JP5253604B2 - ズームレンズ及び画像投射装置 - Google Patents
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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レンズサブ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レンズサブ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、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し、以下の条件を満足することを特徴とする。
−2000<f1B/f1<−1.0
−30<SF<−0.2
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。また、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。
−30<SF<−0.2
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。また、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。
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。
[参考例1]
図20には、本発明の参考例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。
[参考例1]
図20には、本発明の参考例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。
本参考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、本参考例の投射レンズ(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。
本参考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、本参考例では、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、拡大側から数えて第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1レンズユニット10は、第1Aレンズサブユニットと第1Bレンズサブユニットのみ有している)。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、本参考例の負+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主点の移動を示す。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主点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。
本参考例のように第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は本参考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。
−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は本参考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(不動とする)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。
−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(本参考例では第6レンズユニット60)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、本参考例の数値例を示す。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線に対する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(W:広角端、M:ミドル位置、T:望遠端)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、非球面係数を表中に示す。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、後述する他の参考例(数値例)でも同じである。
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、後述する他の参考例(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
《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
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K A B C D E
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W M T
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W至近 W遠方 T至近 T遠方
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d 8 16.67 17.83 -0.25 0.90
図4には、本発明の実施例1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、参考例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、参考例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、参考例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
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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
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16 -66.083 1.10 1.834 37.1
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18 -25.658 1.71
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K A B C D E
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W M T
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W至近 W遠方 T至近 T遠方
d 0 1200.00 9000.00 1200.00 9000.00
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d 8 12.58 13.19 1.07 1.68
−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
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d 8 12.58 13.19 1.07 1.68
図7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1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1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
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K A B C D E
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[参考例2]
図10には、本発明の参考例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。
《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
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K A B C D E
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W至近 W遠方 T至近 T遠方
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d11 13.03 13.80 1.00 1.77
d13 24.48 24.48 9.73 9.73
[参考例2]
図10には、本発明の参考例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。
本参考例は、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、本参考例の数値例を示す。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
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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
《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
《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
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4* 41.975 10.93
5 -25.721 1.99 1.487 70.2
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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
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30 0.000
IMG 0.000
W M T
d 6 6.67 6.67 6.67
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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
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図16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。
《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
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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
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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
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30 0.000
IMG 0.000
W M T
d 6 6.40 6.40 6.40
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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
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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。
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
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 (7)
- 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
−30<SF<−0.2
ただし、f1Bは前記第1Bレンズサブユニットの焦点距離であり、f1は前記第1レンズユニット全体の焦点距離である。また、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。 - 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に記載のズームレンズ。
- 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又は2に記載のズームレンズ。
- 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3に記載のズームレンズ。
- 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から4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は前記第1Bレンズサブユニットの焦点距離である。 - 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。
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。 - 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6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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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012138415A JP5253604B2 (ja) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | ズームレンズ及び画像投射装置 |
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