(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ1 ，Ｌ2 ，正の両凸レンズＬ3 ，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ4 ，正の両凸レンズＬ5 ，スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ6 ，Ｌ7 ，正の凸レンズＬ8 および負の両凹レンズＬ9 よりなる発散レンズ系と、両凹レンズＬ9 から空気間隔ＤＤ１離れた負の両凹レンズＬ10，正の両凸レンズＬ11，両凸レンズＬ11から空気間隔ＤＤ２離れた正の両凸レンズＬ12，正の両凸レンズＬ13，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ14，メニスカスレンズＬ14から空気間隔ＤＤ３離れたスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ15，正の両凸レンズＬ16，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ17および正の両凸レンズＬ18よりなる収斂レンズ系とを含み、レンズの接合面を有することのない１８群１８枚のレンズ群より構成され、
前記発散レンズ系は、レンズＬ1 〜Ｌ6 を含む前群およびレンズＬ7 〜Ｌ9 を含む後群に分割され、前記前群の合成焦点距離をＦ16，前記後群の合成焦点距離をＦ79およびレンズ系全体の焦点距離をＦとしたとき、
８．６  ＜｜Ｆ16／Ｆ｜＜  １２．８      ・・・（１）
４．２  ＜｜Ｆ79／Ｆ｜＜  ５．８        ・・・（２）
の条件を満たし、
前記前群のレンズのうち、少なくとも１枚以上の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（３）
であり、かつ、凹面をスクリーン側に向けた負のレンズＬ4 のアッベ数νd は
νd ＜３６                ・・・（４）
であり、
前記後群のレンズのうち、少なくとも２枚以上の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（５）
であり、
さらに、レンズＬ9 からＬ10まで，レンズＬ11からＬ12まで，およびレンズＬ14からＬ15までの空気間隔をそれぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３としたとき、
３．２  ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜  ４．２      ・・・（６）
３．７  ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜  ５．０      ・・・（７）
１．５  ＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜  ２．３      ・・・（８）
の条件を満たし、
前記収斂レンズ系は、レンズＬ10，Ｌ11を含む第１群，レンズＬ12〜Ｌ14を含む第２群およびレンズＬ15〜Ｌ18を含む第３群に分割され、
前記第１群は、焦点距離をＦ1011としたとき
｜Ｆ1011／Ｆ｜＞  ６０        ・・・（９）
かつ、前記第１群の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（１０）
前記第１群の正のレンズのアッベ数νd は
νd ＜３５                ・・・（１１）
なる条件を満たし、
前記第２群におけるレンズのうち、少なくとも１個の正のレンズのアッベ数νd は
νd ＞７０                ・・・（１２）
なる条件を満たし、
前記第３群のレンズのうち、負のレンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をνd としたとき、
Ｎd ＞１．８              ・・・（１３）
νd ＜４０                ・・・（１４）
かつ、前記第３群のレンズのうち、正のレンズのアッベ数をνd としたとき、
νd ＞８０                ・・・（１５）
なる条件を満たすことを特徴とするレトロフォーカスレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が必須であるデジタル映像、特にＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）を拡大投影するバックフォーカスが非常に長いレトロフォーカスレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽薄短小は時代の趨勢であるが、一方、映像は大画面にして情報を伝達したり、楽しむといった状況もますます拡大している。
従来のフィルムを使用した映画のシステムは、２１世紀には本発明のような投影レンズが使用されるＤＬＰ（ディジタル・ライト・プロセシング）方式にとって変わるような状況となることが予想される。
投影レンズとして既に液晶プロジェクター用投影レンズ等が市場に数多く提供されている。しかしながらそれらの投影レンズは、まだ画素の大きい液晶用であることからそれほど高性能の投影レンズは要求されない。さらに液晶の耐熱の関係からスクリーンを非常に明るくすることに無理がある。したがって現在の液晶投影システムでは明るい大画面を得ることはできない。また、画面に画素の境界線が目立ち好ましくない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤを使用したＤＬＰ方式の投影装置は、液晶プロジェクターの欠点を解消することができる。しかし３板方式で比較すると、原理的に液晶プロジェクタ用投影レンズよりレンズ設計はさらに困難となる。ＤＭＤが反射形デバイスのため照明光束は、ＤＭＤの前側から入射させなければならないため、ＲＧＢの３色合成プリズム系にさらに複雑なプリズム系の入る空間が投影レンズとＤＭＤの間に必要となる。したがって非常に長いレンズバックフォーカスの投影レンズの設計となる。
【０００４】
現在主流の液晶プロジェクター用投影レンズを例にとって見ると、液晶1.3'用では、ワイド側焦点距離は４８mm程度であり、レンズバックフォーカスは空気換算でせいぜい焦点距離の約１倍程度である。このような条件ではレンズ設計はそれほど困難ではない。
一般に投影距離と比して大画面に投影する場合、焦点距離の短い、即ち拡大倍率の大きいレンズが必要である。レンズ性能上、レンズバックフォーカスはレンズの焦点距離より大きい値となる。一般にレンズバックフォーカス＞レンズの焦点距離の場合、レンズタイプは、レトロフォーカスタイプとなる。一眼レフ用超広角レンズでは２〜３倍程度である。又超広角レンズになればなるほど諸収差（特に歪曲収差、像面歪曲収差）は補正困難となる。
【０００５】
本発明はＤＬＰ方式投影装置に搭載される投影レンズに関するものであるが、上述のように非常に長いレンズバックフォーカスを要請されている。そして極めて近距離投影する要求があることからテレセントリック光学系にしては極めて超広角としなければならない。にもかかわらずレンズバックフォーカスは焦点距離の約５倍程度必要である。これはレンズ設計の困難性を示す１つの指標でもある。また、液晶と異なり、画素も小さくなり、投影レンズも極めて高性能が要求されている。
【０００６】
投影レンズは、交換レンズ方式で使用されるため、ＲＧＢの軸上のフォーカスポイントは常にある一定範囲になければならない。またＲＧＢの３色の画素合わせも必要となるため倍率色収差は大きくても1/2 画素以内に抑えなければならない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、極めて近距離投影にもかかわらず、大画面が得られ、かつ、投影画面も非常に明るく歪もほとんど無く高精細な画像が得られるレトロフォーカスレンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明によるレトロフォーカスレンズは、スクリーン側から、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ1 ，Ｌ2 ，正の両凸レンズＬ3 ，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ4 ，正の両凸レンズＬ5 ，スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ6 ，Ｌ7 ，正の凸レンズＬ8 および負の両凹レンズＬ9 よりなる発散レンズ系と、両凹レンズＬ9 から空気間隔ＤＤ１離れた負の両凹レンズＬ10，正の両凸レンズＬ11，両凸レンズＬ11から空気間隔ＤＤ２離れた正の両凸レンズＬ12，正の両凸レンズＬ13，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ14，メニスカスレンズＬ14から空気間隔ＤＤ３離れたスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ15，正の両凸レンズＬ16，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ17および正の両凸レンズＬ18よりなる収斂レンズ系とを含み、レンズの接合面を有することのない１８群１８枚のレンズ群より構成され、
前記発散レンズ系は、レンズＬ1 〜Ｌ6 を含む前群およびレンズＬ7 〜Ｌ9 を含む後群に分割され、前記前群の合成焦点距離をＦ16，前記後群の合成焦点距離をＦ79およびレンズ系全体の焦点距離をＦとしたとき、
８．６  ＜｜Ｆ16／Ｆ｜＜  １２．８      ・・・（１）
４．２  ＜｜Ｆ79／Ｆ｜＜  ５．８        ・・・（２）
の条件を満たし、
前記前群のレンズのうち、少なくとも１枚以上の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（３）
であり、かつ、凹面をスクリーン側に向けた負のレンズＬ4 のアッベ数νd は
νd ＜３６                ・・・（４）
であり、
前記後群のレンズのうち、少なくとも２枚以上の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（５）
であり、
さらに、レンズＬ9 からＬ10まで，レンズＬ11からＬ12まで，およびレンズＬ14からＬ15までの空気間隔をそれぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３としたとき、
３．２  ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜  ４．２      ・・・（６）
３．７  ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜  ５．０      ・・・（７）
１．５  ＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜  ２．３      ・・・（８）
の条件を満たし、
前記収斂レンズ系は、レンズＬ10，Ｌ11を含む第１群，レンズＬ12〜Ｌ14を含む第２群およびレンズＬ15〜Ｌ18を含む第３群に分割され、
前記第１群は、焦点距離をＦ1011としたとき
｜Ｆ1011／Ｆ｜＞  ６０        ・・・（９）
かつ、前記第１群の負のレンズのアッベ数νd は
νd ＞６２                ・・・（１０）
前記第１群の正のレンズのアッベ数νd は
νd ＜３５                ・・・（１１）
なる条件を満たし、
前記第２群におけるレンズのうち、少なくとも１個の正のレンズのアッベ数νd は
νd ＞７０                ・・・（１２）
なる条件を満たし、
前記第３群のレンズのうち、負のレンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をνd としたとき、
Ｎd ＞１．８              ・・・（１３）
νd ＜４０                ・・・（１４）
かつ、前記第３群のレンズのうち、正のレンズのアッベ数をνd としたとき、
νd ＞８０                ・・・（１５）
なる条件を満たすように構成されている。
【０００８】
上記構成によれば、撮影スクリーンに極めて接近して、かつ大画面に撮影できるレトロフォーカスレンズを実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
本発明によるレトロフォーカスレンズは、ＤＬＰプロジェクタ光学系に適用される。ＤＭＤを反射した光はプリズム系を介してレトロフォーカスレンズに入射し、拡大されてスクリーンに投影される。
ＤＬＰ用投影レンズは、照明光束の取り込み用プリズム系や色分解プリズム系が投影レンズの後側（ＤＭＤ側）に入るため、長大な空気間隔を必要とする。
【００１０】
図１は、本発明によるレトロフォーカスレンズの実施の形態を示す図である。９枚の発散レンズ系１と９枚の収斂レンズ系２より構成されている。
発散レンズ系１は、前群１ａと後群１ｂよりなり、前群１ａはスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ1 ，Ｌ2 ，正の両凸レンズＬ3 ，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ4 ，正の凸レンズＬ5 およびスクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ6 より構成されている。
【００１１】
後群１ｂは、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ7 ，正の両凸レンズＬ8 および負の両凹レンズＬ9 より構成されている。
負の両凹レンズＬ9 と収斂レンズ系２の負の両凹レンズＬ10の間はＤＤ１の空気間隔となっている。
収斂レンズ系２は、第１群２ａ，第２群２ｂおよび第３群２ｃより構成されている。第１群２ａは負の両凹レンズＬ10および正の両凸レンズＬ11より構成されている。第２群２ｂは、正の両凸レンズＬ12，Ｌ13およびスクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ14より構成されている。両凸レンズＬ11と両凸レンズＬ12の間はＤＤ２の空気間隙となっている。
【００１２】
第３群２ｃは、スクリーン側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ15，正の両凸レンズＬ16，スクリーン側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ17および正の両凸レンズＬ18から構成されている。
発散レンズ系１が
８．６  ＜｜Ｆ16／Ｆ｜＜  １２．８      ・・・（１）
４．２  ＜｜Ｆ79／Ｆ｜＜  ５．８        ・・・（２）
の条件を満たしているとき、所定のレンズバックフォーカスを維持しつつ、前群１ａと後群１ｂで通常発生し易い歪曲収差，非点収差を最小になるように補正している。特に前群の発散レンズ系では、当然ペッツバールも大きく負になっているにもかかわらず歪曲収差の発生は極めて小さく抑えられていることがザイデル収差係数から言える。後群１ｂの発散系はさらにこのレンズバックフォーカスを所定の長さを維持するために作用している。
【００１３】
しかし、前群と後群の合成系のペッツバールは−０．２前後ありながらこの発散系の歪曲収差の発生は結果として極めて小さく抑えられている。これにより、このレンズ系本来の目的の一つである極めて小さい歪曲収差の補正に寄与している。
本発明によるレンズはＤＬＰ方式の３板式ＤＭＤ対応の投影装置に搭載されるので、上述したように極めて小さい倍率色収差および軸上色収差の補正が要求されている。その目的を達成するために前群１ａのレンズＬ1 ，Ｌ2 およびＬ6 のうち、少なくとも１枚以上のレンズのアッベ数νd がνd ＞６２・・・（３）であり、また、レンズＬ4 のアッベ数νd がνd ＜３６・・・（４）であり、後群１ｂのレンズＬ7 ，Ｌ8 およびＬ9 のうち、少なくとも２枚以上のレンズのアッベ数νd がνd ＞６２・・・（５）であることが必要である。
【００１４】
さらに、収斂レンズ系２について第１群２ａの焦点距離をＦ1011としたとき
｜Ｆ1011／Ｆ｜＞  ６０        ・・・（９）
とし、第１群２ａのレンズＬ10のアッベ数νd がνd ＞６２・・・（１０）であり、レンズＬ11のアッベ数νd がνd ＜３５・・・（１１）である条件を満足し、第２群２ｂにおけるレンズＬ12，Ｌ13およびＬ14のうち、少なくとも１個の正のレンズのアッベ数νd がνd ＞７０・・・（１２）なる条件を満たし、第３群２ｃのレンズＬ15，Ｌ16，Ｌ17およびＬ18のうち、負のレンズ屈折率Ｎｄ，アッベ数νd がＮd ＞１．８・・・（１３），νd ＜４０・・・（１４）の条件を満たしている。そして正のレンズのアッベ数をνd としたとき、νd ＞８０・・・（１５）の条件が必要である。
また、全ての諸収差を極限まで補正する必要からレンズＬ9 からＬ10まで, レンズＬ11からＬ12まで, およびレンズＬ14からＬ15までの空気間隔をそれぞれＤＤ１，ＤＤ２およびＤＤ３としたとき、３．２  ＜｜ＤＤ１／Ｆ｜＜  ４．２・・・（６），３．７  ＜｜ＤＤ２／Ｆ｜＜  ５．０・・・（７）および１．５  ＜｜ＤＤ３／Ｆ｜＜  ２．３・・・（８）の条件も満たす必要がある。
【００１５】
つぎに収斂レンズ系２の第１群２ａは、焦点距離をＦ1011として｜Ｆ1011／Ｆ｜＞  ６０・・・（９）とし、極めてパワーを小さく抑えることによりその他の群で倍率色収差の補正を行っているが、それによる軸上の色収差不足をこの収斂レンズ系２の第１群２ａで行っている。
そして倍率色収差を極めて小さい値に補正するために第２群２ｂにおけるレンズＬ12，Ｌ13およびＬ14のうち、少なくとも１個の正のレンズのアッベ数νd がνd ＞７０・・・（１２）なる条件を満たし、第３群２ｃのレンズＬ15，Ｌ16, Ｌ17およびＬ18のうち、負のレンズ屈折率をＮｄ、アッベ数をνd としたとき、Ｎd ＞１．８・・・（１３），νd ＜４０・・・（１４）とし、さらに正のレンズのアッベ数をνd としたとき、νd ＞８０・・・（１５）とする条件を満たしている。
収斂レンズ系２のうち、第２群２ｂと第３群２ｃの構成は発散系で発生し累積されている諸収差を補正する役割を果たしている。特に第３群のレンズＬ15，Ｌ16, Ｌ17およびＬ18によってコマ収差, 非点収差および歪曲収差を補正している。
【００１６】
以下、具体的なデータ例を示す。なお、０面はスクリーンである。
【表１】
0004678929.tif 000002
【表２】
0004678929.tif 000003
【００１７】
図２は、表１における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図である。像面湾曲では各波長４６０ｎｍ，５４６ｎｍ，６２０ｎｍに対し、それぞれメリディオナル像面（実線）とサジタル像面（点線）を示している。歪曲は５４６ｎｍに対するものである。後述の図４でも同様である。
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。
１８群１８枚構成のレンズ系は、図１の実施の形態と同じである。
【００１９】
以下、具体的なデータ例を示す。なお、０面はスクリーンである。
【表３】
0004678929.tif 000004
【表４】
0004678929.tif 000005
【００２０】
図４は、表３における球面収差，像面湾曲，歪曲収差および倍率色収差図である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、照明光束の取り込み用プリズム系や色分解プリズム系が投影レンズの後側（ＤＭＤ側）に入るため長大な空気間隔を必要とする。本発明は、このような条件に対応可能であるとともに、光学性能が極めて良くなるように、収差が補正されている。そしてテレセントリック光学系であるにもかかわらず、超広角であり、像面湾曲や歪曲収差が十分に補正されている。
したがって、非常に明るい、歪の少ない、大画面の高画質な投影画像が極めて近距離の投影で得ることができる。バックフォーカスが非常に長いレトロフォーカスレンズを実現できる。当然リアープロジェクションレンズとしても利用可能である。
また、第２の実施の形態からＴＶディストーションがほとんどない投影像も得られる。したがって、境界線がほとんど判らないマルチスクリーンの形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレトロフォーカスレンズの実施の形態を示す図である。
【図２】表１における球面収差，像面収差，歪曲収差および倍率色収差図である。
【図３】本発明によるレトロフォーカスレンズの第２の実施の形態を示す図である。
【図４】表３における球面収差，像面収差，歪曲収差および倍率色収差図である。
【符号の説明】
１…発散レンズ系
１ａ…前群
１ｂ…後群
２…収斂レンズ系
２ａ…第１群
２ｂ…第２群
２ｃ…第３群
３…プリズム系
４…ＤＭＤ
【図１】
0004678929.tif 000006
【図２】
0004678929.tif 000007
【図３】
0004678929.tif 000008
【図４】
0004678929.tif 000009