JP2003066316A - ズームレンズ装置およびこれを用いた光学機器ならびにプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学特性の劣化を回避することのできるズー
ムレンズ装置、光学機器並びにプロジェクタを提供する
こと。 【解決手段】 ズームレンズ装置１０を構成する各レン
ズ１１、１２、１３、１４、１５のうち、バリエータレ
ンズ群を構成する２つのレンズ群（第２および第４のレ
ンズ群１２、１４）の間には、第３のレンズ群１３（コ
ンペンセータレンズ群）が配置されているが、バリエー
タレンズ群を構成する２つのレンズ群（第２および第４
のレンズ群１２、１４）については、共通のバリエータ
レンズ枠２２に保持して一体に移動させる。このような
構成によって、複数のレンズ群を組み合わせても、レン
ズ群間での偏芯に起因する光学特性の劣化を回避するこ
とのできるズームレンズ装置、光学機器並びにプロジェ
クタを提供することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【本発明の属する技術分野】本発明は、ズームレンズ装
置、このズームレンズ装置を用いた光学機器、並びにプ
ロジェクタに関するするものである。さらに詳しくは、
ズームレンズ装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタ、一眼レフカメラ、ビデオ
カメラ、電子カメラ、医療機器等の機器において、ワイ
ド（広角）状態からテレ（望遠）状態、あるいはテレ状
態からワイド状態にズーミング操作を行なうためのズー
ムレンズ装置が用いられている。このようなズームレン
ズ装置では、１枚または複数枚のレンズからなるレンズ
群が、光軸方向に複数群、配置されている。これらの複
数のレンズ群には、フォーカス用レンズ群、ズーミング
操作時に光軸方向に移動する２つのレンズ群を有する変
倍用のバリエータレンズ群が含まれている。また、ズー
ムレンズ装置では、ズーミング操作の途中、バリエータ
レンズ群の移動に伴って焦点位置がずれる。そこで、そ
れを補償することを目的に、バリエータレンズ群を構成
する２つのレンズ群の間には、バリエータレンズ群に連
動して光軸方向に移動するコンペンセータレンズ群が配
置されている。

【０００３】このように構成したズームレンズ装置にお
いて、ズーミング操作時には、フォーカス用レンズ群、
バリエータレンズ群、およびコンペンセータレンズ群が
光軸方向に移動するので、これらのレンズ群を共通のレ
ンズ枠に保持させ、一体に移動させる構成が考えられ
る。しかし、コンペンセータレンズ群は、バリエータレ
ンズ群に連動して移動するといっても、その移動パター
ンが異なっている。このため、フォーカス用レンズ群、
バリエータレンズ群、およびコンペンセータレンズ群を
一体に保持、移動させると、コンペンセータを適正に行
なうことができない。

【０００４】そこで、従来は、ズーミング操作時に光軸
方向に移動するフォーカス用レンズ群、バリエータレン
ズ群、コンペンセータレンズ群などの可動レンズ群を、
レンズ群毎にレンズ枠に保持し、レンズ群毎に駆動する
ようにしていた。すなわち、バリエータレンズ群を構成
する２つのレンズ群は、同一方向への移動を行なうもの
であるが、それぞれが別々のレンズ枠に保持されて、別
々に駆動されていた。

【０００５】このような駆動を行なうにあたって、ズー
ムレンズ装置において、可動レンズ群を保持するレンズ
枠の各々から駆動ピンが突出している一方、これらの駆
動ピンは、共通のズームリングに形成された複数のカム
溝の各々に嵌まっている。ここで、カム溝は、ズーミン
グ操作を行なった時の各可動レンズ群の光軸方向の移動
を規定するものであるから、可動レンズ群毎に所定のパ
ターンで形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ズームレンズ装置では、各レンズ群内における偏芯、す
なわち光軸のずれは比較的、容易に解消できるものの、
各レンズ群間の偏芯は解消できない。よって、各レンズ
群間の偏芯に起因する光学特性の劣化、例えば収差やこ
れによって生じるフレアの発生を解消できないという問
題点がある。また、このようにレンズ群間の偏芯に起因
して収差やこれによって生じるフレアなどの不具合が発
生しても、複数のレンズ群のいずれに不具合があるかを
特定するのは、かなり手間のかかる作業であり、量産工
程の中で行なうのは不可能といえる。

【０００７】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
複数のレンズ群を組み合わせたズームレンズ装置におい
て、レンズ群間での偏芯に起因する光学特性の劣化を低
減することのできる構成を提供することにある。

【０００８】また、本発明の課題は、このズームレンズ
装置を用いて、光学特性を向上することのできる光学機
器並びにプロジェクタを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、ズーミング操作時に光軸方向に移動す
る２つのレンズ群を有するバリエータレンズ群と、前記
２つのレンズ群の間に配置され、前記バリエータレンズ
群に連動して光軸方向に移動するコンペンセータレンズ
群とを備えたズームレンズ装置において、前記２つのレ
ンズ群は、共通のバリエータレンズ枠に保持されて一体
に移動するように構成されていることを特徴とする。

【００１０】本発明では、バリエータレンズ群を構成す
る２つのレンズ群の間にコンペンセータレンズ群が配置
されているにもかかわらず、これらのレンズ群が共通の
バリエータレンズ枠に保持されて一体に移動するように
構成されている。すなわち、バリエータレンズ群を構成
する２つのレンズ群がコンペンセータレンズ群を挟んで
離れた位置に配置されるにもかかわらず、ズーミング操
作時には一体となって移動する。このため、バリエータ
レンズ群を構成する２つのレンズ群間の偏芯を解消する
ことが可能である。ここで、レンズ群間の偏芯に起因す
る光学特性の劣化を防止するには、他のレンズ群間で偏
芯を解消するよりも、バリエータレンズ群を構成するレ
ンズ群間で偏芯を解消する方が、極めて効果的である。
バリエータレンズ群を構成するレンズ群は、通常、他の
レンズ群よりもレンズパワーが大きいため、偏芯による
収差等の影響が他のレンズ群の場合よりも大きいからで
ある。本発明では、バリエータレンズ群を構成する２つ
のレンズ群間の偏芯を解消できるため、レンズの偏芯に
起因する光学特性の劣化を極めて効果的に緩和すること
ができる。

【００１１】また、本発明によれば、実質的には、レン
ズ群の数を１つ減らしたのと同じ構成になるため、レン
ズ群間での偏芯も発生しにくいという利点がある。さら
に、ズームレンズ装置の組立工程も簡略化できる。

【００１２】本発明は、特に、バリエータレンズ群を構
成する２つのレンズ群が、偏芯に起因する収差の影響を
互いに相殺し合う特性を有している場合に効果が大き
い。その理由は、以下の通りである。従来技術の如く、
バリエータレンズ群を構成する２つのレンズ群が別々の
レンズ枠に保持されている場合は、２つのレンズ群が異
なる方向に偏芯する可能性がある。この場合、レンズ群
の偏芯に起因する光学特性の劣化は著しいものとなる。
一方、本発明では、バリエータレンズ群を構成する２つ
のレンズ群が同一のバリエータレンズ枠に保持されてい
る。よって、バリエータレンズ群を構成する２つのレン
ズ群が偏芯したとしても、２つのレンズ群は同じ方向に
偏芯することになる。よって、２つのレンズ群に収差の
影響を互いに相殺し合う特性を持たせておけば、バリエ
ータレンズ群が偏芯したとしても、バリエータレンズ群
内での収差の影響は相殺され、結果として収差を少なく
抑えることが可能となる。

【００１３】本発明は、前記レンズ群が、前記光軸方向
に５群配置されているズームレンズ装置に適用すると効
果的であるが、前記レンズ群が、前記光軸方向に６群以
上配置されているズームレンズ装置に適用してもよい。

【００１４】また、本発明において、さらに、前記コン
ペンセータレンズ群を保持するコンペンセータレンズ群
と、前記バリエータレンズ枠と前記コンペンセータレン
ズ枠の外周側に突出するように設けられた駆動ピンと、
前記駆動ピンをそれぞれ案内してズーミング操作時の各
可動レンズ群の光軸方向での移動パターンを規定するカ
ム溝が形成されたズームリングとを設け、前記バリエー
タレンズ枠に、前記コンペンセータレンズ枠から突出す
る前記駆動ピンを前記カム溝内まで届かせるための開口
を設けることが好ましい。このような構成を採用すれ
ば、容易にズーミング操作を行なうことが可能である。

【００１５】さらに、本発明において、像側から最も遠
い位置にバリエータレンズ群、コンペンセータレンズ群
以外のレンズ群を設ければ、このレンズ群に、収差、特
に、像面湾曲収差を補償する機能を持たせることが可能
となるため、ズームレンズ装置の性能をより向上させる
ことが可能となる。また、このレンズ群には、ズームレ
ンズ装置を略テレセントリック系にする機能を持たせる
ことも可能となる。よって、テレセントリック系のズー
ムレンズ装置を必要とするプロジェクタなどの光学機器
と本発明のズームレンズ装置とを組み合わせる場合に
は、像側から最も遠い位置に、バリエータレンズ群、コ
ンペンセータレンズ群以外のレンズ群を設けると有利で
ある。

【００１６】そして、このとき、像側から最も遠い位置
に配置されたレンズ群のみを固定レンズ群として構成
し、その他のレンズ群をズーミング操作時に光軸方向に
移動可能な可動レンズ群として構成することが可能であ
る。一方、このような場合に、すべてのレンズ群を可動
とすることも可能である。像側から最も遠い位置に配置
されたレンズ群のみを固定レンズ群として構成した場合
には、ズームレンズ装置の構造を簡素化できるため、製
造コストを低減することが可能となる。よって、性能が
高くかつ安価なズームレンズ装置を提供することが可能
となる。一方、すべてのレンズ群を可動とすれば、像側
から最も遠い位置に配置されたレンズ群に持たせた機能
を、ワイド状態からテレ状態の全域にわたって得ること
ができるため、より性能の高いズームレンズ装置を提供
することが可能となる。

【００１７】また、バリエータレンズ群とコンペンセー
タレンズ群の他にも可動レンズ群を設けた場合には、こ
れらの可動レンズ群もレンズ枠によって保持し、それぞ
れのレンズ枠の外周側から突出するように駆動ピンを設
け、ズームリングには、これらの駆動ピンをそれぞれ案
内してズーミング操作時の各可動レンズ群の光軸方向で
の移動パターンを規定するカム溝を形成することが好ま
しい。このような構成を採用すれば、容易にズーミング
操作を行なうことが可能となる。本発明では、バリエー
タレンズ群を２つのレンズ群で構成しているため、この
ように同一のズームリングですべての可動レンズ群を案
内する構成とした場合でも、カム溝を１つ分少なくする
ことができる点で有利である。

【００１８】なお、本発明のズームレンズ装置におい
て、各レンズ群は、１枚または複数のレンズによって構
成することが可能である。

【００１９】本発明のズームレンズ装置は、一眼レフカ
メラ、ビデオカメラ、電子カメラ、医療機器等の光学機
器に用いることができる。

【００２０】また、本発明のズームレンズ装置は、液晶
装置の他、マイクロミラーを用いた変調装置や、ＣＲＴ
を画像形成装置として用いたプロジェクタに用いること
もできる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。本発明を適用したズームレンズ装置
は、各種の機器に適用できるが、ここでは、プロジェク
タの拡大投射系に適用した例を説明する。

【００２２】実施の形態１ Ａ．プロジェクタの構成 図１は、本発明が適用されるプロジェクタの一実施形態
にかかる光学系の構成を示す概略平面図である。なお、
以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向を
ｚ軸の正方向、ｚ軸の正方向側からみて１２時の方向を
ｙ軸の正方向、３時の方向をｘ軸の正方向とする。

【００２３】図１に示すように、プロジェクタ１は、光
源ユニット２０１と、光学ユニット３０１と、拡大投射
系としてのズームレンズ装置１０とを有している。

【００２４】光学ユニット３０１は、第１の光学要素３
２０、第２の光学要素３３０、および重畳レンズ３７０
を備えたインテグレータ光学系３００を有している。ま
た、光学ユニット３０１は、ダイクロイックミラー３８
２、３８６、および反射ミラー３８４を含む色光分離光
学系３８０を有している。さらに、光学ユニット３０１
は、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、および
反射ミラー３９４、３９８を含む導光光学系３９０を有
している。さらにまた、光学ユニット３０１は、３枚の
フィールドレンズ４００、４０２、４０４、画像形成装
置としての３枚の液晶装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０
Ｂ、およびクロスダイクロイックプリズム４２０を有し
ている。

【００２５】光源ユニット２０１は、光学ユニット３０
１の第１の光学要素３２０の入射面側に配置されてい
る。ズームレンズ装置１０は、光学ユニット３０１のク
ロスダイクロイックプリズム４２０の出射面側に配置さ
れている。

【００２６】図２は、図１に示すプロジェクタ１の照明
領域である３枚の液晶装置を照明するインテグレータ照
明光学系について示す説明図である。図３（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、第１の光学要素３２０の外
観を示す正面図、側面図およびこの第１の光学要素３２
０の小レンズが形成されている側の一部を拡大して示す
斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、偏光変
換素子アレイの外観を示す斜視図、およびこの偏光変換
素子アレイの機能を示す説明図である。なお、図２は、
説明を容易にするため、インテグレータ照明光学系の機
能を説明するための主要な構成要素のみを示している。

【００２７】図２に示すインテグレータ照明光学系は、
光源ユニット２０１に備えられた光源２００と、光学ユ
ニット３０１に備えられたインテグレータ光学系３００
とを有している。インテグレータ光学系３００は、第１
の光学要素３２０、第２の光学要素３３０、および第３
の光学要素である重畳レンズ３７０を備えている。第２
の光学要素３３０は、集光レンズ３４０、遮光板３５０
および偏光変換素子アレイ３６０を備えている。

【００２８】光源２００は、光源ランプ２１０および凹
面鏡２１２を備えている。光源ランプ２１０から出射さ
れた放射状の光は、凹面鏡２１２によって反射されて略
平行な光線束として第１の光学要素３２０の方向に出射
される。光源ランプ２１０としては、ハロゲンランプや
メタルハライドランプ、高圧水銀ランプが用いられるこ
とが多い。凹面鏡２１２としては、放物面鏡や楕円面鏡
を用いることが可能である。光源２００には、凹面鏡２
１２から射出された光を平行化するレンズを設けること
もある。

【００２９】図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、第
１の光学要素３２０は、矩形状の輪郭を有する小レンズ
３２１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス
状に配列されたレンズアレイである。レンズ横方向中心
からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在する。この例
では、Ｍ＝１０、Ｎ＝４である。各小レンズ３２１をｚ
方向から見た外形形状は、液晶装置４１０の形状と略相
似系をなすように設定されている。例えば、液晶装置の
画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が
４：３であるならば、各小レンズ３２１のアスペクト比
も４：３に設定される。また、図２に示すように、第２
の光学要素３３０にも集光レンズ３４０が形成されてい
るが、この集光レンズ３４０は、図３を参照して説明し
た第１の光学要素３２０と同様な構成のレンズアレイで
ある。なお、第１の光学要素３２０および集光レンズ３
４０のレンズの向きは、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向のど
ちらを向いていてもよい。また、図２に示すように互い
に反対の方向を向いていても良い。

【００３０】偏光変換素子アレイ３６０は、図２に示し
たように、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２が
光軸を挟んで対称な向きに配置された構成となってい
る。

【００３１】この偏光変換素子アレイ３６１は、図４
（Ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ３６
３と、偏光ビームスプリッタアレイ３６３の光出射面の
一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３６４（図中
斜線で示す。）とを備えている。偏光ビームスプリッタ
アレイ３６３は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複
数の透光性部材３６５が、順次貼り合わされた形状を有
している。透光性部材３６５の界面には、偏光分離膜３
６６と反射膜３６７とが交互に形成されている。λ／２
位相差板３６４は、偏光分離膜３６６あるいは反射膜３
６７の光の出射面のｘ方向の写像部分に、選択的に貼り
つけられる。この例では、偏光分離膜３６６の光の出射
面のｘ方向の写像部分にλ／２位相差板３６４を貼りつ
けている。

【００３２】このように構成した偏光変換素子アレイ３
６１は、入射した光を１種類の直線偏光光（例えば、ｓ
偏光光やｐ偏光光）に変換して出射する機能を有する。

【００３３】すなわち、図４（Ｂ）に示すように、偏光
変換素子アレイ３６１の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光
成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入
射光）が入射すると、この入射光は、まず、偏光分離膜
３６６によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏
光光は、偏光分離膜３６６によって略垂直に反射され、
反射膜３６７によってさらに反射されてから出射され
る。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３６６をそのまま透
過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の出射領域には
λ／２位相差板３６４が配置されており、このｐ偏光光
は、ｓ偏光光に変換されて出射される。従って、偏光変
換素子アレイ３６１を透過した光は、そのほとんどがｓ
偏光光となって出射される。また、偏光変換素子アレイ
３６１から出射される光をｐ偏光光としたい場合には、
λ／２位相差板３６４を、反射膜３６７によって反射さ
れたｓ偏光光が出射する出射面に配置するようにすれば
よい。

【００３４】このように、偏光変換素子アレイ３６１
は、隣り合う１つの偏光分離膜３６６および１つの反射
膜３６７を含み、さらに１つのλ／２位相差板３６４で
構成される１つのブロックを、１つの偏光変換素子３６
８とみなすことができる。従って、偏光変換素子アレイ
３６１は、このような偏光変換素子３６８が、ｘ方向に
複数列配列されたものといえる。ここで示す例では、４
列の偏光変換素子３６８で構成されている。なお、偏光
変換素子アレイ３６２は偏光変換素子アレイ３６１と全
く同様の構成であるので、説明を省略する。

【００３５】このように構成したプロジェクタ１におい
て、図２に示す光源２００から出射された非偏光な光
は、インテグレータ光学系３００を構成する第１の光学
要素３２０の複数の小レンズ３２１および第２の光学要
素３３０に含まれる集光レンズ３４０の複数の小レンズ
３４１によって複数の部分光束２０２に分割されるとと
もに、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の偏光
分離膜３６６の近傍に集光される。ここで、集光レンズ
３４０は、第１の光学要素３２０から出射された複数の
部分光束が２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の
偏光分離膜３６６上に集光されるように導く機能を有し
ている。従って、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３
６２に入射した複数の部分光束は、図４（Ｂ）を参照し
て説明したように、１種類の直線偏光光に変換され出射
される。２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２から
出射された複数の部分光束は、重畳レンズ３７０によっ
て後述する液晶装置上で重畳される。従って、このイン
テグレータ照明光学系は液晶装置を均一に照明すること
ができる。

【００３６】図１に示した反射ミラー３７２は、重畳レ
ンズ３７０から出射された光を色光分離光学系３８０の
方向に導くために設けられている。この反射ミラー３７
２は、照明光学系の構成によっては必ずしも必要とされ
ない。

【００３７】色光分離光学系３８０は、２枚のダイクロ
イックミラー３８２、３８６を備え、重畳レンズ３７０
から出射される光を、赤、緑、青の３色の光に分離する
機能を有している。第１のダイクロイックミラー３８２
は、重畳レンズ３７０から出射される光のうち赤色光成
分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを
反射する。第１のダイクロイックミラー３８２を透過し
た赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールド
レンズ４００を通って赤色光用の液晶装置４１０Ｒに達
する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７
０から出射された各部分光束をその中心軸（主光線）に
対して平行な光に変換する。他の液晶装置４１０Ｇ、４
１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２、４０
４も同様である。第１のダイクロイックミラー３８２で
反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第２のダイ
クロイックミラー３８６によって反射され、フィールド
レンズ４０２を通って緑色光用の液晶装置４１０Ｇに達
する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー３
８６を透過し、導光光学系３９０、すなわち、入射側レ
ンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、
および反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレン
ズ４０４を通って青色光用の液晶装置４１０Ｂに達す
る。なお、青色光に導光光学系３９０が用いられている
のは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さより
も長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防
止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入
射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に
伝えるためである。

【００３８】液晶装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ
は、一対の偏光板と、これらの偏光板の間に配置された
液晶パネルとを備えており、入射した光を、与えられた
画像情報に基づいて変調する機能を有している。このよ
うな液晶装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂについては
公知であるため、詳細な説明を省略する。

【００３９】３つの液晶装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１
０Ｂによって変調された光は、クロスダイクロイックプ
リズム４２０に入射する。このクロスダイクロイックプ
リズム４２０は、変調された３色の光を合成する色光合
成光学系としての機能を有している。クロスダイクロイ
ックプリズム４２０には、赤光を反射する誘電体多層膜
と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリ
ズムの界面に沿って略Ｘ字状に形成されている。これら
の誘電体多層膜によって、変調された３色の光が合成さ
れる。クロスダイクロイックプリズム４２０で合成され
た光は、ズームレンズ装置１０の方向に出射される。ズ
ームレンズ装置１０は、合成された光をスクリーンなど
の投射面上に投射する機能を有する。

【００４０】Ｂ．ズームレンズ装置１０の構成 図５、図６、図７および図８を参照して、プロジェクタ
１に用いたズームレンズ装置１０の構成を詳述する。

【００４１】図５は、ズームレンズ装置１０に用いたレ
ンズを示す断面図である。図６は、このズームレンズ装
置１０の外観を模式的に示す斜視図であり、図７は、こ
のズームレンズ装置１０からズームリングや固定枠など
を外した状態を模式的に示す斜視図である。図８
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、このズームレンズ
装置１０において、ワイド（広角）、標準、テレ（望
遠）の各状態におけるレンズ位置を示す説明図である。

【００４２】図５において、本実施の形態のズームレン
ズ装置１０では、１枚または複数枚のレンズからなるレ
ンズ群が光軸方向に複数群、配置されている。本実施の
形態では、パワーが負、正、負、正、正の第１〜第５の
レンズ群１１、１２、１３、１４、１５が用いられてい
る。これらのレンズ群のうち、像側に最も近い位置に配
置される第１のレンズ群１１は、フォーカスレンズ群で
ある。

【００４３】第２および第４のレンズ群１２、１４は、
主として変倍機能を有するバリエータレンズ群である。
第２のレンズ群１２と第４のレンズ群１４とは、偏芯に
起因する収差の影響を互いに相殺し合う特性を有してい
る。例えば、レンズ群１２とレンズ群１４のそれぞれ
は、バリエータレンズ群が偏芯した場合に、第２のレン
ズ群が収差によるフレアを発生させる方向と第４のレン
ズ群が収差によるフレアを発生させる方向とが逆になる
ような特性を有している。

【００４４】また、バリエータレンズ群を構成する第２
のレンズ群１２と第４のレンズ群１４との間には、第２
および第４のレンズ群１２、１４に連動して光軸方向に
移動する第３のレンズ群１３が、コンペンセータレンズ
群として配置されている。また、この第３のレンズ群１
３は、主としてズーミング操作の途中、第２および第４
のレンズ群１２、１４（バリエータレンズ群）の移動に
伴って焦点位置がずれるのを補償する機能を有してい
る。なお、第１のレンズ群１１も、このような補償機能
をあわせもっている。

【００４５】像側から最も遠い位置に配置される第５の
レンズ群１５は、固定枠１６に固定されており、ズーミ
ング操作時に移動しない固定レンズ群として構成されて
いる。この第５のレンズ群１５は、ズームレンズ装置１
０を略テレセントリック系にする機能と、収差のうち特
に像面湾曲収差を補償する機能を有している。

【００４６】また、第１〜第４のレンズ群は、ズーミン
グ操作時に移動する可動レンズ群として構成されてい
る。これらのレンズ群１１〜１４のうち、第２のレンズ
群１２と第４のレンズ群１４とは、一体となって移動す
るが、第１のレンズ群１１と第３のレンズ群１３は、い
ずれも、互いに独立して移動する。

【００４７】このようにレンズ群を移動させるため、本
実施の形態では、次に述べるような構成を採用してい
る。

【００４８】まず、第１のレンズ群１１は、固定枠１６
の円筒部分の内部において、光軸方向に移動可能な円筒
形のフォーカスレンズ枠２１に保持されている。第３の
レンズ群１３は、固定枠１６の円筒部分の内部におい
て、光軸方向に移動可能な円筒形のコンペンセータレン
ズ枠２３に保持されている。なお、フォーカスレンズ枠
２１およびコンペンセータレンズ枠２３は、いずれも光
軸周りには回転しない構造になっている。

【００４９】また、第２のレンズ群１２と第４のレンズ
群１４との間には第３のレンズ群１３が配置されてい
る。すなわち、第２および第４のレンズ群１２、１４
は、離れて配置されている。そして、第２および第４の
レンズ群１２、１４は、共通のバリエータレンズ枠２２
に保持されている。このバリエータレンズ枠２２も、円
筒形状を有しており、固定枠１６の円筒部分の内部にお
いて光軸方向に移動可能であるが、光軸周りには回転し
ない構造になっている。

【００５０】さらに、図５、図６および図７に示すよう
に、フォーカスレンズ枠２１、バリエータレンズ枠２
２、およびコンペンセータレンズ枠２３の外周部分から
等角度方向に、複数の駆動ピン３１、３２、３３を各々
突出させてある。これらの駆動ピン３１、３２、３３の
先端には、軸線周りに回転可能なローラが形成されてい
る。

【００５１】また、コンペンセータレンズ枠２３の外周
側にはバリエータレンズ枠２２が被さった状態にある。
そこで、このバリエータレンズ枠２２において、コンペ
ンセータレンズ枠２３の駆動ピン３３が形成されている
部分と重なる領域には開口２２０が形成されている。

【００５２】また、固定枠１６の円筒部分の外周側に
は、円筒形のズームリング４０が装着されている。この
ズームリング４０は、光軸周りに回転可能であるが、光
軸方向には移動しない構造になっている。

【００５３】ズームリング４０には、フォーカスレンズ
枠２１、バリエータレンズ枠２２、およびコンペンセー
タレンズ枠２３の外周部分から突出した駆動ピン３１、
３２、３３が各々嵌まるカム溝４１、４２、４３が形成
されている。なお、駆動ピン３３は、バリエータレンズ
枠２２の開口２２０を介してしてカム溝４３に嵌まって
いる。

【００５４】ここで、カム溝４１、４２、４３は、ズー
ムリング４０を手動あるいは自動の駆動機構によって光
軸周りに回転させてズーミング操作を行なったとき、対
応するレンズ枠（フォーカスレンズ枠２１、バリエータ
レンズ枠２２、およびコンペンセータレンズ枠２３）を
各々所定の条件で光軸方向に案内することにより、第１
〜第４のレンズ群１１〜１４を各々所定の条件で光軸方
向に移動させる機能を有している。従って、カム溝４
１、４２、４３のパターンは、互いに相違している。

【００５５】このように構成したズームレンズ装置１０
において、図８（Ｂ）に示す標準状態からワイド（広
角）状態にズーミング操作を行なうときには、図６に矢
印Ｗで示す方向にズームリング４０を回転させる。この
とき、図８（Ａ）に示すように、カム溝４１の形状に基
づいて、第１のレンズ群１１は光軸方向に移動しない。
一方、カム溝４２の形状に基づいて、第２および第４の
レンズ群１２、１４は光軸方向において物体側に移動す
る。よって、第１のレンズ群１１と、第２および第４の
レンズ群１２、１４との間隔が広がる。なお、カム溝４
３の形状に基づいて、第３のレンズ群１３は光軸方向に
おいて物体側に移動する。

【００５６】これに対して、図８（Ｂ）に示す標準状態
からテレ（望遠）状態にズーミング操作を行なうときに
は、図６に矢印Ｔで示す方向にズームリング４０を回転
させる。このとき、図８（Ｃ）に示すように、カム溝４
１の形状に基づいて、第１のレンズ群１１は光軸方向に
おいて物体側に移動する。一方、カム溝４２の形状に基
づいて、第２および第４のレンズ群１２、１４は光軸方
向において像側に移動する。よって、第１のレンズ群１
１と、第２および第４のレンズ群１２、１４との間隔が
狭まる。なお、カム溝４３の形状に基づいて、第３のレ
ンズ群１３は、光軸方向において像側に移動する。

【００５７】Ｃ．本実施形態の効果 以上説明したように、本実施の形態のズームレンズ装置
１０では、バリエータレンズ群を構成する２つのレンズ
群（第２および第４のレンズ群１２、１４）の間に第３
のレンズ群１３（コンペンセータレンズ群）が配置され
ているにもかかわらず、これら２つのレンズ群が共通の
バリエータレンズ枠２２に保持されて一体に移動するよ
うに構成されている。すなわち、第２および第４のレン
ズ群１２、１４が、第３のレンズ群１３を挟んで離れた
位置に配置されるにもかかわらず、ズーミング操作時に
は一体となって移動する。このため、バリエータレンズ
群を構成する２つのレンズ群間の偏芯を解消することが
可能である。従って、レンズの偏芯に起因する光学特性
の劣化を極めて効果的に緩和することができる。

【００５８】また、実質的には、レンズ群の数を１つ減
らしたのと同じ構成になるため、レンズ群間での偏芯も
発生しにくいという利点がある。さらに、ズームレンズ
装置１０の組立工程も簡略化できる。

【００５９】さらに、バリエータレンズ群を構成する第
２のレンズ群１２と第４のレンズ群１４とがこれらのレ
ンズ群の偏芯に起因する収差の影響を相殺し合う特性を
有しているため、バリエータレンズ群が偏芯しても、バ
リエータレンズ群内での収差の影響は相殺される。結果
として、収差を少なく抑えることが可能である。

【００６０】また、バリエータレンズ枠２２にコンペン
セータレンズ枠２３から突出する駆動ピン３３をズーム
リング４０のカム溝４３内まで届かせるための開口２２
０を設けて、バリエータレンズ群を構成するレンズ群１
２、１４とコンペンセータレンズ群を構成するレンズ群
１３とを同一のズームリング４０によって案内する構成
としているため、容易にズーミング操作を行なうことが
可能である。

【００６１】さらに、像側から最も遠い位置に第５のレ
ンズ群１５を設け、このレンズ群１５にズームレンズ装
置１０を略テレセントリック系にする機能と、収差のう
ち特に像面湾曲収差を補償する機能を持たせている。従
って、本実施の形態の構成によれば、ズームレンズ装置
の性能をより向上させることが可能となる。また、本実
施の形態にかかるズームレンズ装置は、テレセントリッ
ク系のズームレンズ装置を必要とするプロジェクタなど
の光学機器と組み合わせる場合に有利である。

【００６２】さらにまた、第５のレンズ群１５は、固定
枠１６に固定されており、ズーミング操作時に移動しな
い固定レンズ群として構成されている。よって、本実施
の形態の構成によれば、性能が高くかつ安価なズームレ
ンズ装置を提供することが可能となる。

【００６３】また、本実施の形態のズームレンズ装置１
０では、すべての可動レンズ群１１〜１４を案内するカ
ム溝４１〜４３が、同一のズームリング４０に設けられ
ている。すなわち、すべての可動レンズ群１１〜１４が
同一のズームリング４０によって案内される。従って、
容易にズーミング操作を行なうことが可能である。本実
施の形態のズームレンズ装置１０では、バリエータレン
ズ群を構成する２つのレンズ群１２、１４が同一のレン
ズ枠２２によって保持されているため、可動レンズ群を
案内するカム溝が１つ分、少なくできている。

【００６４】実施の形態２ 図９および図１０を参照して、本発明の第２の実施の形
態に係るズームレンズ装置を説明する。

【００６５】図９は、本発明を適用したズームレンズ装
置に用いたレンズを示す断面図である。図１０（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、このズームレンズ装置にお
いて、ワイド（広角）、標準、テレ（望遠）の各状態に
おけるレンズ位置を示す説明図である。なお、本実施の
形態のズームレンズ装置も、実施の形態１のズームレン
ズ装置１０と同様、プロジェクタに適用可能である。ま
た、その基本的な構成は、実施の形態１に係るズームレ
ンズ装置１０と共通している。従って、共通する部分に
は、同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略す
る。

【００６６】図９において、本実施の形態のズームレン
ズ装置５０でも、実施の形態１と同様、１枚または複数
枚のレンズからなるレンズ群が光軸方向に複数群、配置
されている。本実施の形態では、第１〜第５のレンズ群
１１、１２、１３、１４、１５が用いられている。これ
らのレンズ群の機能は、第１の実施の形態で説明したも
のと同じである。

【００６７】本実施の形態では、第１〜第５のレンズ群
１１〜１５は、いずれも可動レンズ群として構成されて
おり、第５のレンズ群１５が固定枠１６に固定されてい
ない点が実施の形態１と相違する。すなわち、本実施の
形態では、第５のレンズ群１５は、固定枠１６の円筒部
分の内部において、光軸方向に移動可能な円筒形のレン
ズ枠２５に保持されている。このレンズ枠２５は、光軸
周りに回転しない構造になっている。

【００６８】また、本実施の形態でも、第１のレンズ群
１１は、固定枠１６の円筒部分の内部において、光軸方
向に移動可能な円筒形のフォーカスレンズ枠２１に保持
され、第３のレンズ群１３は、固定枠１６の円筒部分の
内部において、光軸方向に移動可能な円筒形のコンペン
セータレンズ枠２３に保持されている。

【００６９】さらに、第２のレンズ群１２と第４のレン
ズ群１４との間に第３のレンズ群１３が配置されてい
る。すなわち、第２および第３のレンズ群１２、１４
は、離れて配置されている。そして、第２および第３の
レンズ群１２、１４は、共通のバリエータレンズ枠２２
に保持されている。

【００７０】さらに、フォーカスレンズ枠２１、バリエ
ータレンズ枠２２、コンペンセータレンズ枠２３、およ
びレンズ枠２５の外周部分から等角度方向に複数本の駆
動ピン３１、３２、３３、３５を各々突出させてある。
ここで、コンペンセータレンズ枠２３の外周部分には、
バリエータレンズ枠２２が被さった状態にある。よっ
て、このバリエータレンズ枠２２において、コンペンセ
ータレンズ枠２３の駆動ピン３３が形成されている部分
と重なる領域には、開口２２０が形成されている。

【００７１】また、固定枠１６の円筒部分の外周側に
は、円筒形のズームリング４０が装着されている。ズー
ムリング４０には、フォーカスレンズ枠２１、バリエー
タレンズ枠２２、コンペンセータレンズ枠２３、および
レンズ枠２５の外周部分から突出した駆動ピン３１、３
２、３３、３５が各々嵌まるカム溝４１、４２、４３、
４５が形成されている。ここで、カム溝４１、４２、４
３、４５は、ズームリング４０を手動あるいは自動の駆
動機構によって光軸周りに回転させてズーミング操作を
行なったとき、対応するレンズ枠（フォーカスレンズ枠
２１、バリエータレンズ枠２２、コンペンセータレンズ
枠２３、およびレンズ枠２５）を各々所定の条件で光軸
方向に案内することにより、第１〜第５のレンズ群１１
〜１５を各々所定の条件で光軸方向に移動させる機能を
有している。従って、カム溝４１、４２、４３、４５の
パターンは、互いに相違している。

【００７２】このように構成したズームレンズ装置５０
において、図１０（Ｂ）に示す標準状態からワイド（広
角）状態にズーミング操作を行なうときには、実施の形
態１と同様、ズームリング４０を所定の方向に回転させ
る。このとき、図１０（Ａ）に示すように、カム溝４１
の形状に基づいて、第１のレンズ群１１は光軸方向にお
いて像側に移動する。一方、カム溝４２の形状に基づい
て、第２および第４のレンズ群１２、１４は光軸方向に
おいて物体側に移動する。よって、第１のレンズ群１１
と、第２および第４のレンズ群１２、１４との間隔が広
がる。なお、カム溝４３の形状に基づいて、第３のレン
ズ群１３は、光軸方向において物体側に移動する。ま
た、カム溝４５の形状に基づいて、第５のレンズ群１５
は、光軸方向において物体側にわずかに移動する。

【００７３】これに対して、図１０（Ｂ）に示す標準状
態からテレ（望遠）状態にズーミング操作を行なうとき
には、ズームリング４０を逆方向に回転させる。このと
き、図１０（Ｃ）に示すように、カム溝４１の形状に基
づいて、第１のレンズ群１１は、光軸方向において物体
側に移動する。一方、カム溝４２の形状に基づいて、第
２および第４のレンズ群１２、１４は光軸方向において
像側に移動する。よって、第１のレンズ群１１と、第２
および第４のレンズ群１２、１４との間隔が狭まる。な
お、カム溝４３の形状に基づいて、第３のレンズ群１３
は光軸方向で移動しない。また、カム溝４５の形状に基
づいて、第５のレンズ群１５も光軸方向で移動しない。

【００７４】このように、本実施の形態のズームレンズ
装置５０でも、第１の実施の形態にかかるズームレンズ
１０と同様の効果を得ることが可能である。さらに、本
実施の形態のズームレンズ装置５０では、第１〜第４の
レンズ群のみならず、第５のレンズ群１５も可動となっ
ていることにより、第５のレンズ群の機能を、ワイド状
態からテレ状態の全域にわたって得ることができる。す
なわち、ワイド状態からテレ状態の全域にわたって像面
湾曲収差を効果的に補償することができるとともに、ワ
イド状態からテレ状態の全域にわたってズームレンズ装
置５０を略テレセントリック系にすることが可能であ
る。よって、本実施の形態の構成によれば、ズームレン
ズ装置５０の性能をより向上させることが可能となる。

【００７５】その他の実施の形態 なお、上記の実施の形態では、いずれもプロジェクタ１
の拡大投射系として用いるズームレンズ装置１０、１５
について説明したが、プロジェクタの他にも、一眼レフ
カメラ、ビデオカメラ、電子カメラ、医療機器等の光学
機器に搭載されるズームレンズ装置に本発明を適用する
ことが可能である。さらに、プロジェクタ１の構成も、
上記実施の形態で説明したものには限られない。例え
ば、画像形成装置は、液晶装置の他、マイクロミラーを
用いた変調装置や、ＣＲＴであっても良い。

【００７６】また、上記の実施の形態では、５つのレン
ズ群を備えるズームレンズ装置１０、１５を例に説明し
たが、６つ以上のレンズ群を用いたズームレンズ装置に
本発明を適用してもよい。

【００７７】

【図面の簡単な説明】

【図１】 プロジェクタの光学系の構成を示す概略平面
図である。

【図２】 図１に示すプロジェクタの照明領域である３
枚の液晶装置を照明するインテグレータ照明光学系につ
いて示す説明図である。

【図３】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、プロ
ジェクタのインテグレータ照明光学系に用いた第１の光
学要素の外観を示す正面図、側面図、および第１の光学
要素の小レンズが形成されている側の一部を拡大して示
す斜視図である。

【図４】 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図２に示すイ
ンテグレータ照明光学系に用いた偏光変換素子アレイの
外観を示す斜視図、およびこの偏光変換素子アレイの機
能を示す説明図である。

【図５】 本発明の実施の形態１に係るズームレンズ装
置に用いたレンズを示す断面図である。

【図６】 図５に示すズームレンズ装置の外観を模式的
に示す斜視図である。

【図７】 図５に示すズームレンズ装置からズームリン
グなどを外した状態を模式的に示す斜視図である。

【図８】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、図５
に示すズームレンズ装置において、ワイド（広角）、標
準、テレ（望遠）の各状態におけるレンズ位置を示す説
明図である。

【図９】 本発明の実施の形態２に係るズームレンズ装
置に用いたレンズを示す断面図である。

【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、図
９に示すズームレンズ装置において、ワイド（広角）、
標準、テレ（望遠）の各状態におけるレンズ位置を示す
説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 19/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ Ｇ０３Ｂ 21/00 21/14 Ｄ 21/14 Ｇ０２Ｂ 7/04 Ｄ Ｆターム(参考） 2H044 AJ06 DA02 DD03 EC01 2H049 BA05 BA43 BA47 BC21 2H052 BA02 BA09 BA14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズーミング操作時に光軸方向に移動する
   ２つのレンズ群を有するバリエータレンズ群と、 前記２つのレンズ群の間に配置され、前記バリエータレ
   ンズ群に連動して光軸方向に移動するコンペンセータレ
   ンズ群と、を備えたズームレンズ装置において、 前記２つのレンズ群は、共通のバリエータレンズ枠に保
   持されて一体に移動するように構成されていることを特
   徴とするズームレンズ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記２つのレンズ群は、偏芯に起因する収差の影響を互
   いに相殺し合う特性を有していることを特徴とするズー
   ムレンズ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかにおいて、
   さらに、 前記コンペンセータレンズ群を保持するコンペンセータ
   レンズ枠と、 前記バリエータレンズ枠と前記コンペンセータレンズ枠
   の外周側に突出するように設けられた駆動ピンと、 前記駆動ピンをそれぞれ案内してズーミング操作時の各
   可動レンズ群の光軸方向での移動パターンを規定するカ
   ム溝が形成されたズームリングと、を有し、 前記バリエータレンズ枠には、前記コンペンセータレン
   ズ枠から突出する前記駆動ピンを前記カム溝内まで届か
   せるための開口が形成されていることを特徴とするズー
   ムレンズ装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記バリエータレンズ群と前記コンペンセータレンズ群
   の他に、像側から最も遠い位置に配置されたレンズ群を
   有することを特徴とするズームレンズ装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記像側から最も遠い位置に配置されたレンズ群は固定
   レンズ群として構成されていることを特徴とするズーム
   レンズ装置。
6. 【請求項６】 請求項４において、 前記像側から最も遠い位置に配置されたレンズ郡はズー
   ミング操作時に光軸方向に移動可能な可動レンズ群とし
   て構成されていることを特徴とするズームレンズ装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、さら
   に、 前記バリエータ群および前記コンペンセータレンズ群以
   外の可動レンズ群と、 前記可動レンズ群を保持するレンズ枠と、 前記レンズ枠の外周側に突出するように設けられた駆動
   ピンと、を備え、 前記ズームリングには、前記レンズ枠に設けられた前記
   駆動ピンを案内してズーミング操作時の各可動レンズ群
   の光軸方向での移動パターンを規定するカム溝が形成さ
   れていることを特徴とするズームレンズ装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに規定するズー
   ムレンズ装置を備えた光学機器。
9. 【請求項９】 請求項１〜６のいずれかに規定するズー
   ムレンズ装置を備えたプロジェクタ。