JP2021026087A - ズームレンズ、画像投写装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角かつ小型で良好な光学特性を有するズームレンズを提供する。【解決手段】縮小共役側から拡大共役側へ順に、正の屈折力を有する第１光学系（１０１）と正の屈折力を有する第２光学系（１０２）とを有し、第１光学系により形成された中間像（３０１）を第２光学系で再結像させるズームレンズ（１００）であって、第２の光学系はズーミングに際して移動せず、第１の光学系は、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｂ６）、ズーミングに際して移動する負の屈折力を有する第２レンズ群（Ｂ７）、および、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第３レンズ群（Ｂ８）を有し、ズーミングに際して第１光学系における隣り合うレンズ群の間隔が変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投写装置や撮像装置に用いられるズームレンズに関する。

画像投写装置の投写光学系として、投写画像のサイズを変更する変倍機能を有するズームレンズが広く用いられている。このような投写光学系には、バックフォーカスの確保と良好なテレセントリック性とが要求される。通常、これらを満足するため、レトロフォーカスタイプの投写光学系が利用される。また、近距離で大きな画像を投写可能にするため、投写光学系の広角化が望まれている。しかしながら、レトロフォーカスタイプの投写光学系を広角化しようとすると、最も被投写面側のレンズが大口径化してしまう。

特許文献１には、最も被投写面側のレンズの大口径化を抑制するため、画像表示素子の表示画像を屈折光学系で一度結像させ、その像を別の屈折光学系により被投写面へ拡大投写させるズームレンズが開示されている。

特開２０１８−３６３８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたズームレンズでは、歪曲収差を十分に補正することができず、所望の光学特性を満たさない。

そこで本発明は、広角かつ小型で良好な光学特性を有するズームレンズ、画像投写装置、および、撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのズームレンズは、縮小共役側から拡大共役側へ順に、正の屈折力を有する第１光学系と正の屈折力を有する第２光学系とを有し、前記第１光学系により形成された中間像を前記第２光学系で再結像させるズームレンズであって、前記第２の光学系はズーミングに際して移動せず、前記第１の光学系は、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第１レンズ群、ズーミングに際して移動する負の屈折力を有する第２レンズ群、および、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第３レンズ群を有し、ズーミングに際して前記第１光学系における隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

本発明の他の側面としての画像投写装置は、光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記ズームレンズとを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記ズームレンズと、前記ズームレンズにより形成された像を受光する撮像素子とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、広角かつ小型で良好な光学特性を有するズームレンズ、画像投写装置、および、撮像装置を提供することができる。

第一実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第一実施形態における投写光学系の収差図である。 第二実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第二実施形態における投写光学系の収差図である。 第三実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第三実施形態における投写光学系の収差図である。 第四実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第四実施形態における投写光学系の収差図である。 第五実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第五実施形態における投写光学系の収差図である。 第六実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第六実施形態における投写光学系の収差図である。 第七実施形態における投写光学系の広角端での光路図である。 第七実施形態における投写光学系の収差図である。 各実施形態におけるズームレンズを備えた画像投写装置の概略図である。 各実施形態におけるズームレンズを備えた撮像装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお図面は、本発明を容易に理解できるようにするため、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

［第一実施形態］
まず、図１を参照して、第一実施形態における投写光学系１００について説明する。図１は、本実施形態における投写光学系１００の光路図である。投写光学系１００は、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図１では投写距離６５５ｍｍでの広角端における光路図が示されている。

投写光学系１００は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、負、正、正、負、正、負、正、正のパワー（屈折力）を有するレンズ群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９から構成される。ＳＴは開口絞りである。レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ２〜Ｌ８からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１３からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１４からなる。レンズ群Ｂ９は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１５〜Ｌ２２からなる。
これらのレンズ群のうち、５つのレンズ群Ｂ５〜Ｂ９により第１光学系１０１が構成され、４つのレンズ群Ｂ１〜Ｂ４により第２光学系１０２が構成される。

第１光学系１０１と縮小側共役面である光変調素子３００との間には、プリズム等を有する色分離合成光学系２００が挿入されている。色分離合成光学系２００は、光変調素子３００により変調された光を投写光学系１００へ導光する。光変調素子３００としては、液晶パネルやマイクロミラーデバイス等が用いられる。

第１光学系１０１は、光変調素子３００の共役像である中間像３０１を形成し、第２光学系１０２は中間像３０１を拡大側共役面（不図示）上へ再結像させる。本実施形態の投写光学系１００は、第２光学系１０２が主に広角化の機能を担い、第１光学系１０１がバックフォーカスと良好なテレセントリック性の確保を担う構成となっている。第２光学系１０２は、第１光学系１０１の残存収差を補正する。

また、第２光学系１０２はレトロフォーカスタイプの光学系であり、一般的に歪曲収差の補正が困難であるが、第１光学系１０１の最も拡大共役側に負のパワーを有するレンズ群Ｂ５（固定レンズ群）を配置することで、第２光学系に残存する歪曲収差を補正する。このような構成により、広角でありながら良好な光学性能（光学特性）を実現することができる。
したがって、通常の中間像を有さないズームレンズと比較して、広角化を担う第２光学系１０２のバックフォーカスを短くできるため、最も拡大共役側のレンズを小径化することが可能となる。

本実施形態において、ズーミング（変倍）は、第１光学系１０１を構成する各レンズ群の間隔を変化させることで行われる。具体的には、ズーミングは、３つのレンズ群（複数のレンズ群）Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８がそれぞれ異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸ＯＡに沿った方向（光軸方向）に移動することで行われる。すなわちズーミングに際して、第１光学系１０１における隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ９の一部であり、ズーミングの際には移動しない（固定されている）。これにより、ズーミングに伴うＦナンバー変化が起こらないズームレンズとすることができる。またズーミングの際に第２光学系１０２を固定することで、光学的作用としては中間像のズーミングであり、第２光学系１０２の構成を簡略化することができる。したがって、第２光学系１０２のバックフォーカスを短くでき、投写光学系１００の全体の小型化が可能となる。また、ズーミングに際して移動するレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８を第１光学系１０１に集約することになり、ズームカム構成を簡略化することができる。

表１（Ａ）乃至表１（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００の諸数値を示す。表１（Ａ）はレンズ構成を示し、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）を表す。焦点距離の符号はマイナスであるが、これは中間像を有するために拡大側共役面と縮小側共役面とは正立像として結像されるからであり、投写光学系１００としては正のパワーである。また、拡大共役側から各面の近軸曲率半径ｒ（ｍｍ）、各面と次の面との間隔ｄ（ｍｍ）、各光学部材のｄ線に対する屈折率ｎとアッベ数νを記載している。ＳＴは開口絞りを示す。左側に「＊」が付されている面は、以下の式（１）により表現される非球面形状を有する。ｙは光軸からの径方向の距離、ｚは光軸方向の面のサグ量、ｒは近軸曲率半径、ｋはコーニック係数である。ｚの符号は、拡大共役側から縮小共役側へ向かう方向が正である。

表１（Ｂ）は、非球面形状を有する各面の係数を示す。なお、表１（Ｂ）において、「Ｅ±ｘ」は、「１０^±ｘ」を意味している。また、特に表記していない係数については、全て０である。表１（Ｃ）は、ズーミングの際に変化する各面間隔（群間隔）について、広角端における値と望遠端における値を示す。

本実施形態では、広角端から望遠端へのズーミングの際に、レンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は拡大共役側へ移動する。本実施形態のような広角な投写光学系１００において、ズーム全域において良好な光学性能を達成するには、ズーミングの際の非点収差および歪曲収差の変動を良好に補正する必要がある。そこで本実施形態では、正のパワーを有するレンズ群Ｂ６と負のパワーを有するレンズ群Ｂ７により、ズーミングの際の非点収差の変動および歪曲収差の変動を補正する。ただし、レンズ群Ｂ６、Ｂ７だけでは歪曲収差の変動を補正するには十分でないため、正のパワーを有するレンズ群Ｂ８により、レンズ群Ｂ６、Ｂ７だけでは補正しきれない歪曲収差の変動を補正するように構成している。

本実施形態では、ズーミングの際に移動する複数のレンズ群として、正の屈折力を有するレンズ群（第１レンズ群）Ｂ６、負の屈折力を有するレンズ群（第２レンズ群）Ｂ７、および、正の屈折力を有するレンズ群（第３レンズ群）Ｂ８を有する。これにより、ズーム全域において良好な光学性能を達成することができる。

好ましくは、負の屈折力を有するレンズ群Ｂ７の焦点距離をｆｍ、正の屈折力を有するレンズ群Ｂ６の焦点距離をｆｐ１、正の屈折力を有するレンズ群Ｂ８の焦点距離をｆｐ２とするとき、以下の条件式（２）、（３）を満足する。

条件式（２）、（３）は、焦点距離ｆｐ１と焦点距離ｆｍとの比、および、焦点距離ｆｐ２と焦点距離ｆｍとの比をそれぞれ示す。条件式（２）、（３）のそれぞれの上限または下限を超えると、非点収差と歪曲収差の変動を両立して補正することが困難になる。

より好ましくは、条件式（２）、（３）の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式（２ａ）、（３ａ）のように設定される。

また好ましくは、焦点距離ｆｐ１、ｆｐ２は、以下の条件式（４）を満足する。

条件式（４）は、焦点距離ｆｐ１と焦点距離ｆｐ２との比を示している。条件式（４）の上限または下限を超えると、非点収差または歪曲収差の変動が補正過剰となり、良好な光学性能の達成が困難になる。

より好ましくは、条件式（４）の数値範囲は、以下の条件式（４ａ）のように設定される。

本実施形態の投写光学系１００において、レンズ群Ｂ６の焦点距離は６５．６７ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−６９．２２ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は５２．１３ｍｍである。このため投写光学系１００は、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。

次に、図２を参照して、投写光学系１００の光学性能について説明する。図２は、投写光学系１００の投写距離６５５ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。図２では、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線に対する球面収差、ｄ線に対する像面湾曲と非点収差、ｄ線に対する歪曲収差、および、Ｃ線、Ｆ線に対する倍率色収差を示している。図２の横軸の範囲は、球面収差、像面湾曲・非点収差に関しては±０．２ｍｍ、歪曲収差に関しては±０．５％、倍率色収差に関しては±０．０５ｍｍである。なお、これらの点は、後述の各実施形態に関する図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４においても同様である。図２の収差図は、拡大共役側を物体側とし、縮小共役側を像側とした場合の収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように投写光学系１００は、縮小共役側から拡大共役側へ順に、正の屈折力を有する第１光学系１０１と正の屈折力を有する第２光学系１０２とを有し、第１光学系１０１により形成された中間像３０１を第２光学系１０２で再結像させるズームレンズである。すなわち投写光学系１００は、中間像３０１を挟んで縮小共役側に配置された第１光学系１０１と拡大共役側に配置された第２光学系１０２とから構成され、ズーミング機能（変倍機能）を有する。ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、３つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、３つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、正、負、正のパワーをそれぞれ有し、レンズ群Ｂ６、Ｂ７は主にズーミングの際の非点収差の変動を補正し、レンズ群Ｂ８は残存する歪曲収差の変動を補正する。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することができる。

なお本実施形態において、第１光学系１０１は全部で５つのレンズ群Ｂ５〜Ｂ９から構成されているが、これに限定されるものではなく、後述の他の実施形態で述べるようにレンズ群の数は変更可能である。ただし、レンズ群（移動レンズ群）として正、負、正の３つのレンズ群を含む必要があるため、第１光学系１０１は少なくとも３つのレンズ群を有する。同様に、第２光学系１０２に関しても、レンズ群の数や各レンズ群の構成は限定されるものではなく、適宜変更可能である。また本実施形態では、投写光学系１００としてのズームレンズを説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態のズームレンズは、撮像素子に像を結像させるための撮像光学系としても使用することができる。また、使用用途等に応じて、バックフォーカスの値等を変更することも可能である。

また本実施形態において、拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１レンズ群、第２レンズ群、および、第３レンズ群が配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、拡大共役側から縮小共役側へ順に、第２レンズ群、第１レンズ群、および、第３レンズ群が配置されていてもよい。または、拡大共役側から縮小共役側へ順に、第１レンズ群、第３レンズ群、および、第２レンズ群が配置されていてもよい。また本実施形態において、第１レンズ群、第２レンズ群、および、第３移動レンズは、連続して配置されているが、これに限定されるものではない。

［第二実施形態］
次に、図３を参照して、第二実施形態における投写光学系１００ａについて説明する。図３は、本実施形態における投写光学系１００ａの光路図である。投写光学系１００ａは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図３では投写距離６５５ｍｍでの広角端における光路図が示されている。なお、本実施形態の投写光学系１００ａにおいて、各レンズ群の正、負のパワー配置、第１光学系１０１を構成するレンズ群の数、および、第２光学系１０２を構成するレンズ群の数はそれぞれ、第一実施形態と同様である。

本実施形態の投写光学系１００ａは、第一実施形態の投写光学系１００と比較して、非点収差をより改善することができる。本実施形態は、ズーミングの際に４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８がそれぞれ異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動する点で、第一実施形態とは異なる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ９の一部であり、ズーミングに伴うＦナンバー変化が起こらないズームレンズとなっている。

表２（Ａ）乃至表２（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ａの諸数値を示す。本実施形態の投写光学系１００ａにおいて、レンズ群Ｂ６の焦点距離は７４．５６ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−７９．４９ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は５３．９７ｍｍである。このため投写光学系１００ａは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。

次に、図４を参照して、投写光学系１００ａの光学性能について説明する。図４は、投写光学系１００ａの投写距離６５５ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。また、第一実施形態と比較して、非点収差が改善している。

このように本実施形態の投写光学系１００ａにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。

［第三実施形態］
次に、図５を参照して、第三実施形態における投写光学系１００ｂについて説明する。図５は、本実施形態における投写光学系１００ｂの光路図である。投写光学系１００ｂは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図５では投写距離７７５ｍｍでの広角端における光路図が示されている。なお、本実施形態の投写光学系１００ｂにおいて、各レンズ群の正、負のパワー配置、第１光学系１０１を構成するレンズ群の数、および、第２光学系１０２を構成するレンズ群の数はそれぞれ、第一実施形態と同様である。ただし、本実施形態の投写光学系１００ｂは、各レンズ群を構成する単レンズの枚数は一部異なっている。すなわち、レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ２〜Ｌ７からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ８からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１３からなる。レンズ群Ｂ９は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１４〜Ｌ２１からなる。

本実施形態におけるズーミングは、第二実施形態と同様に、第１光学系１０１を構成する４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が各々異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動することにより行われる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ９の一部であり、変倍に伴うＦナンバー変化が起こらないズームレンズとなっている。

表３（Ａ）乃至表３（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ｂの諸数値を示す。本実施形態において、レンズ群Ｂ６の焦点距離は７８．６８ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−５１４．３４ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は７０．８８ｍｍである。このため投写光学系１００ｂは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。

次に、図６を参照して、投写光学系１００ｂの光学性能について説明する。図６は、投写光学系１００ｂの投写距離７７５ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように本実施形態の投写光学系１００ｂにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。

［第四実施形態］
次に、図７を参照して、第四実施形態における投写光学系１００ｃについて説明する。図７は、本実施形態における投写光学系１００ｃの光路図である。投写光学系１００ｃは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図７では投写距離９６８ｍｍでの広角端における光路図が示されている。

投写光学系１００ｃは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、正、正、負、正、負、正、正のパワーをそれぞれ有するレンズ群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９から構成される。ＳＴは開口絞りである。レンズ群Ｂ１〜Ｂ９のうち、５つのレンズ群Ｂ５〜Ｂ９により第１光学系１０１が構成され、４つのレンズ群Ｂ１〜Ｂ４により第２光学系１０２が構成される。レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ２〜Ｌ８からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１３からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１４からなる。レンズ群Ｂ９は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１５〜Ｌ２２からなる。

本実施形態におけるズーミングは、第二実施形態および第三実施形態と同様に、第１光学系１０１を構成する４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が各々異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動することにより行われる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ９の一部であり、変倍に伴うＦナンバー変化が起こらないズームレンズとなっている。

表４（Ａ）乃至表４（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ｃの諸数値を示す。本実施形態において、レンズ群Ｂ６の焦点距離は５３．３４ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−１１８．８５ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は６９．１３ｍｍである。このため投写光学系１００ｃは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。

次に、図８を参照して、投写光学系１００ｃの光学性能について説明する。図８は、投写光学系１００ｃの投写距離９６８ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように本実施形態の投写光学系１００ｃにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、４つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。

［第五実施形態］
次に、図９を参照して、第五実施形態における投写光学系１００ｄについて説明する。図９は、本実施形態における投写光学系１００ｄの光路図である。投写光学系１００ｄは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図９では投写距離１１６３ｍｍでの広角端における光路図が示されている。

投写光学系１００ｄは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、正、正、負、正、負、正、負、正のパワーをそれぞれ有するレンズ群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０から構成されている。ＳＴは開口絞りである。レンズ群Ｂ１〜Ｂ１０のうち、６つのレンズ群Ｂ５〜Ｂ１０により第１光学系１０１が構成され、４つのレンズ群Ｂ１〜Ｂ４により第２光学系１０２が構成される。レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ２〜Ｌ７からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ８からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１３からなる。レンズ群Ｂ９は、レンズ群Ｌ１４、Ｌ１５からなる。レンズ群Ｂ１０は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１６〜Ｌ２１からなる。

本実施形態におけるズーミングは、第１光学系１０１を構成する５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９が各々異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動することにより行われる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ１０の一部であり、ズーミングに伴うＦナンバー変化が起こらないズームレンズとなっている。

本実施形態は、ズーミングの際に移動するレンズ群（レンズ群Ｂ５〜Ｂ９）を第一乃至第四実施形態よりも多群化することで、ズーム比を大きくしている。ただし、ズーミングの際に移動する５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９は、負、正、負、正、負のパワーをそれぞれ有し、第一乃至第四実施形態と同様に、正、負、正の少なくとも３つのレンズ群（移動レンズ群）を含む構成となっている。

表５（Ａ）乃至表５（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ｄの諸数値を示す。本実施形態において、レンズ群Ｂ６の焦点距離は３８．７２ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−１０２６．４５ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は６８．３４ｍｍである。このため投写光学系１００ｄは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。また、レンズ群Ｂ９の焦点距離は−１５９３．６５ｍｍであり、負のパワーを有するレンズ群として、レンズ群Ｂ７に代えてレンズ群Ｂ９と組み合わせた場合でも、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。すなわち、正、負、正の３つのレンズ群は、この順序で連続するレンズ群である必要はない。

次に、図１０を参照して、投写光学系１００ｄの光学性能について説明する。図１０は、投写光学系１００ｄの投写距離１１６３ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように本実施形態の投写光学系１００ｄにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４および第５レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお本実施形態において、光学性能の基準を満たす条件の下、構成の簡略化のため、例えば、移動量が少ない移動レンズ群（複数のレンズ群の一部）を固定レンズ群としても良い。

［第六実施形態］
次に、図１１を参照して、第六実施形態における投写光学系１００ｅについて説明する。図１１は、本実施形態における投写光学系１００ｅの光路図である。投写光学系１００ｅは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図１１では投写距離１１６３ｍｍでの広角端における光路図が示されている。

投写光学系１００ｅは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、正、正、負、正、負、正、負、正、正のパワーをそれぞれ有するレンズ群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１から構成されている。ＳＴは開口絞りである。レンズ群Ｂ１〜Ｂ１１のうち、７つのレンズ群Ｂ５〜Ｂ１１により第１光学系１０１が構成され、４つのレンズ群Ｂ１〜Ｂ４により第２光学系１０２が構成される。レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ２〜Ｌ７からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ８からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１３からなる。レンズ群Ｂ９は、レンズ群Ｌ１４、Ｌ１５からなる。レンズ群Ｂ１０は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１６〜Ｌ２０からなる。レンズ群Ｂ１１は、レンズＬ２１からなる。

本実施形態におけるズーミングは、第１光学系１０１を構成する５つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０がそれぞれ異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動することにより行われる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ１０の一部であり、ズーミングに伴いレンズ群Ｂ１０と共に移動するためズーミングの際にＦナンバーが変化するズームレンズとなっている。本実施形態は、ズーミングの際に移動するレンズ群を第一乃至第四実施形態よりも多群化することで、ズーム比を大きくしている。ただし、ズーミングの際に移動する５つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０は、正、負、正、負、正のパワーをそれぞれ有し、第一乃至第四実施形態と同様に、正、負、正の少なくとも３つのレンズ群を含む構成となっている。

表６（Ａ）乃至表６（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ｅの諸数値を示す。本実施形態において、レンズ群Ｂ６の焦点距離は３６．１２ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は−７３２．０９ｍｍ、レンズ群Ｂ８の焦点距離は８６．０５ｍｍである。このため投写光学系１００ｅは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。また、レンズ群Ｂ１０の焦点距離は１１１．８９ｍｍであり、正のパワーを有するレンズ群として、レンズ群Ｂ６、Ｂ８に代えて、レンズ群Ｂ８、Ｂ１０とした場合でも、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。すなわち、正、負、正の３つのレンズ群は、この順序で連続するレンズ群である必要はない。

次に、図１２を参照して、投写光学系１００ｅの光学性能について説明する。図１２は、投写光学系１００ｅの投写距離１１６３ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように本実施形態の投写光学系１００ｅにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、５つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、５つのレンズ群Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４および第５レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。

なお本実施形態において、第一実施形態と同様に、第１光学系１０１は、最も拡大共役側に、ズーミングに際して移動しない固定レンズ群（レンズ群Ｂ５）を有するが、第二乃至第五実施形態のように移動するレンズ群としても良い。また本実施形態において、光学性能の基準を満たす条件の下、構成の簡略化のため、例えば、移動量が少ないレンズ群（複数の移動レンズ群の一部）を固定レンズ群としても良い。

［第七実施形態］
次に、図１３を参照して、第七実施形態における投写光学系１００ｆについて説明する。図１３は、本実施形態における投写光学系１００ｆの光路図である。投写光学系１００ｆは、変倍機能を有するズームレンズ（変倍光学系）であるため、図１３では投写距離１４６３ｍｍでの広角端における光路図が示されている。

投写光学系１００ｆは、拡大共役側から縮小共役側へ順に、正、正、正、負、正、負、正、負、正、正のパワーをそれぞれ有するレンズ群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０から構成されている。ＳＴは開口絞りである。レンズ群Ｂ１〜Ｂ１０のうち、７つのレンズ群Ｂ４〜Ｂ１０により第１光学系１０１が構成され、３つのレンズ群Ｂ１〜Ｂ３により第２光学系１０２が構成される。レンズ群Ｂ１は、レンズＬ１〜Ｌ６からなる。レンズ群Ｂ２は、レンズＬ７からなる。レンズ群Ｂ３は、レンズＬ８からなる。レンズ群Ｂ４は、レンズＬ９からなる。レンズ群Ｂ５は、レンズＬ１０からなる。レンズ群Ｂ６は、レンズＬ１１からなる。レンズ群Ｂ７は、レンズＬ１２からなる。レンズ群Ｂ８は、レンズＬ１３、Ｌ１４からなる。レンズ群Ｂ９は、開口絞りＳＴおよびレンズＬ１５〜Ｌ１９からなる。レンズ群Ｂ１０は、レンズＬ２０からなる。

本実施形態におけるズーミングは、第１光学系１０１を構成する５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９がそれぞれ異なる軌跡で第１光学系１０１の光軸方向に移動することにより行われる。開口絞りＳＴは、レンズ群Ｂ９の一部であり、ズーミングに伴いレンズ群Ｂ９と共に移動するためズーミングの際にＦナンバーが変化するズームレンズとなっている。本実施形態は、ズーミングの際に移動するレンズ群を第六実施形態と同様に多群化することで、ズーム比を大きくしている。ただし、ズーミングの際に移動する５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９は、正、負、正、負、正のパワーをそれぞれ有し、第一乃至第六実施形態と同様に、正、負、正の少なくとも３つのレンズ群を含む構成となっている。

表７（Ａ）乃至表７（Ｃ）は、本実施形態における投写光学系１００ｆの諸数値を示す。本実施形態において、レンズ群Ｂ５の焦点距離は３５．０５ｍｍ、レンズ群Ｂ６の焦点距離は−９９９３．７５ｍｍ、レンズ群Ｂ７の焦点距離は８１．４５ｍｍである。このため投写光学系１００ｆは、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。また、レンズ群Ｂ８の焦点距離は−９４７．７９ｍｍであり、負のパワーを有するレンズ群として、レンズ群Ｂ６に代えて、レンズ群Ｂ８を組み合わせた場合でも、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。また、レンズ群Ｂ９の焦点距離は１４６．６１ｍｍであり、正のパワーを有するレンズ群として、レンズ群Ｂ５、Ｂ７に代えて、レンズ群Ｂ７、Ｂ９と組み合わせた場合でも、条件式（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を満足する。すなわち、正、負、正の３つのレンズ群は、この順序で連続するレンズ群である必要はない。

次に、図１４を参照して、投写光学系１００ｆの光学性能について説明する。図１４は、投写光学系１００ｆの投写距離１４６３ｍｍにおける広角端および望遠端での収差図である。いずれの収差も、広角端および望遠端の両方で良好に補正されており、ズーミングに伴う収差変動が抑制されている。

このように本実施形態の投写光学系１００ｆにおいて、ズーミングは、第１光学系１０１を構成する複数のレンズ群のうち、５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９が光軸ＯＡに沿って移動することで実現される。このとき、５つのレンズ群Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９は、正、負、正のパワーを有する３つのレンズ群（第１乃至第３レンズ群）を含み、更に第４および第５レンズ群を有し、ズーミングの際の非点収差と歪曲収差の変動を良好に補正することができる。このような構成により、ズーミングの際の収差変動を抑制し、広角でありながらレンズ径の小型化と良好な光学性能とを両立した変倍機能を有するズームレンズを実現することが可能である。

なお本実施形態において、第一実施形態と同様に、第１光学系１０１は、最も拡大共役側に、ズーミングに際して移動しない固定レンズ群（レンズ群Ｂ５）を有するが、第二乃至第五実施形態のように移動するレンズ群としても良い。また本実施形態において、光学性能の基準を満たす条件の下、構成の簡略化のため、例えば、移動量が少ないレンズ群（複数の移動レンズ群の一部）を固定レンズ群としても良い。

［画像投写装置］
次に、図１５を参照して、各実施形態の投写光学系（ズームレンズ）を備えたプロジェクタ（画像投写装置）１０００について説明する。図１５は、プロジェクタ１０００の概略図である。なお図１５のプロジェクタ１０００は、ズームレンズとして第一実施形態の投写光学系１００を有するが、他の投写光学系を有していても良い。プロジェクタ１０００の光変調素子として、反射型液晶パネルが用いられている。

図１５において、１００は投写光学系（ズームレンズ）、２００は色分離合成光学系、５００は光源、６００は照明光学系である。光源５００は、照明光学系６００に向けて光を出射する。照明光学系６００は、光源５００からの光を照明する。色分離合成光学系２００は、照明光学系６００からの照明光に対して色分離および色合成を行う。投写光学系（ズームレンズ）１００は、色分離合成光学系２００からの合成光を投写する。

色分離合成光学系２００において、３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂは、それぞれ、赤用、緑用、青用の光変調素子（赤用、緑用、青用の反射型液晶パネル）３００（３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ）である。３０２Ｒ、３０２Ｇ、３０２Ｂは、それぞれ、赤用、緑用、青用の波長板を備えた波長板ユニットである。なお本実施形態において、光変調素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂは反射型液晶パネルであるが、これに限定されるものではなく、例えば透過型液晶パネルやＤＭＤを用いてもよい。また、反射型液晶パネルの数に関わらず、単板式や３板式などのいずれのプロジェクタにも適用可能である。

［撮像装置］
次に、図１６を参照して、各実施形態の投写光学系（ズームレンズ）を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置１０）の一例を説明する。図１６は、各実施例のズームレンズを備えた撮像装置１０の概略図である。

図１６において、１１３はカメラ本体、１１１は第一乃至第七実施形態で説明したズームレンズのいずれかによって構成された撮像光学系である。１１２は、カメラ本体１１３に内蔵され、撮像光学系１１１によって形成された光学像を受光して光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）である。カメラ本体１１３は、クイックターンミラーを有する所謂一眼レフカメラでも良いし、クイックターンミラーを有さない所謂ミラーレスカメラでも良い。なお、各実施形態のズームレンズを撮像装置１０の撮像光学系として用いる場合、拡大共役側は物体側、縮小共役側は像側にそれぞれ相当する。

各実施形態によれば、広角かつ小型で良好な光学特性を有するズームレンズ、画像投写装置、および、撮像装置を提供することができる。また各実施形態のズームレンズによれば、バックフォーカスの確保および良好なテレセントリック性を両立することができる。

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。例えば、各実施形態のズームレンズは、ミラー等の光学素子を含んでいても良い。

１００ 投写光学系（ズームレンズ）
１０１ 第１光学系
１０２ 第２光学系
３０１ 中間像

Claims (19)

1. 縮小共役側から拡大共役側へ順に、正の屈折力を有する第１光学系と正の屈折力を有する第２光学系とを有し、前記第１光学系により形成された中間像を前記第２光学系で再結像させるズームレンズであって、
   前記第２の光学系はズーミングに際して移動せず、
   前記第１の光学系は、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第１レンズ群、ズーミングに際して移動する負の屈折力を有する第２レンズ群、および、ズーミングに際して移動する正の屈折力を有する第３レンズ群を有し、ズーミングに際して前記第１光学系における隣り合うレンズ群の間隔が変化することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆｍ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆｐ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆｐ２とするとき、
   
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記焦点距離ｆｍ、ｆｐ１、ｆｐ２は、
   
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記焦点距離ｆｐ１、ｆｐ２は、
   
   を満足することを特徴とする請求項２または３に記載のズームレンズ。
5. 前記焦点距離ｆｐ１、ｆｐ２は、
   
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
6. 前記拡大共役側から前記縮小共役側へ順に、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、および、前記第３レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
7. 前記拡大共役側から前記縮小共役側へ順に、前記第２レンズ群、前記第１レンズ群、および、前記第３レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
8. 前記拡大共役側から前記縮小共役側へ順に、前記第１レンズ群、前記第３レンズ群、および、前記第２レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のズームレンズ
9. 前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、および、前記第３レンズは、連続して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
10. 前記第１光学系は、最も拡大共役側に、ズーミングに際して移動しない固定レンズ群を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のズームレンズ。
11. 前記第１光学系のうち最も拡大共役側のレンズ群は、ズーミングに際して移動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のズームレンズ。
12. 前記第１光学系のうちズーミングに際して移動するレンズ群は、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、および、前記第３レンズ群からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のズームレンズ。
13. 前記第１の光学系は、ズーミングに際して移動する第４レンズ群を更に有することを特徴とする請求項１２に記載のズームレンズ。
14. 前記第１の光学系は、ズーミングに際して移動する第５レンズ群を更に有することを特徴とする請求項１３に記載のズームレンズ。
15. 前記第１光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、正の屈折力を有する５つのレンズ群からなることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
16. 前記第１光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、負、正の屈折力を有する６つのレンズ群からなることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
17. 前記第１光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に、負、正、負、正、負、正、正の屈折力を有する７つのレンズ群からなることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
18. 光源と、
    前記光源からの光を変調する光変調素子と、
    前記光変調素子からの光を投写する請求項１乃至１７のいずれか一項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写装置。
19. 請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズにより形成された像を受光する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。