WO2013001759A1 - 投写用変倍光学系および投写型表示装置 - Google Patents

投写用変倍光学系および投写型表示装置 Download PDF

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WO2013001759A1
WO2013001759A1 PCT/JP2012/004042 JP2012004042W WO2013001759A1 WO 2013001759 A1 WO2013001759 A1 WO 2013001759A1 JP 2012004042 W JP2012004042 W JP 2012004042W WO 2013001759 A1 WO2013001759 A1 WO 2013001759A1
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lens
optical system
projection
lens group
variable magnification
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PCT/JP2012/004042
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English (en)
French (fr)
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永利　由紀子
永原　暁子
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富士フイルム株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/145—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having five groups only
    • G02B15/1455—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having five groups only the first group being negative
    • G02B15/145529—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having five groups only the first group being negative arranged --+++
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/177—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a negative front lens or group of lenses

Definitions

  • the value obtained by dividing the projection distance by the screen width is called the slow ratio.
  • the screen size and the distance from the screen to the projection room, that is, the projection distance varies from movie theater to movie theater. Therefore, in order to project an image having a size suitable for each movie theater, a lens corresponding to a slow ratio suitable for each movie is required. However, it is not a good idea to prepare them individually from the viewpoint of cost. In view of this, it is conceivable to use a variable magnification optical system to provide a wide range of possible slow ratios.
  • Patent Document 3 is composed of a negative first lens group, a negative second lens group, a positive third lens group, a positive fourth lens group, and a positive fifth lens group in order from the magnification side.
  • the negative first lens group, the negative second lens group, the positive third lens group, the positive fourth lens group, the negative fifth lens group, and the positive sixth lens group is described.
  • a projection variable magnification optical system includes a first lens unit having a negative refractive power that is disposed closest to the enlargement side and is fixed at the time of zooming, and is most reduced.
  • a final lens group having a positive refractive power that is disposed on the side and fixed during zooming, and a plurality of lenses that are disposed between the first lens group and the final lens group and that move during zooming A plurality of lens groups that are substantially composed of at least three lens groups that move during zooming, and are most enlarged among the plurality of lens groups that move during zooming.
  • a projection display device is a projection variable power optical system that projects a light source, a light valve on which light from the light source is incident, and an optical image by light modulated by the light valve onto a screen.
  • the projection variable magnification optical system of the present invention described above is provided.
  • the projection variable magnification optical system of the present invention may be a zoom lens or a varifocal lens.
  • substantially configured includes, in addition to the lens groups listed as constituent elements, This means that lenses or lens groups having substantially no power, optical elements other than lenses such as a diaphragm and a cover glass may be included.
  • the reduction side is telecentric
  • the bisector of the upper maximum ray and the lower maximum ray is parallel to the optical axis in the cross section of the light beam condensed at an arbitrary point on the reduction side image plane.
  • the case where it is completely telecentric that is, the case where the bisector is completely parallel to the optical axis, and includes cases where there are some errors. means.
  • the case where there is a slight error is a case where the inclination of the bisector with respect to the optical axis is within a range of ⁇ 3 °.
  • the “Im ⁇ ” can be obtained, for example, according to the specifications of the projection variable optical system and the specifications of the apparatus in which the projection variable optical system is mounted.
  • the “single lens” means a single lens that is not cemented.
  • the present invention has a long back focus and a high zoom ratio, is easy to widen the angle, and the outer diameter of the lens on the enlargement side does not become too large even in the widened state, so that a good projected image can be obtained. It is possible to provide a projection variable magnification optical system and a projection display device that are highly versatile and suitable for, for example, movie theater use.
  • FIGS. 25A to 25L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system for projection according to Example 1 of the present invention.
  • FIGS. 26A to 26L are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system for projection according to Example 2 of the present invention.
  • FIGS. 27A to 27L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system for projection according to Example 3 of the present invention.
  • FIGS. 28A to 28L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system for projection according to Example 4 of the present invention.
  • FIGS. 29A to 29L are diagrams showing aberrations of the projection variable magnification optical system according to Example 5 of the present invention.
  • 30 (A) to 30 (L) are graphs showing various aberrations of the projection variable-power optical system according to Example 6 of the present invention.
  • 36 (A) to 36 (L) are graphs showing various aberrations of the projection variable-power optical system according to Example 12 of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a projection display device according to an embodiment of the present invention. Schematic configuration diagram of a projection display device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lens configuration at the wide-angle end of a projection variable-power optical system according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram when the projection variable-power optical system shown in FIG. 4 shows the movement positions of the lens units at the wide-angle end, the intermediate focal position, and the telephoto end.
  • FIG. 2 the moving direction of the moving lens group when changing from the wide-angle end to the intermediate focus position and from the intermediate focus position to the telephoto end is schematically shown by arrows between the positions.
  • FIG. 1 and FIG. 2 also show the ray trajectories on the on-axis and off-axis.
  • embodiments of the present invention will be described with the configuration examples shown in FIGS. 1 and 2 as representative examples.
  • the projection variable magnification optical system can be mounted on a projection display device for projecting a digital image used in a movie theater or the like. For example, projection for projecting image information displayed on a light valve onto a screen. It can be used as a lens.
  • a projection display device for projecting a digital image used in a movie theater or the like.
  • glass blocks 2a and 2b such as color synthesis prisms (including filters) and the like.
  • the image display surface 1 of the light valve located on the reduction side surface of the glass block 2b is also shown.
  • a light beam given image information on the image display surface 1 is incident on the projection variable optical system via the glass blocks 2a and 2b, and the paper surface is projected by the projection variable optical system.
  • the image is enlarged and projected on a screen (not shown) arranged in the left direction.
  • the first lens group G1, the second lens group G2, the third lens group G3, the fourth lens group G4, and the fifth lens group G5 are sequentially arranged from the enlargement side.
  • Five lens groups are arranged.
  • the three lens groups of the second lens group G2, the third lens group G3, and the fourth lens group G4 correspond to the moving lens group during zooming
  • the fifth lens group G5 corresponds to the final lens group.
  • the lens constituting each lens group is such that the first lens group G1 includes five lenses (first lens L1 to fifth lens L5), and the second lens.
  • the group G2 includes two lenses (sixth lens L6 and seventh lens L7), and the third lens group G3 includes two lenses (eighth lens L8 and ninth lens L9), and the fourth lens group G4. Consists of two lenses (tenth lens L10 and eleventh lens L11), and the fifth lens group G5 consists of a diaphragm 3 and six lenses (twelfth lens L12 to seventeenth lens L17).
  • the number of lenses constituting each lens group of the projection variable magnification optical system of the present invention is not necessarily limited to the examples shown in FIGS.
  • Conditional expression (1) defines the value of the ratio of the back focus of the entire system to the focal length of the entire system at the wide-angle end, and is used as a color composition means such as a beam splitter, a cross dichroic prism, or a TIR prism.
  • a color composition means such as a beam splitter, a cross dichroic prism, or a TIR prism.
  • An appropriate space for inserting a glass block or the like can be secured. That is, if the lower limit of conditional expression (1) is not reached, it is difficult to ensure a long back focus, and it becomes difficult to insert a glass block or the like as a color synthesizing means on the reduction side of the lens system.
  • conditional expression (2) defines the power of the lens unit having a positive refractive power which is disposed on the most reduction side in the entire system and is fixed at the time of zooming. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded and the power of this lens group becomes too weak, the spherical aberration at the telephoto end increases. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is not reached and the power of this lens group becomes too strong, correction of spherical aberration becomes difficult and the outer diameter of the lens on the enlargement side becomes large. By satisfying conditional expression (2), it is possible to obtain a good projected image and to suppress the enlargement of the system even in a wide angle state.
  • the projection variable magnification optical system according to the present embodiment further has a configuration described below as appropriate.
  • it may have one of the structures described below, or may have any combination.
  • variable power optical system for projection preferably satisfies any one of the following conditional expressions (3) to (6) or any combination.
  • 1.8 ⁇ Bf / Im ⁇ (3) 2.0 ⁇ f3 / fw (4) -10.0 ⁇ f1 / fw ⁇ -2.0 (5)
  • f3 focal length f2 of the second lens unit from the enlargement side among a plurality of lens units that move during zooming
  • f1 focal length Zr of the first lens unit: relative to the wide angle end Zoom ratio at the telephoto end
  • Conditional expression (3) relates to the ratio between the back focus and the size of the image circle. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, a glass block or the like as a color synthesizing means such as a beam splitter, a cross dichroic prism, or a TIR prism is provided on the reduction side of the lens system while obtaining a desired image circle size. It is difficult to secure an appropriate space for insertion.
  • a glass block or the like as a color synthesizing means such as a beam splitter, a cross dichroic prism, or a TIR prism is provided on the reduction side of the lens system while obtaining a desired image circle size. It is difficult to secure an appropriate space for insertion.
  • Conditional expression (4) prescribes the power of the second lens unit from the magnification side among the moving lens units at the time of zooming. If the lower limit of conditional expression (4) is not reached and the power of this lens group becomes too strong, it becomes difficult to correct spherical aberration and chromatic aberration.
  • Conditional expression (5) defines the power of the first lens group G1. If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the outer diameter of the lens on the enlargement side becomes large, making it difficult to widen the angle, and it becomes difficult to ensure a long back focus. It becomes difficult to insert a glass block or the like. Exceeding the upper limit of conditional expression (5) makes it difficult to correct curvature of field and distortion.
  • Conditional expression (6) defines the zoom ratio. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, a high zoom ratio cannot be obtained, the range that can be used as a projection zoom optical system is narrowed, and the cost merit is reduced. It cannot be said that it is suitable as a projection variable magnification optical system for such applications.
  • the number of moving lens groups at the time of zooming in the projection variable power optical system of the present invention can be appropriately selected as long as it is three or more. It is easy to suppress both aberration fluctuations at the time.
  • the zooming moving lens group is composed of three lens groups, in order from the magnification side, a lens group having a negative refractive power, a lens group having a positive refractive power, and a lens group having a positive refractive power It is preferable to constitute so that. This makes it easy to correct field curvature over the entire zoom range.
  • the entire system is composed of five groups and the power array is negative, negative, positive, positive, and positive in order from the magnification side, the wide-angle lens system to the medium telephoto lens system have a long back focus and a large zoom ratio. It is easy to realize a wide range.
  • variable aperture having a variable aperture diameter can be used as the aperture 3.
  • the diaphragm 3 of the variable diaphragm is disposed in the fixed group closest to the reduction side, it becomes easy to install the variable mechanism of the diaphragm 3.
  • the diaphragm 3 of the variable diaphragm is disposed on the most enlarged side of the fixed group on the most reduced side, it is easier to install the variable mechanism of the diaphragm 3.
  • variable power optical system for projection it is preferable that all the lenses on the reduction side of the first lens group are constituted by single lenses instead of cemented lenses.
  • On the reduction side of the first lens group there are many portions where the on-axis light beam and off-axis light beam overlap, so that when the projection variable magnification optical system is mounted on the projection display device and used in combination with a high-output light source,
  • the bonding agent for bonding the lens may be significantly deteriorated and deteriorated, resulting in a decrease in lens performance.
  • all the lenses in the entire system are constituted by a single lens instead of a cemented lens.
  • variable power optical system for projection as in the example shown in FIG. 1, it is possible to employ a configuration without using an aspheric surface in which each lens surface is a spherical surface. This is advantageous in terms of cost.
  • the projection variable magnification optical system of the present embodiment can be configured to use an aspherical surface, and in this case, aberration correction can be performed more satisfactorily.
  • the projection variable magnification optical system of the present embodiment may be configured to be a zoom lens by changing only the distance between the lens groups.
  • the zoom lens may be converted to the varifocal lens or the varifocal lens to the zoom lens by changing only the distance between the lens groups. According to such a configuration, it can be used for different focus type devices with a minimum change in the mechanism structure, and the cost merit can be increased.
  • focusing can be performed by moving one lens L5 closest to the reduction side of the first lens group G1 in the optical axis direction.
  • variable power optical system for projection focusing can be performed by moving the entire first lens group G1 or a part other than the reduction side, or other than the first lens group G1. It is also possible to move by moving all or part of the lens group.
  • the zooming optical system for projection targeted by the present invention is preferably an optical system having an F number smaller than 3.0 in the entire zooming range.
  • the distortion disortion aberration
  • FIG. 37 is a schematic configuration diagram showing a part of a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 38 is a schematic configuration diagram showing a part of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention. It is.
  • the projection display device shown in FIG. 37 includes reflective display elements 11a to 11c as light valves corresponding to each color light, dichroic mirrors 12 and 13 for color separation, and a cross dichroic prism 14 for color composition.
  • the illumination optical system 10 includes a total reflection mirror 18 for deflecting the optical path and polarization separation prisms 15a to 15c. Note that a light source (not shown) is disposed in front of the dichroic mirror 12.
  • a projection display device includes reflective display elements 21a to 21c as light valves corresponding to each color light, and TIR (Total Internal Reflection) for color separation and color synthesis.
  • An illumination optical system 20 having prisms 24a to 24c and a polarization separation prism 25 is provided. Note that a light source (not shown) is disposed in front of the polarization separation prism 25.
  • Examples 1 to 12 described below are configured as varifocal lenses, but Examples 1 and 8 can be used as zoom lenses by changing only the distance between lens groups, as will be described later as modified examples. It is configured as follows. When Examples 1 to 12 are used as varifocal lenses, focusing when zooming or when the projection distance is changed is performed by an entire payout system in which the entire system is integrally moved in the optical axis direction. .
  • FIG. 1 and FIG. 2 show the lens configuration and ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 1, respectively, the arrangement of lens groups and ray trajectory at each position during zooming.
  • the configurations shown in FIGS. 1 and 2 are those when the reduction magnification is ⁇ 0.002 times. Since the detailed description of FIGS. 1 and 2 is as described above, a part of the overlapping description is omitted here.
  • the variable power optical system for projection of Example 1 includes, in order from the magnification side, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a negative refractive power, and a first lens group having a positive refractive power.
  • This is a five-group configuration in which a three-lens group G3, a fourth lens group G4 having a positive refractive power, and a fifth lens group G5 having a positive refractive power are arranged, and the reduction side is telecentric.
  • glass blocks 2a and 2b such as an image display surface 1 of a light valve composed of a reflective liquid crystal display panel and a color synthesis prism (including filters such as an infrared cut filter and a low-pass filter) are disposed.
  • a color synthesis prism including filters such as an infrared cut filter and a low-pass filter
  • the first lens group G1 and the fifth lens group G5 are fixed, the second lens group G2, the third lens group G3, and the fourth lens group G4 are movable. It is represented.
  • a stop is disposed in the fifth lens group G5, and the numerical aperture is set to be constant over the entire zoom range.
  • the first lens group G1 in order from the magnifying side, a first lens L1 made of a positive meniscus lens having a convex surface on the magnifying side, a second lens L2 made of a negative meniscus lens having a concave surface on the reducing side,
  • the lens includes a third lens L3 made of a plano-concave lens having a concave surface facing the reduction side, a fourth lens L4 made of a biconcave lens, and a fifth lens L5 made of a positive meniscus lens having a convex surface facing the reduction side.
  • the second lens group G2 includes, in order from the enlargement side, a sixth lens L6 made of a biconcave lens and a seventh lens L7 made of a biconvex lens.
  • the third lens group G3 includes, in order from the enlargement side, an eighth lens L8 made of a negative meniscus lens having a convex surface directed toward the reduction side, and a ninth lens L9 made of a biconvex lens.
  • the fourth lens group G4 includes, in order from the magnification side, a tenth lens L10 made of a negative meniscus lens having a convex surface directed toward the magnification side, and an eleventh lens L11 made of a biconvex lens.
  • the fifth lens group G5 has an aperture (including an aperture and a variable aperture) 3 in order from the magnification side, a twelfth lens L12 made of a positive meniscus lens having a convex surface on the magnification side, and a convex surface on the magnification side.
  • a thirteenth lens L13 composed of a negative meniscus lens
  • a fourteenth lens L14 composed of a biconcave lens
  • a fifteenth lens L15 composed of a biconvex lens
  • a sixteenth lens L16 composed of a biconvex lens
  • a seventeenth lens L17 composed of a biconvex lens. It consists of and.
  • the projection variable magnification optical system of Example 1 is composed of a single lens in which all the lenses are not cemented. Moreover, since all the lens surfaces are spherical and no aspherical surface is used, this is advantageous in terms of cost.
  • Table 1 shows the basic lens data of the projection variable magnification optical system of Example 1 in the upper table. Table 1 also shows the diaphragm 3 and the glass blocks 2a and 2b.
  • i-th (i 1) when the surface number is given to the component so that the surface on the enlargement side of the component on the most enlargement side is first and increases sequentially toward the reduction side. 2, 3, ).
  • the Ri column indicates the radius of curvature of the i-th surface
  • the Di column indicates the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface.
  • the d-line (wavelength 587.6 nm) of the j-th (j 1, 2, 3,.
  • the ⁇ dj column indicates the Abbe number of the j-th component with respect to the d-line.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the enlargement side and negative when the surface shape is convex on the reduction side.
  • the interval of the lens group G5 is a variable interval that changes at the time of zooming, and (variable 1), (variable 2), (variable 3), and (variable 4) are entered in the columns corresponding to these intervals, respectively. Yes.
  • the lower table of Table 1 shows the focal length of the entire system at the wide-angle end, the intermediate focal position, and the telephoto end, and the values of the variable intervals (variable 1), (variable 2), (variable 3), and (variable 4). . Further, at the top of Table 1, the F number Fno. Of the projection variable magnification optical system of Example 1 is shown. And a full angle of view 2 ⁇ .
  • Table 1 are values when the focal length of the entire projection variable magnification optical system at the wide-angle end is normalized to 10.0.
  • Table 1 numerical values rounded by a predetermined digit are shown.
  • FIGS. 25A to 25D respectively show spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) of the variable power optical system for projection of Example 1 at the wide-angle end.
  • An aberration diagram is shown.
  • FIGS. 25 (E) to 25 (H) show the spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and chromatic aberration of magnification (chromatic aberration of magnification) of the variable power optical system for projection of Example 1 at the intermediate focal position, respectively.
  • Each aberration diagram is shown.
  • 25 (I) to 25 (L) respectively show spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) of the projection variable magnification optical system of Example 1 at the telephoto end. An aberration diagram is shown.
  • the aberration diagrams in FIGS. 25A to 25L are based on the d-line, but in the spherical aberration diagram, the F-line (wavelength wavelength 486.1 nm) and the C-line (wavelength 656.3 nm). ) Also shows aberrations, and the lateral chromatic aberration diagram shows aberrations related to the F-line and C-line.
  • aberrations in the sagittal direction and the tangential direction are indicated by a solid line and a broken line, respectively.
  • F described above the vertical axis of the spherical aberration diagram indicates the F number
  • ⁇ described above the vertical axis of the other aberration diagrams indicates the half angle of view. Note that the aberration diagrams in FIGS. 25A to 25L are obtained when the reduction magnification is ⁇ 0.002 times.
  • the symbols, meanings, and description methods of the lens configuration diagram, lens group arrangement diagram, table, and aberration diagram of Example 1 described above are basically the same for the following Examples 2 to 12 unless otherwise specified. is there.
  • the lens configuration diagram, lens group arrangement diagram, and aberration diagram of Example 1 described above are those when the reduction magnification is ⁇ 0.002 times, and the basic lens data is standardized with a focal length of 10.0. This also applies to the following Examples 2 to 12.
  • FIGS. 3 and 4 show the lens configuration and ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 2, respectively, and the arrangement of the lens groups and ray trajectories at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 2 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 1, but the fifth lens L5 of the first lens group G1 is formed of a biconvex lens. The difference is that the seventh lens L7 of the second lens group G2 is a positive meniscus lens having a convex surface facing the reduction side.
  • FIGS. 26A to 26L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 2.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show the lens configuration and ray trajectory at the wide angle end of the projection variable magnification optical system of Example 3, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 3 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 1, but the fifth lens L5 of the first lens group G1 is a biconvex lens. The difference is that the seventh lens L7 of the second lens group G2 is a positive meniscus lens having a convex surface facing the reduction side.
  • FIGS. 27A to 27L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 3.
  • the first lens group G1 in order from the magnifying side, a first lens L1 made of a positive meniscus lens having a convex surface on the magnifying side, a second lens L2 made of a negative meniscus lens having a concave surface on the reducing side, A third lens L3 made of a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, a fourth lens L4 made of a biconcave lens, a fifth lens L5 made of a negative meniscus lens having a convex surface facing the enlargement side, and a biconvex lens And a sixth lens L6.
  • the fifth lens L5 and the sixth lens L6 are cemented.
  • the projection variable magnification optical system of Example 4 is composed of a single lens in which all the lenses on the reduction side of the first lens group G1 are not cemented. Moreover, since all the lens surfaces are spherical and no aspherical surface is used, this is advantageous in terms of cost.
  • FIGS. 29A to 29L show aberration diagrams of the variable power optical system for projection according to Example 5.
  • FIGS. 11 and 12 show the lens configuration and the ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 6, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 6 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 4, but the fourth lens L4 of the first lens group G1 is flat on the enlargement side.
  • the fifth lens L5 of the first lens group G1 is a biconcave lens
  • the eighth lens L8 of the third lens group G3 is a biconvex lens
  • the fourth lens group G4 is the fourth lens group G4.
  • the tenth lens L10 is formed of a biconcave lens
  • the twelfth lens L12 of the fifth lens group G5 is formed of a planoconcave lens with the plane facing the enlargement side
  • the aperture stop 3 is provided on the reduction side surface of the thirteenth lens L13.
  • FIGS. 30A to 30L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 6.
  • FIG. 13 and FIG. 14 show the lens configuration and ray trajectory at the wide angle end of the projection variable magnification optical system of Example 7, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 7 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 4, but the eleventh lens L11 of the fourth lens group G4 is convex on the enlargement side. It is different in that it is composed of a positive meniscus lens facing.
  • FIGS. 15 and 16 show the lens configuration and ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 8, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 8 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 4, but the fourth lens L4 of the first lens group G1 is flat on the enlargement side.
  • FIGS. 32A to 32L show aberration diagrams of the variable power optical system for projection according to Example 8, respectively.
  • FIGS. 17 and 18 show the lens configuration and the ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 9, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the sign of the refractive power of each lens group of the first lens group G1 to the fifth lens group G5, the fixed group at the time of zooming, and the moving group are shown in Example 1.
  • the configuration is the same as that of the projection variable magnification optical system, the lens configuration of each lens unit is different from that of the first embodiment as described below.
  • the first lens group G1 includes, in order from the magnification side, a first lens L1 composed of a biconvex lens, a second lens L2 composed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the reduction side, and a negative lens facing the concave surface toward the reduction side.
  • the lens includes a third lens L3 made of a meniscus lens, a fourth lens L4 made of a biconcave lens, a fifth lens L5 made of a biconcave lens, and a sixth lens L6 made of a biconvex lens.
  • the fifth lens L5 and the sixth lens L6 are cemented.
  • the fifth lens group G5 includes, in order from the magnifying side, a diaphragm (including an aperture and a variable diaphragm) 3, a twelfth lens L12 made of a biconcave lens, and a thirteenth lens made of a positive meniscus lens having a convex surface facing the magnifying side.
  • variable power optical system for projection in Example 9 is composed of a single lens in which all the lenses on the reduction side of the first lens group G1 are not cemented. Moreover, since all the lens surfaces are spherical and no aspherical surface is used, this is advantageous in terms of cost.
  • variable power optical system for projection of Example 9 The total field angle 2 ⁇ is shown at the top of Table 9, the basic lens data is shown in the upper table of Table 9, and the focal length of the entire system at the wide angle end, the intermediate focal position, the telephoto end, and the value of each variable interval are shown. The results are shown in the lower table of Table 9, respectively.
  • 33A to 33L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 9. FIG.
  • FIGS. 19 and 20 show the lens configuration and the ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 10, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 10 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 9, but the tenth lens L10 of the fourth lens group G4 is composed of a biconcave lens. The difference is that the 18th lens L18 of the fifth lens group G5 is formed of a plano-concave lens having a plane directed to the enlargement / reduction side, and the stop 3 is provided on the reduction side surface of the 13th lens L13. .
  • FIGS. 34A to 34L show respective aberration diagrams of the variable power optical system for projection of Example 10.
  • FIG. 21 and FIG. 22 show the lens configuration and ray trajectory at the wide angle end of the projection variable magnification optical system of Example 11, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 11 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 9, but the fifth lens L5 of the first lens group G1 is convex on the enlargement side.
  • the 13th lens L13 of the fifth lens group G5 is a biconvex lens
  • the 14th lens L14 is a negative meniscus lens having a convex surface on the enlargement side
  • the 15th lens L15 is a biconvex lens.
  • the sixteenth lens L16 is formed of a biconcave lens
  • the diaphragm 3 is provided between the twelfth lens L12 and the thirteenth lens L13.
  • FIGS. 35A to 35L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 11.
  • FIG. 23 and FIG. 24 show the lens configuration and ray trajectory at the wide-angle end of the projection variable magnification optical system of Example 12, respectively, the arrangement of the lens groups and the ray trajectory at each position during zooming.
  • the projection variable optical system according to Example 12 has substantially the same configuration as the projection variable optical system according to Example 11, but the fifth lens L5 and sixth lens L6 of the first lens group G1.
  • the twelfth lens L12 of the fifth lens group G5 is a positive meniscus lens having a convex surface facing the enlargement side
  • the thirteenth lens L13 is a negative meniscus lens having a convex surface facing the magnification side.
  • FIGS. 36A to 36L show aberration diagrams of the projection variable magnification optical system of Example 12.
  • Table 13 shows values associated with the values corresponding to the conditional expressions (1) to (6) in Examples 1 to 12 above. As shown in Table 13, the projection variable magnification optical systems of Examples 1 to 12 satisfy all the conditional expressions (1) to (6).
  • the reduction side is telecentric, has a long back focus, and the outer diameter of the lens on the enlargement side does not become too large even in a wide angle state.
  • the F-number is as small as about 2.5 over the entire zoom range from the wide-angle end to the telephoto end, and the zoom ratio is as large as 1.52-1.75, the aberration at the time of zooming Variation is suppressed, each aberration is corrected well, and the optical performance is high.
  • the first embodiment is configured to be a zoom lens by changing only the distance between the lens groups.
  • Table 14 shows the focal length of the entire system at the wide-angle end, the intermediate focal position, and the telephoto end when the projection distance is infinite when using Example 1 as a zoom lens by changing only the distance between the lens groups in Table 14. The distance of each variable interval is shown.
  • inner focusing is performed by moving the fifth lens L5 closest to the reduction side of the first lens group G1 in the optical axis direction when the projection distance varies.
  • the focus method is adopted.
  • the surface interval that changes during the focusing that is, the interval between the fourth lens L4 and the fifth lens L5 is shown as D8.
  • the projection display device of the present invention is not limited to the above-described configuration, for example, the light valve used and the optical member used for light beam separation or light beam synthesis are not limited to the above-described configuration, Various modifications can be made.

Abstract

【課題】投写用変倍光学系において、縮小側がテレセントリックとされ、長いバックフォーカスと高変倍比を有し、広角化が容易で、広角化された状態においても大型化を抑制可能であり、良好な投写像を得る。 【解決手段】最も拡大側に配置されて変倍時に固定の負の第１レンズ群（Ｇ１）、最も縮小側に配置されて変倍時に固定の正の最終レンズ群、第１レンズ群（Ｇ１）と最終レンズ群との間に配置されて変倍時に移動する複数のレンズ群からなる。変倍時に移動する複数のレンズ群は、３つ以上のレンズ群からなり、そのうち最も拡大側のレンズ群は負レンズ群である。縮小側がテレセントリックとされる。広角端の全系の縮小側のバックフォーカス（空気換算距離）Ｂｆ、広角端の全系の焦点距離ｆｗ、最終レンズ群の焦点距離ｆｅに関し、条件式（１）：１．５＜Ｂｆ／ｆｗ、（２）：１．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０を満足する。

Description

投写用変倍光学系および投写型表示装置
　本発明は、投写用変倍光学系および投写型表示装置に関し、特に、映画館等において大画面スクリーン上に投写するのに好適な投写用変倍光学系およびこれを用い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）等のライトバルブを用いた投写プロジェクタ装置（投写型表示装置）が広く普及している。また、近年、映画館等においては、このような投写型表示装置であって、大画面に適用し得る、より高精細な画像を映出し得るようにしたものも利用されつつある。このような利用に供される投写型表示装置では、各原色用に３つのライトバルブを配設して、光源からの光束を色分離光学系により３原色に分離し、各ライトバルブを経由した後、色合成光学系により合成して投写する３板方式が採用されていることから、長いバックフォーカスと良好なテレセントリック性を有することが求められている。
　一般的に投写距離をスクリーン横幅で割った値をスローレシオという。スクリーンサイズとスクリーンから映写室までの距離、すなわち投写距離は映画館毎にまちまちである。したがって映画館毎に適した大きさの映像を投写するには、それぞれに適したスローレシオに対応するレンズが必要になるが、それらを個々に用意することはコスト面から考えると得策ではない。そこで、変倍光学系を用い、対応できるスローレシオに幅を持たせることが考えられる。
　投写用の変倍光学系としては、例えば下記特許文献１～３に記載のものが知られている。下記特許文献１の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、負の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群および正の第５レンズ群で構成され、変倍時に第２レンズ群、第３レンズ群および第４レンズ群を光軸に沿って移動せしめて変倍を行う構成となっている。
　下記特許文献２には、少なくとも１つの回折光学素子を有し、拡大側から順に、負の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、負の第４レンズ群および正の第５レンズ群で構成された投写用ズームレンズ、および拡大側から順に、負の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、負の第４レンズ群、正の第５レンズ群および正の第６レンズ群で構成された投写用ズームレンズが記載されている。
　下記特許文献３には、拡大側から順に、負の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群および正の第５レンズ群で構成された投写用ズームレンズ、および拡大側から順に、負の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、負の第５レンズ群および正の第６レンズ群で構成された投写用ズームレンズが記載されている。
特開２００６－３９０３４号公報 特開２００２－１８２１１０号公報 特開２００７－１５６２６８号公報
　近年、投写用変倍光学系に対しては、上述したバックフォーカスやテレセントリック性に関する要望を満たしながら、汎用性の高い光学系となるように、高変倍比であること、広角化が容易であること、さらに、広角化された状態においても全系の大型化が抑制可能なことが望まれている。しかしながら、上記特許文献１の投写用ズームレンズは、バックフォーカスが短い上に変倍比も低いという不具合がある。上記特許文献２の投写用ズームレンズは、変倍比が低いという不具合がある。上記特許文献３の投写用ズームレンズは、バックフォーカスが短いという不具合がある。
　本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、縮小側がテレセントリックとされ、長いバックフォーカスおよび高変倍比を有し、広角化が容易で、広角化された状態においても拡大側のレンズの外径が大きくなり過ぎず、良好な投写像を得ることが可能な投写用変倍光学系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。
　上記目的を達成するために、本発明に係る投写用変倍光学系は、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている負の屈折力を有する第１レンズ群と、最も縮小側に配置されて変倍の際に固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、第１レンズ群と最終レンズ群との間に配置されて変倍の際に移動する複数のレンズ群とから実質的に構成されており、変倍の際に移動する複数のレンズ群が、実質的に少なくとも３つのレンズ群からなり、変倍の際に移動する複数のレンズ群のうち最も拡大側のレンズ群が、負の屈折力を有し、縮小側がテレセントリックとなるように構成され、下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
　　　１．５＜Ｂｆ／ｆｗ　…　（１）
　　　１．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０　…　（２）
ただし、
Ｂｆ：広角端における全系の縮小側のバックフォーカス（空気換算距離）
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｅ：最終レンズ群の焦点距離
　上記本発明に係る投写用変倍光学系においては、下記条件式（３）～（６）のいずれか１つ、あるいは任意の組合せを満足することが好ましい。
　　　１．８＜Ｂｆ／Ｉｍφ　…　（３）
　　　２．０＜ｆ３／ｆｗ　…　（４）
　　　－１０．０＜ｆ１／ｆｗ＜－２．０　…　（５）
　　　１．４＜Ｚｒ　…　（６）
ただし、
Ｉｍφ：縮小側における最大有効像円直径
ｆ３：変倍の際に移動する複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
Ｚｒ：広角端に対する望遠端の変倍比
　また、上記本発明に係る投写用変倍光学系においては、変倍の際に移動する複数のレンズ群は、実質的に３つのレンズ群からなるように構成することが好ましい。その際に、変倍の際に移動する複数のレンズ群は、拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群とからなることが好ましい。
　また、上記本発明に係る投写用変倍光学系においては、最終レンズ群中に絞りが配設され、変倍の全範囲にわたって開口数が一定となるように設定されていることが好ましい。
　また、上記本発明に係る投写用変倍光学系においては、第１レンズ群より縮小側の全てのレンズが単レンズにより構成されていることが好ましい。
　また、上記本発明に係る投写用変倍光学系においては、レンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとなるように構成されていることが好ましい。
　また、上記本発明に係る投写用変倍光学系がズームレンズであるとき、フォーカシングは、第１レンズ群の最も縮小側に配置されたレンズを含む第１レンズ群の一部のみを光軸方向に移動させるインナーフォーカス方式により行うように構成されていることが好ましい。
　本発明に係る投写型表示装置は、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変倍光学系として上述した本発明の投写用変倍光学系とを備えたことを特徴とするものである。
　なお、本発明の投写用変倍光学系としては、ズームレンズでもよく、バリフォーカルレンズでもよい。
　なお、上記「拡大側」とは、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」とは、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「実質的に構成されており」、「実質的に少なくとも３つのレンズ群からなり」、「実質的に３つのレンズ群からなる」とは、構成要素として挙げたレンズ群以外に、実質的にパワーを有さないレンズやレンズ群、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素等を含んでもよいことを意味するものである。
　なお、上記「縮小側がテレセントリック」とは、縮小側の像面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と平行に近い状態を指すものであり、完全にテレセントリックな場合、すなわち前記２等分角線が光軸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、光軸に対する前記２等分角線の傾きが±３°の範囲内の場合である。
　なお、上記「レンズ群」とは、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「Iｍφ」は、例えば、投写用変倍光学系の仕様や、投写用変倍光学系が搭載される装置における仕様によって求めることができる。
　なお、上記「単レンズ」とは、接合されていない１枚のレンズからなるものを意味する。
　本発明に係る投写用変倍光学系は、拡大側から順に、変倍の際に固定とされる負の屈折力を有する第１レンズ群、変倍の際に移動する複数のレンズ群、変倍の際に固定とされる正の屈折力を有する最終レンズ群が配列されてなり、変倍の際に移動する複数のレンズ群は３つ以上のレンズ群からなり、このうち最も拡大側のレンズ群を負レンズ群とし、縮小側がテレセントリックであり、所定の条件式を満足するように構成している。
　したがって、本発明によれば、長いバックフォーカスおよび高変倍比を有し、広角化が容易で、広角化された状態においても拡大側のレンズの外径が大きくなり過ぎず、良好な投写像を取得可能で、汎用性の高い、例えば映画館用途として好適な投写用変倍光学系および投写型表示装置を提供することができる。
本発明の実施例１に係る投写用変倍光学系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に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例２に係る投写用変倍光学系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に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例３に係る投写用変倍光学系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に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例４に係る投写用変倍光学系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４に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例５に係る投写用変倍光学系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５に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例６に係る投写用変倍光学系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６に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例７に係る投写用変倍光学系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７に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例８に係る投写用変倍光学系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８に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例９に係る投写用変倍光学系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９に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例１０に係る投写用変倍光学系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１０に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例１１に係る投写用変倍光学系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１１に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 本発明の実施例１２に係る投写用変倍光学系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１２に係る投写用変倍光学系の、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す図 図２５（Ａ）～図２５（Ｌ）は本発明の実施例１に係る投写用変倍光学系の各収差図 図２６（Ａ）～図２６（Ｌ）は本発明の実施例２に係る投写用変倍光学系の各収差図 図２７（Ａ）～図２７（Ｌ）は本発明の実施例３に係る投写用変倍光学系の各収差図 図２８（Ａ）～図２８（Ｌ）は本発明の実施例４に係る投写用変倍光学系の各収差図 図２９（Ａ）～図２９（Ｌ）は本発明の実施例５に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３０（Ａ）～図３０（Ｌ）は本発明の実施例６に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３１（Ａ）～図３１（Ｌ）は本発明の実施例７に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３２（Ａ）～図３２（Ｌ）は本発明の実施例８に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３３（Ａ）～図３３（Ｌ）は本発明の実施例９に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３４（Ａ）～図３４（Ｌ）は本発明の実施例１０に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３５（Ａ）～図３５（Ｌ）は本発明の実施例１１に係る投写用変倍光学系の各収差図 図３６（Ａ）～図３６（Ｌ）は本発明の実施例１２に係る投写用変倍光学系の各収差図 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 本発明の別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。まず、図１、図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係る投写用変倍光学系について説明する。図１は本発明の実施例１に係る投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成を示す断面図であり、図２は図１に示す投写用変倍光学系を変倍操作させたときの広角端、中間焦点位置および望遠端における、各レンズ群の移動位置を示すものである。図２では、広角端から中間焦点位置、中間焦点位置から望遠端へ変化する際の移動するレンズ群の移動方向を各位置の間の矢印で概略的に示している。図１、図２ともに、軸上および最軸外に関する光線軌跡を合わせて示している。以下、図１、図２に示す構成例を代表例として本発明の実施形態を説明する。
　この投写用変倍光学系は、映画館等で用いられるデジタル映像を映出するための投写型表示装置に搭載可能なものであり、例えば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レンズとして使用可能である。図１および図２では、図の左側を拡大側、右側を縮小側とし、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、色合成プリズム（フィルタ類を含む）等のガラスブロック２ａ、２ｂと、ガラスブロック２ｂ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２ａ、２ｂを介して、この投写用変倍光学系に入射され、この投写用変倍光学系により紙面左側方向に配置されるスクリーン（不図示）上に拡大投写されるようになる。
　なお、図１および図２では、ガラスブロック２ｂ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および図２には、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可能とするように構成してもよい。
　本実施形態に係る投写用変倍光学系は、最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、最も縮小側に配置されて変倍の際に固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、第１レンズ群Ｇ１と最終レンズ群との間に配置されて変倍の際に移動する複数のレンズ群（以下、変倍時移動レンズ群という）のみを実質的なレンズ群として有し、縮小側がテレセントリックとなるように構成されている。そして、変倍時移動レンズ群が、実質的に少なくとも３つのレンズ群からなり、変倍時移動レンズ群のうち最も拡大側のレンズ群が、負の屈折力を有するように構成されている。
　このように、最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１を負レンズ群とすることで、広い画角を得ることに有利となる。そして、第１レンズ群Ｇ１を負レンズ群とし、さらに変倍時移動レンズ群のうち最も拡大側のレンズ群も負レンズ群とすることで、広い画角を得ながらも拡大側のレンズ径を適切な大きさに収め、かつ高変倍比を得ることが容易になる。
　例えば図１、図２に示す例では、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の５つのレンズ群が配列されて構成されている。このうち、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４の３つのレンズ群が、変倍時移動レンズ群に対応し、第５レンズ群Ｇ５が最終レンズ群に対応する。
　より詳しくは、図１、図２に示す例では、各レンズ群を構成するレンズは、第１レンズ群Ｇ１は５枚のレンズ（第１レンズＬ１～第５レンズＬ５）からなり、第２レンズ群Ｇ２は２枚のレンズ（第６レンズＬ６、第７レンズＬ７）からなり、第３レンズ群Ｇ３は２枚のレンズ（第８レンズＬ８、第９レンズＬ９）からなり、第４レンズ群Ｇ４は２枚のレンズ（第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１）からなり、第５レンズ群Ｇ５は絞り３と６枚のレンズ（第１２レンズＬ１２～第１７レンズＬ１７）からなる。ただし、本発明の投写用変倍光学系の各レンズ群を構成するレンズの枚数は必ずしも図１、図２に示す例に限定されない。
　また、本実施形態の投写用変倍光学系は、下記条件式（１）、（２）を満足するように構成されている。
　　　１．５＜Ｂｆ／ｆｗ　…　（１）
　　　１．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０　…　（２）
ただし、
Ｂｆ：広角端における全系の縮小側のバックフォーカス（空気換算距離）
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｅ：最終レンズ群の焦点距離
　条件式（１）は、広角端における全系の焦点距離に対する、全系のバックフォーカスの比の値を規定するものであり、ビームスプリッタや、クロスダイクロイックプリズム、ＴＩＲプリズム等の色合成手段としてのガラスブロック等を挿入する適切なスペースを確保することを可能とするものである。すなわち、条件式（１）の下限を下回ると、長いバックフォーカスを確保することが困難になり、レンズ系の縮小側に色合成手段としてのガラスブロック等を挿入することが困難となる。
　上記条件式（２）は、全系で最も縮小側に配置されて変倍の際に固定とされる正の屈折力を有するレンズ群のパワーを規定するものである。条件式（２）の上限を上回り、このレンズ群のパワーが弱くなり過ぎると、望遠端での球面収差が大きくなる。一方、条件式（２）の下限を下回り、このレンズ群のパワーが強くなり過ぎると、球面収差の補正が困難となるとともに、拡大側のレンズ外径が大きくなる。条件式（２）を満足することにより、良好な投写像を得ること、および広角化された状態においても系の大型化を抑制することが可能になる。
　また、本実施形態にかかる投写用変倍光学系はさらに以下に述べる構成を適宜選択的に有することが好ましい。なお、好ましい態様としては、以下に述べる構成の１つを有するものでもよく、あるいは任意の組合せを有するものでもよい。
　本実施形態の投写用変倍光学系は、下記条件式（３）～（６）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。
　　　１．８＜Ｂｆ／Ｉｍφ　…　（３）
　　　２．０＜ｆ３／ｆｗ　…　（４）
　　　－１０．０＜ｆ１／ｆｗ＜－２．０　…　（５）
　　　１．４＜Ｚｒ　…　（６）
ただし、
Ｉｍφ：縮小側における最大有効像円直径
ｆ３：変倍の際に移動する複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
Ｚｒ：広角端に対する望遠端の変倍比
　条件式（３）は、バックフォーカスとイメージサークルの大きさの比に関するものである。条件式（３）の下限を下回ると、所望のイメージサークルの大きさを得ながら、レンズ系の縮小側に、ビームスプリッタや、クロスダイクロイックプリズム、ＴＩＲプリズム等の色合成手段としてのガラスブロック等を挿入する適切なスペースを確保することが困難となる。
　条件式（４）は、変倍時移動レンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群のパワーを規定するものである。条件式（４）の下限を下回り、このレンズ群のパワーが強くなり過ぎると、球面収差や色収差の収差補正が困難となる。
　条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１のパワーを規定するものである。条件式（５）の下限を下回ると、拡大側のレンズ外径が大きくなり、広角化が困難になるとともに、長いバックフォーカスを確保することが困難になり、レンズ系の縮小側に色合成手段としてのガラスブロック等を挿入することが困難となる。条件式（５）の上限を上回ると、像面湾曲、ディストーションの補正が困難になる。
　条件式（６）は、変倍比を規定するものである。条件式（６）の下限を下回ると、高変倍比が得られず、投写用変倍光学系として使用可能な範囲が狭くなりコストメリットが低下してしまい、本発明が目的とする映画館等の用途の投写用変倍光学系として好適なものと言えなくなる。
　上記事情から、上記条件式（１）～（６）それぞれに代えて下記条件式（１－１）～（６－１）それぞれを満たすことがより好ましい。
　　　２．０＜Ｂｆ／ｆｗ　…　（１－１）
　　　２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜４．０　…　（２－１）
　　　２．２＜Ｂｆ／Ｉｍφ　…　（３－１）
　　　２．５＜ｆ３／ｆｗ　…　（４－１）
　　　－７．０＜ｆ１／ｆｗ＜－２．３　…　（５－１）
　　　１．５＜Ｚｒ　…　（６－１）
　なお、本発明の投写用変倍光学系の変倍時移動レンズ群の数は、３つ以上であれば適宜選択可能であるが、３つとした場合には、全系の大型化および変倍時の収差変動の両方を抑制することが容易となる。
　変倍時移動レンズ群が３つのレンズ群からなる場合には、拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群となるように構成することが好ましい。これにより、変倍全域で像面湾曲を補正することが容易になる。全系を５群構成とし、拡大側から順に、負、負、正、正、正のパワー配列とした場合には、長いバックフォーカスと大きな変倍比を有する、広角レンズ系から中望遠レンズ系までを幅広く実現することが容易になる。
　また、本実施形態の投写用変倍光学系は、最終レンズ群中に絞り３が配設され、変倍の全範囲にわたって開口数が一定となるように設定されていることが好ましい。絞り３は、例えば開口絞りとして機能するものを用いることができる。
　絞り３を変倍時に移動する全てのレンズ群よりも縮小側に配置することで、絞り３が絞り径が変化しない簡素な固定開口により構成されている固定絞りであっても、変倍の際に開口数が一定となり、投写倍率が同じであれば、投写距離に関係なく同じ明るさでスクリーン上に投写することができる。例えば映画館等の室内空間の大きさや形状等に応じて投写距離が変更される際に有効である。
　なお、絞り３として、絞り径が可変の可変絞りを用いることも勿論可能である。可変絞りの絞り３を最も縮小側の固定群中に配設した場合には、絞り３の可変機構を設置することが容易になる。特に、可変絞りの絞り３を最も縮小側の固定群の最も拡大側に配設した場合には、絞り３の可変機構を設置することがより容易になる。
　また、本実施形態の投写用変倍光学系においては、第１レンズ群より縮小側の全てのレンズを、接合レンズではなく単レンズにより構成することが好ましい。第１レンズ群より縮小側では軸上光束と軸外光束が重なる部分が多いため、投写用変倍光学系が投写型表示装置に搭載されて高出力の光源と併用されたとき、強力な光によってレンズを接合するための接合剤が著しく変質、劣化し、レンズ性能の低下を招くおそれがあるが、接合レンズを用いないことで、このような問題の発生を回避することができる。また、このような問題の発生を極力回避するためには、全系の全てのレンズを、接合レンズではなく単レンズにより構成することがより好ましい。
　なお、本実施形態の投写用変倍光学系においては、図１に示す例のように、各レンズ面を全て球面とした非球面を用いない構成が可能であり、このようにした場合は、コスト的に有利となる。勿論、本実施形態の投写用変倍光学系において、非球面を用いる構成も可能であり、その場合はより良好に収差補正を行うことができる。
　また、本実施形態の投写用変倍光学系においては、レンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとなるように構成してもよい。すなわち、レンズ群の間隔のみを変更することで、ズームレンズからバリフォーカルレンズへ、あるいはバリフォーカルレンズからズームレンズへ変換可能であるように構成してもよい。このような構成によれば、最小限の機構構造変更で異なるフォーカス方式の装置に使用可能となり、コストメリットの高いものとすることができる。
　なお、この投写用変倍光学系がズームレンズである場合、投写距離が変化したときのフォーカシングは、第１レンズ群１の最も縮小側に配置されたレンズを含む第１レンズ群Ｇ１の一部のみを光軸方向に移動させることによって行なうインナーフォーカス方式とすることが好ましい。
　例えば図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の１枚のレンズＬ５を光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行うことが可能である。インナーフォーカス方式を採用することで、径が大きく重量の大きな拡大側のレンズを駆動させなくてよいため駆動機構の負担を少なくできるとともに、フォーカス時にレンズ全厚を一定に保つことができる。
　なお、本発明の投写用変倍光学系においては、フォーカシングを、第１レンズ群Ｇ１の全体または縮小側以外の一部を移動させることによって行うことも可能であり、あるいは第１レンズ群Ｇ１以外のレンズ群の全体または一部を移動させることによって行なうことも可能である。
　なお、本発明の目的とする投写用変倍光学系としては、全変倍域でＦナンバーが３．０よりも小さな光学系であることが好ましい。また、本発明の目的とする投写用変倍光学系としては、全変倍域でディストーション（歪曲収差）が約２％以下に抑えられていることが好ましい。
　次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について、図３７および図３８を用いて説明する。図３７は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の一部を示す概略構成図であり、図３８は本発明の別の施形態に係る投写型表示装置の一部を示す概略構成図である。
　図３７に示す投写型表示装置は、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子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、光路偏向のための全反射ミラー１８と、偏光分離プリズム１５ａ～１５ｃを有する照明光学系１０を備えている。なお、ダイクロイックミラー１２の前段には、図示を省略された光源が配されている。
　この光源からの白色光はダイクロイックミラー１２、１３により３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム１５ａ～１５ｃを経て、各色光光束それぞれ対応する反射型表示素子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、上述の実施形態に係る投写用変倍光学系１９に入射する。この入射光による光学像が投写用変倍光学系１９により、図示されないスクリーン上に投写される。
　一方、図３８に示す他の実施形態に係る投写型表示装置は、各色光に対応したライトバルブとしての反射型表示素子２１ａ～２１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム２４ａ～２４ｃと、偏光分離プリズム２５を有する照明光学系２０を備えている。なお、偏光分離プリズム２５の前段には、図示を省略された光源が配されている。
　この光源からの白色光は偏光分離プリズム２５を経た後、ＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃにより３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応する反射型表示素子２１ａ～２１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、上述の実施形態に係る投写用変倍光学系２９に入射する。この入射光による光学像が投写用変倍光学系２９により、図示されないスクリーン上に投写される。
　なお、反射型表示素子１１ａ～１１ｃ、２１ａ～２１ｃとしては、例えば反射型液晶表示素子やＤＭＤ等を用いることができる。図３７および図３８ではライトバルブとして反射型表示素子を用いた例を示したが、本発明の投写型表示装置が備えるライトバルブは、これに限られるものではなく、透過型液晶表示素子等の透過型表示素子を用いてもよい。
　次に、本発明の投写用変倍光学系の具体的な実施例について説明する。以下に述べる実施例１～１２はバリフォーカルレンズとして構成されているが、実施例１、８は後で変形例として説明するように、レンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとして使用できるように構成されている。実施例１～１２をバリフォーカルレンズとして使用する際は、変倍時または投写距離が変化したときのフォーカシングは、全系を一体的に光軸方向に移動させることによって行う全体繰り出し方式により行われる。
　＜実施例１＞
　図１、図２にそれぞれ実施例１の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。なお、図１および図２に示す構成は、縮小倍率が－０．００２倍のときのものである。図１、図２についての詳細な説明は上述した通りであるのでここでは重複説明を一部省略する。
　実施例１の投写用変倍光学系は、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負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、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５が配列された５群構成であり、縮小側がテレセントリックとされており、第５レンズ群Ｇ５の縮小側には、反射型液晶表示パネル等からなるライトバルブの画像表示面１および色合成プリズム（赤外線カットフィルタやローパスフィルタ等のフィルタを含む）等のガラスブロック２ａ、２ｂが配置されている。
　変倍時には、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と第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は可動とされ、その可動態様は図２に表されている。また、第５レンズ群Ｇ５中に絞りが配設され、変倍の全範囲にわたって開口数が一定となるように設定されている。
　第１レンズ群Ｇ１は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２と、縮小側に凹面を向けた平凹レンズよりなる第３レンズＬ３と、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４と、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とから構成されている。
　第２レンズ群Ｇ２は、拡大側より順に、両凹レンズよりなる第６レンズＬ６と、両凸レンズよりなる第７レンズＬ７とから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、拡大側より順に、縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第８レンズＬ８と、両凸レンズよりなる第９レンズＬ９とから構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１０レンズＬ１０と、両凸レンズよりなる第１１レンズＬ１１とから構成されている。
　第５レンズ群Ｇ５は、拡大側より順に、絞り（開口および可変絞りを含む）３と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１２レンズＬ１２と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１３レンズＬ１３と、両凹レンズよりなる第１４レンズＬ１４と、両凸レンズよりなる第１５レンズＬ１５と、両凸レンズよりなる第１６レンズＬ１６と、両凸レンズよりなる第１７レンズＬ１７とから構成されている。
　実施例１の投写用変倍光学系は、全てのレンズが接合されていない単レンズからなる。また、全てのレンズ面が球面とされており、非球面を用いていないので、コスト的に有利である。
　表１の上段の表に実施例１の投写用変倍光学系の基本レンズデータを示す。表１には絞り３、ガラスブロック２ａ、２ｂも含めて示している。表１において、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に面番号を付したときのｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示す。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上の面間隔を示している。また、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）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。
　ただし、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。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の間隔は、変倍時に変化する可変間隔であり、これらの間隔に相当する欄にはそれぞれ（可変１）、（可変２）、（可変３）、（可変４）と記入している。
　表１の下段の表に広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔（可変１）、（可変２）、（可変３）、（可変４）の値をそれぞれ示す。また、表１の一番上に、実施例１の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１のデータは、広角端における投写用変倍光学系の全系の焦点距離を１０．０として規格化したときの値である。また、表１では所定の桁でまるめた数値を記載している。
　図２５（Ａ）～図２５（Ｄ）にそれぞれ、広角端における実施例１の投写用変倍光学系の球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図２５（Ｅ）～図２５（Ｈ）にそれぞれ、中間焦点位置における実施例１の投写用変倍光学系の球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図２５（Ｉ）～図２５（Ｌ）にそれぞれ、望遠端における実施例１の投写用変倍光学系の球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。
　図２５（Ａ）～図２５（Ｌ）の各収差図は、ｄ線を基準としたものであるが、球面収差図では、Ｆ線（波長波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に関する収差も示しており、倍率色収差図では、Ｆ線、Ｃ線に関する収差を示している。また、非点収差図ではサジタル方向、タンジェンシャル方向に関する収差をそれぞれ実線、破線で示している。球面収差図の縦軸上方に記載のＦはＦナンバー、その他の収差図の縦軸上方に記載のωは半画角を意味する。なお、図２５（Ａ）～図２５（Ｌ）の収差図は、縮小倍率が－０．００２倍のときのものである。
　上述した実施例１のレンズ構成図、レンズ群配置図、表および収差図の記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り、以下の実施例２～１２のものについても基本的に同様である。また、上述した実施例１のレンズ構成図、レンズ群配置図、収差図が縮小倍率－０．００２倍のときのものである点、基本レンズデータが焦点距離が１０．０で規格化されている点も以下の実施例２～１２のものについても同様である。
　＜実施例２＞
　図３、図４にそれぞれ実施例２の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例２に係る投写用変倍光学系は、実施例１に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５が両凸レンズよりなる点、第２レンズ群Ｇ２の第７レンズＬ７が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点において相違している。
　実施例２の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表２の一番上に示し、基本レンズデータを表２の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表２の下段の表にそれぞれ示す。また、図２６（Ａ）～図２６（Ｌ）にそれぞれ、実施例２の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　＜実施例３＞
　図５、図６にそれぞれ実施例３の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例３に係る投写用変倍光学系は、実施例１に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５が両凸レンズよりなる点、第２レンズ群Ｇ２の第７レンズＬ７が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点において相違している。
　実施例３の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表３の一番上に示し、基本レンズデータを表３の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表３の下段の表にそれぞれ示す。また、図２７（Ａ）～図２７（Ｌ）にそれぞれ、実施例３の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜実施例４＞
　図７、図８にそれぞれ実施例４の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例４に係る投写用変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１～第５レンズ群Ｇ５の各レンズ群の屈折力の符号、変倍時の固定群、移動群については、実施例１に係る投写用変倍光学系の構成と同様とされているが、各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
　第１レンズ群Ｇ１は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２と、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第３レンズＬ３と、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズＬ５と、両凸レンズよりなる第６レンズＬ６とから構成されている。第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とは接合されている。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズよりなる第７レンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、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８レンズＬ８から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第９レンズＬ９と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１０レンズＬ１０と、両凸レンズよりなる第１１レンズＬ１１とから構成されている。
　第５レンズ群Ｇ５は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１２レンズＬ１２と、絞り（開口および可変絞りを含む）３と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１３レンズＬ１３と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１４レンズＬ１４と、両凸レンズよりなる第１５レンズＬ１５と、両凹レンズよりなる第１６レンズＬ１６と、両凸レンズよりなる第１７レンズＬ１７と、両凸レンズよりなる第１８レンズＬ１８とから構成されている。
　実施例４の投写用変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１より縮小側の全てのレンズが接合されていない単レンズからなる。また、全てのレンズ面が球面とされており、非球面を用いていないので、コスト的に有利である。
　実施例４の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表４の一番上に示し、基本レンズデータを表４の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表４の下段の表にそれぞれ示す。また、図２８（Ａ）～図２８（Ｌ）にそれぞれ、実施例４の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜実施例５＞
　図９、図１０にそれぞれ実施例５の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例５に係る投写用変倍光学系は、実施例４に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５が両凹レンズよりなる点、第３レンズ群Ｇ３の第８レンズＬ８が両凸レンズよりなる点、第４レンズ群Ｇ４の第１０レンズＬ１０が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１２レンズＬ１２が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１３レンズＬ１３が両凸レンズよりなる点において相違している。
　実施例５の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表５の一番上に示し、基本レンズデータを表５の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表５の下段の表にそれぞれ示す。また、図２９（Ａ）～図２９（Ｌ）にそれぞれ、実施例５の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　＜実施例６＞
　図１１、図１２にそれぞれ実施例６の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例６に係る投写用変倍光学系は、実施例４に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第４レンズＬ４が拡大側に平面を向けた平凹レンズよりなる点、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５が両凹レンズよりなる点、第３レンズ群Ｇ３の第８レンズＬ８が両凸レンズよりなる点、第４レンズ群Ｇ４の第１０レンズＬ１０が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１２レンズＬ１２が拡大側に平面を向けた平凹レンズよりなる点、絞り３が第１３レンズＬ１３の縮小側の面に設けられている点において相違している。
　実施例６の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表６の一番上に示し、基本レンズデータを表６の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表６の下段の表にそれぞれ示す。また、図３０（Ａ）～図３０（Ｌ）にそれぞれ、実施例６の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　＜実施例７＞
　図１３、図１４にそれぞれ実施例７の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例７に係る投写用変倍光学系は、実施例４に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第４レンズ群Ｇ４の第１１レンズＬ１１が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点において相違している。
　実施例７の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表７の一番上に示し、基本レンズデータを表７の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表７の下段の表にそれぞれ示す。また、図３１（Ａ）～図３１（Ｌ）にそれぞれ、実施例７の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　＜実施例８＞
　図１５、図１６にそれぞれ実施例８の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例８に係る投写用変倍光学系は、実施例４に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第４レンズＬ４が拡大側に平面を向けた平凹レンズよりなる点、第５レンズＬ５が両凹レンズよりなる点と、第３レンズ群Ｇ３の第８レンズＬ８が両凸レンズよりなる点、第４レンズ群Ｇ４の第１０レンズＬ１０が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１２レンズＬ１２が拡大側に平面を向けた平凹レンズよりなる点において相違している。
　実施例８の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表８の一番上に示し、基本レンズデータを表８の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表８の下段の表にそれぞれ示す。また、図３２（Ａ）～図３２（Ｌ）にそれぞれ、実施例８の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　＜実施例９＞
　図１７、図１８にそれぞれ実施例９の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例９に係る投写用変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１～第５レンズ群Ｇ５の各レンズ群の屈折力の符号、変倍時の固定群、移動群については、実施例１に係る投写用変倍光学系の構成と同様とされているが、各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
　第１レンズ群Ｇ１は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２と、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第３レンズＬ３と、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４と、両凹レンズよりなる第５レンズＬ５と、両凸レンズよりなる第６レンズＬ６とから構成されている。第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とは接合されている。
　第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズよりなる第７レンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズよりなる第８レンズＬ８から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第９レンズＬ９と、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１０レンズＬ１０と、両凸レンズよりなる第１１レンズＬ１１とから構成されている。
　第５レンズ群Ｇ５は、拡大側より順に、絞り（開口および可変絞りを含む）３と、両凹レンズよりなる第１２レンズＬ１２と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１３レンズＬ１３と、両凸レンズよりなる第１４レンズＬ１４と、両凹レンズよりなる第１５レンズＬ１５と、両凸レンズよりなる第１６レンズＬ１６と、両凸レンズよりなる第１７レンズＬ１７と、両凸レンズよりなる第１８レンズＬ１８とから構成されている。
　実施例９の投写用変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１より縮小側の全てのレンズが接合されていない単レンズからなる。また、全てのレンズ面が球面とされており、非球面を用いていないので、コスト的に有利である。
　実施例９の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表９の一番上に示し、基本レンズデータを表９の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表９の下段の表にそれぞれ示す。また、図３３（Ａ）～図３３（Ｌ）にそれぞれ、実施例９の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　＜実施例１０＞
　図１９、図２０にそれぞれ実施例１０の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例１０に係る投写用変倍光学系は、実施例９に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第４レンズ群Ｇ４の第１０レンズＬ１０が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１８レンズＬ１８が拡大縮小側に平面を向けた平凹レンズよりなる点、絞り３が第１３レンズＬ１３の縮小側の面に設けられている点において相違している。
　実施例１０の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表１０の一番上に示し、基本レンズデータを表１０の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表１０の下段の表にそれぞれ示す。また、図３４（Ａ）～図３４（Ｌ）にそれぞれ、実施例１０の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　＜実施例１１＞
　図２１、図２２にそれぞれ実施例１１の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例１１に係る投写用変倍光学系は、実施例９に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる点、第３レンズ群Ｇ３の第８レンズＬ８が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点、第４レンズ群Ｇ４の第１０レンズＬ１０が両凹レンズよりなる点、第５レンズ群Ｇ５の第１３レンズＬ１３が両凸レンズよりなる点、第１４レンズＬ１４が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる点、第１５レンズＬ１５が両凸レンズよりなる点、第１６レンズＬ１６が両凹レンズよりなる点、絞り３が第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３の間に設けられている点において相違している。
　実施例１１の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表１１の一番上に示し、基本レンズデータを表１１の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表１１の下段の表にそれぞれ示す。また、図３５（Ａ）～図３５（Ｌ）にそれぞれ、実施例１１の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　＜実施例１２＞
　図２３、図２４にそれぞれ実施例１２の投写用変倍光学系の広角端におけるレンズ構成および光線軌跡、変倍時の各位置におけるレンズ群の配置および光線軌跡を示す。実施例１２に係る投写用変倍光学系は、実施例１１に係る投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５と第６レンズＬ６が接合されていない点、第５レンズ群Ｇ５の第１２レンズＬ１２が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点、第１３レンズＬ１３が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる点、第１４レンズＬ１４が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる点、第１５レンズＬ１５が両凹レンズよりなる点、第１６レンズＬ１６が両凸レンズよりなる点、絞り３が第５レンズ群Ｇ５の最も拡大側に設けられている点において相違している。
　実施例１２の投写用変倍光学系のＦナンバーＦｎｏ．と全画角２ωを表１２の一番上に示し、基本レンズデータを表１２の上段の表に示し、広角端、中間焦点位置、望遠端における全系の焦点距離、各可変間隔の値を表１２の下段の表にそれぞれ示す。また、図３６（Ａ）～図３６（Ｌ）にそれぞれ、実施例１２の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表１３に、上記実施例１～１２の上記各条件式（１）～（６）に対応する値と関連する値を示す。実施例１～１２の投写用変倍光学系は、表１３に示すように、条件式（１）～（６）を全て満足している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　上述の実施例１～１２は、縮小側がテレセントリックとされ、長いバックフォーカスを有し、広角化された状態においても拡大側のレンズの外径が大きくなり過ぎず、非球面を採用せずに、広角端から望遠端の全変倍範囲に亘りＦナンバーが約２．５と小さく、変倍比が１．５２～１．７５と大きな変倍比を有しながらも、その変倍時における収差の変動が抑制されており、各収差が良好に補正されて高い光学性能を有するものである。
　＜実施例１の変形例＞
　上記実施例１はレンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとなるように構成されている。表１４に上記実施例１をレンズ群の間隔のみを変更してズームレンズとして使用する際の、投写距離が無限遠のときの広角端、中間焦点位置および望遠端における全系の焦点距離と、各可変間隔の距離を示す。この実施例１の変形例をズームレンズとして使用する際は、投写距離が変動した際のフォーカシングを第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側の第５レンズＬ５を光軸方向に移動させることによって行うインナーフォーカス方式を採用している。表１４では、このフォーカシングの際に変化する面間隔、すなわち、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の間隔をＤ８として示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 　＜実施例８の変形例＞
　上記実施例８もまた、レンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとなるように構成されている。表１５に上記実施例８をレンズ群の間隔のみを変更してズームレンズとして使用する際の、投写距離が無限遠のときの広角端、中間焦点位置および望遠端における全系の焦点距離と、各可変間隔の距離を示す。この実施例８の変形例をズームレンズとして使用する際は、投写距離が変動した際のフォーカシングを第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ５と第６レンズＬ６が接合された接合レンズを光軸方向に移動させることによって行うインナーフォーカス方式を採用している。表１５では、このフォーカシングの際に変化する面間隔、すなわち、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の間隔をＤ８として示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
　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、本発明の投写用変倍光学系としては、上記実施例のものに限られるものではなく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としても、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

Claims (18)

  1. 　最も拡大側に配置されて変倍の際に固定されている負の屈折力を有する第１レンズ群と、最も縮小側に配置されて変倍の際に固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群と、前記第１レンズ群と前記最終レンズ群との間に配置されて変倍の際に移動する複数のレンズ群とから実質的に構成されており、
    　前記変倍の際に移動する複数のレンズ群が、実質的に少なくとも３つのレンズ群からなり、前記変倍の際に移動する複数のレンズ群のうち最も拡大側のレンズ群が、負の屈折力を有し、
    　縮小側がテレセントリックとなるように構成され、
    　下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする投写用変倍光学系。
    　　　１．５＜Ｂｆ／ｆｗ　…　（１）
    　　　１．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０　…　（２）
    ただし、
    Ｂｆ：広角端における全系の縮小側のバックフォーカス（空気換算距離）
    ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
    ｆｅ：前記最終レンズ群の焦点距離
  2. 　下記条件式（１－１）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写用変倍光学系。
    　　　２．０＜Ｂｆ／ｆｗ　…　（１－１）
  3. 　下記条件式（２－１）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の投写用変倍光学系。
    　　　２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜４．０　…　（２－１）
  4. 　下記条件式（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項記載の投写用変倍光学系。
    　　　１．８＜Ｂｆ／Ｉｍφ　…　（３）
    ただし、
    Ｉｍφ：縮小側における最大有効像円直径
  5. 　下記条件式（３－１）を満足することを特徴とする請求項４記載の投写用変倍光学系。
    　　　２．２＜Ｂｆ／Ｉｍφ　…　（３－１）
  6. 　下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１～５のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
    　　　２．０＜ｆ３／ｆｗ　…　（４）
    ただし、
    ｆ３：前記変倍の際に移動する複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群の焦点距離
  7. 　下記条件式（４－１）を満足することを特徴とする請求項６記載の投写用変倍光学系。
    　　　２．５＜ｆ３／ｆｗ　…　（４－１）
  8. 　下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１～７のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
    　　　－１０．０＜ｆ１／ｆｗ＜－２．０　…　（５）
    ただし、
    ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
  9. 　下記条件式（５－１）を満足することを特徴とする請求項８記載の投写用変倍光学系。
    　　　－７．０＜ｆ１／ｆｗ＜－２．３　…　（５－１）
  10. 　前記変倍の際に移動する複数のレンズ群が、実質的に３つのレンズ群からなることを特徴とする請求項１～９のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
  11. 　前記変倍の際に移動する複数のレンズ群が、拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群とからなることを特徴とする請求項１０記載の投写用変倍光学系。
  12. 　前記最終レンズ群中に絞りが配設され、変倍の全範囲にわたって開口数が一定となるように設定されていることを特徴とする請求項１～１１のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
  13. 　前記第１レンズ群より縮小側の全てのレンズが単レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１～１２のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
  14. 　レンズ群の間隔のみを変更することでズームレンズとなるように構成されていることを特徴とする請求項１～１３のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
  15. 　前記投写用変倍光学系がズームレンズであるとき、フォーカシングは、前記第１レンズ群の最も縮小側に配置されたレンズを含む前記第１レンズ群の一部のみを光軸方向に移動させるインナーフォーカス方式により行うように構成されていることを特徴とする請求項１～１４のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
  16. 　下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１～１５のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
    　　　１．４＜Ｚｒ　…　（６）
    ただし、
    Ｚｒ：広角端に対する望遠端の変倍比
  17. 　下記条件式（６－１）を満足することを特徴とする請求項１６記載の投写用変倍光学系。
    　　　１．５＜Ｚｒ　…　（６－１）
  18. 　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変倍光学系としての請求項１～１７のうちいずれか１項記載の投写用変倍光学系とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
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