(57)【要約】【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拡大投射する高性能でレンズ口径が小さく、コストが安く、薄型の投射型表示装置に最適なズームレンズを提供する。【解決手段】拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で負の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成され、前記第５レンズ群の縮小側には、大きな空気間隔を設けた後ＤＭＤ等のライトバルブを配して構成される広角端から望遠端へ変倍可能なズームレンズであって、前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中に固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動させて変倍を行う。【選択図】      図１
2012088518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で負の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中に固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、前記第３レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（２）を満足し、光学系の大きさが下記条件式（３）を満足し、前記第５レンズ群の縮小側に設定される空間に関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とする光学補正型ズームレンズ。
（１）      −０．６ ≦ ｆｗ／ｆＩ ≦ −０．２５
（２）      −３０ ≦ ｍIIIｗ ≦ −０．７
（３）      ＴＬ／ｆｗ ≦ ８．０
（４）      １．７５ ≦ ｂｗ／ｆｗ
ただし、
ｆｗ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側の面からの物体距離１７００ｍｍに合焦の状態）
ｆＩ    ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｍIIIｗ ：広角端における第３レンズ群の合成倍率
ＴＬ    ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの距離
（ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ｂｗ    ：広角端における第５レンズ群の最も縮小側の面から像面までの距離
（ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
【請求項２】
前記請求項１記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大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）、負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）、負レンズ、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ及び正レンズを配して構成され、最も拡大側に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（６）を満足し、最も縮小側に配置される正レンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（８）を満足していることを特徴とする。
（５）      −０．５５ ≦ ｆｗ／ｆＩ１ ≦ −０．３０
（６）      １．１ ≦ ｆｗ／ｒＩ２ ≦ １．３
（７）      ０．４ ≦ ｆｗ／ｆＩ６ ≦ ０．５５
（８）      ｜ｒＩ１２／ｒＩ１１｜ ≦ ０．２５  （絶対値はｒＩ１２ ≦ ０のため）
ただし、
ｆＩ１  ：第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
ｒＩ２  ：第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆＩ６  ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒＩ１２：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｒＩ１０：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
【請求項３】
前記請求項２記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、前記第１レンズ群を構成するレンズのうち拡大側から順に４枚のレンズにより構成される第１ａレンズ群及び残りのレンズから構成される第１ｂレンズ群から構成され、前記第１ａレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカス動作を行うことを特徴とする。
【請求項４】
前記請求項１記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は、正レンズにて構成され、パワーに関して下記条件式（９）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（１０）を満足していることを特徴とする。
（９）      ０．１７ ≦ ｆｗ／ｆII ≦ ０．４
（１０）    ０．３ ≦ ｆｗ／ｒII１ ≦ ０．５
ただし、
ｆII    ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｒII１  ：第２レンズ群を構成するレンズの拡大側面の曲率半径
【請求項５】
前記請求項１記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第３レンズ群は拡大側から順に負レンズ及び正レンズにて構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１１）を満足していることを特徴とする。
（１１）    −０．３ ≦ ｆｗ／ｆIII ≦ −０．１
ただし、
ｆIII   ：第３レンズ群の合成焦点距離
【請求項６】
前記請求項１記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第４レンズ群は、拡大側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足し、縮小側に配置された負レンズ及び正レンズの分散特性の関係に関して下記条件式（１３）を満足し、最も拡大側と最も縮小側の屈折面形状の特徴に関して各々下記条件式（１４）及び下記条件式（１５）を満足していることを特徴とする。
（１２）    ０．１ ≦ ｆｗ／ｆIV ≦ ０．３２
（１３）    ３０ ≦ ｖIV３−ｖIV２
（１４）    ０．６ ≦ ｆｗ／ｒIV１ ≦ ０．８５
（１５）    −０．５ ≦ ｆｗ／ｒIV５ ≦ −０．２８
ただし、
ｆIV    ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｖIV３  ：第４レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのアッベ数
ｖIV２  ：第４レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのアッベ数
ｒIV１  ：第４レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒIV５  ：第４レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率
半径
【請求項７】
前記請求項１記載の光学補正型ズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成されており、全体として有するパワーに関して下記条件式（１６）を満足していることを特徴とする。
（１６）    ０．１ ≦ ｆｗ／ｆＶ ≦ ０．２８
ただし、
ｆＶ    ：第５レンズ群の合成焦点距離
【請求項８】
前記請求項１乃至前記請求項７の少なくともいずれかの一項に記載される光学補正型ズームレンズを搭載していることを特徴とした投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）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拡大投射するレンズ口径が小さくコンパクトな光学補正型ズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置においてライトバルブとしてＤＭＤを用いる場合、使用する投射用レンズに関して、幾つかのＤＭＤ特有の制約が発生する。
【０００３】
第１の制約は小型の投射型表示装置を開発する上で最大の制約とも考えられる投射用レンズの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ＯＮ及びＯＦＦを表現するために旋回する角度は±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投射型表示装置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、この条件から投射用レンズのＦ値を導くことが出来る。また、この様な条件は投射用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、移動した分、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瞳位置を最適化するなどの配慮も必要となる。
【０００４】
第２の制約は光源系との配置に関するものである。小型化の為には投射用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に投射用の光束を入力する光源系の配置は限られてしまう。前述のＤＭＤからの有効光を投射用レンズに入力するには、光源系を投射用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、投射用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（すなわち一般的にはバックフォーカス）を投射系と光源系との両光学系で使用することになり、投射用レンズには大きなバックフォーカスを設け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。このことは投射用レンズの光学設計の立場から考えると、投射用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という制約となる。その一方で、投射用レンズの性能を向上するためには、何枚ものレンズを組み合わせる必要があり、従ってレンズを配置すると投射用レンズの全長は有る程度の長さが必要となり、投射用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小型化とは相反する問題となる。
【０００５】
この様に、開発を行う上の大きな制約はあるものの、ライトバルブとしてＤＭＤを採用する投射型表示装置は、小型化の上で他の方式よりも有利とされており、現在ではプレゼンテーションを行う際に便利な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きている。また、装置自体をコンパクトに構成するためには、当然のことながら使用される投射用レンズに関しても、コンパクト化の要望は非常に強く、さらにズーム構成による変倍が可能というだけではなく、ＤＭＤの中心と投射レンズの光軸をずらして配設する、いわゆるシフト光学系を採用するためにイメージサークルが大きいものを要求するようになり、レンズのその広角端の画角の大きい投射レンズが要望されている。また、コスト面や生産面を考慮すると非球面レンズをなるべく採用したくない。
【０００６】
しかしながら、携帯可能であることを前提とした投射型表示装置において厚さ寸法を小さくすることはノート型パーソナルコンピュータなどと共に持ち歩くことの多い使われ方をする投射型表示装置では、最も重要な要素であるとも言える。この問題を解決する手段として、例えば特開２００７−１４０４７４号公報（特許文献１参照）に開示されているような投射用レンズのコンパクト化設計方法の一例があり、投射型表示装置の小型化に効果的であることが既に知られているが、この特許文献１の例によれば非球面レンズを２枚使用しており、コスト面や生産性を考慮に入れると、製品を提供する上で全てに有効な設計手段であるとは言い難い。
【０００７】
光学補正型ズームレンズは当初３５ｍｍスチルカメラ用望遠ズームとして、例えば特開昭５６−１１４９１９号公報（特許文献２参照）で開示されている例があるが、焦点距離１００から２００ｍｍでＦ４．５の中望遠から望遠クラスのズームレンズとして設計されている。また、ビデオカメラ若しくはスチルビデオカメラ用として特開昭６３−２１０８１２号公報（特許文献３参照）で開示されているのは３５ｍｍスチルカメラに換算すると５０から１００（１５０）ｍｍで標準から中望遠（望遠）域の設計例で、用途が異なるが広角化を実施して設計されている。さらに、特開平５−２４９３７７号公報（特許文献４参照）の例では３５ｍｍスチルカメラ用として３５（４０）から１３５ｍｍでＦ４のものが設計されており、一段の広角化と高変倍化がなされているが、これは撮影用のズームレンズとして広角化、高変倍化、明るい光学系が要望されているからであるが、ズームカムを使用前提として設計された同技術分野のズームレンズに勝るものとはなっていない。光学系とそれを保持し、フォーカスや変倍動作を実現する鏡枠機構を含めた範囲でコストを考えた場合、機構部品として高価なズームカムの必要のない光学補正型ズームレンズの採用は有利である。
【０００８】
しかしながら、薄型投射装置への採用は、前記特許文献２の例では画角及びＦ値が達成できず、前記特許文献３の例では画角が達成できず、前記特許文献４の例ではＦ値が達成できない。また、前記各例を通じて、変倍比はより少なくとも良いのであるが、より高解像でなければならず、また前玉径が大きすぎてこれらの開示例の範囲で設計されたレンズは薄型投射装置用の投射レンズとして採用できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１４０４７４号公報
【特許文献２】特開昭５６−１１４９１９号公報
【特許文献３】特開昭６３−２１０８１２号公報
【特許文献４】特開平０５−２４９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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ており、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射する用途において結像性能が高く、さらにレンズ口径が小さくコンパクトなズームレンズを安価に実現し、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射可能で高画質でありながら、高価な非球面レンズやズームカムを使用せずにコストや生産性をも考慮した薄型の投射型表示装置を安価に提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における光学補正型ズームレンズは、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群、全体で負の屈折力を有する第３レンズ群、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群から構成され、広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び前記第５レンズ群は変倍動作中に固定されており、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、前記第３レンズ群の広角端における倍率に関して下記条件式（２）を満足し、光学系の大きさが下記条件式（３）を満足し、前記第５レンズ群の縮小側に設定される空間に関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とする（請求項１）。
（１）      −０．６ ≦ ｆｗ／ｆＩ ≦ −０．２５
（２）      −３０ ≦ ｍIIIｗ ≦ −０．７
（３）      ＴＬ／ｆｗ ≦ ８．０
（４）      １．７５ ≦ ｂｗ／ｆｗ
ただし、
ｆｗ    ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
（第１レンズ群の最も拡大側の面からの物体距離１７００ｍｍに合焦の状態）
ｆＩ    ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｍIIIｗ ：広角端における第３レンズ群の合成倍率
ＴＬ    ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの距離
（ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ｂｗ    ：広角端における第５レンズ群の最も縮小側の面から像面までの距離
（ただし、平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
【００１２】
条件式（１）は、最も拡大側に配置される第１レンズ群のパワーに関する条件である。レトロフォーカスの原理からバックフォーカスを維持しつつ画角を大きくするためにはレンズの拡大側に負パワーを投入するのが良い。従って、第１レンズ群を負パワーとすることは広角化に有効である。しかしながら、本発明のズームレンズにおいては周辺光量を確保するために第１レンズ群の縮小側では大きな正パワーを必要とする。従って、第１レンズ群のパワーはこれら要因のバランスによって決まる。条件式（１）において上限を超えると、負パワーが不足し、画角を大きくすることが困難となり、逆に下限を超えると周辺光量の確保が出来ない。
【００１３】
条件式（２）は、本発明のズームレンズにあって最も特徴のある変倍を司る第３レンズ群の広角端配置における合成倍率に関する条件式である。本発明のズームレンズの変倍を担っているレンズ群は第２レンズ群乃至第４レンズ群で、負パワーの第３レンズ群を変倍中の固定群として当該レンズ群を挟んで正パワーを有する第２レンズ群及び第４レンズ群を一体で、縮小側（広角端）から拡大側（望遠端）へと光軸上を移動させることで実現している。従って、広角端配置の場合第３レンズ群と縮小側の第４レンズ群の間には少なくとも変倍時に移動する為に使用する空気間隔が必要である。この空気間隔は望遠端に近づくにつれて小さくなり、望遠端で最小の空気間隔となる。本発明のズームレンズでは第３レンズ群を射出するマージナル光線が光軸に平行に近い角度、すなわちアフォーカル光束として射出することにより変倍の際の収差変動を小さくしている。この空気間隔に関する各設定値は条件式（２）の数値と密接に関係する。さらに空気間隔の量は、変倍に関係する各レンズ群のパワー、倍率、収差変動、光学系の大きさなどを考慮したバランスの上で決まり、条件式（２）の下限を超えると空気間隔としては大きく設定可能となるが、一方では光学系全体の大きさに影響を及ぼす。逆に上限を超えると空気間隔が大きくとれずに倍率の低下を招くか、或いは各群パワーを上げなければならず諸収差が悪化する。
【００１４】
条件式（３）は、光学系の全長に関する条件であり、すなわち小径化の条件となる（第６レンズ群が存在する場合は空気換算距離とする）。上限を超えると全長が大きくなり、従ってレンズが大口径になり、小型、薄型化を損ねてしまう。逆に下限を超えると、諸収差のバランスを取ることが困難となる。
【００１５】
条件式（４）は、第５レンズ群の縮小側に設定される空気間隔に関する条件である（第６レンズ群が存在する場合は空気換算距離とする）。いわゆるバックフォーカスに相当する部分であるが、ライトバルブを照明するための光学系との共用スペースである為、この間隔を確保することが必要となる。従って、下限を超えると照明系の光学系を組み込むことが困難となる。
【００１６】
また、本発明におけるズームレンズの前記第１レンズ群は、拡大側から順に、拡大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）、負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）、負レンズ、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ及び正レンズを配して構成され、最も拡大側に配置される負レンズのパワーに関して下記条件式（５）を満足し、縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（６）を満足し、最も縮小側に配置される正レンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（８）を満足していることが望ましい（請求項２）。
（５）      −０．５５ ≦ ｆｗ／ｆＩ１ ≦ −０．３０
（６）      １．１ ≦ ｆｗ／ｒＩ２ ≦ １．３
（７）      ０．４ ≦ ｆｗ／ｆＩ６ ≦ ０．５５
（８）      ｜ｒＩ１２／ｒＩ１１｜ ≦ ０．２５  （絶対値はｒＩ１２ ≦ ０のため）
ただし、
ｆＩ１  ：第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの焦点距離
ｒＩ２  ：第１レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆＩ６  ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒＩ１２：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｒＩ１０：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
【００１７】
条件式（５）は、第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズのパワーに関する条件である。前述のように第１レンズ群は、負のパワーを有しており、さらに拡大側には二枚の大きな負パワーのレンズが配置されており、負のパワーを分担している構造となっており、最も拡大側に配置されるレンズはそのうちの一枚であると共に、分担しているパワーと形状については光学系全体に影響を及ぼすため重要である。とりわけ光学系に要求される画角とバックフォーカスに密接に関係しており、本ズームレンズでいえば第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの負パワーを増大することは、第５レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔を確保した上で要求画角を実現し、かつ小型化に有効であるが、条件式（５）の上限を超えるとレンズの負パワーが強くなり色収差と像面湾曲が発生し、収差の補正が困難になり、下限を超えるとレンズの負パワーが弱くなり第５レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔、いわゆるバックフォーカスに相当する部分を長く取ることが困難になる。
【００１８】
条件式（６）は、同じく第１レンズ群の最も拡大側に配置されるレンズの縮小側の面形状に関するものであり、レンズ全系の歪曲収差とコマ収差補正のための条件式である。強いパワーを持たせながら、拡大側の光線束に対して概ね同心的形状とすることで、すなわち拡大側に凸のメニスカス形状とすることで根本的に収差の発生を抑えた形状としている。従って、上限を超えると球面収差とコマ収差が補正不足となり、下限を超えると逆に補正過剰になる。
【００１９】
条件式（７）は、第１レンズ群の最も縮小側に配置される正レンズに付与されるパワーの条件に関するものである。拡大側レンズの有口径を小さくしたまま、画角を大きくし、尚且つ周辺光量を確保するためには、画面周辺に対する主光線の方向を大きく屈曲する必要があり、全体として大きな負パワーを有する第１レンズ群でも縮小側については大きな正パワーが必要になる。この役割を担っているのが当該レンズで、条件式（７）の下限を超えるとパワーが小さくなり必要とされる画角を維持したまま周辺光量を確保できない。逆に上限を超えると他のレンズ群とのパワーバランスが崩れるため諸収差が増大してしまう。
【００２０】
条件式（８）は、当該レンズのレンズ形状に関するものである。拡大側の強い負のパワーの影響で最後部レンズに入射する光束は強い発散光束であり、これを適度に収束させ、第１レンズ群として収差の発生を少なくし、且つまた、一枚で構成される第２レンズ群への過度なパワー分担を減じる目的も併せもっていて、条件式（８）で示される制限が必要となる。上限を超えてしまうと当該レンズの拡大側面で過度に球面収差とコマ収差が補正され、良好な性能が得られない。
【００２１】
また、フォーカス動作を行うのはズーム位置による変動がないという理由で最も拡大側にあるレンズ群で行うのが良い。それに相当するのは本ズームレンズにおいては前記第１レンズ群である。前記第１レンズ群をフォーカス動作に使用することは、変倍動作中に固定されていることもあり機構的にも簡略に実現することが出来るため良いのであるが、フォーカス動作を行うに必要なパワーを持たせる必要が生ずる。しかしながら、前記第１レンズ群に過大な負パワーを与えると、以降の群とのパワーバランスが崩れ、諸収差が悪化する。従って、その場合には必要に応じて、前記第１レンズ群を構成するレンズのうち拡大側から順に４枚のレンズにより構成される第１ａレンズ群及び残りのレンズから構成される第１ｂレンズ群とし、前記第１ａレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカス動作を行うのが良い（請求項３）。このことにより、前記第１ａレンズ群に、光学系全体のパワーバランスを崩すことなく、フォーカス動作に必要な負のパワーを付与することができる。
【００２２】
また、本発明におけるズームレンズの前記第２レンズ群は、正レンズにて構成され、パワーに関して下記条件式（９）を満足し、レンズ形状の特徴に関して下記条件式（１０）を満足していることが望ましい（請求項４）。
（９）      ０．１７ ≦ ｆｗ／ｆII ≦ ０．４
（１０）    ０．３ ≦ ｆｗ／ｒII１ ≦ ０．５
ただし、
ｆII    ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｒII１  ：第２レンズ群を構成するレンズの拡大側面の曲率半径
【００２３】
条件式（９）は、第２レンズ群に求められる群パワーに関する条件である。第２レンズ群は変倍時に移動する群であるため倍率変化の観点からするとある程度大きなパワーを有するのが望ましいが、正レンズ一枚で構成されるため出来るだけ収差変化の少ない形状、それを達成できる程度のパワーであることとのバランスが重要となる。条件式（９）で上限を超えるとパワー過大で収差変化が大きくなり、下限を超えると移動量を増大させなければならず、それが出来ない場合は変倍比が減少してしまうこととなる。
【００２４】
さらに、球面収差に着目すると、条件式（１０）を満足することで第１レンズ群からの発散光束を球面収差などの発生を少なく結像することが可能となり、上限を超えると当該レンズの拡大側面における球面収差の発生が大きくなり、下限を超えると縮小側面による球面収差、コマ収差の発生が大きくなる。
【００２５】
また、本発明におけるズームレンズの前記第３レンズ群は拡大側から順に負レンズ及び正レンズにて構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１１）を満足していることが望ましい（請求項５）。
（１１）    −０．３ ≦ ｆｗ／ｆIII ≦ −０．１
ただし、
ｆIII   ：第３レンズ群の合成焦点距離
【００２６】
第３レンズ群を構成する負及び正レンズは、共に強いパワーを付与されたレンズである。その結果としての群全体の負のパワーを生み出している。第３レンズ群近傍において各像高に対する主光線が光軸と交わっている構造のため、第３レンズ群は球面収差、コマ収差、倍率の色収差等に大きく影響を及ぼす。また、一方で固定群として変倍に関わるため、目標変倍比の実現と収差補正の両立に関しての限界も生じ、これらのバランスをとることが重要となる。条件式（１１）において上限を超えると変倍比は大きくし易いが各収差補正が難しくなり良好な性能を得ることが出来なくなり、下限を超えると性能は良好にすることは可能であるが変倍比の目標達成が困難となるか、或いは変倍比を維持しようとすると移動量を大きくする必要があり光学系全体が大型化してしまう。
【００２７】
また、本発明におけるズームレンズの前記第４レンズ群は、拡大側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、全体として有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足し、縮小側に配置された負レンズ及び正レンズの分散特性の関係に関して下記条件式（１３）を満足し、最も拡大側と最も縮小側の屈折面形状の特徴に関して各々下記条件式（１４）及び下記条件式（１５）を満足していることが望ましい（請求項６）。
（１２）    ０．１ ≦ ｆｗ／ｆIV ≦ ０．３２
（１３）    ３０ ≦ ｖIV３−ｖIV２
（１４）    ０．６ ≦ ｆｗ／ｒIV１ ≦ ０．８５
（１５）    −０．５ ≦ ｆｗ／ｒIV５ ≦ −０．２８
ただし、
ｆIV    ：第４レンズ群の合成焦点距離
ｖIV３  ：第４レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズのアッベ数
ｖIV２  ：第４レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのアッベ数
ｒIV１  ：第４レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒIV５  ：第４レンズ群において拡大側から三番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率
半径
【００２８】
光学補正型のズームレンズにおいて、変倍におけるフォーカス位置の移動をなくすためには連動して移動するレンズ群同士のパワーが同一であるという要件を満たす必要がある。本発明のズームレンズにおいてフォーカスの要件を鑑みた場合、条件式（１２）と条件式（９）がほぼ等しいものとなることを意味している。しかし、投射型表示装置においてはズームを動かした後にフォーカスを調整することは至極簡単であるため、撮影レンズとして使用する場合と異なり、それ程このフォーカスの要件に順ずる必要はない。条件式（１２）は、十分にフォーカスの要件を満たしているといえる。その上で条件式（１２）には、さらに第４レンズ群として要求される役割である移動群のための変倍比及び性能に関しての条件が盛り込まれている。条件式（１２）の上限を超えるとパワーが過大で性能が低下し、下限を超えると変倍比の低下あるいは大型化することになる。
【００２９】
条件式（１３）は、第４レンズ群としての色消し条件であり、下限を超えると変倍時における色収差変動が大きく性能低下する。
【００３０】
条件式（１４）は、第４レンズ群において最も拡大側に配置される正レンズの形状条件で、第３レンズ群の負パワーによるやや発散した光束を少ない収差発生を維持しつつ伝達することを目的とする。上限を超えると当該レンズの拡大側面の、下限を超えると当該レンズの縮小側面の球面収差とコマ収差が過大となり、変倍時の性能の変化が大きくなる。
【００３１】
条件式（１５）は、第４レンズ群における最も縮小側に配置される正レンズの形状条件である。上限または下限を超えると球面収差とコマ収差のバランスが崩れて性能が低下する。
【００３２】
また、本発明におけるズームレンズの前記第５レンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成されており、全体として有するパワーに関して下記条件式（１６）を満足していることが望ましい（請求項７）。
（１６）      ０．１ ≦ ｆｗ／ｆＶ ≦ ０．２８
ただし、
ｆＶ    ：第５レンズ群の合成焦点距離
【００３３】
条件式（１６）は、第５レンズ群のパワーに関するものである。第５レンズ群は変倍動作中に固定されているため、変倍に関係なく第１レンズ群乃至第４レンズ群で発生し、補正不十分な収差を最終的に補正すると共に、所定の寸法や仕様に合わせる機能を有する。従って、上限を超えると所定の仕様とするには各群のパワーも増大することになり性能を維持することが出来ない。あるいは、性能を維持するためには光学系の構成枚数を増やす必要が生ずる。逆に下限を超えると第５レンズ群による最終的な性能調整効果が不十分となってしまう。
【００３４】
このような本発明による光学補正型ズームレンズを投射型表示装置に搭載することにより（請求項８）、装置全体を小型化、特に薄型化することが可能となり、携帯にも便利な薄型の投射型表示装置を提供することが出来、さらにコストを低く維持することに効果的である。
【発明の効果】
【００３５】
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コスト面や生産面でも効果的なズームレンズを実現し、コンパクトで高画質の投射型表示装置を安価に提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による光学補正型ズームレンズの第１実施形態のレンズ構成図である。
【図２】第１実施形態のレンズの諸収差図である。
【図３】本発明による光学補正型ズームレンズの第２実施形態のレンズ構成図である。
【図４】第２実施形態のレンズの諸収差図である。
【図５】本発明による光学補正型ズームレンズの第３実施形態のレンズ構成図である。
【図６】第３実施形態のレンズの諸収差図である。
【図７】本発明による光学補正型ズームレンズの第４実施形態のレンズ構成図である。
【図８】第４実施形態のレンズの諸収差図である。
【図９】本発明による光学補正型ズームレンズの第５実施形態のレンズ構成図である。
【図１０】第５実施形態のレンズの諸収差図である。
【図１１】本発明による光学補正型ズームレンズの第６実施形態のレンズ構成図である。
【図１２】第６実施形態のレンズの諸収差図である。
【図１３】本発明による光学補正型ズームレンズの第７実施形態のレンズ構成図である。
【図１４】第７実施形態のレンズの諸収差図である。
【図１５】本発明による光学補正型ズームレンズの第８実施形態のレンズ構成図である。
【図１６】第８実施形態のレンズの諸収差図である。
【図１７】本発明による光学補正型ズームレンズの第９実施形態のレンズ構成図である。
【図１８】第９実施形態のレンズの諸収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、具体的な数値例について、本発明を説明する。
【００３８】
以下の第１の実施の形態から第９の実施の形態の口径の小さい光学補正型ズームレンズでは、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群（各図におけるレンズ群名称ＬＧ１）、全体で正の屈折力を有する第２レンズ群（レンズ群名称ＬＧ２）、全体で負の屈折力を有する第３レンズ群（レンズ群名称ＬＧ３）、全体で正の屈折力を有する第４レンズ群（レンズ群名称ＬＧ４）及び全体で正の屈折力を有する第５レンズ群（レンズ群名称ＬＧ５）から構成される。
【００３９】
前記第１レンズ群ＬＧ１は、拡大側から順に、拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズ（レンズ名称をＬ１１、拡大側面の面番号を１０１、縮小側面の面番号を１０２とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ１２、拡大側面の面番号を１０３、縮小側面の面番号を１０４とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ１３、拡大側面の面番号を１０５、縮小側面の面番号を１０６とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ１４、拡大側面の面番号を１０７、縮小側面の面番号を１０８とする）、縮小側に凸のメニスカス形状の負レンズ（レンズ名称をＬ１５、拡大側面の面番号を１０９、縮小側面の面番号を１１０とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ１６、拡大側面の面番号を１１１、縮小側面の面番号を１１２とする）を配して構成される。
【００４０】
前記第２レンズ群ＬＧ２は、正レンズ（レンズ名称をＬ２１、拡大側面の面番号を２０１、縮小側面の面番号を２０２とする）にて構成される。
【００４１】
前記第３レンズ群ＬＧ３は、拡大側から順に負レンズ（レンズ名称をＬ３１、拡大側面の面番号を３０１、縮小側面の面番号を３０２とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ３２、拡大側面の面番号を３０３、縮小側面の面番号を３０４とする）にて構成される。
【００４２】
前記第４レンズ群ＬＧ４は、拡大側から順に正レンズ（レンズ名称をＬ４１、拡大側面の面番号を４０１、縮小側面の面番号を４０２とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ４２、拡大側面の面番号を４０３、縮小側面の面番号を４０４とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ４３、拡大側面の面番号を接合面のため４０４、縮小側面の面番号を４０５とする）を配して構成される。
【００４３】
前記第５レンズ群ＬＧ５は、拡大側から順に正レンズ（レンズ名称をＬ５１、拡大側面の面番号を５０１、縮小側面の面番号を５０２とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ５２、拡大側面の面番号を５０３、縮小側面の面番号を５０４とする）を配して構成される。
【００４４】
前記第５レンズ群ＬＧ５の縮小側には、大きな空気間隔を設け、その後に照明光学系との関連において第６レンズ群（レンズ群名称ＬＧ６）を、正レンズ（レンズ名称をＬ６１、拡大側面の面番号を６０１、縮小側面の面番号を６０２とする）にて構成しても良く、続いて前記第６レンズ群ＬＧ６の縮小側とライトバルブ面との間には、僅かな空気間隔をおいて配置されるＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧ（拡大側面をＣ０１、縮小側面をＣ０２）を配置する。
【００４５】
広角端から望遠端への変倍動作は、前記第１レンズ群ＬＧ１、前記第３レンズ群ＬＧ３及び前記第５レンズ群ＬＧ５が変倍動作中に固定されており、前記第２レンズ群ＬＧ２及び前記第４レンズ群ＬＧ４を縮小側から拡大側方向へ一体として光軸に沿って移動させて変倍を行う。
【００４６】
フォーカシング動作に関しては、前記第１レンズ群ＬＧ１を拡大側から順に負の屈折力を有する第１ａレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ａ）及び正の屈折力を有する第１ｂレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ｂ）に分割し（ただしＬＧ１＝ＬＧ１ａの場合は、ＬＧ１ｂは無し）、第１ａレンズ群ＬＧ１ａを光軸方向に移動させて行うと良い。
【００４７】
［第１の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第１実施形態について数値例を表１に示す。図１はそのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
【００４８】
【表１】
2012088518.tif 000003
【００４９】
表１中の上段において、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を示す。ｄと括弧付の数値で表している、例えばｄ（１１２）であるが、これは１１２面が変倍に伴い空気間隔が変化する面であり、その変化する数値を表すものである。また、下段のｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎd はｄ線に対する屈折率、νd はｄ線のアッベ数を示す。図２中の球面収差におけるＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３は、それぞれＣＡ１＝５５０ｎｍ、ＣＡ２＝４５０ｎｍ、ＣＡ３＝６２０ｎｍの各波長における収差曲線である。図２中の非点収差におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。また、全般に亘り特別に記載のない限り、諸値の計算に使用している波長はＣＡ１＝５５０．０ｎｍである。また、物体及び像の関係は、１０１面からの物体距離を１７００ｍｍとした合焦状態を表しているものとする。
【００５０】
［第２の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第２実施形態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であり、図４はその諸収差図である。
【００５１】
【表２】
2012088518.tif 000004
【００５２】
［第３の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第３実施形態について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図であり、図６はその諸収差図である。
【００５３】
【表３】
2012088518.tif 000005
【００５４】
［第４の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第４実施形態について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図であり、図８はその諸収差図である。
【００５５】
【表４】
2012088518.tif 000006
【００５６】
［第５の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第５実施形態について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図であり、図１０はその諸収差図である。
【００５７】
【表５】
2012088518.tif 000007
【００５８】
［第６の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第６実施形態について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図であり、図１２はその諸収差図である。
【００５９】
【表６】
2012088518.tif 000008
【００６０】
［第７の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第７実施形態について数値例を表７に示す。また、図１３はそのレンズ構成図であり、図１４はその諸収差図である。
【００６１】
【表７】
2012088518.tif 000009
【００６２】
［第８の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第８実施形態について数値例を表８に示す。また、図１５はそのレンズ構成図であり、図１６はその諸収差図である。
【００６３】
【表８】
2012088518.tif 000010
【００６４】
［第９の実施の形態］
本発明の光学補正型ズームレンズの第９実施形態について数値例を表９に示す。また、図１７はそのレンズ構成図であり、図１８はその諸収差図である。
【００６５】
【表９】
2012088518.tif 000011
【００６６】
次に、第１〜第９の実施形態に関して条件式（１）から条件式（１６）に対応する値を、まとめて表１０に示す。
【００６７】
【表１０】
2012088518.tif 000012
【００６８】
表１０から明らかなように、第１から第９までの各実施形態に関する数値は条件式（１）から条件式（１６）の条件を満足していると共に、各実施形態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。
【符号の説明】
【００６９】
ＬＧ１  第１レンズ群
ＬＧ１ａ  第１ａレンズ群
ＬＧ１ｂ  第１ｂレンズ群
ＬＧ２  第２レンズ群
ＬＧ３  最３レンズ群
ＬＧ４  第４レンズ群
ＬＧ５  第５レンズ群
ＬＧ６  第６レンズ群
【図１】
2012088518.tif 000013
【図２】
2012088518.tif 000014
【図３】
2012088518.tif 000015
【図４】
2012088518.tif 000016
【図５】
2012088518.tif 000017
【図６】
2012088518.tif 000018
【図７】
2012088518.tif 000019
【図８】
2012088518.tif 000020
【図９】
2012088518.tif 000021
【図１０】
2012088518.tif 000022
【図１１】
2012088518.tif 000023
【図１２】
2012088518.tif 000024
【図１３】
2012088518.tif 000025
【図１４】
2012088518.tif 000026
【図１５】
2012088518.tif 000027
【図１６】
2012088518.tif 000028
【図１７】
2012088518.tif 000029
【図１８】
2012088518.tif 000030