(57)【要約】【課題】複数のプラスチックレンズを用いながらも、温度補正が十分に施され、コンパクトかつ低コストで、良好なる結像性能を得ることのできる投射レンズを提供する。【解決手段】スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備える投射レンズにおいて、前記第２レンズ群は、開口絞りＳと、開口絞りＳから像面側に近接する非球面を有する所定の負の屈折力のプラスチックレンズ２ｂと、このプラスチックレンズ２ｂよりも強い負の屈折力を有する硝子材料からなる単レンズを、プラスチックレンズ２ｂの前或いは後に配置し、プラスチックレンズ２ｂの温度に起因する前記投射レンズのバックフォーカスの変動を前記第２レンズ群の正レンズの屈折率の負の温度係数により補正する。【選択図】図１
2006330241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備える投射レンズにおいて、
前記第２レンズ群は、
開口絞りと、
該開口絞りから像面側に近接する非球面を有する所定の負の屈折力のプラスチックレンズと、
前記プラスチックレンズよりも強い負の屈折力を有する硝子材料からなる単レンズを、当該プラスチックレンズの前或いは後に配置し、
前記プラスチックレンズの温度に起因する前記投射レンズのバックフォーカスの変動を前記第２レンズ群の正レンズの屈折率の負の温度係数により補正することを特徴とする投射レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸である２枚のメニスカス負レンズから構成されることを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群中に用いるプラスチックレンズは、前記開口近傍に配置されるとともに非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０-6
なる条件式を満足する硝子材料からなり、少なくとも２枚以上含むことを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項５】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、異常分散性を有し、少なくとも２枚以上含むことを特徴とする請求項４に記載の投射レンズ。
【請求項６】
スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備える投射レンズにおいて、
前記第２レンズ群は、
開口絞りと、
該開口絞りから像面側に近接する非球面を有する所定の負の屈折力のプラスチックレンズと、
前記プラスチックレンズよりも強い負の屈折力を有する硝子材料からなる単レンズを、当該プラスチックレンズの前或いは後に配置し、
全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐ、前記プラスチックレンズの前方或いは後方に位置する負の硝子単レンズの焦点距離をｆ２ｇとしたときに、
−２５０  ＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −２５
−１５  ＜ｆ２ｇ／ｆ＜    −４
なる条件を満足する投射レンズ。
【請求項７】
前記第２レンズ群中のプラスチックレンズの前方或いは後方に位置する負の硝子単レンズは、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄとして、
１．８５  ＜  ｎｄ
なる条件式を満足する像面側に凸面を向けたメニスカスレンズから構成されていることを特徴とする請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項８】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、以下の条件式を満足する硝子材料からなり、少なくとも２枚以上含むことを特徴とする請求項６に記載の投射レンズ；
０．０３＜Ｐｇ,F−（0.6482−0.0018νd）
ただし、
Ｐg,F＝（ｎｇ−ｎF）／（ｎF−ｎC）
νd＝（ｎｄ−１）／（ｎF−ｎC）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２７nm）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率である。
【請求項９】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０-6
なる条件式を満足する硝子材料からなり、少なくとも２枚以上含むことを特徴とする請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項１０】
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズから構成されていることを特徴とする請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項１１】
前記第１レンズ群中の少なくとも１枚は非球面を有するプラスチックレンズであり、当該プラスチックレンズは像面側に位置することを特徴とする請求項１０のいずれかに記載の投射レンズ。
【請求項１２】
前記第２レンズ群は、少なくとも２組以上の接合レンズを有しており、前記接合レンズの正レンズの焦点距離をｆ２ｅｐ、負レンズの焦点距離をｆ２ｇｎ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０
−９．５  ＜ｆ２ｇｎ／ｆ＜−２．５
なる条件を満足する請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項１３】
投射レンズを備えた背面投射型プロジェクション装置であって、前記投射レンズとして、請求項１又は請求項６に記載の投射レンズを用いることを特徴とする背面投射型プロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射レンズ及びそれを用いた背面投射型プロジェクション装置に関し、特に液晶パネル等の表示画像をスクリーン上に拡大投射するプロジェクション装置に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に光学像を形成し、その光学像に光を照射して、投射レンズを介して該光学像をスクリーン上に拡大投射する、いわゆる背面投射型プロジェクション装置が注目されている。カラー画像を得る方法として、３枚の液晶パネルをＲ、Ｇ、Ｂの各色光でそれぞれ照明しながら、ダイクロイックプリズムを使用して３枚の液晶パネル上の映像を合成する方法が知られている。投射レンズには、コストを低減させる為にレンズの材料として、プラスチックが良く用いられている。プラスチックは環境特性が硝子レンズに比べて悪いために、レンズ材料の温度特性を考慮して、各レンズの最適なパワー配置、最適な材料を設定する必要がある。一方、プロジェクション装置の小型化、高精細、大画面を得る為に、液晶パネルの画素ピッチは益々小型化が進んでおり、投射レンズとしても、少ない倍率色収差や低ひずみ等高い光学性能が求められている。
【０００３】
従来、投射用のレンズとして、スクリーン側から順に、第１、第２レンズが負レンズで非球面を有し、全体で負の焦点距離を有する第１レンズ群と、非球面を有し、全体で正の焦点距離を有する第２レンズ群からなるレトロフォーカス型の光学系が種々提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２に記載されているようなものがあった。
【特許文献１】特開２０００−３０５０１２号公報（４〜１８頁、第１図）
【特許文献２】特開２００３−１５６６８３号公報（５〜１４頁、第８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２０００−３０５０１２号公報では、前記第２レンズ群に異常分散性のあるレンズを用いて、小さい倍率色収差に抑えているが、非球面は硝子レンズに施されており、コスト上昇は免れない。一方、特開２００３−１５６６８３号公報では、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群にプラスチックを用いているが、該プラスチックのパワーが強く、温度補償が不十分である。
【０００５】
また、コンパクト且つ高性能なものを得るためには、非球面を活用することが必要不可欠になっている。非球面レンズは非球面を形成する手段の違いから、硝子のモールド工法による硝子非球面レンズ、硝子球面レンズの表面にプラスチックの非球面薄層を形成したハイブリッド型非球面レンズ、プラスチック材料の射出成型工法によるプラスチック非球面レンズがよく知られている。硝子非球面レンズは、高温でのモールド工法に用いる高価な金型の寿命が短くコストが硝子球面レンズの約３倍程度と高価であるという問題がある。
【０００６】
また、ハイブリッド型非球面レンズは、硝子球面レンズの製造コストに加えプラスチックの非球面薄層を形成するための金型と形成するためのコストが必要となり、硝子非球面レンズと同様に高価であるという問題がある。プラスチック非球面レンズは、これらに比べて非常に安価であるが、硝子レンズと比べて屈折率の温度係数が極端に大きく、例えば、温度変化による投射レンズのバックフォーカスが大きく変動してしまうという課題を有していた。即ち、プラスチックレンズの屈折率の温度係数は、硝子レンズに比べてはるかに大きい。例えば焦点距離３０ｍｍのレンズで温度が２０度Ｃから０度Ｃの変化では、硝子レンズ５μｍの変動に対してプラスチックレンズでは１００μｍと、硝子レンズの２０倍程度バックフォーカスが変動するという課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、レンズ構成を適切に設定することにより、プロジェクション用レンズとして特に厳しく要求される倍率の色収差が十分に補正され、プラスチックを用いても温度補正が適切になされ、画面全体にわたって、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを低価格で提供することを目的とする。
【０００８】
また、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを搭載した対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決するために、本発明の投射レンズは、スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備える投射レンズにおいて、前記第２レンズ群は、開口絞りと、該開口絞りから像面側に近接する非球面を有する所定の負の屈折力のプラスチックレンズと、前記プラスチックレンズよりも強い負の屈折力を有する硝子材料からなる単レンズを、当該プラスチックレンズの前或いは後に配置し、前記プラスチックレンズの温度に起因する前記投射レンズのバックフォーカスの変動を前記第２レンズ群の正レンズの屈折率の負の温度係数により補正することを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明は、スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備える投射レンズにおいて、前記第２レンズ群は、開口絞りと、該開口絞りから像面側に近接する非球面を有する所定の負の屈折力のプラスチックレンズと、前記プラスチックレンズよりも強い負の屈折力を有する硝子材料からなる単レンズを、当該プラスチックレンズの前或いは後に配置し、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐ、前記プラスチックレンズの前方或いは後方に位置する負の硝子単レンズの焦点距離をｆ２ｇとしたときに、
−２５０  ＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −２５
−１５  ＜ｆ２ｇ／ｆ＜    −４
なる条件を満足することを特徴としたものである。
【００１１】
また、本発明の背面投射型プロジェクション装置は、請求項１または請求項６に記載の投射レンズを用いることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の投射レンズによれば、第２レンズ群内の開口絞り近傍に、弱い負の屈折力の非球面を有するプラスチックレンズと、このプラスチックレンズの前方或いは後方に高屈折率で、プラスチックレンズよりも強い負の屈折力の硝子単レンズを配置することにより、色分解プリズムが挿入可能なバックフォーカスを充分に確保し、第２レンズ群の異常分散性の有する硝子レンズと組み合わせることにより、プラスチックレンズの屈折率の温度係数を、第２レンズ群の異常分散性を有する正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせてバックフォーカスの温度補正を行い、倍率色収差及びコマ収差の小さい高性能で低コストな投射レンズを実現する。
【００１３】
また、当該投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で高性能の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の投射レンズ及びこの投射レンズを用いた背面投射型プロジェクション装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１における投射レンズの構成図を示す。図１において、１は第１レンズ群であり、２は第２レンズ群であり、Ｓは開口絞りであり、ＥＧはダイクロイックプリズム等の等価硝子である。
第１レンズ群１は、１ａ、１ｂは共にメニスカスレンズで、負の屈折力を有し、スクリーン側に凸面を向けた構成とされている。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、メニスカスの負レンズ２ｂと２ｃ、負レンズ２ｄと正レンズ２ｅとを貼りあわせた接合レンズ、負レンズ２ｆと正レンズ２ｇとを貼りあわせた接合レンズ、１枚の正レンズ２ｈとによって構成されている。
【００１６】
そして、第１レンズ群の１ｂと、第２レンズ群の２ｂは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。また、第１レンズ群が２枚、第２レンズ群が８枚の計１０枚と、レンズ数の少ない構成で、温度補正が施され、倍率色収差やコマ収差が小さく、かつコンパクト化を図ることができるように構成されている。
【００１７】
一般的に、プラスチックレンズは、屈折率が低いため、曲率を大きくする（即ち、曲率半径を小さくする）ことに起因してコマ収差が大きくなったり、温度特性が悪いため、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなる。そのため、屈折力を増大させるのは適切ではない。
【００１８】
そこで本実施例の投射レンズでは、第２レンズ群中のプラスチックレンズ２ｂの焦点距離をｆ２ｐ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（１）を満足するように構成する。
【００１９】
−２５０  ＜ｆ２ｐ/ｆ＜  −２５・・・（１）
条件式（１）式は、第２レンズ群内のプラスチックレンズ２ｂの屈折力に関するものである。プラスチックレンズ２ｂの屈折力を弱く設定し、近接して負の屈折力の強い硝子レンズ２ｃを配置することによりコマ収差や温度特性の悪化を防ぐものである。
温度変化による像面変動の補正方法としては、温度センサーに連動したフォーカス調整機構を設けて、自動調整を行なうか、或いは、正と負の屈折力でプラスチックレンズを構成し、設計的に光学系で補正する手段等が知られている。前者の場合は装置が大掛かりなものとなり、また、多大な費用を要するので好ましくない。ここではプラスチックレンズ２ｂの屈折率の負の温度係数を、第２レンズ群内の異常分散性を有する正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせて相殺することにより行う。
条件式（１）式の範囲を超えると、相殺可能な範囲外となる。焦点深度を超えて温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなり、解像力が不十分となり好ましくない。
【００２０】
また、このプラスチックレンズ２ｂは、開口絞りＳの近くに位置しており、軸上収差に感度がある。即ち、Ｆ値を決定する軸上で最も高い位置を通過するＦナンバー光線は、プラスチックレンズ２ｂにおいては、光軸から高い位置を通過し、軸上収差に感度があるので、このプラスチックレンズ２ｂに非球面を施すことにより、主として、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。
プラスチックレンズ２ｂを開口絞りＳの近傍に配置し、非球面を施すことにより、光軸からの入射高差に起因する球面収差、また、軸外からの入射高差に起因するコマ収差を良好に補正するものである。
【００２１】
また、本実施例１では、第２レンズ群２を構成しているプラスチックレンズ２ｂの直後に位置する負の硝子単レンズ２ｃの焦点距離をｆ２ｇ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（２）を満足することが必要である。
【００２２】
−１５  ＜ｆ２ｇ/ｆ＜  −４  ・・・（２）
条件式（２）式は第２レンズ群内の硝子レンズ２ｃの屈折力に関するものである。温度特性を考慮して、プラスチックレンズ２ｂに屈折力が与えられない分、硝子レンズ２ｃにプラスチックレンズ２ｂよりも強い負の屈折力を与えることにより、バックフォーカスを確保し、小型・高性能を実現させる。即ち、バックフォーカスを確保して、後述する背面投射型プロジェクション装置におけるプリズム収納のための所定の空間を形成することができる。
【００２３】
条件式（２）式の下限を超えて負の屈折力が弱く成り過ぎる（ｆ２ｇの焦点距離が長くなる）と、所定のバックフォーカスが確保できない。仮にバックフォーカスを確保しようとすると、同じ第２レンズ群内の異常分散性を有する正の屈折力（２ｅ、２ｇ）を弱くするか、或いは負レンズ（２ｄ、２ｆ）の屈折力を強くする必要がある。しかし、正の屈折力を弱めると異常分散の作用が弱まることにより色収差が悪化する。また、負の屈折力を強めると曲率半径が小さくなりすぎて（即ち、曲率が大きくなり過ぎて）、コマ収差が悪化する。従って、条件式（２）式の下限を超えるのはバックフォーカスの確保及び色収差の観点から好ましくない。
【００２４】
一方、条件式（２）式の上限を超えて負の屈折力が強くなり過ぎると、バックフォーカスが長くなりすぎる。バックフォーカスを確保しようとすると、同じ第２レンズ群内の正の屈折力を強くするか、負の屈折力を弱める必要がある。正の屈折力を強くすると、曲率が大きくなり、コマ収差が悪化する。また、負の屈折力を弱めると、色収差の補正が困難となる。即ち、条件式（２）によって色収差やコマ収差を良好に補正し、バックフォーカスを確保しながら小型化を実現させる。
【００２５】
図１では、プラスチックレンズ２ｂの直後に負の屈折力の硝子レンズ２ｃを配置する構成を示しているが、プラスチックレンズ２ｂの直前に配置する構成でも同様である。
また、本実施例１では、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄとすると、条件式（３）を満足している。
【００２６】
１．８５＜ｎｄ・・・（３）
条件式（３）式は、第２レンズ群内の硝子レンズ２ｃの屈折率に関するものであり、このレンズ形状は像面側に凸面を向けたメニスカスレンズから構成されていることを特徴とする。条件式（２）の範囲内の屈折力をメニスカス形状で得ようとした場合、屈折率が（３）式の範囲外の低屈折率ではレンズを構成する曲率が大きくなり（即ち、曲率半径が小さくなり）、コマ収差悪化の要因となる。また、像面側に凸のメニスカス形状とすることにより、軸外入射光線に対して、入射球面への入射角を小さくとることができ、コマ収差や像面湾曲を良好に補正することができる。
【００２７】
即ち、入射光線の上線、下線などの入射高の差による屈折面との入射角の偏移を小さく抑えることができるので、入射角の差による入射光線の曲げられる度合の差が小さくなり、コマ収差や像面湾曲を小さく抑えることができる。また、本実施例１では、Ｐg,F＝（ｎｇ−ｎF）/（ｎF−ｎC）、νd＝（ｎｄ−１）/（ｎF−ｎC）において、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率をｎｇ、F線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率をｎF、C線（波長６５６．２７nm）に対する屈折率をｎC、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率をｎｄとすると、条件式（４）を満足している。
【００２８】
０．０３＜Ｐg,F−（0.6482−0.0018νd）・・・（４）
条件式（４）式は、第２レンズ群２を構成している正レンズの異常分散性に関するものである。レトロフォーカス型の第２レンズ群２は、軸上光線高が高くなり軸上色収差に大きな影響を及ぼす。さらにテレセントリック性を持たせるために第２レンズ群２の主光線高は最大像高と同じ高さが必要となり、倍率色収差にも大きく影響を及ぼす。リアプロジェクション装置においては、投射画像の原色画素の投射倍率差を小さくして、スクリーン上で色滲みが発生しないよう、投射レンズの倍率色収差を画素ピッチの半分以下に抑えることが肝要である。
【００２９】
条件式（４）式の範囲をはずれて、異常分散の効果が少なくなると、倍率及び軸上の色収差が悪化する。第２レンズ群２の正レンズに、異常分散性を有する硝子材料を少なくとも２枚以上（２ｅ、２ｇ）配置することにより色収差の２次スペクトルを低減させることができ、小さい倍率色収差及び軸上色収差を実現することができる。
【００３０】
実施例１では、異常分散性を有する硝子材料が正レンズ２枚の場合を示すものである。
後述の実施例２では、異常分散性を有する硝子材料が正レンズ３枚の場合を説明している。実施例３では、異常分散性を有する硝子材料が２枚の場合を説明している。
【００３１】
また、本実施例１では、屈折率の温度係数をΔｎ/ΔＴとすると、条件式（５）を満足することが必要である。
【００３２】
Δｎ/ΔＴ＜  −５×１０-6  ・・・（５）
（５）式は、第２レンズ群２を構成している正レンズの屈折率の温度係数に関するものである。第２レンズ群２の正レンズに、負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズを少なくとも２枚以上配置することが望ましい。
【００３３】
条件式（５）は温度変化によるバックフォーカスの変動を補正するためのものであり、条件式（１）と関連している。本投射光学系においては、固定焦点でフォーカス機構が無いために温度変化によるバックフォーカス変動が大きくなりすぎると、投射光学系の解像力が不十分となり好ましくない。焦点深度内にバックフォーカスの変動を抑えることが必要となる。
【００３４】
特に、温度変化による第２レンズ群２内のプラスチックレンズ（２ｂ）で発生するバックフォーカスの変動は大きい。このために条件式（１）のように、プラスチックレンズ２ｂの屈折力を弱く設定する必要がある。プラスチックレンズ２ｂは負の焦点距離で負の屈折率の温度係数を有している。一方、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ２ｂと同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズ（２ｅ、２ｇ）を２枚配置する。そうすることにより、温度変化によるプラスチックレンズ２ｂで発生するバックフォーカスの変動とは反対方向の変動量を発生させることにより打ち消すことができる。更に、厳密には第１レンズ群、第２レンズ群を保持する鏡筒の伸縮によるバックフォーカスの変動も考慮した補正が必要となってくる。
【００３５】
例えば，温度が２０度Ｃから０度Ｃに変化した場合、一般的なプラスチックレンズの屈折率の温度係数は、−１００×１０-6  程度であり、屈折率は上昇し、プラスチックレンズ１ｂおよびプラスチックレンズ２ｂによってバックフォーカスはそれぞれ１２μｍ、３μｍ伸びる。一方、第２レンズ群の正レンズ（２ｆ、２ｇ）も屈折率が上昇し、バックフォーカスは両者で１２μｍ縮む。合計３μｍ程度とほぼ変動は無くなる。これに鏡筒の縮小によるバックフォーカスの伸び１０μｍが加わって合計１３μｍ程度の変動となるが、焦点深度以内に抑えることができる。
【００３６】
後述の実施例２では、条件式（５）の範囲内の正レンズを３枚用いており、更に変動量は小さく抑えることができる。条件式の範囲外では、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなるため不適当である。
【００３７】
実施例１において、Ｆ値は２．３４であり、液晶パネルの１セルの画素ピッチを、１０μｍとすると、焦点深度は約±２５ミクロン程度となり、温度変化による焦点距離の変動量（１３ミクロン）が焦点深度（５０ミクロン）の約１／４となり実用的である。
【００３８】
即ち、第１レンズ群及び第２レンズ群内の負のプラスチックレンズの負の屈折率の温度係数によるバックフォーカスの変動に加えて鏡筒の伸縮による変動を、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ１ｂ、２ｂと同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズを配置して、反対方向の変動量を発生させることによりバックフォーカスの温度補正を行うものである。
【００３９】
また、本実施例１では、第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズから構成されていることを特徴とする。メニスカス形状とすることにより、軸外入射光線に対して、入射球面への入射角を小さくとることができ、最大画角４５°と高画角であるにもかかわらず、プラスチックレンズの非球面化により、歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができ、使用レンズの少ない構成枚数で高性能を実現することができる。
【００４０】
また、本実施例１では、第１レンズ群１に用いられるプラスチックレンズ１ｂは、開口絞り側に位置するほうが望ましい。第１レンズ群１では、スクリーン側のほうが軸外光線が高くなり、レンズ外径が大きくなる。プラスチックレンズは外径が大きくなるほど成型が困難となり、表面精度が低下する。
【００４１】
特に第１レンズ群１のレンズ外径がΦ５０ｍｍを超えるような大外径レンズにおいては、顕著にあらわれてくる。そこで、プラスチックレンズ１ｂを開口絞り側に配置することにより、レンズ外径が大きくなるのを抑え、プラスチックレンズ１ｂの成型性を向上させる。
【００４２】
また、本実施例１では、第２レンズ群は、少なくとも２組以上の接合レンズを有することが望ましい。接合レンズにより色補正を行ない、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群２に用いられる接合レンズの正レンズ（２ｅ、２ｇ）のそれぞれの焦点距離をｆ２ｅｐ、接合レンズの負レンズ（２ｄ、２ｆ）のそれぞれの焦点距離をｆ２ｇｎとすると、条件式（６）及び（７）を満足することが必要である。
【００４３】
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０・・・（６）
−９．５  ＜ｆ２ｇｎ／ｆ＜−２．５・・・（７）
即ち、正レンズ２ｅ、２ｇが、条件式（６）式を、負レンズ２ｄ、２ｆが条件式（７）式を満足する必要がある。
【００４４】
条件式（６）式は、第２レンズ群２に用いられる接合レンズの正レンズの屈折力に関する条件式である。下限値を下回って屈折力が強くなると（即ち、焦点距離が短くなると）、曲率が大きくなり、コマ収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が弱くなれば（即ち、焦点距離が長くなると）、異常分散作用が小さくなり、２次スペクトルが大きくなるために倍率色収差及び軸上色収差が悪化する。
【００４５】
条件式（７）は、第２レンズ群２に用いられる接合レンズの負レンズ（２ｄ、２ｆ）の屈折力に関する条件式である。この負レンズは正レンズ（２ｅ、２ｇ）と接着され、ダブレットとして存在し、主に色収差の補正を行っている。下限値を下回って屈折力が弱くなると、異常分散性を有する正レンズの屈折力を弱くせざるを得なくなり、２次スペクトルが大きくなって、倍率および軸上色収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が強くなれば、曲率が強くなり、コマ収差が悪化する。
【００４６】
以上のように、本実施例１においてはプラスチックレンズや異常分散硝子を効果的に用い、屈折力を適切に設定することにより、温度補正が施され、収差が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズが実現できる。
【００４７】
本発明の実施例１についての数値実施例を（表１）に示す。表中ｒ１、ｒ２、…、ｒ２１はスクリーン側から順に数えたレンズ各面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各レンズの肉厚及び空気間隔、ｎ１，ｎ２，…は各レンズのｄ線における屈折率、ν１、ν２、…はｄ線を基準にするアッベ数である。また、全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、そして画角を２ωとして示している。表１中の＊印を付した面は非球面で構成された面であることを示し、非球面形状は次の式で表される。
【００４８】
ｘ=（ｈ2/ｒ）/（1+（1-（K+1）ｈ2/ｒ2）1/2）+Aｈ4+Bｈ6+Cｈ8+Dｈ10
但し、ｘは光軸からの高さがｈの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、ｒを基準球面の曲率半径とし、非球面係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは表１に示されるとおりである。
【００４９】
【表１】
2006330241.tif 000003
図２に実施例１の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）、コマ収差（ｍｍ）を示す。図２の球面収差、倍率色収差及びコマ収差において、実線はｅ線であり、曲線ｇはｇ線を表し、曲線ＣはＣ線を表す。また非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。この収差図からわかるように収差の小さい良好な光学性能を実現することができる。また、表１のｒ２０、ｒ２１は図１のＥＧで表されるダイクロイックプリズム等の等価硝子の面を示す。
【００５０】
なおこの実施例１の有効像円はΦ１８ｍｍとなっている。即ち、矩形の液晶パネルを使用した場合は、対角線の長さ１８ｍｍを直径とする像円をいう。レンズ系全体のF値は２．３７、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ２ｐ/ｆの値は−１３４．５、ｆ２ｇ/ｆの値は−６．７、ｎｄは１．９０４、Ｐg,F−（0.6482−0.0018νd）の値は０．０３７４、Δｎ/Δｔの値は−６×１０-6〜−５×１０-6、ｆ２ｅｐ/ｆの値は、３．３、４．０、ｆ２ｇｎ/ｆの値は−４．７と−３．７となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）をそれぞれ満たしている。
【００５１】
本実施例１の投射レンズは、第１レンズ群中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群中のプラスチックレンズ２ｂを同一のプラスチック材料とすることができるので、プラスチックレンズの製造において、例えば、一台の射出成形機で行う場合、材料の入れ替えによるロスを無くすことができる。また、プラスチックレンズに反射防止コーティングを施す場合、そのコーティングの構成を共通にすることができるため、例えば、同じ真空蒸着機を用いて同時にコーティングを行うことができる。このように、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が可能になる。
【実施例２】
【００５２】
図３は、本発明の実施例２の投射レンズの構成図を示す。図３において、第１レンズ群１及び第２レンズ群２は、図１に示す実施例１の構成と同様である。実施例１と異なるのは異常分散硝子（２ｅ、２ｇ、２ｈ）を３枚で構成している点である。そして、第１レンズ群の１ｂと、第２レンズ群の２ｂは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。
【００５３】
レンズ系全体のF値は２．３４、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ２ｐ/ｆの値は−１９９．５、ｆ２ｇ/ｆの値は−５．１、ｎｄの値は１．９２３、Ｐg,F−（0.6482−0.0018νd）の値は０．０３７４、Δｎ/Δｔの値は−６×１０-6〜−５×１０-6、ｆ２ｅｐ/ｆの値は３．９と３．６、ｆ２ｇｎ/ｆの値は−８．９と−３．２となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）をそれぞれ満たしている。
【００５４】
本発明の実施例２についての数値実施例を（表２）に示す。（表２）の各記号等の示す意味は（表１）と同様である。
【００５５】
【表２】
2006330241.tif 000004
図４にこの実施例２の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）、コマ収差（ｍｍ）を示す。図４の球面収差、倍率色収差及びコマ収差において、実線はｅ線であり、曲線ｇはｇ線を表し、曲線ＣはＣ線を表す。また非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。倍率の色収差に関しては、開口絞りSの中心を通過する軸外光線において、実施例１と比べると異常分散硝子が１枚多いためにｅ線（546nm）を基準にして、ｇ線（436nm）からＣ線（656nm）の範囲において、異常分散による作用が大きくなることによって、色収差が小さくなり、実施例２の方が、実施例１に対して１割程度小さく抑えることができる。その他の収差については、この収差図からわかるように、本実施例２の投射レンズは、実施例１と同様に収差の小さい良好な光学性能が実現できる。
【実施例３】
【００５６】
図５は、本発明の実施例３の投射レンズの構成図を示す。図５において、第１レンズ群１は、図１に示す実施例１の構成と同様である。実施例１と異なるのは、第２レンズ群内絞りS後方で、硝子レンズ２ｃの後方にプラスチックレンズ２ｂを配した点である。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、メニスカスの負レンズ２ｂと２ｃ、負レンズ２ｄと正レンズ２ｅとを貼りあわせた接合レンズ、負レンズ２ｆと正レンズ２ｇとを貼りあわせた接合レンズ、１枚の正レンズ２ｈとによって構成されている。そして、第１レンズ群の１ｂと、第２レンズ群の２ｂは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。
【００５７】
レンズ系全体のF値は２．３４、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ２ｐ/ｆの値は−５７．９、ｆ２ｇ/ｆの値は−１１．７、ｎｄの値は１．９０４、Ｐg,F−（0.6482−0.0018νd）の値は０．０３７４、Δｎ/Δｔの値は−６×１０-6〜−５×１０-6、ｆ２ｅｐ/ｆの値は３．４と４．７、ｆ２ｇｎ/ｆの値は−４．２と−４．５となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）をそれぞれ満たしている。
【００５８】
本発明の実施例３についての数値実施例を（表３）に示す。（表３）の各記号等の示す意味は（表１）と同様である。
【００５９】
【表３】
2006330241.tif 000005
図６にこの実施例３の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）、コマ収差（ｍｍ）を示す。図６の球面収差、倍率色収差及びコマ収差において、実線はｅ線であり、曲線ｇはｇ線を表し、曲線ＣはＣ線を表す。また非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。この収差図からわかるように、本実施例３の投射レンズは、実施例１、２と同様に収差の小さい良好な光学性能が実現できる。
【００６０】
また、実施例１と同様に、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズ２ｂを同一のプラスチック材料とすることにより、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が実現できる。
【００６１】
以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、請求の範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈するべきである。
【００６２】
例えば、実施例ではプラスチックレンズの材料を環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯＮＥＸ  ４８０Ｒ』、で説明したが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（例えば三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット』、住友化学工業株式会社で製造される『スミペックス』）およびその他の環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯ1ＮＥＸ  ３３０Ｒ』、ＪＳＲ株式会社で製造される『ＡＲＴＯＮ』、三井化学株式会社で製造される『アペル』）、スチレン系樹脂（例えば新日鉄化学株式会社で製造される『エスチレンＭＳ−６００』や『エスチレンＭＳ−８００』）、低吸湿アクリル（例えば日立化成工業株式会社の製造する『ＯＰＴＯＲＥＺ』、三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット  ＷＦ１００』）等を使用しても良い。もちろん、第１レンズ群中のプラスチックレンズ、第２レンズ群中のプラスチックレンズに異なる樹脂材料を選択しても良いし、同じ樹脂材料を選択しても良い。
【実施例４】
【００６３】
図７は本発明の第４の実施の形態における背面投射型プロジェクション装置の構成を示す。図７において、背面投射型プロジェクション装置は、実施の形態１、２及び３のいずれかの投射レンズを用いたプロジェクター３１、光を折り曲げるミラー３２、透過型スクリーン３３、筐体３４を備えている。
【００６４】
即ち、プロジェクタ３１は、少なくとも、光源（図示せず）と実施例１、２または、実施例３のいずれかに記載の投射レンズとを用いた映像出力手段である。そして、プロジェクター３１から投射される映像はミラー３２によって反射され、透過型スクリーン３３に結像される。
【００６５】
図８に実施例１，２及び３の投射レンズの構成図である図１、３及び図５で示したEG(ダイクロイックプリズム)周りの構成を示す。光源４１を出射した光は、色分解光学系で赤,緑,青の原色光に分解される。ダイクロイックミラー４２に入射した光は赤が反射し、緑と青は透過する。透過（緑、青）した光はダイクロイックミラー４３で緑が反射し、青が透過する。こうして分解された３原色光は、それぞれフィールドレンズ４９、５０、５１を透過したあと、液晶パネル５２、５３、５４に入射する。液晶パネルからの出射光はEG（ダイクロイックプリズム）に入射する。３原色光はEG（ダイクロイックプリズム）により１つの光に合成された後、投射レンズ５５によってスクリーン上に投影される。液晶パネルの近傍には光の偏向方向をそろえる偏向変換素子（図示せず）が配置される。
【００６６】
本発明の投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる投射レンズは、第２レンズ群内プラスチックレンズを硝子の負単レンズと組合せ、それぞれのパワーを最適に設定し、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ正レンズを効果的に配置することにより、１０枚という少ないレンズ構成で諸収差及び温度特性が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズとして有用であり、当該投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１における投射レンズの構成図
【図２】本発明の実施例１における投射レンズの収差性能を示す図
【図３】本発明の実施例２における投射レンズの構成図
【図４】本発明の実施例２における投射レンズの収差性能を示す図
【図５】本発明の実施例３における投射レンズの構成図
【図６】本発明の実施例３における投射レンズの収差性能を示す図
【図７】本発明の実施例４における背面投射型プロジェクション装置の全体の概略構成図
【図８】本発明の実施例４における背面投射型プロジェクション装置のプロジェクタ部の概略構成図
【符号の説明】
【００６９】
１  第１レンズ群
１ｂ  第１レンズ群のプラスチックレンズ
２  第２レンズ群
２ｂ  第２レンズ群のプラスチックレンズ
Ｓ  開口絞り
ＥＧ  ダイクロイックプリズム等の等価硝子
３１  プロジェクター
３２  ミラー
３３  透過型スクリーン
３４  筐体
４１  光源
４２、４３  ダイクロイックミラー
４４、４５、４６  ミラー
４７、４８  リレーレンズ
４９、５０、５１  フィールドレンズ
５２、５３、５４  液晶パネル
５５  投射レンズ
【図１】
2006330241.tif 000006
【図２】
2006330241.tif 000007
【図３】
2006330241.tif 000008
【図４】
2006330241.tif 000009
【図５】
2006330241.tif 000010
【図６】
2006330241.tif 000011
【図７】
2006330241.tif 000012
【図８】
2006330241.tif 000013