(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持ち、開口絞りを有する第２群、負の屈折力を持つ第３群、及び、正の屈折力を持つ第４群を備え、広角端から望遠端への変倍に際し、第１群及び第４群が固定であり、第２群が、第１群との間隔を単調に減少させるように移動するとともに、第３群が、第４群との間隔を単調に減少させるように移動し、
第１〜第４の各群とも、正レンズと負レンズを、それぞれ少なくとも１枚有するプロジェクタ用ズームレンズにおいて、
広角端における全系の焦点距離：ｆＷ、第４群の焦点距離：ｆ４が、条件：
（１）      １．４＞ｆ４／ｆＷ＞０．９
を満足するとともに、
第１群の焦点距離：ｆ１、第１群中の最も拡大側寄りの正レンズの縮小側の面の曲率半径：ＲＰが、条件：
（２）      ０．３＞｜ｆ１｜／ＲＰ＞−０．１
を満足し、且つ、
第４群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値：νＰ、第４群に含まれる凹レンズのアッベ数の平均値：νＮが、条件：
（３）      νＰ−νＮ≧３３．８
を満足することを特徴とするカラープロジェクタ用ズームレンズ。
【請求項２】
請求項１記載のカラープロジェクタ用ズームレンズにおいて、
第２群に設けられる開口絞りが、レンズ面に直接形成されていることを特徴とするカラープロジェクタ用ズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に３板式カラー液晶プロジェクタに適したカラープロジェクタ用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーの静止画像・動画像を拡大して見ることのできるプロジェクタとして、カラー液晶プロジェクタが実用化され、広く利用されるようになってなってきている。特に、投影すべきカラー画像を３つの原色成分に分離して原色成分毎に１枚の液晶パネルを用いる「３板式カラー液晶プロジェクタ」は、３原色画像を１枚の液晶パネルに表示する単板式カラー液晶プロジェクタに比して各原色成分の画素数が大きく、高画質なカラー画像を投影でき、カラー液晶プロジェクタの主流となりつつある。
【０００３】
３板式カラー液晶プロジェクタは、図１３に示す如き構成を基本としている。
図示されない光源からの白色光はダイクロイックミラー２によって赤・緑・青（以下、Ｒ，Ｇ，Ｂと表記する）の３色に分離される。分離されたＲ光はミラー３１，３２により反射され、Ｂ光はミラー３３，３４で反射され、Ｇ光はそのまま直進して、それぞれ対応する液晶パネル４Ｒ，４Ｂ，４Ｇを透過する。
【０００４】
各液晶パネルを透過した光は画素毎の透過率の違いにより画像情報を帯び、ダイクロイックプリズム５で合成され、投射レンズ６によりスクリーン７に拡大投影される。このようにして、スクリーン７上にカラー画像が拡大投影される。
【０００５】
カラー液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルは、プロジェクタ本体の小型化の要請に伴い、徐々に小さいサイズのものになってきている。また、プロジェクタ本体を移動することなしに最適なスクリーンサイズを設定できるように、投射レンズにはズームレンズが採用される傾向にある。
【０００６】
３板式カラー液晶プロジェクタは、高画質での表示が可能である反面、各色光が対応する液晶パネルを透過して投射レンズに入射するまでの間に、３つの光路を１つに合成するため、「色合成用素子」としてクロスタイプやフィリップスタイプ等の色合成プリズム、あるいは同様な機能を持つ複数のミラーを配置する必要がある。このため、３板式カラー液晶プロジェクタに用いられる投射レンズには、カメラの撮影レンズ等では見られないような長いバックフォーカスが必要とされる。
【０００７】
また、光路合成時に前記色合成用素子に入射する光の角度が画角により異なると色シェーディングが発生するため、投射レンズとしては、全画角において主光線の入射角が同じになる「テレセントリックな光学系」が望ましい。
投射レンズはまた、スクリーン上での照度を上げるため、光源からの光をなるべく多く取り込めるように、Ｆ／Ｎｏ．の小さい明るいものであることが望ましく、短い投影距離で大きな投影画面を実現できるように広画角であることが好ましい。
【０００８】
スクリーン上で３色を重ね合わせたときに、各色の画素が完全に重ならず、異なる色の画素がずれていると良好なカラー画像を再現できず、投射画像の辺縁部において青・緑・赤等の縁が現れて投影像の質が著しく損なわれる。
従って、投射レンズの倍率色収差は小さく抑えられる必要があり、また、投影された画像の輪郭が歪まないように、歪曲収差を小さく抑える必要がある。
【０００９】
カメラの撮影レンズ等では、往々にして周辺部の開口効率は中心部の２０〜３０％という割り切りがなされているが、プロジェクタの投影像は本来、照度があまり高くないため、中心部に対する周辺部の画像の暗さは目だちやすく、特にコンピュータのデータ等を投影する場合などは、画像の周辺部も中心部と同様に観察される場合が多いため、投影画像の中心部と周辺部の明るさの差を極力抑える必要がある。このため、投射レンズには、開口絞り以外の、周辺光を遮るような遮蔽がないことが望ましい。また、当然のことながら、鮮明な画像を投影するため、ＭＴＦ、解像力に関わる諸収差が良好に補正されていなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑み、バックフォーカスが長く、ワイド端におけるＦ／Ｎｏ．として２．３程度、半画角として２５度程度を実現でき、倍率の色収差や歪曲収差等の諸収差も良好に補正することが可能な、カラープロジェクタ用ズームレンズの実現を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズは図１に例示するように、拡大側（図１の左側、スクリーンが配備される側）から順に、第１群ＧＲ１、第２群ＧＲ２、第３群ＧＲ３、第４群ＧＲ４を配して成る。
【００１２】
第１群ＧＲ１は「負の屈折力」を持つ。
第２群ＧＲ２は「正の屈折力」を持ち、開口絞りＳを有する。
第３群ＧＲ３「負の屈折力」を持つ。
第４群ＧＲ４は「正の屈折力」を持つ。
【００１３】
広角端から望遠端への変倍に際しては、第１群ＧＲ１及び第４群ＧＲ４が固定であり、第２群ＧＲ２および第３群ＧＲ３が移動する。即ち、上記変倍は、第２群ＧＲ２を、第１群ＧＲ１との間隔が単調に減少するように移動させるとともに、第３群ＧＲ３を、第４群ＧＲ４との間隔が単調に減少するように移動させて行なわれる。従って、第２群ＧＲ２と第３群ＧＲ３との間隔は、望遠側に変倍されるに従い、次第に増大する。
そして、第１〜第４の各群とも、正レンズと負レンズを、それぞれ少なくとも１枚有する。
【００１４】
このような構成により、十分に長いバックフォーカスを持ち、ワイド端におけるＦ／No.が２．３程度と小さく、半画角２５°程度と広画角な光学系を実現することが可能になり、倍率の色収差や歪曲収差等の諸収差も良好に補正することが可能になる。
【００１５】
３板式カラー液晶プロジェクタ用の投射レンズにおいては、「倍率色収差」の低減が特に重要である。倍率の色収差による色ずれは目立ちやすく、投影画面の像質を損ない易いからである。
【００１６】
倍率色収差量は、レンズの屈折力をφ、軸上マージナル光線高さをｈ、軸外主光線高さをｈ’、レンズのアッベ数をνとするとき「φ×ｈ×ｈ’／ν」で表される。
【００１７】
この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズは、各群とも、負レンズと正レンズをそれぞれ１枚ずつ含むことにより「色消し」を各郡内で行っている。即ち、上式において異符号の成分を、個々の郡内に作り出すことで、個々の郡内で倍率色収差量を相殺傾向にすることにより倍率色収差を低減している。しかし、色消しの残留分である「２次スペクトル」を完全に取りきることはできない。
【００１８】
前述の如く、液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルは小型化の方向にあるが、総画素数は同程度もしくは増加の傾向にあるため、結果的に液晶画素のピッチは小さくなってきており、各色成分間の「画素ずれの許容値」は、例えば１インチ程度の液晶パネルの場合においては１０ミクロン前後となっており、２次スペクトルが大きいと色間の画素ずれの許容値を大きくオーバーすることがある。
【００１９】
この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズでは、絞りＳを有する第２群ＧＲ２を挟んで、負の屈折力の第１群ＧＲ１と、同じく負の屈折力の第３群ＧＲ３を配置し、第１群ＧＲ１と第３群ＧＲ３に「異なる方向の２次スペクトル」を発生させることで「全系の２次スペクトル」を低減している。
【００２０】
従来、３板式カラー液晶プロジェク用の投射レンズとしては、拡大側から順に負の屈折力の第１群、絞り、正の屈折力の第２群を配して成る「２群ズームレンズ」が、長いバックフォーカスを確保するのに適しているとされているが、この発明のプロジェクタ用ズームレンズは「全系の２次スペクトルの低減」により、上記２群ズームレンズに比して倍率色収差の量をかなり低減できる。
【００２１】
また、この発明のプロジェクタ用ズームレンズは、広角端での明るさとして、Ｆ／Ｎｏ．２.３程度を実現可能であり、従来から液晶プロジェクタに用いられてきたＦ／Ｎｏ．３．０クラスのレンズに比べると２倍近い明るさを実現可能である。
【００２２】
歪曲収差は、この発明のプロジェクタ用ズームレンズで、広角端において約−２％以内、望遠端において約＋１.５％以内と小さく抑えることが可能であり、投射されるカラー画像の輪郭の歪みを少ないものとすることができる。
【００２３】
また、液晶プロジェクタユニットのコストのなかでは、投射レンズのコストが大きなウェイトを占めるが、この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズは特殊な材料を用いずに比較的少ない構成枚数で実現でき、ズーム方式も、第１、第４群を固定して第２群、第３群のみを移動群とし、しかも、変倍時の各移動群の動きが「隣接する固定群との空気間隔が単調に変化する」ものとなっていることでズームカムが複雑にならず、安価なレンズとすることができる。
【００２４】
さらに、この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際し液晶パネル面から遠ざかる動きをする第２群ＧＲ２に「開口絞り」を設けることにより、絞り位置は「焦点距離の増加に従い、液晶パネルから遠ざかる」ように、換言すると「焦点距離の変化に追随する」ように変化する。このため「前側焦点位置と絞り位置が変倍によっても大きくずれることがない」ため、全変倍域でのテレセントリック性の確保が可能となる。
【００２５】
また、上記開口絞りを唯一の遮蔽とし、それ以外に光線を遮るものを設けていないので、像周辺部においても中心部に比べて遜色ない明るい像が得られる。
上記の如き性能を確保しながらも液晶プロジェクタ用ズームレンズとして十分な解像力、ＭＴＦ性能を実現可能である。
【００２６】
広角端における全系の焦点距離：ｆW、第４群の焦点距離：ｆ4は、条件：
（１）  １．４＞ｆ4／ｆW＞０．９を満足する。
条件（１）の下限を越えると全系に対する第４群の屈折力が大きくなり、第４群での２次スペクトルの発生量が大となる。また、上限を越えると第４群の屈折力が不足し、レンズ全長をコンパクトに保ったままで縮小側でのテレセントリック性の確保が困難となる。
条件（１）を満足することにより、倍率色収差やテレセントリック性を良好な状態に保ち得る。
【００２７】
上記請求項１記載のカラープロジェクタ用ズームレンズにおいて、第１群の焦点距離：ｆ1、第１群中の最も拡大側寄りの正レンズの縮小側の面の曲率半径：ＲPは、条件：
（２）  ０．３＞｜ｆ1｜／ＲP＞−０．１
を満足する。
条件（２）の下限を越えると広角側の周辺部における非点収差の発生量が大となり、他の面での補正が困難となり、上限を越えると広角側における歪曲収差の補正量が不足し、広角端においてマイナス符号の大きな歪曲収差を生ずる。
条件（２）を満足することにより、非点収差や歪曲収差を良好に保つことができる。
【００２８】
請求項１記載のカラープロジェクタ用ズームレンズは、第４群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値：νＰ、第４群に含まれる凹レンズのアッベ数の平均値：νＮが、条件：
（３）      νＰ−νＮ≧３３.８
を満足する。
【００２９】
条件（３）を満足することにより、倍率色収差において短波長側と長波長側での２次スペクトルの量が同程度となり、倍率色収差のバランス良い補正が可能になる。条件（３）を満足しないと、長波長側での２次スペクトルの量が大きくなってしまう。
【００３０】
請求項１記載の発明において、第２群に設けられる開口絞りは、レンズと別体のリング状の物としても良いが、第２郡内のレンズ面に直接、リング状の遮光膜等として形成できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、発明の実施の形態を３例示している。これら実施の形態は、３板式カラー液晶プロジェクタ用ズームレンズであり、ズームレンズの光源側（図の右方）に色合成用素子として色合成プリズムＰが配備される。
【００３２】
図１に示す実施の形態では、第１群ＧＲは「正レンズ(正メニスカスレンズ)１枚と負レンズ(負メニスカスレンズ)２枚」で構成され、第２群ＧＲ２は「正レンズ(両凸レンズ)と負レンズ(両凹レンズ)による接合レンズ」として構成され、第３群ＧＲ３は「負レンズ(両凹レンズ)と正レンズ(正メニスカスレンズ)の接合レンズ」として構成され、第４群ＧＲ４は「負レンズ(両凹レンズ)と正レンズ(両凸レンズ)の接合レンズおよび正レンズ(両凸レンズ)２枚」で構成されている。
【００３３】
図２に示す実施の形態では、第１群ＧＲは「正レンズ(正メニスカスレンズ)１枚と負レンズ(負メニスカスレンズ)２枚」で構成され、第２群ＧＲ２は「正レンズ(両凸レンズ)と負レンズ(負メニスカスレンズ)の接合レンズ」として構成され、第３群ＧＲ３は「負レンズ(両凹レンズ)と正レンズ(正メニスカスレンズ)」で構成され、第４群ＧＲ４は「負レンズ(両凹レンズ)と３枚の正レンズ(両凸レンズ、両凸レンズ、正メニスカスレンズ）」で構成されている。
【００３４】
図３に示す実施の形態では、第１群ＧＲは「正レンズ(両凸レンズ)と負レンズ(負メニスカスレンズ)および負レンズ（両凹レンズ）」で構成され、第２群ＧＲ２は「正レンズ（両凸レンズ）および、正レンズ(両凸レンズ)と負レンズ(両凹レンズ)による接合レンズ」で構成され、第３群ＧＲ３は「負レンズ(両凹レンズ)と正レンズ(正メニスカスレンズ)の接合レンズ」として構成され、第４群ＧＲ４は「負レンズ(両凹レンズ)と正レンズ(両凸レンズ)の接合レンズおよび正レンズ（両凸レンズ）２枚」で構成されている。
【００３５】
【実施例】
以下、具体的な実施例を３例挙げる。
【００３６】
実施例１〜３は順に、図１〜３に示した実施の形態の具体的な例である。これら実施例１〜３において「第２群の開口絞り」は、第２群中のレンズのレンズ面に直接形成されている（請求項２）。
【００３７】
拡大側（図１〜３において左方）から数えて第ｉ番目の面の曲率半径をＲi、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間の軸上間隔をＤiを、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズの、ｄ線に対する屈折率およびアッベ数をそれぞれＮjおよびνjとする。また、カラー画像を投影されるスクリーンから第１番目のレンズ面までの距離をＤ0（ｉ＝０）とする。
【００３８】
各実施例は、上記面中に色合成プリズムの面を含み、面間隔：Ｄiにおける最後の値は、色合成プリズムの液晶パネル側の面から液晶パネル面までの距離を与え、従って、面間隔：Ｄiにおける最後の３つの値を加えたものが「バックフォーカス」になる。フォーカシングによる無限遠からの繰り出しは各実施例とも第１群で行い、可変量として示す第１群と第２群の間隔は「フォーカシングのための繰り出し量」を含んだ値である。
【００３９】
0003926411.tif 000002
この実施例において、開口絞りは第７番目のレンズ面（ｉ＝７）に直接形成されている。ｉ＝２０，２１の面は色合成プリズムの射出面および入射面を示す。
【００４０】
可変量：
焦点距離    34.15     41.15     48.85
Ｄ6        30.79     24.90     19.83
Ｄ9         4.00     13.65     22.58
Ｄ12       12.12      8.35      4.50                     。
【００４１】
条件式のパラメータの値：
条件（１）  ｆ4／ｆW＝１．０４
条件（２）  ｜ｆ1｜／ＲP＝０．２６
条件（３）  νP−νN＝３５．８                                   。
【００４２】
0003926411.tif 000003
この実施例において、開口絞りは第７番目のレンズ面（ｉ＝７）に直接形成されている。ｉ＝２２，２３の面は色合成プリズムの射出面および入射面を示す。
【００４３】
可変量：
焦点距離    32.80     39.40     47.20
Ｄ6        31.39     26.36     21.96
Ｄ11        4.00     13.55     23.46
Ｄ14       14.08     10.01      4.50                   。
【００４４】
条件式のパラメータの値：
条件（１）  ｆ4／ｆW＝１．２７
条件（２）  ｜ｆ1｜／ＲP＝０．１４
条件（３）  νP−νN＝３７．５                                   。
【００４５】
0003926411.tif 000004
この実施例において、開口絞りは第９番目のレンズ面（ｉ＝９）に直接形成されている。ｉ＝２２，２３の面は色合成プリズムの射出面および入射面を示す。
【００４６】
可変量：
焦点距離    33.78     39.95     47.23
Ｄ６        19.392    14.471    10.238
Ｄ１１       3.00     10.682    18.782
Ｄ１４      12.628     9.87      6.00                。
【００４７】
条件式のパラメータの値：
条件（１）  ｆ4／ｆW＝１．１３
条件（２）  ｜ｆ1｜／ＲP＝−０．０４
条件（３）  νP−νN＝３３．８                               。
【００４８】
図４〜図６に順次、実施例１に関する、ｆ＝３４．１５（広角端），４１．１５（中間焦点距離），４８．８５（望遠端）における収差図を示す。
図７〜図９に順次、実施例２に関する、ｆ＝３２．８０（広角端），３９．４０（中間焦点距離），４７．２０（望遠端）における収差図を示す。
図１０〜図１２に順次、実施例３に関する、ｆ＝３３．７８（広角端），３９．９５（中間焦点距離），４７．２３（望遠端）における収差図を示す。
各収差図における記号：Ｇは波長５３５ｎｍの収差、Ｂは波長４３５ｎｍの収差、Ｒは波長６３５ｎｍの収差を示す。記号：Ｍは波長５３５nmのメリディオナル像面を、記号：Ｓは同サジタル像面を示す。また、ωは半画角を示す。
これら収差図に明らかなように、各実施例とも、変倍域にわたって、性能良好である。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規なプロジェクタ用ズームレンズを実現できる。
【００５０】
この発明のカラープロジェクタ用ズームレンズは上記の如き構成により、バックフォーカスを長くする（上記実施例１〜３の個々において５９ｍｍ）ことが可能で、ワイド端におけるＦ／Ｎｏ．：２．３程度、半画角：２５度程度を実現することが可能であり、倍率の色収差や歪曲収差等の諸収差も良好に補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレンズのｆ＝３４．１５におけるレンズ構成を示す図である。
【図２】実施例２のレンズのｆ＝３２．８０におけるレンズ構成を示す図である。
【図３】実施例３のレンズのｆ＝３３．７８におけるレンズ構成を示す図である。
【図４】実施例１のｆ＝３４．１５における収差図である。
【図５】実施例１のｆ＝４１．１５における収差図である。
【図６】実施例１のｆ＝４８．８５における収差図である。
【図７】実施例２のｆ＝３２．８０における収差図である。
【図８】実施例２のｆ＝３９．４０における収差図である。
【図９】実施例２のｆ＝４７．２０における収差図である。
【図１０】実施例３のｆ＝３３．７８における収差図である。
【図１１】実施例３のｆ＝３９．９５における収差図である。
【図１２】実施例３のｆ＝４７．２３における収差図である。
【図１３】３板式液晶プロジェクタの一般的光学配置を示す図である。
【符号の説明】
ＧＲ１      第１群
ＧＲ２      第２群
ＧＲ３      第３群
ＧＲ４      第４群
Ｓ          第２群に設けられた開口絞り
【図１】
0003926411.tif 000005
【図２】
0003926411.tif 000006
【図３】
0003926411.tif 000007
【図４】
0003926411.tif 000008
【図５】
0003926411.tif 000009
【図６】
0003926411.tif 000010
【図７】
0003926411.tif 000011
【図８】
0003926411.tif 000012
【図９】
0003926411.tif 000013
【図１０】
0003926411.tif 000014
【図１１】
0003926411.tif 000015
【図１２】
0003926411.tif 000016
【図１３】
0003926411.tif 000017