JP2010176152A - 投写用ズームレンズおよびプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤ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へ投写する投写用ズームレンズを提供する。
【解決手段】投写用ズームレンズ５は、スクリーン９の側から順に配置された負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２とで構成される。第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン９の側より負の屈折力の前群Ｇ１１と、正の屈折力の後群Ｇ１２とを備え、前群Ｇ１１は、スクリーン９の側より１枚の正レンズＬ１１と２枚の負レンズＬ１２およびＬ１３とからなる複数のレンズを含み、後群Ｇ１２は、１枚の正レンズＬ１４からなり、前群Ｇ１１と後群Ｇ１２との空気間隔ｄ６は前群Ｇ１１の複数のレンズのそれぞれの空気間隔ｄ２およびｄ４より大きく、前群Ｇ１１の合成焦点距離ｆｆ１と、後群Ｇ１２の合成焦点距離ｒｆ１が次の式を満たす。
０．２ ＜ ｜ｆｆ１／ｒｆ１｜ ＜０．４
【選択図】図２

Description

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用ズームレンズに関するものである。

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。

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±１０度程度であり、これにより有効な反射光と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）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に投映用の光を入力する光源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、光源を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。

このような条件より、ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置の投写用レンズには、ライトバルブ側のレンズ径が小さく、バックフォーカスの長いものが必要となる。一般にバックフォーカスの長いレンズ系では後方のレンズ径が大きくなってしまう。しかしながら、後方のレンズ径が限られているので、投写レンズの最終レンズの付近に射出瞳位置がくるように設計する必要がある。その一方で、投写レンズの性能を向上するためには多数のレンズを組み合わせる必要があり、多数枚のレンズを配置すると投写レンズの全長はある程度の長さが必要となる。そして、投写レンズの全長が長くなれば、射出瞳が後方にあるレンズ系では前方のレンズ径が大きくなってしまう。

ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置は、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要望されている。もちろん、投写レンズとして、諸収差の性能が十分に良いものが要求されている。さらに、ＤＭＤに対応した上記のような条件を満たす投写レンズでズームの可能な投写レンズも要求されている。

そこで、本発明においては、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プロジェクタ装置用に適した投写レンズ、特に投写用ズームレンズを提供することを目的としている。ＤＭＤに適した結像性能の高い投写用ズームレンズを実現し、このタイプの光変調器を採用した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を目的としている。

本発明の一態様は、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の映像をスクリーンへ投写する投写用ズームレンズ（投写用ズームレンズシステム）であり、スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群とにより構成される。また、第２のレンズ群の最も光変調器側の最終レンズの少なくとも一方の面が非球面であり、最もスクリーン側のレンズ径が最も光変調器側のレンズ径より大きく、広角端から望遠端に変倍する際に第１のレンズ群と第２のレンズ群との空気間隔が短くなる。さらに、第１のレンズ群は、スクリーン側より負の屈折力の前群と、正の屈折力の後群とを備え、前群は、スクリーン側より１枚の正レンズと２枚の負レンズとからなる複数のレンズを含み、後群は、１枚の正レンズからなり、前群と後群との空気間隔は前群の複数のレンズのそれぞれの空気間隔より大きく、前群の合成焦点距離ｆｆ１と、後群の合成焦点距離ｒｆ１が次の式を満たす。
０．２ ＜ ｜ｆｆ１／ｒｆ１｜ ＜０．４ ・・・（Ｄ）

第１のレンズ群を、スクリーン側より負の屈折力の前群と、正の屈折力の後群とに分け、後群を前群より若干離してレンズの中央付近に配置することにより、後群がフィールドレンズとしての機能を果たし、第２のレンズ群全体をコンパクトにできる。それと共に、前群の負のパワーにより生ずる収差を補正するのにも効果的である。そして、式（Ｄ）の下限を下回ると、やはり、広角端におけるコマ収差が増大し、その影響であるコマフレアが増大してしまう。それと共に最終レンズの径が大きくなる要因となる。一方、式（Ｄ）の上限を上回ると、望遠端におけるコマ収差が増大し、それと共に、前方のレンズの径が大きくなる要因となる。

前群は、最もスクリーン側に位置する両凸の正レンズと、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズと、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズによって構成され、後群は、スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズにより構成される。また、第２のレンズ群は、スクリーン側から、スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズと、ダブレットをなす両凸の正レンズおよび両凹の負レンズと、光変調器側に凸の正のメニスカスレンズと、両凸の正レンズが順番に並んで構成される。

さらに、この第２のレンズ群の最も光変調器側の最終レンズの外径ＬＤと、該投写用ズームレンズの広角端におけるバックフォーカスＢｆｗが次の式（Ａ）を満たすことが望ましい。
０．３ ＜ ＬＤ／Ｂｆｗ ＜０．５ ・・・（Ａ）

この投写用ズームレンズは、バックフォーカスを長くするのに有利なレトロフォーカスタイプのズームレンズであり、バックフォーカスＢｆｗと最終レンズ径ＬＤの関係を示す式（Ａ）の条件を加えることによりＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成する光変調器に適した投写レンズとなっている。

最終レンズの少なくとも一方の面を非球面にして結像性能を向上させることにより、少ない枚数のレンズで収差性能の良いプロジェクタレンズを実現している。このため、構成枚数を少なくすることにより投写レンズのコストを下げられると共に、投写レンズの全長を短くできる。したがって、射出瞳が後方にあるレンズ系であっても、スクリーン側のレンズ（前方のレンズ）の径が大きくなるのを防止できる。また、この投写レンズは最終レンズの径が最も小さくなるので、そのレンズに非球面を導入することにより、非球面レンズのコストを下げることができるという効果も備えている。本発明の投写用ズームレンズにおいては、式（Ａ）の下限を下回ると、前方のレンズ径が大きくなりすぎてしまい、また、上限を上回ると、最終レンズの径が大きくなって光変調器の無効光を飲み込んでしまうことになる。

この投写用ズームレンズは、光の反射方向を変えて画像を形成する素子を備えた光変調器に適したコンパクトで結像性能の高いものである。したがって、上記の投写用ズームレンズと、ＤＭＤなどの光変調器と、この光変調器に光を照射する光照射系とを有するプロジェクタ装置は、ＤＭＤの特性を生かした高解像度で明るい画像を投写できると共に、プロジェクタレンズも含めてコンパクトに纏めることができる。

さらに、第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、第２のレンズ群の合成焦点距離ｆ２は次の式（Ｂ）の条件を満たすことが望ましい。
０．６ ＜ ｜ｆ２／ｆ１｜ ＜ １．０ ・・・（Ｂ）

この式（Ｂ）の下限を下回ると、広角端におけるコマ収差が増大し、その影響であるコマフレアが現れてしまう。それと共に、前方のレンズ径が大きくなる要因となる。また、式（Ｂ）の上限を上回ると、望遠端におけるコマ収差が増大し、また、倍率色収差も大きくなる。それと共に、最終レンズの径が大きくなる要因となる。

また、第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、投写用ズームレンズの広角端における全長Ｌｗが次の式（Ｃ）の条件を満たすことが望ましい。
０．３ ＜ ｜ｆ１／Ｌｗ｜ ＜ ０．６ ・・・（Ｃ）

この条件もコマ収差およびレンズ径に関連するものであり、この式（Ｃ）の下限を下回ると、望遠端におけるコマ収差が増大し、その影響（コマフレア）が現れてしまう。それと共に、最終レンズ径が大きくなる要因となる。式（Ｃ）の上限を上回ると、広角端におけるコマ収差が増大し、それと共に、前方レンズの径が大きくなる要因となる。

また、第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、該投写用ズームレンズの望遠端における全長Ｌｔと、望遠端におけるバックフォーカスＢｆｔが次の式（Ｅ）の条件を満たすことも重要である。
０．２ ＜ ｜ｆ１／（Ｌｔ＋Ｂｆｔ）｜ ＜０．５ ・・・（Ｅ）

この式（Ｅ）の上限あるいは下限を越えると、望遠端における全長と第１のレンズ群のパワーの適切なバランスがくずれてしまう。したがって、望遠端におけるレンズの全長が長くなる要因となる。また、第１のレンズ群のパワーが小さくなりすぎるので収差が発生し、この第１のレンズ群において発生する収差を第２のレンズ群で補正することが極めて困難になってしまう。これらの条件を満たすことにより、いっそうコンパクトで結像性能のより良い投写用ズームレンズを提供できる。

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。 本発明の実施例１に係る投写用ズームレンズの構成を示す図であり、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のレンズの縦収差図であり、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のレンズの横収差図であり、広角端における収差を示す図である。 実施例１のレンズの横収差図であり、中間における収差を示す図である。 実施例１のレンズの横収差図であり、望遠端における収差を示す図である。 本発明の実施例２に係る投写用ズームレンズの構成を示す図であり、広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）の各状態におけるレンズの配置を示す図である。 実施例２のレンズの縦収差図であり、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２のレンズの横収差図であり、広角端における収差を示す図である。 実施例２のレンズの横収差図であり、中間における収差を示す図である。 実施例２のレンズの横収差図であり、望遠端における収差を示す図である。

図１に、本発明に係る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に投写用の光を照射するシステム３と、ＤＭＤ２により反射された有効光をスクリーン９に投写する投写用レンズ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、光照射システム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、ＤＭＤ２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。

光照射システム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の光を集光あるいは平行光にするためのコンデンサレンズ８あるいはミラー４などの光学素子が必要に応じて配置される。ＤＭＤ２の法線と投写レンズ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ことは上述した通りである。したがって、光照射システム３からＤＭＤ２に対する入射角度はかぎられており、光照射システム３の光軸と、投写レンズ５の光軸とがほとんど同一方向になる。このため、光照射システム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、投写レンズ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。

（実施例１）
図２に、本発明に係る投写用ズームレンズ５の一例を示してある。図２（ａ）は、拡大表示する状態である広角端における各レンズの配置を示してある。また、図２（ｃ）は、標準状態である望遠端を示し、さらに、図２（ｂ）は、それらの中間の状態を示してある。本例の投写用ズームレンズ５は、スクリーン９の側から２つのレンズ群Ｇ１およびＧ２にグループ化された９枚のレンズＬ１１〜Ｌ２５により構成されている。それぞれのレンズの詳細は以下に示した通りである。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、さらに、スクリーン側に位置する負のパワー（屈折力）の前群Ｇ１１と、この前群Ｇ１１から距離ｄ６を開け、投写用ズームレンズ５のほぼ中央に位置する正のパワーの後群Ｇ１２とで構成されている。

前群Ｇ１１は、最もスクリーン側（前方）に位置する両凸の正レンズＬ１１と、スクリーン９の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１２と、同じくスクリーン９の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１３によって構成されている。また、後群Ｇ１２は、スクリーン９の側に凸の正のメニスカスレンズＬ１４の一枚構成となっている。

ＤＭＤ２の側に位置する第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン９の側から、スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ２１と、ダブレットをなす両凸の正レンズＬ２２および両凹の負レンズＬ２３と、ＤＭＤ２の側に凸の正のメニスカスレンズＬ２４と、両凸の正レンズＬ２５が順番に並んで構成されている。また、第２のレンズ群Ｇ２の最もＤＭＤ２の側のレンズ（最終レンズ）Ｌ２５のＤＭＤ２の側の面ｓ１７は非球面になっている。第２のレンズ群Ｇ２と第１のレンズ群Ｇ１と距離ｄ８は調整できるようになっており、距離ｄ８を縮めることにより広角から望遠にわたる結像特性を得ることができる。

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の曲率半径（ｍｍ）、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（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）、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、ｆは投写レンズの合成焦点距離、Ｂｆはバックフォーカス（Ｂｆｗは広角端、Ｂｆｔは望遠端を示す）、ＦＮｏはＦナンバー、ｆ１は第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群Ｇ２の合成焦点距離、ｆｆ１は前群Ｇ１１の合成焦点距離、ｒｆ１は後群Ｇ１２の合成焦点距離、Ｌｗは投写レンズ５の広角端における全長、Ｌｔは投写レンズ５の望遠端における全長、ＬＤは最終レンズＬ２５のレンズ径を示す。

レンズデータ（Ｎｏ．１）
i ri di ni vi
1 123.397 7.400 1.48749 70.4 レンズＬ１１
2 -388.514 0.200
3 85.872 3.000 1.62041 60.3 レンズＬ１２
4 27.199 7.500
5 186.689 2.500 1.65844 50.9 レンズＬ１３
6 24.165 14.400
7 33.870 7.700 1.84666 23.8 レンズＬ１４
8 46.711 d8
9 37.772 7.500 1.74950 35.0 レンズＬ２１
10 263.808 1.900
11 29.994 6.700 1.67790 55.5 レンズＬ２２
12 -42.031 2.500 1.84666 23.8 レンズＬ２３
13 40.226 8.400
14 -580.749 1.500 1.84666 23.8 レンズＬ２４
15 -127.520 0.160
16 221.468 2.900 1.58913 61.3 レンズＬ２５
17 -80.965 AS
ズーム状態 ｆ d8 F No.
広角端 27.3 22.664 3.0
中間 15.164
望遠端 35.6 9.333 3.5
なお、レンズ間隔ｄ８は、レンズ先端から３ｍの位置に結像したときの数値を示してある。

また、レンズＬ２５の面ｓ１７は非球面でありその非球面係数は以下の通りである。
Ｋ＝０．００００
Ａ＝ ０．１２５２３８×１０^-4、 Ｂ＝０．１２８０１４×１０^-6
Ｃ＝−０．２０９８４１×１０^-8、 Ｄ＝０．１５５８３１×１０^-10
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

本例の投写ズームレンズの諸数値（ｍｍ）は以下の通りである。
ｆ１＝ −４２．７６３、 ｆ２＝ ３６．９７８
ｆｆ１＝−２９．２３６、 ｒｆ１＝１１４．１３０
Ｂｆｗ＝ ４０．７９７、 Ｂｆｔ＝ ４７．９５５
Ｌｗ＝ ９６．９２４、 Ｌｔ＝ ８３．５９３
ＬＤ＝ １５．８００

したがって、上記の式（Ａ）〜（Ｅ）に定義したパラメータは以下のようになる。
式（Ａ） ＬＤ／Ｂｆｗ＝ ０．３８７
式（Ｂ） ｜ｆ２／ｆ１｜＝ ０．８６５
式（Ｃ） ｜ｆ１／Ｌｗ｜＝ ０．４４１
式（Ｄ） ｜ｆｆ１／ｒｆ１｜＝０．２５６
式（Ｅ） ｜ｆ１／（Ｌｔ＋Ｂｆｔ）｜=０．３２５

本例の投写用ズームレンズ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のレンズ群が組み合わされたレトロフォーカス型のズームレンズであり、バックフォーカスを長くしやすい構成である。このため、広角端で４０ｍｍ以上という十分なバックフォーカスが確保されている。そして、ＤＭＤからの無効光を飲み込まないために最終レンズの径ＬＤは１５．８ｍｍと非常に小さくなっている。この投写用ズームレンズ５は、式（Ａ）に定義した条件を満たすものであり、バックフォーカスＢｆが長く最終レンズ径ＬＤの小さな投写レンズである。このような投写レンズは、全長が長くなると前方のレンズ径が比較的大きくなりやすい。しかしながら、本例のレンズは、最終レンズＬ２５に非球面を採用し、全体が９枚構成で後述するように良好な収差性能を得ている。このため、全長が広角端で９７ｍｍ程度と非常に短く、前方のレンズＬ１１のレンズ径も６０ｍｍ程度に抑えられている。

さらに、本例の投写用ズームレンズ５は、コンパクトでありながら、倍率１．３のズームが可能であり、焦点距離が２７．３から３５．６ｍｍと短く、さらに、Ｆナンバーが３．０から３．５と十分に明るい投写レンズとなっている。さらに、本例の投写用ズームレンズ５は、先に説明した式（Ｂ）から式（Ｅ）までの条件を満足するように設計されている。加えて、第１のレンズ群Ｇ１を前群Ｇ１１と後群Ｇ１２に分けて、後群Ｇ１２を前群Ｇ１１から距離を置いて配置して前群Ｇ１１の収差を後群Ｇ１２で緩和するようにしている。このため、９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。

図３に、この投写用ズームレンズの広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図４ないし図６に広角端（図４）、望遠端（図６）および中間（図５）における球面収差を横収差図により示してある。球面収差は、６５６．０ｎｍ（破線）、５８７．０ｎｍ（実線）および４５０．０ｎｍ（一点鎖線）の各波長における収差を示している。また、非点収差および横収差図においては、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示してある。

これらの図に示してあるように、本例の投写用ズームレンズ５の縦収差は、広角端から望遠端にわたり、ほぼ±０．２ｍｍ程度の範囲に入る。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ズームレンズと同等あるいはそれ以上であり、本例の投写用ズームレンズの収差性能が非常に優れていることが判る。また、横収差は広角端から望遠端にわたり、ほぼ±０．０２ｍｍ程度の範囲に入る。したがって、横収差性能も非常に良く、コマ収差の影響によるフレア（コマフレア）がほとんど表れない性能の良い投写用ズームレンズとなっている。

このように、本例の投写用ズームレンズ５は、ＤＭＤ２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レンズであり、さらに、ズーミングが可能で、非常に良好な結像性能を備えたものである。さらに、投写レンズの全長および径はコンパクトに纏められている。したがって、本例の投写用ズームレンズ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を投影できるコンパクトなプロジェクタ１を実現することができる。また、本例のズームレンズは９枚構成とレンズ数が少なく、さらに、非球面化しているレンズは径の小さな最終レンズＬ２５である。このため、投写レンズ５のコストを低減することが可能であり、プロジェクタ１のコストの低減にも有効である。

（実施例２）
図７に、本発明に係る投写用ズームレンズの他の実施例を示してある。本例のズームレンズ５も２群構成のズームレンズであり、負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２を備えている。そして、第１のレンズ群Ｇ１は、前群Ｇ１１と後群Ｇ１２との組み合わせとなっている。この投写用ズームレンズ５を構成するレンズの数は９枚であり、それぞれのレンズＬ１１からＬ２５の概略の形状も上記の実施例と同じである。そして、本例のズームレンズ５では、最終レンズＬ２５の両面を非球面としてさらに収差性能を改善している。

本例のレンズデータは以下の通りである。なお、各符号は上記の実施例のものと共通である。
レンズデータ（Ｎｏ．２）
i ri di ni vi
1 127.629 6.600 1.51680 64.2 レンズＬ１１
2 -1228.955 0.200
3 107.097 3.000 1.67003 47.2 レンズＬ１２
4 28.797 8.000
5 417.360 2.500 1.58913 61.3 レンズＬ１３
6 34.252 16.900
7 46.073 7.600 1.80518 25.5 レンズＬ１４
8 71.751 d8
9 38.521 7.500 1.74330 49.2 レンズＬ２１
10 321.347 4.100
11 27.528 7.500 1.67790 55.5 レンズＬ２２
12 -80.526 1.800 1.80518 25.5 レンズＬ２３
13 33.720 5.400
14 -23.066 1.500 1.74400 44.9 レンズＬ２４
15 -30.715 0.160
16 -101.516 3.300(AS) 1.58913 61.3 レンズＬ２５
17 -27.420 AS
ズーム状態 ｆ d8 F No.
広角端 27.3 29.738 3.0
中間 19.722
望遠端 35.6 11.934 3.5
なお、本例でもレンズ間隔ｄ８は、レンズ先端から３ｍの位置に結像したときの数値を示してある。

レンズＬ２５の面ｓ１６およびｓ１７は非球面でありその非球面係数は以下の通りである。なお、非球面式は実施例１に示したものと同じである。
面ｓ１６、Ｋ＝０．００００
Ａ＝ ０．２６４６９７×１０^-5、 Ｂ＝０．２１１０１１×１０^-6
Ｃ＝ ０．１１９９６９×１０^-8、 Ｄ＝０．１１６２１６×１０^-10
面ｓ１７、Ｋ＝０．００００
Ａ＝ ０．２０６３７８×１０^-4、 Ｂ＝０．２２３５１２×１０^-6
Ｃ＝ ０．４９３８８７×１０^-9、 Ｄ＝０．１６６７７４×１０^-10

本例の投写用ズームレンズの諸数値は以下の通りである。
ｆ１＝ −５２．４２４、 ｆ２＝ ４０．２８３
ｆｆ１＝−３４．７７８、 ｒｆ１＝１４１．２４０
Ｂｆｗ＝ ４１．０９０、 Ｂｆｔ＝ ４７．６７６
Ｌｗ＝ １０５．７９８、 Ｌｔ＝ ８７．９９４
ＬＤ＝ １５．８００

したがって、上記の式（Ａ）〜（Ｅ）に定義したパラメータは以下のようになる。
式（Ａ） ＬＤ／Ｂｆｗ＝ ０．３８５
式（Ｂ） ｜ｆ２／ｆ１｜＝ ０．７６８
式（Ｃ） ｜ｆ１／Ｌｗ｜＝ ０．４９５５
式（Ｄ） ｜ｆｆ１／ｒｆ１｜＝０．２４６
式（Ｅ） ｜ｆ１／（Ｌｔ＋Ｂｆｔ）｜=０．３８６

本例の投写用ズームレンズ５も広角端で４０ｍｍ以上という十分なバックフォーカスが得られ、最終レンズの径ＬＤが１５．８ｍｍと非常に小さいレンズである。そして、全長が広角端で１０６ｍｍ程度と上記の投写レンズよりも若干長いが投写レンズとしては十分に短く、前方のレンズＬ１１のレンズ径も同様に６０ｍｍ程度とコンパクトなズームレンズである。また、本例の投写用ズームレンズ５は、先に説明した式（Ａ）から式（Ｅ）までの条件を満足するように設計されており、さらに、最終レンズＬ２５の両面が非球面になっている。このため、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物となっている。

図８に、この投写用ズームレンズの広角端（ａ）、望遠端（ｃ）および中間（ｂ）における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図９ないし図１１に広角端（図９）、望遠端（図１１）および中間（図１０）における球面収差を横収差図により示してある。それぞれの収差図における記載は、先に説明した実施例１のものと同様である。

これらの図に示してあるように、本例の投写用ズームレンズ５の縦収差は、広角端から望遠端にわたり、ほぼ±０．１ｍｍ程度の範囲に入る。したがって、本例の投写用ズームレンズ５は、実施例１に示した高性能な投写用ズームレンズよりもさらに良く収差が補正されており、優れた光学的性能を示している。また、横収差も広角端から望遠端にわたり、ほぼ±０．０１ｍｍに近い範囲に入る。したがって、横収差性能も実施例１に示した投写用ズームレンズを凌ぐものである。

このように、本発明は、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ズームレンズ、すなわち、バックフォーカスが長く、最終レンズの径の小さな投写用ズームレンズの最適な条件を開示することを目的としており、上記の例に示されたように、その目的を十分に満足する投写用ズームレンズを提供することができた。

すなわち、本発明の投写用ズームレンズは、バックフォーカスを長くするのに適した、スクリーン側から負-正の２群式の簡単な構成のズームレンズであり、式（Ａ）の条件を満足すると共に、最終レンズの少なくとも１面を非球面にすることによりコンパクトで結像性能の高いズームレンズを提供している。さらに、式（Ｂ）から式（Ｅ）により本明細書で開示した条件を満たすことにより、収差補正がなされ、いっそう優れた結像性能の投写用ズームレンズを提供することができる。すなわち、焦点距離が短く広角なズームレンズであって、歪曲収差および倍率色収差が共に小さく、コマフレアも小さなズームレンズを提供することができる。

特に、本発明に係る投写用ズームレンズシステムはＤＭＤ用であり、液晶パネルを用いたプロジェクタ用に採用されている１０数枚構成のテレセントリック型の高価なズームレンズと同等あるいはそれ以上の性能を９枚構成という低コストな構成で実現可能なものである。ＤＭＤは、動作速度が速く、コントラストの高い画像が得られるために、今後、液晶パネルに代わるプロジェクタのライトバルブとして採用が急速に進むものと考えられている。本発明の投写用ズームレンズは、そのＤＭＤ用として最適なものであり、本発明の投写用ズームレンズを採用することにより、高性能でコンパクトであり、さらに低コストなプロジェクタを提供できる。

１ プロジェクタ
２ ＤＭＤ
３ 光照射システム（光源システム）
５ 投写用ズームレンズシステム
７ 色分割フィルタ
９ スクリーン

Claims (4)

1. 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の映像をスクリーンへ投写する投写用ズームレンズであって、
   スクリーン側から順に、負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折力の第２のレンズ群とから構成され、前記第２のレンズ群の最も光変調器側の最終レンズの少なくとも一方の面が非球面であり、最もスクリーン側のレンズ径が前記最も光変調器側のレンズ径より大きく、広角端から望遠端に変倍する際に前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との空気間隔が短くなり、
   前記第１のレンズ群は、スクリーン側より負の屈折力の前群と、正の屈折力の後群とを備え、前記前群は、前記スクリーン側より１枚の正レンズと２枚の負レンズとからなる複数のレンズを含み、前記後群は、１枚の正レンズからなり、前記前群と前記後群との空気間隔は前記前群の複数のレンズのそれぞれの空気間隔より大きく、前記前群の合成焦点距離ｆｆ１と、前記後群の合成焦点距離ｒｆ１が次の式を満たす投写用ズームレンズ。
   ０．２ ＜ ｜ｆｆ１／ｒｆ１｜ ＜０．４
2. 請求項１において、前記前群は、最も前記スクリーン側に位置する両凸の正レンズと、前記スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズと、前記スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズによって構成され、前記後群は、前記スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズにより構成され、
   さらに、前記第２のレンズ群は、前記スクリーン側から、前記スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズと、ダブレットをなす両凸の正レンズおよび両凹の負レンズと、前記光変調器側に凸の正のメニスカスレンズと、両凸の正レンズが順番に並んで構成されている、投写用ズームレンズ。
3. 請求項１または２において、前記最終レンズの外径ＬＤと、該投写用ズームレンズの広角端におけるバックフォーカスＢｆｗと、前記第１のレンズ群の合成焦点距離ｆ１と、前記第２のレンズ群の合成焦点距離ｆ２と、該投写用ズームレンズの広角端における全長Ｌｗと、該投写用ズームレンズの望遠端における全長Ｌｔと、望遠端におけるバックフォーカスＢｆｔとが次の式を満たす投写用ズームレンズ。
   ０．３ ＜ ＬＤ／Ｂｆｗ ＜０．５
   ０．６ ＜ ｜ｆ２／ｆ１｜ ＜ １．０
   ０．３ ＜ ｜ｆ１／Ｌｗ｜ ＜ ０．６
   ０．２ ＜ ｜ｆ１／（Ｌｔ＋Ｂｆｔ）｜ ＜０．５
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の投写用ズームレンズと、前記光変調器と、この光変調器に光を照射する光照射系とを有するプロジェクタ装置。

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