(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大きな共役長側から順に、負の屈折力を有し、最も小さな共役長側に凸レンズを配置した第１レンズ群と、
該第１レンズ群で発散された光束を略アフォーカルとする、正の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群とを配設してなり、
小さな共役長側でテレセントリックとした、投影用のものであり、
前記第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズを光軸上で移動させてフォーカス調整を行うことを特徴とするレトロフォーカス型レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群は、
少なくとも２枚の凸レンズと、
小さな共役長側に曲率半径の小さな面を向けた少なくとも２枚の凹レンズとからなることを特徴とする請求項１記載のレトロフォーカス型レンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズの焦点距離をｆ１Ｒとし、全系の焦点距離をｆ０とすると、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレトロフォーカス型レンズ。
１．３＜ｆ１Ｒ／ｆ０＜３．５
【請求項４】
前記第３レンズ群は、
大きな共役長側から順に、凸レンズと凹レンズとからなる接合レンズと、
少なくとも２枚の凸レンズとを配設してなることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載のレトロフォーカス型レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レトロフォーカス型レンズに関し、特に異なる色情報を有する複数の画像を合成プリズムで合成した後、スクリーン面上に拡大投影するようにしたカラー液晶プロジェクタに使用するレトロフォーカス型レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の液晶（液晶ライトバルブ）に表示されている画像を光学的に重ね合わせて、投影レンズによりスクリーン面上に投影するようにしたカラー液晶型プロジェクタが種々提案されている。
【０００３】
従来のカラー液晶型プロジェクタの一例を図１１を用いて説明する。
この従来のカラー液晶型ビデオプロジェクタ50は、図１１に示すように、光源51と、一対のレンズアレイ52a,52bと、３原色光を分離する第１および第２のダイクロイックミラー53a,53bと、第１，第２，第３および第４の全反射ミラー54a,54b,54c,54dと、３つの液晶表示パネル（赤色光用）55a,（緑色光用）55b,（青色光用）55cと、３原色光を合成するダイクロイックプリズム56とを備え、このダイクロイックプリズム56の射出側に投影レンズ57を備えている。
【０００４】
上記光源51はハロゲンランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源である。
なお、通常、この光源51の光射出側には、紫外光および赤外光をカットするＵＶ／ＩＲカットフィルタが配され、また光源51およびその近傍を空冷等により冷却するための冷却手段が設けられている。
【０００５】
第１のダイクロイックミラー53aは緑色光／青色光反射ミラーであり、また第２のダイクロイックミラー53bは緑色光反射ミラーであって、各々ガラス基板上に所定の原色光をミラーとして反射する分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されている。
また、３つの液晶表示パネル55a，55b，55cは各々ツイステッド・ネマティック型等（ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＴＦＴ型）の液晶表示素子からなり、図示されない液晶ドライバからの対応する液晶信号に応じて映像を表示し、入射された各原色光を輝度変調する。
【０００６】
さらに、ダイクロイックプリズム56は、４個の直角プリズムを接合してなり、その直交する２つの接合面には、各々赤色光反射ミラーおよび青色光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、赤，緑，青の３原色光を白色光の１本の光束に合成することが可能である。
また、青色光用の系中にはフィールドレンズ58aおよびリレーレンズ58bが配されており、また、各液晶表示パネル55a,55b,55cの前段には各々フィールドレンズ59a,59b,59cが配されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成からなる液晶ビデオプロジェクタ50に使用する投影レンズ57は、合成された３原色光を所定の距離に配されたスクリーン上に投射し、このスクリーン上にフルカラー画像を拡大投影することができるように構成されている。
【０００８】
この投影レンズ57には、以下のような性質が要求される。
まず、クロスダイクロイックプリズム56で光を合成するため、色収差が小さく、長いバックフォーカスを有し、テレセントリックであることが必要である。また、短い投影距離で大きな投影像を得るために、投影レンズ57を広角化することが必要である。さらに、四角形の液晶表示パネル55a,55b,55cを歪み無く投影するために、低ディストーション化することが必要である。
【０００９】
従来、バックフォーカスの長い広角レンズとして、一眼レフレックスカメラの広角レンズとして用いられるレトロフォーカス型レンズが知られている。
しかしながら、従来の一眼レフレックスカメラの広角レンズとして用いられているレトロフォーカス型レンズは、射出角度がきつく、テレセントリックにはなっていない。したがって、このようなレトロフォーカス型レンズをカラー液晶型プロジェクタに用いた場合には、クロスダイクロイックプリズム５６で色を合成する際に、スクリーン上で色むらが発生するという問題点がある。このため、従来のレトロフォーカス型レンズを、そのままカラー液晶型ビデオプロジェクタの投影レンズとして用いることはできない。
【００１０】
また、従来の投影レンズのフォーカス方法には、レンズ全体を一体で移動させる方法と、複数のレンズ群を移動してフローティングさせ、フォーカスによる像面の倒れを補正する方法とが知られている。
しかしながら、上記した従来のフォーカス方法では、レンズとマウントとの取付部の鏡筒系が大きくなるばかりでなく、装置構造が複雑になるという問題点がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、長いバックフォーカスとテレセントリック性を有するとともに、ディストーションと色収差の小さい良好な光学性能を有し、さらに簡単なフォーカス構造を備えたコンパクトなレトロフォーカス型レンズを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のレトロフォーカス型レンズは、大きな共役長側から順に、負の屈折力を有し、最も小さな共役長側に凸レンズを配置した第１レンズ群と、該第１レンズ群で発散された光束を略アフォーカルとする、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを配設し配設してなり、小さな共役長側でテレセントリックとした、投影用のものであり、前記第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズを光軸上で移動させてフォーカス調整を行うことを特徴とするものである。
また、第１レンズ群は、少なくとも２枚の凸レンズと、小さな共役長側に曲率半径の小さな面を向けた少なくとも２枚の凹レンズとからなることが望ましい。
【００１３】
さらに、第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズの焦点距離をｆ1Rとし、全系の焦点距離をｆ0とすると、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．３＜ｆ1R／ｆ0＜３．５
また、第３レンズ群は、大きな共役長側から順に、凸レンズと凹レンズとからなる接合レンズと、少なくとも２枚の凸レンズとを配設してなることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１〜５は、各々本発明の実施例１〜５に係るレトロフォーカス型レンズの構成を示したものである。
【００１５】
本発明の実施例に係るレトロフォーカス型レンズは、図１〜５に示すように、大きな共役長側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、該第１レンズ群Ｇ１で発散された光束を略アフォーカルとする、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを配設した、１０枚（実施例４では９枚）のレンズ構成からなる。また、第５レンズＬ５（実施例４では第４レンズＬ４）は、光軸上で移動可能となっていて、この第５レンズＬ５（実施例４では第４レンズＬ４）を光軸上で移動させることによりフォーカス調整を行う。さらに、全系の小さな共役長側には、フィルタブロック１を配置してある。
【００１６】
このようなレンズ構成とすることにより、長いバックフォーカスとテレセントリック性を有し、ディストーションと色収差が改善される。
また、第１レンズ群Ｇ1の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ5（実施例４では第４レンズＬ4）を光軸上で移動させてフォーカス調整を行うことにより、鏡筒径が小さくなり、装置構造が単純でコンパクトとなる。
【００１７】
上記した第１レンズ群Ｇ1は、少なくとも２枚の凸レンズＬ1，Ｌ5（実施例４ではＬ1，Ｌ4）と、小さな共役長側に曲率半径の小さな面を向けた少なくとも２枚の凹レンズＬ2，Ｌ3，Ｌ4（実施例４ではＬ2，Ｌ3）とを配設したものである。
第１レンズ群Ｇ1をこのようなレンズ構成とすることにより、さらにディストーションと色収差を改善することができる。
【００１８】
また、第１レンズ群Ｇ1の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ5（実施例４では第４レンズＬ4）の焦点距離をｆ1Rとし、全系の焦点距離をｆ0とすると、下記の条件式を満足するように構成されている。
１．３＜ｆ1R／ｆ0＜３．５
上記条件式において、ｆ1R／ｆ0の値が上式の下限を下回ると、フォーカスを行うレンズのパワーが強くなりすぎ、諸収差、特に色収差の発生が大となる。
【００１９】
一方、ｆ1R／ｆ0の値が上式の上限を上回ると、フォーカスを行うレンズのパワーが小さくなりすぎ、前側のレンズの径が大きくなりすぎてしまうとともに、レンズの移動距離も大きくなるので、レンズ系全体をコンパクトとすることが困難となる。
そこで、上記した条件式を満足することにより、諸収差、特に色収差を良好とし、レンズ全系をコンパクトなものとしている。
【００２０】
上記した第２レンズ群Ｇ2は、正の屈折力を有するレンズＬ6（実施例４ではＬ5）からなる。
この第２レンズ群Ｇ2により、第１レンズ群Ｇ1で発散された光束を略アフォーカルとする。
【００２１】
上記した第３レンズ群Ｇ3は、大きな共役長側から順に、凸レンズＬ7と凹レンズＬ8（実施例４では凸レンズＬ6と凹レンズＬ7）からなる接合レンズと、少なくとも２枚の凸レンズＬ9，Ｌ10（実施例４では凸レンズＬ8，Ｌ9）とを配設してなる。
これにより、テレセントリック性をさらに改善するとともに、色収差を補正することができる。
【００２２】
以下、具体的な数値を用いて上記実施例１〜５を説明する。
＜実施例１＞
本発明の実施例１に係るレトロフォーカス型レンズについて図１を用いて説明する。
この実施例１では、上記した第１レンズ群Ｇ1は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ1、大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ2、Ｌ3、Ｌ4、大きな共役長側に弱い曲率の面を向けた両凸レンズＬ5を配設してなる。
上記した第２レンズ群Ｇ2は、大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ6からなる。
【００２３】
上記した第３レンズ群Ｇ3は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ7と大きな共役長側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ8との接合レンズ、大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ9、大きな共役長側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ10を配設してなる。
なお、第１レンズ群Ｇ1の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ5の焦点距離をｆ1Rとし、全系の焦点距離をｆ0とすると、ｆ1R／ｆ0が2.38となるように設定されている。したがって、前述した条件式は満足されている。
【００２４】
また、この実施例１に係るレトロフォーカス型レンズの焦点距離ｆは1.0、Ｆナンバは3.5、画角２ωは67.4°である。
以下、実施例１に係るレトロフォーカス型レンズの各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよびアッベ数νを表１に示す。
ただし、この表１および後述する表２〜５において、各記号ｒ，ｄ，ｎ，νに対応させた数字は大きな共役長側から順次増加するようになっている。
【００２５】
【表１】
0004225437.tif 000002
【００２６】
次に、上記実施例１についての球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を図６に示す。
これら各収差図によれば、実施例１に係るレトロフォーカス型レンズは良好な光学性能を維持していることが明らかである。
【００２７】
＜実施例２＞
本発明の実施例２に係るレトロフォーカス型レンズについて図２を用いて説明する。
この実施例２に係るレトロフォーカス型レンズは、図２に示すように、上記実施例１に係るレトロフォーカス型レンズとほぼ同様の１０枚のレンズ構成とされているが、主として、第２レンズ群Ｇ2の第６レンズＬ6が大きな共役長側に曲率の小さな面を向けた両凸レンズとされ、第３レンズ群Ｇ3の第１０レンズＬ10が大きな共役長側に曲率の大きな面を向けた両凸レンズとされている点で上記実施例１のものとは異なっている。
【００２８】
なお、第１レンズ群Ｇ１の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ５の焦点距離をｆ１Ｒとし、全系の焦点距離をｆ０とすると、ｆ１Ｒ／ｆ０が2.82となるように設定されている。したがって、前述した条件式は満足されている。
また、この実施例２に係るレトロフォーカス型レンズの焦点距離ｆは1.0、Ｆナンバは3.5、画角２ωは67.4°である。
以下、実施例２に係るレトロフォーカス型レンズの各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよびアッベ数νを表２に示す。
【００２９】
【表２】
0004225437.tif 000003
【００３０】
次に、上記実施例２についての球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を図７に示す。
これら各収差図によれば、実施例２に係るレトロフォーカス型レンズは良好な光学性能を維持していることが明らかである。
【００３１】
＜実施例３＞
本発明の実施例３に係るレトロフォーカス型レンズについて図３を用いて説明する。
この実施例３に係るレトロフォーカス型レンズは、図３に示すように、上記実施例１に係るレトロフォーカス型レンズとほぼ同様の１０枚のレンズ構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ1の第５レンズＬ5が大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズとされ、第２レンズ群Ｇ2の第６レンズＬ6が大きな共役長側に曲率の小さな面を向けた両凸レンズとされている点で上記実施例１のものとは異なっている。
【００３２】
なお、第１レンズ群Ｇ１の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ５の焦点距離をｆ１Ｒとし、全系の焦点距離をｆ０とすると、ｆ１Ｒ／ｆ０が3.19となるように設定されている。したがって、前述した条件式は満足されている。
また、この実施例３に係るレトロフォーカス型レンズの焦点距離ｆは1.0、Ｆナンバは3.5、画角２ωは67.4°である。
以下、実施例３に係るレトロフォーカス型レンズの各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよびアッベ数νを表３に示す。
【００３３】
【表３】
0004225437.tif 000004
次に、上記実施例３についての球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を図８に示す。
これら各収差図によれば、実施例３に係るレトロフォーカス型レンズは良好な光学性能を維持していることが明らかである。
【００３４】
＜実施例４＞
本発明の実施例４に係るレトロフォーカス型レンズについて図４を用いて説明する。
この実施例４に係るレトロフォーカス型レンズは、図４に示すように、上記実施例１に係るレトロフォーカス型レンズとほぼ同様のレンズ構成とされているが、第１レンズ群Ｇ1が４枚のレンズ構成とされ、全系で９枚のレンズ構成とされている点で上記実施例１のものとは異なっている。
【００３５】
具体的には、上記した第１レンズ群Ｇ1は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凸面を向けた正のメニスカスレンズＬ1、大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ2、Ｌ3、大きな共役長側に曲率の小さな面を向けた両凸レンズＬ4からなる。なお、第４レンズＬ4は、光軸上で移動可能となっていて、この第４レンズＬ4を光軸上で移動させることによりフォーカス調整を行う。
【００３６】
上記した第２レンズ群Ｇ2は、大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ5からなる。
上記した第３レンズ群Ｇ3は、大きな共役長側から順に、大きな共役長側に凹面を向けた正のメニスカスレンズＬ6と大きな共役長側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ7との接合レンズ、大きな共役長側に曲率の小さな面を向けた両凸レンズＬ8、大きな共役長側に曲率の大きな面を向けた両凸レンズＬ9からなる。
【００３７】
なお、第１レンズ群Ｇ１の最も小さな共役長側に配置された第４レンズＬ４の焦点距離をｆ１Ｒとし、全系の焦点距離をｆ０とすると、ｆ１Ｒ／ｆ０が1.65となるように設定されている。したがって、前述した条件式は満足されている。
また、この実施例４に係るレトロフォーカス型レンズの焦点距離ｆは1.0、Ｆナンバは4.0、画角２ωは67.4°である。
以下、実施例４に係るレトロフォーカス型レンズの各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよびアッベ数νを表４に示す。
【００３８】
【表４】
0004225437.tif 000005
【００３９】
次に、上記実施例４についての球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を図９に示す。
これら各収差図によれば、実施例４に係るレトロフォーカス型レンズは良好な光学性能を維持していることが明らかである。
【００４０】
＜実施例５＞
本発明の実施例５に係るレトロフォーカス型レンズについて図５を用いて説明する。
この実施例５に係るレトロフォーカス型レンズは、図５に示すように、上記実施例１に係るレトロフォーカス型レンズとほぼ同様の１０枚のレンズ構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ1の第１レンズＬ1が大きな共役長側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとされ、第１レンズ群Ｇ1の第２レンズＬ2が大きな共役長側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされ、第３レンズ群Ｇ3の第１０レンズＬ10が大きな共役長側に曲率の大きな面を向けた両凸レンズとされている点で上記実施例１のものとは異なっている。
【００４１】
なお、第１レンズ群Ｇ１の最も小さな共役長側に配置された第５レンズＬ５の焦点距離をｆ１Ｒとし、全系の焦点距離をｆ０とすると、ｆ１Ｒ／ｆ０が2.80となるように設定されている。したがって、前述した条件式は満足されている。
また、この実施例５に係るレトロフォーカス型レンズの焦点距離ｆは1.0、Ｆナンバは3.5、画角２ωは67.4°である。
以下、実施例５に係るレトロフォーカス型レンズの各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズの空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよびアッベ数νを表５に示す。
【００４２】
【表５】
0004225437.tif 000006
【００４３】
次に、上記実施例５についての球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を図１０に示す。
これら各収差図によれば、実施例５に係るレトロフォーカス型レンズは良好な光学性能を維持していることが明らかである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のレトロフォーカス型レンズは、第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズを光軸上で移動させることによりフォーカス調整を行うように構成しているので、長いバックフォーカスとテレセントリック性を有し、ディストーションと色収差が改善されるとともに、簡単なフォーカス構造を備えたコンパクトなレトロフォーカス型レンズを提供することできる。
また、第１レンズ群を、少なくとも２枚の凸レンズと、小さな共役長側に曲率半径の小さな面を向けた少なくとも２枚の凹レンズとから構成することにより、さらにディストーションと色収差を改善することができる。
また、第１レンズ群の最も小さな共役長側に配置された凸レンズの焦点距離をｆ1Rとし、全系の焦点距離をｆ0とした場合に、１．３＜ｆ1R／ｆ0＜３．５の条件式を満足することで、諸収差、特に色収差を良好とし、レンズ全系をコンパクトなものとすることができる。
さらに、第３レンズ群を、大きな共役長側から順に、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズと、少なくとも２枚の凸レンズとを配設して構成することにより、さらにテレセントリック性が改善されるとともに、色収差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るレトロフォーカス型レンズを示す断面図
【図２】本発明の実施例２に係るレトロフォーカス型レンズを示す断面図
【図３】本発明の実施例３に係るレトロフォーカス型レンズを示す断面図
【図４】本発明の実施例４に係るレトロフォーカス型レンズを示す断面図
【図５】本発明の実施例５に係るレトロフォーカス型レンズを示す断面図
【図６】本発明の実施例１に係るレトロフォーカス型レンズの諸収差を示す収差図
【図７】本発明の実施例２に係るレトロフォーカス型レンズの諸収差を示す収差図
【図８】本発明の実施例３に係るレトロフォーカス型レンズの諸収差を示す収差図
【図９】本発明の実施例４に係るレトロフォーカス型レンズの諸収差を示す収差図
【図１０】本発明の実施例５に係るレトロフォーカス型レンズの諸収差を示す収差図
【図１１】従来のカラー液晶型プロジェクタの一例を示す断面図
【符号の説明】
Ｇ1〜Ｇ3    第１〜３レンズ群
Ｌ1〜Ｌ10   レンズ
ｄ1〜ｄ20   レンズの軸上面間隔および厚さ
ｒ1〜ｒ21   レンズの曲率半径
Ｘ          光軸
1          フィルタブロック
50          カラー液晶型プロジェクタ
51          光源
52a,b       レンズアレイ
53a,b       ダイクロイックミラー
54a,b,c,d   全反射ミラー
55a,b,c     液晶表示パネル
56          ダイクロイックプリズム
57          投影レンズ
58a,59a,b,c フィールドレンズ
58b         リレーレンズ
【図１】
0004225437.tif 000007
【図２】
0004225437.tif 000008
【図３】
0004225437.tif 000009
【図４】
0004225437.tif 000010
【図５】
0004225437.tif 000011
【図６】
0004225437.tif 000012
【図７】
0004225437.tif 000013
【図８】
0004225437.tif 000014
【図９】
0004225437.tif 000015
【図１０】
0004225437.tif 000016
【図１１】
0004225437.tif 000017