JP4366086B2 - 投写用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、液晶あるいはＤＭＤといった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レンズシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００２−３１７５４号公報には、液晶表示素子あるいはマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を用い、光源からの光を画素単位で透過もしくは反射することにより変調し、その変調光を投射レンズ装置で拡大投影して画像を得るようにした投射型画像表示装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１７５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−３１７５４号公報に開示された投射用レンズ装置は、スクリーン側から画像表示素子側に向かって順次、負の屈折力を持つ第１群レンズ、正の屈折力を持つ第２群レンズ、正の屈折力を持つ第３群レンズを配置したものであり、第１群レンズ、第２群レンズ、第３群レンズに非球面を用いることにより、第１群レンズおよび第３群レンズでは、歪曲収差や倍率色収差等を補正し、第２群レンズでは軸上光線の収差補正をし、小型化、広角化を実現しつつ、諸収差を良好に満足することが記載されている。
【０００５】
負の屈折力を持つ第１のレンズ群、正の屈折力を持つ第２および第３のレンズ群で構成されるレトロフォーカスタイプの投写用レンズシステムは、広角で長いバックフォーカスを持ちテレセントリックな光学系を構成できるので、図１に示すようなリアプロジェクタ用の投写用レンズシステムとして適している。ところで、レンズシステムは、一般的に広角になると、歪曲、像面湾曲、非点収差の補正が難しくなる。特に広角レンズに用いられるようなレトロフォーカスタイプでは歪曲の補正、像面湾曲の補正と球面収差の補正が課題となってくる。したがって、特開２００２−３１７５４号公報に開示された投射用レンズ装置では、第１群レンズ、第２群レンズおよび第３群レンズのそれぞれに非球面のレンズを用いることにより、収差を良好に補正しようとしている。
【０００６】
非球面レンズを使用することにより少ないレンズ枚数で良好な収差補正が得られる。しかしながら、非球面レンズは高コストであり、温度変化によるレンズ表面の微小な膨張あるいは収縮により影響を受けやすいという問題がある。さらに、製造時の面精度によっても収差性能が大きく影響を受ける。したがって、非球面レンズの枚数を増加するとレンズシステムが高価になる。それと共に、複数の非球面レンズによる収差能力の変動がキャンセルできない場合は、温度変化による影響を受けやすいレンズシステムとなったり、個体差の大きなレンズシステムとなる可能性がある。
【０００７】
特に、図１に示すようなリアプロジェクタにおいては、投写用のレンズシステムが完全にクローズされた環境に配置されるので、レンズシステムの少なくとも一部が露出する従来のスクリーンとプロジェクタが分離したプロジェクタシステムと比較すると熱の影響を受けやすい。図１に示したリアプロジェクタ１は、ハウジング２の内部に、光源３と、光源からの光を画像信号により変調して画像を形成する光変調器（ライトバルブ）４と、ライトバルブ４からの投影光８をスクリーン９に背面から投写する投写用レンズシステム５と、投影光８を反射してスクリーン９に導くミラー６および７を備えている。光源３とライトバルブ４が一体になったＣＲＴが用いられるケースもあるが、近年においては、ライトバルブ４として液晶パネルが多く採用されており、さらに、上述したマイクロミラー素子によりＤＭＤパネルも採用されることがある。ＤＭＤパネルの場合は、ライトバルブ４が反射型となるために光源３との位置関係が図１に示したものと異なるが、液晶パネルおよびＤＭＤパネルをライトバルブ４とする場合は、レンズシステム５の入力側はテレセントリックとなる。したがって、入力側がテレセントリックで、変調光（投影光）８を拡大投影する投写用レンズシステム５が要求される。
【０００８】
そこで、本発明においては、入力側がテレセントリックで、変調光を拡大投影する投写用レンズシステムにおいて、非球面レンズの枚数を可能な限り削減しながら、ほぼ同等あるいはそれ以上の収差補正能力を備えた投写用レンズシステムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、スクリーンの側から負−正−正の拡大投影に適したレトロフォーカス型を採用すると共に、第３のレンズ群に２つの接合レンズを用いている。この構成により、少ない非球面レンズ枚数で歪曲などの収差を補正し、高性能で温度の影響を受けにくい、ローコストなレンズシステムを提供可能にした。すなわち、本発明の投写用レンズシステムは、光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写用レンズシステムであって、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のレンズ群および正の屈折力の第３のレンズ群により構成され、第１のレンズ群は、スクリーン側から順に配置された、スクリーン側に凸の２枚の負のメニスカスレンズと、１枚の負レンズとにより構成され、第２のレンズ群は、２枚の正レンズにより構成され、第３のレンズ群は、スクリーン側から順に配置された絞りと、正レンズおよびスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズが接合された第１の接合レンズと、両凹の負レンズおよび両凸レンズの正レンズが接合された第２の接合レンズと、１枚または２枚の両凸の正レンズとにより構成されている。
【００１０】
接合レンズ（ダブレット）は、正負の収差を発生させ、それらを打消すことにより球面収差を補正しやすい形態であり、レトロフォーカスタイプで発生しやすい球面収差の補正に適している。したがって、接合レンズの数を増やすことにより球面収差の補正能力を向上できる。さらに、本発明の投写用レンズシステムにおいては、第２および第３のレンズ群を考えると、スクリーンと反対側、すなわち、入射側から屈折力が正のレンズ、２つの接合レンズ、さらに、屈折力が正の第２のレンズ群が配置された形態となり、ガウス型として知られた組み合わせに近い構成となる。ガウス型は、対称型のレンズ配置であり、諸収差が少なく、すべての性能にバランスが取れやすく、大画角のレンズシステムにも向いた構成である。さらに、ガウス型は、曲率が大きく変わるレンズの組み合わせを用いないで諸収差を補正できるので、レンズ枚数が多くなるとしても部品加工や組み立てが容易なレンズシステムである。また、ゴーストの発生も少ないレンズ配列である。
【００１１】
このため、本発明のレンズシステムは、入力側にガウス型の組み合わせを配し、出力側に負の屈折力の第１のレンズ群を配し、さらに、ガウス型の組み合わせを正の第２のレンズ群と、正の第３のレンズ群として設計することにより、全体としてレトロフォーカス型で入力側がテレセントリックとなった高性能の投写用レンズシステムを提供できたということも可能である。
【００１２】
したがって、本発明の投写用レンズシステムにおいては、以下で詳述するように、第１のレンズ群の最もスクリーン側の第１のレンズを非球面レンズにするだけで、投写用レンズシステムとして十分な結像性能を得ることができ、第２および第３のレンズ群に非球面レンズを要しない。このため、低コストで、熱の影響を受けにくく、さらにローコストの投写用レンズシステムを提供できる。すなわち、接合レンズを２枚使うことにより、１枚の非球面レンズで補正不足だった球面収差、歪曲を良好に補正し、かつ色収差、コマ収差、およびレトロフォーカスタイプで補正過剰になった像面湾曲を補正できる。また、第２のレンズ群内に少なくとも２枚以上の正レンズを用いることにより、収差補正、適正なバックフォーカスとテレセントリック性、および量産可能なレンズ径を確保するのに必要な正のパワーを得ることができる。また、入力側を全体としてガウス型にできるという効果も備えている。そして、第３のレンズ群内に少なくとも1枚以上の正レンズを用いることにより、入力側が全体としてガウス型となり、さらに、収差補正、適正なバックフォーカスとテレセントリック性、および量産可能なレンズ径を確保するのに必要な正のパワーを得ることができる。そして、第３のレンズ群の曲率を制限できるので、ＤＭＤなどのライトバルブの面とレンズの反射によるゴーストを弱くできるという効果も得られる。
【００１３】
したがって、本発明の投写用レンズシステムと、光変調器とを組み合わせることにより、低コストで、鮮明な画像が安定して得られるプロジェクタ装置を提供できる。特に、本発明の投写用レンズシステムは温度の影響を受けにくいので、レンズシステムを含めてパッケージングされるリアプロジェクタに適している。
【００１４】
さらに、投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆと、第１のレンズの焦点距離ｆＬ１１とが次の式を満たすことが望ましい。
０ ＜ ｜ｆ／ｆＬ１１｜ ＜ ０．１ ・・・（Ａ）
非球面レンズとなる第１のレンズのパワーをこの式（Ａ）の範囲に抑えることにより、第１のレンズに対する面精度の要求を抑制することができる。また、非球面レンズのパワーを抑制することにより温度変動による収差性能の影響も小さくなる。このため、非球面化しやすいプラスチックレンズにより、面精度が安定した非球面レンズを導入でき、個体差が小さく、温度変動による影響も受けにくい低コストの投写用レンズシステムを提供できる。さらに、本発明においては、第１のレンズ径がφ５０ｍｍ程度とコンパクトな投写用レンズシステムの提供を実現しているが、上記の式（Ａ）の範囲に第１のレンズのパワーを抑制することにより小径のレンズでも、プラスチックレンズにより面精度の十分に高いレンズを提供することができる。
【００１５】
さらに、投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆと、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と、第３の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たすことが望ましい。
０．５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ １．５
１．０ ＜ ｜ｆ２／ｆ｜ ＜ ４．２
１．６ ＜ ｜ｆ３／ｆ｜ ＜ ３．５ ・・・（Ｂ）
この条件は、各レンズ群のパワー配分を規定する条件であり、この条件を満たすことにより、第１のレンズ群、特に、非球面レンズとなる第１のレンズの径を小さくできる。したがって、上記と同様に、第１のレンズの成形性および面精度に対する精度要求を抑制でき、低コストで良好な収差補正能力を備えた投写用レンズシステムを提供できる。
【００１６】
また、接合面を除き、第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率半径Ｒが次の式を満たすことが望ましい。
０．００５（ｍｍ −１ ） ＜ ｜１／Ｒ｜ ＜ ０．０６（ｍｍ −１ ）・・・（Ｃ）
スクリーン上に強いゴーストを発生させないための条件であり、本発明の投写用レンズシステムであると、入力側を構成する各レンズ面の曲率を制限できるので、十分にこの条件を満足させることができる。したがって、収差の補正能力が高く、さらに、ゴーストの発生もない高性能のレンズシステムを提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図２に本発明の投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５は、スクリーン９の側（出力側）からライトバルブ４（入力側）に向って３つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２およびＧ３にグループ分けされた１０枚のレンズにより構成されている。レンズシステム５とライトバルブ４との間に配置された平行ガラスＦＧ１およびＦＧ２は光学的ローパスフィルタである。
【００１８】
最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１、Ｌ１２およびＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００１９】
第２のレンズ群Ｇ２は全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１と、スクリーン側に凸の凸レンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５により構成されている。
【００２０】
したがって、このレンズシステム５は、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムであり、さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。また、接合レンズＤ１およびＤ２の入力側には正レンズＬ３５が配置され、スクリーン側には正の第２のレンズ群Ｇ２が配置されている。したがって、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、対称型のガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００２１】
図３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）、Ｎｄｉ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）、νｄｉ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。ＩＮＦは平面であることを示す。以降に示す他の実施例におけるレンズデータも同様である。
【００２２】
第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝３６．２３５ Ｋ＝０．００００
Ａ＝７．５０２９×１０-6、 Ｂ＝−１．３７３３×１０-8
Ｃ＝３．６６４９×１０-11、 Ｄ＝−３．８６７４×１０-14
ただし、非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径とし、上記の係数Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて次式で表される。
Ｘ＝（１／Ｒ）2Ｙ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）2Ｙ2｝1/2］
＋ＡＹ4＋ＢＹ6＋ＣＹ8＋ＤＹ10 ・・・（１）
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２５．７３６ Ｋ＝０．００００
Ａ＝４．２８０１×１０-7、 Ｂ＝−１．６５９３×１０-8
Ｃ＝３．９６０１×１０-12、 Ｄ＝−５．１８７３×１０-14
この投写用レンズシステム５の諸パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： １０．０
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −２０２．１６
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１：−１４．０ （ｆ1/ｆ＝−１．４）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２７．５４ （ｆ2/ｆ＝ ２．７５４）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２１．７８ （ｆ3/ｆ＝ ２．１７８）
ＦＮｏ．：２．６
半画角（degree）：４０．２４
バックフォーカス長（mm）：３２．４７
上記に示した数値および図３に示した数値から分かるように、本例の投写用レンズシステム５は、上述した式（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の条件を全て満たすものである。
【００２３】
図４に、この投写用レンズシステム５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、６７０ｎｍ（破線）、６５０ｎｍ（一点鎖線）、５５０ｎｍ（実線）、４５０ｎｍ（二点鎖線）および４３０ｎｍ（三点鎖線）の各波長における値を示している。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ程度の範囲に収まり、また、歪曲収差は０．０３％程度の範囲に収まっている。この諸収差の値は、引用文献として示した特開２００２−３１７５４号公報に開示された諸収差の値とほとんど同じレベルである。したがって、本発明の投写用レンズシステム５においては、１枚の非球面レンズを採用するだけで、３枚の非球面レンズを採用したレンズシステムと遜色のない結像性能の高いレンズシステムが得られていることが分かる。
【００２４】
さらに、特開２００２−３１７５４号公報に開示されたレンズシステムでは、入力側のレンズに曲率半径が２００ｍｍ以上の、ゴーストが比較的発生しやすいレンズが用いられている。これに対し、本例のレンズシステム５では、曲率半径が２００ｍｍ以下、さらには、２０〜５０ｍｍの範囲の曲率の変化がそれほど大きくないレンズの組み合わせで、十分に諸収差の値を小さくできている。したがって、この点では、非球面レンズの数を少なくして、さらに結像性能の良いレンズシステムが得られたということができる。
【００２５】
また、Ｆナンバーも２．６と非常に明るく、画角も拡大投影するために十分な値が得られており、バックフォーカスも十分に長い。このため、本例の投写用レンズシステムは、入射側のテレセントリック性も十分な、明るい広角レンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像を拡大投影するのに適したレンズシステムである。さらに、非球面レンズは、発熱源である光源からもっとも遠い、もっともスクリーン側のレンズＬ１１の一枚だけであり、温度変化による結像性能の変動も小さい。また、非球面レンズが一枚で良いので、レンズを加工する際のコストや、組み立ての精度誤差の問題も少ない。したがって、本発明により、低コストで高性能の投写用レンズシステムを提供できる。
【００２６】
特に、上記の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たしているので、非球面レンズとなる第１のレンズに対する面精度の要求を抑制することができる。したがって、さらに、温度変動による収差性能の影響も小さく、非球面化しやすいプラスチックレンズにより、面精度が安定した非球面レンズを導入できるというメリットを備えている。したがって、さらにレンズシステムの個体差が小さく、温度変動による影響も受けにくい低コストの投写用レンズシステムを提供できる。このため、本例のレンズシステム１は、図１に示したリアプロジェクタ１のように、熱源となる光源と共にクローズされた環境で使用しても十分に高い結像性能を安定して得ることができるレンズシステムである。したがって、光源３およびライトバルブ（光変調器）４と共に本例のレンズシステム５をハウジング２に収納することにより、高画質が安定して得られ、低コストなリアプロジェクタ１を提供できる。
【００２７】
（第２の実施例）
図５に本発明の異なる投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５も、スクリーン９の側から入力側に向かって、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２およびＧ３が並んだレンズシステムであり、第３のレンズ群Ｇ３が２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。
【００２８】
さらにレンズ構成を詳しく説明すると、最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は、全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１２と両凹の負レンズＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。また、本例のレンズシステム５においても第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００２９】
第２のレンズ群Ｇ２は、全体として正の屈折力を備えており、両凸の凸レンズＬ２１と、若干スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、両凸の正レンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５により構成されている。
【００３０】
したがって、このレンズシステム５も全体が１０枚構成で、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムである。さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備え、それらの入力側には正レンズＬ３５が配置され、スクリーン側には正の第２のレンズ群Ｇ２が配置されているので、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、対称型のガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００３１】
図６に、本例のレンズシステム５のレンズデータを示してある。また、第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝４２．０１７ Ｋ＝０．００００
Ａ＝６．７４８３×１０-6、 Ｂ＝−４．２７６８×１０-9
Ｃ＝１．０６９６×１０-11、 Ｄ＝−８．９４４０×１０-15
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２６．６２０ Ｋ＝０．００００
Ａ＝−１．２３０６×１０-6、Ｂ＝−１．８０７８×１０-8
Ｃ＝−１．４３７７×１０-15、Ｄ＝−１．９９２９×１０-14
本例のレンズシステム５の各パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： ７．３９
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −１６０．９４
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１： −９．６３ （ｆ1/ｆ＝−１．３）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２９．０ （ｆ2/ｆ＝ ３．９）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２２．４３ （ｆ3/ｆ＝ ３．０）
ＦＮｏ．：２．４
半画角（degree）：４２．３
バックフォーカス長（mm）：３４．８
上記に示した数値および図６に示した数値から分かるように、本例の投写用レンズシステム５は、上述した式（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の条件を全て満たすものである。
【００３２】
図７に、この投写用レンズシステム５の球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ程度の範囲に収まり、また、歪曲収差は０．１％程度の範囲に収まっている。したがって、本例の投写用レンズシステム５においても、１枚の非球面レンズを採用するだけで、収差が十分に補正できており、低コストで結像性能の高いレンズシステムを提供できる。また、入射側の第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率の変動が小さいことは上記の実施例のレンズシステムと同様であり、ゴーストの発生も小さい。
【００３３】
さらに、本例のレンズシステム５は、Ｆナンバーが２．４とさらに明るく、画角も半画角で４２．３度と大きく、バックフォーカスは３４．８ｍｍとさらに長くなっている。したがって、入射側のテレセントリック性がさらに良好で、非常に明るい広角なレンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像を拡大投影するのにさらに適したレンズシステムである。また、非球面レンズが一枚で十分に収差を補正できるので、温度変化や、組み立てあるいは加工誤差による性能の変動は小さく、安定した結像性能を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施例）
図８に本発明のさらに異なる投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５も、スクリーン９の側から入力側に向かって、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２およびＧ３が並んだレンズシステムであり、第３のレンズ群Ｇ３が２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。
【００３５】
さらにレンズ構成を詳しく説明すると、最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は、全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１２と両凹の負レンズＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。また、本例のレンズシステム５においても第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００３６】
第２のレンズ群Ｇ２は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１と、両凸の正レンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５およびＬ３６により構成されている。
【００３７】
したがって、このレンズシステム５は、全体が１１枚構成で、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムである。さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備え、それらの入力側には２枚の正レンズＬ３５およびＬ３６が配置され、スクリーン側には２枚の正のパワーのレンズからなる第２のレンズ群Ｇ２が配置されている。このため、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、さらに対称型の高いレンズ配置となっており、よりガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００３８】
図９に、本例のレンズシステム５のレンズデータを示してある。また、第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝４５．９５９ Ｋ＝０．００００
Ａ＝５．４７０１×１０-6、 Ｂ＝−７．３３３６×１０-10
Ｃ＝８．３２２６×１０-13、 Ｄ＝ ２．５５１３×１０-15
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２８．０５５ Ｋ＝０．００００
Ａ＝−８．７３００×１０-7、 Ｂ＝−１．７０５４×１０-8
Ｃ＝ １．７１４１×１０-11、 Ｄ＝−２．４６５９×１０-14
本例のレンズシステム５の各パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： ９．２
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −１５５．９１
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１：−１１．４０７ （ｆ1/ｆ＝−１．２４）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２５．９３ （ｆ2/ｆ＝ ２．８２）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２２．７４ （ｆ3/ｆ＝ ２．４７）
ＦＮｏ．：２．４
半画角（degree）：４３．５２
バックフォーカス長（mm）：３５．５
【００３９】
図１０に、この投写用レンズシステム５の球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ以下の範囲に収まり、また、歪曲収差も０．１％程度の範囲に収まっている。したがって、本例の投写用レンズシステム５は、１枚の非球面レンズを採用するだけで、さらに収差が良好に補正されたレンズシステムが実現されている。また、入射側の第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率の変動は若干大きくなっているが、ゴーストを発生させるほどではなく、上記の実施例のレンズシステムと同様にゴーストの発生もなく、さらに、諸収差も良好に補正されたレンズシステムを提供できる。
【００４０】
また、本例のレンズシステム５も、Ｆナンバーが２．４と明るく、画角も半画角で４３．５度程度とさらに大きく、バックフォーカスは３５．５ｍｍとさらに長くなっている。したがって、入射側のテレセントリック性がさらに良好で、非常に明るい広角なレンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像をリアプロジェクタ１において拡大投影するのにさらに適したレンズシステムである。また、非球面レンズが一枚で十分に収差を補正でき、上記の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たすことにより、非球面レンズの負荷も小さくなるので、温度変化や、組み立てあるいは加工誤差による性能の変動は小さく、その点でも、さらにリアプロジェクタ１のようにクローズされた環境で安定した結像性能を発揮することができる。したがって、本発明により、リアプロジェクタ１に適したローコストの投写用レンズシステムを提供できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の投写用レンズシステムは、負の第１のレンズ群の最もスクリーン側のレンズに非球面レンズを用い、第２のレンズ群を正レンズ、正レンズ、第３のレンズ群を接合レンズ、接合レンズ、正レンズの構成にすることにより、少ない非球面レンズ枚数で歪曲などの収差を補正し高性能、ロ−コストなレンズシステムを提供している。
【００４２】
さらに、第１のレンズ群、第２のレンズ群および第３のレンズ群それぞれの屈折力をバランスよく配分することにより、広角で長いバックフォーカスを持つ、テレセントリックな光学系に適したレンズシステムで、かつ非球面レンズの負荷を減らし、量産に適したレンズシステムを実現している。したがって、本発明により、一枚の非球面レンズで十分良好に諸収差が補正された、ローコストの投影用のレンズシステムを提供できる。そして、本発明のレンズシステムは非球面レンズの枚数が少ないので、温度変化による結像性能の変動も小さく、リアプロジェクタのようなクローズドされた環境で使用するのに適している。このため、本発明のレンズシステムは、低コストで画質の良いリアプロジェクタを実現するために好適なレンズシステムであると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】リアプロジェクタの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の投写用レンズシステムの構成を示す図である。
【図３】図２に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図４】図２に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【図５】本発明の投写用レンズシステムの異なる例を示す図である。
【図６】図５に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図７】図５に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【図８】本発明の投写用レンズシステムのさらに異なる例を示す図である。
【図９】図８に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図１０】図８に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【符号の説明】
１ リアプロジェクタ
２ ハウジング
３ 光源
４ ライトバルブ（光変調器）
５ 投写用レンズシステム
６、７ 鏡
９ スクリーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶あるいはＤＭＤといった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レンズシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００２−３１７５４号公報には、液晶表示素子あるいはマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を用い、光源からの光を画素単位で透過もしくは反射することにより変調し、その変調光を投射レンズ装置で拡大投影して画像を得るようにした投射型画像表示装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１７５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−３１７５４号公報に開示された投射用レンズ装置は、スクリーン側から画像表示素子側に向かって順次、負の屈折力を持つ第１群レンズ、正の屈折力を持つ第２群レンズ、正の屈折力を持つ第３群レンズを配置したものであり、第１群レンズ、第２群レンズ、第３群レンズに非球面を用いることにより、第１群レンズおよび第３群レンズでは、歪曲収差や倍率色収差等を補正し、第２群レンズでは軸上光線の収差補正をし、小型化、広角化を実現しつつ、諸収差を良好に満足することが記載されている。
【０００５】
負の屈折力を持つ第１のレンズ群、正の屈折力を持つ第２および第３のレンズ群で構成されるレトロフォーカスタイプの投写用レンズシステムは、広角で長いバックフォーカスを持ちテレセントリックな光学系を構成できるので、図１に示すようなリアプロジェクタ用の投写用レンズシステムとして適している。ところで、レンズシステムは、一般的に広角になると、歪曲、像面湾曲、非点収差の補正が難しくなる。特に広角レンズに用いられるようなレトロフォーカスタイプでは歪曲の補正、像面湾曲の補正と球面収差の補正が課題となってくる。したがって、特開２００２−３１７５４号公報に開示された投射用レンズ装置では、第１群レンズ、第２群レンズおよび第３群レンズのそれぞれに非球面のレンズを用いることにより、収差を良好に補正しようとしている。
【０００６】
非球面レンズを使用することにより少ないレンズ枚数で良好な収差補正が得られる。しかしながら、非球面レンズは高コストであり、温度変化によるレンズ表面の微小な膨張あるいは収縮により影響を受けやすいという問題がある。さらに、製造時の面精度によっても収差性能が大きく影響を受ける。したがって、非球面レンズの枚数を増加するとレンズシステムが高価になる。それと共に、複数の非球面レンズによる収差能力の変動がキャンセルできない場合は、温度変化による影響を受けやすいレンズシステムとなったり、個体差の大きなレンズシステムとなる可能性がある。
【０００７】
特に、図１に示すようなリアプロジェクタにおいては、投写用のレンズシステムが完全にクローズされた環境に配置されるので、レンズシステムの少なくとも一部が露出する従来のスクリーンとプロジェクタが分離したプロジェクタシステムと比較すると熱の影響を受けやすい。図１に示したリアプロジェクタ１は、ハウジング２の内部に、光源３と、光源からの光を画像信号により変調して画像を形成する光変調器（ライトバルブ）４と、ライトバルブ４からの投影光８をスクリーン９に背面から投写する投写用レンズシステム５と、投影光８を反射してスクリーン９に導くミラー６および７を備えている。光源３とライトバルブ４が一体になったＣＲＴが用いられるケースもあるが、近年においては、ライトバルブ４として液晶パネルが多く採用されており、さらに、上述したマイクロミラー素子によりＤＭＤパネルも採用されることがある。ＤＭＤパネルの場合は、ライトバルブ４が反射型となるために光源３との位置関係が図１に示したものと異なるが、液晶パネルおよびＤＭＤパネルをライトバルブ４とする場合は、レンズシステム５の入力側はテレセントリックとなる。したがって、入力側がテレセントリックで、変調光（投影光）８を拡大投影する投写用レンズシステム５が要求される。
【０００８】
そこで、本発明においては、入力側がテレセントリックで、変調光を拡大投影する投写用レンズシステムにおいて、非球面レンズの枚数を可能な限り削減しながら、ほぼ同等あるいはそれ以上の収差補正能力を備えた投写用レンズシステムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、スクリーンの側から負−正−正の拡大投影に適したレトロフォーカス型を採用すると共に、第３のレンズ群に２つの接合レンズを用いている。この構成により、少ない非球面レンズ枚数で歪曲などの収差を補正し、高性能で温度の影響を受けにくい、ローコストなレンズシステムを提供可能にした。すなわち、本発明の投写用レンズシステムは、光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写用レンズシステムであって、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のレンズ群および正の屈折力の第３のレンズ群により構成され、第１のレンズ群は、スクリーン側から順に配置された、スクリーン側に凸の２枚の負のメニスカスレンズと、１枚の負レンズとにより構成され、第２のレンズ群は、２枚の正レンズにより構成され、第３のレンズ群は、スクリーン側から順に配置された絞りと、正レンズおよびスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズが接合された第１の接合レンズと、両凹の負レンズおよび両凸レンズの正レンズが接合された第２の接合レンズと、１枚または２枚の両凸の正レンズとにより構成されている。
【００１０】
接合レンズ（ダブレット）は、正負の収差を発生させ、それらを打消すことにより球面収差を補正しやすい形態であり、レトロフォーカスタイプで発生しやすい球面収差の補正に適している。したがって、接合レンズの数を増やすことにより球面収差の補正能力を向上できる。さらに、本発明の投写用レンズシステムにおいては、第２および第３のレンズ群を考えると、スクリーンと反対側、すなわち、入射側から屈折力が正のレンズ、２つの接合レンズ、さらに、屈折力が正の第２のレンズ群が配置された形態となり、ガウス型として知られた組み合わせに近い構成となる。ガウス型は、対称型のレンズ配置であり、諸収差が少なく、すべての性能にバランスが取れやすく、大画角のレンズシステムにも向いた構成である。さらに、ガウス型は、曲率が大きく変わるレンズの組み合わせを用いないで諸収差を補正できるので、レンズ枚数が多くなるとしても部品加工や組み立てが容易なレンズシステムである。また、ゴーストの発生も少ないレンズ配列である。
【００１１】
このため、本発明のレンズシステムは、入力側にガウス型の組み合わせを配し、出力側に負の屈折力の第１のレンズ群を配し、さらに、ガウス型の組み合わせを正の第２のレンズ群と、正の第３のレンズ群として設計することにより、全体としてレトロフォーカス型で入力側がテレセントリックとなった高性能の投写用レンズシステムを提供できたということも可能である。
【００１２】
したがって、本発明の投写用レンズシステムにおいては、以下で詳述するように、第１のレンズ群の最もスクリーン側の第１のレンズを非球面レンズにするだけで、投写用レンズシステムとして十分な結像性能を得ることができ、第２および第３のレンズ群に非球面レンズを要しない。このため、低コストで、熱の影響を受けにくく、さらにローコストの投写用レンズシステムを提供できる。すなわち、接合レンズを２枚使うことにより、１枚の非球面レンズで補正不足だった球面収差、歪曲を良好に補正し、かつ色収差、コマ収差、およびレトロフォーカスタイプで補正過剰になった像面湾曲を補正できる。また、第２のレンズ群内に少なくとも２枚以上の正レンズを用いることにより、収差補正、適正なバックフォーカスとテレセントリック性、および量産可能なレンズ径を確保するのに必要な正のパワーを得ることができる。また、入力側を全体としてガウス型にできるという効果も備えている。そして、第３のレンズ群内に少なくとも1枚以上の正レンズを用いることにより、入力側が全体としてガウス型となり、さらに、収差補正、適正なバックフォーカスとテレセントリック性、および量産可能なレンズ径を確保するのに必要な正のパワーを得ることができる。そして、第３のレンズ群の曲率を制限できるので、ＤＭＤなどのライトバルブの面とレンズの反射によるゴーストを弱くできるという効果も得られる。
【００１３】
したがって、本発明の投写用レンズシステムと、光変調器とを組み合わせることにより、低コストで、鮮明な画像が安定して得られるプロジェクタ装置を提供できる。特に、本発明の投写用レンズシステムは温度の影響を受けにくいので、レンズシステムを含めてパッケージングされるリアプロジェクタに適している。
【００１４】
さらに、投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆと、第１のレンズの焦点距離ｆＬ１１とが次の式を満たすことが望ましい。
０ ＜ ｜ｆ／ｆＬ１１｜ ＜ ０．１ ・・・（Ａ）
非球面レンズとなる第１のレンズのパワーをこの式（Ａ）の範囲に抑えることにより、第１のレンズに対する面精度の要求を抑制することができる。また、非球面レンズのパワーを抑制することにより温度変動による収差性能の影響も小さくなる。このため、非球面化しやすいプラスチックレンズにより、面精度が安定した非球面レンズを導入でき、個体差が小さく、温度変動による影響も受けにくい低コストの投写用レンズシステムを提供できる。さらに、本発明においては、第１のレンズ径がφ５０ｍｍ程度とコンパクトな投写用レンズシステムの提供を実現しているが、上記の式（Ａ）の範囲に第１のレンズのパワーを抑制することにより小径のレンズでも、プラスチックレンズにより面精度の十分に高いレンズを提供することができる。
【００１５】
さらに、投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆと、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と、第３の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たすことが望ましい。
０．５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ １．５
１．０ ＜ ｜ｆ２／ｆ｜ ＜ ４．２
１．６ ＜ ｜ｆ３／ｆ｜ ＜ ３．５ ・・・（Ｂ）
この条件は、各レンズ群のパワー配分を規定する条件であり、この条件を満たすことにより、第１のレンズ群、特に、非球面レンズとなる第１のレンズの径を小さくできる。したがって、上記と同様に、第１のレンズの成形性および面精度に対する精度要求を抑制でき、低コストで良好な収差補正能力を備えた投写用レンズシステムを提供できる。
【００１６】
また、接合面を除き、第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率半径Ｒが次の式を満たすことが望ましい。
０．００５（ｍｍ −１ ） ＜ ｜１／Ｒ｜ ＜ ０．０６（ｍｍ −１ ）・・・（Ｃ）
スクリーン上に強いゴーストを発生させないための条件であり、本発明の投写用レンズシステムであると、入力側を構成する各レンズ面の曲率を制限できるので、十分にこの条件を満足させることができる。したがって、収差の補正能力が高く、さらに、ゴーストの発生もない高性能のレンズシステムを提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図２に本発明の投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５は、スクリーン９の側（出力側）からライトバルブ４（入力側）に向って３つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２およびＧ３にグループ分けされた１０枚のレンズにより構成されている。レンズシステム５とライトバルブ４との間に配置された平行ガラスＦＧ１およびＦＧ２は光学的ローパスフィルタである。
【００１８】
最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１、Ｌ１２およびＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００１９】
第２のレンズ群Ｇ２は全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１と、スクリーン側に凸の凸レンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５により構成されている。
【００２０】
したがって、このレンズシステム５は、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムであり、さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。また、接合レンズＤ１およびＤ２の入力側には正レンズＬ３５が配置され、スクリーン側には正の第２のレンズ群Ｇ２が配置されている。したがって、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、対称型のガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００２１】
図３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）、Ｎｄｉ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）、νｄｉ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。ＩＮＦは平面であることを示す。以降に示す他の実施例におけるレンズデータも同様である。
【００２２】
第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝３６．２３５ Ｋ＝０．００００
Ａ＝７．５０２９×１０-6、 Ｂ＝−１．３７３３×１０-8
Ｃ＝３．６６４９×１０-11、 Ｄ＝−３．８６７４×１０-14
ただし、非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径とし、上記の係数Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて次式で表される。
Ｘ＝（１／Ｒ）2Ｙ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）2Ｙ2｝1/2］
＋ＡＹ4＋ＢＹ6＋ＣＹ8＋ＤＹ10 ・・・（１）
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２５．７３６ Ｋ＝０．００００
Ａ＝４．２８０１×１０-7、 Ｂ＝−１．６５９３×１０-8
Ｃ＝３．９６０１×１０-12、 Ｄ＝−５．１８７３×１０-14
この投写用レンズシステム５の諸パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： １０．０
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −２０２．１６
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１：−１４．０ （ｆ1/ｆ＝−１．４）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２７．５４ （ｆ2/ｆ＝ ２．７５４）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２１．７８ （ｆ3/ｆ＝ ２．１７８）
ＦＮｏ．：２．６
半画角（degree）：４０．２４
バックフォーカス長（mm）：３２．４７
上記に示した数値および図３に示した数値から分かるように、本例の投写用レンズシステム５は、上述した式（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の条件を全て満たすものである。
【００２３】
図４に、この投写用レンズシステム５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、６７０ｎｍ（破線）、６５０ｎｍ（一点鎖線）、５５０ｎｍ（実線）、４５０ｎｍ（二点鎖線）および４３０ｎｍ（三点鎖線）の各波長における値を示している。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ程度の範囲に収まり、また、歪曲収差は０．０３％程度の範囲に収まっている。この諸収差の値は、引用文献として示した特開２００２−３１７５４号公報に開示された諸収差の値とほとんど同じレベルである。したがって、本発明の投写用レンズシステム５においては、１枚の非球面レンズを採用するだけで、３枚の非球面レンズを採用したレンズシステムと遜色のない結像性能の高いレンズシステムが得られていることが分かる。
【００２４】
さらに、特開２００２−３１７５４号公報に開示されたレンズシステムでは、入力側のレンズに曲率半径が２００ｍｍ以上の、ゴーストが比較的発生しやすいレンズが用いられている。これに対し、本例のレンズシステム５では、曲率半径が２００ｍｍ以下、さらには、２０〜５０ｍｍの範囲の曲率の変化がそれほど大きくないレンズの組み合わせで、十分に諸収差の値を小さくできている。したがって、この点では、非球面レンズの数を少なくして、さらに結像性能の良いレンズシステムが得られたということができる。
【００２５】
また、Ｆナンバーも２．６と非常に明るく、画角も拡大投影するために十分な値が得られており、バックフォーカスも十分に長い。このため、本例の投写用レンズシステムは、入射側のテレセントリック性も十分な、明るい広角レンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像を拡大投影するのに適したレンズシステムである。さらに、非球面レンズは、発熱源である光源からもっとも遠い、もっともスクリーン側のレンズＬ１１の一枚だけであり、温度変化による結像性能の変動も小さい。また、非球面レンズが一枚で良いので、レンズを加工する際のコストや、組み立ての精度誤差の問題も少ない。したがって、本発明により、低コストで高性能の投写用レンズシステムを提供できる。
【００２６】
特に、上記の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たしているので、非球面レンズとなる第１のレンズに対する面精度の要求を抑制することができる。したがって、さらに、温度変動による収差性能の影響も小さく、非球面化しやすいプラスチックレンズにより、面精度が安定した非球面レンズを導入できるというメリットを備えている。したがって、さらにレンズシステムの個体差が小さく、温度変動による影響も受けにくい低コストの投写用レンズシステムを提供できる。このため、本例のレンズシステム１は、図１に示したリアプロジェクタ１のように、熱源となる光源と共にクローズされた環境で使用しても十分に高い結像性能を安定して得ることができるレンズシステムである。したがって、光源３およびライトバルブ（光変調器）４と共に本例のレンズシステム５をハウジング２に収納することにより、高画質が安定して得られ、低コストなリアプロジェクタ１を提供できる。
【００２７】
（第２の実施例）
図５に本発明の異なる投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５も、スクリーン９の側から入力側に向かって、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２およびＧ３が並んだレンズシステムであり、第３のレンズ群Ｇ３が２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。
【００２８】
さらにレンズ構成を詳しく説明すると、最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は、全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１２と両凹の負レンズＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。また、本例のレンズシステム５においても第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００２９】
第２のレンズ群Ｇ２は、全体として正の屈折力を備えており、両凸の凸レンズＬ２１と、若干スクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、両凸の正レンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５により構成されている。
【００３０】
したがって、このレンズシステム５も全体が１０枚構成で、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムである。さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備え、それらの入力側には正レンズＬ３５が配置され、スクリーン側には正の第２のレンズ群Ｇ２が配置されているので、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、対称型のガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００３１】
図６に、本例のレンズシステム５のレンズデータを示してある。また、第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝４２．０１７ Ｋ＝０．００００
Ａ＝６．７４８３×１０-6、 Ｂ＝−４．２７６８×１０-9
Ｃ＝１．０６９６×１０-11、 Ｄ＝−８．９４４０×１０-15
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２６．６２０ Ｋ＝０．００００
Ａ＝−１．２３０６×１０-6、Ｂ＝−１．８０７８×１０-8
Ｃ＝−１．４３７７×１０-15、Ｄ＝−１．９９２９×１０-14
本例のレンズシステム５の各パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： ７．３９
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −１６０．９４
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１： −９．６３ （ｆ1/ｆ＝−１．３）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２９．０ （ｆ2/ｆ＝ ３．９）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２２．４３ （ｆ3/ｆ＝ ３．０）
ＦＮｏ．：２．４
半画角（degree）：４２．３
バックフォーカス長（mm）：３４．８
上記に示した数値および図６に示した数値から分かるように、本例の投写用レンズシステム５は、上述した式（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の条件を全て満たすものである。
【００３２】
図７に、この投写用レンズシステム５の球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ程度の範囲に収まり、また、歪曲収差は０．１％程度の範囲に収まっている。したがって、本例の投写用レンズシステム５においても、１枚の非球面レンズを採用するだけで、収差が十分に補正できており、低コストで結像性能の高いレンズシステムを提供できる。また、入射側の第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率の変動が小さいことは上記の実施例のレンズシステムと同様であり、ゴーストの発生も小さい。
【００３３】
さらに、本例のレンズシステム５は、Ｆナンバーが２．４とさらに明るく、画角も半画角で４２．３度と大きく、バックフォーカスは３４．８ｍｍとさらに長くなっている。したがって、入射側のテレセントリック性がさらに良好で、非常に明るい広角なレンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像を拡大投影するのにさらに適したレンズシステムである。また、非球面レンズが一枚で十分に収差を補正できるので、温度変化や、組み立てあるいは加工誤差による性能の変動は小さく、安定した結像性能を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施例）
図８に本発明のさらに異なる投写用レンズシステム５のレンズ配置を示してある。本例の投写用レンズシステム５も、スクリーン９の側から入力側に向かって、正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２およびＧ３が並んだレンズシステムであり、第３のレンズ群Ｇ３が２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備えている。
【００３５】
さらにレンズ構成を詳しく説明すると、最もスクリーン側に位置する第１のレンズ群Ｇ１は、全体として負の屈折力を備えており、スクリーン９の側から順に、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１２と両凹の負レンズＬ１３の３枚のレンズにより構成されている。また、本例のレンズシステム５においても第１のレンズＬ１１の両面Ｓ１およびＳ２は非球面である。
【００３６】
第２のレンズ群Ｇ２は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ２１と、両凸の正レンズＬ２２とにより構成されている。さらに、第３のレンズ群Ｇ３は、全体として正の屈折力を備えており、スクリーン側に凹の正のメニスカスレンズＬ３１とスクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ３２が接合された第１の接合レンズ（第１のダブレットＤ１）と、両凹の負レンズＬ３３と両凸レンズの正レンズＬ３４が接合された第２の接合レンズ（第２のダブレットＤ２）と、両凸の正レンズＬ３５およびＬ３６により構成されている。
【００３７】
したがって、このレンズシステム５は、全体が１１枚構成で、スクリーン側から負−正−正のパワーのレンズ群が配置されたレトロフォーカス型のレンズシステムである。さらに、第３のレンズ群Ｇ３に２つの接合レンズＤ１およびＤ２を備え、それらの入力側には２枚の正レンズＬ３５およびＬ３６が配置され、スクリーン側には２枚の正のパワーのレンズからなる第２のレンズ群Ｇ２が配置されている。このため、第２および第３のレンズ群Ｇ２およびＧ３の範囲でみると、個々のレンズサイズや空気間隔は異なるが、さらに対称型の高いレンズ配置となっており、よりガウスタイプに近いレンズ配列となっている。
【００３８】
図９に、本例のレンズシステム５のレンズデータを示してある。また、第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝４５．９５９ Ｋ＝０．００００
Ａ＝５．４７０１×１０-6、 Ｂ＝−７．３３３６×１０-10
Ｃ＝８．３２２６×１０-13、 Ｄ＝ ２．５５１３×１０-15
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝２８．０５５ Ｋ＝０．００００
Ａ＝−８．７３００×１０-7、 Ｂ＝−１．７０５４×１０-8
Ｃ＝ １．７１４１×１０-11、 Ｄ＝−２．４６５９×１０-14
本例のレンズシステム５の各パラメータは次の通りである。
全体の合成焦点ｆ（mm）： ９．２
第１のレンズの焦点ｆＬ１１： −１５５．９１
第１のレンズ群の合成焦点ｆ１：−１１．４０７ （ｆ1/ｆ＝−１．２４）
第２のレンズ群の合成焦点ｆ２： ２５．９３ （ｆ2/ｆ＝ ２．８２）
第３のレンズ群の合成焦点ｆ３： ２２．７４ （ｆ3/ｆ＝ ２．４７）
ＦＮｏ．：２．４
半画角（degree）：４３．５２
バックフォーカス長（mm）：３５．５
【００３９】
図１０に、この投写用レンズシステム５の球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。これらの図に示してあるように、本例のレンズシステム５の縦収差は、±０．１ｍｍ以下の範囲に収まり、また、歪曲収差も０．１％程度の範囲に収まっている。したがって、本例の投写用レンズシステム５は、１枚の非球面レンズを採用するだけで、さらに収差が良好に補正されたレンズシステムが実現されている。また、入射側の第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率の変動は若干大きくなっているが、ゴーストを発生させるほどではなく、上記の実施例のレンズシステムと同様にゴーストの発生もなく、さらに、諸収差も良好に補正されたレンズシステムを提供できる。
【００４０】
また、本例のレンズシステム５も、Ｆナンバーが２．４と明るく、画角も半画角で４３．５度程度とさらに大きく、バックフォーカスは３５．５ｍｍとさらに長くなっている。したがって、入射側のテレセントリック性がさらに良好で、非常に明るい広角なレンズシステムとなっている。したがって、液晶やＤＭＤによるライトバルブ４に構成された画像をリアプロジェクタ１において拡大投影するのにさらに適したレンズシステムである。また、非球面レンズが一枚で十分に収差を補正でき、上記の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たすことにより、非球面レンズの負荷も小さくなるので、温度変化や、組み立てあるいは加工誤差による性能の変動は小さく、その点でも、さらにリアプロジェクタ１のようにクローズされた環境で安定した結像性能を発揮することができる。したがって、本発明により、リアプロジェクタ１に適したローコストの投写用レンズシステムを提供できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の投写用レンズシステムは、負の第１のレンズ群の最もスクリーン側のレンズに非球面レンズを用い、第２のレンズ群を正レンズ、正レンズ、第３のレンズ群を接合レンズ、接合レンズ、正レンズの構成にすることにより、少ない非球面レンズ枚数で歪曲などの収差を補正し高性能、ロ−コストなレンズシステムを提供している。
【００４２】
さらに、第１のレンズ群、第２のレンズ群および第３のレンズ群それぞれの屈折力をバランスよく配分することにより、広角で長いバックフォーカスを持つ、テレセントリックな光学系に適したレンズシステムで、かつ非球面レンズの負荷を減らし、量産に適したレンズシステムを実現している。したがって、本発明により、一枚の非球面レンズで十分良好に諸収差が補正された、ローコストの投影用のレンズシステムを提供できる。そして、本発明のレンズシステムは非球面レンズの枚数が少ないので、温度変化による結像性能の変動も小さく、リアプロジェクタのようなクローズドされた環境で使用するのに適している。このため、本発明のレンズシステムは、低コストで画質の良いリアプロジェクタを実現するために好適なレンズシステムであると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】リアプロジェクタの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の投写用レンズシステムの構成を示す図である。
【図３】図２に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図４】図２に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【図５】本発明の投写用レンズシステムの異なる例を示す図である。
【図６】図５に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図７】図５に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【図８】本発明の投写用レンズシステムのさらに異なる例を示す図である。
【図９】図８に示すレンズシステムのレンズデータを示す図である。
【図１０】図８に示すレンズシステムの各収差を示す図である。
【符号の説明】
１ リアプロジェクタ
２ ハウジング
３ 光源
４ ライトバルブ（光変調器）
５ 投写用レンズシステム
６、７ 鏡
９ スクリーン
Claims (4)
- 光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写用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のレンズ群および正の屈折力の第３のレンズ群により構成され、
前記第１のレンズ群は、前記スクリーン側から順に配置された、スクリーン側に凸の２枚の負のメニスカスレンズと、１枚の負レンズとにより構成され、前記第１のレンズ群の最も前記スクリーン側の第１のレンズは非球面レンズであり、
前記第２のレンズ群は、２枚の正レンズにより構成され、
前記第３のレンズ群は、前記スクリーン側から順に配置された絞りと、正レンズおよび前記スクリーン側に凹の負のメニスカスレンズが接合された第１の接合レンズと、両凹の負レンズおよび両凸レンズの正レンズが接合された第２の接合レンズと、１枚または２枚の両凸の正レンズとにより構成され、
当該投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆ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、前記第３の合成焦点距離ｆ３とが次の式を満たす投写用レンズシステム。
０．５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ １．５
１．０ ＜ ｜ｆ２／ｆ｜ ＜ ４．２
１．６ ＜ ｜ｆ３／ｆ｜ ＜ ３．５ - 請求項１において、当該投写用レンズシステムの合成焦点距離ｆと、前記第１のレンズの焦点距離ｆＬ１１とが次の式を満たす投写用レンズシステム。
０ ＜ ｜ｆ／ｆＬ１１｜ ＜ ０．１ - 請求項１または２において、接合面を除き、前記第３のレンズ群を構成する各レンズの曲率半径Ｒが次の式を満たす投写用レンズシステム。
０．００５（ｍｍ−１） ＜ ｜１／Ｒ｜ ＜ ０．０６（ｍｍ−１） - 請求項１ないし３のいずれかに記載の投写用レンズシステムと、前記光変調器とを有するプロジェクタ装置。
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