(57)【要約】【課題】投写用変倍光学系において広画角かつ高変倍比を確保し、また諸収差を良好に補正可能とする。【解決手段】拡大側から順に、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、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されてなる投写用変倍光学系において、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１は拡大側から縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４は互いの間隔を変えながら共に縮小側から拡大側に移動し、全てのレンズ群中で、広角端から望遠端への移動量は第１レンズ群Ｇ１が最も大きく、そして下記条件式（１）を満足する構成とする。    １．０＜Ｍ１／ｆｗ＜３．０  ・・・（１）    ただしＭ１は第１レンズ群Ｇ１の広角端から望遠端までの移動量、ｆｗは広角端における全系の焦点距離。【選択図】図１
2015011252.tif 000002
【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、正の屈折力を有する第３レンズ群、および正の屈折力を有する第４レンズ群が配列されて実質的に構成され、
広角端から望遠端に変倍する際に、前記第１レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、前記第３レンズ群および前記第４レンズ群は互いの間隔を変えながら共に縮小側から拡大側に移動し、
全てのレンズ群中で、広角端から望遠端への移動量は前記第１レンズ群が最も大きく、
下記条件式（１）を満たしていることを特徴とする投写用変倍光学系。
１．０＜Ｍ１／ｆｗ＜３．０  ・・・（１）
ただし
Ｍ１：前記第１レンズ群の広角端から望遠端までの移動量
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【請求項２】
下記条件式（１’）を満足する請求項１記載の投写用変倍光学系。
１．３＜Ｍ１／ｆｗ＜２．５  ・・・（１’）
【請求項３】
前記第４レンズ群中に、全群のレンズの中で最大有効光束高が最も小さいレンズが含まれている請求項１または２記載の投写用変倍光学系。
【請求項４】
下記条件式（２）を満足する請求項１から３いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
２．０＜ｆ４／ｆｗ＜２０．０  ・・・（２）
ただし
ｆ４：前記第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【請求項５】
下記条件式（２’）を満足する請求項４記載の投写用変倍光学系。
３．５＜ｆ４／ｆｗ＜１０．０  ・・・（２’）
【請求項６】
下記条件式（３）を満足する請求項１から５いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
１．７＜Ｎｄ４  ・・・（３）
ただし
Ｎｄ４：前記第４レンズ群に含まれる正の屈折力を有するレンズの平均屈折率
【請求項７】
下記条件式（３’）を満足する請求項６記載の投写用変倍光学系。
１．７３＜Ｎｄ４  ・・・（３’）
【請求項８】
前記第２レンズ群および前記第３レンズ群がそれぞれ、実質的に１枚の単レンズから構成されている請求項１から７いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項９】
下記条件式（４）を満足する請求項１から８いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
−１．６＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．８  ・・・（４）
ただし
Ｒ3gf：前記第３レンズ群の最も拡大側のレンズ面の曲率半径
Ｒ3gr：前記第３レンズ群の最も縮小側のレンズ面の曲率半径
【請求項１０】
下記条件式（４’）を満足する請求項９記載の投写用変倍光学系。
−１．４＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．９  ・・・（４’）
【請求項１１】
下記条件式（５）を満足する請求項１から１０いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
１．０＜Ｂｆｗ／ｆｗ  ・・・（５）
ただし
Ｂｆｗ：広角端における全系のバックフォーカス（空気換算長）
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
【請求項１２】
下記条件式（５’）を満足する請求項１１記載の投写用変倍光学系。
１．４＜Ｂｆｗ／ｆｗ  ・・・（５’）
【請求項１３】
前記第２レンズ群が固定レンズ群である請求項１から１２いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１４】
前記第４レンズ群を構成する全てのレンズが単レンズである請求項１から１３いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１５】
最も縮小側のレンズ面における最大有効光束高が、縮小側共役面における最大有効光束高よりも小さい請求項１から１４いずれか１項記載の投写用変倍光学系。
【請求項１６】
光源と、ライトバルブと、前記光源からの光束を前記ライトバルブへ導く照明光学系と、請求項１記載の投写用変倍光学系とを備え、前記光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用変倍光学系によりスクリーンに投写する構成を有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、特に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搭載した投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上述のような投写型表示装置に好適に用いられる投写用変倍光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、パソコン（パーソナル・コンピュータ）の普及に伴って、一般にプロジェクタと称される投写型表示装置が広く普及しつつあり、その市場も拡大している。この種の投写型表示装置には、投写光束を映像信号に基づいて光変調するライトバルブが使用されているが、その一つとして透過型液晶素子が知られている。透過型液晶素子が使用される光学系においては、通常、色合成のためにクロスダイクロイックプリズムが用いられており、その合成特性を向上させるために投写用レンズの縮小側がテレセントリックとされている。
【０００４】
また、より高精細で、コントラスト比の大きい投影画像を得たいという要求に対応するために、ライトバルブとしてＤＭＤを搭載したプロジェクタが注目されている。反射型ライトバルブであるＤＭＤを用いる場合は、投写レンズの縮小側をテレセントリックにする必要がないため、縮小側の瞳をパネルに近い位置に設定できるので、縮小側のレンズ部分を小型化することができる。
【０００５】
上述のような投写型表示装置に適用される投写用レンズには、設置性の観点から高い変倍機能を有していること、また、大型スクリーンに近距離から投影したいという要望に応えるため、より広画角であることが要求される。そのような要求をある程度満たし得る投写用変倍光学系として、特許文献１および特許文献２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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７７９５０号公報
【特許文献２】特開２００８−１７６２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし特許文献１に記載された投写用変倍光学系は、変倍比（ズーム比）が１．３倍程度と小さく、画角も６０°程度であり、さらに第３レンズ群のパワーバランスが悪くて像面湾曲が大きいものとなっている。特許文献２に記載された投写用変倍光学系は、変倍比が１．６倍程度と大きく、画角も比較的大きいが、変倍による球面収差の変動が大きいものとなっている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、広画角かつ高変倍比を確保できると共に、諸収差を良好に補正可能な投写用変倍光学系、および投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明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、および正の屈折力を有する第４レンズ群が配列されて実質的に構成され、
広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群は拡大側から縮小側に移動し、第３レンズ群および第４レンズ群は互いの間隔を変えながら共に縮小側から拡大側に移動し、
全てのレンズ群中で、広角端から望遠端への移動量は第１レンズ群が最も大きく、
そして下記条件式（１）
１．０＜Ｍ１／ｆｗ＜３．０・・・（１）
ただし
Ｍ１：第１レンズ群の広角端から望遠端までの移動量
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
を満たしていることを特徴とするものである。
【００１０】
なお、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、第３レンズ群、第４レンズ群を移動させて焦点距離を変化させ、第１レンズ群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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、上記「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
【００１３】
また、上記「実質的に構成され」とは、規定されたレンズ群やレンズ以外に、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のレンズ以外の光学要素を含んでもよいことを意味するものである。
【００１４】
なお、レンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。
【００１５】
上記構成を有する本発明の投写用変倍光学系は、下記条件式（１’）
１．３＜Ｍ１／ｆｗ＜２．５・・・（１’）
を満足していることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群中に、全群のレンズの中で最大有効光束高が最も小さいレンズが含まれていることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の投写用変倍光学系は、下記条件式（２）
２．０＜ｆ４／ｆｗ＜２０．０・・・（２）
ただし
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
を満足していることが望ましい。
【００１８】
その場合、より好ましくは、下記条件式（２’）
３．５＜ｆ４／ｆｗ＜１０．０・・・（２’）
を満足していることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の投写用変倍光学系は、下記条件式（３）
１．７＜Ｎｄ４・・・（３）
ただし
Ｎｄ４：第４レンズ群に含まれる正の屈折力を有するレンズの平均屈折率
を満足していることが望ましい。
【００２０】
その場合、より好ましくは、下記条件式（３’）
１．７３＜Ｎｄ４・・・（３’）
を満足していることが望ましい。
【００２１】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第２レンズ群および第３レンズ群がそれぞれ、実質的に１枚の単レンズから構成されていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の投写用変倍光学系は、下記条件式（４）
−１．６＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．８ ・・・（４）
ただし
Ｒ3gf：第３レンズ群の最も拡大側のレンズ面の曲率半径
Ｒ3gr：第３レンズ群の最も縮小側のレンズ面の曲率半径
を満足していることが望ましい。
【００２３】
その場合、より好ましくは、下記条件式（４’）
−１．４＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．９ ・・・（４’）
を満足していることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の投写用変倍光学系は、下記条件式（５）
１．０＜Ｂｆｗ／ｆｗ・・・（５）
ただし
Ｂｆｗ：広角端における全系のバックフォーカス（空気換算長）
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
を満足していることが望ましい。
【００２５】
その場合、より好ましくは、下記条件式（５’）
１．４＜Ｂｆｗ／ｆｗ・・・（５’）
を満足していることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第２レンズ群が固定レンズ群であることが望ましい。
【００２７】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群を構成する全てのレンズが単レンズであることが望ましい。なおこの「単レンズ」とは、他のレンズと接合されていない１枚のレンズを意味する。
【００２８】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、最も縮小側のレンズ面における最大有効光束高が、縮小側共役面における最大有効光束高よりも小さいことが望ましい。
【００２９】
他方、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、光源からの光束をライトバルブへ導く照明光学系と、上述した本発明による投写用変倍光学系とを備え、光束をライトバルブで光変調し、投写用変倍光学系によりスクリーンに投写する構成を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の投写用変倍光学系は、前述した条件式（１）を満足するように構成されたので、広画角かつ高変倍比を確保できると共に、諸収差を良好に補正可能なものとなる。すなわち条件式（１）は、広画角でありながらも高変倍比を確保するための条件式であり、第１レンズ群の広角端から望遠端への移動量がこの条件式（１）の上限値以上となるほど大きいと、レンズ径の大型化に伴うコスト高につながるだけでなく、変倍に伴う収差変動や、望遠端での像面湾曲を抑制することが困難になる。上記移動量が条件式（１）の上限値を下回っていれば、このような不具合を招くことなく、諸収差を良好に補正可能となる。その反対に、第１レンズ群の広角端から望遠端への移動量が条件式（１）の下限値以下となるほど小さいと、十分な変倍比を確保することができなくなる。上記移動量が条件式（１）の下限値を上回っていれば、このような不具合を招くことなく、十分な変倍比を確保可能となる。
【００３１】
また、本発明の投写型表示装置は、上述した通りの本発明による投写用変倍光学系が適用されたものであるので、広画角かつ高変倍比を確保できると共に、諸収差が良好に補正された高画質の投写像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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および光線軌跡を示す断面図
【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および光線軌跡を示す断面図
【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および光線軌跡を示す断面図
【図４】本発明の実施例４に係る投写用変倍光学系のレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図５】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６】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７】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８】本発明の実施例４に係る投写用変倍光学系の各収差図
【図９】本発明の投写用変倍光学系における一部の構成を説明する概略図
【図１０】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】
【００３３】
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４に、本発明の実施形態にかかる投写用変倍光学系の構成例の断面図を示す。図１〜図４に示す構成例はそれぞれ、後述する実施例１〜４の投写用変倍光学系に対応している。これらの投写用変倍光学系は、縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写するものである。このような投写用変倍光学系を用いる、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成を図１０に示すが、これについては後に上述する。
【００３４】
まず図１を参照して、本発明の一実施形態に係る投写用変倍光学系について説明する。図１は、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であり、図中の上段、中段、下段にそれぞれ、この投写用変倍光学系を変倍操作させたときの広角端、中間焦点位置および望遠端における各レンズ群の移動位置を示す。同図では、広角端から中間焦点位置、中間焦点位置から望遠端へ変化する際の移動するレンズ群の移動方向を、各位置の間の矢印で概略的に示している。また同図では、軸上および最軸外に関する光線軌跡を合わせて示している。以下、この図１に示す構成例を代表例として本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
この実施形態の投写用変倍光学系は、一例として学校教育用や企業研修用、プレゼンテーション用等に使われる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、ライトバルブの画像表示面１も合わせて図示している。
【００３６】
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、この投写用変倍光学系に入射し、該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）上に拡大投写される。
【００３７】
なお図１では、画像表示面１の上（投写用変倍光学系側）に存在する平行平面板状のガラス部材２も表示してある。また、そのようなガラス部材２に加えて、画像表示面１と投写用変倍光学系との間に、色合成プリズム（フィルタ類を含む）等のガラスブロックが配置されてもよい。そのようなガラスブロックは、画像表示面１と密接させて配置されても、あるいは画像表示面１と離間して配置されてもよい。また図１には、１つのライトバルブの画像表示面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するように構成してもよい。
【００３８】
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、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が配列されて実質的に構成されている。
【００３９】
図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は実質的に拡大側から順にレンズＬ１１およびレンズＬ１２が配置されてなり、第２レンズ群Ｇ２は実質的に１枚のレンズＬ２からなり、第３レンズ群Ｇ３は実質的に１枚のレンズＬ３からなり、第４レンズ群Ｇ４は実質的に拡大側から順にレンズＬ４１、レンズＬ４２、レンズ４３、およびレンズＬ４４が配置されてなる。
【００４０】
上記レンズＬ１１は、拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、レンズＬ１２は両凹レンズ、レンズＬ２は両凸レンズ、レンズＬ３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４１は平凹レンズ、レンズＬ４２は両凸レンズ、レンズ４３は両凹レンズ、レンズＬ４４は両凸レンズとされている。
【００４１】
ただし、本発明の投写用変倍光学系の各レンズ群を構成するレンズの枚数や種類は、以上説明した図１の例に限定されるものではない。
【００４２】
本実施形態の投写用変倍光学系において、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群Ｇ１は拡大側から縮小側に移動し、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４は互いの間隔を変えながら共に縮小側から拡大側に移動する。また、全てのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４中で、広角端から望遠端への移動量は第１レンズ群Ｇ１が最も大きくなっている。
【００４３】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第１レンズ群Ｇ１の広角端から望遠端までの移動量をＭ１とし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、先に述べた条件式（１）
１．０＜Ｍ１／ｆｗ＜３．０・・・（１）
が満足されている。なおこの条件式（１）および前述したその他の条件式（２）〜（５）が規定している条件（つまり文字式の部分）の値を、実施例１〜４についてそれぞれまとめて表１３に示してある。
【００４４】
上記条件式（１）が満足されていることにより本実施形態の投写用変倍光学系は、前述した通り、広画角かつ高変倍比を確保できると共に、諸収差を良好に補正できるという効果を奏する。その詳しい理由は先に述べた通りである。
【００４５】
表１３に示される通り、具体的に実施例１においてＭ１／ｆｗの値は１．７０である。したがって実施例１においては、下記条件式（１’）
１．３＜Ｍ１／ｆｗ＜２．５・・・（１’）
も満足されている。したがって実施例１の投写用変倍光学系は、上記の効果がより顕著なものとなる。
【００４６】
以上説明した条件式（１）、さらには条件式（１’）が満足されているのは、表１３から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。
【００４７】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離をｆ４、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、表１３に示される通り、先に述べた条件式（２）
２．０＜ｆ４／ｆｗ＜２０．０・・・（２）
も満足されている。それにより本実施形態の投写用変倍光学系は、像面湾曲を容易に補正可能となり、また広画角化の要求を満たし得るものとなる。以下、その理由について説明する。
【００４８】
条件式（２）は、第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を規定することで、広角レンズで問題になる像面湾曲（特にサジタル像面の湾曲）を良好に補正するための条件式であり、ｆ４／ｆｗの値がこの条件式（２）の下限値以下となるほど小さくても、また反対に上限値以上となるほど大きくても、像面湾曲を適切に補正することが困難になるので、広画角化の要求を満たせなくなる。それに対してｆ４／ｆｗの値が条件式（２）の下限値を上回り、そして上限値を下回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、広画角化を実現した上で、像面湾曲を適切に補正できるという効果が得られる。
【００４９】
なお本実施形態では、さらに下記条件式（２’）
３．５＜ｆ４／ｆｗ＜１０．０・・・（２’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。
【００５０】
以上説明した条件式（２）、さらには条件式（２’）が満足されているのは、表１３から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。
【００５１】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群Ｇ４に含まれる正の屈折力を有するレンズの平均屈折率をＮｄ４としたとき、表１３に示される通り、先に述べた条件式（３）
１．７＜Ｎｄ４・・・（３）
も満足されている。それにより本実施形態の投写用変倍光学系は、レンズ系全体を小型化し、また変倍に伴う非点収差の変動を十分に抑えることが可能になる。以下、その理由について説明する。
【００５２】
Ｎｄ４の値がこの条件式（３）の下限値以下となるほど小さいと、レンズ系全体の大型化と、変倍に伴う非点収差の変動を抑えることが困難になる。それに対して、Ｎｄ４の値がこの条件式（３）の下限値を上回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、レンズ系全体を小型化し、また変倍に伴う非点収差の変動を十分に抑えることができる。
【００５３】
なお本実施形態では、さらに下記条件式（３’）
１．７３＜Ｎｄ４・・・（３’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。
【００５４】
以上説明した条件式（３）、さらには条件式（３’）が満足されているのは、表１３から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。
【００５５】
また、本実施形態の投写用変倍光学系においては、第３レンズ群Ｇ３の最も拡大側のレンズ面の（具体的にはレンズＬ３の拡大側のレンズ面）曲率半径をＲ3gfとし、第３レンズ群Ｇ３の最も縮小側のレンズ面（具体的にはレンズＬ３の縮小側のレンズ面）の曲率半径をＲ3grとしたとき、表１３に示される通り、先に述べた条件式（４）
−１．６＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．８ ・・・（４）
も満足されている。それにより本実施形態の投写用変倍光学系は、球面収差や非点収差を良好に補正可能となっている。つまり、(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)の値が条件式（４）の下限値以下となるほど小さくても、また反対に上限値以上となるほど大きくても、球面収差や非点収差の補正が困難になるが、(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)の値が上記下限値を上回り、そして上記上限値を下回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、球面収差や非点収差を良好に補正可能となる。
【００５６】
なお本実施形態では、さらに下記条件式（４’）
−１．４＜(Ｒ3gf＋Ｒ3gr)／(Ｒ3gf−Ｒ3gr)＜−０．９ ・・・（４’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。
【００５７】
以上説明した条件式（４）、さらには条件式（４’）が満足されているのは、表１３から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。
【００５８】
また、本実施形態の投写用変倍光学系においては、広角端における全系のバックフォーカス（空気換算長）をＢｆｗとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、表１３に示される通り、先に述べた条件式（５）
１．０＜Ｂｆｗ／ｆｗ・・・（５）
も満足されている。それにより本実施形態の投写用変倍光学系は、照明光学系の配置を容易化できるものとなっている。すなわち、Ｂｆｗ／ｆｗの値がこの条件式（５）の下限値以下となるほど小さいと、照明光学系の配置が困難になるが、Ｂｆｗ／ｆｗの値が条件式（５）の下限値を上回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、照明光学系の配置が容易になる。
【００５９】
なお本実施形態では、さらに下記条件式（５’）
１．４＜Ｂｆｗ／ｆｗ・・・（５’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。
【００６０】
以上説明した条件式（５）、さらには条件式（５’）が満足されているのは、表１３から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。
【００６１】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群Ｇ４中に、全群のレンズの中で最大有効光束高が最も小さいレンズＬ４４が含まれている。この構成により、変倍によるＦナンバーの変化を小さく抑えることが可能となる。その理由は以下の通りである。本実施形態の投写用変倍光学系のように、一般的に焦点距離が短い負先行タイプ（第１レンズ群が負の屈折力を有するタイプ）のレトロフォーカスタイプのレンズでは、最大有効光束高が最も小さいレンズの近傍にＦナンバーを決める開口位置が存在するので、上記構成とした本実施形態では第４レンズ群Ｇ４中にＦナンバーを決める開口位置が存在することになる。そして本実施形態では、大きな変倍作用を第１レンズ群Ｇ１が持っていることから第４レンズ群Ｇ４の移動量が小さくなり、ひいては上記開口位置の移動量が小さくなるので、Ｆナンバーの変化が小さく抑えられるようになる。
【００６２】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第２レンズ群Ｇ２が実質的に１枚の単レンズＬ２から構成され、そして第３レンズ群Ｇ３も実質的に１枚の単レンズＬ３から構成されている。このように第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を、最低限必要な最小枚数のレンズから構成することにより、コストダウン効果が得られる。
【００６３】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第２レンズ群Ｇ２が固定レンズ群とされている。それにより、機構部品の簡素化および部品点数削減によるコストダウン効果が得られる。
【００６４】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、第４レンズ群Ｇ４を構成する全てのレンズが単レンズ、つまり、他のレンズと接合されていないレンズとされている。第４レンズ群Ｇ４は、上述したように、全群のレンズの中で最大有効光束高が最も小さいレンズＬ４４を含むということもあって、光束密度が高くて、熱的な負荷が大きいレンズ群となっている。このような第４レンズ群Ｇ４に接合レンズを適用した場合は、接合面の剥離等の問題が生じる可能性が高いが、全てのレンズに単レンズを適用すれば、そのような問題の発生を防止することができる。
【００６５】
また本実施形態の投写用変倍光学系においては、図９に拡大図示する通り、最も縮小側のレンズ面（つまりレンズＬ４４の縮小側レンズ面）における最大有効光束高ｈ１が、縮小側共役面（画像表示面１）における最大有効光束高ｈ２よりも小さくなっている。それにより、十分なレンズバックを確保するとともに、最も縮小側に有る第４レンズ群Ｇ４のレンズ径を小型化することができる。
【００６６】
なお本発明の投写用変倍光学系においては、図１に示す例のように、一部のレンズに非球面レンズを適用することが可能であり、その場合はより良好に収差補正を行うことができる。勿論、それに限らず、本発明の投写用変倍光学系は、レンズ面が球面であるレンズのみを用いて構成することも可能であり、そのようにした場合は、コストを抑える上で有利となる。
【００６７】
また、本発明の投写用変倍光学系においては、フォーカシング（合焦）を、第１レンズ群Ｇ１を移動させることによって行うことが可能である。
【００６８】
次に、本発明の投写型表示装置の実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の構成を概略的に示すものである。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とを備えている。
【００６９】
ＤＭＤ１０３は、多数の角度可変のマイクロミラーがマトリクス状に配列されてなるものである。投写型表示装置１００においては、照明光学系を介してＤＭＤ１０３に入射した光の反射方向を、上記マイクロミラーの各々の角度を変えて変化させることにより、各画素のＯＮ、ＯＦＦの切り換えを行い、全体の投写画像を形成する。
【００７０】
光源１０１から射出された光束は、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た後、ＤＭＤ１０３に入射する。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。そこで該投写用変倍光学系１０４により、この光変調された光による光学像がスクリーン１０５上に投写される。この例では、ＤＭＤ１０３の位置が縮小側共役位置に対応し、スクリーン１０５の位置が拡大側共役位置に対応する。
【００７１】
なお図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。
【００７２】
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。
【００７３】
＜実施例１＞
図１に、実施例１の投写用変倍光学系のレンズ構成および光線軌跡を示す。この図１におけるレンズ構成等の表示の仕方は先に説明した通りであり、それは後述する図２〜図４においても同じである。
【００７４】
また、この実施例１の投写用変倍光学系におけるレンズ群の配置、および各レンズ群の構成も先に説明した通りであるので、ここでは重複した説明を省略する。
【００７５】
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。この表１において、Ｓｉの欄には最も拡大側にあ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。
【００７６】
この表１では、面番号を「０」として、拡大側共役位置に配されるスクリーン（図１０のスクリーン１０５に対応）の面を示している。また、図１に示した平行平面板状のガラス部材２の面も示している。面番号１７、１８の面がそれぞれ、その拡大側の面、縮小側の面である。そして面番号１８の面が、図１の画像表示面１に対応する。
【００７７】
表１において、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。上述したスクリーンと第１レンズ群Ｇ１との間隔、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、第４レンズ群Ｇ４と上記ガラス部材２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［０］、ＤＤ［４］、ＤＤ［６］、ＤＤ［８］、ＤＤ［１６］と記入している。
【００７８】
また表１において、非球面については、その面番号に＊印を付して示しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。
【００７９】
表２に、広角端、中間焦点位置、望遠端におけるｄ線に対する諸元、具体的には、ズーム倍率、全系の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω（単位は度）、上記可変間隔ＤＤ［０］、ＤＤ［４］、ＤＤ［６］、ＤＤ［８］およびＤＤ［１６］の値をそれぞれ示す。
【００８０】
この表２および表１において、長さに係る値は、広角端における投写用変倍光学系の全系の焦点距離を１．００として規格化した値である。また表１および表２では、所定の桁でまるめた数値を記載している。
【００８１】
表３に、実施例１の各非球面の面番号と非球面係数を示す。ここに示す非球面係数は、下の（数１）式で表される非球面式における各係数Ｋ（離心率）、Ａｉの値である。ここで、ｉは３以上の整数であり、実施例１では全ての非球面が１６までの値をとる。ただし、ｉがとる値はそれに限るものではなく、各非球面によって異なる。また、非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味する。
【表１】
2015011252.tif 000003
【表２】
2015011252.tif 000004
【表３】
2015011252.tif 000005
【数１】
2015011252.tif 000006
【００８２】
一方、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）にそれぞれ、実施例１の投写用変倍光学系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。また図５（Ｅ）〜図５（Ｈ）にそれぞれ、実施例１の投写用変倍光学系の中間焦点位置における球面収差、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。そして図５（Ｉ）〜図５（Ｌ）にそれぞれ、実施例１の投写用変倍光学系の望遠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。
【００８３】
図５（Ａ）〜図５（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(S)と付記した実線、(T)と付記した破線で示している。球面収差図の縦軸上方に記載したＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図の縦軸上方に記載したωは半画角を意味する。
【００８４】
上述した実施例１のレンズ構成図、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、基本レンズデータの長さに係る値が全系の焦点距離を１．００として規格化されている点も、以下の実施例２〜４の説明において同様である。
【００８５】
＜実施例２＞
図２に、実施例２の投写用変倍光学系のレンズ構成および光線軌跡を示す。なお、この実施例２および後述する実施例３、４に関して、実施例１と共通している構成は特に必要の無い限り説明を省略する。
【００８６】
図２に示す実施例２の投写用変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は実質的に拡大側から順にレンズＬ１１およびレンズＬ１２が配置されてなり、第２レンズ群Ｇ２は実質的に１枚のレンズＬ２からなり、第３レンズ群Ｇ３は実質的に１枚のレンズＬ３からなり、第４レンズ群Ｇ４は実質的に拡大側から順にレンズＬ４１、レンズＬ４２、レンズ４３、およびレンズＬ４４が配置されてなる。
【００８７】
上記レンズＬ１１は、拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、レンズＬ１２は両凹レンズ、レンズＬ２は両凸レンズ、レンズＬ３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４１は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４２は両凸レンズ、レンズ４３は両凹レンズ、レンズＬ４４は両凸レンズとされている。
【００８８】
この実施例２の投写用変倍光学系の基本レンズデータを表４に、ｄ線に対する諸元を表５に、そして非球面係数を表６に示す。
【表４】
2015011252.tif 000007
【表５】
2015011252.tif 000008
【表６】
2015011252.tif 000009
【００８９】
また図６（Ａ）〜図６（Ｌ）に、実施例２の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
【００９０】
＜実施例３＞
図３に、実施例３の投写用変倍光学系のレンズ構成および光線軌跡を示す。この実施例３の投写用変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は実質的に拡大側から順にレンズＬ１１およびレンズＬ１２が配置されてなり、第２レンズ群Ｇ２は実質的に１枚のレンズＬ２からなり、第３レンズ群Ｇ３は実質的に１枚のレンズＬ３からなり、第４レンズ群Ｇ４は実質的に拡大側から順にレンズＬ４１、レンズＬ４２、レンズ４３、レンズ４４、およびレンズＬ４５が配置されてなる。つまりこの実施例３の投写用変倍光学系は、実施例１の投写用変倍光学系と比較すると、第４レンズ群Ｇ４が５枚のレンズからなる点で相違している。
【００９１】
上記レンズＬ１１は、拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、レンズＬ１２は両凹レンズ、レンズＬ２は両凸レンズ、レンズＬ３は両凸レンズ、レンズＬ４１は両凹レンズ、レンズＬ４２は両凸レンズ、レンズ４３は両凹レンズ、レンズＬ４４は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４５は両凸レンズとされている。
【００９２】
この実施例３の投写用変倍光学系の基本レンズデータを表７に、ｄ線に対する諸元を表８に、そして非球面係数を表９に示す。
【表７】
2015011252.tif 000010
【表８】
2015011252.tif 000011
【表９】
2015011252.tif 000012
【００９３】
図７（Ａ）〜図７（Ｌ）に、実施例３の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
【００９４】
＜実施例４＞
図４に、実施例４の投写用変倍光学系のレンズ構成および光線軌跡を示す。この実施例４の投写用変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は実質的に拡大側から順にレンズＬ１１およびレンズＬ１２が配置されてなり、第２レンズ群Ｇ２は実質的に１枚のレンズＬ２からなり、第３レンズ群Ｇ３は実質的に１枚のレンズＬ３からなり、第４レンズ群Ｇ４は実質的に拡大側から順にレンズＬ４１、レンズＬ４２、レンズ４３、レンズ４４、レンズＬ４５、およびレンズＬ４６配置されてなる。つまりこの実施例４の投写用変倍光学系は、実施例１の投写用変倍光学系と比較すると、第４レンズ群Ｇ４が６枚のレンズからなる点で相違している。
【００９５】
上記レンズＬ１１は、拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、レンズＬ１２は両凹レンズ、レンズＬ２は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４１は両凹レンズ、レンズＬ４２は両凸レンズ、レンズ４３は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４４は両凸レンズ、レンズＬ４５は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、レンズＬ４６は両凸レンズとされている。
【００９６】
この実施例４の投写用変倍光学系の基本レンズデータを表１０に、ｄ線に対する諸元を表１１に、そして非球面係数を表１２に示す。
【表１０】
2015011252.tif 000013
【表１１】
2015011252.tif 000014
【表１２】
2015011252.tif 000015
【００９７】
図８（Ａ）〜図８（Ｌ）に、実施例４の投写用変倍光学系の各収差図を示す。
【００９８】
また、以下の表１３に、前述した条件式（１）〜（５）が規定している条件（つまり文字式の部分）や、それに関連する条件の値を、実施例１〜４についてそれぞれまとめて示す。
【表１３】
2015011252.tif 000016
【００９９】
以上のデータから分かるように実施例１〜４の投写用変倍光学系は、７０．６°〜７１°と広い全画角が実現され、またＦナンバーが２．４程度と小さく、そして諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有するものとなっている。
【０１００】
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、アッベ数を適宜変更することが可能である。
【０１０１】
また、本発明の投写型表示装置も上記構成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る。
【符号の説明】
【０１０２】
１    画像表示面
２    ガラス部材
１００    投写型表示装置
１０１    光源
１０２    照明光学系
１０３    ＤＭＤ
１０４    投写用変倍光学系
１０５    スクリーン
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４１〜Ｌ４６    レンズ
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
Ｚ    光軸
【図１】
2015011252.tif 000017
【図２】
2015011252.tif 000018
【図３】
2015011252.tif 000019
【図４】
2015011252.tif 000020
【図５】
2015011252.tif 000021
【図６】
2015011252.tif 000022
【図７】
2015011252.tif 000023
【図８】
2015011252.tif 000024
【図９】
2015011252.tif 000025
【図１０】
2015011252.tif 000026