(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成る５群ズームレンズであって、
前記第１群及び前記第５群が固定群であり、望遠端から広角端へのズーミングにおいて、前記第２群と前記第３群が拡大側から縮小側に移動するとともに、前記第４群が縮小側から拡大側に移動し、更に以下の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とするズームレンズ；
-2.0＜f1／fW＜-1.1  …(1)
1.3＜f2／fW＜2.7   …(2)
3.5＜f3／fW＜20    …(3)
0.6＜f5／fW＜1.2   …(4)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
f1：第１群の焦点距離、
f2：第２群の焦点距離、
f3：第３群の焦点距離、
f5：第５群の焦点距離、
である。
【請求項２】
さらに以下の条件式(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。
0.6＜(fW／f2)＋(fW／f3)＜0.75  …(5)
【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するものであり、例えば、投影装置(液晶パネルの画像をスクリーン上に投影する液晶プロジェクター等)用の投影光学系として好適なズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影画像を明るくするために、マイクロレンズアレイ付き液晶パネルを搭載した液晶プロジェクターが最近多くなってきている。従来より知られている液晶プロジェクター用ズームレンズの多くはF2.5前後であるが、プロジェクターにマイクロレンズアレイ付き液晶パネルを使用すると、より明るい(Ｆナンバーの小さい)ズームレンズが必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
投影用のズームレンズとしての光学性能を満たしながらＦナンバーを小さくすることは難しく、例えば、特開平１０−２６８１９３号公報で提案されている負・正・正・負・正タイプのズームレンズでは、広角端でのＦナンバーを1.5程度まで明るくすることは収差補正上困難である。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、高性能で明るいズームレンズを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明のズームレンズは、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群と、正のパワーを有する第２群と、正のパワーを有する第３群と、負のパワーを有する第４群と、正のパワーを有する第５群と、から成る５群ズームレンズであって、前記第１群及び前記第５群が固定群であり、望遠端から広角端へのズーミングにおいて、前記第２群と前記第３群が拡大側から縮小側に移動するとともに、前記第４群が縮小側から拡大側に移動し、更に以下の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とする。
-2.0＜f1／fW＜-1.1  …(1)
1.3＜f2／fW＜2.7   …(2)
3.5＜f3／fW＜20    …(3)
0.6＜f5／fW＜1.2   …(4)
ただし、
fW：広角端での全系の焦点距離、
f1：第１群の焦点距離、
f2：第２群の焦点距離、
f3：第３群の焦点距離、
f5：第５群の焦点距離、
である。
【０００６】
第２の発明のズームレンズは、上記第１の発明の構成において、さらに以下の条件式(5)を満足することを特徴とする。
0.6＜(fW／f2)＋(fW／f3)＜0.75  …(5)
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したズームレンズを、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、投影装置(例えば液晶プロジェクター)用の投影光学系として好適なズームレンズであるが、撮像装置(例えばビデオカメラ，デジタルカメラ)用の撮像光学系としても好適に使用可能であることは言うまでもない。
【０００８】
図１，図２は、第１，第２の実施の形態のズームレンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、望遠端(T)でのレンズ配置を示している。各レンズ構成図中の矢印mj(j=1,2,3,4,5)，矢印mSは、望遠端(長焦点距離端,T)から広角端(短焦点距離端,W)へのズーミングにおける第ｊ群(Grj)，絞り(ST)の移動をそれぞれ模式的に示しており、破線矢印(m1,m5,mS)はズーミングにおいて位置固定であることを示している。また、レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側(つまり被投影側)から数えてi番目の面であり、diが付された軸上面間隔は、拡大側から数えてi番目の軸上面間隔di(i=1,2,3,...)のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。
【０００９】
第１，第２の実施の形態は、拡大側より順に、負のパワーを有する第１群(Gr1)と、正のパワーを有する第２群(Gr2)と、正のパワーを有する第３群(Gr3)と、負のパワーを有する第４群(Gr4)と、正のパワーを有する第５群(Gr5)と、から成る５群ズームレンズであり、第５群(Gr5)の縮小側にはズーミング時固定のダイクロイックプリズム(Pr)が配置されている。ズーム群としては、第１群(Gr1)及び第５群(Gr5)が固定群であり、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第４群(Gr4)が移動群である。
【００１０】
各実施の形態では、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミングにおいて、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)が拡大側から縮小側に移動するとともに(m2,m3)、第４群(Gr4)が縮小側から拡大側に移動する。このズーミングにおいて、第１群(Gr1)と第２群(Gr2)との間隔及び第４群(Gr4)と第５群(Gr5)との間隔は単調に増加し、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間隔は、第１の実施の形態(図１)では単調に増加し、第２の実施の形態(図２)では単調に減少する。また、第１の実施の形態(図１)では第３群(Gr3)と第４群(Gr4)との間に配置されている絞り(ST)がズーミングにおいて位置固定であるが、第２の実施の形態(図２)では絞り(ST)が第３群(Gr3)の一部としてズーム移動する。なおフォーカシングは、例えば第１群(Gr1)のフォーカス移動により行われる。
【００１１】
第１の実施の形態(図１)において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズ及び両凹の負レンズから成っている。第２群(Gr2)は、縮小側に凸の正メニスカスレンズ及び拡大側に凸の正メニスカスレンズから成っている。第３群(Gr3)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズと両凸の正レンズとから成る接合レンズで構成されている。第４群(Gr4)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとから成る接合レンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第５群(Gr5)は、両凹の負レンズと両凸の正レンズとから成る接合レンズと、２枚の両凸の正レンズと、で構成されている。
【００１２】
第２の実施の形態(図２)において、各群は拡大側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズ及び両凹の負レンズから成っている。第２群(Gr2)は、縮小側に凸の正メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成っている。第３群(Gr3)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズと拡大側に凸の正メニスカスレンズとから成る接合レンズと、絞り(ST)と、で構成されている。第４群(Gr4)は、拡大側に凸の正メニスカスレンズと縮小側に凹の負メニスカスレンズとから成る接合レンズと、両凹の負レンズと、で構成されている。第５群(Gr5)は、両凹の負レンズと両凸の正レンズとから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、拡大側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。
【００１３】
上記各実施の形態では、最も拡大側に負のパワーを有する固定群が配置されている。負のパワーを有する第１群(Gr1)をズーミング時固定とすることにより、第１群(Gr1)のレンズ径を小さくすることができる。また、１群繰り出しによるフォーカシング方式を採用しても、第１群(Gr1)のメカ構成は簡単になるとともに径方向にコンパクトになる。したがって、全体として径方向にコンパクトなズームレンズが得られる。
【００１４】
上記各実施の形態のように、第１群(Gr1)と第５群(Gr5)が固定群で、望遠端(T)から広角端(W)へのズーミング時に第２群(Gr2)と第３群(Gr3)が拡大側から縮小側へ移動するとともに第４群(Gr4)が縮小側から拡大側へ移動する負・正・正・負・正の５群ズームレンズにおいては、以下の条件式(1)〜(4)のうちの少なくとも一つを満足することが望ましく、条件式(1)〜(4)をすべて満足することが更に望ましい。条件式(1)〜(4)を満たすことにより、マイクロレンズアレイ付き液晶パネルを搭載した液晶プロジェクターに適した、高性能で明るい(Ｆナンバーの小さい)ズームレンズを実現することができる。
【００１５】
-2.0＜f1／fW＜-1.1  …(1)
1.3＜f2／fW＜2.7   …(2)
3.5＜f3／fW＜20    …(3)
0.6＜f5／fW＜1.2   …(4)
ただし、
fW：広角端(W)での全系の焦点距離、
f1：第１群(Gr1)の焦点距離、
f2：第２群(Gr2)の焦点距離、
f3：第３群(Gr3)の焦点距離、
f5：第５群(Gr5)の焦点距離、
である。
【００１６】
条件式(1)は、第１群(Gr1)のパワーを規定している。条件式(1)の下限を下回ると、第１群(Gr1)のパワーが弱くなりすぎて、１群繰り出しによるフォーカス時の第１群(Gr1)の移動量が大きくなる。このため、無限遠から近接までの収差変動が大きくなり、無限遠と近接での性能のバランスがとりずらくなる。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、第１群(Gr1)のパワーが強くなりすぎて、歪曲収差を抑えられなくなる。
【００１７】
条件式(2),(3)は、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)のパワーをそれぞれ規定している。条件式(2)又は(3)の下限を下回ると、第２群(Gr2)又は第３群(Gr3)のパワーが強くなり過ぎるため、収差を抑えるのが困難になる。逆に、条件式(2)又は(3)の上限を上回ると、第２群(Gr2)又は第３群(Gr3)のパワーが弱くなるため、ズーム時の移動量が大きくなる。その結果、全長が増大し、また絞り(ST)位置によっては第１群(Gr1)の径の大型化を招くことになる。
【００１８】
条件式(4)は、第４群(Gr4)のパワーを規定している。条件式(4)の下限を下回ると、第４群(Gr4)のパワーが強くなり過ぎるため、ダイクロイックプリズム(Pr)を配置するために必要なバックフォーカスを確保することができなくなる。逆に、条件式(4)の上限を上回ると、第４群(Gr4)のパワーが弱くなるため、バックフォーカスが長くなりすぎてしまい、投影システムの大型化を招くことになる。
【００１９】
ズームレンズの大きさと光学性能とのバランスをとるためには、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)のパワーバランスを規定する以下の条件式(5)を満足することが更に望ましい。条件式(5)を満たすことにより、ズームレンズのコンパクト性と高い光学性能を効果的に保持しながら、明るいズームレンズを達成することができる。この条件式(5)の下限を下回るとレンズ全長が伸びて大型化し、逆に条件式(5)の上限を上回ると諸収差の発生を抑えることが困難になる。
0.6＜(fW／f2)＋(fW／f3)＜0.75  …(5)
【００２０】
なお、前述した各実施の形態を構成している各群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で、各群を構成してもよい。また、収差補正を効果的に行うために、少なくとも１つのレンズ面を非球面で構成してもよい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施したズームレンズの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１，第２の実施の形態を表すレンズ構成図(図１，図２)は、対応する実施例１，２のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００２２】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、望遠端(長焦点距離端,T)〜ミドル(中間焦点距離状態,M)〜広角端(短焦点距離端,W)での可変空気間隔である。これらの各焦点距離状態(T),(M),(W)での全系の焦点距離(f,mm)及びＦナンバー(FNO)、並びに各条件式の対応値を併せて示す。
【００２３】
図３，図４は実施例１，実施例２にそれぞれ対応する収差図であり、(T)は望遠端，(W)は広角端における縮小側での無限遠物体に対する諸収差{左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。Y':最大像高(mm)}を示している。球面収差図において、実線(d)はｄ線に対する球面収差、一点鎖線(g)はｇ線に対する球面収差、二点鎖線(c)はｃ線に対する球面収差、破線(SC)は正弦条件を表している。非点収差図において、破線(DM)はメリディオナル面でのｄ線に対する非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面でのｄ線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲％を表している。なお、各実施例を投影用のズームレンズとして投影装置(例えば液晶プロジェクター)に用いる場合には、本来はスクリーン面(被投影面)が像面であり表示素子面(例えば液晶パネル面)が物体面であるが、各実施例では光学設計上それぞれ縮小系(例えば撮像光学系)とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面で光学性能を評価している。
【００２４】
《実施例１》
0004123683.tif 000002
0004123683.tif 000003
0004123683.tif 000004
【００２５】
《実施例２》
0004123683.tif 000005
0004123683.tif 000006
0004123683.tif 000007
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高性能で明るい(Ｆナンバーの小さい)ズームレンズを実現することができる。例えばマイクロレンズアレイ付き液晶パネルを搭載した液晶プロジェクターに、本発明に係るズームレンズを使用すれば、従来よりも明るい投影画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】実施例１の収差図。
【図４】実施例２の収差図。
【符号の説明】
Gr1  …第１群
Gr2  …第２群
Gr3  …第３群
Gr4  …第４群
Gr5  …第５群
ST   …絞り
Pr   …ダイクロイックプリズム
【図１】
0004123683.tif 000008
【図２】
0004123683.tif 000009
【図３】
0004123683.tif 000010
【図４】
0004123683.tif 000011