(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変倍の際に固定で２枚以上の負レンズのみから構成される負の屈折力のＮ群を最も拡大側に、変倍の際に固定で正の屈折力のＰ群を最も縮小側に各々配置してなる、投映レンズとして用いられるズームレンズにおいて、
前記Ｎ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面と前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面との２面が、光軸上の厚みが薄い樹脂材料とガラスレンズとを接合してなる複合レンズの、該ガラスレンズに接合されていない側の該樹脂材料の面が非球面とされた複合非球面で構成され、該２面のうち一方が正の面屈折力を有し、他方が負の面屈折力を有するように構成されており、
縮小側がテレセントリックな光学系とされていることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記Ｎ群がフォーカス調整用のレンズ群とされていることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
請求項１または２記載のズームレンズを投映レンズとして搭載したことを特徴とする投写光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ、撮像管などの撮像素子や、フィルム等を用いたカメラに使用される結像レンズ、および投写型テレビの投映レンズ等のズームレンズに関し、特に液晶表示素子やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を用いた投映レンズとして用いられるズームレンズおよびこれを搭載した投写光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子やＤＭＤなどを用いた投写型テレビの投映レンズは、投写型テレビの様々な使用環境に応じ、投映レンズの広角化や明るさの向上を図りたいとの要望が強くなってきている。
このような要望に鑑み、特開平１０−２６８１９３号公報や特開２０００−２９２７０１号公報に記載された技術が知られている。
【０００３】
ところで、このような投写型テレビの投映レンズにおいては、その縮小側にクロスダイクロイックプリズムや全反射プリズム等を配置した場合には、縮小側がテレセントリックとなるような光学系とする必要があるが、この縮小側テレセントリック性という要件により、投映レンズのディストーション補正がより困難なものとされる。
このため、上述した公報記載の技術においては、ディストーションの補正を少しでも良好なものとするために、最も拡大側に、凸レンズを用いてディストーションの補正を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報記載技術のように、投映レンズにおいて、最も拡大側のレンズを凸レンズによって構成すると、レンズ径の大型化等によって、レンズ系全体のコンパクト化が阻害される。
【０００５】
一方、ディストーション等の収差補正にはレンズ面を非球面により形成することが有効であることが知られている。
非球面としては、ガラスレンズのレンズ面そのものを非球面形状に加工したものや、プラスチックレンズのレンズ面を非球面加工したものがある。
しかし、ガラスレンズを非球面加工すること自体がコスト的に不利であり、また、投映レンズのディストーション補正に効果のある拡大側や縮小側のレンズに用いようとするとレンズ径が大きくなり実際のレンズ製造が極めて難しくなる。
【０００６】
一方、プラスチックレンズを非球面加工した場合、プラスチック自体の温度による光学特性の変化が大きいため、特に、このプラスチックレンズ自体に大きな屈折力を持たせると、温度変化による光学特性の変化が小さい投映レンズの設計が難しくなる。使用するプラスチックレンズに大きな屈折力をもたせないようにすれば、ディストーション等の収差補正上は大いに改善されるが、投映レンズの小型化を図ることは困難となる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなさたもので、温度変化による光学特性の変化が小さく、諸収差、特にディストーションが良好に補正された明るくコンパクトで安価なズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、変倍の際に固定で２枚以上の負レンズのみから構成される負の屈折力のＮ群を最も拡大側に、変倍の際に固定で正の屈折力のＰ群を最も縮小側に各々配置してなる、投映レンズとして用いられるズームレンズにおいて、
前記Ｎ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面と前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面との２面が、光軸上の厚みが薄い樹脂材料とガラスレンズとを接合してなる複合レンズの、該ガラスレンズに接合されていない側の該樹脂材料の面が非球面とされた複合非球面で構成され、該２面のうち一方が正の面屈折力を有し、他方が負の面屈折力を有するように構成されており、
縮小側がテレセントリックな光学系とされていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記Ｎ群は、拡大側から、負レンズ、負レンズと薄肉のプラスチック非球面レンズからなる複合非球面レンズ、および負レンズがこの順に配列されてなるものであるとすることが可能である。
また、前記Ｐ群は、拡大側から、負レンズと正レンズとを接合してなる接合レンズ、正レンズ、および正レンズと薄肉のプラスチック非球面レンズからなる複合非球面レンズがこの順に配列されてなるものであるとすることが可能である。
また、前記Ｎ群は、３枚のレンズで構成され、前記複合非球面が最も拡大側のレンズと接合されたプラスチックレンズの縮小側の面のみに形成されてなるものであるとすることが可能である。
また、本発明のズームレンズは、拡大側から、前記Ｎ群からなる第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、正の第３レンズ群と、負の第４レンズ群と、前記Ｐ群からなる第５レンズ群とを順に配列してなるものであるとすることが可能である。
【００１０】
また、前記Ｎ群をフォーカス調整用のレンズ群とすることが好ましい。
【００１１】
さらに、前記Ｎ群および前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうち２面が前記複合非球面として形成され、該２面のうち一方が正の面屈折力を有し、他方が負の面屈折力を有するように構成することが好ましい。
【００１２】
【作用】
本発明のズームレンズによれば、ディストーションの補正に有効な、最も拡大側のレンズ群である前記Ｎ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面と最も縮小側のレンズ群である前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面との２面に非球面を設けるようにしているので、最も拡大側から、少なくとも２枚のレンズを負レンズとすることが可能となり、ディストーションの補正を良好なものとしつつレンズの小径化を図ることが可能となる。
【００１３】
しかも、上記非球面は、光軸上の厚みが薄い樹脂材料とガラスレンズとが接合されたものにおいて、ガラスレンズと接合されていない側の該樹脂材料の面が非球面とされた複合非球面で構成されているので、ガラスレンズに非球面を形成する際の製造困難性およびコスト高を緩和しつつ、プラスチックレンズにおける温度変化による光学特性の変化が大きいという問題を緩和することができる。
【００１４】
また、縮小側がテレセントリックな光学系の場合には、ディストーションが発生しやすいので、上記のような構成とすることの意義は大きい。
【００１５】
また、最も拡大側のレンズ群によってフォーカス調整を行うようにすれば、このズームレンズを搭載する投射型光学装置等において、調整機構を操作し易い位置に取り付けることが容易となるので便利である。また、縮小側がテレセントリックである場合には、テレセントリック性の維持を困難とする、縮小側のレンズ群によるフォーカス調整を回避できるので、最も拡大側のレンズ群によってフォーカス調整を行うことは意義がある。
【００１６】
さらに、前記Ｎ群および前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうち２面が前記複合非球面として形成され、該２面のうち一方が正の面屈折力を有し、他方が負の面屈折力を有するように構成することで、温度変化による性能劣化をさらに軽減することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下４つの実施例について具体的に説明するが、各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
図１は、投写光学装置の投映レンズに適用した実施例１のズームレンズの基本構成を示すもので、Ｗは広角端におけるレンズ構成、Ｔは望遠端におけるレンズ構成を示す。なお、図１中には拡大側から望遠側に到る各レンズの移動軌跡が示されている（後述する図２、図３、図４において同じ）。
この実施例１のズームレンズは、図１に示すように、拡大側から、負の第１レンズ群Ｇ１と、正の第２レンズ群Ｇ２と、正の第３レンズ群Ｇ３と、負の第４レンズ群Ｇ４と、正の第５レンズ群Ｇ５とを順に配列してなり、縮小側がテレセントリックな光学系となっている。
【００１９】
ここで、上記第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から、負のレンズＬ１、負のレンズＬ２と薄肉のプラスチック非球面レンズＬ３からなる複合非球面レンズ、および負のレンズＬ４がこの順に配列されてなる。また上記第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から、正のレンズＬ５、および正のレンズＬ６と負のレンズＬ７を接合してなる接合レンズ、ならびにマスク３がこの順に配列されてなる。また上記第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から、正のレンズＬ８と負のレンズＬ９をこの順に接合してなる接合レンズからなる。また上記第４レンズ群Ｇ４は、負のレンズＬ１０のみからなる。さらに上記第５レンズ群Ｇ５は、拡大側から、負のレンズＬ１１と正のレンズＬ１２を接合してなる接合レンズ、正のレンズＬ１３および正のレンズＬ１４と薄肉のプラスチック非球面レンズＬ１５からなる複合非球面レンズがこの順に配列されてなる。
【００２０】
また、上記２つの複合非球面レンズは、特に光軸上の厚みが薄いプラスチックレンズＬ３、Ｌ１４とガラスレンズＬ２、Ｌ１５とが接合されてなり、ガラスレンズＬ２、Ｌ１５に接合されていない側のプラスチックレンズ面が非球面とされている。
【００２１】
また、上記第１レンズ群Ｇ１は、変倍の際に固定でフォーカシング機能を有し、上記第２、３、４の各レンズ群Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は、相互に関係をもって移動することで、連続変倍、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正を行なう機能を有する。なお第５レンズ群Ｇ５は変倍の際に固定のリレーレンズである。
【００２２】
また、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるよう構成されてなり、これによりレンズ全系のコンパクト化を促進することができる。
【００２３】
なお、第５レンズ群Ｇ５の縮小側には、赤外線をカットするフィルタやローパスフィルタさらには色合成光学系（色分解光学系）２、および液晶表示パネルやＤＭＤ等の画像変調ライトバルブ１が配列されており、さらに、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、図面上下方向（タンジェンシャル方向）の周辺光束をカットするマスク３が配されている。
【００２４】
また、本実施形態のズームレンズにおいては、最も拡大側のレンズ群によってフォーカス調整がなされるようになっている。
【００２５】
次に、この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを下記表１に示す。なお、表１および後述する表３、５、７における数値は全系の焦点距離を１で規格化した場合の値を示すものである。
ただし、この表１および後述する表２、３、４において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００２６】
また、広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の距離（移動３）および第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の距離（移動４）を表１の下段に示す。
なお、移動１におけるカッコ内の値は共役長114.8の場合の間隔である。
【００２７】
【表１】
0004060075.tif 000002
【００２８】
また、上述した複合非球面の非球面形状は、下記非球面式によって表される（後述する各実施例においても同じ）。
【００２９】
【数１】
0004060075.tif 000003
【００３０】
また、表２は、本実施例の複合非球面の非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。
【００３１】
【表２】
0004060075.tif 000004
【００３２】
図５は実施例１のズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている（図６、７、８についても同じ）。
この図５から明らかなように、実施例１のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。
【００３３】
＜実施例２＞
次に、実施例２のズームレンズについて説明する。
この実施例２のズームレンズは、図２に示すように上記実施例１のズームレンズとほぼ同様の５群のレンズ構成とされている。
この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを下記表３に示す。
【００３４】
また、広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の距離（移動３）および第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の距離（移動４）を表３の下段に示す。
なお、移動１におけるカッコ内の値は共役長114.9の場合の間隔である。
【００３５】
【表３】
0004060075.tif 000005
【００３６】
また、表４は、本実施例の複合非球面の非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。
【００３７】
【表４】
0004060075.tif 000006
【００３８】
図６は実施例２のズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図６から明らかなように、実施例２のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。
【００３９】
＜実施例３＞
次に、実施例３のズームレンズについて説明する。
この実施例３のズームレンズは、図３に示すように上記実施例１のズームレンズとほぼ同様の５群のレンズ構成とされているが、主として、複合非球面が第５レンズ群Ｇ５の最も縮小側のレンズＬ１４と接合されたプラスチックレンズＬ１３の拡大側の面のみに形成されており、また、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズが拡大側から負のレンズＬ５、正のレンズＬ６の順に配列されている点で上記実施例１のものとは異なっている。
この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを下記表５に示す。
【００４０】
また、広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の距離（移動３）および第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の距離（移動４）を表５の下段に示す。
なお、移動１におけるカッコ内の値は共役長115.8の場合の間隔である。
【００４１】
【表５】
0004060075.tif 000007
【００４２】
また、表６は、本実施例の複合非球面の非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。
【００４３】
【表６】
0004060075.tif 000008
【００４４】
図７は実施例３のズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図７から明らかなように、実施例３のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。
【００４５】
＜実施例４＞
次に、実施例４のズームレンズについて説明する。
この実施例４のズームレンズは、図４に示すように上記実施例１のズームレンズとほぼ同様の５群のレンズ構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ１が３枚のレンズＬ１〜Ｌ３で構成され、複合非球面が第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側のレンズＬ１と接合されたプラスチックレンズＬ２の縮小側の面のみに形成されており、また、第２レンズ群Ｇ２は独立の３枚のレンズＬ４〜Ｌ６により構成されており、さらに、マスク３が設けられていないという点で上記実施例１のものとは異なっている。
この実施例４における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを下記表７に示す。
【００４６】
また、広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の距離（移動１）、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の距離（移動２）、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の距離（移動３）および第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の距離（移動４）を表７の下段に示す。
なお、移動１におけるカッコ内の値は共役長105.2の場合の間隔である。
【００４７】
【表７】
0004060075.tif 000009
【００４８】
また、表８は、本実施例の複合非球面の非球面形状を上記非球面式で表した場合の非球面係数を示すものである。
【００４９】
【表８】
0004060075.tif 000010
【００５０】
図８は実施例４のズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図８から明らかなように、実施例４のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。
【００５１】
次に、上述したズームレンズに係る投映レンズを搭載した投写光学装置の一例を図９により説明する。
図９に示す投写光学装置は、色順次式の技術が導入され、反射型液晶表示素子を用いた投写型表示装置の構成を示すものである。
【００５２】
この投写型表示装置は、発光体１１１およびリフレクタ１１２からなる光源部１０１と、この光源部１０１から発せられた光束のうち所定波長の光を選択透過させる円板１３２を回転モータ１３１により回転自在としたカラーホイール部１０３と、カラーホイール部１０３により選択透過された色光をミキシングして、光量分布の均一化を図るためのロッドインテグレータ１０２と、収束レンズ１２２と、コリメータレンズ１２４と、入射光を偏光面１６１において変向せしめる偏光ビームスプリッタ１６０と、入射光を選択的に反射せしめ画像情報を担持せしめた色光を生成する反射型液晶表示素子１４０と、画像情報を担持せしめた色光を図示されないスクリーン上に投映する投映レンズ１７０（模式的に示されている）とを備えてなる。
【００５３】
また、上記ロッドインテグレータ１０２に替えてフライアイインテグレータを用いることも可能である。さらに、反射型液晶表示素子１４０に替えて透過型液晶表示素子やDMDを用いることも可能である。
【００５４】
なお、本発明のズームレンズおよび投写光学装置としては上記実施例のものに限られるものではなく、例えばズームレンズの各レンズ群を構成するレンズの枚数および形状は適宜選択し得る。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のズームレンズによれば、ディストーションの補正に有効な、最も拡大側のレンズ群である前記Ｎ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面と最も縮小側のレンズ群である前記Ｐ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１面との２面に非球面を設けるようにしているので、最も拡大側から、少なくとも２枚のレンズを負レンズとすることが可能となり、ディストーションの補正を良好なものとしつつズームレンズ全体の小型化を図ることが可能となる。
【００５６】
さらに、上記非球面は、光軸上の厚みが薄い樹脂材料とガラスレンズとが接合されたものにおいて、ガラスレンズと接合されていない側の該樹脂材料の面が非球面とされた複合非球面で構成されているので、ガラスレンズに非球面を形成する際の製造困難性およびコスト高を緩和しつつ、プラスチックレンズにおける温度変化による光学特性の変化が大きいという問題を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係るズームレンズの広角端（ワイド）と望遠端（テレ）のレンズ構成図
【図２】実施例２に係るズームレンズの広角端（ワイド）と望遠端（テレ）のレンズ構成図
【図３】実施例３に係るズームレンズの広角端（ワイド）と望遠端（テレ）のレンズ構成図
【図４】実施例４に係るズームレンズの広角端（ワイド）と望遠端（テレ）のレンズ構成図
【図５】実施例１に係るズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）、望遠端（テレ）における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）
【図６】実施例２に係るズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）、望遠端（テレ）における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）
【図７】実施例３に係るズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）、望遠端（テレ）における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）
【図８】実施例４に係るズームレンズの広角端（ワイド）、中間（ミドル）、望遠端（テレ）における各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）
【図９】本発明の実施形態に係る、反射型液晶表示素子を用いた投写光学装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ１５  レンズ
Ｒ１〜Ｒ２８  レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ２７  レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ      光軸
１      画像変調ライトバルブ
２      赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ、色合成フィルタ
３      マスク
１０１      光源部
１０３      カラーホイール部
１６０      偏光ビームスプリッタ
１４０      反射型液晶表示素子
１７０      投映レンズ
【図１】
0004060075.tif 000011
【図２】
0004060075.tif 000012
【図３】
0004060075.tif 000013
【図４】
0004060075.tif 000014
【図５】
0004060075.tif 000015
【図６】
0004060075.tif 000016
【図７】
0004060075.tif 000017
【図８】
0004060075.tif 000018
【図９】
0004060075.tif 000019