(57)【要約】【課題】  光路を折り曲げる手段を備えた投写用レンズシステムにおいて、さらに薄型で、諸収差が良好に補正された投写用レンズシステムを提供する。【解決手段】  ライトバルブ４からの投影光をスクリーン９に投写する投写用レンズシステム５であって、最もスクリーン９の側に配置された第１のレンズ群Ｇ１を有し、この第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン９の側に位置し、スクリーン９の側に凸で負の屈折力の第１のメニスカスレンズＬ１０と、ライトバルブ４の側に位置する接合レンズＢ１と、接合レンズＢ１のスクリーン側に配置されたミラー６とを備えている。このレンズとミラー６の配置により、折り曲げられた部分の厚みを上げずに、接合レンズＢ１を設け、諸収差をさらに良好に補正することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
最も前記スクリーンの側に配置された第１のレンズ群を有し、
この第１のレンズ群は、前記スクリーンの側に位置し、前記スクリーンの側に凸で負の屈折力の第１のメニスカスレンズと、前記光変調器の側に位置する接合レンズと、前記第１のメニスカスレンズおよび前記接合レンズとの間の光路を折り曲げる手段とを備えている投写用レンズシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１のレンズ群は、前記スクリーンの側から順に、前記第１のメニスカスレンズと、前記スクリーンの側に凸で負の屈折力の第２のメニスカスレンズと、両凹の負レンズと、正の屈折力の前記接合レンズとを備えており、前記光路を折り曲げる手段は、前記負レンズおよび前記接合レンズの間に配置されている、投写用レンズシステム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１のレンズ群は全体が負の屈折力であり、
さらに、前記第１のレンズ群の前記光変調器の側に配置された正の屈折力の第２のレンズ群を有し、この第２のレンズ群の前記スクリーンの側に接合レンズが配置されている、投写用レンズシステム。
【請求項４】
請求項３において、前記第２のレンズ群は少なくとも３つの接合レンズを備えている、投写用レンズシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
全体が薄く、画面のサイズの大きな画像表示装置として、リアプロジェクション方式が知られている。さらに、特開２００１−４２２１１号公報および特開平９−２１８３７９号公報には、光路折り曲げプリズムを、レンズシステムを構成する最もスクリーン側のレンズ群の後方の中間に配置して光路を９０度前後切り換えることによりプロジェクタ装置の高さおよび奥行きを低減することが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−４２２１１号公報
【特許文献２】特開平９−２１８３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液晶パネルなどをライトバルブ（光変調器）とし、その中でも特にＬＣＯＳ（反射型液晶パネル）やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を光変調器として、その光変調器に形成された画像をスクリーンに投射する光学系を形成するレンズシステムは、長いバックフォーカスを必要とする。バックフォーカスが長く、広角なレンズタイプとしては、スクリーン側から順番に負の屈折力の第１のレンズ群と、正の屈折率の第２のレンズ群とを順番に配置したレトロフォーカスタイプがある。このタイプのレンズシステムは、入射側をテレセントリックにし易く、光変調器における色分離、合成手段の分光特性の角度依存性に起因するカラーシェーディングを防ぐことができる。しかしながら、レトロフォーカスタイプのレンズシステムは一般に非対称性が強く歪曲収差を小さくすることが容易ではない。スクリーン側に正レンズを配置すれば歪曲の補正は容易になるが、レンズ径に対して広画角のレンズシステムを実現するためには、最もスクリーン側には負の屈折力でスクリーン側に凸のメニスカスレンズを採用することが望ましい。
【０００４】
第１のレンズ群の光変調器側と、第２のレンズ群のスクリーン側とに接合レンズを配置することにより、レンズ配置の対称性を向上でき、諸収差、特に色収差を良好に補正することができる。しかしながら、接合レンズは負レンズと正レンズを組み合わせるために厚くなりやすく、スクリーン側の第１のレンズ群が長くなる。したがって、特許文献１のように第１のレンズ群と第２のレンズ群との間にプリズムを配置して光路を折り曲げても、折り曲げたスクリーン側の前方、すなわち、第１のレンズ群が厚くなる。このため、薄く、コンパクトなリアプロジェクタに収納するには適さない。
【０００５】
そこで、本発明においては、全体を薄くコンパクトに纏めることができ、さらに、諸収差も良好に補正され、リアプロジェクタに適したレンズシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光変調器からの投影光をスクリーンに投写する本発明の投写用レンズシステムは、最もスクリーンの側に配置された第１のレンズ群を有し、この第１のレンズ群は、スクリーンの側に位置し、スクリーンの側に凸で負の屈折力の第１のメニスカスレンズと、光変調器の側に位置する接合レンズと、第１のメニスカスレンズおよび接合レンズとの間の光路を折り曲げる手段とを備えている。第１のレンズ群と他のレンズ群との間にミラーまたはプリズムからなる光路を折り曲げる手段を設ける代わりに、第１のレンズ群を構成するレンズの間、すなわち、第１のレンズ群の負のメニスカスレンズと接合レンズとの間に光路を折り曲げる手段を配置することにより、第１のレンズ群の接合レンズを他のレンズ群のレンズに対して並列に配置し、第１のレンズ群の他のレンズを他のレンズ群のレンズに対して折り曲げた方向に配置できる。したがって、第１のレンズ群に負レンズと正レンズが接合したレンズ（バルサムレンズ）を配置しても、レンズシステム全体は薄い構成にすることが可能となる。
【０００７】
たとえば、第１のレンズ群が、スクリーンの側から順に、第１のメニスカスレンズと、スクリーンの側に凸で負の屈折力の第２のメニスカスレンズと、両凹の負レンズと、正の屈折力の接合レンズとを備えている場合は、光路を折り曲げる手段は、負レンズおよび接合レンズの間に配置できる。
【０００８】
さらに、第１のレンズ群を全体が負の屈折力とし、第１のレンズ群の光変調器の側に正の屈折力の第２のレンズ群を配置し、この第２のレンズ群のスクリーンの側に接合レンズを配置することが望ましい。全体がレトロフォーカスタイプであり、第１のレンズ群の光変調器側と、第２のレンズ群のスクリーン側のそれぞれに接合レンズが配置された対称性の高いレンズシステムであって、第１のレンズ群の前方の折り曲げられた部分が薄い投写用レンズシステムを提供できる。したがって、バックフォーカスが長く、入射側がテレセントリックの投写用レンズシステムであって、システム全体は薄く、諸収差は良好に補正された投写用レンズシステムを提供できる。さらに、正の屈折力の第２のレンズ群に少なくとも３つの接合レンズを含ませることにより、倍率色収差が良好に補正され、広角でありながら周辺光量比が７５パーセント以上と明るい投写用レンズシステムを提供できる。
【０００９】
したがって、本発明の投写用レンズシステムと、光変調器とを有するプロジェクタ装置は、薄くコンパクトで、大画面に画像を表示することが可能となり、リアプロジェクタタイプの画像表示装置に適したものとなる。
【発明の効果】
【００１０】
このように、投写レンズシステムの最もスクリーン側の第１のレンズ群のレンズの間、特に、接合レンズ（バルサムレンズ）のスクリーン側に、ミラーまたはプリズムといった光路を折り曲げる手段を配置することにより、折り曲げられた先（スクリーン側）のレンズ枚数を削減でき、第１のレンズ群に接合レンズを採用しても投写用レンズシステムを薄くできる。したがって、収差が良好に補正された、全体が薄い投写用レンズシステムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、本発明の投写用レンズシステムを備えたリアプロジェクタ１の概要を示してある。このリアプロジェクタ１は、ハウジング２の内部に、光源３と、光源３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７とを備えている。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るＤＭＤパネルも採用されることがある。ＤＭＤパネルやＬＣＯＳ（反射型液晶）パネルの場合は、ライトバルブ４が反射型となるために、投写用レンズシステム５と同じ側に光源３が配置される。したがって、投写用レンズシステム５としてはバックフォーカスの長いものが要求される。さらに、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であることが要求される。
【００１２】
本例の投写用レンズシステム５は、光路を折り曲げるミラー６を内蔵しており、レンズシステム５の内部で光を折り曲げて、スクリーン手前のミラー７に画像を形成するための光を導けるようになっている。
【００１３】
図２に、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）に向かって１５枚のレンズＬ１０〜Ｌ２９により構成されている。これらのレンズＬ１０〜Ｌ２９は、スクリーン９の側に位置し、全体として負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、ライトバルブ４の側に位置し、全体として正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２とに分けることができる。そして、第１のレンズ群Ｇ１の途中に、光路を折り曲げるためのミラー６が配置されている。
【００１４】
第１のレンズ群Ｇ１は、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Ｌ１０およびＬ１１と、両凹の負レンズＬ１２と、凸レンズＬ１３と、ライトバルブ４の側に凸の負のメニスカスレンズＬ１４の５枚のレンズにより構成されている。凸レンズＬ１３および負のメニスカスレンズＬ１４は結合レンズ（バルサムレンズ）Ｂ１を形成しており、この接合レンズＢ１のスクリーン側に光路を折り曲げるためのミラー６が配置されている。さらに、第１のメニスカスレンズＬ１０の両面Ｓ１およびＳ２が非球面である。
【００１５】
第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン９の側から順に、接合レンズＢ２を構成するスクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ２０およびスクリーン側に凸の正のメニスカスレンズＬ２１と、スクリーン側に凹の負のメニスカスレンズＬ２２と、両凸の正レンズＬ２３と、接合レンズＢ３を構成するスクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ２４および両凸の正レンズＬ２５と、接合レンズＢ４を構成する両凹の負レンズＬ２６および両凸の正レンズＬ２７と、両凸の正レンズＬ２８およびＬ２９の１０枚のレンズにより構成されている。また、接合レンズＢ２と負のメニスカスレンズＬ２２との間に絞りＳＴが配置されている。
【００１６】
このレンズシステム５は、スクリーン側から負−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、ライトバルブ４の側がテレセントリックとなり、ライトバルブ４が液晶あるいはＤＭＤのプロジェクタ装置に適したレンズシステムである。
【００１７】
以下に示すレンズデ−タにおいて、Ｎｏはスクリーン９から順番に並んだレンズ面の番号、Ｒｄｙは各レンズの曲率半径（ｍｍ）、Ｔｙｐは非球面（ＡＳＰ）または球面（ＳＰＨ）、Ｔｈｉは各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ｎｄは各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄは各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。また、ＩＮＦＩＮＩＴＹは平面であることを示す。
Ｎo.      Rdy    Typ     Thi      nd     νd
1    89.754    ASP    4.0000  1.49180  57.21      レンズＬ１０
2    36.235    ASP    9.6600  
3    58.034    SPH    2.7000  1.74330  49.22      レンズＬ１１
4    20.087    SPH   13.1400  
5   -70.371    SPH    2.6000  1.77250  49.62      レンズＬ１２
6    70.371    SPH   50.0700  
7    63.103    SPH   11.8000  1.58144  40.89      レンズＬ１３
8   -40.634    SPH    2.0000  1.84666  23.78      レンズＬ１４
9   -66.344    SPH   45.0000  
10    54.734    SPH    2.0000  1.77250  49.62      レンズＬ２０
11    11.099    SPH    7.2000  1.68893  31.16      レンズＬ２１
12 -1062.440    SPH    1.8600  
13    INFINITY  STO    3.4600                       絞りＳＴ
14   -24.593    SPH    1.9000  1.77250  49.62      レンズＬ２２
15  1658.092    SPH    0.3300  
16    29.273    SPH   10.0000  1.51680  64.20      レンズＬ２３
17   -29.273    SPH    0.4000  
18 -1663.344    SPH    2.0000  1.90367  31.32      レンズＬ２４
19    20.007    SPH    9.8500  1.51680  64.20      レンズＬ２５
20   -20.007    SPH    1.7900 
21   -21.042    SPH    2.0000  1.90367  31.32      レンズＬ２６
22    35.642    SPH    7.0000  1.48749  70.44      レンズＬ２７
23   -35.642    SPH    0.6800  
24    71.887    SPH   10.0000  1.48749  70.44      レンズＬ２８
25   -33.486    SPH    0.3200  
26   225.779    SPH    3.8000  1.84666  23.78      レンズＬ２９
27   -96.985    SPH    4.0000  
【００１８】
最もスクリーン側の第１のメニスカスレンズＬ１０はプラスチック製であり、その両面の第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）は非球面となっている。それらの面の非球面係数は以下の通りである。
第１面（Ｓ１）
Ｒ＝８９．７５４              Ｋ＝０．００００
Ａ＝５．１４１５×１０−６、  Ｂ＝−６．５３７１×１０−９
Ｃ＝１．０１３３×１０−11、  Ｄ＝−４．０５２２×１０−1５
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（１）で表される。以下においても同様である。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ2／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）2Ｙ2｝1/2］
＋ＡＹ4＋ＢＹ6＋ＣＹ8＋ＤＹ10  ・・・（１）
第２面（Ｓ２）
Ｒ＝３６．２３５              Ｋ＝０．００００
Ａ＝１．５４２８×１０−６、  Ｂ＝−２．１４４２×１０−８
Ｃ＝４．６７６３×１０−11、  Ｄ＝−３．１５９１×１０−14
【００１９】
図３に、この投写用レンズシステム５の球面収差（縦収差）、非点収差および歪曲収差を示してある。また、図４に、投写用レンズシステム５の球面収差（横収差）を示してある。球面収差は、６７０ｎｍ（細破線）、６３０ｎｍ（一点鎖線）、５５０ｎｍ（実線）、４６５ｎｍ（破線）、および４４０ｎｍ（二点鎖線）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、ほぼ±０．１ｍｍ程度の範囲に収まり、横収差は、±０．０２ｍｍ以下に収まっている。また、歪曲収差は０．０５％以下の範囲に収まっている。このように、本例の投写用レンズシステム５においては、最もスクリーン側の負のメニスカスレンズＬ１０の両面を非球面にしているので、レトロフォーカスタイプの欠点である歪曲と像面湾曲を効率的に補正でき、さらに、第２のレンズ群Ｇ２に３組以上のバルサムレンズＢ２〜Ｂ４を有しているため、倍率色収差を良好に補正できていることがわかる。また、広角でありながら周辺光量比７５％以上を保つことができるレンズシステムとなっている。
【００２０】
さらに、これらの諸収差の値は、特許文献１として示した特開２００１−４２２１１号公報に開示された、第２のレンズ群に３つの結合レンズを持ち、光路を折り曲げる手段を持つタイプの投写用レンズシステムの諸収差の値より数段優れたレベルである。本発明の投写用レンズシステム５においては、第１のレンズ群Ｇ１のライトバルブ４の側に結合レンズＢ１を配置することにより、第２のレンズ群Ｇ２との対称性が向上しており、数段高い結像性能のレンズシステムが得られていることが分かる。
【００２１】
さらに、第１のレンズ群Ｇ１の結合レンズＢ１のスクリーン側に光路を折り曲げるミラー６を入れることにより、第１のレンズ群Ｇ１に結合レンズＢ１を採用しても、それにより折り曲がった部分の厚みが増すことを防止できる。このため、諸収差が良好に補正され、いっそう薄型で入射側がテレセントリックのレンズシステムを実現できる。また、ミラー６のすぐ後（第２のレンズＧ２の側）に正のパワーのバルサムレンズＢ１を配置することにより第２のレンズ群のレンズの径を小さくすることができるというメリットも得られる。
【００２２】
なお、上記のレンズシステムにおいては光路を折り曲げる手段としてミラー６を採用しているが、プリズムを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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縦収差を示す図である。
【図４】図２に示すレンズシステムの横収差を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
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
９    スクリーン
【図１】
2005331649.tif 000003
【図２】
2005331649.tif 000004
【図３】
2005331649.tif 000005
【図４】
2005331649.tif 000006