(57)【要約】【課題】  簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを提供すること。【解決手段】  変倍時に固定の開口絞りと、絞りより拡大共役側に広角端から望遠端への変倍に際して拡大共役側に移動する１つの移動群、絞りより縮小共役側に変倍の際に前記移動群と同じ軌跡で移動する１つの移動レンズ群、および広角端から望遠端への変倍に際して縮小共役側に移動する１つの移動レンズ群を有する構成とする。【選択図】図１
2020204632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大共役側から順に、
広角端から望遠端への変倍の際に拡大共役側に移動する少なくとも１つの移動レンズ群、
変倍の際に固定の開口絞り、
変倍の際に拡大共役側に移動する移動レンズ群、
広角端から望遠端への変倍の際に縮小共役側に移動する正の移動レンズ群を有し、
下記条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
（Ｘ：絞りより拡大共役側のレンズによる焦点位置から絞りまでの距離）
（β：絞りより縮小共役側のレンズによる合成結像倍率）
添え字ｔは望遠端、ｗは広角端を表す。
０．９＜（Ｘｔβｔ）／（Ｘｗβｗ）＜１．１        ・・（１）
【請求項２】
最も拡大共役側に変倍の際に固定であるレンズ群を有し、
変倍の際に絞りより拡大共役側の移動レンズ群と同じ軌跡で移動する絞りより縮小共役側に位置する移動レンズ群を有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
ｆ３４ｗ：広角端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離
ｆ３４ｔ：望遠端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離
０．８５＜（ｆ３４ｗ）／（ｆ３４ｔ）＜１．１５        ・・（２）
【請求項４】
下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のズームレンズ。
ｆ３４ｗ：広角端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離
ｆ３４ｔ：望遠端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離
Ｓ３４ｗ：広角端におけるＢ３、Ｂ４の拡大共役側合成主点位置から絞りまでの距離
Ｓ３４ｔ：望遠端におけるＢ３、Ｂ４の拡大共役側合成主点位置から絞りまでの距離
０．８５＜（ｆ３４ｗ／Ｓ３４ｗ）／（ｆ３４ｔ／Ｓ３４ｔ）＜１．１５
【請求項５】
前記第一固定レンズ群が負の屈折力、
前記第一移動レンズ群が正の屈折力、
前記第二移動レンズ群が正の屈折力、
前記第三移動レンズ群が正の屈折力、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第一固定レンズ群が負の屈折力、
前記第一移動レンズ群が正の屈折力、
前記第二固定レンズ群が負の屈折力、
前記第二移動レンズ群が正の屈折力、
前記第三移動レンズ群が正の屈折力、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
縮小共役側の主光線がテレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のズームレンズ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のレンズユニットを用いることを特徴とする画像投影装置。
【請求項９】
下記条件式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の画像投影装置。
Ｌｗ：広角端における照度
Ｌｔ：望遠端における照度
０．９＜Ｌｗ／Ｌｔ＜１．１
【請求項１０】
輝度分布が小さいことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子を有するプロジェクター等に用いる投射レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶などの画像表示素子を用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投影する画像投影装置（プロジェクター）が種々提案されている。
【０００３】
プロジェクターは拡大投影時の視認性を確保するために明るいことが必要条件となる。
【０００４】
また設置性の面から、設置する環境に応じて画面の大きさを調整できるズームレンズを用いることが主流となっている。
【０００５】
しかし、従来のプロジェクター用ズームレンズは変倍の際にＦｎｏ（開口数）が変化するものが一般的であり、広角端で使用する場合と望遠端で使用する場合の明るさが変化してしまう問題がある（一般的には広角端に対して望遠端が暗くなる）。
【０００６】
それに対して、ズーム全域でＦｎｏを一定に保つことにより、前記課題を解決するものとして下記の特許文献のレンズが知られている。
【０００７】
特許文献１では、開口絞りをズーム時に移動させることで変倍の際にＦｎｏ変化が少ない構成をとっているが、構成が複雑になってしまう問題がある。
【０００８】
特許文献２では、変倍時の絞りと絞りより縮小共役側のレンズ群を固定とすることでＦｎｏ変化が少ない構成をとっているが、他に複数のレンズ群を移動させる必要があるため構成が複雑になり収差補正も困難になる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１２８６８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５２２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係るズームレンズは、
変倍時に固定の開口絞りと、絞りより拡大共役側に広角端から望遠端への変倍に際して拡大共役側に移動する１つの移動レンズ群、絞りより縮小共役側に変倍の際に前記移動群と同じ軌跡で移動する１つの移動レンズ群、および広角端から望遠端への変倍に際して縮小共役側に移動する１つの移動レンズ群を有する構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例１のレンズ断面図
【図２】本実施例１の広角端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図３】本実施例１の望遠端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図４】本実施例２のレンズ断面図
【図５】本実施例２の広角端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図６】本実施例２の望遠端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図７】本実施例３のレンズ断面図
【図８】本実施例３の広角端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図９】本実施例３の望遠端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図１０】本実施例４のレンズ断面図
【図１１】本実施例４の広角端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図１２】本実施例４の望遠端  投影距離２１００ｍｍにおける収差図
【図１３】本発明を用いた投影装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本発明の実施例１では、負、正、正、正の４つのレンズ群で構成し、変倍時に２〜４群が移動し、第２群と３群の間に変倍時に固定の開口絞りを有する。
【００１６】
２群と３群は広角端から望遠端への変倍時に同じ軌跡で拡大共役側に移動する。
４群は広角端から望遠端への変倍時に異なる軌跡で縮小共役側に移動する。
【００１７】
移動群は３群であるが２，３群は一体移動させているため、実質の移動群は２群であり、簡易な構造で構成することができる。
【００１８】
またこのときに、絞りより拡大側のレンズ群による焦点位置と絞りの間隔および絞りより縮小側のレンズ群による合成結像倍率が下記条件式を満たすように構成することで、ズーム全域において変倍の際にＦｎｏ変化が少ないズームレンズを実現している。
【００１９】
０．９＜Ｘｗβｗ／Ｘｔβｔ＜１．１        ・・（１）
Ｘｗは広角端において絞りより拡大側のレンズ群による焦点位置と絞りとの空気換算間隔、
βｗは広角端において絞りより縮小側のレンズ群による合成結像倍率、
Ｘｔは望遠端において絞りより拡大側のレンズ群による焦点位置と絞りとの空気換算間隔、
βｔは望遠端において絞りより縮小側のレンズ群による合成結像倍率である。
【００２０】
ここで、値の上限下限を超えると、変倍の際にＦｎｏ変化を少なくすることができなくなる。
【００２１】
透過型液晶や反射型液晶等の画像素子を用いた投影装置においては、画像表示素子に入出射する光線の角度が大きくなると画質が劣化してしまうため、高画質を実現するためには画像表示素子に入出射する主光線を略テレセントリックに設定する必要がある。
【００２２】
具体的には絞りより縮小共役側のレンズ群の拡大共役側焦点位置を絞り付近に設定することで略テレセントリック性を実現することができる。
【００２３】
広角端から望遠端への変倍に際してＢ３は拡大共役側に移動するが、絞りが固定であるためにＢ４が固定であるとテレセントリック性は失われてしまう。本発明では前記変倍時にＢ４を縮小共役側に移動させる構成とすることで全ズーム域においてテレセントリック性を維持させることができる。
【００２４】
また、以下の条件式を満たすことが望ましい。
【００２５】
広角端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離をｆ３４ｗ、望遠端におけるＢ３、Ｂ４の合成焦点距離をｆ３４ｔとしたとき、
０．８５＜（ｆ３４ｗ）／（ｆ３４ｔ）＜１．１５        ・・（２）
前記条件式２を満たすことで、全ズーム域において略テレセントリックを実現することができる。
【００２６】
さらに広角端におけるＢ３、Ｂ４の拡大側合成主点位置〜絞りまでの距離をＳ３４ｗ、望遠端におけるＢ３、Ｂ４の拡大側合成主点位置〜絞りまでの距離をＳ３４ｔとしたとき、
０．８５＜（ｆ３４ｗ／Ｓ３４ｗ）／（ｆ３４ｔ／Ｓ３４ｔ）＜１．１５        ・・（２）
を満たすことが好ましい。
【００２７】
また、広角端におけるＢ４の位置を望遠端時の位置より拡大共役側に配置することで、移動群にもかかわらず十分に周辺光を取り込めるため、全ズーム域において輝度むらが少なく良好な光学性能を得ることができる。
【００２８】
実施例１では変倍時に固定の絞り群にレンズを有していないが、絞りとレンズを有する構成としてもよい。
【００２９】
本説明は発明に必要な最小限の構成について説明しており、絞りより拡大共役側の移動レンズ群は複数のレンズ群で、絞りより縮小共役側の移動レンズ群は３つ以上のレンズ群の構成としてもよい。
【００３０】
本発明においては、これらの条件を満たすことで、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを得ることができる。
【実施例１】
【００３１】
［本実施例における構成］
以下、本発明の第１の実施例における構成を、図面に基づき説明する。
【００３２】
図１に、本発明における第１の実施例の投射レンズユニット（投影距離２１００ｍｍ）の断面図を示す。
【００３３】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に、変倍の際に固定で負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、変倍の際に可動で正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、変倍の際に固定の絞りＳＴ１、変倍の際に可動で正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、変倍の際に可動で正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４のレンズ群構成である。
【００３４】
１群Ｂ１は拡大共役側から順に、負、負、負、正の４枚のレンズＬ１１〜Ｌ１４で構成され、２群Ｂ２は１枚の正レンズＬ１５で構成され、３群Ｂ３は負、正、負、正の４枚のレンズＬ１６〜１９で構成され、４群Ｂ４は１枚の正レンズＬ２０で構成される。
【００３５】
変倍時に固定の絞りはＳＴ１，Ｂ１〜Ｂ４からなるレンズユニットを１、プリズム部を２、画像表示素子を３で表す。
【００３６】
本実施例では好ましい範囲である条件式（１）〜（２）を満たす構成とすることで、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを実現している。
【００３７】
各条件式の値については数値実施例１の（Ｃ）に示す。
【００３８】
また、図１３に本発明を用いた投影装置の断面図を示す。
【００３９】
前記光学系は光源５１、画像表示素子に対してむらの少ない照明を実現し、出射される光の偏光方向をＰまたはＳの任意の方向にそろえる機能を有する照明光学系５２、前記照明系からの光を画像表示素子に対応した任意の色に分解する色分離光学系５３、入射した偏光を電気信号に応じて変調する反射型画像表示素子５７、５８、５９、前記画像表示素子で変調に応じて、光を透過または反射させる偏光ビームスプリッタ５４、５５、各画像表示素子からの光を１つに合成する色合成光学系５６、前記色合成系で合成された光をスクリーン６１などの被投射物に投射する投射光学系６０で構成される。
【００４０】
図２には、本実施例１の広角端（Ｗｉｄｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。図３には、本実施例１の望遠端（Ｔｅｌｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【実施例２】
【００４１】
図４に、本発明における第２の実施例の投射レンズユニット（投影距離２１００ｍｍ）の断面図を示す。
【００４２】
本実施例は実施例１に対して画像表示素子に入出射する主光線の角度が大きくテレセン性がゆるい場合の実施例である。その他の記述のない構成および作用については、実施例１と同じである。
【００４３】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に、変倍の際に固定で負の屈折力の第１レンズ群Ｂ２１、変倍の際に可動で正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２２、変倍の際に固定の絞りＳＴ２、変倍の際に可動で正の屈折力の第３レンズ群Ｂ２３、変倍の際に可動で正の屈折力の第４レンズ群Ｂ２４のレンズ群構成である。
【００４４】
１群Ｂ２１は拡大共役側から順に、負、負、負、正の４枚のレンズＬ３１〜Ｌ３４で構成され、２群Ｂ２２は１枚の正レンズＬ３５で構成され、３群Ｂ２３は負、正、負、正の４枚のレンズＬ３６〜３９で構成され、４群Ｂ２４は１枚の正レンズＬ４０で構成される。
【００４５】
変倍時に固定の絞りはＳＴ２，Ｂ２１〜Ｂ２４からなるレンズユニットを２１、プリズム部を２２、画像表示素子を２３で表す。
【００４６】
本実施例では好ましい範囲である条件式（１）〜（２）を満たす構成とすることで、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを実現している。
【００４７】
各条件式の値については数値実施例２の（Ｃ）に示す。
【００４８】
図５には、本実施例２の広角端（Ｗｉｄｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。図６には、本実施例２の望遠端（Ｔｅｌｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【００４９】
本実施例においては、条件式２の値が小さくなっているために、画像素子に入出射する主光線の角度が大きくなっているが、本実施例の構成をとることによってレンズ群のパワー配置などの設計自由度を増やすことができる。
【実施例３】
【００５０】
［本実施例における構成］
図７に本発明における第３の実施例の投射レンズユニット（投影距離２１００ｍｍ）の断面図を示す。
【００５１】
本実施例は実施例１に対して絞りの群にレンズを有し、変倍比が異なる場合の実施例である。その他の記述のない構成および作用については、実施例１と同じである。
【００５２】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に、変倍の際に固定で負の屈折力の第１レンズ群Ｂ３１、変倍の際に可動で正の屈折力の第２レンズ群Ｂ３２、変倍の際に固定で絞りＳＴ３を含む負の第３レンズ群Ｂ３３、変倍の際に可動で正の屈折力の第４レンズ群Ｂ３４、変倍の際に可動で正の屈折力の第５レンズ群Ｂ３５のレンズ群構成である。
【００５３】
１群Ｂ３１は拡大共役側から順に、負、負、負、正の４枚のレンズＬ５１〜Ｌ５４で構成され、２群Ｂ３２は１枚の正レンズＬ５５で構成され、３群Ｂ３３は１枚の負レンズＬ５６と絞りＳＴ３で構成され、４群Ｂ３４は負、正、負、正の４枚のレンズＬ５７〜６０で構成され、５群Ｂ３５は１枚の正レンズＬ６１で構成される。
【００５４】
Ｂ３１〜Ｂ３４からなるレンズユニットを３１、プリズム部を３２、画像表示素子を３３で表す。
【００５５】
本実施例では好ましい範囲である条件式（１）〜（２）を満たす構成とすることで、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを実現している。
【００５６】
各条件式の値については数値実施例３の（Ｃ）に示す。
【００５７】
図８には、本実施例３の広角端（Ｗｉｄｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【００５８】
図９には、本実施例３の望遠端（Ｔｅｌｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【実施例４】
【００５９】
［本実施例における構成］
図１０に、本発明における第４の実施例の投射レンズユニット（投影距離２１００ｍｍ）の断面図を示す。
【００６０】
本実施例は実施例１に対して広角端と望遠端でＦｎｏが異なる場合の実施例である。その他の記述のない構成および作用については、実施例１と同じである。
【００６１】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に、変倍の際に固定で負の屈折力の第１レンズ群Ｂ４１、変倍の際に可動で正の屈折力の第２レンズ群Ｂ４２、変倍の際に固定の絞りＳＴ４、変倍の際に可動で正の屈折力の第３レンズ群Ｂ４３、変倍の際に可動で正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４４のレンズ群構成である。
【００６２】
１群Ｂ４１は拡大共役側から順に、負、負、負、正の４枚のレンズＬ７１〜Ｌ７４で構成され、２群Ｂ４２は１枚の正レンズＬ７５で構成され、３群Ｂ４３は負、正、負、正の４枚のレンズＬ７６〜７９で構成され、４群Ｂ４４は１枚の正レンズＬ８０で構成される。
【００６３】
変倍時に固定の絞りはＳＴ４，Ｂ４１〜Ｂ４４からなるレンズユニットを４１、プリズム部を４２、画像表示素子を４３で表す。
【００６４】
本実施例では好ましい範囲である条件式（１）〜（２）を満たす構成とすることで、簡易な構成でありながら、ズーム全域でＦｎｏ変化の少なく、ズーム時における諸収差の変化を良好に補正され、略テレセントリックで画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを実現している。
【００６５】
各条件式の値については数値実施例４の（Ｃ）に示す。
【００６６】
図１１には、本実施例４の広角端（Ｗｉｄｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【００６７】
図１２には、本実施例４の望遠端（Ｔｅｌｅ  投影距離２１００ｍｍ）における縦収差図を示す。
【００６８】
［数値実施例］
以降、第１〜第４の実施例に対応する数値データを示す。
【００６９】
（Ａ）にレンズ構成を示し、表中のｆは焦点距離、Ｆは開口比である。また、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは、第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のｄ線を基準とした屈折率とアッベ数、ＳＴは絞りの位置である。
【００７０】
左側に※が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示し、（Ｂ）にその係数を示す。ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標、ｋはコ―ニック係数を示す。また、ｅ−Ｘは１０−Ｘを示す。
【００７１】
ｚ（ｙ）＝（ｙ２／ｒｉ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ２／ｒｉ２）｝１／２］＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２＋Ｆｙ１４＋Ｇｙ１６
（Ｃ）には、条件式の各実施例における値を示す。
【００７２】
【表１】
2020204632.tif 000003
【００７３】
【表２】
2020204632.tif 000004
【００７４】
【表３】
2020204632.tif 000005
【００７５】
【表４】
2020204632.tif 000006
【００７６】
【表５】
2020204632.tif 000007
【００７７】
【表６】
2020204632.tif 000008
【００７８】
【表７】
2020204632.tif 000009
【００７９】
【表８】
2020204632.tif 000010
【００８０】
【表９】
2020204632.tif 000011
【００８１】
【表１０】
2020204632.tif 000012
【００８２】
【表１１】
2020204632.tif 000013
【００８３】
【表１２】
2020204632.tif 000014
【００８４】
【表１３】
2020204632.tif 000015
【００８５】
【表１４】
2020204632.tif 000016
【００８６】
【表１５】
2020204632.tif 000017
【００８７】
【表１６】
2020204632.tif 000018
【符号の説明】
【００８８】
Ｂ１，Ｂ２１，Ｂ３１，Ｂ４１  第一レンズ群、
Ｂ２，Ｂ２２，Ｂ３２，Ｂ４２  第二レンズ群、
Ｂ３，Ｂ２３，Ｂ３３，Ｂ４３  第三レンズ群、
Ｂ４，Ｂ２４，Ｂ３４，Ｂ４４  第四レンズ群、
Ｂ３５  第五レンズ群、
１，２１，３１，４１  レンズユニット、
２，２２，３２，４２  色分離合成素子、
３，２３，３３，４３  画像表示素子、
ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４  絞り
【図１】
2020204632.tif 000019
【図２】
2020204632.tif 000020
【図３】
2020204632.tif 000021
【図４】
2020204632.tif 000022
【図５】
2020204632.tif 000023
【図６】
2020204632.tif 000024
【図７】
2020204632.tif 000025
【図８】
2020204632.tif 000026
【図９】
2020204632.tif 000027
【図１０】
2020204632.tif 000028
【図１１】
2020204632.tif 000029
【図１２】
2020204632.tif 000030
【図１３】
2020204632.tif 000031