JP6536039B2 - 投射光学系及び投射型画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像表示素子の画像を拡大投影するプロジェクターへの組み込みに適した投射光学系及びこれを組み込んだ投射型画像表示装置に関する。
近年、高輝度（例えば１０，０００ルーメン（ｌｍ）以上）で高解像度なプロジェクターにおいて、広画角な画像投射が望まれている。このように高輝度かつ高解像度に対応可能な投射光学系として、特許文献１、２に開示されたものが存在する。特許文献１に記載された投射光学系は、第１〜第６群構成であり、全てのレンズが単レンズであり、変倍時に第１群及び第６群を固定して第２群〜第５群を移動させている。また、特許文献２に記載された投射光学系は、第１〜第６群構成であり、全てのレンズが単レンズであり、変倍時に第６群を固定して第１群〜第５群を移動させている。
しかしながら、特許文献１に記載された投射光学系は広角端の半画角が２８°であり、特許文献２に記載された投射光学系は広角端の半画角が２８．２°である。いずれの投射光学系も、半画角が３０°よりも小さく、広画角な投射光学系ではない。そのためいずれの投射光学系も、プロジェクターとスクリーン間との距離が短く、大画面を実現する用途には不十分の場合がある。
特開２０１０−１５２２７７号公報 特開２０１１−１０７２００号公報
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、高輝度かつ高解像度に対応可能であり、かつ、高画角を達成できる投射光学系を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のような投射光学系を組み込んだ投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る投射光学系は、拡大側から順に、ｎを６又は７として第１レンズ群〜第ｎレンズ群からなる投射光学系であって、第１レンズ群は、拡大側から順に第１−１レンズ群と第１−２レンズ群とを含み、第１−１レンズ群と第１−２レンズ群との距離は、像面補正のために可変とされており、変倍時には、第１レンズ群と第ｎレンズ群とを固定して第２レンズ群〜第ｎ−１レンズ群を移動させ、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をＢＦとしたとき、以下の条件式（１）
２＜ＢＦ／ｆｗ＜２．８ （１）
を満足する。
上記投射光学系によれば、条件式（１）の値ＢＦ／ｆｗが上記範囲を満足するので、半画角３５°〜４５°程度を確保することが可能になる。なお、投射光学系を第１レンズ群〜第ｎレンズ群（ｎ＝６又は７）で構成し、第２レンズ群〜第ｎ−１レンズ群を移動させているので、比較的大きなズーム比を確保することができる。また、第１−１レンズ群と第１−２レンズ群との距離は像面補正のために可変とされており、第１−１レンズ群を像面補正群として機能させることができるので、サイズ変更時における像面の変動を抑制することができる。これにより高精度の画像投射が可能になる。
本発明の一側面によれば、第１−１レンズ群において、拡大側から２番目に配置されているレンズが非球面レンズである。この場合、第１−１レンズ群に非球面レンズを配しており、歪曲収差と非点収差とを抑えた設計が可能になる。なお、非球面レンズは、非球面の程度にもよるが、樹脂材料で形成することが望ましい。
本発明の別の側面によれば、第ｎ−１レンズ群は、正の第１レンズ、負の第２レンズ、及び正の第３レンズで構成されている。この構成を採用することで、変倍に伴う倍率色収差の変動を抑制することが可能となる。
本発明の別の側面によれば、第ｎ−１レンズ群の焦点距離をｆ（ｎ−１）としたときに、以下の条件式（２）
｜ｆ（ｎ−１）／ｆｗ｜＞５ （２）
を満足し、かつ、
第１レンズのアッベ数をνｄｆ１、第２レンズのアッベ数をνｄｆ２、第３レンズのアッベ数をνｄｆ３としたとき、以下の条件式（３）及び（４）
νｄｆ１−νｄｆ２＞２０ （３）
νｄｆ３−νｄｆ２＞２０ （４）
を満足する。ここで、焦点距離の配分に関する条件式（２）の値ｆ（ｎ−１）／ｆｗを５より大きくすることで、高屈折率の負レンズと２枚の低い屈折率の正レンズの組み合わせとなる。これにより、第ｎ−１レンズ群のペッツバール和を大きくして、像面湾曲を効率的に補正することができる。また、正の第１レンズ、負の第２レンズ、及び正の第３レンズについてアッベ数の関係を規定する条件式（３）及び（４）の値νｄｆ１−νｄｆ２及びνｄｆ３−νｄｆ２を２０より大きくすることで、広角端の倍率色収差と変倍による軸上色収差の変動とを抑えることができる。
本発明の別の側面によれば、第ｎ−１レンズ群において、第１レンズ及び第２レンズの間隔と、第２レンズ及び第３レンズの間隔とは、いずれも３ｍｍ以下である。この場合、倍率色収差の抑制が可能になる。
本発明の別の側面によれば、第１レンズ群は、互いに隣り合う３枚の負の球面レンズを含み、３枚の負の球面レンズのうち最も縮小側の負の球面レンズのアッベ数をνｄＮとしたとき、以下の条件式（５）
νｄＮ＞６０ （５）
を満足する。すなわち、最も縮小側の負の球面レンズのアッベ数に関する条件式（５）の値νｄＮを６０より大きくすることで、変倍による倍率色収差の抑制が可能になる。
本発明の別の側面によれば、変倍時におけるズーム比は、１．４倍以下である。これにより、半画角が大きくズーム比が１．４倍までの光学系を実現できる。
本発明の別の側面によれば、前記第１レンズ群〜第ｎレンズ群は、単レンズからそれぞれなる。このように、単レンズ構成とすることで、貼合わせ面がなくなり、１００００ルーメン以上の照度を有する高輝度の照明系に対応する投射光学系とできる。
上記目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、上述した投射光学系と、当該投射光学系の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える。
実施形態の投射レンズを組み込んだプロジェクターの概略構成を示す図である。 実施例１の投射レンズの断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の投射レンズの広角端における収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、実施例１の投射レンズの望遠端における収差図である。 実施例２の投射レンズの断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の投射レンズの広角端における収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、実施例２の投射レンズの望遠端における収差図である。 実施例３の投射レンズの断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の投射レンズの広角端における収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、実施例３の投射レンズの望遠端における収差図である。 実施例４の投射レンズの断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４の投射レンズの広角端における収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、実施例４の投射レンズの望遠端における収差図である。
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投射レンズについて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る投射レンズを組み込んだ投射型画像表示装置としてのプロジェクター２は、画像光を投射する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。
光学系部分５０において、光源１０は、例えば超高圧水銀ランプ等で構成される。第１インテグレーターレンズ１１，第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子をそれぞれ有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数の光束に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、分割した複数の光束各々を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、重畳レンズ１４と協働して、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を後述する液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、及び液晶パネル１８Ｂの位置に形成する。
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２と協働して液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、及び液晶パネル１８Ｂの表示領域上で互いに重畳させる。これにより、液晶パネル１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂにおいて均一な照明が達成される。
第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射した赤色光を反射させ、緑色光及び青色光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射された赤色光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、光変調素子又は表示素子である液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８Ｒは、赤色光を画像信号に応じて変調することにより、赤色の画像を形成する。
第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からの緑色光を反射させ、青色光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射された緑色光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、表示素子である液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは、緑色光を画像信号に応じて変調することにより、緑色の画像を形成する。第２ダイクロイックミラー２１を透過した青色光は、リレーレンズ２２、リレーレンズ２４、反射ミラー２３、反射ミラー２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、表示素子である液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは、青色光を画像信号に応じて変調することにより、青色の画像を形成する。
クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光とし、投射光学系４０へむけて射出する。
投射光学系４０は、クロスダイクロイックプリズム１９で合成された画像光を不図示のスクリーン上に拡大投射する。
以上の光学系部分５０において、投射光学系４０のほかにクロスダイクロイックプリズム１９を含めたものも、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂによって形成された画像をスクリーン上に拡大投射するための投射光学系と呼ぶ。クロスダイクロイックプリズム１９の光路前段に設けられた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ、ダイクロイックミラー１５，２１、偏光変換素子１３、インテグレーターレンズ１１，１２、光源１０等は、像形成光学部５１として機能する。
回路装置８０は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部８１と、画像処理部８１の出力に基づいて光学系部分５０に設けた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを駆動する表示駆動部８２と、画像処理部８１および表示駆動部８２の動作を統括的に制御する主制御部８８とを備える。
画像処理部８１は、入力された外部画像信号を各色の階調等を含む画像信号に変換する。なお、画像処理部８１は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。
表示駆動部８２は、画像処理部８１から出力された画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを動作させることで、当該画像信号に対応した画像を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに形成させることができる。
以下、図２を参照して、本発明の実施形態に係る投射光学系４０について具体的に説明する。なお、実施形態として例示した投射光学系４０は、後述する実施例１の投射レンズと同一の構成となっている。
投射光学系４０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）上に形成された画像を不図示のスクリーン上に投射する。ここで、投射光学系４０と液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）との間には、図１のクロスダイクロイックプリズム１９に相当するプリズムＰＲが配置されている。
実施形態の投射光学系４０は、拡大側又はスクリーン側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６からなる。つまり、本実施形態の投射光学系４０は、群数ｎが６であり、６群構成となっている。変倍時には、最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１と最も縮小側の第６レンズ群Ｇ６を固定して第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を光軸ＯＡに沿って移動させる。広角端から望遠端までの変倍時のズーム比は、１．４倍である。最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを含む。第１レンズ群Ｇ１は、フォーカス調整時に光軸ＯＡに沿って移動させる。第１レンズ群Ｇ１において、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２との距離は、像面補正のために可変とされている。具体的には、フォーカス調整のために第１レンズ群Ｇ１全体を光軸ＯＡに沿って移動させつつも、例えば第１−２レンズ群Ｇ１−２に対して第１−１レンズ群Ｇ１−１を光軸ＯＡに平行に変位させる。以上において、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを互いに連動させることにより、フォーカス調整と像面調整を同時に行うことが可能である。しかし、第１−２レンズ群Ｇ１−２群を光軸上に移動させることにより画面中央部のフォーカスを合わせたのち、第１−１レンズ群Ｇ１−１を光軸上に移動させることにより画面周辺部の像面を調整することもできる。
なお、変倍時に第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を移動させるため、投射光学系４０の鏡筒にはカム機構その他の連動機構が組み込まれる。変倍用の連動機構は、手動又は電動で動作させることができる。また、フォーカス調整時に第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを移動させるため、投射光学系４０の鏡筒にはヘイリコイド、カム機構等を含む駆動機構が組み込まれる。この駆動機構は、手動又は電動で動作させることができる。
投射光学系４０を構成する第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６は、貼合わせ面を含まないものとなっており、単レンズからそれぞれなる。このように、投射光学系４０を単レンズで構成することにより、１００００ルーメン以上の照度を有する照明系に適応させることができる。第１−１レンズ群Ｇ１−１において、最も拡大側に配置されているレンズＬ１は正レンズであり、拡大側から２番目に配置されているレンズＬ２は負レンズである。拡大側から２番目のレンズＬ２は、樹脂材料製であり、両面が非球面の非球面レンズである。第１レンズ群Ｇ１は、互いに隣り合う３枚の負の球面レンズを含む。一方で、最も縮小側から２番目の第５レンズ群Ｇ５は、各種収差を低減するため、正の第１レンズＬ１５、負の第２レンズＬ１６、及び正の第３レンズＬ１７で構成されている。
実施形態の投射光学系４０は、広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をＢＦとしたとき、以下の条件式（１）
２＜ＢＦ／ｆｗ＜２．８ （１）
を満足するものとなっている。
この場合、半画角３５°〜４５°程度を確保することが可能になる。
実施形態の投射光学系４０は、第５レンズ群Ｇ５の焦点距離をｆ（ｎ−１）＝ｆ５としたときに、以下の条件式（２）'
｜ｆ５／ｆｗ｜＞５ （２）'
を満足する。さらに、実施形態の投射光学系４０は、第５レンズ群Ｇ５における第１レンズＬ１５のアッベ数をνｄｆ１、第２レンズＬ１６のアッベ数をνｄｆ２、第３レンズＬ１７のアッベ数をνｄｆ３としたとき、以下の条件式（３）及び（４）
νｄｆ１−νｄｆ２＞２０ （３）
νｄｆ３−νｄｆ２＞２０ （４）
を満足する。
上記第５レンズ群Ｇ５において、第１レンズＬ１５及び第２レンズＬ１６の間隔と、第２レンズＬ１６及び第３レンズＬ１７の間隔とは、いずれも３ｍｍ以下である。
実施形態の投射光学系４０において、第１レンズ群Ｇ１は、互いに隣り合う３枚の負の球面レンズ（具体的にはレンズＬ２，Ｌ３，Ｌ４）を含む。第１レンズ群Ｇ１において、３枚の負の球面レンズのうち最も縮小側の負の球面レンズのアッベ数をνｄＮとしたとき、以下の条件式（５）
νｄＮ＞６０ （５）
を満足する。
本実施形態の投射光学系４０によれば、条件式（１）の値ＢＦ／ｆｗが上記範囲２〜２．８内にあるので、約３５°〜約４５°の半画角を確保することが可能になる。なお、本実施形態の投射光学系４０を第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６で構成し、第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を移動させているので、比較的大きなズーム比を確保することができる。また、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２との距離が像面補正のために可変とされており、第１−１レンズ群Ｇ１−１を像面補正群として機能させることができるので、サイズ変更時における像面の変動を抑制して高精度の画像投射が可能になる。
〔実施例〕
以下、投射光学系４０の具体的な実施例について説明する。実施例１〜４に共通する諸元の意義を以下にまとめた。
Ｒ：曲率半径
Ｄ：軸上面間隔（レンズ厚又はレンズ間隔）
ｎｄ：ｄ線の屈折率
νｄ：ｄ線のアッベ数
ＯＢＪ：物体距離
Ａ〜Ｆ：可動レンズ間隔
ＳＣ：スクリーン面
ＳＴ：固定絞り
Ｌ１〜Ｌ１８：レンズ
ＤＰ：バック挿入物（プリズム等）
ＬＶ：表示素子の画像形成面
非球面、すなわちそのザグ量ｚは、以下の多項式（非球面式）によって特定される。
Figure 0006536039
ただし、
ｃ： 曲率（１／Ｒ）
ｈ： 光軸からの高さ
ｋ： 非球面の円錐係数
Ａｉ：非球面の高次非球面係数
（実施例１）
実施例１の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表１に示す。なお、表１等において、「INF」は、∞を意味する。
〔表１〕
面番 要素 群 R D nd νd
0 SC INF OBJ
1 L1 1-1 335.376 9.076 1.51633 64.1
2 702.836 0.300
3 L2 105.439 5.000 1.53116 56.0
4 71.594 A
5 L3 1-2 96.772 4.000 1.84666 23.8
6 50.131 26.530
7 L4 -1007.624 3.500 1.61800 63.4
8 86.200 19.498
9 L5 -92.024 3.200 1.43700 95.1
10 242.950 9.337
11 L6 -335.752 4.460 1.84666 23.8
12 -205.384 1.000
13 L7 156.742 19.443 1.60342 38.0
14 -153.835 B
15 ST 2 INF 35.276
16 L8 120.320 8.207 1.69895 30.1
17 373.545 C
18 L9 3 105.477 6.767 1.48749 70.5
19 -1968.326 9.253
20 L10 93.780 2.000 1.49700 81.5
21 57.203 D
22 L11 4 -60.940 2.600 1.90366 31.3
23 490.086 0.579
24 L12 190.114 12.575 1.80610 33.3
25 -79.729 0.300
26 L13 1107.211 12.851 1.49700 81.5
27 -56.674 2.473
28 L14 -51.456 2.000 1.80610 33.3
29 -87.986 E
30 L15 5 176.144 14.894 1.43700 95.1
31 -68.984 0.200
32 L16 -80.185 2.800 1.80610 33.3
33 94.507 1.866
34 L17 104.788 13.954 1.43700 95.1
35 -123.359 F
36 L18 6 265.676 9.283 1.80809 22.8
37 -244.816 10
38 DP INF 85 1.5168 64.2
39 INF 22.48
40 LV INF 0.00
以下の表２は、実施例１における、第３面Ｓ３の非球面係数及び第４面Ｓ４の非球面係数である。なお、以下の表２等において、１０のべき乗数（例えば３．１６×１０−０７）をＥ（例えば３．１６Ｅ−０７）を用いて表すものとする。
〔表２〕
S3面 S4面
曲率半径 105.439 71.594
コーニック定数(K) -1.002 -0.335
4次の係数(A) 3.16208E-07 1.19091E-07
6次の係数(B) -2.27133E-11 -7.86220E-11
8次の係数(C) -3.23103E-15 3.06546E-14
10次の係数(D) -2.20822E-19 -2.93411E-17
12次の係数(E) 7.72160E-23 8.70986E-21
14次の係数(F) -3.53694E-26 -1.37616E-24
16次の係数(G) 2.46508E-30 9.35687E-29
18次の係数(H) 0.00000E+00 0.00000E+00
20次の係数(J) 0.00000E+00 0.00000E+00
以下の表３は、実施例１の投射光学系の基本性能をまとめたものである。
〔表３〕
Figure 0006536039
上記表３において、ｆは焦点距離を意味し、ＦＮＯはＦ値を意味し、ＢＦはバックフォーカスを意味し、ωは半画角を意味する。なお、可動レンズ間隔Ａ、Ｂは、フォーカス動作時に変化する。可動レンズ間隔Ｂ〜Ｆ（特にＣ〜Ｆ）は、ズーム動作時に変化する。
以下の表４は、実施例１の投射光学系において物体距離を変化させた場合の可動レンズ間隔Ａ、Ｂの設定を説明する図である。
〔表４〕
Figure 0006536039
図２は、実施例１の投射光学系４１の断面図である。図２に示す投射光学系４１は、実施形態の投射光学系４０に相当する。投射光学系４１は、液晶パネル１８Ｇ（又は液晶パネル１８Ｒ，１８Ｂ）上の像を拡大投射するものであり、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６を備える。変倍時には、第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を光軸ＯＡに沿って移動させ、フォーカス調整時には、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを間隔調整しながら光軸ＯＡに沿って移動させる。
上記投射光学系４１において、第１のレンズＬ１は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２のレンズＬ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第３のレンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第４のレンズＬ４は、両凹レンズであり、第５のレンズＬ５は、両凹レンズであり、第６のレンズＬ６は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第７のレンズＬ７は、両凸レンズである。以上のレンズＬ１〜Ｌ７は、第１レンズ群Ｇ１を構成する。第８のレンズＬ８は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第９のレンズＬ９は、凸平に近い両凸レンズであり、第１０のレンズＬ１０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第１１のレンズＬ１１は、両凹レンズであり、第１２のレンズＬ１２は、両凸レンズであり、第１３のレンズＬ１３は、両凸レンズであり、第１４のレンズＬ１４は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。次の第１５〜第１７のレンズＬ１５〜Ｌ１７は、第５レンズ群Ｇ５を構成する。ここで、第１５のレンズＬ１５は、両凸レンズであり、第１６のレンズＬ１６は、両凹レンズであり、第１７のレンズＬ１７は、両凸レンズである。最も縮小側の第６レンズ群Ｇ６における第１８のレンズＬ１８は、両凸レンズである。なお絞りＳＴは、第２レンズ群Ｇ２に付随している。
図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、実施例１の投射光学系４１の広角端における縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図５（Ｄ）〜５（Ｆ）は、投射光学系４１の望遠端における縮小側収差図である。
（実施例２）
実施例２の投射光学系のレンズ面のデータを以下の表４に示す。
〔表５〕
面番 要素 群 R D nd νd
0 SC INF OBJ
1 L1 1-1 348.903 9.831 1.51633 64.1
2 824.405 0.300
3 L2 115.496 5.000 1.53116 56.0
4 77.261 A
5 L3 1-2 95.179 4.000 1.84666 23.8
6 50.328 23.665
7 L4 243.429 3.500 1.49700 81.5
8 66.732 21.269
9 L5 -112.297 3.406 1.46700 81.5
10 122.340 0.300
11 L6 97.275 15.718 1.51633 64.1
12 -1587.133 B
13 L7 2 1045.186 9.462 1.84666 23.8
14 -266.623 C
15 L8 3 114.130 6.654 1.72342 38.0
16 193.518 D
17 L9 4 107.363 11.867 1.48749 70.2
18 -2063.836 9.461
19 L10 102.099 2.000 1.43700 95.1
20 60.410 E
21 L11 5 -61.405 2.600 1.90366 31.3
22 497.281 0.553
23 L12 191.826 12.598 1.80610 33.3
24 -81.723 0.300
25 L13 576.709 12.884 1.49700 81.5
26 -60.667 2.348
27 L14 -55.506 2.000 1.80610 33.3
28 -90.596 F
29 L15 6 149.435 15.037 1.43700 95.1
30 -75.273 0.705
31 L16 -80.930 2.800 1.80610 33.3
32 93.487 1.707
33 L17 101.035 15.272 1.43700 95.1
34 -116.868 G
35 L18 7 229.335 8.800 1.80809 22.8
36 -334.289 10.000
37 DP INF 80.000 1.5168 64.2
38 INF 22.673
40 LV INF 0
以下の表６は、実施例２における、第３面Ｓ３の非球面係数及び第４面Ｓ４の非球面係数である。
〔表６〕
S3面 S4面
曲率半径 115.496 77.261
コーニック定数(K) -0.922 -0.482
4次の係数(A) 3.43180E-07 2.22953E-07
6次の係数(B) -3.42135E-11 -9.09683E-11
8次の係数(C) -1.99977E-15 3.44928E-14
10次の係数(D) -5.61782E-19 -2.86408E-17
12次の係数(E) 2.58965E-22 8.87723E-21
14次の係数(F) -6.22135E-26 -1.40945E-24
16次の係数(G) 3.89558E-30 9.21829E-29
18次の係数(H) 0.00000E+00 0.00000E+00
20次の係数(J) 0.00000E+00 0.00000E+00
以下の表７は、実施例２の投射光学系の基本性能をまとめたものである。
〔表７〕
Figure 0006536039
上記表７において、なお、可動レンズ間隔Ａ、Ｂは、フォーカス動作時に変化する。可動レンズ間隔Ｂ〜Ｇ（特にＣ〜Ｇ）は、ズーム動作時に変化する。
以下の表８は、実施例２の投射光学系において物体距離を変化させた場合の可動レンズ間隔Ａ、Ｂの設定を説明する図である。
〔表８〕
Figure 0006536039
図４は、実施例２の投射光学系４２の断面図である。投射光学系４２は、液晶パネル１８Ｇ（又は液晶パネル１８Ｒ，１８Ｂ）上の像を拡大投射するものであり、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第７レンズ群Ｇ７を備える。変倍時には、第２レンズ群Ｇ２〜第６レンズ群Ｇ６を光軸ＯＡに沿って移動させ、フォーカス調整時には、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを間隔調整しながら光軸ＯＡに沿って移動させる。
上記投射光学系４２において、第１のレンズＬ１は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２のレンズＬ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第３のレンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第４のレンズＬ４は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第５のレンズＬ５は、両凹レンズであり、第６のレンズＬ６は、両凸レンズである。以上のレンズＬ１〜Ｌ６は、第１レンズ群Ｇ１を構成する。第７のレンズＬ７は、両凸レンズであり、第８のレンズＬ８は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第９のレンズＬ９は、凸平に近い両凸レンズであり、第１０のレンズＬ１０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第１１のレンズＬ１１は、両凹レンズであり、第１２のレンズＬ１２は、両凸レンズであり、第１３のレンズＬ１３は、両凸レンズであり、第１４のレンズＬ１４は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。次の第１５〜第１７のレンズＬ１５〜Ｌ１７は、第６レンズ群Ｇ６を構成する。ここで、第１５のレンズＬ１５は、両凸レンズであり、第１６のレンズＬ１６は、両凹レンズであり、第１７のレンズＬ１７は、両凸レンズである。最も縮小側の第７レンズ群Ｇ７における第１８のレンズＬ１８は、両凸レンズである。なお絞りＳＴは、第４レンズ群Ｇ４に付随している。
図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、実施例２の投射光学系４２の広角端における縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図５（Ｄ）〜５（Ｆ）は、投射光学系４２の望遠端における縮小側収差図である。
（実施例３）
実施例３の投射光学系のレンズ面のデータを以下の表９に示す。
〔表９〕
面番 要素 群 R D nd νd
0 SC INF OBJ
1 L1 1-1 297.830 10.380 1.51633 64.1
2 663.962 0.300
3 L2 108.947 5.000 1.53116 56.0
4 73.023 A
5 L3 1-2 92.520 4.000 1.84666 23.8
6 48.907 26.925
7 L4 -787.282 3.500 1.61800 63.4
8 83.701 19.151
9 L5 -90.457 5.000 1.43700 95.1
10 337.199 B
11 L6 2 -161.908 4.209 1.84666 23.8
12 -130.190 1.000
13 L7 163.938 18.583 1.60342 38.0
14 -157.341 C
15 ST 3 INF 33.165
16 L8 110.404 12.371 1.69895 30.1
17 283.989 D
18 L9 4 115.391 6.840 1.48749 70.2
19 -622.821 11.851
20 L10 84.293 2.000 1.49700 81.5
21 53.174 E
22 L11 5 -62.455 2.600 1.90366 31.3
23 452.216 0.697
24 L12 189.917 11.698 1.80610 33.3
25 -87.632 0.300
26 L13 1539.784 12.958 1.49700 81.5
27 -53.178 2.360
28 L14 -48.798 2.000 1.80610 33.3
29 -87.500 F
30 L15 6 164.109 15.195 1.43700 95.1
31 -68.983 0.200
32 L16 -87.051 2.800 1.80610 33.3
33 94.468 1.804
34 L17 103.824 14.163 1.43700 95.1
35 -121.317 G
36 L18 7 218.322 9.674 1.80809 22.8
37 DP -288.927 10.000
38 INF 80.000 1.5168 64.2
39 LV INF 22.691
以下の表１０は、実施例３における、第３面Ｓ３の非球面係数及び第４面Ｓ４の非球面係数である。
〔表１０〕
S3面 S4面
曲率半径 108.947 73.023
コーニック定数(K) -0.692 -0.438
4次の係数(A) 3.46913E-07 2.49771E-07
6次の係数(B) -2.09957E-11 -6.33341E-11
8次の係数(C) -1.69093E-15 3.55868E-14
10次の係数(D) -7.73283E-19 -2.99827E-17
12次の係数(E) 1.90207E-22 8.48660E-21
14次の係数(F) -6.26777E-26 -1.45275E-24
16次の係数(G) 4.99264E-30 1.15164E-28
18次の係数(H) 0.00000E+00 0.00000E+00
20次の係数(J) 0.00000E+00 0.00000E+00
以下の表１１は、実施例３の投射光学系の基本性能をまとめたものである。
〔表１１〕
Figure 0006536039
上記表１１において、なお、可動レンズ間隔Ａ、Ｂは、フォーカス動作時に変化する。可動レンズ間隔Ｂ〜Ｆ（特にＣ〜Ｆ）は、ズーム動作時に変化する。
以下の表１２は、実施例３の投射光学系において物体距離を変化させた場合の可動レンズ間隔Ａ、Ｂの設定を説明する図である。
〔表１２〕
Figure 0006536039
図６は、実施例３の投射光学系４３の断面図である。投射光学系４３は、液晶パネル１８Ｇ（又は液晶パネル１８Ｒ，１８Ｂ）上の像を拡大投射するものであり、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第７レンズ群Ｇ７を備える。変倍時には、第２レンズ群Ｇ２〜第６レンズ群Ｇ６を光軸ＯＡに沿って移動させ、フォーカス調整時には、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを間隔調整しながら光軸ＯＡに沿って移動させる。
上記投射光学系４３において、第１のレンズＬ１は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２のレンズＬ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第３のレンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第４のレンズＬ４は、両凹レンズであり、第５のレンズＬ５は、両凹レンズであり、第６のレンズＬ６は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第７のレンズＬ７は、両凸レンズである。以上のレンズＬ１〜Ｌ７は、第１レンズ群Ｇ１を構成する。第８のレンズＬ８は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第９のレンズＬ９は、両凸レンズであり、第１０のレンズＬ１０は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第１１のレンズＬ１１は、両凹レンズであり、第１２のレンズＬ１２は、両凸レンズであり、第１３のレンズＬ１３は、両凸レンズであり、第１４のレンズＬ１４は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。次の第１５〜第１７のレンズＬ１５〜Ｌ１７は、第６レンズ群Ｇ６を構成する。ここで、第１５のレンズＬ１５は、両凸レンズであり、第１６のレンズＬ１６は、両凹レンズであり、第１７のレンズＬ１７は、両凸レンズである。最も縮小側の第７レンズ群Ｇ７における第１８のレンズＬ１８は、両凸レンズである。なお絞りＳＴは、第３レンズ群Ｇ３に付随している。
図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、実施例３の投射光学系４３の広角端における縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図７（Ｄ）〜７（Ｆ）は、投射光学系４３の望遠端における縮小側収差図である。
（実施例４）
実施例４の投射光学系のレンズ面のデータを以下の表１３に示す。
〔表１３〕
面番 要素 群 R D nd νd
0 SC INF OBJ
1 L1 1-1 308.288 10.321 1.51633 64.1
2 784.171 0.300
3 L2 105.870 5.000 1.53116 56.0
4 70.725 A
5 L3 1-2 89.839 4.000 1.80518 25.46
6 47.932 20.350
7 L4 206.978 3.500 1.62299 58.12
8 66.313 21.122
9 L5 -81.016 5.000 1.497 81.54
10 190.501 17.425
11 L6 211.197 18.846 1.59551 39.22
12 -107.120 B
13 L7 2 113.357 4.985 1.84666 23.78
14 187.335 C
15 ST 3 INF 5.000
16 L8 92.384 3.844 1.48749 70.23
17 187.440 D
18 L9 4 -169.646 6.412 1.48749 70.23
19 -60.995 2.293
20 L10 -56.482 2.600 1.8061 33.27
21 161.785 1.670
22 L11 132.347 11.863 1.8061 33.27
23 -99.210 23.140
24 L12 171.455 15.592 1.497 81.54
25 -63.490 2.198
26 L13 -58.089 2.000 1.8061 33.27
27 -134.958 E
28 L14 5 332.428 13.473 1.48749 70.23
29 -72.470 0.200
30 L15 -82.011 2.800 1.8061 33.27
31 85.820 1.789
32 L16 93.620 13.090 1.497 81.54
33 -225.210 F
34 L17 6 148.929 10.391 1.84666 23.78
35 DP -406.462 10.000
36 INF 66.000 1.5168 64.2
39 LV INF 23.000
以下の表１４は、実施例４における、第３面Ｓ３の非球面係数及び第４面Ｓ４の非球面係数である。
〔表１４〕
S3面 S4面
曲率半径 105.870 70.725
コーニック定数(K) -0.359 -0.436
4次の係数(A) 4.31358E-07 3.75384E-07
6次の係数(B) -5.25336E-11 -1.02383E-10
8次の係数(C) -3.15480E-15 2.70128E-14
10次の係数(D) -5.85567E-19 -3.13601E-17
12次の係数(E) 1.67212E-22 8.61565E-21
14次の係数(F) -8.08883E-26 -1.31064E-24
16次の係数(G) 7.51322E-30 9.94791E-29
18次の係数(H) 0.00000E+00 0.00000E+00
20次の係数(J) 0.00000E+00 0.00000E+00
以下の表１５は、実施例５の投射光学系の基本性能をまとめたものである。
〔表１５〕
Figure 0006536039
上記表１５において、なお、可動レンズ間隔Ａ、Ｂは、フォーカス動作時に変化する。可動レンズ間隔Ｂ〜Ｆ（特にＣ〜Ｆ）は、ズーム動作時に変化する。
以下の表１６は、実施例４の投射光学系において物体距離を変化させた場合の可動レンズ間隔Ａ、Ｂの設定を説明する図である。
〔表１６〕
Figure 0006536039
図８は、実施例４の投射光学系４４の断面図である。投射光学系４４は、液晶パネル１８Ｇ（又は液晶パネル１８Ｒ，１８Ｂ）上の像を拡大投射するものであり、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１〜第６レンズ群Ｇ６を備える。変倍時には、第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を光軸ＯＡに沿って移動させ、フォーカス調整時には、第１−１レンズ群Ｇ１−１と第１−２レンズ群Ｇ１−２とを間隔調整しながら光軸ＯＡに沿って移動させる。
上記投射光学系４４において、第１のレンズＬ１は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２のレンズＬ２は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第３のレンズＬ３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第４のレンズＬ４は、両凹レンズであり、第５のレンズＬ５は、両凹レンズであり、第６のレンズＬ６は、両凸レンズである。以上のレンズＬ１〜Ｌ６は、第１レンズ群Ｇ１を構成する。第７のレンズＬ７は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第８のレンズＬ８は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第９のレンズＬ９は、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第１０のレンズＬ１０は、両凹レンズであり、第１１のレンズＬ１１は、両凸レンズであり、第１２のレンズＬ１２は、両凸レンズであり、第１３のレンズＬ１３は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。次の第１４〜第１６のレンズＬ１４〜Ｌ１６は、第５レンズ群Ｇ５を構成する。ここで、第１４のレンズＬ１４は、両凸レンズであり、第１５のレンズＬ１５は、両凹レンズであり、第１６のレンズＬ１６は、両凸レンズである。最も縮小側の第６レンズ群Ｇ６における第１７のレンズＬ１７は、両凸レンズである。なお絞りＳＴは、第３レンズ群Ｇ３に付随している。
図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、実施例３の投射光学系４４の広角端における縮小側収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）であり、図９（Ｄ）〜９（Ｆ）は、投射光学系４４の望遠端における縮小側収差図である。
この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
また、投射光学系４０による拡大投射の対象は、液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに限らず、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等の各種光変調素子によって形成された画像を投射光学系４０によって拡大投射することができる。
４０…投射光学系、 ４１−４４…投射光学系、 Ｌ１〜Ｌ１８…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ２…プロジェクター（投射型画像表示装置）、 ５１…像形成光学部

Claims (8)

  1. 拡大側から順に、ｎを６又は７として第１レンズ群〜第ｎレンズ群からなる投射光学系であって、
    前記第１レンズ群〜前記第ｎレンズ群は、単レンズからそれぞれなり、
    前記第１レンズ群は、拡大側から順に第１−１レンズ群と第１−２レンズ群とを含み、
    前記１−１レンズ群と前記１−２レンズ群との距離は、像面補正のために可変とされており、
    変倍時には、前記第１レンズ群と前記第ｎレンズ群とを固定して前記第２レンズ群〜前記第ｎ−１レンズ群を移動させ、
    広角端の焦点距離をｆｗ、バックフォーカスの空気換算長をＢＦとしたとき、以下の条件式
    ２＜ＢＦ／ｆｗ＜２．８
    を満足する、投射光学系。
  2. 前記第１−１レンズ群において、拡大側から２番目に配置されているレンズが非球面レンズである、請求項１に記載の投射光学系。
  3. 前記第ｎ−１レンズ群は、正の第１レンズ、負の第２レンズ、及び正の第３レンズで構成されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の投射光学系。
  4. 前記第ｎ−１レンズ群の焦点距離をｆ（ｎ−１）としたときに、以下の条件式
    ｜ｆ（ｎ−１）／ｆｗ｜＞５
    を満足し、かつ、
    前記第１レンズのアッベ数をνｄｆ１、前記第２レンズのアッベ数をνｄｆ２、前記第３レンズのアッベ数をνｄｆ３としたとき、以下の条件式
    νｄｆ１−νｄｆ２＞２０
    νｄｆ３−νｄｆ２＞２０
    を満足する、請求項３に記載の投射光学系。
  5. 前記第ｎ−１レンズ群において、前記第１レンズ及び前記第２レンズの間隔と、前記第２レンズ及び前記第３レンズの間隔とは、いずれも３ｍｍ以下である、請求項３及び４のいずれか一項に記載の投射光学系。
  6. 前記第１レンズ群は、互いに隣り合う３枚の負の球面レンズを含み、
    前記３枚の負の球面レンズのうち最も縮小側の負の球面レンズのアッベ数をνｄＮとしたとき、以下の条件式
    νｄＮ＞６０
    を満足する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の投射光学系。
  7. 変倍時におけるズーム比は、１．４倍以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射光学系。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の投射光学系と、
    前記投射光学系の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える、投射型画像表示装置。
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