(57)【要約】【課題】  レンズ構成枚数が少なく、また、画像素子の直前にコンデンサーレンズが配置される光学系でも、テレセントリック性を保ち易いズームレンズを提供する。【解決手段】  投写面ＰＬ側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４を配置する。第１レンズ群Ｇ１は、投写面ＰＬ側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有する。第２レンズ群Ｇ２は、投写面ＰＬ側から順に、１枚の正レンズと、１枚の接合レンズと、１枚の接合レンズとの合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有する。第３レンズ群Ｇ３は、１枚の負レンズで構成される。第４レンズ群Ｇ４は、１枚の正レンズで構成される。変倍に際しては、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２を移動させ、かつ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とは固定しておく。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、合焦用に移動させられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投写面側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、投写面側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有しており、
前記第２レンズ群は、投写面側から順に、１枚の正レンズと、１枚の接合レンズと、１枚の接合レンズとの合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有しており、
前記第３レンズ群は、１枚の負レンズで構成されており、
前記第４レンズ群は、１枚の正レンズで構成されており、
さらに、前記変倍に際しては、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させ、かつ、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは固定しておく構成となっており、
さらに、前記第３レンズ群は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている
ことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
さらに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする、請求項１に記載のズームレンズ。
０.７≦｜ｆ２／ｆ１｜≦１.５      （１）
但し  ｆ１：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の合成焦点距離
【請求項３】
さらに、次の条件式（２）を満足することを特徴とする、請求項１又は２に記載のズームレンズ。
１.５≦｜ｆｂ／ｆｗ｜≦２.５      （２）
但し  ｆｂ：第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカス
ｆｗ：短焦点端の焦点距離
【請求項４】
さらに、次の条件式（３）を満足することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
０.０８≦｜ｆＴ／ｆ３｜≦０.３    （３）
但し  ｆ３：第３レンズ群の合成焦点距離
ｆＴ：長焦点端の焦点距離
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写光学系に用いられるズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、投写用ズームレンズとしては、様々な形式の光学系が提案されている。例えば、下記特許文献１〜５に記載のものがある。
【０００３】
しかしながら、これらの文献に記載の光学系では、そのレンズ構成枚数が９枚以上と多く、レンズコストが高くなるばかりか、レンズ系が大きくなってしまうという不都合がある。なお、この明細書では、パワー的に単レンズと等価な接合レンズは全体で１枚と数える。「パワー的に単レンズと等価な接合レンズ」とは、接合しているレンズ面のＲが同じ接合レンズのことである。一般的には、このような接合レンズを構成するレンズは、隣接するレンズ間で屈折率を異ならせることにより、色消しを行うことができるようになっている。ただし、本明細書では、レンズ間の屈折率が同じであっても、接合しているレンズ面のＲが同じであれば、「パワー的に単レンズと等価な接合レンズ」であるとする。
【０００４】
また、画像素子の発光特性を考慮する目的で（すなわち、液晶やプリズムなどの光学素子部品に入射する光が角度を持つと、偏光特性を持ち、色味が変わったり、反射率が悪くなるために）、投写用のズームレンズにテレセントリック性（特に像側のテレセントリック性）を付与する設計とすることが好ましい。一方、投写用ズームレンズにおいては、その合焦を、画像素子に近いレンズで行うのが一般的である。このため、従来の合焦用レンズは、テレセントリック性も考慮して、正レンズで構成されている。
【０００５】
しかしながら、近年においては、画像素子の光量をより多く投写するためと、レンズ系を小さくする目的で、画像素子の直前にコンデンサーレンズを一般的に配置している。この場合、画像素子の近くに配置されている合焦用レンズが正レンズで構成されていると、テレセントリック性が損なわれてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−７７９５０号公報
【特許文献２】特開２００４−５４０２１号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５４５３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１５４５５号公報
【特許文献５】特開２０００−２９２６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記の状況に鑑みてなされたものである。本発明の一つの目的は、レンズ構成枚数が従来よりも少ない投写用のズームレンズを提供することである。本発明の他の目的は、合焦点用レンズを負レンズで構成することにより、画像素子の直前にコンデンサーレンズが配置されている光学系でも、テレセントリック性を保ち易い、投写用のズームレンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るズームレンズは、投写面から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズである。前記第１レンズ群は、投写面側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有している。前記第２レンズ群は、投写面側から順に、１枚の正レンズと、１枚の接合レンズと、１枚の接合レンズとの合計３枚のレンズで構成されて正のパワーを有している。前記第３レンズ群は、１枚の負レンズで構成されている。前記第４レンズ群は、１枚の正レンズで構成されている。さらに、前記変倍に際しては、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群を移動させ、かつ、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは固定しておく構成となっている。さらに、前記第３レンズ群は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている。
【０００８】
このズームレンズでは、第１レンズ群と第２レンズ群とを移動することにより、焦点距離を可変としている。また、このズームレンズでは、第３レンズ群を移動させることにより合焦させることができる。
【０００９】
また、本発明の第４レンズ群は、画像素子の光量をより多く投写すると同時に、レンズ系の外径を小型化するためのコンデンサーレンズである。本発明では、第１レンズ群から第４レンズ群までの光学系によってテレセントリック性を保つように構成されている。なお、テレセントリック性を保つということは、主光線と光軸とがほぼ平行（±１０°程度の傾斜を含む）な状態をいう。
【００１０】
本発明のズームレンズは、次の条件式（１）を満足するものであってもよい。
０.７≦｜ｆ２／ｆ１｜≦１.５      （１）
但し  ｆ１：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の合成焦点距離
【００１１】
本発明のズームレンズは、次の条件式（２）を満足するものであってもよい。
１.５≦｜ｆｂ／ｆｗ｜≦２.５      （２）
但し  ｆｂ：第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカス
ｆｗ：短焦点端の焦点距離
【００１２】
本発明のズームレンズは、次の条件式（３）を満足するものであってもよい。
０.０８≦｜ｆＴ／ｆ３｜≦０.３    （３）
但し  ｆ３：第３レンズ群の合成焦点距離
ｆＴ：長焦点端の焦点距離
【００１３】
本発明に係るプロジェクタは、前記した本発明に係るズームレンズを備えたものである。
【００１４】
以下、前記した条件式（１）〜（３）について説明する。
【００１５】
条件式（１）は、焦点距離を変化させるために移動する第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の関係を規制するための条件である。｜ｆ２／ｆ１｜が、下限０．７を超えて小さいときには、第１レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎ、焦点距離を変化させるための第１レンズ群と第２レンズ群の移動量が大きくなる。すると、結果としてレンズ系が大きくなってしまい、好ましくない。
【００１６】
また、｜ｆ２／ｆ１｜が、上限１．５を超えて大きいときには、レンズを小型にするためには有利であるが、第１レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎ、このため、第１レンズ群で発生する球面収差が過剰になりすぎる。すると、球面収差を良好に補正することが困難となってしまう。
【００１７】
条件式（２）は、第１レンズ群から第３レンズ群までの合成バックフォーカスを所要の大きさにし、投写画像の光量を適切に確保するために、第３レンズ群と第４レンズ群の間に照明光学系を挿入できる空気間隔を確保するための条件である。｜ｆｂ／ｆｗ｜が下限１．５を超えて小さいときには、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が小さくなりすぎ、照明光学系を挿入することができなくなってしまう。
【００１８】
また、｜ｆｂ／ｆｗ｜が上限２．５を超えて大きいときには、照明光学系を挿入するための第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔を確保するためには有利であるが、第１レンズ群、第３レンズ群の負レンズの焦点距離が小さくなりすぎ、結果としてコマ収差の増大となってしまい好ましくない。
【００１９】
条件式（３）は、第３レンズ群で合焦を行うとともに、画像素子の直前にコンデンサーレンズが設置される光学系において、光学系のテレセントリック性を適切に保つための条件である。｜ｆＴ／ｆ３｜が下限０．０８を超えて小さいときには、第３レンズ群の焦点距離が大きくなりすぎる。すると、合焦するときの第３レンズ群の移動量が大きくなりすぎ、結果としてレンズ群が大きくなってしまい好ましくない。
【００２０】
また、｜ｆＴ／ｆ３｜が上限０．３を超えて大きいときには、合焦のための第３レンズ群の移動量は小さくなり、レンズ系を小型にするためには有利である。しかしながら、この場合は、レンズ系のテレセントリック性を保つことが困難となるばかりか、球面収差がオーバーになってしまい、好ましくない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レンズ構成枚数が８枚と、従来よりも少ない、投写用のズームレンズを提供することができる。また、本発明によれば、合焦点用レンズを負レンズで構成することにより、画像素子の直前にコンデンサーレンズが配置されている光学系でも、テレセントリック性を保ち易い、投写用のズームレンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明についての具体的な数値実施例を示す。
【００２３】
（数値実施例１の構成）
本発明の数値実施例１に係るズームレンズの構成を図１に示す。図１において、符号ＰＬは投写面、符号ＧＬは撮像素子の保護ガラス等（ここには光学的フィルタなどを含むことがある）、符号ＣＤは撮像素子、符号Ｇ１は第１レンズ群、符号Ｇ２は第２レンズ群、符号Ｇ３は第３レンズ群、符号Ｇ４は第４レンズ群を示している。また、符号Ｒ７は絞り面を示す。
【００２４】
このズームレンズは、投写面ＰＬの側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とで構成され、短焦点端と長焦点端との間での変倍が可能であるズームレンズである。
【００２５】
第１レンズ群Ｇ１は、投写面ＰＬの側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成されて負のパワーを有している。ここで、各レンズ群を構成する単位としての１枚のレンズは、前記の通り、パワー的に単レンズと等価な接合レンズである場合を含む。ここで接合レンズは、２枚又はそれ以上の単レンズを接合させたものである。
【００２６】
第２レンズ群Ｇ２は、投写面ＰＬの側から順に、１枚の正レンズ（Ｒ８〜Ｒ９）と、１枚の接合レンズ（Ｒ１０〜Ｒ１２）と、１枚の接合レンズ（Ｒ１３〜Ｒ１５）とで構成されて正のパワーを有している。本実施例では、これらの接合レンズが、いずれも２枚のレンズで構成されている。前記した各接合レンズは、いずれか又は双方が、２枚でなく、３枚以上のレンズから構成されたものであってもよい。また、前記した１枚の正レンズ（Ｒ８〜Ｒ９）は、接合レンズによって構成されていても良い。
【００２７】
第３レンズ群Ｇ３は、１枚の負レンズで構成されている。この負レンズも、負のパワーを持つ接合レンズであってもよい。
【００２８】
第４レンズ群Ｇ４は、１枚の正レンズで構成されている。この正レンズも、正のパワーを持つ接合レンズであってもよい。
【００２９】
したがって、本実施例のズームレンズは、全体として８枚のレンズで構成されている。前記の通り、ここでは、パワー的に単レンズと等価な接合レンズは１枚と数えている。
【００３０】
本実施例では、ズームレンズの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを移動させ、かつ、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とは固定しておく構成となっている。さらに、本実施例では、第３レンズ群Ｇ３は、焦点合わせのために移動させられる構成となっている。このようなレンズ群の移動機構自体は従来と同様でよいので、これについての詳細な説明は省略する。
【００３１】
（数値実施例１の特性）
数値実施例１における諸収差を図２〜図４に示す。図２は、数値実施例１の短焦点端における諸収差図、図３は、数値実施例１の中間焦点位置における諸収差図、図４は、数値実施例１の長焦点端における諸収差図である。
【００３２】
これらの図中、球面収差で表される色収差における符号Ｇ，Ｂ，Ｒは、それぞれ、グリーン、ブルー、レッドの波長に対する球面収差であり、符号ＳＣは、正弦条件不満足量である。
【００３３】
非点収差における符号Ｓはサジタル、符号Ｍはメリジオナルである。
【００３４】
また、数値実施例１の諸特性を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2007086636.tif 000003
【００３６】
表１中の符号Ｒは曲率半径、符号ｄはレンズ厚または空気間隔、符号Ｎｄはｄ線（５８８ｎｍ）の屈折率、符号Ｖｄはｄ線のアッベ数を示す（アッベ数は符号νｄで表す場合もある）。符号Ｒ及びｄの添字とレンズとの関係は、図１に示される通りである。また、表１中の符号ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、符号ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、符号ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示す。
【００３７】
さらに、表１中の符号ｆｗは短焦点端の焦点距離、符号ｆＴは長焦点端の焦点距離、符号ｆｂは第１レンズ群Ｇ１から第３レンズ群Ｇ３までの合成バックフォーカスを示している。
【００３８】
また、本実施例における投写距離は１０００ｍｍである。
【００３９】
数値実施例１のズームレンズによれば、レンズ構成枚数が８枚と、従来よりも少ない投写用のズームレンズを提供することができる。なお、前記したとおり、パワー的に単レンズと等価な接合レンズは１枚と計算している。また、このズームレンズは、合焦点用レンズを負レンズで構成することにより、画像素子の直前にコンデンサーレンズ（つまり第４レンズ群Ｇ４）が配置されている光学系でも、テレセントリック性を保ち易いという利点がある。この実施例で得られたテレセントリック性は、表１に記載の通りである。
【００４０】
本実施例のズームレンズは、プロジェクタの投写用レンズとして用いることができる。
【００４１】
（数値実施例２の構成）
次に、本発明の数値実施例２に係るズームレンズの構成を図５に示す。なお、数値実施例２の説明においては、数値実施例１と基本的に同じ構成要素や特性については、同じ参照符号を用いて説明を簡潔にする。
【００４２】
数値実施例２の諸収差を図６〜８に示す。図６は、短焦点端での諸収差図、図７は、中間焦点位置での諸収差図、図８は、長焦点端での諸収差図である。また、数値実施例２の諸特性を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2007086636.tif 000004
【００４４】
数値実施例２の他の構成及び利点は、数値実施例１と基本的に同様なので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００４５】
（数値実施例３の構成）
次に、本発明の数値実施例３に係るズームレンズの構成を図９に示す。なお、数値実施例３の説明においては、数値実施例１と基本的に同じ構成要素や特性については、同じ参照符号を用いて説明を簡略にする。
【００４６】
数値実施例３の諸収差を図１０〜１２に示す。図１０は、短焦点端での諸収差図、図１１は、中間焦点位置での諸収差図、図１２は、長焦点端での諸収差図である。また、数値実施例３の諸特性を表３に示す。
【００４７】
【表３】
2007086636.tif 000005
【００４８】
数値実施例３の他の構成及び利点は、数値実施例１と基本的に同様なので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００４９】
なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ構成を示す説明図である。
【図２】本発明の数値実施例１における、短焦点端での諸収差図である。
【図３】本発明の数値実施例１における、中間焦点位置での諸収差図である。
【図４】本発明の数値実施例１における、長焦点端での諸収差図である。
【図５】本発明の数値実施例２のレンズ構成を示す説明図である。
【図６】本発明の数値実施例２における、短焦点端での諸収差図である。
【図７】本発明の数値実施例２における、中間焦点位置での諸収差図である。
【図８】本発明の数値実施例２における、長焦点端での諸収差図である。
【図９】本発明の数値実施例３のレンズ構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の数値実施例３における、短焦点端での諸収差図である。
【図１１】本発明の数値実施例３における、中間焦点位置での諸収差図である。
【図１２】本発明の数値実施例３における、長焦点端での諸収差図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｇ４  第４レンズ群
ＰＬ  投写面
ＣＤ  撮像素子
ＧＬ  撮像素子の保護ガラス
【図１】
2007086636.tif 000006
【図２】
2007086636.tif 000007
【図３】
2007086636.tif 000008
【図４】
2007086636.tif 000009
【図５】
2007086636.tif 000010
【図６】
2007086636.tif 000011
【図７】
2007086636.tif 000012
【図８】
2007086636.tif 000013
【図９】
2007086636.tif 000014
【図１０】
2007086636.tif 000015
【図１１】
2007086636.tif 000016
【図１２】
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