(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と、
前記画像表示素子の原画像を投射する投射ズームレンズと、
前記画像表示素子と前記投射ズームレンズとの間に色合成プリズムを有する投射装置において、
前記投射ズームレンズが、距離の長い方の第１共役点側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つのレンズ群より構成され、
広角端から望遠端への変倍に際し、該第１群を第１共役点側へ移動させ、該第２群を該第１群との間隔が減少するように第１共役点側へ移動させており、
該第３群から射出する光束がテレセントリックとなるように構成されており、
前記第ｉ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
０．８＜｜ｆ１／ｆｗ｜≦１．０５
０．６＜｜ｆ１／ｆ２｜≦０．７７
なる条件を満足することを特徴とする投射装置。
【請求項２】
前記色合成プリズムが、ダイクロイック膜をクロス状に接合した色合成プリズムであることを特徴とする請求項１記載の投射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射装置に関し、例えば液晶パネルを３枚用いた３板式の液晶プロジェクタ用の投射レンズとして用いられる負の屈折力のレンズ群が先行する全体として３つのレンズ群を有したズームレンズにおいて、これら３つのレンズ群のレンズ構成を適切に設定することによりレンズ系全体の小型化を図った投影画角５０度、Ｆナンバー２．５、変倍比１．６程度の投射ズームレンズを用いた投射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より負の屈折力が先行するいわゆるネガティブリード型のズームレンズは長いバックフォーカスが容易に得られ、しかも広角化が比較的容易であるために、投影レンズ（投射レンズ）と液晶パネルの間にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等から成る色合成系を有する液晶プロジェクタ用の投射レンズとして多く用いられている。
【０００３】
例えば特開平７−２１８８３７号公報では物体側より正の屈折力の第１群と負の屈折力の第２群と正の屈折力の第３群の３つのレンズ群を有し、第２群を第１群と第３群との間で移動させて変倍を行い、第３群と液晶パネルとの間に色分解のプリズムを設け、固定の第３群の物体側に絞りを設けることで第３群と液晶パネルとの間をテレセントリックとした投射レンズが提案されている。
【０００４】
又、特開平７−１３０７７号公報では物体側より負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群と、正の第３群の３つのレンズ群を有し、第２群と第３群の間に色合成系のための広い空気間隔を設け、第１群と第２群のレンズ群間隔を変えて変倍を行うズームレンズが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶プロジェクターの色合成系にはダイクロイック膜を有するミラー又はプリズムが一般に用いられている。一般にダイクロイック膜は入射する光の角度により、その分光透過特性が変化する。また投影画像素子（被投影画素）として液晶パネルを用いたときは、光の液晶パネルを透過する角度により偏光特性が変化する。これらの分光透過特性の変化や偏光特性の変化はそれぞれ投影画像の画質に対して、色ムラ、コントラストのムラとしてあらわれ、画質を劣化させる要因となる。この為、ダイクロイック膜を透過する状態、液晶パネルを放射する状態が、液晶パネルの任意の位置で変化が少ないようにテレセントリックな投射レンズを用いる必要がある。
【０００６】
先の特開平７−２１８８３７号公報ではテレセントリック条件を達成しやすいポジティブリードのズームレンズを用いているが、このズームレンズは広角化が難しく、投射レンズにはあまり適していない。これに対してネガティブリード型のズームレンズは、広角化が比較的容易であり、また所定のバックフォーカスが容易に得られるという特長がある。このネガティブリード型のズームレンズにおいてテレセントリックでコンパクトなレンズ構成で良好な光学性能を得る為には、各レンズ群の屈折力配置やレンズ形状等を適切に設定する必要がある。
【０００７】
本発明は、全体として３つのレンズ群より成り、又レンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ型全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適な投射ズームレンズを用いた投射装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射装置は、画像表示素子と、
前記画像表示素子の原画像を投射する投射ズームレンズと、
前記画像表示素子と前記投射ズームレンズとの間に色合成プリズムを有する投射装置において、
前記投射ズームレンズが、距離の長い方の第１共役点側から順に、負の屈折力の第１群と、正の屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つのレンズ群より構成され、
広角端から望遠端への変倍に際し、該第１群を第１共役点側へ移動させ、該第２群を該第１群との間隔が減少するように第１共役点側へ移動させており、
該第３群から射出する光束がテレセントリックとなるように構成されており、
前記第ｉ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
０．８＜｜ｆ１／ｆｗ｜≦１．０５
０．６＜｜ｆ１／ｆ２｜≦０．７７
なる条件を満足することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記色合成プリズムが、ダイクロイック膜をクロス状に接合した色合成プリズムであることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の後述する数値実施例１の投射ズームレンズを用いた投射装置の要部概略図である。図２、図３は本発明の参考例１、２の要部概略図である。
【００１１】
図４，図５は本発明の後述する数値実施例１の広角端，望遠端の収差図である。図６，図７は参考例１の数値実施例２の広角端，望遠端の収差図である。図８，図９は参考例２の数値実施例３の広角端，望遠端の収差図である。
【００１２】
図１〜図３のレンズ断面図においてＰＬは投射ズームレンズである。Ｌ１は負の屈折力の第１群、Ｌ２は正の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群である。ＳＰは絞り、Ｓはスクリーン面（投影面）、ＬＣＤは液晶パネル等の原画像（被投影面）である。スクリーン面Ｓと原画像ＬＣＤとは共役関係にあり、一般にはスクリーン面Ｓは距離の長い方の共役点（第１共役点）に、原画像ＬＣＤは距離の短い方の共役点（第２共役点）に相当している。ＣＤはダイクロイック膜をクロス状に接合したクロスダイクロプリズム等の色合成プリズムである。
【００１３】
本実施形態の投射ズームレンズＰＬにおける第１群Ｌ１と第２群Ｌ２は、その間隔を狭めながらスクリーンＳ側に移動することにより広角端から望遠端への変倍を行っている。第３群Ｌ３は固定であり、色合成プリズムＣＤと第２群Ｌ２との間に設けることにより、液晶パネルＬＣＤに対してテレセントリックな条件を満足しつつ、変倍によりスクリーンＳ側に移動する第２群の大きさをコンパクトにする作用を有している。
【００１４】
本実施形態では、このようなレンズ構成とすることにより、ダイクロイック膜による色合成プリズムに対するテレセントリック性（入射角度偏差）が、その波長変動を考慮して±５°以内となるように各レンズ群の近軸屈折力配置を設定している。これにより変倍範囲全体にわたりスクリーンＳ面上に投射される投影画像の画質を良好に維持している。
【００１５】
本発明では以上のように投射レンズＰＬのレンズ構成を特定することにより、スクリーンＳ面上で良好なる投影画像を得ているが、更に全変倍範囲にわたり、また画面全体にわたり良好なる光学性能を得るには次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００１６】
(イ) 前記第ｉ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
０．８＜｜ｆ１／ｆｗ｜≦１．０５      ‥‥‥（１）
０．６＜｜ｆ１／ｆ２｜≦０．７７      ‥‥‥（２）
２    ＜  ｆ３／ｆ２  ＜３            ‥‥‥（３）
なる条件を満足することである。
【００１７】
条件式（１）は、第１群の屈折力に関し、主にレンズ系全体の小型化を図りつつ、広角側における歪曲収差を良好に補正するためのものである。条件式（１）の上限値を越えると広角端における歪曲収差の発生は低減するが、前玉径が大型化してくる。また下限値を越えると負の歪曲収差が増大してくるので良くない。
【００１８】
条件式（２）は、第１群と第２群の屈折力の比に関し、主にレンズ系全体の小型化を図りつつ、変倍による収差変動を良好に抑えるためのものである。条件式（２）の上限値を越えると第１群と第２群の間隔を長くしなければならず、前玉径が増大してしまう。また下限値を越えると像面の湾曲が増大し良くない。
【００１９】
条件式（３）は、第２群と第３群の屈折力の比に関し、主にレンズ系全体の小型化を図りつつ、テレセントリックな条件を満足するためのものである。条件式（３）の上限値を越えると第２群のレンズ径が大型化してくる。下限値を越えるとコマ収差，非点収差が困難となる。
【００２０】
(ロ) 図１〜図３に示すように正の屈折力の第２群Ｌ２を前群Ｌ２ａと後群Ｌ２ｂの２つのレンズ群から構成し、このうち前群Ｌ２ａは絞りＳＰと少なくとも１枚の正レンズから構成し、後群Ｌ２ｂは前群Ｌ２ａ側から順に両レンズ面が凹面の負レンズと少なくとも１枚の正レンズから成る後群２ｂから構成することである。
【００２１】
このように第２群を構成してレンズ系全体の小型化を図りつつ、諸収差を良好に補正している。特に軸外光線を後群Ｌ２ｂの負レンズではねあげることにより光線をテレセントリックに近づけ、かつ後群Ｌ２ｂを構成する負レンズ及び正レンズにおいて大きな屈折角を有することにより高次の収差を発生させ、全系でのコマ収差、非点収差を良好に補正している。
【００２２】
具体的なレンズ構成としては前群Ｌ２ａを絞りＳＰと２つの正レンズより構成し、後群Ｌ２ｂを両レンズ面が凹面の負レンズと、２つの正レンズより構成し、又は後群Ｌ２ｂを両レンズ面が凹面の負レンズ、負レンズ、そして正レンズより構成することである。
【００２３】
(ハ) 第１群を非球面を有するレンズを含む前群Ｌ１ａと負レンズと正レンズからなる後群Ｌ１ｂから構成することである。これによって広角端における歪曲収差の発生を抑え、且つ前玉径を小さくしている。
【００２４】
(ニ) 第１群を非球面を有するレンズを含む前群Ｌ１ａと負レンズと正レンズからなる後群Ｌ１ｂから構成し、このとき、第１群の後群Ｌ１ｂを構成する負レンズ，正レンズの材質のアッベ数をそれぞれν−，ν＋としたとき
ν−  ＞  ν＋          ‥‥‥（４）
５０  ＞  ν−          ‥‥‥（５）
とすることである。
【００２５】
条件式（４），（５）を満足させることによって広角側で発生する倍率色収差と望遠側で発生する軸上色収差を良好に補正している。尚、具体的なレンズ構成としては第１群の前群Ｌ１ａを第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ又は第１共役点側に凸面を向けた正レンズと負レンズ又は第１共役点側に凸面を向けた正レンズと第１共役点側に凸面を向けたメニスカス状の２つの負レンズより構成することである。
【００２６】
そして第１群の後群Ｌ１ｂを両レンズ面が凹面の負レンズと第１共役点側に凸面を向けた正レンズとを独立に又は接合して構成することである。
【００２７】
次に本発明の数値実施例と参考例の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉはスクリーン側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉはスクリーン側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズの媒質の屈折率とアッベ数である。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。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、スクリーンから液晶パネルの方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを各々非球面係数とするとき
【００２８】
【数１】
0003996981.tif 000002
なる式で表している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。又「ｅ−０ｘ」は１０−ｘを意味している。
【００２９】
【外１】
0003996981.tif 000003
【００３０】
【外２】
0003996981.tif 000004
【００３１】
【外３】
0003996981.tif 000005
【００３２】
【表１】
0003996981.tif 000006
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、全体として３つのレンズ群より成り、又レンズ型としてネガティブリード型を採用し、各レンズ群を適切に構成することにより、レンズ型全体の小型化を図りつつ、変倍範囲全体にわたりテレセントリック条件を良好に維持し、画面全体にわたり良好なる光学性能を有した液晶プロジェクター用に好適な投射ズームレンズ及びそれを用いた投射装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】  参考例１の数値実施例２のレンズ断面図
【図３】  参考例２の数値実施例３のレンズ断面図
【図４】  本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図５】  本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図６】  参考例１の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】  参考例１の数値実施例２の望遠端の収差図
【図８】  参考例２の数値実施例３の広角端の収差図
【図９】  参考例２の数値実施例３の望遠端の収差図
【符号の説明】
Ｌ１    第１群
Ｌ２    第２群
Ｌ３    第３群
ＳＰ    絞り
ＣＤ    色合成プリズム
ＬＣＤ  画像表示素子
Ｓ      スクリーン
【図１】
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【図２】
0003996981.tif 000008
【図３】
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【図４】
0003996981.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003996981.tif 000014
【図９】
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