JP4989079B2 - ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズに関し、例えば画像情報を所定面上に投射する液晶プロジェクターの投射光学系として好適なものである。

液晶プロジェクターのズームレンズには、高精細化の要望に応じて色ずれ（倍率色収差）に対して非常に厳しい仕様が要求されている。ズーム比に関しては１．２〜１．３倍程度であり、一眼レフカメラ用の交換レンズ等の仕様に比べるとそれ程大きいものではなかった。それ故、液晶プロジェクター用のズームレンズの設計には、倍率色収差の補正が最大の課題とされ、その課題を解決したズームレンズが提案されている（特許文献１，２）。
特開２００４−０５４０２１号公報 特開２００５−０６２２２５号公報

近年、液晶プロジェクターに使用されるズームレンズには、高ズーム比化、広画角化、照明光をより高効率で使用するための大口径化、そして全ズーム領域において高い光学性能を有することが強く要望されている。これらの項目は、ズームレンズとして、主に球面収差や倍率色収差を含む諸収差とそれらのズーミングに伴う収差変動に大きく関わっている。

特に、これらの項目のうち、光学性能に大きく影響する倍率色収差と、球面収差のズーミングに伴う変動を少なくすることが要望されている。

しかしながら、倍率色収差と球面収差を全ズーム範囲にわたり良好に補正しつつ高い光学性能を得るには、レンズ構成及び各レンズの材料を適切に設定しなければならない。

本発明は、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した、例えば液晶プロジェクター用に好適なズームレンズの提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、拡大側から縮小側へ順に、
負の屈折力の第１レンズ群と、
ズーミングのためにそれぞれが独立して移動する２つ以上のレンズ群からなる中間群と、
ズーミングのためには移動しない正の屈折力の最終レンズ群より構成され、
縮小側がテレセントリックであるズームレンズであって、
前記ズームレンズを構成する各レンズを軸上近軸光線が通る高さをｈａ、瞳近軸光線が通る高さをｈｂとするとき、各レンズの｜ｈｂ／ｈａ｜の値のうち、広角端から望遠端までのズーム範囲中の少なくとも一部のズーム位置で、｜ｈｂ／ｈａ｜が最小となる正レンズＧｐの材料のアッベ数をνｄｐ、前記正レンズＧｐを含むレンズ群の焦点距離をｆｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
νｄｐ＞７５
ｆｗ／ｆｐ＜０．６
なる条件を満足することを特徴としている。

◎縮小側がテレセントリックで、複数のレンズ群で構成されるズームレンズにおいて、レンズ全長をＬとするとき、広角端において拡大側の第１レンズ面から距離０．６Ｌから距離０．９Ｌまでの範囲内に最も有効径が小さい負レンズＧｎが配置されており、その負レンズＧｎから拡大側に距離０．２Ｌの範囲内に正レンズＧｐが配置され、その正レンズＧｐの材料のアッベ数をνｄｐ、その正レンズＧｐを含むレンズ群の焦点距離をｆｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
νｄｐ＞７５
ｆｗ／ｆｐ＜０．６
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した、ズームレンズが得られる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する画像投射装置、撮像装置の実施例について説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）は、実施例１のズームレンズを用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクター）の広角端と望遠端における要部概略図である。

図２、図３は、実施例１においてスクリーンまでの距離（第１レンズ群からの距離）１７６０ｍｍのときの広角端（短焦点距離側）と望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

図４（Ａ），（Ｂ）は、実施例２のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図５、図６は、実施例２においてスクリーンまでの距離１７６０ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図７（Ａ），（Ｂ）は、実施例３のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図８、図９は、実施例３においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、実施例４のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図１１、図１２は、実施例４においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、実施例５のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図１４、図１５は、実施例５においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図１６（Ａ），（Ｂ）は、実施例６のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図１７、図１８は、実施例６においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図１９（Ａ），（Ｂ）は、実施例７のズームレンズを用いた画像投射装置の広角端と望遠端における要部概略図である。

図２０、図２１は、実施例７においてスクリーンまでの距離２１００ｍｍのときの広角端と望遠端における収差図である。

図２２は、カラー液晶プロジェクターの要部概略図である。

図２３は、撮像装置の要部概略図である。

図１、図４、図７、図１０、図１３、図１６、図１９の実施例１〜７における画像投射装置では、液晶パネルＬＣＤに表示される原画（被投影画像）をズームレンズ（投影レンズ、投写レンズ）ＰＬを用いてスクリーン面Ｓ上に拡大投影している状態を示している。

Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル（液晶表示素子）であり、ズームレンズＰＬの像面に位置している。スクリーン面Ｓと液晶パネルＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面Ｓは距離の長い方の共役点で拡大側（前方）に、液晶パネルＬＣＤは距離の短い方の共役点で縮小側（後方）に相当している。

尚、ズームレンズを撮影系として用いるときは、スクリーン面Ｓ側が物体側、液晶パネルＬＣＤ側が像側となる。

ＳＴＯは開口絞りである。

ＧＢは色合成プリズムや偏光フィルター、そしてカラーフィルター等に対応して光学設計上設けられたガラスブロックである。

ズームレンズＰＬは、接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクター本体（不図示）に装着されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶表示素子ＬＣＤ側はプロジェクター本体に含まれている。

ｉを拡大側から縮小側へのレンズ群の順序としたとき、Ｌｉは第ｉレンズ群を示している。

矢印は、広角端から望遠端における各レンズ群の移動軌跡を示している。

液晶パネルＬＣＤは、縮小側に設けた照明光学系（不図示）からの光で照明されている。

ズームレンズＰＬは、照明光学系との良好な瞳整合性を確保するため、液晶パネルＬＣＤ側（縮小側）の瞳が遠方にある、テレセントリック性を有している。

ガラスブロックＧＢでは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの液晶パネルの画像を合成する手段、特定の偏光方向のみを選択する手段、偏光の位相を変える手段等を含んでいる。

各実施例のズームレンズＰＬでは、負の屈折力のレンズが先行する（拡大側に位置する）ネガティブリード型の複数のレンズ群を採用することにより、ガラスブロックＧＢを配置するための十分長いバックフォーカスを容易に確保している。

各実施例のズームレンズＰＬは、変倍機能を得るため、いくつかのレンズ群が光軸上を移動し、全系の合成焦点距離を変更している。

図１、図４、図７、図１０の実施例１〜４では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、そして第５レンズ群Ｌ５を拡大側であるスクリーンＳ側へ独立に移動させている。

尚、第１レンズ群Ｌ１、第６レンズ群Ｌ６はズーミングのためには移動しない。第６レンズ群Ｌ６が正の屈折力の最終レンズ群、第２レンズ群Ｌ２乃至第５レンズ群Ｌ５が中間群に相当する。

図１３、図１６の実施例５、６では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４をスクリーンＳ側へ独立に移動させている。

尚、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５はズーミングのためには移動しない。第５レンズ群Ｌ５が正の屈折力の最終レンズ群、第２レンズ群Ｌ２乃至第４レンズ群Ｌ４が中間群に相当する。

図１９の実施例７では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように第１レンズ群Ｌ１を拡大側へ凸状の軌跡で移動させている。

又、第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３を拡大側へ独立に移動させている。

尚、第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングのためには移動しない。第４レンズ群Ｌ４が正の屈折力の最終レンズ群、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が中間群に相当する。

各実施例では、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカスを行っている。

尚、フォーカスは、液晶パネルＬＣＤを移動させて行っても良い。

開口絞りＳＴＯは、図１３、図１６、図１９の実施例５〜７では、第２レンズ群Ｌ２の縮小側に配置している。

又、図７、図１０の実施例３、４では、第３レンズ群Ｌ３の縮小側に配置している。

そして、開口絞りＳＴＯは、ズーミングに際して移動している。

各レンズ面には反射防止用の多層コートが施されている。

尚、収差図においてＧは波長５５０ｎｍ、Ｒは波長６２０ｎｍ、Ｂは波長４６０ｎｍでの収差を示し、Ｓ（サジタル像面の倒れ）、Ｍ（メリジオナル像面の倒れ）はどちらも波長５５０ｎｍでの収差を示す。ＦｎｏはＦナンバーである。ωは半画角である。Ｙは像高である。

各実施例のズームレンズは、
νｄｐ＞７５・・・（１）
ｆｗ／ｆｐ＜０．６・・・（２）
なる条件を満足している。

ここで、
νｄｐ： 後述の位置に配置された正レンズＧｐの材料のアッベ数
ｆｐ：正レンズＧｐを含むレンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離をｆｗ
である。

正レンズＧｐの位置は、以下の少なくとも一方の条件を満足する位置である。
・各レンズに軸上近軸光線が通るときの高さをｈａ、各レンズに瞳近軸光線がとおる高さをｈｂとするとき、ズーム範囲中の少なくとも一部のズーム位置で｜ｈｂ／ｈａ｜が最小となる位置
・広角端において拡大側の第１レンズ面から距離０．６Ｌから距離０．９Ｌまでの範囲内に最も有効径が小さい負レンズＧｎが存在し、その負レンズＧｎから拡大側に距離０．２Ｌの範囲内にある位置
ここで、拡大側の第１レンズ面より距離０．６Ｌから距離０．９Ｌまでの範囲内とは、負レンズＧｎの拡大側の面における光軸上の点が距離０．６Ｌより縮小側であり、かつ、負レンズＧｎの縮小側の面における光軸上の点が距離０．９Ｌより拡大側にあることを表す。

又、負レンズＧｎよりも拡大側に距離０．２Ｌの範囲内とは、負レンズＧｎの拡大側の面における光軸上の点から、正レンズＧｐの縮小共役側の面における光軸上の点までの距離を表す。

ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれ、Ｎｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとする。このときアッベ数νｄ及び後述する部分分散比θｇＦは次のとおりである。

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
軸上近軸光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、光学系の光軸と平行に、光軸からの高さを１として入射させた近軸光線である。また瞳近軸光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、光軸に対して−４５°で入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。光学系の入射角度は、光軸から測って時計回りを正、反時計回りを負とする。

なお、光線は拡大側（本実施例ではスクリーン側）から発するものとする。そしてスクリーンは光学系の左側にあるものとし、スクリーン側から光学系に入射する光線は左側から右へ進むものとする。

条件式（１），（２）を満足する構成をとれば、全ズーム領域で、球面収差の補正を効果的に行うことができる。

仮に｜ｈｂ／ｈａ｜が最小でない、または、条件式（１）の下限を下回るアッベ数の材料を用いた場合、正レンズＧｐをベンディングすると倍率色収差の敏感度が大きくなる。

このため、球面収差の補正の自由度が低下し、良好な光学性能を得るのが難しくなる。

また、正レンズＧｐは、ズーミング時の球面収差の変動を効果的に補正する役割を持つ。このため、条件式（２）の上限を上回るような、変倍を主導するレンズ群内に正レンズＧｐが配置された場合、良好な光学性能を得るのが難しくなる。

また、レンズ全長（第１レンズ面から最終レンズ面までの距離）をＬとした場合、最も有効径が小さい負レンズＧｎを、広角端において拡大側の第１レンズ面から０．６Ｌから０．９Ｌの範囲に配置している。そして負レンズＧｎよりも拡大側の０．２Ｌ以内の位置に条件式（１）を満たす正レンズＧｐを配置している。

ここでは、条件式（１）を満たす正レンズＧｐの配置箇所を幾何的な表現方法を用い、再定義している。

開口絞りＳＴＯより縮小側に配置される負レンズＧｎは、正の屈折力の変倍主導のレンズ群で発生した球面収差や軸上色収差等を補償している。この負レンズＧｎは、倍率色収差を発生させる方向に働いてしまう。

このため、倍率色収差に極力影響を与えない｜ｈｂ／ｈａ｜が小さい位置に配置することが良い。

すなわち、軸外光線高が最も低い位置に配置される負レンズＧｎは、有効径が最も小さくなる。またその位置は、経験的に概ね拡大側の第１レンズ面から距離０．６Ｌから０．９Ｌの範囲内である。

また、負レンズＧｎより拡大側の近傍（拡大側に距離２Ｌの範囲内）には、入射高ｈｂが０になる位置が存在する。これよりこの範囲に配置された正レンズＧｐは、｜ｈｂ／ｈａ｜が最小という条件と略同義となる。

尚、条件式（１）において、下限値が８５であると、より倍率色収差への敏感度が低くなり、球面収差の補正効果が増すため、好ましい。

各実施例において、各レンズの｜ｈｂ／ｈａ｜の値は、正レンズＧｐが広角端と望遠端において、いずれも最小である。

条件式（１）を満たす正レンズＧｐにおいては、｜ｈｂ／ｈａ｜が、広角端と望遠端で、ともに最小であることによって、ズーム領域全域で、球面収差を良好に補正するのが容易となる。

また、各実施例では、
｜ｈｂ／ｈａ｜＜０．３・・・・（３）
なる条件を満足している。

レンズＧｐを条件式（３）を満たす位置に配置すると、倍率色収差への敏感度が低くなり、より球面収差の補正効果が得られる。

また、各実施例では、負レンズＧｎの材料のアッベ数をνｄｎとするとき、
νｄｎ＜４０・・・・（４）
なる条件を満足している。

最も有効径が小さい負レンズＧｎは、正の屈折力の変倍主導レンズ群で発生した軸上色収差を効果的に補償する。このため、条件式（４）を満たす硝材を使用することが好ましい。

また、各実施例では、正レンズＧｐの材料の部分分散比をθｇＦｐとするとき、
θｇＦｐ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ）＞０．０１７・・（５）
なる条件を満足している。

「レンズ設計法」松居吉哉著によると、倍率色収差係数Ｔνは、以下で表される。

尚、本明細書中では軸上近軸光線の高さｈをｈａ、軸外主光線高（瞳近軸光線の高さ）

をｈｂとして表現している。又、軸外主光線角度

をαａとして表現している。

この式より明らかなように軸外主光線高ｈｂを小さくすることにより、曲率半径ｒに依存する項の敏感度を下げ、球面収差の自由度を上げることができる。

ここで、正レンズＧｐの光路中の位置では軸外主光線角度αａが比較的大きくなる位置であることから、上式よりαａの項がｒに依存しないため、球面収差に影響を与えずに倍率色収差の補正効果を得られることが分かる。

よって、正レンズＧｐの硝材に、低分散性だけでなく異常分散性を持つ硝材を用いることで、倍率色収差の軽減効果も同時に持たせることができる。

また、正レンズＧｐの光路中の位置ではｈaが大きくなるため軸上色収差を良好に補正する意味でも異常分散性を持つ硝材であることが好ましい。

尚、条件式（５）において、下限値が０．０３３であると、倍率色収差と軸上色収差の補正効果がより大きくなり、好ましい。

各実施例において、条件式（１），（５）を共に満たす材料には、例えば蛍石（ＣａＦ_２）等を使用すると良い。

各実施例においては、正レンズＧｐの縮小側に正レンズＧｐ２が配置されている。そして、正レンズＧｐ２の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ２，θｇＦｐ２とするとき、
θｇＦｐ２（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ２）＞０．００５・・（６）
なる条件を満足している。

条件式（１）を満たす正レンズＧｐより縮小側に配置される正レンズＧｐ２に、条件式（６）を満たす硝材を使用すると、倍率色収差の補正効果を得られるため好ましい。

また、各実施例においては、正レンズＧｐの拡大側に負レンズＧｎ２が配置されている。この負レンズＧｎ２の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｎ２，θｇＦｎ２とするとき、
θｇＦｎ２（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｎ２）＞０．０１０・・（７）
なる条件を満足している。

条件式（１）を満たす正レンズＧｐより拡大側に配置される負レンズＧｎ２に、条件式（７）を満たす硝材を使用すると、倍率色収差の補正効果を得られるため好ましい。

そして、各実施例においては、負レンズＧｎ２に正レンズＧｐ３が接合されている。そして、正レンズＧｐ３の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ３，θｇＦｐ３、接合面の曲率半径をｒａ、接合面の有効径をＤａとするとき、
θｇＦｐ３−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ３）＜０．００５・・（８）
Ｄａ／｜ｒａ｜＞０．２５・・・・（９）
なる条件を満足している。

条件式（８），（９）を満たすことで、より顕著な倍率色収差補正効果を得られるため、好ましい。

また、各実施例においては、正レンズＧｐの拡大側に正レンズＧｐ４が配置されている。正レンズＧｐ４のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ４，θｇＦｐ４とするとき、
θｇＦｐ４（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ４）＜−０．００３・・（１０）
なる条件を満足している。

条件式（１）を満たす正レンズＧｐより拡大共役側に配置される正レンズＧｐ４に、条件式（１０）を満たす硝材を使用すると倍率色収差の補正効果を得られるため好ましい。

また、各実施例においては、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
ｆｔ／ｆｗ＞１．２５・・・（１２）
なる条件を満足している。

各実施例におけるズームレンズは、条件式（１２）を満たす場合に、特に効果的である。条件式（１２）の下限値が１．４であると、更に好ましい効果を得ることができる。

なお、各実施例のズームレンズは、縮小側がテレセントリックである。本発明においてテレセントリックとは、縮小側共役面（液晶パネルＬＣＤ）から縮小側瞳位置までの広角端と望遠端の距離を各々Ｄｐｗ，Ｄｐｔ、レンズ全長（第１レンズ面から最終レンズ面までの距離）をＬとするとき、
０．４＜｜Ｄｐｗ／Ｌ｜
・・・・（１１）
０．４＜｜Ｄｐｔ／Ｌ｜
なる条件をのうち少なくとも一方を満足する場合である。

テレセントリックな光学系であると、軸外主光線角度αａが大きくなり、より倍率色収差の補正が容易となる。

各実施例のズームレンズには、少なくとも１枚の非球面レンズを使用することが、諸収差をより良好に補正できるため好ましい。

以上のように各実施例によれば、高ズーム比、広画角、大口径でありながら、倍率色収差補正と球面収差とそのズーミングに伴う変動を効果的に補正させたテレセントリックなズームレンズを得ることができる。

以下、各実施例のズームレンズの特徴について、図面を参照しながら説明する。

実施例１は、図１に示すような、拡大側より縮小側へ順に、負、正、正、負、正、正の屈折力の第１〜第６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）配置より成る、６群構成のズームレンズである。

以下、各レンズ群の構成は、拡大側より縮小側に順に配置されているものとして説明する。

第１レンズ群Ｌ１は、拡大側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ１１、非球面を含む負レンズＧ１２、負レンズＧ１３、縮小側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ１４より成っている。

負レンズＧ１１では、瞳近軸光線の入射高ｈｂの小さい縮小側の面を、広角化を図るための負の屈折力とし、瞳近軸光線の入射高ｈｂの大きい拡大側の面を歪曲収差の補正効果のある正の屈折力としている。

また、負レンズＧ１２と、負レンズＧ１３は、広角化を図るための強い屈折力を有しており、又、歪曲収差の補正を効果的に行っている。

正レンズＧ１４は、負レンズで発生した諸収差を補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１と縮小側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ２２との接合レンズＧ２１ａ、拡大側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ２３により構成されている。

第２レンズ群Ｌ２は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、４つの移動レンズ群のうち最も強い正の屈折力を有している。ズーミングに際しては、この第２レンズ群Ｌ２の移動により全系の合成焦点距離が大きく変化する。すなわち、第２レンズ群Ｌ２は、移動により全系の主たる変倍を行っている。

また、第２レンズ群Ｌ２中の正レンズＧ２１と、負レンズＧ２２は、条件式（７）、（８）をそれぞれ満たしている。

また、その接合面は、条件式（９）を満たしている。瞳近軸光線の入射高ｈｂの大きい第２レンズ群Ｌ２に、２次スペクトルを軽減する硝材を使用することで、倍率色収差を効果的に補正している。

第３レンズ群Ｌ３は、条件式（１）、（５）を共に満たす正レンズＧ３１より成っている。第３レンズ群Ｌ３は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、主変倍群である第２レンズ群Ｌ２の移動によって発生する球面収差の変動を補正すると同時に、倍率色収差の補正と軸上色収差の補正を行っている。

第４レンズ群Ｌ４は、条件式（４）を満たす負レンズＧ４１と拡大側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ４２との接合レンズＧ４１ａより成っている。第４レンズ群Ｌ４は、第２レンズ群Ｌ２で発生した収差を補償している。

第５レンズ群Ｌ５は、両凸形状の正レンズＧ５１、非球面を含む正レンズＧ５２より成っている。第５レンズ群Ｌ５は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、全ズーム領域での倍率色収差、像面湾曲を良好に補正している。

第６レンズ群Ｌ６は、正レンズＧ６１より成っている。第６レンズ群Ｌ６は、第１レンズ群Ｌ１から第５レンズ群Ｌ５までの合成屈折力を弱める働きをしており、高画角化、大口径化に有利な光学作用をしている。

また、第６レンズ群Ｌ６は、条件式（６）を満たしており、倍率色収差を良好に補正している。

実施例１のズームレンズのズーム比は、１．６５である。実施例１は、図２、図３に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例２は、図４に示すような、拡大側より縮小側へ順に、負、正、正、正、負、正の屈折力の第１〜第６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の屈折力配置より成る、６群構成のズームレンズである。

第１レンズ群Ｌ１と第６レンズ群Ｌ６のレンズ構成は、実施例１と同様である。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１と縮小側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ２２との接合レンズＧ２１ａより構成されている。第２レンズ群Ｌ２は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、４つの移動レンズ群のうち最も強い正の屈折力を有している。

また、実施例１と同様、正レンズＧ２１と負レンズＧ２２は、条件式（７）、（８）をそれぞれ満たしている。

また、その接合面は条件式（９）を満たしている。

第２レンズ群Ｌ２は、倍率色収差を効果的に補正している。

第３レンズ群Ｌ３は、拡大側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ３１より成っている。第３レンズ群Ｌ３は、ズーミングに際して移動して、第２レンズ群Ｌ２と共に、変倍を行っている。

第４レンズ群Ｌ４は、実施例１の第３レンズ群Ｌ３と同様、条件式（１），（５）を共に満たす正レンズＧ４１より成っている。第４レンズ群Ｌ４は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、変倍主導の第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３の移動によって発生する球面収差の変動を補正すると同時に、倍率色収差の補正と軸上色収差の補正を行っている。

第５レンズ群Ｌ５は、条件式（４）を満たす負レンズＧ５２の両側に正レンズＧ５１，Ｇ５３を貼り合わせた３枚構成の接合レンズＧ５１ａと、非球面を含む正レンズＧ５４と、正レンズＧ５５より成っている。第５レンズ群Ｌ５は、ズーミングのために移動する移動レンズ群であり、変倍主導の第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３で発生した収差を補償すると共に、全ズーム領域中の倍率色収差、像面湾曲を良好に補正している。

実施例２のズーム比は、１．６５である。実施例２は、図５、図６に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例３は、図７に示すように実施例１と同様な、屈折力配置より成る６群構成のズームレンズである。

第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第６レンズ群Ｌ６のレンズ構成は、実施例２と同様である。

第１レンズ群Ｌ１は、正レンズＧ１４が両凸形状で構成されている点が、実施例２と異なっている。

第４レンズ群Ｌ４は、条件式（１）、（５）を共に満たす正レンズＧ４１と、条件式（４）を満たす、負レンズＧ４２との接合レンズＧ４１ａより成っている。

第４レンズ群Ｌ４は、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３での変倍中に発生する収差を補償すると同時に、球面収差の変動を軽減し、倍率色収差の補正と、軸上色収差の補正を行っている。

第５レンズ群Ｌ５は、縮小側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ５１、異常分散材料より成る正レンズＧ５２、非球面を含む正レンズＧ５３より成っている。

第５レンズ群Ｌ５は、ズーミングのために移動する移動レンズ群である。異常分散材料より成る正レンズＧ５２により高次の色収差を効果的に補正している。負レンズＧ５１と正レンズＧ５３により、像面湾曲、非点収差を良好に補正している。

実施例３ズーム比は、１．７８である。

実施例３は、図８、図９に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例４は、図１０に示すように、最終レンズ面の縮小側に挿入される光学ブロックの長さが長い、例えば反射型のプロジェクター用のズームレンズである。実施例４は、拡大側より縮小側へ順に、負、正、正、正、正、正の屈折力の第１〜第６レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の屈折力配置より成る、６群構成のズームレンズである。

第４レンズ群４と第６レンズ群Ｌ６の構成は、実施例２と同様である。

第１レンズ群Ｌ１は、拡大側が凸面でメニスカス形状の負レンズＧ１１、非球面を含む負レンズＧ１２、負レンズＧ１３より成っている。

第１レンズ群Ｌ１を構成する各レンズＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３は、実施例２と同様の光学作用をしている。それに加え負レンズＧ１１が、条件式（７）を満たしており、倍率色収差の補正を行っている。

第２レンズ群Ｌ２は、縮小側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ２１より成っている。第３レンズ群Ｌ３は、拡大側が凸面でメニスカス形状の正レンズＧ３１より成っている。

第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３はズーミングに際して移動しており、これらの移動レンズ群で主たる変倍を行っている。

また、第３レンズ群Ｌ３の正レンズＧ３１は、条件式（１０）を満たしており、倍率色収差を効果的に補正している。

第５レンズ群Ｌ５は、条件式（４）を満たす両凹形状の負レンズＧ５１と両凸形状の正レンズＧ５２の接合レンズＧ５１ａと、負レンズＧ５３と正レンズＧ５４の接合レンズＧ５３ａ、両凸形状の正レンズＧ５５より成っている。

第５レンズ群Ｌ５は、第２〜第４レンズ群で発生した収差を補償する役割と共に、全ズーム領域中の倍率色収差、像面湾曲を良好に補正している。

実施例４のズーム比は、１．６６である。実施例４は、図１１、図１２に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例５は、図１３に示すような、拡大側より縮小側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１〜第５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の屈折力配置より成る、５群構成のズームレンズである。

実施例５の第２レンズ群Ｌ２は、図７の実施例３における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３とを一体化した構成となっている。これによって実施例３と同様の効果を得ている。

実施例５のズーム比は、１．４８である。実施例５は、図１４、図１５に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例６では、図１６に示すような、拡大側より縮小側へ順に、負、正、正、負、正の屈折力の第１〜第５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の屈折力配置より成る、５群構成のズームレンズである。

実施例６の第１レンズ群Ｌ１は、図１０の実施例４もおける第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２とを一体化した構成となっている。これによって実施例４と同様の効果を得ている。

実施例６のズーム比は、１．４８である。実施例６は、図１７、図１８に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

実施例７は、図１９に示すような、拡大側より縮小側へ順に、負、正、負、正の屈折力の第１〜第４レンズ群Ｌ１〜Ｌ４の屈折力配置より成る、４群構成のズームレンズである。

実施例７では、第１レンズ群Ｌ１がズーミングのために移動する。実施例７は、図１３の実施例５における第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４とを、一体化した構成と略同じである。これによって実施例５と同様の効果を得ている。

実施例７のズーム比は、１．４８である。実施例７は、図２０、図２１に示すように、広角端、望遠端でともに良好な光学特性を有している。

次に、前述した正レンズＧｐ、正レンズＧｐ２、正レンズＧｐ３、正レンズＧｐ４、負レンズＧｎ、負レンズＧｎ２と、各実施例のズームレンズを構成するレンズとの対応関係を表―１に示す。

図２２は本発明の画像投射装置の実施形態の要部概略図である。

同図は前述したズームレンズを３板式のカラー液晶プロジェクターに適用し複数の液晶パネル（表示ユニット）に基づく複数の色光の画像情報を色合成手段１０２を介して合成している。そしてズームレンズ１０３でスクリーン面１０４上に拡大投射する画像投射装置を示している。

図２２においてカラー液晶プロジェクター１０１はＲ，Ｇ，Ｂの３枚の液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５ＢからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム１０２で１つの光路に合成している。そして前述したズームレンズより成る投影レンズ１０３を用いてスクリーン１０４に投影している。

図２３は本発明の撮像装置の実施例の要部概略図である。本実施形態ではビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置１０６に撮影レンズとして前述したズームレンズを用いた例を示している。

図２３においては被写体１０９の像を撮影レンズ１０８で感光体１０７に結像し、画像情報を得ている。

以上のように各実施例によれば、レンズ系全体の小型化を図りつつ、ズーミングに伴う諸収差を良好に補正し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適なズームレンズを達成することができる。

この他、画像情報を受光する銀塩フィルム、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置に好適なズームレンズを達成することができる。

以下に実施例１〜７のズームレンズに各々対応する数値実施例１〜７を示す。各数値実施例においてｉは拡大側（前方側）からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｒｉ，ｄｉの単位はｍｍである。ｎｉとνｉはそれぞれｄ線を基準とした第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆｗ，ｆｔは広角端と望遠端の焦点距離である。ＦｎｏはＦナンバーである。

また、各レンズにおけるｈｂ／ｈａの値も示している。

またｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ²／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²］^1/2］
＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｃｈ⁸＋Ｄｈ¹⁰＋Ｅｈ^１２
で表示される。但しｒは近軸曲率半径である。

なお、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。

レンズ構成と、前述の各条件式１〜１２と数値実施例１〜７における諸数値との関係を表２、表３に示す。

また、表３には、各実施例における、請求項２の条件に対応する幾何的数値を示す。

実施例１のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例１のズームレンズの広角端の収差図 実施例１のズームレンズの望遠端の収差図 実施例２のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例２のズームレンズの広角端の収差図 実施例２のズームレンズの望遠端の収差図 実施例３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例３のズームレンズの広角端の収差図 実施例３のズームレンズの望遠端の収差図 実施例４のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例４のズームレンズの広角端の収差図 実施例４のズームレンズの望遠端の収差図 実施例５のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例５のズームレンズの広角端の収差図 実施例５のズームレンズの望遠端の収差図 実施例６のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例６のズームレンズの広角端の収差図 実施例６のズームレンズの望遠端の収差図 実施例７のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図 実施例７のズームレンズの広角端の収差図 実施例７のズームレンズの望遠端の収差図 カラー液晶プロジェクターの要部概略図 撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ５ 第５レンズ群
Ｌ６ 第６レンズ群
ＳＴＯ 開口絞り
ＬＣＤ 液晶表示装置（像面）
ＧＢ 硝子ブロック（色合成プリズム）
Ｓ ＳａｇｉｔｔａＬ像面の倒れ
Ｍ ＭｅｒｉｄｉｏｎａＬ像面の倒れ
１０１ 液晶プロジェクター
１０２ 色合成手段
１０３ 投射レンズ
１０４ スクリーン
１０５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ） 液晶パネル
１０６ 撮像装置
１０７ 撮像手段
１０８ 撮影レンズ
１０９ 被写体

Claims (19)

1. 拡大側から縮小側へ順に、
   負の屈折力の第１レンズ群と、
   ズーミングのためにそれぞれが独立して移動する２つ以上のレンズ群からなる中間群と、
   ズーミングのためには移動しない正の屈折力の最終レンズ群より構成され、
   縮小側がテレセントリックであるズームレンズであって、
   前記ズームレンズを構成する各レンズを軸上近軸光線が通る高さをｈａ、瞳近軸光線が通る高さをｈｂとするとき、各レンズの｜ｈｂ／ｈａ｜の値のうち、広角端から望遠端までのズーム範囲中の少なくとも一部のズーム位置で、｜ｈｂ／ｈａ｜が最小となる正レンズＧｐの材料のアッベ数をνｄｐ、前記正レンズＧｐを含むレンズ群の焦点距離をｆｐ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   νｄｐ＞７５
   ｆｗ／ｆｐ＜０．６
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 最も拡大側に配置されたレンズの拡大側のレンズ面である第１レンズ面から最も縮小側に配置されたレンズの縮小側のレンズ面である最終レンズ面までの距離をＬとするとき、広角端において、前記第１レンズ面からの距離が、０．６Ｌから０．９Ｌまでの範囲内に、最も有効径が小さい負レンズＧｎが配置されており、前記負レンズＧｎから拡大側に距離０．２Ｌの範囲内に、前記正レンズＧｐが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 各レンズに、軸上近軸光線が通るときの高さをｈａ、瞳近軸光線が通るときの高さをｈｂとするとき、各レンズの｜ｈｂ／ｈａ｜の値のうち、前記正レンズＧｐの｜ｈｂ／ｈａ｜の値が、広角端と望遠端において、いずれも最小であることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記正レンズＧｐを軸上近軸光線が通る高さをｈａｐ、瞳近軸光線が通る高さをｈｂｐとするとき、
   ｜ｈｂｐ／ｈａｐ｜＜０．３
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記負レンズＧｎの材料のアッベ数をνｄｎとするとき、
   νｄｎ＜４０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項２から４いずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記正レンズＧｐの材料の部分分散比をθｇＦｐとするとき、
   θｇＦｐ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ）＞０．０１７
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記正レンズＧｐの縮小側に正レンズＧｐ２が配置されており、前記正レンズＧｐ２の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ２、θｇＦｐ２とするとき、
   θｇＦｐ２−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ２）＞０．００５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記正レンズＧｐの拡大側に負レンズＧｎ２が配置されており、前記負レンズＧｎ２の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｎ２、θｇＦｎ２とするとき、
   θｇＦｎ２−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｎ２）＞０．０１０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記負レンズＧｎ２に正レンズＧｐ３が接合されており、前記正レンズＧｐ３の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ３、θｇＦｐ３、前記負レンズＧｎ２と前記正レンズＧｐ３の接合面の曲率半径をｒａ、前記接合面の有効径をＤａとするとき
   θｇＦｐ３−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ３）＜０．００５
   Ｄａ／｜ｒａ｜＞０．２５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載のズームレンズ。
10. 前記正レンズＧｐの拡大側に正レンズＧｐ４が配置されており、前記正レンズＧｐ４の材料のアッベ数と部分分散比を各々νｄｐ４、θｇＦｐ４とするとき、
    θｇＦｐ４−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄｐ４）＜−０．００３
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
11. 望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
    ｆｔ／ｆｗ＞１．２５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. 前記第１レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第３レンズ群と、
    ズーミングのために移動する負の屈折力の第４レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第５レンズ群であり、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第６レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第３レンズ群または第４レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
13. 前記第１レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第３レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第４レンズ群と、
    ズーミングのために移動する負の屈折力の第５レンズ群であり、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第６レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第４レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
14. 前記第１レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第３レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第４レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第５レンズ群であり、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第６レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第４レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
15. 前記第１レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する負の屈折力の第３レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第４レンズ群であり、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第５レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第３レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
16. 前記第１レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第３レンズ群と、
    ズーミングのために移動する負の屈折力の第４レンズ群と、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第５レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第３レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
17. 前記第１レンズ群は、ズーミングのために移動し、
    前記中間群は、
    ズーミングのために移動する正の屈折力の第２レンズ群と、
    ズーミングのために移動する負の屈折力の第３レンズ群であり、
    前記最終レンズ群は、
    ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第４レンズ群であり、
    前記正レンズＧｐは、前記第３レンズ群に配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載のズームレンズと、
    原画を形成する表示ユニットを有し、
    前記表示ユニットによって形成された原画を前記ズームレンズによってスクリーン面に投射することを特徴とする画像投射装置。
19. 請求項１から１７のいずれか１項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。