JP2005181993A - 投影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化による影響及び各種収差を抑える。
【解決手段】映像をスクリーン面上（拡大側）に投影する投影レンズである。拡大側から縮小側に向かって順に負の屈折力を持つ第１群Ｉと、正の屈折力を持つ第２群IIとを配した。第１群Ｉは拡大側から順に第１レンズと第２レンズ、第２群IIは第３レンズ〜第７レンズを配した。第１、２レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズ、第２レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズ、第３レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズ、第４レンズは縮小側に凸面を向けた両面非球面からなる正メニスカスレンズ、第５レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズ、第６レンズは縮小側に強い凸面を向けた正レンズ、第７レンズは両面が凸面の正レンズとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影レンズ、特に背面投射型映像表示装置に好適な投影レンズに関する。

白色光源から出た白色光を３原色の色成分に色分解し、色分解された各色成分光により透過型又は反射型の画像表示デバイスを照明し、各色成分毎の画像表示デバイスを透過又は反射した各色成分光を色合成系により色合成し、透過型スクリーン上に投影することによりカラー画像を表示する「背面投射型映像表示装置」は従来から液晶プロジェクションＴＶ等として知られている。

図２４は「背面投射型映像表示装置」の１例を概略的に示す断面図である。キャビネットａ内に光学ユニットｂが設けられ、キャビネットａの前面に透過型スクリーンｃが設けられている。そして、光学ユニットｂからの光は、第１の折り曲げミラーｄ、投影レンズｅ及び第２の折り曲げミラーｆを介して透過型スクリーンｃに投影される。これにより、ＴＶ本体の薄型化と大画面化を実現している。

また、図２５は従来から知られた３板式液晶プロジェクションＴＶの光学系の１例を示す構成図である。図２５において、符号１は白色光源、符号２はＵＶ−ＩＲカットフィルター、符号３は青透過のダイクロイックフィルター、符号４は赤透過のダイクロイックフィルター、符号５,６,７は反射ミラー、符号８は青表示用液晶ライトバルブ、符号９は緑表示用液晶ライトバルブ、符号１０は赤表示用液晶ライトバルブ、符号１１は色合成プリズム、符号１２は投影レンズ、符号１３はスクリーンを示す。

白色光源１から放射された光は、ダイクロイックフィルター３,４と反射ミラー５,６,７により構成される「色分解系」により色分解されて、対応する透過型の画像表示デバイスである液晶ライトバルブ８,９,１０を照明し、「色合成系」をなす色合成プリズム１１により色合成されて投影レンズ１２に入射され、各液晶ライトバルブの表示画像が拡大、合成されてスクリーン１３に結像投影される。

近年、液晶プロジェクションＴＶにはプロジェクションＴＶ本体の薄型化の要請とともに、表示の大画面化、即ち、短い投射距離で大画面を投影したい欲求があり、投影レンズの短焦点化・広画角化が求められている。このような要請に答えるためには、投影レンズのバックフォーカスと焦点距離の比も大きくしなければならない。一方、透過型の画像表示デバイス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、透過型の画像表示デバイスから、垂直に近い角度で射出する光束を利用しなければならない。従って、投影レンズの軸外の主光線が透過型の画像表示デバイス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。

また、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)方式と異なり、液晶ライトバルブ等ではドットマトリックス表示のために歪曲収差の電気的補正ができない。従って、投影レンズ自体で小さな歪曲収差を実現しなければならない。しかしながら、この事は投影レンズの広角化や長いバックフォーカスを実現する上で障害となるものである。

このような課題を考慮して提案された発明として特許文献１の記載発明がある。この特許文献１の実施例１においては、９枚構成のレンズ中、アクリル樹脂からなる非球面レンズを２枚使用して諸収差を補正している。
特開２００３−１５６６８３号公報

しかしながら、上記樹脂製レンズの場合、温度変化によるバックフォーカス位置の変動(ピント面の移動)が大きいという問題がある。例えば、アクリル樹脂の屈折率温度変化量を−１．０８８×１０^−４／℃としたとき、２０℃の温度上昇で＋３１．６μｍものピント移動が生じてしまうという問題があった。

さらに、透過型の画像表示デバイスの画素の高密度(高精細)化にともない、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を小さくすることが重要となって来ている。しかし、従来の投影レンズでは、倍率の色収差が青色光(４５０ｎｍ)で＋１９μｍ、赤色光(６２０ｎｍ)で＋２２μｍと、最近の画像表示デバイスの画素サイズである１５μｍ角より大きい値となっているため、投影された画像は周辺に行くにしたがって、色ズレを生起してしまう問題があった。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、温度変化による影響及び色ズレを抑えた投影レンズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る投影レンズは、画像表示デバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、拡大側から縮小側に向かって順に負の屈折力を持つ第１群と、正の屈折力を持つ第２群とを配してなり、上記第１群は拡大側から順に第１レンズと、第２レンズとを配して構成されると共に、上記第２群は拡大側から順に第３レンズから第７レンズまでを配して構成され、上記第１レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、上記第２レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、上記第３レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、上記第４レンズは縮小側に凸面を向けた両面非球面からなる正メニスカスレンズであり、上記第５レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、上記第６レンズは縮小側に強い凸面を向けた正レンズ、上記第７レンズは両面が凸面の正レンズであり、上記第１群と上記第２群の間に絞りを配設したことを特徴とする。

上述のように投影レンズを構成にすることで、広画角で、高い結像性能、高精細な画像を実現できる。

第２の発明に係る投影レンズは、第１の発明に係る投影レンズにおいて、上記第１レンズ、第２レンズ及び第４レンズがそれぞれ合成樹脂で成形され、それらのレンズのアッベ数ν1，ν2，ν4がν1，ν2，ν4＞５４を満足し、上記第６レンズ及び第７レンズのアッベ数ν6，ν7がν6，ν7＞６８を満足することを特徴とする。

上述のように、アッベ数の条件を満たせば、波長の減少に伴って屈折率が高くなる割合を小さくすることができる。

第３の発明に係る投影レンズは、第１又は第２の発明に係る投影レンズにおいて、上記第１レンズ及び第２レンズの負の屈折力と、上記第４レンズの正の屈折力とが、互いに打ち消しあって温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧する値であることを特徴とする。

上記構成により、温度が変化すると、上記第１レンズ及び第２レンズによるバックフォーカスの位置変動と、第４レンズによるバックフォーカスの位置変動とがほぼ同じ値で逆方向に生じるため、互いに打ち消しあって抑圧する。

第４の発明に係る投影レンズは、第１ないし３の発明のいずれかに係る投影レンズにおいて、上記第２レンズの面変更または上記第１群及び第２群の間隔変更によって倍率変更を行うことを特徴とする。

上記構成により、倍率を上げる場合は、第２レンズの面形状を変更して負の屈折力を強くし、上記第１群及び第２群の間隔を狭める。このとき、倍率を上げる程度に応じて、第２レンズの面形状と第１群及び第２群の間隔の一方又は両方を適宜変更する。倍率を下げる場合は、上記の場合と逆に、第２レンズの面形状を変更して負の屈折力を弱くし、上記第１群及び第２群の間隔を広げる。このときも同様に、倍率を下げる程度に応じて、第２レンズの面形状と第１群及び第２群の間隔の一方又は両方を適宜変更する。

第５の発明に係る投影レンズは、第１ないし４の発明のいずれかに係る投影レンズにおいて、上記第１群の焦点距離をｆ_Ｉ、上記第２群の第４レンズの焦点距離をｆ_４としたとき、９＜ｆ_４／｜ｆ_Ｉ｜＜１７の条件を満足することを特徴とする。

上記構成により、第１群及び第２群の第４レンズの焦点距離を、上述の条件を満足するように設定することで、バックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧する。

第６の発明に係る投影レンズは、第１ないし５の発明のいずれかに係る投影レンズにおいて、全系の焦点距離をｆ、全系のバックフォーカスをＢ_ＦＬとし、上記第１群の焦点距離をｆ_Ｉ、第２群の焦点距離をｆ_ＩＩとするとき、２．５＜Ｂ_ＦＬ／ｆ及び１．１＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．７の条件を満足することを特徴とする。

上記構成により、上述の条件を満足するように設定することで、高い結像性能、高精細な画像を実現できる。

第７の発明に係る投影レンズは、第１ないし６の発明のいずれかに係る投影レンズにおいて、上記第１群と上記絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする。

上記構成により、光路折り曲げ手段で光路を折り曲げることで、プロジェクションＴＶ等の奥行きを薄くすることができる。

以上のように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）第１群及び第２群に合成樹脂製の非球面レンズを多用しながらも、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、高精細な画像を投射することが可能となる。

（２）広画角で長バックフォーカスを有し、良好なテレセントリック性と、歪曲収差の良好な補正とを実現することができる。

（３）低コストで、歪曲収差の良好な補正と軽量化及び倍率の色収差の良好な補正による高い結像性能の実現することができる。

（４）温度変化によるバックフォーカスの位置変動（ピント面の変化)を抑圧することができる。

（５）第２レンズの面変更または第１群及び第２群の間隔変更という、レンズエレメントの最少変化によって、倍率変化を可能とすることができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の投影レンズの第１の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

第１の実施形態に係る投影レンズは、図１に示すように、透過型の画像表示デバイスである透過型の液晶ライトバルブ９０のカラー画像を、図中の左側に配備されるスクリーン(図示せず)に拡大投影するレンズである。ここでは、上記スクリーンの側を「拡大側」、液晶ライトバルブ９０（画像表示デバイス）の側を「縮小側」と称する。

図中の投影レンズは、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を有する第１群Ｉと、正の屈折力を有する第２群IIとを配して構成されている。第２群IIの縮小側には、色合成プリズム８０、カバーガラス８５、液晶ライトバルブ９０が配設されている。

上記第１群Ｉと第２群IIとを配して構成された投影レンズの型は「レトロフォーカスタイプ」と称するもので、バックフォーカスを長くでき、広角化にも適している。上記第１群Ｉは拡大側から順に、第１レンズＬ1と、第２レンズＬ2とを配して構成されている。第２群IIは拡大側から順に、第３レンズＬ3と、第４レンズＬ4と、第５レンズＬ5と、第６レンズＬ6と、第７レンズＬ7とを配して構成されている。

上記第１レンズＬ1および第２レンズＬ2は、ともに拡大側の面の光軸近傍領域が凹面形状で両面非球面である負メニスカスレンズである。上記第３レンズＬ3は、両凸レンズＬ31の縮小側の面に両凹レンズＬ32を接合して成る接合レンズである。上記第４レンズＬ4は縮小側に凸面を向けた両面非球面の正メニスカスレンズである。上記第５レンズＬ5は両凸レンズＬ5１の縮小側の面に両凹レンズＬ5２を接合して成る接合レンズである。上記第６レンズＬ6は縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第７レンズＬ7は両面が凸面の正レンズである。

上記第１群Ｉと第２群IIとの間には絞りＳが設けられている。また、上記第１群Ｉと絞りＳとの間には、光路折り曲げ用ミラーＭが設けられている。

第１群Ｉを全面非球面(４面とも非球面)とすることにより、歪曲収差の良好なる補正を行うようにする。さらに、軸上光束が最も拡がる第２群IIの接合レンズである第３レンズＬ3の直後（縮小側）に配した正の弱い屈折力を有する両面非球面のメニスカスレンズである第４レンズＬ4と、第１群Ｉの２枚のレンズＬ1,Ｌ2とが相まって、軸外収差の非点収差、コマ収差等を良好に補正し、明るい投影レンズを実現可能とする。

第１群Iの２枚のレンズＬ1,Ｌ2及び第２群IIの第４レンズＬ4と、第２群IIの第６レンズＬ6及び第７レンズＬ7は、次の条件を満足するように設定する。なお、νはレンズ媒質のアッベ数である。

（１） ν1，ν2，ν4＞５４
（２） ν6，ν7＞６８
周知の如く、アッベ数νはレンズ媒質のＦ、ｄ、Ｃ線の屈折率をＮF、Ｎd、ＮCとしたとき、ν＝(Ｎd−１)／(ＮF−ＮC)で定義される。

第１群Ｉから射出してスクリーンに向かう光線において、主光線が光軸となす角の「波長による変化」が大きいと、スクリーン上において大きな倍率の色収差が発生する。これに対して、第１群Ｉと第２群IIの縮小側の２枚のレンズにおいて、軸外光束の主光線に対する光軸からの距離が大きくなり、倍率の色収差への影響が大きい。

レンズ媒質の屈折率は短波長になるほど大きくなるが、上記条件(１)、(２)を満足する媒質は「波長の減少に伴い屈折率が高くなる割合」が小さい。このような性質を有する材料を、第１群Ｉ、第２群II中の「主光線高さが高く、パワーの強いレンズ」に使用すれば、第１群Ｉをでる主光線高の射出点の位置や光軸となす角度の「波長による差」を小さくできて、厳しい倍率の色収差の要求を満足することが可能となる。

第１群Ｉの第１レンズＬ1は軸外光束の主光線に対する光軸からの距離が大きく、このため、レンズ径が大きくなりやすい。第１レンズＬ1、第２レンズＬ2を、上記条件(１)を満足する合成樹脂製レンズにする事により、色収差への影響を抑えたまま、第１群Ｉの第１レンズＬ1及び第２レンズＬ2を軽量化でき、さらに製造コストの削減にもつながる。

第１群Ｉは負の屈折力を有するため、第１群Ｉのみに合成樹脂製レンズを使うと、屈折率の温度変化によりバックフォーカスの位置変動(ピント面の移動）が生じる。これを打ち消すためには、第２群IIにおいて、比較的に弱い正の屈折力を有する合成樹脂製レンズエレメントを入れて構成しなければならない。

第１の実施形態では、第４レンズＬ4を入れて第２群IIを構成している。第１群Iの焦点距離をｆ_Ｉ、第２群II中の第４レンズＬ4の焦点距離をｆ_４としたとき、次の条件を満足するように設定する。

（３） ９＜ｆ_４／｜ｆ_Ｉ｜＜１７
全系の焦点距離をｆ、全系のバックフォーカスをＢ_ＦＬとし、また第１群Ｉの焦点距離をｆ_Ｉ、第２群IIの焦点距離をｆ_ＩＩとするとき、次の条件を満足するように設定する。

（４） ２．５＜Ｂ_ＦＬ／ｆ
（５） １．１＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．７
第１の実施形態の投影レンズのように、第１群Iが負の屈折力を有し、第２群IIが正の屈折力を有するレトロフォーカス型レンズで焦点距離ｆの２．５倍以上のバックフォーカスＢ_ＦＬにより色合成系のプリズムが設置できるスペースを確保し、第１群Ｉと第２群IIの間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能としかつ強いテレセントリック性を有し、更に良好な光学特性を実現するには、上記条件（４）、（５）を満足することが望ましい。

また、光路変換を行わない構成の投影レンズを備えた場合と比較して、プロジェクションＴＶ装置のキャビネットの薄型化を図れる。

次に、第１の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例１について説明する。

なお、図１に示すように、拡大側から数えて第ｉ番目の面の曲率半径をＲiとし、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔をＤiとする。屈折率とアッベ数はｄ線の値である。全系の焦点距離をｆ(ｅ線の値)、明るさをＦ／ｎｏ、画角を２ω、横倍率をＭ、投射距離をＬで表わす。

非球面は周知の如く、光軸をＺ軸とする直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)において、Ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ３，Ａ４，……，Ａ１４をそれぞれ３次、４次、……、１４次の非球面係数とするとき、座標ｈ＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２における面形状は次式で表わされるものとする。

Ｚ（ｈ）＝(ｈ^２／Ｒ)／[１＋{１−(１＋Ｋ)・(ｈ／Ｒ)^２}^１／２]
＋Ａ３・ｈ^３＋Ａ４・ｈ^４＋Ａ５・ｈ^５＋Ａ６・ｈ^６
＋Ａ７・ｈ^７＋Ａ８・ｈ^８＋Ａ９・ｈ^９＋Ａ１０・ｈ^１０
＋Ａ１１・ｈ^１１＋Ａ１２・ｈ^１２＋Ａ１３・ｈ^１３＋Ａ１４・ｈ^１４
色合成プリズム８０におけるダイクロイックフィルターは真空蒸着による干渉薄膜であるため、分光特性が入射角度により変化（入射角度大により短波長にシフト）する。このため、スクリーン上で色ムラを生起する、いわゆるカラーシェーディングを防止するためにも、第１の実施形態の投影レンズは軸外光線の主光線が光軸と平行となるテレセントリック性を有し、液晶ライトバルブ９０の周辺画像から垂直に射出される光線をも確実に取り込み、高いコントラストを実現している。主光線角度は全画角において０．５°以内に収まっている。

なお、フォーカシングは絞りＳより縮小側にある第２群II全体を光軸方向へ移動させることにより行う。

実施例１におけるレンズ構成及び光線追跡図を図２に示す。

実施例１では、焦点距離ｆ＝１０．８６ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４１、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３７．５７７ｍｍ、画角２ω＝９０．１°、横倍率Ｍ＝−１／５３．２１×、投射距離Ｌ＝５４２．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図３に示し、図４にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図４のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

次に、第１の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例２について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例２におけるレンズ構成及び光線追跡図も、実施例１に係る図２とほぼ同様である。

実施例２では、焦点距離ｆ＝１０．７６ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４１、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３７．５８１ｍｍ、画角２ω＝９１．１°、横倍率Ｍ＝−１／７４．７４×、投射距離Ｌ＝７６８．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図５に示し、図６にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図６のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

次に、第１の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例３について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例３におけるレンズ構成及び光線追跡図を図７に示す。

実施例３では、焦点距離ｆ＝１０．８３ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４０、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３７．５７７ｍｍ、画角２ω＝９０．１°、横倍率Ｍ＝−１／５３．３０×、投射距離Ｌ＝５４２．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図８に示し、図９にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図９のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

次に、第１の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例４について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例４におけるレンズ構成及び光線追跡図も、実施例３に係る図７とほぼ同様である。

実施例４では、焦点距離ｆ＝１０．７２ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４１、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３７．５８２ｍｍ、画角２ω＝９１．１°、横倍率Ｍ＝−１／７４．９１×、投射距離Ｌ＝７６８．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図１０に示し、図１１にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図１１のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

次に、第１の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例５について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例５におけるレンズ構成及び光線追跡図を図１２に示す。なお、図１２においては、折曲ミラーＭを省略している。但し、折曲ミラーＭの位置は、第１群Iと第２群IIとの中間位置である。

実施例５では、焦点距離ｆ＝８．５０ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．３、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３２．２７０ｍｍ、画角２ω＝９２．５°、横倍率Ｍ＝−１／８１．７×、投射距離Ｌ＝６６０．４２ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図１３に示し、図１４にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図１４のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の投影レンズの第２の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

上述した第１の実施形態の投影レンズは、液晶ライトバルブ（図１の符号９０参照）からのカラー画像光を投影するものであったが、この第２の実施形態の投影レンズは、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス；登録商標）素子からのカラー画像光を投影するものである。このように、画像表示デバイスが、第１の実施形態に係る液晶ライトバルブからＤＭＤ素子へ置き換わったが、第２の実施形態の投影レンズも、その構成の技術思想そのものは、第１の実施形態の投影レンズの技術思想と同様である。

次に、第２の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例６について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例６におけるレンズ構成及び光線追跡図を図１５に示す。図１５において、投影レンズの第２群IIの縮小側には、カバーガラス８５Ａ、照明光学系のＴＩＲ（全反射）プリズム８０Ａ、ＤＭＤ素子９０Ａが配設されている。また、図１５においては、折曲ミラーＭを省略している。但し、折曲ミラーＭの位置は、第１群Iと第２群IIとの中間位置である。

実施例６では、焦点距離ｆ＝６．９７ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３１．０４６ｍｍ、画角２ω＝９３．５°、横倍率Ｍ＝−１／９７．５×、投射距離Ｌ＝６４９．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図１６に示し、図１７にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図１７のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

次に、第２の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例７について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例７におけるレンズ構成及び光線追跡図を図１８に示す。図１８においても、投影レンズの第２群IIの縮小側には、カバーガラス８５Ａ、照明光学系のＴＩＲ（全反射）プリズム８０Ａ、ＤＭＤ素子９０Ａが配設されている。また、図１８においては、折曲ミラーＭを省略している。但し、折曲ミラーＭの位置は、第１群Iと第２群IIとの中間位置である。

実施例７では、焦点距離ｆ＝１０．３９ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．４、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３１．０４６ｍｍ、画角２ω＝９０．８°、横倍率Ｍ＝−１／６４．６９×、投射距離Ｌ＝６３４．０ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図１９に示し、図２０にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図２０のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の投影レンズの第３の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

上述した第１の実施形態の投影レンズは、透過型の液晶ライトバルブ（図１の符号９０参照）からのカラー画像光を投影し、上述した第２の実施形態の投影レンズは、ＤＭＤ素子からのカラー画像光を投影するものであったが、この第３の実施形態の投影レンズは、反射型の液晶ライトバルブからのカラー画像光を投影するものである。このように、画像表示デバイスが、第１の実施形態の透過型の液晶ライトバルブや第２の実施形態のＤＭＤ素子から、反射型の液晶ライトバルブへ置き換わったが、第３の実施形態の投影レンズも、その構成の技術思想そのものは、第１や第２の実施形態の投影レンズの技術思想と同様である。

次に、第３の実施形態の投影レンズについて、具体的数値を用いた実施例８について説明する。

なお、曲率半径Ｒi、光軸上の面間隔Ｄi等の定義は上記実施例１と同様である。

実施例８におけるレンズ構成及び光線追跡図を図２１に示す。図２１において、投影レンズの第２群IIの縮小側には、偏光ビームスプリッタを用いた色分離・色合成プリズム８０Ｂ、カバーガラス８５Ｂ、反射型の液晶ライトバルブ９０Ｂが配設されている。

実施例８では、焦点距離ｆ＝９．２３ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝２．９、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３９．２７０ｍｍ、画角２ω＝９３．６°、横倍率Ｍ＝−１／９２．４×、投射距離Ｌ＝７６９．９ｍｍとした。

以上の設定によるレンズ設計の結果を図２２に示し、図２３にはその場合の各種収差のシミュレーション結果を示す。図２３のグラフから分かるように、球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差において、良好な結果を得ることができた。

（Ｄ）他の実施形態
上記実施形態では、光路折り曲げ用ミラーＭを設けたが、光路折り曲げ用ミラーＭを設けない場合でも、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、倍率を変える場合として、第２レンズＬ2の面形状を変更して負の屈折力を強く（弱く）すると共に第１群I及び第２群IIの間隔を狭め（広げ）て、第２レンズＬ2の面変更と、第１群I及び第２群IIの間隔変更の両方を行ったが、いずれか一方でもよい。倍率を上げる程度に応じて、第２レンズＬ2の面形状と第１群I及び第２群IIの間隔の一方又は両方を適宜変更する。

この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

上記各実施形態の説明から明らかなように、本発明の投影レンズは、画像表示デバイスの種類は限定されないものである。

本発明の第１の実施形態に係る投影レンズのレンズ構成を示す概略側面図である。 実施例１と実施例２のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例１における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例１における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例２における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例２における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例３と実施例４のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例３における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例３における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例４における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例４における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例５のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例５における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例５における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例６のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例６における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例６における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例７のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例７における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例７における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 実施例８のレンズ構成と光線追跡状態を示す概略側面図である。 実施例８における投影レンズの各部の数値を示す図表である。 実施例８における投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率の色収差を示す収差図である。 従来の背面投射型映像表示装置の一例を示す断面図である。 液晶表示デバイスを用いた光学配置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

Ｉ：第１群、II：第２群、Ｌ1：第１レンズ、Ｌ2：第２レンズ、Ｌ3：第３レンズ、Ｌ3１,Ｌ3２：第３レンズを構成するレンズ、Ｌ4：第４レンズ、Ｌ5：第５レンズ、Ｌ5１,Ｌ5２：第５レンズを構成するレンズ、Ｌ6：第６レンズ、Ｌ7：第７レンズ、８０：色合成プリズム、８０Ａ：照明光学系のＴＩＲプリズム、８０Ｂ：色分離・色合成プリズム、９０：透過型の液晶ライトバルブ、９０Ａ：ＤＭＤ素子、９０Ｂ：反射型の液晶ライトバルブ。

Claims (7)

1. 画像表示デバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、
   拡大側から縮小側に向かって順に負の屈折力を持つ第１群と、正の屈折力を持つ第２群とを配してなり、
   上記第１群は拡大側から順に第１レンズと、第２レンズとを配して構成されると共に、上記第２群は拡大側から順に第３レンズから第７レンズまでを配して構成され、
   上記第１レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
   上記第２レンズは拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
   上記第３レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
   上記第４レンズは縮小側に凸面を向けた両面非球面からなる正メニスカスレンズであり、
   上記第５レンズは両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
   上記第６レンズは縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
   上記第７レンズは両側が凸面の正レンズであり、
   上記第１群と上記第２群の間に絞りを配設したことを特徴とする投影レンズ。
2. 請求項１記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ、第２レンズ及び第４レンズがそれぞれ合成樹脂で成形され、それらのレンズのアッベ数ν1，ν2，ν4がν1，ν2，ν4＞５４を満足し、上記第６レンズ及び第７レンズのアッベ数ν6，ν7がν6，ν7＞６８を満足することを特徴とする投影レンズ。
3. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ及び第２レンズの負の屈折力と、上記第４レンズの正の屈折力とが、互いに打ち消しあって温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧する値であることを特徴とする投影レンズ。
4. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   上記第２レンズの面変更または上記第１群及び第２群の間隔変更によって倍率変更を行うことを特徴とする投影レンズ。
5. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１群の焦点距離をｆ_Ｉ、上記第２群の第４レンズの焦点距離をｆ_４としたとき、９＜ｆ_４／｜ｆ_Ｉ｜＜１７の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。
6. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   全系の焦点距離をｆ、全系のバックフォーカスをＢ_ＦＬとし、上記第１群の焦点距離をｆ_Ｉ、第２群の焦点距離をｆ_ＩＩとするとき、２．５＜Ｂ_ＦＬ／ｆ及び１．１＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．７の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。
7. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１群と上記絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする投影レンズ。
   
   

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