JP6685866B2

JP6685866B2 - ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置

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Publication number: JP6685866B2
Application number: JP2016168097A
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Inventors: 賢天野; 永原　暁子; 暁子永原; 永利　由紀子; 由紀子永利; 和紀井上
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Filing date: 2016-08-30
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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る。

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、全系の最も拡大側にレンズを備え、中間像よりも縮小側は、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する少なくとも２つの移動レンズ群を含む複数のレンズ群からなり、この複数のレンズ群のうち最も縮小側の最終レンズ群は、正の屈折力を有し、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され、下記条件式（１），（２），および（３Ａ）を満足することを特徴とする。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４５ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆＢ≦０．０９９ …（２）
７．６７≦ｆＭ／｜ｆｗ｜≦１６．０５ …（３Ａ）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＡ：前記複数の移動レンズ群のうち最も縮小側の移動レンズ群の焦点距離
ｆＢ：前記複数の移動レンズ群のうち縮小側から２番目の移動レンズ群の焦点距離
ｆＭ：前記最終レンズ群の焦点距離
とする。

ここで、「中間像よりも縮小側は、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する少なくとも２つの移動レンズ群を含む複数のレンズ群からなる」とは、中間像がレンズ群の中に形成される場合は、この中間像を含むレンズ群を除き、中間像を含むレンズ群よりも縮小側において少なくとも２つの移動レンズ群を有することを意味する。

本発明のズームレンズにおいては、下記条件式（１−１）および／または（２−１）を満足することが好ましい。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４ …（１−１）
０．０３＜｜ｆｗ｜／ｆＢ≦０．０９９ …（２−１）

また、全体として４つまたは５つのレンズ群からなり、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の最終レンズ群は、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の最終レンズ群の間にあるレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群は、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するものとしてもよい。

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。
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．１ …（４）
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．０７ …（４−１）
ただし、
Ｙｍａｘ：縮小側における有効像円半径
ｅｘＰｗ：縮小側を射出側としたときの、広角端における縮小側結像面から近軸射出瞳位置までの光軸上の距離
とする。

また、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。
２＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜ …（５）
３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１１ …（５−１）
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、中間像よりも縮小側は、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する少なくとも２つの移動レンズ群を含む複数のレンズ群からなり、この複数のレンズ群のうち最も縮小側の最終レンズ群は、正の屈折力を有し、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され、下記条件式（１）および（２）を満足するものとしたので、広角でありながら、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。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４５ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆＢ＜０．２ …（２）

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４のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例５のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例６のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例７のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例８のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例９のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図本発明の実施例１２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実施例４のズームレンズの各収差図本発明の実施例５のズームレンズの各収差図本発明の実施例６のズームレンズの各収差図本発明の実施例７のズームレンズの各収差図本発明の実施例８のズームレンズの各収差図本発明の実施例９のズームレンズの各収差図本発明の実施例１０のズームレンズの各収差図本発明の実施例１１のズームレンズの各収差図本発明の実施例１２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２８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レンズ群Ｇ１のレンズＬ１ａ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、中間像よりも縮小側は、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する少なくとも２つの移動レンズ群を含む複数のレンズ群からなり、この複数のレンズ群のうち最も縮小側の最終レンズ群は、正の屈折力を有し、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されている。

なお、図１に示す例では、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３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するように構成されている。すなわち、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が移動レンズ群に相当し、第４レンズ群Ｇ４が最終レンズ群に相当する。

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レンズ群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。

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最終レンズ群を配置することで、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。

また、下記条件式（１）および（２）を満足するように構成されている。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４５ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆＢ＜０．２ …（２）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＡ：複数の移動レンズ群のうち最も縮小側の移動レンズ群の焦点距離
ｆＢ：複数の移動レンズ群のうち縮小側から２番目の移動レンズ群の焦点距離
とする。

条件式（１）は、変倍に際して収差変動を良好に補正するための条件式である。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、複数の移動レンズ群のうち最も縮小側の移動レンズ群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。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、複数の移動レンズ群のうち最も縮小側の移動レンズ群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、変倍に際して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）も、同じく変倍に際して収差変動を良好に補正するための条件式である。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、複数の移動レンズ群のうち縮小側から２番目の移動レンズ群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、所望のズーム比の確保が容易になるとともに、この移動レンズ群のレンズ径の小型化に寄与する。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、複数の移動レンズ群のうち縮小側から２番目の移動レンズ群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、変倍に際しての非点収差の補正を容易にすることができる。

なお、下記条件式（１−１）および／または（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。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４ …（１−１）
０．０３＜｜ｆｗ｜／ｆＢ＜０．１６ …（２−１）

本発明のズームレンズにおいては、全体として４つまたは５つのレンズ群からなり、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の最終レンズ群は、変倍の際に縮小側結像面に対して固定され、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の最終レンズ群の間にあるレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群は、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するものとしてもよい。

このように、多くても５つのレンズ群で構成することで、全体の構成を簡素化することができる。また、変倍の際に最も拡大側のレンズ群を移動させようとすると、変倍作用を持たせるための機構部品が大きく、かつ長くなってしまい、コストアップにつながってしまうため、変倍の際に最終レンズ群に加えて最も拡大側のレンズ群も固定することで、このような問題を解消することができる。

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、最終レンズ群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、最終レンズ群における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とすることができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、最終レンズ群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、縮小側を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。
６＜ｆＭ／｜ｆｗ｜＜２０ …（３）
７＜ｆＭ／｜ｆｗ｜＜１８ …（３−１）
ただし、
ｆＭ：最終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（４）を満足することが好ましい。条件式（４）を満足することで、所望のイメージサークルの大きさを得ながらテレセントリック性を確保する事が容易となる。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。
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．１ …（４）
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．０７ …（４−１）
ただし、
Ｙｍａｘ：縮小側における有効像円半径
ｅｘＰｗ：縮小側を射出側としたときの、広角端における縮小側結像面から近軸射出瞳位置までの光軸上の距離
とする。

また、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、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（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。条件式（５−１）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｜ …（５）
３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１１ …（５−１）
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。なお、以下の実施例１、実施例３、および実施例１２は、参考例として示す。
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２〜１２に対応した図２〜１２においては、画像表示面Ｓｉｍ側が縮小側、第１レンズＧ１のレンズＬ１ａ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１〜１２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、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｋの１１枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｄの４枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ〜Ｌ３ｅの５枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａ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２〜１２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１３に示す。なお、図１３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１３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、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１４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、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１５に示す。

次に、実施例４のズームレンズについて説明する。実施例４のズームレンズの構成を示す断面図を図４に示す。

実施例４のズームレンズは、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とからなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および、第４レンズ群Ｇ４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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｉの９枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの２枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ〜Ｌ３ｄの４枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａ〜Ｌ４ｆの６枚のレンズから構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例４のズームレンズのレンズデータを表１３に、諸元に関するデータを表１４に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表１５に、非球面係数に関するデータを表１６に、各収差図を図１６に示す。

次に、実施例５のズームレンズについて説明する。実施例５のズームレンズの構成を示す断面図を図５に示す。実施例５のズームレンズは、第４レンズ群Ｇ４がレンズＬ４ａ〜Ｌ４ｅの５枚のレンズから構成されている以外は、実施例４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５のズームレンズのレンズデータを表１７に、諸元に関するデータを表１８に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表１９に、非球面係数に関するデータを表２０に、各収差図を図１７に示す。

次に、実施例６のズームレンズについて説明する。実施例６のズームレンズの構成を示す断面図を図６に示す。

実施例６のズームレンズは、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１の中に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｏの１５枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａのみの１枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ〜Ｌ３ｅの５枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例６のズームレンズのレンズデータを表２１に、諸元に関するデータを表２２に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表２３に、非球面係数に関するデータを表２４に、各収差図を図１８に示す。

次に、実施例７のズームレンズについて説明する。実施例７のズームレンズの構成を示す断面図を図７に示す。

実施例７のズームレンズは、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とからなり、第２レンズ群Ｇ２の中に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および、第４レンズ群Ｇ４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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｆの６枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｆの６枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ、Ｌ３ｂの２枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａ〜Ｌ４ｅの５枚のレンズから構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例７のズームレンズのレンズデータを表２５に、諸元に関するデータを表２６に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表２７に、非球面係数に関するデータを表２８に、各収差図を図１９に示す。

次に、実施例８のズームレンズについて説明する。実施例８のズームレンズの構成を示す断面図を図８に示す。

実施例８のズームレンズは、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１の中に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｌの１２枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの２枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ〜Ｌ３ｅの５枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例８のズームレンズのレンズデータを表２９に、諸元に関するデータを表３０に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表３１に、非球面係数に関するデータを表３２に、各収差図を図２０に示す。

次に、実施例９のズームレンズについて説明する。実施例９のズームレンズの構成を示す断面図を図９に示す。

実施例９のズームレンズは、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、および、第５レンズ群Ｇ５は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第４レンズ群Ｇ４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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｊの１０枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａのみの１枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａ、Ｌ３ｂの２枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａ〜Ｌ４ｅの５枚のレンズから構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５ａのみの１枚のレンズから構成されている。

また、実施例９のズームレンズのレンズデータを表３３に、諸元に関するデータを表３４に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表３５に、非球面係数に関するデータを表３６に、各収差図を図２１に示す。

次に、実施例１０のズームレンズについて説明する。実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図を図１０に示す。実施例１０のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１がレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｌの１２枚のレンズから構成され、さらに第１レンズ群Ｇ１中にフィルタやプリズムなどを想定した光学部材ＰＰ１が配置されている以外は、実施例９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１０のズームレンズのレンズデータを表３７に、諸元に関するデータを表３８に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表３９に、非球面係数に関するデータを表４０に、各収差図を図２２に示す。

次に、実施例１１のズームレンズについて説明する。実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図を図１１に示す。実施例１１のズームレンズは、実施例１０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１１のズームレンズのレンズデータを表４１に、諸元に関するデータを表４２に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表４３に、非球面係数に関するデータを表４４に、各収差図を図２３に示す。

次に、実施例１２のズームレンズについて説明する。実施例１２のズームレンズの構成を示す断面図を図１２に示す。

実施例１２のズームレンズは、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とからなり、第１レンズ群Ｇ１の中に中間像が形成され、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍の際に縮小側結像面（画像表示面Ｓｉｍ）に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３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するように構成されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１ａ〜Ｌ１ｏの１５枚のレンズから構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの２枚のレンズから構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３ａのみの１枚のレンズから構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４ａ〜Ｌ４ｅの５のレンズから構成されている。

また、実施例１２のズームレンズのレンズデータを表４５に、諸元に関するデータを表４６に、変倍の際に変化する面間隔に関するデータを表４７に、非球面係数に関するデータを表４８に、各収差図を図２４に示す。

実施例１〜１２のズームレンズの条件式（１）〜（５）に対応する値を表４９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４９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１〜１２のズームレンズは全て、条件式（１）〜（５）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２．６以下と明るく、全画角が１１５°以上と広角でありながら、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２５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２５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２５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２５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２６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２６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２６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２６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２７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２７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２７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２７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２８、図２９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２８は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図２９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〜２１ｃＤＭＤ素子
２４ａ〜２４ｃＴＩＲ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〜Ｇ５レンズ群
Ｌ１ａ〜Ｌ５ａレンズ
ＰＰ、ＰＰ１、ＰＰ２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

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、
全系の最も拡大側にレンズを備え、
前記中間像よりも縮小側は、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する少なくとも２つの移動レンズ群を含む複数のレンズ群からなり、
該複数のレンズ群のうち最も縮小側の最終レンズ群は、正の屈折力を有し、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定され、
下記条件式（１），（２），および（３Ａ）を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４５ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆＢ≦０．０９９ …（２）
７．６７≦ｆＭ／｜ｆｗ｜≦１６．０５ …（３Ａ）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＡ：前記複数の移動レンズ群のうち最も縮小側の移動レンズ群の焦点距離
ｆＢ：前記複数の移動レンズ群のうち縮小側から２番目の移動レンズ群の焦点距離
ｆＭ：前記最終レンズ群の焦点距離
全体として４つまたは５つのレンズ群からなり、
最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の前記最終レンズ群は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定され、
最も拡大側のレンズ群と最も縮小側の前記最終レンズ群の間にあるレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群は、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する
請求項１記載のズームレンズ。
下記条件式（４）を満足する
請求項１または２記載のズームレンズ。
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．１ …（４）
ただし、
Ｙｍａｘ：縮小側における有効像円半径
ｅｘＰｗ：縮小側を射出側としたときの、広角端における前記縮小側結像面から近軸射出瞳位置までの光軸上の距離
下記条件式（５）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。
２＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜ …（５）
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
下記条件式（１−１）を満足する
請求項１記載のズームレンズ。
０＜｜ｆｗ｜／ｆＡ＜０．１４ …（１−１）
下記条件式（２−１）を満足する
請求項１記載のズームレンズ。
０．０３＜｜ｆｗ｜／ｆＢ≦０．０９９ …（２−１）
下記条件式（４−１）を満足する
請求項３記載のズームレンズ。
０＜Ｙｍａｘ／｜ｅｘＰｗ｜＜０．０７ …（４−１）
下記条件式（５−１）を満足する
請求項４記載のズームレンズ。
３＜Ｂｆｗ／｜ｆｗ｜＜１１ …（５−１）
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８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。
請求項１から８のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。