(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面の画像をスクリーンに拡大投射するズームレンズにおいて、前記スクリーン側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端に遷移するときに、前記第２レンズ群、第４レンズ群は前記スクリーン側に移動し、前記広角端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとし、前記スクリーン側をマイナス、前記表示面側をプラスとしたときに、前記表示面から前記ズームレンズの射出瞳までの距離の絶対値が最小のなるときの前記表示面に対する前記射出瞳の位置をｔｋとし、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５とし、前記表示面から前記第５レンズ群の最も前記表示面側のレンズ面までの空気換算長をｂｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
ｔｋ／ｆｗ＜−４.０
０．３８０９８１≦ｂｆ／ｆ５＜０．５
１．２＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜２．２
を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記広角端の焦点距離時に対し前記望遠端の焦点距離時には、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は増大し、前記第３レンズと前記第４レンズ群の間隔は減少する請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記広角端の焦点距離時に対し前記望遠端の焦点距離時には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔は減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔は増大し、前記第３レンズと前記第４レンズ群の間隔は減少し、前記第４レンズと前記第５レンズ群の間隔は増大する請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群は少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成し、前記第３レンズ群は少なくとも１枚の負レンズで構成した請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記望遠端の全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
１．１＜｜ｆ１｜／ｆ２＜２．３
０．６＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）1/2
【請求項６】
前記広角端の焦点距離時から前記望遠端の焦点距離時に遷移するとき、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群は前記スクリーン側に移動すると共に、前記第３レンズ群は前記広角端から前記望遠端の位置の方が前記スクリーン側にある請求項１又は５に記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記広角端の焦点距離時から前記望遠端の焦点距離時に遷移するとき、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群は前記スクリーン側に移動すると共に前記第３レンズ群は前記スクリーン側に凸の軌跡で移動する請求項６に記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記広角端の焦点距離時から前記望遠端の焦点距離時に遷移するとき、前記第１レンズ群はズーミングに際し固定している請求項３に記載のズームレンズ。
【請求項９】
次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２
【請求項１０】
前記望遠端の全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の望遠端と広角端の倍率の比をＺ２、全系の広角端と望遠端の焦点距離の比をＺ、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群のズーミングの際の移動量をそれぞれＭ２、Ｍ４としたとき、次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１
０．９＜Ｍ２／Ｍ４＜１．６
０．４＜Ｍ２／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．０
【請求項１１】
前記第２レンズ群と第４レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ４としたとき、次の条件式を満足する請求項１０に記載のズームレンズ。
０．４＜ｆ２／ｆ４＜０．８
【請求項１２】
前記望遠端の全系の焦点距離をｆｔ、前記第３レンズ群、第４レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ４としたとき、次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
１．０＜｜ｆ１｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．６
０．６＜｜ｆ３｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．２
１．１＜ｆ４／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．８
１．５＜ｆ５／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜３．０
【請求項１３】
前記第３レンズ群のアッベ数をν3 としたとき、次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
ν3 ＞５５
【請求項１４】
前記第１レンズ群が有する負レンズの平均アッベ数をν1nとしたとき、次の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
ν1n＞６０
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかの請求項に記載のズームレンズと、表示面を有する表示体とを備え、前記表示面で表示された画像をスクリーンに拡大投射することを特徴とするプロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を固定された有限距離でスクリーンに拡大投射するプロジェクション装置に用いられるズームレンズであり、特に表示体に色光ごとに複数の液晶等を用いて、色合成して１個の投射レンズを介して高精細な画像投射を行う簡易で小型な略テレセントリック形式のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズは、比較的広画角化が容易で、かつ近接撮影距離での性能が維持できる等の特長を有しているが、反面、変倍のための移動量が増大し、また高変倍化が難しい等の欠点を有している。
【０００３】
これらの欠点を改善し、レンズ系全体の小型化及び高変倍化を図ったズームレンズが、例えば特公昭４９−２３９１２号公報、特開昭５３−３４５３９号公報、特開昭５７−１６３２１３号公報、特開昭５８−４１１３号公報、特開昭６３−２４１５１１号公報、そして特開平２−２０１３１０号公報等に開示されている。
【０００４】
これらの各公報では、ズームレンズを物体側から順に負、正、負、そして正の屈折力のレンズ群の全体として４つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を適切に移動させて変倍を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし本発明のように、表示画像をスクリーンに拡大投射する際に、特に液晶表示体を複数の色光ごとに分けて用い、各色光を合成して１本の投射レンズにより投射する場合には、次の条件を満足することが必要となる。
【０００６】
(1) 液晶の配光特性又は複数の色光を合成するときの色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除するために、射出瞳が遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
【０００７】
(2) 表示体と投射レンズの間に介在する色合成素子のスペースを確保するために、長いバックフォーカスを必要とする。
【０００８】
(3) 通常では、表示画像をスクリーン上に上方投射するために、投射レンズの光軸に対し表示体はその中心位置がシフトした状態で用いられ、結果として前玉付近は使用する有効領域が光軸対称ではなく、上方に偏り、前玉径が大きくなるので改善手段が必要である。
【０００９】
このような要求事項に対し、先の従来例では射出瞳位置は有限であり、またバックフォーカスも十分に長いとは云い難い。
【００１０】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、簡易な構成、小型でかつ高性能なズームレンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るズームレンズは、表示面の画像をスクリーンに拡大投射するズームレンズにおいて、前記スクリーン側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端に遷移するときに、前記第２レンズ群、第４レンズ群は前記スクリーン側に移動し、前記広角端における前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとし、前記スクリーン側をマイナス、前記表示面側をプラスとしたときに、前記表示面から前記ズームレンズの射出瞳までの距離の絶対値が最小のなるときの前記表示面に対する前記射出瞳の位置をｔｋとし、前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５とし、前記表示面から前記第５レンズ群の最も前記表示面側のレンズ面までの空気換算長をｂｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
ｔｋ／ｆｗ＜−４.０
０．３８０９８１≦ｂｆ／ｆ５＜０．５
１．２＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜２．２
を満足することを特徴とする。
また、プロジェクション装置は、何れかの請求項に記載のズームレンズと、表示面を有する表示体とを備え、前記表示面で表示された画像をスクリーンに拡大投射することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例１のレンズ断面図であり、スクリーンに拡大投射するテレセントリックなズームレンズにおいて、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を有している。広角端の焦点距離時に対し、望遠端の焦点距離時には、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔は減少し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔は増大し、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔は減少し、第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間隔は増大するように各レンズ群を適切に移動し、更に望ましくは、構成の簡易化のために、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５を固定とし、残る第２レンズ群Ｌ２、第４レンズ群Ｌ４をスクリーン側に移動して変倍する。第３レンズ群Ｌ３はこの際に第２レンズ群Ｌ２、第４レンズ群Ｌ４の移動に伴う像面の変動を補正するように動かすが、特にスクリーン側に凸の軌跡により移動することが好ましい。
【００１３】
第５レンズ群Ｌ５は表示体に最も近く、比較的強い正の屈折力を与えることにより、テレセントリックな系を実現している。更に、スクリーン側に強い凸面を向けた１枚の正レンズにより第５レンズ群Ｌ５を構成し、軸外像面湾曲の補正と構成の簡易化の両立を達成することが望ましい。
【００１４】
第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４を移動して変倍することで、各群の移動量を減らしながら、高変倍率なズームレンズを達成することができ、全長を短縮すると共に、入射瞳位置から前玉までの距離を短くし、軸外斜光束で決まる前玉径の小型化を可能としている。
【００１５】
第１レンズ群Ｌ１は負の屈折力を有し、色合成素子のスペースのために長いバックフォーカスを確保している。特に、バックフォーカスを長くするために、第１レンズ群Ｌ１にスクリーン側に凸面を有する負メニスカスレンズを配置することが良い。更に、各群の屈折力を適切に配置し、第１レンズ群Ｌ１をズーミング中に固定とすることで、軸外斜光束の位置の変動を減少し、構成の簡易化と共に全長が一定なレンズ系が達成できる。また、広角端での歪曲の低減のために第１レンズ群Ｌ１の最も物体側には、凸レンズを配置して最も軸外光束を通る位置での歪曲補正を行っている。
【００１６】
有限距離へのピント合わせは第１レンズ群Ｌ１で行うのが好ましいが、第３レンズ群や第５レンズ群或いは複数のレンズ群で別な移動量により距離合わせをしてもよく、また全体で行ってもスクリーンを移動して行うこともできる。
【００１７】
図１に示す第１実施例は、広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５がズーミング中に固定で、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４がスクリーン側に移動すると共に、第３レンズ群Ｌ３は望遠端近傍で変曲点をもってスクリーン側に凸の軌跡で移動し、最も口径の大きな構成となっている。
【００１８】
図２に示す実施例２は、第１実施例と同様に広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５がズーミング中に固定で、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４がスクリーン側に移動すると共に、第３レンズ群Ｌ３は望遠端近傍で変曲点をもってスクリーン側に凸の軌跡で移動するものであり、変倍比が大きい。
【００１９】
図３に示す実施例３は、実施例２と別なレンズ構成の実施例である。広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５がズーミング中に固定で、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４がスクリーン側に移動すると共に、第３レンズ群Ｌ３は望遠端近傍で変曲点をもってスクリーン側に凸の軌跡で移動する。
【００２０】
図４に示す実施例４は、広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群Ｌ１がスクリーン側に凸の軌跡で移動し、望遠端では広角端よりも表示パネル側に位置し、第５レンズ群Ｌ５がズーミング中に固定で、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４がスクリーン側に同じ移動量で移動すると共に、第３レンズ群Ｌ３は望遠端近傍で変曲点をもってスクリーン側へ凸の軌跡で移動する。
【００２１】
図５に示す実施例５は、広角端から望遠端へのズーミングで、第１レンズ群Ｌ１と第５レンズ群Ｌ５がズーミング中に固定で、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４がスクリーン側へ移動すると共に、第３レンズ群Ｌ３もズーミング中に固定となっている。
【００２２】
更に望ましくは、これらの実施例において、広角端、望遠端の全系の焦点距離をそれぞれｆｗ、ｆｔ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４、第５レンズ群Ｌ５の焦点距離をｆ５とするとき、次の条件式を満足することが好ましい。
【００２３】
１．１＜｜ｆ１｜／ｆ２＜２．３                              …(1)
０．６＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．２                    …(2)
【００２４】
これらの条件式(1) 、(2) は主変倍群である第２レンズ群Ｌ２と第１レンズ群Ｌ１の関係を適切に規定したものであり、条件式(1) の下限を超えると第１レンズ群Ｌ１で決まる前玉径が大きくなり、また広角端での歪曲収差が大きくなり適当でない。また、上限値を超えると所望の変倍比を得るために第２レンズ群Ｌ２の移動量を大きくする必要があり全系が大型化し適当でない。
【００２５】
条件式(2) は主変倍群の屈折力を適切にするもので下限を超えると像面が補正過剰となり適当でない。また、上限を超えると所望の変倍比を得るために第２レンズ群Ｌ２の移動量を大きくする必要があり、全系が大型化し適当でない。
【００２６】
特に、歪曲を適正に補正するためには、次の式を満足することが好ましい。
【００２７】
１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜２                                      …(3)
【００２８】
この条件式(3) の上限を超えると広角端の歪曲が適正にできなくなり、下限値を超えると望遠端の歪曲を適正にできなくなる。
【００２９】
なお、本明細書で云う略テレセントリック系或いはテレセントリック系とは、上述したように液晶の配光特性、又は複数の色光を合成するときの色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除するために、射出瞳が遠方（理想的には無限遠）にあることを示している。具体的には、その角度依存性を排するためには、ズーミング中において、表示パネルから（縮小側）射出瞳まで（拡大側）の距離の絶対値が最小になるときの表示面に対する射出瞳の位置（距離）をｔｋとする（ここで、以下の数値実施例１〜５で示すのと同様に、スクリーン側（拡大側）をマイナス、表示面（縮小側）をプラスとする）とき、
ｔｋ／ｆｗ＜−４．０                                  …(4)
【００３０】
更に、望ましくは以下の範囲に入っていることが望ましい。
【００３１】
｜ｔｋ｜／ｆｗ＞９．０                                      …(4)'
【００３２】
主変倍群である第２レンズ群Ｌ２については、第２レンズ群Ｌ２の倍率β２の変化β２ｔ／β２ｗをＺ２、全系の焦点距離の変化ｆｔ／ｆｗをＺとし、変倍群となる第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４のズーミングでの移動量をそれぞれＭ２、Ｍ４とすると、以下の式を満たすことが良い。
【００３３】
０．８＜Ｚ２／Ｚ＜１．１                                    …(5)
０．９＜Ｍ２／Ｍ４＜１．６                                  …(6)
０．４＜Ｍ２／（ｆｔ−ｆｗ）＜１．０                        …(7)
【００３４】
条件式(5) は変倍群となる第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４での変倍の比を適切に規定するものある。第３レンズ群Ｌ３は変倍に際し減倍するため、この範囲にあることが好ましい。条件式(6) 、(7) はレンズ全体の長さと各変倍群の移動量を適切にするものである。特に、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４とでは、第４レンズ群Ｌ４の方が屈折力が弱くなりがちであるので、適切な変倍分担をするにはこの範囲が好ましい。特に、第２レンズ群Ｌ２の移動量が第４レンズ群Ｌ４の移動量を超えていることが更に好ましい。
【００３５】
上述したように、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４とでは、第４レンズ群Ｌ４の方が屈折力が弱くなりがちであり、特に次の式を満たすことが良い。
【００３６】
０．４＜ｆ２／ｆ４＜０．８                                  …(8)
【００３７】
条件式(8) と条件式(6) は主変倍群の屈折力配置と変倍を適切にしながらペッツバール和を適当に設定するのために必要な式である。
【００３８】
全系の射出瞳と、歪曲を適当に設定するには、ｂｆを第５レンズ群Ｌ５から表示体までの距離とし、ダイクロイックプリズム等を除いた空気換算長とすると、次の式を満たしているのが好ましい。
【００３９】
０．３＜ｂｆ／ｆ５＜０．５                                  …(9)
１．２＜｜ｆ１｜／ｂｆ＜２．２                              …(10)
【００４０】
条件式(9) は全系を適切にテレセントリック系にするために必要な式である。上限値を超えると大型化し、下限値を超えると歪曲が発生する。条件式(10)も歪曲を適切にとりながら射出瞳を長くし、テレセントリック系にするための条件である。
【００４１】
特に、最適にテレセントリック系にしながら、レンズからパネルまでの距離を最適にするために、次の条件式を満たすのが好ましい。
【００４２】
２＜ｆ５／ｆｗ＜３．５                                      …(11)
【００４３】
この条件式(11)の下限値を超えると最適なテレセントリック性を満足できず、上限値を超えると大型化して適当ではない。
【００４４】
更に、各群の屈折力配置を適切にしながら各群の移動量を適切にして小型化をするには、以下の式を満たすのが好ましい。
【００４５】
１．０＜｜ｆ１｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．６                …(12)
０．６＜｜ｆ３｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．２                …(13)
１．１＜  ｆ４  ／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜１．８                …(14)
１．５＜  ｆ５  ／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜３．０                …(15)
【００４６】
特に、ズーミングにおける倍率色収差を低減しながら、変動も抑えるために、第３レンズ群Ｌ３にアッベ数ν3 が以下の範囲のレンズを有することが好ましい。
【００４７】
ν3 ＞５５                                                  …(16)
【００４８】
特に、好ましくは、
ν3 ＞６０                                                … (16)'
の範囲のレンズがあることが良い。
【００４９】
また、第１レンズ群Ｌ１を構成する負レンズの平均アッベ数ν1nを、次式のように構成することにより、色収差とそのズーミングによる変動を小さくすることができる。
【００５０】
ν1n＞６０                                                  …(17)
【００５１】
次に、実施例１〜５の数値実施例１〜５を示す。これらの数値実施例１〜５中で、riはスクリーン側からｉ番目のレンズ面の曲率半径、diはｉ番目のレンズ厚又は空気間隔、ni、νi はｉ番目のレンズの屈折率、アッベ数である。
【００５２】
0004006073.tif 000002
0004006073.tif 000003
【００５３】
0004006073.tif 000004
0004006073.tif 000005
【００５４】
0004006073.tif 000006
0004006073.tif 000007
【００５５】
0004006073.tif 000008
0004006073.tif 000009
【００５６】
0004006073.tif 000010
0004006073.tif 000011
【００５７】
また、次表は実施例１〜５におけるレンズ系の各数値、条件式の数値である。
【００５８】
0004006073.tif 000012
【００５９】
0004006073.tif 000013
【００６０】
更に、図６〜図１５は各実施例１〜５の収差図である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るズームレンズは、簡易な構成で明るく小型で高変倍で歪曲も小さく倍率色収差の発生も少なく、高精細な画像投影を行い簡易で小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のレンズ断面図である。
【図２】実施例２のレンズ断面図である。
【図３】実施例３のレンズ断面図である。
【図４】実施例４のレンズ断面図である。
【図５】実施例５のレンズ断面図である。
【図６】第１実施例の広角状態の収差図である。
【図７】第１実施例の望遠状態の収差図である。
【図８】実施例２の広角状態の収差図である。
【図９】実施例２の望遠状態の収差図である。
【図１０】実施例３の広角状態の収差図である。
【図１１】実施例３の望遠状態の収差図である。
【図１２】実施例４の広角状態の収差図である。
【図１３】実施例４の望遠状態の収差図である。
【図１４】実施例５の広角状態の収差図である。
【図１５】実施例５の望遠状態の収差図である。
【符号の説明】
Ｌ１  第１レンズ群
Ｌ２  第２レンズ群
Ｌ３  第３レンズ群
Ｌ４  第４レンズ群
Ｌ５  第５レンズ群
ΔＭ  メリディオナル焦線
ΔＳ  サジタル焦線
【図１】
0004006073.tif 000014
【図２】
0004006073.tif 000015
【図３】
0004006073.tif 000016
【図４】
0004006073.tif 000017
【図５】
0004006073.tif 000018
【図６】
0004006073.tif 000019
【図７】
0004006073.tif 000020
【図８】
0004006073.tif 000021
【図９】
0004006073.tif 000022
【図１０】
0004006073.tif 000023
【図１１】
0004006073.tif 000024
【図１２】
0004006073.tif 000025
【図１３】
0004006073.tif 000026
【図１４】
0004006073.tif 000027
【図１５】
0004006073.tif 000028