JP6198172B2

JP6198172B2 - 投射用ズームレンズ、投射光学系および画像表示装置

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Publication number: JP6198172B2
Application number: JP2012281657A
Authority: JP
Inventors: 真裕藤本; 高士窪田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP2014126603A

Description

本発明は、画像表示装置の投射光学系に用いられる投射用ズームレンズに関するものであって、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を、スクリーンに拡大投射するのに適した投射用ズームレンズ、投射光学系、及び、これらを搭載した画像表示装置に関するものである。

装置前方に設置したスクリーン上に画像を投射するフロント投射型プロジェクタ装置は、企業でのプレゼンテーション用として、学校教育用として、また、家庭用としても幅広く用いられている。

プロジェクタ装置に搭載されている光変調素子（ライトバルブ）には、透過型または反射型の液晶素子が多く用いられている。近年では、小型化、高輝度化に有利なデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）に代表される微小ミラーデバイスが、ライトバルブとして用いられることが多くなっている。

ＤＭＤは、微小なミラーを複数有していて、投射画像を生成する際には各微小ミラーを旋回させ、投射画像に有効な反射光（ＯＮ光）と、投射画像に無効な反射光（ＯＦＦ光）とを切り替えるものである。各微小ミラーの旋回角度は±１０度程度である。

また、プロジェクタ装置に搭載される投射光学系を構成するレンズには、これらの有効な反射光を効率よく取り込むこと、及び、無効な反射光をできる限り取り込まないこと、が要求される。これらの要求を満たすには、ＤＭＤ反射面の法線方向に投射用レンズを配置することが望ましい。しかし、この場合、ＤＭＤへの照明光の入射は、投射用レンズの配置方向からすることになる。

以上の条件を満たすには、投射用レンズと照明光学系を配置するスペースの関係から、投射用レンズのバックフォーカスをある程度確保して、ＤＭＤ側のレンズ径を小さくする必要がある。その為、投射用レンズには、比較的低倍率なズームレンズ又は望遠ズームレンズが適している。しかし、近年は、高倍率かつ広角なズームレンズを備える投射用レンズが求められている。これらの要求の答える投射用ズームレンズも知られている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１の投射用ズームレンズは、広角端での半画角が３０°程度あって、画角が狭い。

本発明は、高倍率でも収差を十分に抑制でき、広角端での半画角が３５°より広い投射用ズームレンズを提供することを目的とする。

本発明は、投射用ズームレンズに関するものであって、拡大側から順に、少なくとも４枚の負レンズを含む負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、隣り合う各レンズ群の間隔が変化し、各レンズ群の縮小側から拡大側への移動量を正とし、各レンズ群の拡大側から縮小側への移動量を負としたとき、広角端から望遠端への変倍動作における第２レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ２と、広角端から望遠端への変倍動作における第４レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ４と、第２レンズ群の合成焦点距離ｆ２と、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離ｆｗとが、条件式（２）：２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０、条件式（３）：０．２＜ＭＤ２／ｆｗ＜０．４、および条件式（４）：０．３５＜ＭＤ４／ｆｗ＜０．５５を満足する。

本発明は、高倍率でも収差を十分に抑制でき、広角端での半画角が３５°より広い投射用ズームレンズを提供することができる。

本発明に係る投射用ズームレンズの実施例１に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例１に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例１に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例１に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例２に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例２に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例２に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例２に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例３に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例３に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例３に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例３に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例４に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例４に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例４に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例４に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例５に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例５に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例５に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例５に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例６に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例６に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例６に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例６に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例７に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例７に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例７に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例７に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る投射用ズームレンズの実施例８に係る広角端（ａ）と望遠端（ｂ）を示す光学配置図である。上記投射用ズームレンズの実施例８に係る広角端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例８に係る中間の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。上記投射用ズームレンズの実施例８に係る望遠端の（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。本発明に係る画像表示装置の実施形態の例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る投射用ズームレンズ、投射光学系、及び画像表示装置の実施形態について、説明する。

まず、本発明に係る投射用ズームレンズの実施形態について説明する。本発明に係る投射用ズームレンズは、拡大側から順番に、少なくとも４枚の負レンズを含む負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、から構成される。なお、本発明に係る投射用ズームレンズは、各レンズ群の縮小側から拡大側への移動量を正とし、各レンズ群の拡大側から縮小側への移動量を負とする。

本実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１レンズ群において、負の屈折力を有するレンズを少なくとも４枚配置する。これによって、第１レンズ群全体での大きな負の屈折力を持たせることができ、投射用ズームレンズの小型化と広角化を図ることができる。

また、本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、第１レンズ群内に配置される負レンズの枚数は４枚に限ることはなく、５枚以上であってもよい。このように、第１レンズ群内に配置される負レンズの枚数を増やせば、負レンズ１枚当たりの屈折力を弱くすることができるので、収差の発生を抑えて、光学性能を向上しやすくなる。

なお、高倍率化（１．４倍以上のズーム比）を狙った場合、第１レンズ群内の負レンズの枚数が３枚以下の場合は、望遠端における軸上色収差と、広角端における倍率色収差の補正が困難となり、性能が劣化する。

上述した投射用ズームレンズは、さらに、広角端から望遠端への変倍動作における、第２レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ２と、第３レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ３が、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
条件式（１）：０．３＜ＭＤ２／ＭＤ３＜０．６

上記の条件式１は第２レンズ群と第３レンズ群の移動量の関係式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（１）を満たすことで、第２レンズ群と第３レンズ群の移動量の関係は望ましい関係になる。

なお、条件式（１）の上限を超えると、第３レンズ群の移動量が小さくなるため、変倍比を大きくすることが難しくなる。また、条件式の下限を超える（第２レンズ群の移動量が小さくなる）と、第２レンズ群の屈折力が大きくなり、パワー配置が崩れ、変倍時の球面収差の変動が大きくなるため望ましくない。

上述したズームレンズは、さらに、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離ｆｗと、第２レンズ群の合成焦点距離ｆ２が、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
条件式（２）：２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０

条件式（２）は変倍した際の球面収差補正に関わる条件式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（２）を満たすことで、変倍時の球面収差補正は望ましくなる。なお、条件式（２）の上限、または下限を超えると、変倍した際の球面収差の変動が大きくなるため、望ましくない。

上述した投射用ズームレンズは、さらに、第１レンズ群に少なくとも１枚の非球面レンズを含むことが望ましい。本発明に係る投射用ズームレンズの広角端における半画角は約４２°と広角である。このような広角化を実現するには、第１レンズ群のレンズ構成が最も重要である。本実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１レンズ群に負レンズを４枚配置することで、特に非点収差と歪曲収差の補正に大きく寄与している。このような第１レンズ群内に、非球面レンズを少なくとも１枚配することで、より効果的に非点収差を小さくすることができる。

上述したズームレンズは、さらに、広角端から望遠端への変倍動作における第２レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ２と、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離ｆｗが、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
条件式（３）：０．２＜ＭＤ２／ｆｗ＜０．４

条件式（３）は変倍した際の球面収差補正に関わる条件式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（３）を満たすことで、変倍時の球面収差補正はさらに望ましくなる。なお、条件式（３）の上限、または下限を超えると、変倍した際の球面収差の変動が大きくなるため、望ましくない。

上述したズームレンズは、さらに、広角端から望遠端への変倍動作における第４レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ４と、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離ｆｗが、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
条件式（４）：０．３５＜ＭＤ４／ｆｗ＜０．５５

条件式（４）は、変倍した際の第４レンズ群の移動量と、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離との関係に関わる条件式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（４）の上限を超えると、レンズ全系の焦点距離に対して第４レンズ群の移動量が大きくなるので変倍時に収差が発生しやすくなり、望遠端での高性能化は困難になる。また、条件式（４）の下限を超えると、第４レンズ群の移動量がレンズ全系の焦点距離に対して小さくなるため、ズーム倍率を大きくすることは困難になる。

上述したズームレンズは、さらに、各レンズ群に含まれる全レンズのうち最も拡大側に配されるレンズの光学有効径ＨＳと、各レンズ群に含まれる全レンズのうち最も縮小側に配されるレンズの光学有効径ＨＥが、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。なお、「光学有効径」とは、光学設計上の光学機能を有するレンズ面上の領域の直径である。
条件式（５）：２．０＜ＨＳ／ＨＥ＜３．０

条件式（５）は、本発明に係る投射用ズームレンズのレンズ径に関わる最適解を得る条件式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（５）の上限を超える場合、最もスクリーン側のレンズ径が大きくなる為、望ましくない。また、条件式（５）の下限を超える場合は、最もスクリーン側のレンズ径が小さくなるが、スクリーン側のレンズのパワーが強くなり、曲率半径も強くなる。そのため、加工が困難で高コストとなるので望ましくない。

上述したズームレンズは、さらに、広角端における半画角ωｗが、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
条件式（６）：３５°＜ωｗ＜４３°

条件式（６）は、本発明に係るズームレンズを構成するレンズ系の広角端の画角についての最適条件式である。本実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、条件式（６）の上限を超える場合は、広角端の画角が広くなりすぎて画角端での収差が大きくなり、高性能な投射用レンズを提供できなくなるため望ましくない。また、条件式（６）の下限を超える場合は、広角端の画角が狭くなり広角レンズを提供できなくなるため望ましくない。

次に、本発明に係る投射用ズームレンズの具体的な実施例について数値を示しながら説明する。以下において説明をする実施例１乃至８に係る投射用ズームレンズは、負正正正の４群構成である。以下に示すように、各実施例における収差は、高いレベルで補正されており、球面収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差も十分に補正されている。したがって、本発明に係る投射用ズームレンズによれば、良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。

また、各実施例に係る投射用ズームレンズは、広角端での半画角ωｗが３５°≦ωｗ＜４３°と広く、かつ、ズーム比が１．４倍であり、十分に収差も抑制されている。

各実施例における記号は以下の通りである。
ｆ：全レンズ系の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
非球面に関しては、下記の式で定義される。
Ｘ＝（Ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ｃ_４Ｈ^４＋Ｃ_６Ｈ^６＋Ｃ_８Ｈ^８＋Ｃ_１０Ｈ^１０＋・・・・

図１は、実施例１に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図１に示すように、広角端から望遠端への変倍（ズーミング）に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

本実施例に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際に、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。

図１に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

第１レンズ群Ｇ１は負群であって、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１１、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１２、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１３、両面凹の負レンズＬ１４、拡大側に凸面の正レンズＬ１５から構成される。なお、負メニスカスレンズＬ１２は非球面レンズである。

第２レンズ群Ｇ２は正群であり、両面凸の正レンズＬ２１で構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１及び拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ３２から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、両面凹の負レンズＬ４１、両面凸の正レンズＬ４２、及び両面凸の正レンズＬ４３から構成される。正レンズＬ４３は非球面レンズである。

第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各レンズ群に適宜なる共通の支持枠等によって支持されていて、ズーミングに際してはレンズ群毎に相対的に動作する。

図２から図４は、実施例１に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図２は広角端における収差曲線図、図３は中間における収差曲線図、図４は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図２から図４に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例１の光学特性を示す数値を表１に示す。実施例１は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１３．３〜１８．７ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端の半画角ω＝４０．８°、である。

表１中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２に示す通りである。

また、表１中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表３に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表４に示す通りである。

図５は、実施例２に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図５に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図５に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１及び拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ３２から構成される。正レンズＬ３１と負メニスカスレンズＬ３２は、張り合わせになっている。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、両面凹の負レンズＬ４１、両面凸の正レンズＬ４２、及び両面凸の正レンズＬ４３から構成される。なお、正レンズＬ４３は非球面レンズである。

第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各レンズ群に適宜なる共通の支持枠等によって支持されていて、ズーミングする等に際してはレンズ群毎に相対的に動作する。

図６から図８は、実施例２に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図６は広角端における収差曲線図、図７は中間における収差曲線図、図８は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図６から図８に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例２の光学特性を示す数値を表５に示す。実施例２は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１３．２〜１８．６ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端の半画角ω＝４１．０°、である。

表５中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表６に示す通りである。

また、表５中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表７に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表８に示す通りである。

図９は、実施例３に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図９に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図９に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

第１レンズ群Ｇ１から第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ各レンズ群に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際してはレンズ群毎に相対的に動作する。

図１０から図１２は、実施例３に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図１０は広角端における収差曲線図、図１１は中間における収差曲線図、図１２は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図１０から図１２に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例３の光学特性を示す数値を表９に示す。実施例３は、全光学系の焦点距離ｆｗ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１２．６〜１８．１ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端の半画角ω＝４２．２°、である。

表９中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１０に示す通りである。

また、表９中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表１１に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表１２に示す通りである。

図１３は、実施例４に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図１３に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

本実施例に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際に、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４が、拡大側に移動する。

図１３に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

図１４から図１６は、実施例４に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図１４は広角端における収差曲線図、図１５は中間における収差曲線図、図１６は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図１４から図１６に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例４の光学特性を示す数値を表１３に示す。実施例４は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１３．０〜１８．４ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端ωｗ＝４１．４°、である。

表１３中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１４に示す通りである。

また、表１３中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表１５に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表１６に示す通りである。

図１７は、実施例５に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図１７に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図１７に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

図１８から図２０は、実施例５に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図１８は広角端における収差曲線図、図１９は中間における収差曲線図、図２０は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図１８から図２０に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例５の光学特性を示す数値を表１７に示す。実施例５は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１４．８〜２０．１ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端の半画角ω＝３７．９°、である。

表１７中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１８に示す通りである。

また、表１７中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表１９に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表２０に示す通りである。

図２１は、実施例６に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図２１に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図２１に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

図２２から図２４は、実施例６に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図２２は広角端における収差曲線図、図２３は中間における収差曲線図、図２４は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図２２から図２４に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例６の光学特性を示す数値を表２１に示す。実施例６は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１６．１〜２１．８ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．６０〜３．３０、広角端の半画角ω＝３５．５°、である。

表２１中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２２に示す通りである。

また、表２１中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表２３に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表２４に示す通りである。

図２５は、実施例７に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図２５に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図２５に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

第１レンズ群Ｇ１は負群であって、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１１、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１２、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１３、両面凸の正レンズＬ１４、拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ１５、拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ１６から構成される。なお、負メニスカスレンズＬ１２は非球面レンズである。

第２レンズ群Ｇ２は正群であり、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２１で構成されている。

図２６から図２８は、実施例７に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図２６は広角端における収差曲線図、図２７は中間における収差曲線図、図２８は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図２６から図２８に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例７の光学特性を示す数値を表２５に示す。実施例７は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１３．２〜１９．１ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端ωｗ＝４１．１°、である。

表２５中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２６に示す通りである。

また、表２５中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表２７に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表２８に示す通りである。

図２９は、実施例８に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端におけるレンズ群の状態を、（ｂ）は望遠端におけるレンズ群の状態を、それぞれ示している。図２９に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、投射用ズームレンズの各レンズ群は、矢印で示すように移動する。縮小側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

図２９に示す投射用ズームレンズは、光軸に沿って、各レンズ群が配置されている。拡大側から縮小側に向かって順番に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、を有している。

第１レンズ群Ｇ１は負群であって、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１１、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１２、縮小側に凹面の負メニスカスレンズＬ１３、両面凸の正レンズＬ１４、両面凹の負レンズＬ１５、縮小側に凸面の正メニスカスレンズＬ１６から構成される。なお、負メニスカスレンズＬ１２は非球面レンズである。

図３０から図３２は、実施例８に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図３０は広角端における収差曲線図、図３１は中間における収差曲線図、図３２は望遠端における収差曲線図である。各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図３０から図３２に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例８の光学特性を示す数値を表２９に示す。実施例８は、全光学系の焦点距離ｆ、開口数Ｆｎｏ、広角端の半画角ωがそれぞれ、ズーミングによって、ｆ＝１３．３〜１９．１ｍｍの範囲で変化し、Ｆｎｏ＝２．５６〜３．３５、広角端の半画角ω＝４０．９°、である。

表２９中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表３０に示す通りである。

また、表２９中のｄ１、ｄ２、ｄ３、ＢＦはズーミングした際、下記の表３１に示すように変化する。なお、投射距離１６００mm時のレンズ間隔である。

また、上記に示した各条件式に関する数値は表３２に示す通りである。

以上説明をした投射用ズームレンズによれば、各実施例の収差は、高いレベルで補正されており、球面収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差も十分に補正されている。良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。

次に、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明をする。図３３は、本発明に係る画像表示装置の例であるプロジェクタ装置の概略構成を示す図である。

図３３に示すとおり、プロジェクタ装置１は、光変調器としてＤＭＤ３を備えている。このＤＭＤ３に照明光学系２からの３色（ＲＧＢ）の光線が照射される。それぞれの色が照射されるタイミングで、個々の画素に対応するＤＭＤ３が備える微小ミラーの傾きを制御することで、投射光が生成される。この微小ミラーからの反射光（投射光）が投射用レンズ４によって拡大されて、被投射面であるスクリーン５に投影され、画像が映し出される。

プロジェクタ装置１は、図示しないコンデンサーレンズ、ＲＧＢカラーホイール、ミラーを兼ね備えており、比較的配置場所も大きく確保する必要がある。プロジェクタ装置１の投射用レンズ４と照明光学系２のスペースの関係上、投射用レンズ４のバックフォーカスをある程度確保し、ＤＭＤ３側のレンズ径を小さくする必要がある

そこで、投射用レンズ４に、先に説明した本発明に係る投射用ズームレンズを用いることで、従来よりも画角が広く（ω＝３５〜４３°）、かつ、高倍率のｘ１．４倍ズーム比を有する画像表示装置を得ることができる。

ｆ全レンズ系の焦点距離Ｆｎｏ開口数 ω 半画角Ｒ曲率半径、Ｄ面間隔、Ｎｄ屈折率、 νｄアッベ数、ＬレンズＧレンズ群

特開２０１１−５３３０７

Claims

拡大側から順に、少なくとも４枚の負レンズを含む負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、からなり、
広角端から望遠端への変倍に際し、隣り合う各レンズ群の間隔が変化し、
前記各レンズ群の縮小側から拡大側への移動量を正とし、前記各レンズ群の拡大側から縮小側への移動量を負としたとき、
広角端から望遠端への変倍動作における前記第２レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ２と、広角端から望遠端への変倍動作における前記第４レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ４と、前記第２レンズ群の合成焦点距離ｆ２と、広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離ｆｗとが、
条件式（２）：２．０＜ｆ２／ｆｗ＜５．０、
条件式（３）：０．２＜ＭＤ２／ｆｗ＜０．４、および
条件式（４）：０．３５＜ＭＤ４／ｆｗ＜０．５５
を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
前記各レンズ群の縮小側から拡大側への移動量を正とし、前記各レンズ群の拡大側から縮小側への移動量を負としたとき、
広角端から望遠端への変倍動作における、前記第２レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ２と、前記第３レンズ群の縮小側から拡大側への移動量ＭＤ３が、
条件式（１）：０．３＜ＭＤ２／ＭＤ３＜０．６
を満足する請求項１記載の投射用ズームレンズ。
前記第１レンズ群は非球面レンズを含む、
請求項１又は２記載の投射用ズームレンズ。
前記各レンズ群に含まれる全レンズのうち最も拡大側に配されるレンズの光学有効径ＨＳと、前記各レンズ群に含まれる全レンズのうち最も縮小側に配されるレンズの光学有効径ＨＥが、
条件式（５）：２．０＜ＨＳ／ＨＥ＜３．０
を満足すること請求項１乃至３のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
広角端における半画角ωｗが、
条件式（６）：３５°＜ωｗ＜４３°
を満足する請求項１乃至４のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
光変調器と、前記光変調器に光線を照明する照明光学系と、前記照明光学系からの光線により照明される光変調器と、前記光変調器が生成する投射光を被投射面に投射する投射用レンズと、を有してなる投射光学系であって、
前記投射用レンズが、請求項１乃至５のいずれかに記載の投射用ズームレンズであることを特徴とする投射光学系。
照明光学系からの光線により照明された光変調器が生成する投射光を被投射面に投射する投射光学系を有する画像表示装置であって、
前記投射光学系は、請求項６記載の投射光学系であることを特徴とする画像表示装置。