(57)【要約】【課題】小型化を達成しつつも、Ｆナンバー２．０程度の明るさを可能とし、さらに諸収差が良好に補正され、温度変化による影響も抑えられた投影光学系及び該投影光学系を備えた投影装置を提供する。【解決手段】投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、偏光分離素子から構成され、第４レンズと偏光分離素子とは、分離、一体、接合のいずれかで構成されており、以下の条件式、  ０．８＜ｆ１／ｆ＜２．０                  （１）ただし、ｆ１：第１レンズの焦点距離、ｆ：投影光学系の全系焦点距離を満足する投影光学系とする。【選択図】図２
2012027420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調素子からの画像情報を投影面へ投影するための投影光学系であって、
投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、偏光分離素子から構成され、
前記第４レンズと前記偏光分離素子とは、分離、一体、接合のいずれかで構成され、
以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
０．８＜ｆ１／ｆ＜２．０                  （１）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ：投影光学系の全系焦点距離
【請求項２】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
４．０＜ｆ１／ｄ１＜１２．０              （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｄ１：第１レンズの光軸上の厚さ
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影光学系。
２０＜ν１−ν２＜３５                    （３）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の投影光学系。
１．５＜ｆＢ１３／ｆ＜４．０              （４）
ただし、
ｆＢ１３：第１レンズから第３レンズまでの合成レンズのバックフォーカス
ｆ：投影光学系全系の焦点距離
【請求項５】
前記第１レンズ〜前記第４レンズは全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第１レンズ〜前記第３レンズはプラスチック材料で形成され、前記第４レンズはガラス材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項７】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５又は６に記載の投影光学系。
１．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜３．０            （５）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
【請求項８】
前記第１レンズを光軸方向に移動させることにより前記投影面での焦点合わせを行うことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項９】
前記空間光変調素子側が略テレセントリックであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の投影光学系と、
空間光変調素子と、
照明光源と、を備えたことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系及び投影装置に関し、特に反射型液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス等の空間光変調素子を搭載した投影装置に用いられるのに好適な投影光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）やデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を用いた投影装置が知られている。
【０００３】
また、近年これらの空間光変調素子の小型化に伴い、投影装置を備えたデジタルカメラ等の撮像装置が普及しつつある。また、これらに搭載される投影装置には、さらなる小型化と省電力化が求められている。
【０００４】
このような投影装置の小型化を達成するためには、レンズ枚数を少なくする必要があるが、レンズ枚数が少ないと高精細な画像が得られなくなる。投影装置の小型化と投影画質を両立させる解として４枚構成の投影光学系が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５７８４８１号公報
【特許文献２】特開平６−１６０７０７号公報
【特許文献３】特開２０１０−７９２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
携帯端末に搭載される投影装置は、据え置き型と比べ、光源に使用できる電力が小さく、光源が暗くなる傾向にある。そこで、投影装置に用いられる投影光学系は、光源により照明された空間光変調素子からの光をできるだけ無駄なく取り込む必要があるため、Ｆナンバーを明るくする必要がある。
【０００７】
それに対し、特許文献１に記載の４枚構成の投影光学系はＦナンバーが４．０と暗く、また光学全長も大きいため、携帯端末には不向きである。同様に、特許文献２、３に記載の４枚構成の投影光学系はＦナンバーが２．４〜３．１であり、満足できる明るさではない。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、４枚構成により小型化を達成しつつも、Ｆナンバー２．０程度の明るさを可能とし、さらに諸収差が良好に補正され、温度変化による影響も抑えられた投影光学系及び該投影光学系を備えた投影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の投影光学系は、空間光変調素子からの画像情報を投影面へ投影するための投影光学系であって、投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、偏光分離素子から構成され、前記第４レンズと前記偏光分離素子とは、分離、一体、接合のいずれかで構成され、以下の条件式、
０．８＜ｆ１／ｆ＜２．０                  （１）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ：投影光学系の全系焦点距離
を満足することを特徴とする。
【００１０】
本発明の投影光学系は、いわゆる逆エルノスター型であり、負の屈折力を有する第２レンズと正の屈折力を有する第３レンズを組み合わせることにより、レトロフォーカスタイプの構成となるため、バックフォーカスを長くすることが可能となる。反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）やＤＭＤ等の空間光変調素子を使用した投影装置では、偏光分離素子を設置するための空気間隔が必要となるが、バックフォーカスを長くすることにより、偏光分離素子を設置することが可能となる。さらに、第４レンズと偏光分離素子とを一体化もしくは接合した場合、必要な空気間隔は、より小さくなり、全長の増大を抑えることが可能となる。
【００１１】
さらに、最も投影面側に開口絞りを配置することにより、射出瞳位置を空間光変調素子からより遠くに配置することができ、さらに正の屈折力を有する第４レンズを最も空間光変調素子側に配置することにより、空間光変調素子側のテレセントリック特性を確保することが容易となる。
【００１２】
加えて、開口絞りに近い位置に正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズを組み合わせることによって、球面収差や軸上色収差の発生を抑えることができる。
【００１３】
条件式（１）は、第１レンズの焦点距離と全系の焦点距離の比を規定している。Ｆナンバーを明るくすると、各収差（特に球面収差）が増大するが、条件式（１）の上限値を下回ることによって、開口絞りに最も近い位置にある第１レンズが適度な正の屈折力を有し、球面収差やコマ収差を効果的に補正することが出来る。一方、条件式（１）の下限値を上回ることで、第１レンズの屈折力の過度な増大によるコマフレア等の高次収差の発生を抑えることができる。
【００１４】
また、以下の条件式（１）’、
０．９＜ｆ１／ｆ＜１．８                  （１）’
を満たすと、より望ましい。
【００１５】
請求項２に記載の投影光学系は、請求項１に記載の発明において、以下の条件式、
４．０＜ｆ１／ｄ１＜１２．０              （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｄ１：第１レンズの光軸上の厚さ
を満足することを特徴とする。
【００１６】
条件式（２）は、第１レンズの焦点距離と光軸上の厚さを適切に設定するための条件式である。条件式（２）の下限値を上回ることによって、第１レンズの屈折力を保ちつつ、光軸上の厚さを薄くすることが出来るので、偏光分離素子を設置するためのバックフォーカスを確保しつつ、光学全長を抑えることができる。一方、条件式（２）の上限値を下回ることによって、第１レンズの光軸上の厚さを薄くした際の第１レンズの屈折力を適度に保つことが出来るので、Ｆナンバーを明るくしつつ、球面収差やコマ収差を効果的に補正することが出来る。
【００１７】
また、以下の条件式（２）’、
６．０＜ｆ１／ｄ１＜１１．０              （２）’
を満たすと、より望ましい。
【００１８】
請求項３に記載の投影光学系は、請求項１又は２に記載の発明において、以下の条件式、
２０＜ν１−ν２＜３５                    （３）
ただし、
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
を満足することを特徴とする。
【００１９】
条件式（３）は、撮像レンズ全系の色収差を良好に補正するための条件式である。条件式（３）の下限値を上回ることで、軸上色収差や倍率色収差などの色収差をバランス良く補正することができる。一方、条件式（３）の上限値を下回ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。
【００２０】
請求項４に記載の投影光学系は、請求項１から３までのいずれかに記載の発明において、以下の条件式、
１．５＜ｆＢ１３／ｆ＜４．０              （４）
ただし、
ｆＢ１３：第１レンズから第３レンズまでの合成レンズのバックフォーカス
ｆ：投影光学系全系の焦点距離
を満足することを特徴とする。
【００２１】
条件式（４）は、第１レンズから第３レンズまでの合成レンズのバックフォーカスと全系の焦点距離を規定している。条件式（４）の下限値を上回ることによりバックフォーカスが長くなり、偏光分離素子を設置することが可能となる。一方、条件式（４）の上限値を下回ることにより、全長の増大を抑えることが可能となる。
【００２２】
また、条件式（４）’、
１．５＜ｆＢ１３／ｆ＜３．０              （４）’
を満たすと、より望ましい。
【００２３】
請求項５に記載の投影光学系は、請求項１から４までのいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ〜前記第４レンズは全てプラスチック材料で形成されていることを特徴とする。
【００２４】
近年では、投影装置全体の小型化を目的とし、空間光変調素子の素子サイズの小さいものが開発されている。このような素子サイズの小さい投影装置向けの投影光学系は、全系の焦点距離を比較的短くする必要があるため、各レンズの曲率半径や外径がかなり小さくなってしまう。従って、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、全てのレンズを、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することにより、曲率半径や外径の小さなレンズであっても安価に大量生産が可能となる。また、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑える事ができ、その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
【００２５】
請求項６に記載の投影光学系は、請求項１から４までのいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ〜前記第３レンズはプラスチック材料で形成され、前記第４レンズはガラス材料で形成されていることを特徴とする。
【００２６】
プラスチックレンズは安価に大量生産することが可能であるものの、熱に弱いという欠点が存在するため、光源からの光によって熱を持ち、光学性能が低下する可能性がある。そこで、光源から離れた第１レンズ〜第３レンズはプラスチックレンズを使用し、最も光源に近い第４レンズはガラスレンズを用いることによって、低コストと耐熱性を両立することが可能となる。
【００２７】
請求項７に記載の投影光学系は、請求項５又は６に記載の発明において、以下の条件式、
１．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜３．０              （５）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
を満足することを特徴とする。
【００２８】
条件式（５）は、第１レンズと第２レンズの焦点距離の比を規定している。一般に、射出成型により製造されるプラスチックレンズは、研磨加工により製造するガラスレンズに比べ、安価に大量生産が可能になるといった利点がある一方で、温度変化による光学性能への影響を受けやすいといった問題がある。それに対し、正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズの「正・負」の組み合わせにより温度変化によるピント移動が打ち消しあう方向になるので、温度変化による影響を抑えることが出来る。加えて、条件式（５）を満たすことによって、第１レンズと第２レンズの屈折力のバランスが適切に保たれ、温度変化による影響をさらに抑えることが出来る。
【００２９】
請求項８に記載の投影光学系は、請求項１から７までのいずれかに記載の発明において、前記第１レンズを光軸方向に移動させることにより前記投影面での焦点合わせを行うことを特徴とする。
【００３０】
投影距離の変更等に対応し焦点合わせを行う場合、通常はレンズ群全体を光軸方向に移動させて行う全体繰り出しが一般的であるが、レンズ群全体を動かす分、駆動機構に対する加重は当然大きくなる。そこで、第１レンズのみを光軸方向に移動させて焦点合わせを行うことにより、移動群がレンズ全体ではなく一部分でよいため、駆動機構を簡略化でき、投影装置全体の小型軽量化を達成することができる、といった効果が得られる。
【００３１】
請求項９に記載の投影光学系は、請求項１から８までのいずれかに記載の発明において、前記空間光変調素子側が略テレセントリックであることを特徴とする。
【００３２】
一般的な投影系では、空間光変調素子に光が角度を持って入射した場合、偏光特性により、色味が変化し、反射率が悪化する。これを防ぐために、空間光変調素子側では良好なテレセントリック性が必要である。ここでいう略テレセントリック性とは、空間光変調素子の全ての光学面から出射する光束の主光線出射角度（主光線と光軸の成す角度）が３度以内である事を指すものとする。
【００３３】
請求項１０に記載の投影装置は、請求項１から９までのいずれかに記載の投影光学系と、空間光変調素子と、照明光源と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、４枚構成により小型化を達成しつつ、Ｆナンバー２．０程度の明るさで、諸収差が良好に補正され、温度変化による影響も抑えられた投影光学系及び該投影光学系を備えた投影装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施の形態に係る投影光学系を備えた投影装置の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。
【図２】実施例１の投影光学系の断面図である。
【図３】投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例１の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。
【図４】実施例２の投影光学系の断面図である。
【図５】投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例２の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。
【図６】実施例３の投影光学系の断面図である。
【図７】投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例３の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。
【図８】投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度の定義を示す図である。
【図９】実施例１の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。
【図１０】実施例２の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。
【図１１】実施例３の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、実施の形態により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３７】
図１は、本実施の形態に係る投影光学系３０を備えた投影装置１の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。なお、光学系及び主要構成部材を保持する保持部材や筐体及び電源等については省略してある。なお、図１に示す投影装置１は、後述の実施例１の投影光学系３０を適用したものである。
【００３８】
図１に示す投影装置１は、照明光源１０、集光光学系１１、偏光変換素子１２、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳ、空間光変調素子である反射型液晶素子２０、偏光ビームスプリッタＰＢＳを含む投影光学系３０、アクチュエータ３１で構成されている。６０は投影面である。
【００３９】
照明光源１０は、例えばＬＥＤが用いられる。集光光学系１１は、照明光源１０から射出される光を略平行光に変換するものである。
【００４０】
偏光変換素子１２は、入射した光の光量を低下させずに特定の偏光に変換する光学素子である。例えば、図示のようにＰ偏光を透過する偏光分離膜１２Ｐと、偏光分離膜１２Ｐを透過したＰ偏光をＳ偏光に変換するλ／２波長板１２ａと、偏光分離膜１２Ｐで反射したＳ偏光を、再度反射させて出射させるよう構成されたものである。
【００４１】
偏光分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳは、所定の方向に直線偏光した光を反射させる反射面Ｒが斜面に形成された直角プリズムを貼り合わせたものである。これにより、偏光変換素子１２を通過してきた所定の方向に直線偏光した光を反射させる。
【００４２】
空間光変調素子である反射型液晶素子２０は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接液晶が載せられているものである。この反射型液晶素子２０は、液晶層に対し駆動制御部から画像信号に応じた電圧が画素毎に印加され、液晶分子の配列を変化させること変調し、所望の画像を表示するものである。
【００４３】
投影光学系３０は、照明光源１０で照明され、反射型液晶素子２０から反射された画像を投影面６０に結像させる機能を有している。投影光学系３０は、投影面６０側から順に、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳから構成され、第４レンズＬ４と偏光分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳとは、分離、一体、接合のいずれかで構成される。なお、図１に示す投影光学系３０は、第４レンズＬ４と偏光分離素子である偏光ビームスプリッタＰＢＳとが分離された例を示している。
【００４４】
アクチュエータ３１は、例えば、圧電素子、静電アクチュエータ等であり、投影光学系３０の一部を光軸方向に移動させるものである。なお、移動させる光学系の位置検知部を有していてもよく、アクチュエータ３１の駆動と移動する光学系の移動量が１対１に対応する場合には不要である。
【００４５】
以下、図１に示す投影装置１の作用を簡単に説明する。なお、以下の説明では、偏光変換素子１２は上述のようにＳ偏光を出射するよう構成され、偏光ビームスプリッタＰＢＳの反射面ＲはＳ偏光を反射するよう構成された例で説明する。
【００４６】
照明光源１０から射出された光束は、偏光変換素子１２によりＳ偏光の光が透過され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、反射面Ｒで反射型液晶素子２０の方向に反射させられ、反射型液晶素子２０を照明する。
【００４７】
反射型液晶素子２０に入射した光は反射型液晶素子２０で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射する。反射型液晶素子２０を構成する不図示の液晶層は、電圧が印加されると位相板として機能する。従って、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加された画素領域を透過した光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。一方、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＳ偏光のままとなる。
【００４８】
反射型液晶素子２０で反射された光のうちＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射後、反射面Ｒを透過し投影光学系３０によって投影面６０に投影される。
【００４９】
また、照明光源１０、偏光変換素子１２については、照明光源側にλ／４波長板と反射面とを配置し、偏光変換素子を反射型偏光フィルムとして、反射型偏光フィルムを通過しないＰ偏光をリサイクルしてＳ偏光に変換して通過させるよう構成したものでもよい。また、照明光源１０と集光光学系１１の間に、インテグレータロッドを配置してもよい。
【００５０】
なお、空間光変調素子として、反射型液晶素子２０に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いる場合には、偏光ビームスプリッタＰＢＳとデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）の間にλ／４波長板を配置すればよい。
【００５１】
以下、本発明の投影光学系３０の実施例を示す。
【実施例】
【００５２】
各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ  ：投影レンズ全系の焦点距離
ｆＢ：バックフォーカス
Ｆ  ：Ｆナンバー
２Ｙ：空間光変調素子の対角線長
Ｒ  ：曲率半径
Ｄ  ：軸上面間隔
Ｎｄ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
【００５３】
【数１】
2012027420.tif 000003
【００５４】
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ  ：曲率半径
Ｋ  ：円錐定数
である。
【００５５】
また、以降のレンズデータにおいて、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。また、レンズデータの面番号は絞りを１面として投影面側より順に付与した。なお、実施例に記載の長さを表す数値の単位はすべて（ｍｍ）とする。
【００５６】
（実施例１）
実施例１の投影光学系の全体緒元を以下に示す。
ｆ＝７．３２（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．３９（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．４７（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝１．９８（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．００（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．０２（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
２Ｙ＝４．３２
ｆＢ＝１．０
実施例１の投影光学系の面データを以下に示す。
面番号      Ｒ(mm)    Ｄ(mm)     Ｎｄ      νd    有効半径(mm)
1（絞り）  ∞        0.000                           1.85
2*         6.213     1.227      1.54470    56.2      1.95
3*      −19.990      ｄ１                           1.98
4*       −2.046     0.823      1.63200    23.4      2.00
5*      −12.155     0.500                           2.48
6*      −22.612     1.763      1.54470    56.2      2.69
7*       −3.519     0.500                           2.93
8          7.398     1.805      1.72920    54.7      3.30
9          ∞        0.225                           3.18
10         ∞        6.000      1.51680    64.2      3.13
11         ∞                                        2.27
非球面係数を以下に示す。
第２面
K=0.21579E-03,A4=0.80992E-03,A6=0.11026E-02,A8=-0.33950E-03,A10=0.31123E-04
第３面
K=0.12532E+02,A4=0.15043E-02,A6=0.11958E-02,A8=-0.57172E-03,A10=0.62779E-04
第４面
K=-0.47489E+01,A4=-0.34847E-01,A6=0.11599E-01,A8=-0.41353E-02,A10=0.52836E-03
第５面
K=-0.30000E+02,A4=0.61644E-02,A6=-0.30290E-02,A8=0.46025E-03,
A10=-0.49373E-04,A12=0.34939E-05
第６面
K=-0.30000E+02,A4=-0.59580E-02,A6=-0.10999E-02,A8=0.50643E-03,
A10=-0.50912E-04,A12=0.16184E-05
第７面
K=-0.10459E+01,A4=-0.20130E-02,A6=-0.63591E-04,A8=-0.89335E-04,
A10=0.27864E-04,A12=-0.15723E-05
各投影面までの距離に合焦させた際の、画角、レンズ全長及び、第１レンズと第２レンズの間隔ｄ１を以下に示す。
投影距離          画角（°）        レンズ全長            ｄ１
２６３０          ３２．７          １５．９１        ２．０６８
５００          ３２．３          １６．００        ２．１５９
３００          ３２．０          １６．１０        ２．２５９
実施例１の投影光学系の第１レンズの焦点距離及び第２レンズ〜第４レンズの合成焦点距離を以下に示す。
レンズ        始面        焦点距離(mm)
１          ２          ８．８５
２〜４        ４          ７．８６
実施例１の投影レンズは、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズがプラスチック材料から形成されており、第４レンズ、偏光分子素子はガラス材料から形成されている。また、第４レンズと偏光分離素子は分離されている。実施例１の投影光学系では、第１レンズを移動させることによって、投影面の距離が変化することに対する焦点合わせを行う。
【００５７】
図２は、実施例１の投影光学系の断面図である。
【００５８】
図２において、Ｓは開口絞り、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｉは空間光変調素子である。また、ＰＢＳは空間光変調素子からの光線を偏光方向に応じて透過または直角に折り曲げることができる偏光分離素子である偏光ビームスプリッタである。
【００５９】
図３は、投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例１の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。図３（ａ）は投影面より投影光学系前面までの距離が２６３０ｍｍのときの収差図である。図３（ｂ）は投影面より投影光学系前面までの距離が５００ｍｍのときの収差図である。図３（ｃ）は投影面より投影光学系前面までの距離が３００ｍｍの時の収差図である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面をあらわすものとする。
【００６０】
（実施例２）
実施例２の投影光学系の全体緒元を以下に示す。
ｆ＝７．３２（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．３９（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．４７（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝１．９８（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．００（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．０２（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
２Ｙ＝４．３２
ｆＢ＝０．５
実施例２の投影光学系の面データを以下に示す。
面番号      Ｒ(mm)    Ｄ(mm)    Ｎｄ      νｄ    有効半径(mm)
1（絞り）  ∞         0.000                          1.85
2*         5.669      1.082    1.54470    56.2       1.97
3*      −12.245      ｄ１                           1.95
4*      −19.778      0.752    1.63200    23.4       1.97
5*         3.635      1.516                          2.11
6*       −3.277      1.000    1.54470    56.2       2.27
7*       −2.800      0.250                          2.49
8*         3.742      7.267    1.54470    56.2       3.07
9          ∞                                        2.18
非球面係数を以下に示す。
第２面
K=0.19569E+01,A4=0.71788E-03,A6=0.41258E-03,A8=-0.76342E-04,A10=0.26722E-04
第３面
K=-0.30000E+02,A4=0.19453E-02,A6=0.10481E-02,A8=-0.25937E-03,A10=0.58891E-04
第４面
K=0.15000E+02,A4=-0.19760E-01,A6=0.28070E-02,A8=0.12861E-02,A10=-0.75594E-03,
A12=0.10377E-03
第５面
K=-0.29101E+01,A4=-0.25770E-01,A6=0.64875E-02,A8=-0.43546E-03,
A10=-0.22211E-03,A12=0.35572E-04
第６面
K=0.18508E+00,A4=0.36974E-02,A6=-0.79187E-04,A8=0.10842E-02,A10=-0.29655E-03,
A12=0.25904E-04
第７面
K=-0.12016E+01,A4=-0.47230E-03,A6=-0.95228E-03,A8=0.54539E-03,
A10=-0.10935E-03,A12=0.82323E-05
第８面
K=-0.25959E+00,A4=-0.32383E-03,A6=-0.40149E-03,A8=0.31725E-04,
A10=-0.15172E-05,A12=0.28648E-07
各投影面までの距離に合焦させた際の、画角、レンズ全長及び、第１レンズと第２レンズの間隔ｄ１を以下に示す。
投影距離          画角（°）        レンズ全長            ｄ１
２６３０          ３２．７          １４．０３        １．６６１
５００          ３２．３          １４．１０        １．７４１
３００          ３１．９          １４．１９        １．８２８
実施例２の投影光学系の第１レンズの焦点距離及び第２レンズ〜第４レンズの合成焦点距離を以下に示す。
レンズ        始面        焦点距離(mm)
１          ２          ７．２７
２〜４        ４          ８．２１
実施例２の投影レンズは、全てのレンズがプラスチック材料から形成されている。また、第４レンズと偏光分離素子は一体となっている。実施例２の投影光学系も、第１レンズを移動させることによって、投影面の距離が変化することに対する焦点合わせを行う。
【００６１】
図４は、実施例２の投影光学系の断面図である。
【００６２】
図４において、Ｓは開口絞り、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｉは空間光変調素子である。また、ＰＢＳは空間光変調素子からの光線を偏光方向に応じて透過または直角に折り曲げることができる偏光分離素子である偏光ビームスプリッタである。
【００６３】
図５は、投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例２の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。図５（ａ）は投影面より投影光学系前面までの距離が２６３０ｍｍのときの収差図である。図５（ｂ）は投影面より投影光学系前面までの距離が５００ｍｍのときの収差図である。図５（ｃ）は投影面より投影光学系前面までの距離が３００ｍｍの時の収差図である。
【００６４】
（実施例３）
実施例３の投影光学系の全体緒元を以下に示す。
ｆ＝７．１９（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．３０（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
ｆ＝７．４２（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝１．９７（投影距離２６３０ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．００（投影距離  ５００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
Ｆ＝２．０３（投影距離  ３００ｍｍのレンズ位置で、平行光束を入射させたとき）
２Ｙ＝４．３２
ｆＢ＝１．０
実施例３の投影光学系の面データを以下に示す。
面番号      Ｒ(mm)    Ｄ(mm)    Ｎｄ      νｄ    有効半径(mm)
1（絞り）  ∞        0.000                          1.83
2*         6.040     1.136    1.54470    56.2       1.95
3*        58.757      ｄ１                          1.93
4*       −2.470     0.500    1.63200    23.4       2.13
5*       −7.582     0.500                          2.51
6*       −9.256     1.849    1.54470    56.2       2.72
7*       −3.110     0.500                          3.00
8          6.092     1.991    1.49700    81.6       3.33
9          ∞        6.000    1.51680    64.2       3.18
10         ∞                                       2.34
非球面係数を以下に示す。
第２面
K=0.11904E+01,A4=0.23431E-02,A6=0.97870E-03,A8=-0.21567E-03,A10=0.32117E-04
第３面
K=-0.30000E+02,A4=0.35528E-02,A6=0.17703E-02,A8=-0.56718E-03,A10=0.92938E-04
第４面
K=-0.65980E+01,A4=-0.37844E-01,A6=0.10528E-01,A8=-0.36206E-02,A10=0.44092E-03
第５面
K=-0.55706E+01,A4=0.44329E-02,A6=-0.36473E-02,A8=0.42565E-03,
A10=-0.29924E-04,A12=0.26868E-05
第６面
K=-0.22619E+02,A4=-0.43705E-02,A6=-0.17591E-02,A8=0.49893E-03,
A10=-0.39153E-04,A12=0.82197E-06
第７面
K=-0.11899E+01,A4=-0.17393E-02,A6=-0.52836E-03,A8=0.17068E-04,
A10=0.12578E-04,A12=-0.85664E-06
各投影面までの距離に合焦させた際の、画角、レンズ全長及び、第１レンズと第２レンズの間隔ｄ１を以下に示す。
投影距離          画角（°）        レンズ全長            ｄ１
２６３０          ３３．３          １５．８２        ２．３３９
５００          ３２．７          １６．０２        ２．５３３
３００          ３２．１          １６．２５        ２．７４５
実施例３の投影光学系の第１レンズの焦点距離及び第２レンズ〜第４レンズの合成焦点距離を以下に示す。
レンズ        始面        焦点距離(mm)
１          ２        １２．２７
２〜４        ４          ７．４１
実施例３の投影レンズは、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズがプラスチック材料から形成されており、第４レンズ、偏光分子素子はガラス材料から形成されている。また、第４レンズと偏光分離素子は直接または間接的に接合されている。実施例３の投影光学系も、第１レンズを移動させることによって、投影面の距離が変化することに対する焦点合わせを行う。
【００６５】
図６は、実施例３の投影光学系の断面図である。
【００６６】
図６において、Ｓは開口絞り、Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｉは空間光変調素子である。また、ＰＢＳは空間光変調素子からの光線を偏光方向に応じて透過または直角に折り曲げることができる偏光分離素子である偏光ビームスプリッタである。
【００６７】
図７は、投影面側より光を入射させた空間光変調素子側での実施例３の投影光学系の収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）である。図７（ａ）は投影面より投影光学系前面までの距離が２６３０ｍｍのときの収差図である。図７（ｂ）は投影面より投影光学系前面までの距離が５００ｍｍのときの収差図である。図７（ｃ）は投影面より投影光学系前面までの距離が３００ｍｍの時の収差図である。
【００６８】
各条件式に対応する各実施例の値を以下に示す。
条件式      （１）      （２）        （３）        （４）          （５）
ｆ１／ｆ    ｆ１／ｄ１    ν１−ν２    ｆＢ１３／ｆ    ｜ｆ１／ｆ２｜
実施例１    1.209        7.213        29.75          2.246          2.201
実施例２    0.993        6.717        29.75          2.919          1.515
実施例３    1.707       10.800        29.75          1.858          2.036
ただし、条件式計算の際の第１レンズと第２レンズの空気間隔は投影面より投影光学系前面までの距離が２６３０ｍｍのときのものとし、焦点距離やバックフォーカス等の近軸量は無限遠から光線が入ってきたときのものとする。
【００６９】
次に、実施例１〜３に示した投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示す。図８は、投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度の定義を示す図である。
【００７０】
図９は、実施例１の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。横軸は空間光変調素子上の点の光軸からの距離：ｙ（ｍｍ）、縦軸は主光線出射角度（度）を示している。図９（ａ）は投影距離２６３０ｍｍの場合、図９（ｂ）は投影距離５００ｍｍの場合、図９（ｃ）は投影距離３００ｍｍの場合を示している。
【００７１】
図１０は、実施例２の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。横軸は空間光変調素子上の点の光軸からの距離：ｙ（ｍｍ）、縦軸は主光線出射角度（度）を示している。図１０（ａ）は投影距離２６３０ｍｍの場合、図１０（ｂ）は投影距離５００ｍｍの場合、図１０（ｃ）は投影距離３００ｍｍの場合を示している。
【００７２】
図１１は、実施例３の投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度を示すグラフである。横軸は空間光変調素子上の点の光軸からの距離：ｙ（ｍｍ）、縦軸は主光線出射角度（度）を示している。図１１（ａ）は投影距離２６３０ｍｍの場合、図１１（ｂ）は投影距離５００ｍｍの場合、図１１（ｃ）は投影距離３００ｍｍの場合を示している。
【００７３】
図９〜１１に示すように、実施例１〜３に示す投影光学系の空間光変調素子側の主光線出射角度は、±１．５°以内となっており、テレセントリック特性は極めて良好である。
【００７４】
最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の温度変化を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が２０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において、第１レンズや第２レンズ、第３レンズに、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、投影レンズ全系の温度変化時の像点位置変動をより小さく抑えることが可能となる。
【００７５】
また近年、撮像装置を低コストに且つ大量に実装する方法として、予め半田がポッティングされた基板に対し、ＩＣチップその他の電子部品と光学素子とを載置したままリフロー処理（加熱処理）し、半田を溶融させることにより電子部品と光学素子とを基板に同時実装するという技術が提案されている。
【００７６】
このようなリフロー処理を用いて実装を行うためには、電子部品と共に光学素子を約２００〜２６０度に加熱する必要があるが、このような高温下では熱可塑性樹脂を用いたレンズでは熱変形し或いは変色して、その光学性能が低下してしまうという問題点がある。このような問題を解決するための方法のひとつとして、耐熱性能に優れたガラスモールドレンズを使用し、小型化と高温環境での光学性能を両立する技術が提案されているが、熱可塑性樹脂を用いたレンズよりもコストが高いため、撮像装置の低コスト化の要求に応えられないという問題があった。
【００７７】
そこで、撮像レンズの材料にエネルギー硬化性樹脂を使用することで、ポリカーボネイト系やポリオレフィン系のような熱可塑性樹脂を用いたレンズに比べ、高温に曝されたときの光学性能の低下が小さいため、リフロー処理に有効であり、かつガラスモールドレンズよりも製造しやすく安価となり、撮像レンズを組み込んだ撮像装置の低コストと量産性を両立できる。なお、エネルギー硬化性樹脂とは、熱硬化性樹脂および紫外線硬化性樹脂のいずれをも指すものとする。
【００７８】
本発明のプラスチックレンズを前述のエネルギー硬化性樹脂を用いて形成すると、投影レンズを組み込んだ投影装置の低コストと量産性を両立できるため、本発明のプラスチックレンズを前述のエネルギー硬化性樹脂を用いて形成しても良い。
【符号の説明】
【００７９】
１  投影装置
１０  照明光源
１１  集光光学系
１２  偏光変換素子
２０  反射型液晶素子
３０  投影光学系
３１  アクチュエータ
６０  投影面
Ｉ  空間光変調素子
Ｓ  開口絞り
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ
Ｌ４  第４レンズ
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
Ｒ  反射面
【図１】
2012027420.tif 000004
【図２】
2012027420.tif 000005
【図３】
2012027420.tif 000006
【図４】
2012027420.tif 000007
【図５】
2012027420.tif 000008
【図６】
2012027420.tif 000009
【図７】
2012027420.tif 000010
【図８】
2012027420.tif 000011
【図９】
2012027420.tif 000012
【図１０】
2012027420.tif 000013
【図１１】
2012027420.tif 000014