JP2002116380A - バックフォーカスが非常に長いレトロフォーカスレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて近距離投影にもかかわらず、大画面が
得られ、かつ、投影画面も非常に明るく歪もほとんど無
く高精細な画像が得られるレトロフォーカスレンズを提
供する。 【解決手段】 スクリーン側から発散レンズ系１および
収斂レンズ系２を配置して構成される。発散レンズ系１
は、レンズＬ₁ 〜Ｌ₆ を含む前群１ａおよびＬ₇〜Ｌ₉
を含む後群１ｂよりなる。前群および後群の焦点距離Ｆ
₁₆，Ｆ₇₉および前群および後群の所定のレンズのアッベ
数が所定の条件を満たし、さらにレンズＬ ₉ からＬ₁₀ま
で_, レンズＬ₁₁からＬ₁₂まで_, およびレンズＬ₁₄からＬ
₁₅までの空気間隔ＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３が所定の
条件を満たす。収斂レンズ系２の第１群の焦点距離およ
び所定のレンズのアッベ数，第２群の所定のレンズのア
ッベ数ならびに第３群のレンズの負のレンズ屈折率Ｎｄ
およびアッベ数が所定の条件を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近年急峻に発展を
遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野におい
てもその対応が必須であるデジタル映像、特にＤＭＤ
（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）を拡大投影
するバックフォーカスが非常に長いレトロフォーカスレ
ンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】軽薄短小は時代の趨勢であるが、一方、
映像は大画面にして情報を伝達したり、楽しむといった
状況もますます拡大している。従来のフィルムを使用し
た映画のシステムは、２１世紀には本発明のような投影
レンズが使用されるＤＬＰ（ディジタル・ライト・プロ
セシング）方式にとって変わるような状況となることが
予想される。投影レンズとして既に液晶プロジェクター
用投影レンズ等が市場に数多く提供されている。しかし
ながらそれらの投影レンズは、まだ画素の大きい液晶用
であることからそれほど高性能の投影レンズは要求され
ない。さらに液晶の耐熱の関係からスクリーンを非常に
明るくすることに無理がある。したがって現在の液晶投
影システムでは明るい大画面を得ることはできない。ま
た、画面に画素の境界線が目立ち好ましくない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＤＭＤを使用したＤＬ
Ｐ方式の投影装置は、液晶プロジェクターの欠点を解消
することができる。しかし３板方式で比較すると、原理
的に液晶プロジェクタ用投影レンズよりレンズ設計はさ
らに困難となる。ＤＭＤが反射形デバイスのため照明光
束は、ＤＭＤの前側から入射させなければならないた
め、ＲＧＢの３色合成プリズム系にさらに複雑なプリズ
ム系の入る空間が投影レンズとＤＭＤの間に必要とな
る。したがって非常に長いレンズバックフォーカスの投
影レンズの設計となる。

【０００４】現在主流の液晶プロジェクター用投影レン
ズを例にとって見ると、液晶1.3'用では、ワイド側焦点
距離は４８mm程度であり、レンズバックフォーカスは空
気換算でせいぜい焦点距離の約１倍程度である。このよ
うな条件ではレンズ設計はそれほど困難ではない。一般
に投影距離と比して大画面に投影する場合、焦点距離の
短い、即ち拡大倍率の大きいレンズが必要である。レン
ズ性能上、レンズバックフォーカスはレンズの焦点距離
より大きい値となる。一般にレンズバックフォーカス＞
レンズの焦点距離の場合、レンズタイプは、レトロフォ
ーカスタイプとなる。一眼レフ用超広角レンズでは２〜
３倍程度である。又超広角レンズになればなるほど諸収
差（特に歪曲収差、像面歪曲収差）は補正困難となる。

【０００５】本発明はＤＬＰ方式投影装置に搭載される
投影レンズに関するものであるが、上述のように非常に
長いレンズバックフォーカスを要請されている。そして
極めて近距離投影する要求があることからテレセントリ
ック光学系にしては極めて超広角としなければならな
い。にもかかわらずレンズバックフォーカスは焦点距離
の約５倍程度必要である。これはレンズ設計の困難性を
示す１つの指標でもある。また、液晶と異なり、画素も
小さくなり、投影レンズも極めて高性能が要求されてい
る。

【０００６】投影レンズは、交換レンズ方式で使用され
るため、ＲＧＢの軸上のフォーカスポイントは常にある
一定範囲になければならない。またＲＧＢの３色の画素
合わせも必要となるため倍率色収差は大きくても1/2 画
素以内に抑えなければならない。本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、その目的は、極めて近距離投影
にもかかわらず、大画面が得られ、かつ、投影画面も非
常に明るく歪もほとんど無く高精細な画像が得られるレ
トロフォーカスレンズを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によるレトロフォーカスレンズは、スクリーン
側から、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズＬ₁ ，Ｌ₂ ，正の両凸レンズＬ₃ ，スクリーン側に
凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₄ ，正の両凸レン
ズＬ₅ ，スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズＬ₆ ，Ｌ₇，正の凸レンズＬ₈ および負の両凹レン
ズＬ₉ よりなる発散レンズ系と、両凹レンズＬ₉ から空
気間隔ＤＤ１離れた負の両凹レンズＬ₁₀，正の両凸レン
ズＬ₁₁，両凸レンズＬ₁₁から空気間隔ＤＤ２離れた正の
両凸レンズＬ₁₂，正の両凸レンズＬ₁₃，スクリーン側に
凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₁₄，メニスカスレ
ンズＬ₁₄から空気間隔ＤＤ３離れたスクリーン側に凸面
を向けた負のメニスカスレンズＬ₁₅，正の両凸レンズＬ
₁₆，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ
Ｌ₁₇および正の両凸レンズＬ₁₈よりなる収斂レンズ系と
を含み、レンズの接合面を有することない１８群１８枚
のレンズ群より構成され、前記発散レンズ系は、レンズ
Ｌ₁ 〜Ｌ₆ を含む前群およびレンズＬ₇ 〜Ｌ₉ を含む後
群に分割され、前記前群の合成焦点距離をＦ₁₆，前記後
群の合成焦点距離をＦ₇₉およびレンズ系全体の焦点距離
をＦとしたとき、 ８．６ ＜｜Ｆ₁₆／Ｆ｜＜ １２．８ ・・・（１） ４．２ ＜｜Ｆ₇₉／Ｆ｜＜ ５．８ ・・・（２） の条件を満たし、前記前群のレンズのうち、少なくとも
１枚以上の負のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（３） であり、かつ、凹面をスクリーン側に向けた負のレンズ
Ｌ₄ のアッベ数ν_d は ν_d ＜３６ ・・・（４） であり、前記後群のレンズのうち、少なくとも２枚以上
の負のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（５） であり、さらにレンズＬ₉ からＬ₁₀まで_, レンズＬ₁₁か
らＬ₁₂まで_, およびレンズＬ_{14 からＬ15}までの空気間隔
をそれぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３としたとき、 ３．２ ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜ ４．２ ・・・（６） ３．７ ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜ ５．０ ・・・（７） １．５ ＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜ ２．３ ・・・（８） の条件を満たし、前記収斂レンズ系は、レンズＬ₁₀，Ｌ
₁₁を含む第１群，レンズＬ₁₂〜Ｌ₁₄を含む第２群および
レンズＬ₁₅〜Ｌ₁₈を含む第３群に分割され、前記第１群
は、焦点距離をＦ₁₀₁₁としたとき ｜Ｆ₁₀₁₁／Ｆ｜＞ ６０ ・・・（９） かつ、前記第１群の負のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（１０） 前記第１群の正のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＜３５ ・・・（１１） なる条件を満たし、前記第２群におけるレンズのうち、
少なくとも１個の正のレンズのアッベ数ν _d は ν_d ＞７０ ・・・（１２） なる条件を満たし、前記第３群のレンズのうち、負のレ
ンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をν_d としたとき、 Ｎ_d ＞１．８ ・・・（１３） ν_d ＜４０ ・・・（１４） かつ、正のレンズのアッベ数をν_d としたとき、 ν_d ＞８０ ・・・（１５） なる条件を満たすように構成されている。

【０００８】上記構成によれば、撮影スクリーンに極め
て接近して、かつ大画面に撮影できるレトロフォーカス
レンズを実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をさ
らに詳しく説明する。本発明によるレトロフォーカスレ
ンズは、ＤＬＰプロジェクタ光学系に適用される。ＤＭ
Ｄを反射した光はプリズム系を介してレトロフォーカス
レンズに入射し、拡大されてスクリーンに投影される。
ＤＬＰ用投影レンズは、照明光束の取り込み用プリズム
系や色分解プリズム系が投影レンズの後側（ＤＭＤ側）
に入るため、長大な空気間隔を必要とする。

【００１０】図１は、本発明によるレトロフォーカスレ
ンズの実施の形態を示す図である。９枚の発散レンズ系
１と９枚の収斂レンズ系２より構成されている。発散レ
ンズ系１は、前群１ａと後群１ｂよりなり、前群１ａは
スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ
₁ ，Ｌ₂ ，正の両凸レンズＬ₃ ，スクリーン側に凹面を
向けた負のメニスカスレンズＬ₄ ，正の凸レンズＬ₅ お
よびスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ
Ｌ₆ より構成されている。

【００１１】後群１ｂは、スクリーン側に凸面を向けた
負のメニスカスレンズＬ₇ ，正の両凸レンズＬ₈ および
負の両凹レンズＬ₉ より構成されている。負の両凹レン
ズＬ₉ と収斂レンズ系２の負の両凹レンズＬ₁₀の間はＤ
Ｄ１の空気間隔となっている。収斂レンズ系２は、第１
群２ａ，第２群２ｂおよび第３群２ｃより構成されてい
る。第１群２ａは負の両凹レンズＬ₁₀および正の両凸レ
ンズＬ₁₁より構成されている。第２群２ｂは、正の両凸
レンズＬ₁₂，Ｌ₁₃およびスクリーン側に凹面を向けた負
のメニスカスレンズＬ₁₄より構成されている。両凸レン
ズＬ₁₁と両凸レンズＬ₁₂の間はＤＤ２の空気間隙となっ
ている。

【００１２】第３群２ｃは、スクリーン側に凸面を向け
た負のメニスカスレンズＬ₁₅，正の両凸レンズＬ₁₆，ス
クリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₁₇お
よび正の両凸レンズＬ₁₈から構成されている。発散レン
ズ系１が ８．６ ＜｜Ｆ₁₆／Ｆ｜＜ １２．８ ・・・（１） ４．２ ＜｜Ｆ₇₉／Ｆ｜＜ ５．８ ・・・（２） の条件を満たしているとき、所定のレンズバックフォー
カスを維持しつつ、前群１ａと後群１ｂで通常発生し易
い歪曲収差，非点収差を最小になるように補正してい
る。特に前群の発散レンズ系では、当然ペッツバールも
大きく負になっているにもかかわらず歪曲収差の発生は
極めて小さく抑えられていることがザイデル収差係数か
ら言える。後群１ｂの発散系はさらにこのレンズバック
フォーカスを所定の長さを維持するために作用してい
る。

【００１３】しかし、前群と後群の合成系のペッツバー
ルは−０．２前後ありながらこの発散系の歪曲収差の発
生は結果として極めて小さく抑えられている。これによ
り、このレンズ系本来の目的の一つである極めて小さい
歪曲収差の補正に寄与している。本発明によるレンズは
ＤＬＰ方式の３板式ＤＭＤ対応の投影装置に搭載される
ので、上述したように極めて小さい倍率色収差および軸
上色収差の補正が要求されている。その目的を達成する
ために前群１ａのレンズＬ₁ ，Ｌ₂ およびＬ₆ のうち、
少なくとも１枚以上のレンズのアッベ数ν_d がν_d ＞６
２・・・（３）であり、また、レンズＬ₄ のアッベ数ν
_d がν_d ＜３６・・・（４）であり、後群１ｂのレンズ
Ｌ₇ ，Ｌ₈ およびＬ₉ のうち、少なくとも２枚以上のレ
ンズのアッベ数ν_d がν_d ＞６２・・・（５）であるこ
とが必要である。

【００１４】さらに、収斂レンズ系２について第１群２
ａの焦点距離をＦ₁₀₁₁としたとき ｜Ｆ₁₀₁₁／Ｆ｜＞ ６０ ・・・（９） とし、第１群２ａのレンズＬ₁₀のアッベ数ν_d がν_d ＞
６２・・・（１０）であり、レンズＬ₁₁のアッベ数ν_d
がν_d ＜３５・・・（１１）である条件を満足し、第２
群２ｂにおけるレンズＬ₁₂，Ｌ₁₃およびＬ₁₄のうち、少
なくとも１個の正のレンズのアッベ数ν_d がν_d ＞７０
・・・（１２）なる条件を満たし、第３群２ｃのレンズ
Ｌ₁₅，Ｌ₁₆，Ｌ₁₇およびＬ₁₈のうち、負のレンズ屈折率
Ｎｄ，アッベ数ν_d がＮ_d ＞１．８・・・（１３），ν
_d ＜４０・・・（１４）の条件を満たしている。そして
正のレンズのアッベ数をν_d としたとき、ν_d ＞８０・
・・（１５）の条件が必要である。また、全ての諸収差
を極限まで補正する必要からレンズＬ₉ からＬ₁₀まで_,
レンズＬ₁₁からＬ₁₂まで_, およびレンズＬ₁₄からＬ₁₅ま
での空気間隔をそれぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３と
したとき、３．２ ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜ ４．２・・・
（６），３．７ ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜ ５．０・・・
（７）および１．５＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜ ２．３・・・
（８）の条件も満たす必要がある。

【００１５】つぎに収斂レンズ系２の第１群２ａは、焦
点距離をＦ₁₀₁₁として｜Ｆ₁₀₁₁／Ｆ｜＞ ６０・・・
（９）とし、極めてパワーを小さく抑えることによりそ
の他の群で倍率色収差の補正を行っているが、それによ
る軸上の色収差不足をこの収斂レンズ系２の第１群２ａ
で行っている。そして倍率色収差を極めて小さい値に補
正するために第２群２ｂにおけるレンズＬ₁₂，Ｌ₁₃およ
びＬ₁₄のうち、少なくとも１個の正のレンズのアッベ数
ν_d がν_d ＞７０・・・（１２）なる条件を満たし、第
３群２ｃのレンズＬ₁₅，Ｌ_16,Ｌ₁₇およびＬ₁₈のうち、
負のレンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をν_d としたとき、
Ｎ_d ＞１．８・・・（１３），ν_d ＜４０・・・（１
４）とし、さらに正のレンズのアッベ数をν_d としたと
き、ν_d ＞８０・・・（１５）とする条件を満たしてい
る。収斂レンズ系２のうち、第２群２ｂと第３群２ｃの
構成は発散系で発生し累積されている諸収差を補正する
役割を果たしている。特に第３群のレンズＬ₁₅，Ｌ _16,
Ｌ₁₇およびＬ₁₈によってコマ収差_, 非点収差および歪曲
収差を補正している。

【００１６】以下、具体的なデータ例を示す。なお、０
面はスクリーンである。

【表１】

【表２】

【００１７】図２は、表１における球面収差，像面湾
曲，歪曲収差および倍率色収差図である。像面湾曲では
各波長４６０ｎｍ，５４６ｎｍ，６２０ｎｍに対し、そ
れぞれメリディオナル像面（実線）とサジタル像面（点
線）を示している。歪曲は５４６ｎｍに対するものであ
る。後述の図４でも同様である。

【００１８】図３は、本発明の第２の実施の形態を示す
図である。１８群１８枚構成のレンズ系は、図１の実施
の形態と同じである。

【００１９】以下、具体的なデータ例を示す。なお、０
面はスクリーンである。

【表３】

【表４】

【００２０】図４は、表３における球面収差，像面湾
曲，歪曲収差および倍率色収差図である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、照明光束
の取り込み用プリズム系や色分解プリズム系が投影レン
ズの後側（ＤＭＤ側）に入るため長大な空気間隔を必要
とする。本発明は、このような条件に対応可能であると
ともに、光学性能が極めて良くなるように、収差が補正
されている。そしてテレセントリック光学系であるにも
かかわらず、超広角であり、像面湾曲や歪曲収差が十分
に補正されている。したがって、非常に明るい、歪の少
ない、大画面の高画質な投影画像が極めて近距離の投影
で得ることができる。当然リアープロジェクションレン
ズとしても利用可能である。また、第２の実施の形態か
らＴＶディストーションがほとんどない投影像も得られ
る。したがって、境界線がほとんど判らないマルチスク
リーンの形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレトロフォーカスレンズの実施の
形態を示す図である。

【図２】表１における球面収差，像面収差，歪曲収差お
よび倍率色収差図である。

【図３】本発明によるレトロフォーカスレンズの第２の
実施の形態を示す図である。

【図４】表３における球面収差，像面収差，歪曲収差お
よび倍率色収差図である。

【符号の説明】

１…発散レンズ系 １ａ…前群 １ｂ…後群 ２…収斂レンズ系 ２ａ…第１群 ２ｂ…第２群 ２ｃ…第３群 ３…プリズム系 ４…ＤＭＤ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリーン側から、スクリーン側に凸面
   を向けた負のメニスカスレンズＬ₁ ，Ｌ₂ ，正の両凸レ
   ンズＬ₃ ，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカス
   レンズＬ₄ ，正の両凸レンズＬ₅ ，スクリーン側に凸面
   を向けた負のメニスカスレンズＬ₆ ，Ｌ₇ ，正の凸レン
   ズＬ₈ および負の両凹レンズＬ₉ よりなる発散レンズ系
   と、両凹レンズＬ₉ から空気間隔ＤＤ１離れた負の両凹
   レンズＬ₁₀，正の両凸レンズＬ₁₁，両凸レンズＬ₁₁から
   空気間隔ＤＤ２離れた正の両凸レンズＬ₁₂，正の両凸レ
   ンズＬ₁₃，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカス
   レンズＬ₁₄，メニスカスレンズＬ₁₄から空気間隔ＤＤ３
   離れたスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレン
   ズＬ₁₅，正の両凸レンズＬ₁₆，スクリーン側に凹面を向
   けた負のメニスカスレンズＬ₁₇および正の両凸レンズＬ
   ₁₈よりなる収斂レンズ系とを含み、レンズの接合面を有
   することない１８群１８枚のレンズ群より構成され、 前記発散レンズ系は、レンズＬ₁ 〜Ｌ₆ を含む前群およ
   びレンズＬ₇ 〜Ｌ₉ を含む後群に分割され、前記前群の
   合成焦点距離をＦ₁₆，前記後群の合成焦点距離をＦ₇₉お
   よびレンズ系全体の焦点距離をＦとしたとき、 ８．６ ＜｜Ｆ₁₆／Ｆ｜＜ １２．８ ・・・（１） ４．２ ＜｜Ｆ₇₉／Ｆ｜＜ ５．８ ・・・（２） の条件を満たし、 前記前群のレンズのうち、少なくとも１枚以上の負のレ
   ンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（３） であり、かつ、凹面をスクリーン側に向けた負のレンズ
   Ｌ₄ のアッベ数ν_d は ν_d ＜３６ ・・・（４） であり、 前記後群のレンズのうち、少なくとも２枚以上の負のレ
   ンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（５） であり、 さらに、レンズＬ₉ からＬ₁₀まで_, レンズＬ₁₁からＬ₁₂
   まで_, およびレンズＬ ₁₄からＬ₁₅までの空気間隔をそれ
   ぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３としたとき、 ３．２ ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜ ４．２ ・・・（６） ３．７ ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜ ５．０ ・・・（７） １．５ ＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜ ２．３ ・・・（８） の条件を満たし、前記収斂レンズ系は、レンズＬ₁₀，Ｌ
   ₁₁を含む第１群，レンズＬ₁₂〜Ｌ₁₄を含む第２群および
   レンズＬ₁₅〜Ｌ₁₈を含む第３群に分割され、前記第１群
   は、焦点距離をＦ₁₀₁₁としたとき ｜Ｆ₁₀₁₁／Ｆ｜＞ ６０ ・・・（９） かつ、前記第１群の負のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＞６２ ・・・（１０） 前記第１群の正のレンズのアッベ数ν_d は ν_d ＜３５ ・・・（１１） なる条件を満たし、前記第２群におけるレンズのうち、
   少なくとも１個の正のレンズのアッベ数ν _d は ν_d ＞７０ ・・・（１２） なる条件を満たし、前記第３群のレンズのうち、負のレ
   ンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をν_d としたとき、 Ｎ_d ＞１．８ ・・・（１３） ν_d ＜４０ ・・・（１４） かつ、正のレンズのアッベ数をν_d としたとき、 ν_d ＞８０ ・・・（１５） なる条件を満たすことを特徴とするバックフォーカスが
   非常に長いレトロフォーカスレンズ。