JP2018036381A - ズームレンズ、撮像装置、および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆナンバーが小さく広角で高性能のズームレンズ、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、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系１、縮小側は第２光学系２からなる。第１光学系１は５群構成であり、そのうち第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４が変倍の際に移動する。第１光学系１は、最も拡大側から順に連続して３枚以上の負レンズが配置される。第１光学系１は、負レンズと、この負レンズよりアッベ数が大きい２枚の正レンズを正負正の順に接合した第１の接合レンズＣＬ１を有する。第２光学系２の最も拡大側には、負レンズと正レンズが接合され正の屈折力を有する第２の接合レンズＣＬ２が配置される。
【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が広く用いられている。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光学系としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１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光学系が記載されている。

特開２０１５−１５２７６４号公報

近年では、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。このようなことから、より広角なズームレンズが強く要望されるようになっている。さらに、Ｆナンバーが小さいズームレンズであることも求められている。

しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、近年の要望に十分応えるためには画角およびＦナンバーの点で改善が求められる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、Ｆナンバーが小さく、広角で、高い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、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、第１光学系は、拡大側から順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とからなり、変倍の際に第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とは隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第１光学系は、最も拡大側から順に連続して３枚以上の負レンズを有し、第１光学系は、正レンズと、負レンズと、正レンズとが拡大側から順に接合されてなる第１の接合レンズを有し、第１の接合レンズ内の２枚の正レンズはいずれも第１の接合レンズ内の負レンズに比べｄ線基準のアッベ数が大きく、第２光学系の最も拡大側には、負レンズと正レンズが接合されてなり全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズが配置されていることを特徴とする。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１）〜（９）、（１２）、および（１３）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましい。
８＜ν２ｎ−ν２ｐ＜３０ （１）
３０＜ν１１−ν１２＜４２ （２）
５０＜ν１３−ν１２＜６０ （３）
−０．１＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１＜０ （４）
０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１１＜０．４ （５）
−０．５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１２＜−０．１ （６）
０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１３＜０．２ （７）
０．１＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ１＜０．１６８ （８）
０＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ２＜０．２ （９）
０．２＜｜ｆｗ｜／ｆ１＜１ （１２）
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２＜０．１５ （１３）
ただし、
ν２ｎ：第２の接合レンズ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２ｐ：第２の接合レンズ内の正レンズのｄ線基準のアッベ数
ν１１：第１の接合レンズ内の拡大側の正レンズのｄ線基準のアッベ数
ν１２：第１の接合レンズ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν１３：第１の接合レンズ内の縮小側の正レンズのｄ線基準のアッベ数
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆｃ１：第１の接合レンズの焦点距離
ｆｃ１１：第１の接合レンズ内の拡大側の正レンズの焦点距離
ｆｃ１２：第１の接合レンズ内の負レンズの焦点距離
ｆｃ１３：第１の接合レンズ内の縮小側の正レンズの焦点距離
Ｒｃ１：第１の接合レンズ内の縮小側の接合面の曲率半径
Ｒｃ２：第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
ｆ１：広角端での第１光学系の焦点距離
ｆ２：広角端での第２光学系の焦点距離

本発明のズームレンズにおいては、第１の接合レンズが第３レンズ群内に配置されていることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。
０．２＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜０．７ （１０）
ただし、
ｄ１２：第１光学系の最も縮小側のレンズ面と第２光学系の最も拡大側のレンズ面との光軸上の間隔
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔

本発明のズームレンズにおいては、第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。
１．５＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜５ （１１）
ただし、
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高

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本発明のズームレンズを備えたものである。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、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、上記の「〜からなり」は、実質的なことを意図するものであり、挙げられた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、実質的にパワーを有さない反射部材、絞り、フィルタ、および／またはカバーガラス等のレンズ以外の光学要素が含まれていてもよい。

なお、上記の「レンズ群」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。また、上記のレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、および面の曲率半径は、非球面が含まれているものは特に断りがない限り近軸領域で考えることとする。面の曲率半径の符号は、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する。上記の各条件式の値は、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準としたものである。

本発明によれば、中間像を形成するズームレンズにおいて、中間像より拡大側の第１光学系を５群構成の変倍光学系とし、最も拡大側に配置するレンズの構成を好適に設定し、３枚接合レンズを含む２組の接合レンズの構成と配置を好適に設定しているため、Ｆナンバーが小さく、広角で、高い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。 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１０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かか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では、左側を拡大側、右側を縮小側としており、軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

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を形成し、この中間像を拡大側結像面に再結像させる光学系である。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の縮小側に配置されたライトバルブの画像表示面Ｓｉｍも図示している。投写型表示装置においては、画像表示面Ｓｉｍで画像情報を与えられた光束が、光学部材ＰＰを介して、このズームレンズに入射され、このズームレンズにより不図示のスクリーン上に投写される。すなわち、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、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、中間像ＭＩの形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系１、縮小側は第２光学系２からなる。第２光学系２は縮小側結像面と共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１はこの中間像ＭＩを拡大側結像面に再結像させる作用を有する。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。

通常の中間像を結ばない光学系は、焦点距離を短くして広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズ径が大きくなるが、本実施形態のように中間像ＭＩを形成し、さらにこの中間像ＭＩをスクリーンＳｃｒに再結像させる方式の光学系では、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角化するのに適している。

このズームレンズでは、第１光学系１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５群構成を採っている。変倍の際には、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とは隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する。これら３つのレンズ群を用いて変倍を行うことで、倍率を変化させる際の収差変動を抑えることができる。図１では、これら３つのレンズ群それぞれの下に、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。一方、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は、図１に示す例のように、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されているように構成してもよい。

第１レンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を有するように構成される。最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１に負の屈折力を持たせることにより広角化に有利となる。第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５はいずれも全体として正の屈折力を有するように構成することができる。このようにした場合は、球面収差を抑えながら変倍を行うことが容易となる。

第２光学系２は、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されているように構成してもよい。このようにした場合は、変倍を行っても中間像ＭＩと縮小側結像面の関係が変化しないため、投写型表示装置に搭載された場合等のように縮小側から光が入射する系では、中間像ＭＩより拡大側で変倍の際の収差変動を考えればよく、すなわち第１光学系１で変倍の際の収差変動を抑えるように構成すればよいことになる。

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Ｌ１１〜レンズＬ１６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Ｌ２１〜レンズＬ２２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Ｌ３１〜レンズＬ３４の４枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１の１枚のレンズのみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、レンズＬ５１の１枚のレンズのみからなる。第２光学系２は、拡大側から順に、レンズＬ６１〜レンズＬ６９の９枚のレンズからなる。ただし、各レンズ群および第２光学系２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。

第１光学系１は、最も拡大側から順に連続して３枚以上の負レンズを有するように構成される。これにより像面湾曲を抑えることが容易となる。

また、第１光学系１は、正レンズと、負レンズと、正レンズとが拡大側から順に接合されてなる第１の接合レンズＣＬ１を有するように構成される。そして、第１の接合レンズＣＬ１内の２枚の正レンズのｄ線基準のアッベ数が、第１の接合レンズＣＬ１内の負レンズのｄ線基準のアッベ数より大きくなるように構成される。このような第１の接合レンズＣＬ１を有することで、高次収差を抑えることができる。また、この接合レンズの接合面の曲率半径の絶対値を小さくできるため、軸上色収差および倍率色収差を抑えることができる。これらのことから、Ｆナンバーが小さく広角のレンズ系を実現することに有利となる。

第１の接合レンズＣＬ１は、第３レンズ群Ｇ３内に配置されていることが好ましい。このズームレンズでは第１レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有するため、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４では光線高が高くなり収差補正効果が高まるため、第３レンズ群Ｇ３または第４レンズ群Ｇ４に第１の接合レンズＣＬ１を配置することは有効である。そのうち拡大側の第３レンズ群Ｇ３に接合レンズを配置することで、色による球面収差を抑えることに有利となる。

第２光学系２の最も拡大側には、負レンズと正レンズが接合されてなり全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズＣＬ２が配置される。中間像ＭＩに近い位置に上記構成の第２の接合レンズＣＬ２を配置することで、軸上色収差および倍率色収差を抑えることに有利となる。第２の接合レンズＣＬ２は、拡大側から順に、負レンズと、正レンズとが接合されていることが好ましく、このようにした場合は、軸上色収差および倍率色収差を抑えることにさらに有利となる。

次に、条件式に関する好ましい構成およびその効果について説明する。このズームレンズは、以下に述べる各条件式のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。

第２の接合レンズＣＬ２に関し、下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）を満足することで、軸上色収差および倍率色収差を抑えることが容易となる。中間像ＭＩに近いレンズ成分では軸外光線の光線高が高いため、中間像ＭＩに近い第２の接合レンズＣＬ２内の正負のレンズのアッベ数を条件式（１）を満足するように構成することで、特に倍率色収差の補正を効果的に行うことができ、広角化に有利となる。条件式（１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
８＜ν２ｎ−ν２ｐ＜３０ （１）
１０＜ν２ｎ−ν２ｐ＜２８ （１−１）
ただし、
ν２ｎ：第２の接合レンズ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２ｐ：第２の接合レンズ内の正レンズのｄ線基準のアッベ数

第１の接合レンズＣＬ１に関しては、下記条件式（２）〜（７）、（２−１）〜（７−１）の少なくとも１つ、あるいは任意の組合せを満足することが好ましく、このようにした場合は軸上色収差および倍率色収差を抑えることが容易となる。
３０＜ν１１−ν１２＜４２ （２）
３０．５＜ν１１−ν１２＜４１．５ （２−１）
５０＜ν１３−ν１２＜６０ （３）
５２＜ν１３−ν１２＜５８ （３−１）
−０．１＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１＜０ （４）
−０．０９＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１＜−０．０１ （４−１）
０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１１＜０．４ （５）
０．０５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１１＜０．３５ （５−１）
−０．５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１２＜−０．１ （６）
−０．４５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１２＜−０．１５ （６−１）
０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１３＜０．２ （７）
０．０５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１３＜０．１９５ （７−１）
ただし、
ν１１：第１の接合レンズ内の拡大側の正レンズのｄ線基準のアッベ数
ν１２：第１の接合レンズ内の負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν１３：第１の接合レンズ内の縮小側の正レンズのｄ線基準のアッベ数
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆｃ１：第１の接合レンズの焦点距離
ｆｃ１１：第１の接合レンズ内の拡大側の正レンズの焦点距離
ｆｃ１２：第１の接合レンズ内の負レンズの焦点距離
ｆｃ１３：第１の接合レンズ内の縮小側の正レンズの焦点距離

また、下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）の下限以下とならないようにすることで、非点収差および色収差の補正作用が弱くなるのを防ぐことができる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることで、非点収差の過剰補正を防ぐことが容易となる。条件式（８）に関する効果を高めるためには下記条件式（８−１）を満足することがより好ましい。
０．１＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ１＜０．１６８ （８）
０．１０５＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ１＜０．１６３ （８−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
Ｒｃ１：第１の接合レンズ内の縮小側の接合面の曲率半径

また、下記条件式（９）を満足することが好ましい。条件式（９）の下限以下とならないようにすることで、球面収差を抑えることが容易となる。条件式（９）の上限以上とならないようにすることで、レンズ系全長を抑えることに有利となる。条件式（９）に関する効果を高めるためには下記条件式（９−１）を満足することがより好ましい。
０＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ２＜０．２ （９）
０．０２＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ２＜０．１８ （９−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
Ｒｃ２：第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径

このズームレンズは、第２の接合レンズＣＬ２より縮小側にレンズを有することが好ましく、その場合は下記条件式（１０）を満足することが好ましい。条件式（１０）の下限以下とならないようにすることで、球面収差の発生を抑えることができる。条件式（１０）の上限以上とならないようにすることで、瞳位置をコントロールすることができ、軸上収差と軸外収差のバランスをとることが容易となる。条件式（１０）に関する効果を高めるためには下記条件式（１０−１）を満足することがより好ましい。
０．２＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜０．７ （１０）
０．３＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜０．６ （１０−１）
ただし、
ｄ１２：第１光学系の最も縮小側のレンズ面と第２光学系の最も拡大側のレンズ面との光軸上の間隔
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔

また、第２の接合レンズＣＬ２より縮小側にレンズを有する場合、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。条件式（１１）の下限以下とならないようにすることで、球面収差の発生を抑えることができる。条件式（１１）の上限以上とならないようにすることで、瞳位置をコントロールすることができ、軸上収差と軸外収差のバランスをとることが容易となる。条件式（１１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１１−１）を満足することがより好ましい。
１．５＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜５ （１１）
１．９＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜４．６ （１１−１）
ただし、
ｄ２ｒ：第２の接合レンズの縮小側に第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、第２の接合レンズとの光軸上の間隔
Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高

また、このズームレンズは、下記条件式（１２）を満足することが好ましい。条件式（１２）の下限以下とならないようにすることで、レンズ系全長を抑えることに有利となる。条件式（１２）の上限以上とならないようにすることで、像面湾曲を抑えることが容易となる。条件式（１２）に関する効果を高めるためには下記条件式（１２−１）を満足することがより好ましい。
０．２＜｜ｆｗ｜／ｆ１＜１ （１２）
０．２５＜｜ｆｗ｜／ｆ１＜０．９５ （１２−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ１：広角端での第１光学系の焦点距離

また、このズームレンズは、下記条件式（１３）を満足することが好ましい。条件式（１３）の下限以下とならないようにすることで、レンズ系全長を抑えることに有利となる。条件式（１３）の上限以上とならないようにすることで、像面湾曲を抑えることが容易となる。条件式（１３）に関する効果を高めるためには下記条件式（１３−１）を満足することがより好ましい。
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２＜０．１５ （１３）
０．００５＜｜ｆｗ｜／ｆ２＜０．１４５ （１３−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２：広角端での第２光学系の焦点距離

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、Ｆナンバーが小さく、広角で、高い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「Ｆナンバーが小さく」とはＦナンバーが２．４より小さいことを意味し、「広角」とは全画角が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と光路は図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光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は画像表示面Ｓｉｍと共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１はこの中間像ＭＩをスクリーンＳｃｒに再結像させる。第１光学系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、正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とからなる。変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５と第２光学系２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は互いに異なる軌跡で移動する。

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に、ズーム比Ｚｒ、全系の焦点距離の絶対値｜ｆ｜、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以上の整数であり、面ごとに異なる）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４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４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。これら各収差図は、最も拡大側のレンズ面から拡大側結像面までの光軸上の距離が１．１ｍの場合のものであり、この点は以下の実施例のものについても同様である。

上述した実施例１に関する各データの記号、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２に示す。実施例２のズームレンズは、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は画像表示面Ｓｉｍと共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１はこの中間像ＭＩをスクリーンＳｃｒに再結像させる。第１光学系１は、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。これら５つのレンズ群の屈折力の符号、変倍の際に移動するレンズ群、および第２光学系２が変倍の際に固定されている点は実施例１のものと同様である。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、レンズＬ１１〜レンズＬ１６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Ｌ２１〜レンズＬ２２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Ｌ３１〜レンズＬ３４の４枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１の１枚のレンズのみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、拡大側から順に、レンズＬ５１〜レンズＬ５２の２枚のレンズかららなる。第２光学系２は、拡大側から順に、レンズＬ６１〜レンズＬ６９の９枚のレンズからなる。

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５に示す。

［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３に示す。実施例３のズームレンズは、拡大側から順に、第１光学系１と、第２光学系２とからなる。第２光学系２は画像表示面Ｓｉｍと共役な位置に中間像ＭＩを形成し、第１光学系１はこの中間像ＭＩをスクリーンＳｃｒに再結像させる。第１光学系１は、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。これら５つのレンズ群の屈折力の符号、変倍の際に移動するレンズ群、および第２光学系２が変倍の際に固定されている点は実施例１のものと同様である。

第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、レンズＬ１１〜レンズＬ１６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Ｌ２１〜レンズＬ２２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Ｌ３１〜レンズＬ３４の４枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１の１枚のレンズのみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、拡大側から順に、レンズＬ５１〜レンズＬ５２の２枚のレンズかららなる。第２光学系２は、拡大側から順に、レンズＬ６１〜レンズＬ６９の９枚のレンズからなる。

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６に示す。

表１０に実施例１〜３のズームレンズの条件式（１）〜（１３）の対応値を示す。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、広角端で最大全画角が１３７°以上あり広角に構成され、Ｆナンバーが２．４未満であり小さなＦナンバーを有し、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、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７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７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７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７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８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８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８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８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９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９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９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９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１０、図１１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１０は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図１１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かか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。

１ 第１光学系
２ 第２光学系
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
ＣＬ１ 第１の接合レンズ
ＣＬ２ 第２の接合レンズ
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
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１６、Ｌ２１〜Ｌ２２、Ｌ３１〜Ｌ３４、Ｌ４１、Ｌ５１〜Ｌ５２、Ｌ６１〜Ｌ６９ 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 最大画角の光束
Ｙｍａｘ 縮小側の最大像高
Ｚ 光軸

Claims (17)

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、
   前記中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系、縮小側は第２光学系からなり、
   前記第１光学系は、拡大側から順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とからなり、変倍の際に前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、
   前記第１光学系は、最も拡大側から順に連続して３枚以上の負レンズを有し、
   前記第１光学系は、正レンズと、負レンズと、正レンズとが拡大側から順に接合されてなる第１の接合レンズを有し、該第１の接合レンズ内の２枚の前記正レンズはいずれも前記第１の接合レンズ内の前記負レンズに比べｄ線基準のアッベ数が大きく、
   前記第２光学系の最も拡大側には、負レンズと正レンズが接合されてなり全体として正の屈折力を有する第２の接合レンズが配置されていることを特徴とするズームレンズ。
2. 下記条件式（１）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
   ８＜ν２ｎ−ν２ｐ＜３０ （１）
   ただし、
   ν２ｎ：前記第２の接合レンズ内の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν２ｐ：前記第２の接合レンズ内の前記正レンズのｄ線基準のアッベ数
3. 下記条件式（２）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
   ３０＜ν１１−ν１２＜４２ （２）
   ただし、
   ν１１：前記第１の接合レンズ内の拡大側の前記正レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν１２：前記第１の接合レンズ内の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
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。
   ５０＜ν１３−ν１２＜６０ （３）
   ただし、
   ν１３：前記第１の接合レンズ内の縮小側の前記正レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν１２：前記第１の接合レンズ内の前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
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。
   −０．１＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１＜０ （４）
   ただし、
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   ｆｃ１：前記第１の接合レンズの焦点距離
6. 下記条件式（５）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１１＜０．４ （５）
   ただし、
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   ｆｃ１１：前記第１の接合レンズ内の拡大側の前記正レンズの焦点距離
7. 下記条件式（６）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載のズームレンズ。
   −０．５＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１２＜−０．１ （６）
   ただし、
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   ｆｃ１２：前記第１の接合レンズ内の前記負レンズの焦点距離
8. 下記条件式（７）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載のズームレンズ。
   ０＜｜ｆｗ｜／ｆｃ１３＜０．２ （７）
   ただし、
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   ｆｃ１３：前記第１の接合レンズ内の縮小側の前記正レンズの焦点距離
9. 前記第１の接合レンズが前記第３レンズ群内に配置されている請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズ。
10. 下記条件式（８）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。
    ０．１＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ１＜０．１６８ （８）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    Ｒｃ１：前記第１の接合レンズ内の縮小側の接合面の曲率半径
11. 下記条件式（９）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＜｜ｆｗ｜／Ｒｃ２＜０．２ （９）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    Ｒｃ２：前記第２の接合レンズの最も縮小側の面の曲率半径
12. 前記第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（１０）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。
    ０．２＜ｄ１２／ｄ２ｒ＜０．７ （１０）
    ただし、
    ｄ１２：前記第１光学系の最も縮小側のレンズ面と前記第２光学系の最も拡大側のレンズ面との光軸上の間隔
    ｄ２ｒ：前記第２の接合レンズの縮小側に該第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、前記第２の接合レンズとの光軸上の間隔
13. 前記第２の接合レンズより縮小側にレンズを有し、下記条件式（１１）を満足する請求項１から１２のいずれか１項記載のズームレンズ。
    １．５＜ｄ２ｒ／Ｙｍａｘ＜５ （１１）
    ただし、
    ｄ２ｒ：前記第２の接合レンズの縮小側に該第２の接合レンズに連続して配置されたレンズと、前記第２の接合レンズとの光軸上の間隔
    Ｙｍａｘ：縮小側の最大像高
14. 下記条件式（１２）を満足する請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０．２＜｜ｆｗ｜／ｆ１＜１ （１２）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ１：広角端での前記第１光学系の焦点距離
15. 下記条件式（１３）を満足する請求項１から１４のいずれか１項記載のズームレンズ。
    ０＜｜ｆｗ｜／ｆ２＜０．１５ （１３）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ２：広角端での前記第２光学系の焦点距離
16. 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１５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。
17. 請求項１から１５のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。