JP2004004964A - 投影レンズおよびプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　高解像度の液晶プロジェクタ装置に適した高性能で、簡易な構成の投影レンズを提供する。
【解決手段】　スクリーン９の側に順に負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２、負の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３および正の屈折率の第４のレンズ群Ｇ４を備えた投影レンズであって、第１のレンズ群Ｇ１を非球面レンズにすることにより一枚構成とし、第２のレンズ群Ｇ２も一枚構成となる、簡易な構成で、性能の良い投影レンズ１０を提供できる。したがって、本発明の投影レンズ１０を用いることにより、今後、パーソナルコンピュータの出力装置などとしてライトバルブが高解像度化するのに十分に対応でき、さらに、小型軽量で、低コストで供給可能なプロジェクタ装置８を提供することができる。
【選択図】　　　　図９

Description

　本発明は、ライトバルブ表示された像をスクリーン上に拡大投影するプロジェクタ装置の投影レンズに関し、特に、液晶カラープロジェクタ装置に好適な投影レンズに関するものである。

　図１３に、一般的な３板式の液晶プロジェクタの概略構成を示してある。画像をスクリーンなどに拡大投影可能なプロジェクタ装置８は、一般に入射側から供給された画像をスクリーンに向かって投影する投写用ズームレンズ１と、この投写用ズームレンズ１に画像を供給する画像形成装置７とを備えている。液晶プロジェクタ装置の場合は、画像形成装置７のライトバルブとして液晶パネルが採用されており、図１３に示したプロジェクタ装置８においては、白色光源６と、この光源６から放射された光を色分解するダイクロイックミラー５Ｒおよび５Ｇと、赤色、緑色および青色に色分解された各色の画像を形成する透過型表示媒体（ライトバルブ）である液晶パネル３Ｂ、３Ｇおよび３Ｒとを備えている。これらの液晶パネル３Ｂ、３Ｇおよび３Ｒによって形成された投写用の画像は反射ミラー４によってダイクロイックプリズム２に導かれ、色合成された後、投写用レンズ１に入射される。そして、各液晶ライトバルブ３Ｂ、３Ｇおよび３Ｒに表示された画像が拡大および合成されてスクリーン９の上に結像される。

　このような液晶プロジェクタに用いられる投写用（投影用）ズームレンズは、ダイクロイックプリズム２を挿入するために長いバックフォーカスが必要であり、さらに、ダイクロイックプリズムが分光特性上、入射角の依存性が大きいので液晶パネル側の構成はテレセントリックな光線にしなくてはならない。また、上記の３板式の画像形成装置に限らず、液晶ライトバルブを用いる場合は、液晶パネルの視角がそれほど大きくなく、画質の角度依存性が大きいので投写用レンズの入射側はテレセントリックであることが望ましい。

　さらに、近年、このような液晶プロジェクタはコンピュータの表示装置として多用されており、投写画像の色ずれは厳しく制限され、たとえば、色収差が液晶の１画素程度以内に収まるような高い性能が投写用レンズに要求されている。加えて、パーソナルコンピュータのディスプレイアダプタが従来のＶＧＡから、ＳＶＧＡさらにはＸＧＡと高解像度化されているために、色収差の許容値はいっそう厳しくなる傾向にある。色ずれを小さくするためには色消し用のレンズを付加する必要があるので、投写用レンズの構成枚数は増える。したがって、投写用レンズは大型で、重く、さらに高価なものになってしまう。また、投写用レンズの構成枚数が増加すると、明るく大きな画像を得ることが難しくなるので、口径が大きく、透過率の高いレンズを採用する必要があり、投写用レンズはさらに大きく、重く、また、高価になってしまう。

　その一方で、パーソナルコンピュータの出力装置として小型で手軽に利用でき、さらに、低コストで供給可能なプロジェクタ装置が強く要望されている。そして、そのようなプロジェクタ装置の性能として、上記のようなコンピュータの出力装置として十分な性能、特に色ずれのない明るく大きな画像を近距離で得られることが要求されていることは言うまでもない。

　そこで、本発明は、少ない構成枚数で、性能のよい投影レンズを提供することを目的としている。そして、パーソナルコンピュータなどの出力装置として十分な結像性能を備えた軽くコンパクトであり、低コストで供給可能なプロジェクタ装置を提供することを目的としている。

　このため、複数のレンズ群を有する投影レンズにおいて、最もスクリーン側の第１のレンズ群に非球面レンズを用いる。レンズの口径が大きくなり、スクリーン側に最も近く結像性能に影響を与える第１のレンズ群に非球面レンズを用いることにより、第１のレンズ群を一枚構成にすることが可能となる。したがって、少ない構成枚数で、性能のよい投影レンズを提供することができる。さらに、第１のレンズ群に続く、第２のレンズ群も一枚構成にすることができる。

　投影レンズとしては、スクリーン側から順に、負の屈折力で一枚構成の第１のレンズ群と、正の屈折力で一枚構成の第２のレンズ群と、負の屈折力の第３のレンズ群と、正の屈折力の第４のレンズ群とを備えていることが望ましい。負−正−負−正の４つのレンズ群によって構成されることで、レトロフォーカス型の組合せになるので長いバックフォーカスが確保でき、入射側をテレセントリックにしやすく、特に、液晶ライトバルブと組み合わせやすい投影レンズを提供できる。また、第４のレンズ群をスクリーン側の前群と、入射側の後群とに分けて、正の屈折力の第４のレンズ群と、正の屈折力の第５のレンズ群とを備えた構成にすることも可能である。

　さらに、この投影レンズにおいては、第２および第３のレンズ群を移動することによりズーミングができる簡易な構成であり、ズームレンズとしても十分な結像性能を得ることができる。第４のレンズ群をスクリーン側の前群と、入射側の後群とに分けた５群構成では、ズーミングするときに前群（第４）および後群（第５）の間隔を制御することにより、結像性能を向上することができる。

　本発明により、投影レンズを少ないレンズ枚数の構成で実現でき、コンパクトでありながら十分な広角性能を持ち、さらに明るくＦ値の小さな投影レンズを提供することができる。このため、本発明の投影レンズと、この投影レンズの入射側に投写用の画像を供給可能な、液晶ライトバルブなどの画像形成装置とを有するプロジェクタ装置により、短い投影距離で明るい大画像を投写できる小型のプロジェクタ装置を提供することができる。

　本発明により、構成枚数が少なく簡易な構成でありながら、高性能の投影レンズを提供でき、今後、パーソナルコンピュータの出力装置などとして液晶等の画像形成装置のライトバルブが高解像度化するのに十分に対応でき、さらに、小型軽量で、低コストで供給可能なプロジェクタ装置を提供することができる。

［参考例１］
　図１に、本発明の実施例を説明するための参考例１に係る投写用ズームレンズ１を用いたプロジェクタの光学系を示してある。また、図２に、本例の投写用ズームレンズ１が、拡大表示する状態である広角端（ａ）、標準状態である望遠端（ｃ）および中間の状態（ｂ）における各レンズの位置を示してある。例示したプロジェクタ８の全体的な構成は図１３に基づき説明したものと同様であり、その光学系のうち、投写用ズームレンズに関する部分を図１に抜き出して示してある。本図に示したプロジェクタ装置８においては不図示の光源からの光が赤色、緑色および青色に分割され、画像形成装置であるそれぞれの液晶パネル３Ｒ、３Ｇおよび３Ｒを通りダイクロイックプリズム２によって合成され、さらに、投写用ズームレンズ１によってスクリーン９に投写される。このようにして、スクリーン９には、液晶パネル３Ｒ、３Ｇおよび３Ｒに形成された画像が合成されたカラー画像が形成される。本例の投写用ズームレンズ１は、ダイクロイックプリズム２のスクリーン９に配置された各光束Ｒ光、Ｇ光およびＢ光に共通の投影レンズ１０と、ダイクロイックプリズム２の赤色Ｒの光源側に配置された補助レンズ１１Ｒと、ダイクロイックプリズム２の青色Ｇの光源側に配置された補助レンズ１１Ｂとを備えている。

　本例の投写用ズームレンズ１の投影レンズ１０は、スクリーン９の側から４つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４にグループ分けされた８枚のレンズＬ１１〜Ｌ４４によって構成されており、各レンズの詳細なデータは以下に示した通りである。最もスクリーン９の側に配置された第１のレンズ群Ｇ１は、負の屈折力を備えたレンズ群であり、本例では、スクリーン９の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１の１枚構成となっている。この第１のレンズ群Ｇ１は変倍中に位置が動かされることはない。

　次に配置された変倍用の第２のレンズ群Ｇ２は、正の屈折力を備えたレンズ群であり、本例では、両凸の正レンズＬ２１の１枚構成となっている。この変倍用の第２のレンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端に向かって入射側から反対のスクリーン９の側に向かって光軸上を移動し、所定の倍率の投写画像がスクリーン上に得られるようになっている。これに続く第３のレンズ群Ｇ３は、変倍時に光軸に沿って移動する補正用のレンズ群であり、負の屈折力を備えたレンズ群が採用されている。本例の投写用ズームレンズ１では、スクリーン側に凸の正レンズＬ３１と、両凹の負レンズＬ３２との組合せで構成されている。

　投写用ズームレンズ１の投影レンズ１０のうち、最も入射側の第４のレンズ群は、全体が正の屈折力のレンズ群であり、スクリーン側からダブレットをなす両凹の負レンズＬ４１および両凸の正レンズＬ４２と、入射側に凸の正レンズＬ４３、およびスクリーン側に凸の正レンズＬ４４で構成されている。

　さらに、本例の投写用ズームレンズ１は、補助レンズ１１として、Ｒ光側に弱いパワーの入射側に凸の正レンズ１１Ｒがダイクロイックプリズム２の面にほぼ密着するように配置され、Ｂ光側に弱いパワーの入射側に凹の負レンズ１１Ｂが同様に配置されている。そして、Ｇ光側には補助レンズが設けられていない。このように、補助レンズ１１Ｒおよび１１Ｂは、それぞれの波長に適した異なった曲率が付加されており、これによってその波長に適した補正を行って投影レンズ１０で倍率色収差が発生するのを未然に防止するようにしている。

　このような本例の投写用ズームレンズ１は、投影レンズ１０が負−正−負−正の４つのレンズ群によって構成されており、レトロフォーカス型の組合せになるので長いバックフォーカスが確保でき、入射側がテレセントリックとなった投写用ズームレンズ１となっている。従って、上述したように、ダイクロイックプリズム、あるいは液晶パネルをライトバルブに用いたプロジェクタ８に適した投影用のズームレンズとなっている。また、本例の投写用ズームレンズ１は、負の屈折力のレンズ群Ｇ１がスクリーン側に先行して設けられているので大きな画角が得られ、広角性能の優れた小型で大きな画像を投写できるズームレンズである。

　さらに、本例の投写用ズームレンズ１においては、倍率色収差を補正するために弱いパワーの補助レンズ１１Ｒおよび１１Ｂを設けてあるので、投影レンズ１０においては、第１のレンズ群Ｇ１および第２のレンズ群Ｇ２が一枚構成であり、色消し用としてパワーの異なる複数のレンズの組み合わせ、あるいは、ダブレットをなす複数レンズの組み合わせが採用されていない。また、第３のレンズ群Ｇ３も色消し用にダブレットとする構成は採用されていない。したがって、投影レンズ１０は８枚構成というほぼ最小の構成で実現されており、コンパクトでありながら十分な広角性能を持ち、さらに明るくＦ値の小さな投写用ズームレンズ１を実現することができる。このため、本例の投写用ズームレンズ１を用い、短い投影距離で明るい大画像を投写できる小型のプロジェクタ装置８を提供することができる。

　従来の投写用レンズにおいてはレンズ群などの単位でパワーの異なるレンズを組み合わせて色消しを行っていた。これに対し、本例においては、３板式のプロジェクタ装置などでは各色の画像が形成されることに着目し、各色の光束に倍率色収差を補正できる程度で結像性能に影響を与えない程度のパワーの補正レンズを個々に挿入することにより色消しを行い、投影レンズ側で色収差補正するための負荷を大幅に小さくしている。すなわち、この投写用ズームレンズは、入射側がテレセントリックとなったカラー画像の投写用ズームレンズであって、スクリーン側に配置された赤色、緑色および青色の光束に共通する複数枚構成のズーミング可能な投影レンズと、赤色または青色の光源側に配置された補助レンズとを有することを特徴としている。

　赤色あるいは青色の光束を基準として他の色の光束を補正するように補助レンズを設けてももちろん良い。可視光の中央領域である緑色の光束を基準として、赤色、青色またはその両方の光束に倍率色収差の補正ができる程度のパワーの補助レンズを設けることにより、結像性能に影響を及ぼさずに倍率色収差の補正が可能である。そして補助レンズにより、投影レンズに対して色ずれが少なくなるように色毎にすでに補正された光束を入射することができる。したがって、投影レンズでは倍率色収差の補正を厳しく行う必要がないので、少ない構成枚数の投影レンズによって明瞭で色ずれの非常に少ない画像を投写することが可能となる。このため、コンパクトで軽く、さらに、明るい画像が得られる投写用ズームレンズを提供することができる。また、投影レンズにおいて倍率色収差の補正を行うために従来用いていた高屈折率なガラスレンズや異常分散性のガラスレンズなどの高価なレンズも不要となる。したがって、この投写用ズームレンズと、この投写用ズームレンズの入射側に赤色、緑色および青色の各々の投写用の画像を供給可能な液晶パネルなどの画像形成装置とを備えたプロジェクタ装置は、色ずれがなくクリアな画像を投写でき、パーソナルコンピュータなどの出力装置として十分な結像性能を発揮できる。そして、軽くコンパクトなプロジェクタ装置として低コストで供給することができる。

　このような投写用ズームレンズは、３レンズ方式のプロジェクタ装置に対してもちろん適用できるが、ダイクロイックミラーあるいはダイクロイックプリズムを用いた１レンズ方式のプロジェクタ装置であれば、投影レンズは１つですむ。投写用の画像を１つに合成可能なダイクロイックプリズムを用いたプロジェクタ装置においては、投影レンズをダイクロイックプリズムのスクリーン側に配置し、補正レンズをダイクロイックプリズムの各々の光束の画像形成装置側に配置することが可能である。したがって、この投写用ズームレンズを、ダイクロイックプリズムの画像形成装置側に新たに薄い補助レンズが付加された、ほとんどプロジェクタ装置の基本的な構成には影響を与えない配置で導入することができる。

　この投写用ズームレンズに用いられる補助レンズは、結像性能に影響がでない程度の非常に弱いパワーであることが望ましいので、補助レンズは一枚構成で十分である。したがって、投影レンズと補助レンズという組み合わせであってもパワーの弱いレンズを一枚追加するだけで良く、従来の投写用レンズよりも簡易な構成で実現できる。

　また、補助レンズは液晶パネルに近い位置に配置されるので、液晶パネルと同程度の材質、すなわち、プラスチック製のレンズを採用することも可能である。さらに、面精度も液晶パネルと同程度で問題はなく、従来の投写用ズームレンズに用いられるレンズの数十分の１、数百分の１あるいはそれ以下の面精度のレンズでも十分な性能を発揮できる。したがって、補助レンズを追設してもコストあるいは投写用ズームレンズの配置などに与える影響はなく、後述するように投影レンズの構成を簡略化できるので、それに伴う効果を最大限に引き出すことができる。

　さらに、補正レンズで色収差の補正が行われているので、投影レンズの構成枚数を少なくすることができ、投写用レンズ全体としては従来の投写用レンズよりも少ない枚数で同等あるいはそれ以上の結像性能、特に、倍率色収差の補正能力の高い投写用ズームレンズを提供できる。

　また、以下の実施例で示すように、第１のレンズ群を非球面にすることによって性能を向上することができる。この投写用ズームレンズは、構成枚数が少なく明るい画像が得られる構成なので、プラスチックレンズを多用することが可能であり、コストを下げることができると共に非球面を導入して容易に結像性能を向上できる。

　さらに、本例の投写用ズームレンズ１においては、投影レンズ１０の波長５４６．１ｎｍのＧ光の焦点距離ｆｅと、投影レンズ１０の波長６１０ｎｍのＲ光または波長４６０ｎｍのＢ光の焦点距離ｆｃと、補助レンズ１１Ｒまたは１１Ｂの焦点距離ｆｃｈとが次の式を満たすようにして、補助レンズ１１により十分な倍率色収差補正ができると共に、投影レンズ１０の結像性能には影響を与えず、良好な結像性能を持った投写用ズームレンズ１が選られるようにしている。

　　　２５０　＜｜（ｆｃ−ｆｅ）×ｆｃｈ｜＜　１０００　　・・・（１）
　可視光の中央領域の緑色の光束（本明細書ではＧ光）に相当する波長５４６．１ｎｍの投影レンズの焦点距離ｆｅと、他の色の光束（波長６１０ｎｍは赤色の光束（Ｒ光）、波長４６０ｎｍは青色の光束（Ｂ光））に相当する波長の投影レンズの焦点距離ｆｃとの差と、補助レンズの焦点距離ｆｃの積の絶対値が（１）式の下限を下回ると、望遠端における倍率色収差の補正が困難となり、さらに、補助レンズに結像レンズとしての効果が現れて投写用レンズの結像性能に影響が現れてしまう。一方、（１）式の上限を上回ると、補助レンズとしての性能が不足し倍率色収差の除去効果が得られず、広角端における倍率色収差の除去ができなくなってしまう。

　また、投影レンズ１０の第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と、第２群のレンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２とが次の式を満たすようにして収差補正が良好な投写用ズームレンズが選られるようにしている。

　　　−２．５　＜（ｆ１／ｆ２）＜　−０．５　　　　　　　・・・（２）
　投影レンズの第１のレンズ群の焦点距離ｆ１と、第２のレンズ群の焦点距離ｆ２との比が（２）式の下限を下回ると、像面湾曲が発生しやすくなり投影レンズ側の結像性能が低下するので広角端から望遠端にわたる全域で倍率色収差が発生してしまう。一方、（２）式の上限を上回ると投影レンズのバックフォーカスが長く取れずにテレセントリックな光学系としての性能を得ることが難しくなり、また、歪曲収差が発生して易くなる。

　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面の曲率半径、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、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）、νｉ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、本例の投写用ズームレンズ１は、第２のレンズ群Ｇ２の入射側に絞りＳを設けてあり、絞りＳと両側のレンズ面との距離も記載している。以下に示す各実施例のレンズデータについても同様である。また、データ内のＩＮＦは絞りおよびプリズムの面を示しており、長さの単位は特記しない限りｍｍで記載してある。
レンズデータ
　ｉ　　　ｒｉ　　　　ｄｉ　　　ｎｉ　　　νｉ
　1:　　　103.587 　　10.00 1.71736　　29.50 レンズＬ11
　2:　　　 28.697 　　 D2
3:　 65.150 4.80 1.72916　 54.67 レンズＬ21
4: -81.448 0.20
　5:　　 INF　　 D5 絞りＳ
6: 62.453 3.50 1.84666 23.78 レンズＬ31
7: 218.722 14.90
8: -57.895 2.00 1.78590 43.93 レンズＬ32
9: 54.256 D9
10: -55.451 2.40 1.84666 23.78 レンズＬ41
11: 56.907 10.10 1.56384 60.83 レンズＬ42
12: -36.757 0.20
13: 231.976 6.60 1.67003 47.20 レンズＬ43
14: -74.886 0.20
15: 57.964 7.10 1.67003 47.20 レンズＬ44
16: 18608.827
17: INF 33.00 1.51680 64.20 プリズム
18: INF
19R: INF 1.00 1.51680 64.20 補助レンズ11R
19G: INF
19B: INF 1.00 1.51680 64.20 補助レンズ11B
20R: -1600
20B: 850

ズーム状態　　ｆ　　　　 D2 　 D5　　　　 D9 　ＦNo．
広角端　　　　37.38 41.36 　　 0.80 10.31 　　2.50
中間　　　　　43.0 35.05 　　 9.22 8.20 　　2.70
望遠端　　　　48.7 35.05 　　 18.31 4.11 　　2.90

波長546.1 ｎｍの焦点距離（ｆｅ）　　　　　　　　　37.40
波長610 ｎｍの補助レンズ以外の焦点距離（ｆｃ１）　37.55
波長610 ｎｍの補助レンズの焦点距離（ｆｃｈ１）　3101.3
波長460 ｎｍの補助レンズ以外の焦点距離（ｆｃ２）　37.13
波長460 ｎｍの補助レンズの焦点距離（ｆｃｈ２）‐1620.8
第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離（ｆ１）　　　　　 -58.15
第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離（ｆ２）　　　　　　 50.12

（１）式は 610 ｎｍについて（ｆｃ１−ｆｅ）×ｆｃｈ１＝465.2
　　　　　　460 ｎｍについて（ｆｃ２−ｆｅ）×ｆｃｈ２＝437.6
（２）式は　　　　　　　　　　ｆ１／ｆ２ ＝　-1.16
であり、上述した条件を満足する投写用ズームレンズである。

　なお、レンズ間隔Ｄ２は、レンズ先端から２．４ｍの位置に結像したときの数値を示してあり、以下の実施例においても同様である。

　図３に本例の投写用ズームレンズの広角端（ａ）、中間（ｂ）および望遠端（ｃ）における球面収差、非点収差ならびに歪曲収差をそれぞれ示してある。球面収差図においてはＲ光（６２０．０ｎｍ）を破線、Ｇ光（５４６．１ｎｍ）を実線およびＢ光（４６０．０ｎｍ）を一点鎖線で各波長の収差を示し、非点収差図においてはタンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）を示してある。また、非点収差および歪曲収差は像高さを縦軸に対して示してある。さらに、図４に本例の投写用ズームレンズの広角端（ａ）、中間（ｂ）および望遠端（ｃ）における倍率色収差を示してあり、Ｒ光（破線）とＢ光（一点鎖線）の倍率色収差（横の色収差）をＧ光（実線）を基準とし、像高さを縦軸として示してある。なお、以下の各実施例においても同様である。

　本例の投写用ズームレンズは、焦点距離の範囲が３７．４〜４８．７と短く、さらに、Ｆ値が２．５〜２．９と明るいレンズである。さらに、広角端、中間および望遠端の各状態における倍率色収差も極めて小さい範囲に収まっている。また、各状態における球面収差、非点収差および歪曲収差も十分に小さく実用上問題のない値であり、良好な結像性能を本例の投写用ズームレンズは備えている。このように、本例の投写用ズームレンズ１は、補正レンズ１１Ｒおよび１１ＢをＲ光およびＢ光を各々補正できるようにダイクロイックプリズム２の上流に設置することにより、投影レンズ１０で無理な色消しを行う必要がなくなる。したがって、８枚構成と低コストなタイプの投写用ズームレンズでありながら倍率色収差が小さく結像性能の良い投写用ズームレンズが得られており、画素の色ずれの少ない高解像度の画像をスクリーンに形成可能な投写用ズームレンズである。また、少ないレンズ枚数で色収差を補正できるので、小型軽量で、明るく、広角性能が向上するなどの上述したようなレンズ枚数を削減することによって得られるさまざまなメリットを備えた投写用ズームレンズを提供することができる。

［参考例２］
　図５に、本発明を説明するための参考例２に係る投写用ズームレンズ１を用いたプロジェクタ装置８の光学系を抜き出して示してある。また、図６に、広角端（ａ）、標準状態である望遠端（ｃ）および中間の状態（ｂ）における各レンズの位置を示してある。なお、以下においては、上記と共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。本例の投写用ズームレンズ１もダイクロイックプリズム２のスクリーン９の側に配置された投影レンズ１０と、ダイクロイックプリズム２の光源側に配置された補助レンズ１１を備えており、本例においては、Ｒ光用の補助レンズ１１Ｒのみを設置してある。また、投影レンズ１０は、上記と同様に４つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４にグループ分けされた８枚のレンズＬ１１〜Ｌ４４によって構成されており、第４のレンズ群Ｇ４を前群Ｇ４１（第４群）と後群Ｇ４２（第５群）に分け、ズーミング時に独立して光軸上を移動できるようにしている。このため、広角端から望遠端にわたり中間領域も含めて画像を表示する際に各々のレンズ群の適当な部分を用いて結像できるので、いっそう収差および像面湾曲を改善することが可能となる。特に、本例の投写用ズームレンズ１ではＢ光の倍率色収差を抑えて性能アップを図ることができるので、Ｂ光用の補正レンズを省いても十分な倍率色収差補正が可能であり、補正レンズ１１としてはＲ光用の１枚を配置してある。

　各レンズの詳細なデータは以下に示した通りである。
レンズデータ
　ｉ　　　ｒｉ　　　　ｄｉ　　ｎｉ　　　νｉ
　1:　　　80.338 2.00 1.67003 47.20 レンズＬ11
　2:　　　32.260 D2
3:　 53.072 4.80 1.58913 61.25 レンズＬ21
4: -85.750 1.20
　5:　　 INF　　 D5 絞りＳ
6: 33.484 4.20 1.80518 25.46 レンズＬ31
7: 103.223 6.70
8: 95.702 2.00 1.76182 26.61 レンズＬ32
9: 22.895 D9
10: -19.747 2.00 1.84666 23.78 レンズＬ41
11: 75.960 10.70 1.62041 60.34 レンズＬ42
12: -25.966 D12
13: -2531.677 6.30 1.74950 35.04 レンズＬ43
14: -60.454 0.20
15: 66.821 7.00 1.67003 47.20 レンズＬ44
16: -356.185
17: INF 33.00 1.51680 64.20 プリズム
18: INF
19R: INF 1.00 1.51680 64.20 補助レンズ11R
19G: INF
19B: INF
20R: -5700

ズーム状態　　ｆ　　　 D2 D5　　　 D9 　 D12 ＦNo．
広角端　　　　37.36 49.20 　 0.80 10.20 　　0.80 2.50
中間　　　　　43.0 39.50 　 7.75 9.83 　　3.92 2.66
望遠端　　　　48.7 31.76 　 17.87 6.85 　　4.53 2.82

波長546.1 ｎｍの焦点距離（ｆｅ）　　　　　　　　　 37.31
波長610 ｎｍの補助レンズ以外の焦点距離（ｆｃ１）　 37.36
波長610 ｎｍの補助レンズの焦点距離（ｆｃｈ１）　11048.5
第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離（ｆ１）　　　　　 -81.41
第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離（ｆ２）　　　　　　 56.15

（１）式は　610 ｎｍについて（ｆｃ１−ｆｅ）×ｆｃｈ１＝552.4
（２）式は　　　　　　　　　　ｆ１／ｆ２ ＝　-1.50
であり、上述した条件を満足するレンズである。

　図７に本例の投写用ズームレンズの広角端（ａ）、中間（ｂ）および望遠端（ｃ）における球面収差、非点収差ならびに歪曲収差をそれぞれ示し、また、図８にそれぞれの状態の倍率色収差を示してある。本例の投写用ズームレンズも投影レンズ１０が８枚構成の簡易で低コストな構成でありながら、倍率色収差は非常に狭い範囲に収められて倍率色収差除去が極めて良好に行われている投写用ズームレンズであることがわかる。また、図７に示した各収差の値は広角端、中間および望遠端のそれぞれにおいて実施例１よりもさらに良好な値となっており、結像性能の優れた投写用ズームレンズとなっていることがわかる。

　さらに焦点距離の範囲が３７．３６〜４８．７と短く、Ｆ値が２．５〜２．８２と明るいレンズであるので、小型軽量で、色ずれがなく、コンピュータの出力用として適した明るい高解像の画像を投写できる投写用ズームレンズを提供できる。

［実施例１］
　図９に、本発明の実施例に係る投写用ズームレンズ１を用いたプロジェクタ装置８の光学系を抜き出して示してある。また、図１０に、広角端（ａ）、標準状態である望遠端（ｃ）および中間の状態（ｂ）における各レンズの位置を示してある。本例の投写用ズームレンズ１も投影レンズ１０に加え、ダイクロイックプリズム２の光源側に配置された補助レンズ１１を備えており、Ｒ光用の補助レンズ１１Ｒのみを設置してある。また、投影レンズ１０は、上記と同様に、４つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４にグループ分けされた８枚のレンズＬ１１〜Ｌ４４によって構成されている。すなわち、最もスクリーン９の側に配置された第１のレンズ群Ｇ１は、負の屈折力を備えたレンズ群であり、本例では、スクリーン９の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１の１枚構成となっている。次に配置された第２のレンズ群Ｇ２は、正の屈折力を備えたレンズ群であり、本例では、両凸の正レンズＬ２１の１枚構成となっている。これに続く第３のレンズ群Ｇ３は、負の屈折力を備えたレンズ群が採用されている。本例の投影レンズ１０では、スクリーン側に凸の正レンズＬ３１と、負レンズＬ３２との組合せで構成されている。投影レンズ１０のうち、最も入射側の第４のレンズ群は、全体が正の屈折力のレンズ群であり、スクリーン側からダブレットをなす両凹の負レンズＬ４１および両凸の正レンズＬ４２と、入射側に凸の正レンズＬ４３、およびスクリーン側に凸の正レンズＬ４４で構成されている。第４のレンズ群Ｇ４は上述の投写用ズームレンズと同様に前群Ｇ４１（第４群）と後群Ｇ４２（第５群）に分けたタイプとなっている。さらに、本例の投写用ズームレンズは、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１１と、第２のレンズ群Ｇ２のレンズＬ２１としてプラスチック製のレンズを採用し、さらに、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１１のスクリーン側の面（Ｒ１）を非球面化している。

　このように、本例および上記参考例に係る投写用ズームレンズは、補助レンズ１１の採用により、投影レンズ１０の構成枚数を削減でき、さらに、各群を色消し用に２枚構成にしたり、ダブレットタイプのレンズを採用する必要がない。また、レンズの材質の選定も自由であり、本例のように第１および第２のレンズ群のような口径の大きなレンズに対しプラスチック製のレンズを採用していっそうのコストダウンを図ることができる。また、プラスチック製のレンズを採用することにより、レンズ面を非球面化することも容易であり、コストダウンを図ると共に投写用ズームレンズの結像性能をアップすることができる。

　各レンズの詳細なデータは以下に示した通りである。
レンズデータ
　ｉ　　　ｒｉ　　　　ｄｉ　　ｎｉ　　　νｉ
　1:　　　72.770 2.00 1.49140 57.82 レンズＬ11
　2:　　　26.840 D2
3:　 45.998 10.00 1.49140 57.82 レンズＬ21
4: -78.539 0.20
　5:　　 INF　　 D5 絞りＳ
6: 31.882 5.10 1.84666 23.78 レンズＬ31
7: 161.000 1.20
8: 134.695 6.00 1.76182 26.61 レンズＬ32
9: 21.745 D9
10: -18.813 2.00 1.84666 23.78 レンズＬ41
11: 96.720 9.60 1.62041 60.34 レンズＬ42
12: -24.788 D12
13: -926.987 6.30 1.74950 35.04 レンズＬ43
14: -67.514 0.20
15: 57.817 7.80 1.67003 47.20 レンズＬ44
16: -310.538
17: INF 33.00 1.51680 64.20 プリズム
18: INF
19R: INF 1.00 1.51680 64.20 補助レンズ11R
19G: INF
19B: INF
20R: -5700

ズーム状態　　ｆ　　　 D2 D5　 　 D9 　D12 ＦNo．
広角端　　　　37.40 52.81 　 0.80 13.82 　　0.80 2.50
中間　　　　　43.0 42.43 　 10.57 11.54 　　3.70 2.66
望遠端　　　　48.7 34.21 　 23.07 7.62 　　3.34 2.83

面１（レンズＬ１１）の非球面係数
Ｋ＝０．０００００
Ａ＝　０．９７２３９１×１０^-6　，Ｂ＝０．１９０３３６×１０^-8
Ｃ＝−０．３６７７８５×１０^-11 ，Ｄ＝０．３４０５０６×１０^-14
ただし、非球面式は次の通りである。
ｘ　＝　（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ² ／ｒ² ）｝^1/2 ］
　　＋　Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰　　　　　　　　　　・・・（３）

波長546.1 ｎｍの焦点距離（ｆｅ）　　　　　　　　　 37.405
波長610 ｎｍの補助レンズ以外の焦点距離（ｆｃ１）　 37.446
波長610 ｎｍの補助レンズの焦点距離（ｆｃｈ１）　11400
第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離（ｆ１）　　　　　 -87.46
第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離（ｆ２）　　　　　　 60.41

（１）式は　610 ｎｍについて（ｆｃ１−ｆｅ）×ｆｃｈ１＝467.4
（２）式は　　　　　　　　　　ｆ１／ｆ２ ＝　-1.45
であり、上述した条件を満足するレンズである。

　図１１に本例の投写用ズームレンズの広角端（ａ）、中間（ｂ）および望遠端（ｃ）における球面収差、非点収差ならびに歪曲収差をそれぞれ示し、また、図１２にそれぞれの状態の倍率色収差を示してある。本例の投写用ズームレンズも投影レンズ１０が８枚構成の簡易で、さらにプラスチック製のレンズを多用したローコストな構成でありながら、倍率色収差は非常に狭い範囲に収められて色ずれの極めて少ない投写用ズームレンズである。また、図１１に示した各収差の値は広角端、中間および望遠端のそれぞれにおいて実用上十分に良好な値となっており、結像性能の優れた投写用ズームレンズとなっていることがわかる。

　さらに、本例の投写用ズームレンズも焦点距離の範囲が３７．４０〜４８．７と短く、Ｆ値が２．５〜２．８３と明るいレンズである。

　以上に説明した投写用ズームレンズは、スクリーン側に設置される各色の光束に共通した構成の投影レンズと、各色の光束の光源側に個々に設置される補助レンズとを備えており、補助レンズの側で倍率色収差が発生しないように各波長の光束に適した補正を行った後に投影レンズに入射できるようにしている。したがって、投影レンズでは色収差補正の負担がなく、極めてシンプルで簡易な構成により高い結像性能を実現できる。このため、説明した投写用ズームレンズを用いることにより、構成枚数が少なく簡易な構成でありながら、高解像度に対応した倍率色収差の除去が可能であるという、従来の投写レンズでは相反する特性を両立させた投写用ズームレンズを提供することが可能となる。したがって、これらの投写用ズームレンズを用いることにより、今後、パーソナルコンピュータの出力装置などとして液晶等の画像形成装置のライトバルブが高解像度化するのに十分に対応でき、さらに、小型軽量で、低コストで供給可能なプロジェクタ装置を提供することができる。

本発明を説明するための参考例１の投写用ズームレンズの構成を示す図である。 図１に示す投写用ズームレンズの、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。 参考例１のレンズの諸収差図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 参考例１のレンズの倍率色収差を示す図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 本発明を説明するための参考例２の投写用ズームレンズの構成を示す図である。 図５に示す投写用ズームレンズの、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。 参考例２のレンズの諸収差図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 参考例２のレンズの倍率色収差を示す図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 本発明の実施例１の投写用ズームレンズの構成を示す図である。 図９に示す投写用ズームレンズの、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。 実施例１のレンズの諸収差図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 実施例１のレンズの倍率色収差を示す図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態の収差を示す図である。 液晶プロジェクタの構成例を示す図である。

符号の説明

１　　投写用ズームレンズ
２　　ダイクロイックプリズム
３　　液晶パネル
４　　反射ミラー
５　　ダイクロイックミラー
６　　光源
７　　画像形成装置
８　　プロジェクタ装置
９　　スクリーン
１０　　投影レンズ
１１　　補助レンズ

Claims (6)

1. 　複数のレンズ群を有する投影レンズであって、
   　最もスクリーン側の第１のレンズ群が非球面レンズを備えている投影レンズ。
2. 　請求項１において、前記第１のレンズ群は、負の屈折力で一枚構成である、投影レンズ。
3. 　請求項２において、正の屈折力で一枚構成の第２のレンズ群を備えている投影レンズ。
4. 　請求項１または２において、前記スクリーン側から順番に前記第１のレンズ群に続き、正の屈折力の第２のレンズ群、負の屈折力の第３のレンズ群および正の屈折力の第４のレンズ群の組み合わせ、または、正の屈折力の第２のレンズ群、負の屈折力の第３のレンズ群、正の屈折力の第４のレンズ群および正の屈折力の第５のレンズ群の組み合わせを有する投影レンズ。
5. 　請求項４において、前記第２および第３のレンズ群を移動することによりズーミングが可能なことを特徴とする投影レンズ。
6. 　請求項１ないし４のいずれかに記載の投影レンズと、この投影レンズの入射側に投写用の画像を供給可能な画像形成装置とを有することを特徴とするプロジェクタ装置。
   
   

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