JP2018036384A - ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角でありながら、変倍比が高く、変倍に際して収差変動が良好に抑制されて高い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。【解決手段】中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２からなり、第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、正の第１−１レンズ群Ｇ１１、正の第１−２レンズ群Ｇ１２からなり、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、正の第２−１レンズ群Ｇ２１、正の第２−２レンズ群Ｇ２２、正の第２−３レンズ群Ｇ２３からなり、第１−２レンズ群Ｇ１２、第２−１レンズ群Ｇ２１、および、第２−２レンズ群Ｇ２２は、変倍の際に移動し、第１−１レンズ群Ｇ１１および第２−３レンズ群Ｇ２３は、変倍の際に固定されるものとする。【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、液晶表示素子やＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く用いられている。特に、ライトバルブを３枚用いて赤・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プリズム等で合成し、ズームレンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。

このような、３枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に使用されるズームレンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また、熱的な問題を回避するため、長いバックフォーカスが必要となる。さらに、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、投写用レンズ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持つことが必要となる。

また、この種のズームレンズには、ライトバルブの解像度に見合った良好な収差補正が求められている。さらに、設置性の観点から高い変倍機能を有していること、また、大型スクリーンに近距離から投影したいという要望に応えるため、より広画角であることが要求される。

このような要望に応えるべく、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ズームレンズが提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１５−１５２８９０号公報

通常の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、上記のように中間像を形成する方式のズームレンズでは、中間像よりも拡大側のレンズ系のバックフォーカスを短縮できるとともに、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。しかしながら変倍に際して収差変動が大きくなり、ズーム全域で高い光学性能を維持するのが難しいという問題がある。

特許文献１に記載されたレンズ系においてもやはり収差変動が大きいという問題があり、さらに変倍比も１．３倍程度と低かった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、中間像を形成する方式のズームレンズにおいて、広角でありながら、変倍比が高く、変倍に際して収差変動が良好に抑制されて高い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、正の屈折力を有する第１−１レンズ群、正の屈折力を有する第１−２レンズ群からなり、第２光学系は、拡大側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズ群、正の屈折力を有する第２−２レンズ群、正の屈折力を有する第２−３レンズ群からなり、第１−２レンズ群、第２−１レンズ群、および、第２−２レンズ群は、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第１−１レンズ群および第２−３レンズ群は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定され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）を満足することが好ましく、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
５＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜２０ …（１）
７＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜１５ …（１−１）
ただし、
ｆ１２：第１−２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
５＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１２ …（２）
７＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１０ …（２−１）
ただし、
ｆ２２：第２−２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
５＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１２ …（３）
６．８＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１０ …（３−１）
ただし、
ｆ２３：第２−３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、広角端から望遠端への変倍の際に、第２−１レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、第２−２レンズ群は縮小側から拡大側に移動することが好ましい。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−２５＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−２ …（４）
−２０＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−３ …（４−１）
ただし、
ｆ２１１：第２−１レンズ群の最も拡大側のレンズの焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、第２−１レンズ群の最も拡大側のレンズは、負の屈折力を有する第２−１−１レンズであり、第２−１−１レンズの縮小側に隣接してあるレンズは、正の屈折力を有する第２−１−２レンズであり、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。
３０＜ν２１１−ν２１２＜７０ …（５）
３４＜ν２１１−ν２１２＜６０ …（５−１）
ただし、
ν２１１：第２−１−１レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２１２：第２−１−２レンズのｄ線基準のアッベ数
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
２＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜ …（６）
３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１０ …（６−１）
ただし、
Ｂｆｗ：広角端における空気換算長での全系のバックフォーカス
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

本発明の投写型表示装置は、光源と、光源からの光が入射するライトバルブと、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とを備えたことを特徴とする。

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ことを特徴とする。

なお、上記「拡大側」とは、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」とは、画像表示素子側（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。

また、上記「〜からなる」とは、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、パワーを有さないミラーや絞りやマスクやカバーガラスやフィルタなどのレンズ以外の光学要素などを含んでもよいことを意図するものである。

また、上記「レンズ群」とは、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、「バックフォーカス」については、拡大側、縮小側をそれぞれ一般的な撮像レンズの物体側、像側に相当するものとして考え、拡大側、縮小側それぞれをフロント側、バック側とするものとする。

本発明によれば、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において、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、正の屈折力を有する第１−１レンズ群、正の屈折力を有する第１−２レンズ群からなり、第２光学系は、拡大側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズ群、正の屈折力を有する第２−２レンズ群、正の屈折力を有する第２−３レンズ群からなり、第１−２レンズ群、第２−１レンズ群、および、第２−２レンズ群は、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第１−１レンズ群および第２−３レンズ群は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定されるものとしたので、広角でありながら、変倍比が高く、変倍に際して収差変動が良好に抑制されて高い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。

本発明の一実施形態にかかるズームレンズ（実施例１と共通）の構成を示す断面図 本発明の実施例２のズームレンズの構成を示す断面図 本発明の実施例３のズームレンズの構成を示す断面図 本発明の実施例１のズームレンズの各収差図 本発明の実施例２のズームレンズの各収差図 本発明の実施例３のズームレンズの各収差図 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 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 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 本発明の一実施形態に係る撮像装置の前側の斜視図 図１０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は本発明の一実施形態にかかるズームレンズの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のズームレンズの構成と共通である。図１は、広角端における状態を示しており、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１１ａ側が拡大側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１では軸上光束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、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、色合成部または照明光分離部に用いられるフィルタやプリズムなど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も合わせて図示している。投写型表示装置においては、画像表示素子上の画像表示面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ようになる。

図１に示す通り、本実施形態のズームレンズは、縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）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Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２からなり、第１光学系Ｇ１は、拡大側から順に、正の屈折力を有する第１−１レンズ群Ｇ１１、正の屈折力を有する第１−２レンズ群Ｇ１２からなり、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズ群Ｇ２１、正の屈折力を有する第２−２レンズ群Ｇ２２、正の屈折力を有する第２−３レンズ群Ｇ２３からなり、第１−２レンズ群Ｇ１２、第２−１レンズ群Ｇ２１、および、第２−２レンズ群Ｇ２２は、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第１−１レンズ群Ｇ１１および第２−３レンズ群Ｇ２３は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される構成となっている。

通常の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、中間像よりも拡大側のレンズ系（図１に示す例では、第１光学系Ｇ１）のバックフォーカスを短縮できるとともに、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。

また、変倍に際して中間像よりも縮小側のレンズ系を移動させて行うことで、変倍作用としては、中間像よりも縮小側のレンズ系のリレー倍率変化が、中間像のサイズ変化に相当するため、光学的には簡単な構成とすることができるが、中間像よりも縮小側のレンズ系のみで高倍率化を図ると、上記リレー倍率変化すなわち中間像のサイズ変化が大きくなるため、中間像よりも縮小側のレンズ系において拡大側のレンズ径の大型化を招き、さらに中間像よりも縮小側のレンズ系のみでは中間像位置を変えずに変倍を行おうとするため、高倍率化に伴って望遠端の球面収差が大きくなるという問題が発生する。

そこで、変倍の際に、中間像よりも縮小側の第２−１レンズ群Ｇ２１および第２−２レンズ群Ｇ２２だけでなく、中間像よりも拡大側の第１−２レンズ群Ｇ１２を移動させることで、高倍率化に伴った変倍作用を持たせつつ、望遠端の球面収差の増大を抑制する補正作用を持たすこと可能となり、ズーム全域で良好なテレセントリック性を保ちつつ、変倍の際の収差変動を少なくすることができる。

また、最も縮小側に、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され正の屈折力を有する第２−３レンズ群Ｇ２３を配置することで、テレセントリック性を保ちつつ、変倍の際の収差変動を少なくすることができる。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、第１−２レンズ群Ｇ１２のパワーが強くなり過ぎるのを抑えることができるため、第２光学系Ｇ２に入る光線の入射角が光軸Ｚに対して傾き過ぎず、その結果、変倍比の確保が容易になるだけでなく、レンズ系全体での収差補正が容易となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、第１−２レンズ群Ｇ１２のパワーが弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、望遠端においても球面収差を適切に補正できる。なお、下記条件式（１−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
５＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜２０ …（１）
７＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜１５ …（１−１）
ただし、
ｆ１２：第１−２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、第２−２レンズ群Ｇ２２のパワーが強くなり過ぎるのを抑えることができるため、変倍の際の軸上色収差と球面収差の変動を抑えることができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、第２−２レンズ群Ｇ２２のパワーが弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、所望のズーム比を確保するための移動量を抑え、レンズ全長の小型化に寄与する。なお、下記条件式（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
５＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１２ …（２）
７＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１０ …（２−１）
ただし、
ｆ２２：第２−２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、第２−３レンズ群Ｇ２３のパワーが強くなり過ぎるのを抑えることができるため、倍率色収差の発生量を抑え、他の群での倍率色収差の補正を容易にすることができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、第２−３レンズ群Ｇ２３のパワーが弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、縮小側にテレセントリックな状態にすることが容易となる。なお、下記条件式（３−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
５＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１２ …（３）
６．８＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１０ …（３−１）
ただし、
ｆ２３：第２−３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、広角端から望遠端への変倍の際に、第２−１レンズ群Ｇ２１は拡大側から縮小側に移動し、第２−２レンズ群Ｇ２２は縮小側から拡大側に移動することが好ましい。このような構成とすることで、変倍の際の収差変動を軽減することができる。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、第２−１レンズ群Ｇ２１の最も拡大側のレンズＬ２１ａのパワーが弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、歪曲収差補正が容易となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、第２−１レンズ群Ｇ２１の最も拡大側のレンズＬ２１ａのパワーが強くなり過ぎるのを抑えることができるため、光線を外側に曲げる力が弱くなり、以後（縮小側）のレンズのレンズ径の増大およびレンズ全長の大型化を防ぐことができる。なお、下記条件式（４−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
−２５＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−２ …（４）
−２０＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−３ …（４−１）
ただし、
ｆ２１１：第２−１レンズ群の最も拡大側のレンズの焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

また、第２−１レンズ群Ｇ２１の最も拡大側のレンズは、負の屈折力を有する第２−１−１レンズＬ２１ａであり、第２−１−１レンズＬ２１ａの縮小側に隣接してあるレンズは、正の屈折力を有する第２−１−２レンズＬ２１ｂであり、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、負の屈折力を有する第２−１−１レンズＬ２１ａと正の屈折力を有する第２−１−２レンズＬ２１ｂのアッベ数差が小さくなり過ぎるのを抑えることができるため、この２枚のレンズにおいて適正に軸上色収差補正を行うことができ、第２−１レンズ群Ｇ２１に過度にレンズ枚数を増やす等の必要がなくなる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、負の屈折力を有する第２−１−１レンズＬ２１ａと正の屈折力を有する第２−１−２レンズＬ２１ｂに高価なガラス材料を必要としないため、コストアップを防ぐことができる。なお、下記条件式（５−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
３０＜ν２１１−ν２１２＜７０ …（５）
３４＜ν２１１−ν２１２＜６０ …（５−１）
ただし、
ν２１１：第２−１−１レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２１２：第２−１−２レンズのｄ線基準のアッベ数
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、バックフォーカスが短くなり過ぎるのを抑えることができるため、色合成プリズム等を配置することが容易となる。なお、下記条件式（６−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（６−１）の上限以上とならないようにすることで、バックフォーカスが伸び過ぎるとともにレンズ径が大きくなるのを抑えることができるため、レンズ枚数の増加や材料のコストアップを抑えることができる。
２＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜ …（６）
３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１０ …（６−１）
ただし、
Ｂｆｗ：広角端における空気換算長での全系のバックフォーカス
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。

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。
まず、実施例１のズームレンズについて説明する。実施例１のズームレンズの構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２〜３に対応した図２〜３においては、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１光学系Ｇ１のレンズＬ１１ａ側が拡大側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１〜３では軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

実施例１のズームレンズは、中間像の形成位置を挟んで、拡大側は第１光学系Ｇ１、縮小側は第２光学系Ｇ２から構成され、第１光学系は、第１−１レンズ群Ｇ１１および第１−２レンズ群Ｇ１２から構成され、第２光学系は、第２−１レンズ群Ｇ２１、第２−２レンズ群Ｇ２２、および、第２−３レンズ群Ｇ２３から構成されている。

第１−２レンズ群Ｇ１２、第２−１レンズ群Ｇ２１、および、第２−２レンズ群Ｇ２２は、変倍の際に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第１−１レンズ群Ｇ１１および第２−３レンズ群Ｇ２３は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される構成となっている。

第１−１レンズ群Ｇ１１はレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｉの９枚のレンズから構成され、第１−２レンズ群Ｇ１２はレンズＬ１２ａ、Ｌ１２ｂの２枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａ〜Ｌ２１ｄの４枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａ〜Ｌ２２ｆの６枚のレンズから構成され、第２−３レンズ群Ｇ２３はレンズＬ２３ａのみの１枚のレンズから構成されている。

実施例１のズームレンズのレンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表３に、非球面係数に関するデータを表４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜３についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も拡大側の構成要素の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。ここで、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。また、レンズデータにおいて、変倍の際に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤ[面番号]と記載している。このＤＤ[面番号]に対応する数値は表３に示している。

表２の諸元に関するデータに、ズーム倍率、焦点距離ｆ´、Ｆ値ＦＮｏ、および、全画角２ωの値を示す。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表４の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。表４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、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３〜２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
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（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３〜２０）
とする。

実施例１のズームレンズの各収差図を図４に示す。なお、図４中の上段左側から順に広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示し、図４中の下段左側から順に望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示す。これらの収差図は、投写距離を収差図中に記載の距離としたときの状態を示す。球面収差、非点収差、および、歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、および、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ実線、長破線、および、短破線の実線で示す。非点収差図にはサジタル方向およびタンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線および短破線で示す。倍率色収差図にはＣ線(波長６５６．３ｎｍ)およびＦ線(波長４８６．１ｎｍ)についての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値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

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ので、以下では重複説明を省略する。

次に、実施例２のズームレンズについて説明する。実施例２のズームレンズの構成を示す断面図を図２に示す。実施例２のズームレンズは、第２−２レンズ群Ｇ２２がレンズＬ２２ａ〜Ｌ２２ｅの５枚のレンズから構成される以外は、実施例１と同様のレンズ群およびレンズ枚数構成である。また、実施例２のズームレンズのレンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表７に、非球面係数に関するデータを表８に、各収差図を図５に示す。

次に、実施例３のズームレンズについて説明する。実施例３のズームレンズの構成を示す断面図を図３に示す。実施例３のズームレンズは、第１−１レンズ群Ｇ１１がレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｊの１０枚のレンズから構成される以外は、実施例１と同様のレンズ群およびレンズ枚数構成である。また、実施例３のズームレンズのレンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表１１に、非球面係数に関するデータを表１２に、各収差図を図６に示す。

実施例１〜３のズームレンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を表１３に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表１３に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜３のズームレンズは全て、条件式（１）〜（６）を満たしており、中間像を形成する方式のズームレンズにおいて、Ｆ値が２．３以下と明るく、全画角が１１０°以上と広角でありながら、変倍比が１．４倍以上と高く、変倍に際して収差変動が良好に抑制されて高い性能を有するズームレンズであることが分かる。

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（図示せず）、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、本発明のズームレンズは、上記実施例のものに限られるものではなく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、および、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や、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。

１０、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
４９ ズームレンズ
１００、２００、３００ 投写型表示装置
１０５、２０５、３０５ スクリーン
４００ カメラ
Ｇ１ 第１光学系
Ｇ１１ 第１−１レンズ群
Ｇ１２ 第１−２レンズ群
Ｇ２ 第２光学系
Ｇ２１ 第２−１レンズ群
Ｇ２２ 第２−２レンズ群
Ｇ２３ 第２−３レンズ群
Ｌ１１ａ〜Ｌ２３ａ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (16)

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、正の屈折力を有する第１−１レンズ群、正の屈折力を有する第１−２レンズ群からなり、
   前記第２光学系は、拡大側から順に、正の屈折力を有する第２−１レンズ群、正の屈折力を有する第２−２レンズ群、正の屈折力を有する第２−３レンズ群からなり、
   前記第１−２レンズ群、前記第２−１レンズ群、および、前記第２−２レンズ群は、変倍の際に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１−１レンズ群および前記第２−３レンズ群は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される
   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。
   ５＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜２０ …（１）
   ただし、
   ｆ１２：前記第１−２レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   とする。
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。
   ５＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１２ …（２）
   ただし、
   ｆ２２：前記第２−２レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   とする。
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。
   ５＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１２ …（３）
   ただし、
   ｆ２３：前記第２−３レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   とする。
5. 広角端から望遠端への変倍の際に、前記第２−１レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第２−２レンズ群は縮小側から拡大側に移動する
   請求項１から４のいずれか１項記載のズームレンズ。
6. 下記条件式（４）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。
   −２５＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−２ …（４）
   ただし、
   ｆ２１１：前記第２−１レンズ群の最も拡大側のレンズの焦点距離
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   とする。
7. 前記第２−１レンズ群の最も拡大側のレンズは、負の屈折力を有する第２−１−１レンズであり、
   該第２−１−１レンズの縮小側に隣接してあるレンズは、正の屈折力を有する第２−１−２レンズであり、
   下記条件式（５）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。
   ３０＜ν２１１−ν２１２＜７０ …（５）
   ただし、
   ν２１１：前記第２−１−１レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν２１２：前記第２−１−２レンズのｄ線基準のアッベ数
   とする。
8. 下記条件式（６）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。
   ２＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜ …（６）
   ただし、
   Ｂｆｗ：広角端における空気換算長での全系のバックフォーカス
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   とする。
9. 下記条件式（１−１）を満足する
   請求項２記載のズームレンズ。
   ７＜ｆ１２／｜ｆｗ｜＜１５ …（１−１）
10. 下記条件式（２−１）を満足する
    請求項３記載のズームレンズ。
    ７＜ｆ２２／｜ｆｗ｜＜１０ …（２−１）
11. 下記条件式（３−１）を満足する
    請求項４記載のズームレンズ。
    ６．８＜ｆ２３／｜ｆｗ｜＜１０ …（３−１）
12. 下記条件式（４−１）を満足する
    請求項６記載のズームレンズ。
    −２０＜ｆ２１１／｜ｆｗ｜＜−３ …（４−１）
13. 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。
    ３４＜ν２１１−ν２１２＜６０ …（５−１）
14. 下記条件式（６−１）を満足する
    請求項８記載のズームレンズ。
    ３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１０ …（６−１）
15. 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１４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。
16. 請求項１から１４のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。