JP2006039033A - ズームレンズ及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型軽量化を図ると共に、レンズ枚数を増やすこと無しに諸収差を良好に補正することが出来るズームレンズ及び該ズームレンズを使用した投影装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成る。そして、ｆｗを広角端におけるレンズ系全体の焦点距離、Ｇ２ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離、Ｇ３ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離として条件式（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５及び（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は新規なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した投影装置に関する。詳しくは、小型であると共に変倍時に全長が変化せず、さらに結像性能が良好であると共にレンズ枚数を少なくすることが出来るズームレンズ及び該ズームレンズを使用した投影装置に関する。

近年のプロジェクター等の投影装置においては、高画素化・高解像力化と同時に、小型化、低コスト化への要望が大きい。従って、プロジェクター等に用いられる投射型のズームレンズとして、高性能であるとともに、小型で低コストなものの開発が望まれている。

従来、このような投射型のズームレンズにおいては５群構成からなり、変倍に際して３つの群が移動するズームレンズが多く公開されている。しかし、５群構成で変倍に際して３つの群が移動するズームレンズとなると、変倍時の機構部品やレンズ枚数が多くなり、コスト面では低コスト化が難しくなることが考えられる。

特許文献１や特許文献２には、変倍時に３つの群が移動する４群構成のズームレンズが示されているが、変倍時に全長が変わることで、レンズ全長の小型化という要望には応えることが出来ない。

特許文献３では変倍時に２つのレンズ群が移動すると共に全長が変わることがない４群構成のズームレンズが示されているが、レンズ枚数が１２〜１３枚と多く、低コスト化の要望に対して応えることが出来ない。また、「全長を短く抑えたまま変倍を行っても諸収差を良好に補正するための条件式」として、移動群である第２レンズ群と第３レンズ群の結像倍率の積（β２ × β３）の数値を規定しているが、単にβ２ × β３が−２．２を超えるべきことのみが規定されており、上限については言及されていない。また、「全長を短く抑えたまま変倍を行っても諸収差の良好な補正がより行いやすい移動群の結像倍率の積は１倍付近」である旨の記載があるが、具体的には、−１．９５〜−１．４１の範囲内の実施例が示されているのみである。

特開平１１−３２６７６３号公報 特開２００１−１８８１７２号公報 特開２０００−２７５５１９号公報

本発明は上記した事情に鑑みて為されたものであり、変倍に際して２つのレンズ群が移動する４群構成のレンズ系として小型軽量化を図ると共に、レンズ枚数を増やすこと無しに諸収差を良好に補正することが出来るズームレンズ及び該ズームレンズを使用した投影装置を提供することを課題とするものである。

本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、ｆｗを広角端におけるレンズ系全体の焦点距離、Ｇ２ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離、Ｇ３ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離として条件式（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５及び（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５を満足するものである。

また、本発明投影装置は、上記した課題を解決するために、画像形成部と該画像形成部によって形成された画像を拡大投影するズームレンズとを備え、上記ズームレンズは、負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、条件式（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５及び（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５を満足するものである。

従って、本発明にあっては、第１レンズ群はフォーカシング時にのみ移動され、変倍時にレンズ全長が変わることがない。また、レンズ全長を短くすることが出来ると共に、レンズ枚数を増やすこと無しに諸収差を良好に補正することが出来る。

本発明ズームレンズは、負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、ｆｗを広角端におけるレンズ系全体の焦点距離、Ｇ２ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離、Ｇ３ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離として、条件式（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５、（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５を満足することを特徴とする。

また、本発明投影装置は、画像形成部と該画像形成部によって形成された画像を拡大投影するズームレンズとを備えた投影装置であって、上記ズームレンズは、負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、ｆｗを広角端におけるレンズ系全体の焦点距離、Ｇ２ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離、Ｇ３ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離として、条件式（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５、（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５を満足することを特徴とする。

従って、本発明にあっては、第１レンズ群はフォーカシング時にのみ可動で、変倍時には固定であるため、レンズ全長の小型化に寄与する。また、２つの移動レンズ群の変倍時における移動距離の焦点距離に対する割合を適切に規定したので、レンズ全長の小型化が可能になると共に、レンズ枚数を増やすこと無しに、諸収差の補正や変倍時の像面補正を容易に行うことが出来る。

請求項２に記載した発明にあっては、ｂｆを空気換算バックフォーカスとして、条件式（３）１．０＜ｂｆ／ｆｗ＜１．５を満足するので、テレセントリック性を確保して、色合成素子等の挿入のための十分なバックフォーカスを確保することが出来ると共に、レンズ枚数を増やすこと無しに各種収差の補正を良好に行うことが出来る。

請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、β２を第２レンズ群の結像倍率、β３を第３レンズ群の結像倍率として、条件式（４）−１．４＜β２×β３＜−０．８を満足するので、２群のみの移動群によって、変倍時の像面の移動を確実に補正することが出来ると共に、移動群の移動量が大きくなることが無く、レンズ全長の小型化に寄与する。

請求項５乃至請求項８に記載した発明にあっては、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、ｆ３を第３レンズ群の焦点距離として、条件式（５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０及び（６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０を満足するので、変倍時における像面移動の補正及び各種収差の補正を良好に行うことが出来ると共に、レンズ全長の小型化に寄与する。

以下に、本発明ズームレンズ及び投影装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。

本発明ズームレンズは負、正、正、正の４群構成を基本とする。拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、連続変倍のため及び連続変倍によって生じる像面の移動を補正するために第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とが相互に関係を持って光軸方向に移動し、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は変倍に際して固定であり、第１レンズ群Ｇ１はフォーカシングを行うために移動可能にされている。

上記したように、本発明ズームレンズにあっては、変倍に際しては第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３のみが移動するので、変倍時の可動レンズ群が少なく、全体の駆動機構をコンパクトに構成することが出来、小型化に寄与する。また、第１レンズ群Ｇ１は変倍に際して移動することがないので、レンズ全長がほとんど変化せず、これによって、レンズ全長の小型化に寄与する。

本発明ズームレンズは、ｆｗを広角端におけるレンズ系全体の焦点距離、Ｇ２ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離、Ｇ３ｔを広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離として、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５
（２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５
上記条件式（１）、（２）は焦点距離に対する移動レンズ群Ｇ２、Ｇ３の移動距離の割合を定めたものであり、条件式（１）、（２）の上限値を超えると、焦点距離に対する移動レンズ群Ｇ２、Ｇ３の移動距離が大きくなり過ぎ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の間隔をより大きく保たなければならなくなり、ズームレンズの全長を短くする事が困難になってしまう。

また、条件式（１）、（２）の下限値を下回ると、各移動レンズ群Ｇ２、Ｇ３の移動距離が焦点距離に対して小さくなりすぎるため、所望の変倍率を得るためには、各レンズ群Ｇ２、Ｇ３のパワーを大きくしなければならず、そのために、各レンズ群Ｇ２、Ｇ３を構成する各レンズの屈折率や曲率でパワーを上げたり、レンズ枚数を増やす等の工夫をしなければならず、低コスト化が難しくなり、また、パワーの大きいレンズ群を移動させなければならないことにより、像面補正が難しくなる等の問題が発生し収差補正が困難になる。また、移動レンズ群Ｇ２、Ｇ３が大きなパワーを持つため、２つの移動レンズ群Ｇ２、Ｇ３の相関的な移動に関しより高い精度が要求されて高い精度のレンズ移動機構が必要になって、コスト増を招くという問題が生じる。

本発明ズームレンズは、ｂｆを空気換算バックフォーカスとして、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）１．０＜ｂｆ／ｆｗ＜１．５
条件式（３）は焦点距離に対するバックフォーカスの割合を定めたものであり、条件式（３）の上限値を超えると、レトロフォーカスを更に強調させる設計にしなければならないため、収差補正の為に更にレンズ枚数を増やさなければならなくなり、低コスト化が難しくなる。

また、条件式（３）の下限値を下回ると、色合成素子等の挿入に対しての充分なスペースの確保やテレセントリック性の確保が困難になる。

投影光学系では投影レンズと液晶素子等の画像表示部との間に偏光ビームスプリッターや色合成プリズムを配置している。このため、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。また、画像表示部に液晶素子を使用する場合は、液晶素子の配光特性、又は、複数の色光を合成するときの色合成ダイクロイック膜の角度依存性の影響を排除するため、及び、照明系との良好なマッチングを図り良好な周辺での照度を確保するために射出瞳が無限遠にあるいわゆるテレセントリック光学系であることが望ましい。そのため、上記条件式（３）を満足することが好ましい。

本発明ズームレンズは、β２を第２レンズ群の結像倍率、β３を第３レンズ群の結像倍率として、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）−１．４＜β２ ×β３＜−０．８
条件式（４）は変倍に際しての移動群である第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の結像倍率の積を規定するものであり、条件式（４）の上限値を超えると、移動群である第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３の移動量が多くなりズームレンズの全長を短くする事が困難になってしまう。

また、条件式（４）の下限値を下回ると、変倍時の像面の移動に対する補正が難しくなり、移動群を２群だけで構成することが困難になる。

本発明ズームレンズにあっては、移動群である第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の結像倍率の積を、−１．４〜−０．８と、１倍付近に設定することによって、移動群の数を増やすことなしに、全長を短く抑えたまま変倍を行っても諸収差の良好な補正がより行いやすいようにしている。この点は、上記した従来の特許文献３に示されたズームレンズの各実施例において、移動群の結像倍率の積が−１．９５〜−１．４１の範囲であるのと大いに異なる。

本発明ズームレンズは、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、ｆ３を第３レンズ群の焦点距離として、以下の条件式（５）及び（６）を満足することが好ましい。
（５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０
（６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０
条件式（５）、（６）は広角端におけるレンズ系全体の焦点距離に対する各移動群Ｇ２、Ｇ３の焦点距離の割合を定めたものであり、条件式（５）、（６）の上限値を超えると、各移動群Ｇ２、Ｇ３のパワーが弱く移動距離を大きく取らないと所望の変倍比を得ることが出来なくなり、ズームレンズの全長を短くすることが困難になってしまう。

また、条件式（５）及び（６）の下限値を下回ると、変倍時における像面移動の補正が難しくなる等の問題が発生し収差補正が困難になる。

以上のような、本発明ズームレンズによれば、全長の小型化を図りながら、液晶表示素子等で表示された画像情報をスクリーン面上に高い光学性能を維持しつつ、投影することが出来る。

以下に、本発明ズームレンズの具体的な実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１にかかるレンズ構成を示す図である。図１の上段に広角端での状態を示し、下段に望遠端での状態を示す。

ズームレンズ１は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、広角端から望遠端への連続変倍のためと連続変倍によって生じる像面の移動を補正するために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が相関的に概ね太い矢印で示すように光軸方向に移動する。また、第１レンズ群Ｇ１は変倍時に固定であるが、フォーカシングのために移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配列された、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、拡大側に凸面を向けると共に両面が非球面で構成された負メニスカスレンズＬ１２、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配列された、両凸レンズと拡大側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ２１、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２２、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２３により構成され、第３レンズ群は縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸レンズＬ４で構成されている。なお、図１においてＧＢは、液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）並びに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から成る画像形成部を示す。

実施例１にかかるズームレンズ１のレンズデータを表１に示す。なお、表１及び以下の表において、面番号「ｉ」は拡大側からｉ番面の面を、曲率半径「ｒ」は第ｉ面の曲率半径を、面間隔「ｄ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間のレンズ肉厚又は空気間隔である軸上面間隔を、屈折率「ｎ」はｉ番面の面を拡大側に有する硝材のｄ線に対する屈折率を、アッベ数「ν」はｉ番面の面を拡大側に有する硝材のｄ線に対するアッベ数を、「ｆ」は焦点距離を、「Ｆ」はＦナンバーを、それぞれ示している。

また、本明細書において、非球面は以下の数１式によって表される。

ここで、「Ｙ」は光軸からの高さ、「Ｚ」は非球面頂点における接平面と非球面との光軸からの高さＹにおける光軸方向の距離、「Ｃ」は非球面頂点の曲率（＝１／ｒ）、「Ｋ」は円錐定数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０は非球面係数である。

変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の軸上面間隔ｄ６、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の軸上面間隔ｄ１４及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の軸上面間隔ｄ１６が可変である。これら軸上面間隔ｄ６、ｄ１４、ｄ１６の広角端と望遠端での値を以下の表２に示す。

第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の両面（第３面及び第４面）は非球面で構成されている。そこで、以下の表３に上記各面の非球面係数を円錐定数と共に示す。

実施例１にかかるズームレンズ１の上記条件式（１）〜（６）対応値を以下の表４に示す。

上記ズームレンズ１の広角端での収差図を図２に、また、望遠端での収差図を図３にそれぞれ示す。これらの図２、図３において、実線ｄはｄ線に対する球面収差、点線ｇはｇ線に対する球面収差、破線ＣはＣ線に対する球面収差を表しており、実線Ｓはサジタル面での非点収差、破線Ｍはメリディオナル面での非点収差を表している。また、「Ｆ」はＦナンバーを、「Ｗ」は半画角を、それぞれ示す。

これらの図から、実施例１にかかるズームレンズ１では収差が良好に補正されており、優れた光学性能を有していることが分かる。

図４は本発明の実施例２にかかるレンズ構成を示す図である。図４の上段に広角端での状態を示し、下段に望遠端での状態を示す。

ズームレンズ２は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、広角端から望遠端への連続変倍のためと連続変倍によって生じる像面の移動を補正するために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が相関的に概ね太い矢印で示すように光軸方向に移動する。また、第１レンズ群Ｇ１は変倍時に固定であるが、フォーカシングのために移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配列された、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、縮小側に強い凹面を向けると共に両面が非球面で構成された負レンズＬ１２、拡大側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレンズの接合レンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配列された、拡大側に強い凸面を向けた正レンズＬ２１、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群は縮小側に強い凸面を向けた正レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に強い凸面を向けた正レンズＬ４で構成されている。なお、図４においてＧＢは、液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）並びに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から成る画像形成部を示す。

実施例２にかかるズームレンズ２のレンズデータを表５に示す。

変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の軸上面間隔ｄ７、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の軸上面間隔ｄ１２及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の軸上面間隔ｄ１４が可変である。これら軸上面間隔ｄ７、ｄ１２、ｄ１４の広角端と望遠端での値を以下の表６に示す。

第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の両面（第３面及び第４面）は非球面で構成されている。そこで、以下の表７に上記各面の非球面係数を円錐定数と共に示す。

実施例２にかかるズームレンズ２の上記条件式（１）〜（６）対応値を以下の表８に示す。

上記ズームレンズ２の広角端での収差図を図５に、また、望遠端での収差図を図６にそれぞれ示す。これらの図５、図６において、実線ｄはｄ線に対する球面収差、点線ｇはｇ線に対する球面収差、破線ＣはＣ線に対する球面収差を表しており、実線Ｓはサジタル面での非点収差、破線Ｍはメリディオナル面での非点収差を表している。また、「Ｆ」はＦナンバーを、「Ｗ」は半画角を、それぞれ示す。

これらの図から、実施例２にかかるズームレンズ２では収差が良好に補正されており、優れた光学性能を有していることが分かる。

図７は本発明の実施例３にかかるレンズ構成を示す図である。図７の上段に広角端での状態を示し、下段に望遠端での状態を示す。

ズームレンズ３は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、広角端から望遠端への連続変倍のためと連続変倍によって生じる像面の移動を補正するために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が相関的に概ね太い矢印で示すように光軸方向に移動する。また、第１レンズ群Ｇ１は変倍時に固定であるが、フォーカシングのために移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配列された、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、縮小側に強い凹面を向けると共に両面が非球面で構成された負メニスカスレンズＬ１２、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配列された、両凸レンズＬ２１、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群は縮小側に強い凸面を向けた正レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に強い凸面を向けた正レンズＬ４で構成されている。なお、図７においてＧＢは、液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）並びに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から成る画像形成部を示す。

実施例３にかかるズームレンズ３のレンズデータを表９に示す。

変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の軸上面間隔ｄ６、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の軸上面間隔ｄ１１及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の軸上面間隔ｄ１３が可変である。これら軸上面間隔ｄ６、ｄ１１、ｄ１３の広角端と望遠端での値を以下の表１０に示す。

第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ１２の両面（第３面及び第４面）は非球面で構成されている。そこで、以下の表１１に上記各面の非球面係数を円錐定数と共に示す。

実施例３にかかるズームレンズ３の上記条件式（１）〜（６）対応値を以下の表１２に示す。

上記ズームレンズ２の広角端での収差図を図８に、また、望遠端での収差図を図９にそれぞれ示す。これらの図８、図９において、実線ｄはｄ線に対する球面収差、点線ｇはｇ線に対する球面収差、破線ＣはＣ線に対する球面収差を表しており、実線Ｓはサジタル面での非点収差、破線Ｍはメリディオナル面での非点収差を表している。また、「Ｆ」はＦナンバーを、「Ｗ」は半画角を、それぞれ示す。

これらの図から、実施例３にかかるズームレンズ３では収差が良好に補正されており、優れた光学性能を有していることが分かる。

図１０は本発明の実施例４にかかるレンズ構成を示す図である。図１０の上段に広角端での状態を示し、下段に望遠端での状態を示す。

ズームレンズ４は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて構成され、広角端から望遠端への連続変倍のためと連続変倍によって生じる像面の移動を補正するために第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が相関的に概ね太い矢印で示すように光軸方向に移動する。また、第１レンズ群Ｇ１は変倍時に固定であるが、フォーカシングのために移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配列された、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、縮小側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２、両凹レンズＬ１３、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ１４により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配列された、両凸レンズＬ２１、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群は縮小側に強い凸面を向けた正レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４で構成されている。なお、図１０においてＧＢは、液晶パネル（液晶表示素子）等の原画像（被投影面）並びに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から成る画像形成部を示す。

実施例４にかかるズームレンズ４のレンズデータを表１３に示す。

変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の軸上面間隔ｄ９、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の軸上面間隔ｄ１４及び第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の軸上面間隔ｄ１６が可変である。これら軸上面間隔ｄ９、ｄ１４、ｄ１６の広角端と望遠端での値を以下の表１４に示す。

実施例４にかかるズームレンズ４の上記条件式（１）〜（６）対応値を以下の表１５に示す。

上記ズームレンズ４の広角端での収差図を図１１に、また、望遠端での収差図を図１２にそれぞれ示す。これらの図１１、図１２において、実線ｄはｄ線に対する球面収差、点線ｇはｇ線に対する球面収差、破線ＣはＣ線に対する球面収差を表しており、実線Ｓはサジタル面での非点収差、破線Ｍはメリディオナル面での非点収差を表している。また、「Ｆ」はＦナンバーを、「Ｗ」は半画角を、それぞれ示す。

これらの図から、実施例４にかかるズームレンズ４では収差が良好に補正されており、優れた光学性能を有していることが分かる。

以上に説明したように、本発明によれば、変倍に際して２つのレンズ群が移動する４群構成のズームレンズとして従来の５群ズームレンズ、３つのレンズ群が移動する４群ズームレンズに対し小型軽量化が図れると共に、レンズ枚数の削減により低コスト化も実現できる。

また、小型軽量でありながら、諸収差が良好に補正され、高画素化・高解像力化にも対応することが可能で、テレセントリック性を有し、バックフォーカスが充分に長く、投影装置に使用するのに適したズームレンズを提供することができる。

図１３に本発明投影装置の実施の形態を示す。

投影装置１０は液晶プロジェクターとして構成されたものであり、投影レンズ２０と該投影レンズ２０によってスクリーン上に投影される画像を形成する画像形成部３０及び光源部４０を備える。投影レンズ２０は鏡筒２１内に図示しない複数のレンズが４群構成となるように配置されてなり、具体的には上記した本発明ズームレンズ、例えば、上記実施例１乃至実施例４に示したズムレンズ１〜４が使用される。

画像形成部３０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色に対応した画像を表示する液晶パネル３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ、色合成プリズム３２を備える。上記各液晶パネル３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂは色合成プリズム３２の各入射面３２ｒ、３２ｇ、３２ｂに対向して配置される。

光源部４０は、白色光源４１、リフレクタ４２、フライアイレンズ４３、全反射ミラー４４、偏光変換素子４５、ダイクロイックミラー４６ａ、４６ｂ、全反射ミラー４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、コンデンサーレンズ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、リレーレンズ４９等を備える。

白色光源４１から出射された白色光はリフレクタ４２で前方へ反射され、フライアイレンズ４３で光軸に垂直な平面内で光量が均一にされ、全反射ミラー４４を介して偏光変換素子４５で偏光方向がそろえられ、色分解系へ送られる。色分解系の第１のダイクロイックミラー４６ａでＲ光が透過され、Ｇ光、Ｂ光が反射される。第１のダイクロイックミラー４６ａを透過したＲ光は全反射ミラー４７ａで全反射されてコンデンサーレンズ４８ａによって液晶パネル３１Ｒへ照射される。

第１のダイクロイックミラー４６ａによって反射されたＧ光、Ｂ光は第２のダイクロイックミラー４６ｂで分光される。すなわち、第２のダイクロイックミラー４６ｂでＧ光が反射され、Ｂ光が透過される。そして、Ｇ光はコンデンサレンズ４８ｂによって液晶パネル３１Ｇに照射される。

第２のダイクロイックミラー４６ｂを透過したＢ光は全反射ミラー４７ｂ、リレーレンズ４９、全反射ミラー４７ｃを経てコンデンサレンズ４８ｃによって液晶パネル３１Ｂに照射される。

そして、上記各液晶パネル３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを透過して空間変調された各光Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は色合成プリズム３２の各入射面３２ｒ、３２ｇ、３２ｂから各別に色合成プリズム３２内に入射し、色合成プリズム３２内で合成されて出射面３２ｏから出射し、さらに、投影レンズ２０によって前方の図示しないスクリーンに投影される。

なお、上記した投影装置において、投影光を空間変調する手段として透過型液晶パネルを使用したが、空間変調手段が液晶パネルに限定されることを意味するものではなく、また、液晶パネルを使用する場合でも、透過型に限らず、反射型の液晶パネルを使用することも出来る。

また、上記投影装置１０は、本発明を外部の反射型スクリーンに画像を投影する装置として適用したものであるが、透過型スクリーンの裏側から投影する装置として、例えば、プロジェクションテレビ等として適用することも出来る。

その他、上記した実施の形態及び実施例において示した各部の形状及び数値は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

小型で高性能でありながら、低コスト化が可能であり、さらに、投影装置に使用するのに好適なズームレンズを得ることが出来る。

図２及び図３と共に本発明ズームレンズの実施例１を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 広角端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 望遠端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 図５及び図６と共に本発明ズームレンズの実施例２を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 広角端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 望遠端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 図８及び図９と共に本発明ズームレンズの実施例３を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 広角端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 望遠端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 図１１及び図１２と共に本発明ズームレンズの実施例４を示すものであり、本図はレンズ構成を示す図である。 広角端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 望遠端における球面収差、歪曲収差、非点収差を示す図である。 本発明投影装置の実施の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、４…ズームレンズ、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、１０…投影装置、３０…画像形成部

Claims (9)

1. 負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５
   （２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５
   但し、
   ｆｗ：広角端におけるレンズ系全体の焦点距離
   Ｇ２ｔ：広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離
   Ｇ３ｔ：広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離
2. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （３）１．０＜ｂｆ／ｆｗ＜１．５
   但し、
   ｂｆ：空気換算バックフォーカス
3. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （４）−１．４＜β２×β３＜−０．８
   但し、
   β２：第２レンズ群の結像倍率
   β３：第３レンズ群の結像倍率
4. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
   （４）−１．４＜β２×β３＜−０．８
5. 以下の条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０
   （６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０
   但し、
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
   ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
6. 以下の条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
   （５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０
   （６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０
7. 以下の条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
   （５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０
   （６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０
8. 以下の条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
   （５）２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０
   （６）２．０＜ｆ３／ｆｗ＜５．０
9. 画像形成部と該画像形成部によって形成された画像を拡大投影するズームレンズとを備えた投影装置であって、
   上記ズームレンズは、負、正、正、正の４群構成とされ、拡大側から順に、変倍に際して固定で、フォーカシングを行うための負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、連続変倍及び連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係を持って移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２及び正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍に際して固定の正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配列して成り、以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする投影装置。
   （１）０．２＜Ｇ２ｔ／ｆｗ＜０．５
   （２）０．２＜Ｇ３ｔ／ｆｗ＜０．５
   但し、
   ｆｗ：広角端におけるレンズ系全体の焦点距離
   Ｇ２ｔ：広角端と望遠端との間の変倍時における第２レンズ群の移動距離
   Ｇ３ｔ：広角端と望遠端との間の変倍時における第３レンズ群の移動距離
   

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