(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系からの光束で照明された被投射画像を被投射面に投射する投射光学系であって、
該被投射面側に最も近いレンズ面の有効径をＤr、あるレンズ面の有効径をＤcerとするとき、
０．３＜Ｄcer／Ｄr＜０．７
を満足するレンズ面を含むレンズ素子のうち少なくとも１つのレンズ素子の焦点距離をｆｃｅｒ、該レンズ素子の材料の熱伝導率をｋ（W／ｍ・K）、該投射光学系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき
【数１】
0005094239.tif 000010
２＜ｋ＜１５
なる条件を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記少なくとも１つのレンズ素子の材料のｄ線に対する屈折率をNd、アッベ数をνｄとするとき、
Ｎｄ＞２．３−０．０１・νｄ
１．７５＜Ｎｄ＜２．７
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項３】
前記少なくとも１つのレンズ素子は負の屈折力を有し、該レンズ素子の材料のアッベ数をνｄｎとするとき
２５＜νｄｎ＜３６
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記少なくとも１つのレンズ素子は正の屈折力を有し、該レンズ素子の材料のアッベ数をνｄｐとするとき、
３７＜νｄｐ＜６５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記少なくとも１つのレンズ素子の中心肉厚をｔ、望遠端における全長をＴとするとき、
０＜ｔ／Ｔ＜０．０５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記少なくとも１つのレンズ素子は単一の独立したレンズより成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項７】
開口絞りを有し、該開口絞りに対して最も拡大側に負の屈折力のレンズ群、最も縮小側に正の屈折力のレンズ群を含み、各々のレンズ群間隔を変えながらズーミングをすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項８】
開口絞りを有し、望遠端において、該開口絞りの位置に対して縮小側の各レンズ群の合成焦点距離をｆｒ、全系の前側主平面位置をｏ１とするとき、
０．７＜ｏ１／ｆｒ＜１．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載の投射光学系。
【請求項９】
前記投射光学系は、拡大側から縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群を有し、ズーミングのためには、該第１、第６レンズ群は不動であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して該第２〜第５レンズ群が拡大側へ移動しており、
前記少なくとも１つのレンズ素子は、該第４レンズ群を構成する１つの負レンズ又は該第３レンズ群を構成する１つの正レンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の投射光学系。
【請求項１０】
前記投射光学系は、拡大側から縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有し、ズーミングのためには該第１、第５レンズ群は不動であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、該第２〜第４レンズ群が拡大側へ移動しており、
前記少なくとも１つのレンズ素子は、該第４レンズ群を構成する負レンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の投射光学系。
【請求項１１】
前記投射光学系は、拡大側から縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、ズーミングのためには該第１、第４レンズ群は不動であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、該第２レンズ群は縮小側へ、該第３レンズ群は拡大側へ移動しており、前記少なくとも１つのレンズ素子は該第３レンズ群を構成する１つの負レンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の投射光学系。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項の投射光学系と、原画を形成する画像表示素子を有し、前記画像表示素子によって形成された原画を前記投射光学系によって被投射面に投射することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系及びそれを有する画像投射装置に関し、例えば画像情報を所定面上に投射する液晶プロジェクターに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶等の画像表示素子（液晶パネル、ライトガイド）を用いて、その画像表示素子に形成された画像を投射光学系でスクリーン面に投射する画像投射装置（液晶プロジェクター）が種々と提案されている。
【０００３】
このとき用いられる投射光学系の一部には、製作の容易性からプラスチック材より成るレンズが用いられている。
【０００４】
一般にプラスチック材は光学的に熱的変動が大きい為、環境変化があると光学特性が大きく変化してくる。
【０００５】
従来より、投射光学系にプラスチック材より成るレンズを使用して、その屈折力を小さく設定することで使用時の温度変動に対して光学仕様が変動することを抑えた投射光学系が知られている（特許文献１）。
【０００６】
またプラスチック材より成る異符号のレンズを複数枚光学系中に配置して各々のレンズで異符号の光学的な変動成分を発生させて全体的に変動成分を相殺し、結果的に光学特性が変動するのを低減させた投射光学系が知られている（特許文献２）。
【０００７】
又、熱伝導率が高い材料より成るレンズを用いたデジタルスチルカメラ用のズームレンズが知られている（特許文献３）。この発明の目的は前記熱伝導率が高い硝子が通常ガラスに比べて高屈折率、高硬度、高曲げ強度を有することに着目し、１枚の負レンズ薄肉化分の小型化効果を得るまでにとどまっている。
【０００８】
画像投射装置用の投射光学系として拡大側に負の屈折力のレンズ群を配置した、全体として複数のレンズ群より成り、広画角化で、バックフォーカスの長いネガティブリード型の投射光学系が知られている(特許文献４、５)。
【特許文献１】特開２００５−３３８７０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６６１０３号公報
【特許文献３】特開２００６−０９１０８２号公報
【特許文献４】特開２００１−２３５６７９号公報
【特許文献５】特開２００４−０７０３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、液晶プロジェクターなどの画像投射装置には、明るい蛍光灯下でも良好なる投射画像の観察ができることが望まれている。このため画像投射装置には、明るい投射画像を得るため照明光学系を構成する光源手段に強出力のものが用いられている。
【００１０】
この結果、画像投射装置内の光源手段からの発熱及び光源手段から出射される光束の照射等により投射光学系を構成する光学素子の温度が上昇し、光学性能が変化する傾向がある。
【００１１】
さらに、ズーム機能を有する投射光学系のうち広角端から望遠端にかけてＦ値が変動する投射光学系では、一般に望遠端において光束がケラレるので望遠端においてＦ値が暗くなる。このとき、投射光学系内部の開口絞り近傍で小径部の鏡筒などにより、光束を遮光する場合が多い。
【００１２】
そうするとレンズ鏡筒で光束を遮光することにより、レンズ鏡筒に入射する光束が熱源となってレンズ鏡筒の温度が上昇してくる。レンズ鏡筒の温度が上昇すると、レンズ素子の位置精度等に影響を与え、投射光学系の光学特性が変動する可能性がある。
【００１３】
そこで本発明は、光学特性の変動を少なくし、明るく良好なる投射画像が得られる投射光学系及びそれを有する画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の投射光学系は、照明光学系からの光束で照明された被投射画像を被投射面に投射する投射光学系であって、
該被投射面側に最も近いレンズ面の有効径をＤr、あるレンズ面の有効径をＤcerとするとき、
０．３＜Ｄcer／Ｄr＜０．７・・・（１）
を満足するレンズ面を含むレンズ素子のうち少なくとも１つのレンズ素子の焦点距離をｆｃｅｒ、該レンズ素子の材料の熱伝導率をｋ（W／ｍ・K）、該投射光学系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき
【００１５】
【数１】
0005094239.tif 000002
【００１６】
２＜ｋ＜１５・・・（３）
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、強出力の光源手段を用いても、又ズーミングによって望遠側でのＦナンバーが暗くなる光学系であっても、光学特性の変動が小さく、明るく良好なる画像を投射できる投射光学系が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
【実施例１】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の投射光学系（投影光学系）及びそれを有する画像投射装置の実施例について説明する。
【００２０】
本実施例の投射光学系は、照明光学系からの光束で照明された被投射画像をスクリーン等の被投射面に投射する投射光学系である。この投射光学系は、被投射面に投射する画像（被投射画像を結像した画像）の大きさを変化させる（投射倍率を変化させる）ズーミング機能（変倍機能）を有している。但し、本実施例は、ズーミング機能を有する投射光学系に限定されるものではない。
【００２１】
本実施例の投射光学系では、光路中に設けた開口絞りの位置又はその近傍で光束径が集光され、その有効径は小さくなる。更に開口絞りの位置に照明光学系の光源像が形成される。そのため、開口絞りの位置又はその近傍のレンズ素子は小径となり、光束密度が高くなっている。
【００２２】
そのため光束密度が高く強い光エネルギー光が透過する（入射する）レンズ素子には、後述するように、強い光エネルギー光が入射しても投射光学系全体としての光学特性の変化が小さくなるようなレンズ（形状、材料）を用いる。
【００２３】
。
【００２４】
図１は本発明の実施例１の投射光学系を用いた画像投射装置（液晶ビデオプロジェクタ）の要部概略図である。図２、図３は本発明の実施例１に対応する後述する数値実施例１の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離（第１レンズ群からの距離）２．４ｍのときの広角端（短焦点距離端）と望遠端（長焦点距離端）のズーム位置における収差図である。
【００２５】
図４は本発明の実施例２の投射光学系を用いた画像投射装置の要部概略図である。図５、図６は本発明の実施例２に対応する後述する数値実施例２の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離２．１ｍのときの広角端と望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２６】
図７は本発明の実施例３の投射光学系を用いた画像投射装置の要部概略図である。図８、図９は本発明の実施例３に対応する後述する数値実施例３の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離１．７６ｍのときの広角端と望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２７】
図１０は本発明の実施例４の投射光学系を用いた画像投射装置の要部概略図である。図１１、図１２は本発明の実施例４に対応する後述する数値実施例４の数値をｍｍ単位で表わした時の物体距離２．４ｍのときの広角端と望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２８】
図１３は本発明のカラー液晶プロジェクターの要部概略図である。
【００２９】
図１、図４、図７、図１０の実施例１〜４における画像投射装置では液晶パネルＬＣＤに表示される画像表示素子（被投射画像）を投射光学系（ズームレンズ、投射レンズ）を用いて被投射面（スクリーン）面Ｓ０上に拡大投影している状態を示している。
【００３０】
尚、液晶パネルＬＣＤは、縮小側に設けた照明光学系（不図示）からの光で照明されている。
【００３１】
Ｓ０はスクリーン面（投射面）、ＬＣＤは液晶パネル（ライトバルブ）（液晶表示素子）（画像表示素子）等の被投射画像である。スクリーン面Ｓ０と液晶パネルＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面Ｓ０は距離の長い方の共役点で拡大側（前方側）に、液晶パネルＬＣＤは距離の短い方の共役点で縮小側（後方側）に相当している。
【００３２】
尚、投射光学系を撮影系として用いても良い。このときは、スクリーン面Ｓ側が物体側、液晶パネルＬＣＤ側が像側となる。
【００３３】
画像投射装置の要部概略図において、ｉは物体側から像側への各レンズ群の順序を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。
【００３４】
矢印は広角端から望遠端へズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。ＳＰは開口絞りである。
【００３５】
ＧＢは色合成プリズムや偏光フィルター、そしてカラーフィルター等に対応して光学設計上設けられたガラスブロック（プリズム）である。
【００３６】
投射光学系は接続部材（不図示）を介して液晶ビデオプロジェクタ本体（不図示）に装着されている。ガラスブロックＧＢ以降の液晶パネルＬＣＤ側はプロジェクター本体に含まれている。
【００３７】
尚、ガラスブロックＧＢをズームレンズの構成要件の１つとして含ませて、液晶パネルＬＣＤをプロジェクター本体側に含ませても良い。
【００３８】
図２、図３、図５、図６、図８、図９、図１１、図１２の収差図において、球面収差は波長５５０ｎｍ、４５０ｎｍでの収差を示している。又収差図においてΔＳはサジタル像面であり、ΔＭはメリディオナル像面であり、波長５５０ｎｍでの収差である。又、歪曲収差は波長５５０ｎｍでの収差を示す。ωは半画角、ＦはＦナンバーである。
【００３９】
各実施例の投射光学系は複数のレンズ群を有し、このうち２以上のレンズ群を矢印の如く移動させて、広角端から望遠端へのズーミングを行っている。
【００４０】
尚、各実施例において広角端と望遠端は変倍用の（主に、移動によって変倍機能を達成する）レンズ群が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
【００４１】
各実施例では、開口絞りＳＰに対して最も拡大側に負の屈折力のレンズ群、最も縮小側に正の屈折力のレンズ群を含み、各々のレンズ群間隔を変えながらズーミングを行っている。
【００４２】
投射光学系は第１レンズ群Ｌ１を縮小側から拡大側へ移動させて無限遠スクリーンから近距離スクリーンへのフォーカシングを行っている。
【００４３】
各実施例では、照明光学系（不図示）から液晶パネルＬＣＤを通して射出される光束を、投射光学系の開口絞り部（ＳＰ）に向かって集光している。投射光学系ＰＬの有効径は液晶パネルＬＣＤ面から離れ開口絞りＳＰにいくにしたがって小さくなっている。
【００４４】
つまり、開口絞りＳＰ近傍のレンズ素子は有効径が小さくなり、光束密度が高くなる。この結果、この近傍のレンズ素子は温度が上昇しやすい環境下にさらされている。
【００４５】
この他、有効径が小さくなるレンズ素子を保持するレンズ保持鏡筒部が照明光学系から出射されてくる光束を多く遮光する。
【００４６】
この結果、このレンズ保持鏡筒部は光束を遮光することによって熱が発生しやくすなり、レンズ保持鏡筒部が保持するレンズ素子は温度が上昇しやすくなる。
【００４７】
そこで各実施例ではこのレンズ素子の材料に放熱効果の高い材料を用いて温度が上昇するのを抑制している。
【００４８】
具体的には被投射面側（液晶パネルＬＣＤ側）に最も近いレンズ面の有効径をＤrとする。又、任意のレンズ面の有効径をＤcerとする。このとき、
０．３＜Ｄcer／Ｄr＜０．７・・・（１）
を満足するレンズ面を含むレンズ素子のうち少なくとも１つのレンズ素子（以下「レンズ素子Ａ」という。）の焦点距離をｆｃｅｒ、該レンズ素子Ａの材料の熱伝導率をｋ（W／ｍ・K）とする。投射光学系ＰＬの広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとする。このとき
【００４９】
【数２】
0005094239.tif 000003
【００５０】
２＜ｋ＜１５・・・（３）
なる条件を満足するようにしている。
【００５１】
条件式（１）は、レンズ素子Ａと最も縮小共役側に配置されるレンズ素子との有効径比を規定したものである。条件式（１）の下限を超えると、照明光学系からの光束について集光度が高くなりすぎて、このレンズ素子Ａ付近での温度上昇が大きくなってしまう。
【００５２】
逆に上限を超えるような光束が広がっているような場合では局所的な温度上昇は起こりにくく、熱伝導率的が１前後の通常のガラスでも十分に使用に耐える可能性がある。この場合は、条件式（３）を満足する材料を用いる必然性が低くなる。
【００５３】
条件式（２）はレンズ素子Ａの屈折力を規定するものである。条件式（２）の下限を超えて屈折力が小さくなりすぎると、レンズ素子Ａの昇温（温度上昇）にともなう大きな温度ドリフト（投射光学系の光学性能の変化、或いは焦点距離の変化）は発生しなくなる。この場合は、通常のガラスを用いても良く、条件式（３）を満足する材料を用いる必然性が低くなる。
【００５４】
逆に上限を超えて屈折力が強くなりすぎると、レンズ素子Ａの温度上昇に伴う光学特性の変化（温度ドリフト量）が大き過ぎて、条件式（３）を満足するようなガラス材を選択しても温度ドリフトが無視できないくらい大きくなってしまう。
【００５５】
条件式（３）は条件式（１）、（２）を満足するレンズ素子Ａの熱伝導率を規定した式である。条件式（３）の下限を超えると十分な放熱効果が得られずレンズ素子Ａの温度上昇にともなって温度特性変化が大きくなる。逆に上限を超えるようなガラスは研磨加工性が悪くなるので良くない。
【００５６】
各実施例において、更に好ましくは条件式（１）〜（３）の数値範囲を次の如く設定すると、さらに材料能力を発揮することが可能となる。
０．３７＜Ｄcer／Ｄr＜０．７０・・・（１ａ）
【００５７】
【数３】
0005094239.tif 000004
【００５８】
３＜ｋ＜１５・・・（３ａ）
以上のように各実施例では、絞り近傍の有効径が小径となる位置に配置されるパワーのあるレンズ素子Ａの材料に高熱伝導率・高屈折率材料を用いることでレンズ素子Ａの昇温を低減し、さらに諸特性の変動を抑制し，かつ良好な投射画像を得ている。
【００５９】
特に強出力の光源手段を用いても、又ズーミングによって望遠側でのＦナンバーが暗くなるような光学系であっても、レンズ素子Ａの温度上昇を抑えることができて、光学特性の変動を少なくし、明るく良好なる投射画像が得られる。
【００６０】
各実施例におけるレンズ素子Ａは、有効径が小さなレンズに使用される場合などは特に温度条件が厳しくガラス材質の熱的特性の違いなどで接合剥がれなどが発生する可能性がある。このため、接合されることなく単一の独立したレンズとして構成することが望ましい。
【００６１】
尚、各実施例において更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。それによれば各条件に相当する効果が得られる。
【００６２】
レンズ素子Ａの材料のｄ線に対する屈折率をNd、アッベ数をνｄとする。
【００６３】
レンズ素子Ａが負の屈折力を有するときはレンズ素子Ａの材料のアッベ数をνｄｎとする。
【００６４】
レンズ素子Ａが正の屈折力を有するときは、レンズ素子Ａの材料のアッベ数をνｄｐとする。
【００６５】
レンズ素子Ａの中心肉厚をｔ、望遠端における全長（第１レンズ面から像面までの距離）をＴとする。
【００６６】
望遠端において開口絞りＳＰの位置に対して縮小側の各レンズ群の合成焦点距離をｆｒ、全系の前側主平面位置（第１レンズ面からの距離）をｏ１とする。
【００６７】
このとき
Ｎｄ＞２．３−０．０１・νｄ・・・（４）
１．７５＜Ｎｄ＜２．７・・・（５）
２５＜νｄｎ＜３６・・・（６）
３７＜νｄｐ＜６５・・・（７）
０＜ｔ／Ｔ＜０．０５・・・（８）
０．７＜ｏ１／ｆｒ＜１．２・・・（９）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
【００６８】
条件式（４）および（５）は、レンズ素子Ａの材料の屈折率およびアッベ数との関係を規定する式である。
【００６９】
屈折率が、アッベ数値から計算される条件式（４）または（５）の下限値を超えて小さすぎると、レンズ素子Ａの屈折力が弱すぎて、光学系が大型化してくる。
【００７０】
逆に上限値を超えて屈折力が大きくなりすぎてしまうと、昇温時の特性ドリフトが大きくなってしまって良くない。正レンズに使用されていれば通常ガラスと比較して屈折率が高いため、ペッツバール和などを小さく設計することもできる。条件式（４）、（５）を満足する高屈折率材が負レンズに使用されていれば大口径レンズ特有の高次サジタルフレアなどを低減する効果を有する。
【００７１】
レンズ素子Ａが負レンズのときは、条件式（６）の下限を超えると、色収差の補正が過剰補正となり、逆に上限を超えると補正不足になるため好ましくない。
【００７２】
レンズ素子Ａが正レンズのときは、条件式（７）の下限を超えると、色収差の補正が不足となり、逆に上限を超えると補正過剰となるため好ましくない。
【００７３】
条件式（６）、（７）はさらに以下の数値範囲とすることで更に良好に色収差を補正することができる。
２７＜νｄ＜３５・・・（６ａ）
５０＜νｄ＜６４・・・（７ａ）
条件式（８）はレンズ素子Ａの中心肉厚と望遠端におけるレンズ全長を適切に設定したものである。
【００７４】
条件式（８）の上限を超えると、中心肉厚が厚くなり材質内部での吸収成分が無視できなくなり、投射光学系での分光透過率の損失が大きくなるので良くない。
【００７５】
下限値はレンズ素子Ａがなるべく薄い方が良いことを示している。
【００７６】
条件式（８）は、さらに望ましくは以下の数値範囲とすることで、更に高透過率特性を有した投射光学系を実現できる。
０＜ｔ／Ｔ＜０．０３５・・・（８ａ）
条件式（９）は開口絞りＳＰの位置に対して縮小共役側の望遠端における全系の合成焦点距離と、前側主平面位置との比を適切に設定したものである。
【００７７】
条件式（９）の上限又は下限のどちらをこえても縮小側のテレセン性が悪化するため、投射光学装置の周辺照度比が落ちるか・色シェーディングが発生してくる。
【００７８】
条件式（９）はさらに望ましくは以下の数値範囲とすることで更に良好なテレセン性が確保できる。
０．７５＜ｏ１／ｆｒ＜１．１５・・・（９ａ）
次に各実施例の構成の特徴について説明する。
【００７９】
実施例１の投射光学系は、拡大側より縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を有している。更に、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｌ６を有している。
【００８０】
実施例１では広角端から望遠側へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｌ１および第６レンズ群Ｌ６を縮小側の共役面（ＬＣＤ面）に対して固定（不動）として、第２〜第５レンズ群Ｌ２〜Ｌ５を拡大側に移動させている。
【００８１】
実施例１では広角端から望遠端へのズーミングにかけて全系のＦ値の変動が２．０６〜２．７９と大きい。このことは、特にライトバルブＬＣＤに近い有効径が小さなレンズ素子を保持する保持鏡筒部が望遠端側において光束を多く遮光することを意味している。
【００８２】
この結果、望遠端において、このレンズ保持鏡筒部では光束の遮光により発熱が発生しやすくなり、レンズ保持鏡筒部が保持するレンズ素子は温度が上昇しやすくなる。
【００８３】
実施例１では拡大側から縮小側へ数えて９番目のレンズ（第４レンズ群Ｌ４を構成する負レンズ）Ｇ９に熱伝導率ｋ＝３．３（W/m・K）の熱伝導率が高い材質を使用している。
【００８４】
通常の光学ガラスの熱伝導率ｋは１．０（W/m・K）前後である。本実施例ではレンズＧ９に放熱効果が高い材料を用いてレンズ素子の温度上昇を抑制している。
【００８５】
実施例１及び後述する実施例２、３では、上述の材料として（株）村田製作所製の透光性セラミックス「ルミセラ」（登録商標）を使用している。
【００８６】
材料「ルミセラ」はｄ線に対する屈折率Ｎｄが２．０８２と高い上に、アッベ数νｄが３０．４と、高分散特性を有する。この材料「ルミセラ」はＮｄ−νｄ図上で、現在一般に知られている光学ガラス材料が存在しない範囲にある。
【００８７】
本実施例及び後述する実施例２、３ではアッベ数νｄ＝３０．４という特性を生かして、負レンズの材料に「ルミセラ」を採用して、主に倍率色収差を良好に補正している。また各実施例の投射光学系ＰＬでは縮小側に色合成プリズムなどを配置するために長いバックスペースが必要となる。
【００８８】
そのため主平面をより縮小側に配置する目的で、開口絞りＳＰ近傍に強い負の屈折力を有する負レンズを用いるのが良い。
【００８９】
材料「ルミセラ」の屈折率がＮｄ=２．０８２と高いため通常ガラスで構成した場合と比較して負レンズの各面の曲率を緩く設計できる。そのため高次のオーバーの球面収差および、大口径レンズの特有の画面周辺部でのサジタルフレアを低減することを容易としている。
【００９０】
材料「ルミセラ」を用いた光学素子の中心肉厚については、材料の内部吸収の影響を極小にするため極力薄いことが望ましい。
【００９１】
このため、本実施例及び後述する実施例２、３では負レンズの中心肉厚を１ｍｍ±０．３ｍｍとしている。又、後述する実施例４では、正レンズの材料に「ルミセラ」を用いている。
【００９２】
このとき中心肉厚は２．４９ｍｍである。正レンズに用いるときは中心肉厚を２．５ｍｍ±０．５ｍｍとするのが良い。
【００９３】
実施例２の投射光学系ＰＬは、拡大側より縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を有している。更に、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を有している。
【００９４】
広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１第５レンズ群Ｌ５を縮小側の共役面に対して固定（不動）として、第２〜第４レンズ群Ｌ２〜Ｌ４を拡大側に移動させている。
【００９５】
ズーミングに伴う全系のＦ値の変動は１．６０〜１．７７である。
【００９６】
実施例２も実施例１と同様の理由により、望遠端側においてレンズ保持鏡筒部は、光束の遮光により熱が発生しやすくなり、レンズ保持鏡筒部が保持するレンズ素子は温度が上昇しやすくなる。
【００９７】
そこで実施例２では拡大側から縮小側へ数えて７番目のレンズ（第４レンズ群Ｌ４を構成する負レンズ）Ｇ７に熱伝導率ｋ＝３．３（W/m・K）である熱伝導率が高い材質「ルミセラ」を使用している。これにより実施例１と同様に放熱効果を高めてレンズ素子の温度上昇を抑制している。
【００９８】
実施例３の投射光学系ＰＬは、拡大側より縮小側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有している。
【００９９】
広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１および第４レンズ群Ｌ４を縮小側の共役面に対して固定（不動）として、第２レンズ群Ｌ２は縮小側へ、第３レンズ群Ｌ３を拡大側に移動させている。
【０１００】
ズーミングに伴う全系のＦ値の変動が１．７４〜２．１１と大きい。このため実施例３も実施例１と同様の理由により特にライトバルブに近い小径部レンズについて望遠端側においてレンズ保持鏡筒部は光束の遮光により熱が発生しやすくなり、レンズ保持鏡筒部が保持するレンズ素子は温度が上昇しやすくなる。
【０１０１】
そこで実施例３では拡大側から縮小側へ数えて６番目のレンズ（第３レンズ群Ｌ３を構成する負レンズ）Ｇ６に熱伝導率ｋ＝３．３（W/m・K）である。熱伝導率が高い材質「ルミセラ」を使用している。これにより実施例１と同様に放熱効果を高めてレンズ素子の温度上昇を抑制している。
【０１０２】
実施例４の投射光学系ＰＬの各レンズ群の屈折力、ズーミングに際して各レンズ群の移動条件等は実施例１と同様である。
【０１０３】
ズーミングに伴う全系のＦ値の変動は１．９０〜２．０８である。
【０１０４】
実施例４も実施例１と同様の理由により、特にライトバルブに近い小径部レンズについて望遠端側においてレンズ保持鏡筒部は光束の遮光により熱が発生しやすくなり、レンズ保持鏡筒部が保持するレンズ素子は温度が上昇しやすくなる。
【０１０５】
そこで本実施例では拡大側から縮小側へ数えて７番目のレンズ（第３レンズ群Ｌ３を構成する正レンズ）Ｇ７に熱伝導率ｋ＝１１．７（W/m・K）である熱伝導率が高い材質を使用している。これによって実施例１と同様に放熱効果を高めてレンズ素子の温度上昇を抑制している。
【０１０６】
実施例４では熱伝導率ｋが高い材料としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット セラミックスを用いている。イットリウム・アルミニウム・ガーネットは、「ＹＡＧ」とも呼ばれ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12で表される可視光領域で透明な酸化物である。
【０１０７】
「ＹＡＧ」の材料は屈折率Ｎｄが１．８３、アッベ数νｄが５９の光学特性を有し、Ｎｄ−νｄ図上で一般の光学ガラス材料が存在しない範囲にあり、一般の硝材が分布している範囲より左上側に位置していることが特徴である。
【０１０８】
すなわち同じ屈折率を有する光学ガラス材料に比べ、低分散特性を有する。なおＹＡＧは単結晶でもセラミックスと同等の光学特性を有しており、セラミックスの代わりに単結晶を熱伝導率が高い光学透明材料に用いても同様の効果が得られる。
【０１０９】
またセラミックスの製造条件等により、上記の屈折率とアッベ数の値は若干変化する。
【０１１０】
実施例４では正レンズＧ７の材料の屈折率Ｎｄ＝１．８３と高屈折率材を使用している。これによって特に球面収差の発生を少なくし、かつペッツバール和を低減するのを容易にしている。
【０１１１】
以上のように各実施例では、開口絞り近傍に配置するレンズ素子の材料を適切に設定している。
【０１１２】
一般に光学ガラスは、屈折率を縦軸に上方向が大きな値となるように、アッベ数を横軸に左方向が大きな値となるように取ったグラフ（以下「Ｎｄ−νｄ図」と呼ぶ）上にマッピングさせると、ほぼいくつかの直線に沿って分布することが知られている。
【０１１３】
また一般に光学ガラスの屈折率が大きくなると、アッベ数は小さくなり、分散が大きくなる特性がある。
一方、可視光領域で光透過率が高いセラミックスや酸化物の単結晶および多結晶の中には、屈折率とアッベ数の関係が、前述のＮｄ−νｄ図において通常の光学ガラスとは異なる領域に存在するものが知られている。
【０１１４】
すなわち同じアッベ数を有する光学ガラスに比べ、高い屈折率を有する材料が知られている。
【０１１５】
そこで各実施例では、前述の如くこれらのガラスとは光学特性の異なる材料をレンズ材料として効果的に用いて、小径となるレンズ素子の昇温を低減させつつ、高解像の投射光学系を得ている。
【０１１６】
図１３は本発明の画像投射装置の実施例の要部概略図である。
【０１１７】
同図は前述した投射光学系を３板式のカラー液晶プロジェクターに適用し、複数の原画となる液晶パネルに基づく複数の色光の画像情報を色合成手段１０２を介して合成している。そして投射光学系１０３でスクリーン面（被投射面）１０４上に拡大投射する画像投射装置を示している。
【０１１８】
図１３においてカラー液晶プロジェクター１０１はＲ、Ｇ、Ｂの３枚の液晶パネル１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５ＢからのＲＧＢの各色光を色合成手段としてのプリズム１０２で１つの光路に合成している。
【０１１９】
そして前述したズームレンズより成る投射光学系１０３を用いてスクリーン１０４に投影している。
【０１２０】
以下に実施例１〜４の投射光学系に各々対応する数値実施例１〜４を示す。
【０１２１】
各数値実施例において、ｉは拡大側からの面の順序を示し、Ｒｉはレンズ面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を表す。ｋは熱伝導率（W/ｍ・K）を表している。
【０１２２】
また、最も像側に配置されるガラスブロックＧＢは色合成プリズムなどに相当する。また、ｋ、A、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面係数である。
【０１２３】
非球面形状は光軸からの高さｈ  の位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとするとき以下の式で定義される。
【０１２４】
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］
＋Aｈ4＋Bｈ6＋Cｈ8＋Dｈ１０＋Eｈ1２
但し、ここでＲは曲率半径である。
【０１２５】
尚、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。前述の各条件式（１）〜（９）と数値実施例１〜４における諸数値との関係を（表−１）に示す。
【０１２６】
数値実施例１  
f: 21.3mm〜31.2mm  FNO: 2.06〜2.79      ω:36.78°〜27.07°
R           D      N      ν     ｋ
1   101.643      3.99   1.723   50.2
2   281.214      0.15
3    55.785      2.30   1.625   58.2
4    21.079     11.47
5   -90.801      1.80   1.566   60.7
6    34.198      4.61
7  ( 非球面)    3.12   1.532   55.8
8  ( 非球面)   (可変)
9    70.196      7.64   1.839   37.2
10   -30.139      1.60   1.812   25.4
11  -114.880      0.89
12    39.546      3.18   1.839   37.2
13    75.416     (可変)
14    50.412      2.37   1.839   37.2
15  -147.291     (可変)
16  ( 非球面 )    1.00   2.090   30.4  3.3（G9）
17  ( 非球面 )   (可変)
18   -18.080      1.60   1.854   23.8
19    48.366      6.59   1.620   63.3
20   -25.010      0.15
21   151.259      7.65   1.489   70.2
22   -27.605     (可変)
23   121.583      4.32   1.854   23.9
24   -83.821      7.62
25    inf.       28.00   1.518   64.1
26    inf.      
間隔データ
W         T
d 8      21.51      7.20
d13      17.76     16.57
d15       0.99      6.15
d17       7.37      5.98
d22       0.70     12.44
【０１２７】
【表１】
0005094239.tif 000005
【０１２８】
数値実施例２
f: 21.5mm〜25.6mm  FNO: 1.60〜1.77      ω:29.45°〜25.40°
R           D      N      ν      k
1   114.380      1.70   1.705   41.2
2    20.656      0.06   1.526   51.4
3  ( 非球面)   12.71
4   -28.663      1.50   1.605   60.6
5  -258.640      0.44
6  -132.203      2.78   1.839   37.2
7   -48.431     (可変)
8    87.190      3.20   1.810   40.9
9  -147.833     (可変)
10    41.671      4.08   1.720   47.9
11  -791.568     (可変)
12   -26.779      1.20   2.090   30.4   3.3（G7）
13   -60.538      1.12
14   -26.550      1.20   1.812   25.4
15   526.211      0.15
16    54.392      9.49   1.489   70.2
17   -22.889      0.15
18  ( 非球面 )    4.25   1.661   50.9
19  ( 非球面 )( 可変 )
20    51.536      5.71   1.605   60.6
21  -151.944      1.45
22    inf.       41.50   1.625   58.2
23    inf.        2.60   1.518   64.1
24    inf.
間隔データ
W         T
d 7       2.46      1.93
d 9      11.46      0.55
d11      24.04     26.23
d19       0.55      9.80
【０１２９】
【表２】
0005094239.tif 000006
【０１３０】
数値実施例３
f: 14.0mm〜20.8mm  FNO: 1.74〜2.11      ω:38.57°〜28.34°
R           D      N      ν      k
1    30.737      1.38   1.489   70.2
2    17.136      3.33
3  ( 非球面)    1.50   1.605   60.6
4  ( 非球面)   13.01
5   -29.308      1.50   1.699   55.5
6    65.299     (可変)
7    63.298      3.08   1.810   40.9
8   -56.442     (可変)
9    27.162      3.69   1.699   55.5
10  -165.792     18.35
11   -14.257      1.10   2.090   30.4    3.3（G6）
12  -106.930      0.20
13    91.375      7.38   1.571   71.3
14   -16.566      0.75
15  ( 非球面 )    3.24   1.571   71.3
16  ( 非球面 )   (可変)
17    35.372      3.68   1.620   63.3
18  1653.086      4.05
19    inf.       29.20   1.518   64.1
20    inf.    
間隔データ
W         T
d 6       0.64      2.10
d 8      25.08      6.88
d16       0.60     17.34
【０１３１】
【表３】
0005094239.tif 000007
【０１３２】
数値実施例４  
f: 30.8mm〜35.4mm  FNO: 1.90〜2.08      ω:26.71°〜23.66°
R           D      N      ν       k
1    48.203      1.70   1.585   59.4
2    20.458      8.22
3   -92.923      1.55   1.520   58.9
4    39.815      0.58
5    33.185      3.29   1.839   37.2
6    77.856     (可変)
7    55.907      3.65   1.839   37.2
8  -217.091      0.15
9    47.064      6.55   1.839   37.2
10   -35.558      1.45   1.854   23.8
11   184.054     (可変)
12   118.627      2.49   1.833   59.0   11.7（G7）
13  -163.543     (可変)
14    55.319      0.90   1.696   53.2
15    22.471     (可変)
16   -13.954      1.35   1.854   23.8
17    71.763      7.97   1.605   60.6
18   -21.487      0.14
19  -439.771      5.07   1.839   37.2
20   -37.377     (可変)
21    80.122      5.45   1.839   37.2
22   -92.071      5.00
23    inf.       30.03   1.518   64.1
24    inf.   
間隔データ
W         T
d 6       7.36      2.17
d11       8.88      8.53
d13       1.20      2.92
d15       8.29      7.99
d20       0.65      4.77
又、前述の各条件式と各実施形態との関係を表−１に示す。
【０１３３】
【表４】
0005094239.tif 000008
【０１３４】
尚、各実施例における有効径の値（Dcer及びDrの値）は以下の表−２に示す。
【０１３５】
【表５】
0005094239.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施例１のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図２】実施例１のズームレンズの広角端の収差図
【図３】実施例１のズームレンズの望遠端の収差図
【図４】実施例２のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図５】実施例２のズームレンズの広角端の収差図
【図６】実施例２のズームレンズの望遠端の収差図
【図７】実施例３のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図８】実施例３のズームレンズの広角端の収差図
【図９】実施例３のズームレンズの望遠端の収差図
【図１０】実施例４のズームレンズを用いた画像投射装置の要部概略図
【図１１】実施例４のズームレンズの広角端の収差図
【図１２】実施例４のズームレンズの望遠端の収差図
【図１３】カラー液晶プロジェクターの要部概略図
【符号の説明】
【０１３７】
Ｌ１  第１レンズ群
Ｌ２  第２レンズ群
Ｌ３  第３レンズ群
Ｌ４  第４レンズ群
Ｌ５  第５レンズ群
Ｌ６  第６レンズ群
ＳＰ  開口絞り
ＬＣＤ  液晶表示装置（像面）
ＧＢ  ガラスブロック（色合成プリズム）
ΔＳ  サジタル像面の倒れ
ΔＭ  メリディオナル像面の倒れ
１０１  液晶プロジェクター
１０２  色合成手段
１０３  投射光学系
１０４  スクリーン
１０５（５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ）  液晶パネル
【図１】
0005094239.tif 000011
【図２】
0005094239.tif 000012
【図３】
0005094239.tif 000013
【図４】
0005094239.tif 000014
【図５】
0005094239.tif 000015
【図６】
0005094239.tif 000016
【図７】
0005094239.tif 000017
【図８】
0005094239.tif 000018
【図９】
0005094239.tif 000019
【図１０】
0005094239.tif 000020
【図１１】
0005094239.tif 000021
【図１２】
0005094239.tif 000022
【図１３】
0005094239.tif 000023