JP2016109810A - 投射用レンズおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定焦点で、投射距離に応じて合焦動作を行うタイプの新規な投射用レンズを実現する。【解決手段】画像表示素子に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させ、投射距離に応じて合焦可能な投射用レンズは、拡大側から画像表示素子側へ向かって順次、正または負で０に近い屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５を配し、第５レンズ群Ｇ５内に開口絞りＳｔｏｐを有してなり、合焦に際して、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５が固定で、第２レンズ群Ｇ２ないし第４レンズ群Ｇ４のうちの２群以上が移動し、第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において有効レンズ系が最も大きいレンズの有効レンズ径をＭＤｉとするとき、これらが、大小関係：ＭＤ５ ＜ ＭＤ２ ＜ ＭＤ３ ≦ ＭＤ４ ＜ ＭＤ１を満足する。【選択図】図１

Description

この発明は、投射用レンズおよび画像表示装置に関する。

画像表示素子に表示された画像を、被投射面上に拡大画像として投射する画像表示装置は、企業でのプレゼンテーション用や学校での教育用、家庭用に近年広く普及している。

以下において、画像表示素子を「ライトバルブ」、被投射面を「スクリーン」、画像表示装置を「プロジェクタ」とも言う。

画像表示素子に表示された画像をスクリーン上に結像させる投射用レンズも種々のタイプのものが知られているが、１タイプとして「固定焦点で、投射距離に応じて合焦動作を行うタイプのもの」が知られている（特許文献１〜３）。

この発明は、固定焦点で、投射距離に応じて合焦動作を行うタイプの新規な投射用レンズの実現を課題とする。

この発明の投射用レンズは、画像表示素子に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させ、投射距離に応じて合焦可能な投射用レンズであって、拡大側から画像表示素子側へ向かって順次、正または負で０に近い屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を配し、第５レンズ群内に開口絞りを有してなり、合焦に際して、第１レンズ群および第５レンズ群が固定で、第２レンズ群ないし第４レンズ群のうちの２群以上が移動し、第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において有効レンズ系が最も大きいレンズの有効レンズ径をＭＤｉとするとき、これらが、大小関係：
ＭＤ５ ＜ ＭＤ２ ＜ ＭＤ３ ≦ ＭＤ４ ＜ ＭＤ１
を満足する。

この発明によれば、固定焦点で、投射距離に応じて合焦動作を行うタイプの新規な投射用レンズを実現できる。

実施例１の投射用レンズの構成を示す断面図である。 実施例１の投射用レンズの群の動きを示す断面図である。 実施例１の投射用レンズの収差曲線図である。 実施例２の投射用レンズの構成を示す断面図である。 実施例２の投射用レンズの群の動きを示す断面図である。 実施例２の投射用レンズの収差曲線図である。 実施例３の投射用レンズの構成を示す断面図である。 実施例３の投射用レンズの群の動きを示す断面図である。 実施例３の投射用レンズの収差曲線図である。 実施例４の投射用レンズの構成を示す断面図である。 実施例４の投射用レンズの群の動きを示す断面図である。 実施例４の投射用レンズの収差曲線図である。 実施例５の投射用レンズの構成を示す断面図である。 実施例５の投射用レンズの群の動きを示す断面図である。 実施例５の投射用レンズの収差曲線図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の１例の概略構成図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の別例の概略構成図である。

以下、実施の形態を説明する。

図１、図４、図７、図１０、図１３に、投射用レンズの実施の形態を５例示す。

これらの実施の形態の投射用レンズは、この順に、後述する具体的な実施例１〜５に相当する。
上記各図において、図の左方が「拡大側（スクリーン側）」、右方が「縮小側（画像表示素子側）」である。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号Ｇ１は第１レンズ群、符号Ｇ２は第２レンズ群、符号Ｇ３は第３レンズ群、符号Ｇ４は第４レンズ群、符号Ｇ５は第５レンズ群をそれぞれ示す。

符号Ｓｔｏｐは開口絞りを示す。

即ち、上記各図に実施の形態を示す投射用レンズは、拡大側から縮小側へ向かって順次、第１レンズ群Ｇ１ないし第５レンズ群Ｇ５を配してなる５レンズ群構成である。

これら第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５を構成するレンズについては、その符号を以下のように定める。

即ち、第ｉレンズ群Ｇｉを構成するレンズにおいて、拡大側から数えてｊ番目のレンズの符号を「Ｌｉｊ」とする。

上記各図に示された実施の形態では、第１レンズ群Ｇ１は２枚のレンズＬ１１、Ｌ１２で構成され、第２レンズ群Ｇ２は３枚のレンズＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３により構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は１枚のレンズＬ３１で、第４レンズ群Ｇ４は１枚のレンズＬ４１で構成され、第５レンズ群Ｇ５は５枚のレンズＬ５１〜Ｌ５５により構成されている。

また、上記各図において符号ＣＧは「画像表示素子（ライトバルブ）のカバーガラス」を示す。
以下に説明する実施の形態・実施例において、ライトバルブとしては「微小ミラーデバイスであるＤＭＤ」を想定しているが、勿論、ライトバルブがＤＭＤに限定される訳ではない。

画像表示素子の「画像表示面」は、上記各図に示されたカバーガラスＣＧの「図で右側の面」に密接している。この画像表示面に表示された画像が、投射用レンズによりスクリーン上に投射されて拡大表示される。

図２、図５、図８、図１１、図１４はそれぞれ、図１、図４、図７、図１０、図１３に実施の形態を示す投射用レンズにおける合焦を説明する図である。

図１、図４、図７、図１０、図１３において「中距離」は、投射距離、即ち投射用レンズから被投射面（スクリーン）までの距離が「基準となる距離」であることを意味する。

図２、図５、図８、図１１、図１４において、「上の図」はスクリーンまでの投射距離が上記中距離よりも短い「近距離」におけるレンズ群配置を示し、「下の図」は投射距離が中距離よりも長い「遠距離」におけるレンズ群配置を示す。

これらの図における「上の図と下の図の間に示された破線」は、近距離から遠距離に合焦させるときのレンズ群の移動の状態を表している。

第１レンズ群Ｇ１は「正または負で０に近い屈折力」を有する。即ち、第１レンズ群Ｇ１の屈折力は「正であることも負であることもできる」が、屈折力の大きさは０に近い。

換言すれば、第１レンズ群Ｇ１は「略アフォーカル」である。

第２レンズ群Ｇ２は「負の屈折力」を持ち、第３レンズ群Ｇ３ないし第５レンズ群Ｇ５は何れも「正の屈折力」を持つ。

第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において「有効レンズ径が最も大きいレンズ」の有効レンズ径をＭＤｉとするとき、これらが、大小関係：
ＭＤ５ ＜ ＭＤ２ ＜ ＭＤ３ ≦ ＭＤ４ ＜ ＭＤ１
を満足している。

第５レンズ群Ｇ５は、５枚のレンズＬ５１〜Ｌ５５により構成されているが、図の如く第５レンズ群Ｇ５の中で、有効レンズ径が最も大きいのはレンズＬ５１である。

第２レンズ群Ｇ２は、３枚のレンズＬ２１〜Ｌ２３により構成されているが、図の如く第２レンズ群Ｇ２の中で、有効レンズ径が最も大きいのはレンズＬ２１である。

第３レンズ群Ｇ３は、１枚のレンズＬ３１により構成されているので、第３レンズ群Ｇ３の中で、有効レンズ径が最も大きいのはレンズＬ３１である。

第４レンズ群Ｇ４も、１枚のレンズＬ４１により構成されているので、第４レンズ群Ｇ４の中で、有効レンズ径が最も大きいのはレンズＬ４１である。

第１レンズ群Ｇ１は、２枚のレンズＬ１１、Ｌ１２により構成されており、図の如く第１レンズ群Ｇ１の中で、有効レンズ径が最も大きいのはレンズＬ１１である。

上に述べた「有効レンズ径」は、光軸上にピンホールを置いて測定される通常の「有効レンズ径」を意味する。

この発明の投射用レンズは、上記の如く、第１レンズ群が「正または負で０に近い屈折力」をもち、略アフォーカルである。

このように、第１レンズ群Ｇ１を略アフォーカルにすることにより「ペッツバール和と歪曲収差と倍率色収差」の効果的な補正が可能になる。

また、合焦は、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５を固定し、第２レンズ群Ｇ２ないし第４レンズ群Ｇ４のうちの２群以上を移動させる。

即ち、合焦動作は所謂「フローティングフォーカス」で行われ、投射距離が変化しても「像面湾曲、非点収差の変動」を小さく抑えることが可能となる。

また、第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において有効レンズ系が最も大きいレンズの有効レンズ径をＭＤｉの大小関係が、
ＭＤ５ ＜ ＭＤ２ ＜ ＭＤ３ ≦ ＭＤ４ ＜ ＭＤ１
の、ようになっている。

ＭＤｉの大小関係をこのようにすると「周辺光量比」を高くすることが可能となり、拡大投射された投射画像の周辺まで、明るい画像を実現できるようになる。

説明中の実施の形態では、ＭＤｉが上記大小関係を満たすことにより、色収差の良好な補正を実現できている。

説明中の実施の各形態における投射用レンズにおいて、第５レンズ群Ｇ５は「歪曲収差以外の全ての収差に影響する最も重要なレンズ群」である。
高精細化の実現、特に、色収差の低減のためには、第５レンズ群に少なくとも１組の接合レンズがあることが好ましい。
各形態の投射用レンズとも、レンズＬ５２とＬ５３が接合されている。勿論、このように第５レンズ群内に接合レンズを配することは、この発明の投射用レンズの構成を限定するものではない。

説明中の実施の各形態の投射用レンズでは、上記ＭＤｉの大小関係は、当該ＤＭｉを与えるレンズの外形の大小関係と同一になっている。

各図に示されたように、第１レンズ群Ｇ１中のレンズＬ１２の外径は、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４のレンズＬ３１、Ｌ４１の外径と略同じである。

そして、レンズＬ１２からレンズＬ４１までは「略対称なレンズ構造」となっている。

このような「略対称なレンズ構成」で、色収差の発生を小さく抑えることができる。

即ち、第５レンズ群Ｇ５で補正しきれない倍率色収差は、レンズＬ１２からＬ４１までを上記の如く「略対称な構造」とすることにより、レンズ系全体で補正可能となる。

この発明の投射用レンズでは、開口絞りが「最も縮小側のレンズ群である第５レンズ群内」に配されている。

ライトバルブとしてＤＭＤを用いる場合は、照明光学系と投射用レンズの配置関係を考慮すると、投射用レンズの縮小側のレンズ群の外径は小さくする必要がある。

最も縮小側の第５レンズ群内に開口絞りを配することで、第５レンズ群の外径を効果的に小さくすることが可能となる。

この発明の投射用レンズはまた、全系の焦点距離：Ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２レンズ群の焦点距離：ｆ２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第４レンズ群の焦点距離：ｆ４、第５レンズ群の焦点距離：ｆ５が、以下の条件（１）〜（５）を満足することが好ましい。

（１） −０．０２ ＜ Ｆ／ｆ１ ＜ ０．２５
（２） −２．５ ＜ ｆ２／Ｆ ＜ −０．５
（３） ５．５ ＜ ｆ３／Ｆ ＜ ７．５
（４） ５．５ ＜ ｆ４／Ｆ ＜ ７．５
（５） １．９ ＜ ｆ５／Ｆ ＜ ３．９
上に説明したように、第１レンズ群の屈折力は、正または負であることができるが、屈折力の大きさとしては０に近く「略アフォーカル」である。

条件（１）は、第１レンズ群の「略アフォーカル」の好適な範囲を与える。

条件（１）を満足することにより、諸収差の最適な補正が可能になる。

条件（１）の範囲外では、特に「サジタルコマ収差と像面湾曲」が大きくなりやすい。

条件（２）は、投射距離を変化させたときの収差変化を、最小化するための最適条件であり、条件（２）の下限または上限を超えると、投射距離の変化に伴い「非点隔差」が大きくなりやすい。

条件（３）は、投射距離の変化に伴う収差変化を最小化するための最適条件であり、条件（３）の下限または上限を超えると、投射距離の変化に伴い「色収差と球面収差」が大きくなりやすい。

条件（４）は、球面収差の最適条件であり、条件（４）の下限を超えると、開口の高い部分の球面収差で「緑色の波長と赤色の波長のずれ」が大きく発生しやすい。

また、条件（４）の上限を超えると、開口の高い部分の球面収差で「緑色の波長と青色の波長のずれ」が大きく発生しやすい。

条件（５）は、軸上色収差と非点隔差を最小にするための最適条件であり、条件（５）の下限または上限を超えると、軸上色収差が大きくなり易く、非点隔差も大きく発生しやすい。

第１レンズ群を構成する全てのレンズは「ｄ線の屈折率：ｎｄが１．９以上の硝材」で形成することが好ましい。

第１レンズ群を構成する全レンズを「ｄ線の屈折率：ｎｄが１．９以上」の高屈折ガラスで形成することで、第１レンズ群、延いては投射用レンズをコンパクト化できる。

この発明の投射用レンズはまた、合焦に際して「第３レンズ群が固定で、第２レンズ群と第４レンズ群が同じ向きに移動する」ように構成できる。

合焦動作において、第３レンズ群を固定し、「第２レンズ群と、第４レンズ群を同じ向きに移動」させるのは、フローティングフォーカスに適した合焦方法である。
合焦の際に「第２レンズ群と第４レンズ群を異なる向き」に移動させると、倍率色収差と、コマ収差と非点収差が異なる方向で変化し易い。

上に説明した実施の各形態の投射用レンズでは、第２レンズ群Ｇ２が、第５レンズ群Ｇ５で発生したコマ収差と非点収差を補正する役割を担っている。

從って、投射距離の変更に伴う合焦の際に、第２レンズ群Ｇ２を移動させるようにすると、第５レンズ群Ｇ５で発生したコマ収差と非点収差の良好な補正が可能になる。

第２レンズ群は、合焦に際して固定とすることもできる。

この場合は、合焦に際して「第３レンズ群と第４レンズ群を互いに逆向き」に移動させるのが良い。

この場合には、第１レンズ群と第２レンズ群の位置関係は固定的となる。このとき、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ１２は、条件：
（６） −２．５ ＜ ｆ１２／Ｆ ＜ −０．５
を満足することが好ましい。

第２レンズ群を固定する場合においては、条件（６）を満足させることにより「諸収差の最適な補正」が可能になる。

なお、第２レンズ群を移動させつつ条件（１）を満足させる場合の方が、第２レンズ群を固定して条件（６）を満足させる場合よりも、「適正な合焦を行い得る投射距離」を大きくできる。

第２レンズ群を固定して条件（６）を満足させる場合は、適正な合焦を行い得る投射距離は若干短くなるが、第２レンズ群が固定となるため「合焦動作を行う機構」を簡素化できる。

この発明の画像表示装置（プロジェクタ）は、光源と、投射されるべき画像を表示する画像表示素子と、前記光源から射出した光で、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、を有する。

そして、投射光学系として、請求項１ないし５の何れか１項に記載の投射用レンズを用いる。

図１６を参照して、プロジェクタの実施の１形態を説明する。

図１６に示すプロジェクタ１は、ライトバルブ３として、微小ミラーデバイスであるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス テキサスインスツルメント社製）を採用した例である。

プロジェクタ１は、照明系２と、ライトバルブであるＤＭＤ３と、投射用レンズ４とを有する。

投射用レンズ４としては、請求項１ないし５の何れか１項に記載されたもの、具体的には後述の実施例１〜５の何れかのものを用いる。

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

このようにしてＤＭＤ３に「投射されるべき画像」が表示され、該画像により強度変調された光が、投射用レンズ４により、被投射面であるスクリーンＳに拡大画像として投射されて表示される。

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

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

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

図１７に、プロジェクタの実施の別形態を示す。

投射用レンズ４とライトバルブ３との間に、ハーフプリズム等の光路分離手段５を設けて、スクリーンＳ側からの光の一部を撮像素子６側に分離するようにしたものである。

撮像素子６を、ライトバルブ３と光学的に等価な位置に配置し、スクリーンＳと共役な関係とする。

このようにすれば、スクリーンＳ上における画像を、撮像素子６に受光させて撮像することができる。

以下に挙げる全ての実施例において、ライトバルブとしては「ＤＭＤ」を想定しているが、ライトバルブはＤＭＤに限定されない。

以下に、この発明の投射用ズームレンズの具体的な実施例を５例挙げる。

各実施例における記号の意味は以下の通りである。

Ｆ：光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
Ｒ：曲率半径（非球面にあっては「近軸曲率半径」）
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
Ｖｄ：アッベ数
ＢＦ：バックフォーカス 。

非球面形状は、周知の次式により表される。

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

この式において、Ｘは「面頂点を基準としたときの光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位」、Ｋは「円錐係数」、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０・・は非球面係数である。

また、これら実施例１〜５の投射用レンズを構成するレンズは、図１、図４、図７、図１０、図１３に示した如くである。

即ち、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１、Ｌ１２で構成され、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２３で構成されている。

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で構成されている。第５レンズ群Ｇ５はレンズＬ５１〜Ｌ５５で構成されている。

開口絞りＳｔｏｐは、実施例１と実施例２では「第５レンズ群Ｇ５のレンズＬ５１とＬ５２の間」に配置され、実施例３ないし実施例５では「第５レンズ群のレンズＬ５３とＬ５４の間」に配置されている。

「実施例１」
実施例１の投射用ズームレンズは、図１に示したものである。

投射用レンズからスクリーンまでの投射距離が「近距離から遠距離」に変化したときのレンズ群の動きを、図２に破線で示す。

合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定され、第レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が光軸方向の縮小側に移動する。

実施例１の、全系の焦点距離：Ｆ、Ｆナンバ、近距離における半画角：ωｗは、以下のとおりである。

Ｆ＝１４．７ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．７１、ωｗ＝３０．６°
実施例１のデータを表１に示す。

表１において、表の最も左の欄は「面番号（拡大側から数えた面の番号で「開口絞りの面」を含む。）」を表す。

「ＣＧ」はライトバルブであるＤＭＤのカバーガラスを表わす。

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

これらの事項は、実施例２以下の各実施例においても同様である。

「非球面データ」
非球面のデータを表２に示す。

表２において、例えば「ｓ６」とあるのは「面番号が６の面」を意味する。以下においても同様である。また、非球面のデータの表記において、例えば「２．３２６４８Ｅ−１５」は「２．３２６４８×１０^−１５」を意味する。以下においても同様である。

表１において、Ｄ５、Ｄ１１、Ｄ１４、Ｄ１７は、変倍に際して変化する「レンズ群間隔」である。Ｄ０はレンズＬ１１のスクリーン側面からスクリーンまでの距離を表わす。

「レンズ群間隔」
レンズ群間隔を表３に示す。

「条件のパラメータの値」
条件（１）〜（５）のパラメータの値を、表４に示す。

図３に、実施例１の収差図を示す。
図３の上段は投射距離：１８００ｍｍ（中距離）、中段は投射距離：１１１７ｍｍ（近距離）、下段は投射距離：４０８４ｍｍ（遠距離）に合焦した状態における収差を示している。

即ち、実施例１の投射用レンズはこれらの近距離と遠距離の間の任意の投射距離に合焦可能である。

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

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

なお、非点収差および歪曲収差については、波長：５５０ｎｍについて示す。

収差図におけるこれ等の表示は以下の実施例２〜５の収差図においても同様である。

図３に示されたように、実施例１の投射用レンズは、投射距離を変えて合焦させても、性能の変動が小さく、良好な光学性能が得られている。

「実施例２」
実施例２の投射用ズームレンズは、図４に示したものである。

投射距離が近距離から遠距離に変化したときのレンズ群の動きを図５に破線で示す。

合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定され、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が光軸方向の縮小側に移動する。

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

Ｆ＝１４．７ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．７１、ωｗ＝３０．５°
実施例２のデータを表５に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表６に示す。

「レンズ群間隔」
レンズ群間隔を表７に示す。

「条件のパラメータの値」
条件（１）〜（５）のパラメータの値を、表８に示す。

図６に、実施例２の収差図を、図３に倣って示す。

図６の上段は投射距離：１８００ｍｍ（中距離）、中段は投射距離：１１１６ｍｍ（近距離）、下段は投射距離：４０４７ｍｍ（遠距離）に合焦した状態における収差を示している。

即ち、実施例２の投射用レンズはこれらの近距離と遠距離の間の任意の投射距離に合焦可能である。

「実施例３」
実施例３の投射用ズームレンズは、図７に示したものである。

投射距離が近距離側から遠距離に変化したときのレンズ群の動きを図８に破線で示す。

合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定され、第レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が光軸方向の縮小側に移動する。

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

Ｆ＝１４．７ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．７１、ωｗ＝３０．５°
実施例３のデータを表９に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表１０に示す。

「レンズ群間隔」
レンズ群間隔を表１１に示す。

「条件のパラメータの値」
条件（１）〜（５）のパラメータの値を、表１２に示す。

図９に、実施例３の収差図を図３に倣って示す。

図９の上段は投射距離：１８００ｍｍ（中距離）、中段は投射距離：１１１７ｍｍ（近距離）、下段は投射距離：４０８３ｍｍ（遠距離）に合焦した状態における収差を示している。

即ち、実施例３の投射用レンズはこれらの近距離と遠距離の間の任意の投射距離に合焦可能である。

「実施例４」
実施例４の投射用ズームレンズは、図１０に示したものである。

投射距離が近距離から遠距離に変化したときのレンズ群の動きを図１１に破線で示す。

合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第５レンズ群Ｇ５は固定され、第レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が光軸方向の縮小側に移動する。

実施例４の、全系の焦点距離：Ｆ、Ｆナンバ、近距離における半画角：ωｗは、以下のとおりである。

Ｆ＝１３．９ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．７１、ωｗ＝３２．０°
実施例４のデータを表１３に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表１４に示す。

「レンズ群間隔」
レンズ群間隔を表１５に示す。

「条件のパラメータの値」
条件（１）〜（５）のパラメータの値を、表１６に示す。

図１２に、実施例４の収差図を図３に倣って示す。

図１２の上段は投射距離：１７００ｍｍ（中距離）、中段は投射距離：１０５４ｍｍ（近距離）、下段は投射距離：３８４２ｍｍ（遠距離）に合焦した状態における収差を示している。

即ち、実施例４の投射用レンズはこれらの近距離と遠距離の間の任意の投射距離に合焦可能である。

「実施例５」
実施例５の投射用ズームレンズは、図１３に示したものである。

投射距離が近距離から遠距離に変化したときのレンズ群の動きを図１４に破線で示す。

合焦の際に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第５レンズ群Ｇ５が固定され、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４が光軸方向において「互いに逆の向き」に移動する。

図に示す如く、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４は、近距離から遠距離に合焦するとき、当初は「互いに離れる」ように移動し、その後「互いに近づく」ように移動する。

実施例５の、全系の焦点距離：Ｆ、Ｆナンバ、近距離における半画角：ωｗは、以下のとおりである。

Ｆ＝１３．９ｍｍ、Ｆｎｏ＝１．７１、ωｗ＝３２．０°
実施例５のデータを表１７に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表１８に示す。

「レンズ群間隔」
レンズ群間隔を表１９に示す。

「各条件のパラメータの値」
条件（１）〜（６）のパラメータの値を、表２０に示す。

図１５に、実施例５の収差図を図３に倣って示す。

図１５の上段は投射距離：１７００ｍｍ（中距離）、中段は投射距離：１０４８ｍｍ（近距離）、下段は投射距離：３６８４ｍｍ（遠距離）に合焦した状態における収差を示している。

即ち、実施例５の投射用レンズはこれらの近距離と遠距離の間の任意の投射距離に合焦可能である。

各収差図に示すように、各実施例の投射用レンズとも、諸収差は高レベルで補正され、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。

実施例１〜５に示されたように、合焦の際は、第１レンズ群と第５レンズ群を固定し、合焦を「固定群と移動群」に分けることで、レンズの自重に対する偏心の発生を抑制する効果がある。

また、図３、図６、図９、図１２、図１５に示す通り「合焦の際の収差の変動」も十分に小さくできている。

また、実施例１〜５とも、Ｆナンバ：１．７１と極めて明るい。

近年、ライトバルブに用いられるＤＭＤではマイクロミラーの搖動角の増大が意図されており、それに対応して大口径の投射用レンズが求められているが、実施例１〜５の投射用レンズは、このような傾向にも十分に沿うものである。

最後に、各実施例の「周辺光量比」を表２１に示す。全ての実施例で、周辺光量（像高：Ｙ’＝１）は略８０％となっており、本発明の周辺光量比は高いことを示している。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の投射用レンズは、実像を結像するタイプのレンズ径であるので、画像表示装置用に用いられるほか、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩カメラや監視カメラ等にも利用可能である。

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

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
Ｓｔｏｐ 開口絞り
１ 画像表示装置（プロジェクタ）
２ 照明系
３ 画像表示素子（ライトバルブ）
４ 投射光学系（投射用レンズ）
５ 被投射面（スクリーン）

特許第４２６５６４９号公報 特許第４３０５５０６号公報 特許第４３５５８６１号公報

Claims (7)

1. 画像表示素子に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させ、投射距離に応じて合焦可能な投射用レンズであって、
   拡大側から画像表示素子側へ向かって順次、正または負で０に近い屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を配し、第５レンズ群内に開口絞りを有してなり、
   合焦に際して、第１レンズ群および第５レンズ群が固定で、第２レンズ群ないし第４レンズ群のうちの２群以上が移動し、
   第ｉレンズ群（ｉ＝１〜５）において有効レンズ系が最も大きいレンズの有効レンズ径をＭＤｉとするとき、これらが、大小関係：
   ＭＤ５ ＜ ＭＤ２ ＜ ＭＤ３ ≦ ＭＤ４ ＜ ＭＤ１
   を満足する投射用レンズ。
2. 請求項１記載の投射用レンズにおいて、
   全系の焦点距離：Ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２レンズ群の焦点距離：ｆ２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第４レンズ群の焦点距離：ｆ４、第５レンズ群の焦点距離：ｆ５が、条件：
   （１） −０．０２ ＜ Ｆ／ｆ１ ＜ ０．２５
   （２） −２．５ ＜ ｆ２／Ｆ ＜ −０．５
   （３） ５．５ ＜ ｆ３／Ｆ ＜ ７．５
   （４） ５．５ ＜ ｆ４／Ｆ ＜ ７．５
   （５） １．９ ＜ ｆ５／Ｆ ＜ ３．９
   を満足する投射用レンズ。
3. 請求項１または２記載の投射用レンズにおいて、
   第１レンズ群を構成する全てのレンズが、ｄ線の屈折率：ｎｄが１．９以上の硝材で形成されている投射用レンズ。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の投射用レンズにおいて、
   合焦に際して、第３レンズ群が固定で、第２レンズ群と第４レンズ群が同じ向きに移動する投射用レンズ。
5. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の投射用レンズにおいて、
   合焦に際して、第２レンズ群が固定で、第３レンズ群と第４レンズ群が互いに逆向きに移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ１２が、条件：
   （６） −２．５ ＜ ｆ１２／Ｆ ＜ −０．５
   を満足する投射用レンズ。
6. 光源と、
   投射されるべき画像を表示する画像表示素子と、
   前記光源から射出した光で、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、
   該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、を備え、
   前記投射光学系として、請求項１ないし５の何れか１項に記載の投射用レンズを用いる画像表示装置。
7. 光源と、
   投射されるべき画像を表示する画像表示素子と、
   前記光源から射出した光で、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、
   該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、
   該投射光学系と前記画像表示素子との間に配置され、前記被投射面からの光の一部を分離する光路分離手段と、
   該光路分離手段により分離された光を受光して前記被投射面上の画像を読み取る撮像素子と、を備え、
   前記投射光学系として、請求項１ないし５の何れか１項に記載の投射用レンズを用いる画像表示装置。

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