JPH11326763A - ズームレンズ及びそれを用いた投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子等で表示された画像情報をスク
リーン面上に高い光学性能を維持しつつ、投影すること
ができるズームレンズ及びそれを用いた投影光学系を得
ること。 【解決手段】 第１共役点側より順に、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レンズ群そして正の屈折力の第４レンズ群の４つの
レンズ群を有し、ズーミングに際して、該４つのレンズ
群を全て独立に移動又は、該第１レンズ群、第２レンズ
群、第３レンズ群をそれぞれ独立に移動させ、第４レン
ズ群を固定とし、広角端の焦点距離および第１レンズ群
の焦点距離をそれぞれｆｗおよびｆ１としたとき、 0.30 < -fw / f1 < 0.65 なる条件を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ズームレンズ及び
それを用いた投影装置に関し、例えば画像（物体）を固
定した有限距離にて、物体像をスクリーンに拡大投射す
るプロジェクション装置に用いられる、大口径かつ画像
側での良好なテレセントリック性能を有し、低歪曲・低
色収差の高い光学性能を有したレトロフォーカス型のズ
ームレンズ及びそれを用いた投影装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、負の屈折力のレンズ群が先行す
る、所謂ネガティブリード型のズームレンズは広画角化
が容易で焦点距離に比して長いバックフォーカスを容易
に確保することができ、かつ近接撮影距離での光学性能
が良好に維持できる等の特長を有している。一方、ネガ
ティブリード型のズームレンズは変倍の際のレンズ群の
移動量が増大し、又、高変倍化が難しい等の欠点を有し
ている。

【０００３】例えば、第１共役点側より順に負、正、
負、正の屈折力の４つのレンズ群、もしくは負、正、
正、負の屈折力の４つのレンズ群より構成し、このうち
所定のレンズ群を移動させて変倍を行う、所謂４群ズー
ムタイプのズームレンズが数多く提案されている。又、
第１共役点側から負、正、正、正の屈折力のレンズ構成
より成る４群ズームタイプのズームレンズもいくつか提
案されている。

【０００４】その中で例えば、主に一眼レフカメラ用途
向けのものが特開昭60-31110号公報で提案されている。
同公報では、負正正の屈折力の３つのレンズ群より成る
３群ズームタイプに独立した正の屈折力を有する第４レ
ンズ群を像面近傍に付加した構成より成り、第１から第
３レンズ群までの正の屈折力の合成屈折力を弱める作用
をし、高画角化および大口径化に有利な構成となってい
る。

【０００５】また、液晶プロジェクション用のズームレ
ンズとして本出願人は特願平9-272245号公報において、
負、正、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群
タイプのテレセントリックなズームレンズを提案してい
る。そこでは、各レンズ群の動きは広角端から望遠端へ
の変倍に関して第１〜３レンズ群は大きな共役（物体）
側へ、また第４レンズ群は小さな共役（像面）側に移動
することを特徴としており、XGA パネルに対応する歪曲
・色収差を良好に補正したテレセントリックなズームレ
ンズを提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶素子のような表示
画像をスクリーンにコンパクトなレンズ系にて拡大投射
する液晶表示装置では、(ア-1) スクリーン上での高い輝
度を確保するために、液晶表示装置で用いる投射レンズ
の瞳径は大きい方が商品性を考えると好ましい。また、
一眼カメラ用の広角ズームレンズのような用途でも、Ｆ
値を小さく、すなわち瞳径を大きくした明るい撮影レン
ズに対するニーズ、期待は大きい。

【０００７】(ア-2) 液晶素子の配光特性、または複数の
色光を合成する時の色合成ダイクロイック膜の角度依存
の影響を排除する為、および照明系との良好なマッチン
グをはかり良好な周辺での照度を確保する為に射出瞳が
無限遠にある所謂テレセントリック光学系であることが
望ましい。

【０００８】(ア-3) 通常、表示画像をスクリーン上に上
方投射する為に、投射レンズの光軸に対し、液晶表示装
置はその中心位置がシフトした状態で用いられ、結果と
して前玉付近は使用する有効領域が光軸対称ではなく、
上方に偏り、前玉径が大きくなるので改善手段が必要で
ある。

【０００９】(ア-4) 液晶表示装置の画像をスクリーンに
投射したとき、特にレトロフォーカスタイプの投影レン
ズを用いると、その投影レンズの特有の糸巻き型歪みを
目立たなくするために、歪曲収差は多くとも絶対値2%以
内におさえる必要がある。また、歪曲収差の出し方も、
特に液晶プロジェクション用の投影レンズのような場合
は、レンズ光軸を上記のようにシフトして使っている都
合上、比較的低い像高から最大像高まで歪曲収差をゆる
やかに出す手法が好ましい。

【００１０】(ア-5) また、3LCD方式の液晶表示装置の画
像をスクリーンに投射したとき、各色の画素を中心から
周辺まで一致させるために投射レンズにて発生する色ず
れ（倍率色収差）を低減することが望まれる。

【００１１】上記、各事項に対し、例えば前記特開昭60
-31110号公報では広画角ではあるといっても、瞳径は小
さく、また射出瞳位置は有限であり、特に歪曲や色収差
に関しては十分な補正がなされているとは言い難かっ
た。

【００１２】又、カラー液晶プロジェクターにおける投
影光学系では投影レンズと液晶素子との間に偏光ビーム
スプリッターや色分解プリズムを配置している。この
為、投影レンズには長いバックフォーカスが必要となっ
てくる。

【００１３】又、スクリーン面上での色ムラの発生を防
止する為には色分解プリズムのダイクロイック面の入射
角を投影像原画の任意の位置で一定にする必要がある。
この為、投影レンズをテレセントリック系で構成するこ
とが必要となっている。

【００１４】一般に長いバックフォーカスを有するには
レンズ系全体をスクリーン側に負の屈折力のレンズ群
を、投影像原画側に正の屈折力のレンズ群を配置した、
所謂レトロ型にする必要がある。

【００１５】しかしながらレトロ型にするとレンズ系が
非対称となってくる為に諸収差の発生が多くなり、良好
なる光学性能を得るのが難しくなってくる。又、レンズ
枚数が増加し、レンズ系全体が複雑化及び大型化してく
るという問題点が生じてくる。

【００１６】又、投影レンズのテレセントリック性を良
くしようとすると、レンズ系全体が大型化してくるとい
う問題が生じてくる。又、軸外光束の入射高が高くなり
高次の収差が多く発生してくるという問題点が生じてく
る。

【００１７】本発明は、全体として４つのレンズ群より
成り、又、レンズ型としてネガティブリード型を採用
し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ系
全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体に渡りテレセン
トリック条件を良好に維持し、画面全体に渡り良好なる
光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズーム
レンズ及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズ
は、(1-1) 第１共役点側より順に、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
レンズ群そして正の屈折力の第４レンズ群の４つのレン
ズ群を有し、ズーミングに際して、該４つのレンズ群を
全て独立に移動又は、該第１レンズ群、第２レンズ群、
第３レンズ群をそれぞれ独立に移動させ、第４レンズ群
を固定とし、広角端の焦点距離および第１レンズ群の焦
点距離をそれぞれfwおよびf1としたとき、 0.30 < -fw / f1 < 0.65 (1) なる条件を満足することを特徴としている。

【００１９】特に、 (1-1-1) 前記第１レンズ群は、広角端から望遠端へのズ
ーミングに際して第２共役点側に移動し、第１レンズ群
と第２レンズ群は望遠端のズーム位置にて最も接近し、
第３レンズ群は広角端のズーム位置で第４レンズ群に最
も接近していること。

【００２０】(1-1-2) 前記第１レンズ群は第１共役点側
より順に第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚の
メニスカス状の負レンズ、第１共役点側に小さな曲率半
径の凸面を向けた正レンズにより構成されていること。

【００２１】(1-1-3) 前記第１レンズ群は第１共役点側
より順に第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の正
レンズと第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚の
メニスカス状の負レンズにより構成されていること。

【００２２】(1-1-4) 前記第１レンズ群は少なくとも１
枚の非球面レンズを含むこと。

【００２３】(1-1-5) 前記非球面レンズはプラスチック
材よりなっていること等を特徴としている。

【００２４】本発明の投影装置は、 (2-1) 構成(1-1) のズームレンズを用いて投影像原画を
スクリーン面上に投影していることを特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１〜図７は各々本発明の後述す
る数値実施例１〜７のズームレンズを用いた投影装置
（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図
８〜図２１は本発明の後述する数値実施例１〜７の広角
端、望遠端の収差図である。

【００２６】図１〜図７のレンズ断面図において、ＰＬ
はズームレンズである。Ｌ１は負の屈折力の第１群（第
１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ
群）、Ｌ３は正の屈折力の弱い第３群（第３レンズ
群）、Ｌ４は正の屈折力の第４群（第４レンズ群）であ
る。

【００２７】ＳＰは絞り、Ｓはスクリーン面（投影
面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像
（被投影面）である。スクリーン面Ｓと原画像ＬＣＤと
は共役関係にあり、一般には、スクリーン面Ｓは距離の
長い方の共役点（第１共役点）に、原画像ＬＣＤは距離
の短い方の共役点（第２共役点）に相当している。ＧＢ
は色合成プリズムや偏光フィルター、そしてカラーフィ
ルター等のガラスブロックである。

【００２８】ズームレンズＰＬは接続部材（不図示）を
介して液晶ビデオプロジェクター本体ＰＢに着装されて
いる。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子ＬＣＤ側
はプロジェクター本体ＰＢに含まれている。

【００２９】本実施形態では広角端から望遠端への変倍
に際して矢印のように、図１の数値実施例１では第１群
Ｌ１を非直線的に第２共役点（原画像）ＬＣＤ側へ移動
させ、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３を第１共役点（スクリー
ンＳ側）へ移動させると共に第４群Ｌ４は第２共役点
（原画像）ＬＣＤ側に移動させている。又、第１群を光
軸上移動させてフォーカスを行っている。

【００３０】図２〜図７の数値実施例２〜７では、第１
群Ｌ１を非直線的に第２共役点（原画像）ＬＣＤ側へ移
動させ、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３を第１共役点（スクリ
ーンＳ側）へ移動させている。又、第１群を光軸上移動
させてフォーカスを行っている。

【００３１】本発明のズームレンズでは、以下のレンズ
構成を特徴としている。

【００３２】レンズの構成上、絞りＳＰから最も遠い位
置に配置される第１レンズ群の屈折力が大きくなると歪
曲・倍率色収差の補正が困難になったり、フォーカス時
の収差変動が大きくなる。また第２レンズ群の屈折力が
大きくなると変倍の際の収差変動が大きくなる傾向を示
すため、好ましくない。そのため本発明では、第１およ
び第２レンズ群の屈折力を所望のバックフォーカスを稼
ぐ範囲内で小さく設定する系を実現している。

【００３３】例えば、液晶表示装置（以後像面とよぶ）
の画像をスクリーンに拡大投射するズームレンズにおい
て、スクリーン側（以後第１共役点側とよぶ）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、正の屈折力の第４レ
ンズ群を有し、広角端の焦点距離時に対し、望遠端の焦
点距離時には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の
間隔は減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の
間隔は増大する様に各レンズ群を適切に移動し、又、レ
ンズ構成の簡易化の為に、数値実施例２〜７では前記第
４レンズ群を固定とし、残る前記第１レンズ群、前記第
２レンズ群および前記第３レンズ群を移動して変倍して
いる。

【００３４】この広角端から望遠端への変倍に関して、
前記第１レンズ群を第２レンズ群に近づくように（第２
共役点側に）移動させるように変倍することで、第１、
第２レンズ群の屈折力を小さく設定でき、大きな変倍比
を稼ぐとともに望遠端でレンズ系全体が大きくならずコ
ンパクトなズームレンズを達成している。

【００３５】さらに、第１レンズ群のレンズ構成として
第１共役点側から順にスクリーン側に凸面を向けた少な
くとも１枚のメニスカス状の負レンズ、および第１共役
点側に小さな曲率半径の凸面を向けた正レンズを配置し
ている。この負レンズを第１共役点側よりに配置するレ
ンズ構成によれば、又は、複数のレンズより成るレンズ
群としたとき、全体として負の屈折力配置となるレンズ
構成によれば、第１レンズ群の屈折力を小さく設定する
ことが可能であり、軸外収差量およびフォーカス時の収
差変動等を小さく抑えることが可能である。さらなる効
果として、レンズ全長を短縮すると共に、入射瞳位置か
ら前玉までの距離を短くし、軸外斜光束で決まる前玉径
の小型化を可能としている。

【００３６】また、第１レンズ群内に配置される前記負
レンズは少なくとも２枚にて構成し、その形状は第１共
役点側に凸面を向けたメニスカス形状と両レンズ面が凹
面の負レンズ、又は２つとも第１共役点側に凸面を向け
たメニスカス形状であることにより、主に軸外主光線を
ゆるやかに屈曲させることができ非点・歪曲・倍率色収
差等の発生を抑える効果がある。

【００３７】なお、条件式（１）は広角端の焦点距離fw
および第１レンズ群の焦点距離f1の比を特定したもので
ある。

【００３８】この条件式（１）の下限値をこえると第１
レンズ群の屈折力が小さくなりすぎ、フォーカス時の移
動量が大きくなりレンズ系構成上十分なスペースを確保
するのが困難になったり、機構設計上の制約になるため
好ましくない。また、逆に上限値を越えると、第１レン
ズ群の屈折力が大きくなり、軸外収差補正が困難になる
ばかりでなく、望遠端への変倍に関して系が大きくな
る、バックフォーカスが大きくなりすぎコンパクト化の
障害となる、およびフォーカス時の収差変動が大きい等
の多くの問題点が発生するため好ましくない。

【００３９】もしくは、別の第１レンズ群のレンズ構成
として図５の数値実施例５では、第１共役点側から順に
スクリーン側に凸面を向けた１枚のメニスカス状の正レ
ンズ、および第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１
枚のメニスカス状の負レンズにより構成することによ
り、第１レンズ群にて発生する主に歪曲・倍率色収差を
最も第１共役点側に配置したメニスカス状の正レンズに
より良好に補正することができる。ただし、前記メニス
カス状の正レンズの屈折力を大きくしすぎると前玉径が
大きくなったり、歪曲収差を高次領域にて強引に補正す
る形となり前述の歪曲補正方法としては好ましくない。
前記正レンズの焦点距離および第１レンズ群の広角端で
の焦点距離をf1p 、f1w としたとき 1.0 > -f1w / f1p > 0.4 の条件を満たすことが望ましい。

【００４０】また、絞り位置から最も遠い位置に配置さ
れる、前記第１レンズ群に、非球面レンズを採用するこ
とにより、効率よく特に歪曲収差を補正することを可能
としている。また、前記非球面レンズは特に硝子材に限
らない。例えば、PMMAのようなプラスチック材であれ
ば、安価で、軽い高性能レンズを実現できる。

【００４１】前記第１レンズ群中の正レンズに関して
は、その材質の平均屈折率および平均アッベ数を各々nd
p 、νdpとしたとき以下の式を満足することが好まし
い。

【００４２】1.90 > ndp > 1.70 (2) 52 >νdp > 35 (3) 条件式（２）は、フォーカス群である第１レンズ群内の
正レンズの材質の屈折率を規定するものであり、ペッツ
ヴァール和を小さくための条件式である。この下限値お
よび上限値をこえると像面がアンダーまたはオーバーに
倒れる傾向をしめすため好ましくない。

【００４３】条件式（３）は正レンズの材質のアッベ数
に関する規定であり、この下限値、又は上限値をこえる
と特に倍率色収差の補正が困難になる。また、望ましく
はこの正レンズの材質に関して、ランタン系列の高屈折
率異常分散硝子を採用することによりズーミングおよび
フォーカス時での特に倍率色収差の変動を良好に補正す
ることができる。

【００４４】また、第１および第２レンズ群の屈折力を
Φ1 、Φ2 、また第１および第２レンズ群間の広角端お
よび望遠端での主点間隔をew12、et12としたとき以下の
条件式を満足している。

【００４５】 0.015 < -(ew12/et12)Φ1× Φ2/( Φ1+Φ2) < 0.30 (4) この条件式(4) は変倍に関する条件式であり、下限値を
越えてしまうとレンズ系にて十分な変倍比が取れなくな
る。逆に上限値をこえると第１レンズ群の屈折力が大き
くなり、つれて絞りから後ろの第３、第４レンズ群の屈
折力が大きくなるため主に歪曲・倍率色収差および非点
収差等の軸外収差補正が困難になる、またはズームスト
ロークが大きくなるなどの不都合が生じる。

【００４６】また、負、正、正、正の屈折力のレンズ群
より成る４群ズームレンズのように、正レンズ群が多い
ことによるペッツヴァール和の増大は絞り面近傍であ
る、第２レンズ群の最も第２共役点側および第３レンズ
群の最も第１共役点側といった、軸上近軸追跡光線がレ
ンズ面と交わる高さが小さくなるような位置に大きな屈
折力を有する負レンズを配置している。絞りは、第２レ
ンズ群中の最も第２共役点側の凹レンズ近傍に配置さ
れ、変倍の際に第２レンズ群と一体で動くことが、前玉
径の拡大、変倍時の軸外収差変動を防ぐ意味において望
ましい。

【００４７】また、前記絞りから広角および望遠端に関
して、第３および第４レンズ群の合成系に関する前側主
点位置までの距離をそれぞれo1w 、o1t 、広角端と望遠
端における前記合成焦点距離をそれぞれfw34,ft34 とし
たとき以下の条件式を満足している。

【００４８】0.7 < o1w/fw34 < 1.0 (5) 0.7 < o1t/ft34 < 1.2 (6) このレンズ構成により、液晶表示装置側の瞳位置を広角
端から望遠端の全領域にて略無限遠方向に配置すること
が可能となり、例えば液晶プロジェクターのような装置
を考えた場合、スクリーン上にて周辺まで高い輝度を維
持することが可能となる。この条件式（５）、（６）の
上限値および下限値を越えると瞳が近くなり、画面周辺
での照度が落ちたり、ダイクロイック膜の角度特性（帯
域シフト）によりスクリーン上での色むらの原因となっ
てしまう。特に広角端に関して、条件式（５）の上限値
をこえると絞りから後ろのレンズ群の屈折力が大きくな
るため歪曲等の軸外収差の補正が困難になり好ましくな
い。

【００４９】第３レンズ群に関しては、その合成焦点距
離およびレンズ群内の正レンズの合成焦点距離をそれぞ
れf3、f3p としたとき、以下の条件式（７）を満足する
ことにより第３レンズ群に関して主平面位置を大きく第
２共役点側に移すことが可能となり、第２共役点側での
テレセントリック性能および所望のバックフォーカスを
確保する目的に対して有利に作用する。

【００５０】3 < f3/f3p < 10 (7) 本条件式（７）の下限値を越えると、十分なバックフォ
ーカスが得られない、瞳位置が近くなる等の問題が生じ
る。また逆に上限値をこえると第３レンズ群内正レンズ
の屈折力が大きくなるため、軸外収差の補正が困難にな
るため好ましくない。

【００５１】さらに、前記第３レンズ群に関して、前記
絞り近傍の大きな負の屈折力に対して瞳を無限遠方向に
位置させるために大きな正の屈折力が必要となるため、
収差補正上少なくとも２枚以上で構成することが望まし
い。また、この正レンズは軸外収差の発生を抑える意味
においても絞り面に対してコンセントリックな形状、つ
まり像側に凸面を向けたメニスカス レンズであること
が好ましい。

【００５２】また、レンズ構成上主たる変倍に用いる第
２レンズ群の屈折力は第１から第４レンズ群中最も大き
いが、本発明のような大口径化を実現するために、各第
１から第３レンズ群（特に第２レンズ群）の屈折力を小
さくする目的にて第４レンズ群の焦点距離をf4としたと
き、以下の条件式を満足するように設定することが望ま
しい。

【００５３】2.5 < f4 / fw < 5.0 (8) 条件式（８）の下限値をこえると第４レンズ群の屈折力
が大きくなり第４レンズ群のレンズ構成を、例えば１枚
のレンズにて構成するといった、単純な構成にすること
が困難になりレンズ系が大きくなってしまう。また逆に
上限値をこえると第４レンズ群の屈折力が小さくなりす
ぎ、第１から第３レンズ群の屈折力を弱める効果が少な
くなり、高性能化の効果がうすれてくる。

【００５４】また、前記第４レンズ群に、非球面レンズ
を採用することにより、効率よく特に歪曲収差を補正す
ることが可能となる。また、前記非球面レンズは特に硝
子材に限らない。例えば、PMMAのようなプラスチック材
であれば、安価で、軽い高性能レンズを実現できる。

【００５５】次に本発明の各数値実施例に基づき、図を
用いてさらに詳細に説明する。

【００５６】図１の数値実施例１では、広角端から望遠
端にかけて第１レンズ群は第２共役点側に移動し、第
１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３
レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるよう
に、各レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼
ぐとともに、系のコンパクト化の実現および第１レンズ
群の屈折力を弱めて、歪曲・倍率色収差を良好に補正し
ている。

【００５７】第１レンズ群内での屈折力配置に関して
は、第１共役点側に負の屈折力を集中して主平面を前玉
よりも第１共役点側に移すことにより第１レンズ群に関
して、小さな屈折力配置を実現し、主にレトロフォーカ
スレンズに特有の樽型歪曲収差、倍率色収差等の軸外収
差を良好に補正するとともに、F/2.0 、周辺照度比50%
といった明るい系を実現しながら、前玉の径を小さく保
つことに貢献している。ただし、これ以上に第１レンズ
群の負の屈折力を小さくすると、性能上は有利になる
が、フォーカス移動量が大きくなりすぎる等の機構面で
の制約があり好ましくない。ただし、リアプロジェクシ
ョンテレビ用など所定の投射距離範囲でしか使用しない
ような場合ではこの限りではない。また、プロジェクシ
ョンレンズユースを考えると、高輝度化のためにレンズ
面は全面多層コートを施すことが望ましい。

【００５８】また、第３レンズ群の第１共役点側近傍に
強い負の屈折力を与えるため負レンズを２枚に分割して
いる。この強い負の屈折力により、効率よくペッツヴァ
ール和を小さくすることができること、さらに瞳および
バックフォーカス確保のレンズ面にて有利に作用してい
る。形状は第２および第３レンズ群全体でガウスタイプ
に近い形状を有することにより、主に歪曲、コマ等の収
差補正には適当である。

【００５９】本実施例では第４レンズ群も広角端から望
遠端に向かって第２共役点側に移動しており変倍に貢献
している。ただし、機構設計面で負荷が大きくなる等固
定の方が望ましいため、この限りではない。

【００６０】なお、本実施例のレトロフォーカス型のズ
ームレンズの数値実施例をｍｍ単位で表したとき（以下
同じ）４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端
での収差図をそれぞれ図８，図９に示す。

【００６１】図２の数値実施例２では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動するこ
とにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の
屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正してい
る。

【００６２】数値実施例１と比較して、本実施例ではペ
ッツヴァール和の補正のための第２レンズ群の第２共役
点側に配置される負の屈折力を２枚の負レンズにて分担
している。また、第１レンズ群内の正レンズに関して、
特に倍率色収差を補正するため、およびフォーカス時の
色収差の変動を抑える目的にてランタン系列の異常分散
硝子を採用している。

【００６３】また、第４レンズ群は、レンズ系機構を簡
易化するために固定している。その他の点に関しては数
値実施例１と同じなので詳細な説明は省略する。

【００６４】なお、本実施例のレトロフォーカス型のズ
ームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および
望遠端での収差図をそれぞれ図１０，図１１に示す。

【００６５】図３の数値実施例３では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動するこ
とにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の
屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正してい
る。

【００６６】本実施例は、数値実施例２と比較して絞り
近傍に配置されていた屈折力分担用の負レンズを省略し
た系にて構成される。その他の点に関しては数値実施例
２と比較して少ない枚数にて構成されている点以外は同
じなので詳細な説明は省略する。

【００６７】なお、本実施例のレトロフォーカス型のズ
ームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および
望遠端での収差図をそれぞれ図１２，図１３に示す。

【００６８】図４の数値実施例４では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動するこ
とにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の
屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正してい
る。

【００６９】本実施例では、フォーカス群である第１レ
ンズ群に一枚のメニスカス状の負レンズを追加して屈折
力分担し、歪曲等の軸外収差の発生を抑えるとともに、
小さな屈折力による大きなフォーカス繰り出し時の収差
変動（主に像面の倒れ）を防いでいる。またこの第１レ
ンズ群内の負レンズに、低屈折率材の異常分散硝子およ
び正レンズにランタン系列の高屈折率異常分散硝子を採
用することにより、ペッツヴァール和および倍率色収差
を小さくおさえること、またフォーカス時の像面および
色収差変動低減に大きく貢献している。また、絞り近傍
に配置される第２レンズ群の負レンズ、および第３レン
ズ群の負レンズの材質を屈折率1.7 以下の硝子を選択す
ることで、さらにペッツヴァール和を良好に補正してい
る。その他の点に関しては数値実施例２と同じなので詳
細な説明は省略する。

【００７０】なお、本実施例のレトロフォーカスズーム
レンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠
端での収差図をそれぞれ図１４，図１５に示す。

【００７１】図５の数値実施例５では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動するこ
とにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の
屈折率を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正してい
る。

【００７２】第１レンズ群内での屈折力配置に関して
は、第１共役点側から順に第１共役点側に凸面を向けた
メニスカス状の正レンズ、第１共役点側に凸面を向けた
絞り面に対してコンセントリック形状を有した２枚のメ
ニスカス状の負レンズおよび全体として小さな負の屈折
力を有する色消し目的の貼り合わせレンズにて構成され
ている。また、最も第１共役点側に配置されたメニスカ
ス状の正レンズの焦点距離と第１レンズ群の焦点距離と
の比は0.56（好ましくは0.5〜0.6 ）と小さな値におさ
えている。

【００７３】また、絞り面は第２レンズ群の最も第２共
役点側に配置しており、第３レンズ群の最も第１共役点
側といった軸上光束高さが低くなるところに大きな負の
屈折力を配置してペッツヴァール和の低減およびバック
フォーカスを稼いでいる。

【００７４】第３レンズ群の負レンズの材質に関して
は、平均屈折率が1.7 以下になるように選択することで
ペッツヴァール和の低減を図っている。なお、第４レン
ズ群は機構簡易化のため固定群となっている。

【００７５】なお、本実施例のレトロフォーカスズーム
レンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠
端での収差図をそれぞれ図１６，図１７に示す。

【００７６】図６の数値実施例６では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動するこ
とにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の
屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正してい
る。

【００７７】本実施例では、フォーカス群である第１レ
ンズ群の第１共役点側からの２番目の第２メニスカス状
の負レンズの第２共役点側のレンズ面に非球面を採用し
ている。これにより、主に歪曲収差を効率よく低減する
ことができ、より高性能化を実現できる。また、この効
果により少ないレンズ構成枚数にて系を実現することが
可能となり、セットの軽量化が可能である。また、負の
屈折力を有した非球面レンズの材質をPMMAのようなプラ
スチック材とすることで、ペッツヴァール和を低減する
ことができ、より安価に実現可能である。

【００７８】本実施例では第２メニスカス状の負レンズ
に非球面を採用したが、この限りでなく歪曲補正目的で
あるならば第１レンズの第１共役点側のレンズ面等に採
用してもよい。この非球面レンズの屈折力は、製造上の
誤差、温度等の環境変化に対しても適応性を考えると、
本実施例のように全系の屈折力と比して弱く( 屈折力比
にて30% 以下) 設定することが好ましい。本プラスチッ
クレンズ面には透過率改善のためソフトコート（低温コ
ート）を施している。その他の点に関しては数値実施例
４と同じなので詳細な説明は省略する。

【００７９】なお、本実施例のレトロフォーカス型のズ
ームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および
望遠端での収差図をそれぞれ図１８，図１９に示す。

【００８０】図７の数値実施例７では、広角端から望遠
端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、ま
た第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は
広がるように、レンズ群を移動することにより十分な変
倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪
曲・倍率色収差を良好に補正している。

【００８１】本実施例では、第４レンズ群の正レンズの
第１共役点側のレンズ面に非球面を採用している。これ
により、先の数値実施例６と同様に主に歪曲収差を効率
よく低減することができ、より高性能化を実現できる。
また、この効果により少ないレンズ構成枚数にて系を実
現することが可能となり、セットの軽量化が可能であ
る。また、正の屈折力を有した本非球面レンズの材質を
PMMAのようなプラスチック材とすることで、より安価に
実現可能である。ただしPMMA材にしたことにより例え
ば、ペッツヴァール和の増加等により性能面で制約がで
る場合はこの限りでなく硝子切削非球面等を採用するこ
とも可能である。

【００８２】この非球面レンズの屈折力も、数値実施例
６と同様に製造上の誤差、温度等の環境変化に対しても
適応性を考えると、本実施例のように全系の屈折力と比
して弱く( 屈折力比にて30% 以下) 設定することが好ま
しい。本プラスチックレンズ面には透過率改善のためソ
フトコート（低温コート）を施している。その他の点に
関しては数値実施例４と同じなので詳細な説明は省略す
る。

【００８３】なお、本実施例のレトロフォーカスズーム
レンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠
端での収差図をそれぞれ図２０，図２１に示す。

【００８４】図２２は、本発明のテレセントリック系よ
り成るズームレンズとそれを用いた液晶プロジェクター
（投影装置）の構成を機能的に表現したもので、該液晶
プロジェクター本体を上面からみた概略図である。

【００８５】同図において、５１は、本発明のズームレ
ンズ（投射レンズ）、５２は該ズームレンズを本体に接
続するレンズホルダー、５３は液晶プロジェクター本体
の外装部、５４は種々の前記光学部品が入っている光学
エンジンボックス、５５はランプリフレクター、５６は
色合成プリズムやカラーフィルターのガラスブロック、
５７〜５９はＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応した画像を表示する
液晶表示素子、６０〜６２は該液晶表示素子に入射する
光を成形する為のコンデンサーレンズ、６３，６５，６
８はダイクロイックミラー（色分解ミラー）又は全反射
ミラー、６４，６６はコンデンサーレンズ、６７，６９
はダイクロイックミラー、７０，７２は画面上の光量を
略均一にするフライアイレンズや光源からの光を有効に
使い画面上の光量を増やす為に光の偏光方向をそろえる
働きをする偏光変換素子、７１は全反射ミラー、７３は
光源である。

【００８６】同図において光源７３から出た白色光はリ
フレクター５５で前方に反射され、フライアイレンズ７
２や全反射ミラー７１、偏光変換素子７０を通過して略
均一な光になり第１のダイクロイックミラー６９に入射
する。該第１のダイクロイックミラー６９で例えば２つ
の色（Ｒ）と（Ｇ，Ｂ）に分解され、一方の光（Ｒ）は
透過して第３のダイクロイックミラーまたは全反射ミラ
ー６８に反射されてコンデンサーレンズ６０に入射す
る。

【００８７】もう一方の光（Ｇ，Ｂ）は第１のダイクロ
イックミラー６９で反射されて第２のダイクロイックミ
ラー６７に入射する。該ダイクロイックミラー６７でさ
らに２つの色ＧとＢに分解され、一方の光Ｇは反射され
てコンデンサーレンズ６１に入射する。

【００８８】もう一方の光Ｂは透過して第１のコンデン
サーレンズ６６を透過し、さらに第４のダイクロイック
ミラーまたは全反射ミラー６５で反射され、第２のコン
デンサーレンズ６４を透過して、第５のダイクロイック
ミラーまたは全反射ミラー６３で反射されコンデンサー
レンズ６２に入射する。

【００８９】前記各コンデンサーレンズ６０〜６２に入
射した光は、各色に対応した液晶表示素子５７〜５９を
照射し、画像情報を有した光となって該液晶表示素子５
７〜５９から射出する。それら３つの光は、色合成プリ
ズム５６によって１つの光に合成され、ズームレンズ５
１によってスクリーン上に投影される。

【００９０】また、場合によっては前記液晶表示素子と
コンデンサーレンズの間に、偏光フィルターが配置され
ることがある。

【００９１】図２３は該液晶プロジェクターを側面から
見た図である。図において、８１は該ズームレンズの光
軸、８２は該液晶表示素子の画面中心を垂直に通る軸で
ある。同図において、８１と８２が一致せずにずれてい
ることがわかる。これは、前記液晶表示素子に表示され
た画像を前記ズームレンズで不図示のスクリーンに投射
する際に、該画像を該液晶プロジェクター本体より上側
に投射する為である。これにより、スクリーンに対して
該液晶プロジェクターより後方で該スクリーン上の画像
を観察するとき、該液晶プロジェクター本体が該スクリ
ーン上に投影された画像と重なる部分が少なくなり、観
察しやすい画像を提供することが可能になる。

【００９２】次に本発明のズームレンズの数値実施例を
記載する。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第
ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｉとνｉは各々物体
側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ
数である。又、数値実施例における最後の２つの面は、
色分解プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター等
のガラスブロックを示す。

【００９３】非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直
方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半
径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、

【００９４】

【数１】 なる式で表している。又、例えば「Ｄ−０Ｘ」の表示は
「１０^-X」を意味する。

【００９５】又、前述の各条件式と数値実施例における
諸数値との関係を表−１に示す。

【００９６】

【外１】

【００９７】

【外２】

【００９８】

【外３】

【００９９】

【外４】

【０１００】

【外５】

【０１０１】

【外６】

【０１０２】

【外７】

【０１０３】

【表１】

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば大
口径で、焦点距離に比してバックフォーカスが長く、第
２共役点側にて良好なテレセントリック性能を有し、高
解像性能を有する低歪曲および色にじみが少ないレトロ
フォーカス型のズームレンズ及びそれを用いた投射装置
を実現することができる。

【０１０５】特に、本発明によれば以上のように、全体
として４つのレンズ群より成り、又、レンズ型としてネ
ガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成す
ることにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍
範囲全体に渡りテレセントリック条件を良好に維持し、
画面全体に渡り良好なる光学性能を有した液晶プロジェ
クター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の数値実施例１のレンズの断面図

【図２】 本発明の数値実施例２のレンズの断面図

【図３】 本発明の数値実施例３のレンズの断面図

【図４】 本発明の数値実施例４のレンズの断面図

【図５】 本発明の数値実施例５のレンズの断面図

【図６】 本発明の数値実施例６のレンズの断面図

【図７】 本発明の数値実施例７のレンズの断面図

【図８】 本発明の数値実施例１のスクリーンまでの距
離４ｍのときの広角端の収差図

【図９】 本発明の数値実施例１のスクリーンまでの距
離４ｍのときの望遠端の収差図

【図１０】 本発明の数値実施例２のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図１１】 本発明の数値実施例２のスクリーンまでの
距離４ｍのときの望遠端の収差図

【図１２】 本発明の数値実施例３のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図１３】 本発明の数値実施例３のスクリーンまでの
距離４ｍのときの望遠端の収差図

【図１４】 本発明の数値実施例４のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図１５】 本発明の数値実施例４のスクリーンまでの
距離４ｍのときの望遠端の収差図

【図１６】 本発明の数値実施例５のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図１７】 本発明の数値実施例５のスクリーンまでの
距離４ｍのときの望遠端の収差図

【図１８】 本発明の数値実施例６のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図１９】 本発明の数値実施例６のスクリーンまでの
距離４ｍのときの望遠端の収差図

【図２０】 本発明の数値実施例７のスクリーンまでの
距離４ｍのときの広角端の収差図

【図２１】 本発明の数値実施例７のスクリーンまでの
距離４ｍｍのときの望遠端の収差図

【図２２】 本発明のズームレンズを用いた液晶プロジ
ェクターの要部上面図

【図２３】 本発明のズームレンズを用いた液晶プロジ
ェクターの要部側面図

【符号の説明】

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 ＳＰ 絞り ＧＢ ガラスブロック ＬＣＤ 画像表示素子 Ｓ スクリーン ＰＬ ズームレンズ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１共役点側より順に、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レンズ群そして正の屈折力の第４レンズ群の４つの
   レンズ群を有し、ズーミングに際して、該４つのレンズ
   群を全て独立に移動又は、該第１レンズ群、第２レンズ
   群、第３レンズ群をそれぞれ独立に移動させ、第４レン
   ズ群を固定とし、広角端の焦点距離および第１レンズ群
   の焦点距離をそれぞれfwおよびf1としたとき、 0.30 < -fw / f1 < 0.65 なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 前記第１レンズ群は、広角端から望遠端
   へのズーミングに際して第２共役点側に移動し、第１レ
   ンズ群と第２レンズ群は望遠端のズーム位置にて最も接
   近し、第３レンズ群は広角端のズーム位置で第４レンズ
   群に最も接近していることを特徴とする請求項１のズー
   ムレンズ。
3. 【請求項３】 前記第１レンズ群は第１共役点側より順
   に第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニス
   カス状の負レンズ、第１共役点側に小さな曲率半径の凸
   面を向けた正レンズにより構成されていることを特徴と
   する請求項１のズームレンズ。
4. 【請求項４】 前記第１レンズ群は第１共役点側より順
   に第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ
   と第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニス
   カス状の負レンズにより構成されていることを特徴とす
   る請求項１のズームレンズ。
5. 【請求項５】 前記第１レンズ群は少なくとも１枚の非
   球面レンズを含むことを特徴とする請求項１のズームレ
   ンズ。
6. 【請求項６】 前記非球面レンズはプラスチック材より
   なっていることを特徴とする請求項５のズームレンズ。
7. 【請求項７】 前記第１レンズ群中の正レンズの材質の
   平均屈折率および平均アッベ数を各々ndp 、νdpとした
   とき、 1.90 > ndp > 1.70 52 > νdp > 35 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
8. 【請求項８】 前記第１および第２レンズ群の屈折力を
   各々Φ1 、Φ2 、第１レンズ群と第２レンズ群の広角端
   および望遠端での主点間隔を各々ew12、et12としたと
   き、 0.015 < -(ew12/et12)Φ1× Φ2/( Φ1+Φ2) < 0.30 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
9. 【請求項９】 前記第２レンズ群の最も第２共役点側に
   は第２共役点側に強い曲率を有する負レンズが設けられ
   ていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
10. 【請求項１０】 前記第２レンズ群の最も第２共役点側
    には絞りが設けられており、該絞りは変倍の際、該第２
    レンズ群と一体で動き、該絞りから広角端および望遠端
    における、第３および第４レンズ群の合成系の第１共役
    点側主平面位置までの距離をそれぞれo1w 、o1t 、広角
    端と望遠端における該第３および第４レンズ群の合成焦
    点距離をそれぞれfw34,ft34 としたとき、 0.7 < o1w/fw34 < 1.0 0.7 < o1t/ft34 < 1.2 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
    レンズ。
11. 【請求項１１】 前記第３レンズ群は、第１共役点側か
    ら順に第１共役点側に強い曲率を有する少なくとも１枚
    の両レンズ面が凹面の負レンズ、および少なくとも２枚
    の正レンズにより構成されていることを特徴とする請求
    項１のズームレンズ。
12. 【請求項１２】 前記第３レンズ群内に設けた少なくと
    も２枚の正レンズは第２共役点側に凸面を向けたメニス
    カス形状であることを特徴とする請求項１１のズームレ
    ンズ。
13. 【請求項１３】 前記第３レンズ群の焦点距離および該
    第３レンズ群中の正レンズの合成焦点距離をそれぞれf
    3、f3p としたとき、 2.5 < f3/f3p < 10.0 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
    レンズ。
14. 【請求項１４】 広角端での全系の焦点距離をfw、第４
    レンズ群の焦点距離をf4としたとき、 2.5 < f4 / fw < 5.0 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
    レンズ。
15. 【請求項１５】 前記第４レンズ群は少なくとも１枚の
    非球面レンズを含むことを特徴とする請求項１のズーム
    レンズ。
16. 【請求項１６】 前記第４レンズ群に含まれる１枚の非
    球面レンズはプラスチック材より成っていることを特徴
    とする請求項１５のズームレンズ。
17. 【請求項１７】 前記第１レンズ群を光軸上移動させ
    て、フォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１の
    ズームレンズ。
18. 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか１項記載
    のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に
    投影していることを特徴とする投影装置。