JP2016095441A - ズームレンズおよび光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長焦点でありながら、小型で、Ｆナンバーが小さく、良好な光学性能を有するズームレンズおよびこのズームレンズを備えた光学装置を提供する。【解決手段】ズームレンズは、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群Ｇ１、第１レンズ群Ｇ１の縮小側に隣接して配置されて変倍の際に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を備える。第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａ、負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂから実質的になる。前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂの間隔を変化させることにより合焦を行う。後群Ｇ１Ｂの焦点距離ｆ１ｂ、望遠端での全系の焦点距離ｆｔに関する条件式（１）：−０．３５≦ｆ１ｂ／ｆｔ＜０を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび光学装置に関し、より詳しくは、投写型表示装置に用いられる投写光学系や、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に用いられる撮像光学系として好適なズームレンズ、およびこのズームレンズを搭載した光学装置に関するものである。

従来、上記分野のカメラでは拡大側の被写体を撮像して縮小側の撮像素子上に結像させる撮像光学系が用いられている。また、従来、投写型表示装置では、縮小側に配置された変調素子で変調された光による光学像を拡大側に投写する投写光学系が用いられている。このような投写光学系や撮像光学系では、１つの光学系で様々な焦点距離の状態が可能なズームレンズが主体となってきている。

その中でも長焦点のズームレンズとしては、例えば下記特許文献１〜４に記載のものが提案されている。特許文献１〜３には、最も拡大側に変倍の際に固定されている第１レンズ群が配置され、その縮小側直後に変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群が配置されたズームレンズが記載されている。特許文献４には、最も拡大側に変倍の際に固定されている第１レンズ群が配置され、その縮小側直後に変倍の際に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群が配置されたズームレンズが記載されている。

特開平８−３３４６９２号公報 特開平１０−９０５９９号公報 特開２００４−１４５３０４号公報 特開２００１−６６５０１号公報

一般に、長焦点に適したレンズ系は拡大側画角が狭い系となるが、このような拡大側画角が狭い長焦点のレンズ系においては、焦点距離に比して光学系が大型化してしまうという不都合がある。近年では、長焦点のレンズ系に対しても小型化が強く要望されており、さらにＦナンバーが小さいことも求められている。

しかしながら、特許文献１〜３に記載のズームレンズは、Ｆナンバーが４以上であり、Ｆナンバーが小さいとは言えない。これらのレンズ系は、固定群である第１レンズ群の縮小側直後に配置された移動群の第２レンズ群を負レンズ群としているため、Ｆナンバーが小さい光学系の構成を困難にしている。特許文献４に記載のズームレンズは、焦点距離に比して光学系のサイズが大きく、近年の小型化の要望に応えられるものとは言えない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、長焦点でありながら、小型で、Ｆナンバーが小さく、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた光学装置を提供することを目的とするものである。

本発明のズームレンズは、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群と、第１レンズ群の縮小側に隣接して配置されて変倍の際に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、第１レンズ群は、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから実質的になり、前群と後群の間隔を変化させることにより合焦が行われ、下記条件式（１）を満足するものである。
−０．３５≦ｆ１ｂ／ｆｔ＜０ （１）
ただし、
ｆ１ｂ：後群の焦点距離
ｆｔ：望遠端での全系の焦点距離

本発明のズームレンズは、下記条件式（２）〜（４）、（１−１）〜（４−１）のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。
−０．２９≦ｆ１ｂ／ｆｔ≦−０．０５ （１−１）
０．５≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．５ （２）
０．６≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．４ （２−１）
０．１≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４５ （３）
０．２≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４ （３−１）
０．０５≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．４ （４）
０．１≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．３５ （４−１）
ただし、
ｆ１ｂ：後群の焦点距離
ｆｔ：望遠端での全系の焦点距離
ＴＬｔ：望遠端での、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離と最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの空気換算距離との和
Ｄ１Ｇ：最も拡大側のレンズ面から第１レンズ群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
ＤＬｔ：望遠端での最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
Ｂｆｗ：広角端での最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの光軸上の空気換算距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離

本発明のズームレンズは、最も縮小側に変倍の際に固定されている正の屈折力を有するレンズ群が配置され、縮小側がテレセントリックに構成されていることが好ましい。

本発明のズームレンズは、全系が、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つもしくは６つのレンズ群から実質的になるように構成することができる。

本発明のズームレンズは、拡大側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、負の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とから実質的になり、変倍の際に、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群は隣り合うレンズ群の間隔を変化させて移動し、第６レンズ群は固定されているように構成してもよい。

本発明のズームレンズは、拡大側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから実質的になり、変倍の際に、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群は隣り合うレンズ群の間隔を変化させて移動し、第５レンズ群は固定されているように構成してもよい。

本発明の光学装置は、上述した本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、上記「〜から実質的になり」の「実質的に」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。

なお、上記「レンズ群」、「前群」、「後群」は、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、上記「レンズ群」、「前群」、「後群」の屈折力の符号は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。

なお、上記条件式のｆｔ、ＴＬｔ、Ｄ１Ｇ、ＤＬｔは、拡大側共役点が無限遠にある場合のものである。

本発明によれば、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群を合焦の際に間隔が変化する正の前群および負の後群で構成してテレフォトタイプの構成とし、さらに所定の条件式を満足するように後群の屈折力を好適に設定し、また、第１レンズ群の縮小側直後に配置されて変倍の際に移動する第２レンズ群を負レンズ群としているため、長焦点でありながら、小型で、Ｆナンバーが小さく、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた光学装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るズームレンズ（実施例１に対応するズームレンズ）のレンズ構成を示す断面図 図１のズームレンズの広角端でのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例２のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２のズームレンズの広角端でのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例３のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３のズームレンズの広角端でのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例１のズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例２のズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例３のズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の光学装置の第一の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の光学装置の第二の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の光学装置の第三の実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図 図１２Ａに示す撮像装置の背面側の斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１、図２は、本発明の一実施形態に係るズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１、図２では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。

図１では、ＷＩＤＥと付した上段に広角端での状態を示し、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端での状態を示している。上段と下段の間には、広角端から望遠端へ変倍する際に移動する各レンズ群の概略的な移動方向を示す矢印を示している。また、図１では合焦の際に移動するレンズ群の上に両矢印を付している。なお、図１では図の煩雑化を避けるため、各レンズ群の符号、各レンズの符号、両矢印を、上段と下段両方に付すことはせず、一方のみに付している。図２は、このズームレンズの広角端での光路図を示しており、レンズ断面図とともに無限遠物体からの軸上光束４、最大画角の光束５、最大画角の光束５に含まれる上側の最大光線５ｕと下側の最大光線５ｓを示している。

図１、図２に示す例は、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６が配列された６群構成のズームレンズであり、変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と第６レンズ群Ｇ６は固定されており、第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５が光軸方向に移動する。しかし、本発明のズームレンズにおいては、全系を構成するレンズ群の数や、第２レンズ群Ｇ２より縮小側に配置されるレンズ群の変倍の際の挙動は図１に示す例に限定されない。

本実施形態のズームレンズは、例えば、撮像装置に搭載されて、被写体を撮像する撮像光学系として使用可能であり、また、投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写する投写光学系として使用可能である。

このズームレンズが撮像装置や投写型表示装置に搭載された際には、レンズ系の縮小側にプリズム、各種フィルタ、カバーガラス等が配置されることがあるため、図１、図２ではこれらを想定した平行平面を有する光学部材ＰＰが配置された例を示しているが、光学部材ＰＰは本発明に必須の構成要素ではない。また、図１、図２では、縮小側共役点が光学部材ＰＰの縮小側の面上に位置する例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。

本実施形態のズームレンズは、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１の縮小側に隣接して配置されて変倍の際に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備える。第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａと、負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂとから実質的になる。前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂの間隔を変化させることにより合焦が行われる。さらに、このズームレンズは下記条件式（１）を満足する。
−０．３５≦ｆ１ｂ／ｆｔ＜０ （１）
ただし、
ｆ１ｂ：後群の焦点距離
ｆｔ：望遠端での全系の焦点距離

第１レンズ群Ｇ１を、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａと、負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂとからなるテレフォトタイプとすることで、光学系の小型化が容易となり、長焦点でありながら小型のズームレンズの実現に有利となる。

上記のテレフォトタイプを構成しながら、さらに、条件式（１）を満足するように適切なパワー配分を行うことで、長焦点でありながら小型のズームレンズの実現にさらに有利となる。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、後群Ｇ１Ｂに適切な負の屈折力を持たせることができ、テレフォトタイプの効果を好適に発揮することができ、小型化を図ることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、後群Ｇ１Ｂを負レンズ群とすることができる。下記条件式（１−１）を満足するように後群Ｇ１Ｂの屈折力の範囲を設定することで、より良好な収差補正が可能となり、かつ小型化に有利となる。
−０．２９≦ｆ１ｂ／ｆｔ≦−０．０５ （１−１）

このズームレンズでは、正の前群Ｇ１Ａ、負の後群Ｇ１Ｂに続けて配置される第２レンズ群Ｇ２を正レンズ群としている。このようなパワー配列とすることで、負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂで発散作用を受けた光束が第２レンズ群Ｇ２により収束作用を受けるため、光線高を抑えることができ、第２レンズ群Ｇ２を負レンズ群とした場合よりも、小さなＦナンバーの光学系の実現が容易になる。

また、変倍の際に固定されている前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂとの間隔を変化させて合焦を行うことで、合焦による変倍比の変動を回避できる。また、変倍の際に移動するレンズ群と合焦の際に移動するレンズ群を異なるものとすることで、変倍機構と合焦機構を分けることができ、機構の簡素化に貢献できる。合焦は、前群Ｇ１Ａのみを移動させて行ってもよく、後群Ｇ１Ｂのみを移動させて行ってもよく、前群Ｇ１Ａおよび後群Ｇ１Ｂを移動させて行ってもよい。

本実施形態のズームレンズは、下記条件式（２）〜（４）のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。
０．５≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．５ （２）
０．１≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４５ （３）
０．０５≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．４ （４）
ただし、
ｆｔ：望遠端での全系の焦点距離
ＴＬｔ：望遠端での、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離と最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの空気換算距離との和
Ｄ１Ｇ：最も拡大側のレンズ面から第１レンズ群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
ＤＬｔ：望遠端での最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
Ｂｆｗ：広角端での最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの光軸上の空気換算距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離

条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、諸収差を良好に補正することが可能となる。条件式（２）の上限以上にならないようにすることで、光学系を小型に構成することができる。条件式（２）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．６≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．４ （２−１）

条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、第１レンズ群Ｇ１による小型化の効果を十分得ることができ、光学系全体を小型に構成することができる。条件式（３）の上限以上にならないようにすることで、変倍の際のレンズ群の移動領域を確保でき、実用的な変倍比を得ることができ、また、変倍の際の良好な収差補正が可能となる。条件式（３）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．２≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４ （３−１）

条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、このズームレンズを投写型表示装置に用いた場合には色合成用のプリズム等を配置するスペースのための必要十分なバックフォーカスを確保することができ、このズームレンズを撮像素子と組み合わせて撮像装置に用いた場合には撮像素子との機械的干渉を防止することができる。条件式（４）の上限以上にならないようにすることで、光学系全体の小型化や縮小側のレンズ径の抑制が可能になる。条件式（４）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．１≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．３５ （４−１）

本実施形態のズームレンズは、最も縮小側に変倍の際に固定されている正の屈折力を有するレンズ群が配置され、縮小側がテレセントリックに構成されていることが好ましい。最も縮小側に正の屈折力を有するレンズ群を配置することで、縮小側をテレセントリックにすることが容易になる。変倍の際に最も縮小側のレンズ群が固定されていることで、変倍の際も縮小側がテレセントリックの構成を維持することが容易となる。

縮小側をテレセントリックにすることで、このズームレンズを撮像光学系として用いてＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子と組み合わせて使用する場合は、撮像素子への光の入射効率を高く確保することができる。このズームレンズを投写光学系として用いた場合には、縮小側をテレセントリックにすることで、レンズ系の縮小側に色合成プリズム等の入射光の角度依存性を有する光学部材を配置して使用する場合でも良好な光学性能を得ることができる。

なお、上記「縮小側がテレセントリック」とは、拡大側から縮小側へ向かう方向に光束を見たとき、縮小側共役面の任意の点に集光する光束の断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線が光軸Ｚと平行に近い状態を指すものである。ただし、完全にテレセントリックな場合、すなわち上記二等分角線が光軸Ｚに対して完全に平行な場合に限るものではなく、多少の誤差がある場合をも含むものを意味する。ここで多少の誤差がある場合とは、光軸Ｚに対する上記二等分角線の傾きが−５°〜＋５°の範囲内の場合である。開口絞りがあるレンズ系では、上記「縮小側がテレセントリック」とは、光軸Ｚに対する主光線の傾きが−５°〜＋５°の範囲内を意味する。

なお、本発明のズームレンズは、全系が変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つもしくは６つのレンズ群から実質的になるように構成することができる。このようにした場合は、変倍の際の収差変動を少なくすることができ、高性能化に有利となる。

例えば、本発明のズームレンズは、図１に示す例のように、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａおよび負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂからなる第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから実質的になり、変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５が隣り合うレンズ群の間隔が変化するように移動し、第１レンズ群Ｇ１および第６レンズ群Ｇ６は固定されているように構成してもよい。図１に示す例は、このような６群構成を採っており、広角端から望遠端への変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５が拡大側へ移動するように構成されている。

あるいは、本発明のズームレンズは、後述の実施例３に対応する図３に示す例のように、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａおよび負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂからなる第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とから実質的になり、変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が隣り合うレンズ群の間隔が変化するように移動し、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は固定されているように構成してもよい。後述の実施例３はこのような５群構成を採っており、この実施例３では、広角端から望遠端への変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が拡大側へ移動するように構成されている。

本発明は、例えば、広角端でのＦナンバーが２．６より小さなズームレンズに適用可能である。

上述した好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、ズームレンズに要望される事項に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

次に、本発明のズームレンズの具体的な実施例について説明する。なお、以下に示す実施例の数値データは全て、拡大側共役点が無限遠にある場合の広角端での全系の焦点距離が１となるように規格化されたときのものであり、所定の桁でまるめたものである。

＜実施例１＞
実施例１のズームレンズの構成図は図１、図２に示したものである。実施例１のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６からなる６群構成である。第１レンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を有し、前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂからなる。前群Ｇ１ＡはレンズＬ１１〜レンズＬ１４からなる。後群Ｇ１ＢはレンズＬ１５〜レンズＬ１８からなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１のみからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜レンズＬ３２からなる。第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１〜レンズＬ４４からなる。第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１〜レンズＬ５２からなる。第６レンズ群Ｇ６はレンズＬ６１のみからなる。前群Ｇ１Ａのみを光軸方向に移動させることにより合焦を行う。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータ、可変面間隔の値をそれぞれ表１、表２に示す。表１のＳｉの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄には最も拡大側の構成要素を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

ただし、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正とし、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には光学部材ＰＰも含めて示している。表１では、可変面間隔は、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。すなわち、ＤＤ［６］、ＤＤ［１４］、ＤＤ［１６］、ＤＤ［２０］、ＤＤ［２７］、ＤＤ［３１］はそれぞれ、前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂの間隔、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔、第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６の間隔に対応する。

表１の枠外下方に、実施例１のズームレンズの変倍比Ｚｒと、広角端から望遠端まで変倍させた場合のＦナンバーＦＮｏ．の範囲および全画角２ω（単位は度）の範囲を示す。表１に示すＦナンバーと全画角は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの光軸上の距離が１０７．５の場合のものである。

表２には、各変倍状態と各合焦状態での各可変面間隔の値を示す。表２の最上段の−の左側に変倍状態を示し、−の右側に最も拡大側のレンズ面から合焦している拡大側共役点までの距離を示す。表２の最上段のＷは広角端状態を意味し、Ｔは望遠端状態を意味し、ＩＮＦは無限遠を意味する。

図７に左から順に、実施例１のズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図７では、ＷＩＤＥと付した上段に広角端での各収差図を示し、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端での各収差図を示す。図７において、球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、二点鎖線、破線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、点線で示す。歪曲収差図では、ｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線に関する収差をそれぞれ二点鎖線、破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。図７に示す収差は最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの距離が１０７．５の場合のものである。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下の実施例の説明では一部重複説明を省略する。

＜実施例２＞
実施例２のズームレンズのレンズ構成図を図３に示し、広角端での光路図を図４に示す。実施例２のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６からなる６群構成である。第１レンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を有し、前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂからなる。前群Ｇ１ＡはレンズＬ１１〜レンズＬ１４からなる。後群Ｇ１ＢはレンズＬ１５〜レンズＬ１８からなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１のみからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜レンズＬ３２からなる。第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１〜レンズＬ４４からなる。第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１〜レンズＬ５２からなる。第６レンズ群Ｇ６はレンズＬ６１のみからなる。後群Ｇ１Ｂのみを光軸方向に移動させることにより合焦を行う。

実施例２のズームレンズの基本レンズデータ、可変面間隔の値をそれぞれ表３、表４に示す。図８に左から順に、実施例２のズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。表３に示すＦナンバーと全画角および図８に示す収差は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの距離が１０８．０の場合のものである。

＜実施例３＞
実施例３のズームレンズのレンズ構成図を図５に示し、広角端での光路図を図６に示す。実施例３のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５からなる５群構成である。第１レンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を有し、前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂからなる。前群Ｇ１ＡはレンズＬ１１〜レンズＬ１４からなる。後群Ｇ１ＢはレンズＬ１５〜レンズＬ１８からなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１のみからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜レンズＬ３２からなる。第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１〜レンズＬ４６からなる。第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１のみからなる。前群Ｇ１Ａと後群Ｇ１Ｂの間隔が変化するように前群Ｇ１Ａおよび後群Ｇ１Ｂを光軸方向に移動させることにより合焦を行うフローティングフォーカス方式を採っている。

実施例３のズームレンズの基本レンズデータ、可変面間隔の値をそれぞれ表５、表６に示す。図９に左から順に、実施例３のズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。表５に示すＦナンバーと全画角および図９に示す収差は、最も拡大側のレンズ面から拡大側共役点までの距離が１１２．２の場合のものである。

表７に上記実施例１〜３の上記各条件式（１）〜（４）の対応値を示す。表７に示す値はｄ線に関するものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３のズームレンズは、広角端でのＦナンバーが２．５程度と小さく、広角端での拡大側全画角が１６°以下であり長焦点に適したレンズ系となっており、小型化が図られ、縮小側がテレセントリックに構成され、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、図１０、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂを参照しながら本発明の光学装置の実施形態について説明する。図１０は、本発明の光学装置の第一の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１０に示す投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係るズームレンズである投写レンズ１０と、光源１５と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図１０では投写レンズ１０を概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図１０ではその図示を省略している。

光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写レンズ１０に入射する。投写レンズ１０は、透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

図１１は、本発明の光学装置の第二の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１１に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係るズームレンズである投写レンズ２１０と、光源２１５と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）素子２１ａ〜２１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム２４ａ〜２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。なお、図１１では投写レンズ２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図１１ではその図示を省略している。

光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃにより３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ〜２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、投写レンズ２１０に入射する。投写レンズ２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ〜２１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

図１２Ａ、図１２Ｂは、本発明の光学装置の第三の実施形態に係る撮像装置であるカメラ３００の外観図を示す。図１２Ａは、カメラ３００を前側から見た斜視図を示し、図１２Ｂは、カメラ３００を背面側から見た斜視図を示す。カメラ３００は、交換レンズ３２０が着脱自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ３２０は、本発明の実施形態に係るズームレンズである撮像レンズ３１０を鏡筒内に収納したものである。

このカメラ３００はカメラボディ３１を備え、カメラボディ３１の上面にはシャッターボタン３２と電源ボタン３３とが設けられている。またカメラボディ３１の背面には、操作部３４、３５と表示部３６とが設けられている。表示部３６は、撮像された画像や、撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。

カメラボディ３１の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント３７が設けられ、マウント３７を介して交換レンズ３２０がカメラボディ３１に装着されるようになっている。

カメラボディ３１内には、撮像レンズ３１０によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子（不図示）、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路（不図示）、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等（不図示）が設けられている。このカメラ３００では、シャッターボタン３２を押すことにより静止画または動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明のズームレンズは、上記実施例に限定されず種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を適宜変更することが可能である。

また、本発明の光学装置は、上記構成のものに限られるものではない。例えば、投写型表示装置で用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。また、撮像装置の実施形態では、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、一眼レフ形式のカメラや、フィルムカメラ、ビデオカメラ、テレビ用カメラ等に適用することも可能である。

４ 軸上光束
５ 最大画角の光束
５ｕ 上側の最大光線
５ｓ 下側の最大光線
１０、２１０ 投写レンズ
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
１５、２１５ 光源
２１ａ〜２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５ 偏光分離プリズム
３１ カメラボディ
３２ シャッターボタン
３３ 電源ボタン
２０ 交換レンズ
３４、３５ 操作部
３６ 表示部
３７ マウント
１００、２００ 投写型表示装置
１０５、２０５ スクリーン
３００ カメラ
３１０ 撮像レンズ
３２０ 交換レンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１Ａ 前群
Ｇ１Ｂ 後群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｇ６ 第６レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１８、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１〜Ｌ４６、Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ６１ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｚ 光軸

本発明によれば、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群を合焦の際に間隔が変化する正の前群および負の後群で構成してテレフォトタイプの構成とし、さらに所定の条件式を満足するように後群の屈折力を好適に設定し、また、第１レンズ群の縮小側直後に配置されて変倍の際に移動する第２レンズ群を正レンズ群としているため、長焦点でありながら、小型で、Ｆナンバーが小さく、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた光学装置を提供することができる。

上記のテレフォトタイプを構成しながら、さらに、条件式（１）を満足するように適切なパワー配分を行うことで、長焦点でありながら小型のズームレンズの実現にさらに有利となる。条件式（１）の下限以上にすることで、後群Ｇ１Ｂに適切な負の屈折力を持たせることができ、テレフォトタイプの効果を好適に発揮することができ、小型化を図ることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、後群Ｇ１Ｂを負レンズ群とすることができる。下記条件式（１−１）を満足するように後群Ｇ１Ｂの屈折力の範囲を設定することで、より良好な収差補正が可能となり、かつ小型化に有利となる。
−０．２９≦ｆ１ｂ／ｆｔ≦−０．０５ （１−１）

条件式（２）の下限以上にすることで、諸収差を良好に補正することが可能となる。条件式（２）の上限以下にすることで、光学系を小型に構成することができる。条件式（２）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．６≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．４ （２−１）

条件式（３）の下限以上にすることで、第１レンズ群Ｇ１による小型化の効果を十分得ることができ、光学系全体を小型に構成することができる。条件式（３）の上限以下にすることで、変倍の際のレンズ群の移動領域を確保でき、実用的な変倍比を得ることができ、また、変倍の際の良好な収差補正が可能となる。条件式（３）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
０．２≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４ （３−１）

条件式（４）の下限以上にすることで、このズームレンズを投写型表示装置に用いた場合には色合成用のプリズム等を配置するスペースのための必要十分なバックフォーカスを確保することができ、このズームレンズを撮像素子と組み合わせて撮像装置に用いた場合には撮像素子との機械的干渉を防止することができる。条件式（４）の上限以下にすることで、光学系全体の小型化や縮小側のレンズ径の抑制が可能になる。条件式（４）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．１≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．３５ （４−１）

例えば、本発明のズームレンズは、図１に示す例のように、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａおよび負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂからなる第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから実質的になり、変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５が隣り合うレンズ群の間隔が変化するように移動し、第１レンズ群Ｇ１および第６レンズ群Ｇ６は固定されているように構成してもよい。図１に示す例は、このような６群構成を採っており、広角端から望遠端への変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５が拡大側へ移動するように構成されている。

あるいは、本発明のズームレンズは、後述の実施例３に対応する図５に示す例のように、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１Ａおよび負の屈折力を有する後群Ｇ１Ｂからなる第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とから実質的になり、変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が隣り合うレンズ群の間隔が変化するように移動し、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は固定されているように構成してもよい。後述の実施例３はこのような５群構成を採っており、この実施例３では、広角端から望遠端への変倍の際には第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が拡大側へ移動するように構成されている。

Claims (13)

1. 最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている第１レンズ群と、該第１レンズ群の縮小側に隣接して配置されて変倍の際に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
   前記第１レンズ群は、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから実質的になり、
   前記前群と前記後群の間隔を変化させることにより合焦が行われ、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   −０．３５≦ｆ１ｂ／ｆｔ＜０ （１）
   ただし、
   ｆ１ｂ：前記後群の焦点距離
   ｆｔ：望遠端での全系の焦点距離
2. 下記条件式（２）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
   ０．５≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．５ （２）
   ただし、
   ＴＬｔ：望遠端での、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離と最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの空気換算距離との和
3. 下記条件式（３）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
   ０．１≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４５ （３）
   ただし、
   Ｄ１Ｇ：最も拡大側のレンズ面から前記第１レンズ群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
   ＤＬｔ：望遠端での最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
4. 最も縮小側に変倍の際に固定されている正の屈折力を有するレンズ群が配置され、
   縮小側がテレセントリックに構成されている請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 下記条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ０．０５≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．４ （４）
   ただし、
   Ｂｆｗ：広角端での最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの光軸上の空気換算距離
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
6. 全系が、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が変化する５つもしくは６つのレンズ群から実質的になる請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. 拡大側から順に、前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、負の屈折力を有する第５レンズ群と、正の屈折力を有する第６レンズ群とから実質的になり、
   変倍の際に、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群は隣り合うレンズ群の間隔を変化させて移動し、前記第６レンズ群は固定されている請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
8. 拡大側から順に、前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから実質的になり、
   変倍の際に、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群は隣り合うレンズ群の間隔を変化させて移動し、前記第５レンズ群は固定されている請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
9. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
   −０．２９≦ｆ１ｂ／ｆｔ≦−０．０５ （１−１）
10. 下記条件式（２−１）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０．６≦ＴＬｔ／ｆｔ≦１．４ （２−１）
    ただし、
    ＴＬｔ：望遠端での、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離と最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの空気換算距離との和
11. 下記条件式（３）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０．２≦Ｄ１Ｇ／ＤＬｔ≦０．４ （３−１）
    ただし、
    Ｄ１Ｇ：最も拡大側のレンズ面から前記第１レンズ群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
    ＤＬｔ：望遠端での最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
12. 下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０．１≦Ｂｆｗ／ｆｗ≦０．３５ （４−１）
    ただし、
    Ｂｆｗ：広角端での最も縮小側のレンズ面から縮小側焦点位置までの光軸上の空気換算距離
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
13. 請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズを備えたことを特徴とする光学装置。