(57)【要約】【課題】保護ガラスも含めて、全長及びバックフォーカスが短く、高い変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する投影光学装置用の投影レンズを提供すること。【解決手段】複数の反射素子のそれぞれの反射方向を変えて画像を生成する光変調器による映像をスクリーンに投影する投影光学装置用の投影レンズであって、スクリーン側から順に、負の屈折力で焦点距離ｆ１の第１レンズ群と、正の屈折力で焦点距離ｆ２の第２レンズ群とを有し、第１レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群の光変調器に最も近いレンズが負レンズであり、第１レンズ群および第２レンズ群が全体としてレトロフォーカスタイプを形成し、かつ、レンズ全長をＬで示し、バックフォーカスをＢＦで示すとき、下記条件を満たすことを特徴とする投影光学装置用の投影レンズ。｜ｆ１｜≧ｆ２      ８×ＢＦ≧７×Ｌ      ＭＴＦ≧４５％【選択図】      図１
2004184870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反射素子のそれぞれの反射方向を変えて画像を生成する光変調器による映像をスクリーンに投影する投影光学装置用の投影レンズであって、スクリーン側から順に、負の屈折力で焦点距離ｆ１の第１レンズ群と、正の屈折力で焦点距離ｆ２の第２レンズ群とを有し、第１レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群の光変調器に最も近いレンズが負レンズであり、第１レンズ群および第２レンズ群が全体としてレトロフォーカスタイプを形成し、かつ、レンズ全長をＬで示し、バックフォーカスをＢＦで示すとき、下記条件を満たすことを特徴とする投影光学装置用の投影レンズ。
｜ｆ１｜≧ｆ２
８×ＢＦ≧７×Ｌ
ＭＴＦ≧４５％
【請求項２】
前記記第１レンズ群は、スクリーン側から順に負、正、負の少なくとも３つのレンズから構成されており、前記第２レンズ群は、スクリーン側から順に正、正、負の少なくとも３つのレンズから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学装置用の投影レンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ群の光変調器側の負レンズは、負レンズと正レンズの貼り合せレンズで形成され、前記第２レンズ群の２番目の正レンズは、負レンズと正レンズの貼り合せレンズで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の投影光学装置用の投影レンズ。
【請求項４】
前記第１レンズ群中の第１レンズの第１面および第１レンズ群の光変調器側のレンズの光変調器側の面、並びに前記第２レンズ群の光変調器側のレンズには、非球面であることを特徴とする請求項３に記載の投影光学装置用の投影レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１および第１分散ａ１が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の投影光学装置用の投影レンズ。
０≦（ａ１／ｎ１）≦１６．３７５
１２≦（ａ１／ｎ１）≦１６．３７５
１２．８８≦（ａ１／ｎ１）≦１５．９７０
【請求項６】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１、第１分散ａ１及び第１焦点距離ｆ１、並びに第２貼り合せレンズの第２屈折率ｎ２、第２分散ａ２及び第２焦点距離ｆ２が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする請求項５記載の投影光学装置用の投影レンズ。
０≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．１９
２．４≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．１
２．５≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．０７
【請求項７】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１、第１分散ａ１及び第１焦点距離ｆ１、並びに第２貼り合せレンズの第２屈折率ｎ２、第２分散ａ２及び第２焦点距離ｆ２が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする請求項５記載の投影光学装置用の投影レンズ。
０≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５４９．３９
３３０≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５４０
３３５．９４≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５３５．８９
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影光学装置用の投影レンズ、さらに詳しくは、複数の反射素子のそれぞれの反射方向を変えて画像を生成する光変調器による映像をスクリーンに投影する投影光学装置用の小型の投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル信号化された映像を投影するプロジェクタ装置は、液晶パネルを使用していた。近年、マイクロマシンにより製造したＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）  すなわち複数の反射素子のそれぞれの反射方向を変えて画像を生成するものが採用されつつある。ＤＭＤは、素子上に数十万個以上の鏡を配置し、１個のミラーが１画素に対応し、個々のミラーが±１０度程度の角度に振れることにより、信号のＯＮ／ＯＦＦを表示する。この変調は非常に高速であり、液晶パネルを使用した平均的なプロジェクタよりも大きな画素数を有し、高画質な映像を投影することができる。
【０００３】
また、ＤＭＤを用いたＤＬＰ（デジタル・ライト・プロジェクタ）プロジェクタでは、画素間のギャップが小さく、また鏡による反射光を用いていることから、透過光を利用する液晶プロジェクタよりも明るく投影するこどができる。さらに、デジタル技術を用いることでコンパクトな光学システムを設計することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＤＬＰプロジェクタに対し、より高輝度で小型なものへの要求が高まってきている。そのための投影レンズとして、種々提案されているが、従来の投影レンズでは、小型化、長いバックフォーカス（ＢＦＬ）、高い変調伝達関数（ＭＴＦ）等の光学性能を満足するものはなかった。
従来の投影光学装置用の投影レンズとしては、ズームレンズであるが、広角側で、レンズ全長が４０．８９２ｍｍ、バックフォーカスが９６．９ｍｍ、その時のバックフォーカスの比が約２：１であり、ＮＡが０．１７であり、小型化の点でも満足のいくものではなかった（例えば、特許文献１参照）。
従来の他の投影光学装置用の投影レンズとしては、短焦点ではあるが、レンズ全長が約５１．３６ｍｍである（例えば、特許文献２参照）。この全長は、特許文献１のものよりも長く、小型化の要求を満たしていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５１１９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７５７２９号公報
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の投影光学装置用の投影レンズも上述した問題点に鑑みてなされたものであって、保護ガラスも含めて、全長及びバックフォーカスが短く、高い変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する投影光学装置用の投影レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
すなわち、投影光学装置用の投影レンズは、高輝度画像を得るために高ＮＡの照明光をＤＭＤに入射し、その反射光を同様に高ＮＡで投影系に入射するこどが望ましい。しかし、ＤＭＤのマイクロミラーはその角度によって信号をＯＮ／ＯＦＦしており、ＮＡが大きな光束を入射させると、全光束が投影系へ入射しなくなる。
【０００８】
従って、入射光のＮＡはマイクロミラーの旋回角に制限される。そこで、旋回角が大きくなった場合、それに応じた照明光を入射することができ、明るさが向上する。例えば、マイクロミラーの回転角度が±１０度から±１２度に増加すると、像面輝度が約２０％向上する。このとき、投影系にも対応する高ＮＡが必要となる。また、小型化が進むと、画角はより大きくなる。本発明はこのような実情に鑑み、高ＮＡ、広画角、かつコンパクトすなわちレンズ長及びバックフォーカスが短く、さらに諸収差の補正も良好である投影光学装置用の投影レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影光学装置用の投影レンズは、
複数の反射素子のそれぞれの反射方向を変えて画像を生成する光変調器による映像をスクリーンに投影する投影光学装置用の投影レンズであって、スクリーン側から順に、負の屈折力で焦点距離ｆ１の第１レンズ群と、正の屈折力で焦点距離ｆ２の第２レンズ群とを有し、第１レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群は負レンズと正レンズの貼り合せレンズを含み、第２レンズ群の光変調器に最も近いレンズが負レンズであり、第１レンズ群および第２レンズ群が全体としてレトロフォーカスタイプを形成し、かつ、レンズ全長をＬで示し、バックフォーカスをＢＦで示すとき、下記条件を満たすことを特徴とする投影光学装置用の投影レンズ。
｜ｆ１｜≧ｆ２
８×ＢＦ≧７×Ｌ
ＭＴＦ≧４５％
である。
【００１０】
【作用】
｜ｆ１｜≧ｆ２の条件は、レトロフォーカスタイプにおいて、第１群レンズのパワーを強くすることにより、コマ収差を小さく押さえたまま長いバックフォーカスに対し、レンズ全長を短くするためのものである。この条件を満たさない場合、長いバックフォーカスを確保するためにレンズ全長が長くなる問題が発生する。
【００１１】
８×ＢＦ≧７×Ｌの条件は、十分長いバックフォーカスとそれに対してコンパクトなレンズ系にするためのものである。この条件を満たさない場合、バックフォーカスが短くなる。この条件は、以下に述べるＭＴＦと同様に、レンズ全長を制限するためのものでる。
ＭＴＦ≧４５％の条件は、投影光学装置用の投影レンズとして十分な解像力を得るためのものである。ＭＴＦが４５％となるのは、単色光（ｄ線）の場合、５０ｌｉｎｅ／ｍｍとなり、白色光の場合、４０ｌｉｎｅ／ｍｍとなる。
【００１２】
本発明の実施態様は、以下のとおりである。
各実施態様の条件は、以下の表１４に示すデータに基づき各実施例を構成できる条件を設定した。
前記記第１レンズ群は、スクリーン側から順に負、正、負の少なくとも３つのレンズから構成されており、前記第２レンズ群は、スクリーン側から順に正、正、負の少なくとも３つのレンズから構成されていることを特徴とする。
【００１３】
前記第１レンズ群の光変調器側の負レンズは、負レンズと正レンズの貼り合せレンズで形成され、前記第２レンズ群の２番目の正レンズは、負レンズと正レンズの貼り合せレンズで形成されていることを特徴とする。
前記第１レンズ群中の第１レンズの第１面および第１レンズ群の光変調器側のレンズの光変調器側の面、並びに前記第２レンズ群の光変調器側のレンズには、非球面であることを特徴とする。
【００１４】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１および第１分散ａ１が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする。
０≦（ａ１／ｎ１）≦１６．３７５
１２≦（ａ１／ｎ１）≦１６．３７５
１２．８８≦（ａ１／ｎ１）≦１５．９７０
【００１５】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１、第１分散ａ１及び第１焦点距離ｆ１、並びに第２貼り合せレンズの第２屈折率ｎ２、第２分散ａ２及び第２焦点距離ｆ２が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする。
０≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．１９
２．４≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．１
２．５≦（ｎ２／ｆ２−ｎ１／ｆ１）×ａ１／ａ２≦３．０７
【００１６】
前記第１レンズ群中の貼り合せレンズの第１レンズの第１屈折率ｎ１、第１分散ａ１及び第１焦点距離ｆ１、並びに第２貼り合せレンズの第２屈折率ｎ２、第２分散ａ２及び第２焦点距離ｆ２が、下記の関係式のいずれかを充足することを特徴とする。
０≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５４９．３９
３３０≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５４０
３３５．９４≦（１／ｎ１＋１／ａ２）×（ａ１／ｎ１）≦５３５．８９
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態の投影光学装置用の投影レンズを図に基づいて説明する。
ＤＭＤをライトバルブとして採用した投影光学装置１０は、図１に示すように、光変調器であるＤＭＤ１２と、ＤＭＤ１２に投影用の光を照射する光照射システム１４と、ＤＭＤ１２により反射された有効光をスクリーン１８に投影する投影レンズ２０とを備えている。
【００１８】
投影光学装置１０は、単板式の投影光学装置であり、光照射システム１４がハロゲンランプ等の白色光源２２と、円盤型の回転色分割フィルタ２４とを備えている。このため、ＤＭＤ１２には、赤、緑、青の３原色が時分割で照射され、それぞれの色の光が照射されるタイミングでＤＭＤ１２の個々の画素に対応する花者素子を制御することにより、カラー画像を形成する。
【００１９】
光照射システム１４は、さらに、投影光学装置１０の構成要素及びその配置に対応して、白色光源２２から放射された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３０あるいはミラー３２等の光学素子が必要に応じて配置される。光照明システム１４の光軸と、投影レンズ２０の光軸とは、所定の角度を設けなければならず、両者の光学系が干渉を起こさないために投影レンズ２０のバックフォーカスはある程度長くする必要がある。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る投影レンズ２０について説明する。本実施形態の投影レンズ２０は、２群レンズであり、画像情報を担持したＤＭＤ１２からの反射光束を入射し、画像をスクリーン１８上に拡大投影する。すなわち、投影レンズ２０は、２群８枚の構成とされ、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とで構成されている。
【００２１】
第１レンズ群Ｇ１は、スクリーン１８側から、スクリーン１８側に凸である負のメニスカスレンズの第１レンズＬ１、スクリーン１８の側に凸である正のメニスカスレンズの第２レンズＬ２、両凹で負レンズの第３レンズＬ３、両凸で正レンズの第４レンズＬ４を配列してなる。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は張り合わされている。
【００２２】
第２レンズ群Ｇ２は、スクリーン１８側から順に、スクリーン１８側に両凸の正レンズの第５レンズＬ５、両凸の正レンズの第６レンズＬ６、スクリーン１８と反対側のＤＭＤ１２側に凸のメニスカスレンズである負レンズの第７レンズＬ７、両凸で負レンズの第８レンズＬ８を配列してなる。
投影レンズ２０の第１レンズＬ１のスクリーン１８側面すなわち第１面、第４レンズＬ４のＤＭＤ１２側の面すなわち第７面、及び第８レンズＬ８のスクリーン１８側の面すなわち第１３面は、非球面である。
第２レンズ群Ｇ２とＤＭＤ１２の間に、ＤＭＤ１２を保護するための保護ガラスＬ９が配置されている。
【００２３】
以下に本発明の投影レンズの第１実施例ないし第９実施例及び第１比較例ないし第４比較例を示す。これらの実施例及び比較例は、基本的な仕様となる全体の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ、及び全長Ｌを固定し、４５％以上のＭＴＦが得られるものである。
【００２４】
各レンズデータにおいて、面番号は、スクリーン１８側からＤＭＤ１２側に１から１８まで順番に付している。Ｒは、各レンズ面の曲率半径（ｍｍ）を示す。Ｄは、各レンズ面の光軸上の間隔あるいは厚さ（ｍｍ）を示す。Ｎｄは、各レンズの屈折率（ｄ線）を示す。νｄは、各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。また、ｆは、各投影レンズ１０の合成焦点距離（ｍｍ）を示す。Ｂｆは、各投影レンズのバックフォーカス（ｍｍ）を示す。ＦＮｏは、各投影レンズのＦナンバーを示す。ｆ１は、各投影レンズ１０の第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離（ｍｍ）を示す。ｆ２は、各投影レンズ１０の第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離（ｍｍ）を示す。
【００２５】
各実施例及び比較例における共通のデータは以下のとおりである。
ｆ：２７ｍｍ
Ｂｆ：３５ｍｍ（厚さ３ｍｍの保護ガラスＬ９３含む）
Ｆｎｏ：２．４０
ＮＡ：０．２０
画角：２８．５°
イメージサークル：φ２９．１ｍｍ
レンズ全長：４０ｍｍ
各非球面を表わす式は、
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ２／ｒ２）｝１／２］＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０
である。Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、非球面係数である。
【００２６】
第１実施例
【表１】
2004184870.tif 000003
【００２７】
第２実施例
【表２】
2004184870.tif 000004
【００２８】
第３実施例
【表３】
2004184870.tif 000005
【００２９】
第４実施例
【表４】
2004184870.tif 000006
【００３０】
第５実施例
【表５】
2004184870.tif 000007
【００３１】
第６実施例
【表６】
2004184870.tif 000008
【００３２】
第７実施例
【表７】
2004184870.tif 000009
【００３３】
第８実施例
【表８】
2004184870.tif 000010
【００３４】
第９実施例
【表９】
2004184870.tif 000011
【００３５】
第１比較例
【表１０】
2004184870.tif 000012
【００３６】
第２比較例
【表１１】
2004184870.tif 000013
【００３７】
第３比較例
【表１２】
2004184870.tif 000014
【００３８】
第４比較例
【表１３】
2004184870.tif 000015
【００３９】
各実施例及び各比較例における各請求項の条件式に記載された項の値は、表１４及び表１５に記載のとおりである。
【表１４】
2004184870.tif 000016
2004184870.tif 000017
【００４０】
【表１５】
2004184870.tif 000018
2004184870.tif 000019
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の投影光学装置用の投影レンズによれば、保護ガラスも含めて、全長及びバックフォーカスが短く、高い変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する投影光学装置用の投影レンズを構成することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態の投影光学装置の構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態の投射レンズの光学図である。
【符号の説明】
Ｇ１：第１レンズ群
Ｇ２：第２レンズ群
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
Ｌ６：第６レンズ
Ｌ７：第７レンズ
Ｌ８：第８レンズ
Ｌ９：保護ガラス
１０    投影光学装置
１２    ＤＭＤ
１４    光照射システム
１８    スクリーン
２０    投影レンズ
【図１】
2004184870.tif 000020
【図２】
2004184870.tif 000021