(57)【要約】【課題】限られた少ない枚数のレンズから構成された簡易な構成で良好に諸収差が低減された投射レンズを備えたプロジェクターを提供する。【解決手段】プロジェクターにおける投射レンズは、スクリーン側より像面側に向かって順に配設された１枚の負の屈折力のレンズからなる第１レンズ（１）と、１枚の正の屈折力のレンズからなる第２レンズ（２０）と、負の屈折力の第３１レンズ（３１）と正の屈折力の第３２レンズ（３２）とからなり全体で負の屈折力の第３レンズ（３０）と、１枚の正の屈折力からなる第４レンズ（４０）との実質的に５枚のレンズからなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成され、第１レンズ（１０）の像面側の面と第３２レンズ（３２）の像面側の面（４２）が、非球面に形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2004212729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段によって形成された画像を投射する投射レンズと、
を備え、
前記投射レンズは、
スクリーン側より像面側に向かって順に配設された１枚の負の屈折力のレンズからなる第１レンズと、１枚の正の屈折力のレンズからなる第２レンズと、負の屈折力の第３１レンズと正の屈折力の第３２レンズとからなり全体で負の屈折力の第３レンズと、１枚の正の屈折力からなる第４レンズとの実質的に５枚のレンズからなり、
像面側に向かって略テレセントリックに形成され、
前記第１レンズの像面側の面と前記第３２レンズの像面側の面が、非球面に形成されている
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの合成焦点距離をｆ２−４としたときに、前記ｆ１と前記ｆ２−４とは互いに逆符号を有し、
０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記第２レンズの焦点距離をｆ２とし、前記第４レンズの焦点距離をｆ４としたときに、
０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第２レンズのスクリーン側の面の曲率半径は像点側の面の曲率半径より小さく、前記第４レンズのスクリーン側の面の曲率半径は像点側の面の曲率半径より大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記第１レンズの像面側の非球面に形成した前記面の形状を次の非球面式
【数１】
2004212729.tif 000005
で表し、係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを所定の値に設定し、全体の焦点距離をｆとしたときに、
Ｒは、
０．５＜Ｒ／ｆ＜１．０を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投射するためのプロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
低コストのＬＣＤプロジェクター用レンズを考える場合に、明るいこと、コンパクトで軽量であること、高精細な画像が得られること、歪曲が小さいこと、倍率色収差が小さいこと、テレセントリックであること、バックフォーカスが長いこと、短い投射距離を有すること、低コストであること等が要求される。
【０００３】
一方、フィルムやスライド、あるいは液晶表示器などに表示された像をスクリーンに拡大投映するプロジェクターにおいては、投映用の光学系としてテレセントリックタイプのズームレンズが用いられることが多い。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５１１９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ズームレンズでは、低コストであること等の要件を満たしにくい。
【０００６】
また、固定投射型の投射レンズを多数のレンズを構成することによって、高精細な画像が得られること、歪曲が小さいこと、倍率色収差が小さいこと等の要件を満たすことができる。しかしながら、レンズ枚数を多くした場合に、短波長側の透過率がレンズのガラス材の内部吸収により低減する。これに対し、短波長側の内部吸収の少ない鉛入りガラスを用い明るさを確保することも考えられるが、高コストになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、少ない枚数のレンズから構成された簡易な構成で良好に諸収差が低減された投射レンズを備えたプロジェクターを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のプロジェクターは、画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段によって形成された画像を投射する投射レンズと、を備え、前記投射レンズは、スクリーン側より像面側に向かって順に配設された１枚の負の屈折力のレンズからなる第１レンズと、１枚の正の屈折力のレンズからなる第２レンズと、負の屈折力の第３１レンズと正の屈折力の第３２レンズとからなり全体で負の屈折力の第３レンズと、１枚の正の屈折力からなる第４レンズとの実質的に５枚のレンズからなり、像面側に向かって略テレセントリックに形成され、前記第１レンズの像面側の面と前記第３２レンズの像面側の面が、非球面に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
これによって、プロジェクターにおける投射レンズは、第１レンズ１０の像面側の面と第３２レンズの像面側の面３３が非球面に形成されているので、少ない枚数のレンズで構成されているにもかかわらず、歪曲収差やコマ収差や非点収差等の諸収差を低減させることができる。
【００１０】
また、前記第１レンズの焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの合成焦点距離をｆ２−４としたときに、前記ｆ１と前記ｆ２−４とは互いに逆符号を有し、０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０であることを特徴とする。
【００１１】
これによって、第１レンズによって広角範囲の光線を拾い集めることを可能にするとともに、レンズ系全体の焦点距離ｆに対しバックフォーカスの距離を大きくとることを可能にする。
【００１２】
また、前記第２レンズの焦点距離をｆ２とし、前記第４レンズの焦点距離をｆ４としたときに、０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２であることを特徴とする。また、前記第２レンズのスクリーン側の面の曲率半径は像点側の面の曲率半径より小さく、前記第４レンズのスクリーン側の面の曲率半径は像点側の面の曲率半径より小さいことを特徴とする。
【００１３】
これによって、第２レンズと第４レンズとの間で諸収差を補償し合う関係にし、第２レンズと第４レンズにおいて発生し得る歪曲収差等を低減させることができる。
【００１４】
また、前記第１レンズの像面側の非球面に形成した前記面の形状を次の非球面式
【数２】
2004212729.tif 000003
で表し、係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを所定の値に設定し、全体の焦点距離をｆとしたときに、Ｒは、    ０．５＜Ｒ／ｆ＜１．０を満たすことを特徴とする。
【００１５】
これによって、第１レンズの像面側の面の非球面の形状を歪曲収差やコマ収差や非点収差の諸収差の大きさを大きくならないような形状に設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のプロジェクターにおける投射レンズのレンズ構成を示すものである。
図１に示す投射レンズ２は、スクリーン側（図１における左側）より像面側（図１における右側）に向かって順に配設された１枚の負の屈折力のレンズからなる第１レンズ１０と、１枚の正の屈折力のレンズからなる第２レンズ２０と、負の屈折力の第３１レンズ３１と正の屈折力の第３２レンズ３２とからなり全体で負の屈折力の第３レンズ３０と、１枚の正の屈折力からなる第４レンズ４０との５枚のレンズから構成されている。符号７０は平行ガラス板を示す。投射レンズ２は、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。
【００１７】
図５に示すように、第１レンズ１０によって広角範囲の光線を拾い集め、第２レンズ２０によって光線の収束を図り第３レンズ３０へ送り、第３レンズ３０で色収差の低減を図り、第４レンズ４０で光線の収束を図る。
【００１８】
投射レンズ２では、第１レンズ１０の像面側の面１１と第３２レンズ３２の像面側の面３３が、非球面に形成されている。面１１と面３３を非球面に形成することにより、色収差以外の諸収差すなわち歪曲収差やコマ収差や非点収差等の諸収差を著しく低減できる。例えば、従来３．０％の歪曲収差やコマ収差や非点収差等の諸収差を約１．５％に低減することができた。このように、面１１と面３３を非球面に形成することにより、少ない枚数のレンズで構成されているにもかかわらず所望の諸収差を実現することができる。
【００１９】
また、投射レンズ２では、第１レンズ１０の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ２０、第３レンズ３０及び第４レンズ４０の合成焦点距離をｆ２−４としたときに、ｆ１とｆ２−４とは互いに逆符号を有し、０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０の関係を満たす。０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０の関係は、第１レンズ１０による発散力と、第２レンズ２０、第３レンズ３０及び第４レンズ４０による収束力とがほぼ同程度の大きさであることを示す。これによって、第１レンズ１０によって広角範囲の光線を拾い集めることを可能にするとともに、レンズ系全体の焦点距離ｆに対しバックフォーカスの距離を大きくとり像点側にプリズム等の配設を可能にする。｜ｆ１／ｆ２−４｜が１．０以上のときには、レンズ系全体の焦点距離ｆに対しバックフォーカスの距離を大きくとることができず、必要な大きさのバックフォーカスを確保するためには全体が大きくなりコンパクトに構成できなくなってしまう。｜ｆ１／ｆ２−４｜が０．７以下のときには、バックフォーカスの大きさを確保できるものの、第１レンズ１０のパワーが大きくなりすぎ歪曲収差やコマ収差や非点収差等の諸収差が大きくなってしまう。
【００２０】
また、投射レンズ２では、第２レンズ２０の焦点距離をｆ２とし、第４レンズ４０の焦点距離をｆ４としたときに、０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２の関係を満たす。第２レンズ２０のスクリーン側の面２１の曲率半径Ｒ２１は像点側の面２２の曲率半径Ｒ２２より小さく、第４レンズ４０のスクリーン側の面４１の曲率半径Ｒ４１は像点側の面４２の曲率半径Ｒ４２より大きく構成されている。曲率半径の小さい面２１と面４２とは互いに外側をむくように対を形成し、曲率半径の大きい面２２と面４１とは互いに内側を向くように対を形成している。
【００２１】
０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２の関係は、第２レンズ２０の焦点距離と第４レンズ４０の焦点距離とがほぼ同じことを意味する。０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２の関係これによって、第２レンズ２０と第４レンズ４０との間で諸収差を補償し合う関係にし、第２レンズ２０と第４レンズ４０において発生し得る歪曲収差等を低減させることができる。
【００２２】
また、第１レンズ１０の像面側の非球面に形成した面１１の形状を次の非球面式
【数３】
2004212729.tif 000004
で表し、係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを所定の値に設定し、全体の焦点距離をｆとしたときに、
Ｒは、
０．５＜Ｒ／ｆ＜１．０を満たす。ここで、Ｒは定性的には面１１の中心近傍の曲率半径を示す。０．５＜Ｒ／ｆ＜１．０の関係を満たすことによって、面１１の非球面の形状を歪曲収差やコマ収差や非点収差の諸収差の大きさを大きくならないような形状に設定することができる。Ｒ／ｆが０．５以下の場合には、Ｒが小さすぎて広角性が強すぎ歪曲収差等の諸収差が大きくなる。また、Ｒ／ｆが１．０以上の場合には、Ｒが大きく第１レンズ１０のパワーが小さくなり投射レンズ２全体が大きく構成されてしまう。Ｒが上述の関係式を満たすことによって、歪曲収差等の諸収差を低減できるとともにコンパクトな投射レンズ２を構成することができる。
【００２３】
以下に投射レンズ２の実施例について説明する。
【００２４】
第１の実施例の投射レンズ２の仕様は次のとおりである。
【００２５】
投射レンズ２のレンズデータを図２に示す。なお、ＯＢＪは面番号を示しスクリーン側から順に各レンズの面に付した番号であり、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を表している（単位ｍｍ）。ＧＬＡはレンズ材料のｄ線屈折率とアッベ数を示し、例えばＧＬＡが１．４８７４９＿７０．４はレンズ材料のｄ線屈折率が１．４８７４９でありアッベ数が７０．４であることを示す。
【００２６】
投射レンズ２の収差図を図３および図４に示す。なお、図３において（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差を表している。図３中（Ｂ）の非点収差図における符号Ｓ，Ｔは、それぞれ球欠的像面，子午的像面に対する収差を表す。また、図４は横収差図であり、図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、それぞれ像高比（１．００），（０．８０），（０．６０），（０．４０），および（０．００）における収差を表す。
【００２７】
第１レンズ１０の非球面１１の形状は、前述の非球面式で表される。ここで、図２において、係数ＲはＮＯ２の面を示す欄で示される曲率半径（ＲＤＹ）で与えられ、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはＮＯ２の面を示す欄に示す値である。
【００２８】
第３レンズ３０の非球面３３の形状は、同様に、上記の非球面式で表される。ここで、図２において、係数ＲはＮＯ７の面を示す欄で示される曲率半径（ＲＤＹ）で与えられ、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤはＮＯ７の面を示す欄に示す値である。
【００２９】
上述の実施例では、投射レンズ２全体の焦点距離ｆ＝１６．６２ｍｍであり、第１レンズ１０の焦点距離ｆ１＝−２６．２４ｍｍであり、第２レンズ２０の焦点距離ｆ２＝２６．４８ｍｍであり、第３レンズ３０の焦点距離ｆ３＝−５７．６４ｍｍであり、第４レンズ４０の焦点距離ｆ４＝２４．７０ｍｍである。
【００３０】
また、第２レンズ２０、第３レンズ３０及び第４レンズ４０の合成焦点距離ｆ２−４＝３１．５３ｍｍであり、ｆ１／ｆ２−４＝−０．８２８であり、０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０の関係が満たされている。
【００３１】
また、ｆ２／ｆ４＝０．９５９であり、０．８＜ｆ２／ｆ４＜１．２の関係が満たされている。
【００３２】
また、図２において、第１レンズ１０の像面側の非球面に形成した面１１の形状について、係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤをＮＯ２の面を示す欄に示す値に設定したときに、Ｒ／ｆ＝０．７１５４であり、０．５＜Ｒ／ｆ＜１．０の関係が満たされている。
【００３３】
なお、第１レンズ１０の像面側の面１１を非球面形状に形成する場合に、ガラス面自体を非球面に加工することも可能であるが、ガラス面を球面に加工しその球面上に例えば厚さ５０μｍ程度にＵＶ硬化樹脂の薄膜を形成しこの薄膜を非球面に形成することによって簡易に面１１を非球面に形成することができる。この場合においても、第１レンズ１０は実質的に１枚のレンズから構成されているといえるのであり、投射レンズ２は、第１レンズ１０と、第２レンズ２０と、第３１レンズ２１と第３２レンズ３２とかる第３レンズ３０と、第４レンズ４０との実質的に５枚のレンズから構成されている。
【００３４】
以上、上述の本発明の実施の形態によれば、実質的に５枚のレンズで構成することによって、投射レンズ２を明るく、コンパクトで軽量にすることができ、低コストのＬＣＤプロジェクター用レンズを提供することができる。
【００３５】
また、投射レンズ２では、第１レンズ１０の像面側の面１１と第３２レンズ３２の像面側の面３３を非球面に形成することによって、色収差以外の諸収差すなわち歪曲収差やコマ収差や非点収差を低減でき、高精細な画像を得ることができるようにすることができる。
【００３６】
また、投射レンズ２では、第３レンズを第３１レンズ２１と第３２レンズ３２との２枚の合成レンズとすることにより色収差を低減することができる。
【００３７】
また、０．７＜｜ｆ１／ｆ２−４｜＜１．０を満たすようにすることにより、長いバックフォーカスを有し、短い投射距離を有するようにすることができる。
【００３８】
なお、第１レンズ１０、第２レンズ２０、及び第４レンズ４０を１枚のレンズからなるとしたが、ここで１枚のレンズとは実質的に１枚であることを示し、薄膜を表面に加工付着させた場合も実質的には１枚のレンズとして考えることができる。
【００３９】
次に、図６を参照して、上述の投射レンズ２を備えたプロジェクター１の一実施例について説明する。
【００４０】
プロジェクター１は、カラー画像を形成するための画像形成手段３と投射レンズ２を備えている。画像形成手段３は、光変調素子として３つの液晶表示器と、３つの液晶表示器の３種の色の像を合成する合成プリズム６０とを備えている。図６において、３つの液晶表示器は模式的に表示されており、３つの液晶表示器による各々の画像は模式的に物点面７０に配置された液晶表示器に形成されるとして表示されており、３つの液晶表示器の具体的な表示は省略している。３つの液晶表示器による各々の画像は合成プリズム６０によって合成された後、投射レンズ２によってスクリーン５へ投影される。投射レンズ２は表示素子７０からスクリーン５に向かって略テレセントリックであるので、液晶表示器の画質の角度依存性に左右されずに鮮明にスクリーン５に投影することを可能にする。また、投射レンズ２は長いバックフォーカスを有し、投射レンズ２と表示素子７０との間に合成プリズム６０を配設することが可能である。
【００４１】
なお、画像形成手段３としては、液晶表示器に換えて、画素がマイクロミラーによって構成されたデバイスのような光変調装置やフィルムやスライドのようなものを用いることも可能である。
【００４２】
上述の実施例にかかる投射レンズ２をプロジェクター１に採用することにより、画像品質の高いプロジェクターを提供することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、少ない枚数のレンズから構成された簡易な構成で良好に諸収差が低減された投射レンズを備えたプロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロジェクターにおける投射レンズの一実施例を示すレンズ構成を示し、左側がスクリーン側を示し右側が像面側を示す。
【図２】図１に示す投射レンズのレンズデータを示す図であり、ＯＢＪは面番号を示し、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を示す。
【図３】図１に示した投射レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差を、（Ｂ）は非点収差を、（Ｃ）は歪曲収差をそれぞれ表す。
【図４】図１に示した投射レンズの横収差図であり、（Ａ）は像高比１．００における収差を、（Ｂ）は像高比０．８０における収差を、（Ｃ）は像高比０．６０における収差を、（Ｄ）は像高比０．４０における収差を、（Ｅ）は像高比０．００における収差をそれぞれ表す。
【図５】像面から出射する主光線が光軸と交差する位置である絞り位置の近傍に位置していることを示す光線図。
【図６】本発明のプロジェクターを示す図。
【符号の説明】
２  投射レンズ
１０  第１レンズ
１１  面（非球面）
２０  第２レンズ
３０  第３レンズ
３１  第３１レンズ
３２  第３２レンズ
４０  第４レンズ
４２  面（非球面）
６０  合成プリズム
７０  物点面
【図１】
2004212729.tif 000006
【図２】
2004212729.tif 000007
【図３】
2004212729.tif 000008
【図４】
2004212729.tif 000009
【図５】
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【図６】
2004212729.tif 000011