(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大きな共役長側から順に、負の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有する第２群、および正の屈折力を有する第３群を配列されてなり、  前記第１群は、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力の第１レンズ、小さな共役長側に凹面を向けたガラスからなる負の屈折力を有する第２レンズ、および小さな共役長側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズを配列してなり、
前記第２群は、大きな共役長側から順に配列された、負の屈折力を有する第４レンズと正の屈折力を有する第５レンズを接合した接合レンズを含み、
前記第３群は、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力のレンズを大きな共役長側に有してなり、
以下の各条件式（１）〜（７）を満足することを特徴とするレトロフォーカス型レンズ。
Ｂｆ／ｆ０＞２．１                （１）
｜ｆ１／ｆ０｜＞３５．０             （２）
｜ｆ６／ｆ０｜＞２５．０             （３）
−０．１＜ｆ０／ｆＧ１２＜０．２５     （４）
−１．９＜ｆＧ１／ｆ０＜−１．０      （５）
１．６＜ｆＧ３／ｆ０＜２．８        （６）
ν４−ν５＞２０                   （７）
ｆ０   ：全系の焦点距離
Ｂｆ  ：全系のバックフォーカス
ｆ１   ：第１レンズの焦点距離
ｆ６   ：第６レンズの焦点距離
ｆＧ１２ ：第１群と第２群の合成焦点距離
ｆＧ１  ：第１群の焦点距離
ｆＧ３  ：第３群の焦点距離
ν４   ：第４レンズのアッベ数
ν５   ：第５レンズのアッベ数
【請求項２】
前記第３レンズ群が、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる屈折力の小さい第６レンズ、負の屈折力を有する第７レンズ、正の屈折力を有する第８レンズ、および正の屈折力を有する第９レンズからなり、該第７レンズおよび該第８レンズは接合レンズを構成し、以下の条件式（８）を満足す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。
ν８−ν７＞３２                   （８）
ν７   ：第７レンズのアッベ数
ν８   ：第８レンズのアッベ数
【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のレンズに関し、特に、カラー液晶プロジェクタに搭載される、色合成プリズムで合成されたカラー画像情報をスクリーン面上に拡大投影する投影レンズとしての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】
従来より、液晶表示パネルを用いたカラー液晶プロジェクタに用いられる投影レンズとしては、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。さらに、短い投影距離で大きな投影像を得るために投影レンズの広角化が必要とされ、矩形の液晶パネルに表示された画像をを矩形状に、かつ歪みなしで投影するためにディストーションを良好とすることが要求されている。
【０００３】
バックフォーカスの長い広角レンズとしては、従来より、一眼レフレックスカメラ用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、このような従来の一眼レフレックスカメラに用いられているレトロフォーカス型レンズは、射出角度が大きく、光束がテレセントリックとはなっていないため、カラー液晶プロジェクタに用いた場合、スクリーン上に映出された画像に色むらが発生するという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため本出願人は、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、テレセントリックで、ディストーションを補正し得る投影レンズを既に開示している（特開平９−９６７５９号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラー液晶プロジェクタにおいては、年々、液晶表示パネルの画素数が増加するのに伴い、各画素のサイズは小となってきており、高画質化が求められるようになってきていることから、上記公報記載のものよりも、解像力が求められ、色収差、さらにはディストーションをより良好に補正することが望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、広画角化および高解像度を達成しつつ、バックフォーカス長およびテレセントリック性を確保し、さらにディストーションおよび色収差等の諸収差を良好なものとしうる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。
【０００７】
【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、負の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有する第２群、および正の屈折力を有する第３群が配列されてなり、
前記第１群は、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力の第１レンズ、小さな共役長側に凹面を向けたガラスからなる負の屈折力を有する第２レンズ、および小さな共役長側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズを配列してなり、
前記第２群は、大きな共役長側から順に配列された、負の屈折力を有する第４レンズと正の屈折力を有する第５レンズを接合した接合レンズを含み、
前記第３群は、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力のレンズを大きな共役長側に有してなり、
以下の各条件式（１）〜（７）を満足することを特徴とするものである。
【０００８】
Ｂｆ／ｆ０＞２．１                （１）
｜ｆ１／ｆ０｜＞３５．０             （２）
｜ｆ６／ｆ０｜＞２５．０             （３）
−０．１＜ｆ０／ｆＧ１２＜０．２５     （４）
−１．９＜ｆＧ１／ｆ０＜−１．０      （５）
１．６＜ｆＧ３／ｆ０＜２．８        （６）
ν４−ν５＞２０                   （７）
ｆ０   ：全系の焦点距離
Ｂｆ  ：全系のバックフォーカス
ｆ１   ：第１レンズの焦点距離
ｆ６   ：第６レンズの焦点距離
ｆＧ１２ ：第１群と第２群の合成焦点距離
ｆＧ１  ：第１群の焦点距離
ｆＧ３  ：第３群の焦点距離
ν４   ：第４レンズのアッベ数
ν５   ：第５レンズのアッベ数
【０００９】
また、前記第３群が、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる屈折力の小さい第６レンズ、負の屈折力を有する第７レンズ、正の屈折力を有する第８レンズ、および正の屈折力を有する第９レンズからなり、該第７レンズおよび該第８レンズは接合レンズを構成し、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
ν８−ν７＞３２                   （８）
ν７   ：第７レンズのアッベ数
ν８   ：第８レンズのアッベ数
【００１０】
【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。なお、以下２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＞
この実施例１のレトロフォーカス型レンズは液晶プロジェクタの投影レンズとして機能し、図１に示すように、各液晶表示パネル（実際には３つの液晶表示パネルが配されている）１からの各色光は色合成プリズム（クロスダイクロイックプリズム）３において合成され、このレトロフォーカス型レンズによって、大きな共役長側に配されたスクリーン（図示せず）上に投射され、そのスクリーン上にカラー画像を形成する。そのレンズ構成は、大きな共役長側から順に、負の屈折力を有する第１群Ｇ１、正の屈折力を有する第２群Ｇ２、および正の屈折力を有する第３群Ｇ３が配列されてなるもので、第１群Ｇ１は、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力の第１レンズＬ１、小さな共役長側に凹面を向けたガラスからなる負の屈折力を有する第２レンズＬ２、および小さな共役長側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズＬ３を配列してなり、第２群Ｇ２は、大きな共役長側から順に配列された、負の屈折力を有する第４レンズＬ４と正の屈折力を有する第５レンズＬ５を接合した接合レンズからなり、第３群Ｇ３は、大きな共役長側から順に、少なくとも１つの非球面を有する、プラスチックからなる小さい屈折力の第６レンズＬ６、負の屈折力を有する第７レンズＬ７、正の屈折力を有する第８レンズＬ８、および正の屈折力を有する第９レンズＬ９からなり、該第７レンズＬ７および該第８レンズＬ８は接合レンズを構成してなる。なお、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間には絞り２が配されている。
【００１２】
また、本実施例のレトロフォーカスレンズは、以下の各条件式（１）〜（８）を満足するように構成されている。
Ｂｆ／ｆ０＞２．１                （１）
｜ｆ１／ｆ０｜＞３５．０             （２）
｜ｆ６／ｆ０｜＞２５．０             （３）
−０．１＜ｆ０／ｆＧ１２＜０．２５     （４）
−１．９＜ｆＧ１／ｆ０＜−１．０      （５）
１．６＜ｆＧ３／ｆ０＜２．８        （６）
ν４−ν５＞２０                   （７）
ν８−ν７＞３２                   （８）
ｆ０   ：全系の焦点距離
Ｂｆ  ：全系のバックフォーカス
ｆ１   ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ６   ：第６レンズＬ６の焦点距離
ｆＧ１２ ：第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の合成焦点距離
ｆＧ１  ：第１群Ｇ１の焦点距離
ｆＧ３  ：第３群Ｇ３の焦点距離
ν４   ：第４レンズＬ４のアッベ数
ν５   ：第５レンズＬ５のアッベ数
ν７   ：第７レンズＬ７のアッベ数
ν８   ：第８レンズＬ８のアッベ数
【００１３】
次に、上記条件式（１）〜（８）について説明する。
まず、上記条件式（１）は、十分なバックフォーカス長を確保するための条件式であり、この条件からはずれるとレンズ系と結像面の間に色合成プリズムを挿入することが困難となる。
また、上記条件式（２）、（３）は、温度の変化に伴う光学性能の劣化を防ぐための条件式であり、プラスチック非球面レンズの屈折力を規定するものである。これらの条件式からはずれると、プラスチックレンズの屈折力が強くなり過ぎ、温度変化による光学性能の劣化が大きくなってしまう。
【００１４】
また、上記条件式（４）は、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の合成屈折力を規定する条件式で、この上限を上回ると、十分なバックフォーカスを確保できなくなる。一方、下限を下回ると、バックフォーカス長を確保するには有利であるが、球面収差を良好に補正するためには第６レンズＬ６の屈折力が大きくなり過ぎ、温度変化による影響が大きくなってしまう。
【００１５】
さらに、上記条件式（５）は、第１群Ｇ１の屈折力を規定する条件式で、下限を下回ると、レンズ系全体を小さくすることができるものの、歪曲収差の発生が大きくなって、第１群Ｇ１の非球面での補正量を大きくしなければならず、この結果、第１群Ｇ１の屈折力が大きくなり、温度変化による影響が大きくなってしまう。一方、上限を上回ると、レンズ系全体が大きくなり、好ましくない。
【００１６】
また、上記条件式（６）は、第３群Ｇ３の屈折力を規定する条件式で、下限を下回ると十分なバックフォーカス長を確保することが困難となる。一方、上限を上回ると、レンズ系が大きくなり過ぎ、さらに、十分広い画角とするためには第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の屈折力を強くしなければならなくなり、これによりディストーションや像面湾曲が大きくなり、その補正が困難となる。
【００１７】
また、上記条件式（７）は倍率色収差を規定する条件式で、下限を下回ると倍率色収差が大きくなり過ぎ、その補正が困難となる。
また、上記条件式（８）は軸上色収差を規定する条件式で、下限を下回ると軸上色収差が大きくなり過ぎ、その補正が困難となる。
【００１８】
さらに、上記条件式（７）、（８）は、色収差を良好なものとするための条件式で、これらの範囲をはずれると色収差を良好なものとすることが困難となる。なお、光学系に使用できるプラスチックはその材料が限られているので、ガラスレンズと比較すると色収差を適切に補正することが難しく、したがって、色収差を補正するためにはガラス材料を適切に用いることが必要である。
【００１９】
次に、この実施例１における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間の空気間隔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を下記表１に示す。
ただし、この表１および後述する表３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側から順次増加するようになっている。また、Ｒ１,Ｒ２,Ｒ１１,Ｒ１２は、下記非球面式（Ａ）により表される非球面であり、その光軸上の曲率半径については表１に示される値となっている。
【００２０】
Ｚ＝ｃＹ２／｛１＋（１−Ｋｃ２Ｙ２）１／２｝
＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０                  （Ａ）
ただし、Ｚ：光軸からの高さＹの非球面上の点より、非球面頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ｃ：非球面の近軸曲率（光軸上の曲率半径（Ｒ）の逆数）
Ｙ：光軸からの高さ（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ：第４，６，８，１０次の非球面係数
なお、表２に第１、２、１１、１２面の非球面係数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄおよび離心率Ｋを示す。
【００２１】
【表１】
0004240342.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004240342.tif 000003
また、この実施例１における、Ｆナンバおよび画角２ωは表１に示すように各々2.5および83.0°である。また、レンズの全系焦点距離ｆは１．０に規格化されている。
なお、本実施例１の各々の値は具体的には表５に示す如く設定されている。
【００２３】
＜実施例２＞
実施例２の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のレンズは、上記実施例１のレンズとほぼ同様のレンズ構成とされている。
この実施例２における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間の空気間隔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を下記表３に示す。
【００２４】
また、Ｒ１,Ｒ２,Ｒ１１,Ｒ１２は、上記非球面式（Ａ）により表される非球面であり、その光軸上の曲率半径については表３に示される値となっている。
なお、表４に第１、２、１１、１２面の非球面係数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄおよび離心率Ｋを示す。
【００２５】
【表３】
0004240342.tif 000004
【００２６】
【表４】
0004240342.tif 000005
また、この実施例２における、Ｆナンバおよび画角２ωは表３に示すように各々2.5および83.0°である。また、レンズの全系焦点距離ｆは１．０に規格化されている。
なお、前述した条件式（１）〜（８）は全て満足されており、各々の値は下記表５に示す如く設定されている。
【００２７】
【表５】
0004240342.tif 000006
なお、上記実施例１、２に対応させてその各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差の収差図）を各々図３、４に示す。なお、この収差図においてωは半画角を示す。これら図３、４から明らかなように、上述した各実施例によれば、前述した各収差、特に色収差およびディストーションを良好なものとすることができる。
【００２８】
また、各球面収差図においては  ｄ線、Ｆ線およびＣ線に対する収差が、また各倍率色収差図においてはｄ線に対するＦ線およびＣ線の収差が示されている。さらに、各非点収差図には、サジタル（Ｓ）像面およびタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する収差が示されている。
【００２９】
なお、本発明のレトロフォーカス型レンズとしては、上記実施形態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Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄ、さらには第２群および第３群のレンズ形状およびレンズ枚数を適宜変更することが可能である。
なお、本発明レンズはをカラー液晶プロジェクタの投影レンズとして用いる場合のほか、その他の結像レンズ等として用いる場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明のレトロフォーカス型レンズによれば、最も、大きな共役長側のレンズのレンズ面を非球面とし、かつこのレンズを屈折力の小さいプラスチックレンズとするとともに、このレンズの小さな共役長側に、小さな共役長側に大きな曲率の凹面を向けたガラスよりなる凹レンズを配設するようにしているので、結像機能を確保しつつ、色収差およびディストーション等の収差の補正を良好とすることができ、さらに、プラスチックレンズの温度変化に伴う影響を抑制することができる。また、広画角化および高解像度を達成することができる。
【００３１】
また、小さな共役長側をテレセントリックな系とすることができ、特に液晶表示パネルを用いた投射型テレビ等の投影レンズで問題となる周辺光量の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例２に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図３】実施例１に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差の収差図）
【図４】実施例２に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差の収差図）
【符号の説明】
Ｌ１ 〜Ｌ９     レンズ
Ｒ１ 〜Ｒ１９    レンズ面あるいはプリズム面の曲率半径
Ｄ１ 〜Ｄ１８    レンズあるいはプリズムの面間隔
Ｘ            光軸
１            液晶表示パネル
２            絞り
３            色合成プリズム
【図１】
0004240342.tif 000007
【図２】
0004240342.tif 000008
【図３】
0004240342.tif 000009
【図４】
0004240342.tif 000010