JP6340889B2 - 投射用ズーム光学系および画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、投射用ズーム光学系および画像表示装置に関する。

画像表示装置は、プロジェクタ装置として実施できる。

装置前方のスクリーン上に拡大画像を投射するフロント投射型のプロジェクタ装置は、企業でのプレゼンテーション用や学校での教育用、家庭用に広く普及している。

近年、プロジェクタ装置の投射距離を小さくできる投射光学系として、レンズ系と曲面ミラーを組み合わせたものが提案されている（特許文献１、２）。

レンズ系と組み合わせられる曲面ミラーとしては、特許文献２に記載されたような凹面ミラーが多い。

特許文献１は、レンズ系と凸面ミラーを組み合わせた投射光学系を開示している。

特許文献１の投射光学系は、良好な性能を実現しているが、昨今の投射光学系に対して要望の高い変倍機能（ズーム機能）を持たない。

この発明は、レンズ系による屈折光学系と凸面ミラーとを組み合わせ、ズーム機能を実現した新規な投射用ズーム光学系の提供を課題とする。

この発明の投射用ズーム光学系は、画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する４群以上のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系で正の屈折力を有し、屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ、前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔：Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} 、光学系全系の、広角端における焦点距離：ＦＷ、望遠端における焦点距離：ＦＴが条件：
（１） ５．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＷ｜＜ １０．０
（２） ４．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＴ｜＜ ８．０
の少なくとも一方を満足する。

このように、この発明によれば、新規な投射用ズーム光学系を実現できる。

この投射用ズーム光学系は、ズーム機能を有している。

実施例１の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例１の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例１の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例２の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例２の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例２の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例３の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例３の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例３の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例４の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例４の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例４の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例５の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例５の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例５の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例６の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例６の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例６の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の概略構成図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の概略構成図（斜視図）である。

以下、発明を実施する形態を説明する。

図１、図４、図７、図１０、図１３、図１６に、投射用ズーム光学系の実施の形態を６例示す。

これらの実施の形態の投射用ズーム光学系は、この順に、後述する具体的な実施例１ないし６に相当する。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号Ｍ１は「凸面ミラー」を示す。

また、符号Ｇ１は「第１レンズ群」、符号Ｇ２は「第２レンズ群」、符号Ｇ３は「第３レンズ群」、符号Ｇ４は「第４レンズ群」、符号Ｇ５は「第５レンズ群」をそれぞれ示す。

なお、符号ＭＧは、レンズ群との対応で凸面ミラーＭ１を「ミラー群」として捉えた表示であり、後述の「投射用ズーム光学系」の実施例のデータの表における「Ｇｒｏｕｐ」の欄に記載している。

各群のレンズについては、第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において凸面ミラーＭ１側から数えてｊ番目のレンズを符号「Ｌｉｊ」で示す。

図１、図４、図７、図１０、図１３に示す実施の各形態は、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５の「５群のレンズ群」を有する。

図１６に示す実施の形態は、第１レンズ群Ｇ１ないし第４レンズ群Ｇ４の「４群のレンズ群」を有する。

符号ＣＧは「画像表示素子（「ライトバルブ」とも言う。）のカバーガラス」を示す。 以下に説明する実施の形態・実施例において、ライトバルブとしては「微小ミラーデバイスであるＤＭＤ」を想定している。

勿論、ライトバルブがＤＭＤに限定される訳ではない。

図示されない画像表示素子の「画像表示面」は、上記各図に示されたカバーガラスＣＧの「図で左側の面」に密接している。

即ち、図１、図４、図７、図１０、図１３における第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５、図１６における第１レンズ群Ｇ１ないし第４レンズ群は、凸面ミラーＭ１の側から画像表示面の側に向かって順次配列されている。

これら第１レンズ群ないし第５レンズ群、または第１レンズ群Ｇ１ないし第４レンズ群Ｇ４は、「屈折光学系」を構成する。
第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２と第５レンズ群Ｇ５は何れも負の屈折力を有し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は正の屈折力を有する。

これらの図において、屈折光学系の右側を「屈折光学系の拡大側」と言う。

なお、屈折光学系には「開口絞り」が配置されている。

開口絞りは、屈折光学系が５レンズ群構成の場合は、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間に配置され、屈折光学系が４レンズ群構成の場合は、第４レンズ群内に配置される。

凸面ミラーＭ１は、投射用ズーム光学系の中で、負の屈折力をもつ光学素子として機能する。投射用ズーム光学系は勿論「全系としては正の屈折力」を持つ。

凸面ミラーＭ１は、結像光束を図の斜め左上方へ向けて反射し、同光束を、図示されない被投射面の実体をなすスクリーン上に拡大画像として投射する。

従って、凸面ミラーＭ１から見ると、上記各図における図の左方は縮小側であると共に、拡大側である。

即ち、上記各図に実施の形態を示された投射用ズーム光学系は、４群または５群のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される「屈折光学系」と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系は正の屈折力を有する。

図１、図４、図７、図１０、図１３における上段の図は「広角端における第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５と凸面ミラーＭ１の配置（広角と表示）」、下段の図は「望遠端における第１〜第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５と凸面ミラーＭ１の配置（望遠と表示）」を示す。

また、図１６における上段の図は「広角端における第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と凸面ミラーＭ１の配置（広角と表示）」、下段の図は「望遠端における第１〜第４レンズ群Ｇ１〜Ｇ４と凸面ミラーＭ１の配置（望遠と表示）」を示す。

上記各図において、上段の図と下段の図の間に描かれた矢印は、広角端から望遠端への変倍の際の、各レンズ群の変移の方向を示す。
屈折光学系が５レンズ群構成の場合は、変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２が「画像表示面」の側に、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５が凸面ミラーＭ１側に移動する。
この場合、凸面ミラーＭ１と第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とは移動しない。

屈折光学系が４レンズ群構成の場合は、変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２が「画像表示面」の側に、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４が凸面ミラーＭ１側に移動する。

この場合、凸面ミラーＭ１と第１レンズ群Ｇ１は移動しない。

また、フォーカシング（合焦動作）は、屈折光学系の一部の群が移動することにより実行される。

説明中の実施の各形態では、フォーカシングは「屈折光学系における最も凸面ミラーＭ１側のレンズ群である第１レンズ群Ｇ１が、光軸方向に移動する」ことで行われる。

なお、このようなフォーカシングに限らず、フォーカス群を２以上とし、これらを同時に移動させるフローティング機構によるフォーカシングも可能である。

また、凸面ミラーＭ１の移動によりフォーカシングを行うことも可能である。

説明中の実施の形態では、凸面ミラーＭ１の反射面形状を「非球面形状」としている。

凸面ミラーＭ１の反射面形状としては「凸球面形状」も可能であるが、凸球面ミラーを用いる場合には、サイズが大きくならないように留意する必要がある。

凸面ミラーＭ１の反射面形状としてはまた「自由曲面形状」も可能である。

説明中の実施の形態の投射用ズーム光学系では、屈折光学系が「５群または４群のレンズ群」で構成されている。

しかし、これに限らず「６群以上のレンズ群」で構成することもできる。

投射用ズーム光学系の性能面と変倍比を考慮すると、屈折光学系を構成するレンズ群は「最小で４レンズ群」であることが必要である。

変倍全体での高性能を実現するためにも、屈折光学系を構成するレンズ群は４レンズ群以上であることが好ましい。

屈折光学系を構成するレンズ群数が２以下では、高性能と高変倍の実現が難しい。

この発明の投射用ズーム光学系は、上記構成において、以下の条件（１）、（２）の少なくとも一方を満足する。
また、後述の実施例にも示すように、屈折光学系を構成する４群以上のレンズ群の隣接する群の間隔が変倍に際して変化する。

（１） ５．０ ＜ Ｄ_{Ｍ１−Ｌ１１}／｜ＦＷ｜ ＜ １０．０
（２） ４．０ ＜ Ｄ_{Ｍ１−Ｌ１１}／｜ＦＴ｜ ＜ ８．０ 。

条件（１）、（２）におけるパラメータの記号の意味は以下の通りである。

「Ｄ_{Ｍ１−Ｌ１１}」は、凸面ミラーＭ１と屈折光学系の最もミラー側のレンズ群である第１レンズ群Ｇ１との空気間隔（第１レンズ群Ｇ１の最も凸面ミラーＭ１側のレンズ面と凸面ミラーＭ１との光軸上の間隔）である。

「ＦＷ」は、光学系全系の広角端における焦点距離、「ＦＴ」は、光学系全系の望遠端における焦点距離である。

条件（１）と（２）は、投射用ズーム光学系の「サイズと光学性能」を最適にする条件である。

条件（１）、（２）の下限値を超えると、広角端や望遠端での光学系全系の焦点距離が長くなり、凸面ミラーによる反射光が屈折光学系のレンズに干渉して「光線がケラレる虞」がある。

条件（１）、（２）の上限値を超えると、広角端や望遠端での光学系全系の焦点距離が短くなり、各種の収差が発生しやすくなる。

また、凸面ミラーと屈折光学系の間の光路上の距離（凸面ミラーＭ１と第１レンズ系Ｇ１の最も凸面ミラーＭ１側のレンズの間の光軸上の距離）が長くなり、投射ズーム光学系のサイズが大きくなり易い。

条件（１）、（２）は少なくとも一方、好ましくは両方を満足するのが良い。

この発明の投射用ズーム光学系はまた、上記構成において、以下の条件（３）、（４）の１以上を満足することが好ましい。

（３） １２．０ ＜ ＯＡＬ／ＦＬＷ ＜ １５．０
（４） １．０ ＜ ＦＬＴ／ＦＬＷ ＜ ２．０ 。

条件（３）、（４）におけるパラメータの記号の意味は以下の通りである。

「ＯＡＬ」は、広角端における「凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離」である。「ＦＬＷ」は、広角端における屈折光学系の焦点距離である。

また「ＦＬＴ」は、望遠端における屈折光学系の焦点距離である。

条件（３）は、広角化と高性能を両立させることを可能にする条件である。

条件（３）の上限値を超えると、広角端における屈折光学系の焦点距離：ＦＬＷが短くなり、屈折光学系のレンズ径の大径化を招来し易い。

また、屈折光学系のレンズ径の大径化は、凸面ミラーの大型化も招来し易い。

条件（３）の下限値を超えると、性能面では有利になるが、屈折光学系の全長が大きくなり易く、投射用ズーム光学系、延いては、画像表示装置の大型化を招来し易い。

条件（４）は「広角端と望遠端の屈折光学系の焦点距離」の比率、即ち、ズーム比率に関連するもので、下限値以下は存在しない。
条件（４）のパラメータが１の場合は、固定焦点となる。
条件（４）の上限値を超えると、倍率色収差が、特に望遠端で大きく発生し易くなる。

条件（１）〜（４）は、最も好ましくは、これら全てを満足することであるが、これらのうちの１つでも満足すれば、それに応じた効果が得られる。

即ち、条件（１）〜（４）は任意の１以上が満足されることが好ましい。

投射用ズーム光学系の具体的な実施例を挙げる前に、図１９及び図２０を参照して、画像表示装置としてのプロジェクタ装置の実施の１形態を簡単に説明する。

図１９は、プロジェクタ装置の構成を示す図である。

ライトバルブとしてはＤＭＤが採用されている。

図１９に示すように、プロジェクタ装置１は、照明系２と、ＤＭＤ３と、屈折光学系４と凸面ミラー５とによる「投射用ズーム光学系」を有する。

屈折光学系４と凸面ミラー５による投射用ズーム光学系は、請求項１〜９の何れか１項に記載されたもの、具体的には、後述の実施例１〜６の何れかのものを用いる。

照明系２から「ＲＧＢ３色の光」を時間的に分離してＤＭＤ３に照射し、各色光が照射されるタイミングで「個々の画素に対応するマイクロミラーの傾斜」を制御する。

このようにしてＤＭＤ３に「投射されるべき画像」が表示される。

この画像により強度変調された光が、屈折光学系４と凸面ミラー５を介して、被投射面の実体をなすスクリーン６に拡大投射される。

照明系２は、光源２１、コンデンサーレンズＣＬ、ＲＧＢカラーホイールＣＷ、ミラーＭ１を備えており、これを配置するスペースを「ある程度大きく確保」する必要がある。

このため、照明系２からＤＭＤ３に入射させる照明光の入射角をある程度大きくする必要がある。
屈折光学系４と照明系２のスペースの上記の如き関係上、屈折光学系４のバックフォーカスをある程度確保する必要がある。

なお、コンデンサーレンズＣＬ、ＲＧＢカラーホイールＣＷとミラーＭとは「照明光学系」を構成する。

実施例１ないし５のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、ＤＭＤ３に最も近い第５レンズ群Ｇ５が拡大側に移動する。
実施例６のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、ＤＭＤ３に最も近い第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。
従って、変倍中においてもバックフォーカスは十分に大きく確保される。

図２０は図１９の斜視図である。

上に実施の形態を説明した投射用ズーム光学系では、結像光束として「斜光束（画素からの主光線を含み、開口絞りを通過する光束であって、主光線が屈折光学系の光軸に対して傾いている光束）」である。

この発明の投射用ズーム光学系では、屈折光学系を通過した光線を被投射面側へ反射するミラーが凸面ミラーである。

従来から知られている「屈折光学系と凹面ミラー」を組み合わせた投射光学系では、屈折光学系と凹面ミラーの間で一旦結像する「中間像」が存在する。

このように中間像を結像させる方式は、投射光学系の短焦点化に有利ではあるが、光線が「一部分で密集して高温状態となる」ので取り扱いに危険が伴う。
この発明のように、凸面ミラーを用いると、画像表示素子からスクリーンに至る光路上に中間像は存在しない。

従って、上記「光線の密集による危険性」はない。また、屈折光学系と凸面ミラーの間で組付け感度の低減の効果がある。

以下に、この発明の投射用ズーム光学系の具体的な実施例を６例挙げる。

各実施例における記号の意味は以下の通りである。

Ｆ：全系の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
Ｒ：曲率半径（非球面にあっては「近軸曲率半径」）
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
ωＷ：広角端における半画角
ＢＦ：バックフォーカス 。

なお、この発明の投射用ズーム光学系では、凸面ミラーにより光束を「屈折光学系の縮小側」へ反転させるので「全系の焦点距離」は計算上「負値」をとる。

非球面の表示は、周知の次式による。

Ｘ＝(Ｈ^２／Ｒ)／[１＋{１−Ｋ(Ｈ／ｒ)^２}^１／２］
＋Ｃ４・Ｈ^４＋Ｃ６・Ｈ^６＋Ｃ８・Ｈ^８＋Ｃ１０・Ｈ^１０＋・・・ 。

この式において、Ｘは「面頂点を基準としたときの光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位」、Ｋは「円錐係数」である。

また、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０・・は「非球面係数」である。

なお、距離の次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。

「実施例１」
実施例１の投射用ズーム光学系は、図１に示したものである。

図１に示すように、右側から、凸面ミラーＭ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５で構成されている。

第１レンズ群Ｇ１は、レンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成されている。

また、第４レンズ群Ｇ４は、Ｌ４１とＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はＬ５１〜Ｌ５４で構成されている。

前述の如く、ライトバルブとしてはＤＭＤが想定され、ＤＭＤはカバーガラスＣＧを有する。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、凸面ミラーＭ１側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいメニスカスレンズＬ１２、両凹レンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、縮小側に凸の正レンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ５１と、凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ５２、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ５３、両凸レンズのＬ５４で構成されている。

負メニスカスレンズＬ５１と正メニスカスレンズＬ５２は接合されている。

なお、実施例１〜５に関する説明において、「両凸レンズ」は正レンズ、「両凹レンズ」は負レンズの１形態である。

図２には、実施例１の投射用ズーム光学系の光路図として、上側に「広角端の光路図」、下側に「望遠端の光路図」を示す。
ＤＭＤの高さ方向の上端と下端からの出た光線が屈折光学系を介して凸面ミラーＭ１に反射され、スクリーン側に投射されることを示している。

後述の実施例２〜６の光路図も同様に、それぞれ図５、図８、図１１、図１４、図１７に示す。

実施例１の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ：Ｆｎｏ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−９．２〜−１１．１ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５６〜２．８９、ωＷ＝５３．９°
実施例のデータを表１に示す。

表１において、面番号は被投射面（スクリーン）側から数えた面の番号で、開口絞りの面（表中の面番号：２２）、カバーガラスＣＧの面（表中の面番号：３０、３１）を含む。

また、表中における「inf」は、面の曲率半径が無限大であることを示す。「＊」は、この記号が付された面が「非球面」であることを示す。

これらの事項は、実施例２以下の各実施例においても同様である。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表２に示す。

表２の表記において、例えば「1.8756E-23」は「1.8756×10-23」を意味する。以下においても同様である。

表１において、Ｓ８、Ｓ１５、Ｓ１７、Ｓ２２、Ｓ２９は、変倍に際して変化するレンズ群間隔（以下「可変レンズ群間隔」と言う。）を表す。

投射距離はＳ０であるが、光線の方向が凸面ミラーにより反転されるので、マイナスで表示する。

投射距離：Ｓ０を１１００ｍｍとしたときの、上記可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表３に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を表４に示す。

図３に、実施例１の収差図を示す。
図３において、上段は「広角端（広角と表示）」、中段は「中間焦点距離（中間と表示）、下段は「望遠端（望遠と表示）」における収差を示している。

各段の収差図において、左側の図は「球面収差」、中央の図は「非点収差」、右側の図は「歪曲収差」である。

「球面収差」の図におけるＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ、波長：Ｒ＝６２５ｎｍ、Ｇ＝５５０ｎｍ、Ｂ＝４６０ｎｍを表す。
「非点収差」の図における「Ｔ」はタンジェンシアル、「Ｓ」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。

なお、非点収差および歪曲収差については、波長：５５０ｎｍについて示している。

収差図におけるこれ等の表示は以下の実施例２〜６の収差図においても同様である。

「実施例２」
実施例２の投射用ズーム光学系は、図４に示したものである。

図４に示すように、図の右側から、凸面ミラー群Ｍ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５が配されている。

第１レンズ群Ｇ１は、凸面ミラーＭ１の側からレンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成されている。

また、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４は、Ｌ４１とＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はＬ５１〜Ｌ５４で構成されている。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、凸面ミラーＭ１側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズＬ１２、両凹レンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、縮小側に凸の正レンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ５１と、凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ５２、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ５３、両凸レンズのＬ５４で構成されている。負メニスカスレンズＬ５１と正メニスカスレンズＬ５２は接合されている。

実施例２の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−９．３〜−１１．２ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５５〜２．８９、ωＷ＝５２．６°
実施例のデータを表５に示す。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表６に示す。

投射距離を１１００ｍｍとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表７に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を、表８に示す。

図５に実施例２の光路図を図２に倣って、また図６に実施例２の収差図を図３に倣って示す。

「実施例３」
実施例３の投射用ズーム光学系は、図７に示したものである。
図７に示すように、図の右側から、凸面ミラーＭ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５レンズ群が配されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、Ｌ４１とＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はＬ５１〜Ｌ５４で構成されている。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、凸面ミラーＭ１側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズＬ１２、両凹レンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、縮小側に凸の正レンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ５１と、凸凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ５２、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ５３、両凸レンズのＬ５４で構成されている。負メニスカスレンズＬ５１と正メニスカスレンズＬ５２は接合されている。

実施例３の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−８．４〜−１０．０ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５６〜２．９０、ωＷ＝５５．５°
実施例のデータを表９に示す。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表１０に示す。

投射距離を１０００ｍｍとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表１１に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を、表１２に示す。

図８に実施例３の光路図、図９に実施例３の収差図を示す。

「実施例４」
実施例４の投射用ズーム光学系は、図１０に示したものである。

図１０に示すように、図の右側から、凸面ミラーＭ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５が配されている。

第１レンズ群Ｇ１は、レンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１とＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１〜Ｌ５４で構成されている。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、凸面ミラーＭ１側に凹で、レンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズＬ１２、両凹レンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、縮小側に凸の正メニスカスレンズＬ３１により構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ５１と、凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ５２、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ５３、両凸レンズのＬ５４で構成されている。負メニスカスレンズレンズＬ５１と正メニスカスレンズＬ５２は接合されている。

実施例４の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−９．１〜−１０．９ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５５〜２．８９、ωＷ＝５３．３°
実施例のデータを表１３に示す。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表１４に示す。

投射距離を１０８４．５ｍｍとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表１５に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を、表１６に示す。

図１１に実施例４の光路図、図１２に実施例４の収差図を示す。

「実施例５」
実施例５の投射用ズーム光学系は、図１３に示したものである。

図１３に示すように、図の右側から、凸面ミラーＭ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５が配されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、Ｌ４１とＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はＬ５１〜Ｌ５４で構成されている。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、レンズ中心部とレンズ周辺部分の偏肉比が小さいにスカスレンズＬ１２、両凹レンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、縮小側に凸の正レンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と両凸レンズＬ４２で構成されている。

第５レンズ群Ｇ５は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ５１と、凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ５２、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ５３、両凸レンズのＬ５４で構成されている。負メニスカスレンズＬ５１と正メニスカスレンズＬ５２は接合されている。

実施例５の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−８．４〜−１０．０ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５６〜２．９０、ωＷ＝５５．５°
実施例のデータを表１７に示す。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表１８に示す。

投射距離を１０００ｍｍとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表１９に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を、表２０に示す。

図１４に実施例５の光路図、図１５に実施例５の収差図を示す。

「実施例６」
実施例６の投射用ズーム光学系は、図１６に示したものである。

図１６に示すように、図の右側から、凸面ミラーＭ１（ＭＧ）、第１レンズ群Ｇ１ないし第４レンズ群Ｇ４が配されている。

第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜Ｌ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４はＬ４１〜Ｌ４６で構成されている。

広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は凸面ミラーＭ１側に移動する。

凸面ミラーＭ１、第１レンズ群Ｇ１は、変倍に際して不動である。

第１レンズ群Ｇ１は負群で、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ１１、レンズ中心部とレンズ周辺部分の偏肉比が小さいにスカスレンズＬ１２、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズのＬ１３で構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は負群で、両凸レンズＬ２１、両凹レンズＬ２２、縮小側に凸の正レンズＬ２３、縮小側に凸の負メニスカスレンズＬ２４で構成されている。正レンズＬ２３と負メニスカスレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ３１で構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は正群で、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４１と、凸面ミラーＭ１側に凸の正レンズＬ４２と、凸面ミラーＭ１側に凸の負メニスカスレンズＬ４３、凸面ミラーＭ１側に凸の正メニスカスレンズＬ４４、凸面ミラーＭ１側に凹の負メニスカスレンズＬ４５、両凸レンズのＬ４６で構成されている。
負メニスカスレンズＬ４３と正メニスカスレンズＬ４４は接合されている。

実施例６の、全系の焦点距離：Ｆの範囲、Ｆナンバ、広角端における半画角：ωＷは、以下のとおりである。

Ｆ＝−９．６〜−１１．５ｍｍ、Ｆｎｏ＝２．５６〜２．８９、ωＷ＝５４．５°
実施例のデータを表２１に示す。

「非球面のデータ」
非球面のデータを表２２に示す。

投射距離を１１５０ｍｍとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表２３に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（４）のパラメータの値を、表２４に示す。

図１７に実施例６の光路図、図１８に実施例６の収差図を示す。

収差図に示すように、実施例１〜６の投射用ズーム光学系は、何れも、球面収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差の諸収差が十分に補正されている。

各実施例は、凸面ミラーと屈折系の組み合わせによって、広角端における半画角：５３度以上で、変倍比：１．２倍以上が実現されている。

実施例１〜６に示されたように、第１レンズ群Ｇ１は、２または３枚のレンズで構成されている。

第１レンズ群は、レンズ径の大きいレンズが用いられるが、実施例のように、第１レンズ群の構成を２枚または３枚とすることで、第１レンズ群を軽量化できる。

この軽量化により、自重によるレンズの偏心を抑えることができる。

第１レンズ群に、非球面レンズを少なくとも１枚配することにより、歪曲収差を効果的に小さくすることが可能となる。
実施例１〜６では、収差図に示す如く、歪曲収差が「積極的に小さく補正する」ことができている。

実施例１〜６において、第１レンズ群Ｇ１には「非点収差と歪曲収差の補正効果」を持たせている。

実施例１〜６においてはまた、第１レンズ群Ｇ１の「最も拡大側の面を、拡大側に凸面形状、最も縮小側の面は凹面形状」としている。

このようにすることにより、変倍時における「像面湾曲と歪曲収差の変動を低減」させる効果を得ることができている。

実施例１〜５の投射用ズーム光学系は何れも、広角端から望遠端への変倍の際、凸面ミラーと屈折光学系の第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は固定である。

そして、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５は凸面ミラーＭ１側に移動する。

実施例６の投射用ズーム光学系は、広角端から望遠端への変倍の際、凸面ミラーＭ１と屈折光学系の第１レンズ群Ｇ１は固定である。

第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は凸面ミラーＭ１側に移動する。

このようにすることにより、変倍の際の諸収差の変動を小さくできている。

以上のように、この発明によれば、以下の如き投射用ズーム光学系と画像表示装置を実現できる。

［１］
画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する４群以上のレンズ群Ｇ１〜Ｇ４、ないし、Ｇ５又はそれ以上で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーＭ１とからなり、全系で正の屈折力を有し、屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ、前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔：Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} 、光学系全系の、広角端における焦点距離：ＦＷ、望遠端における焦点距離：ＦＴが条件：
（１） ５．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＷ｜＜ １０．０
（２） ４．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＴ｜＜ ８．０
の少なくとも一方を満足する投射用ズーム光学系。

［２］
［１］に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系の一部のレンズ群Ｇ１が光軸上で移動することにより、フォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。

［３］
［１］または［２］に記載の投射用ズーム光学系において、凸面ミラーＭ１の反射面形状が非球面形状である投射用ズーム光学系。

［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における、屈折光学系の焦点距離：ＦＬＷ、凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離：ＯＡＬが、条件：
（３） １２．０ ＜ ＯＡＬ／｜ＦＬＷ｜ ＜ １５．０
を満足する投射用ズーム光学系。

［５］
［１］ないし［４］の何れか１に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における屈折光学系の焦点距離：ＦＬＷおよび、望遠端における屈折光学系の焦点距離：ＦＴが、条件：
（４） １．０ ＜ ＦＬＴ／ＦＬＷ ＜ ２．０
を満足する投射用ズーム光学系。

［６］
［１］ないし［５］の何れか１に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系が、凸面ミラーＭ１の側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５を配してなり、変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３を除く他の３レンズ群Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５が光軸方向へ移動し、凸面ミラーＭ１が不動である投射用ズーム光学系。

［７］
［１］ないし［５］の何れか１に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系が、凸面ミラーＭ１の側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４を配してなり、変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１を除く他の３レンズ群Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が光軸方向へ移動し、凸面ミラーＭ１が不動である投射用ズーム光学系。

［８］
［６］または［７］記載の投射用ズーム光学系において、第１レンズ群Ｇ１の光軸方向における移動によりフォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。

［９］
拡大投射するべき画像を画像表示素子の画像表示面に表示し、表示された画像を投射光学系により被投射面上に拡大画像として投射する画像表示装置であって、投射光学系として、［１］ないし［８］の何れか１に記載の投射用ズーム光学系を用いる画像表示装置。

［１０］
［９］記載の画像表示装置において、光源２１と、該光源からの光で画像表示素子３の画像表示面を照明する照明光学系ＣＬ、ＣＷ、Ｍと、を有する画像表示装置。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、画像表示素子は、上に例示したＤＭＤに限らず、液晶パネル等でもよく、また「自己発光機能がなく照明光学系を必要とするもの」に限らず、発光素子アレイの如く自己発光機能を持つものを用いることもできる。

この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

Ｍ１ 凸面ミラー
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

特許４４６４９４８号 特許４６６８１５９号

Claims (10)

1. 画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、
   変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する４群以上のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系で正の屈折力を有し、
   屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ、
   前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔：Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} 、光学系全系の、広角端における焦点距離：ＦＷ、望遠端における焦点距離：ＦＴが条件：
   （１） ５．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＷ｜＜ １０．０
   （２） ４．０ ＜ Ｄ _{Ｍ１−Ｌ１１} ／｜ＦＴ｜＜ ８．０
   の少なくとも一方を満足する投射用ズーム光学系。
2. 請求項１記載の投射用ズーム光学系において、
   屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、フォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
3. 請求項１または２に記載の投射用ズーム光学系において、
   凸面ミラーの反射面形状が非球面形状である投射用ズーム光学系。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の投射用ズーム光学系において、
   広角端における、屈折光学系の焦点距離：ＦＬＷ、凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離：ＯＡＬが、条件：
   （３） １２．０ ＜ ＯＡＬ／｜ＦＬＷ｜＜ １５．０
   を満足する投射用ズーム光学系。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における屈折光学系の焦点距離：ＦＬＷおよび、望遠端における屈折光学系の焦点距離：ＦＴが、条件：
   （４） １．０ ＜ ＦＬＴ／ＦＬＷ ＜ ２．０
   を満足することを特徴とする投射用ズーム光学系。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の投射用ズーム光学系において、
   屈折光学系が、凸面ミラーの側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、負の屈折力の第５レンズ群を配してなり、
   変倍に際して、第１レンズ群と第３レンズ群を除く他の３レンズ群が光軸方向へ移動し、凸面ミラーが不動である投射用ズーム光学系。
7. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の投射用ズーム光学系において、
   屈折光学系が、凸面ミラーの側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を配してなり、
   変倍に際して、第１レンズ群を除く他の３レンズ群が光軸方向へ移動し、凸面ミラーが不動である投射用ズーム光学系。
8. 請求項６または７記載の投射用ズーム光学系において、
   第１レンズ群の光軸方向における移動によりフォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
9. 拡大投射するべき画像を画像表示素子の画像表示面に表示し、表示された画像を投射光学系により被投射面上に拡大画像として投射する画像表示装置であって、
   投射光学系として、請求項１ないし８の何れか１項に記載の投射用ズーム光学系を用いる画像表示装置。
10. 請求項９記載の画像表示装置において、
    光源と、該光源からの光で画像表示素子の画像表示面を照明する照明光学系と、を有する画像表示装置。

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