、第５レンズ群を、変倍比に対して非線形な移動量で移動させ、
   広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、全系のバックフォーカス：Ｂｆ、広角端でのレンズ系全長：Ｌｗ、望遠端でのレンズ系全長：Ｌｔ、が、条件：
   （１） １．２ ＜ Ｂｆ／ｆｗ ＜ １．８
   （２） １．１ ＜ Ｌｗ／Ｌｔ ＜ １．４
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
3. 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レンズ群が少なくとも２枚の負レンズを有し、これら負レンズのいずれか１枚が非球面を有し、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１が、条件：
   （３） ２．０＜｜ｆ１｜／ｆｗ ＜３．２
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
4. 請求項３記載の投射用ズームレンズにおいて、
   第１レンズ群が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した構成であることを特徴とする投射用ズームレンズ。
5. 請求項３記載の投射用ズームレンズにおいて、
   第１レンズ群が、拡大側から縮小側へ向かって順に、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを配列した構成であることを特徴とする投射用ズームレンズ。
6. 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２レンズ群が２枚の正レンズで構成され、これら２枚の正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率の小さい方のレンズの屈折率：Ｎ２、第２レンズ群の焦点距離：ｆ2が、条件：
   （４） ２．０＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜３．２
   （５） １．７＜Ｎ２
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
7. 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５レンズ群は、正レンズと負レンズが、微小な空気間隔を隔して配置され、上記正レンズの、ｄ線に対する屈折率：Ｎ５が、条件：
   （６） １．７＜Ｎ５
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
8. 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５レンズ群が１枚の正レンズで構成され、該正レンズのｄ線に対するアッベ数：ν５が、条件：
   （７） ７０＜ν５
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載の投射用ズームレンズにおいて、
   第６レンズ群は、アッベ数が７０以上の凸レンズを少なくとも１枚含み、
   第６レンズ群の焦点距離：ｆ６が、条件：
   （８） １．４ ＜ ｆ６／ｆｗ ＜ ２．３
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
10. 光源と、
    画像情報を表示するための光空間変調素子と、
    この光空間変調素子に光源からの光を照明光として照射する照明光学系と、
    上記光空間変調素子により変調された光を拡大投影する投射光学系と、を有し、
    投射光学系として、請求項１〜９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３板式の画像投射装置。

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