(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１共役点側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群そして正の屈折力の第４レンズ群の４つのレンズ群より構成されるズームレンズであって、
ズーミングに際して、該４つのレンズ群を全て独立に移動又は、該第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群をそれぞれ独立に移動させ、前記第４レンズ群を固定とし、
前記第２レンズ群の最も第２共役点側の負レンズの近傍には絞りが設けられており、
該絞りは変倍の際、該第２レンズ群と一体で動き、
該ズームレンズの広角端の焦点距離および前記第１レンズ群の焦点距離をそれぞれfwおよびf1とし、
該絞りから広角端および望遠端における、第３および第４レンズ群の合成系の第１共役点側主平面位置までの距離をそれぞれo1w 、o1t 、広角端と望遠端における該第３および第４レンズ群の合成焦点距離をそれぞれfw34,ft34 としたとき、
0.30 < -fw / f1 < 0.65
0.7 < o1w/fw34 < 1.0
0.7 < o1t/ft34 < 1.2
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群は、広角端から望遠端へのズーミングに際して第２共役点側に移動し、第１レンズ群と第２レンズ群は望遠端のズーム位置にて最も接近し、第３レンズ群は広角端のズーム位置で第４レンズ群に最も接近していることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ群は第１共役点側より順に第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズ、第１共役点側に小さな曲率半径の凸面を向けた正レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項４】
前記第１レンズ群は第１共役点側より順に第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズと第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群中の正レンズの材質の平均屈折率および平均アッベ数を各々ndp 、νdpとしたとき、
1.90 >  ndp > 1.70
52 > νdp > 35
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第１および第２レンズ群の屈折力を各々Φ1 、Φ2 、第１レンズ群と第２レンズ群の広角端および望遠端での主点間隔を各々ew12、et12としたとき、
0.015 < -(ew12/et12)Φ1× Φ2/( Φ1+Φ2) < 0.30
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第２レンズ群の最も第２共役点側には第２共役点側に強い曲率を有する負レンズが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第３レンズ群の焦点距離および該第３レンズ群中の正レンズの合成焦点距離をそれぞれf3、f3p としたとき、
2.5 < f3/f3p < 10.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項９】
広角端での全系の焦点距離をfw、第４レンズ群の焦点距離をf4としたとき、
2.5 < f4 / fw < 5.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影していることを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ及びそれを用いた投影装置に関し、例えば画像（物体）を固定した有限距離にて、物体像を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、大口径かつ画像側での良好なテレセントリック性能を有し、低歪曲・低色収差の高い光学性能を有したレトロフォーカス型のズームレンズ及びそれを用いた投影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、負の屈折力のレンズ群が先行する、所謂ネガティブリード型のズームレンズは広画角化が容易で焦点距離に比して長いバックフォーカスを容易に確保することができ、かつ近接撮影距離での光学性能が良好に維持できる等の特長を有している。一方、ネガティブリード型のズームレンズは変倍の際のレンズ群の移動量が増大し、又、高変倍化が難しい等の欠点を有している。
【０００３】
例えば、第１共役点側より順に負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群、もしくは負、正、正、負の屈折力の４つのレンズ群より構成し、このうち所定のレンズ群を移動させて変倍を行う、所謂４群ズームタイプのズームレンズが数多く提案されている。又、第１共役点側から負、正、正、正の屈折力のレンズ構成より成る４群ズームタイプのズームレンズもいくつか提案されている。
【０００４】
その中で例えば、主に一眼レフカメラ用途向けのものが特開昭60-31110号公報で提案されている。同公報では、負正正の屈折力の３つのレンズ群より成る３群ズームタイプに独立した正の屈折力を有する第４レンズ群を像面近傍に付加した構成より成り、第１から第３レンズ群までの正の屈折力の合成屈折力を弱める作用をし、高画角化および大口径化に有利な構成となっている。
【０００５】
また、液晶プロジェクション用のズームレンズとして本出願人は特願平9-272245号公報において、負、正、正、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群タイプのテレセントリックなズームレンズを提案している。そこでは、各レンズ群の動きは広角端から望遠端への変倍に関して第１〜３レンズ群は大きな共役（物体）側へ、また第４レンズ群は小さな共役（像面）側に移動することを特徴としており、XGA パネルに対応する歪曲・色収差を良好に補正したテレセントリックなズームレンズを提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶素子のような表示画像をスクリーンにコンパクトなレンズ系にて拡大投射する液晶表示装置では、
(ア-1) スクリーン上での高い輝度を確保するために、液晶表示装置で用いる投射レンズの瞳径は大きい方が商品性を考えると好ましい。また、一眼カメラ用の広角ズームレンズのような用途でも、Ｆ値を小さく、すなわち瞳径を大きくした明るい撮影レンズに対するニーズ、期待は大きい。
【０００７】
(ア-2) 液晶素子の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイック膜の角度依存の影響を排除する為、および照明系との良好なマッチングをはかり良好な周辺での照度を確保する為に射出瞳が無限遠にある所謂テレセントリック光学系であることが望ましい。
【０００８】
(ア-3) 通常、表示画像をスクリーン上に上方投射する為に、投射レンズの光軸に対し、液晶表示装置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】
(ア-4) 液晶表示装置の画像をスクリーンに投射したとき、特にレトロフォーカスタイプの投影レンズを用いると、その投影レンズの特有の糸巻き型歪みを目立たなくするために、歪曲収差は多くとも絶対値2%以内におさえる必要がある。また、歪曲収差の出し方も、特に液晶プロジェクション用の投影レンズのような場合は、レンズ光軸を上記のようにシフトして使っている都合上、比較的低い像高から最大像高まで歪曲収差をゆるやかに出す手法が好ましい。
【００１０】
(ア-5) また、3LCD方式の液晶表示装置の画像をスクリーンに投射したとき、各色の画素を中心から周辺まで一致させるために投射レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を低減することが望まれる。
【００１１】
上記、各事項に対し、例えば前記特開昭60-31110号公報では広画角ではあるといっても、瞳径は小さく、また射出瞳位置は有限であり、特に歪曲や色収差に関しては十分な補正がなされているとは言い難かった。
【００１２】
又、カラー液晶プロジェクターにおける投影光学系では投影レンズと液晶素子との間に偏光ビームスプリッターや色分解プリズムを配置している。この為、投影レンズには長いバックフォーカスが必要となってくる。
【００１３】
又、スクリーン面上での色ムラの発生を防止する為には色分解プリズムのダイクロイック面の入射角を投影像原画の任意の位置で一定にする必要がある。この為、投影レンズをテレセントリック系で構成することが必要となっている。
【００１４】
一般に長いバックフォーカスを有するにはレンズ系全体をスクリーン側に負の屈折力のレンズ群を、投影像原画側に正の屈折力のレンズ群を配置した、所謂レトロ型にする必要がある。
【００１５】
しかしながらレトロ型にするとレンズ系が非対称となってくる為に諸収差の発生が多くなり、良好なる光学性能を得るのが難しくなってくる。又、レンズ枚数が増加し、レンズ系全体が複雑化及び大型化してくるという問題点が生じてくる。
【００１６】
又、投影レンズのテレセントリック性を良くしようとすると、レンズ系全体が大型化してくるという問題が生じてくる。又、軸外光束の入射高が高くなり高次の収差が多く発生してくるという問題点が生じてくる。
【００１７】
本発明は、全体として４つのレンズ群より成り、又、レンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体に渡りテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体に渡り良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは第１共役点側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群そして正の屈折力の第４レンズ群の４つのレンズ群より構成されるズームレンズであって、
ズーミングに際して、該４つのレンズ群を全て独立に移動又は、該第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群をそれぞれ独立に移動させ、前記第４レンズ群を固定とし、
前記第２レンズ群の最も第２共役点側の負レンズの近傍には絞りが設けられており、
該絞りは変倍の際、該第２レンズ群と一体で動き、
該ズームレンズの広角端の焦点距離および前記第１レンズ群の焦点距離をそれぞれfwおよびf1とし、
該絞りから広角端および望遠端における、第３および第４レンズ群の合成系の第１共役点側主平面位置までの距離をそれぞれo1w 、o1t 、広角端と望遠端における該第３および第４レンズ群の合成焦点距離をそれぞれfw34,ft34 としたとき、
0.30 < -fw / f1 < 0.65  ・・・・(1)
0.7 < o1w/fw34 < 1.0   ・・・・(5)
0.7 < o1t/ft34 < 1.2   ・・・・(6)
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、広角端から望遠端へのズーミングに際して第２共役点側に移動し、第１レンズ群と第２レンズ群は望遠端のズーム位置にて最も接近し、第３レンズ群は広角端のズーム位置で第４レンズ群に最も接近していることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は第１共役点側より順に第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズ、第１共役点側に小さな曲率半径の凸面を向けた正レンズにより構成されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は第１共役点側より順に第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズと第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズにより構成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群中の正レンズの材質の平均屈折率および平均アッベ数を各々ndp 、νdpとしたとき、
1.90 >  ndp > 1.70
52 > νdp > 35
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第１および第２レンズ群の屈折力を各々Φ1 、Φ2 、第１レンズ群と第２レンズ群の広角端および望遠端での主点間隔を各々ew12、et12としたとき、
0.015 < -(ew12/et12)Φ1× Φ2/( Φ1+Φ2) < 0.30
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第２レンズ群の最も第２共役点側には第２共役点側に強い曲率を有する負レンズが設けられていることを特徴としている。
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群の焦点距離および該第３レンズ群中の正レンズの合成焦点距離をそれぞれf3、f3p としたとき、
2.5 < f3/f3p < 10.0
なる条件を満足することを特徴としている。
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、広角端での全系の焦点距離をfw、第４レンズ群の焦点距離をf4としたとき、
2.5 < f4 / fw < 5.0
なる条件を満足することを特徴としている。
請求項１０の発明の投影装置は、請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズを用いて投影像原画をスクリーン面上に投影していることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は各々本発明の後述する数値実施例１〜７のズームレンズを用いた投影装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図８〜図２１は本発明の後述する数値実施例１〜７の広角端、望遠端の収差図である。
【００２６】
図１〜図７のレンズ断面図において、ＰＬはズームレンズである。Ｌ１は負の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は正の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の弱い第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は正の屈折力の第４群（第４レンズ群）である。
【００２７】
ＳＰは絞り、Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）である。スクリーン面Ｓと原画像ＬＣＤとは共役関係にあり、一般には、スクリーン面Ｓは距離の長い方の共役点（第１共役点）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）に相当している。ＧＢは色合成プリズムや偏光フィルター、そしてカラーフィルター等のガラスブロックである。
【００２８】
ズームレンズＰＬは接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクター本体ＰＢに着装されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子ＬＣＤ側はプロジェクター本体ＰＢに含まれている。
【００２９】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように、図１の数値実施例１では第１群Ｌ１を非直線的に第２共役点（原画像）ＬＣＤ側へ移動させ、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３を第１共役点（スクリーンＳ側）へ移動させると共に第４群Ｌ４は第２共役点（原画像）ＬＣＤ側に移動させている。又、第１群を光軸上移動させてフォーカスを行っている。
【００３０】
図２〜図７の数値実施例２〜７では、第１群Ｌ１を非直線的に第２共役点（原画像）ＬＣＤ側へ移動させ、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３を第１共役点（スクリーンＳ側）へ移動させている。又、第１群を光軸上移動させてフォーカスを行っている。
【００３１】
本発明のズームレンズでは、以下のレンズ構成を特徴としている。
【００３２】
レンズの構成上、絞りＳＰから最も遠い位置に配置される第１レンズ群の屈折力が大きくなると歪曲・倍率色収差の補正が困難になったり、フォーカス時の収差変動が大きくなる。また第２レンズ群の屈折力が大きくなると変倍の際の収差変動が大きくなる傾向を示すため、好ましくない。そのため本発明では、第１および第２レンズ群の屈折力を所望のバックフォーカスを稼ぐ範囲内で小さく設定する系を実現している。
【００３３】
例えば、液晶表示装置（以後像面とよぶ）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、スクリーン側（以後第１共役点側とよぶ）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、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、広角端の焦点距離時に対し、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３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔は増大する様に各レンズ群を適切に移動し、又、レンズ構成の簡易化の為に、数値実施例２〜７では前記第４レンズ群を固定とし、残る前記第１レンズ群、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群を移動して変倍している。
【００３４】
この広角端から望遠端への変倍に関して、前記第１レンズ群を第２レンズ群に近づくように（第２共役点側に）移動させるように変倍することで、第１、第２レンズ群の屈折力を小さく設定でき、大きな変倍比を稼ぐとともに望遠端でレンズ系全体が大きくならずコンパクトなズームレンズを達成している。
【００３５】
さらに、第１レンズ群のレンズ構成として第１共役点側から順にスクリーン側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズ、および第１共役点側に小さな曲率半径の凸面を向けた正レンズを配置している。この負レンズを第１共役点側よりに配置するレンズ構成によれば、又は、複数のレンズより成るレンズ群としたとき、全体として負の屈折力配置となるレンズ構成によれば、第１レンズ群の屈折力を小さく設定することが可能であり、軸外収差量およびフォーカス時の収差変動等を小さく抑えることが可能である。さらなる効果として、レンズ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。
【００３６】
また、第１レンズ群内に配置される前記負レンズは少なくとも２枚にて構成し、その形状は第１共役点側に凸面を向けたメニスカス形状と両レンズ面が凹面の負レンズ、又は２つとも第１共役点側に凸面を向けたメニスカス形状であることにより、主に軸外主光線をゆるやかに屈曲させることができ非点・歪曲・倍率色収差等の発生を抑える効果がある。
【００３７】
なお、条件式（１）は広角端の焦点距離fwおよび第１レンズ群の焦点距離f1の比を特定したものである。
【００３８】
この条件式（１）の下限値をこえると第１レンズ群の屈折力が小さくなりすぎ、フォーカス時の移動量が大きくなりレンズ系構成上十分なスペースを確保するのが困難になったり、機構設計上の制約になるため好ましくない。また、逆に上限値を越えると、第１レンズ群の屈折力が大きくなり、軸外収差補正が困難になるばかりでなく、望遠端への変倍に関して系が大きくなる、バックフォーカスが大きくなりすぎコンパクト化の障害となる、およびフォーカス時の収差変動が大きい等の多くの問題点が発生するため好ましくない。
【００３９】
もしくは、別の第１レンズ群のレンズ構成として図５の数値実施例５では、第１共役点側から順にスクリーン側に凸面を向けた１枚のメニスカス状の正レンズ、および第１共役点側に凸面を向けた少なくとも１枚のメニスカス状の負レンズにより構成することにより、第１レンズ群にて発生する主に歪曲・倍率色収差を最も第１共役点側に配置したメニスカス状の正レンズにより良好に補正することができる。ただし、前記メニスカス状の正レンズの屈折力を大きくしすぎると前玉径が大きくなったり、歪曲収差を高次領域にて強引に補正する形となり前述の歪曲補正方法としては好ましくない。前記正レンズの焦点距離および第１レンズ群の広角端での焦点距離をf1p 、f1w としたとき
1.0 > -f1w / f1p > 0.4
の条件を満たすことが望ましい。
【００４０】
また、絞り位置から最も遠い位置に配置される、前記第１レンズ群に、非球面レンズを採用することにより、効率よく特に歪曲収差を補正することを可能としている。また、前記非球面レンズは特に硝子材に限らない。例えば、PMMAのようなプラスチック材であれば、安価で、軽い高性能レンズを実現できる。
【００４１】
前記第１レンズ群中の正レンズに関しては、その材質の平均屈折率および平均アッベ数を各々ndp 、νdpとしたとき以下の式を満足することが好ましい。
【００４２】
1.90 > ndp > 1.70   (2)
52 >νdp > 35    (3)
条件式（２）は、フォーカス群である第１レンズ群内の正レンズの材質の屈折率を規定するものであり、ペッツヴァール和を小さくための条件式である。この下限値および上限値をこえると像面がアンダーまたはオーバーに倒れる傾向をしめすため好ましくない。
【００４３】
条件式（３）は正レンズの材質のアッベ数に関する規定であり、この下限値、又は上限値をこえると特に倍率色収差の補正が困難になる。また、望ましくはこの正レンズの材質に関して、ランタン系列の高屈折率異常分散硝子を採用することによりズーミングおよびフォーカス時での特に倍率色収差の変動を良好に補正することができる。
【００４４】
また、第１および第２レンズ群の屈折力をΦ1 、Φ2 、また第１および第２レンズ群間の広角端および望遠端での主点間隔をew12、et12としたとき以下の条件式を満足している。
【００４５】
0.015 < -(ew12/et12)Φ1× Φ2/( Φ1+Φ2) < 0.30   (4)
この条件式(4) は変倍に関する条件式であり、下限値を越えてしまうとレンズ系にて十分な変倍比が取れなくなる。逆に上限値をこえると第１レンズ群の屈折力が大きくなり、つれて絞りから後ろの第３、第４レンズ群の屈折力が大きくなるため主に歪曲・倍率色収差および非点収差等の軸外収差補正が困難になる、またはズームストロークが大きくなるなどの不都合が生じる。
【００４６】
また、負、正、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズのように、正レンズ群が多いことによるペッツヴァール和の増大は絞り面近傍である、第２レンズ群の最も第２共役点側および第３レンズ群の最も第１共役点側といった、軸上近軸追跡光線がレンズ面と交わる高さが小さくなるような位置に大きな屈折力を有する負レンズを配置している。絞りは、第２レンズ群中の最も第２共役点側の凹レンズ近傍に配置され、変倍の際に第２レンズ群と一体で動くことが、前玉径の拡大、変倍時の軸外収差変動を防ぐ意味において望ましい。
【００４７】
また、前記絞りから広角および望遠端に関して、第３および第４レンズ群の合成系に関する前側主点位置までの距離をそれぞれo1w 、o1t 、広角端と望遠端における前記合成焦点距離をそれぞれfw34,ft34 としたとき以下の条件式を満足している。
【００４８】
0.7 < o1w/fw34 < 1.0   (5)
0.7 < o1t/ft34 < 1.2    (6)
このレンズ構成により、液晶表示装置側の瞳位置を広角端から望遠端の全領域にて略無限遠方向に配置することが可能となり、例えば液晶プロジェクターのような装置を考えた場合、スクリーン上にて周辺まで高い輝度を維持することが可能となる。この条件式（５）、（６）の上限値および下限値を越えると瞳が近くなり、画面周辺での照度が落ちたり、ダイクロイック膜の角度特性（帯域シフト）によりスクリーン上での色むらの原因となってしまう。特に広角端に関して、条件式（５）の上限値をこえると絞りから後ろのレンズ群の屈折力が大きくなるため歪曲等の軸外収差の補正が困難になり好ましくない。
【００４９】
第３レンズ群に関しては、その合成焦点距離およびレンズ群内の正レンズの合成焦点距離をそれぞれf3、f3p としたとき、以下の条件式（７）を満足することにより第３レンズ群に関して主平面位置を大きく第２共役点側に移すことが可能となり、第２共役点側でのテレセントリック性能および所望のバックフォーカスを確保する目的に対して有利に作用する。
【００５０】
3 < f3/f3p < 10  (7)
本条件式（７）の下限値を越えると、十分なバックフォーカスが得られない、瞳位置が近くなる等の問題が生じる。また逆に上限値をこえると第３レンズ群内正レンズの屈折力が大きくなるため、軸外収差の補正が困難になるため好ましくない。
【００５１】
さらに、前記第３レンズ群に関して、前記絞り近傍の大きな負の屈折力に対して瞳を無限遠方向に位置させるために大きな正の屈折力が必要となるため、収差補正上少なくとも２枚以上で構成することが望ましい。また、この正レンズは軸外収差の発生を抑える意味においても絞り面に対してコンセントリックな形状、つまり像側に凸面を向けたメニスカス レンズであることが好ましい。
【００５２】
また、レンズ構成上主たる変倍に用いる第２レンズ群の屈折力は第１から第４レンズ群中最も大きいが、本発明のような大口径化を実現するために、各第１から第３レンズ群（特に第２レンズ群）の屈折力を小さくする目的にて第４レンズ群の焦点距離をf4としたとき、以下の条件式を満足するように設定することが望ましい。
【００５３】
2.5  < f4 / fw < 5.0   (8)
条件式（８）の下限値をこえると第４レンズ群の屈折力が大きくなり第４レンズ群のレンズ構成を、例えば１枚のレンズにて構成するといった、単純な構成にすることが困難になりレンズ系が大きくなってしまう。また逆に上限値をこえると第４レンズ群の屈折力が小さくなりすぎ、第１から第３レンズ群の屈折力を弱める効果が少なくなり、高性能化の効果がうすれてくる。
【００５４】
また、前記第４レンズ群に、非球面レンズを採用することにより、効率よく特に歪曲収差を補正することが可能となる。また、前記非球面レンズは特に硝子材に限らない。例えば、PMMAのようなプラスチック材であれば、安価で、軽い高性能レンズを実現できる。
【００５５】
次に本発明の各数値実施例に基づき、図を用いてさらに詳細に説明する。
【００５６】
図１の数値実施例１では、広角端から望遠端にかけて第１レンズ群は第２共役点側に移動し、第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、各レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、系のコンパクト化の実現および第１レンズ群の屈折力を弱めて、歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００５７】
第１レンズ群内での屈折力配置に関しては、第１共役点側に負の屈折力を集中して主平面を前玉よりも第１共役点側に移すことにより第１レンズ群に関して、小さな屈折力配置を実現し、主にレトロフォーカスレンズに特有の樽型歪曲収差、倍率色収差等の軸外収差を良好に補正するとともに、F/2.0 、周辺照度比50% といった明るい系を実現しながら、前玉の径を小さく保つことに貢献している。ただし、これ以上に第１レンズ群の負の屈折力を小さくすると、性能上は有利になるが、フォーカス移動量が大きくなりすぎる等の機構面での制約があり好ましくない。ただし、リアプロジェクションテレビ用など所定の投射距離範囲でしか使用しないような場合ではこの限りではない。また、プロジェクションレンズユースを考えると、高輝度化のためにレンズ面は全面多層コートを施すことが望ましい。
【００５８】
また、第３レンズ群の第１共役点側近傍に強い負の屈折力を与えるため負レンズを２枚に分割している。この強い負の屈折力により、効率よくペッツヴァール和を小さくすることができること、さらに瞳およびバックフォーカス確保のレンズ面にて有利に作用している。形状は第２および第３レンズ群全体でガウスタイプに近い形状を有することにより、主に歪曲、コマ等の収差補正には適当である。
【００５９】
本実施例では第４レンズ群も広角端から望遠端に向かって第２共役点側に移動しており変倍に貢献している。ただし、機構設計面で負荷が大きくなる等固定の方が望ましいため、この限りではない。
【００６０】
なお、本実施例のレトロフォーカス型のズームレンズの数値実施例をｍｍ単位で表したとき（以下同じ）４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図８，図９に示す。
【００６１】
図２の数値実施例２では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００６２】
数値実施例１と比較して、本実施例ではペッツヴァール和の補正のための第２レンズ群の第２共役点側に配置される負の屈折力を２枚の負レンズにて分担している。また、第１レンズ群内の正レンズに関して、特に倍率色収差を補正するため、およびフォーカス時の色収差の変動を抑える目的にてランタン系列の異常分散硝子を採用している。
【００６３】
また、第４レンズ群は、レンズ系機構を簡易化するために固定している。その他の点に関しては数値実施例１と同じなので詳細な説明は省略する。
【００６４】
なお、本実施例のレトロフォーカス型のズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図１０，図１１に示す。
【００６５】
図３の数値実施例３では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００６６】
本実施例は、数値実施例２と比較して絞り近傍に配置されていた屈折力分担用の負レンズを省略した系にて構成される。その他の点に関しては数値実施例２と比較して少ない枚数にて構成されている点以外は同じなので詳細な説明は省略する。
【００６７】
なお、本実施例のレトロフォーカス型のズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図１２，図１３に示す。
【００６８】
図４の数値実施例４では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００６９】
本実施例では、フォーカス群である第１レンズ群に一枚のメニスカス状の負レンズを追加して屈折力を分担し、歪曲等の軸外収差の発生を抑えるとともに、小さな屈折力による大きなフォーカス繰り出し時の収差変動（主に像面の倒れ）を防いでいる。またこの第１レンズ群内の負レンズに、低屈折率材の異常分散硝子および正レンズにランタン系列の高屈折率異常分散硝子を採用することにより、ペッツヴァール和および倍率色収差を小さくおさえること、またフォーカス時の像面および色収差変動の低減に大きく貢献している。また、絞り近傍に配置される第２レンズ群の負レンズ、および第３レンズ群の負レンズの材質を屈折率1.7 以下の硝子を選択することで、さらにペッツヴァール和を良好に補正している。その他の点に関しては数値実施例２と同じなので詳細な説明は省略する。
【００７０】
なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図１４，図１５に示す。
【００７１】
図５の数値実施例５では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折率を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００７２】
第１レンズ群内での屈折力配置に関しては、第１共役点側から順に第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズ、第１共役点側に凸面を向けた絞り面に対してコンセントリック形状を有した２枚のメニスカス状の負レンズおよび全体として小さな負の屈折力を有する色消し目的の貼り合わせレンズにて構成されている。また、最も第１共役点側に配置されたメニスカス状の正レンズの焦点距離と第１レンズ群の焦点距離との比は0.56（好ましくは0.5〜0.6 ）と小さな値におさえている。
【００７３】
また、絞り面は第２レンズ群の最も第２共役点側に配置しており、第３レンズ群の最も第１共役点側といった軸上光束高さが低くなるところに大きな負の屈折力を配置してペッツヴァール和の低減およびバックフォーカスを稼いでいる。
【００７４】
第３レンズ群の負レンズの材質に関しては、平均屈折率が1.7 以下になるように選択することでペッツヴァール和の低減を図っている。なお、第４レンズ群は機構簡易化のため固定群となっている。
【００７５】
なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図１６，図１７に示す。
【００７６】
図６の数値実施例６では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、第１，第２，第３レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００７７】
本実施例では、フォーカス群である第１レンズ群の第１共役点側からの２番目の第２メニスカス状の負レンズの第２共役点側のレンズ面に非球面を採用している。これにより、主に歪曲収差を効率よく低減することができ、より高性能化を実現できる。また、この効果により少ないレンズ構成枚数にて系を実現することが可能となり、セットの軽量化が可能である。また、負の屈折力を有した非球面レンズの材質をPMMAのようなプラスチック材とすることで、ペッツヴァール和を低減することができ、より安価に実現可能である。
【００７８】
本実施例では第２メニスカス状の負レンズに非球面を採用したが、この限りでなく歪曲補正目的であるならば第１レンズの第１共役点側のレンズ面等に採用してもよい。この非球面レンズの屈折力は、製造上の誤差、温度等の環境変化に対しても適応性を考えると、本実施例のように全系の屈折力と比して弱く( 屈折力比にて30% 以下) 設定することが好ましい。本プラスチックレンズ面には透過率改善のためソフトコート（低温コート）を施している。その他の点に関しては数値実施例４と同じなので詳細な説明は省略する。
【００７９】
なお、本実施例のレトロフォーカス型のズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図１８，図１９に示す。
【００８０】
図７の数値実施例７では、広角端から望遠端にかけて第１、第２レンズ群の間を狭めるように、また第２、第３レンズ群および第３、第４レンズ群間隔は広がるように、レンズ群を移動することにより十分な変倍比を稼ぐとともに、第１レンズ群の屈折力を弱めて歪曲・倍率色収差を良好に補正している。
【００８１】
本実施例では、第４レンズ群の正レンズの第１共役点側のレンズ面に非球面を採用している。これにより、先の数値実施例６と同様に主に歪曲収差を効率よく低減することができ、より高性能化を実現できる。また、この効果により少ないレンズ構成枚数にて系を実現することが可能となり、セットの軽量化が可能である。また、正の屈折力を有した本非球面レンズの材質をPMMAのようなプラスチック材とすることで、より安価に実現可能である。ただしPMMA材にしたことにより例えば、ペッツヴァール和の増加等により性能面で制約がでる場合はこの限りでなく硝子切削非球面等を採用することも可能である。
【００８２】
この非球面レンズの屈折力も、数値実施例６と同様に製造上の誤差、温度等の環境変化に対しても適応性を考えると、本実施例のように全系の屈折力と比して弱く( 屈折力比にて30% 以下) 設定することが好ましい。本プラスチックレンズ面には透過率改善のためソフトコート（低温コート）を施している。その他の点に関しては数値実施例４と同じなので詳細な説明は省略する。
【００８３】
なお、本実施例のレトロフォーカスズームレンズを４ｍにフォーカスしたときの広角端および望遠端での収差図をそれぞれ図２０，図２１に示す。
【００８４】
図２２は、本発明のテレセントリック系より成るズームレンズとそれを用いた液晶プロジェクター（投影装置）の構成を機能的に表現したもので、該液晶プロジェクター本体を上面からみた概略図である。
【００８５】
同図において、５１は、本発明のズームレンズ（投射レンズ）、５２は該ズームレンズを本体に接続するレンズホルダー、５３は液晶プロジェクター本体の外装部、５４は種々の前記光学部品が入っている光学エンジンボックス、５５はランプリフレクター、５６は色合成プリズムやカラーフィルターのガラスブロック、５７〜５９はＲ、Ｇ、Ｂ各色に対応した画像を表示する液晶表示素子、６０〜６２は該液晶表示素子に入射する光を成形する為のコンデンサーレンズ、６３，６５，６８はダイクロイックミラー（色分解ミラー）又は全反射ミラー、６４，６６はコンデンサーレンズ、６７，６９はダイクロイックミラー、７０，７２は画面上の光量を略均一にするフライアイレンズや光源からの光を有効に使い画面上の光量を増やす為に光の偏光方向をそろえる働きをする偏光変換素子、７１は全反射ミラー、７３は光源である。
【００８６】
同図において光源７３から出た白色光はリフレクター５５で前方に反射され、フライアイレンズ７２や全反射ミラー７１、偏光変換素子７０を通過して略均一な光になり第１のダイクロイックミラー６９に入射する。該第１のダイクロイックミラー６９で例えば２つの色（Ｒ）と（Ｇ，Ｂ）に分解され、一方の光（Ｒ）は透過して第３のダイクロイックミラーまたは全反射ミラー６８に反射されてコンデンサーレンズ６０に入射する。
【００８７】
もう一方の光（Ｇ，Ｂ）は第１のダイクロイックミラー６９で反射されて第２のダイクロイックミラー６７に入射する。該ダイクロイックミラー６７でさらに２つの色ＧとＢに分解され、一方の光Ｇは反射されてコンデンサーレンズ６１に入射する。
【００８８】
もう一方の光Ｂは透過して第１のコンデンサーレンズ６６を透過し、さらに第４のダイクロイックミラーまたは全反射ミラー６５で反射され、第２のコンデンサーレンズ６４を透過して、第５のダイクロイックミラーまたは全反射ミラー６３で反射されコンデンサーレンズ６２に入射する。
【００８９】
前記各コンデンサーレンズ６０〜６２に入射した光は、各色に対応した液晶表示素子５７〜５９を照射し、画像情報を有した光となって該液晶表示素子５７〜５９から射出する。それら３つの光は、色合成プリズム５６によって１つの光に合成され、ズームレンズ５１によってスクリーン上に投影される。
【００９０】
また、場合によっては前記液晶表示素子とコンデンサーレンズの間に、偏光フィルターが配置されることがある。
【００９１】
図２３は該液晶プロジェクターを側面から見た図である。図において、８１は該ズームレンズの光軸、８２は該液晶表示素子の画面中心を垂直に通る軸である。同図において、８１と８２が一致せずにずれていることがわかる。これは、前記液晶表示素子に表示された画像を前記ズームレンズで不図示のスクリーンに投射する際に、該画像を該液晶プロジェクター本体より上側に投射する為である。これにより、スクリーンに対して該液晶プロジェクターより後方で該スクリーン上の画像を観察するとき、該液晶プロジェクター本体が該スクリーン上に投影された画像と重なる部分が少なくなり、観察しやすい画像を提供することが可能になる。
【００９２】
次に本発明のズームレンズの数値実施例を記載する。数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。又、数値実施例における最後の２つの面は、色分解プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター等のガラスブロックを示す。ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。
【００９３】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、
【００９４】
【数１】
0004143170.tif 000002
なる式で表している。又、例えば「Ｄ−０Ｘ」の表示は「１０-X」を意味する。
【００９５】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００９６】
【外１】
0004143170.tif 000003
【００９７】
【外２】
0004143170.tif 000004
【００９８】
【外３】
0004143170.tif 000005
【００９９】
【外４】
0004143170.tif 000006
【０１００】
【外５】
0004143170.tif 000007
【０１０１】
【外６】
0004143170.tif 000008
【０１０２】
【外７】
0004143170.tif 000009
【０１０３】
【表１】
0004143170.tif 000010
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば大口径で、焦点距離に比してバックフォーカスが長く、第２共役点側にて良好なテレセントリック性能を有し、高解像性能を有する低歪曲および色にじみが少ないレトロフォーカス型のズームレンズ及びそれを用いた投射装置を実現することができる。
【０１０５】
特に、本発明によれば以上のように、全体として４つのレンズ群より成り、又、レンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体に渡りテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体に渡り良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズームレンズ及びそれを用いた投影装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の数値実施例１のレンズの断面図
【図２】 本発明の数値実施例２のレンズの断面図
【図３】 本発明の数値実施例３のレンズの断面図
【図４】 本発明の数値実施例４のレンズの断面図
【図５】 本発明の数値実施例５のレンズの断面図
【図６】 本発明の数値実施例６のレンズの断面図
【図７】 本発明の数値実施例７のレンズの断面図
【図８】 本発明の数値実施例１のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図９】 本発明の数値実施例１のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図１０】 本発明の数値実施例２のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図１１】 本発明の数値実施例２のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図１２】 本発明の数値実施例３のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図１３】 本発明の数値実施例３のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図１４】 本発明の数値実施例４のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図１５】 本発明の数値実施例４のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図１６】 本発明の数値実施例５のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図１７】 本発明の数値実施例５のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図１８】 本発明の数値実施例６のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図１９】 本発明の数値実施例６のスクリーンまでの距離４ｍのときの望遠端の収差図
【図２０】 本発明の数値実施例７のスクリーンまでの距離４ｍのときの広角端の収差図
【図２１】 本発明の数値実施例７のスクリーンまでの距離４ｍｍのときの望遠端の収差図
【図２２】  本発明のズームレンズを用いた液晶プロジェクターの要部上面図
【図２３】  本発明のズームレンズを用いた液晶プロジェクターの要部側面図
【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
ＳＰ   絞り
ＧＢ    ガラスブロック
ＬＣＤ  画像表示素子
Ｓ      スクリーン
ＰＬ    ズームレンズ
【図１】
0004143170.tif 000011
【図２】
0004143170.tif 000012
【図３】
0004143170.tif 000013
【図４】
0004143170.tif 000014
【図５】
0004143170.tif 000015
【図６】
0004143170.tif 000016
【図７】
0004143170.tif 000017
【図８】
0004143170.tif 000018
【図９】
0004143170.tif 000019
【図１０】
0004143170.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004143170.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004143170.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
0004143170.tif 000031
【図２２】
0004143170.tif 000032
【図２３】
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