JP5781704B2 - 投写用ズームレンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、特に、投写型表示装置に適用される投写用ズームレンズに関するものである。

また本発明は、そのような投写用ズームレンズを備え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。

上述した映画館等での利用に供される投写型表示装置においては、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。

また、映画館等での利用に供される投写型表示装置においては、映画館やホールごとに異なる投射距離とスクリーンサイズに応じて、さらには、表示画像のアスペクト比（シネスコサイズ、ビスタサイズなど）に応じて、スクリーンサイズに表示画像のサイズを適合させるために、投写用レンズとして高変倍比のズームレンズが求められるようになってきている。

また、そのような投写用ズームレンズを、上述したサイズ適合のために変倍させた際に、表示画像の明るさが変わってしまうことを防止するため、この種のズームレンズには、その開口数（以下、「Ｆナンバー」ということもある）を全変倍領域において一定に保つ機能が求められることが多い。

さらに、シネマスクリーンのデジタル化の加速に伴い、投写型表示装置の小型化、低価格化が進み、投写用ズームレンズにも、上述したバックフォーカスやテレセントリック性、高変倍比に関する要望と共に、小型化、低コスト化が求められる傾向にある。

特許文献１および２には、開口数を全変倍領域において一定に保つようにした投写用ズームレンズが示されている。

特開２００９−１２８６８３号公報 特開２０１２−０５８６０７号公報

しかし、特許文献１や２に示された投写用ズームレンズは、開口数を一定に保つ等のために開口絞りよりも拡大側のレンズ群を移動させ、開口絞りおよびそれよりも縮小側のレンズ群は固定としておくため、高変倍比を実現しようとすると、全長や、最も拡大側のレンズ群のレンズ径が大きくなってしまうため、小型化の要求に応えることができない。また、全長やレンズ径が大きくなることから、光学系のコストアップに繋がり、低コスト化の要求にも応えることができない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、開口数を全変倍領域において一定とすることができ、そして全長や、最も拡大側のレンズ群のレンズ径を小さくすることができる投写用ズームレンズおよび、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。

本発明による投写用ズームレンズは、
拡大側から順に、最も拡大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第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群とから実質的に構成され、
隣り合う移動レンズ群同士の間、または１つの移動レンズ群内に配された開口絞りを有する投写用ズームレンズにおいて、
該ズームレンズの開口数が全変倍領域において一定となるように設定され、
縮小側がテレセントリックとなるように構成され、
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）をＢｆ、縮小側における最大有効像円直径をＩｍφ、投写距離無限遠時の最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をＬとして、
下記条件式（４）および（５）
２．０＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４）
Ｌ／Ｉｍφ＜１２… （５）
を満たしていることを特徴とするものである。

なお、上記の「１つの移動レンズ群内に配された」とは、その移動レンズ群を構成する最も拡大側のレンズおよび最も縮小側のレンズの間に配置されることだけではなく、最も拡大側のレンズより拡大側、あるいは最も縮小側のレンズより縮小側に配置されることも示すものとする。

また、上記の「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、すなわち前記二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、光軸に対する前記二等分角線の傾きが±３°の範囲内の場合である。

本発明の投写用ズームレンズにおいては、最も縮小側の移動レンズ群（第４レンズ群）の広角端と望遠端との間の移動量をｍｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、下記条件式
０．３＜ｍｒ／ｆｗ… （１）
が満たされていることが望ましい。

なお、この条件式（１）が規定している条件については、下式
０．５＜ｍｒ／ｆｗ… （１’）
が満たされていることがより望ましい。

また本発明の投写用ズームレンズにおいては、
最も縮小側に配置された最終レンズ群（第５レンズ群）の焦点距離をｆｅ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、下記条件式
２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜７．０… （２）
が満たされていることが望ましい。

なお、この条件式（２）が規定している条件については、下式
３．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０… （２’）
が満たされていることがより望ましい。

また本発明の投写用ズームレンズは、
最も拡大側の移動レンズ群（第２レンズ群）の広角端と望遠端との間の移動量をｍｍ、最も縮小側の移動レンズ群（第４レンズ群）の広角端と望遠端との間の移動量をｍｒとして、下記条件式
−１．０＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．２… （３）
が満たされていることが望ましい。

なお、この条件式（３）が規定している条件については、下式
−０．７＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．３… （３’）
が満たされていることがより望ましい。

また本発明の投写用ズームレンズにおいては、開口絞りとして、変倍の全範囲に亘って開口数が一定となるように開口径（絞り径）を変化させるものが用いられていることが望ましい。

なお、前記条件式（４）が規定している条件については、下式
２．５＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４’）
が満たされていることがより望ましい。

また、前記条件式（５）が規定している条件については、下式
７＜Ｌ／Ｉｍφ＜１１… （５’）
が満たされていることがより望ましい。

さらに本発明の投写用ズームレンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、条件式
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜５．０… （６）
が満たされていることが望ましい。

なお、上記条件式（６）が規定している条件については、下式
２．０＜ｆ１／ｆｗ＜４．０… （６’）
が満たされていることがより望ましい。

さらに本発明の投写用ズームレンズにおいては、広角端に対する望遠端の変倍比をＺｒとして、条件式
１．４＜Ｚｒ… （７）
が満たされていることが望ましい。

また、上記条件式（７）が規定している条件については、下式
１．６＜Ｚｒ… （７’）
が満たされていることがより望ましい。

なお、本発明の投写用ズームレンズにおいて、各レンズ群を構成するレンズには接合レンズが用いられてもよいが、接合レンズはｎ枚の貼り合わせで構成されていれば、ｎ枚のレンズとして数えるものとする。

他方、本発明によ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ズームレンズとを備え、この投写用ズームレンズとして上述した本発明による投写用ズームレンズが適用されたことを特徴とするものである。

本発明の投写用ズームレンズは、最も拡大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第１レンズ群と、この第１レンズ群より縮小側に配置されて変倍の際に移動する少なくとも２つの移動レンズ群と、隣り合う移動レンズ群同士の間、または１つの移動レンズ群内に配された開口絞りとを有する投写用ズームレンズにおいて、開口数が全変倍領域において一定となるように設定されたものであるので、最も縮小側のレンズ群と、その拡大側に配置された開口絞りの双方を、変倍時に共に固定しておいて開口数の一定化を図った引用文献１に記載の投写用ズームレンズと比べると、全長や、最も拡大側のレンズ群のレンズ径を小さくすることができる。それにより本発明の投写用ズームレンズは、設置のための制限が厳しくなったり、コストが高くなることを防止できる。

また本発明の投写用ズームレンズにおいて特に、前述した条件式
０．３＜ｍｒ／ｆｗ… （１）
が満たされている場合は、それにより、ズームレンズの全長や、最も拡大側のレンズ群のレンズ径をさらに小さくする効果が得られる。

以上の効果は、条件式（１）が規定する範囲内でさらに下式
０．５＜ｍｒ／ｆｗ… （１’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また本発明の投写用ズームレンズにおいて、
最も縮小側に配置された最終レンズ群が、正の屈折力を有して変倍の際に固定されているものとされた上で、最終レンズ群の焦点距離をｆｅ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、前記条件式
２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜７．０… （２）
が満たされている場合は、以下の効果を得ることができる。

すなわち、ｆｅ／ｆｗの値が２．０以下になると、球面収差の補正が困難になり、また拡大側のレンズ径が大きくなってズームレンズが大型になりやすいが、ｆｅ／ｆｗの値が２．０を上回っていればそのような問題を回避して、球面収差を良好に補正可能となり、そして拡大側のレンズ径を小さくしてズームレンズを小型に形成可能となる。

また、ｆｅ／ｆｗの値が７．０以上になると、望遠端での球面収差が大きくなりがちであるが、ｆｅ／ｆｗの値が７．０を下回っていればそのような問題を回避して、望遠端での球面収差を小さく抑えることが可能になる。

以上の効果は、条件式（２）が規定する範囲内でさらに下式
３．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０… （２’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また本発明の投写用ズームレンズにおいて、
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、
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、最も縮小側のレンズ群が正の屈折力を有し、
最も拡大側の移動レンズ群の広角端と望遠端との間の移動量をｍｍ、最も縮小側の移動レンズ群の広角端と望遠端との間の移動量をｍｒとして、前記条件式
−１．０＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．２… （３）
が満たされている場合は、下記の効果を得ることができる。

すなわち、ｍｍ／ｍｒの値が−１．０以下になると、変倍時の倍率色の変動が大きくなるが、ｍｍ／ｍｒの値が−１．０を上回っていればそのような問題を回避して、変倍時の倍率色の変動を小さく抑えることができる。

また、ｍｍ／ｍｒの値が−０．２以上になると、変倍時の像面湾曲の変動が大きくなるが、ｍｍ／ｍｒの値が−０．２を下回っていればそのような問題を回避して、変倍時の像面湾曲の変動を小さく抑えることができる。

以上の効果は、条件式（３）が規定する範囲内でさらに下式
−０．７＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．３… （３’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また、本発明の投写用ズームレンズにおいて特に、開口絞りとして、変倍の全範囲に亘って開口数が一定となるように開口径を変化させるものが用いられている場合は、より大きな変倍比を実現可能となる。

また、本発明の投写用ズームレンズにおいては特に、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）をＢｆ、縮小側における最大有効像円直径（イメージサークル径）をＩｍφ、投写距離無限遠時の最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をＬとして、前記条件式
２．０＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４）
Ｌ／Ｉｍφ＜１２… （５）
が満たされているので、以下の効果を得ることができる。

すなわち、Ｂｆ／Ｉｍφの値が２．０以下になると、バックフォーカスが短くなって、前述したようなプリズムを挿入することが難しくなるが、Ｂｆ／Ｉｍφの値が２．０を上回っていれば、そのようなプリズムの挿入が容易になる。

以上の効果は、条件式（４）が規定する範囲内でさらに下式
２．５＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

一方、条件式（５）が規定するようにＬ／Ｉｍφの値が１２を下回っていれば、ズームレンズ全長を短く抑えることができる。

この効果は、条件式（５）が規定する範囲内でさらに下式
７＜Ｌ／Ｉｍφ＜１１… （５’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。またこのＬ／Ｉｍφの値が７以下になると、色収差の補正が困難になるが、条件式（５’）が満たされている場合は、そのような問題を回避して、色収差を良好に補正可能となる。

また本発明の投写用ズームレンズにおいて特に、前記条件式
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜５．０… （６）
が満たされている場合は、以下の効果を得ることができる。

すなわち、ｆ１／ｆｗの値が１．０以下になると、球面収差の補正が困難になるが、ｆ１／ｆｗの値が１．０を上回っていればそのような問題を回避して、球面収差を良好に補正可能となる。

また、ｆ１／ｆｗの値が５．０以上になると、軸上色収差の補正が困難になり、また拡大側のレンズ径が大きくなるが、ｆ１／ｆｗの値が５．０を下回っていればそのような問題を回避して、軸上色収差を容易に補正可能となり、また拡大側のレンズ径を小さく抑えることが可能になる。

以上の効果は、条件式（６）が規定する範囲内でさらに下式
２．０＜ｆ１／ｆｗ＜４．０… （６’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また、本発明の投写用ズームレンズにおいて特に前記条件式
１．４＜Ｚｒ… （７）
が満たされている場合は、高変倍比を確保して、投写用ズームレンズの使用可能範囲を広げることができる。

以上の効果は、条件式（７）が規定する範囲内でさらに下式
１．６＜Ｚｒ… （７’）
が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

なお、映画館等での利用に供される投写型表示装置に適用されるズームレンズには一般に、全変倍領域でＦナンバーが３．０よりも小さい（明るい）ことが求められるが、本発明の投写用ズームレンズは、そのような要求にも応えられるものである。その具体的数値については、以下で実施例に即して説明する。

また、上述のような投写型表示装置に適用されるズームレンズには一般に、全変倍領域で歪曲収差が２％程度内に抑えられていることが求められるが、本発明の投写用ズームレンズは、そのような要求にも応えられるものである。その具体的数値については、以下で実施例に即して説明する。

他方、本発明の投写型表示装置は、投写用ズームレンズとして以上述べた通りの本発明のズームレンズが適用されたものであるので、高変倍比を確保した上で開口数を全変倍領域において一定とすることができ、またズームレンズの全長や、最も拡大側のレンズ群のレンズ径を小さくすることができることから、小型に形成可能となる。

本発明の実施例１に係る投写用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２に係る投写用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３に係る投写用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４に係る投写用ズームレンズのレンズ構成を示す断面図 （Ａ）〜（Ｌ）は上記実施例１に係る投写用ズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｌ）は上記実施例２に係る投写用ズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｌ）は上記実施例３に係る投写用ズームレンズの各収差図 （Ａ）〜（Ｌ）は上記実施例４に係る投写用ズームレンズの各収差図 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置を示す概略構成図 本発明の別の実施形態に係る投写型表示装置を示す概略構成図

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を参照して、本発明の一実施形態に係る投写用ズームレンズについて説明する。この図１は、本発明の実施例１に係る投写用ズームレンズを変倍操作させたときの広角端および望遠端、並びにそれらの中間位置における、各レンズ群の移動位置を示すものである。この図示の仕方は、図１〜４において共通である。

図２〜４は、本発明の実施形態に係る別の構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２〜４に係る投写用ズームレンズに対応している。これらの投写用ズームレンズは全て５群構成のものである。これらの投写用ズームレンズは特に説明する部分以外、基本的な構成が実施例１のものと共通しているので、以下では、主に図１に示す構成を例に取って実施形態を説明する。

本実施形態の投写用ズームレンズは、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２、１を示している。これは、以下の図２〜４においても同様である。なおライトバルブの画像表示面は、例えばガラスブロック１の縮小側の面に位置するように配される。

投写型表示装置においては、上記画像表示面で画像情報を与えられた光束が、ガラスブロック２、１を介して投写用ズームレンズに入射され、該投写用ズームレンズにより図中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。

なお上の説明では、ガラスブロック２の縮小側の面の位置と画像表示面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。また上の説明では、１つの画像表示面のみについて説明しているが、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できるように構成してもよい。

本実施形態に係る投写用ズームレンズは、最も拡大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第１レンズ群Ｇ１と、この第１レンズ群Ｇ１の次に縮小側に配置されて変倍時に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、この第２レンズ群Ｇ２の次に縮小側に配置されて変倍時に移動する負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、この第３レンズ群Ｇ３の次に縮小側に配置されて変倍時に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４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第５レンズ群Ｇ５と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。以上述べたレンズ群の構成は、実施例１〜４において共通である。

そしてこの投写用ズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１を移動させてフォーカシングを行うように構成されている。

図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は３枚のレンズ（第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３）からなり、第２レンズ群Ｇ２は３枚のレンズ（第４レンズＬ４〜第６レンズＬ６）からなり、第３レンズ群Ｇ３は３枚のレンズ（第７レンズＬ７〜第９レンズＬ９）およびその拡大側に配置された開口絞りＳｔからなり、第４レンズ群Ｇ４は５枚のレンズ（第１０レンズＬ１０〜第１４レンズＬ１４）からなり、第５レンズ群Ｇ５は１枚のレンズ（第１５レンズＬ１５）からなる。ただし、各レンズ群を構成するレンズの枚数は、必ずしも図１に示す例に限定されるものではない。

本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、第３レンズ群Ｇ３に配置された開口絞りＳｔが、この第３レンズ群Ｇ３のレンズと一体で移動するように構成されている。この点は、実施例１〜４において共通である。そしてこの開口絞りＳｔは、全変倍領域でズームレンズの開口数を一定とするために、変倍に伴って開口径（絞り径）を変化させる可変絞りとされている。なお本発明の投写用ズームレンズにおいて、そのような開口絞りＳｔは、本実施形態におけるように移動レンズ群を構成するレンズの外側に配置されていてもよいし、あるいは、移動レンズ群を構成するレンズ同士の間に配置されていてもよいし、さらには、移動レンズ群とは独立して光軸Ｚに沿って移動するように構成されてもよい。

本実施形態の投写用ズームレンズは、変倍の際に固定されている正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、この第１レンズ群Ｇ１より縮小側に配置されて変倍の際に移動する複数の移動レンズ群（第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４）と、１つの移動レンズ群である第３レンズ群Ｇ３内に配された開口絞りＳｔとを有する投写用ズームレンズにおいて、開口数が全変倍領域において一定となるように設定されたものであるので、最も縮小側のレンズ群と、その拡大側に配置された開口絞りの双方を、変倍時に共に固定しておいて開口数の一定化を図った引用文献１に記載の投写用ズームレンズ等と比べると、ズームレンズの全長や、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を小さくすることができる。

そしてこの投写用ズームレンズにおいては、最も縮小側の移動レンズ群である第４レンズ群Ｇ４の広角端と望遠端との間の移動量をｍｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、下記条件式
０．３＜ｍｒ／ｆｗ… （１）
が満たされている。それにより、ズームレンズの全長や、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径をさらに小さくする効果が得られる。

以上の効果は、条件式（１）が規定する範囲内でさらに前記条件式（１’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

なお条件式（１）や後述する条件式（２）〜（７）が規定する条件（つまり文字式の部分）の値を、実施例１〜４の各々について表９にまとめて示してある。

また本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、最も縮小側に配置された最終レンズ群である第５レンズ群Ｇ５が、正の屈折力を有して変倍の際に固定されているものとされた上で、この第５レンズ群Ｇ５の焦点距離をｆｅ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、下記条件式
２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜７．０… （２）
が満たされている。それにより、球面収差を良好に補正可能となり、そして第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を小さくしてズームレンズを小型に形成可能となり、さらには望遠端での球面収差を小さく抑えることが可能になる。その理由は先に詳しく説明した通りである。

以上の効果は、条件式（２）が規定する範囲内でさらに前記条件式（２’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、最も拡大側の移動レンズ群である第２レンズ群Ｇ２の広角端と望遠端との間の移動量をｍｍ、最も縮小側の移動レンズ群である第４レンズ群Ｇ４の広角端と望遠端との間の移動量をｍｒとして、下記条件式
−１．０＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．２… （３）
が満たされている。それにより、変倍時の倍率色の変動や、変倍時の像面湾曲の変動を小さく抑えることができる。その理由は先に詳しく説明した通りである。

以上の効果は、条件式（３）が規定する範囲内でさらに前記条件式（３’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、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）をＢｆ、縮小側における最大有効像円直径（イメージサークル径）をＩｍφ、投写距離無限遠時の最も拡大側のレンズ面（第１レンズＬ１の拡大側レンズ面）から最も縮小側のレンズ面（第１５レンズＬ１５の縮小側レンズ面）までの光軸上の距離をＬとして、下記条件式
２．０＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４）
Ｌ／Ｉｍφ＜１２… （５）
が満たされている。

このように条件式（４）が満たされていることにより、本実施形態の投写用ズームレンズは、十分長いバックフォーカスを備え得るものとなる。その理由は先に詳しく説明した通りである。実施例毎のバックフォーカスの具体的な値については後に表において示す。以上の効果は、条件式（４）が規定する範囲内でさらに前記条件式（４’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

また条件式（５）が満たされていることにより、本実施形態の投写用ズームレンズは、全長を短くして小型化を達成することができる。この効果は、条件式（５）が規定する範囲内でさらに前記条件式（５’）が満たされている場合は、より顕著なものとなり、さらにその場合は色収差を良好に補正可能となる。その理由は先に詳しく説明した通りである。

さらに本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとして、下記条件式
１．０＜ｆ１／ｆｗ＜５．０… （６）
が満たされている。それにより、球面収差および軸上色収差を容易に補正し、さらには第１レンズ群Ｇ１のレンズ径を小さく抑えることが可能になる。その理由は先に詳しく説明した通りである。

以上の効果は、条件式（６）が規定する範囲内でさらに前記条件式（６’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

さらに本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、広角端に対する望遠端の変倍比をＺｒとして、条件式
１．４＜Ｚｒ… （７）
が満たされている。それにより本実施形態の投写用ズームレンズは、高変倍比を確保して、その使用可能範囲を拡大できるものとなる。

以上の効果は、条件式（７）が規定する範囲内でさらに前記条件式（７’）が満たされている場合は、より顕著なものとなる。

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９および１０を用いて説明する。図９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る。この図９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、白色光Ｌを発する光源１７が配されている。

光源１７から発せられた白色光Ｌ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に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、本発明の実施形態に係る投写用ズームレンズ１９に入射する。そこでこの入射光による光学像が投写用ズームレンズ１９により、スクリーン１００上に投写される。

次に図１０は、本発明の別の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る。この図１０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と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、白色光Ｌを発する光源２７が配されている。

光源２７から発せられた白色光Ｌ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。分解された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、本発明の実施形態に係る投写用ズームレンズ２９に入射する。そこでこの入射光による光学像が投写用ズームレンズ２９により、スクリーン１００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９および１０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、本発明の投写用ズームレンズの具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１に、実施例１の投写用ズームレンズの広角端および望遠端、並びにそれらの中間位置におけるレンズ群の配置を示す。なお、図１についての詳細な説明は先に説明した通りであるので、ここでは特に必要の無い限り重複した説明は省略する。

この実施例１の投写用ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配置された、負の屈折力を有する（以下、レンズに関しては単に「負の」あるいは「正の」という）第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３の３枚のレンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配置された、負の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６の３枚のレンズから構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に配置された、可変絞りである開口絞りＳｔと、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、正の第９レンズＬ９の３枚のレンズから構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から順に配置された、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、正の第１２レンズＬ１２と、正の第１３レンズＬ１３と、負の第１４レンズＬ１４の５枚のレンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、１枚の正の第１５レンズＬ１５から構成されている。

なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は接合され、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６は接合され、第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２も接合されている。

表１に、実施例１の投写用ズームレンズの基本レンズデータを示す。ここでは、ガラスブロック２、１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に有る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。

なお表１の曲率半径Ｒおよび面間隔Ｄの値は、広角端における投写用ズームレンズの全系の焦点距離を１０．００として規格化した値である。また表１中では、所定の桁でまるめた数値を記載している。また曲率半径の符号は、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。

面間隔Ｄのうち、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔、および第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔は、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、「ＤＤ」に当該間隔の前側の面番号を付してＤＤ５、ＤＤ１０、ＤＤ１７、ＤＤ２６と記載している。

以上は、後述する表３、５、および７においても同様である。なお、上述した可変レンズ群間隔について、「ＤＤ」の後に続く数字は各実施例における構成要素の数に応じて変わっているが、当該間隔の前側の面番号を付して示しているのはどの表でも同じである。

ここで表２に、実施例１の投写用ズームレンズが変倍する際の広角端、中間位置、望遠端における全系の焦点距離ｆと、バックフォーカスＢｆと、上記可変間隔ＤＤ５、ＤＤ１０、ＤＤ１７、ＤＤ２６の値と、開口絞りＳｔの絞り径（開口径：直径を示す）とを示す。これらの数値も、広角端における全系の焦点距離を１０．００として規格化した値であり、そしてこれらは投写距離が無限遠の場合の値である。またこの表２には、実施例１のズームレンズのズーム倍率（広角端におけるものを１．００とする）、Ｆナンバー（開口数）Ｆｎｏ．および全画角２ω（単位は度）を併せて示してある。Ｆナンバーは、広角端、中間位置、望遠端を通して、前述した３．０よりも十分に小さい２．５で一定に保たれている。これは、後述する実施例２〜４においても同様である。

以上述べた表２の記載の仕方は、表４、６、および８においても同様である。

ここで表９に、前記条件式（１）〜（７）が規定する条件（つまり文字式の部分）の値を、実施例１〜４の各々について示す。ここに示される通り、実施例１では条件式（１）〜（７）が全て満たされている。それは、他の実施例２〜４でも同様である。またこの表９に示されている通り、実施例１〜４の全てにおいて、１．８７と高い変倍比Ｚｒが確保されている。

また表１０には、実施例１〜４における主要な仕様を示してある。この表１０中のｆ２、ｆ３およびｆ４はそれぞれ、第２レンズ群Ｇ３、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４の焦点距離である。

ここで図５の（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ、実施例１の投写用ズームレンズの広角端における球面収差、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。また同図の（Ｅ）〜（Ｈ）にそれぞれ、実施例１の投写用ズームレンズの中間位置における球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差の各収差図を示す。また同図の（Ｉ）〜（Ｌ）にそれぞれ、実施例１の投写用ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差の各収差図を示す。同図に示される通り実施例１では、全変倍領域で歪曲収差が２％程度内に抑えられている。これは他の実施例２〜４においてもほぼ同様である。

図５の（Ａ）〜（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、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長波長４８６．１ｎｍ）に関する収差も示しており、倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ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ＦＮｏ．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。なおこれらの値は、投写距離が無限遠の場合の値である。

上述した実施例１のレンズ群配置図、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２〜４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のレンズ群配置図（図１）が広角端、中間位置、望遠端におけるものである点、そして収差図が広角端、中間位置、望遠端におけるものである点も、実施例２〜４において同様である。

＜実施例２＞
図２に、実施例２の投写用ズームレンズの広角端および望遠端、並びにそれらの中間位置におけるレンズ群の配置を示す。

この実施例２の投写用ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配置された、負の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３の３枚のレンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配置された、負の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６の３枚のレンズから構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に配置された、可変絞りである開口絞りＳｔと、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、正の第９レンズＬ９の３枚のレンズから構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から順に配置された、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、正の第１２レンズＬ１２と、正の第１３レンズＬ１３と、負の第１４レンズＬ１４の５枚のレンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、１枚の正の第１５レンズＬ１５から構成されている。

なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は接合され、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６は接合され、第７レンズＬ７と第８レンズＬ８は接合され、第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２も接合されている。

表３に、実施例２の投写用ズームレンズの基本レンズデータを示す。また表４に、実施例２の投写用ズームレンズが変倍する際の広角端、中間位置、望遠端における諸元を表２と同様にして示す。

一方図６の（Ａ）〜（Ｌ）にそれぞれ、実施例２の投写用ズームレンズの各収差図を示す。

＜実施例３＞
図３に、実施例３の投写用ズームレンズの広角端および望遠端、並びにそれらの中間位置におけるレンズ群の配置を示す。

この実施例３の投写用ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配置された、負の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３の３枚のレンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配置された、負の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６の３枚のレンズから構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に配置された、可変絞りである開口絞りＳｔと、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、正の第９レンズＬ９の３枚のレンズから構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から順に配置された、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、正の第１２レンズＬ１２と、正の第１３レンズＬ１３と、負の第１４レンズＬ１４の５枚のレンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、１枚の正の第１５レンズＬ１５から構成されている。

なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は接合され、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６は接合され、第７レンズＬ７と第８レンズＬ８は接合され、第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２も接合されている。

表５に、実施例３の投写用ズームレンズの基本レンズデータを示す。また表６に、実施例３の投写用ズームレンズが変倍する際の広角端、中間位置、望遠端における諸元を表２と同様にして示す。

一方図７の（Ａ）〜（Ｌ）にそれぞれ、実施例３の投写用ズームレンズの各収差図を示す。

＜実施例４＞
図４に、実施例４の投写用ズームレンズの広角端および望遠端、並びにそれらの中間位置におけるレンズ群の配置を示す。

この実施例４の投写用ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に配置された、負の第１レンズＬ１と、正の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３の３枚のレンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、拡大側から順に配置された、負の第４レンズＬ４と、負の第５レンズＬ５と、正の第６レンズＬ６の３枚のレンズから構成されている。

第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に配置された、可変絞りである開口絞りＳｔと、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、正の第９レンズＬ９の３枚のレンズから構成されている。

第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から順に配置された、正の第１０レンズＬ１０と、負の第１１レンズＬ１１と、正の第１２レンズＬ１２と、正の第１３レンズＬ１３と、負の第１４レンズＬ１４の５枚のレンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、１枚の正の第１５レンズＬ１５から構成されている。

なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は接合され、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６は接合され、第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２も接合されている。

表７に、実施例４の投写用ズームレンズの基本レンズデータを示す。また表８に、実施例４の投写用ズームレンズが変倍する際の広角端、中間位置、望遠端における諸元を表２と同様にして示す。

一方図８の（Ａ）〜（Ｌ）にそれぞれ、実施例４の投写用ズームレンズの各収差図を示す。

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、本発明の投写用ズームレンズは、上記実施例のものに限られること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も前述した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、既述の構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

Claims (15)

1. 拡大側から順に、最も拡大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第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍の際に移動する正の屈折力を有する第４レンズ群と、変倍の際に固定されている正の屈折力を有する第５レンズ群とから実質的に構成され、
   隣り合う移動レンズ群同士の間、または１つの移動レンズ群内に配された開口絞りを有する投写用ズームレンズにおいて、
   該ズームレンズの開口数が全変倍領域において一定となるように設定され、
   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（４）および（５）を満たしていることを特徴とする投写用ズームレンズ。
   ２．０＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４）
   Ｌ／Ｉｍφ＜１２… （５）
   ただし、
   Ｂｆ：空気換算距離とした、広角端における全系の縮小側のバックフォーカス
   Ｉｍφ：縮小側における最大有効像円直径
   Ｌ：投写距離無限遠時の最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
2. 下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の投写用ズームレンズ。
   ０．３＜ｍｒ／ｆｗ… （１）
   ただし、
   ｍｒ：最も縮小側の移動レンズ群の広角端と望遠端との間の移動量
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
3. 下記条件式（１’）を満たすことを特徴とする請求項２記載の投写用ズームレンズ。
   ０．５＜ｍｒ／ｆｗ… （１’）
4. 下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
   ２．０＜ｆｅ／ｆｗ＜７．０… （２）
   ただし、
   ｆｅ：最終レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
5. 下記条件式（２’）を満たすことを特徴とする請求項４記載の投写用ズームレンズ。
   ３．０＜ｆｅ／ｆｗ＜５．０… （２’）
6. 下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
   −１．０＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．２… （３）
   ただし、
   ｍｍ：最も拡大側の移動レンズ群の広角端と望遠端との間の移動量
   ｍｒ：最も縮小側の移動レンズ群の広角端と望遠端との間の移動量
7. 下記条件式（３’）を満たすことを特徴とする請求項６記載の投写用ズームレンズ。
   −０．７＜ｍｍ／ｍｒ＜−０．３… （３’）
8. 前記開口絞りは、変倍の全範囲に亘って開口数が一定となるように開口径を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
9. 下記条件式（４’）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
   ２．５＜Ｂｆ／Ｉｍφ… （４’）
10. 下記条件式（５’）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
    ７＜Ｌ／Ｉｍφ＜１１… （５’）
11. 下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
    １．０＜ｆ１／ｆｗ＜５．０… （６）
    ただし、
    ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
    ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
12. 下記条件式（６’）を満たすことを特徴とする請求項１１記載の投写用ズームレンズ。
    ２．０＜ｆ１／ｆｗ＜４．０… （６’）
13. 下記条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の投写用ズームレンズ。
    １．４＜Ｚｒ… （７）
    ただし、
    Ｚｒ：広角端に対する望遠端の変倍比
14. 下記条件式（７’）を満たすことを特徴とする請求項１３記載の投写用ズームレンズ。
    １．６＜Ｚｒ… （７’）
15. 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請求項１記載の投写用ズームレンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。

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