JP2003315675A - 投写レンズシステムおよびプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタルミラーデバイスなどの、光の反射方
向を変えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器
から画像をスクリーンの投写する高性能でコンパクトな
投写用レンズを提供する。 【解決手段】 ライトバルブ２の側に位置し、照明光１
１および投影光１２が通過する共用レンズ群５ａと、投
影光１２のみが通過する出力レンズ群５ｂを備えた投写
用レンズ５を提供する。共用レンズ群５ａを正の屈折力
とし、出力レンズ群５ｂの入力端レンズ１５をライトバ
ルブ２の側に凹の負レンズとすることにより共用レンズ
群５ａと出力レンズ群５ｂとの間隔を縮め、周辺光量比
も大きくすることが可能となり、コンパクトで明るい投
写レンズシステム５を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブに表
示された像をスクリーンに拡大投影するプロジェクタ装
置の投写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
て液晶パネルが多く用いられてきた。近年、液晶パネル
に代わり、マイクロマシン技術を用いて機械的に光の反
射方向を変えて画像を形成する複数の素子を備えた装置
が実用化されている。微少な鏡面素子（マイクロミラ
ー）を画素に対応させてアレイ状に並べ、それぞれの鏡
面の角度を制御することにより画像を表示するＤＭＤ
（デジタルミラーデバイス、箔変形デバイスあるいはデ
ィスプレイ）はその1つである。このマイクロミラーで
画素を構成する光変調器は、液晶パネルより応答速度が
速く、明るい画像が得られるので、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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
度程度であり、これにより照明光学系から照射された照
明光を、画像を形成するために有効な反射光（投影光）
と画像を形成するためには不要な無効な反射光を切替え
ている。したがって、ＤＭＤをライトバルブとしたプロ
ジェクタにおいては有効な反射光（有効光あるいは投影
光）を捉える（飲み込む）と共に無効な反射光（無効
光）は捉えない（飲み込まない）プロジェクタレンズが
必要となる。さらに、イメージサークルを小さくするに
は、プロジェクタレンズはＤＭＤの法線方向に設置する
ことが望ましい。したがって、ＤＭＤに照明光を入力す
る照明光学系と、投影光を出力する投写レンズの配置は
かぎられてしまい、上記のようにＤＭＤから有効光をプ
ロジェクタレンズに入力するには、照明光学系と投写レ
ンズ（プロジェクタレンズ）とほぼ同じ方向に設置する
必要がある。

【０００４】ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置も、小
型および薄型化が要求されており、プロジェクタレンズ
においても、全体がコンパクトでレンズ径も小さなもの
が検討されている。

【０００５】そこで、本発明においては、投写レンズシ
ステムを小型化できると共に、照明系もコンパクトにす
ることを可能とし、プロジェクタ装置全体をコンパクト
にすることができる投写レンズシステムを提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、照明
光学系からの照明光の反射方向を変えて画像を生成する
複数の素子を備えた光変調器からの投影光をスクリーン
に投写する投写レンズシステムであって、光変調器の側
に配置され、照明光および投影光が透過する共用レンズ
群と、投影光のみが透過する出力レンズ群とを有する投
写レンズシステムを提供する。この投写レンズシステム
を採用することにより、上記の光変調器と、照明光学系
とを有するプロジェクタ装置においては、照明光学系か
ら出射された照明光は、投写レンズシステムの共用レン
ズ群を経てＤＭＤなどの光変調器に照射され、光変調器
により変調されて出射された投影光は共用レンズ群と出
力レンズ群とを経てスクリーンに投写される。したがっ
て、共用レンズ群は照明光学系のレンズ群としても作用
するので、照明光学系の構成を簡略化でき、照明光学系
をコンパクトにできる。また、共用レンズ群は出力レン
ズ群に加えて投写レンズシステムとしても作用するの
で、共用レンズ群によって収差補正が可能であり、出力
レンズ群の構成を簡略化してコンパクトで結像性能の高
い投写レンズシステムを提供できる。このため、本発明
の投写レンズシステムを採用することにより、ＤＭＤな
どの光の反射方向を変えて画像を生成する素子を備えた
光変調器を採用したコンパクトで明るく綺麗な画像を表
示できるプロジェクタ装置を提供することが可能とな
る。

【０００７】ＤＭＤに対する照明光は平行光束であるこ
とが望ましく、そのため、共用レンズ群は正の屈折力で
あることが望ましい。これにより、共用レンズ群に入射
する光を出力する照明光学系からの照明光を拡散光束に
することも可能であり、照明光学系のレンズシステムを
コンパクトにすることができる。特に、照明光学系の最
終レンズとして負の屈折力の口径の小さなレンズを採用
することができ、照明光学系と共用レンズ群によりテレ
セントリックに近い光束を実現できる。したがって、コ
ンパクトな照明光学系により平行光束をＤＭＤに照射す
ることが可能となり、照明光学系と投写レンズシステム
とを接近して配置できる。そして、照明光学系をよりコ
ンパクトにしようとすると、共用光学系のパワーは大き
くなる。

【０００８】共用レンズ群が正の屈折力を備えている場
合は、投影光あるいは投写光を集光して出力レンズ群に
供給できるので、出力レンズ群の変調器側のレンズの口
径を小さくできるという効果ももたらす。その一方で、
ＤＭＤからの無効光を飲み込ませないようにレンズ口径
を小さくしすぎると、周辺光量比が低下するので明るさ
を確保できない。有効光と無効光との分解能を上げるた
めに共用レンズ群と出力レンズ群との距離を長くする
と、投写レンズシステムの全長が長くなる。

【０００９】そこで、本発明においては、出力レンズ群
と共用レンズ群との間で急激に光を屈折させて短い距離
で有効光と無効光とを分離し、コンパクトな投写レンズ
システムを実現する。それと共に、出力レンズ群の最も
共用レンズ群の側の入力端レンズを負の屈折力のレンズ
とすることにより、周辺光量比も確保し、明るいレンズ
システムを実現している。すなわち、本発明の投写レン
ズシステムは、照明光学系からの照明光の反射方向を変
えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器からの
投影光をスクリーンに投写する投写レンズシステムであ
って、光変調器の側に配置され、照明光および投影光が
透過する正の屈折力の共用レンズ群と、投影光のみが透
過する出力レンズ群とを有し、出力レンズ群の最も共用
レンズ群の側の入力端レンズを負の屈折力のレンズとし
ている。

【００１０】正の屈折力の共用レンズ群を備えた本発明
の投写レンズシステムで、充分な収差補正が可能であ
り、さらに、入射側をテレセントリックにし易い構成と
しては、共用レンズ群も含めて、スクリーン側からは、
負−正−正の３群構成、負−正−負−正の４群構成など
が考えられる。出力レンズ群を構成する複数のレンズ群
の内の最も共用レンズ群の側の入力サブレンズ群の屈折
力に関係なく、その入力サブレンズ群の最も共用レンズ
群の側の入力端レンズを負の屈折力とすることにより、
出力レンズ群と共用レンズ群との間で急激に屈折させて
出力レンズ群と共用レンズ群との距離を短縮できる。そ
して、小さな径の入力端レンズで周辺光量比を確保でき
るので、明るくコンパクトなレンズシステムを提供でき
る。それと共に、照明光学系と最も干渉しやすい入力端
レンズの径を小さくできるので、照明光学系の配置も容
易となり、コンパクトで明るい画像を表示できるプロジ
ェクタを提供できる。

【００１１】出力レンズ群と共用レンズ群との間で最も
急激に投影光を屈折させることができる構成の１つは、
共用レンズ群の最も出力レンズ群の側の出力端レンズを
スクリーン側に凸の正の屈折力のレンズとし、入力端レ
ンズを光変調器の側に凹のレンズの負の屈折力のレンズ
とすることである。共用レンズ群は、スクリーン側に凸
の正の屈折力のレンズの１枚構成で良く、光変調器、す
なわち、ライトバルブの側を平面とすることにより、ラ
イトバルブとの距離を最小限できる。

【００１２】本発明の投写レンズシステムにおいて、充
分な収差補正が可能でコンパクトな構成は、共用レンズ
群も含めて負−正−正の３群構成であり、出力レンズ群
は、入力サブレンズ群と、そのスクリーン側の負の屈折
力の出力サブレンズ群の２群構成であることが望まし
い。そして、出力レンズ群を構成する各々のサブレンズ
群を構成するレンズ枚数を低減するには、入力サブレン
ズ群と出力サブレンズ群の各々に少なくとも１枚の非球
面レンズを配置することが望ましい。出力サブレンズ群
を通過する光束はある程度広がっているので軸外光の補
正が容易となる。したがって、出力サブレンズ群に含ま
れる非球面レンズにより主に軸外の性能補正（軸外コマ
収差、非点収差、像面湾曲）を効率良く行うことができ
る。一方、入力サブレンズ群を通過する光束はある程度
収束しているので、軸上光を含めた全体の補正が容易で
あり、入力サブレンズ群に含まれる非球面レンズによ
り、主に球面収差の補正を効率良く行うことができる。

【００１３】全長を短縮し、最大レンズ径を小径にしよ
うとすると、軸外コマ収差、非点収差、像面湾曲が大き
くなり、また、Ｆナンバーを小さくして明るいレンズシ
ステムを得ようとすると、軸外コマ収差および球面収差
が増大する傾向となる。これに対し、本発明の投写レン
ズシステムでは、入力サブレンズ群と出力サブレンズ群
のそれぞれに非球面レンズを配置することにより、少な
い枚数で明るく収差も良好に補正された画像を投写でき
る。したがって、本発明により、全体が１１枚構成で、
全長が１１０ｍｍ前後、最大径が４０ｍｍ程度で、Ｆナ
ンバーが２．１と明るい投写レンズを提供できる。

【００１４】さらに、出力サブレンズ群がフォーカシン
グするために動くようにすることにより、入力サブレン
ズ群を固定として移動用の機構を省くことが可能であ
り、照明光学系との干渉をさらに減らすことができる。

【００１５】また、投写レンズシステムの合成焦点距離
ｆと、入力サブレンズ群の合成焦点距離ｆ２は次の式
（Ａ）を満たすことが望ましい。

【００１６】 ０．７５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ １．３５ ・・・（Ａ） この式（Ａ）の下限を下回ると、第２のレンズ群の屈折
力の割合が大きくなりすぎて、像面湾曲が増大し、収差
補正が難しくなる。一方、式（Ａ）の上限を上回ると、
第２のレンズ群の屈折力の割合が小さくなりすぎて、非
点収差および像面湾曲を補正するのが難しくなる。

【００１７】また、投写レンズシステムの全長Ｌと、出
力レンズ群の全長Ｌｏが次の式（Ｂ）を満たすことが望
ましい。

【００１８】 ２．４ ＜ Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ） ＜ ２．８ ・・・（Ｂ） この範囲内であれば、コンパクトで収差補正が良好に行
うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、ＤＭＤをライトバルブと
して採用したプロジェクタの概略構成を示してある。こ
のプロジェクタ１は、光変調器であるＤＭＤ２と、この
ＤＭＤに投写用の照明光１１を照射する照明光学系（照
明システム）３と、ＤＭＤ２により反射された有効光
（投影光）１２をスクリーン９に投写する投写レンズシ
ステム５とを備えている。図１に示したプロジェクタ１
は、単板式のビデオプロジェクタであり、照明システム
３は、ハロゲンランプなどの白色光源６と、円盤型の回
転色分割フィルタ７とを備えている。このため、ＤＭＤ
２には、赤、緑、青の３原色が時分割で照射される。そ
して、それぞれの色の光が照射されるタイミングで個々
の画素に対応する素子を制御することによりカラー画像
が表示される。照明光学系３は、さらに、種々のプロジ
ェクタの配置あるいは構成に対応して、光源６からの照
明光１１をＤＭＤ２に照射するためのコンデンサレンズ
８ａ、対物光学系８ｂあるいはミラー４などが必要に応
じて配置される。

【００２０】ＤＭＤ２は、照明光１１の反射方向を変え
て画像を生成する複数の素子（デジタルミラー）を備え
た光変調器であり、ＤＭＤ２を採用したプロジェクタ１
においては、ＤＭＤ２の法線と投写レンズシステム５の
光軸とが一致しているとイメージサークルが小さくな
り、投写レンズシステム５の径を小さくできる。それと
共に、有効光および無効光の分離が容易となる。したが
って、照明システム３からＤＭＤ２に対する入射角度は
かぎられており、照明システム３の光軸と、投写レンズ
システム５の光軸とがほとんど同一方向になる。このた
め、照明システム３の影響を受けないようにするには投
写レンズシステム５のバックフォーカスはある程度長く
する必要がある。また、有効な投影光１２を無効な光と
分離するためには投写レンズシステム５のＤＭＤ２の側
に位置する最終レンズの径は十分に小さくする必要があ
る。それらの条件により、本例のプロジェクタ１の光学
系は設計されている。

【００２１】図１に示したように、本例の投写レンズシ
ステム５は、ＤＭＤ２の側に配置されたレンズ群５ａ
と、スクリーン９の側に配置されたレンズ群５ｂに大き
く分かれている。ＤＭＤ２の側に配置されたレンズ群５
ａは、照明光１１と投影光１２が共に透過するようにな
っており、本発明における共用レンズ群である。また、
スクリーン９の側に配置されたレンズ群５ｂは、投影光
１２のみが透過するようになっており、本発明における
出力レンズ群である。

【００２２】共用レンズ群５ａは正の屈折力を備えてお
り、照明システム３の対物光学系８ｂと組み合わさって
ビームエキスパンダとして作用する。したがって、照明
システム３から出射される照明光１１の光束の口径は共
用レンズ群５ａのないシステムより小さくすることが可
能であり、対物レンズ８ｂおよび光路変換用のミラー４
をコンパクトにすることができる。また、ライトバルブ
２の側に正のレンズを配置することにより、テレセント
リック状の照明光を一様にライトバルブ２に照射するこ
とが可能となり、デジタルミラーによりスイッチングし
易い環境を形成する。そのための照明光学系３は最終レ
ンズが正のパワーの共用レンズ群５ａとなるので、拡散
光を出射するものであってもよく、コンパクトで投写レ
ンズシステム５と並べるのに適したものとなる。これ
は、プロジェクタ１を大幅に小さくできると共に、ミラ
ー４などの投写レンズシステム５と並べて配置せざるを
得ない光学素子をコンパクトにできるので、照明光１１
の光軸と、投写レンズシステム５の光軸との角度差を縮
められることを意味し、ＤＭＤ２から出力される有効な
投影光の分離性能を向上できる。

【００２３】共用レンズ群５ａは、出力レンズ群５ｂと
共に投写レンズシステム５を構成する。したがって、共
用レンズ群５ａで収差補正を分担したり、投影光を集光
して出力レンズ群５ｂに入力するなどの機能を果たすよ
うに共用レンズ群５ａを設計することができる。このた
め、出力レンズ群５ｂをコンパクトにすることが可能で
あり、また、投写レンズシステム５により投影される画
像品質をさらに良くすることも可能である。また、正の
パワーの共用レンズ群５ａにより、投影光１２は屈折さ
せるので、出力レンズ群５ｂの入力側のレンズ径は小さ
くなる。したがって、照明光学系３のミラー４と並べて
配置することが容易となり、この点でも、コンパクトな
プロジェクタ１を実現するのに適している。

【００２４】さらに、本例の投写レンズシステム５で
は、出力レンズ群５ｂの最もライトバルブ２の側のレン
ズ（入力端レンズ）１５を両凹の凹レンズとし、共用レ
ンズ群５ａをスクリーン９の側に凸の凸レンズ１６の一
枚構成としている。凹レンズと凸レンズというインター
フェイスは光束を屈曲するのに適している。特に、ライ
トバルブ２の側に凹の入力端レンズ１５と、スクリーン
側に凸の共用レンズ１６という組み合わせを出力レンズ
群５ｂと共用レンズ群５ａとのインターフェイスに採用
することにより、出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａ
との間で急激に投影光１２を屈折させて出力レンズ群５
ｂと共用レンズ群５ａとの距離を短縮できる。このた
め、投写レンズシステム５の全長を短くできる。

【００２５】また、出力レンズ群５ｂの入力端レンズ１
５を拡散系の凹レンズとすることにより、ＤＭＤ２から
の無効光を出力レンズ群５ｂに集光せずに周辺光を出力
レンズ群５ｂに取り込みやすくなる。したがって、本発
明により、コンパクトで明るい投写レンズを提供でき
る。また、出力レンズ群５ｂのパワー構成に関わらず、
投写レンズシステム５の最終の２つのレンズ１５および
１６はレトロフォーカスタイプになるので、ライトバル
ブ２からテレセントリック状の投影光１２を受け入れる
のに適した構成となる。

【００２６】以下では、出力レンズ群５ｂをスクリーン
９の側から負−正の２群構成とし、共用レンズ群５ａを
正の１群構成とした３群構成の投写用レンズに基づき本
発明をさらに説明する。これらの例においては、出力レ
ンズ群５ｂの２つのレンズ群をスクリーン９の側から順
に１群Ｇ１および２群Ｇ２と呼び、共用レンズ群５ａを
３群Ｇ３と呼ぶことにする。 （実施例１）図２に、本発明に係る投写用レンズ（投写
用レンズシステム）５の一例を示してある。本例の投写
用レンズ５は、上述したようにスクリーン９の側から３
つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２およびＧ３にグループ化された
１１枚のレンズＬ１１〜Ｌ３１により構成されている。
それぞれのレンズの詳細なデータは以下に示した通りで
ある。

【００２７】まず、スクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１
は全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、最もスク
リーン側（前方）に位置し、スクリーン側に凸の負のメ
ニスカスレンズＬ１１と、両凸の正レンズＬ１２と、ス
クリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１３と、両凸
の正レンズＬ１４と、凹レンズＬ１５が順番に並んで構
成されている。また、これらのレンズのうち、３番目の
レンズＬ１３のライトバルブ側の面ｓ６（スクリーン側
から６番目の面）が非球面となっている。

【００２８】第１のレンズ群Ｇ１のＤＭＤ２の側に位置
する第２のレンズ群Ｇ２は、全体が正の屈折力を備えた
レンズ群であり、スクリーン９の側から、ライトバルブ
側に凸の正のメニスカスレンズＬ２１、両凸の正レンズ
Ｌ２２と、両凸の正レンズＬ２３と、ダブレットをなす
ライトバルブ側に凸の正のメニスカスレンズＬ２４およ
び両凹の負レンズＬ２５が順番に並んで構成されてい
る。したがって、負レンズＬ２５が入力端レンズ１５と
なる。また、レンズＬ２３の両面ｓ１５および１６は非
球面になっている。

【００２９】最もＤＭＤ２の側に位置する照明光と共用
の第３のレンズ群Ｇ３は、スクリーン側に凸でライトバ
ルブ２の側が平面の正レンズＬ３１の一枚構成になって
おり、カバーガラスＣを介してＤＭＤ２に面した状態で
配置される。したがって、レンズＬ３１が、入力端レン
ズ１５と向かい合った正レンズとなる。

【００３０】この投写レンズシステム５では、最もスク
リーン側の第１のレンズ群Ｇ１がフォーカシングのため
に移動するようになっており、第２のレンズ群Ｇ２を固
定とし、第２のレンズ群Ｇ２を動かすためのギアなどの
機構が省けるようにしている。

【００３１】以下に示すレンズデータにおいて、ｒｉは
スクリーン側から順番に並んだ各レンズの曲率半径（ｍ
ｍ）、Ｔｙｐはレンズ面（曲面か非球面）、ｄｉはスク
リーン側から順番に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍ
ｍ）、Ｈｉは各レンズ面の半径（ｍｍ）、ｎｉはスクリ
ーン側から順番に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、ｖ
ｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズのアッベ数
（ｄ線）を示す。また、ｆは本例の投写用レンズ５の合
成焦点距離、ｆ１、ｆ２およびｆ３は各レンズ群Ｇ１〜
Ｇ３の合成焦点距離、ＦＮｏはＦナンバーを示す。ま
た、Ｌはレンズシステム５の全長、すなわち、最もスク
リーン側のレンズＬ１１からレンズＬ３１までの長さを
示し、Ｌｏは出力レンズ群５ｂの長さ、すなわち、最も
スクリーン側のレンズＬ１１から入力端レンズＬ２５を
示す。 レンズデータ（Ｎｏ．１） No. ri Typ di Hi ni vi 1 46.52000 SPH 2.00000 21.35 1.80788 46.50 レンズＬ１１ 2 22.95000 SPH 7.65000 18.00 3 131.69000 SPH 3.50000 17.95 1.81123 33.27 レンズＬ１２ 4 -301.14000 SPH 0.20000 17.60 5 47.16000 SPH 2.00000 16.05 1.77582 49.62 レンズＬ１３ 6 19.36000 *ASP 5.94000 14.10 7 138.13000 SPH 3.00000 14.00 1.85416 23.78 レンズＬ１４ 8 -604.42000 SPH 4.28000 13.80 9 -24.17000 SPH 1.90000 13.75 1.85416 23.78 レンズＬ１５ 10 2696.78000 SPH 3.95000 15.05 11 -188.86000 SPH 6.80000 16.35 1.74652 49.22 レンズＬ２１ 12 -28.07000 SPH 0.20000 16.85 13 46.54000 SPH 5.70000 16.20 1.81123 33.27 レンズＬ２２ 14 -144.69000 SPH 22.78000 15.80 15 58.84000 *ASP 3.20000 8.15 1.74651 49.33 レンズＬ２３ 16 -44.41000 *ASP 0.20000 8.30 17 -96.96000 SPH 4.60000 8.35 1.80788 46.50 レンズＬ２４ 18 -14.50000 SPH 1.80000 8.50 1.73368 28.32 レンズＬ２５ 19 29.11000 SPH 18.00000 8.80 20 34.00000 SPH 12.00000 20.00 1.74652 49.22 レンズＬ３１ 21 Flat SPH 4.50000 20.00 22 Flat SPH 3.00000 20.00 1.48897 70.44 カバーガラスＣ 23 Flat SPH 1.62000 20.00 第６面ｓ６、第１５面ｓ１５および第１６面ｓ１６は非
球面であり、その非球面係数は以下の通りである。ただ
し、非球面式は次の通りである。

【００３２】 ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ²／ｒ²）｝^1/2］ ＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰ 第６面ｓ６ Ｒ＝１９．３６０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝−２．６４７３×１０^-6、Ｂ＝−４．１２０８×１０^-8 Ｃ＝ １．３５９１×１０^-10、Ｄ＝−７．１１６４×１０^-13 第１５面ｓ１５ Ｒ＝５８．８４０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝５．０１２２×１０^-6、Ｂ＝１．９００７×１０^-8 Ｃ＝４．６３９１×１０^-10、Ｄ＝５．０１１５×１０^-12 第１６面ｓ１６ Ｒ＝−４４．４１０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝２．５８１３×１０^-5、Ｂ＝９．２３４８×１０^-9 Ｃ＝８．４１３２×１０^-10、Ｄ＝３．７５９９×１０^-12 本例の投写レンズの諸数値は以下の通りである。 ＦＮｏ ２．１ 画角 ７０．６° レンズシステムの焦点距離ｆ ２１.２５ｍｍ １群の焦点距離ｆ１ −１３.３３ｍｍ ２群の焦点距離ｆ２ ２０.２３ｍｍ ３群の焦点距離ｆ３ ４５.７４ｍｍ 全系の長さＬ １０９.７ｍｍ １、２群の長さＬｏ ７９.７ｍｍ したがって、上記の式（Ａ）および（Ｂ）に定義したパ
ラメータは以下のようになる。 式（Ａ） ｆ２／ｆ ＝ ０．９５ 式（Ｂ） Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ） ＝２．６６

【００３３】このように、本例の投写用レンズ５は、負
のパワーの第１のレンズ群Ｇ１と、正のパワーの第２の
レンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３が組み合わされ
たレトロフォーカス型の３群のレンズであり、第３のレ
ンズ群Ｇ３がＤＭＤ２のカバーガラスＣの直前に配置さ
れ、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との間で
急激に光束を屈折する構成になっている。したがって、
出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間隔Ｌｇは１
８ｍｍ程度に縮めることができ、その一方で、入力端レ
ンズＬ２５は半径が９ｍｍ以下の小さなものになる。こ
のため、投写レンズ５の全長を１１０ｍｍ以下にするこ
とができる。さらに、入力端レンズＬ２５が小径となる
ので、それに並べて照明光学系３のミラーなども設置す
ることが可能となり、照明光学系３も含めてコンパクト
な配置を実現することができる。

【００３４】入力端レンズＬ２５は小径の凹レンズにす
ることにより無効光を排除するが、周辺光は回収あるい
は飲み込みやすい構成となる。したがって、入力端レン
ズが９ｍｍ（半径）以下で、最大レンズ径（半径）が２
１ｍｍ強という小径のレンズシステムでありながらＦナ
ンバーが２．１と非常に明るいレンズシステムを実現し
ている。

【００３５】さらに、第１のレンズ群Ｇ１では、スクリ
ーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１３
を組み合わせて使うことにより、広角なレンズとなって
おり、画角が７０度以上と非常に大きい。このため、本
例の投写レンズシステムは、コンパクトで大きく明るい
画像を表示することができる、コンパクトなプロジェク
タに最適の投写レンズである。

【００３６】また、第１のレンズ群Ｇ１の第６面と、第
２のレンズ群Ｇ２の第１５および１６面とを非球面にす
ることにより、１１枚構成という少ない枚数でＦナンバ
ーが小さいにも関わらず、良好な収差補正を実現してい
る。これもレンズシステムの全長Ｌを１１０ｍｍ程度に
収めることができた重要な要因となっている。すなわ
ち、レンズの全長を短縮し、最大レンズ径を小径にしよ
うとすると、軸外コマ収差、非点収差および像面湾曲が
大きくなる。また、Ｆナンバーを明るくしようとする
と、軸外コマ収差が増大する。それを、第１のレンズ群
Ｇ１の非球面ｓ６で軸外を主に補正し、第２のレンズ群
Ｇ２の非球面ｓ１５およびｓ１６で主に球面収差の補正
を行い、コンパクトでＦナンバーが小さく明るく、さら
に、収差の少ないレンズシステムを実現している。

【００３７】さらに、本例の投写用レンズ５は、先に説
明した式（Ａ）および式（Ｂ）の条件も満足するように
設計されており、１１枚構成のレンズであるにも関わら
ず収差性能も以下の各図に示すように投写用レンズとし
て非常に性能の良いものとなっている。

【００３８】図３に、この投写用レンズの球面収差、非
点収差および歪曲収差を示してある。球面収差は、６３
２．８ｎｍ（破線）、５８７．５６ｎｍ（実線）および
４８６．１３ｎｍ（二点鎖線）の各波長における値を示
している。また、図４に、この投写レンズの横収差を示
してある。これらの図に示してあるように、本例の投写
用レンズ５の縦収差は、±０．２ｍｍ程度の範囲に十分
に収まり、横収差は±０．０２ｍｍ程度の範囲に収ま
る。この収差性能は液晶パネルをライトバルブとして採
用したプロジェクタのテレセントリックタイプで、１０
数枚構成の高性能なレンズ以上であり、本例の投写用レ
ンズの収差性能が非常に優れていることが判る。

【００３９】このように、本例の投写用レンズ５は、Ｄ
ＭＤ２により形成された映像をスクリーンに投写する条
件を満たしたコンパクトなレンズであり、さらに、ＦＮ
ｏが２．１と非常に明るく、諸収差も良好に補正された
結像性能の高い投写用レンズである。そして、第３のレ
ンズ群Ｇ３が照明系としても作用するため、照明光学系
をコンパクトにできるというメリットも備えており、本
例の投写用レンズ５を搭載することにより、ＤＭＤ２の
特性を生かした高解像度で明るい画像を投影できるコン
パクトなプロジェクタ１を提供できる。 （実施例２）図５に、本発明に係る投写用レンズの他の
実施例を示してある。本例のレンズ５も１１枚のレンズ
Ｌ１１〜Ｌ３１を用いた３群構成のレンズであり、個々
のレンズのタイプは、第２のレンズ群Ｇ２のレンズＬ２
１およびＬ２４が両凸の正レンズであることを除き上記
のレンズシステムと同じである。

【００４０】本例のレンズデータは以下の通りである。
なお、以下の各実施例における各符号は上記の実施例１
のものと共通であり以降では説明を省略する。 レンズデータ（Ｎｏ．２） No. ri Typ di Hi ni vi 1 43.37000 SPH 2.00000 20.90 1.80420 46.50 レンズＬ１１ 2 22.03000 SPH 6.43000 17.55 3 63.51000 SPH 4.60000 17.50 1.80609 33.27 レンズＬ１２ 4 -339.45000 SPH 0.20000 17.05 5 115.50000 SPH 2.05000 16.00 1.77250 49.62 レンズＬ１３ 6 19.38000 *ASP 6.13000 13.70 7 558.88000 SPH 3.30000 13.65 1.84666 23.78 レンズＬ１４ 8 -86.23000 SPH 2.71000 13.55 9 -27.06000 SPH 1.90000 13.50 1.84666 23.78 レンズＬ１５ 10 162.29000 SPH 5.23000 14.40 11 269.50000 SPH 7.15000 16.30 1.74330 49.22 レンズＬ２１ 12 -31.25000 SPH 0.20000 16.60 13 57.82000 SPH 4.60000 15.70 1.80609 33.27 レンズＬ２２ 14 -267.03000 SPH 23.61000 15.40 15 64.38000 *ASP 3.00000 8.75 1.74330 49.33 レンズＬ２３ 16 -64.04000 *ASP 0.20000 8.60 17 553.14000 SPH 4.60000 8.55 1.80420 46.50 レンズＬ２４ 18 -16.93000 SPH 1.80000 8.60 1.72824 28.32 レンズＬ２５ 19 30.02000 SPH 20.00000 8.75 20 33.00000 SPH 12.00000 20.00 1.63854 55.45 レンズＬ３１ 21 Flat SPH 4.50000 20.00 22 Flat SPH 3.00000 20.00 1.48749 70.44 カバーガラスＣ 23 Flat SPH 1.62000 20.00 また、上記と同様に第６、１５および１６面が非球面で
ある。

【００４１】 第１６面ｓ６ Ｒ＝１９．３６０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝−２．１６３９×１０^-6、Ｂ＝−４．１７０２×１０^-8 Ｃ＝ １．３５９４×１０^-10、Ｄ＝−７．２９４７×１０^-13 第１５面ｓ１５ Ｒ＝６４．３８０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝１．９２４９×１０^-5、Ｂ＝１．１５２８×１０^-7 Ｃ＝８．５６２３×１０^-10、Ｄ＝８．２８１７×１０^-12 第１６面ｓ１６ Ｒ＝−６４．０４０ Ｋ＝０．００００ Ａ＝３．５０７０×１０^-5、Ｂ＝１．１９９８×１０^-7 Ｃ＝９．４６４８×１０^-10、Ｄ＝１．１３３９×１０^-11 本例の投写レンズの諸数値は以下の通りである。 ＦＮｏ ２．１ 画角 ７０．７° レンズシステムの焦点距離ｆ ２１.２５ｍｍ １群の焦点距離ｆ１ −１３.４７ｍｍ ２群の焦点距離ｆ２ ２１.９５ｍｍ ３群の焦点距離ｆ３ ５１.６８ｍｍ 全系の長さＬ １１１.７ｍｍ １、２群の長さＬｏ ７９.７ｍｍ したがって、上記の式（Ａ）および（Ｂ）に定義したパ
ラメータは以下のようになる。 式（Ａ） ｆ２／ｆ ＝ １．０９ 式（Ｂ） Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ） ＝２．４９

【００４２】本例の投写レンズ５も、入力端レンズＬ２
５がライトバルブ側に凹の負レンズであり、入力側をテ
レセントリックにするのに適した構成のレンズシステム
である。そして、スクリーン側が凸となった共用レンズ
群５ａの凸レンズＬ３１と組み合わせることにより、出
力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間で急激に屈折
する光路を形成している。このため、出力レンズ群５ｂ
と共用レンズ群５ａとの間隔Ｌｇは２０ｍｍに短くで
き、全長が１１２ｍｍ程度で、入力端レンズＬ２５の径
は８．７５ｍｍ（半径）と小さく、最もスクリーン側の
最大のレンズ径が２０．９ｍｍ（半径）とコンパクトな
投写レンズを提供できる。また、Ｆナンバーは上記と同
様に２．１と非常に明るく、画角も７０．６度と非常に
大きい。さらに、図６に、球面収差、非点収差および歪
曲収差を示し、図７に横収差を示してあるように収差は
良好に補正されている。たとえば、縦収差は±０．２ｍ
ｍ程度の範囲に収まり、横収差は±０．０２ｍｍ程度の
範囲に収まる。したがって、本例の投写レンズシステム
５も、ＤＭＤ２を用いたコンパクトなプロジェクタ１に
最適な投写レンズである。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の投写レ
ンズシステムは、ＤＭＤなどの光を反射して画像を形成
する光変調器を用いたプロジェクタに適した投写用レン
ズシステムであり、光変調器の側に配置され、照明光お
よび投影光が通過する共用レンズ群と、スクリーン側に
配置され、投影光のみが通過する出力レンズ群を備えて
いる。そして、共用レンズ群を正の屈折力とし、出力レ
ンズ群の入力端レンズを光変調器側に凹の負レンズとす
ることにより、共用レンズ群と出力レンズ群との間隔を
縮め、周辺光量も確保できるので、コンパクトで明るい
投写用レンズシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプロジェクタ装置の概略構成を示
す図である。

【図２】本発明の実施例１に係る投写用レンズシステム
の構成を示す図である。

【図３】図２に示すレンズの縦収差図である。

【図４】図２に示すレンズの横収差図である。

【図５】本発明の実施例２に係る投写用レンズシステム
の構成を示す図である。

【図６】図５に示すレンズの縦収差図である。

【図７】図５に示すレンズの横収差図である。

【符号の説明】

１ プロジェクタ ２ ＤＭＤ ３ 照明システム（照明光学系） ５ 投写用レンズシステム ５ａ 共用レンズ群５ａ 出力レンズ群 ９ スクリーン

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系からの照明光の反射方向を変
   えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器からの
   投影光をスクリーンに投写する投写レンズシステムであ
   って、 前記光変調器の側に配置され、前記照明光および投影光
   が透過する正の屈折力の共用レンズ群と、 前記投影光のみが透過する出力レンズ群とを有し、 前記出力レンズ群の最も前記共用レンズ群の側の入力端
   レンズは負の屈折力のレンズである投写レンズシステ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記共用レンズ群の
   最も前記出力レンズ群の側の出力端レンズは前記スクリ
   ーン側に凸の正の屈折力のレンズであり、前記入力端レ
   ンズは前記光変調器の側に凹のレンズである投写レンズ
   システム。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記出力レンズ群は
   複数のレンズ群を備えており、それらの内の最も前記共
   用レンズ群の側の入力サブレンズ群は正の屈折力を具備
   し、その入力サブレンズ群の最も前記共用レンズ群の側
   の前記入力端レンズは負の屈折力のレンズである投写レ
   ンズシステム。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記出力レンズ群
   は、前記入力サブレンズ群と、その前記スクリーン側の
   負の屈折力の出力サブレンズ群との２群構成である投写
   レンズシステム。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記入力サブレンズ
   群は少なくとも１枚の非球面レンズを具備し、前記出力
   サブレンズ群は少なくとも１枚の非球面レンズを具備し
   ている投写レンズシステム。
6. 【請求項６】 請求項４において、前記出力サブレンズ
   群がフォーカシングする投写レンズシステム。
7. 【請求項７】 請求項４において、該投写レンズシステ
   ムの合成焦点距離ｆと、前記入力サブレンズ群の合成焦
   点距離ｆ２が次の式を満たす投写レンズシステム。 ０．７５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ １．３５
8. 【請求項８】 請求項４において、該投写レンズシステ
   ムの全長Ｌと、前記出力レンズ群の全長Ｌｏが次の式を
   満たす投写レンズシステム。 ２．４ ＜ Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ） ＜ ２．８
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の投
   写レンズシステムと、前記光変調器と、前記照明光学系
   とを有するプロジェクタ装置。