(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から順に配置された、凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズ、両凸レンズおよび正のメニスカスレンズからなる正の屈折力を有する第１レンズ群と、スクリーン側から順に配置された、凸面を向けた負のメニスカスレンズ、両凹レンズ、凸メニスカスレンズおよび凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズからなる負の屈折力を持つ第２レンズ群と、両凸単レンズからなる第３レンズ群と、スクリーン側から順に配置された、両凹レンズおよび１枚のレンズならびに両凸レンズからなる前群と、スクリーン側から順に配置された、スクリーン側に凸面を向けた負のレンズ、ＤＭＤ側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、両凸レンズおよびスクリーン側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる後群からなる正の屈折力を有する第４レンズ群より構成された４群構成のズームレンズであって、
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１，第２レンズ群の焦点距離をＦ２，第３レンズ群の焦点距離をＦ３および第４レンズ群の焦点距離をＦ４，レンズ全系のワイド側の焦点距離をＦｗとしたとき、
１．５  ＜  Ｆ１／Ｆｗ  ＜  ３．６          ・・・（１）
１．５  ＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜  ３．２          ・・・（２）
０．９  ＜  Ｆ３／Ｆｗ  ＜  ２              ・・・（３）
０．５  ＜  Ｆ４／Ｆｗ  ＜  １．６          ・・・（４）
の条件を満足し、
前記第２レンズ群は、負の屈折力を持つレンズのうち、２枚以上は
νd   ＞  ８１                ・・・（５）
なる条件のアッベ数のレンズを使用し、かつ前記第２レンズ群の２番目のレンズであって、スクリーン側から数えて５番目のレンズである両凹レンズと、前記第２レンズ群の３番目のレンズであって、スクリーン側から数えて６番目のレンズである凸メニスカスレンズとの空気間隔Ｔ５は
０．３  ＜  Ｔ５／Ｆｗ  ＜  ０．８          ・・・（６）
であり、
前記第４レンズ群は、前群と後群に分割し、前記前群と後群との間は空気間隔を設け、前記後群のレンズ群のうち、正の屈折力を有する凸レンズのアッベ数νd が
νd   ＞  ８１                ・・・（７）
なる条件のレンズを使用し、かつ前記前群の最もＤＭＤ側に近いレンズは正の屈折力を有し、そのアッベ数νd は
νd   ＞  ７０            ・・・（８）
なることを特徴とするヴァリフォーカル有限ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が必須であるデジタル映像、特にＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）を拡大投影するヴァリフォーカル有限ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽薄短小は時代の趨勢であるが、一方、映像は大画面にして情報を伝達したり、楽しむといった状況もますます拡大している。
従来のフィルムを使用した映画のシステムは、２１世紀には本発明のような投影レンズが使用されるＤＬＰ（ディジタル・ライト・プロセシング）方式にとって変わるような状況となることは予想される。
投影レンズとして既に液晶プロジェクター用投影レンズ等が市場に数多く提供されている。しかしながらそれらの投影レンズは、まだ画素の大きい液晶用であることからそれほど高性能の投影レンズは要求されない。さらに液晶の耐熱の関係からスクリーンを非常に明るくすることに無理がある。したがって現在の液晶投影システムでは明るい大画面を得ることはできない。また、画面に画素の境界線が目立ち好ましくない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤを使用したＤＬＰ方式の投影装置は、液晶プロジェクターの欠点を解消することができる。しかし３板方式で比較すると、原理的に液晶プロジェクタ用投影レンズよりレンズ設計はさらに困難となる。ＤＭＤが反射形デバイスのため照明光束は、ＤＭＤの前側から入射させなければならないため、ＲＧＢの３色合成プリズム系にさらに複雑なプリズム系の入る空間が投影レンズとＤＭＤの間に必要となる。したがって非常に長いレンズバックフォーカスの投影レンズの設計となる。
【０００４】
現在主流の液晶プロジェクター用投影レンズを例にとって見ると、液晶1.3'用では、ワイド側焦点距離は４８mm程度であり、レンズバックフォーカスは空気換算でせいぜい焦点距離の約１倍程度である。このような条件ではレンズ設計はそれほど困難ではない。
本発明はＤＬＰ方式投影装置に搭載される投影レンズに関するものであるが、ワイド側で焦点距離の約２倍の長いレンズバックフォーカスが要請されている。
これはレンズ設計の困難性を示す１つの指標でもある。また、液晶と異なり、画素も小さくなり、投影レンズも極めて高性能が要求されている。
【０００５】
投影レンズは、交換レンズ方式で使用されるため、ＲＧＢの軸上のフォーカスポイントはズーミングされる場合でも常にある一定範囲になければならない。またＲＧＢの３色の画素合わせも必要となるめ倍率色収差はおおきくても１／２画素以内に押さえなければならない。さらに投影ズームレンズのズーム領域が望遠側にシフトした場合、焦点距離が比較的長くなり必然的に軸上の色収差も大きくなる。しかし上述しているようにこの投影ズームレンズは交換レンズ方式に使用されるため、焦点距離が望遠側にシフトしても軸上の色収差は小さく押さえなければならない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、大画面が得られ、変倍機能を有するズームレンズであるにもかかわらず、投影画面も非常に明るく歪もほとんど無く高精細な画像が得られるヴァリフォーカル有限ズーム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】
前記目的を達成するために本発明によるヴァリフォーカル有限ズームレンズは、スクリーン側から順に配置された、凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズ、両凸レンズおよび正のメニスカスレンズからなる正の屈折力を有する第１レンズ群と、スクリーン側から順に配置された、凸面を向けた負のメニスカスレンズ、両凹レンズ、凸メニスカスレンズおよび凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズからなる負の屈折力を持つ第２レンズ群と、両凸単レンズからなる第３レンズ群と、スクリーン側から順に配置された、両凹レンズおよび１枚のレンズならびに両凸レンズからなる前群と、スクリーン側から順に配置された、スクリーン側に凸面を向けた負のレンズ、ＤＭＤ側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、両凸レンズおよびスクリーン側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる後群からなる正の屈折力を有する第４レンズ群より構成された４群構成のズームレンズであって、
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１，第２レンズ群の焦点距離をＦ２，第３レンズ群の焦点距離をＦ３および第４レンズ群の焦点距離をＦ４，レンズ全系のワイド側の焦点距離をＦｗとしたとき、
１．５  ＜  Ｆ１／Ｆｗ  ＜  ３．６          ・・・（１）
１．５  ＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜  ３．２          ・・・（２）
０．９  ＜  Ｆ３／Ｆｗ  ＜  ２              ・・・（３）
０．５  ＜  Ｆ４／Ｆｗ  ＜  １．６          ・・・（４）
の条件を満足し、
前記第２レンズ群は、負の屈折力を持つレンズのうち、２枚以上は
νd   ＞  ８１                ・・・（５）
なる条件のアッベ数のレンズを使用し、かつ前記第２レンズ群の２番目のレンズであって、スクリーン側から数えて５番目のレンズである両凹レンズと、前記第２レンズ群の３番目のレンズであって、スクリーン側から数えて６番目のレンズである凸メニスカスレンズとの空気間隔Ｔ５は
０．３  ＜  Ｔ５／Ｆｗ  ＜  ０．８          ・・・（６）
であり、
前記第４レンズ群は、前群と後群に分割し、前記前群と後群との間は空気間隔を設け、前記後群のレンズ群のうち、正の屈折力を有する凸レンズのアッベ数νd が
νd   ＞  ８１                ・・・（７）
なる条件のレンズを使用し、かつ前記前群の最もＤＭＤ側に近いレンズは正の屈折力を有し、そのアッベ数νd は
νd   ＞  ７０            ・・・（８）
なるように構成されている。
【０００７】
上記構成によれば、光学性能も高性能となりイメージサークルφ１６〜φ２０、画素１４μクラスの画像を投影するズームレンズを実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
本発明によるズームレンズはＤＬＰプロジェクタ光学系に適用される。ＤＭＤを反射した光はプロジェクタ光学系を介してズームレンズに入射し、拡大されてスクリーンに投影される。
ＤＬＰプロジェクタの光学系は光を透過させる液晶に比較し光の利用効率が良いという特長を有する。また、液晶タイプに比較しバックフォーカスが大きくなる。
【０００９】
図１は、本発明によるヴァリフォーカル有限ズームレンズの実施の形態を示す図で、（ａ）はワイド状態，（ｂ）はノーマル状態，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
正の屈折力を持つ第１レンズ群１は、スクリーン側から凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズＬ1 ，両凸レンズＬ2 および正のメニスカスレンズＬ3 より構成されている。負の屈折力を持つ第２レンズ群２は、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ4 ，両凹レンズＬ5 ，凸メニスカスレンズＬ6 および凸面をスクリーン側に向けた負のメニスカスレンズＬ7 からなっており、両凹レンズＬ5 と凸メニスカスレンズＬ6 との間隔Ｔ５は比較的大きな空気間隔となっている。
【００１０】
第３レンズ群３は両凸単レンズＬ8 からなり，第４レンズ群は前群と後群から構成されている。前群は両凹レンズＬ9 およびＬ10ならびに両凸レンズＬ11を含んでいる。後群はスクリーン側に凸面を向けた負のレンズＬ12, ＤＭＤ側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ13, 両凸レンズＬ14およびスクリーン側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ15を含んでいる。
光軸上を第２, ３および４レンズ群２，３および４がＤＭＤ側へ非線形に移動することによって変倍が行える４群タイプズームレンズである。
【００１１】
第１レンズ群１の焦点距離をＦ１，第２レンズ群２の焦点距離をＦ２，第３レンズ群３の焦点距離をＦ３および第４レンズ群４の焦点距離をＦ４，レンズ全系のワイド側の焦点距離をＦｗとしたとき、
１．５  ＜  Ｆ１／Ｆｗ  ＜  ３．６          ・・・（１）
１．５  ＜｜Ｆ２／Ｆｗ｜＜  ３．２          ・・・（２）
０．９  ＜  Ｆ３／Ｆｗ  ＜  ２              ・・・（３）
０．５  ＜  Ｆ４／Ｆｗ  ＜  １．６          ・・・（４）
の条件を満足している。
【００１２】
上記条件式（１）において、第１レンズ群１の焦点距離Ｆ１が条件式（１）において下限値１．５以上を満たさない場合、歪曲収差を所定の値にするとワイド側で球面収差はアンダー、Ｍのアスの周辺はアンダーとなる。
逆に解像度を向上させようとすると歪曲収差が補正不足となる。第２群以降で全体のパワーの配分を取りなおすと要求される全体の収差バランスが取れなくなる。
つぎに第１レンズ群１の焦点距離Ｆ１が、条件式（１）の上限値３．６以下を満たさないと全体のパワー配分が不適切となり、特にワイド側で青のベスト面が＋側へ大きく変動すると共に倍率色収差も大きくなり、色収差の補正が困難となる。
【００１３】
第２レンズ群２の焦点距離Ｆ２に対する｜Ｆ２／Ｆｗ｜が条件式（２）の上限値３．２以下を満たさないと、ワイド側で、歪曲収差はアンダー、アスのＭの周辺もアンダーとなり好ましくない。さらに第２レンズ群２において、空気間隔Ｔ５が比較的大きく、２枚以上のレンズがνd   ＞  ８１・・・（５）を満たさないと、特に他の収差補正のバランスをとりつつ歪曲収差の補正が困難となる。
【００１４】
第３レンズ群３の焦点距離Ｆ３に対するＦ３／Ｆｗが条件式（３）の下限値０．９以上を満たさないとワイド側で球面収差がアンダー、テレ側で球面収差がオーバーとなるため、全体の収差バランスを崩す。さらに第３レンズ群３の焦点距離Ｆ３に対するＦ３／Ｆｗが条件式（３）の上限値２以上を満たさないとワイド側で歪曲収差がアンダーとなり好ましくない。
【００１５】
第４レンズ群４の焦点距離Ｆ４に対するＦ４／Ｆｗが０．５  ＜  Ｆ４／Ｆｗ＜  １．６・・・（４）を満たさないと、歪曲収差が崩れ、全体の収差バランスを崩すことに成る。任意の収差の許容範囲を要求性能から若干許すとすれば、上記の条件から外れたパワー配分も可能である。しかし実際は後ろに掲載する光学性能以上の性能が要求されているので、収差補正が困難となる。
【００１６】
つぎに本発明によるズームレンズは既に述べているようにＤＬＰ方式の３板式ＤＭＤ対応の投影装置に搭載されるので極めて小さい倍率色収差および軸上色収差の補正が要求されている。そのために第２レンズ群の両凹レンズの第５レンズＬ5 と凸メニスカスレンズの第６レンズＬ6 との空気間隔Ｔ５を０．３  ＜  Ｔ５／Ｆｗ  ＜  ０．８・・・（６）とし，第４レンズ群４の後群のレンズ群のうち、正の屈折力を有する凸レンズのアッベ数νd ＞  ８１  ・・・（８）の条件のレンズを用いている。さらに前群の正の屈折力を有する最終レンズＬ11にアッベ数νd ＞７０・・・（８）のレンズを用いている。
【００１７】
以下、具体的なデータ例を示す。なお、０面はスクリーンである。
【表１】
0004663866.tif 000002
【表２】
0004663866.tif 000003
【００１８】
図２は、表１における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図であり、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。像面湾曲では各波長４６０ｎｍ，５４６ｎｍ，６２０ｎｍに対し、それぞれメリディオナル像面（実線）とサジタル像面（点線）を示している。歪曲は５４６ｎｍに対するものである。後述の図４でも同様である。
【００１９】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）はワイド状態，（ｂ）はノーマル状態，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
４群ズーム３群移動方式のズームレンズの構成は、図１の実施の形態と同じである。
【００２０】
以下、具体的なデータ例を示す。なお、０面はスクリーンである。
【表３】
0004663866.tif 000004
【表４】
0004663866.tif 000005
【００２１】
図４は、表３における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図であり、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、非常に明るい、歪の少ない、しかも大画面の高画質なＤＬＰ投影装置における投影画像を得ることができる。
本発明によるズームレンズは、照明光束の取り込み用プリズム系や色分解プリズム系が投影レンズの後側に入るため長大なバックフォーカスを維持しながら、極めて高性能な光学性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヴァリフォーカル有限ズームレンズの実施の形態を示す図で、（ａ）はワイド状態，（ｂ）はノーマル状態，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
【図２】表１における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図であり，（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマルおよび（Ｃ）はテレ状態をぞれぞれ示している。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）はワイド状態，（ｂ）はノーマル状態，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
【図４】表３における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図であり、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１…第１レンズ群
２…第２レンズ群
３…第３レンズ群
４…第４レンズ群
５…プリズム系
６…ＤＭＤ
【図１】
0004663866.tif 000006
【図２】
0004663866.tif 000007
【図３】
0004663866.tif 000008
【図４】
0004663866.tif 000009