JP6124639B2 - ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 - Google Patents

Description

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。

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、画像表示素子に形成される画像全体をスクリーン面上に種々な投射倍率でかつ高解像度で投射できるズームレンズであることが要望されている。

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。

光学補正式を用いたズームレンズを画像投射装置に用いるときには、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を用いると、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。

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。

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。

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。

特公昭４０−２３０７６号公報 特開２００７−２０６４２０号公報 特開２００７−２２５８７７号公報

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となる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。

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。

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。

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レンズ群より構成され、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レンズ群は同一の軌跡で拡大共役側へ移動し、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、
６．０≦ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜１０．０
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。

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。

（Ａ），（Ｂ） 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 （Ａ），（Ｂ） 数値実施例１のズームレンズをｍｍ単位で表したときの投射距離2100ｍｍの広角端と望遠端における収差図 （Ａ），（Ｂ） 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 （Ａ），（Ｂ） 数値実施例２のズームレンズをｍｍ単位で表したときの投射距離2100ｍｍの広角端と望遠端における収差図 （Ａ），（Ｂ） 本発明の実施例３の広角端と望遠端におけるレンズ断面図 （Ａ），（Ｂ） 数値実施例３のズームレンズをｍｍ単位で表したときの投射距離2100ｍｍの広角端と望遠端における収差図 本発明の画像投射装置の要部概略図

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。

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。

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2100ｍｍ（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。

図３（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４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施例２のズームレンズの投射距離が2100ｍｍのときの広角端と望遠端における縦収差図である。

図５（Ａ），（Ｂ）は本発明のズームレンズの実施例３の広角端と望遠端のレンズ断面図である。図６（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施例３のズームレンズの投射距離が2100ｍｍのときの広角端と望遠端における縦収差図である。

図７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。

ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｂｉ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。

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。

球面収差図において実線は波長６２０ｎｍ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、Ｙは像高である。また、収差図において球面収差は０．２ｍｍ、非点収差は０．２ｍｍ、歪曲は１．０％のスケールで描いている。

各実施例のズームレンズにおいて、広角端における第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３と第４レンズ群Ｂ４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Ｂ５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、
６．０≦ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜１０．０ ・・・（１）
０．０５＜β５ｗ＜０．３０ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

次に条件式（１）、（２）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、第２，第３，第４レンズ群（以下「変倍レンズ群」という）で発生する中間ピント移動量ΔｓｋをΔｓｋ２〜４とする。そうすると以下の式で表わす事が出来る。

Δｓｋ＝β５２＊Δｓｋ２〜４
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。

Δ＝ＦＮＯ＊ｐ＊１．４（μｍ）
一般的な光学補正式のズームレンズでは、
Δｓｋ≦Δ
とする必要がある。

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。

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。条件式（２）は中間ピント変動が十分小さい状態で、光学性能を良好に補正するためには、最終レンズ群の横倍率を光学仕様が満たされる範囲で極力小さくすることが有効であることに着目したものである。

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。更に好ましくは条件式（１），（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

６．１＜ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜９．０ ・・・（１ａ）
０．１０＜β５ｗ＜０．２６ ・・・（２ａ）
以上により各実施例によれば、非線形なカムを必要としない光学補正式のズームレンズを用いて、ズーミングに伴うピント変動（以降、中間ピント変動（Δｓｋ））が許容深度に対して、十分小さく出来、かつ光学性能が良好なズームレンズを得ることができる。尚、各実施例において更に好ましくは次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

光学全長（最も拡大共役側のレンズ面頂点から、最も縮小共役側のレンズ面頂点までの距離）をＬ、第１レンズ群Ｂ１の最も拡大共役側のレンズ面から第１レンズ群Ｂ１の物体側主点までの距離をｄＬとする。第１レンズ群Ｂ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に、３つの負レンズと１つの正レンズより構成され、最も縮小共役側の負レンズと正レンズの間隔を１ｄとする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

０．５＜（ｄＬ−Ｌ）／Ｌ＜２．０ ・・・（３）
０．１＜１ｄ／Ｌ＜０．４ ・・・（４）
第１レンズ群Ｌ１の物点位置をより拡大共役側に設定することで、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を大きくとることができるようになり、屈折力が小さくできる。故に第２レンズ群以降のレンズ群においても光線を緩やかに曲げればよくなるため屈折力を小さくできる。

条件式（３）の下限値を逸脱すると、第２レンズ群Ｂ２の屈折力を強くしなければならず、それにより変倍レンズ群の屈折力も強くなりすぎてしまい、収差補正が困難になる。条件式（３）の上限を逸脱すると、第２レンズ群Ｂ２の屈折力を弱くしなければならず、それにより変倍レンズ群の合成焦点距離が大きくなりすぎて、それにより各変倍レンズ群の焦点距離も大きくなる。この結果、変倍の際の第２レンズ群Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４の移動量が大きくなり、全系が大型化してしまう。

条件式（４）の下限値を逸脱すると、第１レンズ群Ｂ１の縮小側主点位置が拡大側に十分移動しないため、変倍レンズ群の屈折力が強くなりすぎてしまい、収差補正が困難になる。条件式（４）の上限を逸脱すると、変倍レンズ群の合成焦点距離を長くしなければならず、それにより各変倍レンズ群の焦点距離も大きくなる。この結果、変倍の際の第２レンズ群Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４の移動量が大きくなり、全系が大型化してしまう。更に好ましくは条件式（３），（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．６０＜（ｄＬ−Ｌ）／Ｌ＜１．９５ ・・・（３ａ）
０．１２＜１ｄ／Ｌ＜０．３５ ・・・（４ａ）
以上のように各実施例によれば、ズーミングに伴うピント変動を最小に抑えている。そして、最終レンズ群の横倍率を小さく設定することが容易となり、変倍レンズ群の屈折力を弱くしつつ、かつ中間ピント変動を十分小さくすることが容易となる。これにより、簡易な構成でありながら全変倍域における諸収差を良好に補正し、画面全体にわたり良好な光学性能を有したズームレンズを得る事が容易になる。

［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Ｂ１乃至第５レンズ群Ｂ５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Ｂ１，第３レンズ群Ｂ３，第５レンズ群Ｂ５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Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４は一体（同じ移動軌跡）で拡大共役側へ移動する。

本実施例においては第２レンズ群Ｂ２の像側に絞りＳＰを配置している。絞りＳＰは変倍に際して第２レンズ群Ｂ２と一体的に移動する。第１レンズ群Ｂ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に、負レンズＧ１１，負レンズＧ１２，負レンズＧ１３，正レンズＧ１４より構成されている。

第２レンズ群Ｂ２は拡大共役側から縮小共役側へ順に、正レンズＧ２１，負レンズＧ２２，正レンズＧ２３，負レンズＧ２４より構成されている。第３レンズ群Ｂ３は拡大共役側から縮小共役側へ順に、負レンズＧ３１，正レンズＧ３２より構成されている。第４レンズ群Ｂ４は拡大共役側から縮小共役側へ順に負レンズＧ４１、正レンズＧ４２、正レンズＧ４３より構成されている。第５レンズ群Ｂ５は正レンズＧ５１より構成されている。

第１レンズ群Ｂ１の３つの負レンズＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３に対して正レンズＧ１４の間隔を大きく設定することで、第１レンズ群Ｂ１の縮小共役側主点を拡大共役側へ大きく移動させている。また、第２，第４レンズ群Ｂ２，Ｂ４に接合レンズまたは正レンズと負レンズを配置することで各レンズ群での色収差の発生を抑え、ズーミングに際して色収差の変動量を小さく抑えている。ここで、絞りＳＰとは、軸外の主光線が光軸と交わる位置近傍を表し、物理的な開口に限定するものではない。

条件式（１），（２）を満たすことにより、中間ピント変動（Δｓｋ）の増大を軽減している。また条件式（３），（４）を満足することにより、中間ピント変動（Δｓｋ）の増大を軽減しつつ、第１レンズ群Ｂ１の主点位置を拡大共役側にして、変倍用の第２，第４レンズ群Ｂ２，Ｂ４の屈折力を弱めつつ、所定の変倍比を確保している。

［実施例２］
実施例２のズームレンズのレンズ群の数、各レンズ群の屈折力、ズーム方式等は実施例１と同じである。第１レンズ群Ｂ１のレンズ構成は実施例１と同じである。第２レンズ群Ｂ２は拡大共役側から縮小共役側へ順に、正レンズＧ２１，正レンズＧ２２，負レンズＧ２３より構成されている。第３レンズ群Ｂ３のレンズ構成は実施例１と同じである。第４レンズ群Ｂ４は拡大共役側から縮小共役側へ順に、負レンズＧ４１，正レンズＧ４２，負レンズＧ４３より構成されている。第５レンズ群Ｂ５は拡大共役側から縮小共役側へ順に、正レンズＧ５１，正レンズＧ５２より構成されている。

本実施例は、レンズ全系の中心に近くで変倍に際して不動の第３レンズ群Ｂ３の像側に絞りを設けることでズーミングに際しての歪曲収差の変化を小さくしている。また、拡大共役側や縮小共役側の軸外主光線の入射高さ（ｈ＿）を小さく抑えて収差補正を良好に行っている。

［実施例３］
実施例３のズームレンズのレンズ群の数、各レンズ群の屈折力、ズーム方式等は実施例１と同じである。また各レンズ群のレンズ構成も実施例１と同じである。

本実施例では実施例１に比べて、第１レンズ群Ｂ１の主点位置をさらに拡大共役側に設定している。このため各変倍レンズ群の焦点距離が短くなり、屈折力が強くなっている。これにより、変倍比を効果的に得ている。

次に本発明のズームレンズの特徴を前述した特許文献１のズームレンズを例にとり説明する。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。

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。

ｆ２／ｆ４＝１ ・・・（１ｘ）
β２ｗ×β４ｔ＝１ ・・・（２ｘ）
β２ｔ×β４ｗ＝１ ・・・（３ｘ）
ｆ３／ｆ２×√２≒−１ ・・・（４ｘ）
β３ｗ×β３ｔ＝１ ・・・（５ｘ）
特許文献１の数値実施例１における式（１ｘ）〜式（５ｘ）の値は次のとおりである。

（特許文献１の数値実施例１）
式（１ｘ）＝０．９８
式（２ｘ）＝１．０５
式（３ｘ）＝１．０６
式（４ｘ）＝−０．９５
式（５ｘ）＝１．０７
特許文献１では中間ピント移動量Δｓｋが最小条件近傍の近軸配置とする事で変倍レンズ群の中間ピント変動Δｓｋを小さく抑えている。特許文献１では中間ピント移動量Δｓｋを最小条件近傍の近軸配置をとる必要がある。このため、各変倍レンズ群の屈折力の自由度が少なく、その結果、各変倍レンズ群の屈折力が大きくなってしまい、球面収差等の諸収差が大きく発生してくる傾向があった。具体的には、中間ピント移動量Δｓｋを小さくするために、前述した式（１ｘ）〜式（５ｘ）の屈折力の配置としている。

ここで式（１ｘ），式（２ｘ），式（３ｘ）は正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２と正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４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。式（４ｘ）と式（５ｘ）は負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３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Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４の中間ピント移動量Δｓｋと絶対値の等しい第３レンズ群Ｂ３の中間ピント移動量Δｓｋの得られる条件を表わす。

第２，第３，第４レンズ群Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が式（１ｘ）〜式（５ｘ）を満たす構成をとる事により、第２レンズ群Ｂ２と第４レンズ群Ｂ４で発生する変倍時の像面移動と、第３レンズ群Ｂ３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っている。これにより中間ピント変動量Δｓｋを小さく抑えている。

特許文献１の実施例１では、下記のように各変倍レンズ群の屈折力φｎが強くなっている。特許文献１の実施例１の変倍レンズ群の焦点距離と屈折力φｎ（広角端における屈折力φｗで規格化）は次のとおりである。

（特許文献１の実施例１）
第ｎレンズ群： 焦点距離 ：φｎ／φｗ
第２レンズ群： １０９．０４ ：０．６４
第３レンズ群： −７３．００ ：−０．９６
第４レンズ群： １１１．２１ ：０．６３
全 系 ： ２１．６０ （ワイド端）
これに対して本発明における光学補正式のズームレンズでは最終レンズ群である第５レンズ群Ｂ５の横倍率β５を条件式（２）の如く小さく設定している。これにより全系における中間ピント変動量を小さく抑えて、変倍レンズ群の中間ピント移動量Δｓｋの最小条件からずれた屈折力配置を取ることで変倍レンズ群の屈折力を弱く設定している。

本発明によれば中間ピント移動量Δｓｋを小さく抑えつつ、変倍レンズ群の屈折力が弱くて良好な光学性能が容易に得られる。特許文献１の実施例１と本発明の実施例１の第５レンズ群Ｂ５の横倍率β５は次のとおりである。

横倍率：特許文献１：本発明（実施例１）
β５ ：０．３９ ：０．２１
式（１ｘ）〜式（５ｘ）に対する本発明の実施例１の値は次のとおりである。

式（１ｘ）＝１．３０
式（２ｘ）＝１．０２
式（３ｘ）＝１．０１
式（４ｘ）＝−０．７８
式（５ｘ）＝１．０２
その結果、中間ピント移動量Δｓｋは許容深度に対して３％以下と十分小さい。また下記のように各変倍レンズ群の屈折力が特許文献１に比べて大幅に弱く設定できる。

本発明の実施例１における変倍レンズ群の焦点距離と屈折力φｎ（ワイド端における屈折力φｗで規格化）は次のとおりである。
第ｎレンズ群： 焦点距離 ：φｎ／φｗ
第２レンズ群： １１２．７ ：０．１９
第３レンズ群： −６２．１ ：−０．３５
第４レンズ群： ８７．０ ：０．２５
本発明の各実施例では前述した屈折力配置を実現するために、第１レンズ群Ｂ１の縮小共役側主点位置を第１レンズ群Ｂ１の拡大共役側のレンズ面より拡大共役側に大きく位置する構成にしている。

具体的には、第１レンズ群Ｂ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズを有するようにしている。そして条件式（４）に示すような間隔で配置することで、縮小共役側の主点位置を第１レンズ群Ｂ１の拡大共役側のレンズ面より拡大共役側に大きくなるように設定している。これにより第２レンズ群Ｂ２の拡大共役側の物点が第１レンズ群Ｂ１の拡大共役側のレンズ面より拡大共役側に大きく離れた位置に設定され、これにより第２レンズ群Ｂ２の焦点距離を長く設定できるようにしている。

また、中間ピント移動量Δｓｋを最小にするための式の関係より、第２レンズ群Ｂ２の焦点距離ｆ２が大きくなると、第３レンズ群Ｂ３の焦点距離ｆ３も長く設定することができる。この結果、式（１ｘ）の関係より、第２レンズ群Ｂ２の焦点距離ｆ２が大きくなると第４レンズ群Ｂ４の焦点距離ｆ４も長く設定することができる。その結果、第４レンズ群Ｂ４の縮小共役側の像点が大きく縮小共役側に移動して最終レンズ群である第５レンズ群Ｂ５の横倍率を小さく設定する事が容易となる。

各実施例において第２レンズ群Ｂ２又は第３レンズ群Ｂ３又は第４レンズ群Ｂ４は開口絞りを有する。また各実施例において、縮小共役側の瞳位置は無限遠方に位置する。

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。

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２レンズ群または第３レンズ群または第４レンズ群に設定することで、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。

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７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。

図７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１〜３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。

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。バックフォーカスＢＦは最終レンズ面から画像表示素子面までの空気換算値である。またｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。Ｅ−０Ｘは１０^-Xを意味する。

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、及び各レンズ群の屈折力、中間ピント移動量Δｓｋとの関係を示す。

ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋Ｃｈ⁸
＋Ｄｈ¹⁰＋Ｅｈ¹² 広角は広角端、中間は中間のズーム位置、望遠は望遠端を示す。

［数値実施例１］

（Ａ） レンズ構成

広角 中間 望遠
f （焦点距離） 21.60 23.77 26.13
F （開口比） 2.0 2.2 2.4
半画角（度） 29.4 27.1 25.0
レンズ全長 148.6
BF 44.7
ズーム比 1.21

r1 = 33.09 d1 = 2.00 n1 = 1.717 ν1 = 47.9
r2 = 18.54 d2 = 8.67
r3* = 59.92 d3 = 2.19 n2 = 1.530 ν2 = 55.8
r4* = 26.73 d4 = 9.07
r5 = -42.24 d5 = 2.00 n3 = 1.487 ν3 = 70.2
r6 = 97.64 d6 = 20.98
r7 = 96.11 d7 = 7.00 n4 = 1.571 ν4 = 53.0
r8 = -55.90 d8 = 可変
r9 = 43.90 d9 = 5.15 n5 = 1.567 ν5 = 42.8
r10 = -160.95 d10 = 3.02
r11 = -84.09 d11 = 1.00 n6 = 1.755 ν6 = 27.5
r12 = -726.25 d12 = 43.24
r13 = 76.33 d13 = 2.89 n7 = 1.487 ν7 = 70.2
r14 = -32.19 d14 = 0.80 n8 = 1.806 ν8 = 33.3
r15 = -287.56 d15 = 可変
r16 = -37.76 d16 = 0.80 n9 = 1.744 ν9 = 44.8
r17 = 73.11 d17 = 0.88
r18 = 168.98 d18 = 2.07 n10 =1.516 ν10 = 64.1
r19 = -51.34 d19 = 可変
r20 = -213.74 d20 = 1.00 n11 =1.806 ν11 = 33.3
r21 = 51.78 d21 = 5.28 n12 =1.487 ν12 = 70.2
r22 = -47.36 d22 = 0.50
r23 = 103.39 d23 = 4.12 n13 =1.487 ν13 = 70.2
r24 = -84.69 d24 = 可変
r25 = 64.21 d25 = 5.87 n14 =1.581 ν14 = 40.7
r26 = -72.80 d26 = 1.50
r27 = ∞ d27 = 34.60 n15 =1.516 ν15 = 64.1
r28 = ∞ d28 = 4.00
r29 = ∞ d29 = 21.00 n16 =1.805 ν16 = 25.4
r30 = ∞ d30 = 4.70
r31 = ∞

群間隔 広角 中間 望遠
d8 8.99 4.75 0.51
d15 1.61 5.86 10.09
d19 8.98 4.73 0.50
d24 0.50 4.75 8.98


（Ｂ） 非球面係数
K A B C D E
r3 0 6.68E-05 -2.80E-07 8.54E-10 -1.60E-12 1.51E-15
r4 0 5.88E-05 -2.94E-07 5.50E-10 -5.49E-13 -3.83E-16


（Ｃ） 各種データ
許容深度 0.0224
Δsk 0.0000163
φ1 /φw -0.20
φ2 /φw 0.19
φ3 /φw -0.35
φ4 /φw 0.25
φ5 /φw 0.36

［数値実施例２］
（Ａ） レンズ構成

広角 中間 望遠
f （焦点距離） 21.60 23.80 26.47
F （開口比） 2.1 2.2 2.4
半画角（度） 29.4 27.1 24.7
レンズ全長 135.5
BF 44.7
ズーム比 1.23

r1 = 36.79 d1 = 3.77 n1 = 1.638 ν1 = 57.1
r2 = 18.82 d2 = 7.53
r3* = 100.00 d3 = 2.01 n2 = 1.530 ν2 = 55.8
r4* = 45.96 d4 = 8.15
r5 = -281.79 d5 = 2.00 n3 = 1.620 ν3 = 60.3
r6 = 56.98 d6 = 23.11
r7 = 82.05 d7 = 3.73 n4 = 1.755 ν4 = 27.6
r8 = -116.18 d8 = 可変
r9 = 46.75 d9 = 4.11 n5 = 1.506 ν5 = 60.5
r10 = -86.23 d10 = 5.99
r11 = 313.16 d11 = 2.80 n6 = 1.502 ν6 = 68.9
r12 = -36.58 d12 = 1.00 n7 = 1.752 ν7 = 31.0
r13 = 109.51 d13 = 可変
r14 = -55.34 d14 = 1.00 n8 = 1.747 ν8 = 37.8
r15 = 87.42 d15 = 1.14
r16 = -156.99 d16 = 2.10 n9 = 1.499 ν9 = 69.2
r17 = -40.34 d17 = 可変
r18 = 122.08 d18 = 1.50 n10 =1.749 ν10 = 35.2
r19 = 49.71 d19 = 4.93 n11 =1.694 ν11 = 49.4
r20 = -72.81 d20 = 3.53
r21 = 56.62 d21 = 1.50 n12 =1.689 ν12 = 30.9
r22 = 41.28 d22 = 可変
r23 = 100.30 d23 = 1.89 n13 =1.495 ν13 = 69.6
r24 = -478.74 d24 = 0.50
r25 = 43.70 d25 = 3.26 n14 =1.487 ν14 = 70.4
r26 = 621.70 d26 = 1.50
r27 = ∞ d27 = 34.60 n15 =1.516 ν15 = 64.1
r28 = ∞ d28 = 4.00
r29 = ∞ d29 = 21.00 n16 =1.805 ν16 = 25.4
r30 = ∞ d30 = 4.70
r31 = ∞

群間隔 広角 中間 望遠
d8 28.24 22.83 16.93
d13 2.00 7.41 13.31
d17 17.76 12.35 6.45
d22 1.92 7.33 13.22


（Ｂ） 非球面係数
K A B C D E
r3 0 6.27E-05 -2.71E-07 1.39E-09 -3.99E-12 4.80E-15
r4 0 5.88E-05 -2.93E-07 1.55E-09 -5.00E-12 6.02E-15


（Ｃ） 各種データ
許容深度 0.0224
Δsk 0.0004806
φ1 /φw -0.09
φ2 /φw 0.14
φ3 /φw -0.27
φ4 /φw 0.23
φ5 /φw 0.35

［数値実施例３］
（Ａ） レンズ構成

広角 中間 望遠
f （焦点距離） 21.60 23.79 26.79
F （開口比） 2.0 2.2 2.5
半画角（度） 29.4 27.1 24.4
レンズ全長 135.7
BF 44.7
ズーム比 1.24

r1 = 34.63 d1 = 2.00 n1 = 1.744 ν1 = 44.9
r2 = 18.98 d2 = 8.95
r3* = 99.25 d3 = 2.36 n2 = 1.527 ν2 = 66.5
r4* = 32.47 d4 = 7.93
r5 = -52.58 d5 = 1.50 n3 = 1.531 ν3 = 66.2
r6 = 186.85 d6 = 18.02
r7 = 96.05 d7 = 5.86 n4 = 1.631 ν4 = 35.3
r8 = -67.93 d8 = 可変
r9 = 43.34 d9 = 5.02 n5 = 1.540 ν5 = 49.4
r10 = -113.07 d10 = 3.30
r11 = -79.43 d11 = 1.00 n6 = 1.755 ν6 = 27.6
r12 = -2251.25 d12 = 37.23
r13 = 103.68 d13 = 2.73 n7 = 1.487 ν7 = 70.4
r14 = -33.23 d14 = 1.22 n8 = 1.754 ν8 = 28.8
r15 = -121.53 d15 = 可変
r16 = -45.14 d16 = 0.80 n9 = 1.744 ν9 = 44.9
r17 = 81.75 d17 = 1.40
r18 = -214.73 d18 = 1.50 n10 =1.498 ν10 = 64.4
r19 = -53.91 d19 = 可変
r20 = 5821.88 d20 = 1.00 n11 =1.755 ν11 = 27.6
r21 = 56.03 d21 = 4.66 n12 =1.487 ν12 = 70.4
r22 = -53.35 d22 = 0.5
r23 = 97.89 d23 = 3.34 n13 =1.487 ν13 = 70.4
r24 = -131.60 d24 = 可変
r25 = 66.14 d25 = 4.54 n14 =1.669 ν14 = 37.4
r26 = -108.89 d26 = 1.50
r27 = ∞ d27 = 34.60 n15 =1.516 ν15 = 64.1
r28 = ∞ d28 = 4.00
r29 = ∞ d29 = 21.00 n16 =1.805 ν16 = 25.4
r30 = ∞ d30 = 4.70
r31 = ∞

群間隔 広角 中間 望遠
d8 10.33 6.59 2.00
d15 1.20 4.94 9.53
d19 8.83 5.09 0.50
d24 0.50 4.24 8.83


（Ｂ） 非球面係数
K A B C D E
r3 0 6.63E-05 -2.59E-07 8.25E-10 -1.62E-12 1.66E-15
r4 0 5.92E-05 -2.60E-07 5.42E-10 -6.26E-13 -1.01E-16

（Ｃ） 各種データ
許容深度 0.0224
Δsk 0.0001461
φ1 /φw -0.22
φ2 /φw 0.22
φ3 /φw -0.38
φ4 /φw 0.28
φ5 /φw 0.35

Ｂ１ 第１レンズ群 Ｂ２ 第２レンズ群 Ｂ３ 第３レンズ群
Ｂ４ 第４レンズ群 Ｂ５ 第５レンズ群

Claims (7)

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レンズ群より構成され、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レンズ群は同一の軌跡で拡大共役側へ移動し、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、
   ６．０≦ｆ２〜４ｗ／ｆｗ＜１０．０
   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。
2. 光学全長をＬ、前記第１レンズ群の最も拡大共役側のレンズ面から前記第１レンズ群の物体側主点までの距離をｄＬとするとき、
   ０．５＜（ｄＬ−Ｌ）／Ｌ＜２．０
   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。
3. 前記第１レンズ群は拡大共役側から縮小共役側へ順に、少なくとも１つの負レンズと少なくとも１つの正レンズを有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。
4. 前記第１レンズ群は拡大共役側から縮小共役側へ順に、３つの負レンズと１つの正レンズより構成され、最も縮小共役側の負レンズと前記正レンズの間隔を１ｄ、光学全長をＬとするとき、
   ０．１＜１ｄ／Ｌ＜０．４
   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項のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群または前記第３レンズ群または前記第４レンズ群は開口絞りを有することを特徴とする請求項１又は４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 縮小共役側の瞳位置は無限遠方に位置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。
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。