JP4191966B2 - 投写用ズームレンズシステムおよびプロジェクタ装置 - Google Patents
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Description
【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用ズームレンズシステム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。そこで、光変調装置であるライトバルブの前面に凸レンズ（フィールドレンズ）を配置し、これを照明光学系および投写用レンズシステムの一部として共用し、照明光学系を簡略化してコンパクトにすると共に、投写用レンズシステムとして収差補正にも寄与させ、投写用レンズシステムの構成も簡略化してコンパクトにすることが考えられている。
【０００５】
このような照明光学系および投影光学系に共用のフィールドレンズをライトバルブの前に配置したプロジェクタに適した投写用ズームレンズについては、まだ、適当な構成が開示されていない。そこで、本発明においては、フィールドレンズを採用したプロジェクタに好適な投写用ズームレンズを提供することを目的としている。そして、コンパクトでズーム機能を備えたプロジェクタ装置を提供することも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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ＤＭＤなどの光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写用ズームレンズシステムであって、フィールドレンズを含んだ投写用ズームレンズシステムにおいては、フィールドレンズのスクリーン側に位置するレンズ群が、有効光を飲み込み、無効光は飲み込まない機能を備えている必要がある。したがって、広角端と望遠端とで、光変調器から反射した投影光あるいは有効光を飲み込む入射瞳位置が移動しない、あるいは、ほとんど移動しないことが望ましい。このため、フィールドレンズのスクリーン側に位置するレンズ群は、移動することにより変倍効果が主に得られる変倍用のレンズ群、すなわちバリエータとすることができない。また、最もスクリーン側のレンズ群は、フォーカシングするために移動する必要がある。したがって、変倍する際に移動すると、フォーカシングとズーミングの両方を同時に行う必要があり、機構が複雑になりコンパクトなレンズシステムとして提供できない。
【０００７】
そこで、本発明においては、５群構成のズームレンズシステムを提供し、スクリーン側の第１のレンズ群はフォーカシングでズーミングの際は固定とし、第３のレンズ群をバリエータとして主に利用し、第５のレンズ群をフィールドレンズとして固定し、第２および第４のレンズ群をコンペンセータとして主に利用する。すなわち、本発明の投写用ズームレンズシステムは、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用ズームレンズシステムであって、スクリーン側から第１、第２、第３、第４および第５のレンズ群から構成される。そして、第５のレンズ群は、光変調器の前面に配置され、照明光および投影光が透過し、変倍の際に移動しない共用のレンズ群、すなわち、フィールドレンズとして用いられ、第１のレンズ群は、焦点調整のために移動し、変倍の際に移動しないフォーカシング用のレンズ群として用いられ、第３のレンズ群は、移動することにより変倍効果が主に得られる変倍用のレンズ群、すなわち、バリエータとして用いられる。さらに、第２および第４のレンズ群は、移動することにより変倍する際の収差を主に補償する補償用のレンズ群、すなわち、コンペンセータとして用いられる。
【０００８】
本発明の投写用ズームレンズシステムは、第４のレンズ群はコンペンセータとして、変倍中に収差を補償するために移動するとしても移動距離は少ない。このため、フィールドレンズを介して光変調器から入射する投影光に対する入射瞳位置の移動距離が小さい。したがって、光変調器からの投影光を効率良く飲み込み明るい画像を投影できる、ＤＭＤなどの反射型の光変調器に適した投写用ズームレンズを提供できる。また、第４のレンズは、コンペンセータとして変倍中に微小距離を移動するようにしているので、変倍中の収差が良好に補償された結像性能の高い投写用ズームレンズを提供できる。このため、本発明の投写用ズーム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、ズーム機能を備えたプロジェクタ装置を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の５群構成の投写用ズームレンズは、第１のレンズ群が負の屈折力のレンズ群、第２のレンズ群が正の屈折力のレンズ群、第３のレンズ群が正の屈折力のレンズ群、第４のレンズ群が負の屈折力のレンズ群、第５のレンズ群は正の屈折力のレンズ群である。第５のレンズ群は照明光を平行化するために正の屈折力であり、スクリーン側から負−正−正−負−正の構成にすることにより、レトロフォーカス型の組み合わせにより光変調器側のバックフォーカスの長い投写用ズームレンズシステムを提供できる。
【００１０】
少ないレンズ構成で、投写用ズームレンズシステムの収差性能を向上するためには、非球面レンズを導入することが望ましい。本発明の投写用ズームレンズシステムにおいては、第１、第２および第４のレンズ群が移動しないか、または移動距離が小さく、ズーミングする際に通過する光線の変動が小さい。したがって、非球面レンズを設計しやすく、これら第１、第２および第４のレンズ群の少なくとも１つあるいは複数に非球面レンズを導入することにより収差性能をさらに向上できる。
【００１１】
第１、第２および第４のレンズ群のうち、最もスクリーン側の第１のレンズ群は、像の光軸近くの光線はレンズの中心近くを通り、周辺近くの光線はレンズの周辺近くを通る。そして、コンパクトなズームレンズシステムの中でもレンズ径は最も大きくなる。したがって、レンズの中心と周辺とで通る光線が異なり、その差も大きいので、非球面による収差補正の効果が大きい。したがって、第１のレンズ群に非球面を設けて、非点収差、像面湾曲、歪曲を主に補正することが望ましい。さらに、第４のレンズ群に非球面を設けることにより、球面収差およびこま収差を主に補正することが可能となり、いっそう収差が良好に補正されたレンズシステムを提供できる。
【００１２】
第３のレンズ群はバリエータとして移動距離が大きくなるが、球面収差や像面わん曲が良く補正されたレンズ群でないと、レンズシステム全体の結像性能に影響を与える。したがって、単純な構成でありながら球面収差や像面わん曲を効率良く補正できるトリプレットタイプ、すなわち、スクリーンの側から、スクリーン側に凸の正レンズと、両凹の負レンズと、光変調器の側に凸の正レンズとの組み合わせを採用する。そして、投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、第３のレンズ群の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たす。
【００１３】
１．４ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ２．１ ・・・（Ａ）
この式（Ａ）の範囲から外れると、第３のレンズ群のパワーが強すぎたり、弱すぎることにより非点収差などの諸収差が悪化する。
【００１４】
そして、このような本発明の投写用ズームレンズシステムであると、第４のレンズ群の移動距離Ｔ４（ｍｍ）を投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、望遠端の合成焦点距離ｆｔとに対して次の式の範囲にすることができる。
【００１５】
４．７５ ＜ Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ ＜ ６．６ ・・・（Ｂ）
すなわち、非点収差などの諸収差を良好に補正しようとすると、上記（Ｂ）式の下限より大きな移動量が要求されるが、その距離はズーム比１．２５のズームレンズシステムで３．８ｍｍ程度であり、上限としては第４のレンズ群の移動距離を５ｍｍ程度以下に抑えることが可能となる。したがって、フィールドレンズを備え、さらに、ズーミング中に入射瞳の位置をほとんどずらさずに諸収差が良好に補正された結像性能の良いズームレンズを提供できる。
【００１６】
【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、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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
図１に示したように、本例の投写レンズシステム５は、ＤＭＤ２の前面に配置されたレンズ群Ｇ５を含め、スクリーン９の側から順番に、第１のレンズ群Ｇ１、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３、第４のレンズ群Ｇ４および第５のレンズ群Ｇ５を備えた５群構成で、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３および第４のレンズ群Ｇ４が変倍中に移動するズームレンズシステムである。第５のレンズ群Ｇ５は、照明光１１と投影光１２が共に透過するフィールドレンズであり、照明システム３の対物光学系８ｂと組み合わさって照明システム３から出射される照明光１１をライトバルブ２に照射する照明光学系としても作用する。
【００１９】
（実施例１）
図２に、本発明に係る投写用ズームレンズシステム５の広角端（図２（ａ））と望遠端（図２（ｂ））におけるレンズ配置を示してある。本例の投写用ズームレンズ５は、上述したようにスクリーン９の側から５つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４およびＧ５にグループ化されており、合計１０枚のレンズＬ１１〜Ｌ５１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。
【００２０】
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）に位置した、スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ１１と、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズ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、２番目のレンズＬ１２の両面（第３面と第４面）が非球面となっている。この第１のレンズ群Ｇ１は、変倍中は固定されており、フォーカシングだけのために動くフォーカシング用のレンズ群となっている。
【００２１】
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、両凸の正レンズＬ２１により構成されている。そして、この第２のレンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に若干移動し、諸収差を補正するコンペンセータとして主に機能する。
【００２２】
第３のレンズ群Ｇ３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、スクリーン９の側に大きく凸の正レンズＬ３１と、両凹の負レンズＬ３２と、ライトバルブ２の側に大きく凸の正レンズＬ３２とから構成されている。したがって、第３のレンズ群Ｇ３は、トリプレットと称される簡易な構成であるが、球面収差や像面わん曲が良く補正できるレンズ群となっている。この第３のレンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に大きく動き、移動することにより変倍効果をもたらすバリエータとして主に機能する。
【００２３】
第４のレンズ群Ｇ４は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側からスクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ４１と、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ４２により構成されている。これらのレンズの内、２番目のレンズＬ４２の両面が非球面になっている。また、この第４のレンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に若干移動し、諸収差を補正するコンペンセータとして主に機能する。
【００２４】
第５のレンズ群Ｇ５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の側に大きく凸の正レンズＬ５１により構成されている。この第５のレンズ群Ｇ５は、照明光学系３と、投写レンズシステム５とに共通に利用されている共用レンズあるいはフィールドレンズであり、ライトバルブ２に対して移動しないようになっている。
【００２５】
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）、ｓｉ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）、ｖｉ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（ｆｗは広角端における合成焦点距離、ｆｔは望遠端における合成焦点距離をそれぞれ示す）、ｆ１〜ｆ５は各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の合成焦点距離を示す。また、これらの数値は、投射ズームレンズ５からスクリーンまでの距離が２ｍのときの値である。
【００２６】
第３、４、１５および１６面は非球面であり、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。
【００２７】
ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ2／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）2Ｙ2｝1/2］
＋ＡＹ4＋ＢＹ6＋ＣＹ8＋ＤＹ10
第３面
Ｒ＝７１．９１７
Ｋ＝０．００００
Ａ＝８．１８８２×１０-6、Ｂ＝−２．８６８０×１０-8
Ｃ＝４．９３９１×１０-11、Ｄ＝−２．５０５２×１０-14
第４面
Ｒ＝２１．６０４
Ｋ＝０．００００
Ａ＝ ５．２２６３×１０-6、Ｂ＝−２．７２４２×１０-8
Ｃ＝−４．８５６８×１０-11、Ｄ＝ １．４５４４×１０-13
第１５面
Ｒ＝２９．９１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−５．９３５１×１０-6、Ｂ＝−６．２０４１×１０-8
Ｃ＝ １．０２７２×１０-10、Ｄ＝−４．０１８１×１０-12
第１６面
Ｒ＝２９５９０．４１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−２．１０１６×１０-6、Ｂ＝−４．０５９８×１０-8
Ｃ＝−４．０８８６×１０-10、Ｄ＝−１．４０９４×１０-12
本例の投写用ズームレンズシステムの変倍中の諸数値は以下の通りである。
【００２８】
また、それぞれのレンズ群の焦点距離は以下の通りである。
ｆ１＝ −２４．２６
ｆ２＝ ６９．２２
ｆ３＝ ４８．３６
ｆ４＝−４９９．０６
ｆ５＝ ４９．４７
このレンズシステムの第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は３．９４ｍｍ、広角端の焦点距離（ｆｗ）は２６．０ｍｍで、望遠端の焦点距離（ｆｔ）は３２．５ｍｍであり、全長が１３０ｍｍ、ズーム比が１．２５のズームレンズとなっている。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） ｆ３／ｆｗ ＝１．８６
式（Ｂ） Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ＝４．９２５
図３から図６に本例のズームレンズシステム５の諸収差を示してある。図３は、この投写用ズームレンズシステム５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図４は、望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図５は、広角端における横収差を示し、図６は、望遠端における横収差を示してある。球面収差および横収差は、６５６．２ｎｍ（破線）、５４６．１ｎｍ（実線）および４８６．１ｎｍ（一点鎖線）の各波長における値を示してある。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム５は、広角端から望遠端において、非点収差で±０．０２ｍｍ程度の範囲に充分に収まり、また、横収差においても±０．０４ｍｍ程度の範囲に収まる。したがって、本例のズームレンズシステム５は、ズーム比１．２５のズームレンズとしては非常に結像性能の高いズームレンズシステムであることが分かる。
【００２９】
このように本例のレンズシステム５は、５群構成のズームレンズシステムであり、スクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１とライトバルブ２の側の第５のレンズ群Ｇ５が変倍中は動かない、全長（本例では１３０ｍｍ）が変倍により変わらないズームレンズである。したがって、第１のレンズ群Ｇ１はフォーカシングだけに対応すれば良く、機構的には簡易なズームレンズシステムとなり、また、第５のレンズ群Ｇ５を照明光学系３と投写レンズシステム５で共用するフィールドレンズとして使用できるようにしている。
【００３０】
そして、第３のレンズ群Ｇ３を主に変倍のために動かし、第４のレンズ群Ｇ４と第２のレンズ群Ｇ２を主に収差性能を補償するために利用している。したがって、第４のレンズ群は、ズーム比が１．２５倍程度のズームレンズでありながら３．９４ｍｍ程度と非常に小さい。照明光学系３からの照明光１１の反射方向を変えて画像を生成する複数のマイクロミラーを備えたデバイスをライトバルブ２としたプロジェクタ１においては、ライトバルブ２からの投影光１２を効率良く飲み込み、さらに、無効光を飲み込まないようにするために、フィールドレンズとして固定された第５のレンズ群Ｇ５を介してライトバルブ２から入射する投影光１２に対する入射瞳位置の移動距離は小さいことが望ましい。一方、ズーム比を大きくするためにはレンズ群を大きく動かす必要があり、さらに、ズーミング用のレンズの動きを補償するレンズ群の動きも大きくなる。そこで、本例では、第３のレンズ群Ｇ３の前後に、第３のレンズ群Ｇ３の動きによる収差を補正するための第２のレンズ群Ｇ２および第４のレンズ群Ｇ４を配置して、第４のレンズ群Ｇ４の動きを抑制しながら、充分に収差を補正できるようにしている。したがって、本例でも第４のレンズ群Ｇ４の移動距離Ｔ４は、式（Ｂ）の範囲に収まるように設計されている。
【００３１】
さらに、変倍中に大きく動く第３のレンズ群Ｇ３としては簡易な構成で収差が良く補正できるトリプレットを採用し、そのパワーを式（Ａ）の範囲に止めることにより、充分な変倍率を確保しながら、他のレンズ群との協働により収差が良く補正された結像性能の高いズーミングレンズを提供している。
【００３２】
また、移動距離の小さい第１のレンズ群Ｇ１と第４のレンズ群Ｇ４に、それぞれの両面が非球面となったレンズ（Ｌ１２およびＬ４１）を配置している。ズーミングする際に移動距離のないあるいは小さなレンズであれば、変倍による光線の動きも比較的小さいので、非球面レンズの設計が容易となり、非球面レンズによる収差補正をより効率的に行うことができる。さらに、上記にて説明したように、最もスクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１は、レンズ径が大きく、光軸光と周辺光との差があるので非点収差、像面湾曲および歪曲を補正するのに適している。また、第４のレンズ群Ｇ４に非球面を導入することにより、球面収差およびこま収差を主に補正することができる。このため、本例のズームレンズは、トータルで１０枚と少ない枚数のレンズで、収差性能の良いズームレンズを実現している。
【００３３】
さらに、ズームレンズシステムを構成する各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５のパワーをスクリーン側から順に負−正−正−負−正の構成にしている。このようなパワーのレンズ群の組み合わせは、レトロフォーカス型のレンズの組み合わせと考えることができ、ライトバルブ２の側のバックフォーカスを長くしやすい。したがって、ライトバルブ２に平行な光線を入出力することが望ましい、マイクロミラーを用いたライトバルブ２に好適な投写用ズームレンズシステム５を提供できる。
【００３４】
このように、本例のズームレンズシステム５によりは、マイクロミラーデバイスに適したバックフォーカスが長く、さらに、５つのレンズ群を適切に組み合わせることにより、全長が変わらず、簡易な構成で、変倍中の入射瞳の移動距離の小さな投写用ズームレンズを提供することができる。そして、非球面レンズを導入することも容易であり、さらに、第３のレンズ群および第４のレンズ群のパワーを式（Ａ）および（Ｂ）の範囲に収めることにより、収差性能も非常に良い。
【００３５】
（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。本例のレンズ５も１０枚のレンズＬ１１〜Ｌ５１を用いた５群構成のレンズである。各々のレンズ群Ｇ１〜Ｇ５の屈折力は上記のズームレンズと同じであり、それらのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５を構成する個々のレンズのタイプは、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１３が両凸の正レンズであり、第４のレンズ群Ｇ４のレンズＬ４１が両凸の正レンズであり、レンズＬ４２が両凹の負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。
【００３６】
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。
【００３７】
レンズＬ１２の両面（第３および４面）およびレンズＬ４１の両面（第１５および１６面）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
【００３８】
第３面
Ｒ＝６４．３２８
Ｋ＝０．００００
Ａ＝３．１６７７×１０-6、Ｂ＝−８．７０７０×１０-9
Ｃ＝１．５５６３×１０-11、Ｄ＝−９．５０８０×１０-15
第４面
Ｒ＝２１．１１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝４．１５７６×１０-7、Ｂ＝−１．７５１３×１０-8
Ｃ＝６．１０８５×１０-12、Ｄ＝−５．５５５６×１０-14
第１５面
Ｒ＝３４．６９４
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−９．０１００×１０-6、Ｂ＝−８．５５５５×１０-9
Ｃ＝−７．２８８６×１０-10、Ｄ＝−４．６８７９×１０-13
第１６面
Ｒ＝−２１８．９６２
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−３．４９３４×１０-6、Ｂ＝２．８６７１×１０-8
Ｃ＝−１．５４５６×１０-9、Ｄ＝４．２７９５×１０-12
本例の投射レンズの諸数値は以下の通りである。
【００３９】
本例の投写用ズームレンズシステムの変倍中の諸数値は以下の通りである。
【００４０】
また、それぞれのレンズ群の焦点距離は以下の通りである。
ｆ１＝ −２２．９１
ｆ２＝ ７７．０５
ｆ３＝ ４３．２３
ｆ４＝−２２８．２２
ｆ５＝ ４７．８１
このズームレンズシステム５の第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は４．４９ｍｍ、広角端の焦点距離（ｆｗ）は２６．０５ｍｍで、望遠端の焦点距離（ｆｔ）は３２．４５ｍｍであり、全長１３０ｍｍ、ズーム比は１．２５のズームレンズとなっている。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） ｆ３／ｆｗ ＝１．６６
式（Ｂ） Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ＝５．６１
図８から図１１に本例のズームレンズシステム５の諸収差を示してある。図８は、この投写用ズームレンズシステム５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図９は、望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図１０は、広角端における横収差を示し、図１１は、望遠端における横収差を示してある。球面収差および横収差は、上述した実施例と同じ各波長における値を示してある。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム５も、広角端から望遠端において、非点収差で±０．０２ｍｍ程度の範囲に充分に収まり、また、横収差においても±０．０４ｍｍ程度の範囲に収まる。したがって、本例のズームレンズシステム５も、ズーム比１．２５のズームレンズとしては非常に結像性能の高いズームレンズシステムであることが分かる。
【００４１】
また、第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は、本例では４．４９ｍｍであり、実施例１より若干大きくなっているが、その移動距離は５ｍｍ程度以下と非常に小さい。したがって、本例の投写用ズームレンズシステム５も、ライトバルブ２としてマイクロミラーデバイスが採用されたプロジェクタ１に好適なズームレンズシステムである。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の投写用ズームレンズシステムは、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ズーム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フィールドレンズとして利用される固定の第５のレンズ群と、フォーカシング用に変倍中は固定の第１のレンズ群とを含めた、スクリーン側から負−正−正−負−正の５群構成のズームレンズシステムである。そして、第３のレンズ群が主にバリエータとして変倍中は大きく動き、第２および第４のレンズ群がコンペンセータとして、移動距離は小さいが、諸収差の補正に大きく寄与するシステムとなっている。このため、ライトバルブから出力された投影光に対する入射瞳となる第４のレンズ群の動きは小さくなり、有効な投影光を効率良く飲み込み、明るく鮮明な画像を投影することができる投写用のズーム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に係る投写用ズームレンズシステムの構成を示す図である。
【図３】図２に示すレンズシステムの広角端の縦収差図である。
【図４】図２に示すレンズシステムの望遠端の縦収差図である。
【図５】図２に示すレンズシステムの広角端の横収差図である。
【図６】図２に示すレンズシステムの望遠端の横収差図である。
【図７】本発明の実施例２に係る投写用ズームレンズシステムの構成を示す図である。
【図８】図７に示すレンズシステムの広角端の縦収差図である。
【図９】図７に示すレンズシステムの望遠端の縦収差図である。
【図１０】図７に示すレンズシステムの広角端の横収差図である。
【図１１】図７に示すレンズシステムの望遠端の横収差図である。
【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 投写用ズームレンズシステム
９ スクリーン
【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用ズームレンズシステム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。そこで、光変調装置であるライトバルブの前面に凸レンズ（フィールドレンズ）を配置し、これを照明光学系および投写用レンズシステムの一部として共用し、照明光学系を簡略化してコンパクトにすると共に、投写用レンズシステムとして収差補正にも寄与させ、投写用レンズシステムの構成も簡略化してコンパクトにすることが考えられている。
【０００５】
このような照明光学系および投影光学系に共用のフィールドレンズをライトバルブの前に配置したプロジェクタに適した投写用ズームレンズについては、まだ、適当な構成が開示されていない。そこで、本発明においては、フィールドレンズを採用したプロジェクタに好適な投写用ズームレンズを提供することを目的としている。そして、コンパクトでズーム機能を備えたプロジェクタ装置を提供することも目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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ＤＭＤなどの光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写用ズームレンズシステムであって、フィールドレンズを含んだ投写用ズームレンズシステムにおいては、フィールドレンズのスクリーン側に位置するレンズ群が、有効光を飲み込み、無効光は飲み込まない機能を備えている必要がある。したがって、広角端と望遠端とで、光変調器から反射した投影光あるいは有効光を飲み込む入射瞳位置が移動しない、あるいは、ほとんど移動しないことが望ましい。このため、フィールドレンズのスクリーン側に位置するレンズ群は、移動することにより変倍効果が主に得られる変倍用のレンズ群、すなわちバリエータとすることができない。また、最もスクリーン側のレンズ群は、フォーカシングするために移動する必要がある。したがって、変倍する際に移動すると、フォーカシングとズーミングの両方を同時に行う必要があり、機構が複雑になりコンパクトなレンズシステムとして提供できない。
【０００７】
そこで、本発明においては、５群構成のズームレンズシステムを提供し、スクリーン側の第１のレンズ群はフォーカシングでズーミングの際は固定とし、第３のレンズ群をバリエータとして主に利用し、第５のレンズ群をフィールドレンズとして固定し、第２および第４のレンズ群をコンペンセータとして主に利用する。すなわち、本発明の投写用ズームレンズシステムは、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用ズームレンズシステムであって、スクリーン側から第１、第２、第３、第４および第５のレンズ群から構成される。そして、第５のレンズ群は、光変調器の前面に配置され、照明光および投影光が透過し、変倍の際に移動しない共用のレンズ群、すなわち、フィールドレンズとして用いられ、第１のレンズ群は、焦点調整のために移動し、変倍の際に移動しないフォーカシング用のレンズ群として用いられ、第３のレンズ群は、移動することにより変倍効果が主に得られる変倍用のレンズ群、すなわち、バリエータとして用いられる。さらに、第２および第４のレンズ群は、移動することにより変倍する際の収差を主に補償する補償用のレンズ群、すなわち、コンペンセータとして用いられる。
【０００８】
本発明の投写用ズームレンズシステムは、第４のレンズ群はコンペンセータとして、変倍中に収差を補償するために移動するとしても移動距離は少ない。このため、フィールドレンズを介して光変調器から入射する投影光に対する入射瞳位置の移動距離が小さい。したがって、光変調器からの投影光を効率良く飲み込み明るい画像を投影できる、ＤＭＤなどの反射型の光変調器に適した投写用ズームレンズを提供できる。また、第４のレンズは、コンペンセータとして変倍中に微小距離を移動するようにしているので、変倍中の収差が良好に補償された結像性能の高い投写用ズームレンズを提供できる。このため、本発明の投写用ズーム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、ズーム機能を備えたプロジェクタ装置を提供することが可能となる。
【０００９】
本発明の５群構成の投写用ズームレンズは、第１のレンズ群が負の屈折力のレンズ群、第２のレンズ群が正の屈折力のレンズ群、第３のレンズ群が正の屈折力のレンズ群、第４のレンズ群が負の屈折力のレンズ群、第５のレンズ群は正の屈折力のレンズ群である。第５のレンズ群は照明光を平行化するために正の屈折力であり、スクリーン側から負−正−正−負−正の構成にすることにより、レトロフォーカス型の組み合わせにより光変調器側のバックフォーカスの長い投写用ズームレンズシステムを提供できる。
【００１０】
少ないレンズ構成で、投写用ズームレンズシステムの収差性能を向上するためには、非球面レンズを導入することが望ましい。本発明の投写用ズームレンズシステムにおいては、第１、第２および第４のレンズ群が移動しないか、または移動距離が小さく、ズーミングする際に通過する光線の変動が小さい。したがって、非球面レンズを設計しやすく、これら第１、第２および第４のレンズ群の少なくとも１つあるいは複数に非球面レンズを導入することにより収差性能をさらに向上できる。
【００１１】
第１、第２および第４のレンズ群のうち、最もスクリーン側の第１のレンズ群は、像の光軸近くの光線はレンズの中心近くを通り、周辺近くの光線はレンズの周辺近くを通る。そして、コンパクトなズームレンズシステムの中でもレンズ径は最も大きくなる。したがって、レンズの中心と周辺とで通る光線が異なり、その差も大きいので、非球面による収差補正の効果が大きい。したがって、第１のレンズ群に非球面を設けて、非点収差、像面湾曲、歪曲を主に補正することが望ましい。さらに、第４のレンズ群に非球面を設けることにより、球面収差およびこま収差を主に補正することが可能となり、いっそう収差が良好に補正されたレンズシステムを提供できる。
【００１２】
第３のレンズ群はバリエータとして移動距離が大きくなるが、球面収差や像面わん曲が良く補正されたレンズ群でないと、レンズシステム全体の結像性能に影響を与える。したがって、単純な構成でありながら球面収差や像面わん曲を効率良く補正できるトリプレットタイプ、すなわち、スクリーンの側から、スクリーン側に凸の正レンズと、両凹の負レンズと、光変調器の側に凸の正レンズとの組み合わせを採用する。そして、投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、第３のレンズ群の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たす。
【００１３】
１．４ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ２．１ ・・・（Ａ）
この式（Ａ）の範囲から外れると、第３のレンズ群のパワーが強すぎたり、弱すぎることにより非点収差などの諸収差が悪化する。
【００１４】
そして、このような本発明の投写用ズームレンズシステムであると、第４のレンズ群の移動距離Ｔ４（ｍｍ）を投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、望遠端の合成焦点距離ｆｔとに対して次の式の範囲にすることができる。
【００１５】
４．７５ ＜ Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ ＜ ６．６ ・・・（Ｂ）
すなわち、非点収差などの諸収差を良好に補正しようとすると、上記（Ｂ）式の下限より大きな移動量が要求されるが、その距離はズーム比１．２５のズームレンズシステムで３．８ｍｍ程度であり、上限としては第４のレンズ群の移動距離を５ｍｍ程度以下に抑えることが可能となる。したがって、フィールドレンズを備え、さらに、ズーミング中に入射瞳の位置をほとんどずらさずに諸収差が良好に補正された結像性能の良いズームレンズを提供できる。
【００１６】
【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、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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
図１に示したように、本例の投写レンズシステム５は、ＤＭＤ２の前面に配置されたレンズ群Ｇ５を含め、スクリーン９の側から順番に、第１のレンズ群Ｇ１、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３、第４のレンズ群Ｇ４および第５のレンズ群Ｇ５を備えた５群構成で、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３および第４のレンズ群Ｇ４が変倍中に移動するズームレンズシステムである。第５のレンズ群Ｇ５は、照明光１１と投影光１２が共に透過するフィールドレンズであり、照明システム３の対物光学系８ｂと組み合わさって照明システム３から出射される照明光１１をライトバルブ２に照射する照明光学系としても作用する。
【００１９】
（実施例１）
図２に、本発明に係る投写用ズームレンズシステム５の広角端（図２（ａ））と望遠端（図２（ｂ））におけるレンズ配置を示してある。本例の投写用ズームレンズ５は、上述したようにスクリーン９の側から５つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４およびＧ５にグループ化されており、合計１０枚のレンズＬ１１〜Ｌ５１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。
【００２０】
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）に位置した、スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ１１と、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズ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、２番目のレンズＬ１２の両面（第３面と第４面）が非球面となっている。この第１のレンズ群Ｇ１は、変倍中は固定されており、フォーカシングだけのために動くフォーカシング用のレンズ群となっている。
【００２１】
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、両凸の正レンズＬ２１により構成されている。そして、この第２のレンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に若干移動し、諸収差を補正するコンペンセータとして主に機能する。
【００２２】
第３のレンズ群Ｇ３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、スクリーン９の側に大きく凸の正レンズＬ３１と、両凹の負レンズＬ３２と、ライトバルブ２の側に大きく凸の正レンズＬ３２とから構成されている。したがって、第３のレンズ群Ｇ３は、トリプレットと称される簡易な構成であるが、球面収差や像面わん曲が良く補正できるレンズ群となっている。この第３のレンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に大きく動き、移動することにより変倍効果をもたらすバリエータとして主に機能する。
【００２３】
第４のレンズ群Ｇ４は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側からスクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ４１と、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ４２により構成されている。これらのレンズの内、２番目のレンズＬ４２の両面が非球面になっている。また、この第４のレンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端への変倍中は、スクリーン９の側に若干移動し、諸収差を補正するコンペンセータとして主に機能する。
【００２４】
第５のレンズ群Ｇ５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の側に大きく凸の正レンズＬ５１により構成されている。この第５のレンズ群Ｇ５は、照明光学系３と、投写レンズシステム５とに共通に利用されている共用レンズあるいはフィールドレンズであり、ライトバルブ２に対して移動しないようになっている。
【００２５】
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）、ｓｉ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）、ｖｉ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（ｆｗは広角端における合成焦点距離、ｆｔは望遠端における合成焦点距離をそれぞれ示す）、ｆ１〜ｆ５は各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５の合成焦点距離を示す。また、これらの数値は、投射ズームレンズ５からスクリーンまでの距離が２ｍのときの値である。
【００２６】
【００２７】
ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ2／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）2Ｙ2｝1/2］
＋ＡＹ4＋ＢＹ6＋ＣＹ8＋ＤＹ10
第３面
Ｒ＝７１．９１７
Ｋ＝０．００００
Ａ＝８．１８８２×１０-6、Ｂ＝−２．８６８０×１０-8
Ｃ＝４．９３９１×１０-11、Ｄ＝−２．５０５２×１０-14
第４面
Ｒ＝２１．６０４
Ｋ＝０．００００
Ａ＝ ５．２２６３×１０-6、Ｂ＝−２．７２４２×１０-8
Ｃ＝−４．８５６８×１０-11、Ｄ＝ １．４５４４×１０-13
第１５面
Ｒ＝２９．９１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−５．９３５１×１０-6、Ｂ＝−６．２０４１×１０-8
Ｃ＝ １．０２７２×１０-10、Ｄ＝−４．０１８１×１０-12
第１６面
Ｒ＝２９５９０．４１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−２．１０１６×１０-6、Ｂ＝−４．０５９８×１０-8
Ｃ＝−４．０８８６×１０-10、Ｄ＝−１．４０９４×１０-12
本例の投写用ズームレンズシステムの変倍中の諸数値は以下の通りである。
【００２８】
ｆ１＝ −２４．２６
ｆ２＝ ６９．２２
ｆ３＝ ４８．３６
ｆ４＝−４９９．０６
ｆ５＝ ４９．４７
このレンズシステムの第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は３．９４ｍｍ、広角端の焦点距離（ｆｗ）は２６．０ｍｍで、望遠端の焦点距離（ｆｔ）は３２．５ｍｍであり、全長が１３０ｍｍ、ズーム比が１．２５のズームレンズとなっている。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） ｆ３／ｆｗ ＝１．８６
式（Ｂ） Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ＝４．９２５
図３から図６に本例のズームレンズシステム５の諸収差を示してある。図３は、この投写用ズームレンズシステム５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図４は、望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図５は、広角端における横収差を示し、図６は、望遠端における横収差を示してある。球面収差および横収差は、６５６．２ｎｍ（破線）、５４６．１ｎｍ（実線）および４８６．１ｎｍ（一点鎖線）の各波長における値を示してある。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム５は、広角端から望遠端において、非点収差で±０．０２ｍｍ程度の範囲に充分に収まり、また、横収差においても±０．０４ｍｍ程度の範囲に収まる。したがって、本例のズームレンズシステム５は、ズーム比１．２５のズームレンズとしては非常に結像性能の高いズームレンズシステムであることが分かる。
【００２９】
このように本例のレンズシステム５は、５群構成のズームレンズシステムであり、スクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１とライトバルブ２の側の第５のレンズ群Ｇ５が変倍中は動かない、全長（本例では１３０ｍｍ）が変倍により変わらないズームレンズである。したがって、第１のレンズ群Ｇ１はフォーカシングだけに対応すれば良く、機構的には簡易なズームレンズシステムとなり、また、第５のレンズ群Ｇ５を照明光学系３と投写レンズシステム５で共用するフィールドレンズとして使用できるようにしている。
【００３０】
そして、第３のレンズ群Ｇ３を主に変倍のために動かし、第４のレンズ群Ｇ４と第２のレンズ群Ｇ２を主に収差性能を補償するために利用している。したがって、第４のレンズ群は、ズーム比が１．２５倍程度のズームレンズでありながら３．９４ｍｍ程度と非常に小さい。照明光学系３からの照明光１１の反射方向を変えて画像を生成する複数のマイクロミラーを備えたデバイスをライトバルブ２としたプロジェクタ１においては、ライトバルブ２からの投影光１２を効率良く飲み込み、さらに、無効光を飲み込まないようにするために、フィールドレンズとして固定された第５のレンズ群Ｇ５を介してライトバルブ２から入射する投影光１２に対する入射瞳位置の移動距離は小さいことが望ましい。一方、ズーム比を大きくするためにはレンズ群を大きく動かす必要があり、さらに、ズーミング用のレンズの動きを補償するレンズ群の動きも大きくなる。そこで、本例では、第３のレンズ群Ｇ３の前後に、第３のレンズ群Ｇ３の動きによる収差を補正するための第２のレンズ群Ｇ２および第４のレンズ群Ｇ４を配置して、第４のレンズ群Ｇ４の動きを抑制しながら、充分に収差を補正できるようにしている。したがって、本例でも第４のレンズ群Ｇ４の移動距離Ｔ４は、式（Ｂ）の範囲に収まるように設計されている。
【００３１】
さらに、変倍中に大きく動く第３のレンズ群Ｇ３としては簡易な構成で収差が良く補正できるトリプレットを採用し、そのパワーを式（Ａ）の範囲に止めることにより、充分な変倍率を確保しながら、他のレンズ群との協働により収差が良く補正された結像性能の高いズーミングレンズを提供している。
【００３２】
また、移動距離の小さい第１のレンズ群Ｇ１と第４のレンズ群Ｇ４に、それぞれの両面が非球面となったレンズ（Ｌ１２およびＬ４１）を配置している。ズーミングする際に移動距離のないあるいは小さなレンズであれば、変倍による光線の動きも比較的小さいので、非球面レンズの設計が容易となり、非球面レンズによる収差補正をより効率的に行うことができる。さらに、上記にて説明したように、最もスクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１は、レンズ径が大きく、光軸光と周辺光との差があるので非点収差、像面湾曲および歪曲を補正するのに適している。また、第４のレンズ群Ｇ４に非球面を導入することにより、球面収差およびこま収差を主に補正することができる。このため、本例のズームレンズは、トータルで１０枚と少ない枚数のレンズで、収差性能の良いズームレンズを実現している。
【００３３】
さらに、ズームレンズシステムを構成する各レンズ群Ｇ１〜Ｇ５のパワーをスクリーン側から順に負−正−正−負−正の構成にしている。このようなパワーのレンズ群の組み合わせは、レトロフォーカス型のレンズの組み合わせと考えることができ、ライトバルブ２の側のバックフォーカスを長くしやすい。したがって、ライトバルブ２に平行な光線を入出力することが望ましい、マイクロミラーを用いたライトバルブ２に好適な投写用ズームレンズシステム５を提供できる。
【００３４】
このように、本例のズームレンズシステム５によりは、マイクロミラーデバイスに適したバックフォーカスが長く、さらに、５つのレンズ群を適切に組み合わせることにより、全長が変わらず、簡易な構成で、変倍中の入射瞳の移動距離の小さな投写用ズームレンズを提供することができる。そして、非球面レンズを導入することも容易であり、さらに、第３のレンズ群および第４のレンズ群のパワーを式（Ａ）および（Ｂ）の範囲に収めることにより、収差性能も非常に良い。
【００３５】
（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。本例のレンズ５も１０枚のレンズＬ１１〜Ｌ５１を用いた５群構成のレンズである。各々のレンズ群Ｇ１〜Ｇ５の屈折力は上記のズームレンズと同じであり、それらのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５を構成する個々のレンズのタイプは、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１３が両凸の正レンズであり、第４のレンズ群Ｇ４のレンズＬ４１が両凸の正レンズであり、レンズＬ４２が両凹の負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。
【００３６】
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。
【００３７】
【００３８】
第３面
Ｒ＝６４．３２８
Ｋ＝０．００００
Ａ＝３．１６７７×１０-6、Ｂ＝−８．７０７０×１０-9
Ｃ＝１．５５６３×１０-11、Ｄ＝−９．５０８０×１０-15
第４面
Ｒ＝２１．１１１
Ｋ＝０．００００
Ａ＝４．１５７６×１０-7、Ｂ＝−１．７５１３×１０-8
Ｃ＝６．１０８５×１０-12、Ｄ＝−５．５５５６×１０-14
第１５面
Ｒ＝３４．６９４
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−９．０１００×１０-6、Ｂ＝−８．５５５５×１０-9
Ｃ＝−７．２８８６×１０-10、Ｄ＝−４．６８７９×１０-13
第１６面
Ｒ＝−２１８．９６２
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−３．４９３４×１０-6、Ｂ＝２．８６７１×１０-8
Ｃ＝−１．５４５６×１０-9、Ｄ＝４．２７９５×１０-12
本例の投射レンズの諸数値は以下の通りである。
【００３９】
本例の投写用ズームレンズシステムの変倍中の諸数値は以下の通りである。
【００４０】
ｆ１＝ −２２．９１
ｆ２＝ ７７．０５
ｆ３＝ ４３．２３
ｆ４＝−２２８．２２
ｆ５＝ ４７．８１
このズームレンズシステム５の第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は４．４９ｍｍ、広角端の焦点距離（ｆｗ）は２６．０５ｍｍで、望遠端の焦点距離（ｆｔ）は３２．４５ｍｍであり、全長１３０ｍｍ、ズーム比は１．２５のズームレンズとなっている。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） ｆ３／ｆｗ ＝１．６６
式（Ｂ） Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ＝５．６１
図８から図１１に本例のズームレンズシステム５の諸収差を示してある。図８は、この投写用ズームレンズシステム５の広角端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。図９は、望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。さらに、図１０は、広角端における横収差を示し、図１１は、望遠端における横収差を示してある。球面収差および横収差は、上述した実施例と同じ各波長における値を示してある。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム５も、広角端から望遠端において、非点収差で±０．０２ｍｍ程度の範囲に充分に収まり、また、横収差においても±０．０４ｍｍ程度の範囲に収まる。したがって、本例のズームレンズシステム５も、ズーム比１．２５のズームレンズとしては非常に結像性能の高いズームレンズシステムであることが分かる。
【００４１】
また、第４のレンズ群の移動距離Ｔ４は、本例では４．４９ｍｍであり、実施例１より若干大きくなっているが、その移動距離は５ｍｍ程度以下と非常に小さい。したがって、本例の投写用ズームレンズシステム５も、ライトバルブ２としてマイクロミラーデバイスが採用されたプロジェクタ１に好適なズームレンズシステムである。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の投写用ズームレンズシステムは、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ズーム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フィールドレンズとして利用される固定の第５のレンズ群と、フォーカシング用に変倍中は固定の第１のレンズ群とを含めた、スクリーン側から負−正−正−負−正の５群構成のズームレンズシステムである。そして、第３のレンズ群が主にバリエータとして変倍中は大きく動き、第２および第４のレンズ群がコンペンセータとして、移動距離は小さいが、諸収差の補正に大きく寄与するシステムとなっている。このため、ライトバルブから出力された投影光に対する入射瞳となる第４のレンズ群の動きは小さくなり、有効な投影光を効率良く飲み込み、明るく鮮明な画像を投影することができる投写用のズーム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に係る投写用ズームレンズシステムの構成を示す図である。
【図３】図２に示すレンズシステムの広角端の縦収差図である。
【図４】図２に示すレンズシステムの望遠端の縦収差図である。
【図５】図２に示すレンズシステムの広角端の横収差図である。
【図６】図２に示すレンズシステムの望遠端の横収差図である。
【図７】本発明の実施例２に係る投写用ズームレンズシステムの構成を示す図である。
【図８】図７に示すレンズシステムの広角端の縦収差図である。
【図９】図７に示すレンズシステムの望遠端の縦収差図である。
【図１０】図７に示すレンズシステムの広角端の横収差図である。
【図１１】図７に示すレンズシステムの望遠端の横収差図である。
【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 投写用ズームレンズシステム
９ スクリーン
Claims (6)
- 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用ズームレンズシステムであって、
前記スクリーン側から、負の屈折力の第１のレンズ群、正の屈折力の第２のレンズ群、正の屈折力の第３のレンズ群、負の屈折力の第４のレンズ群および正の屈折力の第５のレンズ群から構成され、
前記第５のレンズ群は、前記光変調器の前面に配置され、前記照明光および投影光が透過し、変倍の際に移動しない共用のレンズ群であり、
前記第１のレンズ群は、焦点調整のために移動し、変倍の際に移動しないフォーカシング用のレンズ群であり、
前記第３のレンズ群は、移動することにより変倍効果が主に得られる変倍用のレンズ群であり、
前記第２および第４のレンズ群は、移動することにより変倍する際の収差を主に補償する補償用のレンズ群であり、
さらに、前記第３のレンズ群は、前記スクリーンの側から、前記スクリーン側に凸の正レンズと、両凹の負レンズと、前記光変調器の側に凸の正レンズとから構成され、当該投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、前記第３のレンズ群の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たす投写用ズームレンズシステム。
１．４ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ２．１ - 請求項１において、前記第１、第２および第４のレンズ群の少なくともいずれかは、非球面レンズを備えている投写用ズームレンズシステム。
- 請求項２において、前記第１および第４のレンズ群が非球面レンズを備えている投写用ズームレンズシステム。
- 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第２、第３および第４のレンズ群は広角端から望遠端に変倍する際に前記スクリーン側に移動する投写用ズームレンズシステム。
- 請求項１ないし４のいずれかにおいて、当該投写用ズームレンズシステムの広角端の合成焦点距離ｆｗと、望遠端の合成焦点距離ｆｔと、第４のレンズ群の移動距離Ｔ４とが次の式を満たす投写用ズームレンズシステム。
４．７５ ＜ Ｔ４×ｆｔ／ｆｗ ＜ ６．６ - 請求項１ないし５のいずれかに記載の投写用ズームレンズシステムと、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。
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