JP2011053498A - ズームレンズ及びそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像をスクリーンその他に拡大投射する高性能でレンズ口径が小さい、薄型の投射型表示装置に最適なズームレンズ及びそれを用いた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明のズームレンズは、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で正の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成される変倍可能なズームレンズであって、前記第１レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群は縮小側から拡大側方向へと光軸上を移動することによってレンズ全系の変倍を成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像をスクリーンその他に拡大投射する高性能でレンズ口径が小さい、薄型の投射型表示装置に最適なズームレンズ及びそれを用いた投射型表示装置に関するものである。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、更にメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する投射型表示装置としてのデータプロジェクタが多用されている。このような投射型表示装置においてライトバルブとしてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いる場合、使用する投射用レンズに関して、幾つかのＤＭＤ特有の制約が発生する。第１の制約は小型の投射型表示装置を開発する上で最大の制約とも考えられる投射用レンズの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ＯＮ及びＯＦＦを表現するために旋回する角度は±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投射型表示装置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、この条件から投射用レンズのＦ値を導くことが出来、すなわちＦ＝２．４となる。実際にはさらに少しでも光量を取り込み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更なる小さなＦ値を要求されることも多い。また、この様な条件は投射用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、移動した分、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瞳位置を最適化するなどの配慮も必要となる。

第２の制約は光源系との配置に関するものである。小型化の為には投射用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に投射用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまう。前述のＤＭＤからの有効光を投射用レンズに入力するには、光源系を投射用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。また投射用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（すなわち一般的にはバックフォーカス）を投射系と光源系との両光学系で使用することになり、投射用レンズには大きなバックフォーカスを設け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。このことは投射用レンズの光学設計の立場から考えると、投射用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という制約となる。その一方で、投射用レンズの性能を向上するためには、何枚ものレンズを組み合わせる必要があり、したがってレンズを配置すると投射用レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投射用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小型化とは相反する問題となる。

この様に、開発を行う上の大きな制約はあるものの、ライトバルブとしてＤＭＤを採用する投射型表示装置は、小型化の上で他の方式よりも有利とされており、現在ではプレゼンテーションを行う際に便利な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てきている。また装置自体をコンパクトに構成するためには、当然のことながら使用される投射用レンズに関しても、コンパクト化の要望は非常に強く、もう一方では、多機能化という要望もあり、諸収差の補正の結果としての画質に関する性能が使用するＤＭＤの仕様を充分満足することはもちろんのこと、利便性の点ではズーム構成による変倍が可能というだけではなく、ＤＭＤの中心と投射レンズの光軸をずらした、いわゆるシフト光学系を採用するためにイメージサークルが大きいものを要求するようになりレンズのその広角端の画角の大きい物が要求されるようになってきた。このような仕様で開発された投射用レンズは、コスト面や生産面では不利となる非球面レンズの採用も考慮しなければならず、またそうしたとしても前群レンズの口径が要望よりどうしても大きくなりがちで、投射型表示装置の厚さ寸法に大きな影響を及ぼすことになる。しかしながら、携帯可能であることを前提とした投射型表示装置において厚さ寸法を小さくすることはノート型パーソナルコンピュータなどと共に持ち歩くことの多い使われ方をする投射型表示装置では、最も重要な要素であるとも言える。この問題を解決する手段として、例えば特開２００７−１４０４７４号公報（特許文献１）に投射用レンズのコンパクト化設計方法の一例が開示されている。

特開２００７−１４０４７４号公報

特許文献１の提案は、投射型表示装置の小型化に効果的であるが、この発明の実施例によれば非球面レンズを２枚使用しており、コスト面や生産性を考慮に入れると、製品を提供する上で全てに有効な設計手段であるとは言えず依然として問題点があった。

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ており、ライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投射する用途において結像性能が高く、さらにレンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、小さな会議室等の限られたスペースでも大きな画面を投射可能な高画質で非球面レンズを使用せず、コストや生産性をも考慮した薄型の投射型表示装置を提供することを目的としている。

本発明のズームレンズは拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で正の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍を行うにあたり前記第１レンズ群は固定されており、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群は縮小側から拡大側方向へと光軸上を移動し、光学系に関する大きさが下記条件式（１）を満足しており、前記第５レンズ群の縮小側に設定される空間に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第１レンズ群に設定されるパワーに関して下記条件式（３）を満足しており、前記第４レンズ群に設定されるパワー関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１） ７．０ ≦ ＴＬ／ｆ_w≦ ８．０
（２） １．９ ≦ ｂ_w／ｆ_w≦ ２．４
（３） ０．８５ ≦｜ｆ_w／ｆ_I｜≦ １．１
（４） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_IV≦ ０．５５
ただし、
ＴＬ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの距離
（ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ｆ_w ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側の面からの物体距離１７００ｍｍに合焦の状態）
ｂ_w ：広角端における第５レンズ群の最も縮小側の面から像面までの距離
（ただし、第６レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ｆ_I ：第1レンズ群の合成焦点距離
ｆ_IV：第４レンズ群の合成焦点距離

条件式（１）は、光学系の全長に関する条件であり、すなわち小径化の条件となる。上限を超えると全長が大きくなり、したがってレンズが大口径になり、小型、薄型化を損ねてしまう。下限を超えると、諸収差のバランスを取ることが困難となる。条件式（２）は、第５レンズ群の縮小側の広角端における間隔条件である。いわゆるバックフォーカスに相当する部分であるがライトバルブを照明するための光学系との共用スペースである為、この間隔を確保することが必要となる。従って下限を超えると照明系のスペースが不足し投射型表示装置として設計困難となる。条件式（３）は、第１レンズ群のパワーに関する条件である。第１レンズ群は強い負のパワーを有しており、前述のＤＭＤ等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間を第５レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔（照明光学系との関連において第６レンズ群が構成されている場合には、第６レンズ群との空気間隔部分）に実際に確保するための条件である。上限を超えると、第１レンズ群の負のパワーが小さくなり、第５レンズ群と第６レンズ群の空気間隔を必要量確保するのが困難になり、下限を超えると負のパワーが大きくなり第２レンズ群以降の正レンズ群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ことが困難になる。条件式（４）は、主に変倍を司っている第４レンズ群のパワーに関する条件である。目的の変倍比を確保するためには第４レンズ群のパワー及び移動量が適切に与えられなければならない。条件式（４）の上限を超えるとレンズパワーが大きくなり諸収差が悪化し、下限を超えると変倍のために移動量を大きくしなければならず、広角端から望遠端にかけてバランス良く諸収差を良好に補正することが難しくなる。

また、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大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）、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）、負レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、前記第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、その縮小側面の形状に関して下記条件式（６）を満足し、拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、前記第１レンズ群を構成する各レンズの屈折率の関係が下記条件式（８）を満足していることが望ましい。（請求項２）
（５） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_I１≦ −０．２２
（６） ０．７５ ≦ ｆ_w／ｒ_I２≦ ０．８５
（７） ０．３ ≦ ｆ_w／ｆ_I２≦ ０．４５
（８） １．６０ ≦ Ｎ_I≦ １．７２
ただし、
ｆ_I１：第1レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
ｒ_I２：第1レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆ_I２：第1レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
Ｎ_I ：第1レンズ群を構成するレンズのｄ線における屈折率の平均値

条件式（５）は、第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関する条件であり、前述のように第１レンズ群の拡大側に配置されるレンズの負パワーを増大することは、広角端における第５レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔を確保し、かつ小型化に有効であるが、条件式（５）の上限を超えるとレンズの負パワーが強くなり色収差と像面湾曲が発生し、収差の補正が困難になり、下限を超えるとレンズの負パワーが弱くなり第５レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔、いわゆるバックフォーカスに相当する部分を長く取ることが困難になる。条件式（６）は、レンズ全系の歪曲収差とコマ収差補正のための条件式である。第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの縮小側の面形状に関するもので、強いパワーを持たせながら、拡大側の光線束に対して概ね同心的形状とすることで、根本的に収差の発生を抑えた形状としている。したがって上限を超えると、球面収差、コマ収差が補正不足となり、下限を超えると逆に補正過剰になる。条件式（７）は、第１レンズ群の拡大側より二番目に配置される正レンズのパワーに関するものである。第１レンズ群の特に拡大側については強い負のパワーを有するが、群内の諸収差の補正には条件式（７）の範囲で適切なパワーを有する正レンズが必要である。上限を超えると正レンズのパワーが過大となり下限を超えると逆に過小となり色収差を始めとする諸収差のバランスが崩れ良好な性能を得ることが出来ない。条件式（８）は第１レンズ群に配置されるレンズの屈折率の平均値を表している。第１レンズ群は条件式（３）で示されるように強い負のパワーを有するので、下限を超えて低屈折率材料を使用するとそのレンズの曲率が強くなると同時にペッツバール和も過小となり高次収差の発生や像面湾曲が悪化する。上限を超えると色収差を適切に補正する材料の組み合わせが出来ず性能を満足させる色収差補正が出来ない。

また、前記第２レンズ群は正レンズにて構成され、当該レンズの有するパワーについて下記条件式（９）を満足し、屈折率に関して下記条件式（１０）を満足し、形状に関して下記条件式（１１）を満足していることが望ましい。（請求項３）
（９） ０．２０ ≦ ｆ_w／ｆ_II≦ ０．３３
（１０） １．７ ≦Ｎ_II
（１１） ｜ｒ_II２／ｒ_II１｜≦ ０．５
ただし、
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
Ｎ_II ：第２レンズ群を構成するレンズの屈折率の平均値
ｒ_II１：第２レンズ群を構成するレンズの拡大側面の曲率半径
ｒ_II２：第２レンズ群を構成するレンズの縮小側面の曲率半径

条件式（９）は、第２レンズ群の群パワーに関する条件である。第１レンズ群からの強い発散光束を第３レンズ群に入射する前に緩和する働きを持っている。この為の適切なパワーが条件式（９）の範囲で設定されることが必要で、上限を超えるとパワーが過大となり単レンズである為色収差、球面収差が悪化、上限を超えるとパワーが過小となり、第３レンズ群での収差補正の負担が増大してしまう。条件式（１０）は、第２レンズ群のレンズの屈折率に関しており、（９）のパワーで収差も適切に補正するための条件である。第２レンズ群は単レンズであるため出来るだけ曲率半径を長くして収差の発生を少なくすることが重要であり、下限値以上の屈折率とするのが良い。下限を超えると球面収差、コマ収差が発生し像面湾曲も劣化する。条件式（１１）は、条件式（１０）と共に、球面収差コマ収差を良好に補正するための条件である。第２レンズ群を構成するレンズの縮小側の曲率半径を拡大側の曲率半径よりも小さくすることで発散状態で入射してくる光束の球面収差を無理なく補正している。上限を超えると球面収差、コマ収差ともにアンダーとなる。

また、前記第３レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ及び正レンズにて構成され、前記第３レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足しており、拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（１３）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の形状に関して下記条件式（１４）を満足しており、拡大側から二番目に配置されるレンズの拡大側面の形状に関して下記条件式（１５）を満足していることが望ましい。（請求項４）
（１２） −０．０５ ≦ ｆ_w／ｆ_III≦ ０．２５
（１３） −１．２ ≦ ｆ_w／ｆ_III２≦ −０．７
（１４） ０．１２ ≦ ｆ_w／ｒ_III１≦ ０．５
（１５） −０．９ ≦ ｆ_w／ｒ_III３≦ −０．７
ただし、
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
ｆ_III２：第３レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
ｒ_III１：第３レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒ_III３：第３レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径

条件式（１２）は、第３レンズ群の群パワーに関する条件である。第３レンズ群は、第１レンズ群、第２レンズ群で発生する収差を補正し、第４レンズ群以降に伝達する働きをもつ。この為第３レンズ群全体としては条件式（１２）のように小さなパワーを有する構成としている反面第３レンズ群内の各レンズについては強いパワーを持たせて、主に諸収差の補正を目的としている。従がって上限または下限を超えて第３レンズ群がパワーを持つと、第３レンズ群の変倍時の移動に伴う収差変動が発生してしまう。条件式（１３）は、第３レンズ群を構成する拡大側から二番目に配置されるレンズの負のパワーに関する条件である。第３レンズ群は正、負、正の３枚から成るいわゆるトリプレットの構成であり、球面収差や色収差などの補正には、拡大側から二番目に配置されるレンズの負のパワーが重要となる。下限を超えて過大となるとオーバーの球面収差、色収差が発生し、上限を超えて過小になるとトリプレットとしての収差補正効果がなくなってしまう。条件式（１４）は、第３レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズにより球面収差、コマ収差補正の為の形状に関する要件である。第２レンズ群からの発散光束を球面収差、コマ収差の発生を最小とする形状であることが重要である。上限、下限のどちらを超えても球面収差のアンダー傾向が大きくなる。条件式（１５）は、第３レンズ群を構成する拡大側から二番目に配置されるレンズの形状に関する要件である。正パワーの拡大側のレンズ、及び縮小側のレンズと共に第３レンズ群全体で球面収差、コマ収差を最適に補正しており、上下限を超えると、共に拡大側面半径または縮小側面半径が過小となり球面収差がオーバーとなる。

また、前記第４レンズ群は正レンズを配して構成され、倍率に関して下記条件式（１６）を満足しており、形状に関して下記条件式（１７）を満足しており、分散特性に関して下記条件式（１８）を満足していることが望ましい。（請求項５）
（１６） ０．４ ≦ｍ_IVw−ｍ_IVt≦ ０．９
（１７） ０．４ ≦ ｜ｆ_w／ｒ_IV２｜≦ ０．７５
（１８） ６０ ≦ Ｖ_IV
ただし、
ｍ_IVw ：広角端配置における第４レンズ群の合成倍率
ｍ_IVt ：望遠端配置における第４レンズ群の合成倍率
ｒ_IV２：第４レンズ群のレンズの縮小側面の曲率半径
Ｖ_IV ：第４レンズ群を構成するレンズのアッベ数

条件式（１６）は、第４レンズ群の倍率に関する条件である。本発明のズームレンズは第４レンズ群が条件式（４）に示す強い正パワーと大きな移動により、ズームレンズとして焦点距離を大きく変える構成を特徴としている。すなわち第４レンズ群はレンズ全系のバリエータとして機能しており条件式（１６）は、この変倍量に関るもので、上限を超えると変倍量が過大となり、収差の劣化、全長の大型化を招き、下限を超えると希望の変倍量が得られなくなる。条件式（１７）は、球面収差、コマ収差の発生及び変動を小さくする第４レンズ群のレンズの形状に関する条件で、上限または下限を超えると各々、収差の適切な補正が困難となる。条件式（１８）は、第４レンズ群による色収差補正、及び変倍による色収差変動を抑えるための条件である。第４レンズ群は単レンズで構成され強いパワーを有することから、変倍による移動での色収差等の変動を抑えるためには出来るだけアッベ数の大きな材料が好ましく、下限を超えると変倍による色収差変動が過大となる。

また、前記第５レンズ群が第１の構成方法として拡大側から順に負レンズ、正レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成されており、最も拡大側及び拡大側から二番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（１９）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２０）を満足しており、拡大側から三番目及び拡大側から四番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２１）を満足しており、拡大側から三番目に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２２）を満足していることが望ましい。（請求項６）
（１９） ０．２２ ≦ ｎ_V１−ｎ_V２
（２０） ０．８ ≦ ｆ_w／ｒ_V２≦ ０．９５
（２１） ｎ_V３−ｎ_V４≦ −０．２２
（２２） −０．８ ≦ ｆ_w／ｒ_V６≦ −０．６
ただし、
ｎ_V１：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｎ_V２：第５レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｒ_V２：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｎ_V３：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｎ_V４：第５レンズ群において拡大側から四番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｒ_V６：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径

本発明のズームレンズの第５レンズ群の第１の構成方法は、基本的に対称性のある接合レンズを向かい合わせた構成にして第１レンズ群乃至第４レンズ群で発生し補正した結果、補正しきれず残存した諸収差をキャンセルすることで、最終的に良好な性能を達成している。条件式（１９）は、拡大側の接合レンズ、すなわち第５レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズと二番目に配置されるレンズと接合した部分光学系の屈折率差を示しており、接合面には凹面の作用を持たせている。下限を超えるとペッツバール和が過小となり、球面収差、コマ収差が補正困難となる。条件式（２０）は、条件式（１９）と共に拡大側接合レンズの接合面の凹面の形状に関する条件である。上限を超えると球面収差がオーバーとなり、色収差のバランスも劣化する。下限を超えると接合面、接合レンズの効果が少なくなり色収差の補正が困難となる。条件式（２１）は、縮小側の接合レンズの屈折率差で、拡大側から三番目に配置される正レンズと四番目に配置される負レンズを接合した構成で部分光学系を成しており拡大側接合レンズに関する条件式（１９）と同様の意味を持っている。下限を超えて屈折率差が小さくなると、ペッツバール和、球面収差、コマ収差の補正が困難となる。同様に条件式（２２）は、条件式（２１）と共に縮小側接合レンズの形状に関する条件で、拡大側接合レンズにおける条件式（２０）と同様の意味をもつ。上限を超えると接合面効果が減少し、色収差補正が困難となる。また下限を超えると接合面の作用が過大となり、球面収差、コマ収差、色補正のバランスがとれなくなる。

また、前記第５レンズ群が第２の構成方法として拡大側から順に負レンズ、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成されており、最も拡大側及び拡大側から二番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２３）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２４）を満足しており、拡大側から三番目及び拡大側から四番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２５）を満足しており、拡大側から三番目に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２６）を満足していることが望ましい。（請求項７）
（２３） ０．２５ ≦ ｎ_V１−ｎ_V２
（２４） ０．６５ ≦ ｆ_w／ｒ_V２≦ ０．８５
（２５） ｎ_V３−ｎ_V４≦ −０．２５
（２６） ０．６５ ≦ ｆ_w／ｒ_V６≦ １．０
ただし、
ｎ_V１：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｎ_V２：第５レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｒ_V２：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｎ_V３：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｎ_V４：第５レンズ群において拡大側から四番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
ｒ_V６：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径

また、第５レンズ群の第２の構成方法は、４枚の構成要素を負レンズ、正レンズの組み合わせの繰り返しにより基本的に収差発生を最小限にしつつ最終的に良好な性能を達成している。条件式（２３）は、拡大側の接合レンズ、すなわち第５レンズ群で最も拡大側に配置されるレンズと二番目に配置されるレンズと接合した部分光学系の屈折率差を示しており、接合面には凹面の作用を持たせている。下限を超えるとペッツバール和が過小となり、球面収差、コマ収差が補正困難となる。条件式（２４）は、条件式（２３）と共に拡大側接合レンズの接合面の凹面の形状に関する条件である。上限を超えると球面収差がオーバーとなり、色収差のバランスも劣化する。下限を超えると接合面、接合レンズの効果が少なくなり色収差の補正が困難となる。条件式（２５）は、縮小側の接合レンズの屈折率差で、拡大側から三番目に配置される正レンズと四番目に配置される負レンズを接合した構成で部分光学系を成しており拡大側接合レンズに関する条件式（２３）と同様の意味を持っている。下限を超えて屈折率差が小さくなると、ペッツバール和、球面収差、コマ収差の補正が困難となる。同様に条件式（２６）は、条件式（２５）と共に縮小側接合レンズの形状に関する条件で、拡大側接合レンズにおける条件式（２４）と同様の意味をもつ。上限を超えると接合面効果が減少し、色収差補正が困難となる。また下限を超えると接合面の作用が過大となり、球面収差、コマ収差、色補正のバランスがとれなくなる。

このように本発明によるズームレンズを投射型表示装置に搭載することにより装置全体を小型化することが可能となり（請求項８）、携帯にも便利な薄型の投射型表示装置を提供することが出来、さらに生産者側に対してもコストを低く維持することに効果的である。

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でコスト面や生産面でも効果的なズームレンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質の投射型表示装置を安価に提供することが出来る。

本発明によるズームレンズの第１実施例のレンズ構成図である。 第１実施例のレンズの諸収差図である。 本発明によるズームレンズの第２実施例のレンズ構成図である。 第２実施例のレンズの諸収差図である。 本発明によるズームレンズの第３実施例のレンズ構成図である。 第３実施例のレンズの諸収差図 本発明によるズームレンズの第４実施例のレンズ構成図である。 第４実施例のレンズの諸収差図である。

以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の第１実施例から第４実施例のズームレンズでは拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群（各図におけるレンズ群名称ＬＧ１）、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群（レンズ群名称ＬＧ２）、全体で正の屈折力を有する第３レンズ群（レンズ群名称ＬＧ３）、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群（レンズ群名称ＬＧ４）及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群（レンズ群名称ＬＧ５）から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズ（レンズ名称をＬ１１、拡大側面の面番号を１０１、縮小側面の面番号を１０２とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ１２、拡大側面の面番号を１０３、縮小側面の面番号を１０４とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ１３、拡大側面の面番号を１０５、縮小側面の面番号を１０６とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ１４、拡大側面の面番号を１０７、縮小側面の面番号を１０８とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ１５、拡大側面の面番号を１０９、縮小側面の面番号を１１０とする）を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正レンズ（レンズ名称をＬ２１、拡大側面の面番号を２０１、縮小側面の面番号を２０２とする）にて構成され、前記第３レンズ群ＬＧ３は、拡大側から順に正レンズ（レンズ名称をＬ３１、拡大側面の面番号を３０１、縮小側面の面番号を３０２とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ３２、拡大側面の面番号を３０３、縮小側面の面番号を３０４とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ３３、拡大側面の面番号を３０５、縮小側面の面番号を３０６とする）にて構成され、前記第４レンズ群ＬＧ４は正レンズ（レンズ名称をＬ４１、拡大側面の面番号を４０１、縮小側面の面番号を４０２とする）を配して構成され、前記第５レンズ群ＬＧ５は第１の構成方法として拡大側から順に負レンズ（レンズ名称をＬ５１、拡大側面の面番号を５０１、縮小側面の面番号を５０２とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ５２、拡大側面の面番号を５０３、縮小側面の面番号を５０４とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ５３、拡大側面の面番号を５０５、縮小側面の面番号を５０６とする）及び負レンズ（レンズ名称をＬ５４、拡大側面の面番号を接合のため５０６、縮小側面の面番号を５０７とする）を配して構成されるか（第２実施例及び第４実施例）又は第２の構成方法として拡大側から順に負レンズ（レンズ名称をＬ５１、拡大側面の面番号を５０１、縮小側面の面番号を５０２とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ５２、拡大側面の面番号を５０３（接合の場合は５０２）、縮小側面の面番号を５０４とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ５３、拡大側面の面番号を５０５、縮小側面の面番号を５０６とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ５４、拡大側面の面番号を接合のため５０６、縮小側面の面番号を５０７とする）を配して構成されており（第１実施例及び第３実施例）、前記第５レンズ群ＬＧ５の縮小側には、大きな空気間隔を設けるが、その後に照明光学系との関連において第６レンズ群（レンズ群名称ＬＧ６）を、正レンズ（レンズ名称をＬ６１、拡大側面の面番号を６０１、縮小側面の面番号を６０２とする）にて構成しても良く、続いて前記第６レンズ群ＬＧ６の縮小側とライトバルブ面との間には僅かな空気間隔をおいて配置されるＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧ（拡大側面をＣ０１、縮小側面をＣ０２）を図示する。広角端から望遠端への変倍動作は、前記第１レンズ群ＬＧ１は固定されており、前記第２レンズ群ＬＧ２、前記第３レンズ群ＬＧ３、前記第４レンズ群ＬＧ４及び前記第５レンズ群ＬＧ５は変倍動作中縮小側から拡大側方向へと光軸上を移動する。

本発明のズームレンズの第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。表中の上段で、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、Ｆ_noはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角を表し、ｄと括弧付の数値で表している、例えばｄ（１１０）であるが、これは１１０面が変倍に伴い空気間隔が変化する面であり、その変化する数値を表すものである。また下段のｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎ_ｄはｄ線に対する屈折率、ν_ｄはｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中の球面収差図におけるＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３はそれぞれＣＡ１＝５５０ｎｍ、ＣＡ２＝４５０ｎｍ、ＣＡ３＝６４０ｎｍの波長における収差曲線である。非点収差図におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。また、全般に亘り特別に記載のない限り、諸値の計算に使用している波長はＣＡ１＝５５０．０ｎｍである。また、物体及び像の関係は１０１面からの物体距離を１７００ｍｍとした合焦状態を表しているものとする。

本発明のズームレンズの第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。

本発明のズームレンズの第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。

本発明のズームレンズの第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。

次に第１実施例から第４実施例に関して条件式（１）から条件式（２６）に対応する値を、まとめて表５に示す。

表５から明らかなように、第１実施例から第４実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から（２６）のうち構成方法に対応する条件式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。

Claims (8)

1. 拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で正の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍を行うにあたり前記第１レンズ群は固定されており、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群及び前記第５レンズ群は縮小側から拡大側方向へと光軸上を移動し、光学系に関する大きさが下記条件式（１）を満足しており、前記第５レンズ群の縮小側に設定される空間に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第１レンズ群に設定されるパワーに関して下記条件式（３）を満足しており、前記第４レンズ群に設定されるパワー関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
   （１） ７．０ ≦ ＴＬ／ｆ_w≦ ８．０
   （２） １．９ ≦ ｂ_w／ｆ_w≦ ２．４
   （３） ０．８５ ≦｜ｆ_w／ｆ_I｜≦ １．１
   （４） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_IV≦ ０．５５
   ただし、
   ＴＬ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの距離
   （ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
   ｆ_w：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
   （第１レンズ群の最も拡大側の面からの物体距離１７００ｍｍに合焦の状態）
   ｂ_w：広角端における第５レンズ群の最も縮小側の面から像面までの距離
   （ただし、第６レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
   ｆ_I：第1レンズ群の合成焦点距離
   ｆ_IV：第４レンズ群の合成焦点距離
2. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大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）、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）、負レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、前記第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、その縮小側面の形状に関して下記条件式（６）を満足し、拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、前記第１レンズ群を構成する各レンズの屈折率の関係が下記条件式（８）を満足していることを特徴とする。
   （５） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_I１≦ −０．２２
   （６） ０．７５ ≦ ｆ_w／ｒ_I２≦ ０．８５
   （７） ０．３ ≦ ｆ_w／ｆ_I２≦ ０．４５
   （８） １．６０ ≦ N_I≦ １．７２
   ただし、
   ｆ_I１：第1レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
   ｒ_I２：第1レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
   ｆ_I２：第1レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
   N_I：第1レンズ群を構成するレンズのｄ線における屈折率の平均値
3. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は正レンズにて構成され、当該レンズの有するパワーについて下記条件式（９）を満足し、屈折率に関して下記条件式（１０）を満足し、形状に関して下記条件式（１１）を満足していることを特徴とする。
   （９） ０．２０ ≦ ｆ_w／ｆ_II≦ ０．３３
   （１０） １．７ ≦ Ｎ_II
   （１１） ｜ｒ_II２／ｒ_II１｜≦ ０．５
   ただし、
   ｆ_II：第２レンズ群の合成焦点距離
   Ｎ_II：第２レンズ群を構成するレンズの屈折率の平均値
   ｒ_II１：第２レンズ群を構成するレンズの拡大側面の曲率半径
   ｒ_II２：第２レンズ群を構成するレンズの縮小側面の曲率半径
4. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第３レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ及び正レンズにて構成され、前記第３レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足しており、拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（１３）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の形状に関して下記条件式（１４）を満足しており、拡大側から二番目に配置されるレンズの拡大側面の形状に関して下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする。
   （１２） −０．０５ ≦ ｆ_w／ｆ_III≦ ０．２５
   （１３） −１．２ ≦ ｆ_w／ｆ_III２≦ −０．７
   （１４） ０．１２ ≦ ｆ_w／ｒ_III１≦ ０．５
   （１５） −０．９ ≦ ｆ_w／ｒ_III３≦ −０．７
   ただし、
   ｆ_III：第３レンズ群の合成焦点距離
   ｆ_III２：第３レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
   ｒ_III１：第３レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
   ｒ_III３：第３レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
5. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第４レンズ群は正レンズを配して構成され、倍率に関して下記条件式（１６）を満足しており、形状に関して下記条件式（１７）を満足しており、分散特性に関して下記条件式（１８）を満足していることを特徴とする。
   （１６） ０．４ ≦ｍ_IVw−ｍ_IVt≦ ０．９
   （１７） ０．４ ≦ ｜ｆ_w／ｒ_IV２｜≦ ０．７５
   （１８） ６０ ≦ Ｖ_IV
   ただし、
   ｍ_IVw：広角端配置における第４レンズ群の合成倍率
   ｍ_IVt：望遠端配置における第４レンズ群の合成倍率
   ｒ_IV２：第４レンズ群のレンズの縮小側面の曲率半径
   Ｖ_IV：第４レンズ群を構成するレンズのアッベ数
6. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は拡大側から順に負レンズ、正レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成されており、最も拡大側及び拡大側から二番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（１９）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２０）を満足しており、拡大側から三番目及び拡大側から四番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２１）を満足しており、拡大側から三番目に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２２）を満足していることを特徴とする。
   （１９） ０．２２ ≦ ｎ_V１−ｎ_V２
   （２０） ０．８ ≦ ｆ_w／ｒ_V２≦ ０．９５
   （２１） ｎ_V３−ｎ_V４≦ −０．２２
   （２２） −０．８ ≦ ｆ_w／ｒ_V６≦ −０．６
   ただし、
   ｎ_V１：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｎ_V２：第５レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｒ_V２：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
   ｎ_V３：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｎ_V４：第５レンズ群において拡大側から四番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｒ_V６：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
7. 前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は拡大側から順に負レンズ、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成されており、最も拡大側及び拡大側から二番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２３）を満足しており、最も拡大側に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２４）を満足しており、拡大側から三番目及び拡大側から四番目に配置されるレンズの屈折率の関係が下記条件式（２５）を満足しており、拡大側から三番目に配置されるレンズの形状に関する特長が下記条件式（２６）を満足していることを特徴とする。
   （２３） ０．２５ ≦ ｎ_V１−ｎ_V２
   （２４） ０．６５ ≦ ｆ_w／ｒ_V２≦ ０．８５
   （２５） ｎ_V３−ｎ_V４≦ −０．２５
   （２６） ０．６５ ≦ ｆ_w／ｒ_V６≦ １．０
   ただし、
   ｎ_V１：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｎ_V２：第５レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｒ_V２：第５レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
   ｎ_V３：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｎ_V４：第５レンズ群において拡大側から四番目に配置されるレンズのｄ線における屈折率
   ｒ_V６：第５レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
8. 前記請求項１から前記請求項７の少なくともいずれかの１項に記載されるズームレンズを搭載していることを特徴とした投射型表示装置。

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