(57)【要約】      （修正有）【課題】容易で安価に軸上色収差の設計値との誤差が少なく、レンズ交換を行っても、青や赤のパネルのボケが少ない良好な結像性能を有した投射レンズユニットの提供。【解決手段】装置本体に対して、交換可能なレンズユニット１であって、レンズユニット内部の最も画像表示素子３側に以下の条件式を満足する平行平板４が備えられており、平行平板の厚さをＤ、屈折率をＮ、アッベ数をν、投射レンズの深度をＥ、口径比をＦ、画像表示素子の１画素ピッチをＰ、深度Ｅ＝Ｆ×Ｐとしたとき、下記条件式を満たす。（１）２２０Ｅ＜Ｄ＜９００Ｅ（２）１５＜ν＜９５（３）１．４＜Ｎ＜２．０５【選択図】図１
2012247444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体に対して、交換可能なレンズユニットであって、レンズユニット内部の最も画像表示素子側に以下の条件式を満足する平行平板が備えられている事を特徴とするレンズユニット。
平行平板の厚さをＤ、屈折率をＮ、アッベ数をν、
投射レンズの深度をＥ、口径比をＦ、画像表示素子の１画素ピッチをＰ、深度Ｅ  ＝  Ｆ×Ｐとしたとき、
下記条件式を満たす事を特徴とするレンズユニット。
（１）  ２２０Ｅ  ＜  Ｄ  ＜９００Ｅ
（２）  １５  ＜  ν  ＜  ９５
（３）  １．４  ＜  ｎ  ＜  ２．０５
【請求項２】
前記平行平板が交換可能とされている事を特徴とする請求項１のレンズユニット。
【請求項３】
画像表示素子に対してテレセントリックの構成である事を特徴とする請求項１又は請求項２のレンズユニット。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のレンズユニットを用いる事を特徴とする画像投射装置。
【請求項５】
複数の画像表示素子を有し、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のレンズユニットを用いる事を特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画像表示素子を有するプロジェクタ本体に対して交換可能な投射レンズに関し、特に軸上色収差の設計値との誤差を調整可能な投射レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の画像表示素子を有するプロジェクタ本体に対して交換可能な投射レンズにおいて、前記投射レンズを構成する部品の誤差（特にガラスのアッベ数の誤差）により焦点距離の長い望遠レンズなどの交換レンズでは、軸上色収差の設計値との誤差が個々のレンズで大きく発生してしまうため、赤や青のパネルがボケてしまう問題があった。
【０００３】
前記問題点を改善する方法として、特許文献１ではプロジェクタの色分離合成系のダイクロイックミラーと画像表示素子の間に色収差を補正する透明板を有する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０３９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、任意の交換レンズに対してそのレンズの持つ軸上色収差の誤差に対応した厚さの異なる平行平板に入れ替える必要がある。
【０００６】
また、複数の光路に補正部材を有する必要があるため、コストが高くなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、容易で安価に軸上色収差の設計値との誤差が少なく、レンズ交換を行っても、青や赤のパネルのボケが少ない良好な結像性能を有した投射レンズユニットを提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、プロジェクタ本体に対して交換可能な投射レンズユニットであって、投射レンズユニット内部の最も画像表示素子側に軸上色収差を補正し得る平行平板を配置し、軸上色収差を調整しやすい構成となっている事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、容易で安価に軸上色収差の設計値との誤差が少なく、良好な結像性能を有した投射レンズを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レンズユニットの断面図
【図２】軸上色収差補正の模式図
【図３】平行平板に用いる硝材の屈折率特性を示す図
【図４】平行平板の厚みと軸上色収差変化量の関係を示す図
【図５】平行平板に用いる硝材のアッベ数差と軸上色収差変化量の関係を示す図
【図６】光学ガラス一覧図
【図７】平行平板１ｍｍあたりの軸上色収差補正量を示す図
【図８】投射レンズの光学仕様および軸上色収差のバラツキ標準偏差σと不良率の計算結果を示す図
【図９】不良率１％になる標準偏差σ’からｆ’を逆算した結果を示す図
【図１０】光学ガラス一覧図
【図１１】平行平板１ｍｍあたりの軸上色収差補正量を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
図１に本発明における第１の実施例の断面図を示す。
【００１２】
図中１は投射レンズユニット、２は複数の色を分離合成するＰＢＳユニット（図１は単色光の光路のみ表示）、３は液晶パネル等の画像表示素子、４は軸上色収差を補正し得る平行平板からなり、前記平行平板は投射レンズユニット内部の最も画像表示素子側に配置する構成である。
【００１３】
図２に軸上色収差補正の模式図を示す。
【００１４】
図中５を設計中心値（任意の色におけるピント位置）、６を深度幅、７を任意の投射レンズが持つ軸上色収差の誤差量とする。
【００１５】
ここで、誤差量７が投射レンズの深度６を超えてしまった場合に軸上色収差の補正が必要となる。本発明においては、任意に光学特性の異なる平行平板を入れ替えることにより、補正する色のピント位置を設計中心５付近まで補正している。
【００１６】
図３に、平行平板に用いる硝材の屈折率特性を示す。
【００１７】
軸上色収差の量は、２波長（２色）間の屈折率の差に依存する。例えば４５０ｎｍ（青）と５５０ｎｍ（緑）の２波長で考えた場合、硝材３、１、２の順で屈折率差が増加するため、軸上色収差の発生量もそれに準じて増加する。
【００１８】
この特性を踏まえ、意図的に２波長（２色）間の屈折率差を変化させた平行平板を入れ替える事で、平行平板部で発生させる軸上色収差量（補正量）を変化させ、投射レンズ全体としての軸上色収差の設計値との誤差量を減少させる事ができる。
【００１９】
また、硝材１から硝材２または硝材３に任意に入れ替えることで、任意の方向に軸上色収差を変化（補正）させる事ができる。
【００２０】
さらに、最も画像表示素子側に平行平板を配置しているため、異なる平行平板を入れ替えた場合でも他の収差の変化を小さく抑える事ができる構成となっている。さらに、前記レンズユニットを画像表示素子に対してテレセントリックな構成とする事でさらに他の収差の変化を小さく抑える事ができる。
【００２１】
図４に平行平板の厚みと軸上色収差変化量の関係を示す。
【００２２】
図５に平行平板に用いる硝材のアッベ数差と軸上色収差変化量の関係を示す。
【００２３】
図４、５より、以下の関係がある。
【００２４】
（１）平行平板の厚みが厚い方ほど軸上色収差変化（補正効果）が大きい
（２）入れ替える硝材間のアッベ数差が大きい方が軸上色収差変化（補正効果）が大きい
前記（１）、（２）および平行平板に選択できる硝材は有限（アッベ数差は有限）である事から、十分な補正効果を得るためには平行平板にある程度以上の厚さを持たせる必要がある。
【００２５】
逆に、平行平板を厚くしすぎた場合には、透過率の低下やバックフォーカスの増加、後玉径の増大などの弊害がおこるため、平行平板の厚さを適した範囲に設定する必要がある。
次に、本実施例における平行平板の厚さの範囲について数値的に説明する。
【００２６】
表１に本実施例における投射レンズ数値実施例を示す。
【００２７】
焦点距離ｆ＝１１０ｍｍ、口径比Ｆ／２、画素ピッチＰ＝０．００８ｍｍの投射レンズである。
【００２８】
厚さ１０ｍｍの平行平板を投射レンズユニットの画像表示素子側に備えている。
【００２９】
本実施例では、軸上色収差の補正効果が大きく、設計値に対してオーバー方向とアンダー方向にほぼ均等に補正可能な下記のような硝材の組み合わせを用いている（図６）。
【００３０】
設計時硝材：Ｓ−ＬＡＨ６３（屈折率１．８０４３９８、アッベ数３９．５８６１）
補正用硝材：Ｓ−ＮＰＨ１（屈折率１．８０８０９５、アッベ数２２．７６０８）
（またはＳ−ＦＰＬ５３（屈折率１．４９３８７５、アッベ数９４．９４６０））
前述のように、深度以上の誤差は補正する必要があり、板厚は少なくとも投射レンズの深度同等の誤差量が補正できる条件の厚みである必要がある。
【００３１】
つまり、平行平板の板厚の下限値は、深度と同量の誤差量を補正するための厚さとなる。
【００３２】
一般に投射レンズの深度は、「口径比×画素ピッチＰ（μｍ）」で求められ、本実施例における投射レンズの口径比は２、画素ピッチは０．００８ｍｍであるので、深度Ｅ＝２×０．００８＝０．０１６ｍｍとなる。
【００３３】
硝材がＳ−ＬＡＨ６３である平行平板が設置された状態で深度と同等である０．０１６ｍｍの軸上色収差の誤差量が生じてしまっている場合に、前記平行平板を硝材がＳ−ＮＰＨ１である平行平板に入れ替えることで補正する。
【００３４】
この場合、Ｓ−ＮＰＨ１の平行平板１ｍｍあたりの軸上色収差補正量は０．００４４ｍｍ（図７）であるため、０．０１６ｍｍを補正するためには３．６ｍｍの板厚が必要となる。
【００３５】
Ａ：補正量の大きな硝材の組み合わせでも最低３．６ｍｍの板厚が必要  図７はアッベ数９４．９４６〜２２．７６０８の範囲の硝材を使用する場合、アンダー側に０．０４４ｍｍ、オーバー側に０．０４９ｍｍの補正が可能である事を表している。
【００３６】
また、平行平板の厚さを厚くしていくと補正効果は大きくなるが、透過率の低減やバックフォーカスの増加、後玉径の増大などの弊害がおこる。
【００３７】
そこで、本実施例において、平行平板の厚さを２０ｍｍ以下と設定する事で、５５０ｎｍにおける透過率の低下が−１．５％以内（白表示時の色度座標の誤差では、Δｙ＝＋０．００５）に抑える事ができる。
【００３８】
Ｂ：平行平板厚２０ｍｍを厚さの上限とする
Ａ、Ｂの関係より、本実施例における平行平板の厚さＤの範囲は
３．６＜Ｄ＜２０
となる。
【００３９】
前記のように厚さＤの値は深度に依存しているため、深度Ｅで規格化する事で一般化する事ができ、
２２０Ｅ＜Ｄ＜９００Ｅ
で表す事ができる。
【００４０】
上記条件を満たす事で、軸上色収差を調整しやすい構成となり、容易で安価に軸上色収差の設計値との誤差が少なく、良好な結像性能を有した投射レンズを提供する事ができる。
【００４１】
さらに、用途に応じて、入れ替え硝材の板厚を調整し、入れ替え時のピント位置ずれを少なくする構成としても良い。
【００４２】
また、本発明は複数の画像表示素子で構成された装置に用いてもよい。
【００４３】
次に、投射レンズの焦点距離ｆと軸上色収差のバラツキの関係について説明する。
【００４４】
一般的に、投射レンズの焦点距離ｆが大きくなるほど軸上色収差の設計値からの誤差量は大きくなる傾向にある。
【００４５】
図８に前記投射レンズの光学仕様および軸上色収差のバラツキ標準偏差σと不良率の計算結果を示す。
【００４６】
各レンズのアッベ数（設計値）に０．２の一般的な公差を与えて各レンズの持つ軸上色収差のバラツキ量を求め、前記バラツキ量の自乗平均を計算する事により、投射レンズの軸上色収差のバラツキ標準偏差σを求めた。（正規分布としてばらつくと仮定して計算）。
【００４７】
誤差量が深度以上になる確立を不良率と定義すると、前記投射レンズの不良率は２２％と大きな値になる。
【００４８】
次に不良率が１％以下と不良率が小さくなる焦点距離ｆ’を求める。
【００４９】
図９に、不良率１％になる標準偏差σ’からｆ’を逆算した結果を示す。
【００５０】
不良率が１％となるためには標準偏差σ’を０．００６７ｍｍにする必要がある。（正規分布との仮定のため）
投射レンズの焦点距離と軸上色収差の設計値からの誤差量はほぼ比例する。
【００５１】
故に、σ’が６．７μｍのとき、焦点距離ｆ’は、以下の式で求める事ができる
ｆ’＝ｆ×σ’／σ＝１１０×０．００６７／０．０２０≒３７
これは、深度が０．０１６ｍｍである投射レンズにおいて不良率が１％になる焦点距離ｆ’の条件である。
次に、深度が異なるレンズも考慮して規格化する（深度Ｅが小さい方が誤差が大きい）。
【００５２】
Ｅ／０．０００４５＜ｆ（≒０．０１６／３７）
上記条件式を満たす投射レンズは深度に対して軸上色収差のバラツキが大きい投射レンズである事を意味するため、本発明は上記の条件式を満たす構成で用いる事がより効果的である。
【００５３】
［実施例２］
本発明の実施例２は、硝材が異なり同じ厚さの平行平板を入れ替えたときに、ピント位置の変化が少なく構成できる例である。記述しない点においては実施例１同様であるとする。
【００５４】
入れ替える平行平板の厚みが同じため、平行平板を保持し、入れ替えるメカ機構を簡易化する事ができる。
【００５５】
本実施例では、屈折率が同等で軸上色収差の補正効果が大きく、設計値に対してオーバー方向とアンダー方向にほぼ均等に補正可能な下記硝材の組み合わせを用いている（図１０）。
【００５６】
設計時硝材：Ｓ−ＬＡＭ６６（屈折率１．８００９９９、アッベ数３４．９６７４）
補正用硝材：Ｓ−ＴＩＨ６（屈折率１．８０５１８１、アッベ数２５．４２５４）
（または  Ｓ−ＬＡＨ６５（屈折率１．８０４０００、アッベ数４６．５７０４））
上記硝材のｄ線（５８８ｎｍ）における屈折率が同等であるため、ピント移動を小さく（本実施例で１μｍ以下に）抑える事ができ、板厚の同じ平行平板を用いる事ができる。
【００５７】
次に、本実施例における平行平板の厚さの範囲について数値的に説明する。
【００５８】
硝材がＳ−ＬＡＭ６６である平行平板が設置された状態で深度と同等である０．０１６ｍｍの誤差量が生じてしまっている場合に、前記平行平板を硝材がＳ−ＬＡＨ６５である平行平板に入れ替えることで補正する。
【００５９】
この場合、Ｓ−ＬＡＨ６５の平行平板１ｍｍあたりの軸上色収差補正量は０．０１６ｍｍ（図１１）であるため、０．０１６ｍｍを補正するためには１０ｍｍの板厚が必要となる。
【００６０】
厚みの上限値等に関しては請求項１同様と考えられ、同様に計算すると
板厚範囲
１０＜Ｄ＜２０
深度で規格化すると
４４０Ｅ＜Ｄ＜９００Ｅ
となる。
【００６１】
上記範囲の板厚で用いる事で、平行平板の厚さを同等に設定する事ができる。
【００６２】
（数値実施例）
次に第１実施例に対応する数値実施例１の数値データを示す。表中、ｆは焦点距離、Ｆは開口比である。また、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは、第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のｄ線を基準とした屈折率とアッベ数である。
【００６３】
【表１】
2012247444.tif 000003
【符号の説明】
【００６４】
１  投射レンズユニット
２  ＰＢＳユニット
【図１】
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【図２】
2012247444.tif 000005
【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】
2012247444.tif 000010
【図８】
2012247444.tif 000011
【図９】
2012247444.tif 000012
【図１０】
2012247444.tif 000013
【図１１】
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