JP4380086B2

JP4380086B2 - ズームレンズ

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Publication number: JP4380086B2
Application number: JP2001153718A
Authority: JP
Inventors: 純西川; 朋子中川
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP2002350727A; US20030103268A1; US6785055B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関するものであり、例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス(Digital Micromirror Device，以下「ＤＭＤ」と称する。)を表示素子として、その画像をスクリーン上に投影するプロジェクター用の投影光学系として好適なズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、会議でのプレゼンテーション，家庭でのＢＳデジタル放送・ホームシアター等で、ＤＭＤを表示素子とした小型で高性能なプロジェクターが急速に普及しつつある。ＤＭＤを用いることで表示素子の小型化・高解像度化が進むに伴い、投影用のズームレンズにも小型化・高性能化が求められている。しかし、ＤＭＤの表示画像を投影するためのズームレンズには、光束分離用のＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムを挿入するための長いバックフォーカスが必要とされる。しかも小型で諸収差(倍率色収差等)が十分に補正されている必要があり、狭い室内で大画面を映し出すことができるように広角化が要求される場合もある。
【０００３】
プロジェクター用としては５成分のズームレンズが種々提案されている。例えば、特開平11-101940号公報で提案されているズームレンズは負・正・正・負・正から成り、変倍時に第２群〜第４群が移動し、望遠端から広角端への変倍時には第４群がスクリーン側へ移動する構成になっている。米国特許第6,137,638号明細書で提案されているズームレンズは負・正・正・負・正から成り、望遠端から広角端への変倍時に第２群と第３群が表示素子側へ移動し、第４群がスクリーン側へ移動する構成になっている。特開平11-190821号公報で提案されているズームレンズは負・正・負・正・正から成り、変倍時には主に第２群〜第４群が移動する構成になっている。特開2000-137165号公報で提案されているズームレンズは、負・正・正・負・正から成り、変倍時には第２群〜第４群が移動し、望遠端から広角端への変倍時には第４群が絞りと共に縮小側へ移動する構成になっている。特開2000-292701号公報で提案されているズームレンズは負・正・正・負・正から成り、変倍時には第２群〜第４群が移動し、負のメニスカスレンズ１枚で構成された第４群が変倍時に縮小側へ移動する構成になっている。また、負・正・正・負・正・正から成る６成分のズームレンズが特開2001-108900号公報で提案されており、そのズームレンズは第３群に絞りを有し、変倍時に第２群，第３群及び第５群が移動する構成になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記各従来例は主に液晶素子画像を投影するためのズームレンズであるため、小型ではあるものの歪曲収差，倍率色収差等の補正が不十分であり、バックフォーカスも短くなっている。例えば、特開平11-101940号公報で提案されているズームレンズは、歪曲収差，高次の倍率色収差，非点隔差等の補正が不十分である。米国特許第6,137,638号明細書で提案されているズームレンズは、1.25倍というズーム比の割には変倍による歪曲収差の変動が大きく非点隔差も大きくなっている。
【０００５】
特開平11-190821号公報で提案されているズームレンズは、倍率色収差，歪曲収差等の補正が不十分であり、ＤＭＤのように小型で高解像力の表示素子には適していない。また第４群の正の屈折力が大きく、主変倍群である第２群に絞りがついているため、ズーム比を大きくした場合にはテレセントリック性を保ちにくいという問題もある。特開2000-137165号公報で提案されているズームレンズは、非点隔差が大きく歪曲や倍率色収差の補正が不十分である。特開2000-292701号公報で提案されているズームレンズでは、高屈折率・高分散ガラスを構成枚数１３枚中４枚又は５枚使用することで倍率色収差等を補正している。しかしこのようなガラスは着色度が悪く、多用すると青の透過率が低くなるので、高画質が求められる投影光学系には適していない。また、ズーム比の割には変倍による歪曲収差の変動量が大きいという問題もある。
【０００６】
特開2001-108900号公報で提案されているズームレンズには、倍率色収差，歪曲収差が大きいという問題がある。さらに非点隔差も大きく、ＤＭＤを表示素子とする投影光学系には向いていない。また第５群の正の屈折力が大きく、絞りが第３群と共に移動するため、変倍中絞りより後群の前側焦点距離位置と絞り位置が一致しにくいという問題がある。また第１群〜第４群の負の屈折力が大きく、アフォーカル系からやや離れているため、軸外性能を良好に保ちながら長いバックフォーカスを得るには難しい構成となっている。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、バックフォーカスが長く、小型で諸収差が良好に補正されたズームレンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明のズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群と、正の屈折力の第３群と、負の屈折力の第４群と、正又は負の屈折力の第５群と、正の屈折力の第６群と、の６成分から成り、縮小側に略テレセントリックなズームレンズであって、望遠端から広角端への変倍時に前記第３群と前記第５群が拡大側から縮小側へ移動し、前記第４群に絞りを有し、前記絞りが前記絞りよりも縮小側のレンズ系から成る後群のほぼ拡大側焦点距離位置に配置され、前記第１群から前記第４群までのレンズ系がほぼアフォーカル系を構成し、以下の条件式(6)〜(10)を満たすとともに、前記第５群が以下の条件式(11)及び(12)を満たす正レンズを少なくとも１枚含むことを特徴とする。
0.5＜Tsp／(fa−FH)＜1.4 …(6)
-0.1＜fw・φ5＜0.3 …(7)
-0.2＜fw・φ1-4＜0.3 …(8)
0.2＜T4-5／Bf＜1.0 …(9)
0.8＜Bf／fw＜3.0 …(10)
0.7＜ΔP5＜6.0 …(11)
60＜ν(5)＜100 …(12)
ただし、
Tsp：広角端での絞りから絞りの縮小側直後のレンズ面頂点までの軸上間隔、
fa：広角端での後群の焦点距離、
FH：広角端での絞りの縮小側直後のレンズ面頂点から後群の拡大側主点位置までの軸上間隔、
fw：広角端での全系の焦点距離、
φ5：第５群の屈折力、
φ1-4：広角端での第１群から第４群までの合成屈折力、
T4-5：広角端での第４群と第５群との間のレンズ面間隔、
Bf：空気換算されたバックフォーカス、
ΔP5＝{Θ−(0.6444−0.001689)・ν(5)}×100，
Θ＝(ng−nF)／(nF−nC)，
ng：ｇ線(波長：435.84nm)に対する屈折率、
nF：Ｆ線(波長：486.13nm)に対する屈折率、
nd：ｄ線(波長：587.56nm)に対する屈折率、
nC：Ｃ線(波長：656.28nm)に対する屈折率、
ν(5)：第５群を構成する正レンズのアッベ数νd、
νd＝(nd−1)／(nF−nC)，
である。
【０００９】
第２の発明のズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群と、正の屈折力の第３群と、負の屈折力の第４群と、正又は負の屈折力の第５群と、正の屈折力の第６群と、の６成分から成り、縮小側に略テレセントリックなズームレンズであって、望遠端から広角端への変倍時に、前記第３群と前記第５群が拡大側から縮小側へ移動し、前記第２群と前記第３群との間隔が増大し、前記第４群と前記第５群との間隔が増大し、前記第４群に絞りを有し、以下の条件式(1)〜(4)及び(5a)を満たすことを特徴とする。
0.1＜φ2／φ3＜1.1 …(1)
-0.6＜φ5／φ4＜0.5 …(2)
-0.3＜φ5／φ3＜0.5 …(3)
1.3＜｜φ1｜／φ2＜20 …(4)
0.1＜fw・φ3≦0.650 …(5a)
ただし、
φ1：第１群の屈折力、
φ2：第２群の屈折力、
φ3：第３群の屈折力、
φ4：第４群の屈折力、
φ5：第５群の屈折力、
fw：広角端での全系の焦点距離、
である。
【００１０】
第３の発明のズームレンズは、上記第１の発明の構成において、更に以下の条件式(9a)を満たすことを特徴とする。
0.358≦T4-5／Bf＜1.0 …(9a)
ただし、
T4-5：広角端での第４群と第５群との間のレンズ面間隔、
Bf：空気換算されたバックフォーカス、
である。
【００１２】
第４の発明のズームレンズは、上記第１又は第３の発明の構成において、望遠端から広角端への変倍時に、前記第２群と前記第３群との間隔が増大し、前記第４群と前記第５群との間隔が増大し、更に以下の条件式(1)〜(5)を満たすことを特徴とする。
0.1＜φ2／φ3＜1.1 …(1)
-0.6＜φ5／φ4＜0.5 …(2)
-0.3＜φ5／φ3＜0.5 …(3)
1.3＜｜φ1｜／φ2＜20 …(4)
0.1＜fw・φ3＜0.9 …(5)
ただし、
φ1：第１群の屈折力、
φ2：第２群の屈折力、
φ3：第３群の屈折力、
φ4：第４群の屈折力、
φ5：第５群の屈折力、
fw：広角端での全系の焦点距離、
である。
【００１３】
第５の発明のズームレンズは、上記第１〜第４のいずれか１つの発明の構成において、望遠端から広角端への変倍時に、前記第１群と前記第２群との間隔が増大することを特徴とする。
【００１４】
第６の発明のズームレンズは、上記第１〜第４のいずれか１つの発明の構成において、望遠端から広角端への変倍時に、前記第１群と前記第２群との間隔が減少することを特徴とする。
【００１５】
第７の発明のズームレンズは、上記第１〜第６のいずれか１つの発明の構成において、変倍時に前記絞りが前記第４群と共に位置固定であることを特徴とする。
【００１６】
第８の発明のズームレンズは、上記第１〜第６のいずれか１つの発明の構成において、変倍時に前記絞りが前記第４群と共に移動することを特徴とする。
【００１７】
第９の発明のズームレンズは、上記第１〜第８のいずれか１つの発明の構成において、前記第６群が正レンズのみで構成され以下の条件式(13)を満たすことを特徴とする。
50＜ν(6')＜100 …(13)
ただし、
ν(6')：第６群を構成する正レンズのアッベ数νdの平均値、
である。
【００１８】
第１０の発明のズームレンズは、上記第１〜第９のいずれか１つの発明の構成において、前記第１群を構成している負レンズの少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする。また、第１１の発明のズームレンズは、上記第１〜第１０のいずれか１つの発明の構成において、前記第４群の少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したズームレンズを、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は、投影装置(特にＤＭＤを搭載した単板式プロジェクター)用の投影光学系(つまり拡大系)として好適なズームレンズであるが、撮像装置(例えばビデオカメラ，デジタルカメラ，デジタルビデオユニット等)用の撮像光学系(つまり縮小系)としても勿論使用可能である。
【００２０】
図１〜図１２は、第１〜第１２の実施の形態のズームレンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、望遠端(T)でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、矢印mj(j=1,2,3,...)は望遠端(長焦点距離端,T)から広角端(短焦点距離端,W)へのズーミングにおける第ｊ群(Grj)の光軸(AX)に沿った移動をそれぞれ模式的に示している。ただし、ズーミングにおいて位置固定の第ｊ群(Grj)については、その矢印mjを破線で示している。また、各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側(つまりスクリーン側)から数えてi番目の面(riに*印が付された面は非球面)であり、diが付された軸上面間隔は、拡大側から数えてi番目の軸上面間隔di(i=1,2,3,...)のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。Gi(i=1,2,3,...)は、拡大側から数えてi番目のレンズである。
【００２１】
各実施の形態のズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力の第１群(Gr1)と、正の屈折力の第２群(Gr2)と、正の屈折力の第３群(Gr3)と、負の屈折力の第４群(Gr4)と、正又は負の屈折力の第５群(Gr5)と、正の屈折力の第６群(Gr6)と、の６成分を有しており、縮小側(つまり表示素子側)に略テレセントリックな構成になっている。第４群(Gr4)には絞り(ST)が含まれており、第６群(Gr6)の縮小側にはプリズム(P1)と平行平面板(P2)が配置されている。プリズム(P1)は光束分離用のＴＩＲプリズムに相当し、平行平面板(P2)は表示素子(ＤＭＤ等)のカバーガラスに相当する。なお、各実施の形態のズームレンズを３板式プロジェクターに使用する場合には、色分解・色合成光学系(クロスダイクロプリズム等)もプリズム(P1)に含まれる。
【００２２】
各実施の形態において変倍(すなわちズーミング)は各群間隔を変化させることにより行われ、望遠端(T)から広角端(W)への変倍時には、少なくとも第３群(Gr3)と第５群(Gr5)が拡大側(スクリーン側)から縮小側(表示素子側)へ移動する。各実施の形態におけるズーム成分の屈折力配置を表１に示す。なお表１中、屈折力表示に[]括弧が付されたズーム群は変倍時位置固定の固定群であり、その他のズーム群は移動群であることを示している。
【００２３】
【表１】

【００２４】
第１の実施の形態(図１)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第２群(Gr2)は直線的に移動し、第３群(Gr3)と第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように同移動量で移動する。
【００２５】
第２の実施の形態(図２)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第２群(Gr2)は直線的に移動し、第３群(Gr3)と第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００２６】
第３の実施の形態(図３)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)と第５群(Gr5)は拡大側にゆるい凸を描くように移動する。
【００２７】
第４の実施の形態(図４)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第３群(Gr3)と第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動し、第２群(Gr2)がＵターン移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)と第５群(Gr5)は拡大側にゆるい凸を描くように移動するが、第２群(Gr2)の移動では第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔(d8)がミドル(中間焦点距離状態,M)で狭くなる。
【００２８】
第５の実施の形態(図５)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)と第５群(Gr5)は拡大側にゆるい凸を描くように移動する。
【００２９】
第６の実施の形態(図６)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第２群(Gr2)は直線的に移動し、第３群(Gr3)と第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３０】
第７の実施の形態(図７)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動し、第４群(Gr4)が拡大側にゆるい凸を描くようにＵターン移動する。このとき、第２群(Gr2)は直線的に移動し、第３群(Gr3)と第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３１】
第８の実施の形態(図８)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)は拡大側にゆるい凸を描くように移動し、第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３２】
第９の実施の形態(図９)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第１群(Gr1)及び第２群(Gr2)が縮小側から拡大側へ移動し、第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第１群(Gr1)と第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)は拡大側にゆるい凸を描くように移動し、第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３３】
第１０の実施の形態(図１０)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)が縮小側から拡大側へ移動し、第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)と第５群(Gr5)は拡大側にゆるい凸を描くように移動するが、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔(d8)は望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて狭くなる。
【００３４】
第１１の実施の形態(図１１)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)は拡大側にゆるい凸を描くように移動し、第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３５】
第１２の実施の形態(図１２)では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する。このとき、第３群(Gr3)は直線的に移動し、第２群(Gr2)は拡大側にゆるい凸を描くように移動し、第５群(Gr5)は縮小側にゆるい凸を描くように移動する。
【００３６】
ＤＭＤの表示画像をスクリーン上に投影する投影光学系には、前述したようにＴＩＲプリズムを挿入できるほどの長いバックフォーカスが必要である。しかも小型で諸収差(倍率色収差等)が十分に補正されている必要がある。各実施の形態では縮小側に略テレセントリックなズームレンズを拡大側から順に負・正・正・負・正又は負・正の６成分で構成し、更に以下の点▲１▼〜▲４▼で改善を加えることにより、ＴＩＲプリズムを挿入できるほどの長いバックフォーカスを持ち、小型で諸収差(倍率色収差等)が良好に補正された投影光学系を達成している。
【００３７】
▲１▼：望遠端(T)から広角端(W)への変倍において、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間隔を広げて、第３群(Gr3)を拡大側から縮小側へ移動させる。第３群(Gr3)は絞り(ST)付近に近づくため、第３群(Gr3)に入射する軸外主光線を光軸(AX)上に低く集めることができる。第２群(Gr2)及び第３群(Gr3)を一体で移動させたときよりも、軸外主光線に対する正の屈折作用が小さくなるので、高次の倍率色収差の発生量は小さくなる。
【００３８】
▲２▼：望遠端(T)から広角端(W)への変倍において、第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔を広げて、第５群(Gr5)を拡大側から縮小側へ移動させる。第５群(Gr5)は表示素子側に近づくため、第５群(Gr5)に入射する軸外主光線の光軸(AX)からの高さを高くすることができる。広角端(W)時には望遠端(T)時よりも軸外主光線に対する正の屈折作用が大きくなるので、特に光軸(AX)から外側に大きくずれるｇ線を光軸(AX)側に強く戻すことができる。また、第５群(Gr5)の正レンズに異常分散性の強いレンズ材料を使用することで、倍率色収差をより効果的に補正することができる。
【００３９】
▲３▼：第４群(Gr4)が絞り(ST)を含み、その絞り(ST)が絞り(ST)よりも縮小側のレンズ系から成る後群(GrR)のほぼ拡大側(つまり前側)焦点位置に配置される。第５群(Gr5)の屈折力を弱い(正又は負)とすることで、第５群(Gr5)の移動により生じる上記後群(GrR)の合成焦点距離の変動を小さくすることができる。また、絞り(ST)を含む第４群(Gr4)が変倍時固定されているか、あるいは若干の移動量を持つようにする。
【００４０】
▲４▼：第１群(Gr1)から第４群(Gr4)までのレンズ系でほぼアフォーカル系を構成し、第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔を適切に定める。これにより、軸外の性能を維持したまま長いバックフォーカスを容易に得ることができる。
【００４１】
上記▲１▼，▲２▼の観点から、望遠端(T)から広角端(W)への変倍時に、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間隔が増大し、第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔が増大し、更に以下の条件式(1)〜(5)を満たすことが望ましい。
0.1＜φ2／φ3＜1.1 …(1)
-0.6＜φ5／φ4＜0.5 …(2)
-0.3＜φ5／φ3＜0.5 …(3)
1.3＜｜φ1｜／φ2＜20 …(4)
0.1＜fw・φ3＜0.9 …(5)
ただし、
φ1：第１群(Gr1)の屈折力、
φ2：第２群(Gr2)の屈折力、
φ3：第３群(Gr3)の屈折力、
φ4：第４群(Gr4)の屈折力、
φ5：第５群(Gr5)の屈折力、
fw：広角端(W)での全系の焦点距離、
である。
【００４２】
条件式(1)の下限を超えた場合、第３群(Gr3)による非点収差等の収差発生量が増大し、他群による収差補正が困難になる。条件式(1)の上限を超えた場合、第３群(Gr3)の移動量が増大し、その結果レンズ全長が長くなる。
【００４３】
条件式(2)の上限又は下限を超えた場合、第５群(Gr5)の倍率色収差が補正過剰となり、他群での収差補正が困難になる。
【００４４】
第３群(Gr3)で主に像面が補正され第５群(Gr5)で主に倍率色収差が補正されるため、条件式(3)を満たすように第３群(Gr3)と第５群(Gr5)との屈折力比を設定すると、非点収差と倍率色収差とのバランスを適切にとることができる。第５群(Gr5)の屈折力が大きくなって条件式(3)の上限又は下限を超えた場合、第５群(Gr5)による倍率色収差の発生量が大きくなり、変倍による収差変動が他群で補正しきれなくなる。また、高次の倍率色収差の発生量が増加する。第３群(Gr3)の屈折力が小さくなって条件式(3)の上限又は下限を超えた場合は、変倍時の第３群(Gr3)の移動量が大きくなり、その結果レンズ全長が長くなる。
【００４５】
条件式(4)を満たすように第１群(Gr1)及び第２群(Gr2)の屈折力を設定することにより、第１群(Gr1)でのフォーカシングによる非点収差等の収差変動を小さくすることができる。条件式(4)の上限を超えた場合、第１群(Gr1)の屈折力が相対的に強くなるため、特に歪曲収差が大きくなり、他収差とのバランスをとることが困難になる。また、条件式(4)の下限を超えた場合、フォーカシングの移動量が大きくなるため、非点収差等の補正が困難になる。また、第１群(Gr1)のレンズ径が大型化する。
【００４６】
条件式(5)は、主変倍群である第３群(Gr3)の適正な屈折力範囲を規定している。条件式(5)の上限を超えた場合、第３群(Gr3)の移動量は減少するが、変倍時の収差変動が大きくなり補正が困難になる。条件式(5)の下限を超えた場合、収差補正が容易になる反面、第３群(Gr3)の移動量が増大してレンズ全長が長くなる。なお、このような観点から、以下の条件式(5a)を満たすことが更に望ましい。
0.1＜fw・φ3≦0.650 …(5a)
【００４７】
前述した▲３▼，▲４▼の観点から、第４群(Gr4)に含まれる絞り(ST)が絞り(ST)よりも縮小側のレンズ系から成る後群(GrR)のほぼ拡大側焦点距離位置に配置され、第１群(Gr1)から第４群(Gr4)までのレンズ系がほぼアフォーカル系を構成し、更に以下の条件式(6)〜(10)を満たすことが望ましい。
0.5＜Tsp／(fa−FH)＜1.4 …(6)
-0.1＜fw・φ5＜0.3 …(7)
-0.2＜fw・φ1-4＜0.3 …(8)
0.2＜T4-5／Bf＜1.0 …(9)
0.8＜Bf／fw＜3.0 …(10)
ただし、
Tsp：広角端(W)での絞り(ST)から絞り(ST)の縮小側直後のレンズ面頂点までの軸上間隔、
fa：広角端(W)での後群(GrR)の焦点距離、
FH：広角端(W)での絞り(ST)の縮小側直後のレンズ面頂点から後群(GrR)の拡大側主点位置(すなわち前側主点位置)までの軸上間隔、
fw：広角端(W)での全系の焦点距離、
φ5：第５群(Gr5)の屈折力、
φ1-4：広角端(W)での第１群(Gr1)から第４群(Gr4)までの合成屈折力、
T4-5：広角端(W)での第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間のレンズ面間隔、
Bf：空気換算されたバックフォーカス、
である。
【００４８】
条件式(6)の上限又は下限を超えた場合、絞り(ST)よりも縮小側のレンズ系から成る後群(GrR)の前側焦点位置から絞り(ST)位置が大きく外れるため、テレセントリック性が悪くなる。
【００４９】
条件式(7)の上限又は下限を超えた場合、後群(GrR)の前側焦点位置が変倍により大きく変化するため、テレセントリック性が悪くなる。
【００５０】
条件式(8)の下限を超えた場合、第１群(Gr1)から第４群(Gr4)までの合成屈折力が負に大きく外れる。その結果、第６群(Gr6)の正の屈折力が大きくなり、倍率色収差等の収差の発生量が増大する。また、バックフォーカスが必要以上に長くなり、レンズの大型化につながる。条件式(8)の上限を超えた場合、第１群(Gr1)から第４群(Gr4)までの合成屈折力が大きく正にずれるため、バックフォーカスを維持しにくくなる。
【００５１】
条件式(9)の上限を超えた場合、軸外の光線が光軸(AX)から外側に大きく外れる。したがって、第５群(Gr5)と第６群(Gr6)のレンズ径が大きくなりレンズ全体が大型化する。条件式(9)の下限を超えた場合、テレセントリック性を維持しにくくなる。なお、このような観点から、以下の条件式(9a)を満たすことが更に望ましい。
0.358≦T4-5／Bf＜1.0 …(9a)
【００５２】
条件式(10)の下限を超えた場合、ＴＩＲプリズムを挿入する空間がなくなる。条件式(10)の上限を超えた場合、必要以上にバックフォーカスが長くなり、第５群(Gr5)と第６群(Gr6)のレンズ径が大型化する。
【００５３】
各実施の形態のように少なくとも第３群(Gr3)と第５群(Gr5)が拡大側から縮小側へ移動する負・正・正・負・正又は負・正の６成分ズーム構成においては、望遠端(T)から広角端(W)への変倍時に、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔を増大させるようにしてもよく(図１等)、減少させるようにしてもよい(図１０)。また前述した▲３▼の観点から、変倍時に絞り(ST)が第４群(Gr4)と共に位置固定であってもよく(図１等)、第４群(Gr4)と共に移動するようにしてもよい(図７)。各実施の形態においてフォーカシングは主に第１群(Gr1)で行うが、その他の第２群(Gr2)〜第６群(Gr6)でもフォーカシングは可能であり、またレンズ全体でフォーカシングを行うことも可能である。
【００５４】
前述した▲２▼の観点から、第５群(Gr5)，第６群(Gr6)を構成するレンズ材料に関しては、第５群(Gr5)が以下の条件式(11)及び(12)を満たす正レンズを少なくとも１枚含むことが望ましく、第６群(Gr6)が正レンズのみで構成され以下の条件式(13)を満たすことが更に望ましい。
0.7＜ΔP5＜6.0 …(11)
60＜ν(5)＜100 …(12)
50＜ν(6')＜100 …(13)
ただし、
ΔP5＝{Θ−(0.6444−0.001689)・ν(5)}×100，
Θ＝(ng−nF)／(nF−nC)，
ng：ｇ線(波長：435.84nm)に対する屈折率、
nF：Ｆ線(波長：486.13nm)に対する屈折率、
nd：ｄ線(波長：587.56nm)に対する屈折率、
nC：Ｃ線(波長：656.28nm)に対する屈折率、
ν(5)：第５群(Gr5)を構成する正レンズのアッベ数νd、
ν(6')：第６群(Gr6)を構成する正レンズのアッベ数νdの平均値、
νd＝(nd−1)／(nF−nC)，
である。
【００５５】
条件式(11)は、レンズ材料のｇ線とＦ線に対する異常部分分散性を、ノーマルガラスを結んで得られる標準線からの偏差(つまり部分分散の規準線からの偏差)として、ΔP5で定量的に規定している。具体的には、ΔP5のΘがｇ線とＦ線の使用レンズ材料の部分分散比を表しており、ΔP5の(0.6444−0.001689)が同じνdのノーマルガラス(規準ガラス)の場合の計算によって得られる部分分散比を表している。条件式(11)の下限を超えた場合、ｇ線，Ｆ線に対する異常分散性が小さくなるため倍率色収差が悪化する。条件式(11)の上限を超えた場合、異常分散性は充分であるが、そのようなレンズ材料は一般には存在せず、仮にあったとしても非常に高価なものとなる。
【００５６】
条件式(12)の下限を超えた場合、軸上色収差が悪化する。また条件式(12)の上限を超えた場合、色収差の補正は十分であるが、そのようなレンズ材料は現在存在していない。
【００５７】
条件式(13)の下限を超えた場合、軸上色収差が悪化する。また条件式(13)の上限を超えた場合、色収差の補正は十分であるが、そのようなレンズ材料は現在存在していない。
【００５８】
歪曲収差，倍率色収差等の諸収差の補正に関し、第１群(Gr1)を構成している負レンズの少なくとも１面に非球面を有することが望ましく(図６，図８，図１１)、また、第４群(Gr4)の少なくとも１面に非球面を有することが望ましい(図８)。非球面を用いることにより、少ないレンズ枚数で諸収差を良好に補正することができる。
【００５９】
なお各実施の形態には、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみが用いられている(つまり各群のパワーが屈折力のみから成る)が、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよく、さらに収差補正を効果的に行うために、各群(Gr1〜Gr6)中の少なくとも１つのレンズ面を非球面で構成してもよい。また、光学的なパワーを有しない面(反射面，屈折面，回折面等)を光路中に配置することにより、ズームレンズの前，後又は途中で光路を折り曲げてもよい。その折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、投影装置のコンパクト化・薄型化を達成することが可能である。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明に係るズームレンズをコンストラクションデータ等により更に具体的に説明する。なお、ここで例として挙げる実施例１〜１２は、前述した第１〜第１２の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第１２の実施の形態を表すレンズ構成図(図１〜図１２)は、対応する実施例１〜１２のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００６１】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。曲率半径riに*印が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端(長焦点距離端,T)〜ミドル(中間焦点距離状態,M)〜広角端(短焦点距離端,W)での可変空気間隔である。各焦点距離状態(T),(M),(W)での全系の焦点距離(f,mm)、平行平面板(P2)の縮小側面から表示面(例えばＤＭＤの表示面)までの距離(S',mm)、Ｆナンバー(FNO)及び画角(2ω,°)、並びに非球面データを他のデータと併せて示し、また条件式の対応データ及び関連データを表２〜表６に示す。なお、すべての実施例について投影距離＝∞である。
【００６２】
X(H)＝(C・H²)／{1+√(1-ε・C²・H²)}＋(A4・H⁴+A6・H⁶+A8・H⁸) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H)：高さHの位置での光軸(AX)方向の変位量(面頂点基準)、
H：光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C：近軸曲率(=1／曲率半径)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ai：i次の非球面係数(i=4,6,8)、
である。
【００６３】
図１３〜図４８は実施例１〜実施例１２にそれぞれ対応する収差図であり、(T)は望遠端，(M)はミドル，(W)は広角端における無限遠物体に対する縮小側での諸収差{球面収差等(mm)，非点収差(mm)，歪曲収差(％)，倍率色収差(mm)；H：入射高さ(mm)，Y'：像高(mm)}を示している。球面収差図において、実線はｄ線、一点鎖線はｇ線、二点鎖線はＣ線に対する球面収差をそれぞれ表しており、破線は正弦条件(SC)を表している。非点収差図において、実線，一点鎖線，二点鎖線はサジタル面(DS)でのｄ線，ｇ線，Ｃ線に対する非点収差をそれぞれ表しており、各破線は(短いものから順に)タンジェンシャル面(DT)でのｄ線，ｇ線，Ｃ線に対する非点収差をそれぞれ表している。また倍率色収差図において、実線はｇ線，破線はＣ線に対する倍率色収差をそれぞれ表している。
【００６４】
なお、各実施例のズームレンズを投影装置(例えばＤＭＤを搭載したプロジェクター)に用いる場合には、本来はスクリーン面(被投影面)が像面であり表示素子面(例えばＤＭＤの表示面)が物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面で光学性能を評価している。
【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【００７１】
[第２面(r2)の非球面データ]
ε=0.0,A4= 0.40641×10^-5,A6=-0.30482×10^-9,A8= 0.68891×10^-11
【００７２】

【００７３】

【００７４】
[第１面(r1)の非球面データ]
ε=0.0,A4= 0.24917×10^-5,A6= 0.20214×10^-9,A8= 0.10558×10^-11
[第１３面(r13)の非球面データ]
ε=0.10000×10,A4=-0.97030×10^-6,A6=-0.21292×10^-8,A8=-0.14844×10^-11
【００７５】

【００７６】

【００７７】

【００７８】
[第２面(r2)の非球面データ]
ε=0.30000,A4= 0.24530×10^-5,A6= 0.32006×10^-8,A8=-0.43579×10^-12
【００７９】

【００８０】
【表２】

【００８１】
【表３】

【００８２】
【表４】

【００８３】
【表５】

【００８４】
【表６】

【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負・正・正・負・正又は負・正の６成分において変倍時の移動群と各群の屈折力配置が適切に定められているため、バックフォーカスが長く、小型で諸収差が良好に補正されたズームレンズを実現することができる。そして、本発明に係るズームレンズをＤＭＤ搭載の投影装置に使用すれば、投影装置の小型化・高性能化に寄与するとともに、高画質の画像投影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。
【図４】第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。
【図５】第５の実施の形態(実施例５)のレンズ構成図。
【図６】第６の実施の形態(実施例６)のレンズ構成図。
【図７】第７の実施の形態(実施例７)のレンズ構成図。
【図８】第８の実施の形態(実施例８)のレンズ構成図。
【図９】第９の実施の形態(実施例９)のレンズ構成図。
【図１０】第１０の実施の形態(実施例１０)のレンズ構成図。
【図１１】第１１の実施の形態(実施例１１)のレンズ構成図。
【図１２】第１２の実施の形態(実施例１２)のレンズ構成図。
【図１３】実施例１の望遠端での収差図。
【図１４】実施例１のミドルでの収差図。
【図１５】実施例１の広角端での収差図。
【図１６】実施例２の望遠端での収差図。
【図１７】実施例２のミドルでの収差図。
【図１８】実施例２の広角端での収差図。
【図１９】実施例３の望遠端での収差図。
【図２０】実施例３のミドルでの収差図。
【図２１】実施例３の広角端での収差図。
【図２２】実施例４の望遠端での収差図。
【図２３】実施例４のミドルでの収差図。
【図２４】実施例４の広角端での収差図。
【図２５】実施例５の望遠端での収差図。
【図２６】実施例５のミドルでの収差図。
【図２７】実施例５の広角端での収差図。
【図２８】実施例６の望遠端での収差図。
【図２９】実施例６のミドルでの収差図。
【図３０】実施例６の広角端での収差図。
【図３１】実施例７の望遠端での収差図。
【図３２】実施例７のミドルでの収差図。
【図３３】実施例７の広角端での収差図。
【図３４】実施例８の望遠端での収差図。
【図３５】実施例８のミドルでの収差図。
【図３６】実施例８の広角端での収差図。
【図３７】実施例９の望遠端での収差図。
【図３８】実施例９のミドルでの収差図。
【図３９】実施例９の広角端での収差図。
【図４０】実施例１０の望遠端での収差図。
【図４１】実施例１０のミドルでの収差図。
【図４２】実施例１０の広角端での収差図。
【図４３】実施例１１の望遠端での収差図。
【図４４】実施例１１のミドルでの収差図。
【図４５】実施例１１の広角端での収差図。
【図４６】実施例１２の望遠端での収差図。
【図４７】実施例１２のミドルでの収差図。
【図４８】実施例１２の広角端での収差図。
【符号の説明】
Gr1 …第１群
Gr2 …第２群
Gr3 …第３群
Gr4 …第４群
Gr5 …第５群
Gr6 …第６群
P1 …プリズム
P2 …平行平面板
ST …絞り
AX …光軸

Claims

拡大側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群と、正の屈折力の第３群と、負の屈折力の第４群と、正又は負の屈折力の第５群と、正の屈折力の第６群と、の６成分から成り、縮小側に略テレセントリックなズームレンズであって、
望遠端から広角端への変倍時に前記第３群と前記第５群が拡大側から縮小側へ移動し、前記第４群に絞りを有し、
前記絞りが前記絞りよりも縮小側のレンズ系から成る後群のほぼ拡大側焦点距離位置に配置され、前記第１群から前記第４群までのレンズ系がほぼアフォーカル系を構成し、以下の条件式(6)〜(10)を満たすとともに、
前記第５群が以下の条件式(11)及び(12)を満たす正レンズを少なくとも１枚含むことを特徴とするズームレンズ；
0.5＜Tsp／(fa−FH)＜1.4 …(6)
-0.1＜fw・φ5＜0.3 …(7)
-0.2＜fw・φ1-4＜0.3 …(8)
0.2＜T4-5／Bf＜1.0 …(9)
0.8＜Bf／fw＜3.0 …(10)
0.7＜ΔP5＜6.0 …(11)
60＜ν(5)＜100 …(12)
ただし、
Tsp：広角端での絞りから絞りの縮小側直後のレンズ面頂点までの軸上間隔、
fa：広角端での後群の焦点距離、
FH：広角端での絞りの縮小側直後のレンズ面頂点から後群の拡大側主点位置までの軸上間隔、
fw：広角端での全系の焦点距離、
φ5：第５群の屈折力、
φ1-4：広角端での第１群から第４群までの合成屈折力、
T4-5：広角端での第４群と第５群との間のレンズ面間隔、
Bf：空気換算されたバックフォーカス、
ΔP5＝{Θ−(0.6444−0.001689)・ν(5)}×100，
Θ＝(ng−nF)／(nF−nC)，
ng：ｇ線(波長：435.84nm)に対する屈折率、
nF：Ｆ線(波長：486.13nm)に対する屈折率、
nd：ｄ線(波長：587.56nm)に対する屈折率、
nC：Ｃ線(波長：656.28nm)に対する屈折率、
ν(5)：第５群を構成する正レンズのアッベ数νd、
νd＝(nd−1)／(nF−nC)，
である。
拡大側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群と、正の屈折力の第３群と、負の屈折力の第４群と、正又は負の屈折力の第５群と、正の屈折力の第６群と、の６成分から成り、縮小側に略テレセントリックなズームレンズであって、
望遠端から広角端への変倍時に、前記第３群と前記第５群が拡大側から縮小側へ移動し、前記第２群と前記第３群との間隔が増大し、前記第４群と前記第５群との間隔が増大し、前記第４群に絞りを有し、以下の条件式(1)〜(4)及び(5a)を満たすことを特徴とするズームレンズ；
0.1＜φ2／φ3＜1.1 …(1)
-0.6＜φ5／φ4＜0.5 …(2)
-0.3＜φ5／φ3＜0.5 …(3)
1.3＜｜φ1｜／φ2＜20 …(4)
0.1＜fw・φ3≦0.650 …(5a)
ただし、
φ1：第１群の屈折力、
φ2：第２群の屈折力、
φ3：第３群の屈折力、
φ4：第４群の屈折力、
φ5：第５群の屈折力、
fw：広角端での全系の焦点距離、
である。
更に以下の条件式(9a)を満たすことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ；
0.358≦T4-5／Bf＜1.0 …(9a)
ただし、
T4-5：広角端での第４群と第５群との間のレンズ面間隔、
Bf：空気換算されたバックフォーカス、
である。
望遠端から広角端への変倍時に、前記第２群と前記第３群との間隔が増大し、前記第４群と前記第５群との間隔が増大し、更に以下の条件式(1)〜(5)を満たすことを特徴とする請求項１又は３記載のズームレンズ；
0.1＜φ2／φ3＜1.1 …(1)
-0.6＜φ5／φ4＜0.5 …(2)
-0.3＜φ5／φ3＜0.5 …(3)
1.3＜｜φ1｜／φ2＜20 …(4)
0.1＜fw・φ3＜0.9 …(5)
ただし、
φ1：第１群の屈折力、
φ2：第２群の屈折力、
φ3：第３群の屈折力、
φ4：第４群の屈折力、
φ5：第５群の屈折力、
fw：広角端での全系の焦点距離、
である。
望遠端から広角端への変倍時に、前記第１群と前記第２群との間隔が増大することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
望遠端から広角端への変倍時に、前記第１群と前記第２群との間隔が減少することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
変倍時に前記絞りが前記第４群と共に位置固定であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
変倍時に前記絞りが前記第４群と共に移動することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第６群が正レンズのみで構成され以下の条件式(13)を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のズームレンズ；
50＜ν(6')＜100 …(13)
ただし、
ν(6')：第６群を構成する正レンズのアッベ数νdの平均値、
である。
前記第１群を構成している負レンズの少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
前記第４群の少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。