(57)【要約】【課題】４群または５群レンズ構成とされ、明るく、小型、軽量な投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置を得る。【解決手段】レンズ６枚または７枚で構成され、全系を４群構成とする場合は、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、正の第２群Ｇ２、負の第３群Ｇ３、および正の単レンズからなる第４群Ｇ４が配列され、第３群Ｇ３は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズで構成され、変倍時において、第１群Ｇ１と第４群Ｇ４は固定とされる一方、広角端から望遠端に向かうにしたがって、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３は互いに独立に縮小側から拡大側に移動するように構成されている。さらに縮小側がテレセントリックな構成とされている。【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第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、および正の単レンズ１枚で構成された第４レンズ群が配列され、該第３レンズ群は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズが配列されてなり、
変倍時において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされてなることを特徴とする投写型可変焦点レンズ。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写型可変焦点レンズ。
−７．０  ≦  ｆ３／ｆｗ  ≦−１．５・・・・（１）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
【請求項３】
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の投写型可変焦点レンズ。
１．４  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
【請求項４】
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、および正の単レンズ１枚で構成された第５レンズ群が配列され、該第４レンズ群は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズが配列されてなり、
変倍時において、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群および前記第４レンズ群は、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされてなることを特徴とする投写型可変焦点レンズ。
【請求項５】
以下の条件式（１Ａ）を満足することを特徴とする請求項４記載の投写型可変焦点レンズ。
−９．０  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦−２．０・・・・（１Ａ）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
【請求項６】
以下の条件式（２Ａ）を満足することを特徴とする請求項４または５記載の投写型可変焦点レンズ。
１．４  ≦  ｆ５／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２Ａ）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ５：前記第５レンズ群の焦点距離
【請求項７】
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
−２．２  ≦  ｆ１／ｆｗ  ≦−０．５・・・・（３）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
【請求項８】
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
１．０  ≦  Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（４）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス
【請求項９】
変倍時において、前記レンズ群のうち最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群が固定とされることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
【請求項１０】
前記第１レンズ群が、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズを有することを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
【請求項１１】
前記第１レンズ群が１枚もしくは２枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
【請求項１２】
光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜１１のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写型可変焦点レンズによりスクリーンに投写する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、投写型表示装置等に搭載される６枚または７枚構成の可変焦点レンズおよびその可変焦点レンズを搭載した投写型表示装置に関し、特に、透過型あるいは反射型の液晶表示装置やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）表示装置等のライトバルブからの映像情報を担持した光束をスクリーン上に拡大投写する小型の投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置やＤＭＤ表示装置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が、これに搭載される投写レンズとしても、系の縮小側のテレセントリック性を維持しつつ、より小型化、軽量化を図ることが強く要求されている。
【０００３】
これらの要求をある程度満たす投写用の４群または５群構成のズームレンズとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３９０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは構成レンズの枚数が多めである。また広角端でのＦ値が２．４であって、高精細画像を投写する上では必ずしも十分な明るさではなく、明るくしようとすれば移動群の構成レンズの枚数がさらに多くなったり、構成レンズの径が大きくなり過ぎたりして、明るさを維持したまま、より小型化、軽量化を促進することが難しかった。また、このような要求は、系の縮小側のテレセントリック性を維持することが前提となっているが、単にレンズ枚数を削減した場合にはこのテレセントリック性が損なわれることが懸念される。
【０００６】
本発明は、４群または５群のレンズ構成とされ、縮小側のテレセントリック性を維持しつつ、小型化、軽量化を促進し得る、明るい投写型可変焦点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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の投写型可変焦点レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、および正の単レンズ１枚で構成された第４レンズ群が配列され、該第３レンズ群は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズが配列されてなり、
変倍時において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群は、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされてなることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合において、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
−７．０  ≦  ｆ３／ｆｗ  ≦−１．５・・・・（１）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
【０００９】
また、上記第１の投写型可変焦点レンズにおいて、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１．４  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
【００１０】
また、本発明の第２の投写型可変焦点レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、および正の単レンズ１枚で構成された第５レンズ群が配列され、該第４レンズ群は、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズが配列されてなり、
変倍時において、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群および前記第４レンズ群は、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に移動し、
縮小側がテレセントリックな構成とされてなることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合において、以下の条件式（１Ａ）を満足することが好ましい。
−９．０  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦−２．０・・・・（１Ａ）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
【００１２】
また、上記第２の投写型可変焦点レンズにおいて、以下の条件式（２Ａ）を満足することが好ましい。
１．４  ≦  ｆ５／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２Ａ）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ５：前記第５レンズ群の焦点距離
【００１３】
上記いずれかの投写型可変焦点レンズにおいて、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−２．２  ≦  ｆ１／ｆｗ  ≦−０．５・・・・（３）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
【００１４】
また、上記いずれかの投写型可変焦点レンズにおいて、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
１．０  ≦  Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（４）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス
【００１５】
また、上記いずれかの投写型可変焦点レンズにおいて、変倍時には、前記レンズ群のうち最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群が固定とされることが好ましい。
【００１６】
また、上記いずれかの投写型可変焦点レンズにおいて、前記第１レンズ群が、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズを有することが好ましい。
【００１７】
また、上記いずれかの投写型可変焦点レンズにおいて、前記第１レンズ群が１枚もしくは２枚のレンズで構成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写型可変焦点レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写型可変焦点レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、「可変焦点レンズ」とは、バリフォーカルレンズとズームレンズとを含めたものである。ここで、バリフォーカルレンズとは、ズームレンズと異なり、変倍により共役長が変化した際に、これに伴うピントのずれをフォーカシングにより調整するものである。
【００２０】
また、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投影する場合も、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、縮小投影する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の投写型可変焦点レンズによれば、最も縮小側の変倍時可動群（４群構成のときは第３レンズ群、５群構成のときは第４レンズ群）を、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズと縮小側に凸面を向けた正レンズとで構成することにより、縮小側のテレセントリック性を維持しつつ、レンズ枚数を限界まで削減している。これにより、投写レンズにおける機能を良好に維持しつつ、系全体の小型化、軽量化を促進することができる。
【００２２】
また、最も拡大側の第１レンズ群を負とすることで、負の屈折力のレンズ群が先行するように構成しており、比較的簡単に広画角と長いバックフォーカスを確保することができる。
【００２３】
一方、変倍時において、正の第２レンズ群と正の第３レンズ群を移動せしめ、該第２レンズ群は、広角端から望遠端への移動に応じ、光軸に沿って縮小側から拡大側に移動させるようにしており、これにより、第２レンズ群に補正群としての機能のみならず変倍群としての機能を持たせるとことができ、変倍全域における収差の変動（特に非点収差や像面湾曲）を抑制することができ、少ないレンズ枚数で高性能な投写用可変焦点レンズを構成することが可能となる。
【００２４】
このように、本発明の投写型可変焦点レンズによれば、縮小側のテレセントリック性および明るさを維持しつつ、小型化、軽量化を促進することができ、さらに収差補正も良好に行えるように構成されている。
【００２５】
また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写型可変焦点レンズを用いていることにより、小型化、軽量化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図４】本発明の実施例４に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図５】本発明の実施例５に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図６】本発明の実施例６に係る投写型可変焦点レンズの構成を表す図である。
【図７】実施例１に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図８】実施例２に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図９】実施例３に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図１０】実施例４に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図１１】実施例５に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図１２】実施例６に係る投写型可変焦点レンズの諸収差図である。
【図１３】本発明の投写型表示装置の主要部の概略構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本発明の実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の投写型可変焦点レンズは、レンズ６枚（実施例１、４）または７枚（実施例２、３、５、６）で構成される。
【００２８】
また、下記第１の実施形態（下記実施例１、２、３が対応する）においては、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、および正の単レンズ１枚からなる第４レンズ群Ｇ４が配列される。なお、第３レンズ群Ｇ３は、拡大側から順に配された、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズの２枚で構成される。
【００２９】
一方、下記第２の実施形態（下記実施例４、５、６が対応する）においては、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、および正の単レンズ１枚からなる第５レンズ群Ｇ５が配列される。なお、第４レンズ群Ｇ４は、拡大側から順に配された、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズの２枚で構成される。
【００３０】
また、変倍時において、下記第１の実施形態については、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４は固定とされる一方、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は可動とされ、また、下記第２の実施形態については、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５が固定とされる一方、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４は可動とされる。
【００３１】
すなわち、第２の実施形態は、第１の実施形態における第２レンズ群Ｇ２の２枚の正レンズが、それぞれ独立したレンズ群（第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３）を構成するようにし、これら２つのレンズ群が、変倍時に互いに独立して移動するように（下記実施例４、５、６では広角端から望遠端に向かうにしたがって、上記２つの群間隔が、少量ではあるが徐々に拡がるように）構成されたものである。
【００３２】
なお、上述した変倍時可動群は全て、広角端から望遠端に向かうにしたがって、縮小側から拡大側に向かうように移動する。
【００３３】
さらに、レンズ系の縮小側はテレセントリックな構成とされている。
【００３４】
また、レンズ系の縮小側には、図１等に示すように、色合成プリズムを主とするガラスブロック２および３つ以上の液晶表示パネル等のライトバルブの画像表示面１が配設される。ただし、１枚のライトバルブを用いた、いわゆる単板タイプのものにおいては、色合成プリズムは不要とされる。
【００３５】
また、例えば、図１等に示すように第２レンズ群Ｇ２中、あるいはその他の位置にマスク３を配置することが可能である。
【００３６】
また、本願明細書における「マスク」とは、軸外光線の上側光線または下側光線の一部を遮光する機能を有するものである。このような遮光の作用により、軸外光線の上側光線と下側光線のバランスを保つことができ、色むらの発生を防ぐことができる。
【００３７】
なお、マスクは、軸外光線の上側光線と下側光線を制限し、明るさを規定する開口絞りとすることも可能である。
【００３８】
なお、フォーカシング時には、１つのレンズ群、例えば、第１レンズ群Ｇ１または第３レンズ群Ｇ３（実施例１、２、３については第３レンズ群Ｇ３、実施例４、５、６については第１レンズ群Ｇ１）を光軸Ｚに沿って移動させるように構成される。
【００３９】
最も縮小側の変倍時可動群（第１の実施形態（４群構成のとき）は第３レンズ群Ｇ３、第２の実施形態（５群構成のとき）は第４レンズ群Ｇ４）を、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズと縮小側に凸面を向けた正レンズとの２枚で構成することにより、
さらに、最も縮小側の変倍時固定群（第１の実施形態（４群構成のとき）は第４レンズ群Ｇ４、第２の実施形態（５群構成のとき）は第５レンズ群Ｇ５）を、正の単レンズ１枚で構成することにより、縮小側のテレセントリック性を維持しつつ、レンズ枚数を限界まで削減している。これにより、投写レンズにおける機能を良好に維持しつつ、系全体の小型化、軽量化を促進することができる。
【００４０】
また、最も拡大側の第１レンズ群Ｇ１（第１レンズＬ１）を負とすることで、広画角と長いバックフォーカスを容易に確保することができるようにしている。
【００４１】
一方、広角端から望遠端に向かって変倍する際において、正の第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って縮小側から拡大側に移動させるようにしており、これにより、第２レンズ群Ｇ２に補正群としての機能のみならず変倍群としての機能を持たせることができ、変倍全域において、特に非点収差や像面湾曲などの収差の変動を抑制することができ、少ないレンズ枚数で高性能な投写用可変焦点レンズを構成することが可能となるようにしている。
【００４２】
すなわち、広角端から望遠端に向かうにしたがって、第２レンズ群Ｇ２を縮小側から拡大側に移動させ、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線の光線高が余り変化しない高さを保つようにしているので、非点収差などの軸外収差に対する収差変動抑制効果を常に発揮できる。同時に、非点収差自体も低減させることができる。
【００４３】
上述したように構成されたレンズ枚数を合計すると６枚または７枚であり、このように少ないレンズ枚数は、ズームレンズとして構成することも可能であるが、いわゆるバリフォーカルレンズを用いることで、より容易に構成しうる。また、その場合には、変倍時におけるレンズ群の連携移動における制約を排除することが可能であるから、変倍時における収差変動を大幅に改善することができる。
【００４４】
ここで、「可変焦点レンズ」とは、いわゆるバリフォーカルレンズとズームレンズの両者を含む概念であり、そのうち、「バリフォーカルレンズ」とは、変倍時において共役長が変化した際に生じるピントのずれに応じたフォーカシング操作が必要となるものである。そして、変倍時の移動群が２群である場合でも、これら２つの移動群が互いに独立に移動することで、各移動レンズ群を連携させるためのカム機構等の複雑なレンズ駆動機構が不要である。
【００４５】
なお、「バリフォーカルレンズ」に比して、「ズームレンズ」は、変倍時において共役長が一定となるように調整し、その共役長の若干のズレ量をフォーカシングレンズにより調整することになるが、変倍時には２つ以上の移動群がズーム用カム機構などを用いて、相互に所定の規則にしたがって移動するものであり、一般に、小型化、軽量化および低廉化の点で不利となる。
【００４６】
また、第１の実施形態に係る投写型可変焦点レンズ（４群構成、下記実施例１、２、３に対応）においては、下記条件式（１）、（２）、（３）、（４）の少なくとも１つを満足することが好ましい。
−７．０  ≦  ｆ３／ｆｗ  ≦−１．５・・・・（１）
１．４  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２）
−２．２  ≦  ｆ１／ｆｗ  ≦−０．５・・・・（３）
１．０  ≦  Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（４）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス
【００４７】
また、第２の実施形態に係る投写型可変焦点レンズ（５群構成、下記実施例４、５、６に対応）においては、下記条件式（１Ａ）、（２Ａ）、（３）、（４）の少なくとも１つを満足することが好ましい。
−９．０  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦−２．０・・・・（１Ａ）
１．４  ≦  ｆ５／ｆｗ  ≦  ３．５・・・・（２Ａ）
−２．２  ≦  ｆ１／ｆｗ  ≦−０．５・・・・（３）
１．０  ≦  Ｂｆ／ｆｗ・・・・・・・・・・（４）
ここで、
ｆｗ：広角端の全系焦点距離
ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群Ｇ４の焦点距離
ｆ５：第５レンズ群Ｇ５の焦点距離
Ｂｆ：広角端でのバックフォーカス
【００４８】
ここで、上述した条件式（１）、（１Ａ）、（２）、（２Ａ）、（３）、（４）の技術的意義について説明する。
【００４９】
まず、上述した条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ３を比較的弱いパワーのものに設定するための条件式である。すなわち、この条件式（１）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全体の大型化を招来する。一方、その上限を上回ると、第３レンズ群Ｇ３のパワーが強くなり過ぎて、像面倒れも大きくなる等、諸収差の補正が困難になる。
【００５０】
このような観点から、上記条件式（１）に替えて下記条件式（１´）を満足することがより好ましい。
−５．０  ≦  ｆ３／ｆｗ  ≦−２．０・・・・（１´）
【００５１】
また、上述した条件式（１Ａ）は、第４レンズ群Ｇ４を比較的弱いパワーのものに設定するための条件式である。すなわち、この条件式（１Ａ）の下限を下回ると、第４レンズ群Ｇ４のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全体の大型化を招来する。一方、その上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ４のパワーが強くなり過ぎて、像面倒れも大きくなる等、諸収差の補正が困難になる。
【００５２】
このような観点から、上記条件式（１Ａ）に替えて下記条件式（１´Ａ）を満足することがより好ましい。
−７．５  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦−２．５・・・・（１´Ａ）
【００５３】
また、上述した条件式（２）は、倍率色収差を良好なものとし、かつテレセントリック性を良好に実現するための条件式である。すなわち、その下限を下回ると、第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強くなり過ぎ、倍率色収差の発生量が大きくなり過ぎて、他のレンズ群によって倍率色収差を良好に補正することが困難となる。一方、その上限を上回ると、第４レンズ群Ｇ４の屈折力が弱くなり過ぎ、縮小側をテレセントリックな状態とすることが困難となる。
【００５４】
このような観点から、上記条件式（２）に替えて下記条件式（２´）を満足することがより好ましい。
１．６  ≦  ｆ４／ｆｗ  ≦  ３．０・・・・（２´）
【００５５】
また、上述した条件式（２Ａ）は、倍率色収差を良好なものとし、かつテレセントリック性を実現するための条件式である。すなわち、その下限を下回ると、第５レンズ群Ｇ５の屈折力が強くなり過ぎ、倍率色収差の発生量が大きくなり過ぎて、他のレンズ群によって倍率色収差を良好に補正することが困難となる。一方、その上限を上回ると、第５レンズ群Ｇ５の屈折力が弱くなり過ぎ、縮小側をテレセントリックな状態とすることが困難となる。
【００５６】
このような観点から、上記条件式（２Ａ）に替えて下記条件式（２´Ａ）を満足することがより好ましい。
１．６  ≦  ｆ５／ｆｗ  ≦  ３．０・・・・（２´Ａ）
【００５７】
また、上述した条件式（３）は、収差補正を良好なものとし、レンズバックの距離を適切な長さとするための範囲を規定するための式である。この条件式（３）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が弱くなり過ぎて、レンズバックが短くなり過ぎ、その結果、第１レンズ群Ｇ１の外径を大きくせざる得なくなってコンパクト化が困難となる。一方、その上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が強くなり過ぎて、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になるばかりでなく、レンズバックが長くなり過ぎ、系の大型化を招来する。
【００５８】
このような観点から、上記条件式（３）に替えて下記条件式（３´）を満足することがより好ましい。
−２．０  ≦  ｆ１／ｆｗ  ≦−１．０・・・・（３´）
【００５９】
また、上述した条件式（４）は、バックフォーカスの大きさを規定する式である。
この条件式（４）の下限を下回ると、このレンズ系とライトバルブとの間に色合成プリズム等の色合成部を挿入することが困難となる。
【００６０】
このような観点から、上記条件式（４）に替えて下記条件式（４´）を満足することがより好ましい。なお、下記条件式（４´）の上限を上回ると、系全体の長さが大きくなってコンパクト化を達成することが困難となる。
１．２  ≦  Ｂｆ／ｆｗ  ≦１．９・・・・（４´）
【００６１】
ここで、変倍時において、各レンズ群のうち最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群が固定とされることが好ましい。すなわち、上述したように、第１の実施形態では、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４が固定とされ、一方、第２の実施形態では、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５が固定とされているが、このように最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群を固定とすることが好ましい。
【００６２】
また、第１レンズ群Ｇ１が１枚もしくは２枚のレンズで構成されていることが好ましい。
【００６３】
また、上記第１の実施形態であれば、第３レンズ群Ｇ３が、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズで構成されることになり、また、上記第２の実施形態であれば、第４レンズ群Ｇ４が、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズで構成されることになる。
【００６４】
ここで、下記各実施例の投写型可変焦点レンズは、いずれも、第１レンズ群Ｇ１のレンズ（以下の各実施例では第１レンズＬ１とされているが、第２レンズＬ２が第１レンズ群Ｇ１中に配されている場合は第２レンズＬ２とすることも可）が、少なくとも１面の非球面を含むものであり、これによって、ディストーションの補正を有利なものとすることができる。なお、第１レンズＬ１の少なくとも１面を非球面とすることにより、画角毎に収差を適切に補正することができる。なお、その非球面形状は下記非球面式により表わされる。
【００６５】
【数１】
2011053513.tif 000003
【００６６】
次に、上述した投写型可変焦点レンズを搭載した投写型表示装置の一例を図１３により説明する。図１３に示す投写型表示装置は、ライトバルブとして透過型液晶パネル１１ａ〜ｃを備え、投写型可変焦点レンズとして上述した実施形態に係る投写型可変焦点レンズ１０を用いている。また、光源とダイクロイックミラー１２の間には、フライアイ等のインテグレータ（図示を省略）が配されており、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜ｃに入射されて光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成され、投写型可変焦点レンズ１０により図示されないスクリーン上に投写される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、コンデンサレンズ１６ａ〜ｃ、全反射ミラー１８ａ〜ｃを備えている。本実施形態の投写型表示装置は、本実施形態に係る投写型可変焦点レンズを用いているので、高変倍可能な構成でありながら、小型化、軽量化および低廉化を図ることができ、また、高い光学性能を維持することができる。
【００６７】
なお、本発明の投写型可変焦点レンズは透過型の液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の投写型可変焦点レンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いた装置の投写型可変焦点レンズ等として用いることも可能である。
【実施例】
【００６８】
以下、具体的な実施例を用いて、本発明の投写型可変焦点レンズをさらに説明する。
【００６９】
＜第１の実施例群＞
この第１の実施例群は、下記実施例１、２、３に係る投写型可変焦点レンズを含むものであり、拡大側から順に、１枚または２枚のレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、２枚のレンズからなる第２レンズ群Ｇ２と、２枚のレンズからなる第３レンズ群Ｇ３と、１枚のレンズからなる第４レンズ群Ｇ４とからなり、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３が互いに独立して移動するように構成されている。
【実施例１】
【００７０】
この実施例１にかかる投写型可変焦点レンズは、図１に示す如き構成とされている。
【００７１】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは６枚レンズ構成とされており、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１が、縮小側に凹面を向けた両面非球面の負のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第１レンズＬ１からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズよりなる第２レンズＬ２、マスク３、および縮小側に凸面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第３レンズＬ３からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有し、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４および両凸レンズよりなる第５レンズＬ５からなる。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズよりなる第６レンズＬ６からなる。
【００７２】
また、変倍時には、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４がともに固定とされ、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３がともに光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【００７３】
また、フォーカシングは、第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（バリフォーカルレンズタイプとされている）。
【００７４】
この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（レンズ全系の広角端での焦点距離を1.00として規格化されている；以下の各表において同じ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（軸上面間隔）（上記曲率半径Ｒと同様に規格化されている；以下の各表において同じ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表１の上段に示す。なお、この表１および後述する表２〜６において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎｄ、νｄに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっており、面番号の右側に＊印が付された面は非球面とされている。
【００７５】
また、表１の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔（以下の各表において同じ））、および可変間隔２（第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔（以下の各表において同じ））および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔（以下の各表において同じ））が示されており、表１の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【００７６】
【表１】
2011053513.tif 000004
【００７７】
また、表７に実施例１における上記各条件式に対応する数値を示す。
【００７８】
図７は実施例１の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、図７および以下の図８〜１２において、各球面収差図にはｄ線、Ｆ線、Ｃ線の光に対する収差が示されており、各非点収差図にはサジタル像面およびタンジェンシャル像面についての収差が示されており、各倍率色収差図にはｄ線の光に対するＦ線およびＣ線の光についての収差が示されている。
【００７９】
この図７から明らかなように、実施例１の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５７．０度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。
【００８０】
また、表７に示すように実施例１の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（１´）、（２´）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【実施例２】
【００８１】
この実施例２にかかる投写型可変焦点レンズは、図２に示す如き構成とされている。
【００８２】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例１と類似してはいるが、７枚レンズ構成とされており、第１レンズ群Ｇ１が、パワーの弱い両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ１および両凹レンズよりなる第２レンズＬ２からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３、マスク３、および両凸レンズよりなる第４レンズＬ４からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有し、両凹レンズよりなる第５レンズＬ５および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６レンズＬ６からなる。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズよりなる第７レンズＬ７からなる。
【００８３】
また、実施例１のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【００８４】
また、フォーカシングは、第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（バリフォーカルレンズタイプとされている）。
【００８５】
この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表２の上段に示す。
【００８６】
また、表２の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表２の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【００８７】
【表２】
2011053513.tif 000005
【００８８】
また、表７に実施例２における上記各条件式に対応する数値を示す。
【００８９】
図８は実施例２の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図８から明らかなように、実施例２の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．８度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。
【００９０】
また、表７に示すように実施例２の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（１´）、（２´）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【実施例３】
【００９１】
この実施例３にかかる投写型可変焦点レンズは、図３に示す如き構成とされている。
【００９２】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例２と略同様の構成とされているが、第４レンズＬ４が縮小側に凸面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）とされている点において相違している。なお、第３レンズ群Ｇ３は、負の屈折力を有する。
【００９３】
また、実施例１のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【００９４】
また、フォーカシングは、第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（バリフォーカルレンズタイプとされている）。
【００９５】
この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表３の上段に示す。
【００９６】
また、表３の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２および可変間隔３が示されており、表３の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【００９７】
【表３】
2011053513.tif 000006
【００９８】
また、表７に実施例３における上記各条件式に対応する数値を示す。
【００９９】
図９は実施例３の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図９から明らかなように、実施例３の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．６度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。
【０１００】
また、表７に示すように実施例３の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（１´）、（２´）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【０１０１】
＜第２の実施例群＞
この第２の実施例群は、下記実施例４、５、６に係る投写型可変焦点レンズを含むものであり、拡大側から順に、１枚または２枚のレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、１枚のレンズからなる第２レンズ群Ｇ２と、１枚のレンズからなる第３レンズ群Ｇ３と、２枚のレンズからなる第４レンズ群Ｇ４と、１枚のレンズからなる第５レンズ群Ｇ５からなり、変倍時において、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４が互いに独立して移動するように構成されている。
【実施例４】
【０１０２】
この実施例４にかかる投写型可変焦点レンズは、図４に示す如き構成とされている。
【０１０３】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは６枚レンズ構成とされており、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１が、縮小側に凹面を向けた両面非球面の負のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第１レンズＬ１からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズよりなる第２レンズＬ２およびマスク３からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第３レンズＬ３からなる。また、第４レンズ群Ｇ４は、負の屈折力を有し、両凹レンズよりなる第４レンズＬ４および両凸レンズよりなる第５レンズＬ５からなる。また、第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズよりなる第６レンズＬ６からなる。
【０１０４】
また、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４がともに光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【０１０５】
また、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（ズームレンズタイプとされている）。
【０１０６】
この実施例４における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表４の上段に示す。
【０１０７】
また、表４の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２、可変間隔３および可変間隔４（第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔（以下の各表において同じ））が示されており、表４の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【０１０８】
【表４】
2011053513.tif 000007
【０１０９】
また、表７に実施例４における上記各条件式に対応する数値を示す。
【０１１０】
図１０は実施例４の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図１０から明らかなように、実施例４の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．８度と広角で、Ｆ値が２．２０と明るく、各収差が良好に補正されている。
【０１１１】
また、表７に示すように実施例４の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１Ａ）、（２Ａ）、（３）、（４）、（１´Ａ）、（２´Ａ）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【実施例５】
【０１１２】
この実施例５にかかる投写型可変焦点レンズは、図５に示す如き構成とされている。
【０１１３】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例１と類似してはいるが、７枚レンズ構成とされており、第１レンズ群Ｇ１が、パワーの弱い両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ１および両凹レンズよりなる第２レンズＬ２からなる。また、第２レンズ群Ｇ２は、両凸レンズよりなる第３レンズＬ３およびマスク３からなる。また、第３レンズ群Ｇ３は、縮小側に凸面を向けた両面非球面の正のメニスカスレンズ（軸上）よりなる第４レンズＬ４からなる。また、第４レンズ群Ｇ４は、負の屈折力を有し、両凹レンズよりなる第５レンズＬ５および両凸レンズよりなる第６レンズＬ６からなる。また、第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズよりなる第７レンズＬ７からなる。
【０１１４】
また、実施例４のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【０１１５】
また、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（ズームレンズタイプとされている）。
【０１１６】
この実施例５における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表５の上段に示す。
【０１１７】
また、表５の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２、可変間隔３および可変間隔４が示されており、表５の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【０１１８】
【表５】
2011053513.tif 000008
【０１１９】
また、表７に実施例５における上記各条件式に対応する数値を示す。
【０１２０】
図１１は実施例５の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図１１から明らかなように、実施例５の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．４度と広角で、Ｆ値が２．００と明るく、各収差が良好に補正されている。
【０１２１】
また、表７に示すように実施例５の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１Ａ）、（２Ａ）、（３）、（４）、（１´Ａ）、（２´Ａ）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【実施例６】
【０１２２】
この実施例６にかかる投写型可変焦点レンズは、図６に示す如き構成とされている。
【０１２３】
すなわちこの投写型可変焦点レンズは、上記実施例５と略同様の構成とされているが、第４レンズＬ４が縮小側に凸面を向けた、両面とも球面の正のメニスカスレンズとされている点において相違している。なお、第４レンズ群Ｇ４は、負の屈折力を有する。
【０１２４】
また、実施例４のものと同様に、変倍時には、広角端から望遠端への移行に伴い、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４がともに、光軸Ｚに沿って拡大側に移動する。
【０１２５】
また、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚ方向に移動させることにより行われる（ズームレンズタイプとされている）。
【０１２６】
この実施例６における各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄを表６の上段に示す。
【０１２７】
また、表６の中段には広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）の各々における、可変間隔１、可変間隔２、可変間隔３および可変間隔４が示されており、表６の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ３〜Ａ１６の値が示されている。
【０１２８】
【表６】
2011053513.tif 000009
【０１２９】
また、表７に実施例６における上記各条件式に対応する数値を示す。
【０１３０】
図１２は実施例６の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）、中間位置（ミドル）および望遠端（テレ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図１２から明らかなように、実施例６の投写型可変焦点レンズによれば、広角端での画角２ωが５６．２度と広角で、Ｆ値が２．１０と明るく、各収差が良好に補正されている。
【０１３１】
また、表７に示すように実施例６の投写型可変焦点レンズによれば、条件式（１Ａ）、（２Ａ）、（３）、（４）、（１´Ａ）、（２´Ａ）、（３´）、（４´）が全て満足されている。
【０１３２】
【表７】
2011053513.tif 000010
【符号の説明】
【０１３３】
Ｇ１〜Ｇ５    レンズ群
Ｌ１〜Ｌ７    レンズ
Ｒ１〜Ｒ１７      レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１６      レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｚ    光軸
１    画像表示面
２    ガラスブロック（フィルタ部を含む）
３    マスク（開口絞り）
１０    投写型可変焦点レンズ
１１ａ〜ｃ    透過型液晶パネル
１２、１３    ダイクロイックミラー
１４    クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜ｃ    コンデンサレンズ
１８ａ〜ｃ    全反射ミラー
【図１】
2011053513.tif 000011
【図２】
2011053513.tif 000012
【図３】
2011053513.tif 000013
【図４】
2011053513.tif 000014
【図５】
2011053513.tif 000015
【図６】
2011053513.tif 000016
【図７】
2011053513.tif 000017
【図８】
2011053513.tif 000018
【図９】
2011053513.tif 000019
【図１０】
2011053513.tif 000020
【図１１】
2011053513.tif 000021
【図１２】
2011053513.tif 000022
【図１３】
2011053513.tif 000023