(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、焦点調整の容易なズームレンズシステムを提供する。【解決手段】  スクリーン側から順に、負−正−正−負−正の５群のレンズ群で構成され、第４のレンズ群Ｇ４の接合レンズを構成する各レンズＬ４２およびＬ４３のアッベ数νｄの差Δνｄ４を５０以上にする。これにより、第２のレンズ群Ｇ２のパワーを以下の条件（Ａ）の範囲として、第１のレンズ群Ｇ１のパワーを抑え、第１のレンズ群Ｇ１を焦点調整のために動かしやすいズームレンズシステムを提供する。      １．１５  ＜  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．０・・・（Ａ）【選択図】        図１
2006162734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像生成装置からの投影光をスクリーンに投写する投写用のズームレンズシステムであって、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群と、負の屈折力の第４のレンズ群と、正の屈折力の第５のレンズ群とにより構成され、前記第２のレンズ群から前記第４のレンズ群が移動して変倍を行い、
前記第２のレンズ群は２枚の正の屈折力のメニスカスレンズにより構成され、
前記第３のレンズ群は正の屈折力のレンズにより構成され、
前記第４のレンズ群は像側に凹面を向けた負の屈折力のメニスカスレンズと、前記スクリーン側に凹面を向けた負の屈折力のレンズおよび凸レンズからなる接合レンズと、正の屈折力のレンズとにより構成されており、次の条件を満たす、ズームレンズシステム。
１．１５  ＜  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．０
５０  ＜  Δνｄ４  ＜  ７０
ただし、ｆｗ：広角端における全体の焦点距離
ｆ２：第２のレンズ群の合成焦点距離
Δνｄ４：第４のレンズ群の接合レンズを構成する各レンズのアッベ数νｄの差
【請求項２】
請求項１において、前記第１のレンズ群は、前記スクリーン側から順に正の屈折力のレンズ、負の屈折力のメニスカスレンズおよび負の屈折力のレンズにより構成され、
前記第５のレンズ群は正の屈折力のレンズにより構成されている、ズームレンズシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のズームレンズシステムと、前記画像生成装置とを有するプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５群のズームレンズシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶などをライトバルブ（画像生成装置）とするプロジェクタにおいて、ライトバルブから出力された色分解された画像を表現する光線を、ダイクロイックプリズムあるいはＴＩＲプリズムにより合成してスクリーンに投影する投写用のズームレンズシステムは、像側がテレセントリックであることが要求される。このため、スクリーン側から負−正−正−負−正の５群構成ズームレンズが用いられ、変倍の際、第１のレンズ群と第５のレンズ群を固定し、第２、第３および第４のレンズ群を光軸方向にレンズ間隔を変えながら移動して変倍するものが多い。
【特許文献１】特開２００２−１４８５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液晶などの投写用のズームレンズは、像側がテレセントリックであること、諸収差の補正性能が優れていることに加え、コンパクトであること、所定のバックフォーカスが得られることが要求される。したがって、各レンズシステムをこれらの要求を満たすように各レンズ群のパワーバランスを求め、さらに、各レンズ群の構成を決定している。
【０００４】
さらに、近年、レンズシステムをコンパクト化するために、最もスクリーン側の第１のレンズ群のパワーを強くする傾向が多く、焦点調整能力を確保することが難しくなっている。すなわち、第１のレンズ群で焦点調節する機構では、第１のレンズ群のパワーが大きすぎると、距離変動により収差補正能力が変動し、焦点調整を行った際の収差補正が難しくなる。また、強いパワーの第１のレンズ群では、距離に対する焦点調整の感度が高すぎて、焦点調節の操作も難くなる。このため、そのような困難性を補うために機構が複雑になり、ズームレンズシステムをコンパクトに纏めることが難しくなるという問題もある。
【０００５】
ズームレンズシステムにおける収差補正の重要な項目の１つは、色収差の補正である。このため、色収差の補正能力の高い、負レンズと正レンズとの接合レンズを幾つかの群に配置し、各レンズ群を用いて他の諸収差と共に色収差を補正するようにしている。しかしながら、周波数帯のほぼ中心の緑色の光に対して、周波数の低い赤色の光の補正と、周波数の高い青色の光の補正とを同時に、適度に行うことは困難であり、多くのレンズシステムでは、変倍により移動する第２のレンズ群により、変倍中の赤色の光の補正能力を確保しようとしている。このため、第２のレンズ群のパワーをある程度確保する必要があり、そのパワーによる収差を補正するために第１のレンズ群のパワーをある程度確保しなければならず、そのためにも第１のレンズ群のパワーを抑えることが難しい設計となっている。
【０００６】
特許文献１のレンズシステムにおいては、第４のレンズ群に加えて、第３のレンズ群に接合レンズを配置し、第２のレンズ群の色収差の負荷を低減している。このため、第２のレンズ群の構成は簡易になり、第２のレンズ群のパワーも低く抑えられている。このため、第１のレンズ群のパワーは抑えられているが、まだ十分とは言えない。
【０００７】
そこで、本発明においては、ズームレンズシステムの全体の構成をさらに簡易にして、コンパクトに纏められるようにすると共に、第１のレンズ群のパワーを適度に抑えて、焦点調整のし易いズームレンズシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明においては、第４のレンズ群に配置された接合レンズの色収差の補正能力を赤色の光を含めて高く設定して集中的に色収差補正を行い、第２および第３のレンズ群の色収差の負荷を極力低く抑える設計としている。これにより、第３のレンズ群の構成をさらに簡易とし、また、第２のレンズ群のパワーを低く抑えるようにして、焦点調整するために動かす第１のレンズ群のパワーも低く抑えられるようにしている。すなわち、本発明のズームレンズは、画像生成装置からの投影光をスクリーンに投写する投写用のズームレンズであって、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群と、正の屈折力の第３のレンズ群と、負の屈折力の第４のレンズ群と、正の屈折力の第５のレンズ群とにより構成され、第２のレンズ群から第４のレンズ群が移動して変倍を行う。そして、第２のレンズ群は２枚の正の屈折力のメニスカスレンズにより構成され、第３のレンズ群は正の屈折力のレンズにより構成され、第４のレンズ群は像側に凹面を向けた負の屈折力のメニスカスレンズと、スクリーン側に凹面を向けた負の屈折力のレンズおよび凸レンズからなる接合レンズと、正の屈折力のレンズとにより構成されており、本発明のズームレンズシステムは、以下の条件を満たすものである。
【０００９】
１．１５  ＜  ｆ２／ｆｗ  ＜  ２．０・・・（Ａ）
５０  ＜  Δνｄ４  ＜  ７０        ・・・（Ｂ）
ただし、ｆｗは、広角端における全体の焦点距離、ｆ２は、第２のレンズ群の合成焦点距離、Δνｄ４は、第４のレンズ群の接合レンズを構成する各レンズのアッベ数νｄの差である。
【００１０】
接合レンズを構成する各レンズのアッべ数νｄの差は、低すぎると赤色の光線に対して十分な色収差補正能力が得られず、高すぎると青色の光線に対する補正が大きすぎるので好ましくない。したがって、色収差を各レンズ群に分配して補正するシステムであると、接合レンズを構成する各レンズのアッベ数νｄの差は３０から４０程度であり、高くても４５程度である。これに対し、本発明のズームレンズシステムにおいては、第４のレンズ群の接合レンズを構成する各レンズのアッベ数νｄの差Δνｄ４を５０以上として、赤色の光線の補正を十分に行い、青色の光線については過剰補正ぎみにして、他のレンズ群においては青色の光線の補正を中心に設計できるようにした。Δνｄ４が７０以上になると、青色の光線の補正が過剰すぎるので、他のレンズ群での色補正が難しくなり好ましくない。
【００１１】
このように、第４のレンズ群の接合レンズのアッベ数νｄの差Δνｄ４を５０以上にすることにより、第２のレンズ群が２枚の正の屈折力のメニスカスレンズにより構成され、第３のレンズ群は１枚の正の屈折力のレンズにより構成される簡易な構成で、第２のレンズ群のパワーを上記の条件（Ａ）のように、抑えた範囲で他の収差も含めて補正可能とした。すなわち、第２のレンズ群のパワーが、条件（Ａ）の下限を超えない範囲で、十分な収差補正能力が得られる。なお、第２のレンズ群のパワーが条件（Ａ）の上限を超えると、パワーが小さすぎて諸収差の補正が困難になる。
【００１２】
本発明のレンズシステムであれば、第１のレンズ群のパワーを以下の条件（Ｃ）の範囲で十分な収差能力が得られ、さらに、条件（Ｄ）の範囲でも、高倍率、高画角のレンズシステムにおいて、問題のない収差能力が得られる。
０．５  ＜  ｜ｆ１／ｆｗ｜  ＜２．０・・・（Ｃ）
１．０  ＜  ｜ｆ１／ｆｗ｜  ＜２．０・・・（Ｄ）
【００１３】
このように、第１のレンズ群のパワーを抑えることができるので、第１のレンズ群を動かして焦点調整することが容易となり、焦点調整の感度が高すぎず、変倍中の焦点調整も容易なズームレンズシステムを提供できる。そして、本発明のレンズシステムは、簡易な構成でコンパクト化がさらに容易であり、焦点調整機構が複雑になることも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、本発明に係るズームレンズシステム５およびプロジェクタ装置１の概要を示してある。このプロジェクタ１は、外部のスクリーン９に画像を投影するものであり、光を変調して画像を生成する画像生成装置（ライトバルブ）であるＬＣＤ２と、画像を色合成するダイクロイックプリズム３と、合成された投影光をスクリーン９に向けて投写するためのズームレンズシステム５とを備えている。画像生成装置は、自発光タイプであっても良いが、多くの場合は投写するには光量が不足するので、図１に示されていないが、ハロゲンランプなどからなる光源を備えている。
【００１５】
ズームレンズシステム５は、スクリーン９の側から順番に５つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５にグループ化された１１枚のレンズＬ１１〜Ｌ５１により構成されている。図１（ａ）は、拡大表示する状態である広角端における各レンズの配置を示し、図１（ｂ）は、標準状態である望遠端における各レンズの配置を示してある。これら５つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５は、スクリーン９の側から順番に、負−正−正−負−正の屈折力を備えており、全体としてレトロフォーカス型で、画像生成装置であるＬＣＤ２の画像入力側がテレセントリックになり、ＬＣＤ２により生成された画像を鮮明に投影できる構成となっている。
【００１６】
スクリーン９の側の第１のレンズ群Ｇ１は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン側から順に正の屈折力のレンズＬ１１、負の屈折力のスクリーン側に凸のメニスカスレンズＬ１２および負の屈折力のレンズＬ１３により構成されている。
【００１７】
第２のレンズ群Ｇ２は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１と、スクリーン側の凸の正のメニスカスレンズＬ２２の２枚により構成されている。また、第３のレンズ群Ｇ３は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、両凸の正レンズＬ３１によって構成されている。
【００１８】
第４のレンズ群Ｇ４は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン側に凸で、像側に凹面を向けた負の屈折力のメニスカスレンズＬ４１と、スクリーン側に凹面を向けた負の屈折力のレンズＬ４２および凸レンズＬ４３からなる接合レンズと、正の屈折力のレンズＬ４４とにより構成されている。さらに、第５のレンズ群Ｇ５は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、１枚の正レンズＬ５１により構成されている。
【００１９】
図１に示すように、広角端から望遠端に変倍するときに、本例のズームレンズシステム５は、第１のレンズ群Ｇ１および第５のレンズ群Ｇ５は固定され、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３および第４のレンズ群Ｇ４が、それぞれスクリーン９の側に所定の比率で移動する。そして、フォーカシングする際は、第１のレンズ群Ｇ１を前後に移動する。
【００２０】
以下に示すレンズデータにおいて、Ｒｄｙはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの曲率半径（ｍｍ）、Ｔｈｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ＴｙｐｅはレンズのタイプでありＳＰＨは球面レンズを示し、ｎｄはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄはスクリーン側から順番に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。また、ＦＬＡＴは平面を示している。
【００２１】
さらに、変倍により変化する距離を、それぞれ第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズＧ２との距離ｄ２、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との距離ｄ３、第３のレンズ群Ｇ３と第４のレンズ群Ｇ４との距離ｄ４、第４のレンズ群Ｇ４と第５のレンズ群Ｇ５との距離ｄ５としている。なお、絞りＳは第４のレンズ群Ｇ４と共に移動するので、距離ｄ４は、第３のレンズ群Ｇ３と絞りＳとの間隔を示している。また、最もスクリーン側のレンズとスクリーン９との距離は３５００ｍｍのときの値を示している。
【００２２】
レンズデータ
No.      Rdy  Type   Thi     nd      νd
1   149.188  SPH    5.94  1.74400  44.79      レンズＬ１１
2  -149.188  SPH    0.25  
3    91.348  SPH    2.00  1.60311  60.64      レンズＬ１２
4    37.705  SPH    6.64  
5   -49.307  SPH    2.00  1.48749  70.24      レンズＬ１３
6    29.881  SPH    ｄ２
7  -346.266  SPH    4.28  1.74400  44.79      レンズＬ２１
8   -61.427  SPH    0.25  
9    43.820  SPH    4.62  1.74950  35.28      レンズＬ２２
10   168.165  SPH    ｄ３
11    25.895  SPH    5.11  1.48749  70.24      レンズＬ３１
12   -63.370  STO    ｄ４                      絞りＳ
13    54.272  SPH    2.00  1.75520  27.51      レンズＬ４１
14    19.303  SPH    8.88  
15   -14.292  SPH    2.00  1.75520  27.51      レンズＬ４２
16    57.145  SPH   10.19  1.49700  81.54      レンズＬ４３
17   -20.494  SPH    0.25  
18   132.937  SPH   10.38  1.48749  70.24      レンズＬ４４
19   -35.489  SPH    ｄ５
20    88.115  SPH    6.61  1.84666  23.78      レンズＬ５１
21  -190.346  SPH   15.00  
22     FLAT   SPH   31.00  1.51633  64.14      プリズム３
【００２３】
それぞれのレンズ群の間隔（ｍｍ）は以下の通りである。
広角端        中間          望遠端
ｄ２    １３．７９    １０．２６      ７．３３
ｄ３    １３．９９    １３．４１    １２．８６
ｄ４      １．５１      ２．７６      ４．０８
ｄ５      ０．３０      ３．１６      ５．３２
【００２４】
また、それぞれのレンズ群の焦点距離は以下の通りである。
ｆ１（第１レンズ群の合成焦点距離）：−４１．２９６
ｆ２（第１レンズ群の合成焦点距離）：４３．１８５
ｆｗ（広角端における全体の焦点距離）：３４．４９
ｆｔ（望遠端における全体の焦点距離）：４１．４０
半画角:２３
倍率:１．２０
バックフォーカス：４９．０
νｄ（第４レンズ群の張り合わせレンズの正レンズのアッベ数（ｄ線））：８１．５４
【００２５】
したがって、上記の条件（Ａ）〜（Ｄ）の値は以下のようになる。
条件（Ａ）（ｆ２／ｆｗ）：１．２５
条件（Ｂ）（Δνｄ４）：５４．０３
条件（ＣまたはＤ）（｜ｆ１／ｆｗ｜）：１．１９
【００２６】
したがって、本例のズームレンズシステム５は、各条件（Ａ）および（Ｂ）を満たすものであり、色収差も含めて諸収差が良好に補正される。また、半画角が２３以上の広角レンズであり、倍率が１．２と高倍率でありながら、第１のレンズ群のパワーを低く抑えることができる。
【００２７】
図２に、この投写用ズームレンズ５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図３に望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図４および図５に、広角端および望遠端における、球面収差（単位はｍｍ）の横収差図により示してある。球面収差は、６５０．０ｎｍ（破線）、５５０．０ｎｍ（実線）および４５０．０ｎｍ（一点鎖線）の各波長における値を示している。また、非点収差および横収差図においては、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示してある。
【００２８】
このように、本例のズームレンズシステム５は、５群のズームレンズシステムであり、第４のレンズ群Ｇ４の接合レンズ（バルサ）の負のパワーのレンズおよび正のパワーのレンズのアッベ数νｄの差Δνｄ４を５０以上にして、第４のレンズ群Ｇ４により赤色の光線の補正を十分に行うように設計している。そのため、接合レンズは第４のレンズ群Ｇ４にだけ採用され、他のレンズ群の構成を簡易にすることができ、第３のレンズ群Ｇ３は正のパワーのレンズの１枚構成とし、第２のレンズ群Ｇ２は、２枚の正のメニスカスレンズとして、全体を１１枚のレンズで構成できている。さらに、第２のレンズ群Ｇ２のパワーを低く抑えることが可能となり、そのため、第１のレンズ群Ｇ１のパワーのこの倍率、この画角としては低い範囲に設計することができている。したがって、第１のレンズ群Ｇ１を焦点調整のために動かしたときに感度が高くなりすぎず、適度な焦点調整能力を持つコンパクトなズームレンズとして提供できる。このように、本例の投写用ズームレンズ５は、広角端から望遠端にわたり、結像性能の高い投写用ズームレンズであり、このズームレンズシステムを採用することにより、高解像度で明るい画像を投影できるプロジェクタ１を提供できる。
【００２９】
なお、上記では、画像生成装置としてＬＣＤを用いたプロジェクタに基づき説明しているが、画像生成装置（ライトバルブ）としてＤＭＤを用いたＤＬＰ方式のプロジェクタに対しても本発明を適用することができる。さらに、スクリーンが一体になったリアプロジェクタ装置に対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るレンズシステムおよびプロジェクタ装置の概略構成を示す図であり、広角端（ａ）および望遠端（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。
【図２】図１に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、広角端における収差を示す図である。
【図３】図１に示すズームレンズシステムの縦収差図であり、望遠端における収差を示す図である。
【図４】図１に示すズームレンズシステムの横収差図であり、広角端における収差を示す図である。
【図５】図１に示すズームレンズシステムの横収差図であり、望遠端における収差を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    プロジェクタ
２    ＬＣＤ
５    ズームレンズシステム
９    スクリーン
【図１】
2006162734.tif 000003
【図２】
2006162734.tif 000004
【図３】
2006162734.tif 000005
【図４】
2006162734.tif 000006
【図５】
2006162734.tif 000007