(57)【要約】【課題】ズーム時にレンズ群の移動がなく、耐衝撃性に強く、たとえば小型プロジェクタに好適な投影光学系及びプロジェクタを提供する。【解決手段】投影光学系において、少なくとも１つの屈折力可変なレンズを用い、各レンズの間隔を固定し、前記屈折力可変なレンズの屈折力を変化させることによって、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させるので、ズームを行うために可動部を必要とせず、これにより前記投影光学系を搭載するプロジェクタの小型化・軽量化を図れる。【選択図】図１
2011158595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する複数のレンズで構成されている投影光学系において、少なくとも１つの屈折力可変なレンズを用い、各レンズの間隔を固定し、前記屈折力可変なレンズの屈折力を変化させることによって、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系において、拡大投影面側から、少なくとも屈折力可変な第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズで構成され、前記第１レンズ乃至前記第４レンズは光軸方向位置を固定されており、前記屈折力可変なレンズは、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させることを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
前記投影光学系は、Ｆナンバーが８より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の前記投影光学系。
【請求項４】
前記屈折力可変なレンズは、第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることによって、前記第１液体と前記第２液体との境界面形状を変化させることが可能な光学素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項５】
前記投影光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投影光学系。
１．６＜ｆＢ1-4w／ｆw＜７．８・・・（１）
ただし、
ｆＢ1-4w：広角端における前記第１レンズ乃至前記第４レンズの合成系のバックフォーカス
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【請求項６】
前記投影光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の投影光学系。
−６．０＜ｆ1w／ｆw＜−３．１・・・（２）
ただし、
ｆ1w：広角端における前記屈折力可変なレンズの焦点距離
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【請求項７】
前記第４レンズが、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の投影光学系。
−８．１＜（ｒ42＋ｒ41）／（ｒ42−ｒ41）＜−１．０・・・（３）
ただし、
ｒ42：前記第４レンズの拡大投影側レンズ面の曲率半径
ｒ41：前記第４レンズの表示素子面側レンズ面の曲率半径
【請求項８】
前記第４レンズが、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の投影光学系。
０．４＜ｆ4／ｆw＜２．２・・・（４）
ただし、
ｆ4：前記第４レンズの焦点距離
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【請求項９】
正の屈折力を備えた第５レンズを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記投影光学系において、表示素子面に最も近い位置に、曲率を有する反射光学素子を有することを特微とする請求項１〜８のいずれかに記載の投影光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の投影光学系を有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ等の投影光学系に関し、特に、スクリーン上に寸法を変えて投影するのに好適なズーム機構を備えた投影光学系及びそれを用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ等の投影光学系では、スクリーン上に寸法を変えて投影するのに好適なズーム機構を備えた投影光学系が種々に提案されている。このようなプロジェクタでは、ズームの際にアクチュエータ等を使用し、拡大投影側、中間または表示素子面側のレンズ群を光軸方向に移動させることによって投影画像の寸法を変化させている。
【０００３】
一方、近年においては、プロジェクタの小型化が試行されているが、レンズ群を光軸方向に移動させる機構が、プロジェクタを小型化する障害となっている。
【０００４】
さらに明るい拡大投影画像を得る際には、拡大投影画像のボケがズームにより目視で確認できてしまうため、投影光学系にフォーカス機能を備えることにより焦点距離の調整を行っているが、これにより装置の大型化を招いてしまうということもある。
【０００５】
例えば特許文献１に記載された投影光学系では、可変焦点レンズを用いてさらにレンズ群を移動させることによりズーム、フォーカス、またはズーム及びフォーカスを行っている。
【０００６】
更に、特許文献２に記載された投影光学系では、広角端から望遠端にズームする際に、第２レンズ群Ｇ２から第５レンズ群Ｇ５までをそれぞれ拡大投影側に移動させている。
【０００７】
又、特許文献に記載された投影光学系３では、広角端から望遠端にズームする際に、第１レンズ群Ｌ１を縮小側に、第２レンズ群Ｌ２を拡大投影側にそれぞれ移動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０５３２７５号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８６８４号公報
【特許文献３】特開２００３−３４４７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載された投影光学系では、可変焦点レンズ以外のレンズ群を移動させることにより良好な投影画像が得られるものの、機構が複雑になってしまい装置の大型化につながっていた。
【００１０】
更に上記特許文献２，３に記載された投影光学系では、ズーム時にアクチュエータ等を使用しレンズ群を光軸方向に移動させることによって投影画像の寸法を変化させているため、レンズ移動量分の長さが必要となり、全長が長くなってしまっていた。
【００１１】
特に、上記特許文献２に記載された投影光学系では、４つのレンズ群をそれぞれ異なった動きで移動させるため、アクチュエータ等のレンズ群を移動させるための機構が多くなり、装置自体の大型化を招くことが予想される。さらに、レンズ群が移動することにより可動部分の強度が弱くなるため対衝撃性能も低下する。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ズーム時にレンズ群の移動がなく、耐衝撃性に強く、たとえば小型プロジェクタに好適な投影光学系及びプロジェクタ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】
【００１３】
請求項１に記載の投影光学系は、表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する複数のレンズで構成されている投影光学系において、少なくとも１つの屈折力可変なレンズを用い、各レンズの間隔を固定し、前記屈折力可変なレンズの屈折力を変化させることによって、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、投影光学系において、少なくとも１つのレンズを屈折力可変とし、各レンズを固定し、屈折力可変なレンズの屈折力を変化させることによって、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させるので、ズームを行うために可動部を必要とせず、これにより前記投影光学系を搭載するプロジェクタの小型化・軽量化を図れる。
【００１５】
請求項２に記載の投影光学系は、表示素子面の画像をスクリーン面上に拡大投影する投影光学系において、拡大投影面側から、少なくとも屈折力可変な第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズで構成され、前記第１レンズ乃至前記第４レンズは光軸方向位置を固定されており、前記屈折力可変なレンズは、スクリーン面上に投影された表示素子面の画像の寸法を変化させることを特徴とする。
【００１６】
本発明のズーム機能を備えた投影光学系は、拡大投影面側から、少なくとも屈折力可変な第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズで構成され、いわゆるトリプレットによる簡単なレンズ構成となっているため、小型化と低コスト化を達成することが可能である。さらに光学長を短く出来るので、解像度を向上させ、軸上色収差、コマ収差や歪曲収差を撫えた高い光学性能を得ることが可能である。また、各レンズを固定することによりズーム時のレンズ群の移動による投影光学系の拡大を防ぐことができ、装置の小型化が可能となる。加えて、前記第１レンズ乃至前記第４レンズは光軸方向位置を固定されているので、ズームを行うために可動部を必要とせず、これにより前記投影光学系を搭載するプロジェクタの小型化・軽量化を図れる。
【００１７】
請求項３に記載の投影光学系は、請求項１又は２の発明において、前記投影光学系は、Ｆナンバーが８より大きいことを特徴とする。
【００１８】
前記投影光学系において、Ｆナンバーを８より大きくすることにより、ズーム時の拡大投影画像のボケを目視では確認することができないような範囲にすることが可能であるので、これによりフォーカシング機構を省略でき、プロジェクタのコンパクト化を一層図れる。
【００１９】
請求項４に記載の投影光学系は、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記屈折力可変なレンズは、第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることによって、前記第１液体と前記第２液体との境界面形状を変化させることが可能な光学素子であることを特徴とする。
【００２０】
前記屈折力可変なレンズは、内壁面を形成する部材に設けられた電極と、第１液体および第２液体との間に設けられた絶縁手段とを有し、導電性の液体と電極との間に電圧を印加していると好ましい。例をあげると、第１液体および第２液体のいずれか一方は誘導性であり、他方は絶縁性である。さらに、第１液体および第２液体の密度はほぼ同密度であり、第１液体および第２液体は異なる屈折率を有するように構成されている。これにより第１液体と第２液体の境界面形状を変化させることが可能となり、レンズを移動させることなく表示素子面画像の変倍が可能となる。但し、屈折力可変なレンズは、このような液体を用いたレンズに限らず、例えばレンズに歪みを与えて屈折力を変化させるような光学素子を用いても良い。
【００２１】
請求項５に記載の投影光学系は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記投影光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする。
１．６＜ｆＢ1-4w／ｆw＜７．８・・・（１）
ただし、
ｆＢ1-4w：広角端における前記第１レンズ乃至前記第４レンズの合成系のバックフォーカス
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【００２２】
条件式（１）の値が下限１．６を下回り小さくなってしまうと、前記第４レンズと前記表示素子との空気間隔が小さくなりすぎ、例えば反射光学素子を挿入することが出来なくなってしまう。一方、条件式（１）の値が上限７．８を超えて大きくなるときは、前記第４レンズと前記表示素子との空気間隔を確保するためには有利であるが、前記第３レンズの焦点距離が小さくなりすぎ収差が増大してしまう。そこで、この条件式（１）の条件を満たすことにより、前記第１レンズから前記第４レンズまでの合成系におけるバックフォーカスを所要の大きさにし、良好な光学性能を保ちながら前記第４レンズと前記表示素子の問に反射光学素子を挿入できる空気間隔を確保することが可能である。
【００２３】
請求項６に記載の投影光学系は、請求項１〜５のいずれかの発明において、前記投影光学系において、次の条件式を満足することを特徴とする。
−６．０＜ｆ1w／ｆw＜−３．１・・・（２）
ただし、
ｆ1w：広角端における前記屈折力可変なレンズの焦点距離
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【００２４】
また、条件式（２）の値が下限−６．０を下回り小さくなってしまうと、前記第１レンズのパワーが小さくなってしまい、前記第２レンズ以降の倍率も小さくなるため、投影光学系が大型化してしまう。一方、条件式（２）の値が上限−３．１を超えて大きくなってしまうと、前記第１レンズのパワーが強くなるので球面収差等の諸収差が大きくなってしまう。この条件式（２）を満たすことにより、前記第１レンズの屈折力を適切に確保し変倍しながらも、適度な全長と良好な光学性能を保つことが可能である。
【００２５】
請求項７に記載の投影光学系は、請求項１〜６のいずれかの発明において、前記第４レンズが、次の条件式を満足することを特徴とする。
−８．１＜（ｒ42＋ｒ41）／（ｒ42−ｒ41）＜−１．０・・・（３）
ただし、
ｒ42：前記第４レンズの拡大投影側レンズ面の曲率半径
ｒ41：前記第４レンズの表示素子面側レンズ面の曲率半径
【００２６】
条件式（３）の値が下限−８．１を下回り小さくなってしまうと、前記第４レンズの主点が像側へ行き過ぎてしまい、これにより前記第３レンズと前記第４レンズの合成系のパワーが大きくなってしまうため、コマ収差や非点収差が大きくなってしまう。一方、条件式（３）の値が上限−１．０を超えて大きくなってしまうと、前記第４レンズの主点が物体側へ行き過ぎてしまい、これにより前記第３レンズと前記第４レンズの合成系のパワーが弱くなってしまい全長が長くなってしまう。この条件式（３）を満たすことにより、前記第４レンズの形状を適切に保ちつつ、小型化に必要な全長を確保するための適切な前記第４レンズの屈折力と良好な光学性能を得ることが可能である。
【００２７】
請求項８に記載の投影光学系は、請求項１〜７のいずれかの発明において、前記第４レンズが、次の条件式を満足することを特徴とする。
０．４＜ｆ4／ｆw＜２．２・・・（４）
ただし、
ｆ4：前記第４レンズの焦点距離
ｆw：広角端における前記投影光学系の焦点距離
【００２８】
条件式（４）の値が上限２．２を超えて大きくなると前記第４レンズのパワーが弱くなりすぎて、バックフォーカスが大きくなりすぎることによりコンパクト性が損なわれる。一方、条件式（４）の値が下限０．４を下回り小さくなると十分なバックフォーカスを確保できず、テレセントリック性が崩れていく傾向となり、さらには軸外収差の補正が困難となり好ましくない。この条件式（４）の条件を満たすことにより、テレセントリック性を確保するための適切な前記第４レンズの屈折力を指定することが可能である。
【００２９】
請求項９に記載の投影光学系は、請求項１〜８のいずれかの発明において、正の屈折力を備えた第５レンズを有することを特徴とする。
【００３０】
本発明の投影光学系は正の屈折力を有する第５レンズを挿入することが可能である。これによって、縮小側の良好なテレセントリック性を確保することが可能である。
【００３１】
請求項１０に記載の投影光学系は、請求項１〜８のいずれかの発明において、前記投影光学系において、表示素子面に最も近い位置に、曲率を有する反射光学素子を有することを特微とする。
【００３２】
一般的な投影光学系は、表示素子に光が角度を持って入射した場合、偏光特性により、色味が変化し、反射率が悪化する。これを防ぐために、縮小側の良好なテレセントリック性が必要である。このため、本発明における投影光学系ではトリプレットと表示素子面側に曲率を有する反射光学素子を組み合わせる方法、トリプレットの表示素子面側に正の屈折力を有するレンズを挿入し曲率をもたない反射光学素子を組み合わせる方法がある。
【００３３】
本発明の投影光学系は曲率つきの光学素子を挿入することで、縮小側の良好なテレセントリック性を確保すると共に全長を短く保つことが可能となる。
【００３４】
請求項１１に記載のプロジェクタは、請求項１〜１０のいずれかに記載の投影光学系を用いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ズーム時にレンズ群の移動がなく、耐衝撃性に強く、たとえば小型プロジェクタに好適な投影光学系及びプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態にかかるプロジェクタの概略構成図である。
【図２】第１レンズＬ１の拡大断面図である。
【図３】広角端における実施例１の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図４】広角端における実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図５】中間における実施例１の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図６】中間における実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図７】望遠端における実施例１の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図８】望遠端における実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図９】広角端における実施例２の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図１０】広角端における実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１１】中間における実施例２の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図１２】中間における実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１３】望遠端における実施例２の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図１４】望遠端における実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１５】広角端における実施例３の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図１６】広角端における実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１７】中間における実施例３の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図１８】中間における実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図１９】望遠端における実施例３の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図２０】望遠端における実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２１】広角端における実施例４の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図２２】広角端における実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２３】中間における実施例４の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図２４】中間における実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【図２５】望遠端における実施例４の投影光学系の光軸方向断面図である。
【図２６】望遠端における実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるプロジェクタＰＪＴの概略構成図である。
【００３８】
図１に示すプロジェクタＰＪＴにおいて、半導体レーザ（ＬＥＤでも良い）である光源ＬＤの発光部から放射状に放射された照明光は、集光レンズＣＯＬによって平行光に変換された後、プリズムである反射光学素子ＰＺの透過・反射面ＴＲＰを透過し偏光分離され、テレセントリック性を保ち表示素子面ＤＥに照射される。そして、この表示素子面ＤＥで反射された光線は、表示素子面ＤＥの画像に応じて変調されており、反射光学素子ＰＺに入射して透過・反射面ＴＲＰで透過され、正の屈折力を有する第４レンズＬ４、負の屈折力を有する第３レンズＬ３、正の屈折力を有する第２レンズＬ２を通過後、屈折力可変な第１レンズＬ１を通過し、表示素子面ＤＥの画像がスクリーン上の投影面（不図示）に拡大投影される。ここで、屈折力可変な第１レンズＬ１の境界面の形状を変化させることにより、レンズＬ１〜Ｌ４を不図示の鏡枠に固定して、移動させることなく表示素子面の画像の寸法を変化させることができる。
【００３９】
尚、本実施の形態の変形例として、正の屈折力を有する第4レンズL4と反射光学素子PZとの間に、正の屈折力を有する第5レンズＬ５を固定配置することもできる。
【００４０】
図２は、第１レンズＬ１およびその駆動部の概略構成図である。図２において、拡大投影面は右側になる。４０は不導体で形成された下容器である。この下容器４０の底面（図で右内側面）のうち周辺部には第１の凹部４１が形成されているとともに、これよりも内径側（中心側）には第１の封止板２を保持する第２の凹部４２が形成されている。第１の封止板（液体を密封する部材）２は、透明アクリルあるいはガラスにより形成されている。
【００４１】
この下容器４０の周辺壁部の内側全周には第２の電極リング４３が設けられており、この第２の電極リング４３の表面には、電極端面４３ａもカバーするアクリル樹脂等でできた絶縁層４４が密着形成されている。
【００４２】
ここで、下容器４０の周辺壁部は、光軸Ｘに対して図で右端側が左端側よりも光軸Ｘに近づくように傾いている。このため、第１の電極リング４３と絶縁層４４も共に光軸Ｘに対して傾いている。
【００４３】
また、絶縁層４４の厚さは、図で右に向かって徐々に増加している。更に、絶縁層４４の内面全周の下側には、撥水処理剤が塗布されて撥水層１１が形成されている。さらに、絶縁層４４の内面全周の左側には、親水処理剤が塗布されて親水層１２が形成されている。
【００４４】
５０は不導体で形成された上容器であり、その内径側で、透明アクリルあるいはガラスにより形成された第２の封止板（液体を密封する部材）６を保持する。また、上容器５０の周辺部右端面には、シート状の第１の電極リング５１が密着形成されている。
【００４５】
この第１の電極リング５１の表面には、絶縁層５２が密着形成されているが、後述する第１の液体２１に接してこれに電圧を印加するための露出部５１ａが備わるように、絶縁層５２は第１の電極リング５１の外縁側のみをカバーするように形成されている。
【００４６】
そして、下容器４０の周辺壁部と上容器５０とを液密に封止することにより、下容器４０、上容器５０、第１の封止板２および第２の封止板６で囲まれた所定体積の液室を有した筐体としての容器が形成される。
【００４７】
この容器は、光軸Ｘに対して軸対称形状をなしている。そして、液室には、以下のようにして２種類の液体が充填される。
【００４８】
まず、第１の封止板２を取り付けた下容器４０の光軸Ｘを鉛直方向に向けた状態で、液室の底面である第１の封止板２の上面および下容器４０の周辺側の底面すなわち（これらが界面対向面に相当する）に、第２の液体２２が、その液柱の高さが周辺壁部の撥水膜１１の中間の高さになる分量だけ滴下される。
【００４９】
第２の液体２２は無色透明で、比重１．０６、室温での屈折率1.489のシリコーンオイルが用いられる。続いて、液室内の残りの空間には、第１の液体２１が充填される。第１の液体２１は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、比重１．０６、室温での屈折率1.400の電解液（導電性又は有極性を有する液体）である。尚、第１および第２の液体２１，２２の屈折力差を大きくすることで、変倍比を大きくとれる。
【００５０】
すなわち、第１および第２の液体２１，２２は、比重が等しく、屈折率が異なり、かつ互いに混ざることのない（不溶な）液体が選定される。そして、両液体２１，２２は界面２４を形成し、混ざり合わずにそれぞれが独立して存在する。
【００５１】
この界面２４の形状は、液室（容器）の内面、第１の液体２１および第２の液体２２の３物質が交わる点、すなわち界面２４の外縁部に働く３つの界面張力の釣り合いで決まる。その後、第２の封止板６を取り付けた上容器５０を、下容器４０に取り付けることで、２種類の液体が封止される。
【００５２】
３１は第１の電極リング２５と第２の電極リング３とに接続された給電回路である。
【００５３】
給電回路３１の２つの増幅器（図示せず）はそれぞれ、第１の電極リング５１および第２の電極リング４３から上容器５０の右端面に沿って光軸直交方向に引き出された端子部５１ｂ，４３ｂに接続されている。
【００５４】
以上の構成において、第１の液体２１に第１の電極リング５１および第２の電極リング４３を介して電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング効果によって界面２４が変形する。
【００５５】
次に、第１レンズＬ１における界面２４の変形と、この変形によってもたらされる光学作用について説明する。
【００５６】
まず、第１の液体２１に電圧が印加されていない場合、図２に示すように、界面２４の形状は、両液体２１，２２間の界面張力、第１の液体２１と絶縁層４４上の撥水膜１１あるいは親水膜１２との界面張力、第２の液体２２と絶縁層４４上の撥水膜１１あるいは親水膜１２との界面張力、および第２の液体２２の体積で決まる。
【００５７】
一方、給電回路３１より第１の液体２１に電圧が印加されると、エレクトロウェッティング効果によって第１の液体２１と親水膜１２との界面張力が減少し、第１の液体２１が親水膜１２と撥水膜１１との境界を乗り越えて撥水膜１１上に入り込む。この結果、第２の液体２２の光軸上での高さが増加する。
【００５８】
このように第１および第２の電極リング５１，４３を通じた第１の液体２１への電圧印加によって、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体２１，２２間の界面２４の形状が変わる。こうして、給電回路３１の電圧制御によって界面２４の形状を自在に変えられる光学素子が実現できる。
【００５９】
また、第１および第２の液体２１，２２が異なる屈折率を有しているため、光学レンズとしての光学パワー（１／ｆ：ｆは焦点距離）が付与されることになり、即ち第１レンズＬ１は、界面２４の形状変化によって焦点距離が変化する。これにより、投影光学系の変倍を連続的に行うことができる。尚、第１および第２の液体２１，２２が異なる屈折率差を大きくすれば、大きなパワー変化を得ることができるが、かかる屈折率差が小さくても、このような第１レンズＬ１を複数個直列に連結したレンズ群とすれば、大きなズーム比を得ることができる。
【実施例１】
【００６０】
以下、上述のプロジェクタに好適な投影光学系の実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ  ：投影光学系全系の焦点距離
ｆＢ            ：バックフォーカス
Ｆno：Ｆナンバー
Ｒ  ：曲率半径
Ｄ  ：軸上面間隔
Ｎｄ            ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ            ：レンズ材料のアッベ数
【００６１】
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
【００６２】
【数１】
2011158595.tif 000003
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ：曲率半径
Ｋ：円錐定数である。
【００６３】
また、以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。また、レンズデータの面番号は、第１レンズの拡大投影面側を１面として順に付与した。なお、実施例に記載の長さを表す数値の単位はすべてｍｍとする。
【００６４】
（実施例１）
実施例１の投影光学系のレンズデータを、以下の（表１）に示す。
【００６５】
（表１）
実施例1                   
面番号  R(mm)   D(mm)   Nd              νd     有効半径(mm)
スクリーン∞    2000.00                   
1       ∞      0.30    1.52300         54.5    1.93 
2       ∞      0.50    1.48900         60.6    1.83 
3       R1      0.70    1.40000         39.8    1.00 
4       ∞      0.55    1.52300         54.5    2.00 
5       ∞      1.00                            1.22 
6*      12.358  1.00    1.80000         28.5    0.66 
7*      -4.047  0.00                            0.39 
8(絞り)        ∞      1.00                            0.33 
9*      -1.688  0.70    1.75000         25.0    0.69 
10*     6.308   0.50                            1.20 
11*     -9.395  1.00    1.75000         57.0    1.84 
12*     -2.319  0.50                            1.95 
13      ∞      14.00   1.80610         40.7    2.45 
14      -11.930                                 5.14 
表示素子∞                
非球面係数                 
第6面   K=      0.00000E+00     
A4=     -0.41856E-01                          
A6=     -0.23244E-01                          
A8=     -0.51745E-02                          
第7面   K=      0.00000E+00     
A4=     -0.74537E-01                          
A6=     -0.57029E-01                          
A8=     0.19114E+00               
第8面   K=      0.00000E+00     
A4=     -0.17298E+00                          
A6=     -0.11345E+00                          
A8=     0.10959E+00               
第9面   K=      0.00000E+00     
A4=     -0.70727E-01                          
A6=     0.27677E-01               
A8=     -0.50679E-02                          
第10面  K=      0.00000E+00     
A4=     0.16745E-01               
A6=     -0.67745E-03                          
A8=     0.62338E-05               
第11面  K=      0.00000E+00     
A4=     0.79285E-02               
A6=     0.28058E-03               
A8=     0.96437E-03               
各ポジションの焦点距離、本実施例のスクリーン距離におけるレンズ最終面と近軸結像点との距離(L)                           
Fナンバー                 
f       L       Fno 
Wide    9.33    4.59    15.00                   
Middle  9.80    1.94    14.99                   
Tele    9.97    0.95    14.99                   
各ポジションの曲率半径、画角、第1レンズの焦点距離、レンズ全長                                          
R1      画角ω  第1レンズの焦点距離     レンズ全長
Wide    2.96    60.40   -33.43                  9.69 
Middle  ∞      56.98   0.00                    9.69     
Tele    -8.54   55.44   96.45                   9.69     
ズーム比、像高                           
ズーム比        像高                          
1.07            5.15         
【００６６】
図３は、広角端の状態にある実施例１の投影光学系の断面図であり、図５は、中間の状態にある実施例１の投影光学系の断面図であり、図７は、望遠端の状態にある実施例１の投影光学系の断面図であるが、第１レンズＬ１への配線等は省略している。実施例１の投影光学系は、拡大投影面側（左側）から、屈折力可変な第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、反射光学素子ＰＺで構成され、いずれも光軸方向位置を固定されており、変倍は第１レンズＬ１に印加される電圧を変化させることで行われる。尚、図において、ＤＥは表示素子画面であり、表示素子画面DEから拡大投影面に向かう光路のみを描いている。反射光学素子ＰＺは、表示素子画面ＤＥ側に凸形状の光学面を有する。
【００６７】
図４は、広角端の状態にある実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図６は、中間の状態にある実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図８は、望遠端の状態にある実施例１の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面をあらわすものとする。
【００６８】
（実施例２）
実施例２の投影光学系のレンズデータを、以下の（表２）に示す。
【００６９】
（表２）
実施例2                   
面番号  R(mm)   D(mm)   Nd              νd     有効半径(mm)
スクリーン∞    2000.00                   
1       ∞      0.30    1.52300         54.5    1.87 
2       ∞      0.50    1.48900         60.6    1.78 
3       R1      0.70    1.40000         39.8    1.69 
4       ∞      0.55    1.52300         54.5    1.42 
5       ∞      1.99                            1.27 
6(絞り) ∞      1.66                            0.38 
7*      14.637  1.50    1.54470         56.2    1.15 
8*      -7.962  1.47                            1.45 
9*    -441.395  1.00    1.63200         23.4    1.87 
10*     4.421   1.76                            2.25 
11*     -4.712  1.84    1.54470         56.2    2.77 
12*     -3.665  1.00                            3.32 
13      11.810  12.00   1.77250         49.6    4.86 
14      ∞                                      4.83     
表示素子∞                 
非球面係数                               
第7面   K=      0.18041E+02            第10面  K=      -0.28818E+01
A4=     0.16258E-02                     A4=     -0.51515E-02
A6=     0.19644E-03                     A6=     0.26325E-03
A8=     0.43649E-03                     A8=     0.61140E-07
A10=    0.39700E-03                     A10=    -0.10456E-06
第8面   K=      -0.22408E+02                   A12=    0.15624E-06
A4=     0.34412E-03             第11面  K=      -0.49824E+01
A6=     0.20178E-03                     A4=     -0.79116E-03
A8=     -0.25847E-04                    A6=     -0.29902E-03
A10=    0.15810E-05                     A8=     0.18823E-04
第9面   K=      0.54520E+05                    A10=    0.20227E-06
A4=     -0.58195E-02                    A12=    0.15069E-06
A6=     0.14529E-03             第12面  K=      -0.10076E+01
A8=     -0.27043E-04                    A4=     -0.39439E-03
A10=    -0.89304E-05                    A6=     -0.13325E-03
A12=    -0.13634E-05                    A8=     0.66953E-07
A10=    0.78410E-08
A12=    0.79000E-09
各ポジションの焦点距離、本実施例のスクリーン距離におけるレンズ最終面と近軸結像点との距離(L)                                   
Fナンバー                               
f       L       Fno               
Wide    10.47   5.93    14.99                       
Middle  10.96   2.60    14.99                       
Tele    11.14   1.37    14.99                       
各ポジションの曲率半径、画角、第1レンズの焦点距離、レンズ全長                                          
R1      画角ω  第1レンズの焦点距離     レンズ全長
Wide    2.96    51.67   -33.43                  28.87
Middle  ∞      48.33   0.00                    28.87 
Tele    -8.54   46.83   96.45                   28.87
ズーム比、像高             
ズーム比        像高                          
1.06            4.80         
【００７０】
図９は、広角端の状態にある実施例２の投影光学系の断面図であり、図１１は、中間の状態にある実施例２の投影光学系の断面図であり、図１３は、望遠端の状態にある実施例２の投影光学系の断面図であるが、第１レンズＬ１への配線等は省略している。実施例１の投影光学系は、拡大投影面側（左側）から、屈折力可変な第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、反射光学素子ＰＺで構成され、いずれも光軸方向位置を固定されており、変倍は第１レンズＬ１に印加される電圧を変化させることで行われる。尚、図において、ＤＥは表示素子画面であり、表示素子画面DEから拡大投影面に向かう光路のみを描いている。反射光学素子ＰＺは、拡大投影面側に凸形状の光学面を有する。
【００７１】
図１０は、広角端の状態にある実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図１２は、中間の状態にある実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図１４は、望遠端の状態にある実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【００７２】
（実施例３）
実施例３の投影光学系のレンズデータを、以下の（表３）に示す。
【００７３】
（表３）
実施例3                   
面番号  R(mm)   D(mm)   Nd              νd     有効半径(mm)
スクリーン∞    2000.00                   
1       ∞      0.30    1.52300         54.5    2.73 
2       ∞      0.50    1.62390         59.1    2.62 
3       R1      0.70    1.40000         39.8    2.51 
4       ∞      0.55    1.52300         54.5    2.20 
5       ∞      3.03                            2.01 
6(絞り) ∞      1.47                            0.27 
7*      -33.691 2.00    1.55200         71.8    1.14 
8*      -4.005  2.00                            1.73 
9*      -18.421 1.50    1.82200         24.2    2.52 
10*     4.113   1.50                            3.48 
11*     -8.246  2.00    1.72900         54.1    3.77 
12*     -3.684  0.50                            3.99 
13      12.375  10.00   1.77500         47.1    5.36 
14      ∞                                      5.04     
表示素子∞                 
非球面係数                               
第7面   K=      0.50000E+02            第10面  K=      -0.18346E+02
A4=     0.35725E-01                     A4=     -0.43582E-02
A6=     -0.21376E-01                    A6=     0.31964E-03
A8=     0.48108E-02                     A8=     -0.15801E-05
A10=    -0.19948E-03                    A10=    -0.95419E-06
第8面   K=      -0.15497E+02                   A12=    -0.28390E-08
A4=     0.11522E-01             第11面  K=      -0.94287E+01
A6=     0.13573E-02                     A4=     -0.12289E-02
A8=     -0.10609E-02                    A6=     -0.19875E-03
A10=    0.36112E-04                     A8=     0.22777E-04
第9面   K=      0.50000E+02                    A10=    -0.28601E-06
A4=     -0.55759E-02                    A12=    -0.56870E-08
A6=     0.14154E-02             第12面  K=      -0.93086E+00
A8=     -0.30203E-04                    A4=     0.10663E-04
A10=    -0.11050E-04                    A6=     -0.10821E-03
A12=    0.60941E-06                     A8=     0.94858E-06
A10=    0.16428E-06
A12=    0.19198E-07
各ポジションの焦点距離、本実施例のスクリーン距離におけるレンズ最終面と近軸結像点との距離(L)                                   
Fナンバー                               
f       L       Fno               
Wide    7.52    3.37    15.01                       
Middle  8.53    1.94    15.02                       
Tele    9.02    1.25    15.02                       
各ポジションの曲率半径、画角、第1レンズの焦点距離、レンズ全長                                          
R1      画角ω  第1レンズの焦点距離     レンズ全長
Wide    10.00   66.17   -33.43                  27.99
Middle  ∞      59.04   0.00                    27.99 
Tele    -25.00  55.93   96.45                   27.99
ズーム比、像高             
ズーム比        像高                          
1.20            4.80
【００７４】
図１５は、広角端の状態にある実施例３の投影光学系の断面図であり、図１７は、中間の状態にある実施例３の投影光学系の断面図であり、図１９は、望遠端の状態にある実施例３の投影光学系の断面図であるが、第１レンズＬ１への配線等は省略している。実施例１の投影光学系は、拡大投影面側（左側）から、屈折力可変な第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と反射光学素子ＰＺで構成され、いずれも光軸方向位置を固定されており、変倍は第１レンズＬ１に印加される電圧を変化させることで行われる。尚、図において、ＤＥは表示素子画面であり、表示素子画面DEから拡大投影面に向かう光路のみを描いている。反射光学素子ＰＺは、拡大投影面側に凸形状の光学面を有する。
【００７５】
図１６は、広角端の状態にある実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図１７は、中間の状態にある実施例３の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図１８は、望遠端の状態にある実施例２の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【００７６】
（実施例４）
実施例４の投影光学系のレンズデータを、以下の（表４）に示す。
【００７７】
（表４）
実施例4                                 
面番号  R(mm)   D(mm)   Nd              νd     有効半径(mm)    
スクリーン∞    2000.00                   
1       ∞      0.30    1.52300         54.5    1.56     
2       ∞      0.50    1.48900         60.6    1.46     
3       R1      0.70    1.40000         39.8    1.33     
4       ∞      0.55    1.52300         54.5    1.04     
5       ∞      1.00                            0.85     
6(絞り) ∞      2.28                            0.31       
7*     -17.552  2.14    1.54470         56.2    1.51     
8*      -4.075  0.45                            2.14     
9*      11.056  1.00    1.63200         23.4    2.65     
10*     2.686   1.04                            3.08     
11*   -150.489  2.60    1.54470         56.2    3.26     
12*    -5.379   1.68                            3.74     
13      14.073  1.20    1.80420         46.5    4.89     
14      ∞      0.50                            4.88     
15      ∞      9.00    1.51680         64.2    4.88     
16      ∞                                      4.83     
表示素子∞                 
非球面係数                               
第7面   K=      0.11484E+03            第10面  K=      -0.45618E+01
A4=     -0.14601E-01                    A4=     -0.31883E-02
A6=     0.69146E-02                     A6=     0.14229E-03
A8=     -0.21332E-04                    A8=     -0.46611E-05
A10=    0.70141E-04                     A10=    -0.51465E-06
第8面   K=      -0.40725E+01                   A12=    -0.16916E-07
A4=     -0.28052E-02             第11面  K=      0.20434E+04
A6=     0.30757E-03                      A4=     0.16442E-02
A8=     -0.15791E-03                     A6=     -0.19708E-04
A10=     0.56720E-04                     A8=     0.79140E-05
第9面   K=      0.11078E+01                     A10=    -0.49290E-08
A4=     -0.45651E-02                     A12=    -0.66733E-07
A6=     -0.13650E-03             第12面  K=      -0.35296E+01
A8=     -0.49573E-05                     A4=     -0.21192E-03
A10=     0.10394E-05                     A6=     0.29860E-04
A12=     0.40975E-06                     A8=     0.13002E-05
A10=    -0.13258E-06
A12=    0.65660E-08
各ポジションの焦点距離、本実施例のスクリーン距離におけるレンズ最終面と近軸結像点との距離(L)                                   
Fナンバー                               
f       L       Fno               
Wide    8.88    4.01    15.00                       
Middle  9.25    1.56    15.00                       
Tele    9.39    0.66    15.00                       
各ポジションの曲率半径、画角、第1レンズの焦点距離、レンズ全長                                          
R1      画角ω  第1レンズの焦点距離     レンズ全長
Wide    2.96    59.63   -33.43                  26.50    
Middle  ∞      56.97   0.00                    26.50     
Tele    -8.54   55.80   96.45                   26.50
ズーム比、像高                           
ズーム比        像高                          
1.06            4.80
【００７８】
図２１は、広角端の状態にある実施例４の投影光学系の断面図であり、図２３は、中間の状態にある実施例４の投影光学系の断面図であり、図２５は、望遠端の状態にある実施例４の投影光学系の断面図であるが、第１レンズＬ１への配線等は省略している。実施例１の投影光学系は、拡大投影面側（左側）から、屈折力可変な第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、正の屈折力を有する第５レンズＬ５で構成され、いずれも光軸方向位置を固定されており、変倍は第１レンズＬ１に印加される電圧を変化させることで行われる。尚、図において、ＤＥは表示素子画面であり、第５レンズＬ５と表示画面ＤＥとの間に配置された表示素子画面DEから拡大投影面に向かう光路のみを描いている。
【００７９】
図２２は、広角端の状態にある実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図２４は、中間の状態にある実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））であり、図２６は、望遠端の状態にある実施例４の収差図（球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ））である。
【００８０】
各条件式に対応する各実施例の値を表５に示す。
【００８１】
【表５】
2011158595.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、小型のプロジェクタに好適な投影光学系を提供できる。
【符号の説明】
【００８３】
１１ 撥水層
１２ 親水層
２１ 第１の液体
２２ 第２の液体
２４ 界面
２５ 電極リング
３１ 給電回路
４０ 下容器
４１ 凹部
４２ 凹部
４３ 電極リング
４３ａ 電極端面
４４ 絶縁層
５０ 上容器
５１ 電極リング
５１ａ 露出部
５１ｂ 端子部
５２ 絶縁層
ＣＯＬ 集光レンズ
ＤＥ 表示素子画面
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
ＬＤ 光源
ＰＪＴ プロジェクタ
ＰＺ 反射光学素子
ＴＲＰ 反射面
【図１】
2011158595.tif 000005
【図２】
2011158595.tif 000006
【図３】
2011158595.tif 000007
【図４】
2011158595.tif 000008
【図５】
2011158595.tif 000009
【図６】
2011158595.tif 000010
【図７】
2011158595.tif 000011
【図８】
2011158595.tif 000012
【図９】
2011158595.tif 000013
【図１０】
2011158595.tif 000014
【図１１】
2011158595.tif 000015
【図１２】
2011158595.tif 000016
【図１３】
2011158595.tif 000017
【図１４】
2011158595.tif 000018
【図１５】
2011158595.tif 000019
【図１６】
2011158595.tif 000020
【図１７】
2011158595.tif 000021
【図１８】
2011158595.tif 000022
【図１９】
2011158595.tif 000023
【図２０】
2011158595.tif 000024
【図２１】
2011158595.tif 000025
【図２２】
2011158595.tif 000026
【図２３】
2011158595.tif 000027
【図２４】
2011158595.tif 000028
【図２５】
2011158595.tif 000029
【図２６】
2011158595.tif 000030