(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＭＤ等の光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に投影する高性能でコンパクトな投影レンズを提供する。【解決手段】スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成されるか、または続いて全体で正の屈折力を有する第３レンズ群を付加して構成され、前記第１レンズ群は、第１レンズ〜第５レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、第１レンズ〜第５レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は、第１レンズのみを配して構成され、前記第１レンズ群，及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とする投影レンズ。【選択図】      図１
2004317644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第１レンズ、正レンズである第２レンズ、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）であり前記第２レンズ群を構成する前記第２ンズと接合して構成される第３レンズ、ライトバルブ側に凸のメニスカス形状で負レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズを配して構成され、前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記件式（３）を満足することを特徴とする投影レンズ。
（１）      ０．５５＜ｆＷ／ｆＩＩ＜０．７
（２）      １．０＜ｆＩＩ／ｆ２，１＜１．５
（３）      ０．５＜ｆＩＩ／ｆ２，５＜１．０
ただし、
ｆＷ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩＩ  ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｆ２，１：第２レンズ群を構成する第１レンズの焦点距離
ｆ２，５：第２レンズ群を構成する第５レンズの焦点距離
【請求項２】
投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第１レンズ、正レンズである第２レンズ、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）であり前記第２レンズ群を構成する前記第２ンズと接合して構成される第３レンズ、ライトバルブ側に凸のメニスカス形状で負レンズである第４レンズ、正レンズである第５レンズを配して構成され、前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記件式（３）を満足することを特徴とする投影レンズ。
（１）      ０．５５＜ｆＷ／ｆＩＩ＜０．７
（２）      １．０＜ｆＩＩ／ｆ２，１＜１．５
（３）      ０．５＜ｆＩＩ／ｆ２，５＜１．０
ただし、
ｆＷ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩＩ  ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｆ２，１：第２レンズ群を構成する第１レンズの焦点距離
ｆ２，５：第２レンズ群を構成する第５レンズの焦点距離
【請求項３】
前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（４）を満足し、前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面と前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（５）を満足し、前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（６）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズのライトバルブ側面と前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の投影レンズ。
（４）      １．１＜ｆＩＩ／ｒ２１＜１．５
（５）      −１．４＜ｒ２１／ｒ２９＜−０．８
（６）      ０．９＜ｆＩＩ／ｒ２５＜１．５
（７）      −１．９＜ｒ２５／ｒ２６＜−１．１
ただし、
ｒ２１  ：第２レンズ群を構成する第１レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２５  ：第２レンズ群を構成する第３レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ２６  ：第２レンズ群を構成する第４レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２９  ：第２レンズ群を構成する第５レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
【請求項４】
前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面と前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのライトバルブ側面の少なくとも１つの屈折面の形状が非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投影レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第１レンズ、正または負の屈折力を有するレンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、前記第３レンズとは接合または分離して配置され正レンズである第４レンズ、負レンズである第５レンズを配して構成され、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（８）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記件式（９）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（１０）を満足し、前記第１レンズ群を構成する第５レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（１１）を満足し、前記第１レンズ群を構成するレンズのうち前記第２レンズを除くレンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式（１２）を満足し、また前記第１レンズ群を構成する前記第４レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式（１３）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズは樹脂材料で製作されており、かつ少なくともライトバルブ側面は非球面形状をしており、その前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（１４）を満足していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の投影レンズ。
（８）      ０．６＜ｆＷ／｜ｆＩ｜＜１．０      （絶対値はｆＩ＜０のため）
（９）      ０．４５＜ｆＩ／ｆ１，１＜０．７５
（１０）    −１．６＜ｆＩ／ｒ１２＜−１．０
（１１）    ０．８＜ｆＩ／ｒ１９＜１．５
（１２）    ２０＜（ν１，１＋ν１，３＋ν１，５）／３−ν１，４
（１３）    １．７＜ｎ１，４
（１４）    ｜ｆＩ／ｆ１，２｜＜０．３
ただし、
ｆＷ    ：広角端における８レンズ全系の合成焦点距離
ｆＩ    ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ１，１：第１レンズ群を構成する第１レンズの焦点距離
ｒ１２  ：第１レンズ群を構成する第１レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ１９  ：第１レンズ群を構成する第５レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ν１，１：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数
ν１，３：第１レンズ群を構成する第３レンズのアッベ数
ν１，４：第１レンズ群を構成する第４レンズのアッベ数
ν１，５：第１レンズ群を構成する第５レンズのアッベ数
ｎ１，４：第１レンズ群を構成する第４レンズのｄ線における屈折率
ｆ１，２：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
【請求項６】
前記第３レンズ群は正レンズである第１レンズのみで構成され、前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（１５）を満足することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の投影レンズ。
（１５）      ０．２３＜ｆＷ／ｆＩＩＩ＜０．２９
ただし、
ｆＩＩＩ：第３レンズ群の合成焦点距離
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に投写する投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタのライトバルブとしては長い間、液晶パネルが多く用いられてきた。ところが近年、微小なマイクロミラー（鏡面素子）を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシン技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が実用化されており、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという特徴を有するため、携帯可能とした小型で高輝度、高画質のプロジェクタを実現するのに適していることから、広く普及する兆しを見せている（例えば、先行文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５１１９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタ装置においてライトバルブとしてＤＭＤを使用する場合、その投影レンズにはＤＭＤ特有の制限が加わることとなる。第１の制限は投影レンズのＦ値に関するものである。現在、ＤＭＤにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーの旋回する角度は±１２°であり、これにより有効な反射光（有効光）と無効な反射光（無効光）とを切り替えている。従って、ＤＭＤをライトバルブとしたプロジェクタにおいては有効光をとらえる必要があると共に無効光を捉えないことが条件となり、この条件から投影レンズのＦ値を導くことが出来、すなわちＦ＝２．４となる。実際にはさらに少しでも光量を上げたいという要望があるため、実害のない範囲でのコントラストの低下などに配慮した上でＦ＝２．０の投影レンズとする場合が多い。また、この様な条件は投影レンズのライトバルブ側の瞳の位置が一定という条件のもとで成立しているため、ズームレンズなどの瞳位置が移動する場合は、移動した場合には、光量のロスなどが生ずるため、一般的には明るさが問題となりやすい広角端での瞳位置を最適化するなどの配慮が必要となる。
【０００５】
第２の制限は光源系との位置関係による制限である。小型化の為には投影レンズのイメージサークルはなるべく小さくしたい為に、ＤＭＤに投影用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまい、前述のＤＭＤからの有効光をプロジェクタレンズに入力するには、光源系をプロジェクタレンズとほぼ同じ方向（隣り合わせ）に設置することとなる。また投影レンズの最もライトバルブ側レンズとライトバルブとの間（すなわちバックフォーカス）を投影系と光源系との両光学系で使用することとなり、投影レンズにはバックフォーカスを大きく取らなければならないと同時に、光源からの導光スペースを確保するために、ライトバルブ側のレンズ系を小さく設計する必要が生ずる。このことは投影レンズの光学設計の立場から考えると、すなわち投影レンズの後方付近にライトバルブ側の瞳位置が来るように設計することになる。その一方で、投影レンズの性能を向上するためには、多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投影レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投影レンズの全長が長くなれば、入射瞳位置が後方にあるレンズでは当然のことながら前方のレンズ径が大きくなってしまうという問題が発生することとなる。
【０００６】
この様な開発上の制限はあるものの、ライトバルブとしてＤＭＤを採用するプロジェクタ装置は、小型化には他の方式よりも有利と考えられており、現在ではデータプロジェクタを中心として、携帯可能なコンパクトなものが広く普及している。装置自体をコンパクトにするためには、当然のことながら使用される投影レンズに関しても、コンパクト化の要望は大きく、また、多機能化という要望もあり、諸収差の性能が使用するＤＭＤの仕様を充分満足することはもちろんのこと、利便性の点ではズーム機能による変倍も可能で、その広角端の画角の大きいもの、さらに変倍比も大きい物が要求されるようになってきた。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑み、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトで広画角の投影レンズを実現し、コンパクトで明るく、小さな会議室等の限られたスペースでも大きな画面を投影可能な高画質のプロジェクタ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影レンズは、投影型表示装置のライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投影する投影レンズであって、スクリーン側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、及び使用するライトバルブの種類や照明光学系の仕様等の関係によっては全体で正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第１レンズ、正レンズである第２レンズ、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）であり前記第２レンズ群を構成する前記第２ンズと接合して構成される第３レンズ、ライトバルブ側に凸のメニスカス形状で負である第４レンズ、正レンズである第５レンズを配して構成され、前記第２レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記件式（２）を満足しており、前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのパワーに関して下記件式（３）を満足することを特徴とする。（請求項１，請求項２）
（１）      ０．５５＜ｆＷ／ｆＩＩ＜０．７
（２）      １．０＜ｆＩＩ／ｆ２，１＜１．５
（３）      ０．５＜ｆＩＩ／ｆ２，５＜１．０
ただし、
ｆＷ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩＩ  ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｆ２，１：第２レンズ群を構成する第１レンズの焦点距離
ｆ２，５：第２レンズ群を構成する第５レンズの焦点距離
【０００９】
条件式（１）は、正の屈折力を有する第２レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。またＤＭＤ等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間をバックフォーカス部分（第３レンズ群を有する場合には第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔がこの空間となる）にとらなければならず、バックフォーカスを確保する為には第１レンズ群に適切なパワーを配分する必要があるが、同時に第２レンズ群のパワーも適切でなければならず、諸収差との関連も含めたバランスの上で成り立っている。そのため上限を越えると、第２レンズ群の正のパワーが大きいことになり、それにともなって第１レンズ群の負のパワーも強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。また逆に下限を越えると、第１レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反するか、さもなければバックフォーカスが確保出来なくなる。続いて条件式（２）及び条件式（３）は第２レンズ群内の単色の諸収差補正に関する条件式である。第２レンズ群内の単色の諸収差の補正の基本は、第２レンズ群における第１レンズ及び第５レンズに比較的強い正のパワーが与えられることによって、各収差に対して第２レンズ群としてのパワーバランスが成立しており、これを大きく崩すことは出来ない。
【００１０】
この中でとりわけ第１レンズは第１レンズ群からの発散光を収束しなければならないためより強いパワーが与えられることになり、これを表現したのが条件式（２）である。したがって、条件式（２）の上限を越えると第１レンズのパワーが大きく、これに伴い逆に第５レンズのパワーを小さくしなければならず、諸収差が悪化する。逆に条件式（２）の下限を越えると第１レンズでの第１レンズ群からの発散光を充分に収束することができず、第１レンズ以外のレンズにも収束作用が分担させなければならないためやはり全体の収差バランスが崩れることとなる。同様に第５レンズについて表現したのが条件式（３）であり、上限を越えるとこれに伴い第１レンズの収束作用を低下させてしまうこととなり、逆に下限を越えると充分な諸収差を補正するパワーを失ってしまう。
【００１１】
さらに前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（４）を満足し、前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面と前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（５）を満足し、前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（６）を満足し、また前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズのライトバルブ側面と前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（７）を満足することを特徴とする投影レンズ。（請求項３）
（４）      １．１＜ｆＩＩ／ｒ２１＜１．５
（５）      −１．４＜ｒ２１／ｒ２９＜−０．８
（６）      ０．９＜ｆＩＩ／ｒ２５＜１．５
（７）      −１．９＜ｒ２５／ｒ２６＜−１．１
ただし、
ｒ２１  ：第２レンズ群を構成する第１レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２５  ：第２レンズ群を構成する第３レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ２６  ：第２レンズ群を構成する第４レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ｒ２９  ：第２レンズ群を構成する第５レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
【００１２】
条件式（４）は第２レンズ群を構成する第１レンズの形状に関するものである。とりわけスクリーン側面は第１レンズ群からの強い発散光を収束し、かつ球面収差を補正しなければならず、強い面パワーを必要とする。すなわち条件式（４）の上限を超えると、収束作用は充分となるが、アンダーな球面収差を残すこととなり、逆に下限を超えると収束するためのパワーが不足することとなり、よって収束作用を他のレンズに分担しなければならず、諸収差が悪化することとなる。条件式（５）は条件式（４）と共に、球面収差と他の諸収差をバランス良く補正するための条件である。上限を超えると諸収差の補正が難しくなり、逆に下限を超えると球面収差が補正出来なくなる。条件式（６）は第２レンズ群を構成する第３レンズの形状に関する条件式である。とりわけライトバルブ側面の形状は重要で、第２レンズ群の第１レンズによるアンダーな球面収差を補正し、絞りに対してコンセントリックにすることで、コマ収差を補正している。したがって、上限を超えると、すなわち第２レンズのライトバルブ側面の曲率半径が大きくなり過ぎるとコマ収差補正が難しくなり、下限を超えると今度は球面収差補正が難しくなる。条件式（７）は、第２レンズ群の第２レンズのライトバルブ側面と第４レンズのスクリーン側面の形状に関するものであるが、この両面に関しては所謂絞りに関してコンセントリックかつ対称形状となることで、第２レンズ群における軸外収差の発生を防ぐ働きをしており、すなわち上限を超えても、下限を超えても第２レンズ群としての軸外収差の発生量を増やす結果となる為、全系としての諸収差のバランスを崩してしまう。
【００１３】
さらに前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面と前記第２レンズ群を構成する前記第５レンズのライトバルブ側面の少なくとも１つの屈折面の形状が非球面形状であることが好ましい。（請求項４）
これは前記第２レンズ群を構成する前記第１レンズのスクリーン側面及び前記第５レンズのライトバルブ側面は、共に球面収差、コマ収差の補正に関して影響の大きい面であるため、コスト的に許される範囲であれば、これらの部分を非球面化することで、主に球面収差、コマ収差の補正に有利となり、さらに小型化あるいは高性能化することが可能となる。
【００１４】
さらに前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負レンズである第１レンズ、正または負の屈折力を有するレンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、前記第３レンズとは接合または分離して配置され正レンズである第４レンズ、負レンズである第５レンズを配して構成され、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（８）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記件式（９）を満足しており、加えて前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのライトバルブ側面の曲率半径に関して下記条件式（１０）を満足し、前記第１レンズ群を構成する第５レンズのスクリーン側面の曲率半径に関して下記条件式（１１）を満足し、前記第１レンズ群を構成するレンズのうち前記第２レンズを除くレンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式（１２）を満足し、また前記第１レンズ群を構成する前記第４レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式（１３）を満足しており、また前記第１レンズ群を構成する前記第２レンズは樹脂材料で製作されており、かつ少なくともライトバルブ側面は非球面形状をしており、その前記第２レンズのパワーに関して下記条件式（１４）を満足していることが好ましい。（請求項５）
（８）      ０．６＜ｆＷ／｜ｆＩ｜＜１．０      （絶対値はｆＩ＜０のため）
（９）      ０．４５＜ｆＩ／ｆ１，１＜０．７５
（１０）    −１．６＜ｆＩ／ｒ１２＜−１．０
（１１）    ０．８＜ｆＩ／ｒ１９＜１．５
（１２）    ２０＜（ν１，１＋ν１，３＋ν１，５）／３−ν１，４
（１３）    １．７＜ｎ１，４
（１４）    ｜ｆＩ／ｆ１，２｜＜０．３
ただし、
ｆＷ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆＩ    ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ１，１：第１レンズ群を構成する第１レンズの焦点距離
ｒ１２  ：第１レンズ群を構成する第１レンズのライトバルブ側の面の曲率半径
ｒ１９  ：第１レンズ群を構成する第５レンズのスクリーン側の面の曲率半径
ν１，１：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数
ν１，３：第１レンズ群を構成する第３レンズのアッベ数
ν１，４：第１レンズ群を構成する第４レンズのアッベ数
ν１，５：第１レンズ群を構成する第５レンズのアッベ数
ｎ１，４：第１レンズ群を構成する第４レンズのｄ線における屈折率
ｆ１，２：第１レンズ群を構成する第２レンズの焦点距離
【００１５】
条件式（８）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適切に補正するための条件のバランスをとるための必要条件となる。またＤＭＤ等のライトバルブを照明するための光学系を配する為の空間をバックフォーカス部分（第３レンズ群を有する場合には第２レンズ群と第３レンズ群の間の空気間隔がこの空間となる）にとらなければならず、バックフォーカスを確保する目的を合わせてもっている。そのため上限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群、第３レンズ群の正のパワーを強めなければならず、諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が悪化する。逆に下限を越えると、第２レンズ群との空気間隔を大きくとらなければならず、光学系全体の大きさが大きくなり小型化の目的と相反するか、さもなければバックフォーカスが確保出来なくなる。条件式（９）は、条件式（８）のもとで、第１レンズ群内のパワー配分に関するものである。すなわち、バックフォーカスを大きくとり、かつ諸収差のバランスを確保するためには、第１レンズ群を構成する第１レンズに適度な負パワーを与えることがとりわけ重要となる。上限を超えると、バックフォーカスの条件等は満たしやすく、諸収差のバランスをとるのも楽となるが、一方では、製造が困難となったり、コストのかさむ原因となり好ましくない。下限を超えると、その逆で、バックフォーカスを確保出来なくなったり、諸収差のバランスがとり辛くなる。
【００１６】
続く条件式（１０）は、条件式（９）の第１レンズに配分される負パワー条件下で、コマ収差、歪曲収差の発生を少なくするための条件である。すなわちこれら２つの条件式を満たすと第１レンズは強い負パワーをもつメニスカス形状となる。条件式（１０）の上限をこえると、コマ収差、歪曲収差の発生を充分おさえることが出来ない。また、下限を超えると収差発生を抑えるためには効果的ではあるが、メニスカス負レンズの湾曲形状が強くなりすぎ、製造が難しくなる。条件式（１１）は、第１レンズ群における球面収差、コマ収差補正と第１レンズ群を構成する第１レンズの有効径（以下前玉径）に影響を及ぼすものである。本ズームレンズの仕様は、広角端での画角が広角であると同時に前玉径を小さく設計することを要求している。通常この２つの条件は、相反するものとして存在することが多い。各収差補正を満足すると同時に前玉径を小さくするためには、像高の大きい像点に対応する光線束を第１レンズ群のスクリーン側に配置されるレンズにおいてより光線高の低い位置を通すことが必要である。このことを第１レンズ群内で実践しているのが第３レンズと第５レンズである。とりわけ特徴的なのが、第５レンズである。第５レンズに与えられているパワーは小さいものの、ライトバルブ側に大きく凸となるメニスカス形状となることにより、その目的を達成している。
【００１７】
その一方で、第１レンズ群内の球面収差、コマ収差補正とのバランスを取っており、上限を超えると、すなわち曲率半径小さ過ぎる場合であるが、このときは球面収差、コマ収差の補正に関する自由度が不足することとなり、下限を超えると前玉径をより大きくして対応しなければならない。条件式（１２）は、第１レンズ群を構成する負レンズと正レンズのアッベ数の配分に関するものである。第１レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、第１レンズ群を構成する負レンズと正レンズの硝材選択を条件式（１２）のような条件のもとでおこなうことにより、適切なパワー配分となり色収差の良好な補正が可能となる。下限を越えると色収差補正のために各レンズのパワーが過大となり、諸収差が悪化する。また条件式（１３）は像面湾曲のコントロール、すなわちペッツバール和に関する条件となる。第１レンズ群の中で、唯一明らかに正のパワーを持つレンズである第４レンズはペッツバール和をコントロールする上で非常に重要となり、パワーを大きくすること、すなわち屈折率の値を高くしてペッツバール和を小さくする。従って、下限値を超えるとペッツバール和が大きくなり、像面湾曲が大きくなり、周辺像高での像面のコントロールが困難となる。
【００１８】
歪曲収差を補正する目的からすると非球面形状とするのは前記第１レンズまたは前記第２レンズの非球面形状化が共に有効であると考えられるが、一方で、これらのレンズの有効径はより小径である前記第２レンズでも実施例に採用した設計例によれば約φ３２．６ｍｍ〜φ３４．８ｍｍとなってしまい、現在のガラスモールド製法で製作するとコスト的に不利となる大きさである。樹脂材料での非球面レンズを採用すれば、コスト的な問題は解消されるが、表面キズなどを考慮すれば外装表面に露出する前記第１レンズよりも前記第２レンズに樹脂材料の非球面レンズを採用することが好ましい。そこで条件式（１４）は、前記第２レンズを樹脂材料で製作した場合の、投影用レンズとして性能を維持するための条件の範囲を示すものである。樹脂材料でレンズを製作する場合に留意しなければならないのは、温度の変化や湿度の変化による屈折率の変化を問題ない範囲に押さえる事と、成形性を高めるために、肉厚を均等にする配慮をすることである。これらの条件を満足するためには、共に樹脂レンズに配分するパワーを小さくすることが必要となる。したがって、条件式（１４）の下限値を越えると投影レンズとして性能を維持するためには第２レンズに配分されるパワーが大きすぎ、前記のような環境等が変化した場合に良好な性能を維持する事が出来なくなる。
【００１９】
さらに前記第３レンズ群は正レンズである第１レンズのみで構成され、前記第３レンズ群のパワーに関して下記条件式（１５）を満足することが好ましい。（請求項６）
（１５）      ０．２３＜ｆＷ／ｆＩＩＩ＜０．２９
ただし、
ｆＩＩＩ：第３レンズ群の合成焦点距離
【００２０】
ＤＭＤからの光線束を効率良くスクリーン面に結像させるためには、照明光学系の特性に合わせて第３レンズ群とＤＭＤ間の光線束の主光線角度を設定しなければならないが、多くの場合ほぼテレセントリックに設定されることが多い。この間でのテレセントリック性の確保のためには、第２レンズ群の射出瞳近傍に第３レンズ群の焦点位置が来ることが必要であり、条件式（１６）の範囲で第３レンズ群のパワーを与えることにより目的を達することが可能となる。従って上限を超えても、下限を超えても、瞳のマッチングがとれず諸収差が悪化する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の第１実施例から第３実施例のコンパクトな広角投影用ズームレンズではスクリーン側から順に、第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２から構成されており、第３実施例以外の実施例においては第３レンズ群ＬＧ３が続いて配されることにより構成される。
【００２２】
前記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有し、スクリーン側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１１、正または負の屈折力を有する第２レンズＬ１２、負レンズである第３レンズＬ１３、前記第３レンズとは接合または分離して配置され正の屈折力を有するレンズである（以下正レンズ）第４レンズＬ１４、負レンズである第５レンズＬ１５を配して構成される。前記第２レンズ群は正レンズである第１レンズＬ２１、正レンズである第２レンズＬ２２、負レンズであり前記第２ンズＬ２２と接合して構成される第３レンズＬ２３、ライトバルブ側に凸のメニスカス形状で負レンズである第４レンズＬ２４、正レンズである第５レンズＬ２５を配して構成される。
【００２３】
前記第３レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第１レンズＬ３１のみを配して構成される。また前記第１レンズ群ＬＧ１，及び前記第２レンズ群ＬＧ２の位置を移動することにより変倍を成している。レンズ間隔のうちフォーカスに関わるものについては第１レンズＬ１１のスクリーン側面からスクリーンまでの投影距離が２ｍの時のものを例として示している。前記第３レンズ群ＬＧ３とライトバルブ面との間には空気間隔をおいてＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧが配されている。
【００２４】
各レンズの屈折面の名称は前記第１レンズ群ＬＧ１を構成する第１レンズＬ１１のスクリーン側面をＳ１１、ライトバルブ側面をＳ１２、同様に第２レンズＬ１２のスクリーン側面をＳ１３、ライトバルブ側面をＳ１４，第３レンズＬ１３のスクリーン側面をＳ１５、ライトバルブ側面をＳ１６、第４レンズＬ１４のスクリーン側面をＳ１７、ライトバルブ側面をＳ１８、第５レンズＬ１５のスクリーン側面をＳ１９、ライトバルブ側面をＳ２０とし、前記第２レンズ群ＬＧ２を構成する第１レンズＬ２１のスクリーン側面をＳ２１、ライトバルブ側面をＳ２２、続く第２レンズＬ２２のスクリーン側面をＳ２３、ライトバルブ側面（第３レンズとの接合面）をＳ２４，第３レンズＬ２３のライトバルブ側面をＳ２５、第４レンズＬ２４のスクリーン側面をＳ２６、ライトバルブ側面をＳ２７、第５レンズＬ２５のスクリーン側面をＳ２８、ライトバルブ側面をＳ２９とし、第３実施例以外の実施例における前記第３レンズ群ＬＧ３を構成する第１レンズＬ３１のスクリーン側面をＳ３１、ライトバルブ側面をＳ３２とし、さらにカバーガラスＣＧのスクリーン側面をＳ４１、ライトバルブ側面をＳ４２とする。
【００２５】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
2004317644.tif 000003
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０−４を意味し、この数値が直前の数値に掛ければ良い。
【００２６】
［実施例１］  本発明のコンパクトで広画角投影用ズームレンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角、ｂｆ  はバックフォーカスを表す。第１実施例及び第２実施例ではバックフォーカスｂｆ  は広角端における第３レンズ群ＬＧ３を構成する第１レンズＬ３１のライトバルブ側面Ｓ３２から像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄ  はｄ線の屈折率、νｄ  はｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中のＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４はそれぞれＣＡ１＝５５０．０ｎｍ、ＣＡ２＝４８６．１ｎｍ、ＣＡ３＝６４０．０ｎｍ、ＣＡ４＝４３５．８ｎｍの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２７】
【表  １】
2004317644.tif 000004
【００２８】
［実施例２］  第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【００２９】
【表  ２】
2004317644.tif 000005
【００３０】
［実施例３］  第３実施例について数値例を表４に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。本実施例におけるバックフォーカスｂｆ  は広角端における第２レンズ群ＬＧ２を構成する第５レンズＬ２５のライトバルブ側面Ｓ２９から像面までの距離の空気換算距離である。
【００３１】
【表  ３】
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【００３２】
次に第１実施例から第３実施例に関して条件式（１）から条件式（１５）に対応する値を、まとめて表４に示す。
【００３３】
【表  ４】
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表４から明らかなように、第１実施例から第３実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から条件式（１５）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトで画角が広い投影レンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第１実施例のレンズ構成図。
【図２】第１実施例のレンズの諸収差図。
【図３】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第２実施例のレンズ構成図。
【図４】第２実施例のレンズの諸収差図。
【図５】本発明によるコンパクトな広角投影用ズームレンズの第３実施例のレンズ構成図。
【図６】第３実施例のレンズの諸収差図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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