JP2013195627A - ズームレンズ及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライトバルブからの画像をスクリーンに拡大投射する高性能でレンズ口径が小さく、コストが安く、薄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】 拡大側から順に、全体で正の屈折力を有する第１レンズ群、全体で負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、全体で負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、第１レンズ群は、正のレンズ、第２レンズ群は、拡大側から負、続いて二枚の負及び正のレンズ、第３レンズ群は、拡大側から順に負、正のレンズ、第４レンズ群は、拡大側から順に負、正、負のレンズ、第５レンズ群は、拡大側から順に正、負、正、負のレンズを配し、第１、３、５レンズ群は変倍動作中固定され、第２、４レンズ群は拡大側から縮小側方向へ一体として光軸に沿って移動させ変倍を行う。
【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レンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズに関するものである。

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レンズのその広角端の画角の大きい投射レンズが要望されている。またコスト面や生産面を考慮すると非球面レンズをなるべく採用したくない。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い難い。

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るが、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、ビデオカメラ若しくはスチルビデオカメラ用として特開昭６３−２１０８１２号公報（特許文献３）で開示されているのは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）域の設計例で、用途が異なるが広角化を実施し設計されている。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が、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、前記特開昭５６−１１４９１９号公報の例では画角及びF値が達成できず、前記特開昭６３−２１０８１２号公報の例では画角が達成できず、前記特開平５−２４９３７７号の例ではF値が達成できない。また、前記各例を通じて、変倍比はより少なくとも良いのであるが、より高解像でなければならず、また前玉径が大きすぎてこれらの開示例の範囲で設計されたレンズは薄型投射装置用の投射レンズとして採用できるものではない。さらに、前記開示例の全てが正パワーを有するレンズ群を移動群とし、これらの移動群に挟まれて負パワーを有するレンズ群を固定配置して変倍を成す構成となっており、本願の構成である負パワーを有するレンズ群を移動群とし、これら移動群に挟まれた正パワーを有するレンズ群を固定群とした開示例ではない。

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

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薄型の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。

本発明のズームレンズは拡大側から順に、全体で正の屈折力を有する第１レンズ群、全体で負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、全体で負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レンズ群は拡大側から縮小側方向へ一体として光軸に沿って移動し、この変倍で移動する前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、変倍中固定されている前記第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、光学系に全体の大きさが下記条件式（３）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（４）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１） −０．８５ ＜ ｆ_w／ｆ_II ≦ −０．６
（２） −０．９ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．６５
（３） ＴＬ／ｆ_w ≦ ９．０
（４） １．８ ≦ 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_II ：第２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
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 ：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、第２レンズ群のパワーに関する条件である。本発明のズームレンズにおける第２レンズ群は強い負のパワーを有しており、変倍において光軸上を移動する構成要素となっており重要な役割を担っている。また、拡大側に位置する強い負のパワーを有するレンズ群として、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との間隔を実際に確保するための光学的に必要となる条件でもある。上限を超えると、第２レンズ群の負のパワーが小さくなり、間隔を必要量確保するのが困難になり、さらに変倍能力も低下し、下限を超えると負のパワーが大きくなり第３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（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、正パワーの第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負パワーを有する第２レンズ群及び第４レンズ群を一体で、拡大側（広角端）から縮小側（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２レンズ群と第３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。この空気間隔に関する設定は条件式（２）の数値と密接に関係する。この空気間隔の量は、変倍に関係する各レンズ群のパワー、倍率、収差変動などを考慮しバランスの上で決まるが、条件式（２）の上限を超えると（絶対値が小さいと）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ため限界値はこれらのバランスで決まってくる。逆に下限を超えると（絶対値が大きいと）空気間隔が大きくとれず、倍率の低下を招き、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（３）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（４）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。

また、前記第１レンズ群は、全体として正パワーを有するが、何枚ものレンズで構成することは前玉有効径を大きくすることに繋がるため、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）１枚にて構成されていることが望ましい。（請求項２）

また、前記第２レンズ群は、最も拡大側に、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）を配置し、続いて二枚の負レンズ及び正レンズにて構成され、最も拡大側に配置される前記負レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、当該レンズと前記第１レンズ群を構成する正レンズとの分散特性に関して下記条件式（６）を満足していることが望ましい。（請求項３）
（５） −０．８５ ≦ ｆ_w／ｆ_II１ ≦ −０．６
（６） −１５ ≦ ｖ_I１−ｖ_II１ ≦ １２
ただし、
ｆ_II１：第２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
ｖ_I１ ：第１レンズ群を構成するレンズのアッベ数
ｖ_II１：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのアッベ数

条件式（５）は、第２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２レンズ群は、全体として強い負パワーを有するレンズ群で特に画角を確保するために重要な場所に配置されているといえる。したがって、最も拡大側に配置されるレンズに関しても大きな負のパワーを有しており、このことは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いるためであり、本発明のズームレンズでいえば第２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（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、レンズ全系における最も拡大側に配置される正、負レンズのペアの分散特性を表している。当該レンズの分散特性は、お互いの色収差の発生を打ち消し合うように設定されるのが良い。すなわち同様のアッベ数とするのが良く、色収差の他の要因で、異なる場合でも条件式（６）の範囲で設計される必要があり、条件式（６）の範囲を逸脱すると、以降の光学系での色収差補正への負担が大きくなり、良好な性能のズームレンズにすることが困難となる。

また、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を配して構成され、当該レンズ群のパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該負レンズ及び当該正レンズの分散特性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４）
（７） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ ０．６
（８） ４ ≦ ｖ_III２−ｖ_III１
ただし、
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
ｖ_III１ ：第３レンズ群において拡大側に配置されるレンズのアッベ数
ｖ_III２ ：第３レンズ群の拡大側から二番目に配置されるレンズのアッベ数

第３レンズ群は、第２レンズ群の強い負パワーで跳ね上げられたマージナル光線を集光光束として続く第４レンズ群に綱ぐために、大きな正パワーを必要とする。これはズーム比を大きくするほど大きくする必要があるが、あまり大きくし過ぎると各レンズでの諸収差バランスを取ることが困難となる。すなわち条件式（７）において上限を超える場合が、その状態である。逆に条件式（７）の下限を超えるとズーム比を要望の値にすることが出来なくなる。続く条件式（８）では、第３レンズ群としての大きな正パワー付与のため、色消しも当該レンズの間で、行っておくための条件である。従がって下限未満では十分な色消しを得ることが出来なくなる。

また、前記第４レンズ群は、拡大側から順に負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群全体として有するパワーに関して下記条件式（９）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（１０）を満足し、当該群を構成する前記負レンズと前記正レンズの分散特性の関係が下記条件式（１１）を満足し、当該群を構成する前記正レンズの屈折率が下記条件式（１２）を満足していることが望ましい。（請求項５）
（９） −０．６４ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ −０．４２
（１０） ０．６ ≦ ｆ_w／ｆ_IV２ ≦ １．１５
（１１） １６ ≦ Ｖ_IVｎ−Ｖ_IVｐ
（１２） １．６８ ≦ ｎ_IVｐ
ただし、
ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｆ_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焦点距離
Ｖ_IVｎ：第４レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
Ｖ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ｎ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのｄ線における屈折率

条件式（９）は、第４レンズ群のパワーに関するものである。第４レンズ群は変倍を主に担っているために強い負のパワーが付与されている。従がって上限を超えるような（絶対値の小さい）パワーでは変倍量を小さくするか或いは光学系全体の大きさも大きくなるためコンパクトなズームレンズとはならない。逆に下限を超えるような（絶対値の大きい）パワーを与えてしまうと、続く第５レンズ群の正のパワーを増大しなければならなくなるため、全体の収差バランスが悪化してしまう。一方本来このような光学補正型の変倍光学系では移動群となるレンズ群のパワーが略等しいことが変倍中のフォーカス移動を無くする（無視しうる量とする）ための条件であるが、このことはカメラなどの交換レンズにおいて変倍時のフォーカス移動量が最大でも焦点深度内に収めなければならないための条件であり、本発明のズームレンズのように投射型表示装置に採用する場合にはその条件をそのままあてはめなくとも良い。投射型表示装置用の光学系としてはフォーカス移動を必ずしも無視し得る量にする必要はなく、変倍によるフォーカス移動での投射画像のボケが微小であれば、再度フォーカス調整をすること至極簡単であるため問題にはならない。それよりもズームカムを省略できるというコスト的な利点、サイズ的な利点の方が優位な条件である。このような制約の中では条件式（１）で表現されている第２レンズ群のパワー、条件式（９）で表現されている第４レンズのパワーの関係は問題ではなくフォーカス移動を良好な範囲で維持することが可能である。条件式（１０）は、第４レンズ群において拡大側から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が、第４レンズ群として強い負のパワーを有する中で、正パワーの強いレンズが配置されているのはレンズ系全体でのペッツバール和のバランスを良好に維持することが目的である。従がって上限、下限のどちらを超えてもバランスとしては望ましくなく周辺性能の悪化を招くこととなるが上限を超えた場合には、加えて第４レンズ群全体の負パワーの損出を招き易く、変倍比を下げざるを得なくなる。条件式（１１）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なりズーム全域について良好な性能を維持することが出来ない。条件式（１２）は、第４レンズ群の中程に配置される正レンズの屈折率を示している。当該レンズの屈折率は第１の理由としてペッツバール和を改善し像面湾曲に良好にするという観点では高く設定するのが有利である。さらに第2の理由として周辺像点に対する主光線が変倍により変動するものの当該レンズの近傍で光軸と交差することから、コマ収差や特に球面収差に大きな影響を及ぼすためこれらについても有利な形状を保持する必要があり、屈折率を高く設定するのが望ましい。これらの要件を鑑みると当該レンズの屈折率は高い方が望ましく、条件式（１２）の下限を超えるとこれらの良好な特性が維持出来なくなる。

また、前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群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、当該レンズ群を構成する前記正レンズと前記負レンズの分散特性の関係が下記条件式（１４）を満足し、当該レンズ群を構成する前記負レンズの屈折率が下記条件式（１５）を満足していることが望ましい。（請求項６）
（１３） ０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．５８
（１４） ２８ ≦ Ｖ_Vｐ−Ｖ_Vｎ
（１５） １．７３ ≦ ｎ_Vｎ
ただし、
ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離
Ｖ_Vｐ ：第５レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
Ｖ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
ｎ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのｄ線における屈折率の平均値

条件式（１３）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、レンズ群としては最も縮小側に配置され変倍動作中固定されているため、マスター系或いはリレー系に準ずる役割を担っている。すなわち変倍に関係なく第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。あるいは逆に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。また、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。条件式（１４）は、第５レンズ群の色補正条件である。単色収差を補正するには、各レンズのパワーが過大とならないことが必要で、そのためには条件式（１４）を満たす正レンズ、負レンズのアッベ数であることが必要な条件となり、下限を超えると色収差の補正が困難となる。条件式（１５）は、第５レンズ群を構成する負レンズに用いられる硝材の屈折率に関する条件である。第５レンズ群を構成する負レンズは拡大側から二番目及び四番目に配置されるが、拡大側から三番目の正レンズと接合の状態で用いるのが望ましい。これはこの部分系において、接合レンズに屈折率差をあたえることで、接合面での球面収差補正能力を維持しつつ像面湾曲補正の効果をも期待できるからである。従がって条件式（１５）で下限を超える硝材の選択をするとこのような効果を期待出来なくなり、像面湾曲が過剰補正され、さらに球面収差がアンダーとなり易い。

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、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効果的である。（請求項７）

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。 本発明によるズームレンズの第９実施例のレンズ構成図である。 第９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１０実施例のレンズ構成図である。 第１０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１０実施例のズームレンズでは拡大側から順に、全体で正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）、全体で負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）、全体で負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、正レンズ（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）１枚にて構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は、最も拡大側に、拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズ（レンズ名称をＬ２１、拡大側面の面番号を２０１、縮小側面の面番号を２０２とする）を配置し、続いて二枚の負レンズ（レンズ名称をＬ２２及びＬ２３、拡大側面の面番号を２０３及び２０５、縮小側面の面番号を２０４及び２０６とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ２４、拡大側面の面番号を２０７、縮小側面の面番号を２０８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、拡大側面は実施例では接合のため面番号を同じく３０２、縮小側面の面番号を３０３とする）を配して構成され、前記第４レンズ群ＬＧ４は、拡大側から順に負レンズ（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）、正レンズ（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）、及び負レンズ（レンズ名称をＬ４３、拡大側面の面番号を４０５、縮小側面の面番号を４０６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）、正レンズ（レンズ名称をＬ５３、拡大側面は実施例では接合のため面番号を同じく５０４、縮小側面の面番号を５０５とする）及び負レンズ（レンズ名称をＬ５４、拡大側面は実施例では接合のため面番号を同じく５０５、縮小側面の面番号を５０６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は拡大側から縮小側方向へ一体として光軸に沿って移動させ変倍を行う。

［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（１０２）であるが、これは１０２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。

［実施例９］
本発明のズームレンズの第９実施例について数値例を表９に示す。また図１７は、そのレンズ構成図、図１８はその諸収差図である。

［実施例１０］
本発明のズームレンズの第１０実施例について数値例を表１０に示す。また図１９は、そのレンズ構成図、図２０はその諸収差図である。

次に第１実施例から第１０実施例に関して条件式（１）から条件式（１５）に対応する値を、まとめて表１１に示す。

表１１から明らかなように、第１実施例から第１０実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から条件式（１５）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］
拡大側から順に、全体で正の屈折力を有する第１レンズ群、全体で負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、全体で負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レンズ群は拡大側から縮小側方向へ一体として光軸に沿って移動し、この変倍で移動する前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、変倍中固定されている前記第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、光学系に全体の大きさが下記条件式（３）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（４）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１） −０．８５ ＜ ｆ_w／ｆ_II ≦ −０．６
（２） −０．９ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．６５
（３） ＴＬ／ｆ_w ≦ ９．０
（４） １．８ ≦ 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_II ：第２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
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 ：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］
前記第１レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）１枚にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
［請求項３］
前記第２レンズ群は、最も拡大側に、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）を配置し、続いて二枚の負レンズ及び正レンズにて構成され、最も拡大側に配置される前記負レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、当該レンズと前記第１レンズ群を構成する正レンズとの分散特性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請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
（５） −０．８５ ≦ ｆ_w／ｆ_II１ ≦ −０．６
（６） −１５ ≦ ｖ_I１−ｖ_II１ ≦ １２
ただし、
ｆ_II１：第２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
ｖ_I１ ：第１レンズ群を構成するレンズのアッベ数
ｖ_II１：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのアッベ数
［請求項４］
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を配して構成され、当該レンズ群のパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該負レンズ及び当該正レンズの分散特性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請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
（７） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ ０．６
（８） ４ ≦ ｖ_III２−ｖ_III１
ただし、
ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
ｖ_III１ ：第３レンズ群において拡大側に配置されるレンズのアッベ数
ｖ_III２ ：第３レンズ群の拡大側から二番目に配置されるレンズのアッベ数
［請求項５］
前記第４レンズ群は、拡大側から順に負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群全体として有するパワーに関して下記条件式（９）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（１０）を満足し、当該群を構成する前記負レンズと前記正レンズの分散特性の関係が下記条件式（１１）を満足し、当該群を構成する前記正レンズの屈折率が下記条件式（１２）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
（９） −０．６４ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ −０．４２
（１０） ０．６ ≦ ｆ_w／ｆ_IV２ ≦ １．１５
（１１） １６ ≦ Ｖ_IVｎ−Ｖ_IVｐ
（１２） １．６８ ≦ ｎ_IVｐ
ただし、
ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｆ_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焦点距離
Ｖ_IVｎ：第４レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
Ｖ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
ｎ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのｄ線における屈折率
［請求項６］
前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群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、当該レンズ群を構成する前記正レンズと前記負レンズの分散特性の関係が下記条件式（１４）を満足し、当該レンズ群を構成する前記負レンズの屈折率が下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
（１３） ０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．５８
（１４） ２８ ≦ Ｖ_Vｐ−Ｖ_Vｎ
（１５） １．７３ ≦ ｎ_Vｎ
ただし、
ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離
Ｖ_Vｐ ：第５レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
Ｖ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
ｎ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのｄ線における屈折率の平均値
［請求項７］
請求項１乃至請求項６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投射型表示装置。

Claims (7)

1. 拡大側から順に、全体で正の屈折力を有する第１レンズ群、全体で負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、全体で負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レンズ群は拡大側から縮小側方向へ一体として光軸に沿って移動し、この変倍で移動する前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、変倍中固定されている前記第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、光学系に全体の大きさが下記条件式（３）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（４）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
   （１） −０．８５ ＜ ｆ_w／ｆ_II ≦ −０．６
   （２） −０．９ ≦ ｍ_IIIw ≦ −０．６５
   （３） ＴＬ／ｆ_w ≦ ９．０
   （４） １．８ ≦ 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_II ：第２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
   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 ：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レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）１枚にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第２レンズ群は、最も拡大側に、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）を配置し、続いて二枚の負レンズ及び正レンズにて構成され、最も拡大側に配置される前記負レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、当該レンズと前記第１レンズ群を構成する正レンズとの分散特性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請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
   （５） −０．８５ ≦ ｆ_w／ｆ_II１ ≦ −０．６
   （６） −１５ ≦ ｖ_I１−ｖ_II１ ≦ １２
   ただし、
   ｆ_II１：第２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
   ｖ_I１ ：第１レンズ群を構成するレンズのアッベ数
   ｖ_II１：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズのアッベ数
4. 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を配して構成され、当該レンズ群のパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該負レンズ及び当該正レンズの分散特性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請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
   （７） ０．４５ ≦ ｆ_w／ｆ_III ≦ ０．６
   （８） ４ ≦ ｖ_III２−ｖ_III１
   ただし、
   ｆ_III ：第３レンズ群の合成焦点距離
   ｖ_III１ ：第３レンズ群において拡大側に配置されるレンズのアッベ数
   ｖ_III２ ：第３レンズ群の拡大側から二番目に配置されるレンズのアッベ数
5. 前記第４レンズ群は、拡大側から順に負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群全体として有するパワーに関して下記条件式（９）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（１０）を満足し、当該群を構成する前記負レンズと前記正レンズの分散特性の関係が下記条件式（１１）を満足し、当該群を構成する前記正レンズの屈折率が下記条件式（１２）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
   （９） −０．６４ ≦ ｆ_w／ｆ_IV ≦ −０．４２
   （１０） ０．６ ≦ ｆ_w／ｆ_IV２ ≦ １．１５
   （１１） １６ ≦ Ｖ_IVｎ−Ｖ_IVｐ
   （１２） １．６８ ≦ ｎ_IVｐ
   ただし、
   ｆ_IV ：第４レンズ群の合成焦点距離
   ｆ_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焦点距離
   Ｖ_IVｎ：第４レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
   Ｖ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのアッベ数
   ｎ_IVｐ：第４レンズ群を構成する正レンズのｄ線における屈折率
6. 前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ及び負レンズを配して構成され、群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、当該レンズ群を構成する前記正レンズと前記負レンズの分散特性の関係が下記条件式（１４）を満足し、当該レンズ群を構成する前記負レンズの屈折率が下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
   （１３） ０．４ ≦ ｆ_w／ｆ_V ≦ ０．５８
   （１４） ２８ ≦ Ｖ_Vｐ−Ｖ_Vｎ
   （１５） １．７３ ≦ ｎ_Vｎ
   ただし、
   ｆ_V ：第５レンズ群の合成焦点距離
   Ｖ_Vｐ ：第５レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
   Ｖ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
   ｎ_Vｎ ：第５レンズ群を構成する負レンズのｄ線における屈折率の平均値
7. 請求項１乃至請求項６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投射型表示装置。

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