(57)【要約】【課題】良好な光学性能を維持しつつも、十分にコンパクト化が達成できること。【解決手段】本発明の投射レンズは、図示しないスクリーン側から順に、負のパワーを備えた第１レンズ群１、正のパワーを備えた第２レンズ群２、正のパワーを備えた第３レンズ群３、およびＴＩＲプリズム４が配置されて構成される。第１レンズ群１は非球面レンズ１２を含み、また、第３レンズ群３の最終レンズ面（負レンズ３２のＴＩＲプリズム４側の面）は平面に形成され、この平面がＴＩＲプリズム４の面と接触または接着されている。【選択図】      図１
2004233797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から順に、負のパワーを備えた第１レンズ群、正のパワーを備えた第２レンズ群、正のパワーを備えた第３レンズ群、およびプリズムが配置されて構成される投射レンズであって、
前記第１レンズ群は非球面レンズを含み構成されており、
前記第３レンズ群の最終レンズ面は平面に形成され、該平面が前記プリズム面と接触または接着されていることを特徴とする投射レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、ワイド端での前記投射レンズ全体の焦点距離をｆｗとするとき、以下に示す条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
２．５＞｜ｆ１／ｆｗ｜＞１．３
４＞ｆ２／ｆｗ＞２
１２＞ｆ３／ｆｗ＞２
【請求項３】
前記第１レンズ群は少なくとも３枚以上の負レンズを、前記第２レンズ群は少なくとも３枚以上の正レンズをそれぞれ含んでおり、これら正レンズおよび負レンズの少なくとも３枚以上のレンズの分散値が以下に示す条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の投射レンズ。
分散値＞７５
【請求項４】
前記第１レンズ群は、前記スクリーン側から順に、該スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、非球面レンズ、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凹負レンズ、および両凸正レンズが配置されて構成され、最も前記スクリーン側に配置された前記負メニスカスレンズとその次に配置された前記非球面レンズとの間隔のみを変化させてフォーカシングを行い、フォーカシング時にも投射レンズ全長を変化させないようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の投射レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群の最も前記スクリーン側に配置された前記負メニスカスレンズのみの要素を第１の要素、該第１の要素を除く前記非球面レンズを含む前記第１レンズ群を構成する残りのレンズからなる要素を第２の要素とし、前記第１の要素の焦点距離をｆ１１、前記第２の要素の焦点距離をｆ１２とするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の投射レンズ。
ｆ１１／ｆ１２＞０．５
【請求項６】
前記第１レンズ群に含まれる前記非球面レンズの焦点距離をｆｐ、ワイド端での前記投射レンズ全体の焦点距離をｆｗとするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の投射レンズ。
｜ｆｐ／ｆｗ｜＞１３
【請求項７】
前記第３レンズ群は、前記スクリーン側から順に、両凸正レンズ、および前記スクリーン側に凹面を向けた負レンズが配置されて構成されており、前記両凸正レンズの分散値をＶ３とするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の投射レンズ。
Ｖ３＞７５
【請求項８】
前記第２レンズ群は、前記スクリーン側から順に、第１の正レンズ、負レンズ、第２の正レンズ、前記スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、前記スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、凹レンズ、第１の両凸レンズ、および第２の両凸レンズが配置され、
前記正メニスカスレンズと前記負メニスカスレンズ、および前記凹レンズと前記第１の両凸レンズはいずれも接合レンズとして構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の投射レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタに用いるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムを備えた投射レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＤＬＰプロジェクタでは、ミラー反射方式の照明光学系を備えていた。しかし、ミラー方式の照明光学系では、投影像を明るくしていくと照明ムラが生じ易い。そこで、近年では、照明ムラが生じるのを抑制するために、照明光学系を構成する投射レンズとＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ  ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）との間にＴＩＲプリズムを配置し、このＴＩＲプリズムですべての入射光を一様にＤＭＤ側に反射するようにしたＤＬＰプロジェクタが多くなっている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５０７７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、プレゼンテーション用プロジェクタに対する高解像度、高画質化の要求が大きいのと同時に、プロジェクタ本体のコンパクト化の要求も高まっている。このような理由から、ＴＩＲプリズムを採用したＤＬＰプロジェクタにおいてもそのコンパクト化が望まれている。
【０００５】
ＴＩＲプリズムを採用したＤＬＰプロジェクタのコンパクト化の実現のためには、それに搭載する投射レンズのコンパクト化が欠かせない。しかし、投射レンズでは一定のバックフォーカスを確保する必要があるため、投射レンズのコンパクト化は困難であった。これは、前述の特許文献１に記載のＤＬＰプロジェクタに搭載されている投射レンズにも当てはまる。加えて、投射レンズとＴＩＲプリズムとの空気間隔を通常５〜８ｍｍ程度以上は確保する必要があり、これもＤＬＰプロジェクタのコンパクト化を妨げる原因となっていた。
【０００６】
ＴＩＲプリズムを用いなければその分だけコンパクト化が促進され好都合であるようにも思える。しかし、ＴＩＲプリズムなしに、ＴＩＲプリズムを用いた場合と同等の光学特性を確保するには高コストとなり、実現するのは現実的でない。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、良好な光学性能を維持しつつも、十分にコンパクト化が達成された投射レンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかる投射レンズは、スクリーン側から順に、負のパワーを備えた第１レンズ群、正のパワーを備えた第２レンズ群、正のパワーを備えた第３レンズ群、およびプリズムが配置されて構成される投射レンズであって、前記第１レンズ群は非球面レンズを含み構成されており、前記第３レンズ群の最終レンズ面は平面に形成され、該平面が前記プリズム面と接触または接着されていることを特徴とする。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、前記第３レンズ群の最終レンズ面を平面とし、この平面と前記プリズム面とを接触または接着することにより、前記最終レンズ面と前記プリズム面との空気間隔をなくすことができる。このため、投射レンズ全体のコンパクト化および高性能化を実現できる。また、前記第３レンズ群のバックフォーカスを短く設定でき、その分、投射レンズの広画角化や高解像度化を実現できる。さらに、前記第３レンズ群の最終レンズ面と前記プリズムとの配置位置調整をあらためて行う必要がなく、照明系とのアライメントも容易になる。
【００１０】
また、請求項２にかかる投射レンズは、請求項１に記載の発明において、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、ワイド端での前記投射レンズ全体の焦点距離をｆｗとするとき、以下に示す条件を満足することを特徴とする。
２．５＞｜ｆ１／ｆｗ｜＞１．３
４＞ｆ２／ｆｗ＞２
１２＞ｆ３／ｆｗ＞２
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、投射レンズのコンパクト化とともに光学性能の向上が達成できる。
【００１２】
また、請求項３にかかる投射レンズは、請求項１または２に記載の発明において、前記第１レンズ群は少なくとも３枚以上の負レンズを、前記第２レンズ群は少なくとも３枚以上の正レンズをそれぞれ含んでおり、これら正レンズおよび負レンズの少なくとも３枚以上のレンズの分散値が以下に示す条件式を満足することを特徴とする。
分散値＞７５
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、像面の周辺部における倍率色収差（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｏｌｏｒ）および縦の色収差（軸上光：Ａｘｉａｌ  Ｃｏｌｏｒ）の発生を抑制し、分解能（ＭＴＦ特性）を良好に保つことができる。
【００１４】
また、請求項４にかかる投射レンズは、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記第１レンズ群は、前記スクリーン側から順に、該スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、非球面レンズ、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凹負レンズ、および両凸正レンズが配置されて構成され、最も前記スクリーン側に配置された前記負メニスカスレンズとその次に配置された前記非球面レンズとの間隔のみを変化させてフォーカシングを行い、フォーカシング時にも投射レンズ全長を変化させないようにしたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、前記第１レンズ群全体を移動させてフォーカシングを行う方式のものと比べ、スクリーンまでの距離の変化に対する像性能の変動劣化を抑制できる。
【００１６】
また、請求項５にかかる投射レンズは、請求項４に記載の発明において、前記第１レンズ群の最も前記スクリーン側に配置された前記負メニスカスレンズのみの要素を第１の要素、該第１の要素を除く前記非球面レンズを含む前記第１レンズ群を構成する残りのレンズからなる要素を第２の要素とし、前記第１の要素の焦点距離をｆ１１、前記第２の要素の焦点距離をｆ１２とするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする。
ｆ１１／ｆ１２＞０．５
【００１７】
この請求項５の発明によれば、投射レンズのコンパクト化を図るとともに、倍率色収差の発生を抑制できる。
【００１８】
また、請求項６にかかる投射レンズは、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記第１レンズ群に含まれる前記非球面レンズの焦点距離をｆｐ、ワイド端での前記投射レンズ全体の焦点距離をｆｗとするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする。
｜ｆｐ／ｆｗ｜＞１３
【００１９】
この請求項６に記載の発明によれば、前記非球面レンズのエッジ部と中心部との肉厚差を少なくして前記非球面レンズのパワーを小さくすることができると共に、前記非球面レンズの成型性を向上させ、かつ温度変化に対する性能劣化を抑制できる。
【００２０】
また、請求項７にかかる投射レンズは、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記第３レンズ群は、前記スクリーン側から順に、両凸正レンズ、および前記スクリーン側に凹面を向けた負レンズが配置されて構成されており、前記両凸正レンズの分散値をＶ３とするとき、以下に示す条件式を満足することを特徴とする。
Ｖ３＞７５
【００２１】
この請求項７に記載の発明によれば、前記第３レンズ群における倍率色収差の発生を抑制できる。
【００２２】
また、請求項８にかかる投射レンズは、請求項１〜７のいずれか一つに記載の発明において、前記第２レンズ群は、前記スクリーン側から順に、第１の正レンズ、負レンズ、第２の正レンズ、前記スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、前記スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、凹レンズ、第１の両凸レンズ、および第２の両凸レンズが配置され、前記正メニスカスレンズと前記負メニスカスレンズ、および前記凹レンズと前記第１の両凸レンズはいずれも接合レンズとして構成されていることを特徴とする。
【００２３】
この請求項８に記載の発明によれば、投射レンズのコンパクト化を促進すると共に、投射レンズの光学性能の向上が図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図示した一実施の形態に基づき、本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明にかかる投射レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。本発明の投射レンズは、図示しないスクリーン側から順に、第１レンズ群１、第２レンズ群２、第３レンズ群３、およびＴＩＲプリズム４が配置されて構成される。この投射レンズは、表示パネルデバイス５に表示される像を前記スクリーン上に拡大投影するものである。
【００２６】
第１レンズ群１は、前記スクリーン側から順に、このスクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１１、非球面レンズ１２、前記スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１３、両凹負レンズ１４、および両凸正レンズ１５が配置されて構成され、全体として正のパワーを備えている。
【００２７】
第２レンズ群２は、前記スクリーン側から順に、表示パネルデバイス５側に凸面を向けた正レンズ２１、前記スクリーン側に凹面を向けた負レンズ２２、前記スクリーン側に凸面を向けた正レンズ２３、前記スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズ２４、前記スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズ２５、凹レンズ２６、両凸レンズ２７、および両凸レンズ２８が配置されて構成され、全体として負のパワーを備えている。正メニスカスレンズ２４と負メニスカスレンズ２５は接合レンズになっている。また、凹レンズ２６と両凸レンズ２７も接合レンズとして構成されている。
【００２８】
第３レンズ群３は、前記スクリーン側から順に、両凸正レンズ３１、前記スクリーン側に凹面を向けた負レンズ３２が配置されて構成され、全体として負のパワーを備えている。負レンズ３２のＴＩＲプリズム４側の面は平面に形成されている。そして、その平面をＴＩＲプリズム４と接触させて配置されている。また、負レンズ３２の当該平面はＴＩＲプリズム４と接着してもよい。
【００２９】
本発明の投射レンズは、第３レンズ群３とＴＩＲプリズム４との間に形成されていた空気間隔をなくし、投射レンズの後玉である第３レンズ群３の最終面とＴＩＲプリズム４とを接触させることで、良好な光学性能が得られる。特に、像の明るさ、広画角、低歪曲、高解像度、低色収差、小口径化の点で効果を奏する。
【００３０】
本発明の投射レンズでは、前述のように第１レンズ群１が非球面レンズ１２を含み、テレセントリックな構成となっている。そして、本発明の投射レンズにおいて、ワイド端における投射レンズ全体の焦点距離（最短焦点距離）をｆｗ、第１レンズ群１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群２の焦点距離をｆ２、第３レンズ群３の焦点距離をｆ３とするとき、次の各条件を満足することが好ましい。
２．５＞｜ｆ１／ｆｗ｜＞１．３    ・・・（１）
４＞ｆ２／ｆｗ＞２                ・・・（２）
１２＞ｆ３／ｆｗ＞２              ・・・（３）
【００３１】
条件式（１）において、｜ｆ１／ｆｗ｜のとる値が２．５以上になると、ｆ１の値に対応してｆ２の値も大きくなる。この結果、フォーカシングや変倍時に第１レンズ群１および第２レンズ群２を大きく移動させる必要が生じ、投射レンズの全長および投射レンズの前玉径の増大を招く。一方、｜ｆ１／ｆｗ｜のとる値が１．３以下になると、第１レンズ群１の焦点距離が短くなり、諸収差、特に投射レンズ周辺部における像面の位置ズレ（像面湾曲）および倍率の色収差の発生が著しくなるため、好ましくない。
【００３２】
また、条件式（２）において、ｆ２／ｆｗのとる値が４以上になると、主として変倍を司る第２レンズ群２の光軸に沿う方向の移動量が大きくなり、メカニカル構造上好ましくない。しかも、投射レンズの全長も長くなる。一方、ｆ２／ｆｗのとる値が２以下になると、球面収差およびコマ収差の補正が困難となる。
【００３３】
また、条件式（３）において、ｆ３／ｆｗのとる値が１２以上になると、第３レンズ群３から瞳位置までの距離およびバックフォーカスが長くなる。このため、投射レンズの全長も長くなって、十分なコンパクト化を達成することができなくなる。一方、ｆ３／ｆｗのとる値が２以下になると、必要なバックフォーカスの確保が困難となる。加えて、第３レンズ群３での球面収差の発生により、テレセントリック性が崩れ、しかも両凸正レンズ３１のパワーが大きくなるため、レンズ周辺部での倍率色収差の発生が顕著になる。
【００３４】
また、本発明に投射レンズでは、第１レンズ群１を構成する負メニスカスレンズ１１のみの焦点距離をｆ１１、非球面レンズ１２以降の第１レンズ群１を構成するレンズ全体の合成焦点距離をｆ１２とすると、
１．６＞ｆ１１／ｆ１２＞０．５      ・・・（４）
の条件を満たすものでなければならない。
【００３５】
条件式（４）において、ｆ１１／ｆ１２のとる値が１．６以上になると、負メニスカスレンズ１１の有効径が大きくなって、小口径化を達成できない。また、フォーカシング時の結像性能の変化も大きくなってしまい、安定した光学性能が得られない。一方、ｆ１１／ｆ１２のとる値が０．５以下になると、フォーカシング時に非球面レンズ１２以降の第１レンズ群１を構成する各レンズを大きく移動させることが必要になる。また、倍率色収差の発生も顕著になるため、好ましくない。
【００３６】
本発明の投射レンズでは、非球面レンズ１２以降の第１レンズ群１を構成する各レンズを光軸に沿う方向に移動させることによりフォーカシングを行うことで、第１レンズ群１全体を移動させてフォーカシングを行う方式のものと比べ、スクリーンまでの距離の変化に対する像性能の変動劣化を抑制している。
【００３７】
また、本発明の投射レンズにおいては、非球面レンズ１２に樹脂成型レンズを採用する（非球面レンズ１２は射出成型レンズであることを前提とする）。したがって、温度変化に対するレンズ性能の変動を小さくしなければならない。このためには、非球面レンズ１２のエッジ部と中心部との肉厚差を少なくして非球面レンズ１２のパワーを小さくすることが必要になる。そこで、非球面レンズ１２の焦点距離をｆｐとすると、
｜ｆｐ／ｆｗ｜＞１３      ・・・（５）
の条件を満足することが好ましい。条件式（５）において、｜ｆｐ／ｆｗ｜のとる値が１３以下になると、非球面レンズ１２の成型性が悪くなるうえ、温度変化に対する性能劣化も顕著に現れる。
【００３８】
また、本発明の投射レンズでは、前述のように、第１レンズ群１が少なくとも３枚以上の負レンズを、第２レンズ群２が少なくとも３枚以上の正レンズをそれぞれ含んでいる。この場合、諸収差の劣化を防ぐためには、第１レンズ群１を構成する正レンズおよび第２レンズ群２を構成する負レンズのうちの少なくとも３枚のレンズの分散値が、
分散値＞７５      ・・・（６）
の条件を満足することが必要である。
【００３９】
条件式（６）において、分散値が７５以下になると、像面の周辺部における倍率色収差および縦の色収差の発生が著しくなり、レンズ性能としての分解能が大きく低下してしまう。
【００４０】
また、第３レンズ群３を構成する両凸正レンズ３１の分散値をＶ３とするとき、
Ｖ３＞７５      ・・・（７）
の条件を満足することが必要である。条件式（７）において、Ｖ３のとる値が７５以下になると、倍率色収差の発生が著しくなる。
【００４１】
なお、条件式（７）を満足するような高屈折率硝材は存在しない。このため、本発明の投射レンズでは、第３レンズ群３を正レンズと負レンズの２枚構成とし、第３レンズ群３のテレセントリック性を十分に確保したうえで、前記スクリーン側から見た場合の球面収差の補正を行っている。
【００４２】
以下、本発明の投射レンズを構成するレンズ等、各光学部材の数値データを示す。
【００４３】
2004233797.tif 000003
【００４４】
2004233797.tif 000004
【００４５】
2004233797.tif 000005
【００４６】
2004233797.tif 000006
【００４７】
なお、上記数値データにおいて、ｒ１，ｒ２，・・・・は各レンズまたはプリズム面の曲率半径、ｄ１，ｄ２，・・・・は各レンズまたはプリズムの肉厚又はそれらの面間隔、ｎ１，ｎ２，・・・・は各レンズの屈折率、ν１，ν２，・・・・は各レンズのアッベ数を示している。また、上記各非球面形状は、子午面からレンズ面までの距離（ＳＡＧ量）をＺ、曲率半径をＣ、子午面上の光軸からの距離をｙ、円錐係数をＫ、４次，６次，８次，１０次の非球面係数をそれぞれＡ  ，Ｂ  ，Ｄ  ，Ｅとしたとき、以下に示す式により与えられる。
【数１】
2004233797.tif 000007
【００４８】
以上説明したように、本発明では、第３レンズ群３の最終レンズ面を平面とし、この平面をＴＩＲプリズム４と接触させることで、従来生じていた投射レンズの最終レンズ面とプリズムとの空気間隔をなくし、投射レンズのコンパクト化、および高性能化を実現できる。加えて、空気間隔がないことから、投射レンズのバックフォーカスを短く設定でき、その分投射レンズ全体の広画角化や高解像度化も実現できる。また、前記最終レンズ面とＴＩＲプリズム４とを接着すれば、前記最終レンズ面とＴＩＲプリズム４との設置位置調整をあらためて行う必要がなく、照明系とのアライメントも容易になる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明はこの実施の形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいてその変更、改良等が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、良好な光学性能を維持しつつも、十分にコンパクト化が達成された投射レンズを提供することができる。特に、本発明の投射レンズは、小口径にも関わらず、独自の３群構成と、低分散ガラスを３枚以上採用しながら、各レンズ群に適切なパワーを配分することにより、高い結像性能と広画角を両立したもので、近年の高性能モバイル系プロジェクタには欠かせないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投射レンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。
【符号の説明】
１  第１レンズ群
２  第２レンズ群
３  第３レンズ群
４  ＴＩＲプリズム
５  表示パネルデバイス
１１，１３，２５  負メニスカスレンズ
１２  非球面レンズ
１４  両凹負レンズ
１５，３１  両凸正レンズ
２１，２３  正レンズ
２２，３２  負レンズ
２４  正メニスカスレンズ
２６  凹レンズ
２７，２８  両凸レンズ
【図１】
2004233797.tif 000008