(57)【要約】【課題】  イメージサークルを大きくとることができ、全長が短くバックフォーカスを長くすることができるとともに、高性能を維持しつつ、コンパクトかつ枚数が少なく、長焦点に好適なフロントプロジェクタの投影レンズを提供する。【解決手段】  絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれている投影レンズである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれていることを特徴とする投影レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の投影レンズにおいて、前記３枚接合レンズは、正の異常分散性を持つガラスによってなるレンズを含むことを特徴とする投影レンズ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の投影レンズにおいて、スクリーンに最も近い順に、第１レンズ群、第２レンズ群、絞り、第３レンズ群からなり、第３レンズ群の後方には画像形成素子が配置されており、第１レンズ群は、５枚のレンズからなり、第１レンズはスクリーン側に凸の口径の大きな正レンズ、第２レンズはスクリーン側に凸の両面球面の負レンズ、第３レンズは負レンズ、第４レンズは負レンズ、第５レンズは画像形成素子側に凸の正レンズであることを特徴とする投影レンズ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影レンズにおいて、第１レンズ群と間隔をあけて第２レンズ群が配置されており、第２レンズ群は第６レンズ、第７レンズの２枚からなり、この第６レンズは画像素子側に凸の正レンズ、第７レンズはスクリーン側に凸の正レンズであることを特徴とする投影レンズ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影レンズにおいて、絞りの後方、すなわち画像形成撮像素子側に後群である第３レンズ群が配置されており、第３レンズ群は絞りに最も近い順に、スクリーン側に凸の負の単レンズである第８レンズと、両凸の正レンズである第９レンズ、両凹の負レンズである第１０レンズ、両凸の正レンズである第１１レンズの３枚のレンズが接合された３枚接合レンズと、画像形成素子側に凸の正の単レンズである第１２レンズと、スクリーン側に凸の正の単レンズである第１３レンズの６枚のレンズからなることを特徴とする投影レンズ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の投影レンズにおいて、投影レンズがテレセントリックであり、すべてのレンズが、ガラス製の球面レンズであって、温度変化に対する焦点位置移動、解像力変化を少なくしたことを特徴とする投影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション光学系に係る投影レンズに関し、特に、イメージサークル（画像形成素子面）を大きくとることができ、全長が短くバックフォーカスを長くすることができる投影レンズに関する。本発明の投影レンズは、液晶表示素子やデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）等で表示された画像を拡大投影するためのテレセントリックなフロントプロジェクション光学系に好適に利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に示すように、３つのレンズ群からなり、最も画像形成素子側の第３レンズ群に、色消しのために、負レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズを接合した接合レンズを配置した投影レンズが知られている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２に示すように、３つのレンズ群からなり、最も画像形成素子側の第３レンズ群の、絞りに近い位置から、極小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを配置し、後群（第２レンズ群IIの後群（縮小側IIｒ）全体で４枚のレンズを有する投影レンズが知られている（特許文献２請求項１）。
【０００４】
また、例えば、特許文献３に示すように、２つのレンズ群からなり、第２レンズ群の絞りに近い位置から順に拡大側に大きな曲率を持つ正レンズ、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合わせによる接合レンズ、両面が非球面で縮小側に凸のメニスカス負レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズの５枚のレンズを配置した投影レンズが知られている（特許文献３請求項１）。
【０００５】
また、例えば特許文献４に示すように、３つのレンズ群からなり、画像形成素子に最も近い第３レンズ群のうち、絞りに最も近い位置から順に、負レンズ、正レンズ・負レンズ・正レンズの３枚のレンズを接合した接合レンズ、正レンズ、正レンズが配置され、全部で６枚のレンズを備えた投影レンズなども知られている。
【特許文献１】米国特許第７１７３７７７号、Ｆｉｇ.２Ａ、２Ｂ参照
【特許文献２】特開２００４−３３３６８８号公報、図１参照
【特許文献３】特開２００５−１７３４９４号公報、図１参照
【特許文献４】特許３９２１１６０号、図１参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＤＭＤ用の投影レンズは、照明光学系で使用するプリズムのため、長いレンズバックが必要とされる。その反面、特にフロントプロジェクタでは、筐体が外部に露出するため投影レンズの全長は短いことが要求される。この相反する要求は、必然的に枚数の増加、構成の複雑化の要因となる。
【０００７】
また、画像形成素子の微細化に伴って、軸上色収差、倍率色収差を高度に補正し、かつフレア（収差のためスポットが広がる現象、いわゆる投影された画像の「にじみ」）が少なく高い解像力を発揮する設計が要求されている。
【０００８】
一方、従来のレンズ系のうち、特許文献２は、正レンズ・負レンズ・正レンズの３枚接合レンズを示しておらず、同文献行番号００１１の「・・・半画角：４０度以上の広画角、高解像度で、長いバックフォーカスと高いテレセントリック性を持ち、結像光束の光路をレンズ群間で屈曲させたコンパクトな投射用レンズ」を実現するために、同文献行番号００１５の「反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間は、「レンズ系中で最も大きな空気間隔」をなす」ようにレンズ系が構成されている。つまり、特許文献２に開示されたプロジェクタ光学系は、リアプロジェクションのレンズである。リアプロジェクションでは、パネル中心を光軸より下におくことによって、投射像を光軸より上に形成する所謂パネルシフトがないので、画像形成素子のイメージサークルが小さく後群の正レンズが１枚でできる。
【０００９】
しかしながら、特許文献２のようなプロジェクタ光学系をフロントプロジェクションに用いた場合、パネルシフトのためにイメージサークルが大きくなり、後群の正レンズが１枚であるとパワーが強くなり過ぎて設計困難である。
【００１０】
なお、ここで、パネルシフトを、図５を参照して説明する。画像形成素子に形成された画像を、投影レンズを通してスクリーンに投影する場合、フロントプロジェクションにおいて、画像形成素子に形成された画像を、投影レンズを通してスクリーンに投影する場合、投影レンズの光軸より下に素子の中心を配置することにより、スクリーン上に形成された画像の中心を投影レンズの光軸より上に位置させる必要がある。このシフトのことをパネルシフトという。
【００１１】
また、特許文献３は、正レンズ・負レンズ・正レンズの３枚接合レンズを示しておらず、軸上色収差、倍率色収差を高度に補正し、かつフレア（収差のためスポットが広がる現象、いわゆる投影された画像の「にじみ」）が少なく高い解像力を発揮することができない。
【００１２】
また、特許文献４では、第１レンズ群の負レンズに非球面を配置するため、温度変化に対して解像力の変動が起こりやすいという欠点がある。
【００１３】
そこで、本発明は、絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれているレンズ構成を備え、イメージサークルを大きくとることができ、全長が短くバックフォーカスを長くすることができるとともに、高性能を維持しつつ、コンパクトかつ枚数が少なく、標準画角から広角に好適なフロントプロジェクタの投影レンズを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上により、イメージサークルを大きくとることができ、全長が短くバックフォーカスを長くすることができるとともに、高性能を維持しつつ、コンパクトかつ枚数が少なく、標準画角から広角に好適なフロントプロジェクタの投影レンズを提供することができる。
【００１５】
また、後群の絞り近くに置かれた負の単レンズによって、全長が長くなりがちな投影レンズにも関わらず、全長を短くすることができ、コンパクトなレンズ系が提供できる。
【００１６】
また、正の異常分散性を持つガラスレンズを用いた３枚接合レンズにより、色収差バランスを取ることが出来、また、この３枚接合レンズは、全体として負の焦点距離を持つため、絞り近くに置かれた負の単レンズとともに、全長を短くする役割をも担っている。
【００１７】
さらに、後群５枚レンズの投影レンズに比べ、各々のレンズの設置公差を緩くすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、投影レンズの後群を改良したものである。
【００１９】
本発明の１つの実施形態によれば、本発明に係る投影レンズは、絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれている。
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１の投影レンズは、画角３３°の所謂標準画角レンズである。
【００２２】
仕様は下記のとおりである。
【００２３】
（１）イメージサークルφ２２、焦点距離 f=16.80mm FナンバーF/2.4
（２）基準物体距離  1200mm 倍率 73.53倍
（３）画素ピッチ  10.8μｍ、画素ピッチに対する空間周波数 47 lp/mm
図１は、実施例１の投影レンズのレンズ構成を示す。
【００２４】
実施例１のフロントプロジェクション光学系の投影レンズ１は、スクリーン（図示せず）に最も近い順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、絞りＤ、第３レンズ群Ｇ３からなる。第３レンズ群Ｇ３の後方には画像形成素子Ｅが配置されている。
【００２５】
第１レンズ群Ｇ１は、５枚のレンズからなり、第１レンズＬ１はスクリーン（拡大）側に凸の口径の大きな正レンズ、第２レンズＬ２はスクリーン（拡大）側に凸の両面球面の負レンズ、第３レンズＬ３は負レンズ、第４レンズＬ４は負レンズ、第５レンズＬ５は画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の正レンズである。
【００２６】
第１レンズ群Ｇ１と間隔をあけて第２レンズ群Ｇ２が配置されている。第２レンズ群Ｇ２は第６レンズＬ６、第７レンズＬ７の２枚からなり、この第６レンズＬ６は画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の正レンズ、第７レンズＬ７はスクリーン（拡大）側に凸の正レンズである。なお、上記５枚のレンズと、空気間隔をあけた２枚の正レンズをひとまとまりにして第１レンズ群（前群）と考えても良い。
【００２７】
本発明の実施例１の場合は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、後群である第３レンズ群Ｇ３とわけて考えることにする。
【００２８】
絞りＤの後方、すなわち画像形成撮像素子Ｅ（縮小）側に後群である第３レンズ群Ｇ３が配置されている。第３レンズ群Ｇ３は絞りＤに最も近い順に、スクリーン（拡大）側に凸の負の単レンズである第８レンズＬ８と、両凸の正レンズである第９レンズＬ９、両凹の負レンズである第１０レンズＬ１０、両凸の正レンズである第１１レンズＬ１１の３枚のレンズが接合された３枚接合レンズと、画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の正の単レンズである第１２レンズＬ１２と、スクリーン（拡大）側に凸の正の単レンズである第１３レンズＬ１３の６枚のレンズからなる。上述した３枚接合レンズのうち、第９レンズＬ９は正の異常分散性を持つ。
【００２９】
第３レンズ群Ｇ３は、以上のとおり６枚のレンズからなるが、全体として正レンズである。
【００３０】
後群の絞りＤ近く（好ましくは、絞りよりL8前面までの距離が３ｍｍ〜１０ｍｍ）に置かれた負の単レンズである第８レンズＬ８および、全体が負の焦点距離を持つ３枚接合レンズによって、コンパクトなレンズ系が提供できる。絞りＤと第８レンズＬ８との間の距離が３ｍｍより短い場合、あるいは、１０ｍｍより長い場合、発散系であるL8レンズを通過した後、接合レンズを通過する光束が太くなりすぎることにより収差補正が困難である。
【００３１】
正の異常分散性を持つガラスを用いた３枚接合レンズにより、色収差バランスを取ることができる。
【００３２】
また、実施例１の投影レンズ１は、テレセントリックである。また、すべてのレンズが、ガラス製の球面レンズであることから、温度変化に対する焦点位置移動、解像力変化を少なくする事が可能であり、ガラス選択によっては、これらの変動を除去することが可能である。
【００３３】
実施例１の投影レンズ１の光路図は図１に示すとおりである。
【００３４】
また、図２、図３は、実施例１の投影レンズのそれぞれ縦収差、横収差を示す。また、図４は、４７ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ／ｍｍに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。
【００３５】
また、実施例１の投影レンズ１のレンズデータは、表１に示すとおりである。表１中の第１１面は絞り面、第２９面〜第３０面はプリズム、第３１面〜第３２面はカバーガラスである。
【表１】
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【００３６】
以上のとおり、本発明の投影レンズは、絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれているレンズ構成を備えているため、イメージサークルを大きくとることができ、全長が短くバックフォーカスを長くすることができる。それゆえ、高性能を維持しつつ、コンパクトかつ枚数が少なく、標準画角から広角に好適なフロントプロジェクタの投影レンズを提供することができる。また、後群の絞り近くに置かれた負の単レンズによって、全長が長くなりがちな長焦点レンズにも関わらず、全長を短くすることができ、コンパクトなレンズ系を提供することができる。正の異常分散性を持つガラスを用いた３枚接合レンズにより、色収差バランスを取ることが出来、また、この３枚接合レンズは、全体として負の焦点距離を持つため、絞り近くに置かれた負の単レンズとともに、全長を短くする役割をも担っている。
【００３７】
なお、第１レンズ群、第２レンズ群は上述した実施例に開示のレンズ群に限定されず、その特徴的なレンズ構成である、絞り以降の後群がすべて球面レンズ６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、正・負・正を接合し、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズからなり、後群の絞りの近くに負の単レンズが置かれているレンズ構成を備えていれば、種々の構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の投影レンズのレンズ構成を示す。
【図２】実施例１の投影レンズの縦収差を示す。
【図３】実施例１の投影レンズの横収差を示す。
【図４】４７ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ／ｍｍに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。
【図５】シフトの説明を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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