JP4658275B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特に液晶を用いた投影型テレビ等に搭載されるズーム機能を有する投影レンズ、さらにはCCD、撮像管等の撮像手段、さらには銀塩フィルム等を用いたカメラに使用されるズーム機能を有する結像レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ズームレンズとして、物体側より順に、変倍の際に固定のフォーカシング機能を有する負の第1レンズ群、変倍機能を有する正の第2レンズ群、変倍に伴う像面の移動を補正する負の第3レンズ群および固定の正の第4レンズ群からなる、特開平5−297276号公報等に記載されたものが知られているが、その多くは、サイズの小さいCCD等の撮像素子に用いるために設計されたものである。
【0003】
そのため、このレンズをそのまま結像サイズの大きなものに使用しようとすると、レンズ自体のサイズがかなり大きなものになってしまい、また、投影レンズに使用することを考えると歪曲収差が補正不足のものが多い。
【0004】
特に、液晶を用いた投影レンズに使用することを考えた際、照明系のことも考慮に入れると、投影レンズの縮小側が略テレセントリックな光学系とされていることが望ましいが、従来技術の多くはそのような配慮がなされていない。
さらに、色分解あるいは色合成の光学系をレンズ系と結像面の間に挿入しようとしても、それを許容するバックフォーカスを設けたものが少ない。
【0005】
このような問題を解決するために、変倍の際に固定のフォーカシング機能を有する負の第1レンズ群と、連続変倍のため、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する正の第2レンズ群、正の第3レンズ群、負の第4レンズ群と、変倍の際に固定の正の第5レンズ群から構成し、さらに所定の条件式を満足するようにした特開平10-268193号公報記載のズームレンズが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の液晶プロジェクタにおいては、スクリーン上での明るさを確保するために液晶素子の前面にマイクロレンズを付設し、このマイクロレンズにより、液晶素子から射出される光線の角度を広げ、有効に光を取り込むようにしたものが知られている。また液晶素子上では光の回折現象により生じた回折光も有効に取り込む必要がでてくる。
【0007】
このため、これらの諸事情に対応し得る明るいレンズが求められている。
なお、上述した特開平10-268193号公報記載のものは、F値が2.5程度とされており、明るさの点で上記諸問題に対応し得るものではなかった。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、縮小側サイズに対しコンパクトな構成とされ、諸収差が良好に補正され、バックフオーカスも長く、縮小側のタンジェンシャル面内の光線が光軸に対し略均等とされ、広画角としつつも、充分な明るさを確保し得るズームレンズを提供することも目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
変倍の際に固定でフォーカシングを行うための負の屈折力を有する第1レンズ群と、
連続変倍およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、負の屈折力を有する第4レンズ群と、
変倍の際に固定の正の屈折力を有する第5レンズ群とを拡大側より順に配設してなり、
下記の各条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
−0.9≦Fl/F<−0.3 ………(1)
0.7<F2/F< 1.5 ………(2)
0.8<F5/F< 1.5 ………(3)
ただし、
F :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
F1:第1レンズ群の焦点距離
F2:第2レンズ群の焦点距離
F5:第5レンズ群の焦点距離
【0010】
また、前記第2レンズ群は少なくとも2枚以上の正の屈折力を有するレンズを含み、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるように構成することが望ましい。
【0011】
また、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群において、下記の各条件式(4)、(5)を満足することが望ましい。
0.1<D2 /F<0.9 ………(4)
0.05<δD2/(F×Ft)1/2<0.5 ………(5)
D2 :第2レンズ群と第3レンズ群との広角端におけるレンズ間隔
δD2:第2レンズ群と第3レンズ群の広角端から望遠端におけるレンズ間隔の変化量の絶対値
Ft:望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
【0012】
前記第3レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズの2枚よりなり、これら各レンズは、単体または互いに接合されたレンズ状態とされ、さらに、下記の条件式(6)を満足することが望ましい。
ν(−)<40 ………(6)
ν(−):第3レンズ群の負の屈折力を有するレンズのアッベ数
【0013】
【作用】
連続変倍およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する群を、正の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、負の屈折力の第4レンズ群の3群構成とすることにより、ズーミングによる収差変動を少なくできる。また、第2レンズ群と第3レンズ群が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるように構成すればズーミングに必要な移動間隔を小さくできる。さらに第2レンズ群に正の屈折力をもつレンズを2枚以上使用することで、F値の小さな明るいレンズでも諸収差を良好に補正することができる。
【0014】
また、上記(1)式については、下限を超え第1レンズ群の負のパワーが弱まると、F値の小さなレンズの収差補正が困難になったり、フォーカシングによる第1レンズ群の移動量が増えてしまい収差変動が激しくなる。また上限を超え負のパワーが強まると、第1レンズ群によって軸上光線が跳ね上げられすぎて、特に歪曲収差や球面収差等の収差の補正が困難となる。
【0015】
また、上記(2)式については、上限を超え第2レンズ群の正のパワーが弱まると変倍に伴う移動量が大となりレンズサイズが大きくなってしまう。また下限を超え第2レンズ群の正のパワーが強まると収差補正が困難となる。
【0016】
また、上記(3)式については、下限を超え第5レンズ群の正のパワーが強まると、バックフォーカスが短くなり、また縮小側を略テレセントリックの状態とすることが困難となる。一方、その上限を超え、第5レンズ群のパワーが弱まるとバックフォーカスが長くなりすぎ、レンズバックを含めたサイズが大きくなってしまう。さらに第5レンズ群における軸上光線高が低くなりすぎ収差補正が困難となる。
【0017】
また、上記(4)式については、その下限を超え第2レンズ群と第3レンズ群とのレンズ問隔が短くなると、特に歪曲収差等の諸収差のバランスが悪くなり、またその上限を超え第2レンズ群と第3レンズ群のレンズ間隔が長くなると全体のサイズが大きくなってしまう。
【0018】
また、上記(5)式については、その上限を超え変化量が大きくなると、ズーミングに伴う収差変動を補正することが困難となり、一方その下限を超え変化量が小さくなると、第2レンズ群と第3レンズ群のズーミングに要する移動量が大きくなってしまう。
【0019】
さらに、上記(6)式については、その上限を超えると色収差の補正が困難となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下3つの実施例について具体的に説明するが、各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【0021】
【実施例】
<実施例1>
図1は、実施例1のズームレンズの基本構成を示すもので、Wは広角端におけるレンズ構成、Tは望遠端におけるレンズ構成を示す。また、図2は、図1に示す広角端におけるレンズ構成の拡大図である。なお、図1中には拡大側から望遠側に到る各レンズの移動軌跡が示されている(後述する図3、図4において同じ)。
【0022】
この実施例1のズームレンズは、図1、2に示すように、拡大側から、正の第1レンズL1、負の第2レンズL2および負の第3レンズL3をこの順に配列してなる負の第1レンズ群G1と、拡大側から、正の第4レンズL4、正の第5レンズL5および負の第6レンズL6をこの順に配列してなる正の第2レンズ群G2と、拡大側から、負の第7レンズL7および正の第8レンズL8をこの順に配列してなる正の第3レンズ群G3と、負の第9レンズL9のみからなる第4レンズ群G4と、拡大側から、負の第10レンズL10、正の第11レンズL11、正の第12レンズL12および正の第13レンズL13をこの順に配列してなる正の第5レンズ群G5とが、拡大側からこの順に配列されてなり、かつ下記条件式を満足する。
−0.9≦Fl/F<−0.3 ………(1)
0.7<F2/F< 1.5 ………(2)
0.8<F5/F< 1.5 ………(3)
0.1<D2 /F<0.9 ………(4)
0.05<δD2/(F×Ft)1/2<0.5 ………(5)
ν(−)<40 ………(6)
ただし、
F :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
F1:第1レンズ群の焦点距離
F2:第2レンズ群の焦点距離
F5:第5レンズ群の焦点距離
D2:第2レンズ群と第3レンズ群との広角端におけるレンズ間隔
δD2:第2レンズ群と第3レンズ群の広角端から望遠端におけるレンズ間隔の変化量の絶対値
Ft:望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
ν(−):第3レンズ群の負の屈折力を有するレンズのアッベ数
【0023】
上記第1レンズ群G1は、変倍の際に固定でフォーカシング機能を有し、上記第2、3、4の各レンズ群G2、G3、G4は、相互に関係をもって移動することで、連続変倍、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正を行なう機能を有する。なお第5レンズ群G5は変倍の際に固定のリレーレンズである。
【0024】
また、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるよう構成されてなり、これによりレンズ全系のコンパクト化を促進することができる。
なお、第5レンズ群G5の結像側には、赤外線をカットするフィルタやローパスフィルタさらには色合成光学系(色分解光学系)2が配列されている。
【0025】
ここで、第1レンズL1は拡大側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、第2レンズL2は拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第3レンズL3は拡大側に強い曲率の面を向けた両凹レンズ、第4レンズL4は縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、第5レンズL5は拡大側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、第6レンズL6は同一曲率の2つの面を有する両凹レンズ、第7レンズL7は拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第8レンズL8は拡大側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、第9レンズL9は拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第10レンズL10は拡大側に強い曲率の面を向けた両凹レンズ、第11レンズL11は縮小側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、第12レンズL12は縮小側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、第13レンズL13は拡大側に強い曲率の面を向けた両凸レンズである。なお、第7レンズL7と第8レンズL8、第10レンズL10と第11レンズL11は各々接合されている。
【0026】
次に、この実施例1における各レンズ面の曲率半径R、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D、各レンズのe線における屈折率Nおよびアッベ数νを下記表1に示す。
【0027】
ただし、この表1および後述する表2、3において、各記号R,D,N、νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【0028】
【表1】
【0029】
また、広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の距離(移動1)、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の距離(移動2)、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の距離(移動3)および第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の距離(移動4)を表1の下段に示す。
【0030】
また、下記表4には実施例1における上記各条件式(1)〜(6)に対応する数値を示す。
【0031】
図5は実施例1のズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている(図6、7についても同じ)。
【0032】
この図5および下記表4から明らかなように、実施例1のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされ、結像サイズの割にコンパクトな構成とすることができ、バックフォーカスを適切な大きさとすることができ、さらに縮小側のタンジェンシャル面内の光線束が光軸に対し略平行かつ対称となるようにすることができ、さらに広角端においてF=1.73という明るいレンズとすることができる。なお、この場合の共役長は79.73とされている。
【0033】
<実施例2>
次に、実施例2のズームレンズについて説明する。
この実施例2のズームレンズは、図3に示すように上記実施例1のズームレンズとほぼ同様の5群のレンズ構成とされているが、主として、第2レンズ群G2が2枚構成とされている点で上記実施例1のものとは異なっている。
【0034】
この実施例2における各レンズ面の曲率半径R、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D、各レンズのe線における屈折率Nおよびアッベ数νを下記表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】
また、広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の距離(移動1)、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の距離(移動2)、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の距離(移動3)および第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の距離(移動4)を表2の下段に示す。
【0037】
なお、実施例2においては、前述した条件式(1)〜(6)は全て満足されており、各々の値は下記表4に示す如く設定されている。
【0038】
図6は実施例2のズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。
【0039】
この図6および下記表4から明らかなように、実施例2のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされ、結像サイズの割にコンパクトな構成とすることができ、バックフォーカスを適切な大きさとすることができ、さらに縮小側のタンジェンシャル面内の光線束が光軸に対し略平行かつ対称となるようにすることができ、さらに広角端においてF=1.84という明るいレンズとすることができる。なお、この場合の共役長は79.90とされている。
【0040】
<実施例3>
次に、実施例3のズームレンズについて説明する。
この実施例3のズームレンズは、図4に示すように上記実施例1のズームレンズとほぼ同様の5群13枚のレンズ構成とされているが、主として、第2レンズ群G2の最も縮小側のレンズL6が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとされている点で上記実施例1のものとは異なっている。
【0041】
この実施例3における各レンズ面の曲率半径R、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D、各レンズのe線における屈折率Nおよびアッベ数νを下記表3に示す。
【0042】
【表3】
【0043】
また、広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の距離(移動1)、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の距離(移動2)、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の距離(移動3)および第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の距離(移動4)を表3の下段に示す。
【0044】
なお、実施例3においては、前述した条件式(1)〜(6)は全て満足されており、各々の値は下記表4に示す如く設定されている。
【0045】
図7は実施例3のズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)および望遠端(テレ)における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。
【0046】
この図7および下記表4から明らかなように、実施例3のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされ、結像サイズの割にコンパクトな構成とすることができ、バックフォーカスを適切な大きさとすることができ、さらに縮小側のタンジェンシャル面内の光線束が光軸に対し略平行かつ対称となるようにすることができ、さらに広角端においてF=1.72という明るいレンズとすることができる。なお、この場合の共役長は145.35とされている。
【0047】
【表4】
【0048】
なお、本発明のズームレンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数および形状は適宜選択し得る。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のズームレンズによれば、正の屈折力を有する第2レンズ群と第3レンズ群、および負の屈折力を有する第4レンズ群が可動とされた5群タイプとし、さらに各群の焦点距離等を前述した如き適切な範囲に設定しているので、ズーミングに伴う収差変動を小さくすることができる。また、レンズ系を縮小側サイズの割にコンパクトな構成とすることができ、バックフォーカスを、所定位置に色分解光学系等を挿入し得る程度の適当な大きさとすることができる。
【0050】
また、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるよう構成することにより、さらにコンパクトな構成とすることができる。
さらに、第2レンズ群の構成要素として2枚以上の正レンズを用いることによりレンズ系を充分明るいものとしつつ、諸収差を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係るズームレンズの広角端(ワイド)と望遠端(テレ)のレンズ構成図
【図2】実施例1に係るズームレンズの広角端(ワイド)における詳細なレンズ構成図
【図3】実施例2に係るズームレンズの広角端(ワイド)と望遠端(テレ)のレンズ構成図
【図4】実施例3に係るズームレンズの広角端(ワイド)と望遠端(テレ)のレンズ構成図
【図5】実施例1に係るズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)、望遠端(テレ)における各収差図(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)
【図6】実施例2に係るズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)、望遠端(テレ)における各収差図(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)
【図7】実施例3に係るズームレンズの広角端(ワイド)、中間(ミドル)、望遠端(テレ)における各収差図(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)
【符号の説明】
L1 〜L13 レンズ
R1 〜R26 レンズ面等の曲率半径
D1 〜D25 レンズ面間隔(レンズ厚)
X 光軸
2 赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ、色合成フィルタ
Claims (3)
- 変倍の際に固定でフォーカシングを行うための負の屈折力を有する第1レンズ群と、
連続変倍のため、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、負の屈折力を有する第4レンズ群と、
変倍の際に固定の正の屈折力を有する第5レンズ群とを拡大側より順に配設してなり、
前記第2レンズ群は少なくとも2枚以上の正の屈折力を有するレンズを含み、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が望遠端側に向かうにしたがって狭くなるよう構成されてなり、
下記の各条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
−0.9≦Fl/F<−0.3 ………(1)
0.7<F2/F< 1.5 ………(2)
0.8<F5/F< 1.5 ………(3)
ただし、
F :広角端におけるレンズ全系の焦点距離
F1:第1レンズ群の焦点距離
F2:第2レンズ群の焦点距離
F5:第5レンズ群の焦点距離 - 前記第2レンズ群と前記第3レンズ群において、下記の各条件(4)、(5)を満足することを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
0.1<D2/F<0.9 ………(4)
0.05<δD2/(F×Ft)1/2<0.5 ………(5)
D2 :第2レンズ群と第3レンズ群との広角端におけるレンズ間隔
δD2:第2レンズ群と第3レンズ群の広角端から望遠端におけるレンズ間隔の変化量の絶対値
Ft:望遠端におけるレンズ全系の焦点距離 - 前記第3レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズの2枚よりなり、これら各レンズは、単体または互いに接合された状態とされ、さらに、下記の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1または2記載のズームレンズ。
ν(−)<40 ………(6)
ν(−):第3レンズ群の負の屈折力を有するレンズのアッベ数
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