JP2010044264A - 投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縮小側テレセントリックで、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、変倍時において、諸収差がバランスよく補正された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。
【解決手段】変倍時に、１群のみを移動させる投写型可変焦点レンズであって、拡大側から順に、負の第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３、および正の第４レンズ群Ｇ_４からなり、焦点距離の可変時には、前記第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３を光軸Ｘ方向に互いに独立に移動させるとともに、フォーカシング時には、第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘ方向に移動させるように構成され、さらに縮小側が略テレセントリックに構成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写型表示装置等に搭載される４群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。

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おり、特に、このライトバルブを３枚用い、ＲＧＢ３原色の照明光に各々対応させるようにすることでこれら各照明光を変調し、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、投写レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。

このようなライトバルブにおいては小型化・高精細化が急激に進み、また、パソコンの普及と相俟って、このような投写型表示装置を用いてプレゼンテーションを行うことの需要も増加しており、利便性や設置性のよい態様のものが望まれているため、投写型表示装置に対して、より高性能かつ高変倍可能で、より小型・軽量なものへの要求が高まってきている。また、これに伴い投写レンズに関しても、より高性能かつ高変倍可能で、より小型、軽量なものであることが強く望まれている。また、その一方で、投写レンズに対する低廉化への要求も強いものがある。

さらに、光学系内に、複数のライトバルブからの変調光を合成するための色合成プリズムや、照明光と投写光の分離に用いられるＴＩＲプリズムを配設した場合、前者では色むら発生を防止するため、後者では分離効率の低下を防止するため、投写レンズの縮小側を略テレセントリックとすることが要求される。

以上のような、種々の要求に応えることを目的とした投写レンズとして、種々の投写型ズームレンズが知られているが、このようなズームレンズでは、変倍時に連携して移動する２群以上の変倍群を有しており、カム機構等を搭載する必要があるため、レンズ駆動部が複雑となるとともに、小型化、軽量化および低廉化を進める上で障害となっていた。

そこで、１群でズーミングを行なうことを可能にした、下記特許文献１に記載された投写型ズームレンズが知られている。

特開２００５−３００６１９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の投写型ズームレンズにおいても、ズーム機能を有しているが故に、レンズ群の変倍時における移動に制約があり、変倍時における収差変動がどうしても大きくなってしまう。

また、特許文献１記載の投写型ズームレンズにおいては、上記変倍を行なうためのレンズ群の縮小側に配されたレンズ枚数が少なく、縮小側が略テレセントリックな系においては、大きな変倍比とすることが難しい、という課題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、縮小側テレセントリックで、高変倍可能な構成でありながら、変倍時の、レンズ群移動における制約を緩和して、小型化、軽量化および低廉化を図ることができ、諸収差、特に変倍時において、収差がバランスよく良好に補正された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。

本発明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レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群、からなり、
焦点距離の可変時には、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを、互いに独立に光軸方向に移動させるとともに、フォーカシング時には、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させるように構成され、さらに縮小側が略テレセントリックに構成されていることを特徴とするものである。

ここで、「可変焦点レンズ」とは、バリフォーカルレンズとも称される。ズームレンズとは異なり、変倍により共役長が変化するので、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。

また、前記第２レンズ群が以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．０ ＜ ｆ_２／ｆ_ｗ ＜ ４．０ ・・・・（１）
ここで、
ｆ_ｗ:ワイド端の全系焦点距離
ｆ_２:第２レンズ群の焦点距離

また、前記第２レンズ群が以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１５ ＜ Ｄ_２／Ｌ ＜ ０．５５ ・・・・（２）
ここで、
Ｄ_２:第２レンズ群中で最も長いレンズ面間隔
Ｌ :レンズ全長

また、前記第２レンズ群は２枚の正レンズのみで構成することが好ましい。

また、前記第３レンズ群は、拡大側から順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、および縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズのみで構成することが好ましい。

また、前記第４レンズ群は、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズのみで構成されていることが好ましい。

また、前記第３レンズ群が下記条件式（３）を満足することが好ましい。
ｆ_３／ｆ_ｗ ＜ −３．０ ・・・・（３）
ここで、
ｆ_ｗ:ワイド端の全系焦点距離
ｆ_３:第３レンズ群の焦点距離

また、前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた負レンズを含む２枚のレンズにより構成したり、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズのみにより構成することが好ましい。

また、前記第１レンズ群は、少なくとも１つの非球面を備えることが好ましい。

また、前記第１レンズ群が、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズを含む２枚のレンズからなり、前記第２レンズ群が、正レンズ２枚からなり、前記第３レンズ群が、拡大側より順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、および縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズからなり、前記第４レンズ群が、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズからなり、系全体で８枚のレンズにより構成することが好ましい。

また、前記第１レンズ群が、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズからなり、前記第２レンズ群が正レンズ２枚からなり、前記第３レンズ群が、拡大側より順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズからなり、前記第４レンズ群が、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズからなり、系全体で７枚のレンズにより構成することが好ましい。

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。

本発明の投写型可変焦点レンズによれば、拡大側から順に、負、正の２つのレンズ群が配設されるとともに、最も縮小側には正のレンズ群が配設された４群レンズ構成とされ、焦点距離の可変時には、第２レンズ群と前記第３レンズ群とを互いに独立に光軸方向に移動させるとともに、フォーカシング時には、第２レンズ群を光軸方向に移動させるように構成され、さらに縮小側が略テレセントリックに構成されている。

このように構成したことにより、縮小側テレセントリックで、高変倍可能な構成でありながら、ズームレンズが本質的に有する問題、すなわち、変倍時における複数の移動レンズ群の移動が互いに制約をうけることがなく、小型化、軽量化および低廉化を図ることができる。また、特に変倍時において、収差をバランスよく良好に補正することができる。

ところで、前述した従来技術においては、投写レンズに変倍機能を持たせるためにズームレンズが使用されていたため、変倍時には２つ以上のレンズ群を連携して移動させる必要があった。このため、変倍時には、２つ以上のレンズ群を連携して移動させるためのカム機構等が必要となり、投写レンズの小型化、軽量化および低廉化を図ることができなかった。

しかしながら、本発明においては、投写レンズの変倍に可変焦点レンズを用いており、変倍時に、２つのレンズ群が、互いに独立に移動させるように構成されており、カム機構等の複雑なレンズ駆動機構が不要となるため、従来のものに比べて各段に、小型化、軽量化および低廉化を図ることが可能である。また、ズームレンズの場合には、変倍時におけるレンズ群相互の移動に制約があるため、変倍時における収差変動がどうしても大きくなってしまうが、本発明の投写型可変焦点レンズにおいては、変倍時におけるレンズ群の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。

また、このような可変焦点レンズは、従来より、撮影レンズ等に用いられており、変倍時に、共役長が変化することから、ピント合わせのためにフォーカス調整が必要となり、撮影毎のフォーカス調整が煩わしいという点が指摘されていた。

しかしながら、投写レンズにおいては、一般に、投写型表示装置とスクリーンが一旦設定されてしまえば、投写操作毎に倍率を変更するものではないので、フォーカス調整も最初の一回だけ行なえば良いことから、撮影レンズ等において指摘されている上述したような点は、ほとんど問題とならない。

さらに、本発明の投写型可変焦点レンズにおいては、前述したような公報に記載の投写型ズームレンズとは異なり、変倍を行なうためのレンズ群を、４群構成の拡大側から２番目のレンズ群（主たる変倍用レンズ群）および３番目（従たる変倍用レンズ群）のレンズ群としているので、縮小側が略テレセントリックな系においても、大きな変倍比を得ることが可能である。

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、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。

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、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、第３レンズ群Ｇ_３と、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４とを備え、縮小側が略テレセントリックに構成されており、その後段には、色合成プリズムを主とするガラスブロック（フィルタ部を含む）２および液晶表示パネル等ライトバルブの画像表示面１が配設される。なお、図中Ｘは光軸を表している。

また、変倍時（焦点距離の可変時）において、第２レンズ群Ｇ_２（一体的にマスク（開口絞りとすることも可）３）および第３レンズ群Ｇ_３が、互いに独立に光軸Ｘに沿って移動するように構成され、フォーカシング時には、前記第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘに沿って移動させるように構成されている。すなわち、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３が連携して移動するようには構成されていない。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、縮小側に凹面を向けた、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズ（プラスチック製が好ましい）よりなる第１レンズＬ_１、および縮小側に凹面を向けた平凹レンズまたは両凹レンズよりなる第２レンズＬ_２からなる（実施例２においては、両凹レンズ（軸上）よりなる第１レンズＬ_１、および縮小側に凹面を向けた、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズよりなる第２レンズＬ_２からなり、実施例３においては、縮小側に凹面を向けた、少なくとも１面が非球面からなる非球面レンズよりなる第１レンズＬ_１からなり、実施例４においては、縮小側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ（ガラス製が好ましい）の縮小側の面に、非球面形状に成型された樹脂を付設した複合非球面レンズよりなる第１レンズＬ_１からなる。）。

上記第１レンズ群Ｇ_１を、縮小側に凹面を向けた負レンズを含む２枚のレンズ、または縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズのみにより構成することにより、レンズ系のコンパクト化および低廉化を図ることができる。特に、第１レンズ群Ｇ_１には、非球面が形成されるので、外径を小さくできれば、大幅にコストダウンを図ることができる。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、２枚の正レンズによって構成されており、これによりレンズ系のコンパクト化および低コスト化を達成することができる。より好ましくは、両凸レンズよりなる第３レンズＬ_３、マスク（開口絞りとすることも可：以下同じ）３および両凸レンズよりなる第４レンズＬ_４によって構成する。マスク３を、上記２枚の正レンズの間の位置に配設することにより、縮小側のテレセントリック性を、より良好なものとすることができる。

なお、上記第２レンズ群Ｇ_２において、上記２枚の正レンズは、ともに屈折率が１．６５以上とすることが収差補正上好ましい。

また、第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、負レンズ、縮小側に凸面を向けた正（または負）レンズ、および縮小側に凸面を向けた正レンズによって構成されており、これによりフォーカシング時の収差変動を少なくすることができる。より好ましくは、両凹レンズよりなる第５レンズＬ_５、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズよりなる第６レンズＬ_６および両凸レンズよりなる第７レンズＬ_７によって構成する（実施例３においては、最も縮小側に配された第６レンズＬ_６が、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされている。）。

また、第４レンズ群Ｇ_４は、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第８レンズＬ_８のみからなる。

また、本実施形態の投写型可変焦点レンズにおいては、第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３を互いに独立に（互いに拘束されることなく）移動させるだけで変倍が可能となるように構成されており、カム機構等の複雑なレンズ駆動機構が不要となるため、従来のものに比べて各段に、小型化、軽量化および低廉化を図ることが可能である。上述したように構成された各レンズ群のレンズ枚数を合計すると、上述した好ましい態様においては、７枚または８枚のレンズ枚数となる。このような少ないレンズ枚数は、ズームレンズではなく、可変焦点レンズを用いたことにより達成されたものである。

また、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。

ここで、「可変焦点レンズ」とは、変倍時において共役長が変化し、ピントがずれるので、その際のフォーカシング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。

なお、「可変焦点レンズ」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、小型化、軽量化および低廉化の点で不利である。

また、本実施形態の投写型可変焦点レンズにおいては、上述したように、ネガティヴリード型のズームレンズとされているため、広角化を図り易く、また適正な長さのバックフォーカスを確保することが可能である。

また、本実施形態の投写型可変焦点レンズにおいては、熱的に弱い接合レンズを使用せず、全て単独のレンズにより構成することが好ましい。これにより、系内（特に光束が細くなる位置）が極めて高温となる投写レンズにおいても、熱的問題の発生を防止することができる。

また、本実施形態に係る投写型可変焦点レンズにおいては、第２レンズ群Ｇ_２は、下記条件式（１）、（２）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
１．０ ＜ ｆ_２／ｆ_ｗ ＜ ４．０ ・・・・（１）
０．１５ ＜ Ｄ_２／Ｌ ＜ ０．５５ ・・・・（２）
ここで、
ｆ_ｗ:ワイド端の全系焦点距離
ｆ_２:第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離
Ｄ_２:第２レンズ群Ｇ_２中で最も長いレンズ面間隔
Ｌ :レンズ全長

また、第４レンズ群Ｇ_４は、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズのみで構成されることが好ましい。

また、第３レンズ群Ｇ_３が下記条件式（３）を満足することが好ましい。
ｆ_３／ｆ_ｗ ＜ −３．０ ・・・・（３）
ここで、
ｆ_３ :第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離

ここで、上述した条件式（１）〜（３）の技術的意義について説明する。
まず、条件式（１）は、変倍のための移動群である第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離ｆ_２と、ワイド端の全系焦点距離ｆ_ｗとの比の値の範囲を規定したものであり、第２レンズ群Ｇ_２のパワーの範囲を規定したものであり、各収差補正を良好にしつつ、レンズ系のコンパクト化を達成し得る範囲を規定したものである。すなわち、条件式（１）の下限値以下となった場合は収差補正が困難となる。一方、上限値以上となるとレンズの移動量が大きくなりレンズ全長が大型化してしまう。なお、条件式（１）の作用をさらに効果的に得るためには、下記条件式（１´）を満足することが好ましく、下記条件式（１´´）を満足することがより好ましい。
１．３ ＜ ｆ_２／ｆ_ｗ ＜ ３．０ ・・・・（１´）
１．５ ＜ ｆ_２／ｆ_ｗ ＜ ２．５ ・・・・（１´´）

また、条件式（２）は、レンズ全長Ｌに対する、第２レンズ群Ｇ_２中で最も長いレンズ面間隔Ｄ_２の割合の範囲を規定したものであり、各収差補正、特に像面補正やディストーション補正を良好にしつつ、レンズ系のコンパクト化を達成し得る範囲を規定したものである。すなわち、条件式（２）の下限値以下となった場合は収差補正、特に像面補正やディストーション補正が困難となる。一方、上限値以上となるとレンズの移動量が大きくなりレンズ全長が大型化してしまう。なお、条件式（２）の作用をさらに効果的に得るためには、下記条件式（２´）を満足することが好ましく、下記条件式（２´´）を満足することがより好ましい。
０．２ ＜ Ｄ_２／Ｌ ＜ ０．５ ・・・・（２´）
０．２５ ＜ Ｄ_２／Ｌ ＜ ０．４ ・・・・（２´´）

また、条件式（３）は、第３レンズ群Ｇ_３の焦点距離ｆ_３と、ワイド端の全系焦点距離ｆ_ｗとの比の値の範囲を規定したものであり、収差補正を良好とし得る範囲を規定するものである。すなわち、条件式（３）の上限値以上となると良好な収差補正が困難となる。なお、条件式（３）の作用をさらに効果的に得るためには、下記条件式（３´）を満足することが好ましい。
ｆ_３／ｆ_ｗ ＜ −５．０ ・・・・（３´）

また、下記条件式（４）を満足し、広角端の全系焦点距離ｆ_Ｗの１．２倍より長いバックフォーカスＢｆを確保して、良好なテレセントリック性を確保することで、色合成や光束分離のためにプリズム等の光学系を縮小側に配設した場合にも、ダイクロイック膜特性の劣化に伴う色むらの発生や、照明光と投影光の分離効率低下、といった問題を解決することができる。
Ｂｆ／ｆ_ｗ ＞ １．２ ・・・・（４）

なお、条件式（４）の作用をさらに効果的に得るためには、下記条件式（４´）を満足することが好ましい。
Ｂｆ／ｆ_ｗ ＞ １．４５ ・・・・（４´）

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Ｇ_１中に、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、ディストーション補正を有利なものとすることができる。なお、その非球面形状は下記非球面式により表わされる。

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９により説明する。図９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１０として上述した実施形態に係る投写型可変焦点レンズを用いている。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。

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。

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。

＜実施例１＞
この実施例１にかかる投写型可変焦点レンズは、前述したように図１に示す如き構成とされている。すなわちこの投写型可変焦点レンズは、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ_１が、両面非球面の両凹レンズ（軸上）よりなる第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた、負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２とからなる。また、第２レンズ群Ｇ_２は、両凸レンズよりなる第３レンズＬ_３、マスク３および両凸レンズよりなる第４レンズＬ_４からなる。また、第３レンズ群Ｇ_３は、両凹レンズよりなる第５レンズＬ_５、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Ｌ_６、および両凸レンズよりなる第７レンズＬ_７からなる。また、第４レンズ群Ｇ_４は、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第８レンズＬ_８のみからなる。

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Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３が、光軸Ｘに沿って拡大側に移動する。
また、フォーカシングは、第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘ方向に移動させることにより行われる。

この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（レンズ全系の焦点距離を1.0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（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２〜４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いる。

また、表１の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表１の下段には、広角端（ワイド）および望遠端（テレ）の各々における、投写距離109.74および470.30の各場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表５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。
図５は実施例１の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド：投写距離109.74）および望遠端（テレ：投写距離109.74）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５および以下の図６〜８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。

この図５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５７．６度と広角で、Ｆ値が２．１１と明るく、各収差が良好に補正されている。
また、表５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）〜（４）、条件式（１´）〜（４´）、さらには（１´´）、（２´´）が全て満足されている。

＜実施例２＞
実施例２に係る投写型可変焦点レンズの概略構成を図２に示す。この実施例２にかかる投写型可変焦点レンズは、実施例１のものと略同様の構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ_１が、両凹レンズよりなる第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた両面非球面よりなる第２レンズＬ_２とからなる点において相違している。

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。

また、表２の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表２の下段には、広角端（ワイド）および望遠端（テレ）の各々における、投写距離125.74および544.31の各場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表５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。
図６は実施例２の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド：投写距離125.74）および望遠端（テレ：投写距離125.74）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６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５３．８度と広角で、Ｆ値が２．０４と明るく、各収差が良好に補正されている。
また、表５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）〜（４）、条件式（１´）〜（４´）、さらには（１´´）、（２´´）が全て満足されている。

＜実施例３＞
実施例３に係る投写型可変焦点レンズの概略構成を図３に示す。この実施例３にかかる投写型可変焦点レンズは、実施例１のものとは略同様の構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ_１が、両面非球面の両凹レンズよりなる第１レンズＬ_１のみからなる点において、また、第３レンズ群Ｇ_３の最も縮小側のレンズ（第６レンズＬ_６）が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされている点において、さらに、第４レンズ群Ｇ_４を構成する正レンズ（第７レンズＬ_７）が両凸レンズとされている点において、各々相違している。なお、第１レンズ群Ｇ_１が１枚のレンズにより構成されていることから、その他のレンズは、実施例１のものにおいて対応するレンズと比べて、レンズ番号が１つずつ繰り上がって付されている。

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。

また、表３の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表３の下段には、広角端（ワイド）および望遠端（テレ）の各々における、投写距離125.63および543.84の各場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表５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。

図７は実施例３の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド：投写距離125.63）および望遠端（テレ：投写距離125.63）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７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５４．０度と広角で、Ｆ値が２．０５と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表５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）〜（４）、条件式（１´）〜（４´）、さらには（１´´）、（２´´）が全て満足されている。

＜実施例４＞
実施例４に係る投写型可変焦点レンズの概略構成を図４に示す。この実施例４にかかる投写型可変焦点レンズは、実施例１のものとは略同様の構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ_１を構成するレンズが、複合非球面レンズＬ_１のみから構成されている点において相違している。この複合非球面レンズＬ_１は、縮小側に凹面を向けた負のメニスカス形状の球面ガラスレンズｌ_１ａの縮小側の面に、樹脂膜ｌ_１ｂを付設し、この樹脂膜ｌ_１ｂの縮小側の面を非球面形状に構成したものである。なお、第１レンズ群Ｇ_１が１枚のレンズにより構成されていることから、その他のレンズは、実施例１のものと比べて、レンズ番号が１つずつ繰り上がって付されている。

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。

また、表４の中段には各非球面に対応する各定数Ｋ、Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表４の下段には、広角端（ワイド）および望遠端（テレ）の各々における、投写距離125.59および543.67の各場合について、可変間隔１（第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間隔）、可変間隔２（第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔）および可変間隔３（第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔）が示されている。

また、表５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。

図８は実施例４の投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド：投写距離125.59）および望遠端（テレ：投写距離125.59）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５４．０度と広角で、Ｆ値が２．０６と明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表５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（１）〜（４）、条件式（１´）〜（４´）、さらには（１´´）、（２´´）が全て満足されている。

本発明の実施例１に係る投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）および望遠端（テレ）における構成を示す概略図 本発明の実施例２に係る投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）および望遠端（テレ）における構成を示す概略図 本発明の実施例３に係る投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）および望遠端（テレ）における構成を示す概略図 本発明の実施例４に係る投写型可変焦点レンズの広角端（ワイド）および望遠端（テレ）における構成を示す概略図 実施例１の投写型可変焦点レンズの諸収差（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 実施例２の投写型可変焦点レンズの諸収差（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 実施例３の投写型可変焦点レンズの諸収差（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 実施例４の投写型可変焦点レンズの諸収差（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 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

符号の説明

Ｇ_１〜Ｇ_４ レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_８ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_１９ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_１８ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ 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

Claims (13)

1. 拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群、からなり、
   焦点距離の可変時には、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを、互いに独立に光軸方向に移動させるとともに、フォーカシング時には、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させるように構成され、さらに縮小側が略テレセントリックに構成されていることを特徴とする投写型可変焦点レンズ。
2. 前記第２レンズ群が以下の条件式（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。
   １．０ ＜ ｆ_２／ｆ_ｗ ＜ ４．０ ・・・・（１）
   ここで、
   ｆ_ｗ:ワイド端の全系焦点距離
   ｆ_２:第２レンズ群の焦点距離
3. 前記第２レンズ群が以下の条件式（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。
   ０．１５ ＜ Ｄ_２／Ｌ ＜ ０．５５ ・・・・（２）
   ここで、
   Ｄ_２:第２レンズ群中で最も長いレンズ面間隔
   Ｌ :レンズ全長
4. 前記第２レンズ群は２枚の正レンズのみで構成されたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
5. 前記第３レンズ群は、拡大側から順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、および縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズのみで構成されたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
6. 前記第４レンズ群は、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズのみで構成されたことを特徴とする請求項５記載の投写型可変焦点レンズ。
7. 前記第３レンズ群が下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項５または６記載の投写型可変焦点レンズ。
   ｆ_３／ｆ_ｗ ＜ −３．０ ・・・・（３）
   ここで、
   ｆ_ｗ:ワイド端の全系焦点距離
   ｆ_３:第３レンズ群の焦点距離
8. 前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた負レンズを含む２枚のレンズにより構成されたことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
9. 前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズのみにより構成されたことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写型可変焦点レンズ。
10. 前記第１レンズ群は、少なくとも１つの非球面を備えたことを特徴とする請求項８または９記載の投写型可変焦点レンズ。
11. 前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズを含む２枚のレンズからなり、前記第２レンズ群は、正レンズ２枚からなり、前記第３レンズ群は、拡大側より順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、および縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズからなり、前記第４レンズ群は、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズからなり、系全体が８枚のレンズにより構成されてい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。
12. 前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた１枚の負レンズからなり、前記第２レンズ群は、正レンズ２枚からなり、前記第３レンズ群は、拡大側より順に、負の第３１レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３２レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第３３レンズからなり、前記第４レンズ群は、拡大側に凸面を向けた１枚の正レンズからなり、系全体が７枚のレンズにより構成されてい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。
13. 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１〜１２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。
    

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