WO2002016994A1 - Objectif a focale variable, dispositif optique comprenant cet objectif et projecteur - Google Patents

Description

明 細 書 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 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。 背景技術

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 る変倍用のバリエ一夕レンズ群が含まれている。 また、 ズームレンズ装置では、 ズ一ミング操作の途中、 バリエー夕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、 バリエ一夕レンズ群を構成する 2つのレ ンズ群の間には、 バリエ一夕レンズ群に連動して光軸方向に移動するコンペンセ 一夕レンズ群が配置されている。

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 一カス用レンズ群、 バリエ一夕レンズ群、 およびコンペンセ一夕レンズ群が光軸 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、 コンペンセ一夕レンズ群は、 バリエ一夕レ ンズ群に連動して移動するといつても、 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、 ノ 'リエ一夕レンズ群、 およびコンペンセ一夕レン ズ群を一体に保持、 移動させると、 コンペンセ一夕を適正に行なうことができな い。 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、 バリエ一夕レンズ群、 コンペンセ一夕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、 バリエ一夕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。 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。

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 差やこれによつ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つ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。 発明の開示

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。

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。

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一夕レンズ群と、 前記 2つのレンズ群の間に配 置され、 前記バリエー夕レンズ群に連動して光軸方向に移動するコンペンセ一夕 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 バリエ一夕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。

本発明では、 バリエ一夕レンズ群を構成する 2つのレンズ群の間にコンペンセ —夕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 エー夕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、 バリエー夕レンズ群を構成する 2つのレンズ群がコンペンセ一夕レンズ群を挟ん 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、 バリエ一夕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 ィヒを防止するには、 他のレンズ群間で偏芯を解消するよりも、 バリエ一夕レンズ 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。 バリエ一 夕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、 バリエ一夕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。 '

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。

本発明は、 特に、 バリエ一夕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、 バリエ一夕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、 バリエ一夕レンズ群を構成す る 2つのレンズ群が同一のバリエ一夕レンズ枠に保持されている。 よって、 ノ リ エー夕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、 バリェ一タ^ンズ群が偏芯したとしても、 バリエ一夕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。

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。

また、 本発明においそ、 さらに、 前記コンペンセ一夕レンズ群を保持するコン ペンセ一夕レンズ群と、 前記バリエー夕レンズ枠と前記コンペンセ一夕レンズ枠 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、 前記バリエ一夕レンズ枠に、 前記コ ンペンセ一夕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、 容易にズ一ミ ング操作を行なうことが可能である。

さらに、 本発明において、 像側から最も遠い位置にバリエ一夕レンズ群、 コン ペンセ一夕レンズ群以外の.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 ヅク系にする機能を持たせることも可能となる。 よ つて、 テレセン ト リ ヅク系のズ一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、 ノ¹ リエ一夕レンズ群、 コンペンセ一夕レンズ群以外のレンズ群を設 けると有利である。

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 ベ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。

また、 バリエ一夕レンズ群とコンペンセ一夕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、 それそれの 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それ案内してズ一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、 バリエ一夕レンズ群を 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 —ムリングですベ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。

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。

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。

また、 本発明のズームレンズ装置は、 液晶装置の他、 マイクロミラ一を用いた 変調装置や、 C R T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 ぎる。 図面の簡単な説明

図 1は、 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は、 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 ィンテグレー夕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夕照明光 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、 それそれ、 図 2に示すインテグレー夕照明光学系に用い 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は、 本 §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は、 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は、 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は、 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 1 0 ( A )、 （B )、 ( C ) は、 それそれ、 図 9に示すス、一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。 発明を実施するための最良の形態

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。 荬施の形熊 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 1 2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。

図 1に示すように、 プロジェクタ 1は、 光源ュニ ヅ ト 2 0 1 と、 光学ュニ ヅ ト 3 0 1 と、 拡大投射系としてのズームレンズ装置 1 0とを有している。

光学ュニッ ト 3 0 1は、 第 1の光学要素 3 2 0、 第 2の光学要素 3 3 0、 およ び重畳レンズ 3 7 0を備えたィンテグレー夕光学系 3 0 0を有している。 また、 光学ュニヅ ト 3 0 1は、 ダイクロイヅクミラ一 3 8 2、 3 8 6、 および反射ミラ - 384を含む色光分離光学系 3 80を有している。 さらに、 光学ュニヅ ト 3 0 1は、 入射側レンズ 3 9 2、 リレーレンズ 3 9 6、 および反射ミラー 3 9 4、 3 98を含む導光光学系 3 9 0を有している。さらにまた、光学ュニッ ト 3 0 1は、 3枚のフィールドレンズ 40 0、 40 2、 404、 画像形成装置としての 3枚の 液晶装置 4 1 O R、 4 1 0 G、 4 1 0 B、 およびクロスダイクロイヅクプリズム 42 0を有している。

光源ュニッ ト 2 0 1は、 光学ュニッ ト 3 0 1の第 1の光学要素 3 2 0の入射面 側に配置されている。 ズームレンズ装置 1 0は、 光学ュニヅ ト 3 0 1のクロスダ イクロイ ヅクプリズム 4 2 0の出射面側に配置されている。

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 るインテグレ一夕照明光学系について示す説明図である。 図 3 (A)、 （B)、 (C) はそれそれ、 第 1の光学要素 3 2 0の外観を示す正面図、 側面図およびこの第 1 の光学要素 3 2 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、 ィンテグレー夕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。

図 2に示すィンテグレ一夕照明光学系は、 光源ュニッ ト 2 0 1に備えられた光 源 2 0 0と、 光学ュニヅ ト 3 0 1に備えられたィンテグレー夕光学系 3 0 0とを 有している。 インテグレ一夕光学系 3 0 0は、 第 1の光学要素 32 0、 第 2の光 学要素 3 3 0、 および第 3の光学要素である重畳レンズ 3 7 0を備えている。 第 2の光学要素 3 3 0は、 集光レンズ 3 4 0、 遮光板 3 5 0および偏光変換素子ァ レイ 3 6 0を備えている。

光源 2 0 0は、 光源ランプ 2 1 0および凹面鏡 2 1 2を備えている。 光源ラン プ 2 1 0から出射された放射状の光は、 凹面鏡 2 1 2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 3 2 0の方向に出射される。 光源ランプ 2 1 0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 2 1 2 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 2 0 0には、 凹面鏡 2 1 2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。

図 3 ( A )、 （B )、 ( C ) において、 第 1の光学要素 3 2 0は、 矩形状の輪郭を 有する小レンズ 3 2 1が、 縦方向に M行、 横方向に 2 N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 = 1 0、 N = 4である。 各小レンズ 3 2 1を z方 向から見た外形形状は、 液晶装置 4 1 0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ァスぺク 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 3 2 1のァスぺク 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 3 3 0にも集光レンズ 3 4 0が形成さ れているが、 この集光レンズ 3 4 0は、 図 3を参照して説明した第 1の光学要素 3 2 0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 3 2 0および 集光レンズ 3 4 0のレンズの向きは、 + z方向あるいは一 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。 偏光変換素子アレイ 3 6 0は、 図 2に示したように、 2つの偏光変換素子ァレ ィ 3 6 1、 3 6 2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。 この偏光変換素子アレイ 3 6 1は、 図 4 (.A ) に示すように、 偏光ビームスプ リ ヅ夕アレイ 3 6 3と、 偏光ビ一ムスプリ ヅ夕アレイ 3 6 3の光出射面の一部に 選択的に配置されたえ / 2位相差板 3 6 4 (図中斜線で示す。） とを備えている。 偏光ビームスプリ ヅ夕アレイ 3 6 3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 3 6 5が、 順次貼り合わされた形状を有している。 透光性部材 3 6 5の界面には、 偏光分離膜 3 6 6と反射膜 3 6 7とが交互に形成されている。 え Z 2位相差板 3 6 4は、 偏光分離膜 3 6 6あるいは反射膜 3 6 7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 3 6 6 の光の出射面の X方向の写像部分にえ / 2位相差板 3 6 4を貼りつけている。 このように構成した偏光変換素子アレイ 3 6 1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。

すなわち、 図 4 ( B ) に示すように、 偏光変換素子アレイ 3 6 1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 3 6 6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 3 6 6によって略垂直に反射され、 反射膜 3 6 7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 3 6 6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； L / 2位相差板 3 6 4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 3 6 1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 3 6 1から出 射される光を P偏光光としたい場合には、 え / 2位相差板 3 6 4を、 反射膜 3 6 7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。 このように、 偏光変換素子アレイ 3 6 1は、 隣り合う 1つの偏光分離膜 3 6 6 および 1'つの反射膜 3 6 7を含み、 さらに 1つのえノ 2位相差板 3 6 4で構成さ れる 1つのブロックを、 1つの偏光変換素子 3 6 8とみなすことができる。 従つ て、 偏光変換素子アレイ 3 6 1は、 このような偏光変換素子 3 6 8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 3 6 8 で構成されている。 なお、 偏光変換素子アレイ 3 6 2は偏光変換素子アレイ 3 6 1 と全く同様の構成であるので、 説明を省略する。

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 2 0 0から出射 された非偏光な光は、 インテグレー夕光学系 3 0 0を構成する第 1の光学要素 3 2 0の複数の小レンズ 3 2 1および第 2の光学要素 3 3 0に含まれる集光レンズ 3 4 0の複数の小レンズ 3 4 1によって複数の部分光束 2 0 2に分割されるとと もに、 2つの偏光変換素子アレイ 3 6 1、 3 6 2の偏光分離膜 3 6 6の近傍に集 光される。 ここで、 集光レンズ 3 4 0は、 第 1の光学要素 3 2 0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 3 6 1、 3 6 2の偏光分離膜 3 6 6 上に集光されるように導く機能を有している。 従って、 2つの偏光変換素子ァレ ィ 3 6 1、 3 6 2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 3 6 1、 3 6 2から出射された複数の部分光束は、 重畳レンズ 3 7 0によって後 述する液晶装置上で重畳される。 従って、 このインテグレー夕照明光学系は液晶 装置を均一に照明することができる。

図 1に示した反射ミラー 3 7 2は、 重畳レンズ 3 7 0から出射された光を色光 分離光学系 3 8 0の方向に導くために設けられている。この反射ミラ一3 7 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。

色光分離光学系 3 8 0は、 2枚のダイクロイ ヅクミラ一 3 8 2、 3 8 6を備え、 重畳レンズ 3 7 0から出射される光を、 赤、 綠、 青の 3色の光に分離する機能を 有している。 第 1のダイクロイツクミラー 3 8 2は、 重畳レンズ 3 7 0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のダイク口イ ツクミラー 3 8 2を透過した赤色光は、 反射ミラー 3 8 4で反射され、 フィールドレンズ 4 0 0を通って赤色光用の液晶装置 4 1 0 Rに達する。 このフィ一ルドレンズ 4' 0 0は、 重畳レンズ 3 7 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 4 1 0 G、 4 1 0 Bの前に設けられたフィール ドレンズ 4 0 2、 4 0 4も同様で ある。 第 1のダイクロイツクミラー 3 8 2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 ヅクミラー 3 8 6によって反射され、 フィールドレン ズ 4 0 2を通って緑色光用の液晶装置 4 1 0 Gに達する。 一方、 青色光は、 第 2 のダイクロイヅクミラ一 3 8 6を透過し、 導光光学系 3 9 0、 すなわち、 入射側 レンズ 3 9 2、 反射ミラー 3 9 4、 リ レーレンズ 3 9 6、 および反射ミラー 3 9 8を通り、 さらにフィ一ルドレンズ 4 0 4を通って青色光用の液晶装置 4 1 0 B に達する。 なお、 青色光に導光光学系 3 9 0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 3 9 2に入射した部分 光束をそのまま、 フィールドレンズ 4 0 4に伝えるためである。

液晶装置 4 1 0 R、 4 1 0 G、 4 1 0 B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 4 1 0 R、 4 1 0 G、 4 1 0 Bについては公知であるため、 詳細な説明を省略する。

3つの液晶装置 4 1 0 R、 4 1 0 G、 4 1 0 Bによって変調された光は、 クロ スダイクロイヅクプリズム 4 2 0に入射する。 このクロスダイクロイヅクプリズ ム 4 2 0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。 クロスダイクロイヅクプリズム 4 2 0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 ヅクプリズム 4 2 0で合成された光は、 ズーム レンズ装置 1 0の方向に出射される。 ズームレンズ装置 1 0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。

B . ズームレンズ装置 1 0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 1 0の構成を詳述する。

図 5は、 ズームレンズ装置 1 0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 1 0の外観を模式的に示す斜視図であり、 図 7は、 このズ —ムレンズ装置 1 0からズームリングゃ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 ) はそれそれ、 このズームレンズ装置 1 0 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 5において、 本実施の形態のズームレンズ装置 1 0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 1 1、 ί_ 2、 1 3、 1 4、 1 5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 1 1は、 フォーカスレンズ群である。

第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4は、 主として変倍機能を有するバリエー 夕レンズ群である。 第 2のレンズ群 1 2と第 4のレンズ群 1 4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 1 2と レンズ群 1 4のそれそれは、 バリエ一夕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。

また、 バリエ一夕レンズ群を構成する第 2のレンズ群 1 2と第 4のレンズ群 1 4との間には、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 に連動して光軸方向に移動 する第 3のレンズ群 1 3が、 コンペンセ一夕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 1 2、 1 4 (バリエ一夕レンズ群） 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 1 1 も、 このような補 償機能をあわせもつている。

像側から最も遠い位置に配置される第 5のレンズ群 1 5は、 固定枠 1 6に固定 されており、ズ一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 1 5は、 ズームレンズ装置 1 0を略テレセント リ ヅク系にす 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。

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 1 1〜 1 4のうち、 第 2のレンズ群 1 2 と第 4のレンズ群 1 4とは、 一体となって移動するが、 第 1のレンズ群 1 1 と第 3のレンズ群 1 3は、 いずれも、 互いに独立して移動する。

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。

まず、 第 1のレンズ群 1 1は、 固定枠 1 6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 2 1に保持されている。 第 3のレン ズ群 1 3は、 固定枠 1 6の円筒部分の内部.において、 光軸方向に移動可能な円筒 形のコンペンセ一夕レンズ枠 2 3に保持されている。 なお、 フォーカスレンズ枠 2 1およびコンペンセ一夕レンズ枠 2 3は、 いずれも光軸周りには回転しない構 造になっている。

また、 第 2のレンズ群 1 2と第 4のレンズ群 1 4との間には第 3のレンズ群 1 3が配置されている。 すなわち、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4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 1 2、 1 4は、 共通のバ リエ一夕レンズ枠 2 2に保持されている。 このバリエ一夕レンズ枠 2 2も、 円筒 形状を有しており、 固定枠 1 6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。

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 2 1、 ノ リ エー夕レンズ枠 2 2、 およびコンペンセ一夕レンズ枠 2 3の外周部分から等角度 方向に、 複数の駆動ピン 3 1、 3 2、 3 3を各々突出させてある。 これらの駆動 ピン 3 1、 3 2、 3 3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。

また、 コンペンセ一夕レンズ枠 2 3の外周側にはバリエ一夕レンズ枠 2 2が被 さった状態にある。 そこで、 このバリエ一夕レンズ枠 2 2において、 コンペンセ —夕レンズ枠 2 3の駆動ピン 3 3が形成されている部分と重なる領域には開口 2

2 0が形成されている。

また、 固定枠 1 6の円筒部分の外周側には、 円筒形のズームリング 4 0が装着 されている。 このズームリング 4 0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。

ズームリング 4 0には、 フォ一カスレンズ枠 2 1、 バリエ一夕レンズ枠 2 2、 およびコンペンセ一夕レンズ枠 2 3の外周部分から突出した駆動ピン 3 1、 3 2、

3 3が各々嵌まるカム溝 4 1、 4 2、 4 3が形成されている。 なお、 駆動ピン 3 3は、 ノ、 *リェ一夕レンズ枠 2 2の開口 2 2 0を介してしてカム溝 4 3に嵌まって いる。

ここで、 カム溝 4 1、 4 2、 4 3は、 ズームリング 4 0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 2 1、 ノ リエ一夕レンズ枠 2 2、 およびコンペ ンセ一夕レンズ枠 2 3 ) 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 1 1〜 1 4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、 4 2、 4 3のパターンは、 互いに相違してい る

このように構成したズームレンズ装置 1 0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 4 0を回転させる。 このとき、 図 8 ( A )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 1 1は光軸方向に移動しない。 一 方、 カム溝 4 2の形状に基づいて、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4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 1 1 と、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4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 1 3は光軸方向において物体側に移動する。

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 4 0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 1 .1は光軸方向において物体側に移動する。 一方、 カム溝 4 2の形状に 基づいて、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4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 1 2、 1 4と の間隔が狭まる。 なお、 カム溝 4 3の形状に基づいて、 第 3のレンズ群 1 3は、 光軸方向において像側に移動する。

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 1 0では、 バリエ一夕 .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 1 2、 1 4 ) の 間に第 3のレンズ群 1 3 (コンペンセ一夕レンズ群） 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一夕レンズ枠 2 2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 1 2、 1 4が、 第 3のレンズ群 1 3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、 バリエ一夕レンズ群を 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。

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 1 0の組立工程も簡略化できる。

さらに、 バリエー夕レンズ群を構成する第 2のレンズ群 1 2 と第 4のレンズ群 1 4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、 バリエ一夕レンズ群が偏芯しても、 バリエ一夕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。

また、 バリエ一夕レンズ枠 2 2にコンペンセ一夕レンズ枠 2 3から突出する駆 動ピン 3 3をズームリング 4 0のカム溝 4 3内まで届かせるための開口 2 2 0を 設けて、 バリエ一夕レンズ群を構成するレンズ群 1 2、 1 4とコンペンセ一夕レ ンズ群を構成するレンズ群 1 3 とを同一のズームリング 4 0によって案内する構 成としているため、 容易にズ一ミング操作を行なうことが可能である。

さらに、 像側から最も遠い位置に第 5のレンズ群 1 5を設け、 このレンズ群 1' 5にズームレンズ装置 1 0を略テレセン ト リ ヅク系にする機能と、 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 ヅ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。 さらにまた、 第 5のレンズ群 1 5は、 固定枠 1 6に固定されており、 ズ一ミン 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。

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 1 1 〜 1 4を案内するカム溝 4 1〜4 3が、 同一のズームリング 4 0に設けられてい る。 すなわち、 すべての可動レンズ群 1 1〜 1 4が同一のズームリング 4 0によ つて案内される。 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 1 0では、 バリェ一夕レンズ群を構成する 2つの レンズ群 1 2、 1 4が同一のレンズ枠 2 2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。 ' 実施の形熊 2

図 9および図 1 0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。

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 1 0 ( A )、 （B )、 ( C ) はそれぞれ、 このズームレンズ装置において、 ヮ ィ 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 1 0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 1 0 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。

図 9において、 本実施の形態のズームレンズ装置 5 0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 1 1、 1 2、 1 3、 1 4、 1 5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。

本実施の形態では、 第 1〜第 5のレンズ群 1 1〜 1 5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 1 5が固定枠 1 6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 1 5は、 固定枠 1 6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 2 5に保持されている。 このレンズ枠 2 5は、 光軸周りに回転しない構造 になっている。

また、 本実施の形態でも、 第 1のレンズ群 1 1は、 固定枠 1 6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 2 1に保持され、 第 3のレンズ群 1 3は、 固定枠 1 6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一夕レンズ枠 2 3に保持されている。

さらに、 第 2のレンズ群 1 2と第 4のレンズ群 1 4との間に第 3のレンズ群 1 3が配置されている。 すなわち、 第 2および第 3のレンズ群 1 2、 1 4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 1 2、 1 4は、 共通のバ リエ一夕レンズ枠 2 2に保持されている。

さらに、 フォーカスレンズ枠 2 1、 バリエ一夕レンズ枠 2 2、 コンペンセ一夕 レンズ枠 2 3、 およびレンズ枠 2 5の外周部分から等角度方向に複数本の駆動ピ ン 3 1、 3 2、 3 3、 3 5を各々突出させてある。 ここで、 コンペンセ一夕レン ズ枠 2 3の外周部分には、 バリエ一夕レンズ枠 2 2が被さった状態にある。 よつ て、 このバリエ一夕レンズ枠 2 2において、 コンペンセ一タレンズ枠 2 3の駆動 ピン 3 3が形成されている部分と重なる領域には、開口 2 2 0が形成されている。 また、 固定枠 1 6の円筒部分の外周側には、 円筒形のズームリング 4 0が装着 されている。 ズームリング 4 0には、 フォーカスレンズ枠 2 1、 ノ リエ一夕レン ズ枠 2 2、 コンペンセ一夕レンズ枠 2 3、 およびレンズ枠 2 5の外周部分から突 出した駆動ピン 3 1、 3 2、 3 3、 3 5が各々嵌まるカム溝 4 1、 4 2、 4 3、 4 5が形成されている。 ここで、 カム溝 4 1、 4 2、 4 3、 4 5は、 ズームリン グ 4 0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 2 1、 バリエ一夕 レンズ枠 2 2、 コンペンセ一夕レンズ枠 2 3、 およびレンズ枠 2 5 ) 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 1 1〜 1 5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、 4 2、 4 3、 4 5のパターンは、 互いに相違している。

このように構成し feズームレンズ装置 5 0において、 図 1 0 ( 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 4 0を所定の方向に回転させる。 このとき、 図 1 0 ( A ) 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 1 1は光軸方向に おいて像側に移動する。 一方、 カム溝 4 2の形状に基づいて、 第 2および第 4の レンズ群 1 2、 1 4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 1 1 と、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4との間隔が広がる。 なお、 力 ム溝 4 3の形状に基づいて、 第 3のレンズ群 1 3は、 光軸方向において物体側に 移動する。 また、 カム溝 4 5の形状に基づいて、 第 5のレンズ群 1 5は、 光軸方 向において物体側にわずかに移動する。

これに対して、 図 1 0 ( 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 4 0を逆方向に回転させる。 このとき、 図 1 0 ( 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 1 1 は、 光軸方向において物体側に移動する。 一方、 カム溝 4 2の形状に基づいて、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4は光軸方向において像側に移動する。 よつ て、 第 1のレンズ群 1 1 と、 第 2および第 4のレンズ群 1 2、 1 4との間隔が狭 まる。 なお、 カム溝 4 3の形状に基づいて、 第 3のレンズ群 1 3は光軸方向で移 動しない。 また、 カム溝 4 5の形状に基づいて、 第 5のレンズ群 1 5も光軸方向 で移動しない。

このように、 本実施の形態のズームレンズ装置 5 0でも、 第 1の実施の形態に かかるズームレンズ 1 0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 5 0では、 第 1〜第 4のレンズ群のみならず、 第 5の レンズ群 1 5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 5 0を略テレ セン .ト リ ヅ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 5 0の性能をより向上させることが可能となる。 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 1 0、 1 5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 夕 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、 C R Tであって も良い。

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 1 0、 1 5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。

Claims

請 求 の 範 囲

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 夕レンズ群と、

前記 2つのレンズ群の間に配置され、 前記バリエ一夕レンズ群に連動して光軸 方向に移動するコンペンセ一夕レンズ群と、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、 共通のバリエ一夕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 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 1または 2のいずれかにおいて、 さらに、

前記コンペンセ一夕レンズ群を保持するコンペンセ一夕レンズ枠と、

前記バリェ一夕レンズ枠と前記コンペンセ一夕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そ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、

前記バリエー夕レンズ枠には、 前記コンペンセ一夕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 1〜 3のいずれかにおいて、

前記バリエ一夕レンズ群と前記コンペンセ一夕レンズ群の他に、 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 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 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 1〜 6のいずれかにおいて、 さらに、

前記バリエー夕群および前記コンペンセ一夕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 一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 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 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 夕。