(57)【要約】【課題】  簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いられる高精細な画像投影を行うテレセントリックレトロフォーカスレンズを提供すること。【解決手段】  複数のレンズを有し、最も広いレンズ間隔と、次に長いレンズ間隔を境にして、３つのレンズ群で構成されたレトロフォーカスレンズであって、拡大側から順に負レンズのみで構成され、少なくとも１面の非球面を有している負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、少なくとも６枚以下のレンズで構成される正の屈折力の第３レンズ群を有し、第ｉレンズ群の焦点距離をｆiとして、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２とするとき      ｜ｆ３／ｆ１２｜＜０．４なる条件を満足する。【選択図】  図１
2005309058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを有し、最も広いレンズ間隔と、次に長いレンズ間隔を境にして、３つのレンズ群で構成され、拡大側から順に、
負レンズのみで構成され、少なくとも１面の非球面を有している負の屈折力の第１レンズ群、
正の屈折力の第２レンズ群、
開口絞り、
少なくとも６枚以下のレンズで構成される正の屈折力の第３レンズ群を有し、以下の式を満たすことを特徴とするレトロフォーカスレンズ。
｜ｆ３／ｆ１２｜＜０．４
但しここで、第ｉレンズ群の焦点距離をｆiとして、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離をｆ１２とする。
【請求項２】
拡大側の共役点の距離変動に伴う縮小側のピントずれ補正を、第３レンズ群を光軸方向に移動して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレトロフォーカスレンズ。
【請求項３】
以下の式を満たすことを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載のレトロフォーカスレンズ。
Ｄ／ｆ＞６．０
２．０＜｜Ｄ／ｂｆ｜＜３．５
但しここで、ｂｆはプリズム、フィルター等の無い状態での空気換算長のバックフォーカスを意味し、ｆは全系の焦点距離、Ｄはレンズ第１面から最終面までの長さである。
【請求項４】
以下の式を満たすことを特徴とする特許請求の第３項記載のレトロフォーカスレンズ。
１．８＜ｂｆ／ｆ＜２．４
｜ｆ１／ｆ２｜＜０．６
【請求項５】
以下の条件式を満たすことを特徴とする特許請求第４項記載のレトロフォーカスレンズ。
０．５＜｜ｆ１／ｂｆ｜＜０．９
【請求項６】
第ｉレンズ群の焦点距離をｆiとするとき、
以下の条件式を満たすことを特徴とする特許請求項５記載のレトロフォーカスレンズ。
１．３＜ｆ２／ｆ３＜３．０
１．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を固定された有限距離にて、スクリーンに拡大投射するプロジェクション装置等に用いられるレトロフォーカスレンズに関し、特に表示体に色光ごとに複数の液晶等を用い、色合成して１本の投射レンズを介して、高精細な画像投射を行う簡易な構成の広角で小型なテレセントリックズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のレトロフォーカスレンズは比較的広画角化が容易であるが、反面、歪曲の発生が大きく、またバックフォーカスも短め等の欠点を有している。
【０００３】
これらの欠点を改善しようとしたレンズが例えば本出願人は特開平３−１４５６１３号公報、特開平４−１７４８１２号公報等で提案している。
【０００４】
しかしながら特開平３−１４５６１３号公報においては、拡大側より順に負、正、正の３つのレンズ群より構成しているが、第２レンズ群が大きいなど小型化には不充分であった。またＦＮｏも暗くまだまだ改良の余地はある。
【０００５】
特開平４−１７４８１２号公報では拡大側より順に負、正、正の３つのレンズ群より構成しているが、近年のプロジェクション装置に必要なクロスダイクロプリズム等の色合成系のような大きなガラス材を考慮していない。明細書にはテレセントリックについて言及しているも、クロスダイクロの角度特性に充分なテレセントリック性を達成していないため適当ではなかった。また画角も小さく、歪曲も大きく適当ではなかった。
【０００６】
また特開平９−２６５４２号公報、特開２０００−９９９３号公報、特開２０００−３０５０１２号公報等にも提案がある。しかしながらこれらの提案ではＦＮｏも暗い割に構成枚数も多く小型化は充分に達成していなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の如き、表示画像をスクリーンに拡大投射する際、特に液晶表示体を複数の色光ごとに分けて用い、各色光を合成して１本の投射レンズにて投射する場合、以下の条件を満足することが必要となる。
１）液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの 角度依存の影響を排除すると共に、液晶パネルからレンズに射出される光束にあわせてパネル側の瞳（射出瞳）が遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
２）表示体と投射レンズの間に介在する色合成素子のスペースを確保する為に、長いバックフォーカスを必要とする。
【０００８】
上記、要求事項に対し、前記従来例では、テレセントリックには不足なものや、小型化、広角化の不足しているものや、またＦＮoが暗く、明るいプロジェクタとして充分ではなかった。
【０００９】
本発明では、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いられる、高精細な画像投影を行うテレセントリックレトロフォーカスレンズを達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
複数のレンズを有し、最も広いレンズ間隔と、次に長いレンズ間隔を境にして、３つのレンズ群で構成され、拡大側から順に
負レンズのみで構成され、少なくとも１面の非球面を有している負の屈折力の第１レンズ群、
正の屈折力の第２レンズ群
開口絞り、
少なくとも６枚以下のレンズで構成される正の屈折力の第３レンズ群を有し、
第ｉレンズ群の焦点距離をｆiとして、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離を
ｆ１２とするとき
（１）｜ｆ３／ｆ１２｜＜０．４
この式はレンズを小型化し、絞りより拡大側のレンズ群と絞りより縮小側のレンズ群の焦点距離を適切に設定する為の条件である。この式を逸脱するとテレセン性を確保しつつ、また歪曲を抑えつつ小型化が難しくなる。このとき第３レンズ群に最もレンズ枚数が多い構成にするのが好ましい。その際、レンズの小型化には第３レンズ群を構成するレンズは６枚以下が必要である。
【００１１】
また、特に第１レンズ群と第２レンズ群の合成系と全系の関係は以下の関係になっていることが好ましい。但しｆは全系の焦点距離
（１ａ）｜f／ｆ１２｜＜０．１２
この（１）及び（１ａ）式は共に全系の中の第１レンズ群と第２レンズ群の合成系の関係を示している。
【００１２】
これらの式から言えることは全系の焦点距離（パワー）の多くを第３レンズ群に依存しており第１レンズ群、第２レンズ群は歪曲や周辺像高の収差補正に役立っていると言うことになる。特に第１レンズ群内の非球面はそのためには有効である。
【００１３】
特に拡大側の共役点の距離変動に伴う縮小側のピントずれ補正を、第３レンズ群を光軸方向に移動して行うことが全系の小型化には好ましい。
【００１４】
これは第１レンズ群あるいは全体で距離合せをすると、前玉が距離の変動で動くこととなり、至近において周辺光量を確保するには前玉径を大きくする必要が生じ、大型化して適当でない。一方第３レンズ群で距離合せをすると前玉が動くことはなく、また式（１）及び（１ａ）で示すように第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離が長く（略アフォーカル）、第３レンズ群の焦点距離の移動量も、全体で距離あわせをした場合もあまり変わらない繰り出し量で、至近まで距離合せが可能となり、また至近において周辺光量の低下もなく小型化に有効である。
【００１５】
また広角化に伴う歪曲補正には前玉近傍に正レンズを配置するのが良いが、前玉に正レンズを配置すると、第１レンズ群の有効径が大型化してしまうので、第１レンズ群は負レンズのみで構成し、歪曲はその第１レンズ群内の非球面にて低減化するのが良い。
【００１６】
また特に以下の式を満たすことが好ましい。 
（２）Ｄ／ｆ＞６．０
（３）２．０＜｜Ｄ／ｂｆ｜＜３．５
但しここで、ｂｆはプリズム、フィルター等の無い状態での空気換算長のバックフォーカスを意味し、ｆは全系の焦点距離、Ｄはレンズ第１面から最終面までの長さである。
【００１７】
この式は広角化を目的とした際の、全長と、バックフォーカスについて述べたものである。
【００１８】
式（２）（３）を逸脱すると所望レンズの大きさでの広角化を達成できなくなるレンズの大きさと焦点距離を更に適切に設定するには
（２ａ）６．０＜Ｄ／ｆ＜８．０
を満たしていることが更に好ましい。
【００１９】
更に以下の条件式を満たすことが好ましい。 
（４）１．８＜ｂｆ／ｆ＜２．４
（５）｜ｆ１／ｆ２｜＜０．６
式（４）はバックフォーカスと焦点距離を適切に設定するものである。式（３）にも関連するが、バックフォーカスを大きくするには、全系の焦点距離を長くするのが簡易な方法である。しかしそれでは所望の広角化はできない。色合成プリズムをいれて所望の画角を得るにはこの式を満たす構成を、前記レンズ構成を配置した上で構成するのが良い。
【００２０】
更に以下の条件式を満たすことが好ましい。 
（６）０．５＜｜ｆ１／ｂｆ｜＜０．９
この式は広角化する際の前玉(第１レンズ群)とバックフォーカスの関係を示したものである。広角化するには｜ｆ１｜を小さくする必要があるが、そうするとバックフォーカスも小さくなり、色合成プリズムが入れられなくなり適当でない。また上限を超えると広角化できない事に加えて全系の大型化になり適当ではない。
【００２１】
また、以下の条件式を満足することが好ましい
（７）１．３＜ｆ２／ｆ３＜３．０
（８）１．３＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
この（７）、（８）式は略アフォーカルな第１レンズ群と第２レンズ群の構成の中での各群の役割分担について記したものである。
【００２２】
式（７）は第３レンズ群に対して絞りを近傍に有する第２レンズ群のパワーを適切に配置する条件である。式（１）との兼ね合いより上限を逸脱すると全系が大型化し、下限を逸脱すると歪曲が大きくなり適当でない。
【００２３】
式（８）についても、上限を逸脱すると前玉の大型化になり、下限を逸脱すると歪曲が大きくなり適当でない。
【００２４】
特に第１レンズ群は拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズを少なくとも１枚含む構成でいずれかの面に非球面を有することである。非球面は歪曲収差を主に緩和するように用い、最も拡大側のレンズに非球面があるのが好ましい。しかしながら、非球面レンズがプラスチックなどの傷がつきやすい材質で使用する場合は、非球面プラスチックレンズを拡大側から順に２番目のレンズに用いても良い。特に最も拡大側のレンズに非球面を用いる場合は、ガラス材の縮小側にプラスチック等の薄い成形材で非球面を構成する複合非球面（レプリカ非球面）を用いても良い。ガラスの非球面であれば第１レンズ群のどこに配置しても問題はない。
【００２５】
また特に投写レンズでスクリーン後方から照射する所謂リアプロジェクション方式では投写レンズが本体に組み込まれている為、レンズを直接触れることができないので、この場合は第1レンズにプラスチックを用いることは何ら問題ない。
【００２６】
また第１レンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均は５０以上、更に好ましくは５５以上であることが好ましい。このように構成することで、第１レンズ群で発生する倍率色収差を小さくすることができる。
【００２７】
第２レンズ群は両凸レンズ１枚、もしくは負レンズと両凸レンズで構成するのが良い。特に第２レンズ群に負レンズを用いる際は縮小側に凹面を向ける負レンズが好ましい。更に好ましくはその負レンズは両凹で縮小側の凹面の方が、拡大側の凹面よりきつい（曲率半径が小さい）のが良い。特に球面収差を補正する為に、第２レンズ群の正レンズに非球面を配置しても良い。
【００２８】
また開口絞りは第２レンズ群の縮小側に配置し、第３レンズ群の前側主点位置近傍に配置するのが良い。このような構成にすることで第３レンズ群の縮小側でテレセントリック性が確保できる。
【００２９】
最も構成レンズ枚数の多い第３レンズ群は、前述のように全系のパワーの多くを担っているレンズ群である。式（１）（１ａ）の関係からも判るが、具体的には下記の関係を保っているのが良い。 
（９）２＜ｆ３／ｆ＜３
（１０）０．９＜ｆ３／ｂｆ＜１．２
第３レンズ群の前側主点位置近傍に開口絞りがあり、第1、２レンズ群の合成焦点距離がほぼアフォーカルならば、第3レンズ群はリレーレンズのような役割を果たし、LCD面には全画角に渡ってテレセントリックな構成が達成できる。ここで、これらの式（9）（10）は開口絞りが第３レンズ群の前側主点位置近傍にあって、第１レンズ群と第２レンズ群の合成パワーが略アフォーカルの場合に、満たされる条件である。この式を逸脱するとテレセン性が確保できず、レンズも大型化し適当でない。
【００３０】
また第３レンズ群は距離合わせを行う群であり、リレーレンズのような構成である為に、３つの群のうち最も全長の長い群である事が好ましく、構成レンズ枚数も最も多いのが好ましい。前述のように少なくとも６枚以下のレンズで構成されるのが小型化と高性能化には必要である。
【００３１】
具体的には第３レンズ群は少なくとも２枚の両凸レンズ、少なくとも１枚の縮小側に凹面を有する負レンズを有することが好ましい。
【００３２】
また第３レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均は６０以上、更に好ましくは６５以上であることが好ましい。このように構成することで第３レンズ群で発生する倍率色収差を小さくすることができる。
【００３３】
また液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除する為に、パネル側の瞳（射出瞳）が遠方にある所謂テレセントリック光学系であることが効率の良い照明手段としてのレンズに有効である。特に表示パネル側（縮小側）のレンズの瞳（射出瞳）が遠方にあること必要である。具体的にはその角度依存性を排するためには以下の条件を満たしていれば良い。 
（１１）｜ｔｋ｜／ｆ＞６．０
更に好ましくは以下の条件が好ましい。
【００３４】
（１１ａ）｜ｔｋ｜／ｆ＞１０．０
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように構成することにより、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いられる、高精細な画像投影を行うテレセントリックレトロフォーカスレンズを達成することができた。
【００３６】
特に上記、従来技術に対し、充分テレセントリックで、小型化、広角化を達成したＦＮoが明るいプロジェクタレンズが提供可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に本発明の実施例を記載する。
【００３８】
図１〜図５はそれぞれ実施例１〜実施例５のレトロフォーカスレンズの断面図を示す。図中、Ｇは色合成プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター等のガラスブロックである。また、図６〜１０はそれぞれ実施例１〜実施例５のレトロフォーカスレンズの収差図である。収差図において、実線は５５０ｎｍ、二点鎖線は４７０ｎｍでの収差、破線は６２０ｎｍでの収差、ΔＭ、ΔＳはそれぞれメリジオナル像面、サジタル像面を示す。実施例１〜３は投写距離820ｍｍ、実施例４、５は投写距離2000mmでの収差図を示す。
【００３９】
実施例１は拡大側から２番目のレンズをプラスチックによる非球面にしたものである。ここでは凹面側の面を非球面としている。ＦNoは２．５
実施例２は最も拡大側のレンズの縮小側凹面側に、薄い凹プラスチック層からなる非球面を有する複合非球面レンズ（レプリカ非球面）を採用した例である。FＮｏは２．５
実施例３も最も拡大側のレンズの縮小側凹面側に、薄い凹プラスチック層からなる非球面を有する複合非球面レンズ（レプリカ非球面）を採用している。第２レンズ群を両凸正レンズ１枚で構成したものである。ＦＮｏは２．５
実施例４は第１実施例と同様拡大側から２番目のレンズをプラスチックによる非球面にしたものである。特に第２レンズ群の両凸正レンズを非球面にしたものである。このレンズはガラスを非球面化したものを採用している例である。更に第３レンズ群をレンズ４枚で構成している。FＮｏは２．０
実施例５は第1レンズ群を負レンズ1枚、第２レンズ群を正レンズ１枚、第３レンズ群を３枚のレンズで構成した例である。第１レンズはガラスによるによる非球面レンズで縮小側の面に非球面を、第２レンズは両凸レンズにしたものである。特に第３レンズ群をレンズ３枚で構成し、第３レンズ群の両凸正レンズを非球面にしたものである。このレンズはガラスを非球面化したものを採用している例である。FＮｏは２．１
以下、実施例１〜５にそれぞれ対応する数値実施例１〜５のデータを示す。数値実施例において、Ｒiは物体側より順に第i番目のレンズ面の曲率半径、Ｄiは物体側より順に第i番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎiとνiはそれぞれ物体側より順に第i番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００４０】
非球面形状は、光軸方向にｘ軸、光軸と垂直方向ｈ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを非球面係数としたとき、
【００４１】
【数１】
2005309058.tif 000003
なる式で表している。
【００４２】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００４３】
【数２】
2005309058.tif 000004
【００４４】
【数３】
2005309058.tif 000005
【００４５】
【数４】
2005309058.tif 000006
【００４６】
【数５】
2005309058.tif 000007
【００４７】
【数６】
2005309058.tif 000008
【００４８】
【表１】
2005309058.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１のレトロフォーカスレンズの断面図である。
【図２】実施例２のレトロフォーカスレンズの断面図である。
【図３】実施例３のレトロフォーカスレンズの断面図である。
【図４】実施例４のレトロフォーカスレンズの断面図である。
【図５】実施例５のレトロフォーカスレンズの断面図である。
【図６】実施例１のレトロフォーカスレンズの収差図である。
【図７】実施例２のレトロフォーカスレンズの収差図である。
【図８】実施例３のレトロフォーカスレンズの収差図である。
【図９】実施例４のレトロフォーカスレンズの収差図である。
【図１０】実施例５のレトロフォーカスレンズの収差図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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