JPH11305116A

JPH11305116A - 投射レンズ

Info

Publication number: JPH11305116A
Application number: JP11520398A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sugano; 靖之菅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】広角で投射距離が短く、バックフォーカスが
長く、テレセントリック性を有し、高コントラストで投
射でき、歪曲収差等をはじめとする諸収差が少ない投射
レンズを得る。【解決手段】全系中において、大きな共役側に配置さ
れる第１及び第２レンズ群（１００，２００）に負の屈
折力を有させ、小さな共役側に配置される第３及び第４
レンズ群（３００，４００）に正の屈折力を有させて逆
望遠型のレンズ構成とし、広角、かつ長いバックフォー
カスを得る。また、大きな共役側のレンズ群の射出瞳位
置近傍に小さな共役側のレンズ群の前側焦点距離がある
ようにしてテレセントリック性を確保する。また、後方
側の第２レンズ群２００の貼り合わせレンズ２０２につ
いては大きな共役側から負（両凹）レンズ２０３と正レ
ンズ２０４により形成し、第３レンズ群３００における
貼り合わせレンズ３０１については、大きな共役側から
メニスカスレンズ３０２、負（凹）レンズ３０３により
形成することで、Ｆ値を適度に小さくして光線取り込み
角が広くとれるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射レンズに関わ
り、例えばプロジェクション表示装置の投影装置等に備
えられる投射レンズに適用して好適なものとされる。

【０００２】

【従来の技術】近年、プロジェクション表示装置が広く
普及している。このようなプロジェクション表示装置の
１つとして、透過型のスクリーンに対してその背面側か
ら画像光を投射することにより表示を行う、いわゆる背
面投射型のプロジェクション表示装置が知られている。

【０００３】上記のような背面投射型のプロジェクショ
ン表示装置では、例えば、白色光源の光をリフレクタ等
によりコリメートした光束が色分解ミラーで、赤、緑、
青の３色の光束に分解される。そして、上記３色の光束
は、赤、緑、青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の映像電気信号に応じて
形成される各２次元画像表示素子（例えばＬＣＤ；Liqu
id Crystal Display）に入光される。これら赤、緑、青
に対応する各２次元画像表示素子上に得られた像光は、
色合成光学系にて白色に色合成され、投射レンズを介し
て透過型のスクリーン上に拡大投射される。

【０００４】なお、同様な構成のレンズとして、クイッ
クリターンミラーによる制限等を考慮して、バックフォ
ーカスの長い一眼レフカメラ用の広角系の写真レンズ
や、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)によるプロジェクション
テレビ用の広角投射レンズも数多く提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなプロジェ
クション表示装置の構成では、色合成光学系として、ダ
イクロイックプリズムまたはダイクロイックミラー等の
光学素子を配置する必要上の制限から、２次元画像表示
素子から投射レンズの最後端までの距離に相当する、い
わゆるバックフォーカスを長めに確保しなければならな
い。

【０００６】また、プロジェクション表示装置として、
１つの投射装置で透過型のスクリーン全体に拡大画像を
形成する場合、プロジェクション表示装置自体のコンパ
クト化のためには、投射距離（例えば投射レンズの出射
端からミラーを介して透過型スクリーンに至る中心光線
長）を短縮する必要がある。そのためには、投射レンズ
を広角化し出射光の発散角を大きくして大画面を得る必
要がある。

【０００７】また、２次元画像表示素子に光源から至る
光を透過させ、２次元画像表示素子上の画像を高いコン
トラストでスクリーンに拡大投影するには、２次元画像
表示素子から、垂直に近い角度で射出してくる光束を利
用しなければならない。また、画像光が投射されるスク
リーン上の色ムラを少なくなくするために、色合成光学
系に用いるダイクロイックプリズムまたはダイクロイッ
クミラーのコート面に当たる光線角度幅が一定のほうが
良い。

【０００８】従って、投射レンズの軸外の主光線が２次
元画像表示素子に垂直となるようにテレセントリック性
を有することが必要となるのであるが、この場合、レン
ズは２次元画像表示素子中心を通る光軸に対して対称で
あるのに対し、２次元画像表示素子自体は、１方向にの
みコントラストの高い方向があるため、２次元画像表示
素子に照射される光束自体に角度を付ける必要がある。

【０００９】また、２次元画像表示素子には、通常ＬＣ
Ｄ等のディスプレイデバイスが採用されるが、ＬＣＤは
マトリックス電極を用いて駆動されるため、ＣＲＴを用
いた場合と異なり、投射レンズの歪曲を補正することは
困難である。つまり、ＣＲＴの場合であれば、糸巻き歪
み補正などのラスタ形状の補正機能を利用することで投
射レンズの歪曲を補正することが比較的容易に可能とな
るが、ＬＣＤのようにドットマトリクス表示が行われる
ディスプレイデバイスでは、このようなラスターの歪み
補正は通常行われない。上記のような事情からすれば、
投射レンズの歪曲収差は出来る限り小さいことが望まし
い。しかしながら、このことは、投射レンズの広角化や
長いバックフォーカスを得ることに対して障害となるも
のである。つまり、投射レンズとして、広角化及び長い
バックフォーカスを確保したうえで、テレセントリック
性を与えると、レンズ全長が長くなったり、レンズ径な
どが大きくなる傾向を有してしまうことが分かってい
る。

【００１０】また、一眼レフカメラ用の広角系の写真レ
ンズやＣＲＴによるプロジェクションテレビ用の投射レ
ンズでは、バックフォーカスは不十分であり、軸外光束
の入射角や射出角がきついため、テレセントリック性が
無く、光量も少なくなっているのが現状である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
課題を解決するために、広画角、短投射距離で長いバッ
クフォーカスと大きな軸外光量とテレセントリック性を
有し、しかも、歪曲収差や諸収差の小さな投射レンズを
得ることを目的とする。

【００１２】このため、第１の構成としては、大きな共
役側から小さな共役側にかけて順に、負の屈折力を有す
ると共に非球面を有して形成される第１のレンズ群と、
その全系中において最も大きな中心空気面間隔を隔てて
負の屈折力を有するようにされると共に少なくとも貼り
合わせレンズを備えて形成される第２のレンズ群と、正
の屈折力を有すると共に少なくとも貼り合わせレンズを
備え、最も大きな共役側に位置するレンズ面が小さな共
役側に対して凸面を有するようにして形成される第３の
レンズ群と、所要の中心空気面間隔を隔てて正の屈折力
を有すると共に、非球面を有して形成される第４レンズ
群とを配置して投射レンズを形成することとし、この上
で、バックフォーカスをＢＦ、全系の合成焦点距離を
Ｆ、上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群の中心空
気面間隔をＤ１、上記第１のレンズ群と上記第２のレン
ズ群の合成焦点距離をＦ１２、上記第３のレンズ群と上
記第４のレンズ群の合成焦点距離をＦ３４として、ＢＦ／Ｆ＞２．３０．７＜−Ｆ１２／Ｆ３４＜２．０Ｄ１／Ｆ＞０．８なる条件式を満足するように構成することとした。

【００１３】上記構成により、投射レンズの全系中にお
いて、前側（大きな共役側）に配置される第１及び第２
のレンズ群に負の屈折力を有させ、後側（小さな共役
側）に配置される第３及び第４のレンズ群に正の屈折力
を有させることで、バックフォーカスの長い広角なレン
ズとして、逆望遠型のレンズ構成が得られることにな
る。そして、大きな共役側のレンズ群の射出瞳位置近傍
において、小さな共役側のレンズ群の前側（大きな共役
側）焦点距離があるようにされることによってテレセン
トリック性が与えられることになる。

【００１４】また、第２の構成としては、大きな共役側
から小さな共役側にかけて順に、負の屈折力を有すると
共に非球面を有して形成される第１のレンズ群と、その
全系中において最も大きな中心空気面間隔を隔てて負の
屈折力を有するようにされると共に少なくとも貼り合わ
せレンズを備えて形成される第２のレンズ群と、正の屈
折力を有すると共に少なくとも貼り合わせレンズを備え
て形成される第３のレンズ群と、正の屈折力を有すると
共に非球面を有して形成される第４レンズ群とを配置し
て投射レンズを構成することとし、この上で、第２のレ
ンズ群を形成する貼り合わせレンズは大きな共役側から
小さな共役側の方向にかけて負レンズと正レンズを配置
して形成し、第３のレンズ群を形成する貼り合わせレン
ズは大きな共役側から小さな共役側の方向にかけて正レ
ンズと負レンズを配置して形成することとした。

【００１５】この構成により、第１〜第４のレンズ群に
おいて、第２のレンズ群における貼り合わせレンズにつ
いては大きな共役側から負レンズと正レンズにより形成
し、第３のレンズ群における貼り合わせレンズについて
は、大きな共役側から正レンズと負レンズにより形成さ
れることになるが、これにより、Ｆナンバーを適度に小
さくして光線取り込み角が広くとれるようにされるの
で、２次元画像表示素子の角度の付いた光束を透過し、
スクリーン上に拡大投射することが可能となる。

【００１６】また、上記第１及び第２の各構成の下で、
第３のレンズ群と第４のレンズ群との中心空気面間隔を
Ｄ３、第３のレンズ群の焦点距離をＦ３、第４レンズ群
の焦点距離をＦ４として、０．１＜Ｄ３／Ｆ＜０．７Ｆ３／Ｆ４＜４．０なる条件式を満足させる構成を採ることで、第３のレン
ズ群から出射される近軸光線の高さを維持して長いバッ
クフォーカスを得、また、軸外主光線の高さを第４のレ
ンズ群の高い位置に出射して、例えば小さい共役側にあ
るとされるパネル面に入射する軸外主光線のテレセント
リック性を保つようにされる。また、この際の諸収差を
抑制するようにされる。

【００１７】更には、上記第１及び第２の各構成の下
で、第２のレンズ群を形成する貼り合わせレンズは、正
レンズと負レンズにより形成されるものとしたうえで、
これら正レンズと負レンズのアッベ数をそれぞれＶ２
Ｐ，Ｖ２Ｎとして、Ｖ２Ｎ−Ｖ２Ｐ＞２５なる条件式を満足することで、色収差が補正されること
になる。

【００１８】また、第１の構成の下で、第３のレンズ群
を形成する貼り合わせレンズは正レンズと負レンズによ
り形成されるものとしたうえで、この正レンズの焦点距
離をＦ３１とし、これら正レンズと負レンズの屈折率を
それぞれＮ３Ｐ，Ｎ３Ｎ、アッベ数をそれぞれＶ３Ｐ，
Ｖ３Ｎとして、２．０＜Ｆ３１／Ｆ＜７．０Ｎ３Ｎ−Ｎ３Ｐ＞０．０８Ｖ３Ｐ−Ｖ３Ｎ＞２５なる条件式を満足するようにさせる。これにより、第３
のレンズ群を形成する貼り合わせレンズの屈折率として
適正な値を得た上で、適切な色補正が可能とされる。

【００１９】また、第２の構成の下で、第２のレンズ群
において最も大きな共役側に配置されるレンズは、負の
屈折力を有し大きな共役側に凸のメニスカスレンズとす
ると共に、第２レンズ群中の最も大きな中心空気面間隔
をＤ２１、第１のレンズ群と第２のレンズ群の合成焦点
距離をＦ１２、第２レンズ群の最も大きな共役側のメニ
スカスレンズの焦点距離をＦ２１、第２レンズ群の焦点
距離をＦ２として、０．１＜−Ｄ２１／Ｆ１２＜０．５０．１＜Ｆ２１／Ｆ２＜１．７なる条件式を満足させる。これにより、第２のレンズ群
による軸外収差補正の良好な状態が得られるものであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の投射
レンズについて説明することとする。本実施の形態の投
射レンズは、２次元画像表示素子としてＬＣＤを採用し
た背面投射型のプロジェクション表示装置の投射装置に
備えられるものとして説明する。

【００２１】なお、以降の説明は次の順序で行うことと
する。１．プロジェクション表示装置の構成１−１．第１例１−２．第２例１−３．第３例２．投射レンズの構成２−１．レンズの配置構造２−２．条件式２−３．数値実施形態等

【００２２】１．投射装置の構成１−１．第１例図１は本実施の形態の投射レンズを搭載し得るプロジェ
クション表示装置として、第１例としての内部構造を概
念的に示している。この図において、例えばメタルハラ
イドランプ等から成る光源としてのランプ１が、リフレ
クタ２（放物面鏡）の焦点位置に配置されている。ラン
プ１から照射された光は、リフレクタ２により反射され
て光軸にほぼ平行となるようにコリメートされて、リフ
レクタ２の開口部から出射される。上記リフレクタ２の
開口部から出射された光のうち、赤外領域及び紫外領域
の不要光線はＩＲ−ＵＶカットフィルタ３によって遮断
されて、表示に有効な光線のみがその後段に配されてい
る各種光学素子に導かれることになる。

【００２３】ＩＲ−ＵＶカットフィルタ３の後段には、
マルチレンズアレイ４に続き、マルチレンズアレイ５が
配される。この場合、マルチレンズアレイ４は、後述す
る光変調手段である各液晶パネルブロックの有効開口の
アスペクト比に等しい相似形をした外形を持つ複数の凸
レンズが、その位相を例えば１／２ずらした状態で千鳥
格子状に配列された平型形状を有するようにされてい
る。マルチレンズアレイ５は、上記マルチレンズアレイ
４の凸レンズに対向する側に複数の凸レンズ５ａが形成
されている平凸型とされる。これらマルチレンズアレイ
４及びマルチレンズアレイ５を配置することにより、Ｉ
Ｒ−ＵＶカットフィルタ３を通過した光束が効率よく、
かつ均一に後述する液晶パネルブロックの有効開口に照
射されるようにされる。

【００２４】マルチレンズアレイ５と液晶パネルブロッ
クの有効開口の間には、ランプ１からの光束を赤、緑、
青色に分解するためにダイクロイックミラー６、１０が
配置されている。この図に示す例では、まずダイクロイ
ックミラー６で赤色の光束Ｒを反射し緑色の光束Ｇ及び
青色の光束Ｂを透過させている。このダイクロイックミ
ラー６で反射された赤色の光束Ｒはミラー７により進行
方向を９０゜曲げられて赤色用の液晶パネルブロック９
の前のコンデンサーレンズ８に導かれる。

【００２５】一方、ダイクロイックミラー６を透過した
緑色及び青色の光束Ｇ，Ｂはダイクロイックミラー１０
により分離されることになる。すなわち、緑色の光束Ｇ
は反射されて進行方向を９０゜曲げられて緑色用の液晶
パネル１２前のコンデンサーレンズ１１に導かれる。そ
して青色の光束Ｂはダイクロイックミラー１０を透過し
て直進し、リレーレンズ１３、ミラー１４、反転用リレ
ーレンズ１５、ミラー１６を介して青色用の液晶パネル
１８前のコンデンサーレンズ１７に導かれる。

【００２６】このようにして、赤、緑、青色の各光束
Ｒ，Ｇ，Ｂは各々のコンデンサーレンズ８、１１、１７
を通過して各色用の液晶パネルブロック９、１２、１８
に入射される。これら各色の液晶パネルブロック９、１
２、１８においては、それぞれ、液晶パネルが備えられ
ると共に、液晶パネルの前段に入射した光の偏光方向を
一定方向に揃えるための入射側偏光板が設けられる。ま
た、液晶パネルの後段には出射した光の所定の偏光面を
持つ光のみ透過するいわゆる検光子が配置され、液晶を
駆動する回路の電圧により光の強度を変調するようにさ
れている。

【００２７】一般には、ダイクロイックミラー６、１０
の特性を有効に利用するため、Ｐ偏波面の反射、透過特
性を使用している。従って、各々の液晶パネルブロック
９、１２、１８内の上記入射側偏光板は、図１の紙面内
に平行な偏波面を透過するように配置されている。ま
た、液晶パネルブロック９、１２、１８を構成する各液
晶パネルは例えばＴＮ型が用いられており、かつその動
作はいわゆる例えばノーマリーホワイト型として構成さ
れ、検光子は図１の紙面に垂直な偏波光を透過するよう
に配置されている。

【００２８】そして、液晶パネルブロック９、１２、１
８で光変調された各色の光束は、光合成素子（クロスダ
イクロイックプリズム）１９において図示する各面に対
して入射される。この光合成素子は、所定形状のプリズ
ムに対して反射膜１９ａ，１９ｂが組み合わされて成
る。光合成素子１９における赤色の光束Ｒは反射膜１９
ａで反射され、また青色の光束Ｂは反射膜１９ｂで反射
されて、投射レンズ２０に対して入射される。そして緑
色の光束Ｇは光合成素子１９内を直進して透過するよう
にして投射レンズ２０に対して入射される。これによ
り、各光束Ｒ，Ｇ，Ｂが１つの光束に合成された状態で
投射レンズ２０に入射されることになる。

【００２９】投射レンズ２０では、光合成素子１９から
入射された光束を投射光に変換して、例えば透過型のス
クリーン２１に対して投射することになる。スクリーン
２１には、投射レンズ２０から投射された投射光により
得られる拡大画像が表示されることになる。例えば鑑賞
者は、投射レンズ２０が配置されているのとは反対の方
向からスクリーン２１を見ることによって、表示画像を
鑑賞するようにされる。

【００３０】１−２．第２例図２は本実施の形態の投射レンズを搭載し得るプロジェ
クション表示装置の第２例としての内部構造を概念的に
示すものである。なお、この図において図１と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

【００３１】この場合には、マルチレンズアレイ５の後
段のダイクロイックミラー６Ａにより光束Ｂを反射し
て、光束Ｒ、光束Ｇを通過させるようにしている。ダイ
クロイックミラー６Ａにより反射された光束Ｂは、ミラ
ー７Ａにより反射され、更に、コンデンサーレンズ８Ａ
を通過し、青色用の液晶パネルブロック９Ａを介して光
変調された後に、図示する方向から光合成素子１９Ａに
入射される。

【００３２】ダイクロイックミラー６Ａを通過した光束
Ｒ、光束Ｇは、その後段のダイクロイックミラー１０Ａ
に入射される。この場合、ダイクロイックミラー１０Ａ
では光束Ｒを反射して、光束Ｇは通過させるようにされ
ている。ダイクロイックミラー１０Ａにより反射された
光束Ｒは、コンデンサーレンズ１１Ａを通過し、赤色用
の液晶パネルブロック１２Ａを介して光変調された後
に、図示する方向から光合成素子１９Ａに入射される。
ダイクロイックミラー１０Ａを通過した光束Ｇは、リレ
ーレンズ１３Ａ、ミラー１４Ａ、反転用リレーレンズ１
５Ａ、ミラー１６Ａを介してコンデンサーレンズ１７Ａ
に到達する。そして、コンデンサーレンズ１７Ａを通過
して、緑色用の液晶パネルブロック１８Ａを介して光変
調された後に、図示する方向から光合成素子１９Ａに入
射される。

【００３３】光合成素子１９Ａも、所定形状のプリズム
に対して、反射膜１９Ａ−ａ，１９Ａ−ｂが組み合わさ
れて成る。この光合成素子１９Ａに入射された各色の光
束のうち、光束Ｂは反射膜１９Ａ−ｂにて反射されて投
射レンズ２０に入射され、光束Ｇは反射膜１９Ａ−ａに
て反射されて投射レンズ２０に入射される。また、光束
Ｒは光合成素子１９Ａを直進するように通過して投射レ
ンズ２０に入射される。この結果、各光束Ｒ，Ｇ，Ｂが
１つの光束に合成されて投射レンズ２０に入射されるこ
とになる。

【００３４】１−３．第３例図３は本実施の形態の投射レンズを搭載し得るプロジェ
クション表示装置の第３例としての内部構造を概念的に
示すものである。なお、この図において図１及び図２と
同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００３５】この場合には、ダイクロイックミラー６Ｂ
により光束Ｇを反射して、光束Ｒ、光束Ｂを通過させる
ようにしている。ダイクロイックミラー６Ｂにより反射
された光束Ｇは、ミラー７Ｂ、コンデンサーレンズ８
Ｂ、緑色用の液晶パネルブロック９Ｂを介した後、図示
する方向から光合成素子１９Ｂに入射される。

【００３６】ダイクロイックミラー６Ｂを通過した光束
Ｒ、光束Ｂは、ダイクロイックミラー１０Ｂに入射され
ることで、光束Ｒが反射され、光束Ｂは通過するように
されている。このダイクロイックミラー１０Ｂにて反射
した光束Ｒは、コンデンサーレンズ１１Ｂ、赤色用の液
晶パネルブロック１２Ｂを介して、図示する方向から光
合成素子１９Ｂに入射される。ダイクロイックミラー１
０Ｂを通過した光束Ｂは、リレーレンズ１３Ｂ、ミラー
１４Ｂ、反転用リレーレンズ１５Ｂ、ミラー１６Ｂ、コ
ンデンサーレンズ１７Ｂ、及び青色用の液晶パネルブロ
ック１８Ｂを順次介して、図示する方向から光合成素子
１９Ｂに入射される。

【００３７】光合成素子１９Ｂも、所定形状のプリズム
に対して、反射膜１９Ｂ−ａ，１９Ｂ−ｂが組み合わさ
れて成るものである。ここでは、光合成素子１９Ｂに入
射された各色の光束のうち、光束Ｇは反射膜１９Ｂ−ａ
にて反射され、光束Ｂは反射膜１９Ｂ−ｂにて反射さ
れ、光束Ｒは光合成素子１９Ｂを直進するように通過す
ることで、１つの光束となって投射レンズ２０に入射さ
れることになる。

【００３８】以上、３例を挙げて、本実施の形態として
のプロジェクション表示装置を説明したが、これらはあ
くまでも一例であって、本実施の形態の投射レンズを搭
載し得るプロジェクション表示装置の内部構成として
は、他にも各種考えられるものである。

【００３９】２．投射レンズの構成２−１．レンズの配置構造続いて、本実施の形態としての投射レンズについて説明
する。以降説明する第１〜第５の実施の形態としての投
射レンズは、上記図１〜図３に示したプロジェクション
表示装置における投射レンズ２０として採用されるもの
である。

【００４０】先ず、第１〜第５の実施の形態としての投
射レンズ２０のレンズ構造について説明する。図４、図
５、図６、図７及び図８は、それぞれ第１、第２、第
３、第４、及び第５の実施の形態としての投射レンズ２
０のレンズの配置構造を概念的に示すレンズ断面図であ
る。これらの図においては、図の左側がスクリーン２１
側（大きな共役側）とされ、右側が液晶パネルブロック
及び光合成素子側（小さな共役側）とされる。また、こ
れらの図において共通部位には同一符号を付している。

【００４１】第１〜第５実施の形態の投射レンズ２０と
しては、図４〜図８に示すように大きな共役側から小さ
な共役側にかけて、第１レンズ群１００、第２レンズ群
２００、第３レンズ群３００、第４レンズ群４００が順
に配列されて成るものである。

【００４２】この場合、第１レンズ群１００は、大きな
共役側に凸形状を有するメニスカスレンズ１０１を１枚
備えて成るものとされ、これにより負の屈折力を有する
ようにされる。また、このメニスカスレンズ１０１は、
後に示す数値実施形態における非球面係数に従った非球
面を有するものとされる。

【００４３】また、第２レンズ群２００は、大きな共役
側から、大きな共役側に凸形状を有することで負の屈折
力を有するメニスカスレンズ２０１と、貼り合わせレン
ズ２０２とが図のように配列されて成る。ここで、貼り
合わせレンズ２０２は、大きな共役側から両凹レンズ
（負レンズ）２０３と正レンズ２０４を配置し、これら
を貼り合わせて形成している。

【００４４】第３レンズ群３００は、大きな共役側か
ら、貼り合わせレンズ３０１と、正レンズ３０４が図の
ように配置されて成ることで正の屈折力を有するように
される。貼り合わせレンズ３０１は、大きな共役側か
ら、小さな共役側に凸面を有するメニスカスレンズ３０
２と、大きな共役側の片面が凹面の凹レンズ（負レン
ズ）３０３とが配置され、これらメニスカスレンズ３０
２の凸面と、凹レンズ３０３の凹面の曲率の大きい面と
を貼り合わせるようにして形成されている。

【００４５】第４レンズ群４００は、大きな共役側から
正レンズ４０１，４０２が配されて形成されることで、
第３レンズ群３００に対してある程度の中心空気面間隔
を隔てて、正の屈折力を有するようにされる。ここで、
正レンズ４０２は、後に示す数値実施形態における非球
面係数に従った非球面を有する。

【００４６】２−２．条件式上記構成による第１〜第５の実施の形態としての投射レ
ンズ２０においては、次に示す条件式（１）〜（１１）
を満たしている。

【００４７】バックフォーカスをＢＦ、全系の合成焦点
距離をＦ、第１レンズ群１００と第２レンズ群２００の
中心空気面間隔をＤ１、第１レンズ群１００と第２レン
ズ群２００の合成焦点距離をＦ１２、第３レンズ群と上
記第４レンズ群の合成焦点距離をＦ３４として、ＢＦ／Ｆ＞２．３・・・（１）０．７＜−Ｆ１２／Ｆ３４＜２．０・・・（２）Ｄ１／Ｆ＞０．８・・・（３）

【００４８】第３レンズ群３００と第４レンズ群４００
の中心空気面間隔をＤ３とし、第３レンズ群３００の焦
点距離をＦ３、第４レンズ群４００の焦点距離をＦ４と
して、０．１＜Ｄ３／Ｆ＜０．７・・・（４）Ｆ３／Ｆ４＜４．０・・・（５）

【００４９】第２レンズ群２００内の全系中における最
も大きな中心空気面間隔をＤ２１、第１レンズ群１００
と第２のレンズ群２００の合成焦点距離をＦ１２、第２
レンズ群２００の最も大きな共役側のメニスカスレンズ
の焦点距離をＦ２１、第２レンズ群２００の焦点距離を
Ｆ２として、０．１＜−Ｄ２１／Ｆ１２＜０．５・・・（６）０．１＜Ｆ２１／Ｆ２＜１．７・・・（７）

【００５０】第２レンズ群２００における貼り合わせレ
ンズ２０２を形成する正レンズ２０４と両凹レンズ（負
レンズ）２０３について、正レンズ２０４アッベ数をＶ
２Ｐ、両凹レンズ（負レンズ）２０３のアッベ数をＶ２
Ｎとして、Ｖ２Ｎ−Ｖ２Ｐ＞２５・・・（８）

【００５１】第３のレンズ群３００における貼り合わせ
レンズ３０１を形成するメニスカスレンズ３０２と凹レ
ンズ（負レンズ）３０３について、メニスカスレンズ３
０２の焦点距離をＦ３１とし、メニスカスレンズ３０２
と凹レンズ（負レンズ）３０３の各屈折率をＮ３Ｐ、Ｎ
３Ｎ、各アッベ数をＶ３Ｐ，Ｖ３Ｎとして、２．０＜Ｆ３１／Ｆ＜７．０・・・（９）Ｎ３Ｎ−Ｎ３Ｐ＞０．０８・・・（１０）Ｖ３Ｐ−Ｖ３Ｎ＞２５・・・（１１）

【００５２】続いて、上記各条件式について説明する。
例えば、プロジェクション表示装置の投射レンズとして
は、図１〜図３に示した構成からも分かるように、色合
成用のダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム
等の光学素子を用いる必要があるため、長いバックフォ
ーカスが必要である。ここで、プロジェクション表示装
置の大きさ、つまり筐体サイズを小さくするためには短
い投射距離で大画面を得るようにすることが必要なの
で、投射レンズ２０の画角が広くなるように構成するこ
とになる。

【００５３】このため、本実施の形態では条件式（１）
を満足させることで、投射レンズ２０の画角を広く取る
ものとする。ここで、条件式（１）の下限を超えると色
合成系の空間が無くなる。

【００５４】条件式（２）では逆望遠型の構成にするた
めに、第１レンズ群１００と第２レンズ群２００の合成
焦点距離と、第３レンズ群３００と第４レンズ群４００
の合成焦点距離の比を規定している。条件式（２）を満
足した場合、投射レンズ全系の大きさとバックフォーカ
ス、光学性能が良好に保たれ、逆に、条件式（２）の上
限値を超えると逆望遠型の構成が弱くなるので、バック
フォーカスを保つのが困難になり、あえて長くするとレ
ンズ全長が長くなったり第１レンズ群１００、第２レン
ズ群２００のレンズ径が大きくなって好ましくない。ま
た、条件式（２）の下限値を超えると第１レンズ群１０
０、第２レンズ群２００の屈折力が強くなり、像面湾曲
や歪曲収差が発生して補正困難となる。

【００５５】条件式（３）は第２レンズ群２００の径を
小さくしてコストダウンを図るための条件で、第１レン
ズ群１００と第２レンズ群２００の中心空気面間隔を広
くとり、第１レンズ群１００から射出される光線の高さ
が低い位置に第２レンズ群２００を配置することを意味
している。ここで、条件式（３）の下限値を超えると第
２レンズ群２００のレンズ径が大きくなり、例えば部品
コストが上がり望ましくない。

【００５６】また、条件式（４）及び条件式（５）は、
第３レンズ群３００と第４レンズ群４００の中心空気面
間隔を広くとり、第３レンズ群３００から射出される近
軸光線の高さを保持することでバックフォーカスを長く
し、また、軸外主光線を第４レンズ群４００の高い位置
に射出することでパネル面に入射する軸外主光線のテレ
センリック性を保つための条件と、そのときのレンズ全
系での第３レンズ群３００、第４レンズ群４００のパワ
ーのバランスの条件を規定するものとなる。ここで、条
件式（４）（５）の上限値を超えると、球面収差をはじ
めとする諸収差が発生し補正困難となり好ましくない。

【００５７】条件式（６）及び条件式（７）は第２レン
ズ群２００による軸外の収差補正の良い状態のレンズの
配置および焦点距離のバランスを示している。第１レン
ズ群１００においては、各軸外光束はレンズの異なる部
分を通過して、それが非球面レンズにより光束毎に少し
ずつ異なる曲面により光線の屈折の状態が変わる。第２
レンズ群２００の最も液晶パネル側（小さな共役側）の
レンズ付近は軸上光線から軸外光束までがほぼ同じレン
ズ面を通過し第３レンズ群３００に射出される。第２レ
ンズ群２００の最もスクリーン側（大きな共役側）のレ
ンズは、第２レンズ群２００と第３レンズ群３００にお
ける貼り合わせレンズ２０２，３０１に光線を導くよう
にされる。そして、ここで条件式（８）（１０）（１
１）を満足するガラス等の材料をレンズとして使用する
ことにより、色収差が補正されるものである。

【００５８】条件式（６）は、第２レンズ群２００中で
の光線の高さを規定するものである。条件式（６）を満
足するようにして、第２レンズ群２００中の最もスクリ
ーン側（大きな共役側）に近い、スクリーン側（大きな
共役側）に凸の負メニスカスレンズ２０１とその後の中
心空気面間隔を広くすることにより、第１レンズ群１０
０からの光束を第２レンズ群２００中の貼り合わせレン
ズに緩い角度の光線で導き、面での光線の屈折による収
差の発生を抑制するようにされる。条件式（６）の上限
を超えると、第２レンズ群２００中の最もスクリーン側
（大きな共役側）に近いスクリーン側（大きな共役側）
に凸の負メニスカスレンズや第１レンズ群１００のレン
ズ径が大きくなる。また、条件式（６）の下限を超える
と軸外収差の発生が多くなり補正困難となる。

【００５９】条件式（７）は、上記条件式（６）を満た
している第２レンズ群２００中における、最もスクリー
ン側に近い、スクリーン側に凸のメニスカスレンズ（負
レンズ）２０１の焦点距離のバランスである。この条件
式（７）の上限を超えると、このメニスカスレンズ２０
１の屈折力が強くなり、射出される光線が屈折しすぎる
ため軸外光線は発散し、このレンズの次のレンズ（メニ
スカスレンズ１０１）の径が大きくなり望ましくない。
また、条件式（７）の下限を超えるとメニスカスレンズ
２０１の屈折力が弱くなるため、先の条件式（６）にお
ける第２レンズ群２００内の全系中における最も大きい
中心空気面間隔Ｄ２１（ここではメニスカスレンズ２０
１と貼り合わせレンズ２０２間の中心空気面間隔とされ
る）が狭くなり過ぎ、軸上光線と軸外光線の位置バラン
スが保てなくなる。

【００６０】条件式（９）は、第３レンズ群３００中の
貼り合わせレンズ３０１中のメニスカスレンズ３０２の
屈折力を示し、例えば、このメニスカスレンズ３０２に
対して条件式（１０），（１１）を満たすことのできる
ガラスを使用することにより適切な色補正が可能とな
る。条件式（９）の上限を超えると、貼り合わせレンズ
３０１中の凹レンズ（負レンズ）３０３の屈折力を強く
せねばならず、これを敢えて行うと色の分散が強くな
る。また、条件式（９）の下限を超えると、この貼り合
わせレンズ３０１中の凹レンズ（負レンズ）３０３の屈
折力が弱くなり、色収差が補正不足となる。

【００６１】２−３．数値実施形態等ここで、上記第１〜第５の実施の形態の投射レンズ２０
としての数値実施形態は、図９、図１０、図１１、図１
２、及び図１３により示される。これらの図において、
ｍはスクリーン２１側（大きな共役側）から数えたレン
ズ面の面番号、ｒｉはスクリーン側から数えて第ｉ番目
の曲率半径、ｄｉは第ｉ番目のレンズ面間隔、ｎｉは第
ｉ番目の屈折率、ｖｉは第ｉ番目のアッベ数を示す。

【００６２】また、第１面及び第１６面の非球面として
の面形状は、面の中心を原点とし、光軸方向をＺとした
直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、ｒを中心曲率半
径、Ｋを円錐定数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０を、それぞ
れ４次、６次、８次、１０次の非球面係数とするとき、

【数１】で示される式により表されるものとする。

【００６３】また、図１４に、第１〜第５の実施の形態
において、先に説明した条件式（１）〜（１１）を満た
す数値例を示す。

【００６４】また、図１５、図１６、図１７、図１８、
図１９の各々により、第１〜第５の実施の形態の投射レ
ンズ２０についての球面収差、非点収差、及び歪曲収差
を示す。なお、これら各図に示す諸収差図に示す結果を
得るのにあたっては、数値実施形態には示していない
が、光合成素子１９（１９Ａ，１９Ｂ）として、中心面
間隔３５ｍｍ（屈折率ｎ＝１．５１６３３、アッベ数ν
＝６４．０）の平行平面板を入れて計算を行っている。

【００６５】なお、上記第１〜第５の実施の形態として
の投射レンズの実際の構造は、図４〜図８に示したもの
に限定されるものではなく、これまで説明した条件式が
満たされる限り、各レンズ群を形成するレンズ枚数等の
変更があっても構わないものである。また、上記実施の
形態においては、本発明の投射レンズは、背面投写型の
プロジェクション表示装置において、液晶パネルを二次
元画像表示素子として利用した投射装置に備えられるも
のとして説明したが、これに限定されるものではなく、
例えば、一眼レフカメラ用の広角系の写真レンズや、Ｃ
ＲＴを利用したプロジェクションテレビ用の投射レンズ
などにも適用が可能とされる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、以下の
効果を得ることができる。先ず、請求項１に記載の発明
により、例えばプロジェクション表示装置に投射レンズ
を利用したときに必要となるバックフォーカスの長い広
角なレンズを形成し、逆望遠型のレンズ構成を得ること
ができる。つまり、短い投射距離でもって大画面を得る
ことができるものである。また、大きな共役側のレンズ
群の射出瞳位置近傍において、小さな共役側のレンズ群
の前側（大きな共役側）焦点距離があるようにされるこ
とによってテレセントリック性が与えられることにもな
る。

【００６７】また、請求項５に記載の発明によって、投
射レンズ全系を形成する第１〜第４レンズ群において、
第２レンズ群における貼り合わせレンズについては、大
きな共役側から負レンズと正レンズにより形成し、第３
レンズ群における貼り合わせレンズについては、大きな
共役側から正レンズと負レンズにより形成することにな
る。これにより、Ｆナンバーを適度に小さくして光線取
り込み角が広くとれるようにされるので、２次元画像表
示素子の角度の付いた光束を適正に透過し、高コントラ
ストでスクリーン上に拡大投射することが可能となる。

【００６８】また、請求項１に記載の発明の下での請求
項２、及び請求項５に記載の発明の下での請求項６に記
載した発明によって、第３レンズ群から出射される近軸
光線の高さを維持するようにして、ここでも、長いバッ
クフォーカスを確保するようにしている。また、軸外主
光線の高さを第４レンズ群の高い位置に出射して、例え
ばプロジェクション表示装置における液晶パネル面に入
射する軸外主光線のテレセントリック性を保つことがで
きる。さらには、この際の諸収差を抑制することが可能
となり、高い性能の投射レンズが得られるようにされ
る。

【００６９】また、請求項１に記載の発明の下での請求
項３、及び請求項５に記載の発明の下での請求項８に記
載した発明によって、投射レンズとしての色収差が適正
に補正されることになる。

【００７０】更には、請求項１に記載の発明の下での請
求項４に記載した発明により、第３レンズ群を形成する
貼り合わせレンズの屈折率として適正な値を得た上で、
適切な色補正が可能とされる。

【００７１】また、請求項２に記載の発明の下での請求
項７に記載した発明により、第２レンズ群による軸外収
差が良好に補正された状態を得ることができる。

【００７２】即ち、本発明により、広角で投射距離が短
く、バックフォーカスが長く、テレセントリック性を有
し、特に液晶パネルを用いた投射装置では高コントラス
トで投射でき、更には、歪曲収差等をはじめとする諸収
差が少ない投射レンズが実現されるものである。そし
て、例えば本発明の投射レンズを、液晶パネルを二次元
画像表示素子として利用した投射装置に適用してプロジ
ェクション表示装置を構成した場合には、それだけ奥行
きなどが小さくされた薄型のものが得られると共に、良
好な画質が期待されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の構成（第１例）を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の構成（第２例）を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態の投射レンズを備えたプロ
ジェクション表示装置の構成（第３例）を示す図であ
る。

【図４】第１の実施の形態としての投射レンズの構造例
を示すレンズ断面図である。

【図５】第２の実施の形態としての投射レンズの構造例
を示すレンズ断面図である。

【図６】第３の実施の形態としての投射レンズの構造例
を示すレンズ断面図である。

【図７】第４の実施の形態としての投射レンズの構造例
を示すレンズ断面図である。

【図８】第５の実施の形態としての投射レンズの構造例
を示すレンズ断面図である。

【図９】第１の実施の形態としての投射レンズの数値実
施形態を示す図である。

【図１０】第２の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図１１】第３の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図１２】第４の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図１３】第５の実施の形態としての投射レンズの数値
実施形態を示す図である。

【図１４】第１〜第５の各実施の形態において条件式
（１）〜（１１）に対応する数値を示す図である。

【図１５】第１の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。

【図１６】第２の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。

【図１７】第３の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。

【図１８】第４の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。

【図１９】第５の実施の形態としての投射レンズの球面
収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。

【符号の説明】

１ランプ、２リフレクタ、３ＩＲ−ＵＶカットフ
ィルタ、４，５マルチレンズアレイ、６，６Ａ、６Ｂ
ダイクロイックミラー、７，７Ａ，７Ｂミラー、
８，８Ａ，８Ｂコンデンサーレンズ、９，９Ａ，９Ｂ
液晶パネルブロック、１０，１０Ａ，１０Ｂダイク
ロイックミラー、１１，１１Ａ，１１Ｂコンデンサーレ
ンズ、１２，１２Ａ，１２Ｂ液晶パネルブロック、１
３，１３Ａ，１３Ｂリレーレンズ、１４，１４Ａ，１
４Ｂミラー、１５，１５Ａ，１５Ｂ反転用リレーレ
ンズ、１６，１６Ａ，１６Ｂミラー、１７，１７Ａ，
１７Ｂコンデンサーレンズ、１８，１８Ａ、１８Ｂ
液晶パネルブロック、１９，１９Ａ，１９Ｂ光合成素
子、１９ａ，１９ｂ，１９Ａ−ａ，１９Ａ−ｂ，１９Ｂ
−ａ，１９Ｂ−ｂ反射膜２０投射レンズ、２１
スクリーン、１００第１レンズ群、１０１メニスカス
レンズ、２００第２レンズ群、２０１メニスカスレン
ズ、２０２貼り合わせレンズ、２０３両凹レンズ、
２０４正レンズ、３００第３レンズ群、３０１貼り
合わせレンズ、３０２メニスカスレンズ、３０３凹
レンズ、３０４正レンズ、４００第４レンズ群、４
０１正レンズ、４０２正レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大きな共役側から小さな共役側にかけて
順に、負の屈折力を有すると共に非球面を有して形成される第
１のレンズ群と、その全系中において最も大きな中心空気面間隔を隔てて
負の屈折力を有するようにされると共に、少なくとも貼
り合わせレンズを備えて形成される第２のレンズ群と、正の屈折力を有すると共に、少なくとも貼り合わせレン
ズを備え、最も大きな共役側に位置するレンズ面が小さ
な共役側に対して凸面を有するようにして形成される第
３のレンズ群と、所要の中心空気面間隔を隔てて正の屈折力を有すると共
に、非球面を有して形成される第４レンズ群とが配置さ
れて成り、バックフォーカスをＢＦ、全系の合成焦点距離をＦ、上
記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群の中心空気面間
隔をＤ１、上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群の
合成焦点距離をＦ１２、上記第３のレンズ群と上記第４
のレンズ群の合成焦点距離をＦ３４として、ＢＦ／Ｆ＞２．３０．７＜−Ｆ１２／Ｆ３４＜２．０Ｄ１／Ｆ＞０．８なる条件式を満足することを特徴とする投射レンズ。
【請求項２】上記第３のレンズ群と上記第４のレンズ
群との中心空気面間隔をＤ３、上記第３のレンズ群の焦
点距離をＦ３、上記第４レンズ群の焦点距離をＦ４とし
て、０．１＜Ｄ３／Ｆ＜０．７Ｆ３／Ｆ４＜４．０なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載
の投射レンズ。
【請求項３】上記第２のレンズ群を形成する上記貼り
合わせレンズは、正レンズと負レンズにより形成される
ものとしたうえで、これら正レンズと負レンズのアッベ
数をそれぞれＶ２Ｐ，Ｖ２Ｎとして、Ｖ２Ｎ−Ｖ２Ｐ＞２５なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載
の投射レンズ。
【請求項４】上記第３のレンズ群を形成する上記貼り
合わせレンズは、正レンズと負レンズにより形成される
ものとしたうえで、この正レンズの焦点距離をＦ３１と
し、これら正レンズと負レンズの屈折率をそれぞれＮ３
Ｐ，Ｎ３Ｎ、アッベ数をそれぞれＶ３Ｐ，Ｖ３Ｎとし
て、２．０＜Ｆ３１／Ｆ＜７．０Ｎ３Ｎ−Ｎ３Ｐ＞０．０８Ｖ３Ｐ−Ｖ３Ｎ＞２５なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載
の投射レンズ。
【請求項５】大きな共役側から小さな共役側にかけて
順に、負の屈折力を有すると共に非球面を有して形成される第
１のレンズ群と、その全系中において最も大きな中心空気面間隔を隔てて
負の屈折力を有するようにされると共に、少なくとも貼
り合わせレンズを備えて形成される第２のレンズ群と、正の屈折力を有すると共に、少なくとも貼り合わせレン
ズを備えて形成される第３のレンズ群と、正の屈折力を有すると共に、非球面を有して形成される
第４レンズ群とが配置されて成り、上記第２のレンズ群を形成する貼り合わせレンズは、大
きな共役側から小さな共役側の方向にかけて負レンズと
正レンズが配置されて形成され、上記第３のレンズ群を形成する貼り合わせレンズは、大
きな共役側から小さな共役側の方向にかけて正レンズと
負レンズが配置されて形成されることを特徴とする投射
レンズ。
【請求項６】上記第３のレンズ群と上記第４のレンズ
群との中心空気面間隔をＤ３、上記第３のレンズ群の焦
点距離をＦ３、上記第４レンズ群の焦点距離をＦ４とし
て、０．１＜Ｄ３／Ｆ＜０．７Ｆ３／Ｆ４＜４．０なる条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載
の投射レンズ。
【請求項７】上記第２のレンズ群において、最も大き
な共役側に配置されるレンズは、負の屈折力を有し、大
きな共役側に凸のメニスカスレンズとされると共に、上記第２レンズ群中の最も大きな中心空気面間隔をＤ２
１、上記第１のレンズ群と上記第２のレンズ群の合成焦
点距離をＦ１２、上記第２レンズ群の最も大きな共役側
のメニスカスレンズの焦点距離をＦ２１、上記第２レン
ズ群の焦点距離をＦ２として、０．１＜−Ｄ２１／Ｆ１２＜０．５０．１＜Ｆ２１／Ｆ２＜１．７なる条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載
の投射レンズ。
【請求項８】上記第２のレンズ群を形成する上記貼り
合わせレンズは、正レンズと負レンズにより形成される
ものとしたうえで、これら正レンズと負レンズのアッベ
数をそれぞれＶ２Ｐ，Ｖ２Ｎとして、Ｖ２Ｎ−Ｖ２Ｐ＞２５なる条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載
の投射レンズ。