(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６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、負・正・負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６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、負・正・負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枚接合レンズにおける正のレンズは、正の異常分散性を持つガラスであることを特徴とする投影レンズ。
【請求項３】
請求項１に記載の投影レンズにおいて、前記３枚接合レンズにおける正のレンズは、正のレンズに低屈折率低分散かつ正の異常分散特性を持つ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、前記３枚接合レンズにおける２枚の負レンズのうち１枚を負の異常分散特性を持つレンズとしたことを特徴とする投影レンズ。
【請求項５】
絞り近傍に配置される後群であるレンズ群が６枚のレンズからなり、絞りに最も近い順に負の単レンズ、負、正、負の３枚のレンズが一体に接合されて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、正の単レンズであり、後群全体が正である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、投影レンズ、例えば、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のうち、特に比較的長焦点の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、負レンズ・正レンズ・負レンズの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、１枚で負担しなくてはならないパワーが強くなり過ぎて、コバが取れない。即ち設計が困難となる。
【００１０】
なお、ここで、パネルシフトを、図１３を参照して説明する。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、負レンズ・正レンズ・負レンズの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、負レンズ、正レンズ・負レンズ・正レンズの３枚接合レンズ、正レンズ、正レンズの配置を有している。プロジェクタ投影レンズの後群には、色収差の補正のため接合レンズ内部の正のパワーを持つレンズに、弗燐酸系ガラスないし弗珪酸系ガラスを使用する必要がある。これらのガラスは温度変化に対する焦点距離変化が大きく、レンズ系全体として温度変化に対する焦点位置を補償するためには光学系のガラス選択が制限される。その結果、投影レンズのコスト高、あるいは光学性能の劣化が生じることとなる。特許文献４における配置では、本発明における負レンズ、負レンズ・正レンズ・負レンズの３枚接合レンズ、正レンズ、正レンズの配置に比べて正レンズの枚数が多い。そのため、本発明と比較して大きな温度による焦点位置移動が生じうるため、硝材選択の余地が制限され、温度による焦点位置の補償のためにはコスト高、あるいは光学性能の劣化を招き易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６枚で構成され、絞りから順に、負の単レンズ、負・正・負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、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ことを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、テレセントリックな投影レンズのパワー配置に関する一般的事項を説明する。
【００１５】
DLPあるいは液晶プロジェクタの投影レンズは、画像形成素子に対して主光線が平行、即ちテレセントリックであることが必要である。つまり、後群の物体側焦点位置が絞り位置と一致している必要がある。これを模式的に描いた図を、図９に示す。
【００１６】
このとき後群レンズの主点はレンズ近傍に位置する。レンズ後群の焦点距離をf3 とし、以上に述べた様子を模式的に示した図を図１０に示す。
【００１７】
図より、レンズバックは概略f3に等しくなるが、レンズバックには所定のプリズム長が必要である(DLPにおけるTIRプリズム、液晶プロジェクタにおける色合成クロスプリズムなど)。レンズバックはこれらプリズムを空気換算した長さが必要となり、そのため、後群の焦点距離f3はプリズム長で決定される。また、テレセントリックの条件より後群全長は概略 2×f3に等しい。つまり、後群焦点距離および後群全長はプリズム長で決定され、前者はプリズム長を空気換算した値、後者はその２倍に概略等しい。
【００１８】
一方、イメージサークルの半径は、図１０で示したように、後群への主光線入射角を ω2 とすると、f3 × tan  ω2で与えられる。ここで、プリズム長が所定であることよりf3 が決まるので、イメージサークルの仕様から主光線の後群入射角ω2 が決定されることが分かる。主光線の後群入射角ω2は投影レンズの画角にもよるが、小さいほうが収差補正には有利である。しかしながら、後群入射角ω2  が小さくなるように前群を設計すると、前群全長が伸びる傾向にあり、全長仕様には不利である。つまり、フロントプロジェクタでは、後群入射角ω2を一定の大きさ以上に設計することが全長短縮のために必要である。
【００１９】
また、既に説明したパネルシフトに対応するため、後群の正の単レンズは、一枚当たりの分担するパワーを弱くするように２枚に分割する必要がある。これを模式的に示した図を図１１に示す。この場合も、主点位置は２枚のレンズ近傍にあり、後群焦点距離および後群全長はプリズム長で決定され、前者はプリズム長を空気換算した値、後者は概略その２倍である。
【００２０】
次に、後述する本発明の実施例における、負レンズ、負レンズ・正レンズ・負レンズを接合し全体として負の焦点距離を持つ３枚接合のレンズ、正レンズ、正レンズの配置について説明する。
【００２１】
ここで、本発明の実施例における３枚接合レンズの焦点距離は、その絶対値が後群全体の焦点距離のおおよそ５倍であり、負の単レンズ、２枚の正の単レンズと比較して十分小さいとして考えてよい。そこで、３枚接合レンズのパワーが無いと考えた場合のパワー配置の模式図を図１２に示す。
【００２２】
図１２に示したように、負、正のパワー配置では、レンズ系の主点位置が後側の正レンズの後ろに来る。特に、像側主点位置が後側の正レンズの後ろにあることによって、後群焦点距離 f3 が短くても十分なバックフォーカスを取ることが可能になる。この効果は所謂レトロフォーカスタイプのレンズの特性と同じである。後群焦点距離 f3 を、バックフォーカスに対して短く取ることが出来るようになったので、既に述べた後群入射角ω2をある一定以上の大きさに設定した設計が可能であり、全長が長くなりがちな長焦点レンズにおいて前群および全長の短縮に効果がある。
【００２３】
次に、負レンズ・正レンズ・負レンズの順に３枚のレンズが接合され、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズの効果について説明する。この３枚接合レンズにおいては、正の異常分散特性を持つレンズを使用し、とくに、正のレンズに低屈折率低分散かつ正の異常分散特性を持つレンズを使用し、かつ、２枚の負レンズのうち１枚を負の異常分散特性を持つレンズとすることで、前群によって発生する大きな色収差を打ち消し、全系として収差バランスを取ることが可能になる。また、この３枚接合レンズは負の焦点距離を有しており、上記のレトロフォーカスの効果によって全長を短くすることにも寄与している。
【００２４】
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、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ことができる。
【００２５】
本発明は、投影レンズの後群を改良したものである。
【００２６】
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、絞り近傍に配置される後群であるレンズ群が６枚のレンズからなり、絞りに最も近い順に負の単レンズ、負、正、負の３枚のレンズが一体に接合されて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、正の単レンズであり、後群全体が正である。
【００２７】
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】
【００２８】
本発明の実施例１の投影レンズは、標準画角レンズである。
【００２９】
仕様は下記のとおりである。
【００３０】
（１）イメージサークルφ２２、焦点距離 f=29.83mm FナンバーF/2.4
（２）基準物体距離  1200mm 倍率 41.66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。
【００３１】
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。
【００３２】
第１レンズ群Ｇ１は、３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）側に凸の負レンズ、第３レンズＬ３は負レンズである。
【００３３】
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４レンズＬ４、第５レンズＬ５の２枚からなり、この第４レンズＬ４は画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の正レンズ、第５レンズＬ５はスクリーン（拡大）側に凸の正レンズである。なお、上記３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。
【００３４】
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。
【００３５】
絞りＤの後方、すなわち画像形成撮像素子Ｅ側に第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、両凹形状の負の単レンズである第６レンズＬ６、スクリーン（拡大）側に凸の負レンズである第７レンズＬ７、両凸の正レンズである第８レンズＬ８、画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の負レンズである第９レンズＬ９の３枚のレンズが接合された接合レンズと、画像形成素子（縮小）側に凸の正の単レンズである第１０レンズＬ１０と、スクリーン（拡大）側に凸の正の単レンズである第１１レンズＬ１１の６枚のレンズからなる。上述した３枚接合レンズは、正の異常分散性を持つガラスからなる正レンズである第８レンズＬ８を含んでいる。
【００３６】
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。
【００３７】
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が提供できる。
【００３８】
正の異常分散性を持つガラスを含む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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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２２面〜第２３面はプリズム、第２４面〜第２５面はカバーガラスである。
【表１】
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【実施例２】
【００４３】
本発明の実施例２の投影レンズは、標準画角レンズである。
【００４４】
仕様は下記のとおりである。
【００４５】
（１）イメージサークルφ２２、焦点距離 f=16.78mm 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５は、実施例２の投影レンズのレンズ構成を示す。
【００４６】
実施例２のフロントプロジェクション光学系の投影レンズ２１は、スクリーン（図示せず）に最も近い順に、第１レンズ群Ｇ２１、第２レンズ群Ｇ２２、絞りＤ、第３レンズ群Ｇ２３からなる。第３レンズ群Ｇ２３の後方には画像形成素子Ｅが配置されている。
【００４７】
第１レンズ群 Ｇ２１は５枚のレンズからなり、第１レンズＬ２１は、スクリーン側に凸の口径の大きな正レンズであり、第２レンズＬ２２および第３レンズＬ２３は、スクリーン側に凸のメニスカス負レンズであり、第４レンズＬ２４は負レンズであり、第５レンズＬ２５は正レンズである。
【００４８】
第１レンズ群Ｇ２１と間隔をあけて第２レンズ群Ｇ２２が配置されている。第２レンズ群Ｇ２２は第６レンズＬ２６、第７レンズＬ２７の２枚からなり、この第６レンズＬ２６は画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の正レンズ、第７レンズＬ２７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。
【００４９】
本発明の実施例２の場合は、第１レンズ群Ｇ２１、第２レンズ群Ｇ２２、後群である第３レンズ群Ｇ２３とわけて考えることにする。
【００５０】
絞りＤの後方、すなわち画像形成撮像素子Ｅ側に第３レンズ群Ｇ２３が配置されている。第３レンズ群Ｇ２３は絞りＤに最も近い順に、凹形状の負の単レンズである第８レンズＬ２８、スクリーン（拡大）側に凸の負レンズである第９レンズＬ２９、両凸の正レンズである第１０レンズＬ３０、画像形成素子Ｅ（縮小）側に凸の負レンズである第１１レンズＬ３１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（縮小）側に凸の正の単レンズである第１２レンズＬ３２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Ｌ３３の６枚のレンズからなる。上述した３枚接合レンズは、正の異常分散性を持つガラスからなる正レンズである第１０レンズＬ３０を含んでいる。
【００５１】
第３レンズ群Ｇ３３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。
【００５２】
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が提供できる。
【００５３】
正の異常分散性を持つガラスを含む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、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。
【００５４】
また、実施例２の投影レンズ２１は、テレセントリックである。
【００５５】
実施例２の投影レンズ２１の光路図は図５に示すとおりである。
【００５６】
また、図６、図７は、実施例２の投影レンズのそれぞれ縦収差、横収差を示す。また、図８は、４７ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ／ｍｍに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。
【００５７】
また、実施例２の投影レンズ２１のレンズデータは、表２に示すとおりである。表２中の第１５面は絞り面、第２６面〜第２７面はプリズム、第２８面〜第３１面はカバーガラスである。
【表２】
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【００５８】
以上のとおり、本発明の投影レンズは、後群に特徴的なレンズ構成である、絞りに最も近い順に負の単レンズ、負、正、負の３枚のレンズが一体に接合されて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、正の単レンズであり、後群全体が正であるレンズ構成を備えているため、イメージサークル（撮像面）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含む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。
【００５９】
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、絞り以降の後群に、その特徴的なレンズ構成である、絞りに最も近い順に負の単レンズ、負、正、負の３枚のレンズが一体に接合された３枚接合レンズ、正の単レンズ、正の単レンズであり、後群全体が正であ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】
【００６０】
【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】実施例２の投影レンズのレンズ構成を示す。
【図６】実施例２の投影レンズの縦収差を示す。
【図７】実施例２の投影レンズの横収差を示す。
【図８】４７ｌｉｎｅ  ｐａｉｒ／ｍｍに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。
【図９】後群の物体側焦点位置が絞り位置と一致している状態を模式的に描いた図。
【図１０】後群レンズの主点がレンズ近傍に位置する様子を模式的に示した図。
【図１１】後群の正の単レンズを２枚に分割した構成を模式的に示した図。
【図１２】接合レンズのパワーが無いと考えた場合のパワー配置の模式図。
【図１３】シフトの説明を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１、２１  投影レンズ
Ｇ１、Ｇ２１  第１レンズ群
Ｇ２、Ｇ２２  第２レンズ群
Ｇ３、Ｇ２３  第３レンズ群
Ｅ  画像形成素子
Ｌ１、Ｌ２１  第１レンズ
Ｌ２、Ｌ２２  第２レンズ
Ｌ３、Ｌ２３  第３レンズ
Ｌ４、Ｌ２４  第４レンズ
Ｌ５、Ｌ２５  第５レンズ
Ｌ６、Ｌ２６  第６レンズ
Ｌ７、Ｌ２７  第７レンズ
Ｌ８、Ｌ２８  第８レンズ
Ｌ９、Ｌ２９  第９レンズ
Ｌ１０、Ｌ３０  第１０レンズ
Ｌ１１、Ｌ３１  第１１レンズ
Ｌ３２  第１２レンズ
Ｌ３３  第１３レンズ
【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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【図６】
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【図７】
2010139827.tif 000011
【図８】
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【図９】
2010139827.tif 000013
【図１０】
2010139827.tif 000014
【図１１】
2010139827.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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