JP2016061948A - 投写用ズームレンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、Ｆナンバー小さく、高性能の投写用ズームレンズおよびこの投写用ズームレンズを備えた投写型表示装置を提供する。【解決手段】投写用ズームレンズは、変倍の際に移動する少なくとも２つのレンズ群を含む複数のレンズ群から実質的になり、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化し、縮小側がテレセントリックに構成され、最も拡大側には変倍の際に固定されている負の第１レンズ群Ｇ１が配置される。第１レンズ群Ｇ１は拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１１、両凹レンズである第２レンズＬ１２、正または負の第３レンズＬ１３からなる。広角端での全系の焦点距離ｆｗ、第３レンズＬ１３の焦点距離ｆ３に関する条件式（１）：−０．０７０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０７０を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、投写用ズームレンズおよび投写型表示装置に関し、例えば、ライトバルブにより形成される原画像をスクリーン上に拡大投写するのに好適な投写用ズームレンズおよびこれを搭載した投写型表示装置に関するものである。

従来、液晶表示素子やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く用いられている。特に、ライトバルブを３枚用いて赤・緑・青の３原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、投写用レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。

このような、３枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に使用される投写用レンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また、熱的な問題を回避するため、長いバックフォーカスが必要となる。さらに、色合成プリズムは入射光の角度によって分光特性が変化するため、投写用レンズは縮小側を入射側としたときの入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわち縮小側のテレセントリック性を持つことが必要となる。

上記必要事項をある程度満足するものとしては、例えば下記特許文献１、２に記載されたものが知られている。特許文献１には、５群構成であり、そのうち３つのレンズ群が変倍の際に移動する投写用ズームレンズが記載されている。特許文献２には、５群構成であり、最も拡大側の第１レンズ群が２枚のレンズからなる投写用ズームレンズが記載されている。

特許第５３９７５６２号公報 特許第５０８１０４５号公報

ところで、近年ではライトバルブの高精細化が進んでいることから、投写用レンズにはそのライトバルブに見合うように収差補正が良好にされて高性能であることが求められる。また、モバイル用途の需要増加に応じて小型化に対する要求が強くなっている。さらに、小さなＦナンバーを有するレンズ系であることも求められている。

しかしながら、特許文献１、２に記載のレンズ系は、非点収差が大きく、近年開発が進んだ高精細なライトバルブを想定した場合、さらなる収差補正が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型で、かつＦナンバーが小さい光学系でありながら、諸収差が良好に補正されて高い投写性能を有する投写用ズームレンズおよびこのような投写用ズームレンズを備えた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の投写用ズームレンズは、変倍の際に移動する少なくとも２つのレンズ群を含む複数のレンズ群から実質的になり、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化し、
縮小側がテレセントリックに構成され、最も拡大側には負の屈折力を有し変倍の際に固定されている第１レンズ群が配置され、第１レンズ群は拡大側から順に、負の屈折力を有し拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、正または負の屈折力を有する第３レンズとから実質的になり、下記条件式（１）を満足するものである。
−０．０７０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０７０ （１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離

本発明の投写用ズームレンズは、下記条件式（２）〜（４）、（１−１）、（２−１）のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。
−０．０５０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０５０ （１−１）
−１２．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−２．０ （２）
−１０．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−３．０ （２−１）
６５．０＜νｄ２＜９６．０ （３）
１．０＜Ｂｆ／ｆｗ＜２．０ （４）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｆＡ：第２レンズの縮小側のレンズ面と第３レンズの拡大側のレンズ面で形成される空気レンズの焦点距離
νｄ２：第２レンズのｄ線基準のアッベ数
Ｂｆ：縮小側をバック側とした場合の広角端における空気換算距離での全系のバックフォーカス

本発明の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とで構成される５つのレンズ群から実質的になり、変倍の際に、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群とが移動し、第５レンズ群は固定されているように構成してもよい。

本発明の投写用ズームレンズが上記５群構成を採る場合、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とは各々正の屈折力を有するように構成してもよい。

本発明の投写用ズームレンズが上記５群構成を採り、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とが各々正の屈折力を有する場合、下記条件式（５）および（６）の少なくともいずれか一方を満足することが好ましい。
２．０＜ｆＧ３／ｆｗ＜４．５ （５）
１．５＜ｆＧ５／ｆｗ＜４．０ （６）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＧ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆＧ５：第５レンズ群の焦点距離

本発明の投写用ズームレンズが上記５群構成を採る場合、第４レンズ群の最も拡大側のレンズが負の屈折力を有し、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１．０＜（Ｒ４１ｆ＋Ｒ４１ｒ）／（Ｒ４１ｆ−Ｒ４１ｒ）＜４．０ （７）
ただし、
Ｒ４１ｆ：第４レンズ群の最も拡大側のレンズの拡大側の面の近軸曲率半径
Ｒ４１ｒ：第４レンズ群の最も拡大側のレンズの縮小側の面の近軸曲率半径

本発明の投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、このライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用ズームレンズとして上述した本発明の投写用ズームレンズとを備えたものである。

なお、上記「拡大側」は、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」は、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。

なお、上記「〜から実質的になり」の「実質的に」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。

なお、上記「レンズ群」は、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、上記レンズ群の屈折力の符号、上記レンズの屈折力の符号、上記レンズの面形状は、非球面が含まれているものについては特に断りがない限り近軸領域で考えるものとする。

本発明によれば、変倍の際に移動する少なくとも２つのレンズ群を含む複数のレンズ群から実質的になるズームレンズ系において、第１レンズ群のレンズ構成を好適に設定し、所定の条件式を満足するものとしているため、小型で、かつＦナンバーが小さい光学系でありながら、諸収差が良好に補正されて高い投写性能を有する投写用ズームレンズおよびこの投写用ズームレンズを備えた投写型表示装置を実現することができる。

本発明の実施例１の投写用ズームレンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例２の投写用ズームレンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例３の投写用ズームレンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図 本発明の実施例１の投写用ズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例２の投写用ズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例３の投写用ズームレンズの諸収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は、本発明の実施形態に係る投写用ズームレンズのレンズ構成と、軸上光束４および最大像高の光束５の光路を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜３の投写用ズームレンズに対応している。図１〜図３に示す例の基本的な構成は同様であり、図１〜図３の図示方法も同様であるため、以下では、主に図１を参照しながら本発明の実施形態に係る投写用ズームレンズについて説明する。

図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。図１では、ＷＩＤＥと付された上段に広角端における状態を示し、ＴＥＬＥと付された下段に望遠端における状態を示す。上段と下段の間に、広角端から望遠端へ変倍する際に移動する各レンズ群の概略的な移動方向を示す矢印を示している。

この投写用ズームレンズは、例えば投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写する投写用ズームレンズとして使用可能である。図１では、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、プリズム、各種フィルタ、カバーガラス等を想定したガラスブロック２と、ガラスブロック２の縮小側の面に位置するライトバルブの画像表示面１も合わせて図示している。

投写型表示装置においては、画像表示面１で画像情報を与えられた光束が、ガラスブロック２を介して、この投写用ズームレンズに入射され、この投写用ズームレンズにより紙面左側方向に配置されるスクリーン（不図示）上に投写される。

なお、図１に示す構成では、ガラスブロック２の縮小側の面の位置と画像表示面１の位置とが一致した例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。また、図１では図の簡略化のために１枚の画像表示面１のみを記載しているが、投写型表示装置において、光源からの光束を色分離光学系により３原色に分離し、各原色用に３つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示できるように構成してもよい。

本実施形態の投写用ズームレンズは、変倍の際に移動する少なくとも２つのレンズ群を含む複数のレンズ群から実質的になり、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化し、縮小側がテレセントリックに構成されている。

なお、上記「縮小側がテレセントリック」とは、拡大側から縮小側へ向かう方向に光束を見たとき、縮小側共役面である画像表示面１の任意の点に集光する光束の断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線が光軸Ｚと平行に近い状態を指すものである。ただし、完全にテレセントリックな場合、すなわち上記二等分角線が光軸Ｚに対して完全に平行な場合に限るものではなく、多少の誤差がある場合をも含むものを意味する。ここで多少の誤差がある場合とは、光軸Ｚに対する上記二等分角線の傾きが−３°〜＋３°の範囲内の場合である。

図１に示す例の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４と、第５レンズ群Ｇ５とで構成される５つのレンズ群から実質的になり、変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は固定されており、第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の３つのレンズ群が移動する。より詳しくは、図１に示す例では、広角端から望遠端へ変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４の３つのレンズ群が常に拡大側へ移動する。

本発明では、全系を構成するレンズ群の数や、第１レンズ群Ｇ１以外のレンズ群の変倍の際の挙動は必ずしも図１に示す例に限定されないが、図１の例のように、全系が５つのレンズ群からなる場合は、高性能化に有利となる。また、変倍の際に第１レンズ群Ｇ１と最も縮小側のレンズ群が固定されている場合は、変倍の際にレンズ系全長を一定に保つことができ、投写型表示装置に搭載する上で好適なものとなる。変倍の際に移動するレンズ群を３つとした場合は、変倍の際の収差変動の抑制に有利となる。

本実施形態の投写用ズームレンズでは、最も拡大側に配置される第１レンズ群Ｇ１は、負の屈折力を有するレンズ群である。５群構成を採る場合は、第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５の４つのレンズ群は各々正の屈折力を有するレンズ群としてもよい。このように拡大側から順に、負、正、正、正、正のパワー配置とした場合は、広角化、テレセントリック性の確保、およびレンズ系と画像表示面１との間に色合成プリズム等を挿入可能な長いバックフォーカスの確保に有利となる。

本実施形態の投写用ズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、負の屈折力を有し拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズＬ１１と、両凹レンズである第２レンズＬ１２と、正または負の屈折力を有する第３レンズＬ１３との３枚のレンズから実質的になり、下記条件式（１）を満足するように構成されている。
−０．０７０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０７０ （１）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離

高性能化を図る上ではレンズ枚数が多いほうが設計的な自由度が増し高性能化を図りやすい。しかし、第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数を多くすると、レンズの大径化や、スペース確保のためのレンズ系全長の増大化が起こり得るため、レンズ系の大型化の要因となり得る第１レンズ群Ｇ１を多数のレンズで構成することは小型化の点からは好ましくない。小型化と高性能化の両方を図るためには、第１レンズ群Ｇ１は３枚構成とするのが望ましい。

第１レンズＬ１１として負の屈折力を有するメニスカスレンズを配置することで、歪曲収差の補正を良好に行うことができる。第２レンズＬ１２として両凹レンズを配置することで、第１レンズ群Ｇ１全体に強い負の屈折力を持たせることができ、軸外収差である像面湾曲を良好に補正することが可能となる。第３レンズＬ１３は、負レンズ、正レンズいずれも可能である。図１に示す例の第３レンズＬ１３は、非球面レンズであり、近軸領域で両凸形状であるが、後述の実施例に示すように、近軸領域でメニスカス形状としてもよい。ただし、第３レンズＬ１３は、条件式（１）を満足するように屈折力を設定する。

条件式（１）は、全系の焦点距離と第３レンズＬ１３の焦点距離の比を規定したものである。第３レンズＬ１３が負レンズの場合、条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、第３レンズＬ１３の負の屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、Ｆナンバーの小さなレンズ系における収差補正、特に球面収差や非点収差の補正が容易になる。第３レンズＬ１３が正レンズの場合、条件式（１）の上限以上にならないようにすることで、第３レンズＬ１３の正の屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２に強い負の屈折力を持たせることなく、第１レンズ群Ｇ１に適切な負の屈折力を持たせることができ、適切なバックフォーカスを確保しながらレンズ系を小型に構成することが容易となる。仮に、第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２が持つ負の屈折力が強すぎると、第１レンズＬ１１が大径化してしまい、レンズ系全長が増大してしまう。

条件式（１）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
−０．０５０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０５０ （１−１）

また、本実施形態の投写用ズームレンズは、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
−１２．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−２．０ （２）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＡ：第２レンズの縮小側のレンズ面と第３レンズの拡大側のレンズ面で形成される空気レンズの焦点距離
であり、第２レンズＬ１２の縮小側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ１２ｒ、第３レンズの拡大側のレンズ面の近軸曲率半径をＲ１３ｆ、第２レンズＬ１２の屈折率をＮｄ２、第３レンズの屈折率をＮｄ３、第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３の空気間隔をＤ４としたとき、ｆＡは以下の式で求められる。なお、ｆＡは、屈折率がＮｄ３の空間におけるものとしている。

条件式（２）は、第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３の間に形成される空気レンズの焦点距離と全系の焦点距離の比を規定したものである。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、この空気レンズの屈折力を確保することができ、画像周辺部で大きな像面湾曲が発生するのを防ぐことが可能になる。条件式（２）の上限以上にならないようにすることで、この空気レンズの屈折力を抑制することができ、第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３の空気間隔が小さくすることができ、レンズ系の小型化に貢献できる。

条件式（２）に関する上記効果を高めるために、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
−１０．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−３．０ （２−１）

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
６５．０＜νｄ２＜９６．０ （３）
ただし、
νｄ２：第２レンズのｄ線基準のアッベ数

条件式（３）は、第２レンズＬ１２の材質のアッベ数を規定するものである。条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、倍率色収差を良好に補正することが容易となる。条件式（３）の上限以上にならないようにすることで、現存する光学材料を用いてレンズを作製することが容易となる。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１．０＜Ｂｆ／ｆｗ＜２．０ （４）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
Ｂｆ：縮小側をバック側とした場合の広角端における空気換算距離での全系のバックフォーカス

条件式（４）は、この投写用ズームレンズのバックフォーカスと全系の焦点距離の比を規定するものである。条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、投写用ズームレンズの縮小側に色合成用のプリズム等を配置するスペースのための必要十分なバックフォーカスを確保することができる。条件式（４）の上限以上にならないようにすることで、レンズ系全長の増大化およびレンズの大径化を抑制することができ、小型化を図ることができる。

全系が拡大側から順に、負、正、正、正、正のパワー配置の５つのレンズ群からなり、変倍の際に第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は固定されており、第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４が移動する場合、下記条件式（５）および（６）の少なくともいずれか一方を満足することが好ましい。
２．０＜ｆＧ３／ｆｗ＜４．５ （５）
１．５＜ｆＧ５／ｆｗ＜４．０ （６）
ただし、
ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
ｆＧ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆＧ５：第５レンズ群の焦点距離

条件式（５）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離と全系の焦点距離の比を規定したものである。条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、変倍の際の非点収差の補正が容易となる。条件式（５）の上限以上にならないようにすることで、変倍の際の第３レンズ群Ｇ３の移動量を抑えることができ、レンズ系の大型化を抑制できる。

条件式（６）は、第５レンズ群Ｇ５の焦点距離と全系の焦点距離の比を規定したものである。条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、倍率色収差の補正が容易となる。条件式（６）の上限以上にならないようにすることで、バックフォーカスが必要以上に長くなりすぎないようにすることができ、レンズ系の大型化を抑制できる。

全系が拡大側から順に、負、正、正、正、正のパワー配置の５つのレンズ群からなり、変倍の際に第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５は固定されており、第２レンズ群Ｇ２〜第４レンズ群Ｇ４が移動し、第４レンズ群Ｇ４の最も拡大側のレンズが負レンズである場合、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１．０＜（Ｒ４１ｆ＋Ｒ４１ｒ）／（Ｒ４１ｆ−Ｒ４１ｒ）＜４．０ （７）
ただし、
Ｒ４１ｆ：第４レンズ群の最も拡大側のレンズの拡大側の面の近軸曲率半径
Ｒ４１ｒ：第４レンズ群の最も拡大側のレンズの縮小側の面の近軸曲率半径

条件式（７）は、第４レンズ群Ｇ４の最も拡大側のレンズの形状を規定するものである。条件式（７）の下限以下とならないようにし、かつ、条件式（７）の上限以上にならないようにすることで、Ｆナンバーが小さな光学系で問題となりやすい球面収差や非点収差を良好に補正することができる。

より具体的には、本実施形態の投写用ズームレンズの第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５は例えば図１に示す例のように以下に述べる構成を採ることができる。第２レンズ群Ｇ２は拡大側から順に、両凸形状のレンズＬ２１、両凸形状のレンズＬ２２、両凹形状のレンズＬ２３の３枚のレンズからなるものとすることができる。第３レンズ群Ｇ３は両凸形状のレンズＬ３１のみからなるものとすることができる。第４レンズ群Ｇ４は拡大側から順に、非球面レンズであり近軸領域で負の屈折力を有し縮小側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ４１、両凹形状のレンズＬ４２、両凸形状のレンズＬ４３、両凸形状のレンズＬ４４の４枚のレンズからなるものとすることができる。第５レンズ群Ｇ５は両凸形状のレンズＬ５１のみからなるものとすることができる。

なお、上述した好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、投写用ズームレンズに要望される事項に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

本発明の実施形態は、例えば、広角端でのＦナンバーが１．６より小さな投写用ズームレンズに適用可能である。

次に、本発明の投写用ズームレンズの具体的な実施例について説明する。なお、以下に示す実施例の数値データは全て、投写距離が無限遠の場合の広角端における全系の焦点距離が１．００となるように規格化されたものであり、所定の桁でまるめたものである。

＜実施例１＞
実施例１の投写用ズームレンズの構成図は図１に示したものであり、図１に示す例の構成は上述したため、ここでは重複説明を省略する。実施例１の投写用ズームレンズの詳細構成を示す数値データを下記表１〜表３に示す。表１に基本レンズデータを示し、表２に非球面係数を示し、表３にｄ線に関する諸元と可変面間隔の値を示す。

表１のＳｉの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄には最も拡大側の構成要素を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

ただし、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた面形状のものを正とし、縮小側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１に示す値は投写距離が無限遠の場合のものであり、表１にはガラスブロック２も含めて示している。非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。

表２に、実施例１の各非球面の非球面係数を示す。表２の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍは３以上の整数であり、各非球面により異なる）の値である。

ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数

表１では、可変面間隔は、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。ＤＤ［６］、ＤＤ［１１］、ＤＤ［１３］、ＤＤ［２０］はそれぞれ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔に対応し、これらは全て変倍の際に変化する。また、第１レンズ群Ｇ１はフォーカシングレンズ群の機能を有しており、ＤＤ［６］はフォーカシングの際にも変化する可変面間隔である。

表３の上段に、投写距離が無限遠の場合の、全系の焦点距離ｆ、縮小側をバック側とした場合の空気換算距離での全系のバックフォーカスＢｆ’、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω（単位は度）、上記各可変面間隔の値を示す。表３では、ＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、ＴＥＬＥの欄にそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端における上記各値を示す。表３の下段に、投写距離が８８．１１８の場合の広角端、中間焦点距離状態、望遠端におけるＤＤ［６］の値を示す。なお、表３に示す値はｄ線に関するものである。ここで言う投写距離は、投写用ズームレンズの最も拡大側の面から投写面（スクリーン）までの距離である。

図４に左から順に、投写距離が８８．１１８の場合の実施例１の投写用ズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図４では、ＷＩＤＥと付した上段に広角端、ＭＩＤＤＬＥと付した中段に中間焦点距離状態、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端における各収差図を示す。図４において、球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、点線で示す。歪曲収差図では、ｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各種データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下の実施例の説明では一部重複説明を省略する。

＜実施例２＞
実施例２の投写用ズームレンズのレンズ構成図は図２に示したものである。実施例２の投写用ズームレンズの基本レンズデータを表４に、非球面係数を表５に、諸元と可変面間隔の値を表６にそれぞれ示す。表６の下段に示すＤＤ［６］の値は、投写距離が８８．１３２の場合のものである。図５に左から順に、投写距離が８８．１３２の場合の実施例２の投写用ズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。

＜実施例３＞
実施例３の投写用ズームレンズのレンズ構成図は図３に示したものである。実施例３の投写用ズームレンズの基本レンズデータを表７に、非球面係数を表８に、諸元と可変面間隔の値を表９にそれぞれ示す。表９の下段に示すＤＤ［６］の値は、投写距離が８８．１１３の場合のものである。図６に左から順に、投写距離が８８．１１３の場合の実施例３の投写用ズームレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。

表１０の上段に上記実施例１〜３の上記各条件式（１）〜（７）の対応値を示す。表１０の下段に、上記実施例１〜３の条件式に関する値と、各レンズ群の焦点距離の値を示す。表１０では第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の焦点距離をそれぞれｆＧ１〜ｆＧ５の記号を用いて示している。表２５に示す値はｄ線に関するものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の投写用ズームレンズは、広角端でのＦナンバーが１．５１と小さく、小型に構成され、プリズム等を挿入可能な十分な長さのバックフォーカスを有し、縮小側がテレセントリックに構成され、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、図７を参照しながら、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図７に示す投写型表示装置２００は、本発明の実施形態に係る投写用ズームレンズ１０と、光源２０と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお、図７では、投写用ズームレンズ１０は概略的に図示している。また、光源２０とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図７ではその図示を省略している。

光源２０からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写用ズームレンズ１０に入射する。投写用ズームレンズ１０は、透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像をスクリーン２０５上に投写する。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の投写用ズームレンズは、上記実施例に限定されず種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数を適宜変更することが可能である。

また、本発明の投写型表示装置は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能であり、例えばライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は上記構成とは異なるものも使用可能である。

１ 画像表示面
２ ガラスブロック
４ 軸上光束
５ 最大像高の光束
１０ 投写用ズームレンズ
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
２０ 光源
２００ 投写型表示装置
２０５ スクリーン
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｌ１１ 第１レンズ
Ｌ１２ 第２レンズ
Ｌ１３ 第３レンズ
Ｌ２１〜Ｌ２３、Ｌ３１、Ｌ４１〜Ｌ４４、Ｌ５１ レンズ
Ｚ 光軸

Claims (12)

1. 変倍の際に移動する少なくとも２つのレンズ群を含む複数のレンズ群から実質的になり、
   変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化し、
   縮小側がテレセントリックに構成され、
   最も拡大側には負の屈折力を有し変倍の際に固定されている第１レンズ群が配置され、
   該第１レンズ群は拡大側から順に、負の屈折力を有し拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、正または負の屈折力を有する第３レンズとから実質的になり、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とする投写用ズームレンズ。
   −０．０７０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０７０ （１）
   ただし、
   ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
   ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
2. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１記載の投写用ズームレンズ。
   −０．０５０＜ｆｗ／ｆ３＜０．０５０ （１−１）
3. 下記条件式（２）を満足する請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
   −１２．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−２．０ （２）
   ただし、
   ｆＡ：前記第２レンズの縮小側のレンズ面と前記第３レンズの拡大側のレンズ面で形成される空気レンズの焦点距離
4. 下記条件式（２−１）を満足する請求項３記載の投写用ズームレンズ。
   −１０．０＜ｆＡ／ｆｗ＜−３．０ （２−１）
5. 下記条件式（３）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   ６５．０＜νｄ２＜９６．０ （３）
   ただし、
   νｄ２：前記第２レンズのｄ線基準のアッベ数
6. 下記条件式（４）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
   １．０＜Ｂｆ／ｆｗ＜２．０ （４）
   ただし、
   Ｂｆ：縮小側をバック側とした場合の広角端における空気換算距離での全系のバックフォーカス
7. 拡大側から順に、前記第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群と、第４レンズ群と、第５レンズ群とで構成される５つのレンズ群から実質的になり、
   変倍の際に、前記第２レンズ群と、前記第３レンズ群と、前記第４レンズ群とが移動し、前記第５レンズ群は固定されている請求項１から６のいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
8. 前記第２レンズ群と、前記第３レンズ群と、前記第４レンズ群と、前記第５レンズ群とが各々正の屈折力を有する請求項７記載の投写用ズームレンズ。
9. 下記条件式（５）を満足する請求項８記載の投写用ズームレンズ。
   ２．０＜ｆＧ３／ｆｗ＜４．５ （５）
   ただし、
   ｆＧ３：前記第３レンズ群の焦点距離
10. 下記条件式（６）を満足する請求項８または９記載の投写用ズームレンズ。
    １．５＜ｆＧ５／ｆｗ＜４．０ （６）
    ただし、
    ｆＧ５：前記第５レンズ群の焦点距離
11. 前記第４レンズ群の最も拡大側のレンズが負の屈折力を有し、
    下記条件式（７）を満足する請求項７から１０のいずれか１項記載の投写用ズームレンズ。
    １．０＜（Ｒ４１ｆ＋Ｒ４１ｒ）／（Ｒ４１ｆ−Ｒ４１ｒ）＜４．０ （７）
    ただし、
    Ｒ４１ｆ：前記第４レンズ群の最も拡大側のレンズの拡大側の面の近軸曲率半径
    Ｒ４１ｒ：前記第４レンズ群の最も拡大側のレンズの縮小側の面の近軸曲率半径
12. 光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用ズームレンズとしての請求項１から１１のいずれか１項記載の投写用ズームレンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。