(57)【要約】      （修正有）【課題】光学補正式を用いて簡易な構成でありながら中間ピント移動量が少なく、広い変倍範囲にわたり良好なる光学性能が容易に得られるズームレンズを提供する。【解決手段】拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１乃至第５レンズ群を有し、変倍に際して第２、第４レンズ群は同一の軌跡で移動し、第２、第４レンズ群は同一の軌跡で移動し、第１、第３、第５レンズ群は不動であるズームレンズにおいて、第２、第３、第４レンズ群の合成焦点距離ｆ２〜４ｗ、第５レンズ群の横倍率β５ｗ、全系の焦点距離ｆｗを、以下のように設定した。３．００＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜６．００、０．０５＜β５ｗ＜０．３０【選択図】図１
2014071405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大共役側から縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有し、変倍に際して前記第２レンズ群と前記第４レンズ群は同一の軌跡で移動し、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第５レンズ群は不動であるズームレンズにおいて、
広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成焦点距離をｆ２〜４ｗ、広角端における前記第５レンズ群の横倍率をβ５ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
３．００＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜６．００
０．０５＜β５ｗ＜０．３０
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗとするとき、
−１．５＜β３ｗ＜−１．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
広角端における前記第２レンズ群と前記第４レンズ群の横倍率をそれぞれβ２ｗ、β４ｗとするとき、
β２ｗ＜１／β４ｗ
なる条件式を満足す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。
【請求項４】
広角端における前記第２レンズ群と前記第４レンズ群の横倍率をそれぞれβ２ｗ、β４ｗとするとき、
−０．８０＜β２ｗ＜−０．６５
−３．００＜β４ｗ＜−１．５５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項５】
変倍比をＺとするとき、
１．００＜Ｚ＜１．２５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群は拡大共役側へ移動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズと、原画を形成する画像表示素子とを有し、前記画像表示素子によって形成された原画を前記ズームレンズによって投射することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はズームレンズに関し、画像表示素子に表示された画像を拡大投射する画像投射装置（プロジェクター）に用いる投射光学系として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
画像投射装置は、パソコン・ビデオ等の画像を大画面に投影する事が可能である為、プレゼンテーションや会議を始め様々な場面で使用されている。画像投射装置に用いられる投射光学系には、画像表示素子の画面内のコントラスト特性を均一にする為に画像表示素子（縮小共役）側の瞳位置が、無限遠方に位置している事、所謂テレセントリックである事が要望されている。また、簡易な構成のズームレンズであることも要望されている。
【０００３】
一般的なズームレンズのズーム方式には機械補正式と光学補正式がある。機械補正式は変倍を担うバリエータ群と、変倍により移動する像面の補正を担うコンペンセーター群を有する。これに対し、光学補正式は変倍時にバリエータ群のみが線形移動する。このズームレンズは各レンズ群のパワーバランス（屈折力配置）と横倍率の使用範囲を適切な値に設定している。これにより変倍時に発生する像面移動量の最大値（以下、中間ピント移動量Δｓｋ）が投射画像として許容深度内に入るようにしている。ズームレンズにおいて光学補正式は、機械補正式に対してレンズ構成をより簡易なものにすることができる。
【０００４】
具体的には非線形なカム溝が形成されるカム環を使用せずに、ズームレンズを構成できる。従来、光学補正式を用いた画像投射装置用のズームレンズが知られている（特許文献１）。特許文献１ではスクリーン側である拡大共役側より画像表示素子側である縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群よりなるズームレンズを開示している。
【０００５】
そして変倍に際して第２レンズ群と、第４レンズ群を一体（同一の軌跡）で直線移動させている。このズームレンズは変倍に際して、移動レンズ群が２つあるものの双方が一体的に移動している為に、非線形なカム溝を形成したカム環が不要である。
【０００６】
一方、機械補正式を用いた画像投射装置用のズームレンズとして、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群よりなる５群ズームレンズが知られている（特許文献２、３）。特許文献２、３では広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群乃至第４レンズ群を拡大共役側へ移動させたズームレンズを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭４０−２３０７６号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６４２０号公報
【特許文献３】特開２００７−２２５８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光学補正式のズームレンズは、変倍に際してレンズ群が直線移動する。このため非線形カムを必要とせず、レンズ鏡筒が簡素化されるという特徴がある。しかしながら変倍時に像面が一致するのは変倍範囲のうちの２つの変倍位置のみであり、その他の変倍範囲では一致しない。このときの不一致量は中間ピント移動量が大きく、例えば画像投射装置の投射像としての許容範囲を外れると、外れた変倍範囲では使用することができなくなる。このため光学補正式のズームレンズを構成するには、中間ピント移動量が小さくなるようにズームタイプや屈折力配置等を特定することが重要になってくる。
【０００９】
特に拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群よりなる光学補正式を用いたズームレンズにおいては、変倍に際して移動するレンズ群の選択及びそのレンズ群の屈折力等が重要になってくる。このときのレンズ群の選択や選択したレンズ群の屈折力等が不適切であると、中間ピント移動量が増大し、広い変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが困難になる。
【００１０】
本発明は、光学補正式を用いて簡易な構成でありながら中間ピント移動量が少なく、広い変倍範囲にわたり良好なる光学性能が容易に得られるズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のズームレンズは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有し、変倍に際して前記第２レンズ群と前記第４レンズ群は同一の軌跡で移動し、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第５レンズ群は不動であるズームレンズにおいて、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成焦点距離をｆ２〜４ｗ、広角端における前記第５レンズ群の横倍率をβ５ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
３．００＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜６．００
０．０５＜β５ｗ＜０．３０
なる条件式を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学補正式を用いて簡易な構成でありながら中間ピント移動量が少なく、広い変倍範囲にわたり良好なる光学性能が容易に得られるズームレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１の広角端と望遠端におけるレンズ断面図
【図２】数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表わした時の投射距離２．１ｍの時の広角端と望遠端における収差図
【図３】従来例と本発明の実施例（広角端）の近軸配置比較図
【図４】本発明の実施例２の広角端と望遠端におけるレンズ断面図
【図５】数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表わした時の投射距離２．１ｍの時の広角端と望遠端における収差図
【図６】本発明の画像投射装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のズームレンズは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有している。変倍に際して第２レンズ群と第４レンズ群は同一の軌跡で移動し、第１レンズ群と第３レンズ群と第５レンズ群は不動である。
【００１５】
本発明のズームレンズは変倍に際して第２レンズ群と第４レンズ群が一体的に直線移動する光学補正式を用いている。特に広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群と第４レンズ群は拡大共役側へ移動する。
【００１６】
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明のズームレンズの実施例１の広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの投射距離（第１レンズ面からの距離）が２．１ｍ（数値実施例をｍｍ単位で表わしたときの距離である。以下同じ）のときにおける広角端と望遠端における縦収差図である。
【００１７】
図３（Ａ），（Ｂ）は従来例と本発明の近軸配置における屈折力を比較したときの説明図である。図４（Ａ），（Ｂ）は本発明のズームレンズの実施例２の広角端と望遠端のレンズ断面図である。図５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの投射距離が２．１ｍのときの広角端と望遠端における縦収差図である。
【００１８】
図６は本発明のズームレンズを有する画像投射装置（プロジェクター）の要部概略図である。各実施例のズームレンズは画像投射装置（プロジェクター）に用いられる投射レンズ（投射光学系）である。レンズ断面図において、左方がスクリーン、右方が被投射画像側（画像表示素子側）である。レンズ断面図において、ＬＡはズームレンズである。
【００１９】
ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは液晶パネル（画像表示素子）等の原画像（被投射画像）に相当している。本実施例では原画を形成する画像表示素子が配置される。Ｓはスクリーン面である。ＰＲは色分解、色合成用のプリズム、光学フィルター、フェースプレート（平行平板ガラス）、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。
【００２０】
矢印は広角端から望遠端へのズーミングの際のレンズ群の移動方向（移動軌跡）を示している。広角端と望遠端は変倍用のレンズ群が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。各実施例のズームレンズは拡大共役側から縮小共役側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より成る。そして変倍に際して第１、第３、第５レンズ群は不動であり、変倍に際して第２、第４レンズ群が一体的に直線移動する。
【００２１】
球面収差図において実線は波長６２０ｎｍ、点線は波長５５０ｎｍ、一点鎖線は波長４５０ｎｍである。非点収差図において点線はメリディオナル像面、実線はサジタル像面を示す。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）である。また、収差図において球面収差は０．５ｍｍ、非点収差は０．５ｍｍ、歪曲は０．５％のスケールで描いている。
【００２２】
次に本発明のズームレンズの特徴を従来例と比較しながら説明する。特許文献１のズームレンズは拡大共役側より縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群乃至第５レンズ群を有している。そして変倍時において第２レンズ群と第４レンズ群（図中２０，４０）が一体で拡大共役側へ移動する。
【００２３】
特許文献１にて開示されているズームレンズをプロジェクター用の投射レンズへ応用した時に、中間ピント移動量Δｓｋがプロジェクターの許容深度に対して約８０％の値を占めている。この結果、設計による公差分の余裕を確保することができる、小さな値でないという投射画像の画質が低下してくる。プロジェクターの許容深度Δは、使用する投射レンズのＦナンバーをＦＮＯ、使用する画像表示素子の画素ピッチ長をｐ（μｍ）とすると、以下の式で表わす事が出来る。
【００２４】
Δ＝ＦＮＯ＊ｐ＊１．４（μｍ）
特許文献１におけるズームレンズの近軸配置について述べる。
【００２５】
特許文献１のズームレンズの近軸配置は、変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋが最小となるように設定されている。具体的には第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第４レンズ群の焦点距離をｆ４とする。広角端における第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における第３レンズ群の横倍率をβ３ｔとする。広角端における第４レンズ群の横倍率をβ４ｗ、望遠端における第４レンズ群の横倍率をβ４ｔとする。このとき中間ピント移動量Δｓｋが最小となる条件は以下の式で表わせる。
【００２６】
ｆ２＝ｆ４                ・・・（１ｘ）
β２ｗ＝１／β４ｔ        ・・・（２ｘ）
β２ｔ＝１／β４ｗ        ・・・（３ｘ）
ｆ３≒−ｆ２／√２        ・・・（４ｘ）
β３ｗ＝１／β３ｔ        ・・・（５ｘ）
尚、特許文献１には２つの従来例１、２があり（１ｘ）〜（５ｘ）式中に登場するパラメータは従来例１、２において、具体的に次に示す数値となっている。
【００２７】
（従来例１）
f2= 109.04 mm
f3= -73.00mm
f4= 111.21 mm
β2w= -0.61
β2t= -0.76
β3w= -0.90
β3t= -1.19
β4w= -1.40
β4t= -1.73
（従来例２）
f2= 108.46 mm
f3= -72.64 mm
f4= 111.01 mm
β2w= -0.61
β2t= -0.76
β3w= -0.91
β3t= -1.19
β4w= -1.40
β4t= -1.72
（１ｘ）、（２ｘ）、（３ｘ）式は第２レンズ群と第４レンズ群の広角端と望遠端における、最も拡大共役側に位置する物点と最も縮小共役側に位置する像点間の距離（共役点間隔）の和を等しくする条件を表わす。（４ｘ）、（５ｘ）式は第３レンズ群の広角端と望遠端の共役点間隔を等しく、尚且つ第２レンズ群と第４レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋと絶対値の等しい第３レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋが得られる条件を表わす。
【００２８】
第２，第３，第４レンズ群が上の（１ｘ）〜（５ｘ）式を満たす構成をとる事により、第２、第４レンズ群で発生する変倍時の像面移動と、第３レンズ群で発生する変倍時の像面移動がほぼ０となる様に打ち消し合う。ここで第５レンズ群の横倍率をβ５ｗ、変倍レンズ群である第２，第３，第４レンズ群の中間ピント移動量ΔｓｋをΔｓｋ２〜４とすると全系の中間ピント移動量Δｓｋは以下の式で表わせる。
【００２９】
Δｓｋ＝β５２＊Δｓｋ２〜４    （６ｘ）
つまり、変倍レンズ群で変倍時の像面移動がほぼ０となれば全系の中間ピント移動量Δｓｋも非常に小さな値となる。
【００３０】
しかし、特許文献１は（１ｘ）〜（５ｘ）式の近傍の近軸配置であり、第２、第４レンズ群と第３レンズ群のパワーバランスの最適化が不十分であるため、中間ピント移動量Δｓｋが最小となる条件を満足していない。同時に、上記の（１ｘ）〜（５ｘ）式を満たすために変倍レンズ群の自由度が少なく、収差補正が困難である。また特許文献１では全系の入射瞳径が小さく、Ｆナンバーがプロジェクターとしての要求値より暗い。
【００３１】
特許文献１では、絞りが最も縮小共役側にある第５レンズ群に設定されている事で、光学系全体の縮小共役側に絞りが位置し、プロジェクターへの応用に必要なテレセントリック性が不十分であった。
【００３２】
本発明では（１ｘ）〜（５ｘ）式で表わされる変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋの最小条件から故意に崩した近軸配置をとる事で、変倍レンズ群の設計自由度を増加させ第５レンズ群の横倍率β５を従来よりも小さく設定した。それにより、中間ピント移動量Δｓｋの大きさが許容深度に対して十分に小さく、プロジェクターに必要なＦナンバーを確保し、良好な光学性能を有する光学補正式のズームレンズを得ている。また、絞りを最も縮小共役側の第５レンズ群でなく、第３レンズ群に設定する事で良好なるテレセントリック性も確保している。
【００３３】
本発明者は５群構成のズームレンズにおいては、全系の中間ピント移動量Δｓｋが最終レンズ群である第５レンズ群の横倍率をβ５、変倍レンズ群（第２レンズ群乃至第４レンズ群）による中間ピント移動量をΔｓｋ２〜４とすると以下の式で表せる事に着目した。
【００３４】
Δｓｋ＝β５２＊Δｓｋ２〜４
具体的には最終レンズ群の横倍率β５が中間ピント移動量Δｓｋに対して２乗で効いている事に着目し、横倍率β５の大きさを光学仕様の満たされる範囲でなるべく小さくする事が有効と考えた。そして横倍率β５及び変倍レンズ群に関する構成（Ａ１）を考案した。そして更に好ましい構成（Ａ２），（Ａ３），（Ａ４）を考案した。
【００３５】
構成（Ａ１）：拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力の第１乃至第５レンズ群を有し、変倍時に第１、第３、第５レンズ群が不動で、変倍時に第２、第４レンズ群が一体的に移動する。縮小共役側の瞳位置が略無限遠方に位置する。
広角端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の合成焦点距離をｆ２〜４ｗとする。広角端における第５レンズ群Ｌ４の横倍率をβ５ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。このとき、
３．００＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜６．００    ・・・（１）
０．０５＜β５ｗ＜０．３０              ・・・（２）
なる条件式を満足することである。
【００３６】
構成（Ａ２）：広角端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率をβ３ｗとする。このとき、
−１．５＜β３ｗ＜−１．０              ・・・（３）
なる条件式を満足することである。
【００３７】
構成（Ａ３）：広角端における第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の横倍率をそれぞれβ２ｗ、β４ｗとする。このとき、
β２ｗ＜１／β４ｗ                      ・・・（４）
なる条件式を満足することである。
【００３８】
構成（Ａ４）：広角端における第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の横倍率をそれぞれβ２ｗ、β４ｗとする。このとき、
−０．８０＜β２ｗ＜−０．６５          ・・・（５）
−３．００＜β４ｗ＜−１．５５          ・・・（６）
なる条件式を満足することである。
【００３９】
次に構成（Ａ１）乃至構成（Ａ４）の技術的意味について説明する。各実施例の５群ズームレンズにおいては、全系の中間ピント移動量Δｓｋは最終レンズ群である第５レンズ群の横倍率をβ５、変倍レンズ群である第２，第３，第４レンズ群で発生する中間ピント移動量ΔｓｋをΔｓｋ２〜４とすると以下の式で表わす事が出来る。
【００４０】
Δｓｋ＝β５２＊Δｓｋ２〜４
そして中間ピント移動量Δｓｋを許容範囲内とする横倍率β５を得るためには第２、第３、第４レンズ群（変倍レンズ群）の合成焦点距離をｆ２〜４ｗ、全系の広角端における焦点距離をｆｗとする。このとき、合成焦点距離ｆ２〜４ｗは条件式（１）を満足する事が望ましい。かつ、最も縮小共役側のレンズ群である第５レンズ群Ｌ５の広角端における横倍率β５ｗは条件式（２）の範囲に設定する事が望ましい。
【００４１】
条件式（１）の下限値を超えて、変倍レンズ群の合成焦点距離が短くなると、変倍レンズ群の各レンズ群の焦点距離も短くなり変倍に伴う収差が増大し、このときの収差補正が困難になる。また上限値を超えて、変倍レンズ群の合成焦点距離が長くなりすぎると、変倍レンズ群の各レンズ群の焦点距離も長くなり、変倍の際の移動量が大きくなり、レンズ全体が大型化する。
【００４２】
条件式（２）の下限値を超えて、横倍率β５ｗの値が小さくなりすぎると変倍レンズ群の合成焦点距離を長くしなければならず、それにより変倍レンズ群の各レンズ群の焦点距離も長くなる。この結果、変倍の際の移動量が大きくなる事や、レンズ全体が大型化するとともに、十分な長さのバックフォーカスを得るのが困難になる。また上限値を超えて横倍率β５ｗが大きくなると、中間ピント移動量Δｓｋを圧縮するのが困難となり、変倍により発生するレンズ全体の中間ピント移動量Δｓｋが、許容深度に対して大きくなるので良くない。
【００４３】
そして条件式（１）、（２）を満たすことにより実施例１、２は、後述の表１に示すように許容深度に対して十分小さな値を確保している。また、条件式（１）、（２）を満たす変倍レンズ群の合成焦点距離ｆ２〜４ｗと横倍率β５ｗを得る為には、変倍レンズ群における横倍率βの中で、特に横倍率β３ｗ，β４ｗをより拡大側にシフトした範囲に設定することが望ましい。
【００４４】
ここで、横倍率β３ｗ，β４ｗをより拡大側へシフトした範囲に設定する事が望ましい技術的内容について述べる。図３（Ａ）、（Ｂ）に従来例として先の特許文献１のズームレンズと条件式（１）、（２）を満たしている本実施例の広角端における近軸配置を比較したものを示す。
【００４５】
図３（Ａ）は従来例、図３（Ｂ）は本発明の実施例であり、それぞれ広角端における近軸配置を示している。図３では各レンズ群の位置レンズ、全長、最終像点は同じとしている。図３においてＳ３は第３レンズ群Ｌ３に対する物体距離、Ｓ３’は第３レンズ群Ｌ３の像点距離、Ｓ４は第４レンズ群Ｌ４に対する物体距離、Ｓ４’は第４レンズ群Ｌ４の像点距離、Ｓ５は第５レンズ群Ｌ５に対する物体距離を表す。そしてＢ．Ｆは全系のバックフォーカスを表わす。
【００４６】
まず、第３レンズ群Ｌ３の横倍率β３ｗを従来例よりも拡大側へシフトさせた範囲に設定する事で、横倍率の定義βｉ＝Ｓｉ’／Ｓｉより第３レンズ群Ｌ３の像点が従来例よりも拡大共役側へ移動し、第３レンズ群Ｌ３の像点距離Ｓ３’が長くなる。つまり、従来例に対して横倍率β３ｗを拡大側へシフトさせた範囲に設定する事で図３に記した第３レンズ群Ｌ３の光線軌跡の通り、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長く取れる。
【００４７】
この時、第３レンズ群Ｌ３の物点から像点までの間隔（以下、共役点間隔Ｓ３＋Ｓ３’）に着目すると、第３レンズ群Ｌ３の共役点間隔は広角端と望遠端において差が生じ、望遠端で大きくなる。ここで変倍レンズ群全体の中間ピント移動量Δｓｋを抑える為には、変倍レンズ群全体の広角端と望遠端における共役点間隔を一致させる必要がある。具体的には、第３レンズ群Ｌ３で発生した共役点間隔の差を打ち消す必要がある。
【００４８】
これを実現する為には、第４レンズ群Ｌ４の横倍率β４ｗの使用範囲を従来例より拡大側にシフトした範囲に設定する必要がある。このとき横倍率の定義βｉ＝Ｓｉ’／Ｓｉより第４レンズ群Ｌ４の像点は従来例よりも縮小共役側へ移動し、像点距離Ｓ４’が長くなる。つまり、広角端と望遠端の共役点間隔差を打ち消すと同時に、従来例に対して図３に記した第４レンズ群Ｌ４の光線軌跡の通り、第４レンズ群Ｌ４の焦点距離が長く取れる。
【００４９】
以上から、横倍率β３ｗ，β４ｗを従来例に対してより拡大側へシフトした範囲に設定する事により焦点距離ｆ３，ｆ４が長く取れ、変倍レンズ群全体の合成焦点距離ｆ２〜４が長く取れる事に繋がる。
【００５０】
そして第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４が上記に述べた構成を取る事により、最も縮小共役側のレンズ群である第５レンズ群Ｌ５は以下に述べる構成を取れることができる。第５レンズ群Ｌ５の物点距離Ｓ５は、第４レンズ群Ｌ４の像点距離Ｓ４’から第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５の間隔を差し引いたものに相当する。この事より、第４レンズ群Ｌ４の横倍率β４ｗが従来例よりも拡大側にシフトする構成をとる時は像点距離Ｓ４’が長く、同時に第５レンズ群Ｌ５に対する物点距離Ｓ５も従来例に比べて長くとる事が出来る。
【００５１】
一方でこの時、第５レンズ群Ｌ５の像点距離Ｓ５’は全系のバックフォーカスＢ．Ｆに等しい。ここで、従来例と実施例のバックフォーカスＢ．Ｆが等しいと考えると、横倍率βの定義より第５レンズ群Ｌ５の横倍率β５ｗは分母である物点距離Ｓ５が大きくなる。つまり、横倍率β５ｗが従来例よりも縮小側の値となる事を意味する。
【００５２】
以上から、条件式（１）、（２）を満たす合成焦点距離ｆ２〜４ｗと横倍率β５ｗを得る為に、横倍率β３ｗ，β４ｗを従来例よりも拡大側にシフトさせた範囲に設定する構成を取っている。これにより、許容深度に対し十分小さな全系の中間ピント移動量Δｓｋを得る事が出来る。また、変倍レンズ群のパワーを弱める事が出来、収差補正が容易になる。
【００５３】
そしてこの構成を容易に実現する為には、広角端における第２レンズ群Ｌ２の横倍率をβ２ｗ、広角端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率をβ３ｗ、広角端における第４レンズ群Ｌ４の横倍率をβ４ｗとする。このとき条件式（３）、（４）で表わされる範囲をとる事が望ましい。特に、横倍率β２ｗと横倍率β４ｗは条件式（５）、（６）の範囲を満足する事が望ましい。
【００５４】
ここで条件式（３）の下限値を超える範囲は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなりすぎそれと並行して第４レンズ群Ｌ４の焦点距離も長くなり、変倍レンズ群の合成焦点距離が長くなりすぎる。それにより、変倍の際の第４レンズ群Ｌ４の移動量が大きくなり、レンズ全体が大型化してくる。上限値を超える範囲は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなる。それにより最終的には横倍率β５ｗを小さい値に設定する事が困難となり、全系の中間ピント移動量Δｓｋを許容深度に対して十分小さくするのが困難になる。
【００５５】
条件式（４）は、横倍率β４ｗの逆数が横倍率β２ｗよりも大きくなるように横倍率β４ｗを拡大側に設定する事で、第４レンズ群Ｌ４の像点を縮小共役側に大きく移動させるためのものである。
【００５６】
その結果、横倍率β５ｗを小さく設定することが出来、変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋを圧縮している。そして、変倍により発生するレンズ全体の中間ピント移動量Δｓｋが、許容深度に対して十分小さくなるようにしている。一方で、条件式（４）を満たさないものは横倍率β４ｗが従来例よりも拡大側にシフトしない事で横倍率β５ｗが小さくならず、横倍率β５ｗによる変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋの圧縮が不十分なものとなる。
【００５７】
条件式（５）の下限値を超える範囲は、条件式（４）を満たすために広角端における横倍率β４ｗを従来例よりも拡大側にシフトさせた範囲に設定する必要が無くなり、横倍率β５ｗが小さな値とならない。それにより変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋを十分に圧縮することができず、変倍により発生するレンズ全体の中間ピント移動量Δｓｋを許容深度に対して十分小さくするのが困難になる。
【００５８】
上限値を超える範囲は、条件式（４）を満たすためには横倍率β４ｗを拡大側にシフトしすぎなければならず、それにより第４レンズ群Ｌ４の焦点距離と変倍レンズ群の合成焦点距離が長くなりすぎる。それにより、変倍の際の第４レンズ群Ｌ４の移動量が大きくなり、レンズ全体が大型化する。
【００５９】
条件式（６）の下限値を超える範囲は、第４レンズ群Ｌ４の像点距離Ｓ４’が長くなりすぎ、横倍率β５ｗの値も小さくなりすぎる。この結果、変倍レンズ群の合成焦点距離を長くしなければならない。それと同時に、変倍レンズ群の各レンズ群の焦点距離も長くなりすぎ、変倍の際の第４レンズ群Ｌ４の移動量が大きくなり、レンズ全体が大型化する。
【００６０】
また十分な長さのバックフォーカスを得るのが困難になる。上限値を超える範囲は、横倍率β５ｗが大きくなり、変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋを圧縮するのが困難となり、変倍により発生するレンズ全体の中間ピント移動量Δｓｋが、許容深度に対して十分小さくするのが困難となる。
【００６１】
条件式（１）〜（６）を満たす構成をとることによって、変倍時の中間ピント移動量Δｓｋが許容深度に対して十分小さいズームレンズを実現する事が容易になる。加えて、変倍用の第２、第３、第４レンズ群のパワーを弱めることができて、ズーム全域にて良好なる収差補正ができる。これにより画像投射装置へ良好に適用することができる。
【００６２】
各実施例において変倍比をＺとするとき、
１．００＜Ｚ＜１．２５      ・・・（７）
を満足するのが良い。これによれば、全変倍範囲にわたり光学性能をバランス良く維持することが容易になる。
【００６３】
各実施例において、更に好ましくは条件式（１）乃至（３）、（５）乃至（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００６４】
４．０＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜５．８        ・・・（１ａ）
０．１０＜β５ｗ＜０．２８              ・・・（２ａ）
−１．４０＜β３ｗ＜−１．１０          ・・・（３ａ）
−０．７５＜β２ｗ＜−０．６６          ・・・（５ａ）
−２．７０＜β４ｗ＜−１．６０          ・・・（６ａ）
１．１０＜Ｚ＜１．２４                  ・・・（７ａ）
［実施例１］
以下、本発明の実施例１について説明する。実施例１は拡大共役側より順に負、正、負、正、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１乃至第５レンズ群Ｌ５を有する５群ズームレンズである。変倍時においては第１レンズ群Ｌ１，第３レンズ群Ｌ３，第５レンズ群Ｌ５は不動である。広角端から望遠端への変倍に際して第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は一体（同じ移動軌跡）で拡大共役側へ移動する。
【００６５】
尚、本実施例においては第１５面に絞りＳＰを配置している。これは絞りＳＰを最終レンズ群（最も縮小共役側のレンズ群）へ近づけるほど軸外光線の傾斜が急となり、テレセントリック性の確保が困難になる。この他、拡大共役側にあるレンズ群のレンズ有効径が大きくなり全系が大型になってしまうことを軽減するために第１５面に配置している。本実施例においては必ずしもその第１５面に配置する必要はない。第１５面又はその近傍に設置することが望ましい。
【００６６】
［実施例２］
本発明の実施例２のズームレンズについて説明する。実施例２の実施例１との大きな差は、横倍率β５ｗをより縮小側へシフトさせた範囲に設定する為に変倍レンズ群の合成パワーを若干強め、横倍率β３ｗと横倍率β４ｗを実施例１よりも拡大側へシフトさせた範囲に設定している点である。これにより、実施例１よりも若干強いパワー範囲でも、良好なる光学性能を得ている。
【００６７】
尚、変倍レンズ群のパワーが強くなった事で、収差補正を良好に行うため変倍レンズ群においてレンズが２つ増加している。これにより、諸収差において実施例１以上の良好なる補正がなされている。その他のレンズ構成及び光学作用においては、実施例１と同じであるため詳細説明は省略する。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。以上、各実施例によれば、従来例がとっていた変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋが最小となる近軸配置から故意に崩した、上記手段で提示した近軸配置を取る事で、最終レンズ群の横倍率β５を小さく設定する事が容易となった。
【００６９】
これにより、許容深度に対して十分小さな全系の中間ピント移動量Δｓｋを得られ、変倍レンズ群の設計自由度が従来例よりも増す構成を取る事が出来る。そして明るいＦＮＯと良好な結像性能を有した液晶プロジェクター投射レンズ用のズームレンズを提供することができる。また、絞りを最終レンズ群の第５レンズ群ではなく第３レンズ群に設定する事で、上記ズームレンズのテレセントリック性も確保することができる。
【００７０】
次に本発明の各実施例における数値実施例データを以下に示す。数値実施例においてｉは物体側（拡大共役側）からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面とのレンズ肉厚及び空気間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を表す。また像側の４つの面はガラスブロックに相当する。最終面は画像表示素子面に相当している。またｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面係数である。
【００７１】
非球面形状は光軸からの高さ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、以下の式で定義される。但し、ここでＲは曲率半径である。また前述の各実施例と条件式の数値、及び全系における中間ピント移動量Δｓｋとの関係を表１に示す。
【００７２】
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ10＋Ｅｈ12
【００７３】
（数値実施例１）
f= 21.8〜26.16（ズーム比1.21）  ω＝25.0〜29.3°  F/2.03〜2.18
r         d      nd   νd      有効径
OBJ      ∞     2100.00z
1     33.442     2.00  1.735  45.6     40.00
2     18.452     8.45                  32.97
3*    56.546     2.15  1.530  55.8     32.94
4*    26.994     9.48                  31.45
5    -38.066     2.00  1.552  64.5     31.37
6     97.730    13.54                  32.81
7     91.485     7.00  1.638  48.9     40.68
8    -58.006    （可変）               40.82
9     47.816     6.00  1.567  42.8     35.83
10    -79.326     3.43                  35.61
11    -53.697     1.00  1.755  27.5     32.35
12   -173.253     44.87                 31.77
13     52.169     3.11  1.487  70.2     20.57
14    -38.366     0.80  1.806  33.3     20.42
15絞り-168.749   （可変）               20.27
16    -50.377     0.80  1.744  44.8     20.16
17     64.362     1.31                  20.48
18 -13466.423     1.15  1.516  64.1     20.77
19   -123.589     （可変）              21.10
20   -344.485     1.00  1.806  33.3     25.47
21     50.001     4.66  1.487  70.2     26.76
22    -44.556     0.50                  27.27
23     74.928     3.81  1.487  70.2     30.75
24   -100.139     （可変）              31.11
25     73.864     6.29  1.581  40.7     32.49
26    -68.398     1.50                  32.66
27      ∞       34.60  1.516  64.1     32.04
28      ∞        4.00                  27.98
29      ∞       21.00  1.805  25.4     27.27
30      ∞        4.77                  25.20
31      ∞                              24.42
W         M         T
d 8     12.12      8.85      5.59
d15      1.22      4.49      7.75
d19      7.03      3.76      0.50
d24      0.50      3.77      7.03
3  K=0  A=7.000e-05 B=-2.721e-07 C=8.028e-10 D=-1.504e-12 E= 1.499e-15
4  K=0  A=6.000e-05 B=-2.862e-07 C=4.578e-10 D=-2.942e-13 E=-5.715e-16
【００７４】
（数値実施例２）
f= 21.6〜26.14（ズーム比1.21）  ω＝24.9〜29.4°  F/2.04〜2.45
r         d      nd    νd      有効径
OBJ      ∞     2100.00
1     35.829     1.80  1.639  55.4      38.99
2     17.936     7.72                   32.03
3*    63.885     3.04  1.530  55.8      32.00
4*    24.719    12.20                   30.43
5    -22.614     2.80  1.603  60.6      30.33
6    -67.320     1.07                   34.17
7  15720.479     7.82  1.806  40.9      36.28
8    -38.579     （可変）               37.30
9    260.413     8.70  1.806  40.9      34.13
10    -27.876     3.24  1.805  25.4      33.63
11   -176.571    17.18                   33.39
12     32.851     3.81  1.487  70.2      25.07
13    155.174     （可変）               25.59
14絞り-163.469    1.80  1.589  61.1      22.53
15     32.392     （可変）               22.01
16      ∞        0.50                   23.37
17    102.874     7.84  1.805  25.4      23.64
18    -21.052     2.20  1.806  33.3      23.72
19   -165.163    20.18                   23.84
20    665.043     1.20  1.806  33.3      22.26
21     43.168     7.33  1.487  70.2      22.59
22    -26.084     1.32                   23.61
23    -27.769     1.80  1.806  33.3      23.67
24     66.638     5.52  1.487  70.2      26.48
25    -41.583     0.50                   27.77
26    848.889     3.62  1.487  70.2      29.93
27    -71.019     （可変）               30.74
28     73.122     5.26  1.713  53.9      32.67
29    -83.586     1.30                   32.71
30      ∞       34.60  1.516  64.1      32.18
31      ∞        4.00                   28.05
32      ∞       21.00  1.805  25.4      27.33
33      ∞        4.92                   25.24
34      ∞                               24.37
W         M         T
d 8      6.37      3.60      0.50
d13      1.82      4.59      7.69
d15      7.79      5.03      1.93
d27      0.50      3.27      6.37
3  K=0  A=2.000e-05  B=-5.174e-08 C= 5.338e-11  D=1.994e-13 E=1.154e-16
4  K=0  A=7.296e-06  B=-8.090e-08 C=-1.443e-11  D=8.403e-14 E=2.023e-15
【００７５】
【表１】
2014071405.tif 000003
【００７６】
次に本発明のズームレンズを画像投射装置（プロジェクター）に適用した実施例を図６を用いて説明する。同図は本発明のズームレンズを３板式のカラー液晶プロジェクターに適用し、複数の液晶表示素子に基づく複数の色光の画像情報を色合成手段を介して合成し、投射用レンズでスクリーン面上に拡大投射する画像投射装置を示している。
【００７７】
図６においてカラー液晶プロジェクター１００はＲ，Ｇ，Ｂの３枚のパネルを有する。更にＲ，Ｇ，Ｂからの各色光を色合成手段としてのプリズム２００を有する。そして１つの光路に合成し、前述したズームレンズより成る投射レンズ３００を用いてスクリーン４００に投影している。このように実施例１、２のズームレンズをプロジェクター等に適用することにより、高い光学性能を有する画像投射装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００７８】
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
【図１】
2014071405.tif 000004
【図２】
2014071405.tif 000005
【図３】
2014071405.tif 000006
【図４】
2014071405.tif 000007
【図５】
2014071405.tif 000008
【図６】
2014071405.tif 000009