JP3385675B2 - 投影レンズ - Google Patents

投影レンズ

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JP3385675B2
JP3385675B2 JP27993893A JP27993893A JP3385675B2 JP 3385675 B2 JP3385675 B2 JP 3385675B2 JP 27993893 A JP27993893 A JP 27993893A JP 27993893 A JP27993893 A JP 27993893A JP 3385675 B2 JP3385675 B2 JP 3385675B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子等の液晶
表示体(LCD)、所謂液晶ライトバルブの画像をスク
リーン上に拡大投影して良好な画像を映し出す投影レン
ズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶プロジェクターは、従来のビデオプ
ロジェクターによるCRT像を投影する場合と異なり、
B(青)・G(緑)・R(赤)の3原色に対応した各液
晶ライトバルブからの光情報を1つの投影レンズでスク
リーンに伝達するために、各色の光路をダイクロイック
ミラーやプリズム等で合成している。
【0003】従って、これらダイクロイックミラーやプ
リズム等を配置する空間を確保するために、長いバック
フォーカスを有する投影レンズが必要になる。さらに、
ダイクロイックミラー等に対する各色の入射角度及び出
射角度による波長特性の維持、そして各色の液晶ライト
バルブから垂直に射出する光を利用した高コントラスト
の画像の維持も要求されることから、主光線の傾きが数
度以下のテレセントリック性が維持された投影レンズが
必要になる。
【0004】また、観察するスクリーンの後ろから投影
する所謂リアプロジェクターとして用いる場合、装置が
小型であり、かつ大画面で明るいことも重要である。そ
のため、投射距離の短かい、すなわち広画角で、かつ大
口径の投影レンズが要求されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記に示すような投影
レンズとしては、例えば、同一出願人による特開平4−
335610号公報に開示される如き、画角が約48
°、レンズの明るさFNO=8.0の性能を有する投影レ
ンズが提案されている。しかしながら、リアプロジェク
ターとして使用する場合、装置全体の小型化、及び薄型
化が望まれていることから、より広画角化され、より大
口径化された投影レンズが要求されている。
【0006】またハイビジョン等の普及に伴い、高画質
を得るためにスクリーン上に投影された液晶ライトバル
ブの各画素を、各色毎に忠実に再現しなければならず、
投影レンズにおいては、倍率色収差を十分に補正する必
要が生じる。そして、液晶プロジェクターはCRTビデ
オプロジェクターと異なり、画面の歪みを電気的に処理
することが困難であるため、投影レンズの歪み(歪曲収
差)を出来る限り押さえる必要も生じる。
【0007】従って、本発明は上記問題点を解決し、画
角が60°以上の広画角でありながら、テレセントリッ
ク性を維持しつつ、FNO=5.6と明るく、かつ画面周
辺での光量ムラをなくすために開口効率100%であ
り、かつ全域に渡って高解像力を有する液晶プロジェク
ターに好適な投影レンズの提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は図1に示す如く、スクリーン側から順に、
負の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群と
を有し、前記前群は負の屈折力を有する第1レンズ群G
1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2とからな
り、前記後群は正の屈折力を有する第3レンズ群G3
と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなり、
前記前群と後群との間に絞りSを有し、前記第2レンズ
群G2は、正レンズ成分と負レンズ成分との接合よりな
る接合レンズを有し、全系の焦点距離をf、前記前群の
焦点距離をf12とし、前記前群と後群との主点間隔をD
とするとき、以下の条件式(1),(2)を満足する構
成である。 (1) 0.5< |f12/f| <0.6 (2) 1.9< |D/f12| <2.2 また、前記第1レンズ群G1の焦点距離をf1 、前記第
2レンズ群G2の焦点距離をf2 、前記第1レンズ群G
1中の最も液晶表示体側のレンズ面から絞りSまでの軸
上距離をd1S、第2レンズ群G2中の最も液晶表示体側
のレンズ面から絞りSまでの軸上距離をd2Sとすると
き、以下の条件を満足することが好ましい。 (3) 2<(f2・d1S)/(f1・d2S)<6 更に、前記第1レンズ群G1は、物体側から順に、正レ
ンズ成分、負レンズ成分、負レンズ成分、正レンズ成分
の4枚のレンズ成分から構成されることが好ましい。
【0009】
【作用】 本発明の投影レンズは、全系の焦点距離の
2.8倍以上のバックフォーカスを有し、かつテレセン
トリック性を維持するために、負の屈折力の前群(第1
レンズ群G1と第2レンズ群G2)と、正の屈折力の後
群(第3レンズ群G3と第4レンズ群G4)とからなる
レトロフォーカス型レンズを基本構成としている。
【0010】本発明においては、これらの最適な屈折力
配分を見出し、それを規定したのが条件式(1)であ
る。条件式(1)の上限を越えると、第1レンズ群G1
と第2レンズ群G2との合成屈折力が弱くなり、十分な
バックフォーカスの確保が困難になる。しかも、投影レ
ンズの全長が長くなり、また第1レンズ群G1のレンズ
径が大きくなるため、レンズ系の大型化を招き好ましく
ない。
【0011】逆に条件式(1)の下限を越えると、バッ
クフォーカスを確保する上では有利であるが、第1レン
ズ群G1と第2レンズ群G2との合成屈折力が強くなり
過ぎるため、ペッツバール和の値が過大な負となり、像
面湾曲の発生が甚大になり好ましくない。しかも、前群
(第1レンズ群G1と第2レンズ群G2)と後群(第3
レンズ群G3と第4レンズ群G4)との主点間隔が短く
なるため、絞りSを配置する空間も確保できなくなり好
ましくない。
【0012】ところで、リアプロジェクターとして用い
る場合、前述したように装置の小型化すなわち共役長の
短い広画角なレンズが要求される。そこで、レンズ全体
の大型化を防ぎつつ、バックフォーカスを確保するため
の条件として見いだしたのが条件式(2)である。条件
式(2)の上限を越えると、バックフォーカスを確保す
るには有利であるが、レンズ系全体の大型化を招き、広
画角を得るためにも共役長が大きくなってしまいコンパ
クトな装置を実現できなくなる。
【0013】逆に条件式(2)の下限を越えると、前群
の屈折力が弱くなり過ぎるため、広画角化を実現できな
くなる。よって、この条件範囲が好ましい。さらに、液
晶プロジェクター用の投影レンズは、スクリーン上にお
いて液晶ライトバルブの各画素がR・G・B毎に忠実に
再現されるため、倍率色収差が十分に補正されていなけ
ればならない。そこで、倍率色収差を十分に、バランス
良く補正するために、条件式(3)を見いだした。
【0014】条件式(3)は、前群における第1レンズ
群G1と第2レンズ群G2との配置を規定したものであ
り、この上限を越えると、第1レンズ群G1と第2レン
ズ群G2との間隔が大きくなり過ぎ、また周辺での光量
不足によるムラをなくすために開口効率100%を実現
しようとすると、第1レンズ群G1の径が大きくなるた
めレンズ系の大型化を招いてしまう。
【0015】逆に下限を越えると、第2レンズ群G2中
の正レンズと負レンズの接合レンズにおける色収差補正
が困難になり好ましくない。特に、第2レンズ群G2中
の接合レンズが絞りSに近づき過ぎると、倍率色収差の
補正の効果が薄れてしまい、第3レンズ群G3及び第4
レンズ群G4における倍率色収差の補正の負担が大きく
なる。
【0016】このため後群で倍率色収差の補正を行なう
と、軸上色収差が補正過剰になり、結果的に倍率色収差
と軸上色収差との補正バランスが大きく崩れ、投影レン
ズの優れた結像性能の確保が困難になる。さらに、倍率
の色収差と歪曲収差とをバランス良く補正するには、第
1レンズ群G1を正レンズ・負レンズ・負レンズ・正レ
ンズで構成することが望ましい。特に、広画角なレンズ
系において、絞りから離れた位置での倍率色収差の補
正、及び負の歪曲収差の発生を押さえるための構成とし
て有効である。
【0017】また、非点収差をバランス良く補正するに
は、第4レンズ群G4を、液晶ライトバルブ側により強
い曲率の面を向けた正レンズと、負レンズと正レンズと
で接合されて全体として液晶ライトバルブ側により強い
曲率の面を向けた接合レンズとを有する構成が好まし
い。このように正レンズと接合レンズとを有する構成に
した場合、液晶ライトバルブ側に強い曲率の凸面を向
け、スクリーン側に弱い曲率の凸面もしくは凹面を向け
た形状にすることにより、正レンズと接合レンズとの各
レンズ面に対する主光線の入射角度を平均的に小さくで
きる。従って、非点収差の発生を最小限に抑えることが
できる。
【0018】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例及び第2実施例
のレンズ構成図を示している。本発明における各実施例
の投影レンズは、共に、レトロフォーカス型レンズを基
本構成にしており、図1に示される様に、スクリーン側
から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負
の屈折力を有する第2レンズ群とからなり全体として負
の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する第3レン
ズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群とからな
り全体として正の屈折力を有する後群とから構成され、
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に絞りSを
有する構成である。
【0019】第1レンズ群G1は、スクリーン側により
強い曲率の凸面を向けた正レンズL11と、スクリーン側
に凸面を向けた負メニスカスレンズL12と、スクリーン
側に凸面を向けた負メニスカスレンズL13と、両凸正レ
ンズL14とからなり、第2レンズ群G2は、両凸形状の
正レンズL21とこれに接合された両凹形状の負レンズL
22とからなる。そして、第3レンズ群G3は、両凸形状
の正レンズL31とこれに接合されて液晶ライトバルブ側
に凸面を向けた負メニスカスレンズL32とからなり、第
4レンズ群G4は、液晶ライトバルブ側により強い曲率
の面を向けた正レンズL41と、液晶ライトバルブ側に凹
面を向けた負レンズL42とこれに接合されて両凸形状の
正レンズL43とから構成されている。
【0020】そして、第2レンズ群中の正レンズL21と
負レンズL22とで構成される接合レンズは、全体として
スクリーン側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、第
3レンズ群中の正レンズL31と負メニスカスレンズL32
とで構成される接合レンズは、全体として液晶ライトバ
ルブ側に強い曲率の凸面を向けた形状を有している。ま
た、第4レンズ群中の負レンズL42と正レンズL43とで
構成される接合レンズは、全体として液晶ライトバルブ
側により強い曲率の面を向けた両凸形状を有している。
【0021】以下に、本発明における第1実施例及び第
2実施例の諸元の値及び条件対応数値を掲げる。但し、
左端の数字はスクリーン側からの順序を表し、rはレン
ズ面の曲率半径、dはレンズ面間隔、νはアッベ数、n
はe線(λ=546.07nm)における屈折力、fは全系の焦
点距離、FnoはFナンバー、2ωは画角(°)、Bfは
バックフォーカス、dsは第2レンズ群の最も液晶ライ
トバルブ側のレンズ面(第11面)から絞りSまでの軸上
距離を表している。 〔第1実施例〕 f=98.6、FNO=5.6 、2ω=60° Bf=280.65、dS=16.5
【0022】
【表1】 第1実施例の諸元値 以下に条件対応数値を示す。 (1)|f12/f|=0.55 (2)|D/f12|=2.00 (3)(f2・d1S)/(f1・d2S)=4.91 〔第2実施例〕 f=98.5、FNO=5.6 、2ω=61° Bf=280.66、dS=16.5
【0023】
【表2】 第2実施例の諸元値 以下に条件対応数値を示す。 (1)|f12/f|=0.55 (2)|D/f12|=1.99 (3)(f2・d1S)/(f1・d2S)=5.00 図2及び図3は、それぞれ本発明の第1実施例及び第2
実施例の諸収差図を示している。各収差図におけるEは
基準波長のe線(λ=546.1nm)、FはF線(λ
=486.1nm)、CはC線(λ=656.3nm)
による収差曲線をそれぞれ示している。各収差図の比較
より、何れの実施例ともに、諸収差が良好かつバランス
良く補正されていることが明らかである。
【0024】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、高品位テ
レビ等に対応する液晶プロジェクターに好適な、画角が
60°以上の広画角で、テレセントリック性を維持しな
がら全系の焦点距離の2.8倍以上のバックフォーカス
を有し、優れた結像性能を有する比較的コンパクトな投
影レンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例及び第2実施例のレンズ構
成図。
【図2】本発明の第1実施例の諸収差図。
【図3】本発明の第2実施例の諸収差図。
【主要部分の符号の説明】
G1・・・第1レンズ群、 G2・・・第2レンズ群、 G3・・・第3レンズ群、 G4・・・第4レンズ群、 S・・・絞り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−150158(JP,A) 特開 平4−355708(JP,A) 特開 平5−150159(JP,A) 特開 平1−269909(JP,A) 特開 平4−118612(JP,A) 特開 平4−267212(JP,A) 特開 平5−241070(JP,A) 特開 平6−18781(JP,A) 特開 平6−82689(JP,A) 特開 平6−250080(JP,A) 特開 平7−77652(JP,A) 特開 昭62−291613(JP,A) 特公 昭46−13477(JP,B1) 特公 昭47−45015(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 13/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スクリーン側から順に、負の屈折力を有す
    る前群と正の屈折力を有する後群とを有し、前記前群は
    負の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有す
    る第2レンズ群とからなり、前記後群は正の屈折力を有
    する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群
    とからなり、前記前群と後群との間に絞りを有し、前記
    第1レンズ群は、物体側から順に、正レンズ成分、負レ
    ンズ成分、負レンズ成分、正レンズ成分の4枚のレンズ
    成分から構成され、前記第2レンズ群は、正レンズ成分
    と負レンズ成分との接合よりなる接合レンズを有し、全
    系の焦点距離をf、前記前群の焦点距離をf12とし、前
    記前群と後群との主点間隔をDとするとき、以下の条件
    を満足することを特徴とする投影レンズ。 0.5< |f12/f| <0.6 1.9< |D/f12| <2.2
  2. 【請求項2】前記第1レンズ群の焦点距離をf1 、前記
    第2レンズ群の焦点距離をf2 、前記第1レンズ群中の
    最も液晶表示体側のレンズ面から絞りまでの軸上距離を
    d1S、第2レンズ群中の最も液晶表示体側のレンズ面か
    ら絞りまでの軸上距離をd2Sとするとき、以下の条件を
    満足することを特徴とする請求項1記載の投影レンズ。 2<(f2・d1S)/(f1・d2S)<6
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