(57)【要約】【課題】レトロフォーカス型のレンズで倍率色収差および軸上色収差が少なく、良好な結像性能を有することを可能にしたレンズの提供。【解決手段】拡大共役側から順に負の屈折力を有する前群、絞り、正の屈折力を有する後群からなるレトロフォーカスレンズで、後群の正レンズに分散および異常分散性の高い硝材、及び後群の正レンズ（又は前群の負レンズ）に分散が低く異常分散性の高い硝材を使用する。【選択図】図１
2014041194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りより拡大共役側を前群、絞りより縮小共役側を後群としたとき、負の屈折力を有する前群および正の屈折力を有する後群からなり、
後群に条件式（１）、（２）、（３）を満たす第一の正レンズを少なくとも１枚有する事を特徴とするレトロフォーカスレンズ。
１．７５＜Ｎｄ＜２．０５                           （１）
０．０２＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＜０．０８         （２）
０．５  ≦  Ｌ１／Ｌｂ  ＜≦１                      （３）
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）    ：アッベ数
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）    ：ｇ線とＦ線の部分分散比
Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣ，Ｎｇ    ：ｄ線，Ｆ線，Ｃ線，ｇ線における屈折率
Ｌ１    ：絞りから第１のレンズまでの距離       
Ｌｂ    ：絞りから後群の最終レンズまでの距離
【請求項２】
絞りより拡大共役側を前群、絞りより縮小共役側を後群としたとき、負の屈折力を有する前群および正の屈折力を有する後群からなり、
後群に条件式（４）を満たす第二の正レンズを少なくとも１枚有する事を特徴とする請求項１に記載のレトロフォーカスレンズ。
７０＜νｄ＜９９                               （４）
【請求項３】
拡大側共役点の位置が無限大の状態で、縮小共役側のパワーのない平行平板を空気に換算したときの縮小共役側のバックフォーカスより全系の焦点距離の方が短い事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレトロフォーカスレンズ。
【請求項４】
前記第二の正レンズが条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
０．０２＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＜０．０８         （５）
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）    ：アッベ数
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）    ：ｇ線とＦ線の部分分散比
Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣ，Ｎｇ    ：ｄ線，Ｆ線，Ｃ線，ｇ線における屈折率
【請求項５】
前記前群に各条件式（１）、（２）を満足する第一の負レンズ、各条件式（４）を満足する第二の負レンズを少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
【請求項６】
条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
｜Ｑｐ−Ｑｎ｜  ＜  ０．０３                            （６）
Ｑｐ＝  （Σ（θｇＦｐｉ／ｆｐｉ）＋Σ（θｇＦｎｊ／（−ｆｎｊ）））／（Σ（１／ｆｐｉ）＋Σ（１／（−ｆｎｊ）））
Ｑｎ＝  （Σ（θｇＦｎｉ／ｆｎｉ）＋Σ（θｇＦｐｊ／（−ｆｐｊ）））／（Σ（１／ｆｎｉ）＋Σ（１／（−ｆｐｊ）））
ｆｐｉ：前群のｉ番目の正レンズの焦点距離
ｆｎｉ：前群のｉ番目の負レンズの焦点距離
θｇＦｐｉ：前群のｉ番目の正レンズのθｇＦ
θｇＦｎｉ：前群のｉ番目の負レンズのθｇＦ
ｆｐｊ：後群のｊ番目の正レンズの焦点距離
ｆｎｊ：後群のｊ番目の負レンズの焦点距離
θｇＦｐｊ：後群のｊ番目の正レンズのθｇＦ
θｇＦｎｊ：後群のｊ番目の負レンズのθｇＦ
【請求項７】
条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
ＢＦ／Ｆ  ＞  ３．５               （７）
ＢＦ：空気換算時のバックフォーカス長
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のレンズユニットを用いる事を特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラなどの撮像素子や画像表示素子を有するプロジェクター等に用いるレトロフォーカスレンズ
に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶などの画像表示素子を用いて、その表示素子に基づく画像をスクリーン面に投影する画像投影装置（プロジェクター）が種々提案されている。
【０００３】
近年、プロジェクターの更なる小型化の要望と共に、特にホームシアター用に大きなメリットとなる近距離投影できること、つまりプロジェクターの広画角化が強く求められている。
【０００４】
このようなプロジェクターの投射レンズに対しては広角である事の他に、色合成に用いるプリズム等の素子を配置するスペースを画像表示素子と投射レンズの間に設けなければならないため、ある一定長のバックフォーカスを確保する事が要望されている。
【０００５】
上記条件を満足する光学系として、スクリーン側（拡大共役側）に負のレンズ群より成り、画像素子側（縮小共役側）に正の屈折力のレンズ群を配置するレトロフォーカスタイプのズームレンズが種々提案されている（特許卯文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９１３０１号公報
【特許文献２】特開平９−２９７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、さらに高解像感および高品位を実現するためには、レンズ系にて発生する色ずれ（倍率色収差）を可視光領域にて良好に補正することが必要となる。
【０００８】
一般的に、レトロフォーカスレンズは焦点距離が短くなる（広角化）に従い色収差が大きく発生する。それを補正するためにはレンズ全長を長くする事やレンズ径の拡大が必要になり、広角化と小型化の両立が課題となっている。
【０００９】
前記文献におけるレトロフォーカスレンズにおいても、倍率色収差が大きく発生してしまっているため、良好な画質を得ることができない。
【００１０】
そこで、本発明では、小型で軽量なレトロフォーカスレンズ系であって、倍率色収差を良好に低減した投射レンズを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
絞りより拡大共役側を前群、絞りより縮小共役側を後群としたとき、負の屈折力を有する前群および正の屈折力を有する後群からなり、
後群に条件式（１）、（２）、（３）を満たす第一の正レンズを少なくとも１枚有する事を特徴とするレトロフォーカスレンズ。
【００１２】
１．７５＜Ｎｄ＜２．０５                           （１）
０．０２＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＜０．０８         （２）
０．５  ≦  Ｌ１／Ｌｂ  ＜≦１                      （３）
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レトロフォーカス型の投射レンズおよび写真レンズで、小型かつ色収差が少なく良好な結像性能を有するレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例１のレンズ断面図
【図２】本実施例１の収差図
【図３】本実施例１の倍率色収差
【図４】本実施例２のレンズ断面図
【図５】本実施例２の収差図
【図６】本実施例２の倍率色収差
【図７】本実施例３のレンズ断面図
【図８】本実施例３の収差図
【図９】本実施例３の倍率色収差
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、詳細に説明する。
【００１６】
レトロフォーカスレンズで、大型化することなく倍率色収差を補正するには異常分散性のある硝材を使用する事が考えられる。しかし、無作為に使用した場合、十分な補正効果を得る事ができないため、適切に用いる事が必要となる。
【００１７】
従来例の特許文献１にレトロフォーカスレンズの前群に異常分散ガラスを用いて軸上色収差を補正する技術が開示されているが、前群の正レンズに異常分散ガラスを用いているため、軸上色収差は改善するが、倍率色収差を大きく生じさせてしまうことがあった。
【００１８】
また、従来例の特許文献２においてはレトロフォーカスレンズの後群に異常分散ガラスを用いているため、倍率色収差は補正されているが、異常分散ガラスの屈折率が低いためレンズの曲率半径を小さくする必要が生じ、球面収差や像面湾曲等の他の収差を補正する事が困難となっている。
【００１９】
つまり、前記実施例２のように、絞りより後方にある正レンズに単に蛍石のような異常分散ガラスを用いるだけでは、球面収差や像面湾曲等の収差の補正が困難なるため工夫が必要である。
【００２０】
そこで本発明では、屈折率の高い異常分散ガラスを効果的に倍率色収差を補正できる位置に配置することに着目した。
【００２１】
具体的には、後群の正レンズ（または前群の負レンズ）に屈折率が高く、異常分散値が標準硝材より大きい異常分散ガラスを使用し、かつ絞りから遠い位置に配置する事で、軸上色収差及び、特に倍率色収差を大きく改善させることを見出した。
【００２２】
このような収差補正原理に基づき以下の条件式を満たせば良好な補正効果が得られる。
【００２３】
１．７５＜Ｎｄ＜２．０５                           （１）
０．０２＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＜０．０８         （２）
０．５  ≦  Ｌ１／Ｌｂ  ＜≦１                      （３）
ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとすると、部分分散比θｇＦは以下の式で表される。
【００２４】
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
条件式（１）の下限値を逸脱すると同じ屈折力を得るために、レンズの曲率半径を小さくする必要がある。そのため、球面収差や軸外光線に起因する収差（例えば、倍率色収差や非点収差など）に高次収差が大きく発生して十分な光学性能を得ることができない。
【００２５】
条件式（１）及び（２）の上限値を逸脱すると現状では安価に材料を入手することが困難でかつ、樹脂材料を始めとする加工困難な材料に限られるため、生産性を考慮した場合に要望される光学性能を安定して供給することができない。
【００２６】
条件式（２）の下限値を逸脱すると倍率色収差の２次スペクトルの補正効果が弱く、倍率色収差の２次スペクトルが過剰に発生するため、良好な光学性能を得ることができない。
【００２７】
本発明における倍率色収差の２次スペクトルとはＣ線とＦ線の倍率色収差を一致させたときの、ｇ線の倍率色収差とＣ線、Ｆ線との差を表す。
【００２８】
条件式（３）の下限値を逸脱すると、第一の正レンズを通過する軸外主光線の高さが低くなりすぎるため、倍率色収差の２次スペクトルの補正効果が少なく、レンズ系全体として倍率色収差の２次スペクトルが過剰に発生するため、十分な光学性能を得ることができない。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の第１の実施例における構成を、図面に基づき説明する。
【００３０】
図１に本発明における第１の実施例の断面図を示す。
図中の１は投射レンズユニット、２は複数の色を分離合成するＰＢＳユニット（図１は単色光の光路のみ表示）、３は液晶パネル等の画像表示素子である。
【００３１】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に負の屈折力を有する前群Ｌｆ、絞りＳ、正の屈折力を有する後群Ｌｂで構成される。
【００３２】
前群ＬＦは拡大共役側から順に、負、負、負、正、負、正、負の７枚のレンズＬ１１〜Ｌ１７で構成され、後群ＬＢは拡大共役側から順に、正、負、正、正、負、正、正の７枚のレンズＬ２１〜Ｌ２７で構成される。
【００３３】
レンズＬ１１をレンズ群Ｂ１、レンズＬ１２〜Ｌ１５をレンズ群Ｂ２、レンズＬ１６〜Ｌ１７をレンズ群Ｂ３、レンズＬ２１〜Ｌ２７をレンズ群Ｂ４とする。
【００３４】
物像間距離が変わったときのフォーカス調整は、拡大側共役の位置が無限大の状態から至近に移動するに伴いＢ２及びＢ３が間隔を縮めながら縮小共役側に移動する事で行っている。
【００３５】
本実施例の後群の正レンズＬ２７は、条件式（１）〜（３）に関して下記の量を有し、条件式（１）〜（３）を満足し、正レンズＬ２６は条件式（４）に関して下記の量を有し、条件式（４）を満足する。
Ｎｄ＝１．８１６                                 
θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＝０．０２５   
Ｌ１／Ｌｂ  ＝  ０．９４２
νｄ  ＝  ８１．６
本発明では上記構成により、レトロフォーカスレンズで、小型かつ色収差が少なく良好な結像性能を実現している。
【００３６】
また、本実施例の投射レンズでは、後群の正レンズＬ２６が条件式（５）を満足することで更に良好な光学性能を得る構成としている。
【００３７】
０．０２＜θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＜０．０８         （５）
条件式（５）の上限値を逸脱した場合、現状においては安価に材料を入手することが困難でかつ、樹脂材料を始めとする加工困難な材料に限られるため、生産性を考慮した場合に要望される光学性能を安定して供給することができない。
【００３８】
条件式（５）の下限値を逸脱すると異常分散が小さいため、軸上収差および倍率色収差の２次スペクトルの補正効果が弱く、良好な光学性能を得ることができない。
【００３９】
本実施例の後群の正レンズＬ２６は、条件式（５）に関して下記の量を有し、前記条件式（５）を満足する。     
【００４０】
θｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２×νｄ）＝０．０３２   
ここで、第二のレンズはコストを抑える事ができる等の利点があるため、後群に配置されることで望ましいが、必要に応じて前群に配置することも可能である。
【００４１】
更に、条件式（６）を満足することで更に良好な光学性能を得る構成としている。
【００４２】
｜Ｑｐ−Ｑｎ｜  ＜  ０．０３                            （６）
Ｑｐ＝  （Σ（θｇＦｐｉ／ｐｉ）＋Σ（θｇＦｎｊ／−ｆｎｊ））／（Σ（１／ｆｐｉ）＋Σ（１／−ｆｎｊ））
Ｑｎ＝  （Σ（θｇＦｎｉ／ｎｉ）＋Σ（θｇＦｐｊ／−ｆｐｊ））／（Σ（１／ｆｎｉ）＋Σ（１／−ｆｐｊ））
本実施例の投射レンズでは、条件式（６）に関して下記の量を有し、条件式（６）を満足する。
【００４３】
｜Ｑｐ−Ｑｎ｜＝０．０２４９
平均異常分散値ＱｐはθｇＦを前群正レンズの屈折力および後群負レンズの逆符号の屈折力で平均した値を表し、平均異常分散値ＱｎはθｇＦを前群負レンズの屈折力および後群正レンズの逆符号の屈折力で平均した値を表す。
【００４４】
前記条件式（６）の効果を図１記載の光学系を例に説明する。
【００４５】
紙面左下側から軸外光線をトレースした場合、軸外光が通るレンズの楔角が下向きのレンズの異常分散性と上向きのレンズの異常分散性のパワー平均の差を小さくする事により倍率色収差の２次スペクトルを小さくする事ができる。
【００４６】
なぜなら、楔角が逆向きのレンズ系におけるｇ線とＦ線の屈折率差とＦ線とＣ線の屈折率差の比が一定なら原理的に倍率色収差は発生しないからである。
【００４７】
具体的には、条件式（６）のように、前群正レンズ・後群負レンズと前群負レンズ・後群正レンズにおける異常分散値のパワー平均値の差を０に近づけ、小さくする事で倍率色収差の２次スペクトルを小さくする事ができる。
【００４８】
ここで、パワー平均を用いているのは、２次スペクトルの量は硝材が持つθｇＦの値とレンズのパワーの大きさに依存し、それぞれが大きいほど２次スペクトルの発生量が大きくなる関係があるからである。
【００４９】
条件式（６）を逸脱すると色収差の補正効果が不足気味もしくは過剰気味になるため、更に良好な光学性能を有するためには条件式（６）を満足することが望ましい。
【００５０】
更に、本実施例の投射レンズは、
ＢＦ／Ｆ  ＞  ３．９               （７）
を満たすことが望ましい。但し、ＢＦは本実施例の投射レンズのバックフォーカスの空気換算値である。
【００５１】
条件式（７）を満たすことで、色合成に用いるプリズム等の素子を配置するためのバックフォーカスを得ることができる。
【００５２】
表１に本実施例の投射レンズの数値実施例を示す。
【００５３】
図２には、数値実施例１の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を示す。
【００５４】
図３には、数値実施例１の倍率色収差を示す。
【００５５】
また、本発明で表記する絞りとは、軸外の主光線が光軸と交わる位置近傍を表し、物理的な開口に限定するものではない。
【実施例２】
【００５６】
図４に本発明における第２の実施例の断面図を示す。
【００５７】
本実施例は正レンズＬ４７に正レンズＬ２７よりθｇＦの大きい硝材を使用した例で、実施例１より倍率色収差を改善させた実施例である。その他の記述のない構成および作用については、実施例１と同じである。
【００５８】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に負の屈折力を有する前群Ｌｆ、絞りＳ、正の屈折力を有する後群Ｌｂで構成される。
【００５９】
前群ＬＦは拡大共役側から順に、負、負、負、正、負、正、負の７枚のレンズＬ３１〜Ｌ３７で構成され、後群ＬＢは拡大共役側から順に、正、負、正、正、負、正、正の７枚のレンズＬ４１〜Ｌ４７で構成される。
【００６０】
レンズＬ３１をレンズ群Ｃ１、レンズＬ３２〜Ｌ３５をレンズ群Ｃ２、レンズＬ３６〜Ｌ３７をレンズ群Ｃ３、レンズＬ４１〜Ｌ４７をレンズ群Ｃ４とする。
【００６１】
物像間距離が変わったときのフォーカス調整は、拡大側共役の位置が無限大の状態から至近に移動するに伴いＣ２及びＣ３が間隔を縮めながら縮小共役側に移動する事で行っている。
【００６２】
本実施例の投射レンズも条件式（１）〜（７）を満足する。各条件式の値については数値実施例２の表２の（Ｃ）に示す。
【００６３】
表２に本実施例における投射レンズの数値実施例を示す。
【００６４】
図５には、数値実施例２の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を示す。
【００６５】
図６には、数値実施例２の倍率色収差を示す。
【実施例３】
【００６６】
図７に本発明における第３の実施例の断面図を示す。
【００６７】
本実施例は、ズームレンズに適用した場合の実施例である。その他の記述のない構成および作用については、実施例１と同じである。
【００６８】
前記投射レンズユニットは、拡大共役側から順に負の屈折力を有する前群Ｌｆ、絞りＳ、正の屈折力を有する後群Ｌｂで構成される。
【００６９】
前群ＬＦは拡大共役側から順に、負、負、負、正、負、正、の６枚のレンズＬ５１〜Ｌ５６で構成され、後群ＬＢは拡大共役側から順に、正、負、正、正、負、正、正の７枚のレンズＬ６１〜Ｌ６７で構成される。
【００７０】
本実施例のレンズは、拡大共役側から順に、負正正正正の屈折力を有する第１〜第５レンズユニットＧ１〜Ｇ５で構成される。変倍の際にはＧ２〜Ｇ４のレンズユニットが移動する。レンズユニットＧ１、５は固定である。
【００７１】
第１レンズユニットＧ１は、拡大共役側から負、負、負の屈折力を有するＬ５１〜Ｌ５３のレンズで構成される。第２レンズユニットＧ２は、拡大共役側から正、負の屈折力を有するＬ５４〜Ｌ５５のレンズで構成される。第３レンズユニットＧ３は、拡大共役側から正の屈折力を有するＬ５６のレンズで構成される。第４レンズユニットＧ４は、拡大共役側から正の屈折力を有するＬ６１のレンズで構成される。第５レンズユニットＧ５は、拡大共役側から負、正、正、負、正、正の屈折力を有するＬ６２〜Ｌ６７のレンズで構成される。
【００７２】
物像間距離が変わったときのフォーカス調整は、拡大側共役の位置が無限大の状態から至近に移動するに伴いＧ２及びＧ３が間隔を縮めながら縮小共役側に移動する事で行っている。
【００７３】
本実施例の投射レンズは条件式（１）〜（７）を満足する。各条件式の値については数値実施例３の表３の（Ｃ）に示す。
【００７４】
表３に本実施例における投射レンズの数値実施例を示す。
【００７５】
図８には、数値実施例３の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図を示す。
【００７６】
図９には、数値実施例３の倍率色収差を示す。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７８】
［数値実施例］
以降、第１〜第３の実施例に対応する数値データを示す。
【００７９】
（Ａ）にレンズ構成を示し、表中のｆは焦点距離、Ｆは開口比である。また、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは、第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のｄ線を基準とした屈折率とアッベ数、θｇＦは異常分散性である。
【００８０】
面番号の左側に※が付記されている面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示し、（Ｂ）にその係数を示す。ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標を示す。また、ｅ−Ｘは１０−Ｘを示す。
【００８１】
ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ２／Ｒ２）｝１／２］  ＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０
（Ｃ）には、条件式の各実施例における値を示す。
【００８２】
【表１】
2014041194.tif 000003
【００８３】
【表２】
2014041194.tif 000004
【００８４】
【表３】
2014041194.tif 000005
【図１】
2014041194.tif 000006
【図２】
2014041194.tif 000007
【図３】
2014041194.tif 000008
【図４】
2014041194.tif 000009
【図５】
2014041194.tif 000010
【図６】
2014041194.tif 000011
【図７】
2014041194.tif 000012
【図８】
2014041194.tif 000013
【図９】
2014041194.tif 000014