(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列されてなり、前記第２レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部を移動させることによりフォーカスを行い、前記レンズ部が１枚の単体レンズからなり、以下の各条件式（１）〜（５）を満足し、テレセントリックに構成されてなることを特徴とする投影レンズ。
（１）    −０．６５＜ＦＧ２／Ｆ＜−０．２０
（２）      ０．３０＜ＦＧ３／Ｆ＜  ０．６５
（３）      ０．２０＜ＢＦ／Ｆ＜  ０．５５
（４）      ０．３５＜ＦＧ３Ｆ／ＦＧ３
（５） ０．２５＜｜ＦＧ２ａ／Ｆ｜＜１．５
ここで、
ＦＧ２  ：第２レンズ群の焦点距離
ＦＧ３  ：第３レンズ群の焦点距離
ＦＧ３Ｆ：第３レンズ群の最も拡大側の面から、第３レンズ群の拡大
側の焦点位置までの距離
Ｆ ：全レンズ系の焦点距離
ＢＦ  ：全レンズ系のバックフォーカス
ＦＧ２ａ：フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離
【請求項２】
前記第２レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズからなることを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤや撮像管等の撮像手段あるいは銀塩フィルム等を用いたカメラの結像レンズとしても使用可能な、投射型テレビに用いられる投影レンズに関し、特に、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに好適な投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに用いられる投影レンズとしては、液晶表示パネル、照明系や色合成光学系等との関係により、テレセントリックな光学系が要求され、あるいは色合成光学系を挿入するために長いバックフォーカスが要求されている。このような要求を満足させるためのレンズとして、例えば特開平１０−６２６８４号公報に記載されたものが知られている。このレンズは、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、歪曲収差を十分に補正し得る、テレセントリックな光学系を実現するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では液晶プロジェクタの高解像化や高輝度化が進み、投影レンズも、より高性能で明るいレンズが求められている。このように投影レンズを高解像で明るくしていくと、レンズの大型化も免れなくなってくる。したがって、前述の特開平１０−６２６８４号公報に記載された投影レンズのように、レンズフォーカスをレンズ全体の繰出しにより行うものであると、レンズが大型化するとともにレンズの移動機構も大型化することになる。また、移動機構が大型化すれば必要な駆動力が増加し迅速性も低下してしまう。
【０００４】
このような点を解決するものとして、レンズ群を部分的に移動させ、フォーカスを簡易にしたインナーフォーカス方式の採用が望まれている。インナーフォーカス方式は、写真レンズやビデオカメラレンズなどではよく知られているが、投影レンズに用いた場合テレセントリック性やバックフォーカスの長さなどに問題が残っている。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックで、また歪曲収差を十分に補正した、明るい投影レンズを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投影レンズは、拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列されてなり、前記第２レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部を移動させることによりフォーカスを行い、前記レンズ部が１枚の単体レンズからなり、以下の各条件式（１）〜（５）を満足し、テレセントリックに構成されてなることを特徴とするものである。
【０００７】
（１）    −０．６５＜ＦＧ２／Ｆ＜−０．２０
（２）      ０．３０＜ＦＧ３／Ｆ＜  ０．６５
（３）      ０．２０＜ＢＦ／Ｆ＜  ０．５５
（４）      ０．３５＜ＦＧ３Ｆ／ＦＧ３
（５） ０．２５＜｜ＦＧ２ａ／Ｆ｜＜１．５
ここで、
ＦＧ２  ：第２レンズ群の焦点距離
ＦＧ３  ：第３レンズ群の焦点距離
ＦＧ３Ｆ：第３レンズ群の最も拡大側の面から、第３レンズ群の拡大
側の焦点位置までの距離
Ｆ ：全レンズ系の焦点距離
ＢＦ  ：全レンズ系のバックフォーカス
ＦＧ２ａ：フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離
【０００８】
また、前記第２レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズから構成されていることがより好ましい。
【０００９】
なお、上記「前記第２レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部」とは、前記第２レンズ群が１枚のレンズにより構成される場合はその１枚のレンズのことを意味し、前記第２レンズ群が複数枚のレンズにより構成される場合はそのうち１枚または複数枚のレンズのことを意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下に５つの実施例について具体的に説明するが、各実施例に各々対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【００１１】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る投影レンズの構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すとおり、本実施例１に係る投影レンズは、拡大より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２および正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３が配列されてなる。ＬＣＤを透過し、光軸Ｘに沿ってこの投影レンズに入射した光束は、図示されないスクリーン上に拡大して投射される。また、レンズ系の縮小側（ＬＣＤ側）には色合成光学系１が配されている。
【００１３】
ここで、拡大側より順に、第１レンズ群Ｇ１は拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２との接合レンズ、および拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第３レンズＬ３から構成され、第２レンズ群Ｇ２は拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４、拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５、および拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第６レンズＬ６から構成され、第３レンズ群Ｇ３は拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第７レンズＬ７とＬＣＤ側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第８レンズＬ８との接合レンズ、ＬＣＤ側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９、および拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１０レンズＬ１０から構成される。
【００１４】
なお、フォーカスを行うときは、第２レンズ群Ｇ２の第５レンズＬ５が単体で移動する。このように、フォーカスを行うときに移動するレンズが少なく、また、レンズ系全体の中でも小さなレンズだけを移動させ、フォーカスを簡易にしたインナーフォーカス方式であるため、レンズの小型化に加え移動機構を小型化することができる。そのため、必要な駆動力も小さくてすみ、フォーカスの迅速性を得ることも可能となる。
【００１５】
また、第２レンズ群Ｇ２の構成は前述のとおりとなっており、このような構成とすることで、より少ないレンズ構成枚数により、第１レンズ群Ｇ１からの光線を第２レンズ群Ｇ２中で性能を維持したままフォーカスを行わせることが可能になる。レンズ構成枚数をこれより少なくすると、フォーカスによる性能劣化が大きくなってしまう。
【００１６】
さらに、本実施例１のレンズは、以下の条件式（１）〜（５）を満足するように構成されている。
【００１７】
（１）    −０．６５＜ＦＧ２／Ｆ＜−０．２０
（２）      ０．３０＜ＦＧ３／Ｆ＜  ０．６５
（３）      ０．２０＜ＢＦ／Ｆ＜  ０．５５
（４）      ０．３５＜ＦＧ３Ｆ／ＦＧ３
（５）      ０．２５＜｜ＦＧ２ａ／Ｆ｜＜１．５
ここで、
ＦＧ２  ：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
ＦＧ３  ：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
ＦＧ３Ｆ：第３レンズ群Ｇ３の最も拡大側の面から、第３レンズ群Ｇ３の拡大側の焦点位置までの距離
ＢＦ  ：全レンズ系のバックフォーカス
ＦＧ２ａ：フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離
Ｆ ：全レンズ系の焦点距離
以下に、条件式（１）〜（５）について詳述する。
【００１８】
条件式（１）は第２レンズ群Ｇ２のパワーを規定しているもので、この上限値や下限値を超えると、レンズ系全体のバランスが崩れ収差補正が困難になり、特に第２レンズ群Ｇ２中でインナーフォーカスを行うことが難しくなる。
【００１９】
条件式（２）は第３レンズ群Ｇ３のパワーを規定しているもので、この上限値や下限値を超えると、テレセントリック光学系を維持したまま収差補正することが困難になる。
【００２０】
条件式（３）は全レンズ系のバックフォーカスの数値範囲を規定しているもので、この上限値を超え、バックフォーカスが長くなると、レンズ系全体として大型化してしまう。また、この下限値を超えバックフォーカスが短くなると、色合成光学系などが挿入できなくなってしまう。
【００２１】
条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３の前側焦点位置を規定しているもので、この下限値を超えると、拡大側の第１レンズ群Ｇ１の各レンズが大型化したり、テレセントリック光学系にしたままで収差補正を行うことが困難になったりする。
【００２２】
条件式（５）はフォーカスを行う場合に移動するレンズのパワーを規定しているもので、本実施例１においては第５レンズＬ５の焦点距離に相当する。この上限値を超えフォーカスレンズの焦点距離が長くなると、投影レンズ全体の大型化を招く。また、下限値を超えフォーカスレンズの焦点距離が短くなると収差補正が困難になる。
【００２３】
表１に、本実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、全レンズ系の合成焦点距離ｆ＝１．００として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Ｄはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率０．０１２倍における軸上面間隔を示す。また、表１の下段には条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。なお、表１および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。
【００２４】
【表１】
0004240340.tif 000002
表１に示すように、本実施例１は条件式（１）〜（５）を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【００２５】
＜実施例２＞
図９は、本発明の実施例２に係る投影レンズの構成を示す図である。本実施例２に係る投影レンズは、実施例１とほぼ同様の構成とされているが、第６レンズＬ６がＬＣＤ側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとされている点が異なっている。
【００２６】
表２に、本実施例２の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、全レンズ系の合成焦点距離ｆ＝１．００として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Ｄはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率０．０１２倍における軸上面間隔を示す。また、表２の下段には条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。
【００２７】
【表２】
0004240340.tif 000003
表２に示すように、本実施例２は条件式（１）〜（５）を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【００２８】
＜実施例３＞
図２は、本発明の実施例３に係る投影レンズの構成を示す図である。
【００２９】
図２に示すとおり、本実施例３に係る投影レンズは、実施例１とほぼ同様の構成とされているが、第１０レンズＬ１０が拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズとなっている。また、フォーカスを行うときは、第２レンズ群Ｇ２の第６レンズＬ６が単体で移動し、条件式（５）に規定されるレンズの焦点距離も第６レンズＬ６のものとなる。
【００３０】
表３に、本実施例３の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、全レンズ系の合成焦点距離ｆ＝１．００として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Ｄはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率０．０１２倍における軸上面間隔を示す。また、表３の下段には条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。
【００３１】
【表３】
0004240340.tif 000004
表３に示すように、本実施例３は条件式（１）〜（５）を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【００３２】
＜実施例４＞
図１０は、本発明の実施例４に係る投影レンズの構成を示す図である。本実施例４に係る投影レンズは、実施例３とほぼ同様の構成とされているが、第４レンズＬ４がＬＣＤ側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとされ、第１０レンズＬ１０が拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズとされている点が異なっている。また、フォーカスを行うときは、実施例３と同様に第２レンズ群Ｇ２の第６レンズＬ６が単体で移動し、条件式（５）に規定されるレンズの焦点距離も第６レンズＬ６のものとなる。
【００３３】
表４に、本実施例４の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、全レンズ系の合成焦点距離ｆ＝１．００として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Ｄはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率０．０１２倍における軸上面間隔を示す。また、表４の下段には条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。
【００３４】
【表４】
0004240340.tif 000005
表４に示すように、本実施例４は条件式（１）〜（５）を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【００３５】
＜実施例５＞
図３は、本発明の実施例５に係る投影レンズの構成を示す図である。
【００３６】
図３に示すとおり、本実施例５に係る投影レンズは、実施例１とほぼ同様の構成とされているが、第４レンズＬ４がＬＣＤ側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとなり、第８レンズＬ８が拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズとなっている。また、フォーカスを行うときは、第２レンズ群Ｇ２の第６レンズＬ６が単体で移動し、条件式（５）に規定されるレンズの焦点距離も第６レンズＬ６のものとなる。
【００３７】
表５に、本実施例５の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、全レンズ系の合成焦点距離ｆ＝１．００として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Ｄはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率０．０１２倍における軸上面間隔を示す。また、表５の下段には条件式（１）〜（５）に対応する値を示す。
【００３８】
【表５】
0004240340.tif 000006
表５に示すように、本実施例５は条件式（１）〜（５）を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【００３９】
図４〜８は、本実施例１〜５に係る投影レンズの諸収差（球面収差、非点収差、およびディストーション）を示す収差図であり、各図の上段は拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、下段は倍率０．０１２倍における状態のものである。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。図４〜８に示すように、本実施例１〜５に係る投影レンズは、画角が１４度〜２０度で、歪曲収差を十分に補正し、Ｆナンバ１．８〜２．０と明るい投影レンズであることが明らかである。
【００４０】
なお、本発明の投影レンズを、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに用いる場合は、撮像素子の大きさに対して焦点距離が長く、画角が小さめな固定焦点レンズである特性から、複数の投影レンズを付け替えることによってレンズ焦点を切換え可能な投射型テレビにおいて、スクリーンとの距離が遠いときの投影レンズとして特に好適である。
【００４１】
なお、前述した第２レンズ群Ｇ２を、複数枚のレンズから構成され、フォーカスを行うときはその複数枚のレンズの全部もしくは一部が一体的に移動するものとすることも可能である。複数枚のレンズを一体的に移動させることにより、１つの駆動機構によりフォーカスを行うことができ個々のレンズに対して移動のための機構を備える必要がなくなるので、機構上簡易なものとすることができる。
【００４２】
なお、本発明の投影レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。
【００４３】
また、上記実施例においては、本発明のレンズを液晶表示パネルの投影レンズとして用いているが、本発明の投影レンズの使用態様はこれに限られるものではなく、各種カメラの結像レンズ等として用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る投影レンズによればインナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックで、また歪曲収差を十分に補正した、明るい投影レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図２】実施例３に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図３】実施例５に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図４】実施例１に係る投影レンズの各収差図
【図５】実施例２に係る投影レンズの各収差図
【図６】実施例３に係る投影レンズの各収差図
【図７】実施例４に係る投影レンズの各収差図
【図８】実施例５に係る投影レンズの各収差図
【図９】実施例２に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図１０】実施例４に係る投影レンズの構成を示す断面図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ１０    レンズ
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３    レンズ群
Ｒ１〜Ｒ１８    曲率半径
Ｄ１〜Ｄ２０    軸上面間隔
Ｘ         光軸
１         色合成光学系
【図１】
0004240340.tif 000007
【図２】
0004240340.tif 000008
【図３】
0004240340.tif 000009
【図４】
0004240340.tif 000010
【図５】
0004240340.tif 000011
【図６】
0004240340.tif 000012
【図７】
0004240340.tif 000013
【図８】
0004240340.tif 000014
【図９】
0004240340.tif 000015
【図１０】
0004240340.tif 000016