(57)【要約】投写用変倍光学系において、少ないレンズ枚数で簡易な群構成として低コスト化・小型化を図りながらも、広い画角を確保し、諸収差を良好に補正する。投写用変倍光学系は、拡大側から順に、負レンズ群（ＧＮ）、正レンズ群（ＧＰ）からなる。変倍時に負レンズ群（ＧＮ）と正レンズ群（ＧＰ）の光軸上の間隔が変化する。全系が実質的に６枚のレンズから構成される。負レンズ群（ＧＮ）は、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズ（Ｌ１）、負の単レンズの第２レンズ（Ｌ２）からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、負の屈折力を有する負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に前記負レンズ群と前記正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、
全系が実質的に６枚のレンズから構成され、
前記負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなることを特徴とする投写用変倍光学系。
【請求項２】
前記第１レンズはプラスチック材質で構成され、下記条件式（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。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．１  …  （１）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
【請求項３】
下記条件式（１’）を満足することを特徴とする請求項２記載の投写用変倍光学系。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．０３  …  （１’）
【請求項４】
下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
−０．８＜ｆｗ／ｆ２＜−０．２５  …  （２）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
【請求項５】
下記条件式（２’）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。
−０．５＜ｆｗ／ｆ２＜−０．３０  …  （２’）
【請求項６】
下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
０．７＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜４．０  …  （３）
ただし、
Ｒ２ｒ：前記第２レンズの縮小側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【請求項７】
下記条件式（３’）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。
１．０＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜３．０  …  （３’）
【請求項８】
前記第２レンズが両凹レンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項９】
前記正レンズ群が、拡大側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、
前記負レンズ群、前記正レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１０】
前記正レンズ群が、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、
前記前群が、正の屈折力を有する単レンズからなり、
前記後群が、拡大側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、
前記負レンズ群、前記前群、前記後群それぞれを光軸方向に移動させて変倍を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１１】
全系の前記第１レンズ以外のレンズは全て、両側の面が球面であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１２】
下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
ＦＮｗ＜３．０  …  （４）
ただし、
ＦＮｗ：広角端におけるＦナンバー
【請求項１３】
下記条件式（４’）を満足することを特徴とする請求項１２記載の投写用変倍光学系。
ＦＮｗ＜２．６  …  （４’）
【請求項１４】
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から１３のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、例えば、ライトバルブからの映像情報を有する光束をスクリーン上に拡大投写するのに好適な小型の投写用変倍光学系およびこれを搭載した投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置に代えて、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）表示装置をライトバルブとして用いた投影プロジェクタ装置（投写型表示装置）が利用されるようになってきている。投写型表示装置においては、ＤＭＤは、入力されたビデオ信号に応じ、約１０度以上の範囲で傾きを変えることができる高反射率の矩形状の微小な鏡を用いて、光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させてその映像の投影を可能としている。これは、例えば基板上に数百万個以上の鏡を縦横に配列し、全て独立してデジタル制御することによりなされるもので、各鏡が各々映像中の１画素に対応することとなる。【０００３】
ＤＭＤ表示装置は液晶表示装置と異なり、照射光を偏光する必要がないので光量の損失が少なく、階調表現の正確性という点でも優れている。それ故、このような利点を有するＤＭＤ表示装置を用いた投写型表示装置においては、ＤＭＤ表示装置に応じて鮮明かつ高精度な画像を得ることができるように良好な光学特性を有する投写用レンズが要求される。【０００４】
また、モバイル用途の需要拡大、投写型表示装置の低価格化等に応じて、投写用レンズにも小型化、軽量化、低コスト化が求められる傾向にある。さらには、狭い室内において、より短い投写距離で大画面の投写を可能とする広画角化が要望されている。さらにまた、スクリーン上での投写画像のサイズを変更できるように変倍可能であることも望まれている。【０００５】
投写用レンズを小型化、軽量化するためにはレンズ構成を簡易にする必要がある。簡易な群構成でレンズ枚数が少ない投写用変倍光学系として、下記特許文献１、２に記載のものが知られている。下記特許文献１、２には、全系が５枚のレンズからなり、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とが配列され、変倍に際してこれら２つのレンズ群が光軸方向に移動するズームレンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０７７９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１３１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のズームレンズは、比較的小型で構成レンズ枚数も５枚と少ないが、全て広角端での全画角が５５度以下と狭い。近年では、広角端での全画角が６０度程度ある、安価で小型の投写用変倍光学系への要望が高まっているが、この構成のままで画角を広げると、諸収差、特に歪曲収差と非点収差、像面湾曲の補正が困難となり、良好な投写性能を保持することができない。【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、少ないレンズ枚数で簡易な群構成でありながら、広い画角を確保でき、諸収差が良好に補正された、安価で小型の投写用変倍光学系およびこのような投写用変倍光学系を備えた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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る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負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に負レンズ群と正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、全系が実質的に６枚のレンズから構成され、負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなることを特徴とするものである。【００１０】
本発明に係る投写用変倍光学系においては、下記条件式（１）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（１’）を満足することがより好ましい。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．１  …  （１）
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．０３  …  （１’）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離【００１１】
また、本発明に係る投写用変倍光学系においては、下記条件式（２）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（２’）を満足することがより好ましい。
−０．８＜ｆｗ／ｆ２＜−０．２５  …  （２）
−０．５＜ｆｗ／ｆ２＜−０．３０  …  （２’）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離【００１２】
また、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）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
０．７＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜４．０  …  （３）
１．０＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜３．０  …  （３’）
ただし、
Ｒ２ｒ：第２レンズの縮小側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離【００１３】
また、本発明に係る投写用変倍光学系においては、第２レンズが両凹レンズであるように構成してもよい。【００１４】
また、本発明に係る投写用変倍光学系においては、正レンズ群が、拡大側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、負レンズ群、正レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うように構成してもよい。【００１５】
あるいは、本発明に係る投写用変倍光学系においては、正レンズ群が、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、前群が、正の屈折力を有する単レンズからなり、後群が、拡大側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、負レンズ群、前群、後群それぞれを光軸方向に移動させて変倍を行うように構成してもよい。【００１６】
また、本発明に係る投写用変倍光学系においては、全系の第１レンズ以外のレンズは全て、両側の面が球面であることが好ましい。【００１７】
また、本発明に係る投写用変倍光学系においては、下記条件式（４）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
ＦＮｗ＜３．０  …  （４）
ＦＮｗ＜２．６  …  （４’）
ただし、
ＦＮｗ：広角端におけるＦナンバー【００１８】
本発明に係る投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、この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。【００１９】
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。【００２０】
なお、上記の「実質的に６枚のレンズから構成され」は、この６枚のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素等を持つ場合を含んでもよいものとする。【００２１】
なお、「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。【００２２】
なお、上記レンズの面形状、屈折力の符号、曲率半径は、非球面を有するレンズについては近軸領域で考えるものとする。【００２３】
なお、曲率半径の符号は、拡大側に凸面を向けた形状の場合を正とし、縮小側に凸面を向けた形状の場合を負とすることにする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る投写用変倍光学系は、全系が６枚のレンズからなるため安価で小型に構成可能である。また、本発明に係る投写用変倍光学系は、拡大側から順に、負レンズ群、正レンズ群を配置したレトロフォーカスタイプを採用し、負レンズ群の構成を好適に設定し、特に、最も拡大側に非球面レンズを配置しているため、少ないレンズ枚数で簡易な群構成でありながら、広い画角を確保でき、諸収差を良好に補正することができる。【００２５】
また、本発明に係る投写型表示装置は、本発明の投写用変倍光学系を備えているため、安価で小型に構成可能であり、広角で、良好な投写性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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を示す断面図
【図２】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を示す断面図
【図３】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を示す断面図
【図４】図４（Ａ）〜図４（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５】図５（Ａ）〜図５（I）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横収差図
【図６】図６（Ａ）〜図６（I）は本発明の実施例１に係る投写用変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図
【図７】図７（Ａ）〜図７（I）は本発明の実施例１に係る投写用変倍光学系の望遠端における横収差図
【図８】図８（Ａ）〜図８（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９】図９（Ａ）〜図９（I）は本発明の実施例２に係る投写用変倍光学系の広角端における横収差図
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（I）は本発明の実施例２に係る投写用変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（I）は本発明の実施例２に係る投写用変倍光学系の望遠端における横収差図
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（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１３】図１３（Ａ）〜図１３（I）は本発明の実施例３に係る投写用変倍光学系の広角端における横収差図
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（I）は本発明の実施例３に係る投写用変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（I）は本発明の実施例３に係る投写用変倍光学系の望遠端における横収差図
【図１６】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
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。図１〜図３は、本発明の実施形態にかかる投写用変倍光学系の構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜３の投写用変倍光学系に対応している。図１〜図３に示す例の基本的な構成は同様であり、図１〜図３の図示方法も同様であるため、以下では、主に図１を参照しながら本発明の実施形態にかかる投写用変倍光学系について説明する。
【００２８】
図１の「ＷＩＤＥ」という記号が付された上段の図は広角端における各レンズ群の配置と構成を示しており、「ＭＩＤＤＬＥ」という記号が付された中段の図は中間焦点距離状態における各レンズ群の配置と構成を示しており、「ＴＥＬＥ」という記号が付された下段の図は望遠端における各レンズ群の配置と構成を示している。
【００２９】
この投写用変倍光学系は、例えば投写型表示装置に搭載されて、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用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、各種フィルタやカバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材２と、ライトバルブの画像表示面１も合わせて図示している。
【００３０】
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、光学部材２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）上に投写される。
【００３１】
なお、図１では図の簡略化のために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。
【００３２】
本実施形態に係る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負レンズ群ＧＮと、正の屈折力を有する正レンズ群ＧＰとが配列されてなる。負レンズ群ＧＮをスクリーン側に配置することで、広角化に好適なレトロフォーカス型のレンズ系となる。
【００３３】
変倍時には、負レンズ群ＧＮと正レンズ群ＧＰとの光軸上の間隔が変化するように構成されている。例えば、図１に示す例では、広角端から望遠端への変倍時に、負レンズ群ＧＮは縮小側へ移動し、正レンズ群ＧＰは拡大側へ移動する。図１の上段と中段の間、中段と下段の間には各レンズ群が変倍時に移動する方向を概略的に示す矢印を記載している。
【００３４】
本投写用変倍光学系は、拡大側から順に配列された、第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６の６枚のレンズから実質的に構成される。全系のレンズ枚数が６枚と少ないため、小型で簡素な構成とすることができ、低コストに製作可能である。さらに、図１に示す例のように、全てのレンズを単レンズとした場合は、よりコスト的に有利となる。
【００３５】
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２は負レンズ群ＧＮを構成し、第３レンズＬ３〜第６レンズＬ６は正レンズ群ＧＰを構成する。第１レンズＬ１は少なくとも片側の面が非球面であり、第２レンズＬ２は負の屈折力を有する単レンズであるように構成される。
【００３６】
全系の最も拡大側に非球面レンズを配置することで、広角化の際に問題になる、歪曲収差、非点収差、像面湾曲を効率良く補正することが可能となり、６枚という少ない構成レンズ枚数でありながら良好な性能の投写用変倍光学系を実現することができる。第１レンズＬ１の片側の面を非球面とすることで、良好な収差補正が可能になるが、両側の面を非球面とすると、より良好な収差補正が可能になる。
【００３７】
また、第２レンズＬ２を負レンズとすることで、負レンズ群ＧＮに必要な負の屈折力を確保し、径が大きくなりやすい第２レンズＬ２を単レンズとすることで、コストを抑制できる。
【００３８】
非球面レンズである第１レンズＬ１の材質にはプラスチックを用いることが好ましい。第１レンズＬ１をプラスチックレンズとした場合には、コストを抑制することができる。
【００３９】
また、第１レンズＬ１をプラスチックレンズとした場合は、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．１  …  （１）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
【００４０】
上記条件式（１）を満足することで、第１レンズＬ１の屈折力を弱くすることができ、第１レンズＬ１がプラスチックレンズの場合でも、温度変化時のピント位置のずれを抑制し、良好な性能を保持することが可能になる。
【００４１】
上記事情から、第１レンズＬ１がプラスチックレンズの場合、温度変化によるピント位置のずれをより抑制するためには、下記条件式（１’）を満足することがより好ましい。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．０３  …  （１’）
【００４２】
また、第２レンズＬ２に関して、本投写用変倍光学系は、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
−０．８＜ｆｗ／ｆ２＜−０．２５  …  （２）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
【００４３】
条件式（２）の下限以下になると、第２レンズＬ２の屈折力が強くなりすぎてコマ収差や非点収差が大きくなる。条件式（２）の上限以上になると、第２レンズＬ２の屈折力が弱くなりレンズ系全体のペッツバール和が増大するため、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。
【００４４】
上記事情から、より良好にコマ収差、非点収差、像面湾曲を補正するためには、下記条件式（２’）を満足することがより好ましい。
−０．５＜ｆｗ／ｆ２＜−０．３０  …  （２’）
【００４５】
また、本投写用変倍光学系は、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０．７＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜４．０  …  （３）
ただし、
Ｒ２ｒ：第２レンズの縮小側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【００４６】
本投写用変倍光学系においては、第２レンズＬ２が負レンズ群ＧＮの負の屈折力を大きく担う傾向にあり、その場合、第２レンズＬ２の縮小側の面は凹面となり、この面に持たせる屈折力が重要となる。条件式（３）の下限以下になると、特にコマ収差が大きくなる。条件式（３）の上限以上になると、特に非点収差が大きくなる。
【００４７】
上記事情から、より良好にコマ収差、非点収差を補正するためには、下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
１．０＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜３．０  …  （３’）
【００４８】
また、本投写用変倍光学系は、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
ＦＮｗ＜３．０  …  （４）
ただし、
ＦＮｗ：広角端におけるＦナンバー
【００４９】
条件式（４）の上限以上になると、ＤＭＤ表示装置を用いた投写型表示装置に好適な明るさを確保することが困難になる。
【００５０】
上記事情から、ＤＭＤ表示装置を用いた投写型表示装置に好適な明るさの確保をより容易にするためには、下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
ＦＮｗ＜２．６  …  （４’）
【００５１】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第２レンズＬ２は両凹レンズとしてもよく、あるいは拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズとしてもよい。第２レンズＬ２を両凹レンズとした場合は、変倍時に移動するレンズ群が２つとなる簡易な構成を採っても、広角端から望遠端までの変倍全域にわたり、収差、特に球面収差とコマ収差を良好に補正することができる。
【００５２】
例えば、図１、図２に示す例では、変倍時に、負レンズ群ＧＮ、正レンズ群ＧＰの２つのレンズ群各々を光軸方向に移動させて変倍を行うように構成されている。このような２群構成で変倍を行う場合は、正レンズ群ＧＰは、拡大側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなることが好ましい。このような構成を採ることで、簡易かつコンパクトな変倍光学系とすることができる。
【００５３】
より詳しくは、図１、図２に示す例は、近軸領域で縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、両凹レンズの第２レンズＬ２と、両凸レンズの第３レンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第４レンズＬ４と、両凹レンズの第５レンズＬ５と、両凸レンズの第６レンズＬ６とから構成されている。
【００５４】
あるいは、本発明の投写用変倍光学系は、図３に示す例のように、正レンズ群ＧＰが拡大側から順に、正の屈折力を有する前群ＧＰｆと、正の屈折力を有する後群ＧＰｒとからなるようにし、変倍時に、負レンズ群ＧＮ、前群ＧＰｆ、後群ＧＰｒの３つのレンズ群各々を光軸方向に移動させて変倍を行うように構成してもよい。このような３群構成で変倍を行う場合は、前群ＧＰｆが正の単レンズからなり、後群ＧＰｒが、拡大側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなることが好ましい。このような構成を採ることで、さらに変倍時の収差の変動を抑制することができる。
【００５５】
より詳しくは、図３に示す例は、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第２レンズＬ２と、両凸レンズの第３レンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第４レンズＬ４と、両凹レンズの第５レンズＬ５と、両凸レンズの第６レンズＬ６とから構成されている。
【００５６】
また、本発明の投写用変倍光学系は、全系の第１レンズＬ１以外のレンズは全て球面レンズであることが好ましい。第２レンズＬ２〜Ｌ６全てを球面レンズとすることで、生産コストを抑制することができる。
【００５７】
また、本発明の投写用変倍光学系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。バリフォーカルレンズとした場合はズームレンズの場合よりレンズを駆動させる機構を簡易化できるため、より安価に構成可能である。バリフォーカルレンズとする場合は、例えば、正レンズ群ＧＰを移動させて焦点距離を変化させ、負レンズ群ＧＮを移動させてフォーカシングを行うように構成することができる。
【００５８】
また、本発明の目的とする投写用変倍光学系としては、全変倍域で歪曲収差（ディストーション）が約２％以下に抑えられていることが好ましい。
【００５９】
なお、上述した好ましい構成や可能な構成は、投写用変倍光学系に要望される事項に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。
【００６０】
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１６を参照しながら説明する。図１６に、本実施形態にかかる投写型表示装置１００の概略的な構成を示す。この投写型表示装置１００は、光源１０１と、照明光学系１０２と、ライトバルブとしてのＤＭＤ１０３と、本発明の実施形態にかかる投写用変倍光学系１０４とを備える。
【００６１】
光源１０４より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、３原色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸Ｚ１と垂直な断面における光量分布の均一化が図られてＤＭＤ１０３に照射される。ＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われる。ＤＭＤ１０３により光変調された光は、投写用変倍光学系１０４に入射する。投写用変倍光学系１０４はＤＭＤ１０３により光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。
【００６２】
なお、本発明の投写型表示装置は図１６に示すものから種々の態様の変更が可能である。例えば、単板のＤＭＤを設ける代わりに、各色光に応じた３枚のＤＭＤによりＲＧＢ各色の変調を同時に行うようにしてもよい。この場合、投写用変倍光学系１０４とＤＭＤ１０３との間に図示しない色分離／合成プリズムが配置される。
【００６３】
なお、ＤＭＤ１０３に代えて他のライトバルブを用いることも可能であり、例えば、ライトバルブとして透過型液晶表示素子や反射型液晶表示素子を用いることも可能である。
【００６４】
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。
＜実施例１＞
実施例１の投写用変倍光学系のレンズ構成図は図１に示したものである。図１に関する説明は上述しているため、ここでは重複説明を省略する。
【００６５】
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負レンズ群ＧＮと、正の屈折力を有する正レンズ群ＧＰとが配列されてなる２群構成のズームレンズである。変倍の際には、負レンズ群ＧＮは縮小側へ移動し、正レンズ群ＧＰは拡大側へ移動する。
【００６６】
負レンズ群ＧＮは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、両凹レンズよりなる第２レンズＬ２とから構成されている。正レンズ群ＧＰは、拡大側から順に、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズよりなる第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。全て単レンズである。第１レンズＬ１の両側の面が非球面である。
【００６７】
表１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。基本レンズデータの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の面に面番号を付したときのｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、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、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）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に関するアッベ数を示す。
【００６８】
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おり、基本レンズデータには光学部材２も含めて示している。また、非球面の面番号には＊印を付しており、これら非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記入している。
【００６９】
負レンズ群ＧＮと正レンズ群ＧＰの間隔、正レンズ群ＧＰと光学部材２の間隔は、変倍時に変化する可変面間隔である。これら可変面間隔の欄には、ＤＤとその後の［  ］内に当該面間隔の拡大側の面番号を付して記入している。例えば、実施例１においては、これら可変面間隔の欄にはそれぞれＤＤ［４］、ＤＤ［１２］と記入している。
【００７０】
表２に、実施例１の投写用変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端それぞれにおける、諸元と上記可変面間隔の値を示す。表２では諸元として、変倍比、全系の焦点距離、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω（単位は度）、バックフォーカスＢｆ（空気換算距離）を示しており、これらはｄ線に関するものである。また、表２に示す各値は、投写距離が表２の枠外上方に示すときのものである。
【００７１】
表３に、各非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。
【００７２】
【数１】
2013179582.tif 000003
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＹの非球面上の点より非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
Ｙ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）
【００７３】
なお、表１〜表３に示す数値は、広角端における全系の焦点距離が１０となるように規格化されたときのものである。また、各表の数値は、所定の桁でまるめたものである。
【００７４】
【表１】
2013179582.tif 000004
【００７５】
【表２】
2013179582.tif 000005
【００７６】
【表３】
2013179582.tif 000006
【００７７】
図４（Ａ）〜図４（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、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図４（Ｅ）〜図４（Ｈ）にそれぞれ、中間焦点距離状態における実施例１の投写用変倍光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図４（Ｉ）〜図４（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、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。
【００７８】
図４（Ａ）〜図４（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、図４の収差図は、上述した諸元と可変面間隔の表に付記した投写距離のときのものである。
【００７９】
図５（Ａ）〜図５（Ｅ）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各画角におけるタンジェンシャル方向の横収差図を示し、図５（Ｆ）〜図５（Ｉ）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各画角におけるサジタル方向の横収差図を示す。図５の横収差図はｄ線に関するものであり、図５においてωは半画角を意味し、同じ画角のタンジェンシャル方向の横収差図とサジタル方向の横収差図は左右方向に並べて示している。
【００８０】
同様に、図６（Ａ）〜図６（Ｉ）に中間焦点距離状態における実施例１の投写用変倍光学系の横収差図を示し、図７（Ａ）〜図７（Ｉ）に望遠端における実施例１の投写用変倍光学系の横収差図を示す。図５〜図７の横収差図は、上述した諸元と可変面間隔の表に付記した投写距離のときのものである。
【００８１】
上記の実施例１の説明で述べた各種データの記号、意味、記載方法、広角端における全系の焦点距離が１０となるように規格化されている点、各収差図は諸元と可変面間隔の表に付記した投写距離のときのものである点等は、特に断りがない限り以下の実施例２、３のものについても同様である。
【００８２】
＜実施例２＞
実施例２の投写用変倍光学系のレンズ構成図は図２に示したものである。実施例２の投写用変倍光学系は、実施例１の投写用変倍光学系と略同様の構成とされている。
【００８３】
表４、表５、表６にそれぞれ、実施例２の投写用変倍光学系の基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。図８（Ａ）〜図８（Ｌ）、図９（Ａ）〜図９（Ｉ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｉ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｉ）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。
【００８４】
【表４】
2013179582.tif 000007
【表５】
2013179582.tif 000008
【表６】
2013179582.tif 000009
【００８５】
＜実施例３＞
実施例３の投写用変倍光学系のレンズ構成図は図３に示したものである。実施例３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負レンズ群ＧＮと、正の屈折力を有する正レンズ群ＧＰとが配列されてなり、そのうち正レンズ群ＧＰは拡大側から順に、正の屈折力を有する前群ＧＰｆ、正の屈折力を有する後群ＧＰｒからなる。実施例３の投写用変倍光学系は、変倍時に、負レンズ群ＧＮ、前群ＧＰｆ、後群ＧＰｒの３つのレンズ群が各々移動する３群構成のズームレンズである。変倍の際には、負レンズ群ＧＮは縮小側へ移動し、前群ＧＰｆ、後群ＧＰｒは拡大側へ移動する。
【００８６】
負レンズ群ＧＮは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２とから構成されている。前群ＧＰｆは、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３からなる。後群ＧＰｒは、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズよりなる第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。全て単レンズである。第１レンズＬ１の両側の面が非球面である。
【００８７】
表７、表８、表９にそれぞれ、実施例３の投写用変倍光学系の基本レンズデータ、諸元と可変面間隔、非球面係数を示す。図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｉ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｉ）、図１５（Ａ）〜図１５（Ｉ）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。
【００８８】
【表７】
2013179582.tif 000010
【表８】
2013179582.tif 000011
【表９】
2013179582.tif 000012
【００８９】
表１０に、上記実施例１〜３の上記各条件式（１）〜（４）の対応値を示す。実施例１〜４全て条件式（１）〜（４）を満足している。
【００９０】
【表１０】
2013179582.tif 000013
【００９１】
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、非球面係数を適宜変更することが可能である。
【００９２】
また、本発明の投写型表示装置は、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。
【図１】
2013179582.tif 000014
【図２】
2013179582.tif 000015
【図３】
2013179582.tif 000016
【図４】
2013179582.tif 000017
【図５】
2013179582.tif 000018
【図６】
2013179582.tif 000019
【図７】
2013179582.tif 000020
【図８】
2013179582.tif 000021
【図９】
2013179582.tif 000022
【図１０】
2013179582.tif 000023
【図１１】
2013179582.tif 000024
【図１２】
2013179582.tif 000025
【図１３】
2013179582.tif 000026
【図１４】
2013179582.tif 000027
【図１５】
2013179582.tif 000028
【図１６】
2013179582.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月29日(2014.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、負の屈折力を有する負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に前記負レンズ群と前記正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、
全系が実質的に６枚のレンズから構成され、
前記負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなり、
前記第１レンズはプラスチック材質で構成され、下記条件式（１）を満足することを特徴とする投写用変倍光学系。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．１  …  （１）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
【請求項２】
拡大側から順に、負の屈折力を有する負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に前記負レンズ群と前記正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、
全系が実質的に６枚のレンズから構成され、
前記負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなり、
前記正レンズ群が、拡大側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、
前記負レンズ群、前記正レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うことを特徴とする投写用変倍光学系。
【請求項３】
下記条件式（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。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．０３  …  （１’）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
【請求項４】
下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
−０．８＜ｆｗ／ｆ２＜−０．２５  …  （２）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
【請求項５】
下記条件式（２’）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。
−０．５＜ｆｗ／ｆ２＜−０．３０  …  （２’）
【請求項６】
下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
０．７＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜４．０  …  （３）
ただし、
Ｒ２ｒ：前記第２レンズの縮小側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【請求項７】
下記条件式（３’）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。
１．０＜Ｒ２ｒ／ｆｗ＜３．０  …  （３’）
【請求項８】
前記第２レンズが両凹レンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項９】
前記正レンズ群が、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、
前記前群が、正の屈折力を有する単レンズからなり、
前記後群が、拡大側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、
前記負レンズ群、前記前群、前記後群それぞれを相互の光軸上の間隔が変化するように光軸方向に移動させて変倍を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１０】
全系の前記第１レンズ以外のレンズは全て、両側の面が球面であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１１】
下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の投写用変倍光学系。
ＦＮｗ＜３．０  …  （４）
ただし、
ＦＮｗ：広角端におけるＦナンバー
【請求項１２】
下記条件式（４’）を満足することを特徴とする請求項１１記載の投写用変倍光学系。
ＦＮｗ＜２．６  …  （４’）
【請求項１３】
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から１２のいずれか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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る第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負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に負レンズ群と正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、全系が実質的に６枚のレンズから構成され、負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなり、第１レンズはプラスチック材質で構成され、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．１  …  （１）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
本発明に係る第２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負レンズ群と、正の屈折力を有する正レンズ群とからなり、変倍時に負レンズ群と正レンズ群の光軸上の間隔が変化する投写用変倍光学系であって、全系が実質的に６枚のレンズから構成され、負レンズ群が、拡大側から順に、非球面を有する第１レンズと、負の屈折力を有する単レンズである第２レンズとからなり、正レンズ群が、拡大側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、負レンズ群、正レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る投写用変倍光学系においては、下記条件式（１’）を満足することが好ましい。
｜ｆｗ／ｆ１｜＜０．０３  …  （１’）
ただし、
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明に係る投写用変倍光学系においては、正レンズ群が、拡大側から順に、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなり、前群が、正の屈折力を有する単レンズからなり、後群が、拡大側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなり、負レンズ群、前群、後群それぞれを相互の光軸上の間隔が変化するように光軸方向に移動させて変倍を行うように構成してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
また、本発明の投写用変倍光学系は、全系の第１レンズＬ１以外のレンズは全て球面レンズであることが好ましい。第２レンズＬ２〜第６レンズＬ６全てを球面レンズとすることで、生産コストを抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
光源１０１より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、３原色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸Ｚ１と垂直な断面における光量分布の均一化が図られてＤＭＤ１０３に照射される。ＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われる。ＤＭＤ１０３により光変調された光は、投写用変倍光学系１０４に入射する。投写用変倍光学系１０４はＤＭＤ１０３により光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
表１０に、上記実施例１〜３の上記各条件式（１）〜（４）の対応値を示す。実施例１〜３全て条件式（１）〜（４）を満足している。
【国際調査報告】
2013179582.tif 000030
2013179582.tif 000031
2013179582.tif 000032
2013179582.tif 000033