JP6007589B2 - 投射用ズームレンズおよび画像表示装置 - Google Patents

Description

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

装置前方に設置した被投射面（スクリーン）上に画像を投射するフロント投射型プロジェクタ装置は、企業でプレゼンテーション用として、また、学校教育用や家庭用としても幅広く用いられるようになっている。プロジェクタ装置に用いられる光変調素子（ライトバルブ）の多くは、透過型または反射型の液晶素子であるが、近年は小型化、高輝度化に有利なデジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）に代表される微小デバイスを用いるものが増えている。

ＤＭＤは、マイクロミラーによって反射される光によって投射画像を生成・表示する反射型画像表示素子である。マイクロミラーの旋回角度は±１０度程度であり、この角度の違いによって有効な反射光と無効な反射光とを切り替えることができる。ＤＭＤを用いるプロジェクタ装置の投射レンズは、ＤＭＤからの有効な反射光と無効な反射光の効果的な入射制限が可能であることが必要である。そのため、ＤＭＤ側の法線方向に投射レンズを配置することが望ましいが、そのような配置にするには、照明光源を投射レンズとほぼ同等な位置に配置することになる。このように、ＤＭＤ側の法線方向に投射レンズを配置するには位置的な制約がある。

上記のような制約条件を勘案すると、ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置の投射レンズは、ライトバルブ側のレンズ径が照明光学系と干渉しないように小さくする必要があり、また、バックフォーカスも長くとらなければならない。このため、ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置の投射レンズには、比較的低倍率のズームレンズ、及び、望遠ズームレンズが適している。

近年、こういった投射レンズにおいても、高倍率ズームと広角ズームを掛け合わせたレンズが求められており、それに対応可能な投射レンズも知られている（例えば特許文献１、２、３、４を参照）。

特許文献１および特許文献２のレンズは、５群、６群で高倍率化をねらった投射用ズームレンズであり、約ｘ１．５倍のズーム比を有している。収差も十分抑えられているが、半画角ωは３０°である。特許文献３および特許文献４のレンズは、投射光学系の広角ズームレンズであるが、ＬＣＤタイプのテレセン性を有した光学系であり、ＤＭＤを用いた光学系に適応させることができない。このように、従来から知られている投射用ズームレンズでは、ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置の投射レンズにおいて、高倍率と広画角の両立は困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ＤＭＤなどの画像表示素子を光変調素子として採用するプロジェクタ装置に適したレンズであって、更なる広い半画角（ω＝３９〜４５°）であり、かつ、高倍率のｘ１．５倍ズーム比を有する、高性能な投射用ズームレンズを提供することを目的としている。

本発明は、画像表示素子の表示面上に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズームレンズに関するものであって、被投射面側から画像表示素子側に向って配置された、
負の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
負の屈折力を有する第５レンズ群と、
からなり、
広角側から望遠側への変倍に際し、
第１レンズ群は固定であり、かつ、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、および第５レンズ群は、それぞれ隣接するレンズ群との間隔が変化するように移動し、
第５レンズ群の最も画像表示素子側の負レンズの焦点距離をＦ５ｎ、
第５レンズ群の最も画像表示素子側の正レンズの焦点距離をＦ５ｐ、
としたとき、
−１．９ ＜ Ｆ５ｎ／Ｆ５ｐ ＜ −１．１
を満足することを最も主な特徴とする。

本発明によれば、広画角かつ高倍率な投射用ズームレンズと画像表示装置を得ることができる。

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

以下、本発明に係る投射用ズームレンズおよび画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、焦点距離の単位はｍｍである。

●投射用ズームレンズ●
●第１の実施形態
以下、本発明に係る投射用ズームレンズの実施形態について説明する。本実施形態に係る投射用ズームレンズは、ＤＭＤなどの反射型画像表示素子を光変調素子として用いた画像表示装置（プロジェクタ装置）に適した投射用ズームレンズであって、レンズ群構成が拡大側（被投射面側）から負・負・正・正・負の屈折力を有する配置からなり、下記の条件式１を満足することを特徴とする。
（条件式１）−１．９ ＜ Ｆ５ｎ／Ｆ５ｐ ＜ −１．１
但し、Ｆ５ｎは第５レンズ群の最も縮小側（画像表示素子側）の負レンズの焦点距離、Ｆ５ｐは第５レンズ群の最も縮小側（画像表示素子側）の正レンズの焦点距離を表わす。

条件式１の上限を超える場合は、球面収差が補正して、非点隔差が大きくなり、像面湾曲も大きく発生するため望ましくない。また、条件式１の下限を超える場合は、望遠側の像面湾曲と非点隔差が大きく発生するため望ましくない。

●第２の実施形態
また、第２の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、第５レンズ群の構成の最適解を提供する。すなわち、第５レンズ群を構成するレンズを拡大側（被投射面側）から順番に、負−正−負−正の屈折力を有するレンズとする。特に、第５群の最も拡大側の負レンズと正レンズを接合レンズとすることで、広角端、望遠端、またズーミング時も効果的な色消し効果を持たせることができる。

なお、第５群の最も拡大側のレンズを負−正の屈折力を有するレンズの接合レンズでなくても、本実施形態の効果は発揮される。すなわち、接合レンズでない場合でも色消し効果は十分に保持できる。負−正の屈折力を有するレンズを単体で配置した場合は、レンズの光軸方向に対して垂直方向のレンズの偏心が発生した場合の組み立て感度が高くなるので、接合レンズとして配することが望ましいが、組み立て誤差が一定量保てるのであれば接合レンズで無くてもよい。

第５レンズ群の拡大側から３番目に配する単品の負レンズは、プラスの球面収差を大きく発生させ、投射面をフラットにする効果がある。仮に、第５レンズ群の構成を「負−正−正」とした場合は、これらの関係が崩れ、光学性能的にも諸収差が補正不足となり望ましくない。最も縮小側の単品の正レンズは、コマ収差と球面収差を整える効果があり、欠かせないレンズである。

なお、第５レンズ群を構成するレンズを拡大側から順番に「負−正−正−負」または「負−正−正」としても本実施形態は成立する。しかし、「負−正−負−正」とする構成に比べて、コマ収差が広角端（Ｗｉｄｅ端）と拡大端（Ｔｅｌｅ端）でのバランスが悪くなり、性能が劣る。

●第３の実施形態
また、第３の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１、第２の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、第５レンズ群の焦点距離に関する最適解を提供する。すなわち、本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１、第２の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、下記の条件式２を満足することを特徴とする。
（条件式２）−０．０１ ＜ １／Ｆ５
但し、Ｆ５は第５レンズ群の焦点距離を表わす。条件式２は、第５レンズ群の屈折力に関する最適解を得るための条件式である。特に、球面収差とコマ収差に関する最適解を得ることができ、条件式２の上限または下限を超える場合、第５レンズ群のパワーが強くなる為、パワー配置条件が崩れてしまい、球面収差とコマ収差が大きくなる傾向になり望ましくない。

●第４の実施形態
また、第４の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１から第３の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、第３レンズ群の焦点距離と第４レンズ群の焦点距離に関する最適解を提供する。すなわち、本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１から第３の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、下記の条件式３を満足することを特徴とする。
（条件式３）１．３ ＜ Ｆ３／Ｆ４ ＜４．６
但し、Ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、Ｆ４は第４レンズ群の焦点距離を表す。条件式３は、ズーミング時の色収差補正について最適解を導く為の条件式であり、条件式３の上限または下限を超える場合は、色収差が補正過不足になり、解像性能に影響を及ぼすため望ましくない。

●第５の実施形態
また、第５の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１から第４の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、第２レンズ群の焦点距離に関して最適解を提供する。すなわち、本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１から第４の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、下記の条件式４を満足することを特徴とする。
（条件式４） −０．２７ ＜ Ｆｗ／Ｆ２ ＜ −０．１１
但し、Ｆｗは光学系全系の広角端の焦点距離、Ｆ２は第２レンズ群の焦点距離を表わす。条件式４の上限を超える場合、すなわち第２レンズ群の屈折力が小さくなる場合は、倍率色収差が大きく発生するため望ましく無い。また、条件式４の下限を超える場合、すなわち第２レンズ群の屈折力が大きくなる場合は、諸収差が補正過剰となり、解像性能に悪影響を及ぼすため望ましくない。

●第６の実施形態
また、第６の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１から第５の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、瞳位置と像高に関する最適解を提供する。すなわち、本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１から第５の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、下記条件式５を満足することを特徴とする。
（条件式５） ４．０ ＜ ｜ＥＰｗ／ＤＭＤＨＴ｜ ＜ ４．５
但し、ＥＰｗは広角端におけるＤＭＤ面からの入射瞳までの距離、ＤＭＤＨＴは縮小側に対するＤＭＤに最も近い球面レンズの回転中心軸からＤＭＤ最周辺までの距離を表わす。条件式５は、構成上の条件式であって、ＥＰｗとＤＭＤＨＴの比は条件式５に示す数値範囲内であることが望ましい。条件式５の上限または下限を超える場合は、光学系全系の大きさが大きくなる、光線入射角が大きくなる等、結果的に解像性能に影響するため望ましくない。

●第７の実施形態
また、第７の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１から第６の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、光学系全系の焦点距離とバックフォーカスに関する最適解を提供する。すなわち、本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１から第６の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、下記条件式６を満足することを特徴とする。
（条件式６） ０．３５ ＜ Ｆｗ／ＢＦｗ ＜ ０．４５
但し、ＢＦｗは広角端における最も縮小側のレンズの縮小側の面からＤＭＤ面までの距離、Ｆｗは光学系全系の広角端の焦点距離を表わす。条件式６は、構成上の条件式であって、ＦＷとＢＦｗの比は条件式６に示す数値範囲内であることが望ましい。条件式６の上限または下限を超える場合は、光学系全系の大きさが大きくなる、光線入射角が大きくなる等、結果的に像性能に影響するため望ましくない。

●第８の実施形態
また、第８の実施形態に係る投射用ズームレンズは、第１から第７の実施形態に係る投射用ズームレンズにおいて、ズーム比をｘ１．５倍とした場合の半画角ωに関する最適解を提供する。本実施形態に係る投射用ズームレンズによれば、第１から第７の実施形態において、下記の条件式７を満足することを特徴とする。
（条件式７）３９ ＜ ω ＜ ４５
但し、ωは半画角を表す。

●第９の実施形態
また、第９の実施形態は、第１から第８の実施形態に係る投射用ズームレンズを有する画像表示装置を提供する。

●実施例
次に、本発明に係る投射用ズームレンズの具体的な実施例について説明する。各実施例の収差は、高いレベルで補正されており、球面収差、非点収差、像面湾曲、軸上色収差、歪曲収差ともに十分に補正されており、良好な光学性能を保持することは以下に示す数値より明らかである。

各実施例における記号は以下の通りである。
Ｆ：光学系全体の焦点距離（ｍｍ）
Ｆｎｏ：開口数
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｌ：レンズ
Ｇ：レンズ群
非球面に関しては、下記条件で表される。
Ｘ＝（Ｈ２／Ｒ）／［１＋｛１−ｋ（Ｈ／Ｒ）２｝１／２］＋Ｃ４Ｈ４＋Ｃ６Ｈ６＋Ｃ８Ｈ８＋Ｃ１０Ｈ１０＋・・・

なお、以下に示す各実施例の投射用ズームレンズの光学配置図において、ＤＭＤに最も近い球面レンズの回転中心軸を一点鎖線によって示している。この「ＤＭＤに最も近い球面レンズの回転中心軸」とレンズＬ１２及びレンズＬ５４を除く他の全ての球面レンズの回転中心軸は一致しており、この回転中心軸が投射光学系の基準軸となっている。なお、必ずしも全ての球面レンズの回転中心軸が一致する必要はない。

図１は、実施例１に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例１に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からレンズＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からレンズＬ５４で構成されている。縮小側には、光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には、図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例１に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のレンズＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例１の各数値を表１に示す。

なお、表１中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表１中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２に示す通りである。また、表１中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表３に示すように変化する。なお、投射距離は１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表４に示す通りである。

図５は、実施例２に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例２に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からレンズＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からレンズＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例２に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例２の各数値を表５に示す。

なお、表中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表５中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表６に示す通りである。また、表５中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表７に示すように変化する。なお、投射距離は１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表８に示す通りである。

図９は、実施例３に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例３に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例４に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例３の各数値を表９に示す。

なお、表９中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表９中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１０に示す通りである。また、表９中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表１１に示すように変化する。なお、投射距離が１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表１２に示す通りである。

図１３は、実施例４に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例４に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例４に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例４の各数値を表１３に示す。

なお、表１３中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表１３中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１４に示す通りである。また、表１３中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表１５に示すように変化する。なお、投射距離が１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表１６に示す通りである。

図１７は、実施例５に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例５に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からレンズＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からレンズＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例５に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

図１８から図２０は、実施例１に係る投射用ズームレンズの収差図を示しており、図１８は広角端、図１９は中間、図２０は望遠端であって、各図の（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差をそれぞれ示している。各図の球面収差（ａ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、各図の非点収差（ｂ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図１８から図２０に示す通り、各ズームポジションにおいて収差補正は良好な状態を示している。

実施例５の各数値を表１７に示す。

なお、表１７中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表１７中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表１８に示す通りである。また、表１７中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表１９に示すように変化する。なお、投射距離が１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に関する数値は、表２０に示す通りである。

図２１は、実施例６に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例６に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１からレンズＬ３２で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からレンズＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例６に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のレンズＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１、拡大側に凸面の正レンズＬ３２から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例６の各数値を表２１に示す。

なお、表２１中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表２１中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２２に示す通りである。また、表２１中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表２３に示すように変化する。なお、投射距離は１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表２４に示す通りである。

図２５は、実施例７に係る投射用ズームレンズの光学配置図を示しており、（ａ）は広角端を示し、（ｂ）は望遠端をそれぞれ示している。実施例７に係る投射用ズームレンズは拡大側から順番に、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１からレンズＬ１３で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１からレンズＬ２４で構成され、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１で構成され、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１からレンズＬ４２で構成され、第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１からレンズＬ５４で構成されている。縮小端側には光変調素子としてのＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が配置されている。なお、レンズに対向するＤＭＤ面には図示しないカバーガラス（ＣＧ）が配置されている。

実施例７に係る投射用ズームレンズは、広角端から望遠端にズーミングする際、第１レンズ群Ｇ１は固定であり、第２レンズ群Ｇ２は縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は拡大側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は拡大側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は拡大側に移動する。これによって、広角端から望遠端にズーム（変倍）させることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は異なるタイミングで移動する。

第１レンズ群Ｇ１は負群であり、縮小側に凹面の負レンズＬ１１、拡大側に凹面の負レンズＬ１２、縮小側に凹面の負レンズＬ１３から構成される。

第２レンズ群Ｇ２は負群であり、両面凸の正レンズＬ２１、両面凹の負レンズＬ２２、縮小側に凸面のレンズＬ２３、拡大側に凹面の負レンズＬ２４から構成され、レンズＬ２３とレンズＬ２４は接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は正群であり、両面凸の正レンズＬ３１から構成される。

第４レンズ群Ｇ４は正群であり、拡大側に凸面の正レンズＬ４１、拡大側に凸面の正レンズＬ４２から構成される。

第５レンズ群Ｇ５は負群であり、拡大側に凸面の負レンズＬ５１、両面凸の正レンズＬ５２、拡大側に凹面の負レンズＬ５３、両面凸面の正レンズＬ５４から構成され、レンズＬ５１とレンズＬ５２は接合されている。

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

実施例７の各数値を表２５に示す。

なお、表２５中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。表２５中のアスタリスク（＊）は非球面であることを表し、その非球面係数の数値は表２６に示す通りである。また、表２５中のＳ６、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ２０はズーミングした際に、下記の表２７に示すように変化する。なお、投射距離は１６００ｍｍ時のレンズ間隔である。また、上記に示した各条件式に係る数値は、表２８に示す通りである。

以上の通りに、本発明に係る投射用ズームレンズは、実施例１乃至７に示した具体的な構成において、収差は高いレベルで補正されており、球面収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差も十分に補正されている。良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。

上記の実施例１乃至７の投射用ズームレンズは５群構成であるが、本発明に係る投射用ズームレンズの構成は、これに限られるものではなく、６群構成であってもよい。実施例１乃至１１の投射ズームレンズにおいて、第６レンズ群Ｇ６を設ける場合は、この第６レンズ群Ｇ６は諸収差を補正するレンズで構成すればよい。この場合、第６レンズ群の屈折力は第５レンズ群の屈折力よりも弱く、ズーミングする際には、第６レンズ群Ｇ６も第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５とは異なるタイミングで拡大側に移動する。

●画像表示装置●
次に、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明をする。図２９は、本発明に係る画像表示装置の例である投射型プロジェクタ装置の概略構成を示す図である。

図２９に示すとおり、プロジェクタ装置１は、光変調素子としてＤＭＤ３を備えている。このＤＭＤ３に照明光学系２からＲＧＢの３色の光が照射される。それぞれの色が照射されるタイミングで、個々の画素に対応するＤＭＤ３が備える微小ミラーの傾きを制御することで、微小ミラーからの反射光が投射レンズ４によって拡大されて、被投射面であるスクリーン５に投影され、映し出される。

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

そこで、投射レンズ４に、先に説明した本発明に係る投射用ズームレンズを用いることで、従来よりも画角が広く（ω＝３９〜４５°）、かつ、高倍率のｘ１．５倍ズーム比を有する画像表示装置を得ることができる。

Ｆ 光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ 開口数
ω 半画角
Ｒ 曲率半径、
Ｄ 面間隔、
Ｎｄ 屈折率、
νｄ アッベ数、
Ｌ レンズ
Ｇ レンズ群

特開２０１１−６９９５９号公報 特開２０１１−６９９５７号公報 特開２００３−０１５０３８号公報 特開２００５−２９２２６０号公報

Claims (8)

1. 画像表示素子の表示面上に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズームレンズであって、
   上記被投射面側から上記画像表示素子側に向って配置された、
   負の屈折力を有する第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   負の屈折力を有する第５レンズ群と、
   からなり、
   広角側から望遠側への変倍に際し、
   上記第１レンズ群は固定であり、かつ、上記第２レンズ群、上記第３レンズ群、上記第４レンズ群、および上記第５レンズ群は、それぞれ隣接するレンズ群との間隔が変化するように移動し、
   上記第５レンズ群の最も上記画像表示素子側の負レンズの焦点距離をＦ５ｎ、
   上記第５レンズ群の最も上記画像表示素子側の正レンズの焦点距離をＦ５ｐ、
   としたとき、
   −１．９ ＜ Ｆ５ｎ／Ｆ５ｐ ＜ −１．１
   を満足することを特徴とする投射用ズームレンズ。
2. 上記第５レンズ群は、上記被投射面側から順番に負−正−負−正のレンズで構成されていることを特徴とする、
   請求項１記載の投射用ズームレンズ。
3. 上記第５レンズ群の焦点距離（ｍｍ）をＦ５としたとき、
   −０．０１ ＜ １／Ｆ５
   を満足する、
   請求項１または２に記載の投射用ズームレンズ。
4. 上記第３レンズ群の焦点距離をＦ３、
   上記第４レンズ群の焦点距離をＦ４、
   としたとき、
   １．３ ＜ Ｆ３／Ｆ４ ＜４．６
   を満足する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
5. 上記投射光学系全体の広角端の焦点距離をＦｗ、
   上記第２レンズ群の焦点距離をＦ２、
   としたとき、
   −０．２７ ＜ Ｆｗ／Ｆ２ ＜ −０．１１
   を満足する、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
6. 上記画像表示素子は、反射型画像表示素子であって、
   上記反射型画像表示素子の表示面から入射瞳までの距離をＥＰｗ、
   上記反射型画像表示素子側に対する最も近い球面レンズの回転中心軸から上記反射型画像表示素子の最周辺までの距離をＤＭＤＨＴ、
   としたとき、
   ４．０ ＜ ｜ＥＰｗ／ＤＭＤＨＴ｜＜ ４．５
   を満足する、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
7. 半画角をωとしたとき、
   ３９°＜ ω ＜ ４５°
   を満足する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の投射用ズームレンズ。
8. 光源と、
   上記光源から出射された光で上記画像表示素子を照明する照明光学系と、
   上記照明光学系を介して入射する入射光の出射を制御して画像を表示する画像表示素子と、
   上記画像表示素子の表示面に表示された上記画像を被投射面に投射して拡大表示させる投射光学系と、
   を備え、
   上記投射光学系は、請求項１乃至７のいずれかに記載の投射用ズームレンズを有してなることを特徴とする画像表示装置。
   

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