(57)【要約】【課題】高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でコンパクトにズーム構成されたプロジェクタ用投影レンズを提供する。【解決手段】拡大側より順に、負の第１群（Ｇｒ１）と、正の第２群（Ｇｒ２）と、正の第３群（Ｇｒ３）と、負の第４群（Ｇｒ４）と、正の第５群（Ｇｒ５）とでズーム構成し、縮小側に略テレセントリックとする。変倍に際し第１群（Ｇｒ１）と第５群（Ｇｒ５）を固定とし、第２群（Ｇｒ２）〜第４群（Ｇｒ４）を移動させる。第３群（Ｇｒ３）は、拡大側から順に正，負の接合レンズ（３Ａ）とその後ろに１枚の正レンズ（３Ｂ）とを有する。【選択図】　　　図１
2004133338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側より順に、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、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、でズーム構成され、変倍に際し前記第１群及び第５群が固定であり前記第２群，第３群及び第４群が移動する、縮小側に略テレセントリックなプロジェクタ用投影レンズであって、
前記第３群が拡大側から順に正，負の接合レンズとその後ろに１枚の正レンズとを有することを特徴とする投影レンズ。
【請求項２】
さらに以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の投影レンズ；
０．０７＜Ｈ／Ｌ＜０．５０　…（１）
ただし、
Ｈ：接合レンズとその後ろの正レンズとの主点間距離、
Ｌ：投影レンズの全長、
である。
【請求項３】
前記接合レンズが、拡大側に凹面を向けたトータルで負の屈折力を持つメニスカス形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の投影レンズ。
【請求項４】
前記接合レンズとその後ろの正レンズとの間に絞りを有することを特徴とする請求項１，２又は３記載の投影レンズ。
【請求項５】
前記第１群〜第５群のうちの少なくとも１つの群中に、非球面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の投影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍機能を有するプロジェクタ用投影レンズに関するものであり、例えば液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルの表示画像をスクリーンに拡大投影するのに適したズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より様々なタイプのズームレンズが知られているが、そのなかでもプロジェクタへの使用を考慮したものとして、特許文献１〜３で提案されている負・正・正・負・正の５群ズームが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２６８１９３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１３７１６５号公報
【特許文献３】
特開２００１−４９１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１〜３記載のズームレンズは、像面湾曲，非点隔差等の諸収差の補正が不十分である。また、レンズ枚数の削減やレンズサイズの小型化も不十分である。
【０００５】
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、その目的は高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でコンパクトにズーム構成されたプロジェクタ用投影レンズを提供することにある。
【０００６】
【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の発明の投影レンズは、拡大側より順に、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、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、でズーム構成され、変倍に際し前記第１群及び第５群が固定であり前記第２群，第３群及び第４群が移動する、縮小側に略テレセントリックなプロジェクタ用投影レンズであって、前記第３群が拡大側から順に正，負の接合レンズとその後ろに１枚の正レンズとを有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の投影レンズは、上記第１の発明の構成において、さらに以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．０７＜Ｈ／Ｌ＜０．５０　…（１）
ただし、
Ｈ：接合レンズとその後ろの正レンズとの主点間距離、
Ｌ：投影レンズの全長、
である。
【０００８】
第３の発明の投影レンズは、上記第１又は第２の発明の構成において、前記接合レンズが、拡大側に凹面を向けたトータルで負の屈折力を持つメニスカス形状を有することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の投影レンズは、上記第１，第２又は第３の発明の構成において、前記接合レンズとその後ろの正レンズとの間に絞りを有することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の投影レンズは、上記第１，第２，第３又は第４の発明の構成において、前記第１群〜第５群のうちの少なくとも１つの群中に、非球面を少なくとも１面有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したプロジェクタ用投影レンズを、図面を参照しつつ説明する。図１〜図３は、第１〜第３の実施の形態の投影レンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、ズーミングにおける望遠端（Ｔ）でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、ｒｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）が付された面は拡大側から数えてｉ番目の面（ｒｉに＊印が付された面は非球面）であり、ｄｉが付された軸上面間隔は、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。また、矢印ｍｊ（ｊ＝２，３，４）は望遠端（Ｔ）から広角端（Ｗ）へのズーミングにおける、光軸（ＡＸ）に沿った第ｊ群（Ｇｒｊ）の移動をそれぞれ模式的に示している。
【００１２】
各投影レンズの実施の形態は、拡大側より順に、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、負のパワーを有する第４群（Ｇｒ４）と、正のパワーを有する第５群（Ｇｒ５）と、から成る、縮小側（つまり表示素子側）に略テレセントリックな５群ズームレンズである（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）。第３群（Ｇｒ３）中には絞り（ＳＴ）が配置されており、第５群（Ｇｒ５）の縮小側にはプリズム（Ｐｒ）が配置されている。プリズム（Ｐｒ）は色合成プリズムや光路分離プリズムに相当し、色合成プリズムとしてはクロスダイクロイックプリズム等が挙げられ、光路分離プリズムとしてはＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）プリズムやＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム等が挙げられる。またプリズム（Ｐｒ）の縮小側面付近には、スクリーン上に投影される画像を表示する２次元表示素子（液晶パネル等）が配置される。
【００１３】
各実施の形態では投影レンズによって縮小側（共役長の短い側）の表示素子面から拡大側（共役長の長い側）のスクリーン面への拡大投影が行われるが、表示素子（例えばＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）の代わりに画像入力用の撮像素子（例えばＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用い、投影レンズを撮像光学系として使用すれば、拡大側の被写体から縮小側の撮像素子への縮小投影を行う画像入力装置（例えばデジタルカメラ，ビデオカメラ，デジタルビデオユニット等）を構成することができる。その場合、表示素子面を撮像素子（例えばＣＣＤ）の受光面とし、スクリーン面を読み取り画像面（被写体）とすればよい。つまり、各実施の形態の投影レンズは、プロジェクタ（例えば液晶プロジェクタ）用の投影レンズ（拡大系）としての使用に限らず、撮像レンズ（縮小系）としても好適に使用することが可能である。
【００１４】
第１の実施の形態（図１）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、両凸の正レンズと、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１５】
第２の実施の形態（図２）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、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１６】
第３の実施の形態（図３）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、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２枚で構成されており、拡大側から数えて４番目の面（ｒ４）は非球面である。第２群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。第３群（Ｇｒ３）は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズ及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズから成る接合レンズ（３Ａ）と、絞り（ＳＴ）と、両凸の正レンズ（３Ｂ）と、で構成されている。第４群（Ｇｒ４）は、両凹の負レンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群（Ｇｒ５）は、両凸の正レンズ１枚で構成されている。
【００１７】
各実施の形態（図１〜図３）において、変倍は第２群（Ｇｒ２）〜第４群（Ｇｒ４）の移動により行われる。第２群（Ｇｒ２），第３群（Ｇｒ３）及び第４群（Ｇｒ４）は、望遠端（Ｔ）から広角端（Ｗ）へのズーミングにおいて拡大側から縮小側へと移動し、その際、第１群（Ｇｒ１）と第２群（Ｇｒ２）との間隔及び第２群（Ｇｒ２）と第３群（Ｇｒ３）との間隔が増加し、第３群（Ｇｒ３）と第４群（Ｇｒ４）との間隔及び第４群（Ｇｒ４）と第５群（Ｇｒ５）との間隔が減少する。第２群（Ｇｒ２）の移動は直線的であり、第３群（Ｇｒ３）と第４群（Ｇｒ４）の移動は略直線的なカーブを描く。なお、第１群（Ｇｒ１），第５群（Ｇｒ５）及びプリズム（Ｐｒ）は、ズーミングにおいて位置固定である。
【００１８】
上記各実施の形態のように、第１群（Ｇｒ１）及び第５群（Ｇｒ５）を固定群とし第２群（Ｇｒ２），第３群（Ｇｒ３）及び第４群（Ｇｒ４）を移動群とする、縮小側に略テレセントリックな負・正・正・負・正の５群ズームレンズにおいては、第３群（Ｇｒ３）が拡大側から順に正，負の接合レンズ（３Ａ）とその後ろに１枚の正レンズ（３Ｂ）とを有するレンズ構成にすることにより、従来のものと比較して諸収差を良好に補正することが可能となる。特に非点隔差や像面湾曲を効果的に改善することが可能となる。したがって、プロジェクタ用投影レンズとしての高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でズームレンズのコンパクト化を達成することができる。これを以下に詳述する。
【００１９】
まず第３群（Ｇｒ３）を構成している接合レンズ（３Ａ）には、そのような構成のレンズ群が持っている波長毎の像面湾曲の差を抑える働きがある。また、第２群（Ｇｒ２）を構成している正レンズ１枚と、その後ろの第３群（Ｇｒ３）を構成している接合レンズ（３Ａ）及び正レンズ（３Ｂ）と、いうレンズの並びでは、光線がレンズを通るときのレンズ光軸（ＡＸ）に対する角度が、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間よりも、第２群（Ｇｒ２）の正レンズと第３群（Ｇｒ３）の接合レンズ（３Ａ）との間の方が小さくなることが多い。小さい角度で光線が通る間隔を可変間隔とするズーム構成の方が、望遠端（Ｔ）と広角端（Ｗ）との間での変倍時の収差変動が小さくなるので、第３群（Ｇｒ３）を拡大側から順に正，負の接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）とで構成すれば、結果的に像面湾曲等の収差を良好に補正することが可能となる。
【００２０】
第３群（Ｇｒ３）を上記のように構成するとともに、以下の条件式（１）を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式（１ａ）を満足することが更に望ましい。
０．０７＜Ｈ／Ｌ＜０．５０　…（１）
０．２＜Ｈ／Ｌ＜０．４　　…（１ａ）
ただし、
Ｈ：接合レンズ（３Ａ）とその後ろの正レンズ（３Ｂ）との主点間距離、
Ｌ：投影レンズの全長、
である。
【００２１】
条件式（１）の下限を下回ると、接合レンズ（３Ａ）が逆のメニスカス形状（つまり縮小側に凹面を向けたメニスカス形状）となる等の傾向になるため、光学性能の低下を招くことになる。逆に条件式（１）の上限を上回ると、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間隔が広くなりすぎて、全長の増大を招くことになる。この観点から条件式（１）の条件範囲のなかでもより一層好ましい条件範囲を規定しているのが条件式（１ａ）であり、条件式（１）、好ましくは条件式（１ａ）を満たすことによって、高い光学性能を保持しつつコンパクト化を達成することが可能となる。
【００２２】
第２，第３の実施の形態のように、接合レンズ（３Ａ）が拡大側に凹面を向けたトータルで負の屈折力を持つメニスカス形状を有することが望ましい。第３群（Ｇｒ３）の接合レンズ（３Ａ）を拡大側に凹面を向けたメニスカス形状にすると、メニスカス形状の周辺部分がその最外を通る光線に対し光軸（ＡＸ）に近づけるように作用するため、拡大側のレンズ径を小さくすることができる。さらに、トータルで負の屈折力をメニスカス形状に持たせることによって、その効果を更に高めることができる。拡大側レンズ径の縮小は、プロジェクタ全体の光学構成をコンパクト化する上で有効である。
【００２３】
また、接合レンズ（３Ａ）とその後ろの正レンズ（３Ｂ）との間に絞り（ＳＴ）を有することが望ましい。各実施の形態のようなレンズ系において、接合レンズ（３Ａ）と正レンズ（３Ｂ）との間に絞り（ＳＴ）を配置すると、光学性能を確保する上でも大きさを抑える上でも、絞り（ＳＴ）の前後のレンズ枚数のバランスが良くなる。これより前に絞り（ＳＴ）を配置すると、絞り（ＳＴ）より前のレンズ枚数が減るため、歪曲等の収差をコントロールしきれなくなる。また、絞り（ＳＴ）より前に接合レンズ（３Ａ）がなくなるため、色収差のコントロールも困難になる。逆に、これより後ろに絞り（ＳＴ）を配置すると、前玉が大きくなりやすくなる。また、絞り（ＳＴ）から後ろでテレセントリックにする（つまり光線を大きく曲げる）のに必要なレンズ枚数が減るため、性能悪化を招くおそれがある。
【００２４】
第３の実施の形態では、第１群（Ｇｒ１）に非球面が１面用いられている。このように、第１群（Ｇｒ１）〜第５群（Ｇｒ５）のうちの少なくとも１つの群中に、非球面を少なくとも１面有することが収差補正上好ましく、収差補正を更に効果的に行うためには、レンズ群（Ｇｒ１〜Ｇｒ５）のそれぞれについて少なくとも１つのレンズ面を非球面で構成することが望ましい。また各実施の形態のように、負のパワーを有する第１群（Ｇｒ１）をズーミング時固定とすることによって、第１群（Ｇｒ１）のレンズ径を小さくすることができる。例えば１群繰り出しによるフォーカシング方式を採用した場合でも、第１群（Ｇｒ１）のメカ構成が簡単になるとともに径方向にコンパクトになる。したがって、全体として径方向にコンパクトなズームレンズが得られる。
【００２５】
なお各実施の形態には、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみが用いられているが、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，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。また、光学的なパワーを有しない面（例えば、反射面，屈折面，回折面）を光路中に配置することにより、投影レンズの前，後又は途中で光路を折り曲げてもよい。折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、プロジェクタのコンパクト化・薄型化を達成することが可能である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る投影レンズをコンストラクションデータ等により更に具体的に説明する。ここで例として挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第３の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図３）は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。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，．．．）は拡大側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は拡大側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）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。曲率半径ｒｉに＊印が付された面は、非球面（非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等）であり、非球面の面形状を表わす以下の式（ＡＳ）で定義される。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端（長焦点距離端，Ｔ）〜ミドル（中間焦点距離状態，Ｍ）〜広角端（短焦点距離端，Ｗ）での可変空気間隔である。各焦点距離状態での全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ）及びＦナンバー（ＦＮＯ）、並びに条件式（１）の対応データ及び非球面データ（ただしＡｉ＝０の場合は省略する。）を他のデータとあわせて示す。
【００２７】
Ｘ（ｈ）＝（Ｃ０・ｈ２）／｛１＋√（１−ε・Ｃ０２・ｈ２）｝＋（Ａ４・ｈ４＋Ａ６・ｈ６＋Ａ８・ｈ８＋Ａ１０・ｈ１０）　　…（ＡＳ）
ただし、式（ＡＳ）中、
Ｘ（ｈ）：高さｈの位置での光軸（ＡＸ）方向の変位量（面頂点基準）、
ｈ：光軸（ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ、
Ｃ０：近軸曲率（＝１／曲率半径）、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数、
である。
【００２８】
図４〜図６は、実施例１〜実施例３にそれぞれ対応する収差図である。図４〜図６中、（Ａ）〜（Ｃ）は望遠端（Ｔ）、（Ｄ）〜（Ｆ）は広角端（Ｗ）における無限遠物体に対する縮小側での諸収差を示しており、（Ａ），（Ｄ）では球面収差等、（Ｂ），（Ｅ）では非点収差、（Ｃ），（Ｆ）では歪曲収差を示している｛Ｙ’：最大像高（ｍｍ）｝。球面収差図（Ａ，Ｄ）において、実線（ｄ）はｄ線、一点鎖線（ｇ）はｇ線、二点鎖線（ｃ）はｃ線に対する各球面収差量（ｍｍ）を表しており、破線（ＳＣ）は正弦条件の不満足量（ｍｍ）を表している。非点収差図（Ｂ，Ｅ）において、破線（ＤＭ）はメリディオナル面、実線（ＤＳ）はサジタル面でのｄ線に対する非点収差（ｍｍ）を表わしている。また、歪曲収差図（Ｃ，Ｆ）において実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。
【００２９】
なお、各実施例を投影レンズとしてプロジェクタ（例えば液晶プロジェクタ）に用いる場合には、本来はスクリーン面（被投影面）が像面であり表示素子面（例えば液晶パネル面）が物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面で光学性能を評価している。そして、得られた光学性能から分かるように、各実施例のズームレンズは投影レンズとしてだけでなく、撮像装置（例えばビデオカメラ，デジタルカメラ，デジタルビデオユニット）用の撮像レンズとしても好適に使用可能である。
【００３０】
2004133338.tif 000003
2004133338.tif 000004
2004133338.tif 000005
【００３１】
2004133338.tif 000006
2004133338.tif 000007
2004133338.tif 000008
【００３２】
2004133338.tif 000009
2004133338.tif 000010
【００３３】
2004133338.tif 000011
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように第１の発明によれば、第３群が拡大側から順に正，負の接合レンズとその後ろに１枚の正レンズとを有する構成になっているため、高い光学性能を保持しつつ、少ないレンズ枚数でコンパクトにズーム構成されたプロジェクタ用投影レンズを実現することができる。そして、第１の発明に係る投影レンズをプロジェクタに用いれば、プロジェクタの軽量・コンパクト化，高性能化及び低コスト化に寄与することができる。また、第２の発明で規定する条件を満たしたり、第４の発明に係る絞り配置を採用したりすることによって、更に良好な光学性能とコンパクト化の達成が可能となり、第３の発明に係る接合レンズの構成を採用することによって、拡大側のレンズ径を小さくすることが可能となる。光学性能の向上は、第５の発明に係る非球面の使用によって、更に効果的に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】実施例１の収差図。
【図５】実施例２の収差図。
【図６】実施例３の収差図。
【符号の説明】
Ｇｒ１　　…第１群
Ｇｒ２　　…第２群
Ｇｒ３　　…第３群
３Ａ　…接合レンズ
ＳＴ　…絞り
３Ｂ　…正レンズ
Ｇｒ４　　…第４群
Ｇｒ５　　…第５群
【図１】
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【図２】
2004133338.tif 000013
【図３】
2004133338.tif 000014
【図４】
2004133338.tif 000015
【図５】
2004133338.tif 000016
【図６】
2004133338.tif 000017