JP2009020189A

JP2009020189A - ズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置

Info

Publication number: JP2009020189A
Application number: JP2007181115A
Authority: JP
Inventors: Saburo Sugawara; 三郎菅原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】像面湾曲の距離変動を簡便で安価な構成で補正を行われた、至近から遠方の全投射距離にわたり良好なる光学性能を有したズームレンズを提供する。
【解決手段】拡大側から順に、負の第１群、正の第２群、正の第３群を有するズームレンズであって、変倍の際に、前記第１群と前記第２群との間隔を変化させており、前記第１群が、拡大側から順に、負の屈折力の第１サブユニットと、負の屈折力の第２サブユニットを有しており、遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットは縮小側に移動し、前記第２サブユニットは拡大側に移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズに関する、特にプロジェクター用の投射レンズに関する。

近年、ホームシアターやプレゼンテーションなどで使用される液晶プロジェクタの解像度は高解像化が進み、解像度の高い液晶パネルを用いたプロジェクタが発売されはじめている。これに伴って、プロジェクタ用の投射レンズの高解像化も進んできている。

プロジェクタ用の投射レンズは、広角であることと長いバックフォーカスが必要となるため、従来からレトロフォーカスタイプの構成で、最もスクリーン側のレンズ群をフォーカス群とすることが多かった。このような構成とした場合、フォーカシング（焦点距離調節）の際に、フォーカス群を移動させるため、主に像面湾曲などの光学性能が変化してしまっていた。

フォーカシングに伴う像面湾曲の変化を低減するために、特許文献１では、拡大共役側から、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群からなるズームレンズにおいて、第１レンズ群を前群と後群に分割し、その前群と後群とを独立に前側に繰り出している。

また、特許文献２、３においては、負正負正の４群ズームレンズにおいて、第１レンズ群を負の屈折力の第１Ａ群と負の屈折力の第１Ｂ群に分割し、そのうち第１Ｂ群のみを移動させてフォーカシングを行なっている。

また、特許文献４においては、負正正負正の５群ズームレンズにおいて、第１レンズ群を負の屈折力の第１Ａ群と負の屈折力の第１Ｂ群に分割し、それらを移動させてフォーカシングを行なっている。但し、フォーカシングの際の、これらの第１Ａ群と第１Ｂ群の移動の仕方については開示が無い。
特開昭６１−１１６３１５号公報（特公平０３−００３２０５号公報）特開平０２−２９６２０８号公報（特登録２８６２２７２号公報）特開平０７−２６１０８４号公報（特登録３３９１８８３号公報）特開２００２−３５７７７１号公報

今後のプロジェクタ等の画像投射装置で投射する画像の高精細化に伴って、フォーカシングの際の収差変動（主に像面湾曲）をより厳しく補正する（低減する）必要がある。

そこで、本発明では、フォーカシングの際の像面湾曲の変動の小さいズームレンズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願ズームレンズは、最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、を含むズームレンズであって、変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、２枚の負レンズ及び１枚の正レンズを含む負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動しており、前記第２サブユニットの最も拡大側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＳ、前記第２サブユニットの最も縮小側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＩとするとき、
０．８＜φ１ＢＳ／φ１ＢＩ＜１．２（１）
を満足することを特徴としている。

本願発明の別側面のズームレンズは、最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、を含むズームレンズであって、変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、１枚の負レンズ及び１枚の正レンズを含み、前記第２レンズユニットに含まれるレンズの中で最も外径が小さいレンズより外径の小さいレンズで構成される負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動することを特徴としている。

本願発明の別側面のズームレンズは、最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、を含むズームレンズであって、変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、２枚の負レンズ及び１枚の正レンズより構成される負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動することを特徴としている。

本願発明の別側面のズームレンズは、最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、を含むズームレンズであって、変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、負の屈折力の第１サブユニットと、負の屈折力の第２サブユニットを有しており、遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットは縮小側に移動し、前記第２サブユニットは拡大側に移動することを特徴としている。

また、本願発明の画像投射装置は、光変調素子と、前記光変調素子から出射する光束を被投射面に投射する、上記のズームレンズとを有することを特徴としている。

本発明によれば、フォーカシングの際の像面湾曲の変動を簡易な構成で低減することができ、至近から遠方の全投射距離にわたり良好なる光学性能を有したズームレンズ、またそれを用いた画像投射装置を得ることができる。

本実施例では、ズームレンズ、主にプロジェクタ用の投射レンズとしての使用に適したズームレンズについて記載する。特に、フォーカシング（フォーカス調整、焦点距離調節）の際に生じる像面湾曲の変化を低減する（変化量を小さくする）ことが可能なズームレンズであって、今後の画像の高精細化にも耐えうるズームレンズについて記載する。

まず、プロジェクタ（画像投射装置、画像投影装置、液晶プロジェクタ）について簡単に記載する。主なプロジェクタの構成要素としては、光源、液晶パネル等の光変調素子（画像形成素子）、光源から出射する光束で光変調素子を照明する照明光学系、光変調素子から出射する光束（画像光）をスクリーン等の被投射面に投射（画像投射）する投射レンズがある。勿論、その他、プロジェクタのタイプによって、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、偏光ビームスプリッタ、偏光板、位相差板（１／２位相差板、１／４位相差板）等も必要となる。

本実施例においては、このようなプロジェクタ（画像投射装置）内において、光変調素子から出射する光を被投射面に投射する画像投射用の投射レンズについて記載する。この投射レンズには、バックフォーカスが長いこと、縮小側（縮小共役側、光変調素子側）に高いテレセントリック性を有すること、等が求められる。更に、前述したように、フォーカシング（フォーカス調整）の際の像面湾曲の変動が小さいズームレンズが求められている。

そこで、本実施例では、このフォーカシングの際の像面湾曲の変動が小さいズームレンズを提供することを目的としている。

以下に、それらの目的を達成する実施例１、２、３について、図面を用いて具体的に説明する。

図１は、実施例１の断面図を示す。実施例１のズームレンズ（投射レンズ）は、拡大側（拡大共役側、被投射面側、紙面左側）から順に第１〜６群を含む６群構成のズームレンズである。ここで、負の屈折力の第１群（第１レンズユニット）Ｇ１は変倍（ズーミング）のためには移動せず、フォーカシング（フォーカス調整）の際に移動するレンズユニットである。その第１群と隣接して配置された第２群（第２レンズユニット）Ｇ２は正の屈折力を持ち、その第２群に隣接して配置された第３群第３群（第３レンズユニット）Ｇ３も正の屈折力を持つ。更に、その第３群に隣接して配置された第４群（第４レンズユニット）Ｇ４は負の屈折力を、その第４群に隣接して配置された第５群（第５レンズユニット）Ｇ５は正の屈折力を持つ。これらの第２〜５群は、ワイド端（広角端）からテレ端（望遠端）への変倍（ズーミング）に際して拡大側に移動する。そして、正の屈折力の第６群（第６レンズユニット）Ｇ６は、変倍（ズーミング）のためには移動しない。また、これらの第１〜６群は、互いに隣接して配置されており、変倍に伴ってその隣接した２つのレンズ群（レンズユニット）の間隔を変化させている。特に、第１群（第１レンズユニット）と第２群（第２レンズユニット）との間隔（第２群と第３群の間隔も）を変化させて変倍を行っている。

第１群（第１レンズユニット）Ｇ１は、負の屈折力の第１Ａ群（第１サブユニット）Ｇ１Ａと、負の屈折力の第１Ｂ群（第２サブユニット）Ｇ１Ｂにより構成されている。第１Ａ群は、１枚の負レンズより構成されている（２枚以上の負レンズで構成しても良いが、負レンズのみで構成することが望ましい）。より詳細には、拡大共役側に凸の１枚の負メニスカスレンズ１より構成されている。第１Ｂ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズにより構成されており、その２枚の負レンズは１枚の正レンズよりも拡大側に配置されている。より詳細には、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ２、縮小側の面と比較して、拡大側の面に強いパワーを有する負レンズ３、拡大側の面と比較して、縮小側の面に強いパワーを有する正レンズ４より構成されている。ここで、レンズにおける両面のパワー（屈折力、光学的パワー）の比較は、両面の焦点距離の絶対値の逆数の値が大きい方がパワーが強い、と言う意味である。

遠距離側（遠距離、無限遠）から近距離側（近距離、至近）への拡大側共役点の変化（フォーカシング、フォーカス調整）に伴い、第１Ａ群Ｇ１Ａは、拡大側から縮小側に移動し、第１Ｂ群Ｇ１Ｂは、縮小共役側から拡大共役側に移動している。つまり、遠距離側から近距離側へフォーカシングする際に、第１Ａ群と第１Ｂ群とがお互いの間隔を狭める（縮める）方向に（互いに近づく方向）に移動している。この実施例１においては、第１Ａ（第１サブユニット）群Ｇ１Ａの光軸方向の移動量が、第１Ｂ群（第２サブユニット）Ｇ１Ｂの光軸方向の移動量の半分となるように（不図示のカム環などを用いて）構成されている。

絞りＳＰより、拡大共役側に正屈折力の第２群（第２レンズユニット）Ｇ２を配置しているのは、第１群と第２群の間の軸外主光線ＰＬ１が光軸ＣＬ１とほぼ平行になるようにするためである。このような位置に絞りを配置することによって、フォーカシングの際に最も光軸方向の移動量が大きい第１Ｂ群Ｇ１Ｂの光軸上の移動で、第１Ｂ群内における軸外主光線の高さの変化が少なくなるようにしている。尚、絞りＳＰは、第３群（第３レンズユニットの後ろ側（縮小側）に配置しており、変倍の際には第３群と共に移動させている。

また、第１Ｂ群Ｇ１Ｂ内におけるレンズの配置を、拡大側に凸の負メニスカスレンズ２、縮小側と比較して拡大側に強いパワーを有する負レンズ３、拡大側と比較して縮小側に強いパワーを有する正レンズ４としている。このように配置したのは、軸外主光線ＰＬ１の角度が、第１Ｂ群Ｇ１Ｂ内で、光軸ＣＬ１とほぼ平行となる状態を保つためである。

また、第１Ａ群Ｇ１Ａを拡大共役側に凸の１枚の負メニスカスレンズ１より構成しているのは、コマ収差や非点収差（像面湾曲）（像面湾曲）の発生を小さくするためである。

また、第１Ａ群Ｇ１Ａを遠距離から近距離へのフォーカシングの際、縮小共役側に移動しているのは、第１Ａ群Ｇ１Ａにおけるフォーカス時の軸外主光線の光軸からの高さの変化を小さくするためである。

フォーカシング時の像面湾曲の変化が小さくなるようにするために、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間の軸外主光線ＰＬ１の光軸ＣＬ１に対する角度がほぼ平行で、第１Ｂ群Ｇ１Ｂ内の軸外主光線ＰＬ１の光軸ＣＬ１に対する角度もほぼ平行となるように構成している。

さらに、レンズ４により軸外光束が拡大共役側へ向けて、収束されるので、第１Ｂ群Ｇ１Ｂのレンズ２，３，４の有効径は、結果として、第２群のレンズ５の有効径より小さくなる。このため、第１Ｂ群Ｇ１Ｂのレンズ外径は、第２群Ｇ２のレンズ５の外径より小さくなっている。

また、第１Ｂ群Ｇ１Ｂの最も拡大側の負レンズを非球面レンズとしているのは、歪曲収差を良好に補正するためである。拡大側から２番目のレンズであれば、安価なプラスチック非球面レンズを使用しても、キズなどの発生の心配がなく、軸外主光線の光軸からの高さが大きいので、軸外収差の補正をする上で高い効果が得られる。

この実施例１では、第２群のレンズ５と第１Ｂ群の最も縮小側のレンズ４により軸外主光線ＰＬ１を光軸ＣＬ１に対してほぼ平行にし、軸外光束径を拡大側に向けて絞り込んでいる。更に、軸外主光線がほぼ平行になる位置に配置された第１Ｂ群Ｇ１Ｂを、遠距離から近距離へのフォーカシングの際、拡大共役側に移動させている。このように構成することによって、フォーカシングの際の像面湾曲の変化の小さいズームレンズの提供を可能としている。さらに第１Ａ群Ｇ１Ａを縮小共役側に移動しているのは、第１Ａ群Ｇ１Ａを固定とした場合に、僅かに残る像面湾曲の変化を補正するためである。

軸外主光線ＰＬ１の光軸に対する角度が大きい第１Ａ群Ｇ１Ａにおける軸外主光線の高さの変化がほとんど生じないように、第１Ａ群Ｇ１Ａを第１Ｂ群Ｇ１Ｂに対して、独立に移動させている。

次に、この実施例１の収差図を図２〜７に示す。それぞれの図について以下に説明する。

図２に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図３に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図４に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図５に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図６に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図７に、本発明数値実施例１のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

尚、非点収差図において、点線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を示す。

拡大側共役点から、レンズの最も拡大共役側の面までの距離が１．２ｍから９ｍまで変化しても、像面湾曲の変化は小さくおさえられている。さらに詳しく説明すると、レンズ前端から拡大共役点までの距離変化による球面収差の変化に合わせて、１．２ｍでは、基準距離２．１ｍより若干アンダー気味に、９ｍでは、基準距離２．１ｍより若干オーバー気味になるようにしている。このように球面収差と像面湾曲のバランスをとって、像面がフラットになるよう移動量を設定している。

図８は、実施例２の断面図を示す。特に記載しない点については実施例１と同じである。

実施例２のズームレンズは、拡大共役側から順に、負屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、正屈折力の第３群Ｇ３、負屈折力の第４群Ｇ４、正屈折力の第５群Ｇ５、正屈折力の第６群Ｇ６、より構成されている。これらの第１〜６群は互いに隣接して配置されている。

ワイド端（広角端）からテレ端（望遠端）への変倍（ズーミング）のためには、第１群（第１レンズユニット）Ｇ１と第６群（第６レンズユニット）Ｇ６は移動しない。また、ワイド端（広角端）からテレ端（望遠端）への変倍（ズーミング）の際、第２群（第２レンズユニット）Ｇ２、第３群（第３レンズユニット）Ｇ３、第４群（第４レンズユニット）Ｇ４、第５群（第５レンズユニット）Ｇ５が拡大側に移動している。

第１群Ｇ１は、１枚の負レンズより構成された負の屈折力の第１Ａ群（第１サブユニット）Ｇ１Ａと、負の屈折力の第１Ｂ群（第２サブユニット）Ｇ１Ｂより構成されている。第１Ａ群は、拡大共役側に凸の１枚の負メニスカスレンズ１より構成されている。第１Ｂ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズより構成されている。より詳細には、拡大共役側から順に、拡大共役側に凸の負メニスカスレンズ２、縮小共役側の面と比較して拡大共役側の面に強いパワーを有する負レンズ３、拡大共役側の面と比較して縮小共役側の面に強いパワーを有する正レンズ４より構成されている。

遠距離側から近距離側への拡大側共役点の変化に伴い、第１Ａ群Ｇ１Ａは、縮小共役側から、拡大共役側に移動し、第１Ｂ群Ｇ１Ｂは、縮小共役側から、拡大共役側に移動して、フォーカシングを行なっている。この実施例２においては、第１Ａ群Ｇ１Ａのフォーカシングの際の移動量が、第１Ｂ群Ｇ１Ｂのフォーカシングの際の移動量の２０％となるよう、不図示のカム環などで、光軸上を移動するよう構成されている。

この実施例２においては、前述したように、第１Ａ群Ｇ１Ａと第１Ｂ群Ｇ１Ｂを遠距離から近距離へのフォーカシングの際、両Ｇ１Ｂの移動量に対して２０％の移動量としている。これによって、レンズ１から４を一体としてフォーカシング時に動かす従来のフォーカス方法と比較すると、第１Ａ群における軸外主光線の高さの変化を小さくすることができる。この結果として、フォーカシング時の像面湾曲収差の変化を小さくすることが可能となる。

第１Ａ群Ｇ１Ａは、コマ収差や非点収差（像面湾曲、像面湾曲）の発生を小さくするために、拡大共役側に凸面を向けた負メニスカスレンズの形状が好ましい。第１Ｂ群Ｇ１Ｂは、第１Ｂ群Ｇ１Ｂ内における軸外主光線ＰＬ１の光軸からの高さの変化が少なくなるように構成されている。具体的には、拡大共役側から、拡大共役側に凸面を向けた負メニスカスレンズ２、拡大共役側に強いパワーを有する負レンズ３、縮小共役側に強いパワーを有する正レンズ４の順で配置されている。

次に、この実施例２の収差図を図９〜１４に示す。それぞれの図について以下に説明する。

図９に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図１０に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図１１に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図１２に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図１３に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図１４に、本発明数値実施例２のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

拡大側共役点から、レンズの最も拡大共役側の面までの距離が１．２ｍから９ｍまで変化しても、像面湾曲の変化は小さくおさえられている。

比較として、数値実施例１の構成で、レンズ１から４を一体化してフォーカシングを行なった場合の
レンズ前端から拡大側共役点までの距離が１．２ｍ、２．１ｍ、９ｍの場合の、ワイド端およびテレ端の収差図（球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差）を図１５から図２０に示す。図１５から図２０はそれぞれ以下に説明する図である。

図１５に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、ワイド端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

図１６に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、テレ端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

図１７に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、ワイド端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

図１８に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、テレ端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

図１９に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、ワイド端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

図２０に、本発明数値実施例１において、第１Ａ群と第１Ｂ群（レンズ１〜４）を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、テレ端における球面収差、像面湾曲、歪曲収差を示す。

これらの図１５から図２０を見れば分かるように、レンズ１〜４を一体として、フォーカシングを行なった場合、像面湾曲は、基準距離２．１ｍに対して、１．２ｍではオーバーに、９ｍではアンダーとなる。また、球面収差は、基準距離２．１ｍに対して、１．２ｍではアンダーに、９ｍではオーバーとなるため、光軸近傍と周辺でのピント位置にずれが生じ、光軸近傍にピントを合わせたときに、周辺部がぼけてしまう。

図２１は、実施例３の断面図を示す。特に記載しない点については実施例１と同じである。

実施例３のズームレンズは、拡大共役側から順に、負屈折力の第１群ＧＧ１、正屈折力の第２群ＧＧ２、正屈折力の第３群ＧＧ３、負屈折力の第４群ＧＧ４、正屈折力の第５群ＧＧ５、正屈折力の第６群ＧＧ６、より構成されている。これらの第１〜６群は、互いに隣接して配置されており、
ワイド端（広角端）からテレ端（望遠端）への変倍（ズーミング）のためには、第１群（第１レンズユニット）ＧＧ１と第６群（第６レンズユニット）ＧＧ６は移動しない。また、ワイド端（広角端）からテレ端（望遠端）への変倍（ズーミング）の際、第２群（第２レンズユニット）ＧＧ２、第３群（第３レンズユニット）ＧＧ３、第４群（第４レンズユニット）ＧＧ４、第５群（第５レンズユニット）ＧＧ５が拡大側に移動している。

第１群ＧＧ１は、１枚の負レンズより構成された負の屈折力の第１Ａ群（第１サブユニット）ＧＧ１Ａと、負の屈折力の第１Ｂ群（第２サブユニット）ＧＧ１Ｂより構成されている。第１Ａ群は、拡大共役側に凸の１枚の負メニスカスレンズ２１より構成されている。第１Ｂ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズより構成されている。より詳細には、第１Ｂ群は、拡大側から順に、拡大側に凸の負メニスカスレンズ２２、縮小側の面と比較して拡大側の面に強いパワーを有する負レンズ２３、拡大側の面と比較して縮小側の面に強いパワーを有する正レンズ２４より構成されている。

遠距離側から近距離側への拡大側共役点の変化（フォーカシング）に伴い、第１Ａ群ＧＧ１Ａは固定であり、第１Ｂ群ＧＧ１Ｂは、縮小共役側から拡大共役側に移動している。

この実施例３では、フォーカシングの際、第１Ｂ群ＧＧ１Ｂのみを縮小共役側から拡大共役へ移動するだけで、拡大共役側の共役点変化に対する、像面湾曲の変化を小さくすることが可能となり、簡単な構成で、いわゆるフローテイング効果を得ることができる。

レンズ前端から拡大共役点までの距離が変化した場合、遠距離から近距離への拡大側共役点の変化に対してレンズ２１から２４を拡大共役側に繰り出す従来のフォーカシング方法では、第１群ＧＧ１が光軸上を移動する。これにより、最も拡大共役側の凹レンズ２１における軸外主光線の光軸からの高さが大きく変化してしまう。このため、第１群ＧＧ１が縮小共役側に移動する、拡大共役側の共役点が遠い場合には、前記凹レンズ２１における軸外主光線の光軸からの高さが小さくなる。一方、第１群ＧＧ１が拡大共役側に繰り出される、拡大共役側の共役点が近い場合には、前記凹レンズ２１における軸外主光線の光軸からの高さが大きくなる。このため、拡大共役点が遠い場合には、前記凹レンズ２１のパワーが弱いところを軸外主光線が通過するので、像面湾曲がアンダーになり、拡大共役点が近い場合には、前記凹レンズ２１のパワーが強いところを軸外主光線が通過するので、像面湾曲がオーバーとなる。

実施例３では、第１Ｂ群が、拡大側から順に、拡大側に凸の負メニスカスレンズ２２、縮小側の面に対して拡大側の面のパワーの絶対値が相対的に強い負レンズ２３、拡大側の面に対して縮小側の面のパワーの絶対値が相対的に強い正レンズ２４より構成されている。この構成でフォーカシングの際、第１Ｂ群ＧＧ１Ｂのみを光軸方向に移動しても、第１Ａ群ＧＧ１Ａは固定されたままなので、第１Ａ群ＧＧ１Ａにおける軸外主光線の高さの変化を小さくすることができる。第１Ｂ群ＧＧ１Ｂ内を通過する軸外主光線は、光軸に対して大きな角度にならないよう構成されている。

次に、この実施例２の収差図を図２２〜２７に示す。それぞれの図について以下に説明する。

図２２に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図２３に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図２４に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図２５に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図２６に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図２７に、本発明数値実施例３のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

比較として、数値実施例３の構成で、レンズ１から４を一体化してフォーカシングを行なった場合の
レンズ前端から拡大側共役点までの距離が１．２ｍ、２．１ｍ、９ｍの場合の、ワイド端およびテレ端の収差図（球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差）を図２８から図３３に示す。

図２８に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）歪曲収差を示す。

図２９に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が１．２ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図３０に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図３１に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が２．１ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図３２に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、ワイド端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

図３３に、本発明数値実施例３において、第１Ａ群と第１Ｂ群を一体としてフォーカシングを行なった場合のレンズ前端から拡大共役点までの距離が９ｍの場合の、テレ端における球面収差、非点収差（像面湾曲）、歪曲収差を示す。

レンズ１〜４を一体として、フォーカシングを行なった場合、像面湾曲は、基準距離２．１ｍに対して、２ｍではオーバーに、９ｍではアンダーとなり、球面収差は、１．２ｍではアンダーに、９ｍではオーバーとなる。そのため、光軸近傍と周辺でのピント位置にずれが生じ、光軸近傍にピントを合わせのときに周辺部がぼけてしまう。

以下に、実施例１、２、３の具体的なレンズデータを示す。実施例１は数値実施例１、実施例２は数値実施例２、実施例３は数値実施例３である。各数値実施例において、ｉは拡大共役側（紙面左側）からの光学面の順序を示し、Ｒｉは、第ｉ番目の光学面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の面間隔、ｎｉ，ｖｉはそれぞれｄ線を基準としたときの、第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。

また、Ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを非球面係数としたとき、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として、ｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｙ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ^２／Ｒ^２）｝^１／２］＋Ｂｙ^４＋Ｃｙ^６＋Ｄｙ^８＋Ｅｙ^１０＋Ｆｙ^１２
で表すことができる。

以上、実施例１、２、３について述べて来たが、これらの実施例が満足している条件式について以下に述べる。

第１Ｂ群（第２サブユニット）の最も拡大側（拡大共役側）のレンズ外径をφ１ＢＳとし、第１Ｂ群（第２サブユニット）の最も縮小側（縮小共役側）のレンズ外径をφ１ＢＩとするとき、以下の条件式を満足している。
０．８＜φ１ＢＳ／φ１ＢＩ＜１．２（１）
この条件式（１）は、第１Ｂ群（第２サブユニット）の最も拡大共役側のレンズの外径と最も縮小共役側のレンズ外径の比について限定したものである。条件式（１）の下限値および上限値を超える領域では、第１Ｂ群内の軸外主光線の光軸に対する角度が大きくなってしまうため、第１Ｂ群の光軸方向の移動により像面湾曲の変化が大きくなってしまうため、好ましくない。

さらに好ましくは
０．９＜φ１ＢＳ／φ１ＢＩ＜１．１（１ａ）
を満足すると尚良い。

また、第１群（第１レンズユニット）の焦点距離をｆ１、第１Ｂ群（第２サブユニット）の焦点距離をｆ１Ｂとするとき、以下の条件式を満足している。
０．２＜ｆ１／ｆ１Ｂ＜０．８（２）
この条件式（２）は、第１群と第１Ｂ群の焦点距離の比について限定したものである。この条件式（２）の下限値を超える領域では、第１Ｂ群の焦点距離が大きくなりすぎる（屈折力が弱くなり過ぎる）ので、第１Ｂ群のフォーカシング時の移動量が大きくなりすぎ、レンズ全体（特に第１群）が大型化してしまう。また、条件式（２）の上限値を超える領域では、第１Ｂ群のパワーが強くなるすぎるため、第１Ｂ群内の軸外主光線角度が、拡大側（拡大共役側）に対して発散してしまい、第１Ｂ群の光軸方向の移動による像面湾曲の変化が大きくなるため好ましくない。

さらに好ましくは、
０．３＜ｆ１／ｆ１Ｂ＜０．７（２ａ）
０．４５＜ｆ１／ｆ１Ｂ＜０．６（２ｂ）
を満足すると尚良い。

表１に実施例１、２、３それぞれの実施例の、条件式（１）、（２）の値を示す。

尚、これらの条件式（１）、（２）は、本願発明にとって必須の内容では無く、これらの条件式はより好ましいズームレンズ（画像投射装置用の投射レンズ）を提供することが出来る、と言う効果を得るための条件式である。

また、本実施例１、２、３は全て６群構成のズームレンズであったがその限りでは無い。例えば、第４群（第４レンズユニット）よりも縮小側の第５群（第５レンズユニット）及び第６群（第６レンズユニット）を省略し、４群構成（拡大側から、負正負正、負正正正等）としても良い。勿論、第５群（第５レンズユニット）よりも縮小側の第６群（第６レンズユニット）を省略して５群構成（拡大側から負正負正正、負正正正正、負正正負正等）としても構わない。

また、本実施例１、２、３においては、第１群（第１レンズユニット）は、第１Ａ群（第１サブユニット）と第１Ｂ群（第２サブユニット）により構成されているが、その限りでは無く、３つ目のサブユニットを有していても構わない。

また、本実施例１、２、３においては、第１Ａ群（第１サブユニット）は１枚の負レンズで構成されていたがその限りでは無く、前述したように１枚以上の負レンズで構成していれば良い。すなわち、第１Ａ群は２枚の負レンズ、或いは３枚の負レンズで構成しても構わない。また、同様に第１Ｂ群（第２サブユニット）は２枚の負レンズと１枚の正レンズで構成しているがその限りでは無い。例えば、２枚の負レンズを２枚以上の負レンズに置き換えても良いし、１枚の正レンズを１枚以上の正レンズに置き換えても良い。

また、本実施例１、２、３は互いの特徴を任意に組み合わせても良い。例えば、第１群（第１レンズユニット）内の第１Ａ群（第１サブユニット）と第１Ｂ群（第２サブユニット）の移動の仕方を第１、２、３実施例において任意に入れ換えても構わない。

また、本実施例では、ズームレンズ、特に被投射面に画像を投射するプロジェクタ用の投射レンズとしての使用に適したズームレンズについて記載してきたが、カメラ等（ビデオカメラ、監視カメラ等）の撮影装置や、双眼鏡等の観察装置に適用しても構わない。カメラ等に適用する場合は、被写体（拡大側共役面）から出射する画像光をＣＣＤ等の光電変換素子（縮小側共役面）に導くズームレンズとなる。

数値実施例１の断面図数値実施例１のワイド端１．２ｍにおける収差図数値実施例１のテレ端１．２ｍにおける収差図数値実施例１のワイド端２．１ｍにおける収差図数値実施例１のテレ端２．１ｍにおける収差図数値実施例１のワイド端９ｍにおける収差図数値実施例１のテレ端９ｍにおける収差図数値実施例２の断面図数値実施例２のワイド端１．２ｍにおける収差図数値実施例２のテレ端１．２ｍにおける収差図数値実施例２のワイド端２．１ｍにおける収差図数値実施例２のテレ端２．１ｍにおける収差図数値実施例２のワイド端９ｍにおける収差図数値実施例２のテレ端９ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端１．２ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端１．２ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端２．１ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端２．１ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端９ｍにおける収差図数値実施例１（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端９ｍにおける収差図数値実施例３の断面図数値実施例３のワイド端１．２ｍにおける収差図数値実施例３のテレ端１．２ｍにおける収差図数値実施例３のワイド端２．１ｍにおける収差図数値実施例３のテレ端２．１ｍにおける収差図数値実施例３のワイド端９ｍにおける収差図数値実施例３のテレ端９ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端１．２ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端１．２ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端２．１ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端２．１ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のワイド端９ｍにおける収差図数値実施例３（Ｇ１〜４一体フォーカス）のテレ端９ｍにおける収差図

符号の説明

ＳＰ絞り
Ｇ１第１群（第１レンズユニット）
Ｇ２第２群（第２レンズユニット）
Ｇ３第３群（第３レンズユニット）
Ｇ４第４群（第４レンズユニット）
Ｇ５第５群（第５レンズユニット）
Ｇ６第６群（第６レンズユニット）
Ｇ１Ａ第１Ａ群（第１サブユニット）
Ｇ１Ｂ第１Ｂ群（第２サブユニット）
ＰＬ１軸外主光線
ＣＬ１光軸

Claims

最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、
前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、
前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、
を含むズームレンズであって、
変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、
前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、１枚の負レンズ及び１枚の正レンズを含み、前記第２レンズユニットに含まれるレンズの中で最も外径が小さいレンズより外径の小さいレンズで構成される負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、
遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動することを特徴とするズームレンズ。
最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、
前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、
前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、
を含むズームレンズであって、
変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、
前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、２枚の負レンズ及び１枚の正レンズより構成される負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、
遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動することを特徴とするズームレンズ。
最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、
前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、
前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、
を含むズームレンズであって、
変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、
前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、負の屈折力の第１サブユニットと、負の屈折力の第２サブユニットを有しており、
遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットは縮小側に移動し、前記第２サブユニットは拡大側に移動することを特徴とするズームレンズ。
最も拡大側に配置された、負の屈折力の第１レンズユニット、
前記第１レンズユニットに隣接して配置された、正の屈折力の第２レンズユニット、
前記第２レンズユニットよりも縮小側に配置された、正の屈折力の第３レンズユニット、
を含むズームレンズであって、
変倍の際に、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの間隔を変化させており、
前記第１レンズユニットが、拡大側から順に、１枚以上の負レンズより構成される負の屈折力の第１サブユニットと、２枚の負レンズ及び１枚の正レンズを含む負の屈折力の第２サブユニットから構成されており、
遠距離から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１サブユニットと前記第２サブユニットとの間隔が狭まるとともに第２サブユニットが拡大側に移動しており、
前記第２サブユニットの最も拡大側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＳ、前記第２サブユニットの最も縮小側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＩとするとき、
０．８＜φ１ＢＳ／φ１ＢＩ＜１．２
を満足することを特徴とするズームレンズ。
遠距離から近距離へのフォーカシングに際して、前記第１サブユニットが縮小側に移動することを特徴とする請求項１、２又は４いずれかに記載のズームレンズ。
前記第２サブユニットの最も拡大側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＳ、前記第２サブユニットの最も縮小側に配置されたレンズの外径をφ１ＢＩとするとき、
０．８＜φ１ＢＳ／φ１ＢＩ＜１．２
を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。
前記第１サブユニットが拡大側から順に、拡大側に凸の１枚の負メニスカスレンズより構成され、
前記第２サブユニットが拡大側から順に、拡大側に凸の負メニスカスレンズ、縮小側の面よりも拡大側の面の方が強いパワーを有する負レンズ、拡大側の面よりも縮小側の面が強いパワーを有する正レンズより構成されていること特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。
前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１、前記第２サブユニットの焦点距離をｆ１Ｂとするとき、
０．２＜ｆ１／ｆ１Ｂ＜０．８
を満足することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のズームレンズ。
拡大共役側から順に、負の屈折力の前記第１レンズユニット、正の屈折力の前記第２レンズユニット、正の屈折力の前記第３レンズユニット、負の屈折力の第４レンズユニット、正の屈折力の第５レンズユニット、正の屈折力の第６レンズユニットより構成され、
変倍の際に、前記第２、３、４、５レンズユニットが光軸方向に移動することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のズームレンズ。
光変調素子と、
前記光変調素子から出射する光束を被投射面に投射する、請求項１乃至９いずれか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。