JP2012208316A - 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】 ＤＭＤ等のライトバルブからの画像をスクリーン等に拡大投射する明るく高性能でレンズ口径が小さく、コストが安く、小型の投射表示装置に最適なズームレンズを提供する。
【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、全体で負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、前記第５レンズ群の縮小側には、大きな空気間隔を設けた後ＤＭＤ等のライトバルブを配して構成される広角端から望遠端へ変倍可能なズームレンズであって、前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動させることにより変倍を行う。
【選択図】 図１

Description

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拡大投射する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る。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、さらに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て配設する、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、さらに広角端の画角の大きい投射レンズが要望される。またコスト面や生産面を考慮すると非球面レンズを使用するのは好ましくない。しかしながら、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）に開示されているような投射用レンズのコンパクト化設計方法の一例があり、投射型表示装置の小型化に効果的であることが既に知られている。

光学補正型ズームレンズは当初３５ｍｍスチルカメラ用望遠ズームとして、例えば特開昭５６−１１４９１９号公報（特許文献２）で開示されている例があり、焦点距離１００から２００ｍｍでＦ４．５の中望遠から望遠クラスのズームレンズとして設計されている。また、用途が異なるが広角化を実施し設計されて３５ｍｍスチルカメラに換算すると５０から１００（１５０）ｍｍで標準から中望遠（望遠）域の設計例が開示されている、ビデオカメラ若しくはスチルビデオカメラ用としての特開昭６３−２１０８１２号公報（特許文献３）、さらに、特開平５−２４９３７７号公報（特許文献４）の例では３５ｍｍスチルカメラ用として３５（４０）から１３５ｍｍでＦ４のものが設計されており、一段の広角化と高変倍化がなされている。

特開２００７−１４０４７４号公報 特開昭５６−１１４９１９号公報 特開昭６３−２１０８１２号公報 特開平５−２４９３７７号公報

しかしながら、特許文献１の提案では、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にはならない。また特許文献４の提案では、これは撮影用のズームレンズとして広角化、高変倍化、明るい光学系が要望されているからであるが、ズームカムを使用前提として設計された同技術分野のズームレンズに勝るものとはなっていない。光学系とそれを保持し、フォーカスや変倍動作を実現する鏡枠機構を含めた範囲でコストを考えた場合、機構部品として高価なズームカムの必要のない光学補正型ズームレンズの採用は有利である。しかしながら、薄型投射装置への採用は、特許文献２の例では画角及びＦ値が達成できず、特許文献３の例では画角が達成できず、特許文献４の例ではＦ値が達成できない。また、前記各例を通じて、より高解像でなければ投射レンズとして採用できない。

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明るく結像性能が高く、さらにレンズ口径が小さいコンパクトなズームレンズを安価に実現し、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で高画質でありながら高価な非球面レンズや光学補正型を採用することによりズームカムを使用せずにコストや生産性をも考慮した投射型表示装置を安価に提供することを目的としている。

本発明における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、全体で負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、前記第１レンズ群は、拡大側から順に第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群から構成され、前記第１ａ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）、負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は、拡大側から順に、正レンズ、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ及び正レンズを配して構成され、広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動し、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、前記第３レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群を構成する第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足し、光学系の大きさが下記条件式（４）を満足し、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（５）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_I ≦ −０．２
（２） −１．０ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．５
（３） −４．１ ≦ｆ_Iｂ／ｆ_Iａ ≦ −３．０
（４） ＴＬ／ｆ_w ≦ ８．８
（５） １．７５ ≦ ｂ_w／ｆ_w
ただし、
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）
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｍ_IIIw：広角端における第３レンズ群の合成倍率
ｆ_Iｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
ｆ_Iａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
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、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）
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）

条件式（１）は、最も拡大側に配置される第１レンズ群のパワーに関する条件である。レトロフォーカスの原理からバックフォーカスを維持しつつ画角を大きくするためにはレンズの拡大側に負パワーを投入するのが良い。従がって、第１レンズ群を負パワーとすることは広角化に有効である。しかしながら本発明のズームレンズにおいては周辺光量を確保するために第１レンズ群の縮小側では大きな正パワーを必要とする。したがって第１レンズ群のパワーはこれら要因のバランスによって決まる。条件式（１）において上限を超えると、負パワーが不足し、画角を大きくすることが困難となり、逆に下限を超えると周辺光量の確保が出来ない。条件式（２）は、本発明のズームレンズにあって最も特徴のある変倍を司る第３レンズ群の広角端配置における合成倍率に関する条件式である。本発明のズームレンズの変倍を担っているレンズ群は第２レンズ群乃至第４レンズ群で、負パワーの第３レンズ群を変倍中の固定群として当該レンズ群を挟んで正パワーを有する第２レンズ群及び第４レンズ群を一体で、縮小側（広角端）から拡大側（望遠端）へと光軸上を移動させることで実現している。従がって、広角端配置の場合第３レンズ群と縮小側の第４レンズ群の間には少なくとも変倍時に移動する為に使用する空気間隔が必要である。この空気間隔は望遠端に近づくにつれて小さくなり、望遠端で最小の空気間隔となる。本発明のズームレンズでは第３レンズ群を射出するマージナル光線が光軸に平行に近い角度、すなわちアフォーカル光束として射出することにより変倍の際の収差変動を小さくしている。この空気間隔に関する各設定値は条件式（２）の数値と密接に関係する。さらに空気間隔の量は、変倍に関係する各レンズ群のパワー、倍率、収差変動、光学系の大きさなどを考慮しバランスの上で決まり、条件式（２）の下限を超えると空気間隔としては大きく設定可能となるが、一方では光学系全体の大きさに影響を及ぼす。逆に上限を超えると空気間隔が大きくとれずに倍率の低下を招くか、或いは各群パワーを上げなければならず諸収差が悪化する。条件式（１）の説明でも述べたように第１レンズ群は拡大側の負パワーの第１ａレンズ群と縮小側の正パワーの第１ｂレンズ群から構成されており、条件式（３）は、そのパワー比を表したものであり、上限を超えるということはバランス的に第１ａレンズ群のパワーが小さくなることであり、広角化に不利となる。逆に上限をこえる場合は広角化には有利であるが、プロジェクター用途としての目標の周辺光量を確保出来ない。条件式（４）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。逆に下限を超えると、諸収差のバランスを取ることが困難となる。条件式（５）は、第５レンズ群の縮小側に設定される空気間隔に関する条件である。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光学系を組み込むことが困難となる

また、本発明におけるズームレンズの前記第１レンズ群において最も拡大側に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足し、縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（７）を満足し、最も縮小側に配置される正レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（９）を満足していることが望ましい。（請求項２）
（６） −０．６５ ≦ ｆ_w／ｆ_I１ ≦ −０．４５
（７） １．２ ≦ ｆ_w／ｒ_I２ ≦ １．４５
（８） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_I６ ≦ ０．６
（９） ｜ｒ_I１２／ｒ_I１１｜≦ ０．２５ （絶対値はｒ_I１２ ≦ ０のため）
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_I６ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒ_I１２：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｒ_I１０：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径

条件式（６）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る。前述のように第１レンズ群は、負のパワーを有しており、さらに拡大側には二枚の大きな負パワーのレンズが配置されており、負のパワーを分担している構造となっており、最も拡大側に配置されるレンズはそのうちの一枚であるとともに、分担しているパワーと形状については光学系全体に影響を及ぼすため重要である。とりわけ光学系に要求される画角とバックフォーカスに密接に関係しており、本ズームレンズでいえば第１レンズ群の最も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、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た上で要求画角を実現し、かつ小型化に有効であるが、条件式（６）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（７）は、同じく第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あり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。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、すなわち拡大側に凸のメニスカス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（８）は、第１レンズ群の最も縮小側に配置される正レンズに付与されるパワーの条件に関するものである。拡大側レンズの有口径を小さくしたまま、画角を大きくし、尚且つ周辺光量を確保するためには、画面周辺に対する主光線の方向を大きく屈曲する必要があり、全体として大きな負パワーを有する第１レンズ群でも縮小側については大きな正パワーが必要になる。この役割を担っているのが当該レンズで、条件式（８）の下限を超えるとパワーが小さくなり必要とされる画角を維持したまま周辺光量を確保できない。逆に上限を超えると他のレンズ群とのパワーバランスが崩れるため諸収差が増大してしまう。続く条件式（９）は、当該レンズのレンズ形状に関するのものである。拡大側の強い負のパワーの影響で最後部レンズに入射する光束は強い発散光束であり、これを適度に収束させ、第１レンズ群として収差の発生を少なくし且つまた、一枚で構成される第２レンズ群への過度なパワー分担を減じる目的も合わせもっていて、条件式（９）で示される制限が必要となる。上限を超えてしまうと当該レンズの拡大側面で過度に球面収差、コマ収差が補正され、良好な性能が得られない。

また、フォーカス動作を行うのはズーム位置による変動がないという理由で最も拡大側にあるレンズ群で行うのが良い。それに相当するのは本ズームレンズにおいては前記第１レンズ群である。前記第１レンズ群をフォーカス動作に使用することは変倍動作中固定されていることもあり機構的にも簡略に実現することが出来るため良いのであるが、フォーカス動作を行うに必要なパワーを持たせる必要が生ずる。しかしながら前記第１レンズ群に過大な負パワーを与えると、以降の群とのパワーバランスが崩れ、諸収差が悪化する。従がってその場合には必要に応じて、請求項１記載のズームレンズは、前記第１レンズ群を構成する前記第１ａレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカス動作を行うのが良い。（請求項３）

このことにより、前記第１ａレンズ群に、光学系全体のパワーバランスを崩すことなく、フォーカス動作に必要な負のパワーを付与することができる。

また、本発明におけるズームレンズの前記第２レンズ群は、正レンズにて構成され、パワーに関して下記条件式（１０）を満足し、レンズ形状の特徴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４）
（１０） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_II ≦ ０．３
（１１） ０．２５ ≦ ｆ_w／ｒ_II１ ≦ ０．５５
ただし、
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
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

条件式（１０）は、第２レンズ群に求められる群パワーに関する条件である。第２レンズ群は変倍時移動する群であるため倍率変化の観点からするとある程度大きなパワーを有するのが望ましいが、正レンズ一枚で構成されるため出来るだけ収差変化の少ない形状、それを達成できる程度のパワーであることとのバランスが重要となる。条件式（１０）で上限を超えるとパワー過大で収差変化が大きくなり、下限を超えると移動量を増大させなければならず、それが出来ない場合は変倍比が減少してしまうこととなる。さらに球面収差に着目すると、条件式（１１）を満足することで第１レンズ群からの発散光束を球面収差などの発生を少なく結像することが可能となり、上限を超えると当該レンズの拡大側面における球面収差の発生が大きくなり、下限を超えると縮小側面による球面収差、コマ収差の発生が大きくなる

また、本発明におけるズームレンズの前記第３レンズ群は拡大側から順に負レンズ及び正レンズにて構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足していることが望ましい。（請求項５）
（１２） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ −０．２
ただし、
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離

第３レンズ群を構成する負及び正レンズは共に強いパワーを付与されたレンズである。その結果としての群全体の負のパワーを生み出している。第３レンズ群近傍において各像高に対する主光線が光軸と交わっている構造のため、第３レンズ群は球面収差、コマ収差、倍率の色収差等に大きく影響を及ぼす。また、一方で固定群として変倍に関わるため、目標変倍比の実現と収差補正の両立に関しての限界も生じ、これらのバランスをとることが重要となる。条件式（１２）において上限を超えると変倍比は大きくし易いが各収差補正が難しくなり良好な性能を得ることが出来なくなり、下限を超えると性能は良好にすることは可能であるが変倍比の目標達成が困難となるか、或いは変倍比を維持しようとすると移動量を大きくする必要があり光学系全体が大型化してしまう。

また、本発明におけるズームレンズの前記第４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を配して構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１３）を満足し、縮小側に配置された負レンズ及び正レンズの分散特性の関係に関して下記条件式（１４）を満足し、最も拡大側と最も縮小側の屈折面形状の特徴に関して各々下記条件式（１５）及び下記条件式（１６）を満足していることが望ましい。（請求項６）
（１３） ０．２ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ ０．４
（１４） ３０ ≦ ｖ_IV３−ｖ_IV２
（１５） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV１ ≦ ０．８
（１６） −０．５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV５ ≦ −０．３
ただし、
ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｖ_IV３：第４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アッベ数
ｖ_IV２：第４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アッベ数
ｒ_IV１：第４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_IV５：第４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

光学補正型のズームレンズにおいて、変倍におけるフォーカス位置の移動をなくすためには連動して移動するレンズ群同士のパワーが同一であるという要件を満たす必要がある。本発明のズームレンズにおいてフォーカスの要件を鑑みた場合条件式（１３）と条件式（１０）がほぼ等しいものとなることを意味している。しかし、投射型表示装置においてはズームを動かした後にフォーカスを調整することは至極簡単であるため、撮影レンズとして使用する場合と異なり、それ程このフォーカスの要件に順ずる必要はない。条件式（１３）は、十分にフォーカスの要件を満たしているといえる。その上で条件式には、さらに第４レンズ群として要求される役割である移動群のための変倍比及び性能に関しての条件が盛り込まれている。条件式の上限を超えるとパワーが過大で性能が低下し、下限を超えると変倍比の低下あるいは大型化することになる。条件式（１４）は、第４レンズ群としての色消し条件であり、下限を超えると変倍時における色収差変動が大きく性能低下する。条件式（１５）は、第４レンズ群において最も拡大側に配置される正レンズの形状条件で、第３レンズ群の負パワーによるやや発散した光束を少ない収差発生を維持しつつ伝達することを目的とする。上限を超えると当該レンズの拡大側面の、下限を超えると当該レンズの縮小側面の球面収差、コマ収差が過大となり変倍時の性能の変化が大きくなる。条件式（１６）は、第４レンズ群における最も縮小側に配置される正レンズの形状条件である。上限または下限を超えると球面収差、コマ収差のバランスが崩れ性能が低下する。

また、本発明におけるズームレンズの前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成されており、全体として有するパワーに関して下記条件式（１７）を満足していることが望ましい。（請求項７）
（１７） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．３
ただし、
ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離

条件式（１７）は、第５レンズ群のパワーに関するものである。第５レンズ群は変倍動作中固定されているため、変倍に関係なく第１レンズ群乃至第４レンズ群で発生し、補正不十分な収差を最終的に補正すると共に所定の寸法、仕様に合わせる機能を有する。従がって上限を超えると所定の仕様とするには各群のパワーも増大することになり性能を維持することが出来ない。あるいは性能を維持するためには光学系の構成枚数を増やす必要が生ずる。逆に下限を超えると第５レンズ群による最終的な性能調整効果が不十分となってしまう。

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高輝度で装置全体を小型化、特に薄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、さらにコストを低く維持することにも効果がある。

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である。 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。 本発明によるズームレンズの第５実施例のレンズ構成図である。 第５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６実施例のレンズ構成図である。 第６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７実施例のレンズ構成図である。 第７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８実施例のレンズ構成図である。 第８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８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）、全体で負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、拡大側から順に第１ａレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ａ）及び第１ｂレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ｂ）から構成され、前記第１ａレンズ群ＬＧ１ａ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）及び負レンズ（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）を配して構成され、前記第１ｂレンズ群は、拡大側から順に、正レンズ（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）、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ（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）及び正レンズ（レンズ名称をＬ１６、拡大側面の面番号を１１１、縮小側面の面番号を１１２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は拡大側から順に負レンズ（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）及び正レンズ（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）にて構成され、前記第４レンズ群ＬＧ４は拡大側から順に正レンズ（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）、負レンズ（レンズ名称をＬ４２、拡大側面の面番号を４０３、縮小側面の面番号を４０４とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ４３、拡大側面の面番号を接合面のため４０４、縮小側面の面番号を４０５とする）を配して構成され、前記第５レンズ群ＬＧ５は拡大側から順に正レンズ（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）、負レンズ（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）を配して構成されており、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、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）を配置し構成される。広角端から望遠端への変倍動作は、前記第１レンズ群ＬＧ１、前記第３レンズ群ＬＧ３及び前記第５レンズ群ＬＧ５は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群ＬＧ２及び前記第４レンズ群ＬＧ４は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動させ変倍を行う。フォーカシング動作に関しては、前記第１レンズ群ＬＧ１を構成する前記第１ａレンズ群ＬＧ１ａを光軸方向に移動させて行うと良い。

［実施例１］
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（単位：度）を表し、ｄと括弧付の数値で表している、例えばｄ（１１２）であるが、これは１１２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＝６２０ｎｍの各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であり、長さの単位はｍｍ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。

［実施例２］
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。

［実施例３］
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。

［実施例４］
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。

［実施例５］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例６］
本発明のズームレンズの第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。

［実施例７］
本発明のズームレンズの第７実施例について数値例を表７に示す。また図１３は、そのレンズ構成図、図１４はその諸収差図である。

［実施例８］
本発明のズームレンズの第８実施例について数値例を表８に示す。また図１５は、そのレンズ構成図、図１６はその諸収差図である。

次に第１実施例から第８実施例に関して条件式（１）から条件式（１７）に対応する値を、まとめて表９に示す。

表９から明らかなように、第１実施例から第８実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から条件式（１７）の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。

以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
請求項１記載の発明は、ズームレンズにおいて、 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、全体で負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、前記第１レンズ群は、拡大側から順に第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群から構成され、前記第１ａ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）、負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は、拡大側から順に、正レンズ、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ及び正レンズを配して構成され、広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動し、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、前記第３レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群を構成する第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足し、光学系の大きさが下記条件式（４）を満足し、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（５）を満足していることを特徴とする。
（１） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_I ≦ −０．２
（２） −１．０ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．５
（３） −４．１ ≦ｆ_Iｂ／ｆ_Iａ ≦ −３．０
（４） ＴＬ／ｆ_w ≦ ８．８
（５） １．７５ ≦ ｂ_w／ｆ_w
ただし、
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）
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｍ_IIIw：広角端における第３レンズ群の合成倍率
ｆ_Iｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
ｆ_Iａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
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、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）
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）

請求項２記載の発明は、請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群において最も拡大側に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足し、縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（７）を満足し、最も縮小側に配置される正レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（９）を満足していることを特徴とする。
（６） −０．６５ ≦ ｆ_w／ｆ_I１ ≦ −０．４５
（７） １．２ ≦ ｆ_w／ｒ_I２ ≦ １．４５
（８） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_I６ ≦ ０．６
（９） ｜ｒ_I１２／ｒ_I１１｜≦ ０．２５ （絶対値はｒ_I１２ ≦ ０のため）
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_I６ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒ_I１２：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｒ_I１０：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径

請求項３記載の発明は、請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第１ａレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカス動作を行うことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、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、パワーに関して下記条件式（１０）を満足し、レンズ形状の特徴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。
（１０） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_II ≦ ０．３
（１１） ０．２５ ≦ ｆ_w／ｒ_II１ ≦ ０．５５
ただし、
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
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

請求項５記載の発明は、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負レンズ及び正レンズにて構成され、全体として有するパワー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。
（１２） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ −０．２
ただし、
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離

請求項６記載の発明は、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、拡大側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１３）を満足し、縮小側に配置された負レンズ及び正レンズの分散特性の関係に関して下記条件式（１４）を満足し、最も拡大側と最も縮小側の屈折面形状の特徴に関して各々下記条件式（１５）及び下記条件式（１６）を満足していることを特徴とする。
（１３） ０．２ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ ０．４
（１４） ３０ ≦ ｖ_IV３−ｖ_IV２
（１５） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV１ ≦ ０．８
（１６） −０．５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV５ ≦ −０．３
ただし、
ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｖ_IV３：第４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アッベ数
ｖ_IV２：第４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アッベ数
ｒ_IV１：第４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_IV５：第４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

請求項７記載の発明は、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、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成されており、全体として有するパワーに関して下記条件式（１７）を満足していることを特徴とする。
（１７） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．３
ただし、
ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離

請求項８記載の発明は、投射型表示装置において、請求項１乃至請求項７のいずれかの一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する。

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、全体で負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、前記第１レンズ群は、拡大側から順に第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群から構成され、前記第１ａ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）、負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は、拡大側から順に、正レンズ、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ及び正レンズを配して構成され、広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動し、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、前記第３レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群を構成する第１ａレンズ群及び第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（３）を満足し、光学系の大きさが下記条件式（４）を満足し、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（５）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
   （１） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_I ≦ −０．２
   （２） −１．０ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．５
   （３） −４．１ ≦ｆ_Iｂ／ｆ_Iａ ≦ −３．０
   （４） ＴＬ／ｆ_w ≦ ８．８
   （５） １．７５ ≦ ｂ_w／ｆ_w
   ただし、
   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）
   ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
   ｍ_IIIw：広角端における第３レンズ群の合成倍率
   ｆ_Iｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
   ｆ_Iａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
   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、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）
   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）
2. 前記第１レンズ群において最も拡大側に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（６）を満足し、縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（７）を満足し、最も縮小側に配置される正レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（９）を満足していることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （６） −０．６５ ≦ ｆ_w／ｆ_I１ ≦ −０．４５
   （７） １．２ ≦ ｆ_w／ｒ_I２ ≦ １．４５
   （８） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_I６ ≦ ０．６
   （９） ｜ｒ_I１２／ｒ_I１１｜≦ ０．２５ （絶対値はｒ_I１２ ≦ ０のため）
   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_I６ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
   ｒ_I１２：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
   ｒ_I１０：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
3. 前記第１レンズ群を構成する前記第１ａレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカス動作を行うことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
4. 前記第２レンズ群は、正レンズにて構成され、パワーに関して下記条件式（１０）を満足し、レンズ形状の特徴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請求項１記載のズームレンズ。
   （１０） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_II ≦ ０．３
   （１１） ０．２５ ≦ ｆ_w／ｒ_II１ ≦ ０．５５
   ただし、
   ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
   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
5. 前記第３レンズ群は拡大側から順に負レンズ及び正レンズにて構成され、全体として有するパワー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請求項１記載のズームレンズ。
   （１２） −０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ −０．２
   ただし、
   ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
6. 前記第４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を配して構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１３）を満足し、縮小側に配置された負レンズ及び正レンズの分散特性の関係に関して下記条件式（１４）を満足し、最も拡大側と最も縮小側の屈折面形状の特徴に関して各々下記条件式（１５）及び下記条件式（１６）を満足していることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （１３） ０．２ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ ０．４
   （１４） ３０ ≦ ｖ_IV３−ｖ_IV２
   （１５） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV１ ≦ ０．８
   （１６） −０．５ ≦ ｆ_w／ｒ_IV５ ≦ −０．３
   ただし、
   ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
   ｖ_IV３：第４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アッベ数
   ｖ_IV２：第４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アッベ数
   ｒ_IV１：第４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_IV５：第４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. 前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成されており、全体として有するパワーに関して下記条件式（１７）を満足していることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   （１７） ０．１５ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．３
   ただし、
   ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかの一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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