(57)【要約】【課題】半画角：４０度以上の広画角、高解像度で、長いバックフォーカスと高いテレセントリック性を持ち、結像光束の光路をレンズ群間で屈曲させたコンパクトな投射用レンズを実現する。【解決手段】拡大側から縮小側に向かって、負の第１レンズ群Ｉ、正の第２レンズ群ＩＩを配し、第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段Ｍを配してなり、半画角４０°以上を有し、第２レンズ群は、拡大側に正の第２レンズ前群ＩＩｆ、縮小側に正の第２レンズ後群ＩＩｒとを配し、第２レンズ後群の拡大側焦点位置近傍に開口絞りＳＴを配置してなり、反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間はレンズ系中で最も大きな空気間隔をなし、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件（１）〜（３）を満足する。【選択図】                  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群を配し、これら第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段を配してなり、
上記第１レンズ群は、３枚の拡大側に凸のメニスカス負レンズで構成され、そのうちの１枚が非球面レンズであり、
上記第２レンズ群は、拡大側から正の屈折力を持つ第２レンズ前群と、正の屈折力を持つ第２レンズ後群とを配し、上記第２レンズ後群の拡大側焦点位置近傍に開口絞りを配置してなり、
上記反射手段が配置される第１、第２レンズ群間は、レンズ系中で最も大きな空気間隔をなし、
上記第２レンズ前群は、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚が、小さな空気間隔を隔てて配列した構成であり、
上記第２レンズ後群は、拡大側から順次、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを配して成り、
全系の焦点距離：ｆ  、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件：
（１）  ２．３  ＜  Ｂｆ／ｆ  ＜  ３．５
（２）  １．５  ＜｜ｆ１／ｆ｜＜  ２．５
（３）  ３．５  ＜  ｄ／ｆ  ＜７．０
を満足することを特徴とする半画角４０°以上を有する投射用レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の投射用レンズにおいて、
第２レンズ後群内の接合レンズを構成する負レンズが、拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズであることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項３】
請求項１または２記載の投射用レンズにおいて、
第２レンズ後群内の非球面レンズが、拡大側の面のみ非球面であることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
第２レンズ前群における、負レンズのアッべ数：ν２Ｎ、正レンズのアッべ数：ν２Ｐが、条件：
（４）１５  ＜  ν２Ｎ−ν２Ｐ  ＜  ５０
を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
全系中において最も縮小側に配置された正レンズのアッべ数：ν３Ｐが条件：
（５）５０  ＜  ν３Ｐ
を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
第１レンズ群内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（６）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．１２
を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項７】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
第２レンズ後群内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（７）０  ＜｜ｆ／ｆ２ｐ｜＜  ０．０３
を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項８】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、第１レンズ群内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、第２レンズ後群内における非球面を有するレンズが正の屈折力を持つプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（８）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．２
（９）０．００８  ＜ｆ／ｆ２ｐ＜  ０．０３
を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、第１レンズ群内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正できるようにしたことを特徴とする投射用レンズ。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載の投射用レンズを搭載してなる投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原画像をスクリーンに拡大投射する投射用レンズおよびこの投射用レンズを搭載した投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル等に表示された画像を、スクリーン等の表示媒体上に拡大投射する液晶プロジェクタは、一般のＴＶ放送、ビデオ再生画像やコンピュータの表示機器として近来広く普及してきている。
【０００３】
なかでも、赤・緑・青の各色画像を、独立した３枚の液晶パネル（液晶ライトバルブ等）に表示し、各色画像を合成して透過型スクリーンの背面から広画角で拡大投射表示する「リア方式３板液晶プロジェクタ」は、大画面でありながらも薄型で、しかも画像が高精細であることから普及率が高まっている。
【０００４】
リア方式３板液晶プロジェクタでは一般に、色分離光学系により、白色光源からの光を赤・緑・青の各色に分離して各液晶パネルへ導き、各液晶パネルから射出する光（各液晶パネルに表示された画像により、２次元的に強度変調されている）を色合成光学系により合成して、投射用レンズに入射させるようになっており、その構成上、投射用レンズと液晶パネルの間に「プリズム等からなる色合成光学系」が配置されることになる。
【０００５】
このため、リア方式３板液晶プロジェクタに用いられる投射用レンズは「長いバックフォーカス」を必要とする。
【０００６】
液晶パネルから色合成光学系に入射する光束の角度が変化すると、それに応じて、色合成光学系の分光透過率が変化し、投射されたカラー画像における各色の明るさが画角により変化して見づらい画像になる。これを避けるため、投射用レンズは「主光線の角度が縮小側で光軸と略平行になるテレセントリックな性質」を持つことが好ましい。
【０００７】
長いバックフォーカスを持ち、縮小側にテレセントリックな投射用レンズとしては、拡大側から順に「負の屈折力のレンズ群」と「正の屈折力のレンズ群」が配置される所謂「レトロフォーカスタイプ」のレンズが知られているが、このタイプの投射用レンズは全長が大きくなり易く、「スクリーン面に直交する方向にコンパクトな薄型外形」が求められる投射型画像表示装置に、如何にして「画像表示装置のコンパクト性を損なわずに組込むか」が問題となる。
【０００８】
この問題を解消する方法として、全長が大きいレトロフォーカスタイプの投射用レンズのレンズ群間に「ミラー等の反射手段」を配置し、光路を屈曲させることにより投射型画像表示装置を「薄型外形」ならしめる工夫が知られている（特許文献１、２）。
【０００９】
また、結像光束の光路をできるだけ短くして投射型画像表示装置を薄型化しつつ、しかも表示画像を大画面化するには、投射用レンズは画角が大きいことが必要である。表示される画像が高画質であるように、各種収差が良好に補正され、高い解像度を持つべきことは勿論である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２１８３７９号広報
【特許文献２】
特開２０００−４２２１１号広報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述要請に応えるべく、半画角：４０度以上の広画角、高解像度で、長いバックフォーカスと高いテレセントリック性を持ち、結像光束の光路をレンズ群間で屈曲させたコンパクトな投射用レンズおよびこの投射用レンズを用いた薄型外形の投射型画像表示装置の実現を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投射用レンズは、図１に例示するように、拡大側（図の上方）から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩを配し、これら第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段Ｍを配してなり、半画角：４０度以上を有する。
【００１３】
第１レンズ群Ｉは、３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成され、１枚が非球面レンズである。この非球面レンズは３枚のメニスカス負レンズの何れでもよい。後述する実施例１、２、３では「最も拡大側のレンズ」を非球面レンズとし、実施例４、５では、拡大側から２番目のレンズを非球面レンズとしている。
【００１４】
第２レンズ群ＩＩは、拡大側に正の屈折力を持つ第２レンズ前群ＩＩｆ、縮小側に正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒを配し、第２レンズ後群ＩＩｒの拡大側焦点位置近傍に開口絞りＳＴを配置してなる。
【００１５】
反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間は、「レンズ系中で最も大きな空気間隔」をなす。
【００１６】
第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚が、小さな空気間隔を隔てて配列した構成である。
【００１７】
第２レンズ後群ＩＩｒは、「縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ」、「縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ」、「縮小側に大きな曲率の正レンズ」を、拡大側から上記順序に配してなる。
【００１８】
なお、図１において、符号Ｐは「色合成光学系であるプリズム」を示し、符号ＬＢは「液晶パネル等のライトバルブ」を示している。
【００１９】
全系の焦点距離：ｆ  、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄは、条件：
（１）  ２．３  ＜  Ｂｆ／ｆ  ＜  ３．５
（２）  １．５  ＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
（３）  ３．５  ＜  ｄ／ｆ  ＜７．０
を満足する。
【００２０】
請求項１記載の投射用レンズにおいて、第２レンズ後群ＩＩｒ内の「接合レンズを構成する負レンズ」は、「拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズ」であることが好ましい（請求項２）。
請求項１または２記載の投射用レンズにおいて、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズ（縮小側に凸のメニスカスレンズ）は、拡大側の面のみを非球面とすることができる（請求項３）。
【００２１】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズにおいては、第２レンズ前群における、負レンズのアッべ数：ν２Ｎ、正レンズのアッべ数：ν２Ｐが、条件：
（４）１５  ＜  ν２Ｎ−ν２Ｐ  ＜  ５０
を満足することが好ましい（請求項４）。
【００２２】
また、請求項１〜４の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「全系中において最も縮小側に配置された正レンズ」のアッべ数：ν３Ｐは、条件：
（５）５０  ＜  ν３Ｐ
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００２３】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第１レンズ群内における非球面を有するレンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、その場合、このプラスチックレンズの焦点距離：ｆ１ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（６）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．１２
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００２４】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第２レンズ後群内における非球面を有するレンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、その場合、このプラスチックレンズの焦点距離：ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（７）０  ＜｜ｆ／ｆ２ｐ｜＜  ０．０３
を満足することが好ましい（請求項７）。
【００２５】
また、請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第１レンズ群内における非球面を有するレンズ」を焦点距離：ｆ１ｐのプラスチックレンズとし、「第２レンズ後群内における非球面を有するレンズ」を焦点距離：ｆ２ｐの正の屈折力を持つプラスチックレンズとし、上記焦点距離：ｆ１ｐ、ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（８）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．２
（９）０．００８  ＜ｆ／ｆ２ｐ＜  ０．０３
を満足するように構成することも好ましい（請求項８）。
【００２６】
請求項１〜８の任意の１に記載の投射用レンズは「第１レンズ群内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正できるようにした」構成とすることができる（請求項９）。
上記「投射距離」は、投射用レンズの最も拡大側のレンズ面からスクリーンまでの距離である。
【００２７】
この発明の投射型画像表示装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載の投射用レンズを搭載してなる（請求項１０）。この投射型画像表示装置は、例えば、前述の「リア方式３板液晶プロジェクタ」として実施することができる。
【００２８】
この発明の投射用レンズは「色合成光学系の配置」のために必要とされる「長いバックフォーカス」を持たせるため、拡大側に「負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ」、縮小側に「正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩ」を配し、主点をレンズ後方（縮小側）に移動させた「レトロフォーカスタイプ」としている。
【００２９】
条件（１）は、所望の「（半画角：４０度以上の）大きな画角」を保持しつつ、３板式液晶プロジェクタの投射用レンズに必要にして十分なバックフォーカスを確保するための条件である。
【００３０】
上記「大きな画角」を保持しつつ条件（１）の下限を超えると、バックフォーカス：Ｂｆが短くなり、投射用レンズと液晶パネルの間にプリズム等の色合成光学系を配置するのが困難になる。所望の「十分なバックフォーカス」を保持しつつ条件（１）の上限を超えると、全系の焦点距離：ｆ  が小さくなり、諸収差の補正が困難になってしまう。
【００３１】
条件（２）は、十分に長いバックフォーカスと、良好な光学性能を両立するための条件である。
【００３２】
レトロフォーカスタイプのレンズにおいては一般に、全系の焦点距離：ｆ  に対するバックフォーカス：Ｂｆの比：Ｂｆ／ｆは、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の主点間隔：Ｄと、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１（＜０）とにより、
Ｂｆ／ｆ＝１−Ｄ／ｆ１          （ａ）
で表される。従って、｜ｆ１｜の値が小さくなると、右辺第２項が正の値で大きくなり、バックフォーカス：Ｂｆの値は大きくなる。
【００３３】
パラメータ：｜ｆ１／ｆ｜  が条件（２）の上限を超えると、｜ｆ１｜が大きくなり過ぎて第１レンズ群の負の屈折力が小さくなり、所望のバックフォーカスを得るのが困難になる。
【００３４】
条件（２）の下限を越えると、｜ｆ１｜が小さくなり過ぎて第１レンズ群の負の屈折力が過大になり、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になる。
【００３５】
条件（３）は、光路を屈曲するための反射手段を配するに必要なスペースと、長いバックフォーカスとを適切に確保するための条件である。
【００３６】
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔：ｄ  を大きくすると、上記（ａ）式における「主点間隔：Ｄ」が大きくなるので、長いバックフォーカスを実現できるとともに「反射手段を配するスペース」も確保できる。
【００３７】
しかし、間隔：ｄ  が大きくなり過ぎて、パラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の上限を超えると、第２レンズ群ＩＩの拡大側に配されるレンズが大きくなり、投射用レンズのコスト増を招来してしまう。逆にパラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の下限を超えると「長いバックフォーカスと反射手段を配するスペース」を共に確保することが困難になる。
【００３８】
この発明の投射用レンズは、第２レンズ後群ＩＩｒの「拡大側の焦点位置の近傍」に開口絞りＳＴを配置することにより、高いテレセントリック性を確保しつつ高い開口効率を実現している。
【００３９】
レトロフォーカスタイプの投射用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｉと正の屈折力の第２レンズ群ＩＩからなり、レンズの中心（開口絞り位置）から見ると「屈折力の配置が非対称」であることから、歪曲収差が大きく発生し易い。
【００４０】
この発明の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉを３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成することで歪曲収差の発生を小さく抑え、また、３枚のメニスカス負レンズはスペース的に接近した配置ができることからコンパクト化に有利な構成となっている。
【００４１】
第１レンズ群Ｉは、軸外の主光線高さ（光軸からの距離）が、他のレンズ群に比べて大きいので、第１レンズ群Ｉ内に非球面レンズを配置することで、歪曲収差の効果的な補正が可能になる。
【００４２】
第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと、拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚を「小さな空気間隔を隔てて配した構成」とすることで、上記正・負レンズを接合した場合に比べ、より自由度の多い設計が可能となり、この利点を生かして軸上色収差、球面収差等を良好に補正できる。
【００４３】
請求項２記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内の接合レンズを構成する負レンズを「拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズ」とすることで、コマ収差等の適切な補正を可能としている。
【００４４】
投射用レンズにおいても「使用される非球面レンズの両面を非球面にする」と設計自由度が多くなり、高い画像品質を得易いが、面形状誤差・非球面軸の偏心に対して厳しい精度が必要となり低コスト化は難しくなる。従って、投射用レンズには「少ない面数の非球面を効果的に配置する」ことが要求される。
【００４５】
請求項３記載の投射用レンズは、第２レンズ後群内に配置された非球面レンズの非球面を拡大側にのみ配置し、効果的に収差補正を行っている。
【００４６】
条件（４）は、第２レンズ前群ＩＩｆを構成する２枚のレンズの「アッベ数の差の範囲」を表したものである。条件（４）の下限値を超えると、これら２枚のレンズによる軸上色収差の効果的な補正が難しくなる。
【００４７】
液晶パネルから投射用レンズに入射する軸外の主光線は、投射用レンズの縮小側における高いテレセントリック性により、正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒにより大きく光軸方向に曲げられるが、このとき「光線の曲がる度合い」の波長の違いによる差が大きいと、倍率色収差が大きく発生する。
【００４８】
請求項５記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内で「最も縮小側に配置された正レンズ」のアッべ数を条件（５）より適切に選び、倍率色収差の発生を抑えている。
【００４９】
請求項６記載の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズを、安価で成型の容易なプラスチック材料によるプラスチック非球面レンズとして低コスト化を可能としている。
【００５０】
プラスチックレンズは、光学ガラスに比して「温度による焦点距離の変化」が大きい。このためプラスチックレンズの屈折力が大きいと、それを搭載した投射用レンズにおいては「温度による焦点距離、ピント位置の変化」が大きくなる。
【００５１】
リア方式の液晶プロジェクタにおける投射用レンズは、組立てられた後、筐体内に密閉されるので、ピント位置、倍率（焦点距離）の再調整が難しく、特にピント位置の変化による画像の劣化には十分配慮する必要がある。
【００５２】
条件（６）は、この点を鑑みて、第１レンズ群Ｉ内のプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制する条件である。
【００５３】
条件（６）のパラメータ：｜ｆ／ｆ１ｐ｜が、上限を超えると、プラスチック非球面レンズの焦点距離：ｆ１ｐが温度変化に伴い変化したとき「画像の倍率」が大きく変化し、また大きなピントずれも生じて好ましくない。
【００５４】
請求項７記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズを、プラスチック製とし、条件（７）で、このプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制している。
条件（７）の上限値は、条件（６）の上限値より小さな値になっているが、これは以下に述べる理由による。
【００５５】
プラスチックレンズの温度変化により発生する投射用レンズのピント位置の移動量：ΔＬは、プラスチックレンズの焦点距離：ｆＰ、光線入射高：ｈＰ  、温度分散数：ωＰにより、
ΔＬ＝（ｈＰ２／ｆＰ）・ωＰ            （ｂ）
で表される。
【００５６】
液晶パネルの１点から射出した光線束は、広がりながら第２レンズ後群ＩＩｒに入射するが、光線束径は第２レンズ後群ＩＩｒで最大となった後収束に向かい、小さな光線束径となって第１レンズ群Ｉへ入射する。
【００５７】
第１レンズ群Ｉ内と第２レンズ後群ＩＩｒ内の各プラスチックレンズにおける光線入射高をそれぞれｈＰ１、ｈＰ２とすると、上述の如くｈＰ２はｈＰ１に比して大きく、これらの「比」の２乗：ε２（＝（ｈＰ２／ｈＰ１）２）は４〜１０程度の範囲になる。
【００５８】
温度変化によるピント位置の移動量：ΔＬは、上記（ｂ）式のように、光線入射高：ｈＰ  の２乗に比例するので、第２レンズ後群ＩＩｒ内のプラスチックレンズの焦点距離は、第１レンズ群Ｉ内のプラスチックレンズより４倍は大きくしなければならない。このような理由により、条件（７）の上限値：０．０３は、条件（６）の上限値：０．１２より小さくなっている。
【００５９】
請求項８記載の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉ内の負のプラスチックレンズに対し、第２レンズ後群ＩＩｒ内には正のプラスチックレンズを配し、温度によるピント位置の移動を、負と正のプラスチックレンズで相殺させることで減少を図っている。
【００６０】
条件（８）の上限値：０．２が、条件（６）の上限値：０．１２よりも大きくなっているのは、第２レンズ後群ＩＩｒ内に配された正のプラスチックレンズによる打消しの作用分を見込んで、第１レンズ群Ｉ内の負のプラスチックレンズに対する規制を緩やかにしていることによる。
条件（８）の上限値を超えると、負のプラスチックレンズの屈折力が大きくなり、それに対する正のプラスチックレンズの屈折力も大きくしなければならないが、前述の「光線入射高の比：ε」のばらつきによる「打消し作用の誤差」も大きくなり、温度によるピント位置の変化を保証できなくなる。
【００６１】
条件（９）のパラメータ：ｆ／ｆ２ｐが、下限値を超えると第２レンズ後群ＩＩｒ内の正のプラスチックレンズによる逆の作用が小さくなり、上限値を超えると相殺作用が過剰となる。従って条件（９）の範囲外では「温度によるピント位置の変化の補正」を保証できなくなる。
【００６２】
この発明の投射用レンズは、いずれも第２レンズ後群ＩＩｒを、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを、拡大側から上記順序に配置することにより、倍率色収差、コマ収差、非点収差を良好に補正している。
【００６３】
リア方式の投射型画像表示装置では、消費者の要求に応えるため、表示画面であるスクリーンのサイズを段階的に変えて、商品ラインアップを拡充することが一般的に行われている。
【００６４】
しかし、スクリーンサイズに合わせ、投射距離（投射用レンズからスクリーンまでの距離）を変更すると、画面周辺において像面の湾曲が発生し、画像品質の劣化が生じる。
【００６５】
後述の実施例１の投射用レンズにおいて、投射距離：６４６ｍｍを９４６ｍｍに延長し投射表示のサイズを拡大すると、その画像には、図１７の非点収差図と図１８のコマ収差図に照らして明らかなように、大きな像面の湾曲が発生する。
【００６６】
第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズ（最も拡大側のレンズ）と、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を「０．５ｍｍ短縮」したときの、非点収差図を図１９に、コマ収差図を図２０に示す。これらの図から理解されるように、上記レンズ間隔の調整により、像面の湾曲は補正されて良好な像性能が回復されている。投射距離を短縮し投射表示のサイズを縮小したときも、同様の補正が可能である。この補正機能は、他の実施例においても同様である。
【００６７】
即ち、請求項９記載の投射用レンズのように、上記レンズ間隔を変えることで「各サイズのスクリーンに対し、簡便に像面の湾曲を補正して良好な画像を投射する」ことができる。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態として、実施例を５例挙げる。
【００６９】
各実施例中、「Ｓ」により拡大側から数えた面番号、「Ｒ」により各面（開口絞りＳＴの面および色合成光学系であるプリズムＰの面を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表し、「Ｄ」により光軸上の面間隔を表す。また、「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率及びアッべ数を示す。
【００７０】
「ｆ」は投射用レンズの焦点距離、「Ｆ／Ｎｏ」は明るさを表すＦ値、「ω」は半画角、「ｏｂｄ」は物体（スクリーン）からレンズ第１面（第１レンズ群の最もスクリーン側のレンズ面）までの距離、「Ｂｆ」は空気中（プリズムのない状態）におけるバックフォーカスを表す。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００７１】
非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次項の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、式：
2004333688.tif 000003
で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを与えて特定する。
【００７２】
実施例１
図１に、実施例１の投射用レンズのレンズ構成を示す。
【００７３】
拡大側（図の上方）から第１レンズ群Ｉ、光路を曲げる反射ミラー（平面鏡）Ｍ、第２レンズ群ＩＩを配してなり、第２レンズ群ＩＩは第２レンズ前群ＩＩｆ、開口絞りＳＴ、第２レンズ後群ＩＩｒからなる。投射用レンズとライトバルブＬＢの間には、色合成光学系であるプリズムＰが挿入されている。
【００７４】
第１レンズ群内の非球面レンズは最も拡大側に配置されている。
【００７５】
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【００７６】
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【００７７】
2004333688.tif 000006
実施例１の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図２に、コマ収差の図を図３に示す。各収差図は、５４６ｎｍの波長を持つ緑色光の収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光を代表して波長：６１０ｎｍと４７０ｎｍの収差も表示している。非点収差図におけるＳはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面の収差を示す。他の実施例の収差図においても同様である。
【００７８】
実施例２
図４に、実施例２の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００７９】
2004333688.tif 000007
【００８０】
2004333688.tif 000008
【００８１】
2004333688.tif 000009
【００８２】
実施例２の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図５に、コマ収差の図を図６に示す。
【００８３】
実施例３
図７に、実施例３の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００８４】
2004333688.tif 000010
【００８５】
2004333688.tif 000011
【００８６】
2004333688.tif 000012
【００８７】
実施例３の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図８に、コマ収差の図を図９に示す。
【００８８】
実施例４
図１０に、実施例４の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００８９】
第１レンズ群内の非球面レンズは拡大側から２番目に配置されている。
【００９０】
2004333688.tif 000013
【００９１】
2004333688.tif 000014
【００９２】
2004333688.tif 000015
実施例４の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１１に、コマ収差の図を図１２に示す。
【００９３】
実施例５
図１３に、実施例５の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００９４】
2004333688.tif 000016
【００９５】
2004333688.tif 000017
【００９６】
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実施例５の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１４に、コマ収差の図を図１５に示す。
【００９７】
上に挙げた実施例１〜５の投射用レンズは何れも、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩを配し、これら第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段Ｍを配してなり、第１レンズ群Ｉは、３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成され、１枚が非球面レンズであり、第２レンズ群ＩＩは、拡大側から正の屈折力を持つ第２レンズ前群ＩＩｆと正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒとを配し、第２レンズ後群ＩＩｒの拡大側焦点位置近傍に開口絞りＳＴを配置してなり、反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間はレンズ系中で最も大きな空気間隔をなし、第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚が、小さな空気間隔を隔てて配列した構成であり、第２レンズ後群ＩＩｒは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを、拡大側から上記順序に配して成り、全系の焦点距離：ｆ  、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件：
（１）  ２．３  ＜  Ｂｆ／ｆ  ＜  ３．５
（２）  １．５  ＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
（３）  ３．５  ＜  ｄ／ｆ  ＜７．０
を満足し、半画角４０°以上を有する（請求項１）。
【００９８】
実施例１〜５の投射用レンズは何れも、第２レンズ後群ＩＩｒ内の接合レンズを構成する負レンズが、拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズで（請求項２）、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズが、拡大側の面のみ非球面である（請求項３）。
【００９９】
実施例１〜５の投射用レンズはまた、第２レンズ前群ＩＩｆにおける、負レンズのアッべ数：ν２Ｎ、正レンズのアッべ数：ν２Ｐが、条件：
（４）１５  ＜  ν２Ｎ−ν２Ｐ  ＜  ５０
を満足し（請求項４）、全系中において最も縮小側に配置された正レンズのアッべ数：ν３Ｐが、条件：
（５）５０  ＜  ν３Ｐ
を満足する（請求項５）。
【０１００】
実施例１〜４の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（６）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．１２
を満足し（請求項６）、第２レンズ後群ＩＩｒ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐ、全系の焦点距離：ｆが条件：
（７）０  ＜｜ｆ／ｆ２ｐ｜＜  ０．０３
を満足する（請求項７）。
【０１０１】
実施例５の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、第２レンズ後群内における非球面を有するレンズが正の屈折力を持つプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（８）０  ＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜  ０．２
（９）０．００８  ＜ｆ／ｆ２ｐ＜  ０．０３
を満足する（請求項８）。
【０１０２】
さらに、実施例１〜５の投射用レンズは何れも、第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正することが可能である（請求項９）。
【０１０３】
従って、白色の光源の光を赤・緑・青の３色の光に分離し、それぞれ独立した３枚の液晶パネルを通過させ、これら画像情報を持つ光を色合成光学系のプリズムにより合成し、図１６に示すように透過型スクリーンＳＣの背面から拡大投射表示する公知の投射型画像表示装置に、投射用レンズＰＬとして、上記実施例１〜５の適宜のものを搭載することにより、コンパクトでありながら高精細な画像を表示することが可能である（請求項１０）。
【０１０４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、半画角：４０度以上の広画角でありながらも高い解像力を維持し、長いバックフォーカス、縮小側における高いテレセントリック性を有し、性能良好でコンパクト、低コストの投射用レンズおよびこれを搭載した投射型画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレンズ構成図である。
【図２】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図３】実施例１のコマ収差を示す図である。
【図４】実施例２のレンズ構成図である。
【図５】実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図６】実施例２のコマ収差を示す図である。
【図７】実施例３のレンズ構成図である。
【図８】実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図９】実施例３のコマ収差を示す図である。
【図１０】実施例４のレンズ構成図である。
【図１１】実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１２】実施例４のコマ収差を示す図である。
【図１３】実施例５のレンズ構成図である。
【図１４】実施例５の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１５】実施例５のコマ収差を示す図である。
【図１６】この発明の投射用レンズを搭載した投射型画像表示装置を示す図である。
【図１７】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長したときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１８】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長したときのコマ収差を示す図である。
【図１９】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長し、像面補正をしたときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図２０】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長し、像面補正をしたときのコマ収差を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ        第１レンズ群
ＩＩ      第２レンズ群
ＩＩｆ    第２レンズ前群
ＩＩｒ    第２レンズ後群
Ｍ        反射ミラー
ＳＴ      開口絞り
Ｐ        色合成光学系としてのプリズム
ＬＢ      ライトバルブ
ＳＣ      スクリーン
ＰＬ      投射用レンズ
【図１】
2004333688.tif 000019
【図２】
2004333688.tif 000020
【図３】
2004333688.tif 000021
【図４】
2004333688.tif 000022
【図５】
2004333688.tif 000023
【図６】
2004333688.tif 000024
【図７】
2004333688.tif 000025
【図８】
2004333688.tif 000026
【図９】
2004333688.tif 000027
【図１０】
2004333688.tif 000028
【図１１】
2004333688.tif 000029
【図１２】
2004333688.tif 000030
【図１３】
2004333688.tif 000031
【図１４】
2004333688.tif 000032
【図１５】
2004333688.tif 000033
【図１６】
2004333688.tif 000034
【図１７】
2004333688.tif 000035
【図１８】
2004333688.tif 000036
【図１９】
2004333688.tif 000037
【図２０】
2004333688.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月15日(2004.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２１８３７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−４２２１１号公報