(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
2004354405.tif 000002
【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、拡大側から順に、２枚以下の拡大側に凸のメニスカス負レンズ、両面が凹の負レンズを配して構成され、１枚のレンズ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、２枚以下のレンズで構成され、１枚のレンズは拡大側に大きな曲率を持つ正レンズであり、
上記第２レンズ後群は、拡大側から順次、拡大側に大きな曲率の負レンズ、両面が凸である正レンズ、両面が凹である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レンズ前群が、拡大側に大きな曲率を持つ１枚の正レンズで構成されることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項３】
請求項１記載の投射用レンズにおいて、
第２レンズ前群が、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、張り合わせ、もしくは、小さな空気間隔を隔てて配列した構成をなすことを特徴とする投射用レンズ。
【請求項４】
請求項３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（投射用レンズからスクリーンまでの距離）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等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】
液晶パネル等のライトバルブ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り、普及率が高い。
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
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わずに組込むかが問題となる。
【０００９】
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にならしめる工夫が知られている（特許文献１、２）。
【００１０】
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、投射用レンズの画角が大きいことが必要である。また、表示される画像が高画質であるように、各種の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。
【００１１】
【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
【００１２】
【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。
【００１３】
【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。
【００１４】
第１レンズ群Ｉは、拡大側から順に、２枚以下（図の例では１枚）の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」、「両面が凹の負レンズ」を配して構成され、１枚のレンズは非球面レンズである。
【００１５】
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を配置してなる。
【００１６】
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。
【００１７】
第２レンズ前群ＩＩｆは、２枚以下（図の例では１枚）のレンズで構成され、１枚のレンズは「拡大側に大きな曲率を持つ正レンズ」である。第２レンズ後群ＩＩｒは、拡大側から順次、「拡大側に大きな曲率の負レンズ」、「両面が凸である正レンズ」、「両面が凹である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ける第２レンズ前群ＩＩｆは、図１に示したように「拡大側に大きな曲率を持つ１枚の正レンズ」で構成することもできるし（請求項２）、後述する実施例４や実施例５におけるように、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「張り合わせ」た構成もしくは、「小さな空気間隔を隔てて配列」した構成とすることもできる（請求項３）。
【００２１】
この請求項３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（投射用レンズからスクリーンまでの距離）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）。
【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、前述のように、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。
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バックフォーカス：Ｂｆの値は大きくなる。
【００３２】
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。
条件（２）の下限を越えると、｜ｆ１｜が小さくなりすぎて第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ことが困難になる。
【００３３】
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。
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。
【００３４】
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、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確保することが困難になる。
【００３５】
この発明の投射用レンズは、第２レンズ後群の拡大側の焦点位置近傍に開口絞り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。
【００３６】
第１レンズ群は「最も縮小側に配されるレンズ」の両面を凹にして大きな負の屈折率を与えることにより、この両凹レンズよりも拡大側に配されるレンズ（拡大側に凸のメニスカス負レンズ）の外径を小さくすることが可能であり、コンパクト性と低コスト性を可能としている。
【００３７】
第１レンズ群は、軸外の主光線高さ（光軸からの距離）が、他のレンズ群に比して大きいので、第１レンズ群内に非球面レンズを配置することで、歪曲収差を効果的に補正する。
【００３８】
第２レンズ前群は、これを「拡大側に大きな曲率を持つ１枚の正レンズ」とすることにより低コスト化を図ることができる（請求項２）。
【００３９】
また、第２レンズ前群を、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「張り合わせた構成」、あるいは、上記負・正２枚のレンズを「小さな空気間隔を隔てて配した構成」とすることで、球面収差、軸上色収差を効果的に補正できるようになり、他のレンズエレメントの収差補正分担を軽減し、より高い画像品質が得易くなる（請求項３）。
【００４０】
条件（４）は、請求項３記載の場合のように、第２レンズ前群を「レンズ２枚を張合せた構成」、もしくは「レンズ２枚を、小さな空気間隔を隔てて配した構成」としたとき、負・正２枚のレンズにおける「効果的に収差補正できるアッベ数差の範囲」を表したものである。
【００４１】
条件（４）の下限値を超えると、レンズ２枚の張り合わせ構成、あるいは、小さな空気間隔を隔てた構成による効果を生かせない。
【００４２】
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、高いテレセントリック性をもつため、正の屈折力を持つ第２レンズ後群により「大きく光軸方向に曲げられる」が、このとき「光線が曲がる度合い」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。
【００４３】
請求項５記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群内で「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。
【００４４】
請求項６記載の投射用レンズでは、第１レンズ群内の非球面レンズを、安価で成形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。
【００４５】
プラスチックレンズは、光学ガラスレンズに比して「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。
【００４６】
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。
【００４７】
条件（６）は、この点を鑑みて、第１レンズ群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。
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。
【００４８】
請求項７記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群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。
【００４９】
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、以下に述べる理由による。
【００５０】
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。
【００５１】
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レンズ後群に入射するが、光線束径は第２レンズ後群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レンズ群へ入射する。
【００５２】
第１レンズ群内と第２レンズ後群内の各プラスチックレンズでの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、その比率の２乗：ε２（＝（ｈＰ２／ｈＰ１）２）は４〜１０程度の範囲になる。
【００５３】
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レンズ後群内のプラスチックレンズの焦点距離は、第１レンズ群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。
【００５４】
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。
【００５５】
請求項８記載の投射用レンズでは、第１レンズ群内の負のプラスチックレンズに対し、第２レンズ後群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。
【００５６】
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、第１レンズ群内の負のプラスチックレンズに見込んで付加していることによる。
【００５７】
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率：εのばらつきによる打消しの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。
【００５８】
条件（９）のパラメータ：ｆ／ｆ２ｐが、下限値を超えると第２レンズ後群内の正のプラスチックレンズによる相殺作用が小さくなり、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。
【００５９】
この発明の投射用レンズは、第２レンズ後群を、拡大側に大きな曲率の負レンズ、両面が凸である正レンズ、両面が凹である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。
【００６０】
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。
【００６１】
しかし、スクリーンサイズに合わせて投射距離（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。
【００６２】
この発明の投射用レンズでは、像面の湾曲を、第１レンズ群内の「非球面レンズと該非球面レンズの縮小側に配置されたレンズの間隔」を変化させることで補正が可能である。
【００６３】
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、良好な画像を投射できる。
【００６４】
【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。
各実施例において、「Ｓ」により拡大側から数えた面番号を表し、「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。「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率とアッべ数を示す。
【００６５】
「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）の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。
【００６６】
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：
Ｚ＝（１／Ｒ）・ｈ２／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）・（１／Ｒ）２・ｈ２｝］＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ１０＋Ｅ・ｈ１２
で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを与えて特定する。
【００６７】
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。
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。
【００６８】
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。
【００６９】
第２レンズ前群ＩＩｆは拡大側に大きな曲率を持つ１枚の正レンズで成っている（請求項２）。
【００７０】
ｆ＝１１．６５、Ｆ／Ｎｏ＝２．２、ω＝４３．６°、
ｏｂｄ＝６５６、Ｂｆ＝３１．１１
2004354405.tif 000003
【００７１】
2004354405.tif 000004
【００７２】
各条件のパラメータの値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．６７
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝１．７４
（３）ｄ／ｆ＝４．８４
（５）ν３Ｐ＝５８．４
（６）｜ｆ／ｆ１ｐ｜＝０．１０
（７）｜ｆ／ｆ２ｐ｜＝０．０３
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
ｆ＝１１．６０、Ｆ／Ｎｏ＝２．２、ω＝４３．７°、
ｏｂｄ＝６５１、Ｂｆ＝３３．９４
2004354405.tif 000005
【００７６】
2004354405.tif 000006
【００７７】
各条件のパラメータの値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．９３
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝１．８３
（３）ｄ／ｆ＝４．９０
（５）ν３Ｐ＝５３．９
（６）｜ｆ／ｆ１ｐ｜＝０．０９
（７）｜ｆ／ｆ２ｐ｜＝０．０２
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。
【００７８】
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。
【００７９】
ｆ＝１１．７０、Ｆ／Ｎｏ＝２．２、ω＝４３．６°、
ｏｂｄ＝６６８、Ｂｆ＝３２．９１
2004354405.tif 000007
【００８０】
2004354405.tif 000008
【００８１】
各条件のパラメータの値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．８１
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝１．７２
（３）ｄ／ｆ＝４．２９
（５）ν３Ｐ＝６２．２
（８）｜ｆ／ｆ１ｐ｜＝０．１８
（９）ｆ／ｆ２ｐ＝０．０３
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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枚の張り合わせによる接合レンズ（請求項３）となっている。
ｆ＝１１．６５、Ｆ／Ｎｏ＝２．２、ω＝４３．６°、
ｏｂｄ＝６５４、Ｂｆ＝３５．９１
2004354405.tif 000009
【００８４】
2004354405.tif 000010
【００８５】
各条件のパラメータの値
（１）Ｂｆ／ｆ＝３．０８
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝１．７８
（３）ｄ／ｆ＝４．４３
（４）ν２Ｎ−ν２Ｐ＝３９．１
（５）ν３Ｐ＝５３．９
（６）｜ｆ／ｆ１ｐ｜＝０．１０
（７）｜ｆ／ｆ２ｐ｜＝０．０１
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。
【００８６】
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。
【００８７】
第１レンズ群は、拡大側に凸のメニスカス負レンズをプラスチックとガラスの２枚とすることで、プラスチックレンズの屈折力を小さくし、温度によるピント位置の変化を小さいものとしている（請求項６）。
【００８８】
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た構成となっている（請求項３）。
【００８９】
ｆ＝１１．５１、Ｆ／Ｎｏ＝２．２、ω＝４４．０°、
ｏｂｄ＝６４５、Ｂｆ＝３２．９２
2004354405.tif 000011
【００９０】
2004354405.tif 000012
【００９１】
各条件のパラメータの値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．８６
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝２．１１
（３）ｄ／ｆ＝５．４３
（４）ν２Ｎ−ν２Ｐ＝１９．５
（５）ν３Ｐ＝５５．５
（６）｜ｆ／ｆ１ｐ｜＝０．０５
（７）｜ｆ／ｆ２ｐ｜＝０．０２
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。
【００９２】
上に挙げた実施例１〜３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、拡大側から順に、２枚以下の拡大側に凸のメニスカス負レンズ、両面が凹の負レンズを配して構成され、１枚のレンズ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、２枚以下のレンズで構成され、１枚のレンズは拡大側に大きな曲率を持つ正レンズであり、第２レンズ後群ＩＩｒは、拡大側から順次、拡大側に大きな曲率の負レンズ、両面が凸である正レンズ、両面が凹である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
を満足し、半画角４０°以上を有する（請求項１）。
【００９３】
実施例１〜３の投射用レンズでは、第２レンズ前群ＩＩｆが、拡大側に大きな曲率を持つ１枚の正レンズで構成され（請求項２）、実施例４、５では、第２レンズ前群ＩＩｆが、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、張り合わせ（実施例４）、もしくは、小さな空気間隔を隔てて配列し（実施例５）た構成をなす（請求項３）。
【００９４】
また、実施例４、５は、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
を満足する（請求項４）。
【００９５】
実施例１〜５の投射用レンズは、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
を満足し（請求項５）、実施例１、２、４、５の投射用レンズは、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
を満足し（請求項６）、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（請求項７）。
【００９６】
実施例３の投射用レンズは、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（請求項８）。
【００９７】
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な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）。
【００９８】
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）。
【００９９】
【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、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。
【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（光路屈曲用の反射手段）
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
ＰＬ      投射用レンズ
【図１】
2004354405.tif 000013
【図２】
2004354405.tif 000014
【図３】
2004354405.tif 000015
【図４】
2004354405.tif 000016
【図５】
2004354405.tif 000017
【図６】
2004354405.tif 000018
【図７】
2004354405.tif 000019
【図８】
2004354405.tif 000020
【図９】
2004354405.tif 000021
【図１０】
2004354405.tif 000022
【図１１】
2004354405.tif 000023
【図１２】
2004354405.tif 000024
【図１３】
2004354405.tif 000025
【図１４】
2004354405.tif 000026
【図１５】
2004354405.tif 000027
【図１６】
2004354405.tif 000028
【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】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【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