(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
【請求項２】
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
【請求項３】
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
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
0004658275.tif 000002
【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】
0004658275.tif 000003
【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】
0004658275.tif 000004
【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】
0004658275.tif 000005
【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
【図１】
0004658275.tif 000006
【図２】
0004658275.tif 000007
【図３】
0004658275.tif 000008
【図４】
0004658275.tif 000009
【図５】
0004658275.tif 000010
【図６】
0004658275.tif 000011
【図７】
0004658275.tif 000012