(57)【要約】【課題】倍率色収差に起因する色ずれをダイクロイックプリズムを用いて調整し、結像性能に優れ、レンズ枚数を削減した投映用ズームレンズを提供する。【解決手段】ズームレンズ１は、スクリーン側より順に負・正・正・負・正・正の屈折力を有する計６群から構成される。第２レンズ群Ｇ１２は、スクリーン側に凸面を向けたメニスカス正レンズＬ１４を備え、第４レンズ群Ｇ１４は、像側に凹面を向けたメニスカス負レンズＬ１７からなる。第５レンズ群Ｇ１５には、負レンズ１８ａと正レンズ１８ｂとからなり、スクリーン側に凹面、像側に凸面を向けた接合レンズＬ１８を備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン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、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群で構成された投映用ズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記第４レンズ群は、像側に凹面を向けたメニスカス負レンズと、スクリーン側に凹面を向けた負レンズとを少なくとも含むとともに、スクリーン側に凹面を向けた前記負レンズは、像側に凸面を向けた正レンズと接合されていることを特徴とする投映用ズームレンズ。
【請求項２】
スクリーン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、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群で構成された投映用ズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記第４レンズ群は、像側に凹面を向けたメニスカス負レンズからなり、
前記第５レンズ群は、スクリーン側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとからなる接合レンズを含むことを特徴とする投映用ズームレンズ。
【請求項３】
広角端における全系の焦点距離をｆＷ　、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２　としたときに、
０．６＜ｆ２　／ｆＷ　＜５．０
を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の投映用ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分解された光線をクロスダイクロイックプリズムで合成する３板式液晶プロジェクターに好適な投映用ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３板式液晶プロジェクタは、白色の高輝度照明光をＲＧＢの三原色に分離し、三原色光をそれぞれ液晶パネルに入射させ、その透過光を再合成してスクリーン上にフルカラー画像を拡大投映させる。近年では、三原色光の合成にクロスダイクロイックプリズムを用いるものが主流である。
【０００３】
拡大投映用の光学系には、像側のテレセントリック性に優れたズームレンズが用いられる。投映用ズームレンズには、ズーミングに伴う収差変動が抑えられ、レンズ枚数が少なく、レンズ系全体を小型にできることが必要とされる。これを満たす従来の投映用ズームレンズには、スクリーン側から順に負、正、正、負、正のパワー配置とされた５群構成のものが公知である（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
近年、液晶パネルのコンパクト化や高画素化による液晶画素の高密度化が進み、画素サイズが縮小化されている。画素サイズが小さくなると、投映光学系内で生じる倍率色収差が投映画質に及ぼす影響は大きくなり、色ずれによる画質劣化が引き起こされる。したがって、投映画質の向上を図るためには、色ずれの要因となる倍率色収差を効果的に補正する必要があった。
【０００５】
倍率色収差の補正には、レンズ枚数の増加を避けることができず、レンズ系の長大化や重量化、コストアップを伴う欠点がある。そこで、下記特許文献３では、三色合成用のクロスダイクロイックプリズムを利用して、倍率色収差に起因する色ずれを低減させている。このクロスダイクロイックプリズムは、ダイクロイック反射膜を凸形状あるいは凹形状にすることで特定色の像倍率を変化させ、各色間の画素ズレを小さくする作用をしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３７１６５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１００１００号公報
【特許文献３】
特開平１１−３８２１０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び特許文献２に示される従来構成の投映用ズームレンズでは、倍率色収差を補正するためにレンズ枚数が多くなっており、また、倍率色収差をさらに小さくしようとした場合には、コマ収差の劣化を招くという問題点がある。さらに、緑色光に対する赤色光の倍率色収差及び青色光の倍率色収差をそれぞれ補正することは難しく、レンズ枚数を増やしても双方の倍率色収差の量をそれほど小さくすることができないという問題もある。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮し、上述した色ズレ補正の可能なダイクロイックプリズムを併用することで、倍率色収差の補正に必要とされる投映光学系の負担を軽減し、投映画像の画素ズレを小さくしながらも従来よりレンズ枚数を削減することが可能で、結像性能が高く、コストダウンとコンパクト化を実現させた投映用ズームレンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の投映用ズームレンズは、スクリーン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、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群で構成され、前記第２レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた少なくとも１枚の正レンズを含み、前記第４レンズ群は、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、スクリーン側に凹面を向けた負レンズとを少なくとも含むとともに、スクリーン側に凹面を向けた前記負レンズが、像側に凸面を向けた正レンズと接合されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の投映用ズームレンズは、スクリーン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、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群で構成され、前記第２レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた少なくとも１枚の正レンズを含み、前記第４レンズ群は、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなり、前記第５レンズ群は、スクリーン側に凹面を向けた負レンズを含むとともに、この負レンズが像側に凸面を向けた正レンズと接合されていることを特徴とするもので、請求項１に示される５群構成を６群構成のパワー配置としたものである。
【００１１】
請求項３記載の投映用ズームレンズは、広角端における全系の焦点距離をｆＷ　、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２　としたときに、
０．６＜ｆ２　／ｆＷ　＜５．０
を満足することを特徴としている。
【００１２】
【作用】
請求項１に規定されるレンズ構成は、上記特許文献２（特に第２実施例）に記載された従来のレンズ構成と比較した場合、赤色光の倍率色収差を抑える作用をする第２群の接合レンズから負レンズを排除して、倍率色収差を除く諸性能を同等にした単体の正レンズとしている。負レンズが無くなることで、この正レンズの屈折力を小さくすることが可能となり、変倍に伴う性能劣化を防いでいる。また、従来のレンズ構成では、第４群内で接合レンズより像側に位置する正レンズが、像側に凸面を向けて配置されており、これは前述した第２群の接合レンズによって発生する像面湾曲を抑制する作用をしている。第２群の接合レンズが排除されることで、像面湾曲の発生が抑制され、第４群内にある像側凸面の正レンズの除去を可能としている。これは、請求項２に規定されるレンズ構成においても同様である。
【００１３】
請求項３に規定される条件式は、第２レンズ群の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の比を規定したもので、これが０．６より小さくなると、第２レンズ群の焦点距離が短くなることで横収差が大きくなり、補正が困難になる。また、条件式の上限を上回ると、前玉径の大型化と球面収差の増大を招き、特に望遠端における諸収差が増大する。
【００１４】
なお、本発明の目的を達成するのにさらに好適な条件として、第２レンズ群のスクリーン側に凸面を向けた正レンズの屈折率が１．７より大きいこと、第４レンズ群の接合レンズをなす負レンズと正レンズのアッベ数の差が２０より大きく７０より小さいこと、最も像側のレンズ群内にある正レンズの屈折率が１．７５より大きいこと、が挙げられる。
【００１５】
第２レンズ群の正レンズの屈折率が１．７より小さい場合、屈折力を一定にするためには凸面の曲率が強くなり、横収差の増大を招くとともに、ペッツバール和の増大による像面湾曲が大きくなり、これらを抑えることができなくなる。また、最も像側のレンズ群内にある正レンズの屈折率が１．７５より小さいときも同様である。第４レンズ群に配される接合レンズは、倍率色収差を抑制する作用をするが、アッベ数の差が７０より大きい場合には青色光の倍率色収差が発生してしまい、アッベ数の差が２０より小さい場合には赤色光の倍率色収差が大きくなりすぎてしまう。
【００１６】
【実施例】
図１において、ズームレンズ１は、スクリーン側より順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ１２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ１３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ１４、正屈折力の第５レンズ群Ｇ１５、正屈折力の第６レンズ群Ｇ１６の計６群から構成される。
【００１７】
第１レンズ群Ｇ１１は、スクリーン側に凸面を有するメニスカス正レンズＬ１１、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ１２、両凹の負レンズＬ１３を備えている。第２レンズ群Ｇ１２は、像側に凸面を有するメニスカス正レンズＬ１４、両凸の正レンズＬ１５を備えている。第３レンズ群Ｇ１３は、両凸の正レンズＬ１６からなる。第４レンズ群Ｇ１４は、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ１７からなる。第５レンズ群Ｇ１５は、接合レンズＬ１８、両凸の正レンズＬ１９を備えている。接合レンズＬ１８は、両凹の負レンズ１８ａと両凸の正レンズ１８ｂとからなり、スクリーン側に凹面、像側に凸面を向けている。第６レンズ群Ｇ１６は、両凸の正レンズＬ２０からなる。以下の表１にズームレンズ１のレンズデータを示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
第６レンズ群Ｇ１６の像側には色合成プリズムＰ１１が設けられている。第２群レンズ群Ｇ１２と第３レンズ群Ｇ１３の間には絞りＳ１が設けられている。変倍時には、第１レンズ群Ｇ１１と第６レンズ群Ｇ１６が固定され、絞りＳ１と第３レンズＧ１３は一体となって移動する。
【００２０】
ズームレンズ１は、広角端での開放絞り値が１．７１、望遠端での開放絞り値が１．９３である。また、第２レンズ群Ｇ１２の焦点距離をｆ２　、広角端、望遠端における全系の合成焦点距離をそれぞれｆｗ　、ｆｔ　としたときに、
ｆ２　＝３１．６２８ｍｍ
ｆｗ　＝２１．２３ｍｍ
ｆｔ　＝２５．３６ｍｍ
であり、条件式
０．６＜ｆ２　／ｆＷ　＝１．４９＜５．０
を満たしている。
【００２１】
第２レンズ群Ｇ１２のメニスカス正レンズＬ１４は、その屈折率が１．８０４２０であり、１．７よりも大きい。また、接合レンズＬ１８の負レンズ１８ａと正レンズ１８ｂのアッベ数はそれぞれ２３．８、７０．４であり、その差の４６．６は、２０より大きく７０より小さい。最後群の第６レンズ群Ｇ１６の正レンズＬ２０は、屈折率が１．８３４００であり、１．７５よりも大きい。
【００２２】
図２に、ズームレンズ１の広角端での収差図を示す。なお、（Ａ）の球面収差図は、波長６２０ｎｍの光線に対する収差曲線を破線で示し、波長５５０ｎｍの収差曲線を実線、波長４６０ｎｍの収差曲線を一点鎖線で示している。また、（Ｂ）の非点収差図は、Ｓで示す曲線がサジタル像面、Ｔで示す曲線がタンジェンシャル像面における収差量を表す。また、以下の表２には、ズームレンズ１によって生じる倍率色収差を像側で計算した結果を示す。なお、各数値は、波長６２０ｎｍの赤色光、波長５５０ｎｍの緑色光、波長４６０ｎｍの青色光について、投映距離を１．８ｍｍとした時の各像高における赤色画像（Ｒ）と緑色画像（Ｇ）との差、並びに青色画像（Ｂ）と緑色像（Ｇ）との差として求めている。
【００２３】
【表２】
2004126307.tif 000004
【００２４】
図３において、色合成プリズムＰ１１は、４つの三角柱プリズムを接合することで、四角柱状に形成されている。三角柱プリズムの接合面には、赤色反射面と青色反射面とが色合成プリズムＰ１１内で交差するように、赤反射ダイクロイック膜と青反射ダイクロイック膜が設けられている。
【００２５】
特許文献３にも記載されているように、三角柱プリズムとして底面が直角三角形をしたものを用いるとともに、色合成プリズムＰ１１の角部から中心部にかけてプリズム接着層の厚みを変えることで、ダイクロイック反射面を屋根型の凸面もしくは凹面とすることができる。あるいは、鋭角と鈍角の頂角をそれぞれ有する三角柱プリズムを２組ずつ用いるとともに、接着層の厚みを均一にすることで、反射面を凸状又は凹状としてもよい。反射面を屋根型の凸面もしくは凹面とすることで、投映像の横倍率が縮小もしくは拡大される。
【００２６】
プリズム内の赤色反射面が赤色光入射側においてなす角度をθとしたときに、このθが１８０度である通常のプリズムと、θを１７９度５９分２２秒としたプリズムとを用い、図４に示すように、投映光軸の位置をＯ、スクリーンの中心位置をＯ’、スクリーン周辺の各位置をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、スクリーンの水平右方向を正とするｘ軸、スクリーンの垂直上方向を正とするｙ軸を設定し、スクリーン投映時の色ずれ量を、ｘ軸方向のずれとｙ軸方向のずれ、並びに緑色画像に対する赤色画像・青色画像のずれの大きさとして画素単位で表した測定結果を表３に示す。なお、液晶パネルの画素サイズは９μｍの正方画素としている。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
表３の（ａ）と（ｂ）を比較すると、θ＝１８０度の色合成プリズムでは、赤色画像と緑色画像に関し、ｘ軸方向でスクリーン周辺の画素ズレの大きさがほぼ１画素あるのに対し、θ＝１７９度５９分２２秒の色合成プリズムでは、ｘ軸方向の画素ズレがスクリーン全面に渡って０．５画素以内に調整され、スクリーン横方向における赤色画像の極端な画素ズレがなくなり、コンバージェンス調整がなされていることがわかる。
【００２９】
次に第２実施例について説明する。図５において、ズームレンズ２は、負屈折力の第１レンズ群Ｇ２１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ２３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ２４、正屈折力の第５レンズ群Ｇ２５の計５群から構成される。
【００３０】
第１レンズ群Ｇ２１は、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ２１、両凹の負レンズＬ２２を備えている。第２レンズ群Ｇ２２は、像側に凸面を有するメニスカス正レンズＬ２３、スクリーン側に凸面を有するメニスカス正レンズＬ２４を備えている。第３レンズ群Ｇ２３は、両凸の正レンズＬ２５からなる。第４レンズ群Ｇ２４は、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ２６、接合レンズＬ２７、両凸の正レンズＬ２８を備えている。接合レンズＬ２７は、両凹の負レンズ２７ａと両凸の正レンズ２７ｂとからなり、スクリーン側に凹面、像側に凸面を向けている。第５レンズ群Ｇ２５は、両凸の正レンズＬ２９からなる。以下の表４にズームレンズ２のレンズデータを示す。
【００３１】
【表４】
2004126307.tif 000006
【００３２】
第５レンズ群Ｇ２５の像側には色合成プリズムＰ２１が設けられている。第２群レンズ群Ｇ２２と第３レンズ群Ｇ２３の間には絞りＳ２が設けられている。変倍時には、第１レンズ群Ｇ２１と第５レンズ群Ｇ２５が固定され、絞りＳ２と第３レンズＧ２３は一体となって移動する。
【００３３】
ズームレンズ２は、広角端での開放絞り値が２．３９、望遠端での開放絞り値が２．６２である。また、第２レンズ群Ｇ２２の焦点距離をｆ２　、広角端、望遠端における全系の合成焦点距離をそれぞれｆｗ　、ｆｔ　としたときに、
ｆ２　＝２９．６９ｍｍ
ｆｗ　＝２８．１５ｍｍ
ｆｔ　＝３３．６９ｍｍ
であり、条件式
０．６＜ｆ２　／ｆＷ　＝１．０５＜５．０
を満たしている。
【００３４】
第２レンズ群Ｇ２２のメニスカス正レンズＬ２３は、その屈折率が１．８０６１０であり、１．７よりも大きい。また、接合レンズＬ２７の負レンズ２７ａと正レンズ２７ｂのアッベ数はそれぞれ２３．８、７０．４であり、その差４６．６は、２０より大きく７０より小さい。最後群の第５レンズ群Ｇ２５の正レンズＬ２９は、屈折率が１．８４６６６であり、１．７５よりも大きい。
【００３５】
図６にズームレンズ２の広角端での収差図を示す。ズームレンズ２によって生じる倍率色収差を像側で計算した結果を表５に示し、赤色反射面の角度θが１８０度である通常のプリズムと、θを１７９度５９分３７秒としたプリズムとを用い、赤色画像の緑色画像に対する画素ずれの調整結果を表６に示す。
【００３６】
【表５】
2004126307.tif 000007
【００３７】
【表６】
2004126307.tif 000008
【００３８】
次に第３実施例について説明する。図７において、ズームレンズ３は、負屈折力の第１レンズ群Ｇ３１、正屈折力の第２レンズ群Ｇ３２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ３４、正屈折力の第５レンズ群Ｇ３５、正屈折力の第６レンズ群Ｇ３６の計６群から構成される。
【００３９】
第１レンズ群Ｇ３１は、スクリーン側に凸面を有するメニスカス正レンズＬ３１、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ３２、両凹の負レンズＬ３３を備えている。第２レンズ群Ｇ３２は、両凸の正レンズＬ３４からなる。第３レンズ群Ｇ３３は、両凸の正レンズＬ３５からなる。第４レンズ群Ｇ３４は、像側に凹面を有するメニスカス負レンズＬ３６からなる。第５レンズ群Ｇ３５は、接合レンズＬ３７、両凸の正レンズＬ３８を備えている。第６レンズ群Ｇ３６は、両凸の正レンズＬ３９からなる。表７にズームレンズ３のレンズデータを示す。
【００４０】
【表７】
2004126307.tif 000009
【００４１】
第６レンズ群Ｇ３６の像側には色合成プリズムＰ３１が設けられている。第２レンズ群Ｇ３２と第３レンズ群Ｇ３３の間には絞りＳ３が設けられている。変倍時には、第１レンズ群Ｇ３１と第５レンズ群Ｇ３５が固定され、絞りＳ３と第３レンズＧ３３は一体となって移動する。
【００４２】
ズームレンズ３は、広角端での開放絞り値が２．０８、望遠端での開放絞り値が２．２５である。また、第２レンズ群Ｇ３２の焦点距離をｆ２　、広角端、望遠端における全系の合成焦点距離をそれぞれｆｗ　、ｆｔ　としたときに、
ｆ２　＝１００．８９ｍｍ
ｆｗ　＝２１．３３ｍｍ
ｆｔ　＝２５．４８ｍｍ
であり、条件式
０．６＜ｆ２　／ｆＷ　＝４．７３＜５．０
を満たしている。
【００４３】
第２レンズ群Ｇ３２の正レンズＬ３４は、その屈折率が１．８４６６６であり、１．７よりも大きい。また、接合レンズＬ３７の負レンズ３７ａと正レンズ３７ｂのアッベ数はそれぞれ２３．８、７０．４であり、その差４６．６は、２０より大きく７０より小さい。最後群の第６レンズ群Ｇ３６の正レンズＬ３９は、屈折率が１．８４６６６であり、１．７５よりも大きい。
【００４４】
図８にズームレンズ３の広角端での収差図を示す。また、ズームレンズ３によって生じる倍率色収差を像側で計算した結果を表８に示し、赤色反射面の角度θが１８０度である通常のプリズムと、θを１７９度５９分３７秒としたプリズムとを用い、赤色画像の緑色画像に対する画素ずれの調整結果を表９に示す。
【００４５】
【表８】
2004126307.tif 000010
【００４６】
【表９】
2004126307.tif 000011
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スクリーン側より順に負正正負正の屈折力を有する５群構成、あるいはスクリーン側より順に負正正負正正の屈折力を有する６群構成のズームレンズにおいて、赤色反射面を１８０度より小さくしたクロスダイクロイックプリズムを併用することで、投映画面全体に渡って画素ずれの大きさをほぼ０．５画素以内に抑えた画質低下のない投映描写が可能となる。特に赤色側の倍率色収差の補正を不要とすることで、青色側の倍率色収差を悪化させることもなく、レンズ枚数の削減に伴ってコンパクト化や軽量化、コストダウンを実現し、倍率色収差以外の諸収差が補正された結像性能の高いズームレンズとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の広角端におけるレンズ構成図である。
【図２】第１実施例の広角端における収差図である。
【図３】色合成プリズムの平面図である。
【図４】スクリーン上における画素ずれ量の測定位置を示す説明図である。
【図５】第２実施例の広角端におけるレンズ構成図である。
【図６】第２実施例の広角端における収差図である。
【図７】第３実施例の広角端におけるレンズ構成図である。
【図８】第３実施例の広角端における収差図である。
【符号の説明】
１，２，３　ズームレンズ
Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１　色合成プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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