(57)【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、正の屈折力を持つ第３レンズ群を配し、
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間が、光路を曲げるための反射手段を配置するための長い間隔を有し、
上記第１レンズ群は全て負レンズで構成され、第１レンズ群の内、最も縮小側のレンズが非球面を有し、
レンズ全系の焦点距離をf、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、上記第１レンズ群と上記第２レンズ群の間の空気間隔をＤとするとき、これらが条件：
（１）    −２．７＜ｆ１／ｆ≦−２．１２
（２）      ２．２＜ｆ３／ｆ＜  ２．８
（３）      ２．９＜Ｄ／ｆ＜    ４．１
を満足し、
上記第２レンズ群が、負の屈折力を持つレンズＬ２Ａと正の屈折力を持つレンズＬ２Ｂとで構成されており、レンズＬ２Ａのアッベ数がレンズＬ２Ｂのアッベ数よりも大きいことを特徴とする投射用レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の投射用レンズにおいて、
第３レンズ群を構成するレンズの内、少なくとも１枚が非球面を有す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３レンズ群の拡大側の焦点位置近傍に、開口絞りが配置された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１レンズ群と第２レンズ群の間に、光路を曲げるための反射手段が配置されたことを特徴とする投射用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶パネル等に表示される平面画像を、拡大してスクリーン等の表示媒体上に投射結像させる投射用レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルに表示された平面画像を、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、ビデオ再生画像やコンピュータのデータ等の表示用として、近来広く普及してきている。
なかでも、赤・緑・青の各色画像を、独立した液晶パネル（液晶ライトバルブ等）に表示し、各色画像を合成して拡大投影表示する「３板式液晶プロジェクタ」は、画像が高精細であることから普及率も高い。
図１８は、従来から知られた３板式液晶プロジェクタの、光学配置を説明図として示している。符号１〜３は液晶ライトバルブを示す。液晶ライトバルブ１は青画像表示用であり、液晶ライトバルブ２および３はそれぞれ、緑画像および赤画像表示用である。符号４は「色合成手段」としてのクロス型ダイクロイックプリズム、符号５は投射用レンズ、符号６は「表示媒体」としてのスクリーンを示す。
図示されない照明光源光学系により、液晶ライトバルブ１には青色光、液晶ライトバルブ２には緑色光、液晶ライトバルブ３には赤色光がそれぞれ照射され、各液晶ライトバルブを透過した光（各液晶ライトバルブに表示された画像により２次元的に変調されている）は、クロス型ダイクロイックプリズム４で合成されて投射用レンズ５に入射する。
投射用レンズ５から射出した光は、液晶ライトバルブ１，２，３の画像情報を、合成してカラー画像としてスクリーン６上に拡大して投影表示する。
【０００３】
このように、３板式液晶プロジェクタでは、投射用レンズ５の縮小側に、液晶ライトバルブや「プリズム等の色合成手段」が配置され、特に、投射用レンズと液晶ライトバルブとの間に色合成手段を配備しなければならないため、投射用レンズ５は「長いバックフォーカス」を必要とする。
また、液晶ライトバルブから色合成手段４に入射する光束の角度が変化すると、それに応じて、色合成手段の分光透過率も変化し、投影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ので、投射用レンズ５は、主光線の角度が縮小側で同じになるテレセントリックな性質を持つことが好ましい。
近来、テレビ放送のデジタル化を迎え、また、一般家庭におけるテレビの大画面化の傾向と相俟って、これに適した背面投射タイプの３板式液晶リアプロジェクタの高い普及率が予想されている。このような状況から、３板式液晶リアプロジェクタに対しては、さらなる投射距離の短縮化・大画面化の要望が強く、投射用レンズに対し、投射距離短縮のための短焦点化、高画角化、表示画質を確保するための高性能、さらなるコンパクト化の要請が強まってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記要請にこたえるべく、Ｆ値：２．４程度の明るさを有し、半画角４５度以上の高画角でありながらも高い解像力を維持し、色合成手段配備に必要な十分な長さのバックフォーカスを持ち、高いテレセントリック性を有する投射用レンズの実現を可能ならしむることを課題とする。
この発明はまた、３板式液晶リアプロジェクタ本体に、コンパクトに組み込むことのできるコンパクトな投射用レンズの実現を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の投射用レンズは、図１に例示するように、拡大側（図１の左方）から縮小側に向かって順次、第１レンズ群Ｉ〜第３レンズ群IIIを配している。第１群Ｉは「負の屈折力」を持ち、第２レンズ群IIと第３レンズ群IIIは「共に正の屈折力」を持つ。従って、全体のパワー配分は「負・正・正」である。
第1レンズ群Ｉと第2レンズ群IIとの間には「光路を曲げるための反射手段を配置するための長い間隔」を有する。
第１群は「全て負レンズ」で構成され、第1レンズ群Ｉを構成するレンズの内、最も縮小側のレンズが非球面を有する。
請求項１記載の投射用レンズは、レンズ全系の焦点距離をf、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、上記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間の空気間隔をＤとするとき、これらが条件：
（１）    −２．７＜ｆ１／ｆ≦−２．１２
（２）      ２．２＜ｆ３／ｆ＜  ２．８
（３）      ２．９＜  Ｄ／ｆ＜  ４．１
を満足する。
第２レンズ群は、負の屈折力を持つレンズＬ２Ａと正の屈折力を持つレンズＬ２Ｂとで構成されており、レンズＬ２Ａのアッベ数がレンズＬ２Ｂのアッベ数よりも大きい。
請求項１記載のレンズはまた、第３レンズ群IIIを構成するレンズの内の少なくとも１枚が非球面を有することができる（請求項２）。
【０００６】
上記請求項１または２記載の投射用レンズにおいては、第３レンズ群IIIの拡大側の焦点位置近傍に、開口絞りＳＴを配置することができる（請求項３）。
請求項４記載の投射用レンズは、上記請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、第１レンズ群と第２レンズ群の間に「光路を曲げるための反射手段」を配置したことを特徴とする。
【０００７】
この発明の投射用レンズは、長いバックフォーカスと、高いテレセントリック性を持たせるため、拡大側から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、正の屈折力を持つ第３レンズ群IIIの、３群構成とし、屈折力の分布を「負・正・正」とすることにより、拡大側が負で縮小側が正の「基本的なレトロフォーカス型レンズ」とし、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群IIの間に、比較的長い間隔を配している。
第１・第２レンズ群間のこの「比較的長い間隔」には、請求項４記載の投射用レンズのように「光路を折り曲げるミラー手段」を配置することができ、また必要に応じて「有害な光線をカットする光学フィルター」等の光学系を配置することができる。
第１，第２レンズ群間に「比較的長い間隔」を配すると、第１レンズ群の外径が大きなる傾向にあり、一般に行われている「レトロフォーカス型レンズの歪曲収差補正を担う正の屈折力のレンズ」を配置する事が困難となる。
そこで、第１レンズ群を全て負の屈折力のレンズで構成し、外径を小さくすると共に、最も縮小側のレンズを非球面レンズとすることで、歪曲収差を適切に補正している。
請求項２記載の投射用レンズのように、第３群を構成するレンズの少なくとも１枚に非球面を採用することによって、投射用レンズの球面収差、非点収差を少ないレンズ枚数で補正することが可能になる。
【０００８】
請求項３記載の投射用レンズが満足する条件（１）〜（３）のうち、条件（１）は、所望のバックフォーカスと良好な光学性能を得る為の条件である。
条件（１）の下限を超えると、第１レンズ群の負の屈折力が小さくなって「レトロフォーカス性」が弱くなり、コンパクト性を保ちつつ、所望のバックフォーカスを確保するのが困難になる。
条件（１）の上限を超えると、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。
条件（２）は、高いテレセントリック性と所望のバックフォーカスを得る為の条件である。
条件（２）の下限を超えると、第３レンズ群の屈折力が大きくなり、軸外の主光線が大きく曲げられてテレセントリック性が損なわれるとともに、第１レンズ群と第２レンズ群の間に「所望の間隔」を確保することが困難になる。
条件（２）の上限を超えると、第３レンズ群の屈折力が小さくなり、それに応じて第１レンズ群の屈折力も小さくしなければならなくなり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広がり、第１レンズ群が大型化する。
条件（３）は、第1レンズ群と第2レンズ群の間に、前述の「光路を折り曲げる反射手段」等を適切に配置できるようにする為の条件式であるが、上限を超えると、投射用レンズの全長が長大化し、第１レンズ群の外径も大きくなってコンパクト性の確保が困難になる。
条件（３）の下限を超えると、第1レンズ群と第2レンズ群の間に「所望の空気間隔」を確保することが困難になる。また、所望のバックフォーカスを得ようとすると、第1レンズ群の負の屈折力、第３レンズ群の正の屈折力を共に大きくしなければならず、このようにすると球面収差・コマ収差等の収差が悪化する。
【０００９】
請求項１記載の投射用レンズにおけるアッベ数に対する条件は、投射用レンズのコンパクト性を保ちつつ、軸上色収差を効果的に補正する条件である。前述の如く、この発明の投射用レンズは、第１レンズ群と第２レンズ群との間に比較的長い間隔を有する為、第１レンズ群の外径が大きくなり易い。
請求項１の上記「アッベ数に対する条件」を満足することにより、「正の屈折力のレンズ」を第１レンズ群内に配備することなく軸上色収差を補正でき、上記正の屈折力のレンズを第１レンズ群中に配置することによる「外形の大型化」を防ぐことができる。
請求項３記載の投射用レンズのように、第３レンズ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すると共に、高い開口効率を実現できる。
また、請求項４記載の投射用レンズのように、第1レンズ群と第2レンズ群との間に「光路を折り曲げる反射手段」、例えば、ミラー、プリズム等を配置することにより、投射用レンズのコンパクト性が計られるとともに、３板式液晶リアプロジェクタ本体内のレイアウトの自由度も増し、本体をより小さくする事が可能となる。
【００１０】
なお、図１において、符号Ｐは「色合成手段としての色合成プリズム」を示している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態として、７実施例を挙げる。
【００１２】
各実施例において、「Ｓ」により面（開口絞りの絞り面、色合成プリズムの射出面・入射面を含む）の番号（拡大側から数える）を表し、「Ｒ」により各面の曲率半径（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線に対する屈折率と、アッベ数を示す。また「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、「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。
非球面の形状は、光軸との交点を原点とし、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率：ｃ（前記近軸曲率半径の逆数）、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとして、周知の式：
0004532630.tif 000002
で表す。
【００１３】
実施例１
図２に、実施例１の投射用レンズのレンズ構成を示す。拡大側（図の左側）から負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、比較的長い間隔を隔てて正の屈折力を持つ第２レンズ群II、開口絞りＳＴ、正の屈折力を持つ第３レンズ群III、プリズムＰからなっている。
0004532630.tif 000003
0004532630.tif 000004
図９に、実施例１の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。基準波長は「５４６ｎｍのｅ線」としている。非点収差図におけるＳはサジタル光線、Ｍはメリディオナル光線の場合を示している。他の収差図においても同様である。
【００１４】
実施例２
図３に、実施例２の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000005
0004532630.tif 000006
図１０に、実施例２の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００１５】
実施例３
図４に、実施例３の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000007
0004532630.tif 000008
図１１に、実施例３の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００１６】
実施例４
図５に、実施例４の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000009
0004532630.tif 000010
図１２に、実施例４の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００１７】
実施例５
図６に、実施例５の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000011
0004532630.tif 000012
図１３に、実施例５の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００１８】
実施例６
図７に、実施例６の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000013
0004532630.tif 000014
図１４に、実施例６の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００１９】
実施例７
図８に、実施例７の投射用レンズのレンズ構成を、図２に倣って示す。
0004532630.tif 000015
0004532630.tif 000016
図１５に、実施例７の投射用レンズを縮小側で評価した収差図を示す。
【００２０】
上記実施例４と７とは、投射用レンズの第１レンズ群と第２レンズ群の間に、プリズムを挿入した例である。
第１レンズ群と第２レンズ群の機構的な間隔を一定に保つ条件下であれば、プリズムを挿入することにより光学的な長さが短くなるので、第１レンズ群の外径を小さくできるのでコンパクト性に有利となる。
図１６は、実施例５の投射用レンズの、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群IIの間に、反射手段として平面反射ミラーＭを配置した例である。
実施例１，２，３，６の投射用レンズも、同様に、第１レンズ群と第２レンズ群の間に平面反射ミラーＭを配置することが可能である。
図１７は、実施例４の投射用レンズの第１レンズ群と第２レンズ群の間のプリズムを、反射面を持つプリズムＲＰにした例である。実施例７の投射用レンズも同様に、反射面を持つプリズムＲＰにすることが可能である。
このように光路を自由に曲げることにより、投射用レンズのコンパクト性が向上し、３板式液晶リアプロジェクタ本体内のレイアウトの自由度が増し、本体そのものもコンパクトにする事が可能になる。
【００２１】
各収差図に示されるように、本発明による投射用レンズは、各実施例とも、高い光学性能を持っている。
【００２２】
上に挙げた実施例１〜７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、正の屈折力を持つ第３レンズ群IIIを配し、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群II間に「光路を曲げるための反射手段を配置するための長い間隔」を有し、第１レンズ群Ｉは全て負レンズで構成され、第１レンズ群の内、最も縮小側のレンズが非球面（第６面）を有する（請求項１）。
また、実施例３〜７は何れも、第３レンズ群を構成するレンズの内、少なくとも１枚が非球面（実施例３では第１５面、実施例４では第１７面、実施例５では第１５面、実施例６では第１８面、実施例７では第１９面）を有する（請求項２）。
また、実施例１〜７の投射用レンズは何れも、レンズ全系の焦点距離：f、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第１レンズ群と第２レンズ群の間の空気間隔：Ｄが、条件：
（１）    −２．７＜ｆ１／ｆ≦−２．１２
（２）      ２．２＜ｆ３／ｆ＜  ２．８
（３）      ２．９＜  Ｄ／ｆ＜  ４．１
を満足する（請求項１）。
また、各実施例とも、第２レンズ群は、負の屈折力を持つレンズＬ２Ａと正の屈折力を持つレンズＬ２Ｂとで構成されており、レンズＬ２Ａのアッベ数がレンズＬ２Ｂのアッベ数よりも大きく（請求項１）、第３レンズ群の拡大側の焦点位置近傍に開口絞りＳＴが配置されている（請求項３）。
また、図１６に示すように、実施例５や実施例１，２，３，６の投射用レンズの、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、反射手段として平面反射ミラーを配置でき、図１７に示すように、実施例４、７の投射用レンズの第１レンズ群と第２レンズ群の間に、反射面を持つプリズムを配置することができる（請求項４）。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、Ｆ値２．４程度の明るさ、半画角４５度以上の高画角でありながらも高い解像力を維持し、十分な長さのバックフォーカス、高いテレセントリック性、コンパクト性を有する投射用レンズを実現できる。特に、この発明の投射用レンズを３板式液晶リアプロジェクタに搭載することにより、プロジェクタ本体をコンパクト化することができ、高画角、大画面でありながらも、明るく、質の高い映像を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投射用レンズを説明する図である。
【図２】実施例１のレンズ構成を示す図である。
【図３】実施例２のレンズ構成を示す図である。
【図４】実施例３のレンズ構成を示す図である。
【図５】実施例４のレンズ構成を示す図である。
【図６】実施例５のレンズ構成を示す図である。
【図７】実施例６のレンズ構成を示す図である。
【図８】実施例７のレンズ構成を示す図である。
【図９】実施例１に関する収差図である。
【図１０】実施例２に関する収差図である。
【図１１】実施例３に関する収差図である。
【図１２】実施例４に関する収差図である。
【図１３】実施例５に関する収差図である。
【図１４】実施例６に関する収差図である。
【図１５】実施例７に関する収差図である。
【図１６】実施例５のレンズ構成で、別の形態を示す図である。
【図１７】実施例４のレンズ構成で、別の形態を示す図である。
【図１８】３板式液晶リアプロジェクタの色合成系以降の説明図である。
【符号の説明】
Ｉ    第１レンズ群
II    第２レンズ群
III   第３レンズ群
ＳＴ  絞り
Ｐ    クロス型ダイクロイックプリズム（色合成プリズム）
Ｍ    平面反射ミラー
ＲＰ  反射面を持つプリズム
【図１】
0004532630.tif 000017
【図２】
0004532630.tif 000018
【図３】
0004532630.tif 000019
【図４】
0004532630.tif 000020
【図５】
0004532630.tif 000021
【図６】
0004532630.tif 000022
【図７】
0004532630.tif 000023
【図８】
0004532630.tif 000024
【図９】
0004532630.tif 000025
【図１０】
0004532630.tif 000026
【図１１】
0004532630.tif 000027
【図１２】
0004532630.tif 000028
【図１３】
0004532630.tif 000029
【図１４】
0004532630.tif 000030
【図１５】
0004532630.tif 000031
【図１６】
0004532630.tif 000032
【図１７】
0004532630.tif 000033
【図１８】
0004532630.tif 000034