JP2008257005A - ズームレンズ及び画像投射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】像面湾曲の距離変動を至近から無限遠の広い投射距離にわたって良好に補正でき、良好な光学性能を有するズームレンズを提供する。
【解決手段】ズームレンズは、複数のレンズユニット１０〜６０を有し、該複数のレンズユニットのうち最も拡大側に配置され、負の光学的パワーを有する第１レンズユニット１０と、該第１レンズユニットよりも縮小側に配置され、移動して変倍を行う変倍レンズユニット２０〜５０とを有する。第１レンズユニットは、拡大側から順に、負の光学的パワーを有する第１Ａレンズサブユニットと正の光学的パワーを有する第１Ｂレンズサブユニットにより構成される。無限遠側から至近側へのフォーカシングのために、第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットは間隔を広げながら移動し、第１Ｂレンズサブユニットは縮小側に移動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）の投射レンズ等に好適なズームレンズに関する。
プロジェクタには、投射距離が変わっても投射画像の画質が大きく変化しないこと、つまり投射レンズ性能の距離変動が少ないことが要求される。
また、プロジェクタでは、ＲＧＢ液晶パネル等の画像形成素子から射出した複数の色光を色合成光学系により合成して投射レンズに導くため、投射レンズには、長いバックフォーカスが必要となる。したがって、投射レンズには、絞りよりも被投射面（スクリーン）側に強い負の屈折力を配した所謂レトロフォーカスタイプのレンズ構成が採用される場合が多い。
ただし、レトロフォーカスタイプのレンズは、主にその非対称性から距離変動による像面湾曲が発生しやすいという特徴があり、投射レンズ性能の距離変動を少なくすることが難しい。しかも、投射距離をより短くするために広角化が進むと、上記特徴がさらに顕著に現れる。さらに、画像形成素子の高解像化により、像面湾曲の距離変動の許容範囲がますます小さくなっている。
像面湾曲の距離変動を低減する技術としては、従来、フローティングと呼ばれる方法が用いられてきた。フローティングは、フォーカシングに際して複数のレンズユニットを像面湾曲等の収差を補正し合うように同時に移動させる技術である。特に、変倍に寄与しない最も拡大側の第１レンズユニットを２つのレンズサブユニットに分割してフローティングを行うタイプでは、変倍によるピント位置変動がないという利点がある。このように、第１レンズユニットを２つに分割してフローティングを行う技術は、例えば特許文献１で提案されている。
また、フローティングとは分類し難いが、最も拡大側のレンズサブユニットを固定し、次の縮小側のレンズサブユニットを移動させてフォーカシングを行う所謂インナーフォーカスタイプのズームレンズが特許文献２，３で開示されている。これらのズームレンズでは、最も拡大側のレンズサブユニットが負で、フォーカシングを行うレンズサブユニットが正である。
さらに、正の屈折力を有する固定のレンズサブユニットよりも拡大側に負の屈折力を有するレンズサブユニットを設け、該負のレンズサブユニットを移動させてフォーカシングを行うズームレンズが特許文献４で開示されている。
特開２００２−３５７７７１号公報（段落００１５〜００１８、図１等） 特許第３２６３８３５号公報（段落０００５） 特開２００１−１２４９９１号公報（段落００６３〜００７１、図２等） 特開２００６−２３４８９３号公報（段落００５５〜００６７、図１等）
特許文献１にて開示されたズームレンズでは、全体として負屈折力を有し、変倍時に不動の第１レンズユニットを負の屈折力をそれぞれ有する第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニットに分割してフローティングを行う。しかしながら、負＋負タイプのフローティングは、第１レンズユニットの全体でフォーカシングを行う場合に比べてレンズ移動量が増すため、小型化に不向きである。
また、特許文献２にて開示されたズームレンズでは、第１レンズユニット全体に対する第１Ｂレンズユニットのパワー比率が大きいため、像面補正効果が十分に得られない。また最も縮小側のレンズユニットが負であるために、投射レンズのように縮小側にてテレセントリックであることを要するズームレンズとしては不向きである。
また、特許文献３にて開示されたズームレンズでは、有効像円が非常に小さく、像面湾曲の影響が少ないレンズであるともに、第１Ｂレンズユニットの屈折力が非常に弱く、本願発明とは目的を異にするものである。
さらに、特許文献４にて開示されたズームレンズでは、第１レンズユニットの全体を移動させる場合に比べるとある程度は像面湾曲が改善されるが、像面湾曲変動を十分な除去するまでの効果は得られない。
本発明は、像面湾曲の距離変動を至近から無限遠の広い投射距離にわたって良好に補正でき、良好な光学性能を有するズームレンズを提供する。
本発明の一側面としてのズームレンズは、複数のレンズユニットを有し、該複数のレンズユニットのうち最も拡大側に配置され、負の光学的パワーを有する第１レンズユニットと、該第１レンズユニットよりも縮小側に配置され、移動して変倍を行う変倍レンズユニットとを有する。第１レンズユニットは、拡大側から順に、負の光学的パワーを有する第１Ａレンズサブユニットと正の光学的パワーを有する第１Ｂレンズサブユニットにより構成される。そして、無限遠側から至近側へのフォーカシングのために、第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットは間隔を広げながら移動し、第１Ｂレンズサブユニットは縮小側に移動することを特徴とする。
また、本発明の他の側面としてのズームレンズは、複数のレンズユニットを有し、該複数のレンズユニットのうち最も拡大側に配置され、負の光学的パワーを有する第１レンズユニットと、該第１レンズユニットよりも縮小側に配置され、移動して変倍を行う変倍レンズユニットとを有する。第１レンズユニットは、拡大側から順に、負の光学的パワーを有する第１Ａレンズサブユニットと正の光学的パワーを有する第１Ｂレンズサブユニットにより構成される。そして、フォーカシング時に第１Ａレンズサブユニットは不動であり、無限遠側から至近側へのフォーカシングのために第１Ｂレンズサブユニットが縮小側に移動する。さらに、以下の条件を満足することを特徴とする。
−２０００＜ｆ１Ｂ／ｆ１＜−１.０
ただし、ｆ１Ｂは第１Ｂレンズサブユニットの焦点距離であり、ｆ１は第１レンズユニット全体の焦点距離である。
本発明によれば、像面湾曲の距離変動を至近から無限遠の広い投射距離にわたって良好に補正でき、良好な光学性能を有するズームレンズを実現することができる。
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
図２０には、本発明の実施例１であるズームレンズを投射レンズとして備えた画像投射装置の構成を示している。
図２０において、３０３は液晶ドライバである。この液晶ドライバ３０３には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置３５０からのビデオ信号が入力される。液晶ドライバ３０３は、該ビデオ信号を、画像形成素子としての反射型液晶表示素子であるレッド（Ｒ）用液晶表示素子３Ｒ、グリーン（Ｇ）用液晶表示素子３Ｇ及びブルー（Ｂ）用液晶表示素子３Ｂの駆動信号に変換する。これにより、レッド用液晶表示素子３Ｒ、グリーン用液晶表示素子３Ｇ及びブルー用液晶表示素子３Ｂはそれぞれ独立に制御される。
３０１は照明光学系である。なお、図の枠内における左側には、右側に示した照明光学系３０１の側面図を示している。照明光学系３０１は、高圧水銀ランプ等の光源ランプ３０１ａから発せられた白色光を、図の紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏光に変換してダイクロイックミラー３０５に導く。
本実施例のダイクロイックミラー３０５は、マゼンタ色の光を反射してグリーン色の光を透過する。これにより、白色光のうちマゼンタ光成分が偏向されて、ブルークロスカラー偏光子３１１に導かれる。
ブルークロスカラー偏光子３１１は、ブルー色の偏光に対して半波長のリタデーションを与える。これにより、紙面に水平な偏光方向を有する直線偏光であるブルー光成分と、紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏光であるレッド光成分とが生成される。
次に、ブルー光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ３１０にＰ偏光として入射し、その偏光分離膜を透過して、ブルー用液晶表示素子３Ｂに導かれる。また、レッド光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ３１０にＳ偏光として入射し、その偏光分離膜で反射されてレッド用液晶表示素子３Ｒに導かれる。
一方、ダイクロイックミラー３０５を透過したグリーン光成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過した後、第２の偏光ビームスプリッタ３０７に入射する。図の紙面に垂直な偏光方向を有するグリーン光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ３０７の偏光分離膜に対してＳ偏光であるため、ここで反射されてグリーン用液晶表示素子３Ｇに導かれる。
以上のようにして、レッド用液晶表示素子３Ｒ、グリーン用液晶表示素子３Ｇ及びブルー用液晶表示素子３Ｇに照明光が入射する。
各液晶表示素子は、入射した照明光（偏光光）に対して、該液晶表示素子上に配列された画素の変調状態に応じてリタデーションを与える。各液晶表示素子からの反射光のうち、照明光と同じ方向の偏光成分は、照明光の光路を概ね引き返して光源ランプ側に戻る。
また、各液晶表示素子からの反射光のうち、照明光の偏光方向に対して直交する偏光方向の偏光成分により形成される画像光は以下のように進む。
レッド用液晶表示素子３Ｒから射出した図の紙面に水平な偏光方向の直線偏光であるレッド光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ３１０の偏光分離膜をＰ偏光として透過し、次にレッドクロスカラー偏光子３１２を透過する。レッドクロスカラー偏光子３１２は、レッド光成分に半波長のリタデーションを与える。これにより、レッド光成分は、図の紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏光に変換される。そして、該レッド光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ３０８にＳ偏光として入射し、その偏光分離膜で反射して、投影光学系３０４に導かれる。
ブルー用液晶表示素子３Ｂから射出した図の紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏光であるブルー光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ３１０の偏光分離膜でＳ偏光として反射し、レッドクロスカラー偏光子３１２をそのまま通過する。そして、該ブルー光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ３０８にＳ偏光として入射し、その偏光分離面で反射して投影光学系３０４に導かれる。
グリーン用液晶表示素子３Ｇから射出した図の紙面に水平な偏光方向を有する直線偏光であるグリーン光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ３０７の偏光分離膜をＰ偏光として透過し、次に光路長を補正するためのダミーガラス３０９を透過する。そして、該ブルー光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ３０８にＰ偏光として入射し、その偏光分離膜を透過して、投影光学系３０４に導かれる。
第３の偏光ビームスプリッタ３０８で色合成されたレッド、グリーン及びブルー光成分は、投影光学系３０４の入射瞳によって捕らえられ、光拡散スクリーン（被投射面）３１３に転送される。各液晶表示素子の光変調面とスクリーン３１３の光拡散面とが投影光学系３０４によって光学的に共役な関係に配されているため、スクリーン３１３上には、ビデオ信号に応じた画像が投射（表示）される。なお、レッド用液晶表示素子３Ｒ、グリーン用液晶表示素子３Ｇ及びブルー用液晶表示素子３Ｂは、対応する画素からの光がスクリーン３１３上において所定の精度で重なるように調整されている。
次に、本実施例の投射レンズ（ズームレンズ）について、図１を用いて説明する。図１は、ズームレンズの広角状態での光学断面を示す。
本実施例のズームレンズは、全１３枚のレンズエレメントを含む６つのレンズユニット１０，２０，３０，４０，５０，６０により構成されている。７０は前述した偏光ビームスプリッタである。ＩＥは液晶表示素子である。
該６つのレンズユニット１０〜６０は、拡大共役側（単に拡大側ともいう）から縮小共役側（単に縮小側ともいう）に順に、負，正，正，正，負，正の屈折力（光学的パワー：焦点距離の逆数）を各レンズユニットが有している。なお、本実施例では、各レンズユニットは１又は複数枚のレンズエレメントにより構成されているが、レンズ面に貼り付けられた回折光学素子等、他の光学素子を含んでいてもよい。
全１３枚のレンズエレメント中、第２レンズエレメント及び第７レンズエレメントが両面非球面レンズである。変倍（以下、ズーミングともいう）の際には、第２、第３、第４及び第５レンズユニット２０〜５０が光軸方向に移動し、第１レンズユニット１０と第６レンズユニット６０は固定（不動）である。すなわち、第１及び第６レンズユニット１０，６０は、変倍に寄与しないレンズユニットであり、第２〜第５レンズユニット２０〜５０が変倍レンズユニットである。
第１レンズユニット１０は、拡大共役側に配置された負の屈折力を有する第１Ａレンズサブユニット（図中に１Ａと示す）と、縮小共役側に配置された正の屈折力を有する第１Ｂレンズサブユニット（図中に１Ｂと示す）とによって構成されている。第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットは、無限遠側（無限遠）から至近側（至近）へのフォーカシングに際しては、それらの間の間隔を広げながら共に縮小共役側に移動する。
ここで、本実施例の負＋正のフローティングにおけるフォーカシング時の第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットの動きを図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて説明する。
図１９Ａには、拡大共役側距離の変化に伴う第１レンズユニット全体の動きによる縮小側共役点（縮小共役側主点）の移動を示す。無限遠側（遠方）から至近側（至近）へ拡大共役側距離が変化すると、これと共に縮小側共役点Ｆ′は縮小共役側に向かって移動する。厳密には、第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニット間の間隔の変化によって、第１レンズユニット全体の合成焦点距離は変化する。しかし、この変化量は、拡大共役側距離の変化量に比べて十分小さいので、縮小側共役点の移動方向や移動量にほとんど影響を与えない。
一方、図１９Ｂには、第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニット間の間隔の変化による縮小側共役点の移動を示す。第１Ｂレンズサブユニットは、縮小共役側に移動することで、アンダー方向の像面湾曲を発生させる。このため、オーバー方向の像面湾曲を発生させる無限遠側から至近側へのフォーカシング時には、第１Ｂレンズサブユニットは第１Ａレンズサブユニットから遠ざかる。また、第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニット間の間隔が広がると、第１レンズユニット全体の縮小側共役点Ｈ′は拡大共役側に移動する。
この図１９Ｂに示す縮小側共役点の移動量は、図１９Ａに示す移動量よりも大きいため、無限遠側から至近側にフォーカシングを行う場合には、第１Ｂレンズサブユニットが必ず縮小共役側に移動する（繰り込まれる）ことになる。第１Ａレンズサブユニットの動きは、第１Ｂレンズサブユニットの屈折力を変えることで任意に調節可能である。
本実施例のように第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニットが共に移動する場合には、基本的には第１Ｂレンズサブユニットの屈折力には制約はない。しかし、収差補正のバランス上、以下の条件（１）〜（４）のうち少なくとも１つを満足するとより好ましい。なお、条件式（１）〜（４）はあくまで満たされることがより好ましい条件を示すものに過ぎず、必ず満たされることが必要な条件ではない。
−２０００＜ｆ１Ｂ／ｆ１＜−１.０ …（１）
−３０＜ＳＦ＜−０．２ …（２）
−０．７＜ｆ１Ａ／ｆ１Ｂ＜−０．０２ …（３）
０．１＜｜ｆＷ／ｂｆ｜＜０．８ …（４）
ただし、ｆ１Ａは第１Ａレンズサブユニットの焦点距離であり、ｆ１Ｂは第１Ｂレンズサブユニットの焦点距離である。また、ｆ１は第１レンズユニット全体の焦点距離である。また、第１Ｂレンズサブユニットの最も縮小共役側のレンズ面と最も拡大共役側のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲＲ，ＲＦとするとき、ＳＦ＝（ＲＲ＋ＲＦ）／（ＲＲ−ＲＦ）である。さらに、ｆＷは本実施例のズームレンズの広角端での全系の焦点距離、ｂｆは該ズームレンズの最も縮小側のレンズ面から縮小側共役面までの空気換算バックフォーカス（バックフォーカスの空気換算値）である。
第１Ｂレンズサブユニットの屈折力を、図１９Ａと図１９Ｂの移動量が等しくなるように設定すると、第１Ａレンズサブユニットをフォーカシングに際して固定することができる。このとき、像面湾曲を補正しつつフォーカシングを行うために、第１Ｂレンズサブユニットの屈折力が、言い換えれば第１Ｂレンズサブユニットの第１レンズユニット全体の屈折力に対する比が条件式（１）を満たすことが好ましい。
該比が条件式（１）の下限値より大きいと、アンダー方向の像面湾曲不足により像面湾曲変動を補正しきれなくなることを回避しつつフォーカシングを行うことができる。また、該比が条件式（１）の上限値より小さいと、第１Ｂレンズサブユニットの移動量が増えたりオーバー方向の像面湾曲の発生により像面湾曲変動を悪化させたりすることを回避しつつフォーカシングを行うことができる。
条件式（２）は、第１Ｂレンズサブユニットのレンズ面の好ましい形状を示す。ＳＦが条件式（２）の下限値より大きいことで、アンダー方向の像面湾曲の発生量を像面湾曲補正に対して十分確保でき、上限値より小さいことで該補正が過剰にならないようにすることができる。
条件式（３）は、第１Ａレンズサブユニットの屈折力の第１Ｂレンズサブユニットの屈折力に対する比を示している。この範囲を満たすことで長いバックフォーカスと収差バランスを両立しながら、本方式のフォーカスを実現できる。
条件式（４）は、ズームレンズのバックフォーカスに関するものである。ｆＷ／ｂｆの絶対値が条件式（４）を満たすことで、プロジェクタとして好適なバックフォーカスを得ることができる。
また、さらに好ましくは、上記条件式（１）〜（４）に代えて、以下の条件式（１′）〜（４）′のうち少なくとも１つを満足するとよい。
−３０＜ｆ１Ｂ/ｆ１＜−１．５ …（１′）
−２０＜ＳＦ＜−０．６ …（２′）
−０．４＜ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ＜−０．０４ …（３′）
０．２＜｜ｆＷ /ｂｆ｜＜０．６ …（４′）
また、上記条件式以外に、以下の条件を満たすとよりよい。
（５）ズームレンズの最も縮小共役側のレンズユニットは、正の屈折力を有し、フォーカシングの際には固定（不動）であるとよい。プロジェクタの投射レンズには、ＣＣＤセンサをＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いた撮像装置の撮像レンズと同様に、縮小共役側がテレセントリックであることが求められる。この場合、最も縮小共役側のレンズユニットが正の屈折力を持つと都合がよい。
（６）第１Ｂレンズサブユニットの最も縮小共役側のレンズ面が縮小共役側に向かって凸の面であると、アンダー方向の像面湾曲を発生させるため、像面湾曲補正に好適であるる。特に、最も拡大共役側のレンズ面と最も縮小共役側のレンズ面とが共に、縮小共役側に向かって凸の面である場合は、両面で像面湾曲が補正できるため、補正効果を高めることができる。この場合、両レンズ面が縮小共役側に向かって凸の面であるメニスカスレンズエレメントを１つ用いて第１Ｂレンズサブユニットを構成すると、高い像面湾曲の補正効果とレンズ構成の簡略化とを両立させることができる。
尚、上述の（１）〜（６）はより好ましい効果を奏するための構成であり、この（１）〜（６）の構成は本発明にとって必須ではない。好ましくは、（１）〜（６）の構成のうち少なくとも１つ、好ましくは全ての構成を有することが望ましい。
表１には、本実施例の数値例を示す。ｆはズームレンズの焦点距離、ωは半画角、ＦはＦナンバーである。表中の面番号は、スクリーン側（拡大共役側）から順に各レンズ面に付した番号である。また、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔（隣り合うレンズ面間の物理的間隔）である。ｎｄ，νｄはそれぞれ、レンズエレメントを構成するガラス材料のｄ線の屈折率及びアッベ数を示す。
表中、zが付されたレンズ面間隔は、ズーミングまたはフォーカシングに伴って変化する量で、表中に各状態の値を示す。また、面番号の右側に*が付されたレンズ面は、以下の関数により表される非球面形状を有し、その係数を表中に示す。ｙは径方向の座標、ｘは光軸方向の座標を示す。また、「ｅ−Ｘ」は、「×１０−Ｘ」を意味する。
ｘ＝（ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ2 ／Ｒ2 ）｝1/2 ］
＋ Ａｙ4 ＋Ｂｙ6 ＋Ｃｙ8 ＋Ｄｙ10＋Ｅｙ12
以上説明したレンズ諸元の表記の意味は、後述する他の実施例（数値例）でも同じである。
図２及び図３には、本数値例の２.１ｍの投射距離での広角端と望遠端での収差図を示す。
《表１》
ｆ＝21.79〜31.90 ω＝29.5°〜21.0° F/1.85〜F/2.63

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -1.642
ＳＦ ＝ -0.848
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.279
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.48

r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 39.281 2.32 1.805 25.4
2 20.390 6.31
3* 173.744 3.60 1.529 55.8
4* 30.994 10.35
5 -22.720 1.90 1.487 70.2
6 590.397 2.00z
7 431.325 6.38 1.612 37.0
8 -35.434 17.25z
9 152.532 3.37 1.834 37.1
10 -170.845 27.18z
11 40.304 4.69 1.516 64.1
12 804.656 22.66z
13* -137.453 2.17 1.583 59.3
14* -67.225 0.50
15 0.000 1.74z
16 -82.657 1.10 1.834 37.1
17 22.600 7.44 1.496 81.5
18 -24.365 1.67
19 -20.490 1.40 1.834 37.1
20 47.510 6.98 1.622 58.1
21 -39.760 0.50
22 114.757 9.53 1.487 70.2
23 -28.901 0.50z
24 79.636 3.46 1.805 25.4
25 12542.577 1.50
26 0.000 32.76 1.516 64.1
27 0.000 5.00
28 0.000 21.00 1.672 32.2
29 0.000

K A B C D E
3 0.000e+000 2.967e-005 -9.811e-008 3.034e-010 -4.865e-013 2.697e-016
4 -1.279e+000 2.582e-005 -1.149e-007 3.036e-010 -4.480e-013 -2.078e-016
13 0.000e+000 -3.879e-006 5.625e-009 -4.265e-011 6.893e-013 -1.596e-015
14 0.000e+000 -2.145e-006 5.690e-009 -3.216e-011 7.085e-013 -1.806e-015

W M T
d 6 2.00 2.00 2.00
d 8 17.25 5.79 0.32
d10 27.18 26.08 16.49
d12 22.66 16.18 17.47
d15 1.74 11.65 14.90
d23 0.50 9.63 20.16

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 8700.00 1200.00 8700.00
d 6 2.20 1.80 2.20 1.80
d 8 16.67 17.83 -0.25 0.90
図４には、本発明の実施例２であるズームレンズ（投射レンズ）の広角状態での光学断面を示す。
本実施例は、実施例１と基本的なレンズ構成は同じであるが、第１Ｂレンズサブユニットの屈折力を大きく変えたことで、像側主点の移動量と像点移動のバランスが取れ、第１Ａレンズサブユニットがフォーカシングに際して固定（不動）とされたものである。
この結果、フォーカシングに際しては第１Ｂレンズサブユニットだけ動かせばよく、実施例１に対してズームレンズを収容及び駆動するレンズ鏡筒の構成を簡略化できる。また、第１Ｂレンズサブユニットは、偏心敏感度が非常に小さく、第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットを両方とも動かす場合や従来のように第１レンズユニット全体を動かしてフォーカシングを行う場合に比べて生産性を向上させることができる。
ただし、本実施例のように第1Ａレンズサブユニットを固定する場合には、第１Ｂレンズサブユニットの屈折力が、言い換えれば第１Ｂレンズサブユニットの第１レンズユニット全体の屈折力に対する比が条件式（１）を満たす必要がある。また、実施例１で説明したのと同様の理由から条件式（２）〜（４）のうち少なくとも１つを満たすとより好ましい。
さらに好ましくは、条件式（１）〜（４）に代えて、以下の条件（１″）及び（２′）〜（３′）のうち少なくとも１つを満たすとよい。
−３０＜ｆ１Ｂ／ｆ１＜−１．２ …（１″）
−２０＜ＳＦ＜−０．６ …（２′）
０．２＜｜ｆＷ／ｂｆ｜＜０．６ …（３′）
−０．４＜ｆ１Ａ／ｆ１Ｂ＜−０．０４ …（４′）
表２には、本実施例の数値例を示す。また、図５及び図６には、２.１ｍの投射距離における広角端と望遠端での収差図を示す。
《表２》
ｆ＝21.83〜31.98 ω＝29.5°〜21.0° F/1.85〜F/2.45

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -5.06
ＳＦ ＝ -8.982
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.140
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.48
r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 32.398 3.00 1.805 25.4
2 20.568 7.43
3* 182.576 3.60 1.529 55.8
4* 31.944 11.17
5 -23.895 2.00 1.487 70.2
6 -88.669 3.90z
7 -38.717 4.03 1.834 37.1
8 -30.960 12.88z
9 116.756 3.90 1.834 37.1
10 -184.486 37.00z
11 42.683 4.65 1.567 42.8
12 -2453.112 18.79z
13* -158.031 2.53 1.583 59.3
14* -62.096 1.44
15 0.000 1.92z
16 -66.083 1.10 1.834 37.1
17 24.330 6.70 1.487 70.2
18 -25.658 1.71
19 -20.756 1.40 1.806 33.2
20 74.326 6.24 1.487 70.2
21 -34.883 0.50
22 161.145 9.18 1.496 81.5
23 -27.972 0.78z
24 75.477 4.14 1.805 25.4
25 -1016.390 1.50
26 0.000 32.76 1.516 64.1
27 0.000 5.00
28 0.000 21.00 1.672 32.2
29 0.000
IMG 0.000

K A B C D E
3 0.000e+000 3.603e-005 -1.196e-007 3.811e-010 -6.816e-013 5.882e-016
4 -3.210e-001 3.171e-005 -1.320e-007 3.605e-010 -5.625e-013 1.194e-016
13 0.000e+000 -4.233e-006 4.570e-009 2.119e-011 1.685e-013 1.603e-016
14 0.000e+000 -1.962e-006 8.354e-009 -3.922e-012 3.910e-013 -4.491e-016

W M T
d 6 3.90 3.90 3.90
d 9 12.88 5.12 1.37
d10 37.00 32.70 19.04
d12 18.79 16.74 19.89
d15 1.92 7.99 10.16
d23 0.78 8.81 20.90

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 9000.00 1200.00 9000.00
d 6 4.21 3.59 4.21 3.59
d 8 12.58 13.19 1.07 1.68
図７には、本発明の実施例３であるズームレンズ（投射レンズ）の広角状態での光学断面を示す。
本実施例のズームレンズも、基本的なレンズ構成及びフォーカス方法は実施例２と同じである。ただし、第１レンズユニット１０として正の屈折力を有するレンズユニットを用いると共に、第２レンズユニット２０の拡大共役側面に樹脂材料により形成された所謂レプリカ非球面を用いている。
第１Ａレンズサブユニットに正の屈折力を有するレンズエレメントが設けられることで、第１Ｂレンズサブユニットの第１レンズユニット全体に対する屈折力比が実施例２に対して弱まっている。
表３には、本実施例の数値例を示す。また、図８及び図９には、２.１ｍの投射距離における広角端と望遠端での収差図を示す。
《表３》
ｆ＝21.83〜31.98 ω＝29.5°〜21.0° F/1.85〜F/2.63

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -7.97
ＳＦ ＝ -14.7534
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.096
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.48

r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 186.158 4.09 1.487 70.2
2 -245.483 0.40
3* 76.847 0.05 1.579 39.9
4 69.745 2.60 1.806 33.2
5 28.632 8.71
6 350.000 3.60 1.696 55.5
7 29.071 12.27
8 -21.765 2.00 1.487 70.2
9 -43.671 2.80z
10 -32.725 3.78 1.806 40.9
11 -28.570 13.44z
12 137.206 4.23 1.834 37.1
13 -109.678 24.48z
14 40.509 4.75 1.487 70.2
15 328.101 26.29z
16* 756.599 2.71 1.583 59.3
17* -73.676 0.50
18 0.000 2.22z
19 -53.227 1.10 1.834 37.1
20 24.281 7.94 1.496 81.5
21 -22.813 1.46
22 -20.629 1.40 1.834 37.1
23 121.915 5.92 1.622 58.1
24 -37.914 0.50
25 142.258 8.96 1.487 70.2
26 -29.952 0.50z
27 69.883 3.30 1.805 25.4
28 358.487 1.50
29 0.000 32.76 1.516 64.1
30 0.000 5.00
31 0.000 21.00 1.672 32.2
32 0.000
IMG 0.000

K A B C D E
3 0.000e+000 2.283e-006 -1.004e-009 -1.424e-012 3.264e-015 -3.502e-018
16 0.000e+000 -4.623e-006 5.451e-009 -1.677e-010 1.215e-012 -2.802e-015
17 0.000e+000 -2.353e-006 8.993e-009 -1.912e-010 1.450e-012 -3.511e-015

W M T
d 9 2.80 2.80 2.80
d11 13.44 4.62 1.41
d13 24.48 22.52 9.73
d15 26.29 21.23 24.44
d18 2.22 11.90 14.77
d26 0.50 6.66 16.58

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 9000.00 1200.00 9000.00
d 9 3.16 2.46 3.16 2.46
d11 13.03 13.80 1.00 1.77
d13 24.48 24.48 9.73 9.73
図１０には、本発明の実施例４であるズームレンズ（投射レンズ）の広角状態での光学断面を示す。
本実施例は、全１２枚のレンズエレメントにより構成された６つのレンズユニット１０〜６０を有するズームレンズである。該６つのレンズユニット１０〜６０は、拡大共役側から順に、負，正，正，負，正，正の屈折力を有する。また、全１２枚のレンズエレメント中、第２レンズエレメントが両面非球面レンズである。
ズーミングの際には、第２，３，４，５レンズユニット２０〜５０が移動し、第１レンズユニット１０と第６レンズユニット６０は固定（不動）とされる。すなわち、第１及び第６レンズユニット１０，６０は、変倍に寄与しないレンズユニットであり、第２〜第５レンズユニット２０〜５０が変倍レンズユニットである。
また、無限遠（遠方）側から至近側へのフォーカシングに際しては、第１Ａレンズサブユニットと第１Ｂレンズサブユニットは、それらの間の間隔を広げながら共に縮小共役側に移動する。
表４には、本実施例の数値例を示す。また、図１１及び図１２には、２.１ｍの投射距離における広角端と望遠端での収差図を示す。
《表４》
ｆ＝16.74〜24.53 ω＝31.0°〜22.3° F/1.95〜F/2.60

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -1.812
ＳＦ ＝ -0.880
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.252
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.39

r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 38.216 2.50 1.749 35.2
2 18.693 6.47
3* 100.000 2.88 1.529 55.7
4* 30.723 9.72
5 -26.038 1.80 1.603 60.6
6 159.909 5.06z
7 551.098 6.38 1.603 38.0
8 -35.233 19.05z
9 97.824 3.37 1.834 37.1
10 -495.963 44.29z
11 39.781 4.25 1.516 64.1
12 -8480.044 14.85
13 0.000 0.87z
14 290.288 1.80 1.834 37.1
15 20.719 5.97 1.487 70.2
16 -39.876 1.43z
17 -22.238 2.06 1.834 37.1
18 45.751 5.40 1.487 70.2
19 -33.070 0.50
20 83.020 8.41 1.487 70.2
21 -27.762 2.08z
22 145.159 3.35 1.784 25.6
23 -124.900 1.00
24 0.000 33.44 1.516 64.1
25 0.000 18.00 1.805 25.4
26 0.000
IMG 0.000

K A B C D E
3 0.000e+000 5.546e-005 -2.429e-007 8.648e-010 -1.629e-012 1.095e-015
4 0.000e+000 4.557e-005 -2.782e-007 8.090e-010 -1.241e-012 -6.886e-016

W M T
d 6 5.06 5.06 5.06
d 8 19.05 8.42 1.43
d10 44.29 40.17 31.43
d13 0.87 5.75 11.09
d16 1.43 3.75 4.33
d21 2.08 9.64 19.45

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 9000.00 1200.00 9000.00
d 6 5.26 4.81 5.26 4.81
d 8 18.38 19.90 0.75 2.28
図１３には、本発明の実施例５であるズームレンズ（投射レンズ）の広角状態での光学断面を示す。
本実施例は、全１５枚のレンズエレメントにより構成された５つのレンズユニット１０〜５０を有するズームレンズである。該５つのレンズユニット１０〜５０は、拡大共役側から順に、負，正，正，正，正の屈折力を有する。全１５枚のレンズエレメント中、第２レンズエレメントが両面非球面レンズである。
ズーミングの際には、第２，３，４レンズユニット２０〜４０が移動し、第１レンズユニット１０と第５レンズユニット５０は固定（不動）とされる。すなわち、第１及び第５レンズユニット１０，５０は、変倍に寄与しないレンズユニットであり、第２〜第４レンズユニット２０〜４０が変倍レンズユニットである。
第１Ａレンズサブユニットは、フォーカシングに際して固定されている。つまり、フォーカシングに際しては第１Ｂレンズサブユニットだけが移動する。
表５には、本実施例の数値例を示す。また、図１４及び図１５には、２.１ｍの投射距離における広角端と望遠端での収差図を示す。
《表５》
ｆ＝21.8〜32.0 ω＝29.2°〜20.9° F/1.85〜F/2.65

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -1.33
ＳＦ ＝ -1.3
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.300
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.48

r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 35.847 2.32 1.805 25.4
2 20.530 7.06
3* 283.819 3.16 1.529 55.8
4* 41.975 10.93
5 -25.721 1.99 1.487 70.2
6 -365.063 6.67z
7 -356.435 5.46 1.834 37.1
8 -46.567 30.33z
9 53.451 4.30 1.834 37.1
10 -1350.928 27.87z
11 124.166 5.08 1.487 70.2
12 -23.860 1.50 1.772 49.5
13 -196.907 2.03
14 -37.103 2.23 1.772 49.5
15 -27.752 0.50
16 0.000 1.70z
17 -84.481 1.10 1.698 30.1
18 21.035 6.42 1.487 70.2
19 -36.463 2.44
20 -21.176 1.40 1.834 37.1
21 99.485 6.47 1.487 70.2
22 -30.133 0.71
23 163.023 8.81 1.496 81.5
24 -29.998 0.50z
25 83.700 4.02 1.805 25.4
26 -278.349 1.50
27 0.000 32.76 1.516 64.1
28 0.000 5.00
29 0.000 21.00 1.672 32.2
30 0.000
IMG 0.000

W M T
d 6 6.67 6.67 6.67
d 8 30.33 12.57 4.00
d10 27.87 24.05 17.53
d16 1.70 10.81 20.29
d24 0.50 12.98 18.58

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 8700.00 1200.00 8700.00
d 6 6.90 6.42 6.90 6.42
d 8 29.66 31.06 3.32 4.73

K A B C D E
3 0.000e+000 4.927e-005 -1.468e-007 3.810e-010 -4.464e-013 1.105e-016
4 0.000e+000 4.362e-005 -1.440e-007 2.205e-010 2.380e-013 -1.353e-015
図１６には、本発明の実施例６であるズームレンズ（投射レンズ）の広角状態での光学断面を示す。
本実施例は、全１５枚のレンズエレメントにより構成された５つのレンズユニット１０〜５０を有するズームレンズである。該５つのレンズユニット１０〜５０は、拡大共役側から順に、負，正，正，負，正の屈折力を有する。全１５枚のレンズエレメント中、第２レンズエレメントが両面非球面レンズである。
ズーミングの際には、第２，３，４レンズユニット２０〜４０が移動し、第１レンズユニット１０と第５レンズユニット５０は固定（不動）とされる。すなわち、第１及び第５レンズユニット１０，５０は、変倍に寄与しないレンズユニットであり、第２〜第４レンズユニット２０〜４０が変倍レンズユニットである。
第１Ａレンズサブユニットは、フォーカシングに際して固定されている。つまり、フォーカシングに際しては第１Ｂレンズサブユニットだけが移動する。
表６には、本実施例の数値例を示す。また、図１７及び図１８には、２.１ｍの投射距離における広角端と望遠端での収差図を示す。
《表６》
ｆ＝21.8〜32.0 ω＝29.2°〜20.9° F/1.85〜F/2.65

ｆ１Ｂ/ｆ１ ＝ -1.332
ＳＦ ＝ -1.437
ｆ１Ａ /ｆ１Ｂ ＝ -0.299
｜ｆＷ /ｂｆ｜ ＝ 0.48

（表５）
r d nd νd
OBJ 0.000 2100.00z
1 36.246 2.32 1.805 25.4
2 20.318 6.78
3* 259.970 3.08 1.529 55.8
4* 42.461 10.99
5 -24.883 1.90 1.487 70.2
6 -233.601 6.40z
7 -245.883 5.29 1.834 37.1
8 -44.059 31.35z
9 52.835 4.39 1.834 37.1
10 -1296.399 27.49z
11 125.724 5.26 1.487 70.2
12 -22.813 1.50 1.772 49.5
13 -176.005 1.95
14 -35.433 2.27 1.772 49.5
15 -26.640 0.50
16 0.000 1.66z
17 -89.618 1.10 1.698 30.1
18 20.849 6.41 1.487 70.2
19 -37.076 2.45
20 -21.138 1.40 1.834 37.1
21 82.727 6.53 1.487 70.2
22 -31.105 0.50
23 156.359 8.92 1.496 81.5
24 -29.459 0.50z
25 86.271 4.05 1.805 25.4
26 -240.172 1.50
27 0.000 32.76 1.516 64.1
28 0.000 5.00
29 0.000 21.00 1.672 32.2
30 0.000
IMG 0.000

W M T
d 6 6.40 6.40 6.40
d 8 31.35 13.73 5.19
d10 27.49 23.86 17.79
d16 1.66 10.61 19.70
d24 0.50 12.80 18.33

W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 8700.00 1200.00 8700.00
d 6 6.62 6.17 6.62 6.17
d 8 30.72 31.97 4.55 5.81

K A B C D E
3 0.000e+000 4.890e-005 -1.455e-007 3.812e-010 -4.415e-013 8.228e-017
4 0.000e+000 4.265e-005 -1.451e-007 2.300e-010 1.996e-013 -1.361e-015

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、種々の変形及び変更が可能である。例えば、変倍レンズユニットの屈折力構成などは変更可能である。
また、上記実施例では、プロジェクタ用の投射レンズについて説明したが、本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズにも適用可能である。
本発明の実施例１であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例１（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例１（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 本発明の実施例２であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例２（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例２（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 本発明の実施例３であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例３（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例３（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 本発明の実施例４であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例４（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例４（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 本発明の実施例５であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例５（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例５（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 本発明の実施例６であるズームレンズの広角端での断面図。 実施例６（数値例）のズームレンズの広角端での収差図。 実施例６（数値例）のズームレンズの望遠端での収差図。 実施例のフォーカシング方式の動きに関する説明図。 実施例のフォーカシング方式の動きに関する説明図。 実施例のズームレンズを備えたプロジェクタの構成を示す図。
符号の説明
１０ 第１レンズユニット
１Ａ 第１Ａレンズサブユニット
１Ｂ 第１Ｂレンズサブユニット
２０ 第２レンズユニット
３０ 第３レンズユニット
４０ 第４レンズユニット
５０ 第５レンズユニット
６０ 第６レンズユニット
７０ 偏光ビームスプリッタ
ＩＥ 液晶表示素子

Claims (9)

  1. 複数のレンズユニットを有するズームレンズであって、
    前記複数のレンズユニットのうち最も拡大側に配置され、負の光学的パワーを有する第１レンズユニットと、
    該第１レンズユニットよりも縮小側に配置され、移動して変倍を行う変倍レンズユニットとを有し、
    前記第１レンズユニットは、拡大側から順に、負の光学的パワーを有する第１Ａレンズサブユニットと正の光学的パワーを有する第１Ｂレンズサブユニットにより構成され、
    無限遠側から至近側へのフォーカシングのために、前記第１Ａ及び第１Ｂレンズサブユニットは間隔を広げながら移動し、前記第１Ｂレンズサブユニットは縮小側に移動することを特徴とするズームレンズ。
  2. 複数のレンズユニットを有するズームレンズであって、
    前記複数のレンズユニットのうち最も拡大側に配置され、負の光学的パワーを有する第１レンズユニットと、
    該第１レンズユニットよりも縮小側に配置され、移動して変倍を行う変倍レンズユニットとを有し、
    前記第１レンズユニットは、拡大側から順に、負の光学的パワーを有する第１Ａレンズサブユニットと正の光学的パワーを有する第１Ｂレンズサブユニットにより構成され、
    フォーカシング時に前記第１Ａレンズサブユニットは不動であり、無限遠側から至近側へのフォーカシングのために前記第１Ｂレンズサブユニットが縮小側に移動し、
    以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
    −２０００＜ｆ１Ｂ／ｆ１＜−１.０
    ただし、ｆ１Ｂは第１Ｂレンズサブユニットの焦点距離であり、ｆ１は第１レンズユニット全体の焦点距離である。
  3. 前記複数のレンズユニットのうち最も縮小側のレンズユニットは、正の光学的パワーを有し、フォーカシング時には不動であ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１Ｂレンズサブユニットの最も縮小側のレンズ面は、縮小側に向かって凸の面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のズームレンズ。
  5. 前記第１Ｂレンズサブユニットは、縮小側に向かって凸のレンズ面を有する１つのメニスカスレンズエレメントにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
  6. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のズームレンズ。
    −３０＜ＳＦ＜−０．２
    ただし、前記第１Ｂレンズサブユニットの最も縮小側のレンズ面と最も拡大側のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲＲ，ＲＦとするとき、ＳＦ＝（ＲＲ＋ＲＦ）／（ＲＲ−ＲＦ）である。
  7. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のズームレンズ。
    −０．７＜ｆ１Ａ／ｆ１Ｂ＜−０．０２
    ただし、ｆ１Ａは前記第１Ａレンズサブユニットの焦点距離であり、ｆ１Ｂは第１Ｂレンズサブユニットの焦点距離である。
  8. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のズームレンズ。
    ０．１＜｜ｆＷ／ｂｆ｜＜０．８
    ただし、ｆＷは該ズームレンズの広角端での全系の焦点距離であり、ｂｆは該ズームレンズの最も縮小側のレンズ面から縮小側共役面までの空気換算バックフォーカスである。
  9. 画像を形成する画像形成素子と、
    該画像形成素子からの光を被投射面に投射する請求項１から８のいずれか１つに記載のズームレンズとを有することを特徴とする画像投射装置。
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