JP2018036380A - ズームレンズ、投写型表示装置、および撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ、投写型表示装置、および撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】縮小側がテレセントリックで、小型、広画角で高性能なズームレンズ、このズームレンズを備えた投写型表示装置、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】ズームレンズは中間像MIを形成するレンズ系であり、拡大側から順に、変倍の際に固定の第1レンズ群G1、変倍の際に移動する複数の移動レンズ群、変倍の際に固定で正の最終レンズ群Geからなる。中間像MIより縮小側に2つ以上の移動レンズ群が位置する。中間像MIより縮小側のレンズ系は、拡大側から順に、前群Cra、後群Crbからなる。後群Crbに関する所定の条件式(1)および(2)を満足する。【選択図】図1

Description

本発明は、中間像を形成するズームレンズ、このズームレンズを備えた投写型表示装置、および、このズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
従来、液晶表示素子またはDMD(Digital Micromirror Device:登録商標)等のライトバルブに表示した画像をスクリーン等に拡大投写する投写型表示装置(プロジェクタともいう)が広く用いられている。特に、このライトバルブを3つ用いて赤・緑・青の3原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光を色合成用プリズム等で合成し、投写用レンズを介して画像を投写する構成をとるものが多用されている。
近年では、ライトバルブの性能向上を受けて、ライトバルブと併用される投写用レンズにはライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正がなされていることが求められている。さらに、設置性の観点から、変倍機能を有する投写用レンズが好まれる傾向にある。
投写型表示装置に適用可能で変倍機能を有するレンズ系としては、例えば下記特許文献1〜3に記載されたものが提案されている。特許文献1〜3には、レンズ系の内部で中間像を形成し、この中間像を再結像させるレンズ系が記載されている。
特開2015−179270号公報 特開2015−152890号公報 特開2014−29392号公報
色合成プリズムは入射光の角度によって分光特性が変化するため、色合成プリズムと組み合わせて使用される投写用レンズには、縮小側を入射側としたときの入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわち縮小側のテレセントリック性を有することが求められる。
さらに、昨今ではより短い投写距離でより大きな画面サイズが求められるようになってきており、また、投写型表示装置を用いて大ホールまたは展示会等で大画面に投写する場面が増加している。これらのことから、より広画角なズームレンズが要望されるようになってきている。上記要望に加え、投写用レンズにはコンパクトに構成されていることも求められている。
しかしながら、特許文献1に記載されたレンズ系は、縮小側がテレセントリックに構成されていない。特許文献1に記載されたレンズ系の延長線上で縮小側がテレセントリックな構成を実現しようとすると、レンズ全長を抑えることが困難になると考えられる。特許文献2、3に記載された変倍機能を有するレンズ系は、近年の要望を満たすには画角が不十分である。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、縮小側のテレセントリック性を保ちながら、小型に構成され、広画角で、良好な光学性能を有するズームレンズ、このズームレンズを備えた投写型表示装置、および、このズームレンズを備えた撮像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、縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、中間像を拡大側結像面に再結像させるズームレンズであって、拡大側から順に、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されている第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され全体として正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、広角端で中間像より縮小側に少なくとも2つの移動レンズ群が位置し、中間像より縮小側のレンズ系は、拡大側から順に、前群と、後群とからなり、後群は、広角端で、自身の拡大側焦点位置が自身の最も拡大側のレンズ面より拡大側に位置する群のうち、含まれるレンズ枚数が最大となる群であり、下記条件式(1)および(2)を満足することを特徴とする。
0.05<|fw|/frb<0.25 (1)
1<Drv/Imφ<3 (2)
ただし、
fw:広角端での全系の焦点距離
frb:広角端での後群の焦点距離
Drv:広角端での前群の最も縮小側のレンズ面から後群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
Imφ:縮小側における有効像円直径
本発明のズームレンズにおいては、下記条件式(1−2)および(2−1)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
0.1<|fw|/frb<0.2 (1−2)
1.4<Drv/Imφ<2.5 (2−1)
本発明のズームレンズにおいては、複数の移動レンズ群のうち2つの移動レンズ群はそれぞれ正の屈折力を有することが好ましい。
本発明のズームレンズにおいては、広角端で中間像より縮小側のレンズ系は全体として負の屈折力を有することが好ましい。
本発明のズームレンズにおいては、下記条件式(3)を満足することが好ましく、下記条件式(3−2)を満足することがより好ましい。
0.2<|hmxr/(Imφ/2)|<1 (3)
0.3<|hmxr/(Imφ/2)|<0.6 (3−2)
ただし、
hmxr:広角端において光軸に平行で光軸からの高さが|fw|の光線を縮小側からズームレンズへ入射させた場合の、中間像より縮小側のレンズ面での最大光線高
Imφ:縮小側における有効像円直径
本発明のズームレンズにおいては、下記条件式(4)を満足することが好ましく、下記条件式(4−2)を満足することがより好ましい。
0.8<|fw/fp|<1.2 (4)
0.9<|fw/fp|<1.15 (4−2)
ただし、
fw:広角端での全系の焦点距離
fp:広角端での中間像より拡大側のレンズ系の焦点距離
本発明のズームレンズにおいては、広角端で中間像が移動レンズ群の内部に位置することが好ましい。中間像が移動レンズ群の内部に位置する場合、第1レンズ群は全体として負の屈折力を有することが好ましい。また、中間像が移動レンズ群の内部に位置する場合、下記条件式(5)を満足することが好ましく、下記条件式(5−1)を満足することがより好ましい。
0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.1 (5)
0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.05 (5−1)
ただし、
Daw:広角端における中間像から中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
Dat:望遠端における中間像から中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
fw:広角端での全系の焦点距離
本発明のズームレンズにおいては、広角端で中間像に光軸上で最も近い縮小側のレンズは正レンズであることが好ましい。その場合、この正レンズの拡大側の面は凹面であることが好ましい。また、その場合、この正レンズに関して下記条件式(6)を満足することが好ましく、下記条件式(6−2)を満足することがより好ましい。
1.7<Ndr1<2.2 (6)
1.8<Ndr1<2.2 (6−1)
ただし、
Ndr1:上記正レンズのd線に関する屈折率
本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、このライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写するズームレンズとしての上記の本発明のズームレンズとを備えたものである。
本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。
なお、本発明のズームレンズが投写型表示装置に適用される場合は、上記「拡大側」は、被投写側(スクリーン側)を意味し、縮小投写する場合も便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」は、原画像表示領域側(ライトバルブ側)を意味し、縮小投写する場合も便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
なお、上記「〜からなり」とは、実質的なことを意味するものであり、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、パワーを有さない反射部材、絞り、マスク、カバーガラス、および/またはフィルタ等のレンズ以外の光学要素等が含まれていてもよい。
なお、上記「〜レンズ群」、「前群」、「後群」、および「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。上記レンズ群の屈折力の符号、および上記レンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。上記条件式はd線(波長587.6nm)に関するものである。
本発明によれば、中間像を形成し、拡大側から順に、変倍の際に固定されている第1レンズ群と、変倍の際に移動する複数の移動レンズ群と、変倍の際に固定されている正の最終レンズ群とからなるズームレンズにおいて、中間像より縮小側の構成を好適に設定し、所定の条件式を満足するように構成しているため、縮小側のテレセントリック性を保ちながら、小型に構成され、広画角で、良好な光学性能を有するズームレンズ、このズームレンズを備えた投写型表示装置、および、このズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例1のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 条件式(3)のhmxrを説明するための図である。 本発明の実施例2のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例3のズームレンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例1のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの各収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの各収差図である。 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図である。 図11に示す撮像装置の背面側の斜視図である。
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は本発明の一実施形態に係るズームレンズの広角端における構成を示す断面図である。図1に示す構成例は、後述の実施例1に対応している。図1においては、左側が拡大側、右側が縮小側である。また、図1では軸上光束wa、中間画角の光束wb、および最大画角の光束wcも合わせて示している。
このズームレンズは、例えば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ものとして使用可能である。図1では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、スクリーンScrと、色合成部または照明光分離部に用いられるフィルタおよびプリズム等を想定した光学部材PPと、光学部材PPの縮小側の面に位置するライトバルブの画像表示面Simも図示している。図1の例では、画像表示面Simが縮小側結像面に対応し、スクリーンScrが拡大側結像面に対応する。
なお、図1では、光学部材PPの縮小側の面の位置と画像表示面Simの位置とが一致した例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。また、図1では図の簡略化のために1枚の画像表示面Simのみを示しているが、投写型表示装置において、光源からの光束を色分離光学系により3原色に分離し、各原色用に3つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示できるように構成してもよい。
このズームレンズは、光軸Zに沿って拡大側から順に、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されている第1レンズ群G1と、変倍の際に隣り合うレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され全体として正の屈折力を有する最終レンズ群Geとからなる。
最も拡大側の第1レンズ群G1が変倍の際に固定されていることにより、移動レンズ群のレンズを小径化することができる。最も縮小側の最終レンズ群Geが正の屈折力を有することで、縮小側をテレセントリックに構成することが容易となる。また、この最終レンズ群Geが変倍の際に固定されていることにより、変倍を行っても縮小側をテレセントリックに保持することが容易となる。
図1に示す例のズームレンズは、光軸Zに沿って拡大側から順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とからなる。変倍の際に、第1レンズ群G1と第5レンズ群G5は画像表示面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は光軸方向の相互間隔を変化させて移動する。すなわち、図1に示す例では、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の3つのレンズ群がそれぞれ移動レンズ群に対応し、第5レンズ群G5が最終レンズ群Geに対応する。図1では、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4それぞれの下に、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動方向を模式的に示す矢印を記入している。なお、ズームレンズが有する移動レンズ群の数は図1に示す例と異なる数とすることも可能であり、例えば後述の実施例に示すように2つであってもよい。
図1に示す例では、第1レンズ群G1は、拡大側から順に、レンズL1a〜レンズL1fの6枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は、拡大側から順に、レンズL2a〜レンズL2fの6枚のレンズからなり、第3レンズ群G3は、拡大側から順に、レンズL3a〜レンズL3bの2枚のレンズからなり、第4レンズ群G4は、拡大側から順に、レンズL4a〜レンズL4eの5枚のレンズからなり、第5レンズ群G5は、レンズL5aの1枚のレンズのみからなる。なお、各レンズ群は図1に示す例と異なる枚数のレンズで構成することも可能である。
また、このズームレンズは、縮小側結像面と共役な位置に中間像MIを形成し、この中間像MIを拡大側結像面に再結像させるものである。中間像MIはズームレンズの内部に形成される。なお、図1では中間像MIは光軸近傍を含む一部のみを点線で示している。
中間像MIに注目すると、このズームレンズは、中間像MIを挟んだ2つの部分からなると考えることができる。以下では、中間像MIより拡大側の光学系を投写部Cpと呼び、中間像MIより縮小側の光学系をリレー部Crと呼ぶことにする。すなわち、このズームレンズは、拡大側から順に、投写部Cpと、リレー部Crとからなる。これら投写部Cpおよびリレー部Crという名称は中間像に注目した構成における名称であり、上述した第1レンズ群G1〜第5レンズ群G5という名称は変倍に注目した構成における名称である。以下ではこれらの名称を適宜使用しながら説明することにする。
このズームレンズが投写型表示装置に適用された際には、リレー部Crが画像表示面Simに表示された画像と共役な中間像MIを一次結像させ、投写部Cpがこの中間像MIと共役な最終像をスクリーンScrに投写して二次結像させる。
中間像を形成しない方式のズームレンズは、焦点距離を短くして広画角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうが、本実施形態のように中間像を形成する方式のズームレンズでは、中間像MIより拡大側のレンズ系のバックフォーカスを短縮できるので、中間像MIより拡大側のレンズ系の拡大側のレンズ径を小さくすることが可能であり、焦点距離を短くして広画角化するのに適している。
例えば図1の例では、中間像MIはレンズL2eとレンズL2fの間に位置しており、投写部CpはレンズL1a〜レンズL1f、およびレンズL2a〜レンズL2eからなり、リレー部CrはレンズL2f、レンズL3a〜レンズL3b、レンズL4a〜レンズL4e、およびレンズL5aからなる。
図1の例では、広角端で中間像MIは移動レンズ群の内部に位置している。このようにした場合は、像面湾曲の変動を抑えて小型化を図ることが容易となる。中間像MIがレンズ群の内部に位置している場合、中間像MIは変倍全域で同一レンズ群内に位置していることが好ましい。仮に、中間像MIがレンズ表面に位置すると、投写型表示装置に適用された際に、そのレンズ表面の傷および/または塵が最終像と一緒にスクリーンScr上に投写されてしまう。このような事態が発生する可能性を低減するため、中間像MIは変倍全域で同一レンズ群内に位置するように構成することが好ましい。なお、中間像MIの位置は図1の例とは異なる位置にすることも可能である。後述の実施例に示すように、中間像MIは第1レンズ群G1の内部に位置していてもよい。あるいは、中間像MIは変倍の際に間隔が変化するレンズ群間に位置していてもよい。
このズームレンズは、広角端で中間像MIより縮小側に少なくとも2つの移動レンズ群が位置するように構成される。このように、広角端でリレー部Crが少なくとも2つの移動レンズ群を含むように構成することで、投写部Cpの変倍作用の負担を軽減でき、広画角化が容易となる。
ズームレンズが有する複数の移動レンズ群のうち2つの移動レンズ群はそれぞれ正の屈折力を有することが好ましい。このようにした場合は、中間像MIの径(光軸からの高さ)を小さくしやすくなるので、拡大側のレンズの径を小さく保ちながらの広画角化が容易となる。より好ましくは、最も縮小側から順に連続して、変倍の際に固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群Geと、2つの正の屈折力を有する移動レンズ群とを有するように構成することであり、このようにした場合は、変倍の際の移動レンズ群の移動範囲を少なくとどめやすくなるので、リレー部Crの光軸方向の長さも抑えながら全系の広画角化が容易となる。
広角端でリレー部Crは全体として負の屈折力を有することが好ましい。このようにした場合は、投写部Cpの拡大側のレンズ径を小さくすることが可能である。
リレー部Crは、拡大側から順に、前群Craと、以下に述べる後群Crbとからなるように構成される。後群Crbは、最も縮小側のレンズを含むリレー部Cr内のレンズ群であり、広角端で、自身の拡大側焦点位置が自身の最も拡大側のレンズ面より拡大側に位置する群のうち、含まれるレンズ枚数が最大となる群である。リレー部Crの中で、最も縮小側のレンズを含み、自身の拡大側焦点位置が自身の最も拡大側のレンズ面より拡大側に位置するという条件に適合する群が複数存在する場合がある。例えば図1の例では、レンズL5aのみからなる群、レンズL4eおよびレンズL5aからなる群、レンズL4c〜L4eおよびレンズL5aからなる群が、この条件に適合する。これら3つの群のうち、含まれるレンズ枚数が最大となる群は、レンズL4c〜L4eおよびレンズL5aからなる群である。したがって図1の例の後群Crbは、レンズL4c〜L4e、およびレンズL5aの4枚のレンズからなる群となる。そして、前群Craは、レンズL2f、レンズL3a〜レンズL3b、およびレンズL4a〜L4bの5枚のレンズからなる群となる。
上記のように後群Crbを規定してリレー部Crにおいて前群Craと後群Crbを群分けすると、軸外光束の主光線が光軸Zと交わる位置は前群Craと後群Crbの間、またはその付近に位置することになる。図1に示す例のようにズームレンズの縮小側がテレセントリックに構成されている場合は、前群Craと後群Crbの間、またはその付近に瞳位置が配置されることになる。
このズームレンズは、下記条件式(1)および(2)を満足するように構成される。
0.05<|fw|/frb<0.25 (1)
1<Drv/Imφ<3 (2)
ただし、
fw:広角端での全系の焦点距離
frb:広角端での後群の焦点距離
Drv:広角端での前群の最も縮小側のレンズ面から後群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
Imφ:縮小側における有効像円直径
条件式(1)の下限以下とならないようにすることで、リレー部Crのレンズ全長を抑えることができる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることで、縮小側からズームレンズへテレセントリックな状態で入射した主光線が後群Crbから射出したときのこの射出光と光軸Zとの角度が大きくなるのを防ぐことができる。これにより、前群Craのレンズ径を小さくすることが容易となり、その結果、必要とされる小さなFナンバーと必要とされる大きな画角を保ちながらも拡大側のレンズの径を小さくすることが容易となる。
条件式(1)の上限に関する効果を得ながら条件式(1)の下限に関する効果を高めるためには下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。条件式(1)に関する効果を高めるためには、下記条件式(1−2)を満足することがより好ましい。
0.1<|fw|/frb<0.25 (1−1)
0.1<|fw|/frb<0.2 (1−2)
条件式(2)の下限以下とならないようにすることで、中間像MIの拡大側近傍および縮小側近傍のレンズの径を小さくすることが容易となる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることで、縮小側がテレセントリックに構成されている光学系においてレンズ全長を抑えることができる。
条件式(2)に関する効果を高めるためには下記条件式(2−1)を満足することが好ましく、下記条件式(2−2)を満足することがより好ましい。
1.4<Drv/Imφ<2.5 (2−1)
1.55<Drv/Imφ<1.8 (2−2)
また、このズームレンズは下記条件式(3)を満足することが好ましい。
0.2<|hmxr/(Imφ/2)|<1 (3)
ただし、
hmxr:広角端において光軸に平行で光軸からの高さが|fw|の光線を縮小側からズームレンズへ入射させた場合の、中間像より縮小側のレンズ面での最大光線高
Imφ:縮小側における有効像円直径
図2は、図1に示すズームレンズのリレー部Crと光学部材PPの部分を示す図である。図2に、広角端において光軸に平行で光軸からの高さが|fw|の光線5をズームレンズの縮小側から拡大側へ向かって入射させた場合のhmxrを例示する。図2に示す例ではレンズL2fの縮小側の面での光線高がhmxrとなる。
条件式(3)の下限以下とならないようにすることで、リレー部Crのリレー倍率が小さくなりすぎるのを防ぐことができ、投写部Cpが担う倍率および性能の負担を軽減することができるので全系で良好な性能を得ることが容易となる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることで、リレー部Crのレンズ径を小さくすることが容易となる。
条件式(3)の下限に関する効果を得ながら条件式(3)の上限に関する効果を高めるためには下記条件式(3−1)を満足することが好ましい。条件式(3)に関する効果を高めるためには、下記条件式(3−2)を満足することがより好ましい。
0.2<|hmxr/(Imφ/2)|<0.6 (3−1)
0.3<|hmxr/(Imφ/2)|<0.6 (3−2)
また、このズームレンズは下記条件式(4)を満足することが好ましい。
0.8<|fw/fp|<1.2 (4)
ただし、
fp:広角端での中間像より拡大側のレンズ系の焦点距離
fw:広角端での全系の焦点距離
上記fpは、広角端での投写部Cpの焦点距離である。条件式(4)の下限以下とならないようにすることで、投写部Cpの拡大倍率を低く抑えることができるので、諸収差、特に倍率色収差を実用上問題にならない量にまで抑制することが容易となる。条件式(4)の上限以上とならないようにすることで、リレー部Crの拡大側のレンズ径より投写部Cpの縮小側のレンズ径を小さくできるので、Fナンバーが小さく、広画角の光学系であっても全体のレンズ径を小さく抑えることが容易となる。
条件式(4)の上限に関する効果を得ながら条件式(4)の下限に関する効果を高めるためには下記条件式(4−1)を満足することが好ましい。条件式(4)に関する効果を高めるためには、下記条件式(4−2)を満足することがより好ましい。
0.85<|fw/fp|<1.2 (4−1)
0.9<|fw/fp|<1.15 (4−2)
なお、中間像MIが移動レンズ群の内部に位置する場合、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.1 (5)
ただし、
Daw:広角端における中間像から中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
Dat:望遠端における中間像から中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
fw:広角端での全系の焦点距離
条件式(5)の(Daw−Dat)は、投写部Cpの最も縮小側のレンズから中間像MIまでの距離が変倍によって変化した量である。条件式(5)の上限以上とならないようにすることで、変倍を行っても中間像MIと投写部Cpの位置関係がほとんど変化しない構成にすることができるので、像面湾曲の変動を抑えることが容易となる。
条件式(5)に関する効果を高めるためには下記条件式(5−1)を満足することが好ましい。
0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.05 (5−1)
中間像MIが移動レンズ群の内部に位置する場合、第1レンズ群G1は全体として負の屈折力を有することが好ましい。このようにした場合は、変倍による像面湾曲の変化を抑えながら広画角化することが容易となる。
また、このズームレンズは、広角端で中間像MIに光軸上で最も近い縮小側のレンズは正レンズであることが好ましい。すなわち、リレー部Crの最も拡大側に正レンズが配置されていることが好ましい。このようにした場合は、リレー部Crのレンズ径を小さくすることができる。
リレー部Crの最も拡大側に正レンズが配置されている場合、この正レンズの拡大側の面は凹面であることが好ましい。このようにした場合は、像面湾曲の補正が容易となる。
また、リレー部Crの最も拡大側に正レンズが配置されている場合、この正レンズに関して下記条件式(6)を満足することが好ましい。
1.7<Ndr1<2.2 (6)
ただし、
Ndr1:リレー部の最も拡大側の正レンズのd線に関する屈折率
条件式(6)の下限以下とならないようにすることで、像面湾曲の補正が容易となる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることで、透過率およびコストの点で有利となる。
条件式(6)の上限に関する効果を得ながら条件式(6)の下限に関する効果を高めるためには下記条件式(6−1)を満足することが好ましく、下記条件式(6−2)を満足することがより好ましい。
1.75<Ndr1<2.2 (6−1)
1.8<Ndr1<2.2 (6−2)
なお、このズームレンズの全レンズのd線に関する屈折率は2.2より小さいことが好ましい。
上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、縮小側をテレセントリックに構成しながら、小型に構成され、広画角で、良好な光学性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「広画角」とは、広角端で全画角が120°より大きいことを意味する。
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1のズームレンズのレンズ構成は図1に示したものであり、その構成および図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例1のズームレンズは、拡大側から順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とからなる。変倍の際に第1レンズ群G1と第5レンズ群G5は固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は移動する。第2レンズ群G2の内部に中間像MIが形成される。
実施例1のズームレンズの基本レンズデータを表1に、各種データを表2に、非球面係数を表3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番目の面との光軸上の面間隔を示す。表1の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。
ここで、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も合わせて示している。表1では、変倍の際に変化する可変面間隔については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。
表2の枠内に、全系の焦点距離の絶対値|f|、拡大倍率β、FナンバーFNo.、最大全画角2ω、および可変面間隔の値をd線基準で示す。2ωの欄の(°)は単位が度であることを意味する。表2では、広角端状態の各値をWIDEと表記した欄に示し、望遠端状態の各値をTELEと表記した欄に示している。表2の枠外下に、拡大側結像面から最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離D(Scr〜S1)、および光学部材PPの縮小側の面から縮小側結像面までの距離D(S38〜Sim)の値を示す。
表1では、非球面の面番号には*印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表3に、実施例1の各非球面の非球面係数を示す。表3の非球面係数の数値の「E±n」(n:整数)は「×10±n」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数KA、Am(m=3、4、5、…20、あるいはm=4、6、8、10)の値である。
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からのレンズ面までの距離)
C:近軸曲率
KA、Am:非球面係数
各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはmmを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
図5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)、および倍率色収差(倍率の色収差)の各収差図を示す。図5では、WIDEと付した上段に広角端状態のものを示し、TELEと付した下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、d線(波長587.6nm)、C線(波長656.3nm)、およびF線(波長486.1nm)に関する収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線に関する収差を短破線で示す。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、およびF線に関する収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。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5に示す収差図は、縮小側結像面および拡大側結像面が表2の枠外下に記載した距離にある場合のものである。
上記の実施例1の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、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ので、以下では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と光路の断面図を図3に示す。実施例2のズームレンズは、拡大側から順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とからなる。変倍の際に第1レンズ群G1と第5レンズ群G5は固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は移動する。実施例2では第5レンズ群G5が最終レンズ群Geに対応する。第1レンズ群G1は、拡大側から順に、レンズL1a〜レンズL1fの6枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は、拡大側から順に、レンズL2a〜レンズL2fの6枚のレンズからなり、第3レンズ群G3は、拡大側から順に、レンズL3a〜レンズL3bの2枚のレンズからなり、第4レンズ群G4は、拡大側から順に、レンズL4a〜レンズL4eの5枚のレンズからなり、第5レンズ群G5は、レンズL5aの1枚のレンズのみからなる。
中間像MIは第2レンズ群G2の内部に形成されており、中間像MIはレンズL2eとレンズL2fの間に位置している。投写部CpはレンズL1a〜レンズL1f、およびレンズL2a〜レンズL2eからなり、リレー部CrはレンズL2f、レンズL3a〜レンズL3b、レンズL4a〜レンズL4e、およびレンズL5aからなる。リレー部Crは、前群Craと後群Crbからなる。前群Craは、レンズL2f、レンズL3a〜レンズL3b、およびレンズL4a〜L4bからなり、後群Crbは、レンズL4c〜L4e、およびレンズL5aからなる。
実施例2のズームレンズの基本レンズデータを表4に、各種データを表5に、非球面係数を表6に、各収差図を図6に示す。図6に示すデータは、縮小側結像面および拡大側結像面が表5の枠外下に記載した距離にある場合のものである。
[実施例3]
実施例3のズームレンズのレンズ構成と光路の断面図を図4に示す。実施例3のズームレンズは、拡大側から順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4とからなる。変倍の際に第1レンズ群G1と第4レンズ群G4は固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3は移動する。実施例3では第4レンズ群G4が最終レンズ群Geに対応する。第1レンズ群G1は、拡大側から順に、レンズL1a〜レンズL1lの12枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は、拡大側から順に、レンズL2a〜レンズL2bの2枚のレンズからなり、第3レンズ群G3は、拡大側から順に、レンズL3a〜レンズL3eの5枚のレンズからなり、第4レンズ群G4は、レンズL4aの1枚のレンズのみからなる。
中間像MIは第1レンズ群G1の内部に形成されており、中間像MIはレンズL1kとレンズL1lの間に位置している。投写部CpはレンズL1a〜レンズL1kからなり、リレー部CrはL1l、レンズL2a〜L2b、レンズL3a〜レンズL3e、およびレンズL4aからなる。リレー部Crは、前群Craと後群Crbからなる。前群Craは、レンズL1l、レンズL2a〜レンズL2b、およびレンズL3a〜L3bからなり、後群Crbは、レンズL3c〜L3e、およびレンズL4aからなる。
実施例3のズームレンズの基本レンズデータを表7に、各種データを表8に、非球面係数を表9に、各収差図を図7に示す。図7に示すデータは、縮小側結像面および拡大側結像面が表8の枠外下に記載した距離にある場合のものである。
表10に実施例1〜3のズームレンズの条件式(1)〜(6)の対応値とこれら対応値に関連する値等を示す。表10のfrはリレー部Crの焦点距離である。表10に示す値はd線を基準とするものである。
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、Fナンバーが2.00であり小さなFナンバーを有し、広角端で全画角が130°以上あり広画角であり、縮小側のテレセントリック性を保ちながら、小型に構成され、各収差が良好に補正されて、高い光学性能が実現されている。
次に、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図8は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図8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8では、ズームレンズ10は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8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、ズームレンズ10に入射する。ズームレンズ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9は、本発明の別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9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9ではズームレンズ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9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、ズームレンズ210に入射する。ズームレンズ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10は、本発明のさらに別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300は、本発明の実施形態に係るズームレンズ310と、光源315と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子31a〜31cと、色分離のためのダイクロイックミラー32、33と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム34と、光路偏向のための全反射ミラー38と、偏光分離プリズム35a〜35cとを有する。なお、図10では、ズームレンズ310は概略的に図示している。また、光源315とダイクロイックミラー32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315からの白色光はダイクロイックミラー32、33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偏光分離プリズム35a〜35cを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子31a〜31cに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム34により色合成された後、ズームレンズ310に入射する。ズームレンズ310は、反射型表示素子31a〜31cにより光変調された光による光学像をスクリーン305上に投写する。
図11、図12は、本発明の一実施形態に係る撮像装置であるカメラ400の外観図である。図11は、カメラ400を前側から見た斜視図を示し、図12は、カメラ400を背面側から見た斜視図を示す。カメラ400は、交換レンズ48が取り外し自在に装着される、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48は、本発明の実施形態に係る光学系であるズームレンズ49を鏡筒内に収納したものである。
このカメラ400はカメラボディ41を備え、カメラボディ41の上面にはシャッターボタン42と電源ボタン43とが設けられている。またカメラボディ41の背面には、操作部44、45と表示部46とが設けられている。表示部46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41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47が設けられ、マウント47を介して交換レンズ48がカメラボディ41に装着されるようになっている。
カメラボディ41内には、交換レンズ48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(Charge Coupled Device)などの撮像素子(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、およびその生成された画像を記録するための記録媒体などが設けられている。このカメラ400では、シャッターボタン42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、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
また、本発明の投写型表示装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、用いられるライトバルブおよび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、本発明の撮像装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、一眼レフ形式のカメラ、フィルムカメラ、およびビデオカメラなどに適用することも可能である。
5 光線
10、49、210、310 ズームレンズ
11a〜11c 透過型表示素子
12、13、32、33 ダイクロイックミラー
14、34 クロスダイクロイックプリズム
15、215、315 光源
16a〜16c コンデンサレンズ
18a〜18c、38 全反射ミラー
21a〜21c DMD素子
24a〜24c TIRプリズム
25、35a〜35c 偏光分離プリズム
31a〜31c 反射型表示素子
41 カメラボディ
42 シャッターボタン
43 電源ボタン
44、45 操作部
46 表示部
47 マウント
48 交換レンズ
100、200、300 投写型表示装置
105、205、305 スクリーン
400 カメラ
Cp 投写部
Cr リレー部
Cra 前群
Crb 後群
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
G5 第5レンズ群
Ge 最終レンズ群
L1a〜L1l、L2a〜L2f、L3a〜L3e、L4a〜L4e、L5a レンズ
MI 中間像
PP 光学部材
Scr スクリーン
Sim 画像表示面
wa 軸上光束
wb 中間画角の光束
wc 最大画角の光束
Z 光軸

Claims (19)

  1. 縮小側結像面と共役な位置に中間像を形成し、該中間像を拡大側結像面に再結像させるズームレンズであって、
    拡大側から順に、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定されている第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定され全体として正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、
    広角端で前記中間像より縮小側に少なくとも2つの前記移動レンズ群が位置し、
    前記中間像より縮小側のレンズ系は、拡大側から順に、前群と、後群とからなり、
    前記後群は、広角端で、自身の拡大側焦点位置が自身の最も拡大側のレンズ面より拡大側に位置する群のうち、含まれるレンズ枚数が最大となる群であり、
    下記条件式(1)および(2)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    0.05<|fw|/frb<0.25 (1)
    1<Drv/Imφ<3 (2)
    ただし、
    fw:広角端での全系の焦点距離
    frb:広角端での前記後群の焦点距離
    Drv:広角端での前記前群の最も縮小側のレンズ面から前記後群の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
    Imφ:縮小側における有効像円直径
  2. 前記複数の移動レンズ群のうち2つの前記移動レンズ群はそれぞれ正の屈折力を有する請求項1記載のズームレンズ。
  3. 広角端で前記中間像より縮小側のレンズ系は全体として負の屈折力を有する請求項1または2記載のズームレンズ。
  4. 下記条件式(3)を満足する請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
    0.2<|hmxr/(Imφ/2)|<1 (3)
    ただし、
    hmxr:広角端において光軸に平行で光軸からの高さが|fw|の光線を縮小側から前記ズームレンズへ入射させた場合の、前記中間像より縮小側のレンズ面での最大光線高
  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。
    0.8<|fw/fp|<1.2 (4)
    ただし、
    fp:広角端での前記中間像より拡大側のレンズ系の焦点距離
  6. 広角端で前記中間像が前記移動レンズ群の内部に位置する請求項1から5のいずれか1項記載のズームレンズ。
  7. 下記条件式(5)を満足する請求項6記載のズームレンズ。
    0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.1 (5)
    ただし、
    Daw:広角端における前記中間像から該中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
    Dat:望遠端における前記中間像から該中間像に光軸上で最も近い拡大側のレンズ面までの光軸上の距離
  8. 前記第1レンズ群は全体として負の屈折力を有する請求項6または7記載のズームレンズ。
  9. 広角端で前記中間像に光軸上で最も近い縮小側のレンズは正レンズである請求項1から8のいずれか1項記載のズームレンズ。
  10. 前記正レンズの拡大側の面は凹面である請求項9記載のズームレンズ。
  11. 下記条件式(6)を満足する請求項9または10記載のズームレンズ。
    1.7<Ndr1<2.2 (6)
    ただし、
    Ndr1:前記正レンズのd線に関する屈折率
  12. 下記条件式(1−2)を満足する請求項1記載のズームレンズ。
    0.1<|fw|/frb<0.2 (1−2)
  13. 下記条件式(2−1)を満足する請求項1記載のズームレンズ。
    1.4<Drv/Imφ<2.5 (2−1)
  14. 下記条件式(3−2)を満足する請求項4記載のズームレンズ。
    0.3<|hmxr/(Imφ/2)|<0.6 (3−2)
  15. 下記条件式(4−2)を満足する請求項5記載のズームレンズ。
    0.9<|fw/fp|<1.15 (4−2)
  16. 下記条件式(5−1)を満足する請求項7記載のズームレンズ。
    0≦|(Daw−Dat)/fw|<0.05 (5−1)
  17. 下記条件式(6−2)を満足する請求項11記載のズームレンズ。
    1.8<Ndr1<2.2 (6−2)
  18. 光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写するズームレンズとしての請求項1から17のいずれか1項記載のズームレンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
  19. 請求項1から17のいずれか1項記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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