(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大きな共役側より順に、正の屈折力を有し、レトロフォーカス型の第１レンズ群、正レンズと大きな共役側に強い負の屈折力を有する負レンズとから成る第２レンズ群で構成され、前記第１レンズ群は、大きな共役側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズ、該２枚のメニスカス負レンズより小さな共役側に配置され、大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズ、該大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側に配置され、大きな共役側から負レンズと正レンズで接合され大きな共役側に凸面を向けた接合面を有した接合レンズ、該接合レンズより小さな共役側に配置された少なくとも１枚の正レンズを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする大口径広角テレセントリックレンズ。
０．１＜Ｄ１２／ｆ＜１．３
０．０８＜ｆ／ｌ１＜０．３５
ここでＤ１２：前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔
ｌ１：前記第１レンズ群の全長
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１の大口径広角テレセントリックレンズ。
−０．１＜ｆ／ｆ２＜０．３５
０．１＜ｆ／ｆ２ｐ＜０．５
−０．５＜ｆ／ｆ２ｎ＜−０．０２
ここでｆ：全系の焦点距離。
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆ２ｐ：前記第２レンズ群の正レンズの焦点距離
ｆ２ｎ：前記第２レンズ群の負レンズの焦点距離
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２の大口径広角テレセントリックレンズ。
０．０５＜ｄｍ２／ｆ＜０．３５
ここでｄｍ２：第２レンズ群の正レンズと負レンズの間隔
ｆ：全系の焦点距離。
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３いずれかの大口径広角テレセントリックレンズ。
−２０＜ν２ｐ−ν２ｎ＜２０
２０＜ν１ｈｐ−ν１ｈｎ＜４５
２０＜ν１ｆｎ−ν１ｍｆｐ＜５０
ここでν２ｐ：前記第２レンズ群の正レンズのアッベ数
ν２ｎ：前記第２レンズ群の負レンズのアッベ数
ν１ｈｐ：前記第１レンズ群中の前記接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν１ｈｎ：前記第１レンズ群中の前記接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
ν１ｆｎ：前記第１レンズ群中の前記大きな共役側に強い屈折力を有する正レンズより大きな共役側に位置する負レンズのアッベ数の平均値
ν１ｍｆｐ：前記第１レンズ群中の前記大きな共役側に強い屈折力を有する正レンズのアッベ数
【請求項５】
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群にはそれぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から４いずれかの大口径広角テレセントリックレンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群中の非球面は第１レンズ群中の最も大きな共役側に位置し、負レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿って負のパワーが弱くなる非球面であり、正レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿い正のパワーが強くなる非球面であることを特徴とする請求項５の大口径広角テレセントリックレンズ。
【請求項７】
前記第２レンズ群中の非球面は、正レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿い正のパワーが弱くなる非球面であり、負レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿い負のパワーが強くなる非球面であることを特徴とする請求項５の大口径広角テレセントリックレンズ。
【請求項８】
前記第２レンズ群の正レンズは、１枚の両凸レンズよりなることを特徴とする請求項１〜７いずれかの大口径広角テレセントリックレンズ。
【請求項９】
軸上主光線と軸外主光線の交わる点は、前記第１レンズ群中の前記大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズと、前記大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側であって、前記接合レンズより大きな共役側に配置され、小さな共役側に強い屈折力を有する正レンズの間に位置することを特徴とする請求項１から８いずれかの大口径広角テレセントリックレンズ。
【請求項１０】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項９の大口径広角テレセントリックレンズ。
ｎ１ｍｆｐ＞１．７
ｎ１ｍｒｐ＞１．７
ここでｎ１ｍｆｐ：前記第１レンズ群中の前記大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズの屈折率
ｎ１ｍｒｐ：前記第１レンズ群中の前記大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側であって、前記接合レンズより大きな共役側に配置された小さな共役側に強い屈折力を有する正レンズの屈折率
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶プロジェクター等に使用される投射レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来液晶やＣＲＴ等の原画像を拡大投影する投射レンズで特にＦＮｏが１．５以下の明るいものとしてはＣＲＴ用の投射レンズが種々提案されてきた。３管式ＣＲＴプロジェクション用の投射レンズの提案としてはたとえば特開平４−３１１９１０号公報があげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では像面湾曲を補正するためのと凹レンズが像面の近くに配置されるためのテレセン性が悪く光の入射角度の変化によってコントラストが大きく変化する液晶用の投射レンズには応用できなかった。また周辺光量が３５％程度と小さいため投影像の周辺部が暗いという欠点があった。
【０００４】
以上のように従来Ｆ．Ｎｏが１．５程度と明るく、しかもテレセン性が良好で周辺光量の多い液晶プロジェクターにも応用可能な投射レンズの提案がなかった。
【０００５】
本発明の目的はＦ．ＮｏがＦ１．５程度と明るくテレセン性にすぐれ周辺光量の豊富な単板用の液晶プロジェクターの投射レンズに適した投射レンズを提案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】
上記目的を達成するために本出願の発明は、大きな共役側より順に、正の屈折力を有し、レトロフォーカス型の第１レンズ群、正レンズと大きな共役側に強い負の屈折力を有する負レンズとから成る第２レンズ群で構成され、第１レンズ群が、大きな共役側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズ、その２枚のメニスカス負レンズより小さな共役側に配置され、大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズ、その大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側に配置され、大きな共役側から負レンズと正レンズで接合され大きな共役側に凸面を向けた接合面を有した接合レンズ、その接合レンズより小さな共役側に配置された少なくとも１枚の正レンズを有し、以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．１＜Ｄ１２／ｆ＜１．３ （１０）
（さらに好ましくは０．２＜Ｄ１２／ｆ＜１．２）
０．０８＜ｆ／ｌ１＜０．３５ （１１）
（さらに好ましくは０．１１＜ｆ／ｌ１＜０．２７）
ここでＤ１２：第１レンズ群と第２レンズ群の間隔
ｌ１：第１レンズ群の全長
【０００８】
さらには以下の条件式を満足することが望ましい。
【０００９】
−０．１＜ｆ／ｆ２＜０．３５                              （１）
（さらに好ましくは０＜ｆ／ｆ２  ＜０．３）
０．１＜ｆ／ｆ２ｐ＜０．５ （２）
（さらに好ましくは０．１５＜ｆ／ｆ２ｐ＜０．４５）
−０．５＜ｆ／ｆ２ｎ＜−０．０２ （３）
（さらに好ましくは−０．４５＜ｆ／ｆ２ｎ＜−０．０５）
ここでｆ：全系の焦点距離。
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ２ｐ：第２レンズ群の正レンズの焦点距離
ｆ２ｎ：第２レンズ群の負レンズの焦点距離
【００１４】
さらには以下の条件式を満足することが望ましい。
【００１５】
０．０５＜ｄｍ２／ｆ＜０．３５                                  （４）
（さらに好ましくは０．１＜ｄｍ２／ｆ＜０．３）
ここでｄｍ２：第２レンズ群の正レンズと負レンズの間隔
【００１８】
さらには以下の条件式を満足することが望ましい。
【００１９】
−２０＜ν２ｐ−ν２ｎ＜２０ （５）
（さらに好ましくは−１５＜ν２ｐ−ν２ｎ＜１５）
２０＜ν１ｈｐ−ν１ｈｎ＜４５                                  （６）
（さらに好ましくは２５＜ν１ｈｐ−ν１ｈｎ＜４０）
２０＜ν１ｆｎ−ν１ｍｆｐ＜５０                                （７）
（さらに好ましくは２５＜ν１ｆｎ−ν１ｍｆｐ＜４５）
ここでν２ｐ：第２レンズ群の正レンズのアッベ数
ν２ｎ：第２レンズ群の負レンズのアッベ数
ν１ｈｐ：第１レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数
ν１ｈｎ：第１レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数
ν１ｆｎ：第１レンズ群中の大きな共役側に強い屈折力を有する正レンズより大きな共役側に位置する負レンズのアッベ数の平均値
ν１ｍｆｐ：第１レンズ群中の大きな共役側に強い屈折力を有する正レンズのアッベ数
【００２５】
さらに前記第１レンズ群中の非球面は第１レンズ群中の大きな共役側に位置し、負レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿って負のパワーが弱くなる非球面であり、正レンズに非球面が使用される場合は、光軸から離れるに沿い正のパワーが強くなる非球面であることが望ましい。
【００２６】
さらに前記第２レンズ群中の非球面は、正レンズに非球面が使用される場合は、光軸から離れるに沿い正のパワーが弱くなる非球面であり負レンズに非球面が使用される場合は光軸から離れるに沿い負のパワーが強くなる非球面であることが望ましい。
【００３１】
さらには軸上主光線と軸外主光線の交わる点は、第１レンズ群中の大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズと、大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側であって、接合レンズより大きな共役側に配置され、小さな共役側に強い屈折力を有する正レンズの間に位置することが望ましい。
さらには以下の条件式を満足することが望ましい。
ｎ１ｍｆｐ＞１．７
（さらに好ましくはｎ１ｍｆｐ＞１．７５）
ｎ１ｍｒｐ＞１．７
（さらに好ましくはｎ１ｍｒｐ＞１．７５）
ここでｎ１ｍｆｐ：第１レンズ群中の大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズの屈折率
ｎ１ｍｒｐ：第１レンズ群中の大きな共役側に強い正の屈折力を有する正レンズより小さな共役側であって、接合レンズより大きな共役側に配置された小さな共役側に強い屈折力を有する正レンズの屈折率
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔実施例〕
図１から７は、本発明に関する数値実施例１から７のレンズ断面を示す。図８から１４は、本発明に関する数値実施例１から７の諸収差図を示す。尚諸収差図は倍率が１／２７の時のそれを示す。
【００３３】
図１において、Ｉは大きな共役側（スクリーンｓ）に配置された正屈折力を有しレトロフォーカス型の第１レンズ群、ＩＩは少なくとも一枚の正の屈折力を有する正レンズと大きな共役側に強い負のパワーを持った負レンズを有する第２レンズ群である。ｐは、画像を形成する小さな共役としての液晶パネルのカバーガラスを示す。尚、本願のいうレトロフォーカス型とは、後側の主点がその第１レンズ群Ｉの最終レンズ面より小さな共役側ある事を言う。又、〜に強いパワー、あるいは〜強い屈折力を持つとは、他のレンズ面に対しての相対比較をさす。
【００３４】
こうした構成のもとで、液晶に形成された画像は第１レンズ群、第２レンズ群を介したスクリーンに投影されることになる。
【００３５】
第１レンズ群Ｉはテレセン性を良好に保つために大きな共役側に負レンズ成分を多く含み小さな共役側に正レンズ成分を多く含む構成となっている。そのため軸外光束は同じ向きのプリズム成分が多くなり、たとえば大きな共役側に第１レンズ群の上側から入射する光束は鋭角を下方にもつプリズム成分に相当するレンズ部分を通過するため非点収差や歪曲収差が多く発生してしまう。その発生する収差を補正するために第１レンズ群と小さな共役点の間に第２レンズ群を配置させ逆の収差を発生させている。第２レンズ群の大きな共役側の正レンズの大きな共役側の非球面の効果と小さな共役側の負レンズの大きな共役側のレンズ面での入射角を大きくすることにより第１レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差を補正している。
【００３６】
以下条件式の意味について説明を行う。
【００３７】
条件式（１）は全系の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離の比について限定したもので、条件式（１）の下限値を超える領域では第２レンズ群により軸外光束が大きくはね上げられ第１レンズ群の小さな共役側のレンズ径が大きくなりすぎ、条件式（１）の上限値を超える領域では第２レンズ群により軸外光束が集光されすぎて第１レンズ群の小さな共役側のレンズ面で他の像高を通る光束と軸外光束のオーバーラップ量が多くなりすぎ軸外光束の補正が困難となる。
【００３８】
条件式（２）は全系の焦点距離と第２レンズ群を構成する正レンズの焦点距離の比について限定したもので条件式（２）の下限値あるいは上限値を超える領域では第２レンズ群中の正レンズのパワーが弱すぎるか強くなりすぎるため結果として条件式（１）を満足することが困難となる。
【００３９】
条件式（３）は全系の焦点距離と第２レンズ群を構成する負レンズの焦点距離の比について限定したので条件式（３）の下限値あるいは上限値を超える領域では第２レンズ群の負レンズのパワーが弱すぎるか強くなりすぎるため結果として条件式（１）を満足することが困難となる。
【００４０】
第２レンズ群中の正レンズ、負レンズの焦点距離が全系の焦点距離に対して条件式（２）（３）の範囲内にあれば第１レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差と逆の収差をほぼ同量発生することができ、全系で良好な光学性能を得ることができる。
【００４１】
条件式（４）は第２レンズ群中の正レンズと負レンズの空気間隔と全系の焦点距離の比について限定したもので条件式（４）の下限値を超える領域では第２レンズ群中の正レンズと負レンズの間の空気レンズで第１レンズ群で発生する収差と逆の収差を十分発生することができず、条件式（４）の上限値を超える領域では第２レンズ群中の正レンズと負レンズの間隔が大きくなりすぎ、第２レンズ群で軸外光束が大きくはね下げられるため歪曲収差がアンダーとなり好ましくない。
【００４２】
条件式（５）は、第２レンズ群中の正レンズのアッベ数と負レンズのアッベ数の差について限定したもので、条件式（５）の下限値あるいは上限値を超える領域では軸外光束の光軸からこの高さが大きいところで色消しあるいは色出しが行われるため高次の倍率色収差が大きく発生するのでよくない。
【００４３】
条件式（６）は第１レンズ群中の接合レンズの正レンズと負レンズのアッベ数の差について限定したもので、条件式（６）の下限値を超える領域では、軸上色収差および倍率色収差がアンダーとなり、条件式（６）の上限値を超える領域では軸上色収差および倍率色収差がオーバーとなる傾向となる。
【００４４】
条件式（７）は第１レンズ群中のほぼ中央部に位置し大きな共役側に強いパワーをもつ正レンズのアッベ数とその正レンズより大きな共役側に位置する負レンズのアッベ数の平均値の差について限定したもので、条件式（７）の下限値を超える領域では軸上色収差がオーバー倍率色収差がアンダーとなり条件式（７）の上限値を超える領域では軸上色収差がアンダー、倍率色収差がオーバーとなるためよくない。
【００４５】
条件式（５）、（６）、（７）は色収差補正に関する条件式で、軸外光束の光軸からの高さが低いところで倍率色収差の補正をほぼ行う構成をとるための条件式である。このような構成をとることにより高次の倍率色収差の発生を小さくすることができる。
【００４６】
条件式（８），（９）は第１レンズ群中のほぼ中央部に位置し大きな共役側に強いパワーをもつ正レンズの屈折率と、小さな共役側に強いパワーをもつ正レンズの屈折率について限定したもので、条件式（８），（９）の下限値を超える領域では高次の球面収差が大きく発生する傾向となる。
【００４７】
条件式（１０）は第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔と全系の焦点距離の比について限定したもので、条件式（１０）の下限値を超える領域では、第２レンズ群を通過する光束の幅が大きくなりすぎ、違う像高の光束のオーバーラップ量が多くなるため軸外収差の補正が十分行えず、条件式（１０）の上限値を超える領域では第２レンズ群を通過する光束の幅が小さくなりすぎるためレンズのゴミが投影像において目立ってくる。
【００４８】
条件式（１１）は第１レンズ群の全長と全系の焦点距離の比について限定したもので条件式（１１）の下限値を超える領域では、レンズ全長が大きくなりすぎ、条件式（１１）の上限値を超える領域では第１レンズ群の全長が短くなりすぎるため第１レンズ群の大きな共役側や小さい共役側のレンズ面で違う像高の光束のオーバーラップ量が多くなりすぎるため軸外収差の補正が困難となる。
【００４９】
第１レンズ群の大きな共役側に非球面を使用する場合には、非点収差および歪曲収差の補正のため負レンズに非球面を使用する場合には光軸から離れるに沿って負のパワーが弱くなる非球面を使用し、正レンズに非球面を使用する場合には光軸から離れるに沿って正のパワーが強くなる非球面を使用するのがよい。非球面はなるべく軸外光束の光軸からの高さが大きい面に使用すると違う像高の光束のオーバーラップ量が小さくなり軸外収差の補正が良好に行える。
【００５０】
第２レンズ群に非球面を使用する場合には、非点収差および歪曲収差の補正のため、正レンズに非球面を使用する場合は光軸から離れるに沿い正のパワーが弱くなる非球面を使用し、負レンズに非球面を使用する場合は光軸から離れるに沿い負のパワーが弱くなる非球面を使用するのがよい。コマ収差を良好に補正するためには軸上および軸外主光線の交わる位置は第１レンズのほぼ中央に位置する２つの正レンズの間に位置するのがよい。以下に数値実施例を示す。
【００５１】
尚、ｒｉ  は大きな共役側から順にレンズ面の曲率半径、
ｄｉ  は大きな共役側から順にレンズ面間隔、
ｎｉ  は大きな共役側から順にレンズのｄ線における屈折率、
νｉ  は大きな共役側から順にレンズのアッベ数である。
【００５２】
非球面形状は以下の式で表される。
【００５３】
【外１】
0003610166.tif 000002
ここで、ｒ：近軸曲率半径
Ｋ：円錐定数
Ａｉ  ：ｉ次の非球面係数である。
【００５４】
条件式の値
【００５５】
【表１】
0003610166.tif 000003
【００５６】
【外２】
0003610166.tif 000004
【００５７】
【外３】
0003610166.tif 000005
【００５８】
【外４】
0003610166.tif 000006
【００５９】
【外５】
0003610166.tif 000007
【００６０】
【外６】
0003610166.tif 000008
【００６１】
【外７】
0003610166.tif 000009
【００６２】
【外８】
0003610166.tif 000010
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少ないレンズ構成でＦ．Ｎｏが１．５程度と明るく、テレセン性が良好で、周辺光量が５０〜６０％と豊富で光学性能が良好な単板用液晶プロジェクター用の投射レンズとして最適な大口径広角テレセントリックレンズを実現できる。
【００６５】
本発明はまた投射画角が８０°程度広いので特にリアプロジェクションＴＶ用の投射レンズとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】本発明の数値実施例２のレンズ断面図。
【図３】本発明の数値実施例３のレンズ断面図。
【図４】本発明の数値実施例４のレンズ断面図。
【図５】本発明の数値実施例５のレンズ断面図。
【図６】本発明の数値実施例６のレンズ断面図。
【図７】本発明の数値実施例７のレンズ断面図。
【図８】本発明の数値実施例１の諸収差図。
【図９】本発明の数値実施例２の諸収差図。
【図１０】本発明の数値実施例３の諸収差図。
【図１１】本発明の数値実施例４の諸収差図。
【図１２】本発明の数値実施例５の諸収差図。
【図１３】本発明の数値実施例６の諸収差図。
【図１４】本発明の数値実施例７の諸収差図。
【符号の説明】
Ｉ  第１レンズ群
ＩＩ  第２レンズ群
ＳＰ  絞り
Ｓ  サジタル像面
Ｍ  メリヂオナル像面
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ｓｃ  正弦条件
【図１】
0003610166.tif 000011
【図２】
0003610166.tif 000012
【図３】
0003610166.tif 000013
【図４】
0003610166.tif 000014
【図５】
0003610166.tif 000015
【図６】
0003610166.tif 000016
【図７】
0003610166.tif 000017
【図８】
0003610166.tif 000018
【図９】
0003610166.tif 000019
【図１０】
0003610166.tif 000020
【図１１】
0003610166.tif 000021
【図１２】
0003610166.tif 000022
【図１３】
0003610166.tif 000023
【図１４】
0003610166.tif 000024