(57)【要約】【課題】投射される画像の周辺部まで充分な光量を確保して、光量損失が少ない投射ズームレンズを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態として、被投射側から順に屈折力が負、正、正、負、正、正である第１レンズ群から第６レンズ群により構成され、広角端と望遠端との間の変倍時には、第１レンズ群と第６レンズ群は固定しかつ第２レンズ群から第５レンズ群が移動する投射ズームレンズであって、第２レンズ群の最大光線有効半径を全レンズの最大光線有効半径で除した値が０．６５以上である投射ズームレンズを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被投射側から順に屈折力が負、正、正、負、正、正である第１レンズ群から第６レンズ群により構成され、広角端と望遠端との間の変倍時には、第１レンズ群と第６レンズ群は固定しかつ第２レンズ群から第５レンズ群が移動する投射ズームレンズであって、
第２レンズ群の最大光線有効半径を全レンズの最大光線有効半径で除した値が０．６５以上である投射ズームレンズ。
【請求項２】
第２レンズ群の焦点距離を第１レンズ群の焦点距離で除した値の絶対値が１．４以上１．６以下となる請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項３】
第２レンズ群は、正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズとの接合レンズを含む請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項４】
第２レンズ群の接合レンズは、構成材料のｄ線屈折率が１．７以上である請求項３に記載の投射ズームレンズ。
【請求項５】
第３レンズ群は開口絞りを有する請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項６】
第４レンズ群は、全体形状が表示素子側に凹面を向けたメニスカス形状であり、第４レンズ群の焦点距離を広角端での全系焦点距離で除した値の絶対値が２．５以上４．５以下となる請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項７】
第５レンズ群は、正の屈折力を有する２枚のレンズを含む請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項８】
第１レンズ群を光軸に沿って移動させてフォーカス調整が可能な請求項１に記載の投射ズームレンズ。
【請求項９】
光源と、
前記光源が発する光の通過光量を変調する光変調素子と、
前記光変調素子により変調された光が入射する請求項１から８のいずれかに記載の投射ズームレンズと
を有する画像投射装置。
【請求項１０】
前記光源は、ＬＥＤである請求項９に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射ズームレンズおよび画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投射装置として、いわゆるプロジェクターなどが知られており、パーソナルコンピュータなどで形成した画像をスクリーンに投射することができる。このような画像投射装置の投射レンズには、明るい投射画像を得るために小さなＦナンバーが必要である。また、カラー画像を投射するためのＲＧＢ用などの複数枚の液晶パネルから出射する光線を合成するダイクロイックプリズムなどを用いるために、大きなバックフォーカス長が必要である。また、一定の投射距離のもとで投射画像サイズを調整するためのズーム機能も必要である。
【０００３】
そこで、被投射側の第１レンズ群に負の屈折力のレンズ群を配置し、それに続くレンズ群を含めて、全体で５群または６群のレンズ系により構成される投射レンズが設計されてきた。また、変倍時に全長を一定にするために、第１群と最終群（第５群または第６群）を固定し、その間に適切な屈折力を有する群内レンズを配置し光軸に沿って移動するズーム構成が設計されてきた（例えば、特許文献１〜５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５８１８５号公報
【特許文献２】特開２００９−１８６０２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１２８６８４号公報
【特許文献４】特開２００７−２４１１８４号公報
【特許文献５】特開２００５−０８４３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、消費電力の低減の観点や水銀に代表される有害物質規制の観点から、高圧水銀ランプ光源に代わって、発光ダイオードなどの面発光光源が画像投射装置に使用され始めている。このような画像投射装置のレンズ設計では、光源から出射された光を効率よく液晶パネルなどに導き、投射光学系の損失をできるだけ小さくしてスクリーンまで投射することが大切な点となっている。
【０００６】
ＬＥＤなどの面発光光源では、Ｅｔｅｎｄｕｅが大きくなってしまい、投射レンズ設計においては、ランプ光源に比べて取り込み角度を大きく取れるようにＦナンバーを小さくし、なるべく光利用効率を上げる必要がある。
【０００７】
その一方で、投射レンズに特有な設計上の課題として、投射される画像の周辺部までできるだけ一様になっていることが必要である。そのためには、中心から最周辺部までできるだけ光線けられ（Ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）がないようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態として、被投射側から順に屈折力が負、正、正、負、正、正である第１レンズ群から第６レンズ群により構成され、広角端と望遠端との間の変倍時には、第１レンズ群と第６レンズ群は固定しかつ第２レンズ群から第５レンズ群が移動する投射ズームレンズであって、第２レンズ群の最大光線有効半径を全レンズの最大光線有効半径で除した値が０．６５以上である投射ズームレンズを提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態として、光源と、前記光源が発する光の通過光量を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を、投射ズームレンズに入射させ、前記投射ズームレンズは被投射側から順に屈折力が負、正、正、負、正、正である第１レンズ群から第６レンズ群により構成され、広角端と望遠端との間の変倍時には、第１レンズ群と第６レンズ群は固定しかつ第２レンズ群から第５レンズ群が移動する投射ズームレンズであって、第２レンズ群の最大光線有効半径を全レンズの最大光線有効半径で除した値が０．６５以上である画像投射装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投射される画像の周辺部まで充分な光量を確保して、光量損失が少ない投射ズームレンズ及び画像投射装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る投射ズームレンズのレンズ構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る投射ズームレンズのレンズにおいて、ｈ２／Ｈの値を変化させた場合の周辺光量比の計算結果を示す図である。
【図３】図２に示す計算結果をプロットしたグラフを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの構成図である。
【図５】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの収差図である。
【図６】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの周辺光量比のグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの構成図である。
【図８】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの収差図である。
【図９】本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズの周辺光量比のグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る画像投射装置の光学構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る画像投射装置の光学構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明は、以下に説明される実施形態、実施例には限定されることはない。以下に説明される実施形態および実施例に種々の変形を行なって実施することが可能である。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る投射ズームレンズのレンズ構成を示す。図１において、上部が広角端におけるレンズ配置を示し、下部が望遠端におけるレンズ配置を示している。また、中間の矢印はズーム時のレンズ群の動きを示している。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る投射ズームレンズは、６つのレンズ群からなる。被投射側（スクリーン側）から表示素子側に向かって、第１レンズ群（１Ｇ）、第２レンズ群（２Ｇ）、第３レンズ群（３Ｇ）、第４レンズ群（４Ｇ）、第５レンズ群（５Ｇ）、第６レンズ群（６Ｇ）とすると、それぞれのレンズ群の屈折力は順に、負、正、正、負、正、正となっている。
【００１５】
第１レンズ群（１Ｇ）の屈折力を負とすることにより、画像を投射する際の広角化が可能となる。第１レンズ群（１Ｇ）においては、好ましくは、スクリーン側に正レンズを配置するのが好ましい。軸外主光線高さが最も高いところで、この正レンズとそれに続くレンズとで効果的に歪曲収差を抑制する設計が可能となるからである。
【００１６】
第２レンズ群（２Ｇ）を適切な屈折力とすることにより周辺光量における損失を抑制することができる。また、第２レンズ群（２Ｇ）は、変倍に主に寄与するレンズ群であり、周辺光量とのバランスを得ながら、変倍時の収差変動の少ない適切なズーム比とすることができる。第２レンズ群（２Ｇ）は、正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズとからなる接合レンズをすくなくとも含み、その接合レンズの材料（例えばガラス）のｄ線屈折率を１．７以上とすることにより、変倍移動時の収差変動を抑制することが可能である。
【００１７】
また、第１レンズ群（Ｇ１）の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群（Ｇ２）の焦点距離をｆ２とすると、ｆ２／ｆ１の絶対値は、１．４以上１．６以下となることが好ましい。１．４を下回るか１．６を上回ると、第１レンズ群（Ｇ１）と第２レンズ群（Ｇ２）との屈折力の良好な関係が保たれなくなり、周辺光量が不足することなく広角ズーム化することが不可能となる。すなわち、１．４を下回ると、第２レンズ群（Ｇ２）の屈折力が弱くなり、周辺光量が不足することなくズーム比を得ることができなくなる。また、１．６を上回ると、第２レンズ群（Ｇ２）の屈折力が強くなり、ズーム比を確保しようとすると、周辺光量が不足することになる。
【００１８】
第３レンズ群（３Ｇ）から第５レンズ群（５Ｇ）までは、変倍時の収差変動および焦点変動を補正するために、光軸に沿って移動する。また、第１レンズ群（１Ｇ）は、フォーカス調整のために光軸に沿って移動するが、変倍時には移動しないようにすることができる。
【００１９】
第３レンズ群（３Ｇ）は、変倍時にも周辺光量の不足を生じさせないように、開口絞りとともに移動する。広角端から望遠端に移行するにつれ、被投射側に移動することにより、変倍時においても大きな周辺光量を確保することができる。第２レンズ群（２Ｇ）から射出した軸外光線束を開口絞り全体に損失なく到達させるために、開口絞りは、第３レンズ群（３Ｇ）の中でも最も被投射側に配置することが好ましい。
【００２０】
第４レンズ群（４Ｇ）は、全体形状が表示素子側に凹面を向けるメニスカスレンズの形状とすることにより、軸外収差を補正することができる。また、第４レンズ群（４Ｇ）を接合レンズとすることにより、色の軸外収差を補正することができる。また、第４レンズ群（４Ｇ）を適切な屈折力とすることにより、投射ズームレンズ全系のペッツバール和を小さくすることができる。また、第４レンズ群（４Ｇ）の焦点距離をｆ４とし、広角端での全系の焦点距離をＦｗとする場合、ｆ４／Ｆｗの絶対値が２．５を下回るか４．５を上回ると、他の正の屈折力を有するレンズ群とのペッツバール和の相殺関係が保てなくなる。したがって、ｆ４／Ｆｗの絶対値は、２．５以上４．５以下であることが好ましい。
【００２１】
第５レンズ群（５Ｇ）は、正の屈折力を有する単レンズをすくなくとも２枚有する。これにより、周辺光量を確保するために第５レンズ群（５Ｇ）周辺を通過する最軸外光線をゆるやかに屈折させてその面で発生する収差を抑制することができる。
【００２２】
第６レンズ群（６Ｇ）は、表示素子側の光線束中心をテレセントリックとするために、正の屈折力を有する。このようにテレセントリックであることにより、表示素子が液晶パネルであってもマイクロミラーアレイであっても、表示素子の種類を問わずに、画面内で均一な照度分布を得ることができる。第６レンズ群（６Ｇ）を、変倍時に固定することにより、変倍時にもテレセントリック性を維持することができる。
【００２３】
本発明の一実施形態においては、構成するレンズに非球面レンズを使わずに、球面レンズだけで構成することも可能である。この構成により、製造組立性が優れ、コスト面でも優れた投射ズームレンズとすることができる。
【００２４】
本願の発明者は、第２レンズ群（２Ｇ）の最大光線有効半径をｈ２とし、第１レンズ群（１Ｇ）から第６レンズ群（６Ｇ）の全てのレンズの最大光線有効半径をＨとする場合、ｈ２／Ｈの値により、最軸外像高の周辺光量比が制御できることを見いだした。
【００２５】
図２は、広角端のレンズ構成において、ｈ２／Ｈの値を０．６９、０．６７、０．６５、０．６３、０．６１、０．５９、０．５７と変化させた場合における中心から軸外像高の周辺光量比を計算した結果を示す。それぞれのｈ２／Ｈの値に対して、最軸外像高の周辺光量比は、最下行に示すように、８０．２、７６．１、７１．４、６６．５、６１．５、５６．５、５１．５となる。
【００２６】
図３は、ｈ２／Ｈをｘ軸にとり、また、最軸外像高の周辺光量比をｙ軸にとり、図２に示す結果をグラフとしてプロットしたものである。図３に示されるように、最軸外像高の周辺光量比を６０％以上とするには、ｈ２／Ｈは０．６１以上となる。特に、最軸外像高の周辺光量比を７０％とするには、ｈ２／Ｈは０．６５以上となる。
【００２７】
（実施例１）
図４は、本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズのレンズ構成図である。図４において、上部が広角端におけるレンズ配置を示し、下部が望遠端におけるレンズ配置を示している。図１と同様に、投射ズームレンズは、６つのレンズ群からなる。被投射側から表示素子側に向かって、第１レンズ群（１-Ｇ）、第２レンズ群（２-Ｇ）、第３レンズ群（３-Ｇ）、第４レンズ群（４-Ｇ）、第５レンズ群（５-Ｇ）、第６レンズ群（６-Ｇ）し、第１レンズ群（１-Ｇ）の被投射側のレンズ面から順番に面番号を付与し、レンズ面間の位置を被投射側のレンズ面の面番号ｉを用いて、Ｄｉとする場合、レンズ面の曲率半径、レンズ面間の間隔、ｄ線屈折率、アッベ数を表１に示す。なお、面番号３２は、表示素子面の面番号とする。
【表１】
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また、変倍時のレンズ面間の距離を表２に示す。
【表２】
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【００２８】
本実施例においては、焦点距離ｆ、Ｆナンバー、画角ωについて、ｆ＝２４．０mm〜２９．０ｍｍ、Ｆ＝１．５９〜１．９７、ω＝２９．３°〜２４．７°となる。また、ｈ２／Ｈは０．６９となり、ｆ２／ｆ１の絶対値は１．５６となり、ｆ２／Ｆｗの絶対値は４．０３となる。
【００２９】
図５は、広角端と望遠端とにおける収差図を示す。図５の非点収差の収差図において、「(S)」は、Sagitalの略であり、「(T)」はTangentialの略である。また、図６は、像高比に対する周辺光量比のグラフを示す。図６に示されるように、広角端においても周辺光量比は８０％以上が確保される。
【００３０】
（実施例２）
図７は、本発明の一実施形態の一実施例に係る投射ズームレンズのレンズ構成図である。図７において、上部が広角端におけるレンズ配置を示し、下部が望遠端におけるレンズ配置を示している。図１と同様に、投射ズームレンズは、６つのレンズ群からなる。被投射側から表示素子側に向かって、第１レンズ群（１-Ｇ）、第２レンズ群（２-Ｇ）、第３レンズ群（３-Ｇ）、第４レンズ群（４-Ｇ）、第５レンズ群（５-Ｇ）、第６レンズ群（６-Ｇ）とし、第１レンズ群（１-Ｇ）の被投射側のレンズ面から順番に面番号を付与し、レンズ面間の位置を被投射側のレンズ面の面番号ｉを用いて、Ｄｉとする場合、レンズ面の曲率半径、レンズ面間の間隔、ｄ線屈折率、アッベ数を表３に示す。なお、図４と同様に、面番号３５は、表示素子面の面番号とする。
【表３】
2012098463.tif 000005
また、変倍時のレンズ面間の距離を表２に示す。
【表４】
2012098463.tif 000006
【００３１】
本実施例においては、ｆ＝２４．０mm〜２９．０ｍｍ、Ｆ＝１．６０〜１．９０、ω＝２９．３°〜２４．７°となる。また、ｈ２／Ｈは０．７１となり、ｆ２／ｆ１の絶対値は１．４５となり、ｆ２／Ｆｗの絶対値は２．８９となる。
【００３２】
図８は、広角端と望遠端とにおける収差図を示す。図８の非点収差の収差図において、「(S)」は、Sagitalの略であり、「(T)」はTangentialの略である。また、図９は、像高比に対する周辺光量比のグラフを示す。図９に示されるように、広角端においても周辺光量比は９０％以上が確保される。
【００３３】
（実施形態２）
図１０は、本発明の実施形態１に係る投射光学系を用いた画像投射装置の光学構成を示す。
【００３４】
光源から白色光が２枚のダイクロイックミラーに順次入射される。光源としては、ＬＥＤ、レーザ発光素子、有機ＥＬ素子、蛍光体などを用いることができる。それぞれのダイクロイックミラーは、順に、波長の短い光を反射する。これにより、光源から出た光が通過する１枚目のダイクロイックミラーにより、ＲＧＢ成分のＢに相当する光が分離され、２枚目のダイクロイックミラーにより、Ｇに相当する光と、残りのＲに相当する光が分離される。なお、ＢとＲの順序は逆になる構成をとってもよい。
【００３５】
Ｂに相当する光はさらにミラーにより進行方向が９０°曲げられ、光変調素子としての液晶パネルに入射する。Ｇに相当する光は液晶パネルに入射する。Ｒに相当する光はさらに２枚のミラーにより反射されて液晶パネルに入射する。
【００３６】
それぞれの液晶パネルに入射し出射した光は液晶パネルにより各画素における光の通過光量が変調によって制御されている。液晶パネルから出射した光はダイクロイックプリズムに入射し、合成される。合成された光は、実施形態１に係る投射光学系に入射し、スクリーンへ投射される。
【００３７】
（実施形態３）
図１１は、本発明の実施形態１に係る投射光学系を用いた画像投射装置の別の光学構成を示す。
【００３８】
光源から、時分割でＲ、Ｇ、Ｂに相当する光が順次照射され、レンズ等を介して、光変調素子としてのＤＭＤパネルに入射する。ＤＭＤパネルによって各画素において反射して通過する光量が変調によって制御された光が、実施形態１に係る投射光学系に入射し、スクリーンへ投射される。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
2012098463.tif 000012
【図３】
2012098463.tif 000013
【図５】
2012098463.tif 000014
【図６】
2012098463.tif 000015
【図８】
2012098463.tif 000016
【図９】
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