(57)【要約】【課題】  液晶プロジェクター等の投射レンズにおいて、スクリーン等の画面上で発生する歪曲収差のみを低減する。【解決手段】  本発明のアダプターレンズは、投射レンズの拡大側に装着されるアダプターレンズであって、投射レンズの焦点距離を大きく変化させずに、該アダプターレンズによって投射レンズの歪曲収差を低減する。【選択図】  図１
2006349747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主レンズの拡大側に対して脱着可能なアダプターレンズであって、
前記主レンズに対して前記アダプターレンズを装着した状態の焦点距離と、前記主レンズのみの焦点距離とが略同じであり、
前記アダプターレンズが前記主レンズの歪曲収差を低減する機能を有することを特徴とするアダプターレンズ。
【請求項２】
主レンズの拡大側に装着されるアダプターレンズにおいて、前記主レンズの焦点距離を大きく変化させずに、該アダプターレンズによって前記主レンズの歪曲収差を低減することを特徴とするアダプターレンズ。
【請求項３】
前記主レンズの拡大側に装着し、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズで構成されるアダプターレンズにおいて、主レンズの焦点距離を大きく変化させずに、該アダプターレンズによって主レンズの歪曲を低減化させることを特徴とする請求項１又は２記載のアダプターレンズ。
【請求項４】
前記歪曲補正アダプターを装着する前記主レンズの焦点距離をｆ、アダプターレンズを装着した際の合成焦点距離をＦとするとき
０．９＜Ｆ／ｆ＜１．１５
の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のアダプターレンズ。
【請求項５】
前記歪曲補正アダプターは略アフォーカルであり、その角倍率をγとすると
０．９＜γ＜１．１５
の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のアダプターレンズ。
【請求項６】
前記主レンズの拡大側に装着し、アダプターレンズにおいて、主レンズの焦点距離を大きく変化させずに、該アダプターレンズは拡大側から順に拡大側に凸の正メニスカスレンズ、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズの２枚によって構成されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のアダプターレンズ。
【請求項７】
前記凸の正メニスカスレンズ、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズは貼り合わされていることを特徴とする請求項６記載のアダプターレンズ。
【請求項８】
前記主レンズと前記アダプターレンズとを備えることを特徴とする投射光学系。
【請求項９】
光を変調する少なくとも１つの光変調素子と、前記少なくとも１つの光変調素子からの光を投射する、請求項８に記載の投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系や、液晶パネル等からの光をスクリーン等に投射するプロジェクション装置に用いられる投射（投影、投射）光学系の光学系（結像光学系）や、その光学系を含む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射するプロジェクターを用いて映画等を鑑賞する（所謂ホームシアター）際等に、スタックといわれる方法でプロジェクターによる投射画像を鑑賞することがある。スタックとは、複数台のプロジェクターからの投射画像を重ね合わせたり、それぞれのプロジェクターからの投射画像を繋げて大きな投射画像にしたりして鑑賞することである。こうした場合（特に後者の場合）は、それぞれのプロジェクターは、なるべく大きな画像で見るために、プロジェクターの投射レンズのズーム位置を広角端にした状態で画像を投射することが多い。ここで、もしプロジェクターの投射レンズの歪曲が大きい場合には、複数のプロジェクターによる複数の投射画像が上手く重なり合わなかったり、投射画像間で隙間が空いたり、重なるべきではない投射画像同士が重なったりしてしまう。
【０００３】
このような問題を解決するために、歪曲収差の小さな投射レンズ、或いは焦点距離をほとんど変えずに歪曲収差を補正する（或いは低減する）アダプターレンズ（又はアタッチメントレンズ、既存の投射レンズに取り付け可能なレンズユニット）が求められている。
【０００４】
歪曲収差を低減した投射レンズは特許文献１〜５に開示があるが、いずれも歪曲収差の補正がスタックを行う際の投射レンズに適用するには不十分であった。また、アダプターレンズ（アタッチメントレンズ）は特許文献６〜１０に開示があるが、一方向のみの拡大縮小を行うものであって歪曲収差の低減を目的としておらず、歪曲収差の低減に関しては不十分であった。また、軸上色収差の変動があまり考慮されておらず、軸上色収差が大きくなってしまう場合もあった。
【特許文献１】特開平０５−０９３８５２号公報
【特許文献２】特開平０９−２８８２３３号公報
【特許文献３】特開平１１−０２４１６６号公報
【特許文献４】特開平１１−１０１９３９号公報
【特許文献５】特開２００２−２０７１６８号公報
【特許文献６】特開昭５７−０７６５１１号公報
【特許文献７】特開昭５７−００８５１４号公報
【特許文献８】特開平０２−０１３９１６号公報
【特許文献９】特開平０２−０１３９１７号公報
【特許文献１０】特開平０２−０１３９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロジェクター等に使われる投射レンズ（ズームレンズ）は、広角側においては、縮小側でたる型、拡大側で糸巻き型になりがちになり、望遠側ではその逆になりがちとなる。プロジェクターなどは、投射レンズの拡大側（拡大共役側）にスクリーンを置いて使用されることが多い為、広角側では糸巻き型、望遠側ではたる型の歪曲収差が発生することが多い。ホームシアター等のようにプロジェクターによって画像（映像）を拡大投射する状況では、近い距離で大きく写る広角端が好まれる。従って、広角端での歪曲収差が小さくなるように設計すれば良いが、プロジェクターの投射レンズにおいては全ズーム位置における歪曲収差をバランスよく低減するために、広角側は縮小側でたる型（拡大側で糸巻き）の歪曲収差を若干発生させることが多い。ここで、全ズーム位置における歪曲収差を低減する方法としては、レンズの枚数を多くすることが考えられるが、投射レンズの枚数を増やすのは構成が複雑になるため好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、プロジェクターの投射レンズでスクリーン等に拡大投射される画像の歪み量を低減することが可能な、投射レンズに取付可能なアダプターレンズ、或いは歪曲収差の小さな投射レンズ、プロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題の解決の為に、本発明では、以下の構成を特徴とする。
【０００８】
本発明のアダプターレンズは、主レンズの拡大側に対して脱着可能なアダプターレンズであって、前記主レンズに対して前記アダプターレンズを装着した状態の焦点距離と、前記主レンズのみの焦点距離とが略同じであり、前記アダプターレンズが前記主レンズの歪曲収差を低減する機能を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明の投射光学系は、前記主レンズと前記アダプターレンズとを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の画像投射装置は、光を変調する少なくとも１つの光変調素子と、前記少なくとも１つの光変調素子からの光を投射する、請求項８に記載の投射光学系とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プロジェクター等によりスクリーン等の被投射面に投射される画像の歪み量を簡易に低減することが可能な、アダプターレンズ、投射レンズ、プロジェクターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施例では、プロジェクターの投射レンズ等の光学系の歪曲収差の低減を目的とし、投射レンズの広角端においても、ＴＶ歪曲の小さな投射レンズ、或いは投射レンズに対して脱着（取り付け及び取り外し）可能なアダプターレンズについて開示する。特に、投射レンズの広角端位置での歪曲補正の低減を目的とした、簡易な構成のアダプターレンズ、投射レンズ、プロジェクターを提供することを目的とする。
【００１３】
そこで、本実施例のアダプターレンズは、主レンズ（プロジェクターに対して固定されている投射レンズ）の拡大側に装着される（脱着可能な）アダプターレンズであって、主レンズの焦点距離をあまり変化させずに、該アダプターレンズによって主レンズの（少なくとも広角端位置における）歪曲収差を低減させている。
【００１４】
また、特に前記アダプターレンズは、１枚の正レンズ（２枚以上でも良い）、或いは、１枚の正レンズ（２枚以上でも良い）と１枚の負レンズ（２枚以上でも良い）で構成されており、主レンズの拡大側に装着され（脱着可能で）、主レンズの焦点距離を大きく変化させずに、該アダプターレンズによって主レンズの歪曲を低減させている。その際、主レンズの焦点距離をｆ、アダプターレンズを装着した際の主レンズとアダプターレンズとの合成焦点距離をＦとするとき、
０．９＜Ｆ／ｆ＜１．１５    （１）
更に好ましくは
１．０＜Ｆ／ｆ＜１．１    （２）
であることが好ましい。
【００１５】
ここで上限値を逸脱すると、主レンズの焦点距離に対してアダプターレンズの焦点距離が小さくなりすぎてしまい、アダプターレンズを装着することにより投射像の大きさが大きく変化する（小さくなる）といった欠点が生じる。また下限を越えると、投射像の大きさはほとんど変化しないが、歪曲収差が充分に低減できない、或いは歪曲収差を低減するためのアダプターレンズが大型化してしまい適当でない。
【００１６】
特に、前記アダプターレンズを装着しても、レンズのピント位置が変わらないようにする為に、前記アダプターは略アフォーカル系とし、その際の角倍率をγ（アフォーカル倍率）とするとき、
０．９＜γ＜１．１５    （３）
更に好ましくは
１．０＜γ＜１．１    （４）
を満足することが望ましい。
【００１７】
ここで（３）（４）式の上限値を逸脱すると、主レンズに対して焦点距離が大きくなりすぎ、投射像の大きさが変化し過ぎる（小さくなりすぎる）といった欠点が生じる。また下限を越えると投射像の大きさはあまり変化しないが、歪曲収差が充分に低減できない、或いは歪曲収差を低減するためのアダプターレンズが大型化してしまい適当でない。
【００１８】
ここで、アフォーカル系等における角倍率とは、図８に示す通りである。すなわち、ここで言う角倍率とは、光入射側から光軸に対して平行な像高ｈ１の光線が入射し、その光線がアフォーカル系から出射する際に、光軸と平行で像高ｈ２の光線となって出射する場合に、角倍率＝ｈ１／ｈ２となる。別の言い方をすれば、アフォーカル系に入射する平行光束の光束径（ｈ１）を、アフォーカル系から出射する光束の光束径（ｈ２）で割った値である。
【００１９】
特に前記アダプターレンズは、１枚の正レンズと１枚の負レンズから成る構成とすることが、小型化等の観点から好ましい。しかしながら、以下の実施例４で示すように、１枚の正レンズのみで構成しても構わない。また特に主レンズの歪曲以外の諸収差を変動させることなく、良好な性能のアダプターレンズを構成するには、構成する前記正レンズ、負レンズは縮小側に曲率中心を有する、所謂コンセントリックな構成が好ましい（Ｒ＞０）。
【００２０】
即ち、アダプターレンズは拡大側から順に拡大側に凸の正メニスカスレンズ、拡大側に凸面を有する負のメニスカスレンズの２枚によって構成されることが好ましい。
【００２１】
更にその２枚の凸の正メニスカスレンズ、メニスカスレンズは貼り合わされていることを小型化には好ましい。
【００２２】
また前記のようにアダプターレンズを貼りあわせにした場合は、貼り合せ面と画像表示面（パネル）との間でゴーストが発生しがちであるがそれを除去する為には、貼り合せ面の曲率半径は小さいほうが好ましい。
具体的には、主レンズの焦点距離をｆ、貼り合せ面の曲率半径をｒ２とすると
３＜ｒ２／ｆ＜８    （５）
この上限値を逸脱すると、貼り合せ面とパネル間でゴーストが発生する。また下限値を越えると主レンズの収差から大きく逸脱する性能となり適当でない。
【００２３】
拡大側から順に正レンズ、負レンズで構成される場合は、特に貼り合せのほうが界面のＲは小さくなる為、ゴーストには有利である。貼り合せを分けると曲率がゆるくなりゴーストが出やすくなる。一方拡大側から順に負レンズ、正レンズの構成でそれぞれの面が縮小側に曲率中心を有する、所謂コンセントリックな構成の場合は、貼り合せなくとも界面にあるＲ２，Ｒ３は小さくゴーストの発生は少なくなる。（実施例２参照）
拡大側から順に負レンズ、正レンズの構成でそれぞれの面が縮小側に曲率中心を有する、所謂コンセントリックな構成の場合は負レンズの縮小側の面の曲率半径をｒ１２  凸レンズの拡大側の曲率半径をｒ２１とすると、
２＜ｒ１２／ｆ＜５    （６ａ）
２＜ｒ２１／ｆ＜５    （６ｂ）
を満足することが望ましい。
【００２４】
この上限値を逸脱すると、該当面とパネル間でゴーストが発生する。また下限値を越えると主レンズの収差から大きく逸脱する性能となり適当でない。
【００２５】
また前述したように、本発明も含めプロジェクターレンズは、縮小側の像発生装置はＲＧＢの所謂光の３原色のパネルで構成されており、軸上色収差にあわせた位置にそれぞれのパネルを設置し、ズーム位置でそれぞれの色のパネルの関係が変わらないようにレンズの色収差の変動を抑えて設計している。また各色のパネルの軸上色収差に合わせてパネル位置を修正したものでも、像倍率が変わらないように縮小側でテレセントリックな構成にしている。本発明で示すようなアダプターレンズを主レンズの拡大側に取り付けると、特に軸上色収差が変動すると、主レンズにおいて調整しているＲＧＢパネル位置と合致しないことも起こりうる。本発明ではこの欠点を除去するために、アダプターレンズを構成する正レンズ、負レンズのそれぞれのアッベ数をνｐ、νｎとすると
νｐ＞νｎ    （７）
であることが好ましい。この関係を逸脱すると、アダプターレンズを取り付けた場合の軸上色収差が、主レンズのそれと大きく異なり、同等な画像が再現できず適当でない。
更に好ましくは
νｐ＞４５    （７ａ）
νｎ＜４５    （７ｂ）
を満足することが望ましい。
【００２６】
以下に、図面を用いて本実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は実施例１の概要を示す図である。ここで、主レンズとは、プロジェクター内に配置されており、液晶パネル（その他の画像変調素子、光変調素子でも構わない。）からの光をスクリーン等の被投射面に投写する投射レンズである。アダプターレンズは、この投射レンズの持つ収差（図２に示す）を低減（補正）する光学系であって、特に他の収差には影響をあまり与えずに歪曲収差を良好に補正する光学系である。ここで、図１に示した硝子ブロックとは、赤、緑、青各々の色に対応した複数の液晶パネルを用いたプロジェクター等において、それぞれの液晶パネルから出射する色光を合成するための色合成光学系である。この色合成光学系は、ダイクロイックプリズム（ミラー）や、偏光ビームスプリッタ−（赤、緑、青色光の少なくとも１つの波長領域に対して偏光ビームスプリッタ−として機能するプリズム）や、偏光板、位相差板等を含んでいる。また、ここでは液晶パネル（光変調素子、画像形成素子）は１つとして記載しているが、赤、緑、青用に３つ持っていても構わないし、また２つや４つ等であっても構わない。
【００２８】
このアダプターレンズは、図３に示すような脱着可能なレンズユニットである。ここで、このアダプターレンズを装着した際の、主レンズとアダプターレンズとを合成した投射光学系の諸収差を図３に合わせて示している。ここから分かるように球面収差、非点収差、倍率色収差に関しては、図２に示した主レンズのみの収差と比較してあまり変化していないにも関わらず、歪曲収差のみが大幅に低減されていることが分かる。
【００２９】
ここで、本実施例１のアダプターレンズは、拡大（共役）側（投射される画像側、すなわち液晶パネルとは反対側）から、正レンズ、負レンズの順で並んだ２つのレンズを貼り合わせたものであるが、正レンズ、負レンズは各々複数枚であっても構わない。また、ここでは、正レンズ、負レンズ共に、拡大側に向かって凸のメニスカスレンズになっており、このように構成することにより、収差の低減効果を大きくすることができる。
【００３０】
ここで、前記主レンズのレンズデータを表１に、前述のアダプターレンズのレンズデータを表２に示す。
【００３１】
ここで、このレンズデータ（数値実施例）において、Ｒｉは拡大側（液晶パネルとは反対側）から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは拡大側から第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれ拡大側から第ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間のガラス（材料であって、プラスチック等でも構わない）の屈折率とアッベ数である。ここでは、主レンズのレンズデータもアダプターレンズのレンズデータとも、それぞれ別個に拡大側から順番に面を数えている。Ｍ、Ｓはメリジオナル像面、サジタル像面、倍率色収差は５５０ｎｍ基準で６２０ｎｍ、４５０ｎｍを指す。主レンズ中の非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向Ｈ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、Ｆ、としたとき、
【００３２】
【数１】
2006349747.tif 000003
【００３３】
なる式で表している。
【００３４】
【表１】
2006349747.tif 000004
【００３５】
【表２】
2006349747.tif 000005
【実施例２】
【００３６】
実施例２は、実施例１と比較してアダプターレンズの部分が異なっており、そのアダプターレンズの構成は図４に示す通りである。この実施例２のアダプターレンズは、拡大側から負レンズ、正レンズを並べて構成されており、両者のレンズを貼り合せてはいない。また、ここでは、正レンズ、負レンズ共に、拡大側に向かって凸のメニスカスレンズになっており、このように構成することにより、収差の低減効果を大きくすることができる。
【００３７】
ここで、実施例２のアダプターレンズのレンズデータを表３に示す。
【００３８】
【表３】
2006349747.tif 000006
【実施例３】
【００３９】
実施例３は、実施例１、２と比較してアダプターレンズの部分が異なっており、そのアダプターレンズの構成は図５に示す通りである。この実施例２のアダプターレンズは、拡大側から正レンズ、負レンズを並べて構成されており、両者のレンズを貼り合せてはいない。また、ここでは、正レンズ、負レンズ共に、拡大側に向かって凹（縮小側に向かって凸）のメニスカスレンズとして構成されている。
【００４０】
ここで、実施例３のアダプターレンズのレンズデータを表４に示す。
【００４１】
【表４】
2006349747.tif 000007
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、実施例１、２、３と比較してアダプターレンズの部分が異なっており、そのアダプターレンズの構成は図６に示す通りである。この実施例４のアダプターレンズは、１枚の正レンズで構成されており、この正レンズは拡大側に向かって凸（縮小側に向かって凹）のメニスカスレンズである。ここで記載した、アダプターレンズ（１枚の正レンズ）は、曲率が縮小側に（略）コンセントリックな例である。この場合は上記（７）式を満たせない為、倍率色収差の補正は完全にはならない（倍率色収差が若干悪化する）が、球面収差、像面湾曲、歪曲は充分低減（補正）されている。この場合は前述した縮小側の像発生装置のＲＧＢのパネルを最適な形で調整するか、あるいは液晶の発光部を画素単位で調整する等の補正で充分な画像は期待できる。
【００４３】
ここで、この実施例４のアダプターレンズのレンズデータを表５に示す。
【００４４】
【表５】
2006349747.tif 000008
【００４５】
以上、実施例１〜４に示した実施例は、主に主レンズとアダプターレンズについて示した。本発明は、アダプターレンズのみにも適用可能であるし、そのアダプターレンズを組み込んだ投射レンズにも、さらにはその投射レンズを組み込んだプロジェクター（画像投射装置）にも適用可能である。
【００４６】
また、実施例１〜４における、数値条件（１）、（３）、（５）、（６ａ）、（６ｂ）の値と、それぞれに関連する値等を表６、表７に示す。表６、７に示すように、各実施例が数値条件を満たしていることが分かる。
【００４７】
【表６】
2006349747.tif 000009
【００４８】
【表７】
2006349747.tif 000010
【００４９】
ここで、本実施例のアダプターレンズ、投射レンズ、プロジェクター（画像投射装置）によれば、投射される画像の歪み量を低減することができるため、投射される画像の端部においても、直線（液晶パネル等の画像表示上における直線、或いは原画情報内における直線）を直線として表示することが可能である。特に液晶パネル（液晶表示体）を複数の色光（主に、赤、緑、青の３色）ごとに分けて用い、各色光を合成して１本の投射レンズにて投射するプロジェクターに好適である。さらには、プロジェクターは画像（例えば透過型液晶、あるいは反射型液晶）を斜め上方に配置されたスクリーン等に向かって投射することが多いため、像高が最も高い投射画像上端部における歪曲収差が最も大きくなりやすい。そのような歪曲収差も図７に示すように補正することができ（歪曲収差を低減することができ）、直線を直線として表示することが可能となる。
【００５０】
このようにすれば、ホームシアターにて映画を鑑賞する際にも、あるいはスタックにより多数台のプロジェクターの画像の重ね合わせて画像を投射する場合にも、多数台のプロジェクターによる画像を繋ぎ合わせて投射する場合にも、正確な画像を鑑賞できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１の概要説明図。
【図２】主レンズの収差を示す図。
【図３】実施例１のアダプターレンズの概略図及び収差図。
【図４】実施例２のアダプターレンズの概略図及び収差図。
【図５】実施例３のアダプターレンズの概略図及び収差図。
【図６】実施例４のアダプターレンズの概略図及び収差図。
【図７】歪曲収差が低減される様子の説明図。
【図８】アフォーカル系の角倍率の説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006349747.tif 000017
【図８】
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