JP5455342B2 - 画像投射装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に用いられる投射レンズに好適なズームレンズに関する。
ＲＧＢ等の３色の光をそれぞれ液晶パネル等の光変調素子により変調し、合成して投射する画像投射装置では、光変調素子と投射レンズとの間に、該３色の光を合成するための色合成素子が配置される。このため、投射レンズには、ある程度長いバックフォーカスが要求される（特許文献１〜３参照）。
また、光源からの光を３色の光に分解したり、変調後の３色の光を合成したりする色分解光学系には、ダイクロック膜や偏光分離膜等、角度依存性を持つ光学素子が用いられる。このため、投射レンズを、液晶パネル側（縮小共役側）の瞳（入射瞳）が無限遠方にある、いわゆるテレセントリックな光学系とし、上記光学素子の角度依存性を少なくする必要がある。
また、変調された３つの色光を被投射面上に投射したときに該３つの色光によって形成される３色の投射画像同士を正確に重ね合わせる必要がある。このため、投射レンズによって発生する色ずれ（倍率色収差）は、可視光帯域において良好に補正される必要がある。また、投射画像の輪郭部が歪まないように、投射レンズによる歪曲収差が良好に補正されていることが必要である。
また、最近の投射レンズには、画像投射装置の設置自由度を高めるために、より高いズーム比が求められている。
さらに、上記のような要求に加え、画像投射装置の高輝度化に伴い、投射レンズのＦナンバーもなるべく明るい（小さい）ことが求められている。ただし、一般に、変倍機能を有する投射レンズでは、広角端に比べて望遠端のＦナンバーが暗く（大きく）なる傾向がある。
変倍に伴うＦナンバーの変化が小さい投射レンズは、特許文献１〜３にて開示されている。
特開２００２−３５０７２７号公報
特開２００８−０５２１７４号公報
特開２００４−０８５９７９号広報
しかしながら、特許文献１，２にて開示された投射レンズは、ズーム比が小さく、最近の高変倍化のニーズを満たしていない。
また、特許文献３にて開示された投射レンズは、開口径が可変である絞り（可変絞り）を設けることで変倍に伴うＦナンバーの変化を小さくしているが、可変絞りを設けることで投射レンズの構成が複雑になる。
本発明は、可変絞りを有さなくても、高変倍比を有し、かつ変倍に伴うＦナンバーの変化が小さいズームレンズ及びこれを用いた画像投射装置を提供する。
本発明の一側面としてのズームレンズは、拡大共役側から縮小共役側に順に、負の屈折力を有する負レンズユニットと、少なくとも１つの正の屈折力を有する正レンズユニットと、絞りを含む中間レンズユニットと、少なくとも１つの縮小側レンズユニットを有する。負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットのうち少なくとも２つの拡大側可動レンズユニットと、少なくとも１つの縮小側レンズユニットのうち少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットが変倍に際して移動する。そして、以下の条件を満足することを特徴とする。
０．９＜（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）＜１．１
０．９＜φＷ／φＴ＜１．１
０．８＜（βＴＳ・βＴｂ）／（βＷＳ・βＷｂ）＜１．２
１．６≦ｆＴ／ｆＷ
ただし、ＸＷは広角端における負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と絞りとの間隔であり、βＷｂは広角端における少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＷＳは広角端における中間レンズユニットの結像倍率であり、φＷは広角端における絞りの径である。また、ＸＴは望遠端における負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と絞りとの間隔であり、βＴｂは望遠端における少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＴＳは望遠端における中間レンズユニットの結像倍率であり、φＴは望遠端における絞りの径である。さらに、ｆＷは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離であり、ｆＴは望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
０．９＜φＷ／φＴ＜１．１
０．８＜（βＴＳ・βＴｂ）／（βＷＳ・βＷｂ）＜１．２
１．６≦ｆＴ／ｆＷ
ただし、ＸＷは広角端における負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と絞りとの間隔であり、βＷｂは広角端における少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＷＳは広角端における中間レンズユニットの結像倍率であり、φＷは広角端における絞りの径である。また、ＸＴは望遠端における負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と絞りとの間隔であり、βＴｂは望遠端における少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＴＳは望遠端における中間レンズユニットの結像倍率であり、φＴは望遠端における絞りの径である。さらに、ｆＷは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離であり、ｆＴは望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
なお、光を変調する光変調素子と、該光変調素子からの光を被投射面に投射するズームレンズとを有する画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、可変絞りを有さなくても、バックフォーカスが十分確保されたテレセントリックな光学系であって、高変倍比で大口径でありながら、変倍に伴う明るさ変化が小さいズームレンズ及びこれを用いた画像投射装置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１には、本発明の実施例１であるズームレンズの広角端での光学構成を示している。本実施例のズームレンズは、液晶プロジェクタ等の画像投射装置の投射レンズとしてもちいられる。このため、図１には、ズームレンズの光学構成に加えて、画像投射装置の一部の構成要素も合わせて示している。これらのことは、後述する実施例２，３（図３，図５）でも同様である。
本実施例のズームレンズは、拡大共役側（画像投射装置における被投射面側：単に拡大側ともいう）から縮小共役側（画像投射装置における液晶パネル等の光変調素子側：単に縮小側ともいう）に順に第１〜第６レンズユニット１０〜６０を有する。該第１〜第６レンズユニット１０〜６０は、全部で１５枚のレンズエレメントによって構成されている。
第１〜第６レンズユニット１０〜６０はそれぞれ、負、正、正、負、正、正の屈折力を有する。なお、屈折力は焦点距離の逆数であり、各面に回折格子等が付されている場合には光学的パワーということもできる。
第１レンズユニット１０は「負レンズユニット」に、第２及び第３レンズユニット２０，３０は「少なくとも１つの正レンズユニット」に相当する。これら第２及び第３レンズユニット２０，３０を、主変倍レンズユニットともいう。第４レンズユニット４０は、絞りＳＴを含む「中間レンズユニット」に相当する。第１〜第３レンズユニット１０〜３０は、第４レンズユニット４０（絞りＳＴ）よりも拡大共役側に配置された拡大側レンズユニットである。また、第５及び第６レンズユニット５０，６０は、第４レンズユニット４０（絞りＳＴ）よりも縮小共役側に配置された「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」に相当する。
本実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、第２、第３、第４及び第５レンズユニット２０〜５０が図中の矢印の方向に移動する。すなわち、拡大側レンズユニットのうち第２及び第３レンズユニット（拡大側可動レンズユニット）２０，３０と、縮小側レンズユニットのうち第５レンズユニット（縮小側可動レンズユニット）５０が移動する。
第１レンズユニット１０と第６レンズユニット６０はともに変倍に際して不動（固定）である。
最も拡大共役側の第１レンズユニット１０は、拡大共役側から縮小共役側に順に、負、負、負、負、正の５枚のレンズエレメント１１〜１４により構成されている。また、レンズエレメント１３はその両面が非球面である。
第２レンズユニット２０及び第３レンズユニット３０はそれぞれ、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。
第４レンズユニット４０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された負レンズエレメント４１と正レンズエレメント４２とが接合された接合レンズエレメントとして構成されている。絞りＳＴは、この接合レンズエレメントよりも縮小共役側に配置されている。
第５レンズユニット５０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された、負及び正レンズエレメント５１，５２の接合レンズエレメントと、負及び正レンズエレメント５３，５４の接合レンズエレメントと、正レンズエレメント５５とにより構成されている。
最も縮小共役側の第６レンズユニット６０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。
本実施例のズームレンズは、以下の条件を満足する。
０．９＜（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）＜１．１ …（１）
０．９＜φＷ／φＴ＜１．１ …（２）
０．８＜（βＴＳ・βＴｂ）／（βＷＳ・βＷｂ）＜１．２ …（３）
１．４＜ｆＴ／ｆＷ …（４）。
０．９＜φＷ／φＴ＜１．１ …（２）
０．８＜（βＴＳ・βＴｂ）／（βＷＳ・βＷｂ）＜１．２ …（３）
１．４＜ｆＴ／ｆＷ …（４）。
ＸＷは広角端における負レンズユニット（本実施例では第１レンズユニット１０）及び少なくとも１つの正レンズユニット（本実施例では第２及び第３レンズユニット２０，３０）による焦点位置と絞りＳＴとの間隔を示す。βＷｂは広角端における少なくとも１つの縮小側レンズユニット（本実施例では第５及び第６レンズユニット５０，６０）による結像倍率を示す。βＷＳは広角端における中間レンズユニット（本実施例では第４レンズユニット４０）の結像倍率を示す。φＷは広角端における絞りＳＴの径（絞り開口径）を示す。
また、ＸＴは望遠端における負レンズユニット及び少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と絞りＳＴとの間隔を示す。βＴｂは望遠端における少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる結像倍率を示す。βＴＳは望遠端における中間レンズユニットの結像倍率を示す。φＴは望遠端における絞りＳＴの径を示す。
さらに、ｆＷは広角端におけるズームレンズ全系（本実施例では第１〜第６レンズユニット１０〜６０全体）の焦点距離を示し、ｆＴは望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離を示す。
条件（１）において、（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）は、ＸＴ／ＸＷと、βＴｂ／βＷｂと、φＷ／φＴの積である。ＸＴ／ＸＷは、絞りＳＴよりも拡大共役側のレンズエレメントによる焦点位置と絞りＳＴとの広角端と望遠端での間隔の比であり、βＴｂ／βＷｂは、絞りＳＴより縮小共役側のレンズエレメントによる広角端と望遠端での結像倍率の比である。φＷ／φＴは、絞り開口径の広角端と望遠端での比である。
（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）が条件（１）を満足することで、後述するように絞り開口径をほぼ一定としながらも（可変絞りを用いなくても）、変倍に伴うＦナンバー（明るさ）の変化を小さくすることができる。（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）が条件（１）の範囲を超えると、ほぼ一定の絞り開口径では、変倍に伴うＦナンバーの変化を小さくすることが難しくなる。
一般に変倍比が大きくなると、レンズユニットの移動量と条件（１）中のＸＴ／ＸＷが大きく変化する。この場合、変倍に伴う像点補正の機能を、絞りよりも縮小共役側のレンズユニットが持たなければならなくなり、収差補正を良好に行うことが困難になる。このため、本実施例では、絞りを含むレンズユニットよりも拡大共役側において、変倍と像点補正を行う少なくとも２つのレンズユニットが移動する構成としている。
条件（２）は、広角端と望遠端との間の変倍において、絞り開口径がほぼ一定である、すなわちほとんど変化しないことを示す。φＷ／φＴは、できるだけ１に近いことが好ましい。
Ｆナンバーの変化を小さくすることは、望遠端でのＦナンバーを明るく（小さく）することと等価である。ただし、この場合、望遠端での球面収差が非常に大きくなる可能性がある。特に、高変倍比と大口径化を求めると、主変倍レンズユニットでの軸上光線高さが広角端に比べて望遠端できわめて大きくなり、絞りを含むレンズユニットよりも拡大共役側のレンズユニットの形状のみでは収差補正が困難になる。
本実施例では、第１レンズユニット１０が負の屈折力を持つ。このため、主変倍レンズユニットである第２及び第３レンズユニット２０，３０は必然的に正の屈折力を有する。ただし、この場合は、さらに軸上光線高さの広角端と望遠端での差が大きくなり、収差補正を困難にする。
このため、本実施例では、絞りを含むレンズユニットよりも縮小共役側に移動量の大きなレンズユニット（第５レンズユニット５０）を配置して、該レンズユニットに収差補正機能を付与している。
条件（３）は、変倍に伴うＦナンバーの変化を抑えたズームレンズにおいて収差補正を良好に行うための条件である。条件（１）を満足することで、絞りより縮小共役側の入射側と射出側の軸上光線の角度変化を小さく抑えられる。この結果、変倍時における絞りより縮小共役側のレンズユニットでの球面収差の変化を小さくすることができる。
また、変倍によりβＴｂ／βＷｂが１より大きく変化する場合は、条件（１）を満足するためにはＸＴ／ＸＷを大きくする必要があるので、良好な収差補正効果が得られにくくなる。
条件（４）はズームレンズの変倍比を示す。変倍比が小さい場合は、各レンズユニットの移動量が小さいので、Ｆナンバーの変化も小さくすることができる。このため、ｆＴ／ｆＷが条件（４）の範囲を下回るような小さな変倍比である場合には、条件（１），（２）及び（３）を満足するために、必ずしも本実施例の構成を採る必要がない。
また、本実施例のズームレンズは、
８０＜ｆｆ＜８００ …（５）
を満足することが好ましい。ｆｆは負レンズユニット（第１レンズユニット１０）から中間レンズユニット（第４レンズユニット４０）までの合成焦点距離である。
８０＜ｆｆ＜８００ …（５）
を満足することが好ましい。ｆｆは負レンズユニット（第１レンズユニット１０）から中間レンズユニット（第４レンズユニット４０）までの合成焦点距離である。
収差補正を良好に行うためには、絞りより縮小共役側のレンズユニットにおいて広角端から望遠端への変倍に際して軸上光線高さが高くなり、軸外主光線が低くなることが必要になる。このため、絞りより縮小共役側のレンズユニットに入射する軸上光線が条件（５）の範囲で縮小共役側に向かって収束する光束を形成することが望ましい。ｆｆが条件（５）の上限値を超えると、絞りより縮小共役側のレンズユニットよる収差補正効果が薄れるおそれがある。また、ｆｆが条件（５）の下限値を下回ると、絞りより縮小共役側のレンズユニットによる収差補正効果が過剰となるおそれがある。
また、本実施例のズームレンズにおける少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットは、
φ−／φ＋＜−１．２ …（６）
を満足する空気レンズを含むことが好ましい。ここにいう空気レンズは、負の屈折力を有する負レンズ面と正の屈折力を有する正レンズ面とにより構成されたメニスカス形状の空気レンズである。φ−は負レンズ面が有する負の屈折力であり、φ＋は正レンズ面が有する正の屈折力である。
φ−／φ＋＜−１．２ …（６）
を満足する空気レンズを含むことが好ましい。ここにいう空気レンズは、負の屈折力を有する負レンズ面と正の屈折力を有する正レンズ面とにより構成されたメニスカス形状の空気レンズである。φ−は負レンズ面が有する負の屈折力であり、φ＋は正レンズ面が有する正の屈折力である。
変倍に伴うＦナンバーの変化を小さくする際には、正の屈折力を有する主変倍レンズユニットにおいて広角端から望遠端にかけて軸上光線が非常に高くなることから、望遠端において非常に大きなアンダー方向の球面収差が発生し、その補正が困難になる。
一方、縮小側可動レンズユニット（第５レンズユニット５０）は、収差補正に必要な移動量を得るために、そのパワーがある程度弱いことが求められる。そこで、縮小側可動レンズユニットに上記のような空気レンズを設けることで、縮小側可動レンズレンズユニット自体のパワーをあまり大きくせずに強いオーバー方向の球面収差を発生させることができる。φ−／φ＋が条件（６）の範囲を超えると、球面収差の補正効果が薄くなるおそれがある。
また、本実施例のズームレンズは、
Ｌｂ／Ｌ＞０．０５ …（７）
を満足することが好ましい。Ｌはズームレンズの全長（第１レンズユニット１０のうち最も拡大共役側のレンズ面の面頂点と第６レンズユニット６０のうち最も縮小共役側のレンズ面の面頂点との間の長さ）である。Ｌｂは少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットのうち移動量の最も大きいレンズユニット（第５レンズユニット５０）の移動量である。
Ｌｂ／Ｌ＞０．０５ …（７）
を満足することが好ましい。Ｌはズームレンズの全長（第１レンズユニット１０のうち最も拡大共役側のレンズ面の面頂点と第６レンズユニット６０のうち最も縮小共役側のレンズ面の面頂点との間の長さ）である。Ｌｂは少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットのうち移動量の最も大きいレンズユニット（第５レンズユニット５０）の移動量である。
Ｌｂ／Ｌが条件（７）の範囲を超えると、変倍に際して、絞りより縮小共役側のレンズユニットにおける軸上光線高さの変化又は軸外主光線の変化が得られず、十分な収差補正効果が得られないおそれがある。
さらに、本実施例のズームレンズは、
｜ｆＷ／ｂｆ｜＜ ０．６０ …（８）
を満足することが好ましい。ｂｆはズームレンズのバックフォーカスの空気換算値である。
｜ｆＷ／ｂｆ｜＜ ０．６０ …（８）
を満足することが好ましい。ｂｆはズームレンズのバックフォーカスの空気換算値である。
条件（８）は、ズームレンズのバックフォーカスとズームレンズ全系の焦点距離との関係に関する条件である。これを満足することで、図１中に示した色合成光学系８０をズームレンズと縮小側共役面に配置された光変調素子ＩＤとの間に配置するために十分なバックフォーカスを得ることができる。
表１には、本実施例のズームレンズの数値例を示す。表１中のｆはズームレンズ全系の広角端から望遠端での焦点距離を示し、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角を示す。
表１（Ａ）中の面番号ｉは、拡大共役側から縮小共役側に順に各レンズ面に付した番号である。ただし、ＩＤは縮小共役面（光変調素子の変調面）を示す。ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面ｉとレンズ面（ｉ＋１）との間の光軸上での間隔（物理的間隔）を示す。表中に「可変」と記載されている間隔は、変倍に伴って変化する。
また、表１（Ｂ）に示すＮｄ，νｄはそれぞれ、各レンズエレメントを構成するガラス材料のｄ線に対する屈折率とアッベ数を示している。面番号の右側に＊が付記されている面は、以下の関数により表される非球面形状である。表１（Ｃ）に、非球面形状を表すための係数を示している。ｙはレンズ面の径方向での座標を、ｘは光軸方向での座標を示す。また、Ｅ−Ｘは１０−Ｘを示す。
ｘ＝（ｙ２/Ｒ）/[１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ２/Ｒ２）｝１/２]
＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２
図２には、実施例１のズームレンズの広角端及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２
図２には、実施例１のズームレンズの広角端及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
（表１）
実施例１
ｆ 30.3〜54.7
FNO 2.00〜2.10
ω 23.4°〜13.5°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 37.06989 5.000 1.84666 23.78
2 24.48506 9.631
3 34.89594 5.000 1.84666 23.78
4 28.94599 5.992
5* 152.84434 3.200 1.52996 55.80
6* 40.31055 10.852
7 -26.46739 5.000 1.51633 64.14
8 -45.69863 0.479
9 -636.65633 6.490 1.83400 37.16
10 -57.00065 可変
11 127.68378 3.639 1.48749 70.24
12 453.24993 可変
13 88.12788 5.618 1.74320 49.34
14 -1237.15164 可変
15 -126.98282 2.000 1.72047 34.71
16 ∞ 6.339 1.84666 23.78
17 722.84072 2.728
18 STO 可変
19 -1295.15805 2.000 1.76182 26.52
20 32.41414 9.192 1.48749 70.24
21 -37.51828 1.722
22 -30.48106 2.000 1.74950 35.28
23 69.30141 6.269 1.48749 70.24
24 -76.76585 0.100
25 127.59388 8.856 1.49700 81.55
26 -39.26627 可変
27 85.90838 5.027 1.84666 23.78
28 -12212.30429 2.500
29 ∞ 43.000 1.51680 64.17
30 ∞ 5.000
31 ∞ 23.000 1.80518 25.43
32 ∞ 13.385
(B)
d10 d12 d14 d18 d26
Wide 57.339 0.500 4.755 28.950 1.323
Middle 12.704 18.429 29.625 17.627 14.482
Tele 0.753 0.890 43.494 14.588 33.142
(C)
r5 r6
R 152.84434 40.31055
K 0.00000 0.00000
A 6.21678E-06 -3.42988E-06
B -5.59737E-09 -1.05626E-08
C 6.68580E-11 5.29070E-11
D -1.72601E-13 -1.56271E-13
E 2.49518E-16 1.96587E-16
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.06
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 0.963
条件(４)の値 ＝ 1.80
条件(５)の値 ＝ 広角端109.23（望遠端212.63）
条件(６)の値 ＝ -1.84
条件(７)の値 ＝ 0.1577
条件(８)の値 ＝ 0.5318
実施例１
ｆ 30.3〜54.7
FNO 2.00〜2.10
ω 23.4°〜13.5°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 37.06989 5.000 1.84666 23.78
2 24.48506 9.631
3 34.89594 5.000 1.84666 23.78
4 28.94599 5.992
5* 152.84434 3.200 1.52996 55.80
6* 40.31055 10.852
7 -26.46739 5.000 1.51633 64.14
8 -45.69863 0.479
9 -636.65633 6.490 1.83400 37.16
10 -57.00065 可変
11 127.68378 3.639 1.48749 70.24
12 453.24993 可変
13 88.12788 5.618 1.74320 49.34
14 -1237.15164 可変
15 -126.98282 2.000 1.72047 34.71
16 ∞ 6.339 1.84666 23.78
17 722.84072 2.728
18 STO 可変
19 -1295.15805 2.000 1.76182 26.52
20 32.41414 9.192 1.48749 70.24
21 -37.51828 1.722
22 -30.48106 2.000 1.74950 35.28
23 69.30141 6.269 1.48749 70.24
24 -76.76585 0.100
25 127.59388 8.856 1.49700 81.55
26 -39.26627 可変
27 85.90838 5.027 1.84666 23.78
28 -12212.30429 2.500
29 ∞ 43.000 1.51680 64.17
30 ∞ 5.000
31 ∞ 23.000 1.80518 25.43
32 ∞ 13.385
(B)
d10 d12 d14 d18 d26
Wide 57.339 0.500 4.755 28.950 1.323
Middle 12.704 18.429 29.625 17.627 14.482
Tele 0.753 0.890 43.494 14.588 33.142
(C)
r5 r6
R 152.84434 40.31055
K 0.00000 0.00000
A 6.21678E-06 -3.42988E-06
B -5.59737E-09 -1.05626E-08
C 6.68580E-11 5.29070E-11
D -1.72601E-13 -1.56271E-13
E 2.49518E-16 1.96587E-16
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.06
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 0.963
条件(４)の値 ＝ 1.80
条件(５)の値 ＝ 広角端109.23（望遠端212.63）
条件(６)の値 ＝ -1.84
条件(７)の値 ＝ 0.1577
条件(８)の値 ＝ 0.5318
図３には、本発明の実施例２であるズームレンズの広角端での光学構成を示している。
本実施例のズームレンズは、拡大共役側から縮小共役側に順に、第１〜第６レンズユニット１０〜６０を有する。該第１〜第６レンズユニット１０〜６０は、全部で１５枚のレンズエレメントによって構成されている。
第１〜第６レンズユニット１０〜６０はそれぞれ、負、正、負、正、正、正の屈折力を有する。
第１レンズユニット１０は「負レンズユニット」に、第２レンズユニット２０は「少なくとも１つの正レンズユニット」に相当する。第４レンズユニット４０は、絞りＳＴを含む「中間レンズユニット」に相当する。第１〜第３レンズユニット１０〜３０は、第４レンズユニット４０（絞りＳＴ）よりも拡大共役側に配置された拡大側レンズユニットである。また、第５及び第６レンズユニット５０，６０は、第４レンズユニット４０（絞りＳＴ）よりも縮小共役側に配置された「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」に相当する。
本実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、第２、第３、第４及び第５レンズユニット２０〜５０が図中の矢印の方向に移動する。すなわち、拡大側レンズユニットのうち第２及び第３レンズユニット（拡大側可動レンズユニット）２０，３０と、縮小側レンズユニットのうち第５レンズユニット（縮小側可動レンズユニット）５０が移動する。
第１レンズユニット１０と第６レンズユニット６０はともに変倍に際して不動（固定）である。
最も拡大共役側の第１レンズユニット１０は、拡大共役側から縮小共役側に順に、負、負、負、負、正の５枚のレンズエレメント１１〜１４により構成されている。また、レンズエレメント１３はその両面が非球面である。
第２レンズユニット２０及び第３レンズユニット３０はそれぞれ、１枚の正及び負レンズエレメントにより構成されている。
第４レンズユニット４０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された負レンズエレメント４１と正レンズエレメント４２とが接合された接合レンズエレメントとして構成されている。絞りＳＴは、この接合レンズエレメントよりも縮小共役側に配置されている。
第５レンズユニット５０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された、負及び正レンズエレメント５１，５２の接合レンズエレメントと、負及び正レンズエレメント５３，５４の接合レンズエレメントと、正レンズエレメント５５とにより構成されている。
最も縮小共役側の第６レンズユニット６０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。
本実施例のズームレンズは、実施例１で説明した条件（１）〜（９）を満足する。本実施例のズームレンズでは、絞りＳＴよりも拡大共役側に負の屈折力を有する第３レンズユニット３０を配置している。これにより、球面収差及び歪曲収差の補正を、拡大側レンズユニットで行い、縮小側レンズユニットにおける該収差補正の負担を減少させることができる。また、各可動レンズユニットの移動量を減らすことができる。
表２には、本実施例のズームレンズの数値例を示す。図４には、実施例２のズームレンズの広角端及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
（表２）
実施例２
ｆ 30.3〜54.69
FNO 2.00〜2.07
ω 23.4°〜13.5°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 40.71396 5.000 1.84666 23.78
2 27.24947 9.903
3 47.95901 5.000 1.84666 23.78
4 36.76322 5.853
5* 154.57588 3.200 1.52996 55.80
6* 46.96760 12.113
7 -29.52063 4.078 1.48749 70.24
8 -45.65684 0.100
9 802.59611 6.557 1.83400 37.16
10 -71.32216 可変
11 76.37780 6.082 1.78590 44.20
12 -13593.54213 可変
13 -184.14534 2.000 1.74400 44.79
14 73.89113 可変
15 STO 0.100
16 86.03465 2.000 1.80100 34.97
17 25.50964 6.788 1.84666 23.78
18 851.08817 4.403
19 0.00000 可変
20 -75.66415 2.000 1.80518 25.43
21 39.01730 8.191 1.60300 65.44
22 -41.19494 2.553
23 -30.85771 2.000 1.68893 31.08
24 97.10162 7.373 1.48749 70.24
25 -48.56306 0.100
26 166.33508 8.214 1.49700 81.55
27 -45.42346 可変
28 80.58398 4.888 1.84666 23.78
29 1509.76105 2.500
30 ∞ 43.000 1.51680 64.17
31 ∞ 5.000
32 ∞ 23.000 1.80518 25.43
33 ∞ 12.279
(B)
d10 d12 d14 d19 d27
Wide 24.499 15.300 27.184 17.017 7.504
Middle 23.594 39.110 3.853 7.348 17.599
Tele 0.100 56.672 1.540 1.446 31.746
(C)
r5 r6
R 154.57588 46.96760
K 0.00000 0.00000
A 7.46882E-06 1.27945E-06
B -1.12872E-08 -1.51452E-08
C 5.00633E-11 5.04442E-11
D -8.91599E-14 -9.98777E-14
E 8.60078E-17 9.16003E-17
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.05
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 1.147
条件(４)の値 ＝ 1.80
条件(５)の値 ＝ 広角端135.42（望遠端272.58）
条件(６)の値 ＝ -1.53
条件(７)の値 ＝ 0.1212
条件(８)の値 ＝ 0.4989
実施例２
ｆ 30.3〜54.69
FNO 2.00〜2.07
ω 23.4°〜13.5°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 40.71396 5.000 1.84666 23.78
2 27.24947 9.903
3 47.95901 5.000 1.84666 23.78
4 36.76322 5.853
5* 154.57588 3.200 1.52996 55.80
6* 46.96760 12.113
7 -29.52063 4.078 1.48749 70.24
8 -45.65684 0.100
9 802.59611 6.557 1.83400 37.16
10 -71.32216 可変
11 76.37780 6.082 1.78590 44.20
12 -13593.54213 可変
13 -184.14534 2.000 1.74400 44.79
14 73.89113 可変
15 STO 0.100
16 86.03465 2.000 1.80100 34.97
17 25.50964 6.788 1.84666 23.78
18 851.08817 4.403
19 0.00000 可変
20 -75.66415 2.000 1.80518 25.43
21 39.01730 8.191 1.60300 65.44
22 -41.19494 2.553
23 -30.85771 2.000 1.68893 31.08
24 97.10162 7.373 1.48749 70.24
25 -48.56306 0.100
26 166.33508 8.214 1.49700 81.55
27 -45.42346 可変
28 80.58398 4.888 1.84666 23.78
29 1509.76105 2.500
30 ∞ 43.000 1.51680 64.17
31 ∞ 5.000
32 ∞ 23.000 1.80518 25.43
33 ∞ 12.279
(B)
d10 d12 d14 d19 d27
Wide 24.499 15.300 27.184 17.017 7.504
Middle 23.594 39.110 3.853 7.348 17.599
Tele 0.100 56.672 1.540 1.446 31.746
(C)
r5 r6
R 154.57588 46.96760
K 0.00000 0.00000
A 7.46882E-06 1.27945E-06
B -1.12872E-08 -1.51452E-08
C 5.00633E-11 5.04442E-11
D -8.91599E-14 -9.98777E-14
E 8.60078E-17 9.16003E-17
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.05
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 1.147
条件(４)の値 ＝ 1.80
条件(５)の値 ＝ 広角端135.42（望遠端272.58）
条件(６)の値 ＝ -1.53
条件(７)の値 ＝ 0.1212
条件(８)の値 ＝ 0.4989
図５には、本発明の実施例３であるズームレンズの広角端での光学構成を示している。
実施例のズームレンズは、拡大共役側から縮小共役側に順に第１〜第５レンズユニット１０〜５０を有する。該第１〜第５レンズユニット１０〜５０は、全部で１４枚のレンズエレメントによって構成されている。
第１〜第５レンズユニット１０〜５０はそれぞれ、負、正、負、正、正の屈折力を有する。
第１レンズユニット１０は「負レンズユニット」に、第２レンズユニット２０は「少なくとも１つの正レンズユニット」に相当する。第３レンズユニット３０は、絞りＳＴを含む「中間レンズユニット」に相当する。第１及び第２レンズユニット１０，２０は、第３レンズユニット３０（絞りＳＴ）よりも拡大共役側に配置された拡大側レンズユニットである。また、第４及び第５レンズユニット４０，５０は、第３レンズユニット３０（絞りＳＴ）よりも縮小共役側に配置された「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」に相当する。
本実施例のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、第１，第２、第３、第４レンズユニット１０〜４０が図中の矢印の方向に移動する。すなわち、第３レンズユニット３０よりも拡大共役側に配置された第１及び第２レンズユニット（拡大側可動レンズユニット）１０，２０と、第３レンズユニット３０よりも縮小共役側に配置された第４レンズユニット（縮小側可動レンズユニット）４０が移動する。
第５レンズユニット５０は変倍に際して不動（固定）である。
最も拡大共役側の第１レンズユニット１０は、拡大共役側から縮小共役側に順に、負、負、負、負、正の５枚のレンズエレメント１１〜１４により構成されている。また、レンズエレメント１３はその両面が非球面である。
第２レンズユニット２０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。
第３レンズユニット３０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された負レンズエレメント３１と正レンズエレメント３２とが接合された接合レンズエレメントとして構成されている。絞りＳＴは、この接合レンズエレメントよりも縮小共役側に配置されている。
第４レンズユニット４０は、拡大共役側から縮小共役側に順に配置された、負及び正レンズエレメント４１，４２の接合レンズエレメントと、負及び正レンズエレメント４３，４４の接合レンズエレメントと、正レンズエレメント４５とにより構成されている。
最も縮小共役側の第５レンズユニット５０は、１枚の正レンズエレメントにより構成されている。
本実施例のズームレンズは、条件（１）〜（９）を満足する。本実施例のズームレンズは、変倍に際して第１レンズユニット１０を移動させることで、実施例１，２に比べてレンズユニットを１つ減少させ、構成を簡単にしている。
表３には、本実施例のズームレンズの数値例を示す。図６には、実施例２のズームレンズの広角端及び望遠端での球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。
（表３）
実施例３
ｆ 30.3〜48.7
FNO 2.00〜2.04
ω 23.4°〜15.1°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 33.60994 5.000 1.84666 23.78
2 24.37065 9.247
3 37.83295 5.000 1.84666 23.78
4 28.77573 6.287
5* 135.74126 3.200 1.52996 55.80
6* 39.06482 11.477
7 -25.74861 5.000 1.77250 49.60
8 -34.67766 0.500
9 1065.50402 6.515 1.83400 37.16
10 -70.81837 可変
11 83.46965 5.722 1.80400 46.57
12 -34832.48039 可変
13 -91.54637 2.000 1.76200 40.10
14 33.88902 6.098 1.84666 23.78
15 -284.01886 1.971
16 STO 可変
17 -260.04137 2.000 1.78470 26.29
18 34.48600 9.321 1.48749 70.24
19 -30.98326 1.098
20 -27.36420 2.000 1.66680 33.05
21 74.87496 6.187 1.48749 70.24
22 -69.32387 0.500
23 139.01219 8.664 1.49700 81.55
24 -39.89731 可変
25 76.73620 5.070 1.84666 23.78
26 736.82336 2.500
27 ∞ 43.000 1.51680 64.17
28 ∞ 5.000
29 ∞ 23.000 1.80518 25.43
30 ∞ 10.167
(B)
d10 d12 d16 d24
Wide 50.570 10.436 23.816 12.321
Middle 19.837 33.035 16.487 20.286
Tele 0.500 57.468 7.036 28.593
(C）
r5 r6
R 135.74126 39.06482
K 0.00000 0.00000
A 4.90318E-06 -5.04603E-06
B -3.52520E-09 -7.75851E-09
C 7.44657E-11 5.56694E-11
D -2.05527E-13 -1.76811E-13
E 2.85780E-16 2.15243E-16
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.02
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 0.917
条件(４)の値 ＝ 1.60
条件(５)の値 ＝ 広角端177.22（望遠端326.66）
条件(６)の値 ＝ -1.55
条件(７)の値 ＝ 0.0990
条件(８)の値 ＝ 0.5178
ここで、「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」に相当するレンズユニット（レンズ群）として、実施例１及び２においては正の第５レンズユニット及び正の第６レンズユニットを例示している。また、実施例３においては、正の第４レンズユニット及び正の第５レンズユニットを例示している。しかし、「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」を、１つのレンズユニットで構成してもよい。例えば、実施例１，２において、第６レンズユニットを第５レンズユニットと一体的に移動させてもよいし、また第６レンズユニットを色合成光学系８０と一体的に構成（色合成光学系が持つプリズム面に屈折力を持たせる）しても構わない。勿論、実施例３においては、第５レンズユニットを第４レンズユニットと一体的に移動させても構わない。また、これらのレンズユニットの屈折力は正の屈折力であることが望ましいが、負の屈折力であっても構わない。
実施例３
ｆ 30.3〜48.7
FNO 2.00〜2.04
ω 23.4°〜15.1°
(A)
面番号 r(mm) d(mm) Nd νd
1 33.60994 5.000 1.84666 23.78
2 24.37065 9.247
3 37.83295 5.000 1.84666 23.78
4 28.77573 6.287
5* 135.74126 3.200 1.52996 55.80
6* 39.06482 11.477
7 -25.74861 5.000 1.77250 49.60
8 -34.67766 0.500
9 1065.50402 6.515 1.83400 37.16
10 -70.81837 可変
11 83.46965 5.722 1.80400 46.57
12 -34832.48039 可変
13 -91.54637 2.000 1.76200 40.10
14 33.88902 6.098 1.84666 23.78
15 -284.01886 1.971
16 STO 可変
17 -260.04137 2.000 1.78470 26.29
18 34.48600 9.321 1.48749 70.24
19 -30.98326 1.098
20 -27.36420 2.000 1.66680 33.05
21 74.87496 6.187 1.48749 70.24
22 -69.32387 0.500
23 139.01219 8.664 1.49700 81.55
24 -39.89731 可変
25 76.73620 5.070 1.84666 23.78
26 736.82336 2.500
27 ∞ 43.000 1.51680 64.17
28 ∞ 5.000
29 ∞ 23.000 1.80518 25.43
30 ∞ 10.167
(B)
d10 d12 d16 d24
Wide 50.570 10.436 23.816 12.321
Middle 19.837 33.035 16.487 20.286
Tele 0.500 57.468 7.036 28.593
(C）
r5 r6
R 135.74126 39.06482
K 0.00000 0.00000
A 4.90318E-06 -5.04603E-06
B -3.52520E-09 -7.75851E-09
C 7.44657E-11 5.56694E-11
D -2.05527E-13 -1.76811E-13
E 2.85780E-16 2.15243E-16
(D)
条件(１)の値 ＝ 1.02
条件(２)の値 ＝ 1.00
条件(３)の値 ＝ 0.917
条件(４)の値 ＝ 1.60
条件(５)の値 ＝ 広角端177.22（望遠端326.66）
条件(６)の値 ＝ -1.55
条件(７)の値 ＝ 0.0990
条件(８)の値 ＝ 0.5178
ここで、「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」に相当するレンズユニット（レンズ群）として、実施例１及び２においては正の第５レンズユニット及び正の第６レンズユニットを例示している。また、実施例３においては、正の第４レンズユニット及び正の第５レンズユニットを例示している。しかし、「少なくとも１つの縮小側レンズユニット」を、１つのレンズユニットで構成してもよい。例えば、実施例１，２において、第６レンズユニットを第５レンズユニットと一体的に移動させてもよいし、また第６レンズユニットを色合成光学系８０と一体的に構成（色合成光学系が持つプリズム面に屈折力を持たせる）しても構わない。勿論、実施例３においては、第５レンズユニットを第４レンズユニットと一体的に移動させても構わない。また、これらのレンズユニットの屈折力は正の屈折力であることが望ましいが、負の屈折力であっても構わない。
図７には、上記実施例１〜３にて説明したズームレンズを投射レンズとして用いた画像投射装置としての反射型液晶プロジェクタの構成を示す。
図７において、１は光源ランプであり、白色光を発する。２は照明光学系であり、光源ランプ１からの無偏光光を特定の偏光方向を有する直線偏光に変換したり、光源ランプ１からの光を複数の光束に分割して後述する液晶パネル５，７，８上にて重ね合わせたりする。
３はダイクロイックミラーであり、照明光学系２からの白色光を第１の色光（例えば、緑光）と第２及び第３の色光（例えば、赤光及び青光）に分離する。４は第１の偏光ビームスプリッタであり、ダイクロイックミラー３を透過した第１の色光（例えば、Ｐ偏光）を透過して第１の反射型液晶パネル（光変調素子）５に到達させる。第１の反射型液晶パネル５は、入射した第１の色光を画像変調するとともに反射する。第１の反射型液晶パネル５で変調された第１の色光（例えば、Ｓ偏光）は、第１の偏光ビームスプリッタ４で反射されて色合成プリズム９に到達する。
６は第２の偏光ビームスプリッタであり、ダイクロイックミラー３で反射された第２の色光（例えば、Ｓ偏光）を反射して第２の反射型液晶パネル（光変調素子）７に到達させる。第２の反射型液晶パネル７は、入射した第２の色光を画像変調するとともに反射する。第２の反射型液晶パネル７で変調された第２の色光（例えば、Ｐ偏光）は、第２の偏光ビームスプリッタ６を透過して色合成プリズム（色合成光学系）９に到達する。
また、第２の偏光ビームスプリッタ６は、ダイクロイックミラー３で反射された第３の色光（例えば、Ｐ偏光）を透過して第３の反射型液晶パネル（光変調素子）８に到達させる。第３の反射型液晶パネル８は、入射した第３の色光を画像変調するとともに反射する。第３の反射型液晶パネル８で変調された第３の色光（例えば、Ｓ偏光）は、第２の偏光ビームスプリッタ６で反射された色合成プリズム９に到達する。
色合成プリズム９は、第１〜第３の色光を合成して投射レンズ（実施例１〜３のいずれかにて説明したズームレンズ）１０に導く。投射レンズ１０は、合成された第１〜第３の色光を被投射面であるスクリーンに投射する。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
例えば、実施例１〜３では、絞りとして物理的な絞りを用いた場合について説明したが、レンズ面を絞りとして代用してもよい。また、絞りを、軸外主光線の高さが最も小さくなる位置に配置してもよい。さらに、絞りを含むレンズユニット（中間レンズユニット）を、最大有効径が最も小さいレンズユニットとしてもよい。
また、実施例１〜３では、縮小側可動レンズユニットが１つのレンズユニットであるズームレンズについて説明したが、縮小側可動レンズユニットは２つ以上のレンズユニットであってもよい。
また、実施例４では、反射型液晶パネルを用いた反射型液晶プロジェクタについて説明したが、本発明の画像投射装置としては、透過型液晶パネルを用いた透過型液晶プロジェクタであってもよい。また、デジタル・マイクロ・ミラーデバイス（ＤＭＤ）を光変調素子として用いた画像投射装置であってもよい。
１０ 第１レンズユニット
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
８０ 色合成光学系
ＩＤ 縮小側共役面（光変調素子）
ＳＴ 絞り
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
８０ 色合成光学系
ＩＤ 縮小側共役面（光変調素子）
ＳＴ 絞り
Claims (9)
- 拡大共役側から縮小共役側に順に、
負の屈折力を有する負レンズユニットと、
少なくとも１つの正の屈折力を有する正レンズユニットと、
絞りを含む中間レンズユニットと、
少なくとも１つの縮小側レンズユニットを有し、
前記負レンズユニット及び前記少なくとも１つの正レンズユニットのうち少なくとも２つの拡大側可動レンズユニットと、前記少なくとも１つの縮小側レンズユニットのうち少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットが変倍に際して移動し、
以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．９＜（ＸＴ・βＴｂ・φＷ）／（ＸＷ・βＷｂ・φＴ）＜１．１
０．９＜φＷ／φＴ＜１．１
０．８＜（βＴＳ・βＴｂ）／（βＷＳ・βＷｂ）＜１．２
１．６≦ｆＴ／ｆＷ
ただし、ＸＷは広角端における前記負レンズユニット及び前記少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と前記絞りとの間隔であり、βＷｂは広角端における前記少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＷＳは広角端における前記中間レンズユニットの結像倍率であり、φＷは広角端における前記絞りの径であり、ＸＴは望遠端における前記負レンズユニット及び前記少なくとも１つの正レンズユニットによる焦点位置と前記絞りとの間隔であり、βＴｂは望遠端における前記少なくとも１つの縮小側レンズユニットによる合成の結像倍率であり、βＴＳは望遠端における前記中間レンズユニットの結像倍率であり、φＴは望遠端における前記絞りの径であり、ｆＷは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離であり、ｆＴは望遠端における前記ズームレンズ全系の焦点距離である。 - 広角端から望遠端への変倍に際して、前記中間レンズユニットと前記少なくとも１つの縮小側レンズユニットのうち最も前記中間レンズユニットに近いレンズユニットとの間隔が減少し、
以下の条件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。
８０＜ｆｆ＜８００
ただし、ｆｆは前記負レンズユニットから前記中間レンズユニットまでの合成焦点距離である。 - 前記少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットは、負の屈折力を有する負レンズ面と正の屈折力を有する正レンズ面とにより構成されたメニスカス形状の空気レンズを含み、
以下の条件を満足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。
φ−／φ＋＜−１．２
ただし、φ−は負レンズ面が有する負の屈折力であり、φ＋は正レンズ面が有する正の屈折力である。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のズームレンズ。
Ｌｂ／Ｌ＞０．０５
ただし、Ｌは前記ズームレンズの広角端での全長であり、Ｌｂは前記少なくとも１つの縮小側可動レンズユニットのうち広角端から望遠端まででの移動量が最も大きいレンズユニットの該移動量である。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のズームレンズ。
｜ｆＷ／ｂｆ｜＜ ０．６０
ただし、ｂｆは前記ズームレンズのバックフォーカスの空気換算値である。 - 変倍に際して、前記少なくとも１つの縮小側レンズユニットのうち最も縮小共役側のレンズユニットは不動であり、該最も縮小共役側のレンズユニットは１つの正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１から５のいずれか１つに記載のズームレンズ。
- 前記正レンズユニットが１つの正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１から６のいずれか１つに記載のズームレンズ。
- 前記中間レンズユニットが、前記絞りと１つの接合レンズエレメントとにより構成されてい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。
- 光を変調する光変調素子と、
該光変調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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