JP2004020799A - 投影用ズームレンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＭＤ等の画像を投影する高性能でコンパクトな投影用ズームレンズを提供する。
【解決手段】スクリーン側から順に第１レンズ群（負）、第２レンズ群（正）及び第３レンズ群（正）で構成され、前記第１レンズ群はスクリーン側に凸のメニスカス負レンズである第１レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス負レンズである第２レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス正レンズである第３レンズ及び負レンズである第４レンズから構成され、前記第２レンズ群は正レンズである第５レンズ、正レンズである第６レンズ、負レンズで前記第６レンズと接合の第７レンズ、負レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ及び正レンズである第１０レンズから構成され、前記第３レンズ群は正レンズである第１１レンズで構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の移動により変倍する投影用ズームレンズ。
【選択図】 図１
【解決手段】スクリーン側から順に第１レンズ群（負）、第２レンズ群（正）及び第３レンズ群（正）で構成され、前記第１レンズ群はスクリーン側に凸のメニスカス負レンズである第１レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス負レンズである第２レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス正レンズである第３レンズ及び負レンズである第４レンズから構成され、前記第２レンズ群は正レンズである第５レンズ、正レンズである第６レンズ、負レンズで前記第６レンズと接合の第７レンズ、負レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ及び正レンズである第１０レンズから構成され、前記第３レンズ群は正レンズである第１１レンズで構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の移動により変倍する投影用ズームレンズ。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、主にＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に投写する投影用ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタのライトバルブとしては長い間、液晶パネルが多く用いられてきた。ところが近年、微小なマイクロミラー（鏡面素子）を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシン技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が実用化されており、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという特徴を有するため、携帯可能とした小型で高輝度、高画質のプロジェクタを実現するのに適していることから、広く普及する兆しを見せている。
【０００３】
プロジェクタ装置においてライトバルブとしてＤＭＤを使用する場合、その投影レンズにはＤＭＤ特有の制限が加わることとなる。
第１の制限は投影レンズのＦ値に関するものである。現在、ＤＭＤにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーの旋回する角度は±１２°であり、これにより有効な反射光（有効光）と無効な反射光（無効光）とを切り替えている。従って、ＤＭＤをライトバルブとしたプロジェクタにおいては有効光をとらえる必要があると共に無効光を捉えないことが条件となり、この条件から投影レンズのＦ値を導くことが出来、Ｆ＝２．４となる。実際には少しでも光量を上げたいという要望があるため、実害のない範囲でのコントラストの低下などに配慮した上でＦ＝２．０の投影レンズとする場合が多い。また、この様な条件は投影レンズのライトバルブ側の瞳の位置が一定という条件のもとで成立しているため、ズームレンズなどの瞳位置が移動する場合は、移動した場合には、光量のロスなどが生ずるため、一般的には明るさが問題となりやすい広角端での瞳位置を最適化するなどの配慮が必要となる。
【０００４】
第２の制限は光源系との位置関係による制限である。小型化の為には投影レンズのイメージサークルはなるべく小さくしたい為に、ＤＭＤに投影用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまい、前述のＤＭＤからの有効光をプロジェクタレンズに入力するには、光源系をプロジェクタレンズとほぼ同じ方向（隣り合わせ）に設置することとなる。また投影レンズの最もライトバルブ側レンズとライトバルブとの間（すなわちバックフォーカス）を投影系と光源系との両光学系で使用することとなり、投影レンズにはバックフォーカスを大きく取らなければならないと同時に、光源からの導光スペースを確保するために、ライトバルブ側のレンズ系を小さく設計する必要が生ずる。このことは投影レンズの光学設計の立場から考えると、すなわち投影レンズの後方付近にライトバルブ側の瞳位置が来るように設計することになる。その一方で、投影レンズの性能を向上するためには、多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投影レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投影レンズの全長が長くなれば、入射瞳位置が後方にあるレンズでは当然のことながら前方のレンズ径が大きくなってしまうという問題が発生することとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様な状況ではあるが、ライトバルブとしてＤＭＤを採用するプロジェクタ装置は、小型化に有利と考えられており、現在ではデータプロジェクタを中心として、携帯可能なコンパクトなものが広く普及しつつある。装置自体をコンパクトにするためには、当然のことながら使用される投影レンズに関しても、コンパクト化の要望は大きく、また、多機能化という要望もあり、諸収差の性能が使用するＤＭＤの仕様を充分満足することはもちろんのこと、さらに、利便性の点ではズームも可能で、その変倍比も大きい物が要求されるようになってきた。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑み、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトな投影用ズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影用ズームレンズは、投影型表示装置のライトバルブとスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影用レンズであって、スクリーン側から順に第１レンズ群及び第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズ、及び負レンズである第４レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第５レンズ、正レンズである第６レンズ、負レンズであり前記第６レンズと接合状態で使用される第７レンズ、負レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ及び正レンズである第１０レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１１レンズを配して構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成している投影用ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１０レンズのライトバルブ側面と前記第３レンズ群を構成する前記第１１レンズのスクリーン側面の面間の距離に関して下記件式（２）を満足しており、広角端におけるレンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（３）を満足しており、また前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（４）を満足することを特徴とする。（請求項１）
【０００８】
（１） １．３＜ ｜ｆＩ ｜／ｆｗ＜２．０ （絶対値はｆＩ ＜０のため）
（２） １．５＜ ｄ２０Ｗ／ｆｗ＜１．９
（３） ５．０＜ ＴＬＷ／ｆｗ＜７．０
（４） −０．８＜ ＭＩＩＷ＜−０．５
ただし、
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩ ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄ２０Ｗ ：広角端における第１０レンズのライトバルブ側面と第１１レンズのスク
リーン側面の面間の距離
ＴＬＷ ：投影距離∞の時の広角端における第１レンズのスクリーン側面からライ
トバルブまでの距離（ただし、カバーガラス部分は空気換算距離）
ＭＩＩＷ ：広角端における第２レンズ群の合成倍率
【０００９】
条件式（１）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。下限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群、第３レンズ群の正のパワーを強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。逆に上限を越えると、第２レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反することとなる。
【００１０】
条件式（２）は、バックフォーカスの大きさに関する条件に相当するものである。実際には条件式（２）で表現される間隔のライトバルブ側には第３レンズ群が配置されるので、バックフォーカスとは呼べないが、前述のように投影レンズとＤＭＤ等のライトバルブの間には光源からの導光スペースが必要となり、この導光スペースの為に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を広くとることによって、照明条件を確保している。したがって、第３レンズ群は投影レンズのみならず、導光用の光学系においても共通で使用されるという特徴を持っている。そのため、条件式としては、条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群の負のパワー、第２レンズ群の正のパワー共に大きくなり、諸収差が悪化してしまう。逆に、下限を越えると、導光の為のスペースが確保出来ず。照明光の損失に繋がり、結果として良質なプロジェクタを提供することが出来ない。
【００１１】
条件式（３）は、広角端におけるズームレンズの全長を示すものである。広角端におけるレンズ全長が使用時において他のどの焦点距離で使用した場合よりも大きくなる。すなわち本発明のズームレンズの小型化の結果を示すものである。上限を越えると、収差補正では有利となる反面、本発明のズームレンズの特徴となる小型化と相反することとなる。また、逆に下限を越えると、各レンズのパワーを大きくしなければならず、歪曲収差、色収差等の諸収差の悪化、敏感度等の悪化等を招き、実状に適さない。
【００１２】
条件式（４）は、第２レンズ群の広角端における合成倍率の適正な選択に関する条件であるが、レンズ全系の小型化の条件となる。最適化されたズームレンズ等の光学系における各群のパワーの配置は各収差補正のバランスの上に成り立っているものであるから、これを大きく変更することは困難である。また単独で操作出来るものでもない。すなわち、本発明の投影用ズームレンズの場合、第２レンズ群の広角端における合成倍率を条件式（４）の範囲で適正に選択することによって、レンズ全系の大きさと各レンズ群のパワーの最適化が図れる。上限を越えた場合レンズ全系が大型化してしまい、逆に下限を越えると第２レンズ群のパワーが過大となり、他のレンズ群とのバランスが崩れ収差補正困難となる。
【００１３】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのライトバルブ側面が非球面形状であり、前記第１レンズ群を構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数に関して下記条件式（５）を満足し、また前記第３レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（５） ４５＜（ν１＋ν２＋ν４）／３
（６） ２．５＜ ｆ３／ｆｗ＜５．０
ただし、
ν１ ：第１レンズのアッベ数
ν２ ：第２レンズのアッベ数
ν４ ：第４レンズのアッベ数
ｆ３ ：第３レンズの焦点距離
【００１４】
前記第２レンズのライトバルブ側面は歪曲収差を良好に補正するためには非球面形状とすることが好ましい。また、条件式（５）は、第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の配分に関するものである。第１レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、第１レンズ群を構成する負レンズを条件式（５）のような条件のもとで設計することにより、適切なパワー配分となり色収差の良好な補正が可能となる。下限を越えると色収差補正のために各レンズのパワーが過大となり、諸収差が悪化する。条件式（６）は、第１レンズ群を構成する唯一の正レンズである第３レンズのパワーに関する条件式である。第１レンズ群を構成するレンズの正パワー、負パワーの配分の適正化の為の条件である。上限を越えた場合は正のパワーが不足している状態であり、逆に下限を越えた場合は正のパワーが強すぎる状態であり、どちらの状態も色収差の補正状態が悪化し、ペッツバール和が適正値からはずれ像面湾曲が補正出来ないなどの弊害となる。
【００１５】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第２レンズの材料は樹脂材料で製作されており、かつライトバルブ側面が非球面形状をしており、前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足していることが好ましい。（請求項３）
（７） ３．０＜ ｜ｆ２｜／ｆｗ （絶対値はｆ２＜０のため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
【００１６】
歪曲収差を補正する目的からすると非球面形状とするのは前記第１レンズまたは前記第２レンズの非球面形状化が共に有効であると考えられるが、一方で、これらのレンズの有効径はより小径である前記第２レンズでも約φ３３．８ｍｍ〜φ３９．８ｍｍとなってしまい、現在のガラスモールド製法で製作するとコスト的にかなり不利となる大きさである。樹脂材料での非球面レンズを採用すれば、コスト的な問題は解消されるが、表面キズなどを考慮すれば外装表面に露出する前記第１レンズよりも前記第２レンズに樹脂材料の非球面レンズを採用することが好ましい。そこで条件式（７）は、前記第２レンズを樹脂材料で製作した場合の、投影用レンズとして性能を維持するための条件の範囲を示すものである。樹脂材料でレンズを製作する場合に留意しなければならないのは、温度の変化や湿度の変化による屈折率の変化を問題ない範囲に押さえる事と、成形性を高めるために、肉厚を均等にする配慮をすることである。これらの条件を満足するためには、共に樹脂レンズに配分するパワーを小さくすることが必要となる。したがって、条件式（７）の下限値を越えると投影レンズとして性能を維持するためには第２レンズに配分されるパワーが大きすぎ、上記のような弊害を生ずる事になる。
【００１７】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのスクリーン側面が非球面形状であり、前記第２レンズ群を構成する正の屈折力を有するレンズの硝材の屈折率に関して下記条件式（８）を満足し、前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（１０）を満足し、前記第５レンズのスクリーン側面及び前記第１０レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（１１）を満足し、さらに前記第７レンズのライトバルブ側面及び前記第８レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（１２）を満足していることが好ましい。（請求項４）
【００１８】
（８） １．６５＜（ｎ５＋ｎ６＋ｎ９＋ｎ１０）／４
（９） １５＜（ν５＋ν６＋ν９＋ν１０）／４−（ν７＋ν８）／２＜２２
（１０） １．１＜ ｆ５／ｆｗ＜１．９
（１１） １．０＜（ｒ１０−ｒ２０）／（２＊ｆｗ）＜２．０
（１２） ０．７＜（ｒ１４−ｒ１５）／（２＊ｆｗ）＜１．５
ただし、
ｎ５ ：第５レンズのｄ線における屈折率
ｎ６ ：第６レンズのｄ線における屈折率
ｎ９ ：第９レンズのｄ線における屈折率
ｎ１０：第１０レンズのｄ線における屈折率
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ν７ ：第７レンズのアッベ数
ν８ ：第８レンズのアッベ数
ν９ ：第９レンズのアッベ数
ν１０：第１０レンズのアッベ数
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ｒ１０：第５レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ１４：第７レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ１５：第８レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２０：第１０レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
【００１９】
前記第５レンズのスクリーン側面は球面収差、コマ収差などを良好に補正するためには、非球面形状とすることが好ましい。また、条件式（８）は、第２レンズ群構成しているレンズの内、正レンズに使用されている硝材の屈折率の選択に関するものである。ペッツバール和を小さく抑えて像面湾曲、非点収差を良好に補正するための条件である。従って、下限を越えた場合は、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を補正することが困難となる。条件式（９）は、第２レンズ群に使用されている正レンズと負レンズのアッベ数の配分に関する条件式である。色収差を良好に補正しつつ各収差とのバランスを維持するための条件となる。上限を越えると、すなわち正レンズのアッベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に低くなり、ペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の補正に不利となる。逆に下限を越えると、色収差の補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差およびコマ収差の補正に不利な状態となる。
【００２０】
条件式（１０）は、第２レンズ群の最もスクリーン側に配置される第５レンズへ与えられる正パワーの適切な配分に関する条件式である。下限を越えると、第５レンズのパワーが過大であることを示し、上限を越えると、第２レンズ群を構成する他の正レンズである第６レンズ、第９レンズおよび第１０レンズへのパワー配分が過大であることを示しており、どちらの場合も球面収差、コマ収差が過大となり補正しきれなくなってしまう。条件式（１１）および条件式（１２）は条件式（１０）と同様に大口径比レンズで発生しやすい球面収差、コマ収差の補正のための条件式である。条件式（１１）は第２レンズ群の最もライトバルブ側に位置する第１０レンズのライトバルブ側面と、逆に最もスクリーン側に位置する第５レンズのスクリーン側面の面パワーの配分の方法を示している。第１０レンズのライトバルブ側面はライトバルブより第３レンズ群をへて入射する発散光束を収束し、第５レンズのスクリーン側面は第２レンズ群内で発散させられた光束を再び集光させるため、共に強い面パワーを有しているが、これらを条件式（１１）の条件の範囲で適切に配分することが必要である。条件式（１２）は第２レンズ群のほぼ中央に配置される発散面である第７レンズのライトバルブ側面と第８レンズのスクリーン側面の面パワーの配分の方法を示している。第７レンズのライトバルブ側面、第８レンズのスクリーン側面とも強い負の面パワーを与えられており、やはり条件式の範囲でのパワー配分をすることが必要となる。条件式（１１）、条件式（１２）共に条件式を満足しない場合には良好な球面収差、コマ収差の状態が作ることが出来ない。
【００２１】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズでは、さらに前記第１０レンズのライトバルブ側面が非球面形状であることが好ましく、（請求項５）この事は、主に球面収差、コマ収差の補正に有利となる。コスト的に許される範囲であれば、この部分の非球面化することで、さらに小型化、あるいは高性能化することが可能となる。
【００２２】
最後に、本発明の投影用ズームレンズは前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（１３）を満足することが好ましい。（請求項６）
（１３） ０．４＜ ｄ２０Ｗ／ｆＩＩＩ＜０．６
ただし、
ｆＩＩＩ ：第３レンズ群の合成焦点距離
【００２３】
この条件式（１３）は、広角端における第２レンズ群を構成する第１０レンズのライトバルブ側面と第３レンズ群を構成する第１１レンズのスクリーン側面の距離と前記第１１レンズの焦点距離との関係を示す条件式となっている。ライトバルブからレンズへの入射光は、ライトバルブを垂直に射出することが理想である。これを第３レンズ群によって第２レンズ群の瞳位置へ入射させる事が必要である。実際には第２レンズが変倍により移動するため、常にこの射出条件を維持することはできないが、大きく変化することは避けなければならない。すなわち、上限を越えた場合、望遠側での瞳条件が不良となり、下限を越えた場合、広角側での瞳条件が不良となる。どちらの状態も、それらの変倍位置において照明光束を充分に取り込むことが出来なくなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例６の投影用ズームレンズではスクリーン側から順に、第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２、第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズＬ２、スクリーン側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズＬ３、及び負レンズである第４レンズＬ４を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、最もスクリーン側にダミー面ＤＳを配し、正レンズである第５レンズＬ５、正レンズである第６レンズＬ６、負レンズであり前記第６レンズＬ６と接合状態で使用される第７レンズＬ７、負レンズである第８レンズＬ８、正レンズである第９レンズＬ９、及び正レンズである第１０レンズＬ１０を配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１１レンズＬ１１を配して構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１，及び前記第２レンズ群ＬＧ２の位置を移動することにより変倍を成している。また、前記第３レンズ群ＬＧ３とライトバルブ面との間には空気間隔をおいてＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧが配されている。
【００２５】
各レンズの屈折面の名称は第１レンズＬ１のスクリーン側面をＳ１、ライトバルブ側面をＳ２、同様に第２レンズＬ２のスクリーン側面をＳ３、ライトバルブ側面をＳ４，第３レンズＬ３のスクリーン側面をＳ５、ライトバルブ側面をＳ６、第４レンズＬ４のスクリーン側面をＳ７、ライトバルブ側面をＳ８、第５レンズＬ５の直前にはマージナル光線を制限するための仮想面ＤＳ（Ｓ９）が配置されさらに第５レンズＬ５のスクリーン側面をＳ１０、ライトバルブ側面をＳ１１、続く第６レンズＬ６のスクリーン側面をＳ１２、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７との接合面をＳ１３、第７レンズＬ７のライトバルブ側面をＳ１４、第８レンズＬ８のスクリーン側面をＳ１５、ライトバルブ側面をＳ１６、第９レンズＬ９のスクリーン側面をＳ１７、ライトバルブ側面をＳ１８、第１０レンズＬ１０のスクリーン側面をＳ１９、ライトバルブ側面をＳ２０、第１１レンズＬ１１のスクリーン側面をＳ２１、ライトバルブ側面をＳ２２とし、さらにカバーガラスＣＧのスクリーン側面をＳ２３、ライトバルブ側面をＳ２４とする。
【００２６】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０−４を意味し、この数値が直前の数値に掛ければ良い。
【００２７】
［実施例１］ 本発明のコンパクトな投影用ズームレンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角、ｂｆはバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆは第３レンズ群を構成する第１１レンズのライトバルブ側面から像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。レンズ間隔のうち群間を示すものについては第１レンズＬ１のスクリーン側面からスクリーンまでの投影距離が２ｍの時のものを例として示してある。従って、第１レンズ群ＬＧ１をフォーカス調整に使用した場合、投影距離が２ｍ以外であれば、第１レンズ群ＬＧ１と第２レンズ群ＬＧ２の群間の寸法は変化する。諸収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２８】
【表 １】
【００２９】
［実施例２］ 第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【表 ２】
【００３０】
［実施例３］ 第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【表 ３】
【００３１】
［実施例４］ 第４実施例について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【表 ４】
【００３２】
［実施例５］ 第５実施例について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【表 ５】
【００３３】
［実施例６］ 第６実施例について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。
【表 ６】
【００３４】
次に実施例１から実施例６に関して条件式（１）から条件式（１３）に対応する値を、まとめて表７に示す。
【表 ７】
表７から明らかなように、実施例１から実施例６の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１３）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトな投影用ズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図
【図３】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図
【図５】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図
【図７】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第４実施例のレンズ構成図
【図８】第４実施例のレンズの諸収差図
【図９】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例のレンズの諸収差図
【図１１】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第６実施例のレンズ構成図
【図１２】第６実施例のレンズの諸収差図
【発明の属する分野】
本発明は、主にＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に投写する投影用ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタのライトバルブとしては長い間、液晶パネルが多く用いられてきた。ところが近年、微小なマイクロミラー（鏡面素子）を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシン技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が実用化されており、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという特徴を有するため、携帯可能とした小型で高輝度、高画質のプロジェクタを実現するのに適していることから、広く普及する兆しを見せている。
【０００３】
プロジェクタ装置においてライトバルブとしてＤＭＤを使用する場合、その投影レンズにはＤＭＤ特有の制限が加わることとなる。
第１の制限は投影レンズのＦ値に関するものである。現在、ＤＭＤにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーの旋回する角度は±１２°であり、これにより有効な反射光（有効光）と無効な反射光（無効光）とを切り替えている。従って、ＤＭＤをライトバルブとしたプロジェクタにおいては有効光をとらえる必要があると共に無効光を捉えないことが条件となり、この条件から投影レンズのＦ値を導くことが出来、Ｆ＝２．４となる。実際には少しでも光量を上げたいという要望があるため、実害のない範囲でのコントラストの低下などに配慮した上でＦ＝２．０の投影レンズとする場合が多い。また、この様な条件は投影レンズのライトバルブ側の瞳の位置が一定という条件のもとで成立しているため、ズームレンズなどの瞳位置が移動する場合は、移動した場合には、光量のロスなどが生ずるため、一般的には明るさが問題となりやすい広角端での瞳位置を最適化するなどの配慮が必要となる。
【０００４】
第２の制限は光源系との位置関係による制限である。小型化の為には投影レンズのイメージサークルはなるべく小さくしたい為に、ＤＭＤに投影用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまい、前述のＤＭＤからの有効光をプロジェクタレンズに入力するには、光源系をプロジェクタレンズとほぼ同じ方向（隣り合わせ）に設置することとなる。また投影レンズの最もライトバルブ側レンズとライトバルブとの間（すなわちバックフォーカス）を投影系と光源系との両光学系で使用することとなり、投影レンズにはバックフォーカスを大きく取らなければならないと同時に、光源からの導光スペースを確保するために、ライトバルブ側のレンズ系を小さく設計する必要が生ずる。このことは投影レンズの光学設計の立場から考えると、すなわち投影レンズの後方付近にライトバルブ側の瞳位置が来るように設計することになる。その一方で、投影レンズの性能を向上するためには、多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投影レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投影レンズの全長が長くなれば、入射瞳位置が後方にあるレンズでは当然のことながら前方のレンズ径が大きくなってしまうという問題が発生することとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様な状況ではあるが、ライトバルブとしてＤＭＤを採用するプロジェクタ装置は、小型化に有利と考えられており、現在ではデータプロジェクタを中心として、携帯可能なコンパクトなものが広く普及しつつある。装置自体をコンパクトにするためには、当然のことながら使用される投影レンズに関しても、コンパクト化の要望は大きく、また、多機能化という要望もあり、諸収差の性能が使用するＤＭＤの仕様を充分満足することはもちろんのこと、さらに、利便性の点ではズームも可能で、その変倍比も大きい物が要求されるようになってきた。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑み、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトな投影用ズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影用ズームレンズは、投影型表示装置のライトバルブとスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影用レンズであって、スクリーン側から順に第１レンズ群及び第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズ、及び負レンズである第４レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第５レンズ、正レンズである第６レンズ、負レンズであり前記第６レンズと接合状態で使用される第７レンズ、負レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ及び正レンズである第１０レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１１レンズを配して構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成している投影用ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１０レンズのライトバルブ側面と前記第３レンズ群を構成する前記第１１レンズのスクリーン側面の面間の距離に関して下記件式（２）を満足しており、広角端におけるレンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（３）を満足しており、また前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（４）を満足することを特徴とする。（請求項１）
【０００８】
（１） １．３＜ ｜ｆＩ ｜／ｆｗ＜２．０ （絶対値はｆＩ ＜０のため）
（２） １．５＜ ｄ２０Ｗ／ｆｗ＜１．９
（３） ５．０＜ ＴＬＷ／ｆｗ＜７．０
（４） −０．８＜ ＭＩＩＷ＜−０．５
ただし、
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩ ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄ２０Ｗ ：広角端における第１０レンズのライトバルブ側面と第１１レンズのスク
リーン側面の面間の距離
ＴＬＷ ：投影距離∞の時の広角端における第１レンズのスクリーン側面からライ
トバルブまでの距離（ただし、カバーガラス部分は空気換算距離）
ＭＩＩＷ ：広角端における第２レンズ群の合成倍率
【０００９】
条件式（１）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。下限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群、第３レンズ群の正のパワーを強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。逆に上限を越えると、第２レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反することとなる。
【００１０】
条件式（２）は、バックフォーカスの大きさに関する条件に相当するものである。実際には条件式（２）で表現される間隔のライトバルブ側には第３レンズ群が配置されるので、バックフォーカスとは呼べないが、前述のように投影レンズとＤＭＤ等のライトバルブの間には光源からの導光スペースが必要となり、この導光スペースの為に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を広くとることによって、照明条件を確保している。したがって、第３レンズ群は投影レンズのみならず、導光用の光学系においても共通で使用されるという特徴を持っている。そのため、条件式としては、条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群の負のパワー、第２レンズ群の正のパワー共に大きくなり、諸収差が悪化してしまう。逆に、下限を越えると、導光の為のスペースが確保出来ず。照明光の損失に繋がり、結果として良質なプロジェクタを提供することが出来ない。
【００１１】
条件式（３）は、広角端におけるズームレンズの全長を示すものである。広角端におけるレンズ全長が使用時において他のどの焦点距離で使用した場合よりも大きくなる。すなわち本発明のズームレンズの小型化の結果を示すものである。上限を越えると、収差補正では有利となる反面、本発明のズームレンズの特徴となる小型化と相反することとなる。また、逆に下限を越えると、各レンズのパワーを大きくしなければならず、歪曲収差、色収差等の諸収差の悪化、敏感度等の悪化等を招き、実状に適さない。
【００１２】
条件式（４）は、第２レンズ群の広角端における合成倍率の適正な選択に関する条件であるが、レンズ全系の小型化の条件となる。最適化されたズームレンズ等の光学系における各群のパワーの配置は各収差補正のバランスの上に成り立っているものであるから、これを大きく変更することは困難である。また単独で操作出来るものでもない。すなわち、本発明の投影用ズームレンズの場合、第２レンズ群の広角端における合成倍率を条件式（４）の範囲で適正に選択することによって、レンズ全系の大きさと各レンズ群のパワーの最適化が図れる。上限を越えた場合レンズ全系が大型化してしまい、逆に下限を越えると第２レンズ群のパワーが過大となり、他のレンズ群とのバランスが崩れ収差補正困難となる。
【００１３】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのライトバルブ側面が非球面形状であり、前記第１レンズ群を構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数に関して下記条件式（５）を満足し、また前記第３レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（５） ４５＜（ν１＋ν２＋ν４）／３
（６） ２．５＜ ｆ３／ｆｗ＜５．０
ただし、
ν１ ：第１レンズのアッベ数
ν２ ：第２レンズのアッベ数
ν４ ：第４レンズのアッベ数
ｆ３ ：第３レンズの焦点距離
【００１４】
前記第２レンズのライトバルブ側面は歪曲収差を良好に補正するためには非球面形状とすることが好ましい。また、条件式（５）は、第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の配分に関するものである。第１レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、第１レンズ群を構成する負レンズを条件式（５）のような条件のもとで設計することにより、適切なパワー配分となり色収差の良好な補正が可能となる。下限を越えると色収差補正のために各レンズのパワーが過大となり、諸収差が悪化する。条件式（６）は、第１レンズ群を構成する唯一の正レンズである第３レンズのパワーに関する条件式である。第１レンズ群を構成するレンズの正パワー、負パワーの配分の適正化の為の条件である。上限を越えた場合は正のパワーが不足している状態であり、逆に下限を越えた場合は正のパワーが強すぎる状態であり、どちらの状態も色収差の補正状態が悪化し、ペッツバール和が適正値からはずれ像面湾曲が補正出来ないなどの弊害となる。
【００１５】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第２レンズの材料は樹脂材料で製作されており、かつライトバルブ側面が非球面形状をしており、前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足していることが好ましい。（請求項３）
（７） ３．０＜ ｜ｆ２｜／ｆｗ （絶対値はｆ２＜０のため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
【００１６】
歪曲収差を補正する目的からすると非球面形状とするのは前記第１レンズまたは前記第２レンズの非球面形状化が共に有効であると考えられるが、一方で、これらのレンズの有効径はより小径である前記第２レンズでも約φ３３．８ｍｍ〜φ３９．８ｍｍとなってしまい、現在のガラスモールド製法で製作するとコスト的にかなり不利となる大きさである。樹脂材料での非球面レンズを採用すれば、コスト的な問題は解消されるが、表面キズなどを考慮すれば外装表面に露出する前記第１レンズよりも前記第２レンズに樹脂材料の非球面レンズを採用することが好ましい。そこで条件式（７）は、前記第２レンズを樹脂材料で製作した場合の、投影用レンズとして性能を維持するための条件の範囲を示すものである。樹脂材料でレンズを製作する場合に留意しなければならないのは、温度の変化や湿度の変化による屈折率の変化を問題ない範囲に押さえる事と、成形性を高めるために、肉厚を均等にする配慮をすることである。これらの条件を満足するためには、共に樹脂レンズに配分するパワーを小さくすることが必要となる。したがって、条件式（７）の下限値を越えると投影レンズとして性能を維持するためには第２レンズに配分されるパワーが大きすぎ、上記のような弊害を生ずる事になる。
【００１７】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズは前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのスクリーン側面が非球面形状であり、前記第２レンズ群を構成する正の屈折力を有するレンズの硝材の屈折率に関して下記条件式（８）を満足し、前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（１０）を満足し、前記第５レンズのスクリーン側面及び前記第１０レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（１１）を満足し、さらに前記第７レンズのライトバルブ側面及び前記第８レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（１２）を満足していることが好ましい。（請求項４）
【００１８】
（８） １．６５＜（ｎ５＋ｎ６＋ｎ９＋ｎ１０）／４
（９） １５＜（ν５＋ν６＋ν９＋ν１０）／４−（ν７＋ν８）／２＜２２
（１０） １．１＜ ｆ５／ｆｗ＜１．９
（１１） １．０＜（ｒ１０−ｒ２０）／（２＊ｆｗ）＜２．０
（１２） ０．７＜（ｒ１４−ｒ１５）／（２＊ｆｗ）＜１．５
ただし、
ｎ５ ：第５レンズのｄ線における屈折率
ｎ６ ：第６レンズのｄ線における屈折率
ｎ９ ：第９レンズのｄ線における屈折率
ｎ１０：第１０レンズのｄ線における屈折率
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ν７ ：第７レンズのアッベ数
ν８ ：第８レンズのアッベ数
ν９ ：第９レンズのアッベ数
ν１０：第１０レンズのアッベ数
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ｒ１０：第５レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ１４：第７レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ１５：第８レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２０：第１０レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
【００１９】
前記第５レンズのスクリーン側面は球面収差、コマ収差などを良好に補正するためには、非球面形状とすることが好ましい。また、条件式（８）は、第２レンズ群構成しているレンズの内、正レンズに使用されている硝材の屈折率の選択に関するものである。ペッツバール和を小さく抑えて像面湾曲、非点収差を良好に補正するための条件である。従って、下限を越えた場合は、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を補正することが困難となる。条件式（９）は、第２レンズ群に使用されている正レンズと負レンズのアッベ数の配分に関する条件式である。色収差を良好に補正しつつ各収差とのバランスを維持するための条件となる。上限を越えると、すなわち正レンズのアッベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に低くなり、ペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の補正に不利となる。逆に下限を越えると、色収差の補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差およびコマ収差の補正に不利な状態となる。
【００２０】
条件式（１０）は、第２レンズ群の最もスクリーン側に配置される第５レンズへ与えられる正パワーの適切な配分に関する条件式である。下限を越えると、第５レンズのパワーが過大であることを示し、上限を越えると、第２レンズ群を構成する他の正レンズである第６レンズ、第９レンズおよび第１０レンズへのパワー配分が過大であることを示しており、どちらの場合も球面収差、コマ収差が過大となり補正しきれなくなってしまう。条件式（１１）および条件式（１２）は条件式（１０）と同様に大口径比レンズで発生しやすい球面収差、コマ収差の補正のための条件式である。条件式（１１）は第２レンズ群の最もライトバルブ側に位置する第１０レンズのライトバルブ側面と、逆に最もスクリーン側に位置する第５レンズのスクリーン側面の面パワーの配分の方法を示している。第１０レンズのライトバルブ側面はライトバルブより第３レンズ群をへて入射する発散光束を収束し、第５レンズのスクリーン側面は第２レンズ群内で発散させられた光束を再び集光させるため、共に強い面パワーを有しているが、これらを条件式（１１）の条件の範囲で適切に配分することが必要である。条件式（１２）は第２レンズ群のほぼ中央に配置される発散面である第７レンズのライトバルブ側面と第８レンズのスクリーン側面の面パワーの配分の方法を示している。第７レンズのライトバルブ側面、第８レンズのスクリーン側面とも強い負の面パワーを与えられており、やはり条件式の範囲でのパワー配分をすることが必要となる。条件式（１１）、条件式（１２）共に条件式を満足しない場合には良好な球面収差、コマ収差の状態が作ることが出来ない。
【００２１】
つぎに、本発明の投影用ズームレンズでは、さらに前記第１０レンズのライトバルブ側面が非球面形状であることが好ましく、（請求項５）この事は、主に球面収差、コマ収差の補正に有利となる。コスト的に許される範囲であれば、この部分の非球面化することで、さらに小型化、あるいは高性能化することが可能となる。
【００２２】
最後に、本発明の投影用ズームレンズは前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（１３）を満足することが好ましい。（請求項６）
（１３） ０．４＜ ｄ２０Ｗ／ｆＩＩＩ＜０．６
ただし、
ｆＩＩＩ ：第３レンズ群の合成焦点距離
【００２３】
この条件式（１３）は、広角端における第２レンズ群を構成する第１０レンズのライトバルブ側面と第３レンズ群を構成する第１１レンズのスクリーン側面の距離と前記第１１レンズの焦点距離との関係を示す条件式となっている。ライトバルブからレンズへの入射光は、ライトバルブを垂直に射出することが理想である。これを第３レンズ群によって第２レンズ群の瞳位置へ入射させる事が必要である。実際には第２レンズが変倍により移動するため、常にこの射出条件を維持することはできないが、大きく変化することは避けなければならない。すなわち、上限を越えた場合、望遠側での瞳条件が不良となり、下限を越えた場合、広角側での瞳条件が不良となる。どちらの状態も、それらの変倍位置において照明光束を充分に取り込むことが出来なくなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例６の投影用ズームレンズではスクリーン側から順に、第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２、第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズＬ２、スクリーン側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズＬ３、及び負レンズである第４レンズＬ４を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、最もスクリーン側にダミー面ＤＳを配し、正レンズである第５レンズＬ５、正レンズである第６レンズＬ６、負レンズであり前記第６レンズＬ６と接合状態で使用される第７レンズＬ７、負レンズである第８レンズＬ８、正レンズである第９レンズＬ９、及び正レンズである第１０レンズＬ１０を配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１１レンズＬ１１を配して構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１，及び前記第２レンズ群ＬＧ２の位置を移動することにより変倍を成している。また、前記第３レンズ群ＬＧ３とライトバルブ面との間には空気間隔をおいてＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧが配されている。
【００２５】
各レンズの屈折面の名称は第１レンズＬ１のスクリーン側面をＳ１、ライトバルブ側面をＳ２、同様に第２レンズＬ２のスクリーン側面をＳ３、ライトバルブ側面をＳ４，第３レンズＬ３のスクリーン側面をＳ５、ライトバルブ側面をＳ６、第４レンズＬ４のスクリーン側面をＳ７、ライトバルブ側面をＳ８、第５レンズＬ５の直前にはマージナル光線を制限するための仮想面ＤＳ（Ｓ９）が配置されさらに第５レンズＬ５のスクリーン側面をＳ１０、ライトバルブ側面をＳ１１、続く第６レンズＬ６のスクリーン側面をＳ１２、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７との接合面をＳ１３、第７レンズＬ７のライトバルブ側面をＳ１４、第８レンズＬ８のスクリーン側面をＳ１５、ライトバルブ側面をＳ１６、第９レンズＬ９のスクリーン側面をＳ１７、ライトバルブ側面をＳ１８、第１０レンズＬ１０のスクリーン側面をＳ１９、ライトバルブ側面をＳ２０、第１１レンズＬ１１のスクリーン側面をＳ２１、ライトバルブ側面をＳ２２とし、さらにカバーガラスＣＧのスクリーン側面をＳ２３、ライトバルブ側面をＳ２４とする。
【００２６】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
【００２７】
［実施例１］ 本発明のコンパクトな投影用ズームレンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角、ｂｆはバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆは第３レンズ群を構成する第１１レンズのライトバルブ側面から像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。レンズ間隔のうち群間を示すものについては第１レンズＬ１のスクリーン側面からスクリーンまでの投影距離が２ｍの時のものを例として示してある。従って、第１レンズ群ＬＧ１をフォーカス調整に使用した場合、投影距離が２ｍ以外であれば、第１レンズ群ＬＧ１と第２レンズ群ＬＧ２の群間の寸法は変化する。諸収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２８】
【表 １】
［実施例２］ 第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【表 ２】
［実施例３］ 第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【表 ３】
［実施例４］ 第４実施例について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【表 ４】
［実施例５］ 第５実施例について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【表 ５】
［実施例６］ 第６実施例について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。
【表 ６】
次に実施例１から実施例６に関して条件式（１）から条件式（１３）に対応する値を、まとめて表７に示す。
【表 ７】
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトな投影用ズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図
【図３】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図
【図５】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図
【図７】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第４実施例のレンズ構成図
【図８】第４実施例のレンズの諸収差図
【図９】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例のレンズの諸収差図
【図１１】本発明によるコンパクトな投影用ズームレンズの第６実施例のレンズ構成図
【図１２】第６実施例のレンズの諸収差図
Claims (6)
- 投影型表示装置のライトバルブとスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影用レンズであって、スクリーン側から順に第１レンズ群及び第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズ、スクリーン側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズ及び負レンズである第４レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第５レンズ、正レンズである第６レンズ、負レンズであり前記第６レンズと接合状態で使用される第７レンズ、負レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ及び正レンズである第１０レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１１レンズを配して構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成している投影用ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１０レンズのライトバルブ側面と前記第３レンズ群を構成する前記第１１レンズのスクリーン側面の面間の距離に関して下記件式（２）を満足しており、広角端におけるレンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（３）を満足しており、また前記第２レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（４）を満足することを特徴とする投影用ズームレンズ。
（１） １．３＜ ｜ｆＩ ｜／ｆｗ＜２．０ （絶対値はｆＩ ＜０のため）
（２） １．５＜ ｄ２０Ｗ／ｆｗ＜１．９
（３） ５．０＜ ＴＬＷ／ｆｗ＜７．０
（４） −０．８＜ ＭＩＩＷ＜−０．５
ただし、
ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩ ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄ２０Ｗ ：広角端における第１０レンズのライトバルブ側面と第１１レンズのスク
リーン側面の面間の距離
ＴＬＷ ：投影距離∞の時の広角端における第１レンズのスクリーン側面からライ
トバルブ面までの距離（ただし、カバーガラス部分は空気換算距離）
ＭＩＩＷ ：広角端における第２レンズ群の合成倍率 - 前記請求項１記載の投影用ズームレンズにおいて、さらに前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズのライトバルブ側面が非球面形状であり、前記第１レンズ群を構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数に関して下記条件式（５）を満足し、また前記第３レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足していることを特徴とする投影用ズームレンズ。
（５） ４５＜（ν１＋ν２＋ν４）／３
（６） ２．５＜ ｆ３／ｆｗ＜５．０
ただし、
ν１ ：第１レンズのアッベ数
ν２ ：第２レンズのアッベ数
ν４ ：第４レンズのアッベ数
ｆ３ ：第３レンズの焦点距離 - 前記請求項２に記載の投影ズームレンズにおいて、さらに前記第２レンズは樹脂材料で製作されており、かつライトバルブ側面が非球面形状をしており、前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足していることを特徴とする投影用ズームレンズ。
（７） ３．０＜ ｜ｆ２｜／ｆｗ （絶対値はｆ２＜０のため）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離 - 前記請求項１に記載の投影ズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのスクリーン側面が非球面形状であり、前記第２レンズ群を構成する正の屈折力を有するレンズの硝材の屈折率に関して下記条件式（８）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する各レンズのアッベ数の配分に関して下記条件式（９）を満足し、前記第５レンズのパワーに関して下記条件式（１０）を満足し、前記第５レンズのスクリーン側面及び前記第１０レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（１１）を満足し、さらに前記第７レンズのライトバルブ側面及び前記第８レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（１２）を満足していることを特徴とする投影用ズームレンズ。
（８） １．６５＜（ｎ５＋ｎ６＋ｎ９＋ｎ１０）／４
（９） １５＜（ν５＋ν６＋ν９＋ν１０）／４−（ν７＋ν８）／２＜２２
（１０） １．１＜ ｆ５／ｆｗ＜１．９
（１１） １．０＜（ｒ１０−ｒ２０）／（２＊ｆｗ）＜２．０
（１２） ０．７＜（ｒ１４−ｒ１５）／（２＊ｆｗ）＜１．５
ただし、
ｎ５ ：第５レンズのｄ線における屈折率
ｎ６ ：第６レンズのｄ線における屈折率
ｎ９ ：第９レンズのｄ線における屈折率
ｎ１０：第１０レンズのｄ線における屈折率
ν５ ：第５レンズのアッベ数
ν６ ：第６レンズのアッベ数
ν７ ：第７レンズのアッベ数
ν８ ：第８レンズのアッベ数
ν９ ：第９レンズのアッベ数
ν１０：第１０レンズのアッベ数
ｆ５ ：第５レンズの焦点距離
ｒ１０：第５レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ１４：第７レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ１５：第８レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２０：第１０レンズのライトバルブ側の面の曲率半径 - 前記請求項４記載の投影用ズームレンズにおいて、さらに前記第１０レンズのライトバルブ側面が非球面形状であることを特徴とする投影用ズームレンズ。
- 前記請求項１から前記請求項４に記載の投影用ズームレンズにおいて、前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（１３）を満足することを特徴とする投影用ズームレンズ。
（１３） ０．４＜ ｄ２０Ｗ／ｆＩＩＩ＜０．６
ただし、
ｆＩＩＩ ：第３レンズ群の合成焦点距離
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