JP5330164B2

JP5330164B2 - 投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置

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Publication number: JP5330164B2
Application number: JP2009203372A
Authority: JP
Inventors: 賢天野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: JP2011053508A

Description

本発明は、投写型表示装置等に搭載される６枚または７枚構成の可変焦点レンズおよびその可変焦点レンズを搭載した投写型表示装置に関し、特に、透過型あるいは反射型の液晶表示装置やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）表示装置等のライトバルブからの映像情報を担持した光束をスクリーン上に拡大投写する小型の投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置に関するものである。

近年、液晶表示装置やＤＭＤ表示装置等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く普及しているが、これに搭載される投写レンズとしても、より高性能で、より明るく、より小型、軽量のものが強く要求されている。

これらの要求をある程度満たす投写用の４群構成のズームレンズとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００６−３９０３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のものは構成レンズの枚数が多めであり、また広角端でのＦ値が２．４と必ずしも明るくなく、明るくしようとすると移動群の構成レンズの枚数がさらに多くなったり、構成レンズの径が大きくなり過ぎたりして、小型、軽量化という要求を良好に満足することが難しかった。

本発明は、４群レンズ構成とされ、小型化、軽量化を図り得る明るい投写型可変焦点レンズおよび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。

本発明の投写型可変焦点レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する単レンズからなる第２レンズ群、正の屈折力を有する単レンズからなる第３レンズ群、および正の屈折力を有する第４レンズ群が配列され、
変倍時において、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群は固定とされる一方、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は互いに独立して、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされ、
前記第１レンズ群が１枚もしくは２枚のレンズで構成され、
前記第４レンズ群が、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズ、縮小側に凸面を向けた正レンズ、および正レンズの３枚のレンズで構成されてなることを特徴とするものである。

また、以下の条件式（１）〜（４）のうち少なくとも１つの条件式を満足することが好ましい。
−２.０ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦−０.５・・・（１）
１.０ ≦ ｆ４／ｆｗ ≦ ５.０・・・・（２）
１.０ ≦ Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（３）
０.２ ≦ ｆ２／ｆ３ ≦ １.８・・・・（４）
ここで、
ｆｗ:広角端の全系焦点距離
ｆ１:前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ２:前記第２レンズ群の焦点距離
ｆ３:前記第３レンズ群の焦点距離
ｆ４:前記第４レンズ群の焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス

また、前記第１レンズ群が、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズを有することが好ましい。

また、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写型可変焦点レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写型可変焦点レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。

ここで、「可変焦点レンズ」とは、バリフォーカルレンズとズームレンズとを含めたものである。ここで、バリフォーカルレンズとは、ズームレンズと異なり、変倍により共役長が変化した際に、これに伴うピントのずれをフォーカシングにより調整するものである。

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

本発明の投写型可変焦点レンズによれば、変倍時の移動群である、第２レンズ群と第３レンズ群を、それぞれ正の単レンズで構成しており、これにより、移動群のレンズ枚数を極限まで低減させることができ、レンズ系の小型化、軽量化を達成することができる。

また、最も拡大側の第１レンズ群を負とすることで、負の屈折力のレンズ群が先行するように構成しており、比較的簡単に広画角と長いバックフォーカスを確保することができる。

一方、変倍時において、正の第２レンズ群と正の第３レンズ群を移動せしめ、該第２レンズ群は、広角端から望遠端への移動に応じ、光軸に沿って縮小側から拡大側に移動させるようにしており、これにより、第２レンズ群に補正群としての機能のみならず変倍群としての機能を持たせるとことができ、変倍全域における収差の変動（特に非点収差や像面湾曲）を抑制することができ、少ないレンズ枚数で高性能な投写用可変焦点レンズを構成することが可能となる。

すなわち、上記第１レンズ群が負であることから、軸上および軸外の光線は、ともに高い位置で第２レンズ群に入射することになる。この第２レンズ群を正とすることで、軸外光線に対して非点収差等の収差を大きく補正する作用をもたせることができるが、可変焦点レンズの場合には、この大きな収差補正作用が逆に欠点ともなり、変倍時におけるレンズ移動に伴う収差の変動（特に非点収差）が大きくなってしまう。そこで、本願発明の投写型可変焦点レンズにおいては、この変倍時における収差の変動を抑制するために、広角端から望遠端に向かうにしたがい、第２レンズ群が縮小側から拡大側に移動するようにし、変倍時において、第２レンズ群に入射する軸外光線の光線高が余り変化しない高さで保つことができるようにしている。これにより、非点収差などの軸外収差への収差補正効果を常に発揮することが可能となる。同時に、非点収差の大きさ自体も低減させることができる。

これにより、本発明の投写型可変焦点レンズによれば、小型化、軽量化を達成した明るいレンズ系とすることができる。

また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写型可変焦点レンズを用いていることにより、小型化、軽量化を促進することができる。

本発明の実施例１に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。本発明の実施例２に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。本発明の実施例３に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。本発明の実施例４に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。本発明の実施例５に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。実施例１に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。実施例２に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。実施例３に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。実施例４に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。実施例５に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。本発明の投写型表示装置の主要部の概略構成を表す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本発明の実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の投写型可変焦点レンズは、レンズ６枚（実施例１、２、３）または７枚（実施例４、５）で構成され、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する単レンズからなる第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する単レンズからなる第３レンズ群Ｇ３、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列され、変倍時において、第１レンズ群と第４レンズ群Ｇ４は固定とされる一方、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は可動とされ、これら第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動するように構成され、さらに、レンズ系の縮小側は略テレセントリックな構成とされている。

また、レンズ系の縮小側には、図１等に示すように、色合成プリズムを主とするガラスブロック２および３つ以上の液晶表示パネル等のライトバルブの画像表示面１が配設される。ただし、１枚のライトバルブを用いた、いわゆる単板タイプのものにおいては、色合成プリズムは不要とされる。

また、例えば、図２等に示すように第２レンズ群Ｇ２中、あるいはその他の位置にマスク３を配置することが可能である。

また、本願明細書における「マスク」とは、軸外光線の上側光線または下側光線の一部を遮光する機能を有するものである。このような遮光の作用により、軸外光線の上側光線と下側光線のバランスを保つことができ、色むらの発生を防ぐことができる。

なお、マスクは、軸外光線の上側光線と下側光線を制限し、明るさを規定する開口絞りとすることも可能である。

なお、フォーカシング時には、１つのレンズ群、例えば第３レンズ群Ｇ３（以下の各実施例については第３レンズ群Ｇ３）を光軸Ｚに沿って移動させるように構成される。

このように、本実施形態の投写型可変焦点レンズによれば、変倍時の移動群である、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３を、それぞれ１枚の正レンズ（単レンズ）で構成しており、これにより、移動群のレンズ枚数を極限まで低減させることができ、レンズ系の小型化、軽量化を達成することができる。また、レンズ駆動機構等も小型、かつ低コストなものとすることができる。

また、最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１（第１レンズＬ１）を負とすることで、広画角と長いバックフォーカスを容易に確保することができるようにしている。

一方、広角端から望遠端に向かって変倍する際において、正の第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って縮小側から拡大側に移動させるようにしており、これにより、第２レンズ群Ｇ２に補正群としての機能のみならず変倍群としての機能を持たせることができ、変倍全域において、特に非点収差や像面湾曲などの収差の変動を抑制することができ、少ないレンズ枚数で高性能な投写用可変焦点レンズを構成することが可能となるようにしている。

すなわち、広角端から望遠端に向かうにしたがって、第２レンズ群Ｇ２を縮小側から拡大側に移動させ、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線の光線高が余り変化しない高さを保つようにしているので、非点収差などの軸外収差に対する収差変動抑制効果を常に発揮できる。同時に、非点収差自体も低減させることができる。

上述したように構成されたレンズ枚数を合計すると６枚または７枚であり、このように少ないレンズ枚数は、ズームレンズとして構成することも可能であるが、いわゆるバリフォーカルレンズを用いることで、より容易に構成しうる。また、その場合には、変倍時におけるレンズ群の連携移動における制約を排除することが可能であるから、変倍時における収差変動を大幅に改善することができる。

ここで、「可変焦点レンズ」とは、いわゆるバリフォーカルレンズとズームレンズの両者を含む概念であり、そのうち、「バリフォーカルレンズ」とは、変倍時において共役長が変化した際に生じるピントのずれに応じたフォーカシング操作が必要となるものである。そして、変倍時の移動群が２群である場合でも、これら２つの移動群が互いに独立に移動することで、各移動レンズ群を連携させるためのカム機構等の複雑なレンズ駆動機構が不要である。

なお、「バリフォーカルレンズ」に比して、「ズームレンズ」は、変倍時において共役長が一定となるように調整し、その共役長の若干のズレ量をフォーカシングレンズにより調整することになるが、変倍時には２つ以上の移動群がズーム用カム機構などを用いて、相互に所定の規則にしたがって移動するものであり、一般に、小型化、軽量化および低廉化の点で不利となる。

また、本実施形態に係る投写型可変焦点レンズにおいては、下記条件式（１）〜（４）を満足することが好ましい。
−２.０ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦−０.５・・・（１）
１.０ ≦ ｆ４／ｆｗ ≦ ５.０・・・・（２）
１.０ ≦ Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（３）
０.２ ≦ ｆ２／ｆ３ ≦ １.８・・・・（４）
ここで、
ｆｗ:広角端の全系焦点距離
ｆ１:第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆ２:第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ｆ３:第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
ｆ４:第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス

ここで、上述した条件式（１）、（２）、（３）、（４）の技術的意義について説明する。

まず、上述した条件式（１）は、収差補正を良好なものとし、レンズバックの距離を適切な長さとするための範囲を規定するための式である。この条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が弱くなり過ぎて、レンズバックが短くなり過ぎ、その結果、第１レンズ群Ｇ１の外径を大きくせざるを得なくなってコンパクト化が困難となる。一方、その上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が強くなり過ぎて、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になるばかりでなく、レンズバックが長くなり過ぎ、系の大型化を招来する。

このような観点から、上記条件式（１）に替えて下記条件式（１´）を満足することがより好ましい。
−１.５ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦−０.８・・・・（１´）

また、上述した条件式（２）は、倍率色収差を良好なものとし、かつテレセントリック性を実現するための条件式である。すなわち、その下限を下回ると、第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強くなり過ぎ、倍率色収差の発生量が大きくなり過ぎて、他のレンズ群によって倍率色収差を良好に補正することが困難となる。一方、その上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ４の屈折力が弱くなり過ぎ、縮小側をテレセントリックな状態とすることが困難となる。

このような観点から、上記条件式（２）に替えて下記条件式（２´）を満足することがより好ましい。
１．５ ≦ ｆ４／ｆｗ ≦ ４.０・・・・（２´）

また、上述した条件式（３）は、バックフォーカスの大きさを規定する式である。

この条件式（３）の下限を下回ると、このレンズ系とライトバルブとの間に色合成プリズム等の色合成部を挿入することが困難となる。

このような観点から、上記条件式（３）に替えて下記条件式（３´）を満足することがより好ましい。
１.１ ≦ Ｂｆ／ｆｗ ≦１.９・・・・（３´）

また、上述した条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と第３レンズ群Ｇ３の焦点距離の比、すなわち２つの移動群同士のパワーの比を規定するものであり、この条件式（４）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３のパワーが第２レンズ群Ｇ２のパワーに比して弱くなり、第３レンズ群Ｇ３の移動距離を大きくとらないと所望の変倍比が得られないばかりか、レンズ系の大型化を招来する。一方、その上限を上回ると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが第３レンズ群Ｇ３のパワーに比して弱くなり、第２レンズ群Ｇ２の移動距離を大きくとらないと所望の変倍比が得られないばかりか、レンズ系の大型化を招来する。

このような観点から、上記条件式（４）に替えて下記条件式（４´）を満足することがより好ましい。
０.４ ≦ ｆ２／ｆ３ ≦ １.４・・・・（４´）

なお、第１レンズ群Ｇ１が１枚もしくは２枚のレンズで構成されていることが好ましい。

また、第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズ、縮小側に凸面を向けた正レンズ、および正レンズの３枚のレンズで構成されていることが好ましい。

ここで、下記各実施例の投写型可変焦点レンズは、いずれも、第１レンズ群Ｇ１のレンズ（実施例１では第１レンズＬ１および第２レンズＬ２、その他の実施例では第１レンズＬ１）が、少なくとも１面の非球面を含むものであり、これによって、ディストーションの補正を有利なものとすることができる。なお、第１レンズＬ１の少なくとも１面を非球面とすることにより、画角毎に収差を適切に補正することができる。なお、その非球面形状は下記非球面式により表わされる。

次に、上述した投写型可変焦点レンズを搭載した投写型表示装置の一例を図１１により説明する。図１１に示す投写型表示装置は、ライトバルブとして透過型液晶パネル１１ａ〜ｃを備え、投写型可変焦点レンズとして上述した実施形態に係る投写型可変焦点レンズ１０を用いている。また、光源とダイクロイックミラー１２の間には、フライアイ等のインテグレータ（図示を省略）が配されており、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜ｃに入射されて光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成され、投写型可変焦点レンズ１０により図示されないスクリーン上に投写される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、コンデンサレンズ１６ａ〜ｃ、全反射ミラー１８ａ〜ｃを備えている。本実施形態の投写型表示装置は、本実施形態に係る投写型可変焦点レンズを用いているので、高変倍可能な構成でありながら、小型化、軽量化および低廉化を図ることができ、また、高い光学性能を維持することができる。

なお、本発明の投写型可変焦点レンズは透過型の液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の投写型可変焦点レンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いた装置の投写型可変焦点レンズ等として用いることも可能である。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の投写型可変焦点レンズをさらに説明する。
＜第１の実施例群＞
この第１の実施例群は、下記実施例１、２、３に係る投写型可変焦点レンズを含むものであり、第１レンズＬ１からなる第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズＬ２からなる第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズＬ３からなる第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズＬ４〜第６レンズＬ６からなる第４レンズ群Ｇ４とからなり、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とが互いに独立して移動するように構成されている。

この実施例１にかかる投写型可変焦点レンズは、図１に示す如き構成とされている。

すなわちこの投写型可変焦点レンズは、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１が、縮小側に凹面を向けた両面非球面の負のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第１レンズＬ１からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、縮小側に凸面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第２レンズＬ２からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３からなる。さらに、第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第５レンズＬ５、および両凸レンズよりなる第６レンズＬ６からなる。

また、変倍時には、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４がともに固定とされるが、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３がともに光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。

また、フォーカシングは、第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（バリフォーカルレンズタイプとされている）。

この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（レンズ全系の広角端での焦点距離を1.00として規格化されている；以下の各表において同じ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（軸上面間隔）（上記曲率半径Ｒと同様に規格化されている；以下の各表において同じ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表１の上段に示す。なお、この表１および後述する表２〜５において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎｄ、νｄに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっており、面番号の右側に＊印が付された面は非球面とされている。

また、表１の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔（以下の各表において同じ））、および可変間隔２（第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔（以下の各表において同じ））および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔（以下の各表において同じ））が示されており、表１の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。

また、表６に実施例１における上記各条件式に対応する数値を示す。

図６は実施例１の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、図６および以下の図７〜１０において、各球面収差図にはｄ線、Ｆ線、Ｃ線の光に対する収差が示されており、各非点収差図にはサジタル像面およびタンジェンシャル像面についての収差が示されており、各倍率色収差図にはｄ線の光に対するＦ線およびＣ線の光についての収差が示されている。

この図６から明らかなように、実施例１の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが４４．２度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表６に示すように実施例１の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）〜（４）、（１´）〜（４´）が全て満足されている。

この実施例２にかかる投写型可変焦点レンズは、図２に示す如き構成とされている。

すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例１と略同様の構成とされているが、
第１レンズＬ１が両面非球面の両凹レンズ（軸上）からなる点、第２レンズＬ２が球面レンズから構成される両凸レンズからなる点、マスク３（マスクに替えて開口絞りとすることが可能：以下の実施例において同じ）が第２レンズ群Ｇ２内に配されている点、第３レンズＬ３が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点、第５レンズＬ５が両凸レンズからなる点において相違している。

また、実施例１のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。

この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表２の上段に示す。

また、表２の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表２の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。

また、表６に実施例２における上記各条件式に対応する数値を示す。

図７は実施例２の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。

この図７から明らかなように、実施例２の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが４４．０度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表６に示すように実施例２の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）〜（４）、（１´）〜（４´）が全て満足されている。

この実施例３にかかる投写型可変焦点レンズは、図３に示す如き構成とされている。

すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例１と略同様の構成とされているが、第１レンズＬ１が複合非球面レンズ（最も縮小側の面が非球面）からなる点、第２レンズ群Ｇ２中にマスク３が設けられている点、第５レンズＬ５が両凸レンズからなる点、において相違している。

この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表３の上段に示す。

また、表３の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表３の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。

また、表６に実施例３における上記各条件式に対応する数値を示す。

図８は実施例３の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。

この図８から明らかなように、実施例３の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが４４．０度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表６に示すように実施例３の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）〜（４）、（１´）〜（４´）が全て満足されている。

＜第２の実施例群＞
この第２の実施例群は、下記実施例４、５に係る投写型可変焦点レンズを含むものであり、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２からなる第１レンズ群Ｇ１と、第３レンズＬ３からなる第２レンズ群Ｇ２と、第４レンズＬ４からなる第３レンズ群Ｇ３と、第５レンズＬ５〜第７レンズＬ７からなる第４レンズ群Ｇ４とからなり、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とが互いに独立して移動するように構成されている。

この実施例４にかかる投写型可変焦点レンズは、図４に示す如き構成とされている。

すなわちこの投写型可変焦点レンズは、拡大側から順に説明すると、まず第１レンズ群Ｇ１が、パワーの弱い両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ１、および両凹レンズよりなる第２レンズＬ２からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３、およびマスク３からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は縮小側に凸面を向けた、両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第４レンズＬ４からなる。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズよりなる第５レンズＬ５、両凸レンズよりなる第６レンズＬ６、および両凸レンズよりなる第７レンズＬ７からなる。

また、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３がともに光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。

この実施例４における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表４の上段に示す。

また、表４の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表４の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。

また、表６に実施例４における上記各条件式に対応する数値を示す。

図９は実施例４の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。

この図９から明らかなように、実施例４の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．４度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表６に示すように実施例４の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）〜（４）、（１´）〜（４´）が全て満足されている。

この実施例５にかかる投写型可変焦点レンズは、図５に示す如き構成とされている。

すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例４と略同様の構成とされているが、
第５レンズＬ５と第６レンズＬ６が互いに接合されて接合レンズを構成している点において相違している。

また、実施例４のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。

この実施例５における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表５の上段に示す。

また、表５の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表５の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。

また、表６に実施例５における上記各条件式に対応する数値を示す。

図１０は実施例５の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。

この図１０から明らかなように、実施例５の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．４度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表６に示すように実施例５の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）〜（４）、（１´）〜（４´）が全て満足されている。

Ｇ１〜Ｇ４レンズ群
Ｌ１〜Ｌ７レンズ
Ｒ１〜Ｒ１７レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１６レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｚ光軸
１画像表示面
２ガラスブロック（フィルタ部を含む）
３マスク（開口絞り）
１０投写型可変焦点レンズ
１１ａ〜ｃ透過型液晶パネル
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〜ｃコンデンサレンズ
１８ａ〜ｃ全反射ミラー

Claims

拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する単レンズからなる第２レンズ群、正の屈折力を有する単レンズからなる第３レンズ群、および正の屈折力を有する第４レンズ群が配列され、
変倍時において、前記第１レンズ群と前記第４レンズ群は固定とされる一方、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は互いに独立して、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされ、
前記第１レンズ群が１枚もしくは２枚のレンズで構成され、
前記第４レンズ群が、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズ、縮小側に凸面を向けた正レンズ、および正レンズの３枚のレンズで構成されてなることを特徴とする投写型可変焦点レンズ。
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写型可変焦点レンズ。
−２.０ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦−０.５・・・・（１）
ここで、
ｆｗ:広角端の全系焦点距離
ｆ１:前記第１レンズ群の焦点距離
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の投写型可変焦点レンズ。
１.０ ≦ ｆ４／ｆｗ ≦ ５.０・・・・（２）
ここで、
ｆｗ:広角端の全系焦点距離
ｆ４:前記第４レンズ群の焦点距離
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
１.０ ≦ Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（３）
ここで、
ｆｗ:広角端の全系焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
０.２ ≦ ｆ２／ｆ３ ≦ １.８・・・・（４）
ここで、
ｆ２:前記第２レンズ群の焦点距離
ｆ３:前記第３レンズ群の焦点距離
前記第１レンズ群が、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズを有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写型可変焦点レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。