(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系からの照明光の反射方向を変えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写レンズシステムであって、
前記光変調器の側に配置され、前記照明光および投影光が透過する正の屈折力の共用レンズ群と、
前記投影光のみが透過する出力レンズ群とを有し、
前記出力レンズ群は、最も前記共用レンズ群の側の正の屈折力を具備する入力サブレンズ群と、前記入力サブレンズ群の前記スクリーン側の負の屈折力の出力サブレンズ群との２群構成であり、前記入力サブレンズ群の最も前記共用レンズ群の側の入力端レンズは負の屈折力のレンズであり、さらに、
該投写レンズシステムの全長Ｌと、前記出力レンズ群の全長Ｌｏが次の式を満たす投写レンズシステム。
２．４  ＜  Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ）  ＜  ２．８
【請求項２】
請求項１において、前記共用レンズ群の最も前記出力レンズ群の側の出力端レンズは前記スクリーン側に凸の正の屈折力のレンズであり、前記入力端レンズは前記光変調器の側に凹のレンズである投写レンズシステム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記入力サブレンズ群は少なくとも１枚の非球面レンズを具備し、前記出力サブレンズ群は少なくとも１枚の非球面レンズを具備している投写レンズシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記出力サブレンズ群がフォーカシングする投写レンズシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、該投写レンズシステムの合成焦点距離ｆと、前記入力サブレンズ群の合成焦点距離ｆ２が次の式を満たす投写レンズシステム。
０．７５  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３５
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の投写レンズシステムと、前記光変調器と、前記照明光学系とを有するプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタのライトバルブとして液晶パネルが多く用いられてきた。近年、液晶パネルに代わり、マイクロマシン技術を用いて機械的に光の反射方向を変えて画像を形成する複数の素子を備えた装置が実用化されている。微少な鏡面素子（マイクロミラー）を画素に対応させてアレイ状に並べ、それぞれの鏡面の角度を制御することにより画像を表示するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス、箔変形デバイスあるいはディスプレイ）はその1つである。このマイクロミラーで画素を構成する光変調器は、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるので、小型で高輝度、高画質のプロジェクタを実現するのに適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＭＤにおいて、画像を生成する際にマイクロミラーの旋回する角度は±１２度程度であり、これにより照明光学系から照射された照明光を、画像を形成するために有効な反射光（投影光）と画像を形成するためには不要な無効な反射光を切替えている。したがって、ＤＭＤをライトバルブとしたプロジェクタにおいては有効な反射光（有効光あるいは投影光）を捉える（飲み込む）と共に無効な反射光（無効光）は捉えない（飲み込まない）プロジェクタレンズが必要となる。さらに、イメージサークルを小さくするには、プロジェクタレンズはＤＭＤの法線方向に設置することが望ましい。したがって、ＤＭＤに照明光を入力する照明光学系と、投影光を出力する投写レンズの配置はかぎられてしまい、上記のようにＤＭＤから有効光をプロジェクタレンズに入力するには、照明光学系と投写レンズ（プロジェクタレンズ）とほぼ同じ方向に設置する必要がある。
【０００４】
ＤＭＤを採用したプロジェクタ装置も、小型および薄型化が要求されており、プロジェクタレンズにおいても、全体がコンパクトでレンズ径も小さなものが検討されている。
【０００５】
そこで、本発明においては、投写レンズシステムを小型化できると共に、照明系もコンパクトにすることを可能とし、プロジェクタ装置全体をコンパクトにすることができる投写レンズシステムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、照明光学系からの照明光の反射方向を変えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写レンズシステムであって、光変調器の側に配置され、照明光および投影光が透過する共用レンズ群と、投影光のみが透過する出力レンズ群とを有する投写レンズシステムを提供する。この投写レンズシステムを採用することにより、上記の光変調器と、照明光学系とを有するプロジェクタ装置においては、照明光学系から出射された照明光は、投写レンズシステムの共用レンズ群を経てＤＭＤなどの光変調器に照射され、光変調器により変調されて出射された投影光は共用レンズ群と出力レンズ群とを経てスクリーンに投写される。したがって、共用レンズ群は照明光学系のレンズ群としても作用するので、照明光学系の構成を簡略化でき、照明光学系をコンパクトにできる。また、共用レンズ群は出力レンズ群に加えて投写レンズシステムとしても作用するので、共用レンズ群によって収差補正が可能であり、出力レンズ群の構成を簡略化してコンパクトで結像性能の高い投写レンズシステムを提供できる。このため、本発明の投写レンズシステムを採用することにより、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を生成する素子を備えた光変調器を採用したコンパクトで明るく綺麗な画像を表示できるプロジェクタ装置を提供することが可能となる。
【０００７】
ＤＭＤに対する照明光は平行光束であることが望ましく、そのため、共用レンズ群は正の屈折力であることが望ましい。これにより、共用レンズ群に入射する光を出力する照明光学系からの照明光を拡散光束にすることも可能であり、照明光学系のレンズシステムをコンパクトにすることができる。特に、照明光学系の最終レンズとして負の屈折力の口径の小さなレンズを採用することができ、照明光学系と共用レンズ群によりテレセントリックに近い光束を実現できる。したがって、コンパクトな照明光学系により平行光束をＤＭＤに照射することが可能となり、照明光学系と投写レンズシステムとを接近して配置できる。そして、照明光学系をよりコンパクトにしようとすると、共用光学系のパワーは大きくなる。
【０００８】
共用レンズ群が正の屈折力を備えている場合は、投影光あるいは投写光を集光して出力レンズ群に供給できるので、出力レンズ群の変調器側のレンズの口径を小さくできるという効果ももたらす。その一方で、ＤＭＤからの無効光を飲み込ませないようにレンズ口径を小さくしすぎると、周辺光量比が低下するので明るさを確保できない。有効光と無効光との分解能を上げるために共用レンズ群と出力レンズ群との距離を長くすると、投写レンズシステムの全長が長くなる。
【０００９】
そこで、本発明においては、出力レンズ群と共用レンズ群との間で急激に光を屈折させて短い距離で有効光と無効光とを分離し、コンパクトな投写レンズシステムを実現する。それと共に、出力レンズ群の最も共用レンズ群の側の入力端レンズを負の屈折力のレンズとすることにより、周辺光量比も確保し、明るいレンズシステムを実現している。すなわち、本発明の投写レンズシステムは、照明光学系からの照明光の反射方向を変えて画像を生成する複数の素子を備えた光変調器からの投影光をスクリーンに投写する投写レンズシステムであって、光変調器の側に配置され、照明光および投影光が透過する正の屈折力の共用レンズ群と、投影光のみが透過する出力レンズ群とを有し、出力レンズ群の最も共用レンズ群の側の入力端レンズを負の屈折力のレンズとしている。
【００１０】
正の屈折力の共用レンズ群を備えた本発明の投写レンズシステムで、充分な収差補正が可能であり、さらに、入射側をテレセントリックにし易い構成としては、共用レンズ群も含めて、スクリーン側からは、負−正−正の３群構成、負−正−負−正の４群構成などが考えられる。出力レンズ群を構成する複数のレンズ群の内の最も共用レンズ群の側の入力サブレンズ群の屈折力に関係なく、その入力サブレンズ群の最も共用レンズ群の側の入力端レンズを負の屈折力とすることにより、出力レンズ群と共用レンズ群との間で急激に屈折させて出力レンズ群と共用レンズ群との距離を短縮できる。そして、小さな径の入力端レンズで周辺光量比を確保できるので、明るくコンパクトなレンズシステムを提供できる。それと共に、照明光学系と最も干渉しやすい入力端レンズの径を小さくできるので、照明光学系の配置も容易となり、コンパクトで明るい画像を表示できるプロジェクタを提供できる。
【００１１】
出力レンズ群と共用レンズ群との間で最も急激に投影光を屈折させることができる構成の１つは、共用レンズ群の最も出力レンズ群の側の出力端レンズをスクリーン側に凸の正の屈折力のレンズとし、入力端レンズを光変調器の側に凹のレンズの負の屈折力のレンズとすることである。共用レンズ群は、スクリーン側に凸の正の屈折力のレンズの１枚構成で良く、光変調器、すなわち、ライトバルブの側を平面とすることにより、ライトバルブとの距離を最小限できる。
【００１２】
本発明の投写レンズシステムにおいて、充分な収差補正が可能でコンパクトな構成は、共用レンズ群も含めて負−正−正の３群構成であり、出力レンズ群は、入力サブレンズ群と、そのスクリーン側の負の屈折力の出力サブレンズ群の２群構成であることが望ましい。そして、出力レンズ群を構成する各々のサブレンズ群を構成するレンズ枚数を低減するには、入力サブレンズ群と出力サブレンズ群の各々に少なくとも１枚の非球面レンズを配置することが望ましい。出力サブレンズ群を通過する光束はある程度広がっているので軸外光の補正が容易となる。したがって、出力サブレンズ群に含まれる非球面レンズにより主に軸外の性能補正（軸外コマ収差、非点収差、像面湾曲）を効率良く行うことができる。一方、入力サブレンズ群を通過する光束はある程度収束しているので、軸上光を含めた全体の補正が容易であり、入力サブレンズ群に含まれる非球面レンズにより、主に球面収差の補正を効率良く行うことができる。
【００１３】
全長を短縮し、最大レンズ径を小径にしようとすると、軸外コマ収差、非点収差、像面湾曲が大きくなり、また、Ｆナンバーを小さくして明るいレンズシステムを得ようとすると、軸外コマ収差および球面収差が増大する傾向となる。これに対し、本発明の投写レンズシステムでは、入力サブレンズ群と出力サブレンズ群のそれぞれに非球面レンズを配置することにより、少ない枚数で明るく収差も良好に補正された画像を投写できる。したがって、本発明により、全体が１１枚構成で、全長が１１０ｍｍ前後、最大径が４０ｍｍ程度で、Ｆナンバーが２．１と明るい投写レンズを提供できる。
【００１４】
さらに、出力サブレンズ群がフォーカシングするために動くようにすることにより、入力サブレンズ群を固定として移動用の機構を省くことが可能であり、照明光学系との干渉をさらに減らすことができる。
【００１５】
また、投写レンズシステムの合成焦点距離ｆと、入力サブレンズ群の合成焦点距離ｆ２は次の式（Ａ）を満たすことが望ましい。
【００１６】
０．７５  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  １．３５  ・・・（Ａ）
この式（Ａ）の下限を下回ると、第２のレンズ群の屈折力の割合が大きくなりすぎて、像面湾曲が増大し、収差補正が難しくなる。一方、式（Ａ）の上限を上回ると、第２のレンズ群の屈折力の割合が小さくなりすぎて、非点収差および像面湾曲を補正するのが難しくなる。
【００１７】
また、投写レンズシステムの全長Ｌと、出力レンズ群の全長Ｌｏが次の式（Ｂ）を満たすことが望ましい。
【００１８】
２．４  ＜  Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ）  ＜  ２．８  ・・・（Ｂ）
この範囲内であれば、コンパクトで収差補正が良好に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に、ＤＭＤをライトバルブとして採用したプロジェクタの概略構成を示してある。このプロジェクタ１は、光変調器であるＤＭＤ２と、このＤＭＤに投写用の照明光１１を照射する照明光学系（照明システム）３と、ＤＭＤ２により反射された有効光（投影光）１２をスクリーン９に投写する投写レンズシステム５とを備えている。図１に示したプロジェクタ１は、単板式のビデオプロジェクタであり、照明システム３は、ハロゲンランプなどの白色光源６と、円盤型の回転色分割フィルタ７とを備えている。このため、ＤＭＤ２には、赤、緑、青の３原色が時分割で照射される。そして、それぞれの色の光が照射されるタイミングで個々の画素に対応する素子を制御することによりカラー画像が表示される。照明光学系３は、さらに、種々のプロジェクタの配置あるいは構成に対応して、光源６からの照明光１１をＤＭＤ２に照射するためのコンデンサレンズ８ａ、対物光学系８ｂあるいはミラー４などが必要に応じて配置される。
【００２０】
ＤＭＤ２は、照明光１１の反射方向を変えて画像を生成する複数の素子（デジタルミラー）を備えた光変調器であり、ＤＭＤ２を採用したプロジェクタ１においては、ＤＭＤ２の法線と投写レンズシステム５の光軸とが一致しているとイメージサークルが小さくなり、投写レンズシステム５の径を小さくできる。それと共に、有効光および無効光の分離が容易となる。したがって、照明システム３からＤＭＤ２に対する入射角度はかぎられており、照明システム３の光軸と、投写レンズシステム５の光軸とがほとんど同一方向になる。このため、照明システム３の影響を受けないようにするには投写レンズシステム５のバックフォーカスはある程度長くする必要がある。また、有効な投影光１２を無効な光と分離するためには投写レンズシステム５のＤＭＤ２の側に位置する最終レンズの径は十分に小さくする必要がある。それらの条件により、本例のプロジェクタ１の光学系は設計されている。
【００２１】
図１に示したように、本例の投写レンズシステム５は、ＤＭＤ２の側に配置されたレンズ群５ａと、スクリーン９の側に配置されたレンズ群５ｂに大きく分かれている。ＤＭＤ２の側に配置されたレンズ群５ａは、照明光１１と投影光１２が共に透過するようになっており、本発明における共用レンズ群である。また、スクリーン９の側に配置されたレンズ群５ｂは、投影光１２のみが透過するようになっており、本発明における出力レンズ群である。
【００２２】
共用レンズ群５ａは正の屈折力を備えており、照明システム３の対物光学系８ｂと組み合わさってビームエキスパンダとして作用する。したがって、照明システム３から出射される照明光１１の光束の口径は共用レンズ群５ａのないシステムより小さくすることが可能であり、対物レンズ８ｂおよび光路変換用のミラー４をコンパクトにすることができる。また、ライトバルブ２の側に正のレンズを配置することにより、テレセントリック状の照明光を一様にライトバルブ２に照射することが可能となり、デジタルミラーによりスイッチングし易い環境を形成する。そのための照明光学系３は最終レンズが正のパワーの共用レンズ群５ａとなるので、拡散光を出射するものであってもよく、コンパクトで投写レンズシステム５と並べるのに適したものとなる。これは、プロジェクタ１を大幅に小さくできると共に、ミラー４などの投写レンズシステム５と並べて配置せざるを得ない光学素子をコンパクトにできるので、照明光１１の光軸と、投写レンズシステム５の光軸との角度差を縮められることを意味し、ＤＭＤ２から出力される有効な投影光の分離性能を向上できる。
【００２３】
共用レンズ群５ａは、出力レンズ群５ｂと共に投写レンズシステム５を構成する。したがって、共用レンズ群５ａで収差補正を分担したり、投影光を集光して出力レンズ群５ｂに入力するなどの機能を果たすように共用レンズ群５ａを設計することができる。このため、出力レンズ群５ｂをコンパクトにすることが可能であり、また、投写レンズシステム５により投影される画像品質をさらに良くすることも可能である。また、正のパワーの共用レンズ群５ａにより、投影光１２は屈折させるので、出力レンズ群５ｂの入力側のレンズ径は小さくなる。したがって、照明光学系３のミラー４と並べて配置することが容易となり、この点でも、コンパクトなプロジェクタ１を実現するのに適している。
【００２４】
さらに、本例の投写レンズシステム５では、出力レンズ群５ｂの最もライトバルブ２の側のレンズ（入力端レンズ）１５を両凹の凹レンズとし、共用レンズ群５ａをスクリーン９の側に凸の凸レンズ１６の一枚構成としている。凹レンズと凸レンズというインターフェイスは光束を屈曲するのに適している。特に、ライトバルブ２の側に凹の入力端レンズ１５と、スクリーン側に凸の共用レンズ１６という組み合わせを出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとのインターフェイスに採用することにより、出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間で急激に投影光１２を屈折させて出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの距離を短縮できる。このため、投写レンズシステム５の全長を短くできる。
【００２５】
また、出力レンズ群５ｂの入力端レンズ１５を拡散系の凹レンズとすることにより、ＤＭＤ２からの無効光を出力レンズ群５ｂに集光せずに周辺光を出力レンズ群５ｂに取り込みやすくなる。したがって、本発明により、コンパクトで明るい投写レンズを提供できる。また、出力レンズ群５ｂのパワー構成に関わらず、投写レンズシステム５の最終の２つのレンズ１５および１６はレトロフォーカスタイプになるので、ライトバルブ２からテレセントリック状の投影光１２を受け入れるのに適した構成となる。
【００２６】
以下では、出力レンズ群５ｂをスクリーン９の側から負−正の２群構成とし、共用レンズ群５ａを正の１群構成とした３群構成の投写用レンズに基づき本発明をさらに説明する。これらの例においては、出力レンズ群５ｂの２つのレンズ群をスクリーン９の側から順に１群Ｇ１および２群Ｇ２と呼び、共用レンズ群５ａを３群Ｇ３と呼ぶことにする。
（実施例１）
図２に、本発明に係る投写用レンズ（投写用レンズシステム）５の一例を示してある。本例の投写用レンズ５は、上述したようにスクリーン９の側から３つのレンズ群Ｇ１、Ｇ２およびＧ３にグループ化された１１枚のレンズＬ１１〜Ｌ３１により構成されている。それぞれのレンズの詳細なデータは以下に示した通りである。
【００２７】
まず、スクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１は全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、最もスクリーン側（前方）に位置し、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１と、両凸の正レンズＬ１２と、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１３と、両凸の正レンズＬ１４と、凹レンズＬ１５が順番に並んで構成されている。また、これらのレンズのうち、３番目のレンズＬ１３のライトバルブ側の面ｓ６（スクリーン側から６番目の面）が非球面となっている。
【００２８】
第１のレンズ群Ｇ１のＤＭＤ２の側に位置する第２のレンズ群Ｇ２は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、スクリーン９の側から、ライトバルブ側に凸の正のメニスカスレンズＬ２１、両凸の正レンズＬ２２と、両凸の正レンズＬ２３と、ダブレットをなすライトバルブ側に凸の正のメニスカスレンズＬ２４および両凹の負レンズＬ２５が順番に並んで構成されている。したがって、負レンズＬ２５が入力端レンズ１５となる。また、レンズＬ２３の両面ｓ１５および１６は非球面になっている。
【００２９】
最もＤＭＤ２の側に位置する照明光と共用の第３のレンズ群Ｇ３は、スクリーン側に凸でライトバルブ２の側が平面の正レンズＬ３１の一枚構成になっており、カバーガラスＣを介してＤＭＤ２に面した状態で配置される。したがって、レンズＬ３１が、入力端レンズ１５と向かい合った正レンズとなる。
【００３０】
この投写レンズシステム５では、最もスクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１がフォーカシングのために移動するようになっており、第２のレンズ群Ｇ２を固定とし、第２のレンズ群Ｇ２を動かすためのギアなどの機構が省けるようにしている。
【００３１】
以下に示すレンズデータにおいて、ｒｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの曲率半径（ｍｍ）、Ｔｙｐはレンズ面（曲面か非球面）、ｄｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、Ｈｉは各レンズ面の半径（ｍｍ）、ｎｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、ｖｉはスクリーン側から順番に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。また、ｆは本例の投写用レンズ５の合成焦点距離、ｆ１、ｆ２およびｆ３は各レンズ群Ｇ１〜Ｇ３の合成焦点距離、ＦＮｏはＦナンバーを示す。また、Ｌはレンズシステム５の全長、すなわち、最もスクリーン側のレンズＬ１１からレンズＬ３１までの長さを示し、Ｌｏは出力レンズ群５ｂの長さ、すなわち、最もスクリーン側のレンズＬ１１から入力端レンズＬ２５を示す。
レンズデータ（Ｎｏ．１）
0004164283.tif 000002
第６面ｓ６、第１５面ｓ１５および第１６面ｓ１６は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。
ただし、非球面式は次の通りである。
【００３２】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ2／ｒ2）｝1/2］
＋Ａｙ4＋Ｂｙ6＋Ｃｙ8＋Ｄｙ10
第６面ｓ６
Ｒ＝１９．３６０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−２．６４７３×１０-6、Ｂ＝−４．１２０８×１０-8
Ｃ＝  １．３５９１×１０-10、Ｄ＝−７．１１６４×１０-13
第１５面ｓ１５
Ｒ＝５８．８４０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝５．０１２２×１０-6、Ｂ＝１．９００７×１０-8
Ｃ＝４．６３９１×１０-10、Ｄ＝５．０１１５×１０-12
第１６面ｓ１６
Ｒ＝−４４．４１０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝２．５８１３×１０-5、Ｂ＝９．２３４８×１０-9
Ｃ＝８．４１３２×１０-10、Ｄ＝３．７５９９×１０-12
本例の投写レンズの諸数値は以下の通りである。
ＦＮｏ        ２．１
画角        ７０．６°
レンズシステムの焦点距離ｆ    ２１.２５ｍｍ
１群の焦点距離ｆ１          −１３.３３ｍｍ
２群の焦点距離ｆ２            ２０.２３ｍｍ
３群の焦点距離ｆ３            ４５.７４ｍｍ
全系の長さＬ                １０９.７ｍｍ
１、２群の長さＬｏ            ７９.７ｍｍ
したがって、上記の式（Ａ）および（Ｂ）に定義したパラメータは以下のようになる。
式（Ａ）  ｆ２／ｆ  ＝  ０．９５
式（Ｂ）  Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ）  ＝２．６６
【００３３】
このように、本例の投写用レンズ５は、負のパワーの第１のレンズ群Ｇ１と、正のパワーの第２のレンズ群Ｇ２および第３のレンズ群Ｇ３が組み合わされたレトロフォーカス型の３群のレンズであり、第３のレンズ群Ｇ３がＤＭＤ２のカバーガラスＣの直前に配置され、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との間で急激に光束を屈折する構成になっている。したがって、出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間隔Ｌｇは１８ｍｍ程度に縮めることができ、その一方で、入力端レンズＬ２５は半径が９ｍｍ以下の小さなものになる。このため、投写レンズ５の全長を１１０ｍｍ以下にすることができる。さらに、入力端レンズＬ２５が小径となるので、それに並べて照明光学系３のミラーなども設置することが可能となり、照明光学系３も含めてコンパクトな配置を実現することができる。
【００３４】
入力端レンズＬ２５は小径の凹レンズにすることにより無効光を排除するが、周辺光は回収あるいは飲み込みやすい構成となる。したがって、入力端レンズが９ｍｍ（半径）以下で、最大レンズ径（半径）が２１ｍｍ強という小径のレンズシステムでありながらＦナンバーが２．１と非常に明るいレンズシステムを実現している。
【００３５】
さらに、第１のレンズ群Ｇ１では、スクリーン側に凸の負のメニスカスレンズＬ１１およびＬ１３を組み合わせて使うことにより、広角なレンズとなっており、画角が７０度以上と非常に大きい。このため、本例の投写レンズシステムは、コンパクトで大きく明るい画像を表示することができる、コンパクトなプロジェクタに最適の投写レンズである。
【００３６】
また、第１のレンズ群Ｇ１の第６面と、第２のレンズ群Ｇ２の第１５および１６面とを非球面にすることにより、１１枚構成という少ない枚数でＦナンバーが小さいにも関わらず、良好な収差補正を実現している。これもレンズシステムの全長Ｌを１１０ｍｍ程度に収めることができた重要な要因となっている。すなわち、レンズの全長を短縮し、最大レンズ径を小径にしようとすると、軸外コマ収差、非点収差および像面湾曲が大きくなる。また、Ｆナンバーを明るくしようとすると、軸外コマ収差が増大する。それを、第１のレンズ群Ｇ１の非球面ｓ６で軸外を主に補正し、第２のレンズ群Ｇ２の非球面ｓ１５およびｓ１６で主に球面収差の補正を行い、コンパクトでＦナンバーが小さく明るく、さらに、収差の少ないレンズシステムを実現している。
【００３７】
さらに、本例の投写用レンズ５は、先に説明した式（Ａ）および式（Ｂ）の条件も満足するように設計されており、１１枚構成のレンズであるにも関わらず収差性能も以下の各図に示すように投写用レンズとして非常に性能の良いものとなっている。
【００３８】
図３に、この投写用レンズの球面収差、非点収差および歪曲収差を示してある。球面収差は、６３２．８ｎｍ（破線）、５８７．５６ｎｍ（実線）および４８６．１３ｎｍ（二点鎖線）の各波長における値を示している。また、図４に、この投写レンズの横収差を示してある。これらの図に示してあるように、本例の投写用レンズ５の縦収差は、±０．２ｍｍ程度の範囲に十分に収まり、横収差は±０．０２ｍｍ程度の範囲に収まる。この収差性能は液晶パネルをライトバルブとして採用したプロジェクタのテレセントリックタイプで、１０数枚構成の高性能なレンズ以上であり、本例の投写用レンズの収差性能が非常に優れていることが判る。
【００３９】
このように、本例の投写用レンズ５は、ＤＭＤ２により形成された映像をスクリーンに投写する条件を満たしたコンパクトなレンズであり、さらに、ＦＮｏが２．１と非常に明るく、諸収差も良好に補正された結像性能の高い投写用レンズである。そして、第３のレンズ群Ｇ３が照明系としても作用するため、照明光学系をコンパクトにできるというメリットも備えており、本例の投写用レンズ５を搭載することにより、ＤＭＤ２の特性を生かした高解像度で明るい画像を投影できるコンパクトなプロジェクタ１を提供できる。
（実施例２）
図５に、本発明に係る投写用レンズの他の実施例を示してある。本例のレンズ５も１１枚のレンズＬ１１〜Ｌ３１を用いた３群構成のレンズであり、個々のレンズのタイプは、第２のレンズ群Ｇ２のレンズＬ２１およびＬ２４が両凸の正レンズであることを除き上記のレンズシステムと同じである。
【００４０】
本例のレンズデータは以下の通りである。なお、以下の各実施例における各符号は上記の実施例１のものと共通であり以降では説明を省略する。
0004164283.tif 000003
また、上記と同様に第６、１５および１６面が非球面である。
【００４１】
第１６面ｓ６
Ｒ＝１９．３６０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝−２．１６３９×１０-6、Ｂ＝−４．１７０２×１０-8
Ｃ＝  １．３５９４×１０-10、Ｄ＝−７．２９４７×１０-13
第１５面ｓ１５
Ｒ＝６４．３８０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝１．９２４９×１０-5、Ｂ＝１．１５２８×１０-7
Ｃ＝８．５６２３×１０-10、Ｄ＝８．２８１７×１０-12
第１６面ｓ１６
Ｒ＝−６４．０４０
Ｋ＝０．００００
Ａ＝３．５０７０×１０-5、Ｂ＝１．１９９８×１０-7
Ｃ＝９．４６４８×１０-10、Ｄ＝１．１３３９×１０-11
本例の投写レンズの諸数値は以下の通りである。
ＦＮｏ        ２．１
画角        ７０．７°
レンズシステムの焦点距離ｆ    ２１.２５ｍｍ
１群の焦点距離ｆ１        −１３.４７ｍｍ
２群の焦点距離ｆ２          ２１.９５ｍｍ
３群の焦点距離ｆ３          ５１.６８ｍｍ
全系の長さＬ              １１１.７ｍｍ
１、２群の長さＬｏ          ７９.７ｍｍ
したがって、上記の式（Ａ）および（Ｂ）に定義したパラメータは以下のようになる。
式（Ａ）  ｆ２／ｆ  ＝  １．０９
式（Ｂ）  Ｌｏ／（Ｌ−Ｌｏ）  ＝２．４９
【００４２】
本例の投写レンズ５も、入力端レンズＬ２５がライトバルブ側に凹の負レンズであり、入力側をテレセントリックにするのに適した構成のレンズシステムである。そして、スクリーン側が凸となった共用レンズ群５ａの凸レンズＬ３１と組み合わせることにより、出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間で急激に屈折する光路を形成している。このため、出力レンズ群５ｂと共用レンズ群５ａとの間隔Ｌｇは２０ｍｍに短くでき、全長が１１２ｍｍ程度で、入力端レンズＬ２５の径は８．７５ｍｍ（半径）と小さく、最もスクリーン側の最大のレンズ径が２０．９ｍｍ（半径）とコンパクトな投写レンズを提供できる。また、Ｆナンバーは上記と同様に２．１と非常に明るく、画角も７０．６度と非常に大きい。さらに、図６に、球面収差、非点収差および歪曲収差を示し、図７に横収差を示してあるように収差は良好に補正されている。たとえば、縦収差は±０．２ｍｍ程度の範囲に収まり、横収差は±０．０２ｍｍ程度の範囲に収まる。したがって、本例の投写レンズシステム５も、ＤＭＤ２を用いたコンパクトなプロジェクタ１に最適な投写レンズである。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の投写レンズシステムは、ＤＭＤなどの光を反射して画像を形成する光変調器を用いたプロジェクタに適した投写用レンズシステムであり、光変調器の側に配置され、照明光および投影光が通過する共用レンズ群と、スクリーン側に配置され、投影光のみが通過する出力レンズ群を備えている。そして、共用レンズ群を正の屈折力とし、出力レンズ群の入力端レンズを光変調器側に凹の負レンズとすることにより、共用レンズ群と出力レンズ群との間隔を縮め、周辺光量も確保できるので、コンパクトで明るい投写用レンズシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクタ装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る投写用レンズシステムの構成を示す図である。
【図３】図２に示すレンズの縦収差図である。
【図４】図２に示すレンズの横収差図である。
【図５】本発明の実施例２に係る投写用レンズシステムの構成を示す図である。
【図６】図５に示すレンズの縦収差図である。
【図７】図５に示すレンズの横収差図である。
【符号の説明】
１    プロジェクタ
２    ＤＭＤ
３    照明システム（照明光学系）
５    投写用レンズシステム
５ａ    共用レンズ群５ａ    出力レンズ群
９    スクリーン
【図１】
0004164283.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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