JP2005062225A - ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわた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有する画像投射装置を得ること。
【解決手段】前方側より後方へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群正の屈折力を有する第６レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して少なくとも４つのレンズ群が移動するズームレンズであって、該第１レンズ群の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１、該第１レンズ群の全長をＬ_１、該第６レンズ群は、１以上の正レンズを有し、該１以上の正レンズの材料の平均アッベ数をν_ｄ、平均部分分散比をθ_ｇＦを適切に設定したこと。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、例えば広画角で長いバックフォーカスを有し、照明系との瞳整合性が良好に保たれた、コンパクトなズームレンズであって高精細モバイル液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
この他本発明はレンズシャッターカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のうち比較的にバックフォーカスの長いカメラ（光学機器）に最適な高い光学性能を有したズームレンズに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、液晶表示素子等の表示素子を用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投射する液晶プロジェクター（画像投射装置）が種々提案されている。
【０００４】
特に、液晶プロジェクターはパソコン等の画像を大画面に投影してみることができる装置として会議およびプレゼンテーション等に広く利用されている。
【０００５】
液晶表示素子を３枚使用する３板方式のカラー液晶プロジェクション装置では、液晶表示素子により変調された色光を合成するダイクロイックプリズムおよび偏光板等の素子を配置するスペースを液晶表示素子と投写レンズとの間に設けなければならず、投写レンズに関してある一定長のバックフォーカスを確保することが必要となる。
【０００６】
カラー液晶プロジェクターに用いる投影光学系（投写レンズ）としては、
・前記ダイクロイックプリズムに設けている色合成膜の角度依存の影響を極小にする為、また照明系との良好な瞳整合性を確保するために液晶表示素子（縮小）側の瞳が無限遠方にある所謂テレセントリック光学系であること、
・３色の液晶表示素子の絵（画像）をスクリーンに合成投写したとき、パソコンの文字等が二重に見えたりして解像感および品位がそこなわれないように各色の画素を画面の全域にて重ね合わせられなければならない。そのため、投写レンズにて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光広帯域において良好に補正されていること、
・また、投影された画像に関して輪郭部で歪んで見苦しくならないように歪曲収差も良好に補正されていること、
等が要望されている。
【０００７】
また最近では、画面の高輝度・画像の高精細化といったニーズの一方で、小型パネル搭載のプロジェクターには機動・携帯性を重視した装置の小型・軽量化が求められている。
【０００８】
従来より液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側（前方）より順に負・正・正・負・正（もしくは負）・正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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ズーミングを行っている６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００９】
この６群ズームレンズは第１および６レンズ群をズーミングの為に固定として広角端〜望遠端へのズーミングに際してレンズ系内部の第２〜第５レンズ群を全て縮小共役側（後方側）へ移動するため、ズーミング時レンズ全長は一定に保たれており、またズーミングの際の歪曲収差と色収差を少なくしたテレセントリック性となっている。
【００１０】
この他の従来の液晶プロジェクター用の投写レンズとして、拡大側（前方）より順に負、正、正、負、正、正の屈折力の第１〜第６レンズ群の配列による全体として６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ズーミングを行っている６群ズームレンズが提案されている（例えば特許文献２）。この６群ズームレンズは、第１、４及び６レンズ群を固定として広角端から望遠端への変倍に際してレンズ系内部の第２、３及び５レンズ群を移動させるため、レンズ全長が一定に保たれ、変倍時の色収差等の諸収差の変動を抑えたテレセントリック性となっている。
【特許文献１】
特開２００１−２３５６７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０８９００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
現在、液晶プロジェクターの更なる小型の要望とともに、特にホームシアター用に大きなメリットとなる近距離投影できること、つまり液晶プロジェクターの広画角化が強く求められている。
【００１２】
また投影映像の高輝度化を目的として投影レンズとして明るい大口径比のものが求められている。
【００１３】
特開２００１−２３５６７９号公報で開示されている６群ズームレンズでは、最も拡大側（前方）に正の屈折力のレンズ群が配置されているため、歪曲収差の補正が有利である。しかしながら、前玉径等が大型化するのと、最も縮小側（後方）に付加されている第６レンズ群に屈折率が小さい硝材が選択されているため特に軸外光束に対する収差補正が困難となる傾向があった。
【００１４】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわた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有する画像投射装置の提供を目的とする。
【００１５】
この他本発明は、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に好適なズームレンズの提供を目的とする。
【００１６】
【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、前方より後方へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、正の屈折力を有する第６レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して少なくとも４つのレンズ群が移動するズームレンズであって、該第１レンズ群の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１、該第１レンズ群の全長をＬ_１、該第６レンズ群は、１以上の正レンズを有し、該１以上の正レンズの材料の平均アッベ数をν_ｄ、平均部分分散比をθ_ｇＦ、ｇ、ｄ、Ｆ、Ｃ線における材料の屈折率を各々ｎ_ｇ、ｎ_ｄ、ｎ_Ｆ、ｎ_ｃとし、
ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
θ_ｇＦ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ） とするとき、
０．００＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３８
−０．０１５＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明のズームレンズは、前方側より後方へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、正の屈折力を有する第６レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して少なくとも４つのレンズ群が移動するズームレンズであって、該第１レンズ群の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１、該第１レンズ群の全長をＬ_１、該第５、第６レンズ群は各々１以上の正レンズを有し、これら１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_５６ｐとするとき、
０．００＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３８
１．６２＜Ｎ_５６ｐ＜１．８５
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において前記第５レンズ群は１以上の正レンズを有し、該第５レンズ群の１以上の正レンズと前記第６レンズ群の１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_５６ｐとするとき、
１．６２＜Ｎ_５６ｐ＜１．８５
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の発明において前記第１、第６レンズ群はともにズーミングの為には後方の共役面に対して固定であることを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の発明において前記第２〜第５レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際していずれも前方側へと移動することを特徴としている。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項の発明において広角端における前記第２、第３レンズ群の合成の、結像倍率をβ_２３ｗとするとき
０．１＜−β_２３ｗ＜１．０
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項の発明において広角端における前記第４レンズ群の結像倍率をβ_４ｗとするとき、
１＜β_４ｗ＜５
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項の発明において１枚以上の非球面レンズを含むことを特徴としている。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項の発明において前記第５レンズ群は、前方から後方に順に、両レンズ面が凹面の負レンズと、２枚以上の正レンズより成ることを特徴としている。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項の発明において広角端における全系の焦点距離をｆ_ｗ、前記第６レンズ群の焦点距離をｆ_６とするとき、
１．２＜ｆ_６／ｆ_ｗ＜３．０
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれか１項の発明において前記第６レンズ群は、１以上の正レンズを有し、該１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_６ｐとするとき、
１．７０＜Ｎ_６ｐ＜１．８５
の条件式を満足することを特徴としている。
【００２７】
請求項１２の発明は、請求項１から１１のいずれか１項の発明において前記第１レンズ群は光軸上移動して、フォーカス調整を行うことを特徴としている。
【００２８】
請求項１３の発明の画像投射装置は請求項１乃至１２のいずれか１項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射していることを特徴としている。
【００２９】
請求項１４の発明の光学機器は請求項１乃至１２のいずれか１項のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例１の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３ｍのときの広角端（短焦点距離側）と望遠端（長焦点距離側）における収差図である。
【００３１】
図３は本発明の実施形態２のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例２の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．８ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
【００３２】
図５は本発明の実施形態３のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
【００３３】
図７は本発明の実施形態４のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．３ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
【００３４】
図９は本発明の実施形態５のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の要部概略図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施形態１に対応する後述する数値実施例５の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．１ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）における収差図である。
【００３５】
図１、図３、図５、図７、図９の実施形態１〜５における画像投射装置ではＬＣＤの原画（被投影画像）をズームレンズ（投影レンズ、投写レンズ）ＰＬを用いてスクリーン面Ｓ上に拡大投影している状態を示している。
【００３６】
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（被投影画像）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）で拡大側（前方側）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）で縮小側（後方側）に相当している。尚、ズームレンズを撮影系として用いるときは、スクリーン面Ｓ側が物体側、厚画像ＬＣＤ側が撮像面となる。
【００３７】
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。
【００３８】
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（不図示）に装着されている。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に含まれている。
【００３９】
Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正又は負の屈折力の第５レンズ群、Ｌ６は正の屈折力の第６レンズ群である。
【００４０】
各実施形態では広角端から望遠端へのズーミング（変倍）に際して矢印のように第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側である第１共役点側（スクリーンＳ側）へ独立に移動させている。ズーミングの為には、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６は固定である。又、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。尚、フォーカスは表示パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。
【００４１】
絞りは第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５との間に設けている、各レンズ面には反射防止用の多層コートが施されている。
【００４２】
図２、図４、図６、図８、図１０の収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６１０ｎｍ、Ｂは波長４５０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。ＦはＦナンバーである。ωは半画角である。
【００４３】
次に各実施形態のズームレンズの特徴について説明する。
【００４４】
第１レンズ群Ｌ１の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１第１レンズ群Ｌ１の全長をＬ_１、第６レンズ群Ｌ６は１以上の正レンズを有し、１以上の正レンズの材料の平均アッベ数をν_ｄ、平均部分分散比をθ_ｇＦ（第６レンズ群Ｌ６が１枚の正レンズより成るときは、該正レンズの材料のアッベ数をνｄ、部分分数比をθ_ｇＦとする）ｇ、ｄ、Ｆ、Ｃ線における材料の屈折率を各々ｎ_ｇ，ｎ_ｄ，ｎ_Ｆ，ｎ_Ｃとし、
ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
θ_ｇＦ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）とするとき、
０．００＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３８ （１）
−０．０１５＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４（２）
の条件式を満足している。
【００４５】
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の構成により、広画角化および長いバックフォーカスを確保するといった特徴を引き出している。反面高変倍化が難しい点に対しては、ズーミングにおける可動成分を４成分（４つのレンズ群）とすることによりコンパクトな光学系を実現している。条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１の主平面位置に関する規定である。条件式（１）の下限を超えるとレンズ全長等、光学系全体をコンパクトに設計できるメリットはあるものの、歪曲などの軸外収差の補正が困難となる。逆に上限を超えると収差補正の面では有効であるが前玉径およびレンズ全長が大型化するため好ましくない。条件式（２）は第６レンズ群Ｌ６を構成する正レンズの材料について、固有の部分分散比（θ_ｇＦ）とアッベ数から算出されるｎｏｒｍａｌ−ｌｉｎｅ（Ｋ７−Ｆ２を結んだ標準硝材ライン）値との差を規定するものであり、所謂異常分散度と呼ばれる特性をあらわしている。条件式（２）下限を超えると特に短波長（青紫）側の倍率色収差の補正が困難となる。条件式（２）を満足する硝子材としては例えば（株）オハラ社の材料では、屈折率が高いフリント系列の、Ｂａ（バリウム）・Ｔｉ（チタン）系が適用できる。
【００４６】
第５レンズ群Ｌ５と第６レンズ群Ｌ６は各々１以上の正レンズを有し、これら１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_５６Ｐとするとき、
１．６２＜Ｎ_５６ｐ＜１．８５ （３）
の条件式を満足している、
条件式（３）は、主に絞りから縮小共役側に配置される正レンズの材料に関する屈折率の条件を規定するものである。レトロフォーカスタイプを用いると屈折力が非対称配置となる為に内向性コマ・歪曲収差が多く発生する。条件式（３）はこのときの収差を上手く補正するためのものである。第５・第６レンズ群Ｌ５、Ｌ６などの縮小共役側に配置される正レンズの材料に条件式（３）を満足する硝材を選択することにより、内向性コマや歪曲収を良好に差補正するとともにペッツバール条件の劣化を防止している。
【００４７】
第１・第６レンズ群Ｌ１，Ｌ６はともにズーミングに際して、縮小共役面に対して固定とし、全ズーム範囲でレンズ全長を不変としている。これにより投写レンズの堅牢性を確保しズーミング時、外径の大きな第１レンズ群Ｌ１が固定されているため重量バランス等の変化が少なく機構面で有利に作用するようにしている。
【００４８】
各実施形態において、主たる変倍を担うのは第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４である。そこで、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の合成レンズ群の広角端における結像倍率をβ_２３ｗとするとき、
０．１＜−β_２３ｗ＜１．０ （４）
の条件式を満足している。
【００４９】
条件式（４）は、第２・第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３の合成レンズ群の結像倍率を等倍以下で使用することを表しており、下限を超えるとレンズ全長が長くなる等光学系全体のコンパクト化への妨げとなる。逆に上限を超えると光学系全体のコンパクト化には有利な構成となるが、ズーミング時の収差変動が大きくなる傾向を示し望ましくない。
【００５０】
広角端における第４レンズ群Ｌ４の結像倍率をβ_４ｗとするとき、
１＜β_４ｗ＜５ （５）
の条件式を満足している。
【００５１】
条件式（５）は、第４レンズ群Ｌ４の結像倍率を規定したものである。下限を超えると、第４レンズ群Ｌ４の屈折力が小さくなりペッツバールの条件が劣化して像面湾曲が大きくなったり所望のバックフォーカスを確保できなくなる。更にズーミング時の移動量が増加することによる収差変動が大きくなったり、レンズ群間隔が縮小される等、機構面からも問題が生じてくる。逆に上限を超えると、負の屈折力が大きくなりすぎ必要以上のバックフォーカス用のスペースが生まれるなど好ましくない。
【００５２】
前述のように、第４レンズ群Ｌ４は拡大倍率にて作用するため、ズーミングに際して縮小共役側から拡大共役側に移動することによって増倍作用をする。前述の増倍作用によって、広角端から望遠端へのズーミング時、ピント面がより長い方向にずれてしまうのを、縮小倍率で作用する第３レンズ群Ｌ３が拡大共役側に移動することで補正している。第５レンズ群Ｌ５は、第３レンズ群Ｌ３内に存在する絞りが拡大共役側に移動することによるズーミング時の瞳・収差変動を抑えるために第３レンズ群Ｌ３と同じ拡大共役側に移動している。したがって、第２〜第５レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際して全て拡大共役側へと移動する。
【００５３】
また、投影系としての高機能化の際に発生する諸収差の劣化等の弊害を低減するために、投写レンズＰＬの内部に少なくとも１枚の非球面レンズを採用している。このときの非球面はガラス成形によるもの、または薄い樹脂などを成形してなるハイブリッド非球面等を選ぶことができる。解像度の目標と、非球面の敏感度によっては、プラスチック成形による非球面レンズとしてもよい。除去しようとする収差にもよるが、主に軸外諸収差を良好に補正するため第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５または第６レンズ群Ｌ６といった絞り面からなるべく遠い面に非球面を採用するのが効果的である。
【００５４】
第５レンズ群Ｌ５は、拡大側（前方側）から順に、１枚の両レンズ面が凹面の負レンズと、２枚以上の正レンズにより構成している。これは、軸上光線の高さが最も小さくなる位置に強い負の屈折力を持ったレンズを配置する為のものであり、これにより効率良くペッツバール和を小さくしている。また、正レンズは絞りから縮小共役側に配置された負レンズで跳ね上げられた光線を緩やかに屈曲させて良好なテレセントリック性能を持たせなければならないので少なくとも２枚以上で構成している。又、非点収差の発生を抑える目的で、好ましくは絞り面に向かってコンセントリックな形状とし、硝材の屈折率は条件式（３）で述べたように高い材料を用いている。
【００５５】
広角端における全系の焦点距離をｆ_ｗ、第６レンズ群Ｌ６の焦点距離をｆ_６とするとき、
１．２＜ｆ_６／ｆ_ｗ＜３．０ （６）
の条件式を満足している。
【００５６】
尚、広角端と望遠端とは変倍用レンズ群が機構上、光軸方向に移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
【００５７】
第６レンズ群Ｌ６を像面近傍に付加することにより、第１から第５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５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作用をするようにしている。条件式（６）の下限をこえると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が大きくなりすぎ、歪曲および内向性コマフレア等が大きくなる。また逆に上限をこえると第６レンズ群Ｌ６の屈折力が小さくなりすぎ、第１から５レンズ群Ｌ１〜Ｌ６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ので好ましくない。また、硝材に関しては第５レンズ群Ｌ５の正レンズと同様、屈折率がなるべく高い材料が望ましい。
【００５８】
第６レンズ群Ｌ６を構成する１以上の正レンズの材料の平均屈折率（１つのレンズのときは該レンズの材料の屈折率）をＮ_６ｐとするとき、
１．７０＜Ｎ_６ｐ＜１．８５ （７）
の条件式を満足している。
【００５９】
条件式（７）の下限を超えると、主に歪曲および内向性コマなどが劣化するため好ましくない。
【００６０】
また、拡大側の投写距離に応じたフォーカス機構は第１レンズ群Ｌ１で担うことによって、最も簡易的な機構で光学系を実現している。
【００６１】
尚、収差補正及び装置全体の小型化を図る為には前述の条件式（１）〜（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い、
０．１＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３３ （１ａ）
−０．０１＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０３（２ａ）
１．６５＜Ｎ_５６ｐ＜１．８ （３ａ）
０．２＜−β_２３ｗ＜０．８ （４ａ）
１．４＜β_４ｗ＜４．５ （５ａ）
１．４＜ｆ_６／ｆ_ｗ＜２．５ （６ａ）
１．７２＜Ｎ_６ｐ＜１．８４ （７ａ）
次に各実施形態毎の具体的な特徴について説明する。
【００６２】
図１の実施形態１では、第１レンズ群Ｌ１を、拡大共役側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚レンズ構成とし、拡大共役寄りに主平面を配置している。これにより、レンズ全長のコンパクト化を容易にしている。また、最も拡大共役側のレンズを負レンズとすることで見かけの瞳位置を、より縮小共役側に配置して、これにより前玉径の小型化を容易にしている、
第２レンズ群Ｌ２は、主たる変倍用のレンズ群としての役割を担っており、大きな屈折力が与えられている。この為、正レンズには高屈折率の硝材を用いてペッツバール和およびズーミング時の球面収差等の収差の変動を小さくしている。大口径比のズームレンズで高空間周波数で高いレスポンスが要求されると許容錯乱径が小さくなり、焦点深度が浅くなるため、中間像高等での像面湾曲および非点収差が大きいと解像感が急激に劣化する。このため各実施形態では前述の如く第２レンズ群Ｌ２を構成して、ペッツバール和が小さくなるようにしている。
【００６３】
これと、可視光領域の広帯域にて良好に倍率色収差を補正するといった両観点から正レンズには、Ｌａ（ランタン）系重フリント材を用いている。
【００６４】
第４レンズ群Ｌ４は、第２レンズ群Ｌ２で確保できなかった変倍比を補う役割を担っており、所謂副変倍レンズ群である。第４レンズ群Ｌ４は１枚の負レンズで構成されており、変倍全域に関して第４レンズ群Ｌ４の結像倍率は等倍以上であり広角端から望遠端へのズーミングに際して第２および３レンズ群Ｌ２、Ｌ３の移動と同じ拡大共役側へ移動している。
【００６５】
第５レンズ群Ｌ５は、拡大共役側に強い負の屈折力を与えている。この強い負の屈折力により、ペッツバール和を小さく設定している。さらに主平面位置を縮小共役側に配置して、良好なテレセントリック性能およびバックフォーカスを十分長く確保している。
【００６６】
第６レンズ群Ｌ６は、１枚の両レンズ面が凸面の正レンズで構成している。第６レンズ群Ｌ６には適当な（条件式（６）による）屈折力が与えられることによって、第１から第５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５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作用をしている。第６レンズ群Ｌ６は絞り面から遠い位置に配置している為歪曲などの軸外収差に影響を及ぼす。この為、正レンズの材料の屈折率Ｎ_ｄが、Ｎ_ｄ＝１．８１と高い屈折率を有するＴｉ（チタン）系重フリント材を使用している。この重フリント材は条件式（２）によれば０．０１５と大きな（短波長光を多く屈折させる）異常分散度を有しており、通常補正が困難となる画面周辺領域に関する短波長（青紫）側の倍率色収差を良好に補正できるといった効果を有する。また、前述のように屈折率が１．８１と高いため歪曲・内向性コマおよびペッツバール条件などの収差補正面でも有利に作用している。
【００６７】
以下実施形態２〜５については実施形態１と異なる構成を中心に述べる。
【００６８】
図３の実施形態２では、第１レンズ群Ｌ１を、拡大側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚レンズ構成とし、このうち２番目の負レンズに（株）オハラ社製のＦＳＬ５（商品名）を使って倍率色収差などを良好に補正している。実施形態２では、さらなる倍率色収差の改善のために（株）オハラ社製のＦＰＬ５１（商品名）などの異常分散性が高い硝材を採用しても良い。
【００６９】
第６レンズ群Ｌ６は、両レンズ面が凸面の単一の正レンズで構成しており、その材料の屈折率Ｎ_ｄは、Ｎ_ｄ＝１．７６と、高い屈折率を有するＴｉ（チタン）系重フリント材を使用している。この重フリント材も条件式（２）によれば０．０１４と比較的大きな（短波長光を多く屈折させる）異常分散度を有しており、特に通常補正が困難となる画面周辺領域に関する短波長側の倍率色収差を良好に補正できるといった効果を有する。その他の点については前述の実施形態１と略同じである。
【００７０】
図５の実施形態３では、第６レンズ群Ｌ６は両レンズ面が凸面の単一の正レンズで構成している。このときの正レンズは実施形態１、２と異なり、材料はＬａ（ランタン）系の重フリント材を使っている。条件式（２）の値は−０．００４と負の値をとる。そのため先の実施形態１・２で示したＴｉ（チタン）系重フリント材とは逆の振る舞いを示すため短波長（青紫）側の倍率色収差の補正をする観点上は好ましくないが、条件式（３）に示す第５〜６レンズ群Ｌ５，Ｌ６を構成する正レンズの材料の平均屈折率がＮ_５６ｐ＝１．７６と高いため主に歪曲・内向性コマなどの収差補正面の方で有利に作用する。その他の点については実施形態１略同じである。
【００７１】
図７の実施形態４では、第５レンズ群Ｌ５は弱い負の屈折力を有している。前述のように、第５レンズ群Ｌ５の最も拡大共役側には強い屈折力の負レンズが配置されることが好ましく、特にペッツバール和を効率よく補正するために第５レンズ群Ｌ５は負の屈折力にて構成している。その他の点に関しては、実施形態１と略同じである。
【００７２】
図９の実施形態５では、第１レンズ群Ｌ１の最も拡大共役側の負レンズの縮小共役側の面に非球面を採用することで、歪曲などの軸外諸収差を効率的に補正している。実施形態５では、前記非球面を用いて実施形態３をさらに広画角化している。その他の点については、前述の実施形態３と略同じである。
【００７３】
各実施形態について最大像高における倍率色収差特性を図１１に示す。横軸は波長、縦軸は最大像高における倍率色収差値を表しており、主波長はいずれも５５０ｎｍである。構成など異なる実施形態間の比較であるため一概にはいえないが、この図によれば、条件式（２）の値の大小は倍率色収差２次スペクトル成分に少なからず影響を与えていることが判る。
【００７４】
以下に実施形態１〜５のズームレンズのに各々対応する数値実施例
１〜５を示す。各数値実施例においてｉは拡大側（前方側）からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバーである。ωは半画角である。
【００７５】
θ_ｇｆｉは第ｉ番目の面を構成する材料の部分分数比をあらわしている。
【００７６】
また数値実施例１、３、４、５の最も縮小側の２つの面と数値実施例２の最も縮小側の８つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に想到するガラスブロックＧＢを構成する面である。
【００７７】
またｋを離心率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２］^１／２］＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０
で表示される。但しｒは曲率半径である。
【００７８】
なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^−Ｚ」を意味する。
【００７９】
前述の各条件式１〜７と数値実施例１〜５における諸数値との関係を表１に示す。
【００８０】
【外１】

【００８１】
【外２】

【００８２】
【外３】

【００８３】
【外４】

【００８４】
【外５】

【００８５】
【表１】

【００８６】
図１２は本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略図である。
【００８７】
同図は前述したズームレンズを３板式のカラー液晶プロジェクターに適用し複数の液晶表示素子に基づく複数の色光の画像情報を色合成手段を介して合成し、投射レンズでスクリーン面上に拡大投射する画像投射装置を示している。図１２においてカラー液晶プロジェクター１はＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル５Ｂ、５Ｇ、５ＧからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム２で１つの光路に合成し、前述したズームレンズより成る投影レンズ３を用いてスクリーン４に投影している。
【００８８】
図１３は本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。本実施形態ではビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に撮影レンズとして前述したズームレンズを用いた例を示している。
【００８９】
図１３においては被写体９の像を撮影レンズ８で感光体７に結像し、画像情報を得ている。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわた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画像投射装置を達成することができる。
【００９１】
この他本発明によれば画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に好適なズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図２】本発明の数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．３ｍのときの収差図
【図３】本発明の実施形態２のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図４】本発明の数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．８ｍのときの収差図
【図５】本発明の実施形態３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図６】本発明の数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．３ｍのときの収差図
【図７】本発明の実施形態４のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図８】本発明の数値実施例４のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．３ｍのときの収差図
【図９】本発明の実施形態５のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図１０】本発明の数値実施例５のズームレンズをｍｍ単位で表わしたときの物体距離２．１ｍのときの収差図
【図１１】本発明の数値実施例１〜５における最大像高の倍率色収差の説明図
【図１２】本発明の画像投射装置をカラー液晶プロジェクターに適用したときの要部概略図
【図１３】本発明の光学機器の実施形態の要部概略図
【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
Ｌ５ 第５レンズ群
Ｌ６ 第６レンズ群
ＡＳＰ 非球面
ＬＣＤ 液晶表示装置（像面）
ＧＢ 硝子ブロック（色合成プリズム）
ΔＳ Ｓａｇｉｔｔａｌ像面の倒れ
ΔＭ Ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ像面の倒れ
１ 液晶プロジェクター
２ 色合成手段
３ 投射レンズ
４ スクリーン
５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ） 液晶パネル
６ 撮像装置
７ 撮像手段
８ 撮影レンズ
９ 被写体

Claims (14)

1. 前方より後方へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、正の屈折力を有する第６レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して少なくとも４つのレンズ群が移動するズームレンズであって、該第１レンズ群の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１、該第１レンズ群の全長をＬ_１、該第６レンズ群は、１以上の正レンズを有し、該１以上の正レンズの材料の平均アッベ数をν_ｄ、平均部分分散比をθ_ｇＦ、ｇ、ｄ、Ｆ、Ｃ線における材料の屈折率を各々ｎ_ｇ、ｎ_ｄ、ｎ_Ｆ、ｎ_ｃとし、
   ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
   θ_ｇＦ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ） とするとき、
   ０．００＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３８
   −０．０１５＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４
   の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前方より後方へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、正の屈折力を有する第６レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際して少なくとも４つのレンズ群が移動するズームレンズであって、該第１レンズ群の最も前方側の面頂点から前方側主平面位置までの距離をｏ_１、該第１レンズ群の全長をＬ_１、該第５、第６レンズ群は各々１以上の正レンズを有し、これら１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_５６ｐとするとき、
   ０．００＜ｏ_１／Ｌ_１＜０．３８
   １．６２＜Ｎ_５６ｐ＜１．８５
   の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 前記第５レンズ群は１以上の正レンズを有し、該第５レンズ群の１以上の正レンズと前記第６レンズ群の１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_５６ｐとするとき、
   １．６２＜Ｎ_５６ｐ＜１．８５
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
4. 前記第１、第６レンズ群はともにズーミングの為には後方の共役面に対して固定であることを特徴とする請求項１、２又は３のズームレンズ。
5. 前記第２〜第５レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際していずれも前方側へと移動することを特徴とする請求項１、２、３又は４のズームレンズ。
6. 広角端における前記第２、第３レンズ群の合成の、結像倍率をβ_２３ｗとするとき
   ０．１＜−β_２３ｗ＜１．０
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 広角端における前記第４レンズ群の結像倍率をβ_４ｗとするとき、
   １＜β_４ｗ＜５
   の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項のズームレンズ。
8. １枚以上の非球面レンズを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項のズームレンズ。
9. 前記第５レンズ群は、前方から後方に順に、両レンズ面が凹面の負レンズ、と２枚以上の正レンズより成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 広角端における全系の焦点距離をｆ_ｗ、前記第６レンズ群の焦点距離をｆ_６とするとき、
    １．２＜ｆ_６／ｆ_ｗ＜３．０
    の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項のズームレンズ。
11. 前記第６レンズ群は、１以上の正レンズを有し、該１以上の正レンズの材料の平均屈折率をＮ_６ｐとするとき、
    １．７０＜Ｎ_６ｐ＜１．８５
    の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項のズームレンズ。
12. 前記第１レンズ群は、光軸上移動して、フォーカス調整を行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項のズームレンズ。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項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射していることを特徴とする画像投射装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項のズームレンズを用いて画像情報を撮像手段面上に形成していることを特徴とする光学機器。

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