JP6712932B2 - ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置 Download PDF

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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、２）
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リレー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。
特開２０１５−１５２８９０号公報 特開２０１５−１７９２７０号公報
しかしながら、特許文献１に記載されたレンズ系は、３つの実施例のうち最も大きい画角でも１１０°以下であり、画角が十分に広いとは言えない。
また、特許文献２に記載されたレンズ系は、非点収差が大きく発生しており、この構成のまま性能を確保しようとすると、レンズ外径が大型化するという問題がある。
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、小型のズームレンズ、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。
本発明の第１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、最も拡大側にレンズを備え、第２光学系は、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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、第２光学系の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有し、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
３＜ｂ／ａ＜１５ …（２）
ただし、
ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
とする。
なお、ａ、ｂの光束径は、縮小側から設計Ｆ値の５倍のＦ値のテレセントリック光を入力した状態で、拡大側結像面が無限遠にあるときの、最も拡大側のレンズ面より拡大側の光束径とする。また、ｂの光束径は、主光線に垂直な方向での光束径とする。
本発明の第２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２光学系は、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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、拡大側から順に、移動レンズ群、固定レンズ群、移動レンズ群、固定レンズ群からなり、２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、第２光学系の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有す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。
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．２ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．１５ …（１−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２１：第２光学系の最も拡大側のレンズ群の焦点距離
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。
３＜ｂ／ａ＜１５ …（２）
５＜ｂ／ａ＜１０ …（２−１）
ただし、
ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
とする。
なお、ａ、ｂの光束径は、縮小側から設計Ｆ値の５倍のＦ値のテレセントリック光を入力した状態で、拡大側結像面が無限遠にあるときの、最も拡大側のレンズ面より拡大側の光束径とする。また、ｂの光束径は、主光線に垂直な方向での光束径とする。
また、第２光学系の拡大側から３番目のレンズ群は、正の屈折力を有する移動レンズ群であることが好ましい。
また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２３＜０．１５ …（３）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２３：第２光学系の拡大側から３番目のレンズ群の焦点距離
とする。
また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
０．０５＜｜ｆｗ｜／ｆ２ｅ＜０．３ …（４）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２ｅ：第２光学系の最も縮小側のレンズ群の焦点距離
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。
０．７＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜３ …（５）
０．８＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜２ …（５−１）
ただし、
ｆ１：広角端での第１光学系の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。
また、第２光学系は、拡大側から順に、移動レンズ群、固定レンズ群、移動レンズ群、移動レンズ群、固定レンズ群からなるものとしてもよい。
また、第１光学系は、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されることが好ましい。
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２光学系は、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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、第２光学系の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有するものとしたので、広角でありながら、小型のズームレンズ、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２２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２光学系Ｇ２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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有す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第２光学系Ｇ２のリレー倍率変化が、中間像のサイズ変化に相当し、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固定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、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ群を、正の屈折力を有するものとすることで、最大像高近辺の光線を効率よく内側に曲げる事ができるため、光学系のレンズ径を小さく保つ事ができる。
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し、第２光学系Ｇ２の最も拡大側のレンズ群である第２−１レンズ群Ｇ２１について正の屈折力を有するものとすることで、最大像高近辺の光線を効率よく内側に曲げる事ができるため、光学系のレンズ径を小さく保つ事ができる。条件式（１）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、最大画角近辺の光線が急激に変化するのを防ぎ、その結果、非点収差を抑えることができる。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。条件式（１−１）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のパワーが弱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の全長を抑えレンズ系全体が大型化するのを防ぐことができる。
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．２ …（１）
０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．１５ …（１−１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２１：第２光学系の最も拡大側のレンズ群の焦点距離
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、画角が広く、諸収差が良好に補正され、かつ周辺光量比が確保されたレンズとすることができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、レンズ外径が大きくなるのを防ぐことができる。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。
３＜ｂ／ａ＜１５ …（２）
５＜ｂ／ａ＜１０ …（２−１）
ただし、
ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
とする。
また、第２光学系Ｇ２の拡大側から３番目のレンズ群である第２−３レンズ群Ｇ２３は、正の屈折力を有する移動レンズ群であることが好ましい。このような構成とすることで、非点収差の補正を良好に行うことができる。
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し、第２−３レンズ群Ｇ２３について正の屈折力を有するものとすることで、非点収差の補正に有利となる。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、変倍の際の球面収差の変動を抑えるのに有利となる。
０＜｜ｆｗ｜／ｆ２３＜０．１５ …（３）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２３：第２光学系の拡大側から３番目のレンズ群の焦点距離
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）の下限以下とならないようにすることで、第２光学系Ｇ２の最も縮小側の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、第２光学系Ｇ２の全長を抑えレンズ系全体が大型化するのを防ぐことができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、第２光学系Ｇ２の最も縮小側の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、像面湾曲の補正に有利となる。
０．０５＜｜ｆｗ｜／ｆ２ｅ＜０．３ …（４）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ２ｅ：第２光学系の最も縮小側のレンズ群の焦点距離
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、球面収差、像面湾曲、非点収差の補正に有利となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、中間結像位置付近のレンズ径が拡大するの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。
０．７＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜３ …（５）
０．８＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜２ …（５−１）
ただし、
ｆ１：広角端での第１光学系の焦点距離
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
とする。
また、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、移動レンズ群、固定レンズ群、移動レンズ群、固定レンズ群からなるものとしてもよい。このように、２つの移動レンズ群のうちの１つを、リレーレンズである第２光学系Ｇ２の最も拡大側とすることで、変倍の際の倍率色収差の変動を効果的に抑える事ができる。なお、後述の実施例１〜４が、この態様に相当する。
また、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、固定レンズ群、移動レンズ群、移動レンズ群、固定レンズ群からなるものとしてもよい。このように、２つの移動レンズ群を隣り合った位置に配置することで機械的構成が単純になるため、コストを低減することができる。なお、後述の実施例５〜８が、この態様に相当する。
また、第２光学系Ｇ２は、拡大側から順に、移動レンズ群、固定レンズ群、移動レンズ群、移動レンズ群、固定レンズ群からなるものとしてもよい。上記に対して移動レンズ群を３つに増やすことで、変倍の際の諸収差の変動をより良好に抑える事ができるため、変倍比をさらに増やす事ができる。なお、後述の実施例９が、この態様に相当する。
また、第１光学系Ｇ１は、変倍の際に縮小側結像面に対して固定されることが好ましい。このような構成とすることで、レンズ構成を簡素化することができる。
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２〜９に対応した図２〜９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側が拡大側である。また、図１〜９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Ｇ１は、第１−１レンズ群Ｇ１１のみから構成され、第２光学系Ｇ２は、第２−１レンズ群Ｇ２１、第２−２レンズ群Ｇ２２、第２−３レンズ群Ｇ２３、および、第２−４レンズ群Ｇ２４から構成されている。
第１−１レンズ群Ｇ１１、第２−２レンズ群Ｇ２２、および、第２−４レンズ群Ｇ２４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２−１レンズ群Ｇ２１および第２−３レンズ群Ｇ２３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１−１レンズ群Ｇ１１はレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｊの１０枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａのみの１枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａ、Ｌ２２ｂの２枚のレンズから構成され、第２−３レンズ群Ｇ２３はレンズＬ２３ａ〜Ｌ２３ｅの５枚のレンズから構成され、第２−４レンズ群Ｇ２４はレンズＬ２４ａ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２〜９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、光学部材ＰＰも含めて示している。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´、バックフォーカスＢｆ´、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〜最大２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ
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〜最大２０）
とする。
実施例１のズームレンズの各収差図を図１０に示す。なお、図１０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１０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１１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〜Ｌ１１ｍの１３枚のレンズから構成されている以外は、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１２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、実施例３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１３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、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Ｇ１は、第１−１レンズ群Ｇ１１のみから構成され、第２光学系Ｇ２は、第２−１レンズ群Ｇ２１、第２−２レンズ群Ｇ２２、第２−３レンズ群Ｇ２３、および、第２−４レンズ群Ｇ２４から構成されている。
第１−１レンズ群Ｇ１１、第２−１レンズ群Ｇ２１、および、第２−４レンズ群Ｇ２４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２−２レンズ群Ｇ２２および第２−３レンズ群Ｇ２３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１−１レンズ群Ｇ１１はレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｍの１３枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａ、Ｌ２１ｂの２枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａ、Ｌ２２ｂの２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、第２−４レンズ群Ｇ２４はレンズＬ２４ａ〜Ｌ２４ｅの５枚のレンズから構成されている。
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１４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、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａのみの１枚のレンズから構成され、第２−３レンズ群Ｇ２３はレンズＬ２３ａ〜Ｌ２３ｅの５枚のレンズから構成され、第２−４レンズ群Ｇ２４はレンズＬ２４ａのみの１枚のレンズから構成されている以外は、実施例５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１５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、実施例６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１６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、第１−１レンズ群Ｇ１１がレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｋの１１枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１がレンズＬ２１ａのみの１枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２がレンズＬ２２ａ、Ｌ２２ｂの２枚のレンズから構成されている以外は、実施例７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１７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、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Ｇ１は、第１−１レンズ群Ｇ１１のみから構成され、第２光学系Ｇ２は、第２−１レンズ群Ｇ２１、第２−２レンズ群Ｇ２２、第２−３レンズ群Ｇ２３、第２−４レンズ群Ｇ２４、および、第２−５レンズ群Ｇ２５から構成されている。
第１−１レンズ群Ｇ１１、第２−２レンズ群Ｇ２２、および、第２−５レンズ群Ｇ２５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２−１レンズ群Ｇ２１、第２−３レンズ群Ｇ２３、および、第２−４レンズ群Ｇ２４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１−１レンズ群Ｇ１１はレンズＬ１１ａ〜Ｌ１１ｊの１０枚のレンズから構成され、第２−１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２１ａのみの１枚のレンズから構成され、第２−２レンズ群Ｇ２２はレンズＬ２２ａ、Ｌ２２ｂの２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、第２−４レンズ群Ｇ２４はレンズＬ２４ａ〜Ｌ２４ｄの４枚のレンズから構成され、第２−５レンズ群Ｇ２５はレンズＬ２５ａ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１８に示す。
実施例１〜９のズームレンズの条件式（１）〜（５）に対応する値を表３７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３７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１〜９のズームレンズは全て、条件式（１）〜（５）を満たしており、全画角が広角端で１２０°以上と広角でありながら、小型の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１９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１９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１９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１９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２０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２０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２０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２０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２１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２１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２１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２１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２２、図２３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２２は、カメラ４００を前側から見た斜視図を示し、図２３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
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
Ｇ２４ 第２−４レンズ群
Ｇ２５ 第２−５レンズ群
Ｌ１１ａ〜Ｌ２５ａ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 画像表示面
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (15)

  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、最も拡大側にレンズを備え、
    前記第２光学系は、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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、
    該２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、
    前記第２光学系の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有し、
    下記条件式（２）を満足する
    ことを特徴とするズームレンズ。
    ３＜ｂ／ａ＜１５ …（２）
    ただし、
    ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
    ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
  2. 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、
    該第２光学系は、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２つ以上の移動レンズ群と、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される２つの固定レンズ群とからなり、拡大側から順に、前記移動レンズ群、前記固定レンズ群、前記移動レンズ群、前記固定レンズ群からなり、
    前記２つの固定レンズ群のうちの１つの固定レンズ群は、最も縮小側に配され、かつ、正の屈折力を有し、
    前記第２光学系の最も拡大側のレンズ群は、正の屈折力を有する
    ことを特徴とするズームレンズ。
  3. 下記条件式（１）を満足する
    請求項１または２記載のズームレンズ。
    ０＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．２ …（１）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ２１：前記第２光学系の最も拡大側のレンズ群の焦点距離
  4. 下記条件式（２）を満足する
    請求項２記載のズームレンズ。
    ３＜ｂ／ａ＜１５ …（２）
    ただし、
    ｂ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での最大像高の子午面内の光束径
    ａ：広角端における設計Ｆ値の５倍のＦ値での軸上光線の光束径
  5. 前記第２光学系の拡大側から３番目のレンズ群は、正の屈折力を有する前記移動レンズ群である
    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（３）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。
    ０＜｜ｆｗ｜／ｆ２３＜０．１５ …（３）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ２３：前記第２光学系の拡大側から３番目のレンズ群の焦点距離
  7. 下記条件式（４）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。
    ０．０５＜｜ｆｗ｜／ｆ２ｅ＜０．３ …（４）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ２ｅ：前記第２光学系の最も縮小側のレンズ群の焦点距離
  8. 下記条件式（５）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。
    ０．７＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜３ …（５）
    ただし、
    ｆ１：広角端での前記第１光学系の焦点距離
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
  9. 前記第２光学系は、拡大側から順に、前記移動レンズ群、前記固定レンズ群、前記移動レンズ群、前記移動レンズ群、前記固定レンズ群からなる
    請求項１記載のズームレンズ。
  10. 前記第１光学系は、変倍の際に前記縮小側結像面に対して固定される
    請求項１から９のいずれか１項記載のズームレンズ。
  11. 下記条件式（１−１）を満足する
    請求項３記載のズームレンズ。
    ０．０１＜｜ｆｗ｜／ｆ２１＜０．１５ …（１−１）
  12. 下記条件式（２−１）を満足する
    請求項１または４記載のズームレンズ。
    ５＜ｂ／ａ＜１０ …（２−１）
  13. 下記条件式（５−１）を満足する
    請求項８記載のズームレンズ。
    ０．８＜ｆ１／｜ｆｗ｜＜２ …（５−１）
  14. 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１３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。
  15. 請求項１から１３のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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