(57)【要約】複数のプラスチックレンズを用いながら、適切に温度補正が行えるとともに、コンパクトかつ低コストで、良好なる結像性能を得ることのできる投射レンズを提供するために、スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた非球面を有するプラスチックレンズの負のメニスカスレンズ１ｂを有し、第２レンズ群は、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズ２ｂと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズとを有し、それらの正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズ１ｂ、２ｂの負の屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正する。
2005111688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた非球面を有するプラスチックレンズの負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズと、
を有し、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの負の屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成された投射レンズ。
【請求項２】
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、少なくとも１枚のスクリーン側に凸面を向けた非球面を有する所定の屈折率のプラスチックレンズからなる負のメニスカスレンズを含む複数枚の負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は開口絞りと、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズとを有し、
前記第１レンズ群のプラスチックレンズは、前記開口絞り側に配置されており、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成された投射レンズ。
【請求項３】
スクリーン側から投射レンズ側に向かって順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた、非球面を有するプラスチックからなる負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、開口絞りと、非球面を有するプラスチックからなる負レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ、第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐとしたときに、
−５  ＜ｆ１ｐ／ｆ＜  −３
−２５＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −１５
なる条件を満足する投射レンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、以下の条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している請求項３に記載の投射レンズ；
０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ）
ただし、
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
【請求項５】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０−６
なる条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズにより構成された請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項７】
前記第１レンズ群に用いられるプラスチックレンズは、開口絞り側に配置されている請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項８】
第２レンズ群を構成する正レンズの焦点距離をｆ２ｅｐ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０
なる条件を満足する請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項９】
第２レンズ群を構成する硝子材料からなる負レンズの焦点距離をｆ２ｇｎ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
−５．０  ＜ｆ２ｇｎ／ｆ＜  −２．０
なる条件を満足する請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項１０】
投射レンズを備えた背面投射型プロジェクション装置であって、前記投射レンズとして、請求項１から３のいずれかの一項に記載の投射レンズを用いることを特徴とする背面投射型プロジェクション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、投射レンズに関し、特に液晶パネル等の表示画像をスクリーン上に拡大投射する投射レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  最近、液晶パネル（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に光学像を形成し、その光学像に光を照射して、投射レンズを介して該光学像をスクリーン上に拡大投射する、いわゆる背面投射型プロジェクション装置が注目されている。カラー画像を得る方法として、３枚の液晶パネルをＲ、Ｇ、Ｂの各色光でそれぞれ照明しながら、ダイクロイックプリズムを使用して３枚の液晶パネル上の映像を合成する方法が知られている。投射レンズには、コストを低減させる為にレンズの材料として、プラスチックが良く用いられている。プラスチックは対環境特性が硝子レンズに比べて悪いために、レンズ材料の温度特性を考慮して、各レンズの最適なパワー（屈折力）となる配置、最適な材料を設定する必要がある。一方、プロジェクション装置の小型化、高精細、大画面を得る為に、液晶パネルの画素ピッチは益々小型化が進んでおり、投射レンズとしても、少ない倍率色収差や低ひずみ等高い光学性能が求められている。【０００３】  従来、投射用のレンズとして、スクリーン側から順に、第１、第２レンズが負レンズで非球面を有し、全体で負の焦点距離を有する第１レンズ群と、非球面を有し、全体で正の焦点距離を有する第２レンズ群からなるレトロフォーカス型の光学系が種々提案されている。例えば、日本の特開２０００−３０５０１２号公報（４〜１８頁、第１図）及び特開２００３−１５６６８３号公報に記載されているようなものがあった。
【特許文献１】特開２０００−３０５０１２号公報（４〜１８頁、第１図）
【特許文献２】特開２００３−１５６６８３号公報（５〜１４頁、第８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、特開２０００−３０５０１２号公報では、前記第２レンズ群に異常分散性のあるレンズを用いて、小さい倍率色収差に抑えているが、非球面は硝子レンズに施されており、コスト上昇は免れない。一方、特開２００３−１５６６８３号公報では、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群にプラスチックを用いているが、該プラスチックのパワー（屈折力）が強く、温度補償が不十分である。【０００５】  また、投射用のレンズとしてコンパクト且つ高性能なものを得るためには、非球面を活用することが必要不可欠になっている。非球面レンズは非球面を形成する手段の違いから、硝子のモールド工法による硝子非球面レンズ、硝子球面レンズの表面にプラスチックの非球面薄層を形成したハイブリッド型非球面レンズ、プラスチック材料の射出成型工法によるプラスチック非球面レンズがよく知られている。硝子非球面レンズは、高温でのモールド工法に用いる高価な金型の寿命が短くコストが硝子球面レンズの約３倍程度と高価であるという問題がある。【０００６】  また、ハイブリッド型非球面レンズは、硝子球面レンズの製造コストに加えプラスチックの非球面薄層を形成するための金型と、その金型を形成するためのコストが必要となり、硝子非球面レンズと同様に高価であるという問題がある。プラスチック非球面レンズは、これらに比べて非常に安価であるが、硝子レンズと比べて屈折率の温度係数が極端に大きく、例えば、温度変化による投射レンズのバックフォーカスが大きく変動してしまうという課題を有していた。即ち、プラスチックレンズの屈折率の温度係数は、硝子レンズに比べてはるかに大きい。例えば焦点距離３０ｍｍのレンズで温度が２０度Ｃから０度Ｃの変化では、硝子レンズ５μｍの変動に対してプラスチックレンズでは１００μｍとバックフォーカスが大きく変動するという問題があった。【０００７】  本発明は、前記従来の投射用レンズの問題を解決するもので、レンズ構成を適切に設定することにより、プロジェクション用レンズとして特に厳しく要求される倍率の色収差が十分に補正され、プラスチックを用いても温度補正が適切になされ、画面全体にわたって、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを低価格で提供することを目的とする。
また、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを搭載した対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  従来の投射用レンズの問題を解決するために、本発明に係る第１の観点の投射レンズは、
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた非球面を有するプラスチックレンズの負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズと、
を有し、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの負の屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成されている。【０００９】  本発明に係る第２の観点の投射レンズは、スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、少なくとも１枚のスクリーン側に凸面を向けた非球面を有する所定の屈折率のプラスチックレンズからなる負のメニスカスレンズを含む複数枚の負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は開口絞りと、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズとを有し、
前記第１レンズ群のプラスチックレンズは、前記開口絞り側に配置されており、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成されている。【００１０】  本発明に係る第３の観点の投射レンズは、スクリーン側から投射レンズ側に向かって順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた、非球面を有するプラスチックからなる負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、開口絞りと、非球面を有するプラスチックからなる負レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ、第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐとしたときに、
−５  ＜ｆ１ｐ／ｆ＜  −３
−２５＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −１５
なる条件を満足する。【００１１】  本発明に係る第４の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、以下の条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している；
０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ）
ただし、
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。【００１２】  本発明に係る第５の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第２レンズ群に用いられる正レンズが、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０−６
なる条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有していてもよい。【００１３】  本発明に係る第６の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズにより構成してもよい。【００１４】  本発明に係る第７の観点の投射レンズは、前記第６の観点の構成において、前記第１レンズ群に用いられるプラスチックレンズは、開口絞り側に配置してもよい。【００１５】  本発明に係る第８の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、第２レンズ群を構成する正レンズの焦点距離をｆ２ｅｐ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０
なる条件を満足するよう構成してもよい。【００１６】  本発明に係る第９の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、第２レンズ群を構成する硝子材料からなる負レンズの焦点距離をｆ２ｇｎ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
−５．０  ＜ｆ２ｇｎ／ｆ＜  −２．０
なる条件を満足するよう構成してもよい。【００１７】  本発明に係る第１０の観点の背面投射型プロジェクション装置は、投射レンズを備えた背面投射型プロジェクション装置であって、前記投射レンズとして、前記第１の観点から第３の観点のいずれかに記載の投射レンズを用いている。
発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の目的や特徴と合わせて図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され評価されるであろう。
【発明の効果】
【００１８】  本発明の投射レンズによれば、第１レンズ群及び第２レンズ群内のプラスチックレンズの負レンズの屈折力を最適に設定し、第２レンズ群の異常分散性の有する硝子レンズと組み合わせることにより、これらのプラスチックレンズの屈折率の温度係数を、第２レンズ群の異常分散性を有する正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせてバックフォーカスの温度補正を行い、倍率色収差の小さい高性能で低コストな投射レンズを実現する。
また、本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明に係る実施例１の投射レンズの構成図である。
【図２】図２は本発明に係る実施例１の投射レンズにおける収差性能を示す図である。
【図３】図３は本発明に係る実施例２の投射レンズの構成を示す図である。
【図４】図４は本発明に係る実施例２の投射レンズにおける収差性能を示す図である。
【図５】図５は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置の全体構成の概略構成図である。
【図６】図６は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置のプロジェクタ部の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】１  第１レンズ群
１ｂ  プラスチックレンズ
２  第２レンズ群
２ｂ  プラスチックレンズ
２ｄ、２ｆ、２ｇ  正レンズ
Ｓ  開口絞り
ＥＧ  ダイクロイックプリズム等の等価硝子
３１  プロジェクター
３２  ミラー
３３  透過型スクリーン
３４  筐体
４１  光源
４２、４３  ダイクロイックミラー
４４、４５、４６  ミラー
４７、４８  リレーレンズ
４９、５０、５１  フィールドレンズ
５２、５３、５４  液晶パネル
５５  投射レンズ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  以下、本発明に係る投射レンズ及びこの投射レンズを用いた背面投射型プロジェクション装置の好適な実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２２】  図１は本発明に係る実施例１の投射レンズの構成を示す図である。図１において、１は第１レンズ群であり、２は第２レンズ群であり、Ｓは開口絞りであり、及びＥＧはダイクロイックプリズム等の等価硝子である。
第１レンズ群１は、１ａ、１ｂは共にメニスカスレンズで、負の屈折力を有し、スクリーン側に凸面を向けた構成とされている。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、メニスカスの負レンズ２ｂ、負レンズ２ｃと正レンズ２ｄとを貼りあわせた接合レンズ、負レンズ２ｅと正レンズ２ｆとを貼りあわせた接合レンズ、及び１枚の正レンズ２ｇとによって構成されている。
そして、第１レンズ群１の１ｂと、第２レンズ群２の２ｂは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。また、実施例１の投射レンズは、第１レンズ群１が２枚、第２レンズ群２が７枚の計９枚と、レンズ数の少ない構成であり、温度補正が施され、倍率色収差が小さく、かつコンパクト化を図ることができるように構成されている。【００２３】  一般的に、プラスチックレンズは屈折率が低いため、曲率が小さくなりコマ収差が大きくなってしまう。このため、屈折力を増大させるのは適切ではない。そこで、本発明に係る実施例１の投射レンズでは第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（１）を満足することが必要である。【００２４】  −５  ＜ｆ１ｐ／ｆ＜  −３・・・（１）【００２５】  条件式（１）は第１レンズ群１内プラスチックレンズ１ｂの屈折力に関するものである。条件式（１）の下限をはずれると、第１レンズ群１の負の屈折力を維持するために、もう一方の硝子レンズ１ａに負担が加わり、硝子レンズ１ａの凹面側の曲率半径が小さくなり、コマ収差が悪化する。即ち、プラスチックレンズ１ｂの屈折力が弱すぎると、もう一方の硝子レンズ１ａの屈折力を強く設定しなければならなくなり、第１レンズ群１の所定の屈折力を維持するために硝子レンズ１ａの凹面側の曲率を小さくしなければならなかった。その結果、コマ収差が悪化する原因となっている。また、凹面側の有効径が大きくなりすぎ、加工が困難になる。逆に上限値を超えると、屈折力が強い分温度変動による焦点位置の変動が大きくなる。その結果、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなり、好ましくない。また、第１レンズ群は軸外の光線が、光軸から離れた高い位置を通過するために、軸外収差に敏感である。そして、このプラスチックレンズ１ｂに非球面を施すことにより、主として軸外の光線の光軸から離れた高い位置を通過する光線の歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができる。【００２６】  また、実施例１では、第２レンズ群２を構成しているプラスチックレンズ２ｂの焦点距離をｆ２ｐ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（２）を満足することが必要である。【００２７】  −２５  ＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −１５  ・・・（２）【００２８】  条件式（２）は、第２レンズ群２内のプラスチックレンズ２ｂの屈折力に関するものである。条件式（２）の下限を超えて負の屈折力が弱く成り過ぎると、バックフォーカスを維持するために、同じ第２レンズ群２内の異常分散性を有する正の屈折力を弱くする必要がある。しかし、正の屈折力を弱めると異常分散の作用が弱まることにより色収差が悪化する。
即ち、第２レンズ群２のプラスチックレンズ２ｂの負の屈折力が弱くなると、同じ第２レンズ群２内の異常分散性を有する正の屈折力を弱くしないとバックフォーカスが短くなり、バックフォーカスを維持するために、正の屈折力を弱める必要がでてくる。この屈折力を弱めると、異常分散性の作用が弱くなり、異常分散性を有する正の硝子レンズにより色収差を補正しているので、色収差を悪化さすことになり、条件式（２）の下限を超えるのは主に色収差の点から好ましくない。【００２９】  逆に上限値を超えると、負のパワー（屈折力）が強くなって温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなり、好ましくない。また、このプラスチックレンズ２ｂは、開口絞りＳの近くに位置しており、軸上収差に感度がある。即ち、Ｆ値を決定する軸上で最も高い位置（即ち、像の高さ位置）を通過するＦナンバー光線はプラスチックレンズ２ｂで、光軸から高い位置を通過し、軸上収差に敏感であるので、このプラスチックレンズ２ｂに非球面を施すことにより、主として、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。【００３０】  また、実施例１では、Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）において、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）に対する屈折率をｎｇ、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率をｎＣ、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄとすると、条件式（３）を満足している。【００３１】  ０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ）・・・（３）【００３２】  条件式（３）は、第２レンズ群２を構成している正レンズの異常分散性に関するものである。レトロフォーカス型の第２レンズ群２は、軸上光線高が高くなり軸上色収差に大きな影響を及ぼす。さらにテレセントリック性を持たせるために第２レンズ群２の主光線高は最大像高と同じ高さが必要となり、倍率色収差にも大きく影響を及ぼす。リアプロジェクション装置においては、投射画像の原色画素の投射倍率差を小さくして、スクリーン上で色滲みが発生しないよう、投射レンズの倍率色収差を画素ピッチの半分以下に抑えることが好ましい。【００３３】  条件式（３）の範囲をはずれて、異常分散の効果が少なくなると、倍率及び軸上の色収差が悪化する。第２レンズ群２の正レンズに、異常分散性を有する硝子材料を少なくとも２枚以上（２ｄ、２ｆ、２ｇ）配置することにより色収差の２次スペクトルを低減させることができ、小さい倍率及び軸上色収差を実現することができる。
実施例１では、異常分散性を有する硝子材料の正レンズ３枚の場合を示すものである。
後述の実施例２では、異常分散性を有する硝子材料の正レンズ２枚の場合を説明している。【００３４】  また、本実施例１では、屈折率の温度係数をΔｎ／ΔＴとすると、条件式（４）を満足することが必要である。【００３５】    Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０−６  ・・・（４）【００３６】  条件式（４）は、第２レンズ群２を構成している正レンズの屈折率の温度係数に関するものである。第２レンズ群２の正レンズに、負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズを少なくとも２枚以上配置することが望ましい。【００３７】  条件式（４）は温度変化によるバックフォーカスの変動を低減するためのものであり、条件式（１）及び（２）と関連している。本投射光学系においては、固定焦点でフォーカス機構が無いために温度変化によるバックフォーカス変動が大きくなりすぎると、投射光学系の解像力が不十分となり好ましくない。焦点深度内にバックフォーカスの変動を抑えることが必要となる。【００３８】  第１レンズ群１内のプラスチックレンズ１ｂで発生するバックフォーカスの変動は、第２レンズ群２内のプラスチックレンズ２ｂで発生するバックフォーカスの変動の約１／１０と小さい。このために条件式（１）、（２）のように、プラスチックレンズ２ｂの屈折力をプラスチックレンズ１ｂより５倍程度弱くしている。プラスチックレンズ１ｂと２ｂはともに負の焦点距離で負の屈折率の温度係数を有しているために、温度変化によって同じ方向にバックフォーカスが変動する。一方、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ１ｂと２ｂと同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）を３枚配置する。そうすることにより、温度変化によるプラスチックレンズ１ｂおよび２ｂで発生するバックフォーカスの変動とは同程度で反対方向の変動量を発生させることにより打ち消すことができる。【００３９】  例えば，温度が２０度Ｃから０度Ｃに変化した場合、プラスチックレンズ１ｂおよびプラスチックレンズ２ｂによってバックフォーカスの変動はそれぞれ＋１１μｍ、＋１８μｍとなるが、第２レンズ群の正レンズ２ｄ、２ｆそして２ｇによって−１８μｍの発生で合計＋１１μｍの変動となり、焦点深度の約１／３以内に抑えることができる。条件式の範囲外では、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなるため不適当である。【００４０】  実施例１においては、Ｆ値は２．３４であり、焦点距離をｆ、有効径をＤとすると、Ｆ＝ｆ／Ｄより、ｆ＝２．３４×Ｄとなる。また、液晶パネルの１セルの画素ピッチは、１２．５μｍであるので、Ｄ＝１２．５μｍとなり、ｆ＝２．３４×１２．５μ＝３０μｍとなり、約１０ミクロン程度の温度変化による焦点距離の変動量が焦点深度の約１／３となり実用的である。
即ち、第１レンズ群１及び第２レンズ群２内のプラスチックレンズの負レンズの屈折率の温度係数によるバックフォーカスの変動を、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ１ｂと２ｂと同程度の同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）を３枚配置して、正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせてバックフォーカスの温度補正を行うものである。【００４１】  一般的にプラスチックレンズの屈折率の温度係数は、−１００×１０−６程度であり、温度が２０度Ｃから０度Ｃに２０度下がった場合、屈折率を１．５とすると、屈折率は１．５０２と屈折率が上昇し、バックフォーカスが長く延びる。このバックフォーカスの延びた量は第２レンズ群２の正レンズ２ｄ、２ｆ、２ｇの屈折率の温度係数を条件式（４）にて規定して、補正され。即ち、前述したように、プラスチックレンズ１ｂおよびプラスチックレンズ２ｂによってバックフォーカスの変動はそれぞれ＋１１μｍ、＋１８μｍとなるが、第２レンズ群２の正レンズ２ｄ、２ｆそして２ｇによって−１８μｍの変動が発生で合計＋１１μｍの変動となり、ほぼ焦点深度の１／３以内に抑えることができる。【００４２】  また、本発明に係る実施例１では、第１レンズ群１がスクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズから構成されていることを特徴とする。メニスカス形状とすることにより、軸外入射光線に対して入射面とのなす角度を小さくとることができ、最大画角４５°と高画角であるにもかかわらず、プラスチックレンズの非球面化により、歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができ、少ない構成枚数で高性能を実現することができる。【００４３】  また、実施例１では、第１レンズ群１に用いられるプラスチックレンズ１ｂは、開口絞り側に位置するほうが望ましい。第１レンズ群１では、スクリーン側のほうが軸外光線が高くなり、レンズ外径が大きくなる。プラスチックレンズは外径が大きくなるほど成型が困難となり、表面精度が低下する。特に第１レンズ群１のレンズ外径がΦ５０ｍｍを超えるような大外径レンズにおいては、顕著にあらわれてくる。そこで、プラスチックレンズ１ｂを開口絞り側に配置することにより、レンズ外径が大きくなるのを抑え、プラスチックレンズ１ｂの成型性を向上させる。【００４４】  また、実施例１では、全系の焦点距離をｆ、条件式（３）の条件を満足する第２レンズ群２に用いられる正レンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）のそれぞれの焦点距離をｆ２ｅｐとすると、条件式（５）を満足することが必要である。【００４５】  ２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０      ・・・（５）【００４６】  即ち、正レンズ２ｄ、正レンズ２ｆ、正レンズ２ｇの全ての正レンズが、条件式（５）を満足する必要がある。
条件式（５）は、第２レンズ群２に用いられる異常分散硝子の屈折力に関する条件式である。下限値を下回って屈折力が強くなると、曲率が小さくなり、コマ収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が弱くなれば、異常分散作用が小さくなり、２次スペクトルが大きくなるために倍率及び軸上の色収差が悪化する。【００４７】  また、実施例１では、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群２に用いられる硝子材料からなる負レンズ２ｃ、２ｅの焦点距離をｆ２ｇｎとすると、条件式（６）を満足することが必要である。【００４８】  −５．０  ＜ｆ２ｇｎ／ｆ＜  −２．０  ・・・（６）【００４９】  条件式（６）は、第２レンズ群２に用いられる硝子材料からなる負レンズ（２ｃ、２ｅ）の屈折力に関する条件式である。これらの負レンズは正レンズ（２ｄ、２ｆ）と接着され、ダブレットとして存在し、主に色収差の補正を行っている。下限値を下回って屈折力が弱くなると、異常分散性を有する正レンズの屈折力を弱くせざるを得なくなり、２次スペクトルが大きくなって、倍率および軸上色収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が強くなれば、曲率が強くなり、コマ収差が悪化する。【００５０】  以上のように、本発明に係る実施例１においてはプラスチックレンズや異常分散硝子を効果的に用い、屈折力を適切に設定することにより、温度補正が施され、収差が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズが実現できる。【００５１】  本発明の実施例１についての数値実施例を（表１）に示す。表中ｒ１、ｒ２、…、ｒ１９はスクリーン側から順に数えたレンズ各面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各レンズの肉厚及び空気間隔、ｎ１，ｎ２，…は各レンズのｄ線における屈折率、ν１、ν２、…はｄ線を基準にするアッベ数である。また、全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、そして画角を２ωとして示している。表１中の＊印を付した面は非球面で構成された面であることを示し、非球面形状は次の式で表される。【００５２】  ｘ＝（ｈ２／ｒ）／（１＋（１−（Ｋ＋１）ｈ２／ｒ２）１／２）
＋Ａｈ４＋Ｂｈ６＋Ｃｈ８＋Ｄｈ１０【００５３】但し、ｘは光軸からの高さがｈの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、ｒを基準球面の曲率半径とし、非球面係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは表１に示されるとおりである。【００５４】
【表１】
2005111688.tif 000003
【００５５】  図２は実施例１の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、及びコマ収差（ｍｍ）を示す。図２の球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６ｎｍ）であり、曲線ｇはｇ線（波長４３６ｎｍ）を表し、曲線ＣはＣ線（波長６５６ｎｍ）を表す。図２の非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。図２のコマ収差図において、ω＝０°のグラフにおける両端矢印は０．０５０ｍｍの幅を表しており、ｅ線、ｇ線、及びＣ線が重なって０．０５０ｍｍの幅内にコマ収差が収まっている。また、コマ収差図におけるω＝２７．０°、ω＝３５．４°、及びω＝４２．４°の各グラフにおいて、矢印の位置は絞りの中心を示している。
これらの収差図からわかるように収差の小さい良好な光学性能を実現することができる。また、表１のｒ１８、ｒ１９は図１のＥＧで表されるダイクロイックプリズム等の等価硝子の面を示す。【００５６】  なお、この実施例１の有効像円はΦ１８ｍｍとなっている。レンズ系全体のＦ値は２．３８、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ１ｐ／ｆの値は−４．２、ｆ２ｐ／ｆの値は−２２．７、Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ）の値は０．０３７４、Δｎ／Δｔの値は−６×１０−６〜−５×１０−６、ｆ２ｅｐ／ｆの値は、３．４〜４．６、ｆ２ｇｎ／ｆの値は−４．４と−３．１となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、及び（６）をそれぞれ満たしている。【００５７】  実施例１の投射レンズは、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズ２ｂを同一のプラスチック材料とすることができるので、プラスチックレンズの製造において、例えば、一台の射出成形機で行う場合、材料の入れ替えによるロスを無くすことができる。また、プラスチックレンズに反射防止コーティングを施す場合、そのコーティングの構成を共通にすることができるため、例えば、同じ真空蒸着機を用いて同時にコーティングを行うことができる。このように、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が可能になる。
【実施例２】
【００５８】  以下、本発明に係る実施例２の投射レンズについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、本発明に係る実施例２の投射レンズの構成図を示す。図３において、第１レンズ群１は、前述の図１に示した実施例１の構成と同様である。実施例１と異なるのは異常分散硝子（２ｃ、２ｆ）を２枚で構成している点と、プラスチックレンズ（２ｄ）が２組のダブレットの間に配置されている点である。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、負レンズ２ｂと正レンズ２ｃとを貼りあわせた接合レンズ、メニスカスの負レンズ２ｄ、負レンズ２ｅと正レンズ２ｆとを貼りあわせた接合レンズ、１枚の正レンズ２ｇとによって構成されている。そして、第１レンズ群のレンズ１ｂと、第２レンズ群２のレンズ２ｄは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。【００５９】  レンズ系全体のＦ値は２．３４、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ１ｐ／ｆの値は−４．２、ｆ２ｐ／ｆの値は−２２．７、Ｐｇ，Ｆ−（０．６４８２−０．００１８νｄ）の値は０．０３７４、Δｎ／Δｔの値は−６×１０−６〜−５×１０−６、ｆ２ｅｐ／ｆの値は３．２と３．８、ｆ２ｇｎ／ｆの値は−３．４と−２．４となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、及び（６）をそれぞれ満たしている。【００６０】  本発明の実施例２についての数値実施例を（表２）に示す。（表２）の各記号等の示す意味は（表１）と同様である。【００６１】
【表２】
2005111688.tif 000004
【００６２】  図４にこの実施例２の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、コマ収差（ｍｍ）を示す。図４の球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６ｎｍ）であり、曲線ｇはｇ線（波長４３６ｎｍ）を表し、曲線ＣはＣ線（波長６５６ｎｍ）を表す。図４の非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。図４のコマ収差図において、ω＝０°のグラフにおける両端矢印は０．０５０ｍｍの幅を表しており、ｅ線、ｇ線、及びＣ線が重なって０．０５０ｍｍの幅内にコマ収差が収まっている。また、コマ収差図におけるω＝２７．０°、ω＝３５．４°、及びω＝４２．４°の各グラフにおいて、矢印の位置は絞りの中心を示している。
倍率の色収差に関しては、開口絞りＳの中心を通過する軸外光線において、実施例１と比べると異常分散硝子が１枚少ないためにｅ線を基準にしてｇ線からＣ線の範囲において有効像円Φが１８ｍｍであるので、像高９ｍｍとなり、実施例１の場合の倍率色収差が１３．６μｍに対して実施例２の場合は、１５．４μｍとなり、１割程度悪化する。その他の収差については、この収差図からわかるように、実施例２の投射レンズは、実施例１と同様に収差の小さい良好な光学性能が実現できる。【００６３】  また、実施例１と同様に、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズ２ｄを同一のプラスチック材料とすることにより、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が実現できる。【００６４】  以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、請求の範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈するべきである。
例えば、実施例ではプラスチックレンズの材料を環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯＮＥＸ  ４８０Ｒ』、で説明したが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（例えば三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット』、住友化学工業株式会社で製造される『スミペックス』）およびその他の環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ』、ＪＳＲ株式会社で製造される『ＡＲＴＯＮ』、三井化学株式会社で製造される『アペル』）、スチレン系樹脂（例えば新日鉄化学株式会社で製造される『エスチレンＭＳ−６００』や『エスチレンＭＳ−８００』）、低吸湿アクリル（例えば日立化成工業株式会社の製造する『ＯＰＴＯＲＥＺ』、三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット  ＷＦ１００』）等を使用しても良い。もちろん、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズに異なる樹脂材料を選択しても良いし、同じ樹脂材料を選択しても良い。
【実施例３】
【００６５】  以下、本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置について説明する。図５は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置の構成を示す図である。図５において、背面投射型プロジェクション装置は、前述の実施例１及び２のいずれか一方の投射レンズを用いたプロジェクター３１、光を折り曲げるミラー３２、透過型スクリーン３３、及び筐体３４を備えている。
即ち、プロジェクター３１は、少なくとも、光源（図示せず）と実施例１または、実施例２のいずれかに記載の投射レンズとを用いた映像出力手段である。実施例３の背面投射型プロジェクション装置においては、プロジェクター３１から投射される映像はミラー３２によって反射され、透過型スクリーン３３に結像される。【００６６】  図６は前述の実施例１，２の投射レンズの構成を示した図１及び図３におけるＥＧ（ダイクロイックプリズム）の周辺の構成を示す図である。図６において、光源４１から出射した光は、色分解光学系で赤，緑，青の原色光に分解される。ダイクロイックミラー４２に入射した光は赤が反射し、緑と青は透過する。透過（緑、青）した光はダイクロイックミラー４３で緑が反射し、青が透過する。こうして分解された３原色光は、それぞれフィールドレンズ４９、５０、５１を透過したあと、液晶パネル５２、５３、５４に入射する。液晶パネルからの出射光はＥＧ（ダイクロイックプリズム）に入射する。３原色光はＥＧ（ダイクロイックプリズム）により１つの光に合成された後、投射レンズ５５によってスクリーン上に投影される。液晶パネルの近傍には光の偏向方向をそろえる偏向変換素子（図示せず）が配置される。
本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。【００６７】  以上のように、本発明に係る投射レンズは、プラスチックレンズのパワー（屈折力）を最適に設定し、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ正レンズを効果的に配置することにより、９枚という少ないレンズ構成で諸収差及び温度特性が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズを提供することができる。本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成することにより、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】  本発明は、精度の高い小型の投射レンズを提供でき、且つ対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を提供でき有用である。
【図１】
2005111688.tif 000005
【図２】
2005111688.tif 000006
【図３】
2005111688.tif 000007
【図４】
2005111688.tif 000008
【図５】
2005111688.tif 000009
【図６】
2005111688.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月1日(2006.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた非球面を有するプラスチックレンズの負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズと、
を有し、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの負の屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成された投射レンズ。
【請求項２】
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、少なくとも１枚のスクリーン側に凸面を向けた非球面を有する所定の屈折率のプラスチックレンズからなる負のメニスカスレンズを含む複数枚の負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は開口絞りと、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズとを有し、
前記第１レンズ群のプラスチックレンズは、前記開口絞り側に配置されており、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成された投射レンズ。
【請求項３】
スクリーン側から投射レンズ側に向かって順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた、非球面を有するプラスチックからなる負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、開口絞りと、非球面を有するプラスチックからなる負レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ、第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐとしたときに、
−５  ＜ｆ１ｐ／ｆ＜  −３
−２５＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −１５
なる条件を満足する投射レンズ。
【請求項４】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、以下の条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している請求項３に記載の投射レンズ；
０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（0.6482−0.0018νd）
ただし、
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎF）／（ｎF−ｎC）
νd＝（ｎｄ−１）／（ｎF−ｎC）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率である。
【請求項５】
前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０−６
なる条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項６】
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズにより構成された請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項７】
前記第１レンズ群に用いられるプラスチックレンズは、開口絞り側に配置されている請求項６に記載の投射レンズ。
【請求項８】
第２レンズ群を構成する正レンズの焦点距離をｆ２ｅｐ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０
なる条件を満足する請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項９】
第２レンズ群を構成する硝子材料からなる負レンズの焦点距離をｆ２ｇｎ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
−５．０  ＜ｆ２ｇｎ/ｆ＜  −２．０
なる条件を満足する請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項１０】
投射レンズを備えた背面投射型プロジェクション装置であって、前記投射レンズとして、請求項１から３のいずれかの一項に記載の投射レンズを用いることを特徴とする背面投射型プロジェクション装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射レンズに関し、特に液晶パネル等の表示画像をスクリーン上に拡大投射する投射レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に光学像を形成し、その光学像に光を照射して、投射レンズを介して該光学像をスクリーン上に拡大投射する、いわゆる背面投射型プロジェクション装置が注目されている。カラー画像を得る方法として、３枚の液晶パネルをＲ、Ｇ、Ｂの各色光でそれぞれ照明しながら、ダイクロイックプリズムを使用して３枚の液晶パネル上の映像を合成する方法が知られている。投射レンズには、コストを低減させる為にレンズの材料として、プラスチックが良く用いられている。プラスチックは対環境特性が硝子レンズに比べて悪いために、レンズ材料の温度特性を考慮して、各レンズの最適なパワー（屈折力）となる配置、最適な材料を設定する必要がある。一方、プロジェクション装置の小型化、高精細、大画面を得る為に、液晶パネルの画素ピッチは益々小型化が進んでおり、投射レンズとしても、少ない倍率色収差や低ひずみ等高い光学性能が求められている。
【０００３】
従来、投射用のレンズとして、スクリーン側から順に、第１、第２レンズが負レンズで非球面を有し、全体で負の焦点距離を有する第１レンズ群と、非球面を有し、全体で正の焦点距離を有する第２レンズ群からなるレトロフォーカス型の光学系が種々提案されている。例えば、日本の特開２０００−３０５０１２号公報（４〜１８頁、第１図）及び特開２００３−１５６６８３号公報に記載されているようなものがあった。
【特許文献１】特開２０００−３０５０１２号公報（４〜１８頁、第１図）
【特許文献２】特開２００３−１５６６８３号公報（５〜１４頁、第８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２０００−３０５０１２号公報では、前記第２レンズ群に異常分散性のあるレンズを用いて、小さい倍率色収差に抑えているが、非球面は硝子レンズに施されており、コスト上昇は免れない。一方、特開２００３−１５６６８３号公報では、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群にプラスチックを用いているが、該プラスチックのパワー（屈折力）が強く、温度補償が不十分である。
【０００５】
また、投射用のレンズとしてコンパクト且つ高性能なものを得るためには、非球面を活用することが必要不可欠になっている。非球面レンズは非球面を形成する手段の違いから、硝子のモールド工法による硝子非球面レンズ、硝子球面レンズの表面にプラスチックの非球面薄層を形成したハイブリッド型非球面レンズ、プラスチック材料の射出成型工法によるプラスチック非球面レンズがよく知られている。硝子非球面レンズは、高温でのモールド工法に用いる高価な金型の寿命が短くコストが硝子球面レンズの約３倍程度と高価であるという問題がある。
【０００６】
また、ハイブリッド型非球面レンズは、硝子球面レンズの製造コストに加えプラスチックの非球面薄層を形成するための金型と、その金型を形成するためのコストが必要となり、硝子非球面レンズと同様に高価であるという問題がある。プラスチック非球面レンズは、これらに比べて非常に安価であるが、硝子レンズと比べて屈折率の温度係数が極端に大きく、例えば、温度変化による投射レンズのバックフォーカスが大きく変動してしまうという課題を有していた。即ち、プラスチックレンズの屈折率の温度係数は、硝子レンズに比べてはるかに大きい。例えば焦点距離３０ｍｍのレンズで温度が２０度Ｃから０度Ｃの変化では、硝子レンズ５μｍの変動に対してプラスチックレンズでは１００μｍとバックフォーカスが大きく変動するという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の投射用レンズの問題を解決するもので、レンズ構成を適切に設定することにより、プロジェクション用レンズとして特に厳しく要求される倍率の色収差が十分に補正され、プラスチックを用いても温度補正が適切になされ、画面全体にわたって、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを低価格で提供することを目的とする。
また、高画質な画像を実現できる小型軽量の投射レンズを搭載した対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来の投射用レンズの問題を解決するために、本発明に係る第１の観点の投射レンズは、
スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた非球面を有するプラスチックレンズの負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズと、
を有し、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの負の屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成されている。
【０００９】
本発明に係る第２の観点の投射レンズは、スクリーン側から順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、少なくとも１枚のスクリーン側に凸面を向けた非球面を有する所定の屈折率のプラスチックレンズからなる負のメニスカスレンズを含む複数枚の負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は開口絞りと、非球面を有するプラスチックレンズからなる負レンズと、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ少なくとも２枚以上の正レンズとを有し、
前記第１レンズ群のプラスチックレンズは、前記開口絞り側に配置されており、
前記正レンズの有する所定の負の屈折率の温度係数により前記第１レンズ群と第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率の温度係数に起因する温度変化の像面変動を補正するよう構成されている。
【００１０】
本発明に係る第３の観点の投射レンズは、スクリーン側から投射レンズ側に向かって順に負の屈折力を有する第１のレンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた、非球面を有するプラスチックからなる負のメニスカスレンズを有し、
前記第２レンズ群は、開口絞りと、非球面を有するプラスチックからなる負レンズを有し、
全系の焦点距離をｆ、第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、第２レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ２ｐとしたときに、
−５  ＜ｆ１ｐ／ｆ＜  −３
−２５＜ｆ２ｐ／ｆ＜  −１５
なる条件を満足する。
【００１１】
本発明に係る第４の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第２レンズ群に用いられる正レンズは、以下の条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有している；
０．０３＜Ｐｇ，Ｆ−（0.6482−0.0018νd）
ただし、
Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎF）／（ｎF−ｎC）
νd＝（ｎｄ−１）／（ｎF−ｎC）
ｎｇは、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率、
ｎＦは、Ｆ線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率、
ｎＣは、Ｃ線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率、
ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率である。
【００１２】
本発明に係る第５の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第２レンズ群に用いられる正レンズが、Δｎ／ΔＴを屈折率の温度係数として、
Δｎ／ΔＴ＜  −５×１０−６
なる条件式を満足する硝子材料を少なくとも２枚以上有していてもよい。
【００１３】
本発明に係る第６の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、前記第１レンズ群は、スクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズにより構成してもよい。
【００１４】
本発明に係る第７の観点の投射レンズは、前記第６の観点の構成において、前記第１レンズ群に用いられるプラスチックレンズは、開口絞り側に配置してもよい。
【００１５】
本発明に係る第８の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、第２レンズ群を構成する正レンズの焦点距離をｆ２ｅｐ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０
なる条件を満足するよう構成してもよい。
【００１６】
本発明に係る第９の観点の投射レンズは、前記第３の観点の構成において、第２レンズ群を構成する硝子材料からなる負レンズの焦点距離をｆ２ｇｎ、全系の焦点距離をｆとしたときに、
−５．０  ＜ｆ２ｇｎ/ｆ＜  −２．０
なる条件を満足するよう構成してもよい。
【００１７】
本発明に係る第１０の観点の背面投射型プロジェクション装置は、投射レンズを備えた背面投射型プロジェクション装置であって、前記投射レンズとして、前記第１の観点から第３の観点のいずれかに記載の投射レンズを用いている。
発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の目的や特徴と合わせて図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され評価されるであろう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の投射レンズによれば、第１レンズ群及び第２レンズ群内のプラスチックレンズの負レンズの屈折力を最適に設定し、第２レンズ群の異常分散性の有する硝子レンズと組み合わせることにより、これらのプラスチックレンズの屈折率の温度係数を、第２レンズ群の異常分散性を有する正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせてバックフォーカスの温度補正を行い、倍率色収差の小さい高性能で低コストな投射レンズを実現する。
また、本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る投射レンズ及びこの投射レンズを用いた背面投射型プロジェクション装置の好適な実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明に係る実施例１の投射レンズの構成を示す図である。図１において、１は第１レンズ群であり、２は第２レンズ群であり、Ｓは開口絞りであり、及びＥＧはダイクロイックプリズム等の等価硝子である。
第１レンズ群１は、１ａ、１ｂは共にメニスカスレンズで、負の屈折力を有し、スクリーン側に凸面を向けた構成とされている。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、メニスカスの負レンズ２ｂ、負レンズ２ｃと正レンズ２ｄとを貼りあわせた接合レンズ、負レンズ２ｅと正レンズ２ｆとを貼りあわせた接合レンズ、及び１枚の正レンズ２ｇとによって構成されている。
そして、第１レンズ群１の１ｂと、第２レンズ群２の２ｂは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。また、実施例１の投射レンズは、第１レンズ群１が２枚、第２レンズ群２が７枚の計９枚と、レンズ数の少ない構成であり、温度補正が施され、倍率色収差が小さく、かつコンパクト化を図ることができるように構成されている。
【００２１】
一般的に、プラスチックレンズは屈折率が低いため、曲率が小さくなりコマ収差が大きくなってしまう。このため、屈折力を増大させるのは適切ではない。そこで、本発明に係る実施例１の投射レンズでは第１レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離をｆ１ｐ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（１）を満足することが必要である。
【００２２】
−５  ＜ｆ１ｐ/ｆ＜  −３・・・（１）
【００２３】
条件式（１）は第１レンズ群１内プラスチックレンズ１ｂの屈折力に関するものである。条件式（１）の下限をはずれると、第１レンズ群１の負の屈折力を維持するために、もう一方の硝子レンズ１ａに負担が加わり、硝子レンズ１ａの凹面側の曲率半径が小さくなり、コマ収差が悪化する。即ち、プラスチックレンズ１ｂの屈折力が弱すぎると、もう一方の硝子レンズ１ａの屈折力を強く設定しなければならなくなり、第１レンズ群１の所定の屈折力を維持するために硝子レンズ１ａの凹面側の曲率を小さくしなければならなかった。その結果、コマ収差が悪化する原因となっている。また、凹面側の有効径が大きくなりすぎ、加工が困難になる。逆に上限値を超えると、屈折力が強い分温度変動による焦点位置の変動が大きくなる。その結果、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなり、好ましくない。また、第１レンズ群は軸外の光線が、光軸から離れた高い位置を通過するために、軸外収差に敏感である。そして、このプラスチックレンズ１ｂに非球面を施すことにより、主として軸外の光線の光軸から離れた高い位置を通過する光線の歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができる。
【００２４】
また、実施例１では、第２レンズ群２を構成しているプラスチックレンズ２ｂの焦点距離をｆ２ｐ、全系の焦点距離をｆとすると、条件式（２）を満足することが必要である。
【００２５】
−２５ ＜ｆ２ｐ/ｆ＜  −１５  ・・・（２）
【００２６】
条件式（２）は、第２レンズ群２内のプラスチックレンズ２ｂの屈折力に関するものである。条件式（２）の下限を超えて負の屈折力が弱く成り過ぎると、バックフォーカスを維持するために、同じ第２レンズ群２内の異常分散性を有する正の屈折力を弱くする必要がある。しかし、正の屈折力を弱めると異常分散の作用が弱まることにより色収差が悪化する。
即ち、第２レンズ群２のプラスチックレンズ２ｂの負の屈折力が弱くなると、同じ第２レンズ群２内の異常分散性を有する正の屈折力を弱くしないとバックフォーカスが短くなり、バックフォーカスを維持するために、正の屈折力を弱める必要がでてくる。この屈折力を弱めると、異常分散性の作用が弱くなり、異常分散性を有する正の硝子レンズにより色収差を補正しているので、色収差を悪化さすことになり、条件式（２）の下限を超えるのは主に色収差の点から好ましくない。
【００２７】
逆に上限値を超えると、負のパワー（屈折力）が強くなって温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなり、好ましくない。また、このプラスチックレンズ２ｂは、開口絞りＳの近くに位置しており、軸上収差に感度がある。即ち、Ｆ値を決定する軸上で最も高い位置（即ち、像の高さ位置）を通過するＦナンバー光線はプラスチックレンズ２ｂで、光軸から高い位置を通過し、軸上収差に敏感であるので、このプラスチックレンズ２ｂに非球面を施すことにより、主として、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。
【００２８】
また、実施例１では、Ｐｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎF）/（ｎF−ｎC）、νd＝（ｎｄ−１）/（ｎF−ｎC）において、ｇ線（波長４３５．８４nm）に対する屈折率をｎｇ、F線（波長４８６．１３nm）に対する屈折率をｎF、C線（波長６５６．２８nm）に対する屈折率をｎC、ｄ線（波長５８７．５６nm）に対する屈折率をｎｄとすると、条件式（３）を満足している。
【００２９】
０３＜Ｐｇ，Ｆ−（0.6482−0.0018νd）・・・（３）
【００３０】
条件式（３）は、第２レンズ群２を構成している正レンズの異常分散性に関するものである。レトロフォーカス型の第２レンズ群２は、軸上光線高が高くなり軸上色収差に大きな影響を及ぼす。さらにテレセントリック性を持たせるために第２レンズ群２の主光線高は最大像高と同じ高さが必要となり、倍率色収差にも大きく影響を及ぼす。リアプロジェクション装置においては、投射画像の原色画素の投射倍率差を小さくして、スクリーン上で色滲みが発生しないよう、投射レンズの倍率色収差を画素ピッチの半分以下に抑えることが好ましい。
【００３１】
条件式（３）の範囲をはずれて、異常分散の効果が少なくなると、倍率及び軸上の色収差が悪化する。第２レンズ群２の正レンズに、異常分散性を有する硝子材料を少なくとも２枚以上（２ｄ、２ｆ、２ｇ）配置することにより色収差の２次スペクトルを低減させることができ、小さい倍率及び軸上色収差を実現することができる。
実施例１では、異常分散性を有する硝子材料の正レンズ３枚の場合を示すものである。
後述の実施例２では、異常分散性を有する硝子材料の正レンズ２枚の場合を説明している。
【００３２】
また、本実施例１では、屈折率の温度係数をΔｎ/ΔＴとすると、条件式（４）を満足することが必要である。
【００３３】
Δｎ/ΔＴ＜  −５×１０−６  ・・・（４）
【００３４】
条件式（４）は、第２レンズ群２を構成している正レンズの屈折率の温度係数に関するものである。第２レンズ群２の正レンズに、負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズを少なくとも２枚以上配置することが望ましい。
【００３５】
条件式（４）は温度変化によるバックフォーカスの変動を低減するためのものであり、条件式（１）及び（２）と関連している。本投射光学系においては、固定焦点でフォーカス機構が無いために温度変化によるバックフォーカス変動が大きくなりすぎると、投射光学系の解像力が不十分となり好ましくない。焦点深度内にバックフォーカスの変動を抑えることが必要となる。
【００３６】
第１レンズ群１内のプラスチックレンズ１ｂで発生するバックフォーカスの変動は、第２レンズ群２内のプラスチックレンズ２ｂで発生するバックフォーカスの変動の約１/１０と小さい。このために条件式（１）、（２）のように、プラスチックレンズ２ｂの屈折力をプラスチックレンズ１ｂより５倍程度弱くしている。プラスチックレンズ１ｂと２ｂはともに負の焦点距離で負の屈折率の温度係数を有しているために、温度変化によって同じ方向にバックフォーカスが変動する。一方、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ１ｂと２ｂと同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）を３枚配置する。そうすることにより、温度変化によるプラスチックレンズ１ｂおよび２ｂで発生するバックフォーカスの変動とは同程度で反対方向の変動量を発生させることにより打ち消すことができる。
【００３７】
例えば，温度が２０度Ｃから０度Ｃに変化した場合、プラスチックレンズ１ｂおよびプラスチックレンズ２ｂによってバックフォーカスの変動はそれぞれ＋１１μｍ、＋１８μｍとなるが、第２レンズ群の正レンズ２ｄ、２ｆそして２ｇによって−１８μｍの発生で合計＋１１μｍの変動となり、焦点深度の約１/３以内に抑えることができる。条件式の範囲外では、温度変化によるバックフォーカスの変動が大きくなるため不適当である。
【００３８】
実施例１においては、Ｆ値は２．３４であり、焦点距離をｆ、有効径をＤとすると、Ｆ＝ｆ／Ｄより、ｆ＝２．３４×Ｄとなる。また、液晶パネルの１セルの画素ピッチは、１２．５μｍであるので、Ｄ＝１２．５μｍとなり、ｆ＝２．３４×１２．５μ＝３０μｍとなり、約１０ミクロン程度の温度変化による焦点距離の変動量が焦点深度の約１／３となり実用的である。
即ち、第１レンズ群１及び第２レンズ群２内のプラスチックレンズの負レンズの屈折率の温度係数によるバックフォーカスの変動を、第２レンズ群２の正レンズに、プラスチックレンズ１ｂと２ｂと同程度の同じ負の屈折率の温度係数を有する硝子材料からなるレンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）を３枚配置して、正レンズに所定の屈折率の温度係数を持たせてバックフォーカスの温度補正を行うものである。
【００３９】
一般的にプラスチックレンズの屈折率の温度係数は、−１００×１０−６  程度であり、温度が２０度Ｃから０度Ｃに２０度下がった場合、屈折率を１．５とすると、屈折率は１．５０２と屈折率が上昇し、バックフォーカスが長く延びる。このバックフォーカスの延びた量は第２レンズ群２の正レンズ２ｄ、２ｆ、２ｇの屈折率の温度係数を条件式（４）にて規定して、補正され。即ち、前述したように、プラスチックレンズ１ｂおよびプラスチックレンズ２ｂによってバックフォーカスの変動はそれぞれ＋１１μｍ、＋１８μｍとなるが、第２レンズ群２の正レンズ２ｄ、２ｆそして２ｇによって−１８μｍの変動が発生で合計＋１１μｍの変動となり、ほぼ焦点深度の１/３以内に抑えることができる。
【００４０】
また、本発明に係る実施例１では、第１レンズ群１がスクリーン側に凸面を向けた２枚のメニスカス負レンズから構成されていることを特徴とする。メニスカス形状とすることにより、軸外入射光線に対して入射面とのなす角度を小さくとることができ、最大画角４５°と高画角であるにもかかわらず、プラスチックレンズの非球面化により、歪曲収差及び像面湾曲を良好に補正することができ、少ない構成枚数で高性能を実現することができる。
【００４１】
また、実施例１では、第１レンズ群１に用いられるプラスチックレンズ１ｂは、開口絞り側に位置するほうが望ましい。第１レンズ群１では、スクリーン側のほうが軸外光線が高くなり、レンズ外径が大きくなる。プラスチックレンズは外径が大きくなるほど成型が困難となり、表面精度が低下する。特に第１レンズ群１のレンズ外径がΦ５０ｍｍを超えるような大外径レンズにおいては、顕著にあらわれてくる。そこで、プラスチックレンズ１ｂを開口絞り側に配置することにより、レンズ外径が大きくなるのを抑え、プラスチックレンズ１ｂの成型性を向上させる。
【００４２】
また、実施例１では、全系の焦点距離をｆ、条件式（３）の条件を満足する第２レンズ群２に用いられる正レンズ（２ｄ、２ｆ、２ｇ）のそれぞれの焦点距離をｆ２ｅｐとすると、条件式（５）を満足することが必要である。
【００４３】
２．５  ＜ｆ２ｅｐ／ｆ＜  ５．０          ・・・（５）
【００４４】
即ち、正レンズ２ｄ、正レンズ２ｆ、正レンズ２ｇの全ての正レンズが、条件式（５）を満足する必要がある。
条件式（５）は、第２レンズ群２に用いられる異常分散硝子の屈折力に関する条件式である。下限値を下回って屈折力が強くなると、曲率が小さくなり、コマ収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が弱くなれば、異常分散作用が小さくなり、２次スペクトルが大きくなるために倍率及び軸上の色収差が悪化する。
【００４５】
また、実施例１では、全系の焦点距離をｆ、第２レンズ群２に用いられる硝子材料からなる負レンズ２ｃ、２ｅの焦点距離をｆ２ｇｎとすると、条件式（６）を満足することが必要である。
【００４６】
−５．０  ＜ｆ２ｇｎ/ｆ＜  −２．０  ・・・（６）
【００４７】
条件式（６）は、第２レンズ群２に用いられる硝子材料からなる負レンズ（２ｃ、２ｅ）の屈折力に関する条件式である。これらの負レンズは正レンズ（２ｄ、２ｆ）と接着され、ダブレットとして存在し、主に色収差の補正を行っている。下限値を下回って屈折力が弱くなると、異常分散性を有する正レンズの屈折力を弱くせざるを得なくなり、２次スペクトルが大きくなって、倍率および軸上色収差が悪化する。逆に上限値を超えて屈折力が強くなれば、曲率が強くなり、コマ収差が悪化する。
【００４８】
以上のように、本発明に係る実施例１においてはプラスチックレンズや異常分散硝子を効果的に用い、屈折力を適切に設定することにより、温度補正が施され、収差が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズが実現できる。
【００４９】
本発明の実施例１についての数値実施例を（表１）に示す。表中ｒ１、ｒ２、…、ｒ１９はスクリーン側から順に数えたレンズ各面の曲率半径、ｄ１、ｄ２、…は各レンズの肉厚及び空気間隔、ｎ１，ｎ２，…は各レンズのｄ線における屈折率、ν１、ν２、…はｄ線を基準にするアッベ数である。また、全系の焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、そして画角を２ωとして示している。表１中の＊印を付した面は非球面で構成された面であることを示し、非球面形状は次の式で表される。
【００５０】
ｘ=（ｈ２/ｒ）/（１+（１-（Ｋ+１）ｈ２/ｒ２）１/２）
+Ａｈ４+Ｂｈ６+Ｃｈ８+Ｄｈ１０
【００５１】
但し、ｘは光軸からの高さがｈの非球面形状の非球面頂点の接平面からの距離、ｒを基準球面の曲率半径とし、非球面係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは表１に示されるとおりである。
【００５２】
【表１】
2005111688.tif 000011
【００５３】
図２は実施例１の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、及びコマ収差（ｍｍ）を示す。図２の球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６ｎｍ）であり、曲線ｇはｇ線（波長４３６ｎｍ）を表し、曲線ＣはＣ線（波長６５６ｎｍ）を表す。図２の非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。図２のコマ収差図において、ω＝０°のグラフにおける両端矢印は０．０５０ｍｍの幅を表しており、ｅ線、ｇ線、及びＣ線が重なって０．０５０ｍｍの幅内にコマ収差が収まっている。また、コマ収差図におけるω＝２７．０°、ω＝３５．４°、及びω＝４２．４°の各グラフにおいて、矢印の位置は絞りの中心を示している。
これらの収差図からわかるように収差の小さい良好な光学性能を実現することができる。また、表１のｒ１８、ｒ１９は図１のＥＧで表されるダイクロイックプリズム等の等価硝子の面を示す。
【００５４】
なお、この実施例１の有効像円はΦ１８ｍｍとなっている。レンズ系全体のＦ値は２．３８、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ1ｐ/ｆの値は−４．２、ｆ２ｐ/ｆの値は−２２．７、Ｐｇ，Ｆ−（0.6482−0.0018νd）の値は０．０３７４、Δｎ/Δｔの値は−６×１０−６〜−５×１０−６、ｆ２ｅｐ/ｆの値は、３．４〜４．６、ｆ２ｇｎ/ｆの値は−４．４と−３．１となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、及び（６）をそれぞれ満たしている。
【００５５】
実施例１の投射レンズは、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズ２ｂを同一のプラスチック材料とすることができるので、プラスチックレンズの製造において、例えば、一台の射出成形機で行う場合、材料の入れ替えによるロスを無くすことができる。また、プラスチックレンズに反射防止コーティングを施す場合、そのコーティングの構成を共通にすることができるため、例えば、同じ真空蒸着機を用いて同時にコーティングを行うことができる。このように、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が可能になる。
【実施例２】
【００５６】
以下、本発明に係る実施例２の投射レンズについて図３及び図４を参照して説明する。  図３は、本発明に係る実施例２の投射レンズの構成図を示す。図３において、第１レンズ群１は、前述の図１に示した実施例１の構成と同様である。実施例１と異なるのは異常分散硝子（２ｃ、２ｆ）を２枚で構成している点と、プラスチックレンズ（２ｄ）が２組のダブレットの間に配置されている点である。第２レンズ群２は、１枚の正レンズ２ａ、開口絞りＳ、負レンズ２ｂと正レンズ２ｃとを貼りあわせた接合レンズ、メニスカスの負レンズ２ｄ、負レンズ２ｅと正レンズ２ｆとを貼りあわせた接合レンズ、１枚の正レンズ２ｇとによって構成されている。そして、第１レンズ群のレンズ１ｂと、第２レンズ群２のレンズ２ｄは、非球面を有するプラスチックレンズにて形成されている。
【００５７】
レンズ系全体のＦ値は２．３４、焦点距離ｆは８．８ｍｍで、ｆ1ｐ/ｆの値は−４．２、ｆ２ｐ/ｆの値は−２２．７、Ｐｇ，Ｆ−（0.6482−0.0018νd）の値は０．０３７４、Δｎ/Δｔの値は−６×１０−６〜−５×１０−６、ｆ２ｅｐ/ｆの値は３．２と３．８、ｆ２ｇｎ/ｆの値は−３．４と−２．４となっており、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、及び（６）をそれぞれ満たしている。
【００５８】
本発明の実施例２についての数値実施例を（表２）に示す。（表２）の各記号等の示す意味は（表１）と同様である。
【００５９】
【表２】
2005111688.tif 000012
【００６０】
図４にこの実施例２の投射レンズの球面収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、非点収差（ｍｍ）、コマ収差（ｍｍ）を示す。図４の球面収差図において、実線はｅ線（波長５４６ｎｍ）であり、曲線ｇはｇ線（波長４３６ｎｍ）を表し、曲線ＣはＣ線（波長６５６ｎｍ）を表す。図４の非点収差図におけるＳはサジタル像面を表し、Ｍはメリディオナル像面を表す。図４のコマ収差図において、ω＝０°のグラフにおける両端矢印は０．０５０ｍｍの幅を表しており、ｅ線、ｇ線、及びＣ線が重なって０．０５０ｍｍの幅内にコマ収差が収まっている。また、コマ収差図におけるω＝２７．０°、ω＝３５．４°、及びω＝４２．４°の各グラフにおいて、矢印の位置は絞りの中心を示している。
倍率の色収差に関しては、開口絞りSの中心を通過する軸外光線において、実施例１と比べると異常分散硝子が１枚少ないためにｅ線を基準にしてｇ線からＣ線の範囲において有効像円Φが１８ｍｍであるので、像高９ｍｍとなり、実施例１の場合の倍率色収差が１３．６μｍに対して実施例２の場合は、１５．４μｍとなり、１割程度悪化する。その他の収差については、この収差図からわかるように、実施例２の投射レンズは、実施例１と同様に収差の小さい良好な光学性能が実現できる。
【００６１】
また、実施例１と同様に、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ１ｂ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズ２ｄを同一のプラスチック材料とすることにより、製造設備やプラスチック材料を効率的に使用することが可能なため、さらに低コスト化が実現できる。
【００６２】
以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、請求の範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈するべきである。
例えば、実施例ではプラスチックレンズの材料を環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯＮＥＸ  ４８０Ｒ』、で説明したが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（例えば三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット』、住友化学工業株式会社で製造される『スミペックス』）およびその他の環状オレフィンポリマー（例えば日本ゼオン株式会社で製造される『ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ』、ＪＳＲ株式会社で製造される『ＡＲＴＯＮ』、三井化学株式会社で製造される『アペル』）、スチレン系樹脂（例えば新日鉄化学株式会社で製造される『エスチレンＭＳ−６００』や『エスチレンＭＳ−８００』）、低吸湿アクリル（例えば日立化成工業株式会社の製造する『ＯＰＴＯＲＥＺ』、三菱レイヨン株式会社で製造される『アクリペット  ＷＦ１００』）等を使用しても良い。もちろん、第１レンズ群１中のプラスチックレンズ、第２レンズ群２中のプラスチックレンズに異なる樹脂材料を選択しても良いし、同じ樹脂材料を選択しても良い。
【実施例３】
【００６３】
以下、本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置について説明する。  図５は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置の構成を示す図である。図５において、背面投射型プロジェクション装置は、前述の実施例１及び２のいずれか一方の投射レンズを用いたプロジェクター３１、光を折り曲げるミラー３２、透過型スクリーン３３、及び筐体３４を備えている。
即ち、プロジェクター３１は、少なくとも、光源（図示せず）と実施例１または、実施例２のいずれかに記載の投射レンズとを用いた映像出力手段である。実施例３の背面投射型プロジェクション装置においては、プロジェクター３１から投射される映像はミラー３２によって反射され、透過型スクリーン３３に結像される。
【００６４】
図６は前述の実施例１，２の投射レンズの構成を示した図１及び図３におけるEG(ダイクロイックプリズム)の周辺の構成を示す図である。図6において、光源４１から出射した光は、色分解光学系で赤,緑,青の原色光に分解される。ダイクロイックミラー４２に入射した光は赤が反射し、緑と青は透過する。透過（緑、青）した光はダイクロイックミラー４３で緑が反射し、青が透過する。こうして分解された３原色光は、それぞれフィールドレンズ４９、５０、５１を透過したあと、液晶パネル５２、５３、５４に入射する。液晶パネルからの出射光はEG（ダイクロイックプリズム）に入射する。３原色光はEG（ダイクロイックプリズム）により１つの光に合成された後、投射レンズ５５によってスクリーン上に投影される。液晶パネルの近傍には光の偏向方向をそろえる偏向変換素子（図示せず）が配置される。
本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成すれば、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
【００６５】
以上のように、本発明に係る投射レンズは、プラスチックレンズのパワー（屈折力）を最適に設定し、異常分散性と負の屈折率の温度係数を持つ正レンズを効果的に配置することにより、９枚という少ないレンズ構成で諸収差及び温度特性が良好に補正されたコンパクトで低コストの投射レンズを提供することができる。本発明に係る投射レンズを用いてプロジェクター部を構成することにより、対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を実現することができる。
発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、精度の高い小型の投射レンズを提供でき、且つ対環境性に優れた小型・軽量で低価格の背面投射型プロジェクション装置を提供でき有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は本発明に係る実施例１の投射レンズの構成図である。
【図２】図２は本発明に係る実施例１の投射レンズにおける収差性能を示す図である。
【図３】図３は本発明に係る実施例２の投射レンズの構成を示す図である。
【図４】図４は本発明に係る実施例２の投射レンズにおける収差性能を示す図である。
【図５】図５は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置の全体構成の概略構成図である。
【図６】図６は本発明に係る実施例３の背面投射型プロジェクション装置のプロジェクタ部の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  第１レンズ群
１ｂ  プラスチックレンズ
２  第２レンズ群
２ｂ  プラスチックレンズ
２ｄ、２ｆ、２ｇ  正レンズ
Ｓ  開口絞り
ＥＧ  ダイクロイックプリズム等の等価硝子
３１  プロジェクター
３２  ミラー
３３  透過型スクリーン
３４  筐体
４１  光源
４２、４３  ダイクロイックミラー
４４、４５、４６  ミラー
４７、４８  リレーレンズ  
４９、５０、５１  フィールドレンズ
５２、５３、５４  液晶パネル
５５  投射レンズ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2005111688.tif 000020
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