(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズであって、
拡大側から順に、第１〜第６群を配してなり、第１群は負の屈折力、第２群は正の屈折力、第３群は正の屈折力、第４群は負の屈折力、第５群は正の屈折力、第６群は正の屈折力を各々有し、
投射距離の変化に際し、平面画像と被投射面を共役にするため、第１群が光軸方向への移動を行い、
変倍に際しては、第１群、第４群、第６群が固定で、第２群、第３群、第５群が光軸方向への移動を行い、
長さの次元を持つ量の単位をｍｍとして、広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、バックフォーカス（空気中での値）：ｂｆ、レンズ全長の数値（第１群の最も拡大側寄りの面から第６群の最も縮小側寄りの面までの長さのｍｍ単位での数値）：ＯＡＬ、第３群の焦点距離：ｆ３、第６群を構成する凸レンズのアッべ数の平均値：ν６Ｐ、第４群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν４Ｍ、第５群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν５Ｍが、  
（１）ＯＡＬ＞９０・ｂｆ／ｆｗ  
（２）１．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．５  
（３）ν６Ｐ＞５０  
（４）（ν４Ｍ＋ν５Ｍ）／２＜４０  
なる条件式を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項２】
請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、  
第４群が、負の屈折力を持つ単レンズのみで構成されることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項３】
請求項１または２記載の投射用ズームレンズにおいて、  
第１群または第２群中の、少なくとも１つの面を非球面とすることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項４】
請求項１または２または３記載の投射用ズームレンズにおいて、  
第５群または第６群中の、少なくとも１つの面を非球面とすることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は「平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズ」に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルに表示された平面画像を、スクリーン等の表示媒体上に拡大投射する液晶プロジェクタは、ビデオ再生画像やコンピュータのデータ等の表示用として、近来広く普及してきている。
なかでも、赤・緑・青の各色画像を独立した液晶パネルに表示し、各色画像を合成して拡大投影表示する「３板式液晶プロジェクタ」は、画像が高精細であることから普及率も高い。このような３板式液晶プロジェクタに使用される投射用レンズは、最適なスクリーンサイズを容易に実現できるようにズーム機能を有するものが一般的である。
３板式液晶プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズは、以下の如き属性を持つことが好ましい。
第１に、３枚の液晶パネルにより強度変調された各色光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等の「色合成手段」で合成して投射用ズームレンズに入射させるので、色合成手段を配備するための空間を確保できるように、バックフォーカスが、焦点距離に比してなるべく長いことが好ましい。
第２に、低電力で明るい投射画像を表示できるように高い光利用効率を得ることが望ましいが、各色光束の光路合成の際、色合成手段に入射する光の角度が画角により大きく異なると色シェーディングが発生し易いので、光源側から投射用ズームレンズに入射する光として、光軸に対して平行に近い光束を用いるのが良く、平行光束を効率良く取り込めるよう、投射用ズームレンズは、縮小側である液晶パネル側においてテレセントリック性を持ち、かつ、光源からの光をなるべく多く取り込めるように、Ｆナンバの小さい、明るいレンズであることが好ましい。
第３に、スクリーン上で３色画像を重ね合わせたとき、各色画像の画素が互いにずれると良好なカラー画像を実現できず、投射画像の辺縁部に緑、青、赤などの縁が現れて像質を損なう。このような問題を回避できるように、倍率の色収差は、なるべく小さく抑えられていることが好ましい。
第４に、投射された画像の輪郭が歪んで見苦しくならないように、歪曲収差が許容できる範囲に抑えられ、画像の忠実な再現のため、高いＭＴＦ・解像力を備えていることが好ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述の各属性を良好に実現した投射用ズームレンズの提供を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明のズームレンズは「平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズ」である。上記平面画像は一般に液晶パネル上に表示される画像である。
この発明の投射用ズームレンズは、上述した３板式液晶プロジェクタ用として極めて好適であるが、勿論、単板式液晶プロジェクタやスライド式プロジェクタ用としても好適に使用できる。
この発明のズームレンズは、図１に例示するように、拡大側（図の左方）から縮小側に向かって、第１群Ｇ１〜第６群Ｇ６を配してなる。第１群Ｇ１は負の屈折力を持ち、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は正の屈折力を持ち、第４群Ｇ４は負の屈折力を持ち、第５群Ｇ５、第６群Ｇ６は正の屈折力を持つ。したがって、全体のパワー配置は「負・正・正・負・正・正」である。
投射距離の変化に際し、平面画像とスクリーンなどの被投射面を共役にするため、第１群が光軸方向に移動を行う。変倍に際しては、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、および第６群Ｇ６が固定され、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第５群Ｇ５が光軸方向に移動を行う。
広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、バックフォーカス（空気中での値）：ｂｆ、レンズ全長の数値（第１群の最も拡大側寄りの面から第６群の最も縮小側寄りの面までの長さの数値）：ＯＡＬ、第３群の焦点距離：ｆ３、第６群を構成する凸レンズのアッべ数の平均値：ν６Ｐ、第４群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν４Ｍ、第５群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν５Ｍは、以下の条件式（１）〜（４）を満足する。
（１）    ＯＡＬ＞９０・ｂｆ／ｆｗ
（２）    １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．５
（３）    ν６Ｐ＞５０
（４）    （ν４Ｍ＋ν５Ｍ）／２＜４０
なお、図１において、符号Ｓは絞りを表し、符号ＰＲは色合成手段としての色合成プリズムを表す。
また、上記条件（１）、（２）において長さの次元を持つ量：ｆｗ、ｂｆ、ＯＡＬの単位は「ｍｍ」とし、条件（１）における「ＯＡＬ」は、上記レンズ全長をｍｍ単位で表したときの数値を言う。
【０００５】
条件式（１）は、十分な結像性能を確保したまま、焦点距離に比して長いバックフォーカスを確保するための条件である。
長いバックフォーカスを確保するのに適したレンズタイプとして、負の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群からなる「レトロフォーカスタイプ」が、従来から知られている。
この発明の投射用ズームレンズは、後述の実施例に示すように、全体として見た場合、例えば、広角端での焦点距離：３７ｍｍ程度に対し、バックフォーカスは３７〜４０ｍｍ程度（色合成プリズムによる伸びを空気中での値に換算した値）で、広角端における基本的パワー配置はレトロフォーカスタイプである。
周知の如く、レトロフォーカスタイプは、負の屈折力を持つ前群と、正の屈折力を持つ後群とで構成され、負の屈折力を持つ前群で光束を後群に向かって発散させることにより、全系の後側主点位置を後群よりも更に後方に設定し、焦点距離に比して長いバックフォーカスを確保できる。従って、レトロフォーカスタイプにおいては、負の屈折力を持つ前群と正の屈折力を持つ後群の間隔が大きい方がより長いバックフォーカスの確保が容易となる。換言すれば、全系のレンズ全長が長いほど長いバックフォーカスを確保し易い。
条件式（１）は、上記構成のレンズにおいて、焦点距離に比して長いバックフォーカスを確保するための条件であり、条件式（１）の下限を超えると、３板式液晶プロジェクタに必要な「バックフォーカスと焦点距離の比」を確保するのに十分なレンズ全長とならず、あえて必要なバックフォーカスを確保しようとすると、十分な結像性能を得にくい。
【０００６】
この発明の投射用ズームレンズでは、変倍時における移動量は第３群が最も大きく、変倍への寄与率は第３群が最も高い。
周知の如く、変倍を行う主な群を「バリエータ」と称している。この発明の投射用ズームレンズでは第３群がバリエータである。
伝統的なズーム形式である「拡大側から順に正の屈折力、負の屈折力、正の屈折力、正の屈折力を配する４群ズームレンズ」では、例えば、特開平６−５１２０２号公報等に見られるように、バリエータである第２群に、マスタレンズ群である第４群に次いで多くの枚数のレンズを用い、変倍時の収差が大きく変化するのを抑えている。
条件式（２）は、この発明の投射用ズームレンズにおいて、バリエータである第３群の収差を低く抑え、かつ、レンズ全体のコンパクト性を保ったままプロジェクタの投射用ズームレンズとして十分な変倍比を確保するための条件である。条件式（２）の下限を超えると、レンズ全体中における第３群の屈折力が強くなりすぎ、第３群での諸収差の発生量が大きくなり、変倍に伴う収差変化が大きくなってしまう。
条件式（２）の上限を超えると、プロジェクタ用の投射用ズームレンズとして最低限必要と考えられる「１．２〜１．３倍程度の変倍比」を得ることが困難となる。また、第３群の移動量を更に大きくすることが必要となり、レンズ全体が大型化し、コンパクト性が損なわれてしまう。
【０００７】
条件式（３）は、倍率色収差を抑えるための条件である。倍率色収差は「軸上光線高と軸外光線高が高くなる面」ほど発生量が大きい。この発明の投射用ズームレンズにおいては、第６群において軸上光線高と軸外光線高を合わせた量が、他の群に比べて特に大きくなるため、この第６群を構成するレンズの材質を適切なものにする必要がある。
即ち、第６群の主たる屈折力である正のパワーを発生するレンズの材質の、アッべ数を５０よりも大きい低分散な材質とすることで、倍率色収差の発生を抑えている。
条件式（４）は軸上色収差・倍率色収差の発生を適正にし、緑色に対する赤色の色収差、緑色に対する青色の色収差を同量程度とするための条件で、上限を超えると、軸上色収差・倍率色収差とも補正不足となってしまう。
また、この発明の投射用ズームレンズは、第４群を負の屈折力を持つ１枚のレンズのみの構成とすることも可能であり（請求項２）、このように構成すると、よりコストメリットを大きくできる。
上記請求項１または２に記載の投射用ズームレンズは、第１群または第２群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることができ（請求項３）、このように構成することにより、諸収差の発生を小さく抑えて性能をより向上させ、あるいはレンズ枚数を低減化して安価なレンズとすることができる。
上記請求項１または２または３に記載の投射用ズームレンズは、第５群または第６群の少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることができ（請求項４）、このように構成することにより、諸収差の発生を小さく抑えて性能をより向上させ、あるいはレンズ枚数を低減化して安価なレンズとすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態として具体的な実施例を４例示す。
各実施例における記号は以下の通りである。
拡大側から数えて第ｉ番目の面（絞りＳの面を含む）の曲率半径を「Ｒｉ」で表す。また、拡大側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との軸上面間隔を「Ｄｉ」で表す。ｉ＝０はスクリーン（被投射面）を表し、ｉ＝ＩＭＧは液晶パネルのパネル面、即ち「平面画像」を表す。「Ｄ０」は、スクリーンから第１レンズ面（ｉ＝１）までの軸上距離を表す。
また、拡大側から数えてｊ番目のレンズの材質の屈折率（ｄ線に対するもの）およびアッベ数を、それぞれ、「Ｎｊ」および「νｊ」とする。
また、非球面形状は、周知の式：
0004451516.tif 000002
で表す。この式において、Ｚ：光軸方向の座標、ｈ：光軸直交方向の座標、Ｒｉ：軸上曲率半径、Ｋ：円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ．．：高次の係数であり、これらの数値を与えることにより非球面の形状を特定する。
計算基準波長は「５４６．１ｎｍ」である。
【０００９】
【実施例】
実施例１
0004451516.tif 000003
第２４面は色合成プリズムの射出面、第２５面は色合成プリズムの入射面である。
可変量
0004451516.tif 000004
条件式（１）の値  ｂｆ／ｆw＝１．０８，ＯＡＬ＝１０５
条件式（２）の値  ｆ３／ｆw＝１．９２
条件式（３）の値  ６０．３
条件式（４）の値  ３６．５
図２に、実施例１の投射用ズームレンズの、広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す。図３に実施例１の広角端における縦収差図、図４に同望遠端における縦収差図を、図５に実施例１の広角端における横収差図、図６に同望遠端における横収差図を示す。
【００１０】
実施例２
0004451516.tif 000005
0004451516.tif 000006
第２６面は色合成プリズムの射出面、第２７面は色合成プリズムの入射面である。
(＊)は「ガラスの球面レンズ上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面」であり、非球面係数は以下のとおりである。
K ＝-0.177950 ，
A＝0.132372E-05， B=-0.101380E-08 ， C=-0.280747E-12 ， D=0.0
可変量
0004451516.tif 000007
条件式（１）の値  ｂｆ／ｆw＝１．０８，ＯＡＬ＝１０５
条件式（２）の値  ｆ３／ｆw＝１．７１
条件式（３）の値  ６０．３
条件式（４）の値  ３３．０
図７に、実施例２の投射用ズームレンズの、広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す。図８に実施例２の広角端における縦収差図、図９に同望遠端における縦収差図を、図１０に実施例２の広角端における横収差図、図１１に同望遠端における横収差図を示す。
【００１１】
実施例３
0004451516.tif 000008
第２２面は色合成プリズムの射出面、第２３面は色合成プリズムの入射面である。
（＊１）は「ガラスの球面レンズ上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面」であり、非球面係数は以下のとおりである。
K ＝ -0.747183 ，
A＝0.194418E-05 ， B＝-0.107331E-09 ， C＝0.470872E-12 ， D＝0.0
（＊２）は「ガラスの球面レンズ上に薄いプラスチックを成型してなるハイブリッドタイプの非球面」であり、非球面係数は以下のとおりである。
K＝-0.664682 ，
A＝0.189322E-05 ，B＝0.311321E-08 ，C＝0.143023E-11 ，
D＝-0.765210E-15
可変量
0004451516.tif 000009
条件式（１）の値  ｂｆ／ｆｗ＝１．０８，ＯＡＬ＝１０５
条件式（２）の値  ｆ３／ｆｗ＝２．３２
条件式（３）の値  ５７．９
条件式（４）の値  ２９．９
図１２に、実施例３の投射用ズームレンズの、広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と、変倍に伴う各群の変位を示す。図１３に実施例３の広角端における縦収差図、図１４に同望遠端における縦収差図を、図１５に実施例３の広角端における横収差図、図１６に同望遠端における横収差図を示す。
【００１２】
実施例４
0004451516.tif 000010
第２０面は色合成プリズムの射出面、第２１面は色合成プリズムの入射面である。
【００１３】
（＊１）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K＝-0.340530 ，
A＝-0.219750E-05，B＝-0.217723E-09，C＝-0.704716E-11，
D＝0.376357E-14
（＊２）は非球面であり、非球面係数は以下のとおりである。
K＝-0.457725 ，
A＝0.135333E-05，B＝-0.172321E-08，C＝0.506214E-11，
D＝-0.409838E-14
可変量
0004451516.tif 000011
条件式（１）の値  ｂｆ／ｆｗ＝１．００，ＯＡＬ＝９０．０
条件式（２）の値  ｆ３／ｆｗ＝２．１２
条件式（３）の値  ６０．３
条件式（４）の値  ３２．０
図１７に、実施例４の投射用ズームレンズの、広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と、変倍に伴う各群の変位を示す。図１８に実施例４の広角端における縦収差図、図１９に同望遠端における縦収差図を、図２０に実施例４の広角端における横収差図、図２１に同望遠端における横収差図を示す。
【００１４】
各「レンズ断面図」において、符号Ｓは絞りを示し、符号ＰＲは色合成プリズムを示す。絞りＳは、いずれの実施例においても、ズーミングに際して、第３群と一体に移動する。
各収差図において、「Ｇ」は波長５４６．１ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６１０．０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４６０．０ｎｍでの収差を意味し、「Y」は像高、「Ｆ」はＦナンバ、「Ｓ」は波長５４６．１ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５４６．１ｎｍでのタンジェンシャル像面を意味する。なお、各収差は、スクリーン側を物体側、液晶パネル側を像側として算出されたものであり、従って、像高：Yは液晶パネル上のものである。
【００１５】
上記実施例１〜４の投射用ズームレンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用ズームレンズであって、拡大側から順に、第１Ｇ１〜第６群Ｇ６を配してなり、第１群Ｇ１は負の屈折力、第２群Ｇ２は正の屈折力、第３群Ｇ３は正の屈折力、第４群Ｇ４は負の屈折力、第５群Ｇ５は正の屈折力、第６群Ｇ６は正の屈折力を各々有し、投射距離の変化に際し、平面画像と被投射面を共役にするため、第１群Ｇ１が光軸方向への移動を行い、変倍に際しては、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、第６群Ｇ６が固定で、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第５群Ｇ５が光軸方向への移動を行う。
広角端における全系の焦点距離：ｆｗ、バックフォーカス（空気中での値）：ｂｆ、レンズ全長（ｍｍ単位）の数値（第１群の最も拡大側寄りの面から第６群の最も縮小側寄りの面までの長さをｍｍ単位で表したときの数値）：ＯＡＬ、第３群の焦点距離：ｆ３、第６群を構成する凸レンズのアッべ数の平均値：ν６Ｐ、第４群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν４Ｍ、第５群を構成する凹レンズのアッべ数の平均値：ν５Ｍが、
（１）  ＯＡＬ＞９０・ｂｆ／ｆｗ
（２）  １．５＜ｆ３／ｆｗ＜２．５
（３）  ν６Ｐ＞５０
（４）  （ν４Ｍ＋ν５Ｍ）／２＜４０
なる条件式を満足する（請求項１）。
【００１６】
また実施例３、４の投射用ズームレンズは、第４群Ｇ４が、負の屈折力を持つ単レンズのみで構成され（請求項２）、実施例２の投射用ズームレンズは、第１群Ｇ１または第２群Ｇ２中の少なくとも１つの面を非球面とし（請求項３）、実施例３，４の投射用ズームレンズは、第１群Ｇ１または第２群Ｇ２中の少なくとも１つの面を非球面とし、且つ、第５群Ｇ５または第６群Ｇ６中の少なくとも１つの面を非球面としている（請求項４）。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な投射用ズームレンズを実現できる。この発明の投射用ズームレンズは、上記各実施例に関する収差図に示されたように広角側・望遠側ともに性能が良好であり、特に３板式液晶プロジェクタ用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図である。
【図２】実施例１の投射用ズームレンズの広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す図である。
【図３】実施例１の広角端における縦収差図である。
【図４】実施例１の望遠端における縦収差図である。
【図５】実施例１の広角端における横収差図である。
【図６】実施例１の望遠端における横収差図である。
【図７】実施例２の投射用ズームレンズの広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す図である。
【図８】実施例２の広角端における縦収差図である。
【図９】実施例２の望遠端における縦収差図である。
【図１０】実施例２の広角端における横収差図である。
【図１１】実施例２の望遠端における横収差図である。
【図１２】実施例３の投射用ズームレンズの広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す図である。
【図１３】実施例３の広角端における縦収差図である。
【図１４】実施例３の望遠端における縦収差図である。
【図１５】実施例３の広角端における横収差図である。
【図１６】実施例３の望遠端における横収差図である。
【図１７】実施例４の投射用ズームレンズの広角端における断面図（上図）、望遠端における断面図（下図）と変倍に伴う各群の変位を示す図である。
【図１８】実施例４の広角端における縦収差図である。
【図１９】実施例４の望遠端における縦収差図である。
【図２０】実施例４の広角端における横収差図である。
【図２１】実施例４の望遠端における横収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１      第１群
Ｇ２      第２群
Ｇ３      第３群
Ｇ４      第４群
Ｇ５      第５群
Ｇ６      第６群
ＰＲ      色合成プリズム
Ｓ        絞り
【図１】
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【図２】
0004451516.tif 000013
【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】
0004451516.tif 000019
【図９】
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【図１０】
0004451516.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004451516.tif 000027
【図１７】
0004451516.tif 000028
【図１８】
0004451516.tif 000029
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0004451516.tif 000032