(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、
拡大側から縮小側へ向かって順次、第１ないし第５群を配してなり、第３群と第４群の間に絞りを有し、
第１群は負の屈折力、第２および第３群は正の屈折力、第４群は負の屈折力、第５群は正の屈折力をそれぞれ有し、
広角端から望遠端への変倍に際し、第１群および第５群が固定で、第３群が、第１群から第３群までの距離が単調に減少するように移動し、第４群が、第４群から第５群までの距離が単調に減少するように移動し、絞りが第３群とともに移動を行い、
広角端における全系の焦点距離：ｆ、第１群の焦点距離：ｆ1 、第５群の焦点距離:f5 が、条件；
（１）    ０．８＜｜ｆ1｜／ｆ
（２）    ０．８  ＜ｆ5／ｆ
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、
広角端における第３群の倍率：β3、第４群の焦点距離：ｆ4、第５群に用いられている凸レンズの材質のアッベ数の平均値：ν5Pが、条件；
（３）    −１．３＜β3＜−１．０
（４）      ０．９＜｜ｆ4｜／ｆ＜１．３
（５）        ６０＜ν5P
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３】
請求項２記載の投射用ズームレンズにおいて、
第２群に非球面が用いられてい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３記載の投射用ズームレンズにおいて、
第４群に非球面が用いられていることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項５】
請求項３または４記載の投射用ズームレンズにおいて、
第２群に用いられた非球面が、第２群の最も第１群寄りの面であることを特徴とする投射用ズームレンズ。
【請求項６】
請求項４記載の投射用ズームレンズにおいて、
第４群に用いられた非球面が、第４群の最も第５群寄りの面であ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、投射用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
３色の画像を３枚の液晶パネルに個別的に表示し、これら液晶パネルに色分解した光を照射し、各液晶パネルにより強度変調された３色の光束をダイクロイックプリズム等の色合成手段により合成したのち、共通した投射用レンズでスクリーン上に拡大像として合成的に投射結像させて拡大されたカラー画像を表示する「３板式液晶プロジェクタ」が普及してきている。３板式プロジェクタにおける投射用レンズは、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投射用ズームレンズの採用が一般的になってきている。
【０００３】
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には、一般的に以下の如き属性が求められる。
３枚の液晶パネルにより強度変調された各光束を、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーといった色合成手段で合成するために、色合成手段を配備するための空間が必要である。従って、この空間を確保できるように、焦点距離に比して長いバックフォーカス（最も縮小側のレンズ面から液晶パネルに至る距離）を有すること。
プロジェクタとして低電力で高い光利用効率を得ることが望ましく、各色光の光路の合成時に前記の色合成手段に入射する光の角度が画角により異なると、色シェーディングが発生し易いことから、光源部から投射レンズに入射する光は光軸に対し平行に近い光束を用いるのが良い。従って、平行光束を効率良く投射用ズームレンズに取り込むため、縮小側、即ち、光源、液晶パネル等のある側において高いテレセントリック性を持つこと。
スクリーン上での照度を上げて明るいカラー画像を表示するため、光源からの光をなるべく多く投射レンズに取り込めるよう、Ｆ／Ｎｏ．が小さく明るいレンズであること。
スクリーン上で３色を重ね合わせた時に、各色の画素が互いにずれると良好なカラー画像を再現できず、投射画像の辺縁部に青や緑あるいは赤等の縁が現れて投影像の質が劣化するので、倍率色収差が可及的に小さく抑えられていること。投影された画像の輪郭が歪んで見苦しくないように、歪曲収差が可及的に小さく抑えられていること。
プロジェクタの投影像は照度があまり高くなく、中心部に対する周辺部の画像の暗さが目だちやすい。特にコンピュータのデータ等を投影する際等は、画像の周辺部も中心部同様に観察されるため、中心部と周辺部の明るさの違いは極力抑える必要がある。従って、周辺部の開口効率が高いこと。
勿論、鮮明な画像を投影するために、ＭＴＦ、解像力に関わる諸収差が良好に補正されてること。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述した所属性を良好に実現できる投射用ズームレンズの実現を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明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、図１に例示するように、拡大側（第１図の左方）から縮小側（同右方）へ向かって順次、第１ないし第５群Ｇ１〜Ｇ５を配してなり、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間に絞りＳを有する。
第１群Ｇ１は「負の屈折力」を持ち、第２群Ｇ２及び第３群Ｇ３は「正の屈折力」を持つ。第４群Ｇ４は「負の屈折力」を持ち、第５群Ｇ５は「正の屈折力」をそれぞれ有する。従って全体のパワー配置は「負・正・正・負・正」である。広角端から望遠端への変倍に際し、第１群Ｇ１および第５群Ｇ５は固定で、第３群Ｇ３は「第１群Ｇ１から第３群Ｇ３までの距離が単調に減少」するように移動し、第４群Ｇ４は「第４群Ｇ４から第５群Ｇ５までの距離が単調に減少」するように移動する。絞りＳは第３群Ｇ３とともに移動する。
広角端における全系の焦点距離：ｆ、第１群の焦点距離：ｆ1 、第５群の焦点距離:f5 は、条件；
（１）    ０．８＜｜ｆ1｜／ｆ
（２）    ０．８  ＜ｆ5／ｆ
を満足する（請求項１）。
【０００６】
この請求項１記載の投射用ズームレンズにおいて、広角端における第３群Ｇ３の倍率：β3、第４群Ｇ４の焦点距離：ｆ4、第５群Ｇ５に用いられている凸レンズの材質のアッベ数の平均値：ν5Pは、条件；
（３）    −１．３＜β3＜−１．０
（４）      ０．９＜｜ｆ4｜／ｆ＜１．３
（５）        ６０＜ν5P
を満足することができる（請求項２）。
【０００７】
請求項１に記載のように、「負・正・正・負・正」の屈折力を持つ第１群Ｇ１〜第５群Ｇ５より構成することで、３板式液晶プロジェクタに使用するために十分な長いバックフォーカスを確保し、広角端におけるＦ／Ｎｏ．を小さく、広画角と投射用ズームレンズに必要な変倍比の実現を可能としている。
また、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との間に設けられた絞りＳを、広角端から望遠端への変倍に際し、液晶パネル面から遠ざかる動き（拡大側へ向かう動き）をする第３群Ｇ３と一体的に移動させることにより、全系の焦点距離の増加にしたがって、絞り位置が液晶パネルから遠ざかるように、換言すると、焦点距離の伸びに追随するように位置を変えていくので、前側焦点位置と、絞り位置が変倍によっても大きくずれることがなく、変倍の全域で「縮小側におけるテレセントリック性の確保」を可能としている。
【０００８】
条件（１）および（２）は、倍率色収差を低減する条件である。
一般に、レンズにおいては、軸上・軸外とも、光線高が高くなる程各収差の発生量が大きくなる。色収差もその性質は同じで、色間の画素ずれに直接関わる倍率色収差の低減には「軸外光線高の高くなる群」のパワーを制御するのが有効である。
条件（１）、（２）は、絞りから「前後に最も離れている群」、即ち、軸外光線高が最も高くなる群である第１群と第５群のパワーを制限するものであり、各々下限を越えると、パワーの絶対値が大きくなることにより、倍率色収差の発生量が大きくなり、他の群での補正が困難となる。
条件（３）、（４）は、投射用ズームレンズのコンパクトさ、即ち、短いレンズ全長を保ったまま、投射用ズームレンズとして十分な変倍比を確保しつつ、結像性能を低下させないためのものである。
条件（３）の下限を越えると、第２群から第３群に至る軸上光線が、光軸に対し大きな角度を持つため、第１群と第３群との間における諸収差の発生量が大となり、逆に上限を越えると、第３群から第４群に至る軸上光線が光軸に対し大きな角度を持つため、第３群と第５群の間での諸収差の発生量が大となる。また、条件（３）が満足されない状態で、結像性能を満足させようとすると、レンズ全長を拡大し、各群のパワーを小さくする必要が生じる。
条件（４）の上限を越えると、３板式プロジェクタに必要な長いバックフォーカスの確保が困難になり、下限を越えると、特に望遠側において大きな非点収差が発生し、他の群での補正が困難となる。
条件（５）は、倍率色収差を抑えるための条件であり、条件（２）のように第５群のパワーを制御する他に、条件（５）のように、第５群の凸レンズの材質を低分散なものにすることで、倍率色収差を「より小さく」抑えることができる。
【０００９】
上記請求項２記載の投射用ズームレンズにおいては、「第２群に非球面を用いる」ことができる（請求項３）。
即ち、第２群に非球面を用いると、性能のさらなる向上が図られ、特に広角側で「像面がマイナス側に倒れる」のを防ぐのに有効である。
請求項３記載の投射用ズームレンズにおいては、第２群の非球面に加え、第４群中に非球面を採用することができる（請求項４）。このように、第４群にも非球面を用いること像性能の向上につながり、主に望遠側で像面がマイナス側に倒れるのを防ぐのに有効である。
請求項３または４に記載の投射用ズームレンズにおいて、第２群の非球面は、「絞りから最も離れた面」となる「最も第１群寄りの面」に用いることができる（請求項５）。このようにすると、第２群に採用する非球面の効果を、より良く発揮させることができる。
同様に、請求項４記載の投射用ズームレンズにおいて、第４群の非球面は「絞りから最も離れた面」となる「最も第５群寄りの面」に用いることができ（請求項６）、このようにすることにより、第４群に採用する非球面の効果を、よりよく発揮させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態を、図１，図５，図９および図１３に示す。これら実施の形態を示す各図において、「Ｇ１」は第１群、「Ｇ２」は第２群、「Ｇ３」は第３群を示し、「Ｇ４」は第４群、「Ｇ５」は第５群を示す。また「Ｓ」は絞りを示す。  図５の実施の形態において、第２群Ｇ２および第４群には「樹脂レンズ」が貼着され（貼着面は球面）、この樹脂レンズが貼着されたレンズは「ハイブリッドレンズ」であり、上記樹脂レンズの表面が非球面となっている。
また、上記図１，図５，図９，図１３において、符号Ｐは「色合成プリズム」を示す。
【００１１】
【実施例】
図１，図５，図９および図１３に示す各実施の形態に関する具体的な実施例を１例ずつ挙げる。
各実施例において、「Ｒi」はスクリーン側（拡大側）から数えて第ｉ番目の面（絞りの面を含む）の曲率半径、「Ｄi」はスクリーン側から数えて第ｉ番目の面から第ｉ＋１番目の面までの軸上間隔、「Ｎj」はスクリーン側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率を、同様にνjはスクリーン側から数えて第ｊ番目のレンズのアッベ数を示す。また「Ｄ0（ｉ＝０）」は、スクリーンからレンズ第１面までの距離、最終面の「Ｄi」は「色合成プリズムＰの液晶パネル側の面から液晶パネル面までの距離」である。
フォーカシングによる「無限遠からの繰り出し」は、各実施例とも第１群で行い、可変間隔の欄で示す第１群と第２群の間隔は「繰り出し量を含んだ値」である。非球面の表示は、一般に使用される式：
0004083856.tif 000002
において、Ｚを光軸方向の座標、ｈを光軸直交方向の座標とし、軸上曲率半径：Ｒi、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，．．．を与えることにより特定される。
【００１２】
最初に挙げる実施例１は、図１に示した実施の形態に関する実施例である。
0004083856.tif 000003
0004083856.tif 000004
【００１３】
（＊）を付したレンズ面は「非球面」であり、第１４面は絞り面である。また、第２７，２８面は色合成プリズムの面を示す。
非球面：
第７面  k=-0.04322,A=-0.80635E-8,B=-0.19570E-8,C=0.41153E-11,
D=-0.26997E-15,E=-0.14000E-16
第１９面  K=45642.2,A=0.16847E-5,B=-0.73329E-8,C=0.50908E-10,
D=-0.13816E-12
可変量
焦点距離    51.72      61.17    72.17
Ｄ６        1.838     2.01      2.5
Ｄ８        12.566    7.092     2.030
Ｄ１４      8.536     17.524    27.419
Ｄ１９      11.348    7.663     2.339
条件式のパラメータの値
条件（１）のパラメータの値      ０．９
条件（２）のパラメータの値      ０．８５
条件（３）のパラメータの値    −１．２１
条件（４）のパラメータの値      １．０５
条件（５）のパラメータの値    ６６．１
実施例１に関する、広角端（ｆ＝５１，７２）における収差図を図２に、中間焦点距離（ｆ＝６１．１７）における収差図を図３に、望遠端（ｆ＝７２．１７）における収差図を図４に示す。
【００１４】
次に挙げる実施例２は、図５に示す実施の形態に関する実施例である。
【００１５】
0004083856.tif 000005
0004083856.tif 000006
【００１６】
（＊）を付したレンズ面は「非球面」であり、第１５面は絞り面である。また、第２９，３０面は色合成プリズムの面を示す。第７面および、第２１面は「球面レンズをベースとして、樹脂の非球面を成形したハイブリッドタイプ」の非球面であり、（＃）は「樹脂」の屈折率、アッベ数を示す。
非球面：
第７面  k=-0.15258,A=-0.10245E-6,B=-0.54750E-8,C=0.31911E-10,
D=-0.97409E-13,E=0.11019E-15
第２１面  K=45472.1,A=0.19718E-5,B=-0.86057E-8,C=0.58921E-10,
D=-0.15747E-12
可変量：
焦点距離    51.7       61.14    72.17
Ｄ６        3.046     2.391     2.5
Ｄ９        11.414    6.832     2
Ｄ１５      7.679     16.460    26.051
Ｄ２１      10.792    7.248     2.381
条件式のパラメータの値
条件（１）のパラメータの値      ０．８９
条件（２）のパラメータの値      ０．８６
条件（３）のパラメータの値    −１．１３
条件（４）のパラメータの値      １．０３
条件（５）のパラメータの値    ６４．３
実施例２に関する、広角端（ｆ＝５１，７０）における収差図を図６に、中間焦点距離（ｆ＝６１．１４）における収差図を図７に、望遠端（ｆ＝７２．１７）における収差図を図８に示す。
【００１７】
次に挙げる実施例３は、図９に示す実施の形態に関する実施例である。
【００１８】
0004083856.tif 000007
0004083856.tif 000008
【００１９】
（＊）を付したレンズ面は「非球面」であり、第１４面は絞り面である。また、第２７，２８面は色合成プリズムの面を示す。
非球面：
第７面  k=0.43454,A=0.49737E-6,B=-0.16017E-8,C=0.67588E-11,
D=-0.20105E-13,E=0.21832E-16
可変量：
焦点距離    51.8       61.29    72.39
Ｄ６        3.18      2.605     2.5
Ｄ８        12.929    7.343     2.063
Ｄ１４      8.894     18.265    28.808
Ｄ１９      11.761    8.550     3.393
条件式のパラメータの値
条件（１）のパラメータの値      ０．９３
条件（２）のパラメータの値      ０．８８
条件（３）のパラメータの値    −１．０８
条件（４）のパラメータの値      １．１９
条件（５）のパラメータの値    ６６．１
実施例３に関する、広角端（ｆ＝５１，８０）における収差図を図１０に、中間焦点距離（ｆ＝６１．２９）における収差図を図１１に、望遠端（ｆ＝７２．３９）における収差図を図１２に示す。
【００２０】
最後に挙げる実施例４は、図１３に示す実施の形態に関する実施例である。
【００２１】
0004083856.tif 000009
0004083856.tif 000010
【００２２】
（＊）を付したレンズ面は「非球面」であり、第１４面は絞り面である。また、第２７，２８面は色合成プリズムの面を示す。
非球面：
第７面  K=0.08587,A=0.15561E-6,B=-0.20371E-8,C=0.63911E-11,
D=-0.14649E-13,E=0.12477E-16
第１９面  K=55273.31,A=0.18399E-5,B=-0.13572E-8,C=0.79504E-11,
D=-0.32681E-13
可変量
焦点距離    48.36     59.20     72.31
Ｄ６        3.273     2.536     2.5
Ｄ８        13.782    7.720     2.0
Ｄ１４      3.267     14.172    26.282
Ｄ１９      12.745    8.639     2.285
条件式のパラメータの値：
条件（１）のパラメータの値      ０．９９
条件（２）のパラメータの値      ０．９１
条件（３）のパラメータの値    −１．０８
条件（４）のパラメータの値      １．１６
条件（５）のパラメータの値    ６６．１
実施例４に関する、広角端（ｆ＝４８．３６）における収差図を図１４に、中間焦点距離（ｆ＝５９．２）における収差図を図１５に、望遠端（ｆ＝７２．３１）における収差図を図１６に示す。
【００２３】
各収差図において、「Ｇ」は波長５３５ｎｍの光線の収差、「Ｂ」は波長４５０ｎｍの光線の収差、「Ｒ」は波長６２０ｎｍの光線の収差を示し、「Ｍ」は波長５３５ｎｍの光線のメリディオナル像面を、「Ｓ」は同サジタル像面を示す。
また「ω」は半画角を示す。
【００２４】
【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。この投射用ズームレンズは、３板式液晶ディスプレイ用の投射用ズームレンズに求められる諸属性を良好に満足することができる。
即ち、各実施例とその収差図から分かるように、広角端におけるＦ／Ｎｏ．が２．０程度と小さく、半画角：約２３〜２５°程度と広画角で、変倍比：１．４〜１．５を実現している。
各実施例とも、ワイド端における近軸像点位置に対する像面湾曲量は最大でも約０.１５ｍｍ少なく抑えられ、したがって、このレンズを使用した液晶プロジェクタにおいては、平坦な投射画像を得ることができる。
更に、歪曲収差は各実施例とも、広角端において約−２％以内、望遠端において約＋１.５％以内と小さく抑えられ、投射される画像は輪郭の歪みの少ないものとすることができる。
【００２５】
また、各実施例とも高い開口効率を有し、像の周辺部においても中心部に比べて遜色ない明るい像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の投射用ズームレンズのｆ＝５１．７２における断面図である。
【図２】実施例１の投射用ズームレンズのｆ＝５１．７２における収差図である。
【図３】実施例１の投射用ズームレンズのｆ＝６１．１７における収差図である。
【図４】実施例１の投射用ズームレンズのｆ＝７２．１７における収差図である。
【図５】実施例２の投射用ズームレンズのｆ＝５１．７０における断面図である。
【図６】実施例２の投射用ズームレンズのｆ＝５１．７０における収差図である。
【図７】実施例２の投射用ズームレンズのｆ＝６１．１４における収差図である。
【図８】実施例２の投射用ズームレンズのｆ＝７２．１７における収差図である。
【図９】実施例３の投射用ズームレンズのｆ＝５１．８０における断面図である。
【図１０】実施例３の投射用ズームレンズのｆ＝５１．８０における収差図である。
【図１１】実施例３の投射用ズームレンズのｆ＝６１．２９における収差図である。
【図１２】実施例３の投射用ズームレンズのｆ＝７２．３９における収差図である。
【図１３】実施例４の投射用ズームレンズのｆ＝４８．３６における断面図である。
【図１４】実施例４の投射用ズームレンズのｆ＝４８．３６における収差図である。
【図１５】実施例４の投射用ズームレンズのｆ＝５９．２における収差図である。
【図１６】実施例４の投射用ズームレンズのｆ＝７２．３１における収差図である。
【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
Ｓ        絞り
【図１】
0004083856.tif 000011
【図２】
0004083856.tif 000012
【図３】
0004083856.tif 000013
【図４】
0004083856.tif 000014
【図５】
0004083856.tif 000015
【図６】
0004083856.tif 000016
【図７】
0004083856.tif 000017
【図８】
0004083856.tif 000018
【図９】
0004083856.tif 000019
【図１０】
0004083856.tif 000020
【図１１】
0004083856.tif 000021
【図１２】
0004083856.tif 000022
【図１３】
0004083856.tif 000023
【図１４】
0004083856.tif 000024
【図１５】
0004083856.tif 000025
【図１６】
0004083856.tif 000026