(57)【要約】【課題】  画像の性能を満足しながら、小型であり、明るく、レンズ枚数を５枚程度に少なくして低コストとした小型プロジェクタ用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、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第１レンズと、正の屈折力を有し像面側に凸面を向けた１枚の第２レンズと、正の屈折力を有しスクリーン側に凸面を向けた１枚の第３レンズとを有する。第２、第３レンズは、一方がプラスチックからなり、他方がガラスからなる。更に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第４レンズと、正の屈折力を有する１枚の第５レンズを有する。像面側に向かって略テレセントリックに形成されていて、プラスチックの第１レンズ、プラスチック又はガラスの第２、第３レンズ、およびプラスチックの第４レンズのうち、プラスチックレンズの少なくとも１面が非球面で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する小型プロジェクタ用投射レンズにおいて、スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第１レンズと、正の屈折力を有し像面側に凸面を向けた１枚の第２レンズと、正の屈折力を有しスクリーン側に凸面を向けた１枚の第３レンズとを有し、第２、第３レンズは、一方がプラスチックからなり、他方がガラスからなり、更に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第４レンズと、正の屈折力を有する１枚の第５レンズを有し、像面側に向かって略テレセントリックに形成されていて、プラスチックの第１レンズ、プラスチック又はガラスの第２、第３レンズ、およびプラスチックの第４レンズのうち、プラスチックレンズの少なくとも１面が非球面で形成されていることを特徴とする小型プロジェクタ用投射レンズ。
【請求項２】
第１レンズの焦点距離をｆ１とし、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を特徴とする請求項１に記載の小型プロジェクタ用投射レンズ。
【請求項３】
第４レンズが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の小型プロジェクタ用投射レンズ：
νｄ < ２４
但し、νｄはアッベ数。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子やＤＭＤなどに表示された像をスクリーンに拡大投映するために好適な小型プロジェクタ用投射レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタの表示素子として透過型の液晶パネルが多く用いられてきた。近年、小型プロジェクタには、透過型の液晶パネルに代わり、反射型の液晶（LCoS）パネルや、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子が多く用いられている。例えば、特許文献１に示すような三板式のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）プロジェクタ用に像側に略テレセントリックかつバックフォーカスを長くとった光学系が知られている。またプロジェクタの光源も水銀ランプからＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源へと代わってきている。小型プロジェクタにおいては、画像の性能を満足しながら、小型であり、明るく、レンズ枚数が少なく低コストであることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような投射レンズでは、三板式のＬＣＤプロジェクタ用に像側に略テレセントリックかつバックフォーカスを長くとっているため、投射レンズ系が大きくなり、小型プロジェクタ用の投射レンズには不向きである。
【０００５】
そこで本発明は、画像の性能を満足しながら、小型であり、明るく、レンズ枚数を５枚程度に少なくして低コストとした小型プロジェクタ用投射レンズ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する小型プロジェクタ用投射レンズにおいて、スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第１レンズと、正の屈折力を有し像面側に凸面を向けた１枚の第２レンズと、正の屈折力を有しスクリーン側に凸面を向けた１枚の第３レンズとを有し、第２、第３レンズは、一方がプラスチックからなり、他方がガラスからなり、更に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第４レンズと、正の屈折力を有する１枚の第５レンズを有し、像面側に向かって略テレセントリックに形成されていて、プラスチックの第１レンズ、プラスチック又はガラスの第２、第３レンズ、およびプラスチックの第４レンズのうち、プラスチックレンズの少なくとも１面が非球面で形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、前記小型プロジェクタ用投射レンズにおいて、第１レンズの焦点距離をｆ１とし、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、前記小型プロジェクタ用投射レンズにおいて、第４レンズが以下の条件を満たすことを特徴とする：
νｄ < ２４  
但し、νｄはアッベ数。
【発明の効果】
【０００９】
以上により、本発明の投射レンズは、明るく、高精細な画像を有しながらレンズ枚数が少なく低コストである小型プロジェクタに用いことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における投射レンズの光学系を示す。
【図２】実施例１の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【図３】実施例１の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【図４】本発明の実施例２における投射レンズの光学系を示す。
【図５】実施例２の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【図６】実施例２の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【図７】本発明の実施例３における投射レンズの光学系を示す。
【図８】実施例３の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【図９】実施例３の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【図１０】本発明の実施例４における投射レンズの光学系を示す。
【図１１】実施例４の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【図１２】実施例４の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る小型プロジェクタ用投射レンズは、スクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第１レンズと、正の屈折力を有し像面側に凸面を向けた１枚の第２レンズと、正の屈折力を有しスクリーン側に凸面を向けた１枚の第３レンズとを有し、第２、第３レンズは、一方がプラスチックからなり、他方がガラスからなり、更に負の屈折力を有していてプラスチックからなる１枚の第４レンズと、正の屈折力を有する１枚の第５レンズを有し、像面側に向かって略テレセントリックに形成され、プラスチックの第１レンズ、プラスチック又はガラスの第２、第３レンズ、およびプラスチックの第４レンズのうち、プラスチックレンズの少なくとも１面が非球面で形成されている。
【００１２】
第１、第２、第３、第４レンズのうちプラスチックレンズの少なくとも１面が非球面であり、例えば、第１レンズのスクリーン（拡大）側である第１面か、あるいは第１レンズの画像形成素子（縮小）側である第２面のいずれか１面が非球面である。
【００１３】
第１レンズにより光線を拾い集め、第２レンズによって光線の収束を図り、第３、第４レンズで色収差の低減を図り、第５レンズで光線の収束を図る。
【００１４】
第４、第５レンズの間は、LCoSパネル用の折返しＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）ミラーまたは、ＤＭＤ素子用の照明系折り曲げミラーが配置できるよう十分な空間を確保している。
【００１５】
第１レンズの非球面は、広角で入ってくる光線のコマ収差、歪曲収差を低減するのに有効である。第２または第３レンズの非球面は、広がった光線の球面収差を低減するのに有効である。第４レンズの非球面は、第１レンズで補正しきれない逆側光線のコマ収差を低減し歪曲収差を低減するのに有効である。
【００１６】
第１レンズの焦点距離をｆ１とし、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
であるのが好ましい。
【００１７】
｜ｆ２／ｆ１｜の値が上限（２．１５）以上であると、第１レンズのパワーが大きくなりすぎ、明るい投射レンズを設計するときにコマ収差の発生が大きくなり、また歪曲収差も大きくなってしまう。
【００１８】
｜ｆ２／ｆ１｜の値が下限（１．４５）以下であるときは、ｆ１のパワーが小さくｆ２のパワーが大きくなるため、第４レンズと第５レンズの空間を広く確保することが困難になり、必要な大きさの空間を確保するためには全体が大きくなりコンパクトな構成が困難になってしまう。
【００１９】
第４レンズが以下の条件を満たすことが好ましい：
νｄ < ２４
但し、νｄはアッベ数。
【００２０】
負の屈折力の第４レンズは、正の屈折力の第３レンズとの組み合わせにより色収差を補正している。もし第４レンズのアッベ数νｄが２４以上である場合は、第３レンズのアッベ数に近づくことになり、色収差の補正が困難になり全体の性能を低下させてしまう。そこで、第4レンズのアッベ数νｄを２４よりも小さい値に抑えている。
【００２１】
以上の条件を満足することにより、Ｆ２．４程と明るい投影レンズでも、レンズ枚数が少なくコンパクトでありながら、良好な性能を確保できる小型プロジェクタ用投射レンズを得ることが出来る。
【実施例１】
【００２２】
図１に本発明の実施例１における投射レンズの光学系が示されている。実施例１の小型プロジェクタ用投射レンズ１０は、図示しないスクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第１レンズＬ１１と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラス（nd=1.7725,υd=49.6）からなる１枚の第２レンズＬ１２と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第３レンズＬ１３と、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第４レンズＬ１４と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第５レンズＬ１５からなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成されている。なお、第５レンズＬ１５の材料は上記に限定されず、ガラスレンズでもよい。第１レンズＬ１１、第３レンズＬ１３および第４レンズＬ１４の少なくとも１面（例えば、第１レンズのＲ２面）が非球面で形成されており、その具体的なレンズデータが表１〜２に示されている。非球面係数の式は、下記に示すとおりである。
【表１】
2011085744.tif 000003
【表２】
2011085744.tif 000004
【数１】
2011085744.tif 000005
【００２３】
図２は、実施例１の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。図３は、実施例１の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【００２４】
また、実施例１のレンズデータの、第１レンズＬ１１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズＬ１２の焦点距離をｆ２としたとき、ｆ１＝−１０．６２、ｆ２＝１７．９８であり、比の絶対値を求めると、｜ｆ２／ｆ１｜＝１．６９となる。すなわち、第１レンズＬ１１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズL１２の焦点距離をｆ２としたとき
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を満たすことがわかる。
【００２５】
また、表１のレンズデータには、第４レンズＬ１４のアッベ数νｄ、レンズ厚さｄが示されており、νｄ≒２３．０、すなわち、νｄ < ２４の条件を満たす。
【実施例２】
【００２６】
図４に本発明の実施例２における投射レンズの光学系が示されている。実施例２の小型プロジェクタ用投射レンズ２０は、図示しないスクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第１レンズＬ２１と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラス（nd=1.7725,υd=49.6）からなる１枚の第２レンズＬ２２と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第３レンズL２３と、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第４レンズＬ２４と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第５レンズＬ２５からなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成されている。なお、第５レンズＬ２５の材料は上記に限定されず、ガラスレンズでもよい。第１レンズＬ２１、第３レンズＬ２３および第４レンズＬ２４の少なくとも１面（例えば、第４レンズのＲ２面）が非球面で形成されており、その具体的なレンズデータが表３〜４に示されている。非球面係数の式は、下記に示すとおりである。
【表３】
2011085744.tif 000006
【表４】
2011085744.tif 000007
【数２】
2011085744.tif 000008
【００２７】
図５は、実施例２の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。図６は、実施例２の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【００２８】
また、実施例２のレンズデータの、第１レンズＬ２１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズＬ２２の焦点距離をｆ２としたとき、ｆ１＝−１０．６６、ｆ２＝１８．１９であり、比の絶対値を求めると、｜ｆ２／ｆ１｜＝１．７１となる。すなわち、第１レンズＬ２１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズL２２の焦点距離をｆ２としたとき
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を満たすことがわかる。
【００２９】
また、表３のレンズデータには、第４レンズＬ２４のアッベ数νｄ、レンズ厚さｄが示されており、νｄ≒２１．０、すなわち、νｄ < ２４の条件を満たす。
【実施例３】
【００３０】
図７に本発明の実施例３における投射レンズの光学系が示されている。実施例３の小型プロジェクタ用投射レンズ３０は、図示しないスクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第１レンズＬ３１と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラス（nd=1.7725,υd=49.6）からなる１枚の第２レンズＬ３２と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第３レンズ３３と、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第４レンズＬ３４と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラスからなる１枚の第５レンズＬ３５からなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成されている。なお、第５レンズＬ３５の材料は上記に限定されず、ガラスレンズでもよい。第１レンズＬ３１、第３レンズＬ３３および第４レンズＬ３４の少なくとも１面（例えば、第３レンズのＲ１面）が非球面で形成されており、その具体的なレンズデータが表５〜６に示されている。非球面係数の式は、下記に示すとおりである。
【表５】
2011085744.tif 000009
【表６】
2011085744.tif 000010
【数３】
2011085744.tif 000011
【００３１】
図８は、実施例３の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。図９は、実施例３の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【００３２】
また、実施例３のレンズデータの、第１レンズＬ３１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズＬ３２の焦点距離をｆ２としたとき、ｆ１＝−１１．８０、ｆ２＝２２．６１であり、比の絶対値を求めると、｜ｆ２／ｆ１｜＝１．９２となる。すなわち、第１レンズＬ３１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズのL３２の焦点距離をｆ２としたとき
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を満たすことがわかる。
【００３３】
また、表５のレンズデータには、第４レンズＬ３４のアッベ数νｄ、レンズ厚さｄが示されており、νｄ≒２１．０、すなわち、νｄ < ２４の条件を満たす。
【実施例４】
【００３４】
図１０に本発明の実施例４における投射レンズの光学系が示されている。実施例４の小型プロジェクタ用投射レンズ４０は、図示しないスクリーン側から像面側に向かって順に、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第１レンズＬ４１と、正の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第２レンズＬ４２と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラス（nd=1.589,υd=61.2）からなる１枚の第３レンズＬ４３と、負の屈折力を有していて材料がプラスチックからなる１枚の第４レンズＬ４４と、正の屈折力を有していて材料が光学ガラスからなる１枚の第５レンズＬ４５からなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成されている。なお、第５レンズＬ４５の材料は上記に限定されず、ガラスレンズでもよい。第１レンズＬ４１、第２レンズＬ４２および第４レンズＬ４４の少なくとも１面（例えば、第２レンズのＲ２面）が非球面で形成されており、その具体的なレンズデータが表７〜８に示されている。非球面係数の式は、下記に示すとおりである。
【表７】
2011085744.tif 000012
【表８】
2011085744.tif 000013
【数４】
2011085744.tif 000014
【００３５】
図１１は、実施例４の投射レンズの球面収差の縦収差、非点収差、歪曲収差を示す。図１２は、実施例４の投射レンズの球面収差の横収差を示す。
【００３６】
また、実施例４のレンズデータの、第１レンズＬ４１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズＬ４２の焦点距離をｆ２としたとき、ｆ１＝−１０．１６、ｆ２＝１７．１０７であり、比の絶対値を求めると、｜ｆ２／ｆ１｜＝１．６８４となる。すなわち、第１レンズＬ４１の焦点距離をｆ１とし、第２レンズL４２の焦点距離をｆ２としたとき
１．４５＜｜ｆ２／ｆ１｜＜２．１５
を満たすことがわかる。
【００３７】
また、表７のレンズデータには、第４レンズＬ４４のアッベ数νｄ、レンズ厚さｄが示されており、νｄ≒２１．０、すなわち、νｄ < ２４の条件を満たす。
【００３８】
以上から、本発明の小型プロジェクタにおいては、画像の性能を満足しながら、小型であるが、明るくレンズ枚数を５枚程度に少なくして、低コストである小型プロジェクタ用投射レンズを実現することができる。
【００３９】
なお、各レンズデータにおいて、Rは曲率半径（ｍｍ）、ｄはレンズ厚さ（ｍｍ）、ｎはｄ線における屈折率（ｎｄ）、νはｄ線におけるアッベ数（νｄ）を表している。
【図１】
2011085744.tif 000015
【図２】
2011085744.tif 000016
【図３】
2011085744.tif 000017
【図４】
2011085744.tif 000018
【図５】
2011085744.tif 000019
【図６】
2011085744.tif 000020
【図７】
2011085744.tif 000021
【図８】
2011085744.tif 000022
【図９】
2011085744.tif 000023
【図１０】
2011085744.tif 000024
【図１１】
2011085744.tif 000025
【図１２】
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