JPH11119091A

JPH11119091A - 変倍光学系

Info

Publication number: JPH11119091A
Application number: JP9279150A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Tsuruya; 克敏鶴谷; Katsuhiro Takamoto; 勝裕高本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-13
Also published as: US6014267A; JP3417273B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を
投影するための、倍率色収差が小さく低価格な変倍光学
系を提供する。【解決手段】投影側から順に、負の第１群(Gr1)，正
の第２群(Gr2)，正の第３群(Gr3)から成り、第１群(Gr
1)と第２群(Gr2)が光軸AX上を移動することにより変倍
を行う。第１群(Gr1)中のレンズ(G2)と第３群(Gr3)中の
レンズ(G10)が、非球面量が規定された非球面レンズで
あり、第３群(Gr3)中の正レンズ(G11)が、異常部分分散
性，アッベ数が規定されたレンズ材料で構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変倍光学系に関す
るものであり、例えば、投影装置(液晶パネル等の表示
素子の画像をスクリーン上に投影する液晶プロジェクタ
ー等)用の投影光学系として好適な変倍光学系に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及に
伴い、ビジネス分野等でのプレゼンテーション機器とし
て、液晶プロジェクターが広く利用されるようになって
きている。また、ホームシアター等に用いられる家庭用
投影機器としても、液晶プロジェクターの需要が見込ま
れている。それらの要求に対して、１０万〜３０万画素
程度の単板式や３板式の液晶フロントプロジェクターが
提供されてきた。

【０００３】このような液晶プロジェクターに用いられ
る投影用変倍光学系が、特開平７−１３０７７号公報で
提案されている。これは負・正・正の３群から成る変倍
光学系であり、従来の表示素子の画像を投影するには適
当な性能を有している。しかし、倍率色収差が十分に抑
えられていないため、より高画質な表示素子を投影する
ことは困難である。

【０００４】倍率色収差を抑えた変倍光学系としては、
負・正・正の３群から成る写真撮影用の変倍光学系が、
特公平３−２０７３５号公報で提案されている。この変
倍光学系は、第３群の正レンズに異常分散ガラスを使用
することで、変倍に際しての倍率色収差の変動を抑える
構成となっている。しかし、この構成でも、高画質の表
示素子の画像を投影するには、倍率色収差の補正が不十
分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在では、従来より高
画質なプロジェクターが要求されるようになってきてい
る。例えば、ミニシアター用としては、1024×768ドッ
ト(ＸＧＡ)の解像力から1280×1024ドット(ＳＸＧＡ)以
上の解像力が必要とされるようになってきている。ま
た、家庭用においても、ハイビジョン等の高品位テレビ
放送の普及に伴い、水平解像度４００ＴＶ本以上の解像
力が必要になってきている。このような高画質化の要求
を満たすために、液晶等の表示素子の高画素化が進むと
ともに、ダイクロイックプリズムを用いた３板投影方式
等が採用されつつある。それに加えて、プロジェクター
自体を小型化するために、液晶等を利用した表示素子の
小型化も進んでいる。

【０００６】小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像
を投影するためには、従来よりも高性能な投影用変倍光
学系が必要となる。ところが、先に述べたように、従来
の投影用変倍光学系の構成では、必要とされる光学性能
(特に倍率色収差)を充分に満足することが不可能であっ
た。一方、高性能な光学系を達成するために構成レンズ
枚数を増加したりレンズ径を大きくしたりすると、当
然、光学系全体が大型化してしまう。光学系全体が大型
化すると、プロジェクター自体の小型化が困難になると
ともに価格アップが避けられなくなる。

【０００７】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、小型化・高画素化の進んだ表示素子の
画像を投影するための、倍率色収差が小さく低価格な変
倍光学系を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の変倍光学系は、投影側から順に、負の
パワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群
と、正のパワーを有する第３群とを備え、少なくとも前
記第１群と前記第２群が光軸上を移動することにより変
倍を行う変倍光学系であって、前記第１群中の少なくと
も１枚のレンズが以下の条件式(1)を満足する非球面レ
ンズであり、前記第３群中の少なくとも１枚のレンズが
以下の条件式(2)を満足する非球面レンズであり、前記
第３群中の少なくとも１枚の正レンズが以下の条件式
(3)及び(4)を満足するレンズ材料から成ることを特徴と
する。 0＜ΔX1／fW＜0.08 …(1) -0.04＜ΔX3／fW＜0 …(2) 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(3) 65＜νd＜100 …(4) ただし、 ΔX1：第１群中の非球面レンズの非球面量、 ΔX3：第３群中の非球面レンズの非球面量、 fW：広角端での全系の焦点距離、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。

【０００９】第２の発明の変倍光学系は、上記第１の発
明の構成において、前記第１群中の少なくとも１枚の負
レンズが、以下の条件式(5)及び(6)を満足するレンズ材
料から成ることを特徴とする。 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(5) 65＜νd＜100 …(6) ただし、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。

【００１０】第３の発明の変倍光学系は、上記第１又は
第２の発明の構成において、さらに以下の条件式(7)及
び(8)を満足することを特徴とする。 0.7＜｜φ1／φ2｜＜1.2 …(7) 0.2＜φ2・fW＜0.7 …(8) ただし、 φ1：第１群のパワー、 φ2：第２群のパワー、 fW：広角端での全系の焦点距離である。

【００１１】第４の発明の変倍光学系は、上記第３の発
明の構成において、前記第１群中の少なくとも１枚の非
球面レンズと前記第３群中の少なくとも１枚の非球面レ
ンズが、合成樹脂材料から成り、かつ、以下の条件式
(9)及び(10)を満足することを特徴とする。 0.005＜｜φ1asp・fW｜＜0.2 …(9) 0.05 ＜｜φ3asp・fW｜＜0.4 …(10) ただし、 φ1asp：第１群中の非球面レンズのパワー、 φ3asp：第３群中の非球面レンズのパワー、 fW：広角端での全系の焦点距離である。

【００１２】第５の発明の変倍光学系は、上記第４の発
明の構成において、前記第３群のほぼ前側焦点位置に絞
りが配置されていることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した変倍光学
系を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明す
る実施の形態は、投影装置(例えば液晶プロジェクター)
用の投影光学系として好適な変倍光学系であるが、撮像
装置(例えばビデオカメラ)用の撮像光学系としても好適
に使用可能であることは言うまでもない。

【００１４】図３，図７，図１１，図１５，図１９は、
第１〜第５の実施の形態にそれぞれ対応するレンズ構成
図であり、望遠端〈Ｌ〉でのレンズ配置を示している。
各レンズ構成図中の矢印mj(j=1,2,3)は、望遠端(長焦点
距離端)〈Ｌ〉から広角端(短焦点距離端)〈Ｓ〉へのズ
ーミングにおける第j群(Grj)の移動をそれぞれ模式的に
示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=1,2,
3,...)が付された面は拡大側(すなわち投影側)から数え
てi番目の面であり、riに*印が付された面は非球面であ
る。そして、diが付された各群間の軸上面間隔は、拡大
側から数えてi番目の軸上面間隔di(i=1,2,3,...)のう
ち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。

【００１５】第１〜第５の実施の形態は、拡大側(投影
側)から順に、負のパワーを有する第１群(Gr1)と、正の
パワーを有する第２群(Gr2)と、正のパワーを有する第
３群(Gr3)と、を備えた３群構成のズームレンズであっ
て、少なくとも第１群(Gr1)と第２群(Gr2)が光軸上を移
動することによってズーミングを行う構成になってい
る。いずれの実施の形態においても、第３群(Gr3)の縮
小側にはクロスダイクロプリズム(PR)が配置されてお
り、また、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間には、第３
群(Gr3)と共にズーム移動する絞り(A)が配置されてい
る。

【００１６】第１，第２の実施の形態において、各群は
拡大側から順に以下のように構成されている。第１群(G
r1)は、縮小側に凹のメニスカスレンズ(G1)，拡大側に
凸のメニスカスレンズ(G2)，及び拡大側に凹のメニスカ
スレンズ(G3)から成っている。第２群(Gr2)は、両凹レ
ンズ(G4)と両凸レンズ(G5)との接合レンズ，及び両凸レ
ンズ(G6)から成っている。第３群(Gr3)は、両凹レンズ
(G7)と拡大側に凸のメニスカスレンズ(G8)との接合レン
ズ，縮小側に凹のメニスカスレンズ(G9)，及び２枚の両
凸レンズ(G10,G11)から成っている。

【００１７】第３の実施の形態において、各群は拡大側
から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)
は、縮小側に凹のメニスカスレンズ(G1)，拡大側に凸の
メニスカスレンズ(G2)，及び拡大側に凹のメニスカスレ
ンズ(G3)から成っている。第２群(Gr2)は、両凹レンズ
(G4)と両凸レンズ(G5)との接合レンズ，及び両凸レンズ
(G6)から成っている。第３群(Gr3)は、両凹レンズ(G7)
と両凸レンズ(G8)との接合レンズ，縮小側に凹のメニス
カスレンズ(G9)，及び２枚の両凸レンズ(G10,G11)から
成っている。

【００１８】第４の実施の形態において、各群は拡大側
から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)
は、両凹レンズ(G1)，縮小側に凹のメニスカスレンズ(G
2)，及び両凸レンズ(G3)から成っている。第２群(Gr2)
は、両凹レンズ(G4)と両凸レンズ(G5)との接合レンズ，
及び両凸レンズ(G6)から成っている。第３群(Gr3)は、
両凹レンズ(G7)と両凸レンズ(G8)との接合レンズ，両凹
レンズ(G9)，及び２枚の両凸レンズ(G10,G11)から成っ
ている。

【００１９】第５の実施の形態において、各群は拡大側
から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)
は、両凹レンズ(G1)，縮小側に凹のメニスカスレンズ(G
2)，及び両凸レンズ(G3)から成っている。第２群(Gr2)
は、縮小側に凹のメニスカスレンズ(G4)と両凸レンズ(G
5)との接合レンズ，及び拡大側に凸のメニスカスレンズ
(G6)から成っている。第３群(Gr3)は、両凹レンズ(G7)
と両凸レンズ(G8)との接合レンズ，両凹レンズ(G9)，及
び２枚の両凸レンズ(G10,G11)から成っている。

【００２０】上記各実施の形態のように、投影側から順
に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(Gr1)と
第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を行う
変倍光学系においては、第１群(Gr1)中の少なくとも１
枚のレンズが以下の条件式(1)を満足する非球面レンズ
であり、第３群(Gr3)中の少なくとも１枚のレンズが以
下の条件式(2)を満足する非球面レンズであることが望
ましい。 0＜ΔX1／fW＜0.08 …(1) -0.04＜ΔX3／fW＜0 …(2) ただし、 ΔX1：第１群(Gr1)中の非球面レンズの非球面量、 ΔX3：第３群(Gr3)中の非球面レンズの非球面量、 fW ：広角端〈Ｓ〉での全系の焦点距離である。

【００２１】投影用変倍光学系に歪曲収差が大きく発生
していると、スクリーンに投影される画像には当然のご
とく違和感を感じることになる。第１群(Gr1)中、周辺
光束がレンズの高い位置を通過する少なくとも１枚のレ
ンズに、収束性のパワーを付加する非球面を設ければ、
特に広角側〈Ｓ〉で発生するマイナスの歪曲収差を補正
することができる。また、第３群(Gr3)中の少なくとも
１枚のレンズに、発散性のパワーを付加する非球面を設
ければ、変倍域全域において、球面収差，像面湾曲を良
好に補正することができ、高画素化に対応した高解像力
・高性能な変倍光学系を達成することができる。

【００２２】図２に、収束性のパワーを付加する非球面
asを示す。非球面量ΔXは、近軸球面(基準球面)reから
非球面asへの光軸AX方向の距離であり、面の収束性のパ
ワーを強める矢印方向を正とする(ΔX＞0)。条件式(1)
は第１群(Gr1)中の非球面レンズの非球面量ΔX1を規定
しており、条件式(1)の下限は収束性の非球面レンズで
あること(ΔX1＞0)を示している。条件式(1)の上限を超
えると、歪曲収差の補正には有利になるが、非球面量が
大きくなりすぎて製造時の加工精度を保つことが困難に
なる。一方、条件式(2)は第３群(Gr3)中の非球面レンズ
の非球面量ΔX3を規定しており、条件式(2)の上限は発
散性の非球面レンズであることを示している。条件式
(2)の下限を超えると、製造時の加工精度を保つことが
困難になる。

【００２３】また、上記各実施の形態のように、投影側
から順に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(G
r1)と第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を
行う変倍光学系においては、第３群(Gr3)中の少なくと
も１枚の正レンズが以下の条件式(3)及び(4)を満足する
レンズ材料から成ることが望ましい。 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(3) 65＜νd＜100 …(4) ただし、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。

【００２４】条件式(3)は、使用するレンズ材料のｇ線
とＦ線に対する異常部分分散性を、ノーマルガラスを結
んで得られる標準線からの偏差(つまり部分分散の規準
線からの偏差)として定量的に規定している。具体的に
は、条件式(3)のΘがｇ線とＦ線の使用レンズ材料の部
分分散比を表しており、条件式(3)の括弧内が同じνd
(アッベ数)のノーマルガラス(規準ガラス)の場合の計算
によって得られる部分分散比を表している。つまり、条
件式(3)を満足するレンズ材料とは、一般的に異常分散
ガラスと呼ばれるものであり、標準線(規準線)からの偏
差が0.015より大きい場合とは、ノーマルガラスに比べ
て相対的にｇ線の屈折率が大きいことを表している。

【００２５】図１に、負・正・正の変倍光学系の広角端
〈Ｓ〉でのレンズ配置を模式的に示す。図１中、破線が
広角端〈Ｓ〉での軸外の主光線を表している。従来の投
影変倍光学系において、ｇ線とＣ線の倍率色収差を表示
素子面Ｄ上で同一位置になるように補正した場合、その
位置はｄ線に対して光軸外側に大きくずれることにな
る。表示素子面Ｄ上の太矢印は、そのｇ線の倍率色収差
を方向と共に表している。

【００２６】上記ｇ線の倍率色収差は、以下のような原
理によって補正される。正のパワーを有する第３群(Gr
3)の正レンズに異常分散ガラスを用いた場合、第３群(G
r3)において図１中の小矢印(ａ)で示した方向にｇ線を
曲げる効果が強くなる。この効果は、異常分散ガラスの
ｇ線の屈折率がノーマルガラスに対して相対的に高いこ
とによって発生する。このため、条件式(3)を満たすこ
とによりｇ線とＣ線の倍率色収差を補正した場合には、
広角端〈Ｓ〉で光軸外側にずれるｇ線の倍率色収差を、
従来の投影光学系よりもはるかに小さくすることが可能
となる。

【００２７】したがって、条件式(3)の下限を超えた場
合、第３群(Gr3)に使用するレンズ材料の異常分散性が
小さくなり、倍率色収差を充分に小さくすることが不可
能になる。反対に条件式(3)の上限を超えた場合、異常
分散性は充分であるが、そのようなレンズ材料は一般に
は存在せず、仮にあったとしても大幅なコストアップは
避けられなくなる。また、条件式(4)の下限を超えた場
合、第３群(Gr3)の色消しが不十分になり、倍率色収差
及び軸上色収差の変倍による収差変動が大きくなってし
まう。反対に、条件式(4)の上限を超えた場合、第３群
(Gr3)の色消しは充分であるが、そのようなレンズ材料
は一般には存在しない。

【００２８】上記各実施の形態のように、投影側から順
に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(Gr1)と
第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を行う
変倍光学系においては、第１群(Gr1)中の少なくとも１
枚の負レンズが、以下の条件式(5)及び(6)を満足するレ
ンズ材料から成ることが望ましい。 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(5) 65＜νd＜100 …(6) ただし、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。

【００２９】条件式(5),(6)は、条件式(3),(4)と同様
に、レンズ材料を規定する条件式である。負のパワーを
有する第１群(Gr1)の負レンズに異常分散ガラスを用い
た場合、第１群(Gr1)において図１中の小矢印(ｂ)で示
した方向にｇ線を曲げる効果が強くなる。この効果は、
異常分散ガラスのｇ線の屈折率がノーマルガラスに対し
て相対的に高いことによって発生する。このため、条件
式(5)を満たすことによりｇ線とＣ線の倍率色収差を補
正した場合には、広角端〈Ｓ〉で光軸外側にずれるｇ線
の倍率色収差を、更に小さくすることが可能となる。

【００３０】したがって、条件式(5)の下限を超えた場
合、第１群(Gr1)に使用するレンズ材料の異常分散性が
小さくなり、倍率色収差を充分に小さくすることが不可
能になる。反対に条件式(5)の上限を超えた場合、異常
分散性は充分であるが、そのようなレンズ材料は一般に
は存在せず、仮にあったとしても大幅なコストアップは
避けられなくなる。また、条件式(6)の下限を超えた場
合、第１群(Gr1)の色消しが不十分になり、倍率色収差
及び軸上色収差の変倍による収差変動が大きくなってし
まう。反対に、条件式(6)の上限を超えた場合、第１群
(Gr1)の色消しは充分であるが、そのようなレンズ材料
は一般には存在しない。

【００３１】上記各実施の形態のように、投影側から順
に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(Gr1)と
第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を行う
変倍光学系においては、さらに以下の条件式(7)及び(8)
を満足することが望ましい。 0.7＜｜φ1／φ2｜＜1.2 …(7) 0.2＜φ2・fW＜0.7 …（８）ただし、 φ１：第１群(Gr1)のパワー、 φ2：第２群(Gr2)のパワー、 fW ：広角端〈Ｓ〉での全系の焦点距離である。

【００３２】条件式(7)は、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)
とのパワーのバランスを規定している。条件式(7)の下
限を超えた場合、第１群(Gr1)のパワーが相対的に弱く
なり、広角側で第１群(Gr1)が拡大側へ大きく移動する
ことになる。その結果、全長が長くなるとともに、軸外
光束がレンズの高い位置を通過するので第１群(Gr1)の
レンズ径が大きくなってしまう。条件式(7)の上限を超
えた場合、第１群(Gr1)のパワーが相対的に強くなり、
変倍による第１群(Gr1)の移動量は小さくなるが、球面
収差やコマ収差が大きく発生して補正が困難になる。

【００３３】条件式(8)は、第２群(Gr2)のパワーの適正
な範囲を規定している。第２群(Gr2)のパワーが条件式
(8)の下限を超えて弱くなった場合、変倍による第２群
(Gr2)の移動量が大きくなって、光学系全体が大型化し
てしまう。第２群(Gr2)のパワーが条件式(8)の上限を超
えて強くなった場合、第２群(Gr2)で発生する収差が増
大するため、変倍による球面収差や非点収差の変動が大
きくなって補正が困難になる。

【００３４】上記各実施の形態のように、投影側から順
に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(Gr1)と
第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を行
い、第１群(Gr1)と第３群(Gr3)とにそれぞれ少なくとも
１枚の非球面レンズを有する変倍光学系においては、第
１群(Gr1)中の少なくとも１枚の非球面レンズと第３群
(Gr3)中の少なくとも１枚の非球面レンズが、合成樹脂
材料から成り、かつ、以下の条件式(9)及び(10)を満足
することが望ましい。 0.005＜｜φ1asp・fW｜＜0.2 …(9) 0.05 ＜｜φ3asp・fW｜＜0.4 …（１０）ただし、 φ１ａｓｐ：第１群(Gr1)中の非球面レンズのパワー、 φ3asp：第３群(Gr3)中の非球面レンズのパワー、 fW：広角端〈Ｓ〉での全系の焦点距離である。

【００３５】第１群(Gr1)中の少なくとも１枚の非球面
レンズ及び第３群(Gr3)中の少なくとも１枚の非球面レ
ンズを、アクリル系プラスチックやポリカーボネート等
の合成樹脂を材料とした射出成型レンズとすると、自由
度の高いレンズ形状にすることができる。したがって、
構成レンズ枚数の少ない高解像力・高性能な変倍光学系
を達成することができるとともに、生産性の向上，低価
格化，軽量化を図ることが可能となる。なお、非球面レ
ンズは製作誤差や偏芯による性能劣化が大きく、合成樹
脂レンズは、温度変化や湿度変化に対するレンズ形状や
屈折率の変化がガラスレンズに比べて大きいため、なる
べくパワーの弱い非球面レンズを合成樹脂材料で構成す
るのが望ましい。

【００３６】条件式(9)は第１群(Gr1)中の少なくとも１
枚の非球面レンズのパワーを規定しており、条件式(10)
は第３群(Gr3)中の少なくとも１枚の非球面レンズのパ
ワーを規定している。非球面レンズのパワーが条件式
(9)や条件式(10)の上限を超えて強くなると、製作誤差
や偏芯による性能劣化、温度変化や湿度変化による性能
変動が大きくなるので好ましくない。非球面レンズのパ
ワーが条件式(9)や条件式(10)の下限を超えて弱くなる
と、収差補正への影響力がなくなって、良好な性能を得
ることができなくなる。

【００３７】上記各実施の形態のように、投影側から順
に負・正・正の３群を備え、少なくとも第１群(Gr1)と
第２群(Gr2)が光軸上を移動することにより変倍を行う
変倍光学系においては、第３群(Gr3)のほぼ前側焦点位
置に絞り(A)を配置することが望ましい。絞り(A)を第３
群(Gr3)のほぼ前側焦点位置に配置することによって、
縮小側(すなわち表示素子側)にテレセントリックな光学
系を構成することができる。縮小側にテレセントリック
に構成すると、表示素子側に配置されたクロスダイクロ
プリズム(PR)を通過する光線が、表示素子面Ｄ上での高
さによらず常に一定角度でダイクロイック面に入射する
ことになる。このため、スクリーン面上において投影像
に色ムラが生じるのを防止することができる。

【００３８】また、第１〜第４の実施の形態のように、
第３群(Gr3)が変倍時固定の場合には、変倍によって縮
小側のＦナンバーが変化しないという効果も得られる。
なお、ここでいう「絞り」とは、軸上光束径を可変にで
きる可変絞りのことだけではなく、レンズ押さえと一体
になったような、軸上光束を固定で規制する光束規制板
も含むものである。

【００３９】前述した各実施の形態を構成している各群
は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズのみ
で構成されているが、これに限らない。例えば、回折に
より入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈
折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回
折ハイブリッド型レンズ等で、各群を構成してもよい。

【００４０】

【実施例】以下、本発明を実施した変倍光学系の構成
を、コンストラクションデータ，収差図等を挙げて、更
に具体的に説明する。ここで例として挙げる実施例１〜
５は、前述した第１〜第５の実施の形態にそれぞれ対応
しており、第１〜第５の実施の形態を表すレンズ構成図
(図３，図７，図１１，図１５，図１９)は、対応する実
施例１〜５のレンズ構成をそれぞれ示している。

【００４１】各実施例のコンストラクションデータにお
いて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側(すなわち投影側)から
数えてi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は拡大側
から数えてi番目の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,
3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光
学要素のｄ線に対する屈折率(ｎd),アッベ数(νd)を示
している。コンストラクションデータ中、ズーミングに
より変化する軸上面間隔(可変間隔)は、望遠端(長焦点
距離端)〈Ｌ〉〜ミドル(中間焦点距離状態)〈Ｍ〉〜広
角端(短焦点距離端)〈Ｓ〉での各群間の軸上面間隔であ
る。これらの各焦点距離状態〈Ｌ〉,〈Ｍ〉,〈Ｓ〉に対
応する全系の焦点距離ｆ及びＦナンバーFNOを併せて示
す。

【００４２】曲率半径riに*印が付された面は、非球面
で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表
わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各非球面デ
ータを併せて示す。また、表１に条件式(3)〜(6)に関連
するレンズの屈折率を示し、表２に各実施例における条
件式対応値等を示す。

【００４３】

【数１】

【００４４】ただし、式(AS)中、 X :光軸方向の基準面からの変位量、 Y :光軸に対して垂直な方向の高さ、 C :近軸曲率、 ε:２次曲面パラメータ、 Ai:i次の非球面係数である。

【００４５】《実施例１》ｆ=50.0〜42.0〜34.0 FNO=3.00〜3.00〜3.00 [曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {第１群(Gr1)} r1= 318.607 d1= 3.300 N1= 1.49700 ν1= 81.61 …G1 r2= 23.806 d2= 7.300 r3*= 46.016 d3= 4.800 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2 r4= 52.509 d4= 23.600 r5= -25.607 d5= 7.300 N3= 1.62041 ν3= 60.29 …G3 r6= -27.257 d6= 2.000〜16.249〜37.203 {第２群(Gr2)} r7= -364.469 d7= 3.000 N4= 1.80518 ν4= 25.43 …G4 r8= 79.250 d8= 8.800 N5= 1.67000 ν5= 57.07 …G5 r9= -79.250 d9= 0.250 r10= 65.499 d10= 6.200 N6= 1.67000 ν6= 57.07 …G6 r11= -818.003 d11=19.217〜10.859〜2.500 {第３群(Gr3)} r12= ∞(絞りＡ) d12= 1.800 r13= -157.604 d13= 2.700 N7= 1.75450 ν7= 51.57 …G7 r14= 61.878 d14= 5.500 N8= 1.80518 ν8= 25.43 …G8 r15= 574.386 d15=50.000 r16= 333.262 d16= 3.000 N9= 1.84666 ν9= 23.82 …G9 r17= 50.750 d17= 4.500 r18= 103.719 d18= 7.500 N10=1.49300 ν10=58.34 …G10 r19*=-155.682 d19= 0.300 r20= 66.646 d20=12.000 N11=1.49700 ν11=81.61 …G11 r21= -55.102 d21=27.929 {クロスダイクロプリズム(PR)} r22= ∞ d22=35.500 N12=1.51680 ν12=64.20 r23= ∞

【００４６】[第３面(r3)の非球面データ] ε= 2.0000 A4= 0.30729×10^-5 A6= 0.15310×10^-8 A8= 0.26608×10^-11 A10= 0.70583×10^-14

【００４７】[第１９面(r19)の非球面データ] ε= 1.0000 A4= 0.15894×10^-5 A6= 0.48852×10^-9 A8=-0.39042×10^-12 A10= 0.84250×10^-15

【００４８】《実施例２》ｆ=50.0〜42.0〜34.0 FNO=3.00〜3.00〜3.00 [曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {第１群(Gr1)} r1= 106.908 d1= 3.300 N1= 1.49700 ν1= 81.61 …G1 r2= 24.944 d2= 7.300 r3*= 41.729 d3= 4.800 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2 r4= 38.766 d4= 23.600 r5= -25.291 d5= 7.300 N3= 1.62041 ν3= 60.29 …G3 r6= -27.691 d6= 2.000〜16.909〜38.834 {第２群(Gr2)} r7= -256.692 d7= 3.000 N4= 1.80518 ν4= 25.43 …G4 r8= 72.634 d8= 8.800 N5= 1.67790 ν5= 55.38 …G5 r9= -72.634 d9= 0.250 r10= 54.148 d10= 6.200 N6= 1.67790 ν6= 55.38 …G6 r11=-1697.908 d11=15.118〜8.809〜2.500 {第３群(Gr3)} r12= ∞(絞りＡ) d12= 1.800 r13= -130.819 d13= 2.700 N7= 1.75450 ν7= 51.57 …G7 r14= 38.150 d14= 5.500 N8= 1.83350 ν8= 21.00 …G8 r15= 90.019 d15=52.000 r16=10234.368 d16= 3.000 N9= 1.84666 ν9= 23.82 …G9 r17= 66.033 d17= 2.800 r18= 81.606 d18= 7.500 N10=1.49300 ν10=58.34 …G10 r19*=-120.968 d19= 0.300 r20= 76.088 d20=12.000 N11=1.49700 ν11=81.61 …G11 r21= -56.820 d21=48.042 {クロスダイクロプリズム(PR)} r22= ∞ d22=35.500 N12=1.51680 ν12=64.20 r23= ∞

【００４９】[第３面(r3)の非球面データ] ε= 2.0000 A4= 0.24785×10^-5 A6= 0.16525×10^-8 A8= 0.23102×10^-11 A10= 0.26012×10^-14

【００５０】[第１９面(r19)の非球面データ] ε= 1.0000 A4= 0.14686×10^-5 A6= 0.13387×10^-8 A8=-0.11972×10^-11 A10= 0.13612×10^-14

【００５１】《実施例３》ｆ=50.0〜42.0〜34.0 FNO=3.00〜3.00〜3.00 [曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {第１群(Gr1)} r1= 1015.311 d1= 3.300 N1= 1.49700 ν1= 81.61 …G1 r2= 26.219 d2= 7.300 r3*= 52.039 d3= 4.800 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2 r4= 58.172 d4= 23.600 r5= -25.661 d5= 7.300 N3= 1.62041 ν3= 60.29 …G3 r6= -28.598 d6= 2.000〜12.189〜27.172 {第２群(Gr2)} r7= -394.784 d7= 3.000 N4= 1.80518 ν4= 25.43 …G4 r8= 92.939 d8= 8.800 N5= 1.67000 ν5= 57.07 …G5 r9= -92.939 d9= 0.250 r10= 84.685 d10= 6.200 N6= 1.67000 ν6= 57.07 …G6 r11= -318.235 d11=33.022〜17.761〜2.500 {第３群(Gr3)} r12= ∞(絞りＡ) d12= 1.800 r13= -103.621 d13= 2.700 N7= 1.75450 ν7= 51.57 …G7 r14= 99.080 d14= 5.500 N8= 1.80518 ν8= 25.43 …G8 r15= -228.118 d15=50.000 r16= 496.828 d16= 3.000 N9= 1.84666 ν9= 23.82 …G9 r17= 53.346 d17= 4.500 r18= 97.515 d18= 5.500 N10=1.49300 ν10=58.34 …G10 r19*=-217.100 d19= 0.300 r20= 72.872 d20=15.000 N11=1.49700 ν11=81.61 …G11 r21= -47.509 d21=35.529 {クロスダイクロプリズム(PR)} r22= ∞ d22=35.500 N12=1.51680 ν12=64.20 r23= ∞

【００５２】[第３面(r3)の非球面データ] ε= 2.0000 A4= 0.40645×10^-5 A6=-0.84472×10^-9 A8= 0.11082×10^-10 A10=-0.66870×10^-14

【００５３】[第１９面(r19)の非球面データ] ε= 1.0000 A4= 0.22520×10^-5 A6= 0.45221×10^-9 A8=-0.16144×10^-12 A10= 0.90748×10^-15

【００５４】《実施例４》ｆ=37.2〜31.0〜25.4 FNO=3.00〜3.00〜3.00 [曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {第１群(Gr1)} r1= -122.391 d1= 4.000 N1= 1.62041 ν1= 60.29 …G1 r2= 28.587 d2= 8.000 r3= 79.819 d3= 3.000 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2 r4*= 44.750 d4= 16.000 r5= 284.527 d5= 7.500 N3= 1.60311 ν3= 60.74 …G3 r6= -59.730 d6= 2.000〜24.439〜54.122 {第２群(Gr2)} r7= -1012.258 d7= 3.200 N4= 1.80518 ν4= 25.46 …G4 r8= 102.609 d8= 7.000 N5= 1.71300 ν5= 53.93 …G5 r9= -148.786 d9= 0.300 r10= 100.070 d10= 4.500 N6= 1.69680 ν6= 56.47 …G6 r11= -805.309 d11=26.366〜14.089〜3.000 {第３群(Gr3)} r12= ∞(絞りＡ) d12= 2.000 r13= -62.697 d13= 3.000 N7= 1.77250 ν7= 49.62 …G7 r14= 36.443 d14= 6.500 N8= 1.80741 ν8= 31.59 …G8 r15= -118.994 d15=38.000 r16=-2257.387 d16= 3.500 N9= 1.84666 ν9= 23.82 …G9 r17= 46.047 d17= 3.800 r18= 93.180 d18= 7.500 N10=1.49300 ν10=58.34 …G10 r19*= -78.917 d19= 0.300 r20= 76.222 d20=14.000 N11=1.49310 ν11=83.58 …G11 r21= -38.531 d21=11.396 {クロスダイクロプリズム(PR)} r22= ∞ d22=73.000 N12=1.51680 ν12=64.20 r23= ∞

【００５５】[第４面(r4)の非球面データ] ε= 1.0000 A4=-0.96238×10^-5 A6=-0.40048×10^-8 A8= 0.74716×10^-11 A10=-0.19054×10^-13

【００５６】[第１９面(r19)の非球面データ] ε= 1.0000 A4= 0.23817×10^-5 A6= 0.37614×10^-8 A8=-0.56197×10^-11 A10= 0.81501×10^-14

【００５７】《実施例５》ｆ=37.2〜31.0〜25.4 FNO=3.00〜3.00〜3.00 [曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] {第１群(Gr1)} r1= -166.591 d1= 4.000 N1= 1.62041 ν1= 60.29 …G1 r2= 28.156 d2= 8.000 r3= 76.966 d3= 3.000 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2 r4*= 44.632 d4= 16.000 r5= 161.635 d5= 7.500 N3= 1.60311 ν3= 60.74 …G3 r6= -73.690 d6= 2.000〜35.947〜80.115 {第２群(Gr2)} r7= 366.056 d7= 3.200 N4= 1.80518 ν4= 25.46 …G4 r8= 75.337 d8= 7.000 N5= 1.71300 ν5= 53.93 …G5 r9= -102.345 d9= 0.300 r10= 110.516 d10= 4.500 N6= 1.69680 ν6= 56.47 …G6 r11= 211.819 d11=12.469〜7.251〜3.000 {第３群(Gr3)} r12= ∞(絞りＡ) d12= 2.000 r13= -54.292 d13= 3.000 N7= 1.77250 ν7= 49.62 …G7 r14= 62.156 d14= 6.500 N8= 1.80741 ν8= 31.59 …G8 r15= -70.275 d15=38.000 r16= -178.280 d16= 3.500 N9= 1.84666 ν9= 23.82 …G9 r17= 58.354 d17= 3.800 r18= 99.748 d18= 7.500 N10=1.49300 ν10=58.34 …G10 r19*= -73.718 d19= 0.300 r20= 96.260 d20=14.000 N11=1.49310 ν11=83.58 …G11 r21= -37.998 d21= 9.619〜6.749〜4.289 {クロスダイクロプリズム(PR)} r22= ∞ d22=73.000 N12=1.51680 ν12=64.20 r23= ∞

【００５８】[第４面(r4)の非球面データ] ε= 1.0000 A4=-0.84195×10^-5 A6=-0.41243×10^-8 A8= 0.44601×10^-11 A10=-0.16665×10^-13

【００５９】[第１９面(r19)の非球面データ] ε= 1.0000 A4= 0.36980×10^-5 A6= 0.37995×10^-8 A8=-0.47802×10^-11 A10= 0.75169×10^-14

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】図４〜図６，図８〜図１０，図１２〜図１
４，図１６〜図１８，図２０〜図２２は、実施例１〜５
{クロスダイクロプリズム(PR)を含めた光学系}にそれぞ
れ対応する収差図であって、望遠端〈Ｌ〉，ミドル
〈Ｍ〉，広角端〈Ｓ〉における縮小側での無限遠物体に
対する諸収差(左から順に、球面収差等，非点収差，歪
曲収差，倍率色収差である。Y':像高)を示している。実
線(ｄ)はｄ線に対する球面収差、一点鎖線(ｇ)はｇ線に
対する球面収差、二点鎖線(Ｃ)はＣ線に対する球面収
差、破線(ＳＣ)は正弦条件を表している。破線(ＤＭ)は
メリディオナル面でのｄ線に対する非点収差を表してお
り、実線(ＤＳ)はサジタル面でのｄ線に対する非点収差
を表わしている。歪曲％の実線は、ｄ線に対する歪曲収
差を表している。実線(ｇ)はｇ線に対する倍率色収差を
表しており、破線(Ｃ)はＣ線に対する倍率色収差を表し
ている。

【００６３】なお、上記各実施例を投影用変倍光学系と
して投影装置(例えば、液晶プロジェクター)に用いる場
合には、本来はスクリーン面が像面であり表示素子面
(例えば、液晶パネル面)Ｄが物体面であるが、上記各実
施例では、光学設計上それぞれ縮小系(例えば、撮像光
学系)とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子
面Ｄで光学性能を評価している。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように第１〜第５の発明に
よれば、負・正・正の３群を備えた投影用変倍光学系
に、特徴的な非球面レンズ及び異常分散ガラスを用いた
構成となっているので、倍率色収差が小さく低価格な変
倍光学系を実現することができる。そして、この変倍光
学系を用いれば、小型化・高画素化の進んだ表示素子の
画像を高画質で投影することができる。

【００６５】第２の発明によれば、広角側で光軸外側に
ずれるｇ線の倍率色収差を更に小さくすることができ、
第３の発明によれば、コンパクト性を保持しつつ諸収差
を更に良好に補正することができる。第４の発明によれ
ば、高解像力・高性能の変倍光学系を高い生産性で軽量
化・低コスト化することができ、第５の発明によれば、
縮小側へのテレセントリック性によって、色ムラのない
投影像を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】負・正・正の変倍光学系における倍率色収差の
補正原理を説明するための模式図。

【図２】非球面レンズの非球面量を説明するためのレン
ズ断面図。

【図３】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。

【図４】実施例１の望遠端〈Ｌ〉での収差図。

【図５】実施例１の中間焦点距離状態〈Ｍ〉での収差
図。

【図６】実施例１の広角端〈Ｓ〉での収差図。

【図７】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。

【図８】実施例２の望遠端〈Ｌ〉での収差図。

【図９】実施例２の中間焦点距離状態〈Ｍ〉での収差
図。

【図１０】実施例２の広角端〈Ｓ〉での収差図。

【図１１】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成
図。

【図１２】実施例３の望遠端〈Ｌ〉での収差図。

【図１３】実施例３の中間焦点距離状態〈Ｍ〉での収差
図。

【図１４】実施例３の広角端〈Ｓ〉での収差図。

【図１５】第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成
図。

【図１６】実施例４の望遠端〈Ｌ〉での収差図。

【図１７】実施例４の中間焦点距離状態〈Ｍ〉での収差
図。

【図１８】実施例４の広角端〈Ｓ〉での収差図。

【図１９】第５の実施の形態(実施例５)のレンズ構成
図。

【図２０】実施例５の望遠端〈Ｌ〉での収差図。

【図２１】実施例５の中間焦点距離状態〈Ｍ〉での収差
図。

【図２２】実施例５の広角端〈Ｓ〉での収差図。

【符号の説明】

Gr1 …第１群 Gr2 …第２群 Gr3 …第３群 PR …クロスダイクロプリズム A …絞り AX …光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影側から順に、負のパワーを有する第
１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有
する第３群とを備え、少なくとも前記第１群と前記第２
群が光軸上を移動することにより変倍を行う変倍光学系
であって、前記第１群中の少なくとも１枚のレンズが以下の条件式
(1)を満足する非球面レンズであり、前記第３群中の少
なくとも１枚のレンズが以下の条件式(2)を満足する非
球面レンズであり、前記第３群中の少なくとも１枚の正
レンズが以下の条件式(3)及び(4)を満足するレンズ材料
から成ることを特徴とする変倍光学系； 0＜ΔX1／fW＜0.08 …(1) -0.04＜ΔX3／fW＜0 …(2) 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(3) 65＜νd＜100 …(4) ただし、 ΔX1：第１群中の非球面レンズの非球面量、 ΔX3：第３群中の非球面レンズの非球面量、 fW：広角端での全系の焦点距離、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。
【請求項２】前記第１群中の少なくとも１枚の負レン
ズが、以下の条件式(5)及び(6)を満足するレンズ材料か
ら成ることを特徴とする請求項１記載の変倍光学系； 0.015＜Θ−(0.644−0.00168・νd)＜0.06 …(5) 65＜νd＜100 …(6) ただし、 Θ＝(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)、 νd＝(ｎd−1)／(ｎF−ｎC)、ｎg：ｇ線(波長:435.84nm)に対する屈折率、ｎF：Ｆ線(波長:486.13nm)に対する屈折率、ｎd：ｄ線(波長:587.56nm)に対する屈折率、ｎC：Ｃ線(波長:656.28nm)に対する屈折率である。
【請求項３】さらに以下の条件式(7)及び(8)を満足す
ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変倍光
学系； 0.7＜｜φ1／φ2｜＜1.2 …(7) 0.2＜φ2・fW＜0.7 …(8) ただし、 φ1：第１群のパワー、 φ2：第２群のパワー、 fW：広角端での全系の焦点距離である。
【請求項４】前記第１群中の少なくとも１枚の非球面
レンズと前記第３群中の少なくとも１枚の非球面レンズ
が、合成樹脂材料から成り、かつ、以下の条件式(9)及
び(10)を満足することを特徴とする請求項３記載の変倍
光学系； 0.005＜｜φ1asp・fW｜＜0.2 …(9) 0.05 ＜｜φ3asp・fW｜＜0.4 …(10) ただし、 φ1asp：第１群中の非球面レンズのパワー、 φ3asp：第３群中の非球面レンズのパワー、 fW：広角端での全系の焦点距離である。
【請求項５】前記第３群のほぼ前側焦点位置に絞りが
配置されていることを特徴とする請求項４記載の変倍光
学系。