JPH04174810A - レトロフォーカス型レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレトロフォーカス型レンズに関し、例えば具な
る色情報を有する複数の画像を合成ミラーで合成した後
、スクリーン面上に拡大投影するようにしたカラー液晶
プロジェクションテレビ用の投影レンズに好適なレトロ
フォーカス型レンズに関するものである。

（従来の技術） 従来より複数のカラー液晶（液晶ライトバルブ）に表示
されている画像を光学的に重ね合わせて投影レンズによ
りスクリーン面上に投影するようにしたカラー液晶プロ
ジェクションが種々と提案されている。

第７図は一般的なカラー液晶に形成された画像をスクリ
ーン面（不図示）に投影するカラー液晶プロジェクショ
ンテレビの要部概略図である。

図中１は白色光源でコリメートされた光束を射出してい
る。２ａ、２ｂ、２ｃは各々赤用、縁周、青用の液晶表
示素子であり、被投影画像か表示されている。３ａ、３
ｂは各々反射ミラー、４は赤反射ダイクロイックミラー
で赤用の液晶表示素子２ａを照明している。５は緑反射
ダイクロイックミラーで縁周の液晶表示素子２ｂを照明
している。

青用の液晶表示素子２ｃは赤反射タイクロイックミラー
４と緑反射ダイクロイックミラー５を通過した青色光で
照明される。６は青透過ダイクロイックミラーである。

７は投影レンズである。

同図においては白色光１ｉ！１からの白色光をダイクロ
イックミラー（４，５）で赤、絃、青の色光に色分解し
、これら赤、縁、青の各色光により各々赤、縁、青用の
液晶表示素子（２ａ、２ｂ。

２ｃ）を照明し、これらの各色光に基づく液晶表示素子
（２ａ、２ｂ、２ｃ）の像を投影レンズ７によりスクリ
ーン面（不図示）上に重ねて投影し、カラー画像を得て
いる。

このような構成にあける投影レンズには最終レンズ面か
ら液晶表示素子までの間（バックフォーカス間）に反射
ミラー伯ダイクロイックミラー等の各種の光学部材を配
置する必要から長いバックフォーカスを有するレトロフ
ォーカス型レンズが多く用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般にレトロフォーカス型レンズは物体側（距離の長い
共役点側）に負の屈折力のレンズ群を配置し、像面側（
距離の短い共役点側）に正の屈折力のレンズ群を配置し
たレンズ構成より成っている。この為比較的長いバック
フォーカスか容易に得られるという特長がある。

しかしながらレンズ構成が非対称な為に歪曲収差や非点
収差等の非対称性収差が多く発生してくる傾向かある。

レトロフォーカス型レンズをカラー液晶プロジェクショ
ンテレビに用いる場合には第７図に示すように像面側に
色分解用のダイクロイックミラーを配置している為、色
ムラをなくし、画面全体の色再現を良好に行なう為には
ダイクロイックミラーへの光束の入射角か画面全体にわ
たり略等しくする必要がある。即ちレンズ系を像面側か
ら射出する主光線か光軸と略平行となる所謂射出テレセ
ントリック系に近い状態にする必要がある。

しかしながら射出テレセントリック系にすると軸外光束
か像面側の正の屈折力のレンズ群に光軸上高い位置に入
射するようになってくる。この為樽型（負）の歪曲収差
及びフレアーが多く発生し、良好なる投影像を得るのか
大変能しいという問題点か生してくる。

そこで本出願人は先に特願平１−２８６０５８号におい
てレンズ構成を適切に設定することにより、前述した歪
曲収差やフレアー等の諸収差を良好に補正したカラー液
晶プロジェクションテレビ用の投影レンズに好適な射出
テレセントリック系に近いレンズ構成を有したレトロフ
ォーカス型レンズを提案した。

本発明は先に本出願人が提案したレトロフォーカス型レ
ンズを更に改良し、レンズ枚数を少なくしつつ、所定の
バックフォーカスが容易に得られ、しかも歪曲収差やフ
レアー等の諸収差を良好に補正したカラー液晶プロジェ
クションテレビ用の投影レンズに好適なレトロフォーカ
ス型レンズの提供を目的とする。

（問題点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、複数のレンズを
有し、全系の焦点距離をｆＴ、距離の長い方の第１共役
点側の第１レンズ面から最終レンズ面までの光軸上の長
さをＤＴとしたときハックフォーカスＳにか ＳＫ＞０．７ｆＴ を満足し、かつ該第１レンズ面から光軸上距離ＤＴ／３
に至る範囲内に少なくとも片側のレンズ面に非球面を施
した非球面レンズを少なくとも２枚配置したことを特徴
としている。

（実施例） 第１〜第３図は本発明の数値実施例１〜３のレンズ断面
図であり、プロジェクションに通用した場合を例にとり
、その一部も併せて示している。

図中、ＬＦＬは本発明のレトロフォーカス型レンズであ
る。Ｓはスクリーンであり、距離の長い第１共役点側（
以下「物体側Ｊと称する。）に配置されている。Ｆは被
投影面であり、距離の短い第２共役点側（以下「像面側
」と称する。）に配置されている。この像面側には例え
ば第７図に示すようなカラー液晶プロジェクションの場
合には被投影画像である液晶表示素子、光源、フィルタ
ー等の各要素が配置されている。

本発明のレトロフォーカス型レンズは複数のレンズの屈
折力、レンズ形状等を適切に設定することにより物体側
の第１レンズ面から最終レンズ面に至る光軸上の長さを
ＤＴ、レンズ系全体の焦点距離をｆＴとしたとき、バッ
クフォーカス（最終レンズ面から第２共役点までの距離
）ＳＫがＳＫ＞０．７ｆＴとなるようにしている。

そして物体側の第１レンズ面から光軸上距離ＤＴ／３に
至る範囲内に少なくとも片側のレンズ面に非球面を施し
た非球面レンズを少なくとも２枚配置し、これにより歪
曲収差やフレアー等の諸収差を良好に補正し、高い光学
性能の投影像を得ている。

特に少なくとも２枚の非球面レンズのうち物体側に配置
した第１非球面レンズにより主に歪曲収差やフレアー等
の軸外収差を補正している。又第１非球面レンズよりも
像面側に配置した第２非球面レンズにより主に歪曲収差
を補正する為に設定した第１非球面レンズや他のレンズ
面から発生した非点収差やコマ収差等を歪曲収差と共に
バランス良く補正している。

本発明の目的とするレトロフォーカス型レンズは以上の
ような諸条件を満足させることにより達成されるが、更
に所定の長さのバックフォーカスを確保しつつ、製作上
容易でかつ良好なる光学性能を有した投影像を得るには
次の如く各要素を設定するのが良い。

（イ）前記少なくとも２枚の非球面レンズのうち焦点距
離の絶対値が小さい方の非球面レンズの焦点距離をｆＡ
Ｌとしたとき ｌ　ｆＡｌ　ｌ　＞３　ｆＴ　　　　・・・・・・・・
・・（１）なる条件を満足することである。

条件式（１）は非球面レンズを例えばプラスチック材等
で成形により製作したとき、温度変化等の環境変化によ
り材質の屈折率が変化しピント移動や光学性能が低下す
るのを防止する為のものである。

即ち、条件式（］）を満足するような屈折力（パワー）
の比較的小さいレンズに非球面を施すことにより、所定
の光学性能を維持しつつ、環境変化による光学性能の低
下を効果的に防止している。

（ロ）前記距離の長い方の第１共役点側の第１非球面レ
ンズは有効周辺部の非球面と近軸曲率半径との光軸方向
の差をΔ１とし、該Δ１は近軸曲率半径に対する非球面
の屈折力が正の方向に変化する形状のときを正としたと
き Δ１〉０　　　　　　　・・・・・・・・・・（２）な
る条件を満足することである。

投影レンズをレトロフォーカス型より構成したとき歪曲
収差は通常、負の方向に多く発生する。

そこて本発明ではこの歪曲収差を第１非球面レンズの非
球面量を条件式（２）の如く設定することにより、正の
方向に戻し、これにより画面全体の歪曲収差を良好に補
正している。

（ハ）前述の条件式（２）の基で、前記第１非球面レン
ズより距離の短い第２共役点側に配置された第２非球面
レンズは有効周辺部の非球面と近軸曲率半径との光軸方
向の差をΔ２とし、該Δ２は近軸曲率半径に対する非球
面の屈折力か正の方向に変化する形状のときを正とした
とき Δ２　〈０　　　　　　・・・・・・・・・・（３）１
Δ２１〈Δ１　　　　　・・・・・・・・・・（４）な
る条件を満足することである。

前述した第１非球面レンズにより条件式（２）を満足さ
せて歪曲収差を補正すると、該第１非球面レンズより補
正不足の非点収差と補正過剰のコマ収差か多く発生して
くる傾向かある。そこて本発明ては第２非球面レンズを
設け、条件式（３）　、　（４）を満足させるように非
球面量を設定することにより、主にこのときの第１非球
面レンズから発生する非点収差とコマ収差等を歪曲収差
と共にバランス良く補正している。

（ニ）前記少なくとも２枚の非球面レンズのうち一方の
第１非球面レンズの第１非球面から他方の第２非球面レ
ンズの第２非球面までの光軸上の距離をｄＡＬとしたと
き ０．０５ＤＴ＜ｄＡＬ＜０．３３ＤＴ ・・・・・・・・・・（５） なる条件を満足することである。

条件式（５）は本発明において非球面を全体として少な
くとも２つ所定の範囲内に設けるとき、該２つの非球面
の光軸上の間隔（距離）を適切に設定することにより、
非球面の光学的作用を効果的に発揮させる為のものであ
る。

即ち、２つの非球面の光軸上の間隔が条件式（５）の下
限値を越えて接近しすぎると、非球面を２つ用いた光学
的効果が少なくなり、又逆に条件式（５）の上限値を越
えて離れすぎると歪曲収差、非点収差そしてコマ収差等
の諸収差をバランス良く補正するのが難しくなってくる
。

（ホ）本発明のレトロフォーカス型レンズのレンズ構成
としては、前記距離の長い方の第１共役点側より順に少
なくとも片側のレンズ面が非球面の第１レンズ、距離の
短い方の第２共役点側に強い屈折力の凹面を向けた負の
第２レンズ、少なくとも片側のレンズ面が非球面の第３
レンズ、正の第４レンズ、負の第５レンズそして１枚の
正の第６レンズ又は２枚の正の第６．第７レンズより構
成することである。

これにより所定の長さのバックフォーカスを容易に得て
、かつ画面全体にわたり良好゛なる投影像を得ている。

尚、第１レンズに非球面を設ける代わりに負の第２レン
ズに非球面を設けても本発明の目的を同様に達成するこ
とができる。後述する数値実施例１．２では第１レンズ
の物体側と第３レンズの物体側のレンズ面に各々非球面
を設けている。

又数値実施例３では第２レンズの物体側と第３レンズの
物体側のレンズ面に各々非球面を設けている。

（へ）軸外光束の中心を主光線としたとき、像面側のレ
ンズ面から射出する最大軸外光束の主光線の光軸とのな
す角度θがθく２０度となるように各要素を設定してい
る。即ち最大軸外光束の主光線の像面側のレンズ面から
射出する光軸からの高さをｈ、像面上での最大像高をＤ
、バックフォーカスをＳＫとしたとき （Ｄ−ｈ）／Ｓに＜０．３６４　　　・・・・・・（６
）なる条件式を満足するようにしている。これにより所
定のテレセントリック系を得ている。

次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲ
ｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄ
ｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉ
とνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラス
の屈折率とアラへ数である。

非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、
光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｂ、Ｃ，Ｄを
各々非球面係数としたときなる式で表わしている。

又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関
係を表−１に示す。

数値実施例Ｉ Ｆ−９０，ＯＦＮｏ翼１．４ Ｒｌ＝　　ｃｏ　　　　Ｄ　１−５．００　　Ｎ　Ｉ−
１，４９３７５ｖ　　ｌ−５７，４Ｒ？　　ｏｏ　　　
　Ｄ　２−１．００Ｒ３”　２８６．７１　０３−４．
００　　Ｎ　２−１．５０５４８　ｖ　２−６０．７８
４ご　４２．４８　　Ｄ　４−３０．８７Ｒ５−ｏｏ　
　　　Ｄ　５−５．０ＯＮ　３１．４９３７５　ｖ　３
−５７．４Ｒ５−００Ｄ　６−４６．８９ Ｒ７−２３９，２６０７・６．００　　Ｎ　４１．６７
７６６　ｖ　４−３２．１８８ｇ−６７，３８０８−４
９，５９ Ｒ９＝−１７６，９８０９−５，００Ｎ　５−１．８１
２６５　ｖ　５−２５．４ＲＩＯ−１０９，４０ＤＩＯ
−１６，００Ｎ　６−１．５１８２５　ｖ　６−６４．
ｌＲ１１−−９１，７３０ｉ１−０．５０ＲＩ２−１４
２３．７４　　ＤＩ２−１０．００　　Ｎ　７−１．５
７３９２ν　７・５３．ＯＲ＋３冨−１０１，３９ 非球面係数 Ｒ１面　　Ｂ−１，２９４ｘ　１Ｏ−６Ｃ−２，９０４
ｘ　Ｉｎ伺０Ｄ−５，１３３ｘ　１０−” Ｒ５面　　Ｂ−１，８３６ｘｌＯ−’　　Ｃ−３，６０
８ｘｌＯ−”数値実施例２ Ｆ−９０，ＯＦＮｏ＝１＋４ Ｒｘ＝　４００．００　　ｏ　１−５．００　　Ｎ　＋
＋、４９ｏ５ν　ｌ−５７，４Ｒ２−４００，０００２
−１０，０１ Ｒ３−−３７８，２４０３＝　４．００　　Ｎ　２＝１
．５１８２５　ｖ　２−６４．ＩＲ４−４５，７１Ｄ　
４−２４．９３ Ｒ５−３００，０００５−５，００Ｎ　３冨１．４９３
７５シ３−５７．４Ｒ６−５００，００Ｄ　ｆｉ−６４
，１７Ｒ７−１０８８，７７０７−１ｉ、００　　Ｎ　
４−１．５９８８７シ４〜３５．３Ｒ８−−８１，４２
Ｄ　８−４３．５９Ｒ９−８９１，４２０９−５，００
Ｎ　　５−１．７６８５９　　ν　５〜２６．５ＲＩＯ
−６４，８７ＤＩＧ−１８，００８６−１，６０５４８
ジロー６０．７ＲＩＩ−１０５，７５ 非球面係数 Ｒ１面　　Ｂ−９，３５２ｘ　１０−’　　Ｃ−７，３
］２ｘ　１０−”Ｄ−２，９３７ｘ　１０”’ Ｒ５面　　Ｂ−１，４６１ｘ　１０−’　　Ｃ−２，９
６６Ｘ　１０−”数値実施例３ Ｆ・９０．ＯＦＮｏ譚ｌ：４ Ｒ１−１１８，５２Ｄ　Ｉ−４，，００Ｎ　＋−１，６
９！１７９ν　１−５５．５８２−　３７．６６　　Ｄ
　２・９．８４Ｒ３寥５００．００　　Ｄ　３−５．０
０　　Ｎ　２−１．４９：１７５　ｖ　２−５７．４Ｒ
４−５００，０００４−１２，３４ ８５麟　ω　　　Ｄ　５−’　５．００　　Ｎ　３〜１
．４９３７５シ３−５７．４８６−１０００．００　　
Ｄ　６−４７．３７Ｒ７＝−１５９，７７０７−８，０
０８４−１，６７７６６ｖ　４−３２．ＩＲ８−−６４
，５８Ｄ　８−５９．９７Ｒ９−２２９，１５０９−５
，００Ｎ　５・１．８＋２６５シ５−２５．４ＲＩＯ−
１２９，１３ＤＩＯ−１６，００Ｎ　６・１．５］８２
５ν５−６４．ＩＲＩＢ−−８４，８８ＤＩ＋・０．５
０Ｒ１２−３８５７，２７Ｄ］２−１０．００　　　　
Ｎ　　７嘗１．５］８２５　　ν　　７〜６４．ＩＲＩ
３−１２０゜４６ 非球面係数 Ｒ３面　　Ｂ−３，１０６Ｘ　１０−’　　Ｃ−１，！
９１Ｘ　１０−”Ｄ−７，３６４ｘ　１Ｏ−１３ Ｒ５面　　Ｂ−２，７６］Ｘ　１０−’　　（ニー　２
．２３０ｘ　ＩＱ−１０表−１ （発明の効果） 本発明によれば前述の如くレンズ構成を設定することに
より、比較的少ないレンズ枚数で歪曲収差やフレアー等
の諸収差を効果的に補正し、高い光学性能を有したハッ
クフォーカスの長いカラー液晶プロジェクションテレビ
用の投影レンズに好適なレトロフォーカス型レンズを達
成することかできる。

又、本発明によれば非球面を設ける非球面レンズの屈折
力を前述の如く設定することにより、アクリル等のプラ
スチックモールドレンズより構成したときの温度変化等
によるピント移動を効果的に防止すると共にレンズ系全
体の軽量化を図ることができる等の特長を有したレトロ
フォーカス型レンズを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜Ｎ３図は各々本発明の数値実施例１〜３のレン
ズ断面図、第４図〜第６図は各々本発明の数値実施例１
〜３の投影倍率−３／１００倍における像面側の諸収差
図である。第７図は従来のカラー液晶プロジェクタ−の
構成図である。 図中、ＬＦＬはレトロフォーカス型レンズ、Ｓはスクリ
ーン、Ｆは被投影画像、１は光源、２ａ、２ｂ、２ｃは
液晶表示素子、３ａ、３ｂはミラー、４は赤反射ダイク
ロイックミラー、５は縁反射タイクロイックミラー、６
は青透過タイクロイックミラー、７は投影レンズ、ΔＳ
はサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面、Ｙは像高
である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数のレンズを有し、全系の焦点距離をｆＴ、距
   離の長い方の第１共役点側の第１レンズ面から最終レン
   ズ面までの光軸上の長さをＤＴとしたときバックフォー
   カスＳＫがＳＫ＞０．７ｆＴ を満足し、かつ該第１レンズ面から光軸上距離ＤＴ／３
   に至る範囲内に少なくとも片側のレンズ面に非球面を施
   した非球面レンズを少なくとも２枚配置したことを特徴
   とするレトロフォーカス型レンズ。 （２）前記少なくとも２枚の非球面レンズのうち焦点距
   離の絶対値が小さい方の非球面レンズの焦点距離をｆＡ
   Ｌとしたとき ｜ｆＡＬ｜＞３ｆＴ なる条件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。 （３）前記距離の長い方の第１共役点側の第１非球面レ
   ンズは有効周辺部の非球面と近軸曲率半径との光軸方向
   の差をΔ１とし、該Δ１は近軸曲率半径に対する非球面
   の屈折力が正の方向に変化する形状のときを正としたと
   き Δ１＞０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２記
   載のレトロフォーカス型レンズ。（４）前記第１非球面
   レンズより距離の短い第２共役点側に配置された第２非
   球面レンズは有効周辺部の非球面と近軸曲率半径との光
   軸方向の差をΔ２とし、該Δ２は近軸曲率半径に対する
   非球面の屈折力が正の方向に変化する形状のときを正と
   したとき Δ２＜０ ｜Δ２｜＜Δ１ なる条件を満足することを特徴とする請求項３記載のレ
   トロフォーカス型レンズ。 （５）前記少なくとも２枚の非球面レンズのうち一方の
   第１非球面レンズの第１非球面から他方の第２非球面レ
   ンズの第２非球面までの光軸上の距離をｄＡＬとしたと
   き ０．０５ＤＴ＜ｄＡＬ＜０．３３ＤＴ なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２記
   載のレトロフォーカス型レンズ。（６）前記レトロフォ
   ーカス型レンズは前記距離の長い方の第１共役点側より
   順に少なくとも片側のレンズ面が非球面の非球面レンズ
   、距離の短い方の第２共役点側に強い屈折力の凹面を向
   けた負レンズ、少なくとも片側のレンズ面が非球面の非
   球面レンズ、正レンズ、負レンズそして１枚又は２枚の
   正レンズより成ってい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。