(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成り、望遠端から広角端へのズーミングにおいて前記第２群，第３群及び第４群が拡大側から縮小側に移動する略テレセントリックな投射ズームレンズであって、
前記第２群の最も縮小側に位置するレンズが正レンズであり、前記第２群と前記第３群との間に絞りが位置し、前記第３群が、拡大側より順に、正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負レンズから成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズと、で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする投射ズームレンズ；
-1.5＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
r2A：第２群の最も縮小側に位置するレンズの拡大側の面の曲率半径、
r3A：第３群の最も拡大側の面の曲率半径、
である。
【請求項２】
前記第２群と前記第３群がズーミングの際に同じ動きをすることを特徴とする請求項１記載の投射ズームレンズ。
【請求項３】
拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成り、望遠端から広角端へのズーミングにおいて前記第２群及び第３群が拡大側から縮小側に移動し、前記第４群がズーミングの際に移動しない略テレセントリックな投射ズームレンズであって、
前記第２群の最も縮小側に位置するレンズが正レンズであり、前記第２群と前記第３群との間に絞りが位置し、前記第３群が、拡大側より順に、正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負レンズから成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズと、で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする投射ズームレンズ；
-1.5＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
r2A：第２群の最も縮小側に位置するレンズの拡大側の面の曲率半径、
r3A：第３群の最も拡大側の面の曲率半径、
である。
【請求項４】
前記第１群に少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射ズームレンズに関するものであり、例えば、投影装置(液晶パネルの画像をスクリーン上に投影する液晶プロジェクター等)用の投影光学系として好適な投射ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より様々なタイプの投射ズームレンズが提案されているが、液晶プロジェクター用の投射ズームレンズとしては半画角20°前後のものが主流である(特開平１１−２０２２００号等)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
投射ズームレンズの画角を広くすれば、短い投影距離で表示画像を大きく投影することができる。このため、半画角35°以上の広角タイプの投射ズームレンズが市場で要求されるようになってきている。しかし、広角化すると像面湾曲等の諸収差の補正が困難になる。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、良好な光学性能を有する広角タイプの投射ズームレンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の投射ズームレンズは、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成り、望遠端から広角端へのズーミングにおいて前記第２群，第３群及び第４群が拡大側から縮小側に移動する略テレセントリックな投射ズームレンズであって、前記第２群の最も縮小側に位置するレンズが正レンズであり、前記第２群と前記第３群との間に絞りが位置し、前記第３群が、拡大側より順に、正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負レンズから成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズと、で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-1.5＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
r2A：第２群の最も縮小側に位置するレンズの拡大側の面の曲率半径、
r3A：第３群の最も拡大側の面の曲率半径、
である。
【０００６】
第２の発明の投射ズームレンズは、上記第１の発明の構成において、前記第２群と前記第３群がズーミングの際に同じ動きをすることを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の投射ズームレンズは、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成り、望遠端から広角端へのズーミングにおいて前記第２群及び第３群が拡大側から縮小側に移動し、前記第４群がズーミングの際に移動しない略テレセントリックな投射ズームレンズであって、前記第２群の最も縮小側に位置するレンズが正レンズであり、前記第２群と前記第３群との間に絞りが位置し、前記第３群が、拡大側より順に、正レンズ及び縮小側に凸面を向けた負レンズから成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズと、で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-1.5＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
r2A：第２群の最も縮小側に位置するレンズの拡大側の面の曲率半径、
r3A：第３群の最も拡大側の面の曲率半径、
である。
【０００８】
第４の発明の投射ズームレンズは、上記第１〜第３のいずれか一つの発明の構成において、前記第１群に少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した投射ズームレンズを、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、投影装置(例えば液晶プロジェクター)用の投影光学系として好適なズームレンズであるが、撮像装置(例えばビデオカメラ，デジタルカメラ)用の撮像光学系としても好適に使用可能であることは言うまでもない。
【００１０】
図１〜図３は、第１〜第３の実施の形態のズームレンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、望遠端(T)でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、矢印mj(j=2,3,4)は望遠端(長焦点距離端,T)から広角端(短焦点距離端,W)へのズーミングにおける第ｊ群(Grj)の光軸(AX)に沿った移動をそれぞれ模式的に示しており、破線mj(j=1,4,5)はズーミングにおいて第ｊ群(Grj)が位置固定であることを示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側(つまり被投影側)から数えてi番目の面であり、riに*印が付された面は非球面である。そしてdiが付された軸上面間隔は、拡大側から数えてi番目の軸上面間隔di(i=1,2,3,...)のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。
【００１１】
第１〜第３の実施の形態は、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群(Gr1)と、正のパワーを有する第２群(Gr2)と、正のパワーを有する第３群(Gr3)と、負のパワーを有する第４群(Gr4)と、正のパワーを有する第５群(Gr5)と、から成る、縮小側に略テレセントリックな投射ズームレンズである。第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間には絞り(ST)が配置されており、第５群(Gr5)の縮小側にはクロスダイクロイックプリズムや光束分離プリズム等に相当するプリズム(Pr)が配置されている。プリズム(Pr)の射出面付近には、スクリーン上に投影される画像を表示する表示素子(液晶パネル等)が配置される。
【００１２】
第１の実施の形態(図１)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第４群(Gr4)が拡大側から縮小側に移動する。このズーミングにおいて、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間に位置する絞り(ST)は第２群(Gr2)と共にズーム移動し、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔(d6)及び第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間隔(d11)は増加し、第３群(Gr3)と第４群(Gr4)との間隔(d16)及び第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔(d22)は減少する。なお、第１群(Gr1)，第５群(Gr5)及びプリズム(Pr)はズーミングにおいて位置固定である。
【００１３】
第２の実施の形態(図２)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第４群(Gr4)が拡大側から縮小側に移動する。このズーミングにおいて、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間に位置する絞り(ST)は第２群(Gr2)及び第３群(Gr3)と共にズーム移動し、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔(d6)は増加し、第３群(Gr3)と第４群(Gr4)との間隔(d16)及び第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔(d22)は減少する。第２群(Gr2)と第３群(Gr3)はズーミングの際に同じ動きをするので、このズームレンズはレンズタイプとしての負・正・正・負・正のパワー配置を保持しながら、負・正・負・正の４群ズームとして機能することになる。なお、第１群(Gr1)，第５群(Gr5)及びプリズム(Pr)はズーミングにおいて位置固定である。
【００１４】
第３の実施の形態(図３)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)及び第３群(Gr3)が拡大側から縮小側に移動する。このズーミングにおいて、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間に位置する絞り(ST)は第３群(Gr3)と共にズーム移動し、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔(d6)及び第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間隔(d10)は増加し、第３群(Gr3)と第４群(Gr4)との間隔(d16)は減少する。第４群(Gr4)はズーミングの際に移動しないので、第１群(Gr1)，第４群(Gr4)，第５群(Gr5)及びプリズム(Pr)はズーミングにおいて位置固定である。したがって、このズームレンズはレンズタイプとしての負・正・正・負・正のパワー配置を保持しながら、負・正・正・正の４群ズームとして機能することになる。
【００１５】
第１の実施の形態(図１)において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズ３枚で構成されており、拡大側から数えて４番目の面(r4)は非球面である。第２群(Gr2)は、両凸の正レンズ(2a)と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(2b)と、で構成されている。第３群(Gr3)は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(3a)及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(3b)から成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(3c)と、で構成されている。第４群(Gr4)は、両凹の負レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群(Gr5)は、両凸の正レンズで構成されている。
【００１６】
第２，第３の実施の形態(図２，図３)において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズ３枚で構成されており、拡大側から数えて４番目の面(r4)は非球面である。第２群(Gr2)は、両凸の正レンズ(2a)と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(2b)と、で構成されている。第３群(Gr3)は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(3a)及び縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(3b)から成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(3c)と、で構成されている。第４群(Gr4)は、両凹の負レンズと、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第５群(Gr5)は、拡大側に凸面を向けた平凸の正レンズで構成されている。
【００１７】
上記各実施の形態のように、第１群(Gr1)に少なくとも１面の非球面を有することが収差補正上好ましい。また、負のパワーを有する第１群(Gr1)をズーミング時固定とすることによって、第１群(Gr1)のレンズ径を小さくすることができる。例えば１群繰り出しによるフォーカシング方式を採用した場合でも、第１群(Gr1)のメカ構成が簡単になるとともに径方向にコンパクトになる。したがって、全体として径方向にコンパクトなズームレンズが得られる。
【００１８】
上記各実施の形態では、第２群(Gr2)の最も縮小側に位置するレンズ(2b)が正レンズであり、第３群(Gr3)が、拡大側より順に、正レンズ(3a)及び縮小側に凸面を向けた負レンズ(3b)から成る接合レンズと、縮小側に凸面を向けた正レンズ(3c)と、で構成されている。パワー配置が負・正・正・負・正のレンズタイプにおいて、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)を上記のように構成するとともに、以下の条件式(1)を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式(1A)を満足することが更に望ましい。
【００１９】
-1.5＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1)
-1.1＜(fW／r2A)＋(fW／r3A)＜-0.05  …(1A)
ただし、
fW：広角端(W)での全系の焦点距離、
r2A：第２群(Gr2)の最も縮小側に位置するレンズ(2b)の拡大側の面の曲率半径(図１〜図３中のr9)、
r3A：第３群(Gr3)の最も拡大側の面の曲率半径(図１〜図３中のr12)、
である。
【００２０】
条件式(1)の下限を下回ると歪曲収差が悪化し、逆に条件式(1)の上限を上回ると像面湾曲及び非点隔差が悪化する。したがって条件式(1)、好ましくは条件式(1A)を満たすことにより、広角化によって困難になる像面湾曲や非点収差を良好に補正することができ、良好な光学性能を有する広角タイプの投射ズームレンズを実現することができる。
【００２１】
なお、前述した各実施の形態を構成している各群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で、各群を構成してもよい。また、収差補正を効果的に行うために、各群中の少なくとも１つのレンズ面を非球面で構成してもよい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施した投射ズームレンズの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第３の実施の形態を表すレンズ構成図(図１〜図３)は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００２３】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端(長焦点距離端,T)〜ミドル(中間焦点距離状態,M)〜広角端(短焦点距離端,W)での可変空気間隔である。各焦点距離状態(T),(M),(W)での全系の焦点距離(f,mm)及びＦナンバー(FNO)、並びに条件式対応値を併せて示す。
【００２４】
曲率半径riに*印が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。その非球面データを他のデータと併せて示す。
X(H)＝(C・H2)／{1+√(1-ε・C2・H2)}＋(A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10・H10)  …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H)：高さHの位置での光軸(AX)方向の変位量(面頂点基準)、
H：光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C：近軸曲率(=1／曲率半径)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ai：i次の非球面係数、
である。
【００２５】
図４〜図６は実施例１〜実施例３にそれぞれ対応する収差図であり、(T)は望遠端，(W)は広角端における縮小側での無限遠物体に対する諸収差{左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。Y':最大像高(mm)}を示している。球面収差図において、実線(d)はｄ線に対する球面収差、一点鎖線(g)はｇ線に対する球面収差、二点鎖線(c)はｃ線に対する球面収差、破線(SC)は正弦条件を表している。非点収差図において、破線(DM)はメリディオナル面でのｄ線に対する非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面でのｄ線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲％を表している。なお、各実施例を投射ズームレンズとして投影装置(例えば液晶プロジェクター)に用いる場合には、本来はスクリーン面(被投影面)が像面であり表示素子面(例えば液晶パネル面)が物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系(例えば撮像光学系)とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面で光学性能を評価している。
【００２６】
0004099938.tif 000002
0004099938.tif 000003
【００２７】
0004099938.tif 000004
【００２８】
0004099938.tif 000005
0004099938.tif 000006
【００２９】
0004099938.tif 000007
【００３０】
0004099938.tif 000008
0004099938.tif 000009
【００３１】
0004099938.tif 000010
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、良好な光学性能を有する広角タイプ(例えば半画角35°以上)の投射ズームレンズを実現することができる。そして、本発明に係る投射ズームレンズを液晶プロジェクター等の投影装置に使用すれば、従来よりも短い投影距離で表示画像を大きく投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。
【図４】実施例１の収差図。
【図５】実施例２の収差図。
【図６】実施例３の収差図。
【符号の説明】
Gr1  …第１群
Gr2  …第２群
ST  …絞り
Gr3  …第３群
Gr4  …第４群
Gr5  …第５群
【図１】
0004099938.tif 000011
【図２】
0004099938.tif 000012
【図３】
0004099938.tif 000013
【図４】
0004099938.tif 000014
【図５】
0004099938.tif 000015
【図６】
0004099938.tif 000016