JPH1184244A

JPH1184244A - ズームレンズ及びそれを用いた投影装置

Info

Publication number: JPH1184244A
Application number: JP9264922A
Authority: JP
Inventors: Akinaga Horiuchi; 昭永堀内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-26

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】距離の長い方の第１共役点側から距離の
短い方の第２共役点にかけて順に負の屈折力の第１群と
正の屈折力の第２群、そして第３群の少なくとも３つの
レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、該
第１群と第２群を第１共役点側へ、移動させており、前
記各レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群は光軸に
対して回転対称な回折光学素子を少なくとも１つ有して
いること。

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、レンズ系後方に色合成プリ
ズムや色合成ミラー、そして偏光フィルター等の各種の
光学部材を配置した、例えばカラー液晶表示素子に表示
された投影像原画をスクリーン面上に拡大投影する投影
装置に好適な、バックフォーカスが長くテレセントリッ
ク系の高い光学性能を有するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりフィルム画像や液晶ライトバル
ブ（液晶表示素子）等の投影像原画をスクリーン面上に
拡大投影するようにした投影装置が種々と提案されてい
る。

【０００３】このような撮影装置に用いられる光学系に
は種々なタイプのものが用いられているが投影像原画と
してカラー液晶を用いた投影光学系には、最終レンズ面
から液晶表示素子までの空間（バックフォーカス）に反
射ミラーやダイクロイックミラー等の光学部材を配置す
る為に長いバックフォーカスを有したものが要望されて
いる。この為、カラー液晶用の投影光学系には負の屈折
力のレンズ群が先行するレトロフォーカスタイプのもの
が多く用いられている。

【０００４】例えば特開昭６２−２９１６１３号公報や
特開平３−１４５６１３号公報ではバックフォーカスの
長いレトロフォーカスタイプのレンズ系が提案されてい
る。

【０００５】一方、多くのレンズ系においては、レンズ
系中に非球面を設けることによって諸収差を良好に補正
しつつ、レンズ系全体の小型化を図り、かつ高い光学性
能を得ている。

【０００６】又、諸収差のうち色収差については分散の
異なる硝材を組み合わせて補正する方法の他に、レンズ
面又は光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子
（回折型光学素子）を設けて補正した光学系が、例えば
特開平４−２１３４２１号公報や、特開平６−３２４２
６２号公報、そして米国特許第５，２６８，７９０号等
で提案されている。このうち、米国特許第５，２６８，
７９０号では変倍用の第２群又は変倍に伴う像面変動を
補正する為の第３群に回折光学素子を用いたズームレン
ズを提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】先の特開昭６２−２９１６１３号公報のレ
ンズ系は歪曲収差が多く、又特開平３−１４５６１３号
公報のレンズ系は非点収差が多かった。又、倍率色収差
が大きい為に高精細なカラー液晶表示素子を投影原画と
すると色ずれが目立つ傾向があった。

【００１３】また、従来より光学系の諸収差の補正とレ
ンズ枚数の減少のための方法として非球面を用いる方法
が多くとられている。非球面を用いるとレンズ枚数の削
減と球面では得られない収差補正効果が期待できる。

【００１４】しかしながら、カラー液晶プロジェクター
等の高画素対応のレンズ系においては諸収差の除去とと
もに、色収差の補正が重要となっている。この色収差は
非球面では補正が難しい。

【００１５】特にレンズ系として物体側の第１群が固定
で変倍用の第２群と補正用の第３群で変倍を行うズーム
レンズにおいては可動群の物体側にある第１群は、色収
差の発生を小さく抑えなければ、主変倍群である第２群
等の移動によって色収差のズーミングに伴う変動が大き
くなる傾向がある。

【００１６】そのためにこのようなズームレンズでは、
第１群を構成するレンズ群に、高分散の負レンズと低分
散の正レンズをそれぞれ１枚又は２枚有するようにして
色消しを行っている。更に前記負レンズと正レンズを貼
り合わせた貼り合わせレンズより構成することもある。
そのため第１群を構成するレンズ枚数が多くなる傾向が
あった。

【００１７】先の特開平４ー２１３４２１号公報や特開
平６ー３２４２６２号公報等では単レンズに回折光学素
子を応用しており、色収差の補正に対する言及はある
が、ズームレンズ特有の色収差のズーミングによる変動
の除去等の考察、記載はなく、ズームレンズへの応用は
行われていない。

【００１８】又、先の米国特許第５，２６８，７９０号
では主変倍群である第２群もしくは補正群である第３群
に回折光学素子を用いているが、第１群については従来
通りのレンズ構成であり、このレンズ構成では第１群で
発生する色収差はそのままであり、ズーミングに伴い、
その色収差は第２群等の変倍群の移動により増倍あるい
は変動することになり効率的ではなかった。

【００１９】本発明は、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、特に回折光学素子をレンズ群中に適切に用いること
により、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全
体にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画面
全体にわた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。

【００２０】

【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) 距離の長い方の第１共役点側から距離の短い方の
第２共役点にかけて順に負の屈折力の第１群と正の屈折
力の第２群、そして第３群の少なくとも３つのレンズ群
を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、該第１群と
第２群を第１共役点側へ、移動させており、前記各レン
ズ群のうち少なくとも１つのレンズ群は光軸に対して回
転対称な回折光学素子を少なくとも１つ有していること
を特徴としている。

【００２１】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。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜図３は各々本発明の後述す
る数値実施例１〜３のズームレンズを用いた投影装置
（液晶ビデオプロジエクター）の要部概略図である。

【００２３】図４〜図６は本発明の後述する数値実施例
１の広角端，中間，望遠端の収差図である。図７〜図９
は本発明の後述する数値実施例２の広角端，中間，望遠
端の収差図である。図１０〜図１２は本発明の後述する
数値実施例３の広角端，中間，望遠端の収差図である。

【００２４】図１〜図３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、Ｌ
２は正の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の弱い第３
群である。各レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群
には光軸に対して回転対称な回折光学素子を少なくとも
１つ設けている。

【００２５】絞りは第２群の第１共役点側に設定してい
る。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。

【００２６】ズームレンズＰＬは接続部材Ｃを介して液
晶ビデオプロジェクター本体ＰＢに着脱可能に着装され
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。

【００２７】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第１群Ｌ１及び第２群Ｌ２を第１
共役点側（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。

【００２８】本実施形態ではバックフォーカスを長くす
るために第１群の負のパワー（屈折力）を強くして、レ
トロフォーカス系にしている。このとき、第１群の負の
パワーをむやみに強くすると、ペッツバール和が負の方
向に大きくなり、像面が倒れてくる。また、ズーミング
のための第１群の移動により、非点収差や歪曲収差が大
きく変動し、それらの変動収差を補正するのが困難にな
る。そのために、本実施形態では第２群から第３群まで
を正レンズ群で構成することにより、各レンズ群の分担
を少なくし、ペッツバール和の低減を図っている。

【００２９】本実施形態では各レンズ群のうち少なくと
も１つのレンズ群に回折光学素子を少なくとも１つ設け
て色収差を良好に補正している。

【００３０】例えば第１群内に回折光学素子を配置し
て、適当に回折光学素子の位相を選択することにより第
１群で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった
２波長の倍率色収差は小さく抑え、全体としての倍率色
収差のズーミングによる変動を小さく抑えている。しか
も望遠端に残存する軸上色収差（２次スペクトル）の量
は悪化しないものとなっている。

【００３１】従来のズームレンズでは第１群を構成する
レンズは、高分散の負レンズと低分散の正レンズをそれ
ぞれ１枚又は２枚有し、更に前記負レンズと正レンズを
貼り合わせたり複数のレンズで分担して色消しを行って
いた。これに対して本実施形態では前述の如く回折光学
素子を用いることによって色収差の補正に使うレンズ枚
数を減少させ、全体の構成レンズ枚数を削減している。

【００３２】また、第２群内に回折光学素子を配置し
て、適当に回折光学素子の位相を選択することにより第
２群で発生する倍率色収差、例えばｄ線とｇ線といった
２波長の倍率色収差は小さく抑えて、全体としての倍率
色収差のズーミングによる変動を小さく抑えている。し
かも望遠端に残存する軸上色収差（２次スペクトル）の
量は悪化しないものとなっている。

【００３３】従来のズームレンズでは、第２群を構成す
るレンズも、低分散の負レンズと高分散の正レンズをそ
れぞれ１枚又は２枚有し、更に前記負レンズと正レンズ
を貼り合わせたり複数のレンズで分担して色消しを行っ
ていた。これに対して本実施形態では前述の如く回折光
学素子を用いることによって色収差の補正に使うレンズ
枚数を減少させ、全体の構成レンズ枚数を削減してい
る。

【００３４】本実施形態ではこれにより、高度な色収差
補正を達成するズームレンズにおいても、良好な性能を
維持しつつ更なる小型化を達成している。

【００３５】又、第３群に回折光学素子を配置すること
によって全変倍範囲にわたり色収差を良好に補正してい
る。

【００３６】本実施形態において回折光学素子を設ける
面として、最も外側の面には、収差補正上やむを得ない
等の特別な場合を除いて配置していない。これは回折光
学素子はかなり狭い幅の溝（数ミクロンあるいはサブミ
クロンのオーダーの幅の溝）で構成されており、ゴミ等
から該光学素子表面を保護するには最も外側に配置しな
い方が好ましいためである。

【００３７】本実施形態では上述したように、第１群内
または第２群内または第３群内に配置された回折光学素
子により、各群で発生する倍率色収差を小さく抑えら
れ、第２群の移動による倍率色収差のズーミングによる
変動も小さく抑えている。

【００３８】これらの回折光学素子は、光学面の上に施
されるのであるが、そのベースは球面もしくは平面ある
いは非球面でも良い。また、それらの光学面にプラスチ
ック等の膜を上記回折光学面として添付する方法（いわ
ゆるレプリカ非球面）で作成しても良い。

【００３９】本実施形態における回折光学素子は、ホロ
グラフィック光学素子（ＨＯＥ）の製作手法であるリソ
グラフィック手法で２値的に製作している。回折光学素
子はバイナリーオプティックス（ＢＩＮＡＲＹＯＰＴ
ＩＣＳ）で製作しても良い。この場合、更に回折効率を
上げるためにキノフォームと呼ばれる鋸状の形状にして
も良い。またこれらの方法で製作した方によって成型に
より製造しても良い。

【００４０】また本実施形態における回折光学素子の形
状は、基準波長（ｄ線）をλ、光軸からの距離をｈ、位
相をφ（ｈ）としたとき φ（ｈ）＝２π／λ（Ｃ₁・ｈ² ＋Ｃ₂・ｈ⁴ ＋‥‥Ｃ_(i)・ｈ²ⁱ ） ‥‥‥（ａ）の式で表されるものである。

【００４１】本実施形態では以上のように各レンズ群を
構成することにより、変倍範囲全体にわたりスクリーン
Ｓ面上に投射される投影画像の画質を良好に維持してい
る。

【００４２】本発明では以上のように、ズームレンズＰ
Ｌのレンズ構成を特定することにより、スクリーンＳ面
上で良好なる投影画像を得ているが、更に好ましくは次
の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。

【００４３】（ア）上記（ａ）式において判ることは光
軸からの距離ｈによって位相を調節できることが判る。
レンズ径が大きければ大きいほど高次の係数の影響を大
きくできる。本発明で述べているテレセントリック型の
ズームレンズにおいて、効率的に係数を生かして、有効
な収差補正を達成するには以下の条件を満たすのが好ま
しい。

【００４４】 1×10^-4 ＜｜C2i / C1i ｜＜１ ‥‥（１） 1×10^-7 ＜｜C3i / C1i ｜＜ 1×10^-1 ‥‥（２）この条件式を外れると、収差補正が難しくなるだけでな
く回折光学素子が作りにくくなり適当でない。

【００４５】（イ）回折光学素子のパワーを強くすると
中心と周辺の鋸状のピッチの差が大きくなり製作が難し
くなり、また完成品の回折効率も良くない。

【００４６】本発明のように、第１群または第２群また
は第３群に用いた回折光学素子で貼り合わせレンズの代
わりに色収差の補正を行う場合、回折光学素子のパワー
は余り必要ではない。

【００４７】ここで若干の軸外収差特に像面湾曲、ディ
ストーション補正のためにパワーを持たせても良い。そ
の場合の第ｉ群の回折光学素子面の焦点距離を Fboi 、
第ｉ群の焦点距離をｆｉとするとき以下の条件を満たし
ていれば製作についても難しくなく、色収差を含めた収
差補正にも良好である。

【００４８】０．０５＜ｆｉ／Ｆｂｏｉ＜３．０ ‥‥（３）（ウ）歪曲収差は第１群において十分に押さえておくと
共に、バックフォーカスを十分に確保することが必要で
ある。それには、該ズームレンズの広角端及び望遠端に
おける全系の焦点距離をｆＷ、ｆＴとおいたとき

【００４９】

【数２】なる条件式を満足することが望ましい。

【００５０】これは歪曲収差とバックフォーカスをバラ
ンスよく補正するための条件である。条件式（４）の上
限値を超えるとズーミングのための移動量が大きくな
り、レンズ全長が長大化し、かつバックフォーカスが短
くなり好ましくない。逆に、下限値を超えるとズーミン
グのための移動量は少なくなるものの、歪曲収差の補正
が困難になると同時にペッツバール和が負に大きくなり
像面が倒れてくるので好ましくない。

【００５１】（エ）一般に回折光学面は、通常の屈折レ
ンズにより発生する色収差と反対の色収差が発生する。
例えば、従来貼り合わせレンズ面等により色消しを行っ
ていた貼り合わせレンズを除去し、レンズ枚数削減をす
る場合は、その貼り合わせレンズ面で発生していた色収
差分担と反対の色収差分担を有するような回折光学面を
用いれば良い。そうすれば通常の屈折レンズにより発生
する色収差と反対の色収差が回折光学面上で発生し、そ
の方向は元々あった貼り合わせレンズ面での色収差発生
方向と同じとなり、貼り合わせレンズ等の色消しが単レ
ンズ上にて可能となる。

【００５２】色収差係数といった観点から見ると、絞り
より物体側の面では、軸上色収差係数L と倍率色収差係
数T が同一符号の面に回折光学面を配置し、絞りより像
面側の面では双方が逆符号の面に回折光学面を配置する
のが好ましい。

【００５３】（オ）本発明のズームレンズは、高変倍を
目的の１つにしており、変倍に伴って発生する収差は、
第１群及び第２群においてキャンセルすることが望まし
い。それには、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点
距離をｆ２とおいたとき１．０１＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．５９ ‥‥‥（５）なる条件式を満足することである。

【００５４】条件式（５）の上限値を超えるとペッツバ
ール和が負の方向に大きくなり像面が大きくプラス側に
倒れる傾向になり好ましくない。逆に、下限値を超える
と高変倍のために第１群の移動量を大きく取る必要があ
り前玉径の大型化、全長の長大化をまねく。

【００５５】（カ）第１群は少なくとも１つの負レンズ
と１組の貼り合わせレンズを有し、該第１群中の第１の
負レンズの焦点距離をｆ１１Ｎとおいたとき１．７１＜ｆ１１Ｎ／ｆ１＜２．７６ ‥‥‥（６）なる条件式を満足することが望ましい。

【００５６】これにより第１群で発生する歪曲収差を良
好に補正している。条件式（６）の上限値を超えるとテ
レ端の球面収差はアンダーになり（補正不足となり）、
内向性のコマ収差が発生し好ましくない。逆に、下限値
を超えると軸上色収差がオーバー（補正過剰）となるの
で良くない。

【００５７】また、この負レンズに非球面を有すること
により更に性能を上げることができる。また、ズームレ
ンズが標準になりかつ高倍率が要求される中で、ズーミ
ングによる軸上色収差の変動が画質に影響するようにな
ってきた。軸上色収差が大きく発生すると、ある色の液
晶表示素子の画像がスクリーン上でピンボケ状態にな
り、画質の低下を招く。これを良好に補正するために該
第１群中の後方に貼り合わせレンズを配置することによ
り良好に補正することを可能としている。

【００５８】（キ）良好な収差補正、特に軸外のフレア
ーや色収差を良好に補正するためには、第２群中に少な
くとも１枚の非球面レンズと少なくとも１枚の光軸に対
して回転対称な回折光学素子を有することである。先に
も述べたように、液晶表示素子の高精細化にともない、
従来あまり問題にならなかった解像力が問題となりこれ
に大きく起因する収差を良好に補正する必要がでてき
た。

【００５９】そこで該第２群中に非球面を配置すること
により軸外のフレアーを良好に補正するようにしてい
る。また、該第２群の後方レンズ群は比較的に軸外光線
が光軸より離れたところを通過するため、回折光学素子
を配置することにより、倍率色収差を良好に補正して更
に光学性能を向上させている。

【００６０】（ク）良好な収差補正、特に色収差を良好
に補正するためには、第３群中に少なくとも１つの光軸
に対して回転対称な回折光学素子を有することである。
先にも述べたように、液晶表示素子の高精細化にともな
い、従来あまり問題にならなかった色収差、特に倍率色
収差を良好に補正することが可能となる。

【００６１】（ケ）良好なテレセントリックな光学系を
達成するには、以下の条件を満足することが好ましい。

【００６２】

【数３】ここでｆ３は第３群の焦点距離である。

【００６３】条件式（７）はバックフォーカスの長さと
テレセントリックな条件をバランスよく最適化するもの
で、上限値を超えるとバックフォーカスが必要以上に長
くなりレンズ全長の長大化をまねきかつテレセントリッ
クな条件が崩れる。又、下限値を超えると本発明の目的
である充分に長いバックフォーカスを確保することが困
難となる。

【００６４】（コ）本実施形態に用いる非球面は、レン
ズの周辺部にいくにしたがって正の屈折力が弱くなる形
状となることが望ましい。

【００６５】尚、本発明に係る液晶ビデオプロジェクタ
ー（投影装置）は、少なくとも上記テレセントリックな
ズームレンズと、色合成用素子と、該色合成素子によっ
て分割された各色対応の液晶表示素子と、液晶駆動回路
と信号処理回路と、色分解ミラーと光源とフライアイレ
ンズ等を有している。

【００６６】図１３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見た概略図である。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
るためのコンデンサーレンズ、６３，６５，６８はダイ
クロイックミラー（色分解ミラー）または全反射ミラ
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ため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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】図１４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
側に投射するためである。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。

【００７３】更に観察しやすい画像を得るには、前記ズ
ームレンズの光軸８１と前記液晶表示素子の中心と垂直
な軸８２のずれ量をΔＹとするとき、０．１４＜ΔＹ／ｆＷ＜０．２４ ‥‥‥（８）なる条件式を満足することが望ましい。

【００７４】上限値を超えてずれ量を大きくすると、投
射された画像の位置が液晶プロジェクター本体より高く
なり画像が見やすくはなるものの、該画像の最も高い位
置の画像の光量が極端に少なくなり暗い画像となってし
まい好ましくない。逆に、下限値を超えてずれ量を小さ
くすると、投射された画像が液晶プロジェクター本体に
邪魔されて観察しにくくなってしまう。

【００７５】本実施形態で用いている回折光学素子の構
成としては図１５に示す１層のキノフォーム形状の１層
構成のものや、図１８に示すような格子厚の異なる（又
は同一の）２つの層を積層した２層構成のもの等が適用
可能である。

【００７６】図１６は図１５に示す回折光学素子１０１
の１次回折光の回折効率の波長依存特性である。実際の
回折光学素子１０１の構成は、基材１０２の表面に紫外
線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に波長５３０ｎｍで１次回
折光の回折効率が１００％となるような格子厚ｄの回折
格子１０３を形成している。

【００７７】図１６で明らかなように設計次数の回折効
率は最適化した波長５３０ｎｍから離れるに従って低下
し、一方設計次数近傍の次数の０次回折光と２次回折光
の回折効率が増大している。その設計次数以外の回折光
の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下につなが
る。

【００７８】図１７に図１５の格子形状で数値実施例１
を作成した場合の空間周波数に対するＭＴＦ特性を示
す。その図で低周波数領域のＭＴＦがやや低下してい
る。

【００７９】図１８に示す２つの回折格子１０４，１０
５を積層した積層型の回折光学素子の１次回折光の回折
効率の波長依存特性を図１９に示す。

【００８０】図１８では基材１０２上に紫外線硬化樹脂
（ｎｄ＝１．４９９，νｄ＝５４）からなる第１の回折
格子１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂（ｎ
ｄ＝１．５９８，νｄ＝２８）からなる第２の回折格子
１０５を形成している。この材質の組み合わせでは、第
１の回折格子１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８μ
ｍ、第２の回折格子１０５の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．
５μｍとしている。

【００８１】図１９から分かるように積層構造の回折光
学素子にすることで、設計次数の回折効率は、使用波長
全域で９５％以上の高い回折効率を有している。

【００８２】図２０に図１８の格子形状で数値実施例１
を作成した場合の空間周波数に対するＭＴＦ特性を示
す。積層構造の回折光学素子を用いると、低周波数のＭ
ＴＦは改善され、所望のＭＴＦ特性が得られる。このよ
うに、本発明に係る回折光学素子として積層構造を用い
れば、光学性能を更に改善することができる。

【００８３】なお、前述の積層構造の回折光学素子とし
て、材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他
のプラスチック材等も使用できるし、基材によっては第
１の回折格子１０４を直接基材に形成しても良い。また
各格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わ
せによっては図２１に示すように２つの回折格子１０４
と１０５の格子厚を等しくしても良い。

【００８４】この場合は、回折光学素子の表面に格子形
状が形成されないので、防塵性に優れ、回折光学素子の
組立作業性を向上させることができる。

【００８５】以下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。また、数値実施例１〜３における最終の２
つのレンズ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。

【００８６】図中、ＧＢは色合成プリズム、偏光フィル
ター、カラーフィルター等のガラスブロックであり、Ｃ
はズームレンズ部と液晶ビデオプロジェクター本体部と
の接合部である。図中Ｂ、Ｇ、Ｒは４７０ｎｍ、５５０
ｎｍ、６２０ｎｍ、ΔＭ、ΔＳはメリジオナル像面、サ
ジタル像面、倍率色収差は４７０ｎｍを指す。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。

【００８７】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，Ｆとしたと
き、

【００８８】

【数４】なる式で表している。

【００８９】また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１
０^-Z」を意味する。

【００９０】

【外１】

【００９１】

【外２】

【００９２】

【外３】

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、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、特に回折光学素子をレンズ群中
に適切に用いることにより、レンズ系全体の小型化を図
りつつ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を
良好に維持し、画面全体にわた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。

【００９４】この他本発明によれば前述の如く各要件を
特定することにより、変倍比１．５７以上でＦナンバー
２．６程度と大口径を確保しながらも非点収差及び歪曲
収差が少なく、かつ、色合成用プリズム等の光学素子や
各種フィルターの光学素子が入るバックフォーカス空間
を充分に確保しつつ、倍率色収差が良好に補正され、全
ズーム域・全物体距離にわたって良好な性能を有するテ
レセントリックなズームレンズを実現し、合わせて該ズ
ームレンズに適した液晶ビデオプロジェクター（投影装
置）を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図

【図２】本発明の数値実施例２のレンズ断面図

【図３】本発明の数値実施例３のレンズ断面図

【図４】本発明の数値実施例１の広角端の収差図

【図５】本発明の数値実施例１の中間の収差図

【図６】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図

【図７】本発明の数値実施例２の広角端の収差図

【図８】本発明の数値実施例２の中間の収差図

【図９】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図

【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図

【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図

【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図

【図１３】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１４】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

【図１５】本発明に係る回折光学素子の説明図

【図１６】本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の
説明図

【図１７】本発明に係る回折光学素子のＭＴＦ特性図

【図１８】本発明に係る回折光学素子の説明図

【図１９】本発明に係る回折光学素子の波長依存特性の
説明図

【図２０】本発明に係る回折光学素子のＭＴＦ特性図

【図２１】本発明に係る回折光学素子の説明図

【符号の説明】

Ｌ１第１群Ｌ２第２群Ｌ３第３群ＧＢガラスブロックＬＣＤ画像表示素子Ｓスクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】距離の長い方の第１共役点側から距離の
短い方の第２共役点にかけて順に負の屈折力の第１群と
正の屈折力の第２群、そして第３群の少なくとも３つの
レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際し、該
第１群と第２群を第１共役点側へ、移動させており、前
記各レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群は光軸に
対して回転対称な回折光学素子を少なくとも１つ有して
いることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】前記第３群は弱い正の屈折力を有してい
ることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】前記第１群を光軸上移動させてフォーカ
スを行っていることを特徴とする請求項１又は２のズー
ムレンズ。
【請求項４】前記第１群の焦点距離をｆ１、広角端と
望遠端における全系の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとした
とき【数１】なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３の
いずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項５】前記第１，第２群の焦点距離を各々ｆ
１，ｆ２としたとき１．０１＜｜ｆ２／ｆ１｜＜１．５９なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項６】前記第１群は少なくとも１枚の非球面レ
ンズを有していることを特徴とする請求項１から５のい
ずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項７】前記第２群は少なくとも１枚の非球面レ
ンズを有していることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１項記載のズームレンズ。
【請求項８】前記第３群は１枚の単レンズ又は１組の
貼り合わせレンズより成っていることを特徴とする請求
項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項９】前記第２群の第１共役点側に絞りを有し
ていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記
載のズームレンズ。
【請求項１０】前記ズームレンズは第２共役点側がテ
レセントリック系より成っていることを特徴とする請求
項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項１１】前記回折光学素子は１層又は２層の回
折格子より成っていることを特徴とする請求項１〜１０
のいずれか１項記載のズームレンズ。
【請求項１２】請求項１から１１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。