JP2005309251A - 投影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】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、倍率色収差の補正をする投影レンズを提供する。
【解決手段】かかる課題を解決するために、本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロ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レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とを配してなり、第２レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも１面が回折光学面であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影レンズに関し、特に、マイクロデバイスを画像表示素子として採用した背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに好適なものである。

近年、プロジェクション映像表示装置が広く普及している。このプロジェクション映像表示装置の１つとして、画像表示デバイスの画像を、透過型スクリーンに対して背面側から投射して画像を表示する背面投射型映像表示装置がある。この背面投射型映像表示装置は、例えばリアプロジェクションＴＶ等として知られている。

この背面投射型映像表示装置は、白色光源から出た光を、３原色の色成分（赤、青、緑）に色分解し、色分解した各色成分光を反射型の画像表示デバイスに照らし、反射型画像表示デバイスに反射された各色成分の映像光を投影レンズによって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ものである。

このようなリアプロジェクションＴＶは、近年、プロジェクションＴＶ本体の薄型化とともに表示の大画面化の要請があり、これに伴い、投影レンズは、短い投射距離で大画面を投影するために、短焦点化・広画角化が求められている。

このような要請に応えるためには、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、反射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射するには、反射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反射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ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子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、このこと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。

さらに、反射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きている。

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がある。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する技術が開示されている。
特開２００３−１５６６８３号公報

しかしながら、近年の画像表示マイクロデバイスの画素の高密度（高精細）化に伴い、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を使用波長域で小さく補正したい要求が市場において強い。

特許文献１に示す従来の投影レンズでは、図１０に示す通り、倍率の色収差が青色光（４５０ｎｍ）で１９μｍ、青色−赤色光（４５０−６２０ｎｍ）で５μｍとなっている。この青色の倍率色収差は焦点距離ｆ＝１７．２７３ｍｍの０．１１％に相当する。

倍率色収差を補正するには異常分散ガラス（例えばアッベ数νｄが８１．６や９０．３等）を使うと効果的に補正可能であるが、このような異常分散ガラスは非常に高価であり、またレンズ製造も難しいため投影レンズのコスト高を招いてしまうという問題がある。

また、例えば、開口絞りを挟んで拡大側にある負の屈折力を有する第１群（前群）と縮小側にある正の屈折力を有する第２群（後群）からなるレトロフォーカスタイプの広角投影レンズの場合、開口絞りの前後でレンズの屈折力配置が非対称となるため、歪曲収差・非点収差などの軸外収差の発生が大きいが、これらの収差は非球面を用いることで収差補正可能であるが、非球面は色収差の補正はできないという問題がある。

そこで、本発明は、上述した背景に鑑み、大量生産可能な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、より倍率色収差が小さい高精細な画像を投射可能とする広角投影レンズを提供するものである。

かかる課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロ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レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とを配してなり、第２レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも１面が回折光学面であることを特徴とする。

上述のように、投影レンズを構成することで、量産性の高い一般的な光学材料のみで倍率色収差の少ない投影レンズが実現できる。

請求項２に記載の本発明の投影レンズは、第１レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第１レンズ及び第２レンズを配して構成され、第２レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第３レンズから第７レンズまでを配して構成され、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、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、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、第４レンズは、縮小側に凸面を向けた両面非球面からなり、かつ、少なくとも１面が回折光学面を設けた正メニスカスレンズであり、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、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、第７レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第１レンズ群と第２レンズ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、投影レンズを構成することで、倍率色収差の少ない、広画角で高い結像性能、高精細なＴＶ画像を実現できる。

請求項３に記載の本発明の投影レンズは、第１レンズ、第２レンズ及び第４レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν１、ν２、ν４が、ν１、ν２及びν４＞５４を満足し、かつ、第６レンズ及び第７レンズのアッベ数ν６及びν７が、ν６及びν７＜７３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、異常分散ガラスを用いずとも第４レンズの一面が回折光学面（ＤＯＥ）であることにより、一般的な光学材料のみで倍率色収差を小さくできる。

請求項４に記載の本発明の投影レンズは、第１レンズと第２レンズの負の屈折力と、第４レンズの正の屈折力とのバランスにより、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ことを特徴とする。

この構成により、温度変化すると、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ほぼ同じ値で逆方向に生じるため、お互いに打ち消しあって抑圧する。

請求項５に記載の本発明の投影レンズは、第１レンズ群の焦点距離をｆ_Ｉとし、第２レンズ群の第４レンズの焦点距離をｆ４としたとき、３＜ｆ４／｜ｆ_Ｉ｜＜１３の条件を満足することを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の投影レンズは、全系の焦点距離をｆとし、全系のバックフォーカスをＢ_ＦＬとし、第１レンズ群の焦点距離ｆ_Ｉ、第２レンズ群の焦点距離をｆ_ＩＩとしたとき、２＜Ｂ_ＦＬ／ｆ、及び、１．０＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．５の条件を満足することを特徴とする。

上記のような条件を満たすことで、第１レンズ群と第２レンズ群と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、更には良好な光学特性を実現することができる。

請求項７に記載の本発明の投影レンズは、第１レンズ群と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リアプロジェクションＴＶ等の奥行きを薄くすることができる。

本発明の投影レンズによれば、次のような効果を奏することができる。

（１）第１レンズ群及び第２レンズ群に合成樹脂製の非球面レンズを多用し、また第２レンズ群の１面に回折光学素子（ＤＯＥ）を用いることにより、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、倍率色収差がより小さい高精細な画像をスクリーンに投射することが可能となる。

（２）一般的な光学材料のみで倍率色収差の良好な収差補正ができ、高精細な画像を低コストで大量生産可能であると共に軽量化が実現できる。

（３）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。

（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。

以下では、本発明の投影レンズを実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに適用した場合について説明する。

また、本実施形態は、画像表示デバイスとして反射型画像表示マイクロデバイスを使用し、また光学系として単板式リアプロジェクションＴＶ光学系を使用した場合において、投影レンズが反射型画像表示マイクロデバイスのカラー画像をスクリーンに拡大投影する場合について説明する。

以下では、まず、投影レンズを備えた背面投射型映像表示装置の全体構成について説明し、その後投影レンズ及び実施例について説明する。

（Ａ）全体構成
図１１は、背面投射型映像表示装置の構成例を概略的に説明するための断面図である。

図１１において、背面投射型映像表示装置１０は、キャビネットａ内に、光学エンジンｂ、投影レンズｅ、折り曲げミラーｆ、キャビネットａの前面に透過型スクリーンｃを備える。

光学エンジンｂからの光は、投影レンズｅの中に組み込まれた第１の折り曲げミラーｄにより反射され、その反射された光は、投影レンズｅを介してキャビネットａ側の第２の折り曲げミラーｆに反射され、透過型スクリーンｃに投影される。これにより、ＴＶセットの薄型化と大画面化を実現している。

次に、単板式リアプロジェクションＴＶ光学系の構成例について図１２を参照して説明する。

図１２において、単板式リアプロジェクションＴＶ光学系は、白色光源であるアークアンプ（超高圧水銀灯）１、リフレクター２、カラーホイール３、ライトトンネル４、リレーレンズ５、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子６、カバーガラス７、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム８、投射レンズ９を備える。

アークランプ１は、楕円面形状をしたリフレクター２の第１焦点に配置されるものである。アークランプ１が放射した光は、リフレクター２により反射・集光され、カラーホイール３を通過して３原色に時分割されてリフレクター２の第２の焦点に集光される。

カラーホイール３は、３原色の青、緑、赤のカラーフィルターが円板状に配置され、高速回転（例えば毎秒６０回転程度の回転数）し光を通過させることで時分割に色分解するものである。

集光された光は、その集光面に配置された例えば１６：９のアスペクト比を有するライトトンネル４により導かれることで、均一な矩形形状の照明光を形成されると共に、リレーレンズ５によって、ＤＭＤ素子６に効率よく時分割された各色成分の照明光として照射される。

ＤＭＤ素子６は、画像表示素子であり、反射角度が高速制御される微小ミラー（例えば１４μｍ角）を２次元的に備え、この微小ミラーの角度を調整することで入射光を反射させるものである。つまり、ＤＭＤ素子６がＯＮ反射する場合、微小ミラーの角度を調整し、入射光を投影レンズ９に向けて反射させ、ＤＭＤ素子６がＯＦＦ反射する場合、微小ミラーの角度を調整して、入射光を投影レンズ９に向けて反射させず、例えば光吸収部材などに吸収される。このようにＯＮ反射の場合に、投影レンズ９に光を反射させるものである。

リレーレンズ５によって照明光がＤＭＤ素子６に照射されると、ＤＭＤ素子６によってＯＮ状態の光のみが、投影レンズ９によってスクリーン（図示しない）に拡大投影される。

以上のようにして、ＤＭＤ素子６が反射した光が投影レンズ９を介してスクリーンに拡大投影される。

（Ｂ）投影レンズ
次に、本実施形態の投影レンズのレンズ構成について図面を参照して説明する。図１は、ＤＭＤ素子６が反射した画像光をスクリーン（図示しない）に拡大投影する投影レンズのレンズ構成図である。

なお、図１の左側にスクリーン（図示しない）を配備するものとし、以下では、スクリーン側を「拡大側」と称し、ＤＭＤ素子６側（図１の右側）を「縮小側」と称して説明する。

図１において、本実施形態の投影レンズは、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（第１レンズ群ともいう）と、第２群ＩＩ（第２レンズ群ともいう）を配してなる。また、第２群の縮小側には、ＴＩＲプリズム８、カバーガラス７、ＤＭＤ素子６が配設してなる。

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することができ、広角化にも適している。

図１において、投影レンズは、第２群を構成するレンズ面の少なくとも１面が回折光学面である。

ここで、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）は、回折現象を利用して色収差補正能力を有する光学素子であり、例えば、撮像用レンズやＣＤ、ＤＶＤ用ピックアップ等に使用されるレンズの色収差を回折光学素子と屈折型レンズとの組み合わせで補正する技術などとして知られている。

しかしながら、回折光学素子（ＤＯＥ）を画像表示マイクロデバイスのプロジェクションＴＶ用に応用して高精細で画角が９０°に及ぶ広角な投影レンズは未だ知られていない。

また、回折光学素子（ＤＯＥ）の光学特性は、従来の屈折レンズと異なり、アッベ数ν＝−３．４５、部分分散比θｇF＝０．２９６という逆分散性と異常分散性の特徴を有している。

また、投影レンズは、第１群Ｉと第２群ＩＩとの間に絞りＳを配し、また、第１群Ｉと絞りＳとの間に折り曲げミラーＭを配してなる。

図１に示すように、第１群Ｉは、拡大側から縮小側に向かって順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２とを配して構成される。

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は共に、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。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、合成樹脂で成形されるものである。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。

また図１において、第２群ＩＩは、拡大側から縮小側に向かって順に、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る。

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。

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。また、第４レンズＬ４の少なくとも片面は回折光学面（ＤＯＥ）であり、本実施形態では、第４レンズＬ４の拡大側の面を回折光学面とする。さらに、第４レンズＬ４は、合成樹脂で成形される。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。

回折光学面（ＤＯＥ）はブレーズド化（鋸状）されたものが望ましく、例えばダイヤモンドバイトによる超精密な切削加工により製作された金型でプラスチック材料等を射出成型する方法がある。また例えば、ガラスレンズ上に形成された樹脂層に対して回折光学面の成形を行なう方法等も挙げられる。

このように、第４レンズＬ４の少なくとも片面を回折光学面とすることで、入射光の波長に応じた色消しをすることができる。

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。

第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７は共に、縮小側に強い凸面を向けた正レンズである。

第１群Ｉは、構成されるレンズ面（本実施形態では４面）は全て非球面である。このように、第１群Ｉを全面非球面とすることにより、歪曲収差の良好となる補正を行なうようにし、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のレンズＬ４と、第１群Ｉの２枚のレンズＬ１及び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。

また、（ａ）第１群Ｉの２枚の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第２群ＩＩの第４レンズＬ４のそれぞれと、（ｂ）第２群ＩＩの第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７のそれぞれとは、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。

条件（１）ν１、ν２及びν４＞５４
条件（２）ν６及びν７＜７３
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Ｎ_Ｆ、Ｎ_ｄ、Ｎ_ｃとしたとき、ν＝（Ｎ_ｄ−１）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_ｃ）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、屈折力の強いレンズ」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距離が大きく、このため、レンズ系が大きくなりやすい。

第１レンズＬ１、第２レンズＬ２が、上記条件（１）を満足する合成樹脂製レンズにすることにより、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軽量化でき、更に製造コストの削減にも繋がる。

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。

本実施形態では、合成樹脂製レンズエレメントとして第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ｆ４としたとき、次の条件を満足するように設定する。

条件（３）３＜ｆ４／｜ｆ_Ｉ｜＜１３
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。

条件（４）２．０＜Ｂ_ＦＬ／ｆ
条件（５）１．０＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．５
本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倍以上のバックフォーカスＢ_ＦＬによりＴＩＲ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と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、光路変換を行なわない構成の投影レンズ装置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、図１に示す投影レンズのレンズ構成について説明する。なお、図１において、拡大側から第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。また、屈折率とアッベ数はｄ線の値である。

また、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、投影距離をＬで表す。

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，…，Ａ１０をそれぞれ３次、４次、…、１０次の非球面係数とするとき、座標ｈ＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２における面形状が次式で表されるものとする。

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 …（１）
また、本発明の投影レンズに適用される回折光学素子は回転対称性を有し、基準波長は５４６ｎｍのｅ線である。非球面位相量（φ）を決定する式は（２）式である。

φ（ｈ）＝Ｃ１・ｈ^２＋Ｃ２・ｈ^４＋Ｃ３・ｈ^６＋… …（２）
ここで、φ（ｈ）は光軸からの高さｈでの位相量を表わし、Ｃ１〜Ｃ３は非球面効果を有する位相項の係数を意味する。

次に、具体的な数値を用いた本実施形態の投影レンズの実施例１について図面を参照して説明する。

図２は、実施例１のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図４は、実施例１における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図１３は、回折光学面（ＤＯＥ）の位相量を示す図である。

なお、図２に示すレンズ構成は図１に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。

実施例１では、図４に示すように、全系の焦点距離ｆ（ｅ線の値）＝１０．８３ｍｍとし、明るさＦ／ｎｏ＝２．４とし、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝３７．５８９ｍｍ、画角２ω＝９０°、横倍率Ｍ＝−１／５３．２１×、投影距離Ｌ＝５４２．０ｍｍとした場合である。

図６は、実施例１の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図７は、実施例１の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。

図６に示すように、実施例１の投影レンズによれば、倍率色収差は、４５０ｎｍ〜５４６ｎｍの光（青色−緑色光）で５μｍ程度であり、４５０ｎｍ〜６２０ｎｍの光（青色−赤色光）で−５μｍ程度となり、これらの値は焦点距離ｆ＝１０．８３ｍｍの０．０５％であり、図１０の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、半分以下に改善できる。

また、図７に示すように、実施例１の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。

次に、本実施形態の投影レンズの実施例２について図面を参照して説明する。

図３は、実施例２のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図５は、実施例２における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図１４は、回折光学面（ＤＯＥ）の位相量を示す図である。

なお、図３に示すレンズ構成は図１に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。

実施例２では、図５に示すように、全系の焦点距離ｆ（ｅ線の値）＝９．９６ｍｍとし、明るさＦ／ｎｏ＝２．４とし、バックフォーカスＢ_ＦＬ＝２５．２８４ｍｍ、画角２ω＝９０°、横倍率Ｍ＝−１／６８．６７×、投影距離Ｌ＝６４９．０ｍｍとした場合である。

図８は、実施例２の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図９は、実施例２の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。

図８に示すように、実施例２の投影レンズによれば、倍率色収差は、４５０ｎｍ〜５４６ｎｍの光（青色−緑色光）で２μｍ程度であり、４５０ｎｍ〜６２０ｎｍの光（青色−赤色光）で−３μｍ程度となり、これらの値は焦点距離ｆ＝９．９６ｍｍの０．０３％であり、図１０の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、１／３以下に改善できる。

また、図９に示すように、実施例２の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。

（Ｃ）他の実施形態
（Ｃ−１）上述した実施形態では、画像表示デマイクロバイスとして、ＤＭＤ素子を例に挙げた場合について説明したが、これに限らず、透過型の高温ポリシリコンＴＦＴによる液晶表示デバイスや反射型液晶のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子を用いた場合でも、上述した実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

（Ｃ−２）上述した実施形態では、光学系として、単板式の光学系を適用した場合について説明したが、これに限らず、３板式の光学系を適用するようにしてもよい。

（Ｃ−３）上述した実施形態では、第２群ＩＩの第４レンズＬ４の片面に回折光学面を備える場合について説明したが、回折光学面の配置は、倍率色収差の補正機能が発揮可能であれば、特に限定されず、第２群ＩＩを構成する１又は複数のレンズ面に適用可能である。

また、回折光学面は、第１群Ｉを構成する１又は複数のレンズ面に適用してもよい。このとき、第１群Ｉの構成レンズ面は、拡大側に配置されるので、レンズ面積が第２群ＩＩの構成レンズよりもおおきくなるため、レンズ面の形成に負担が生じ得る。

（Ｃ−４）上述した実施形態において、第１レンズ群の第２レンズの面変更、または第１レンズ群及び第２レンズ群の間隔変更をすることによっても倍率変更を行なうようにしてもよい。これにより、投影レンズのレンズエレメントの最小変化によって、倍率変化を可能とすることができる。

本実施形態の投影レンズのレンズ構成を説明するための説明図である。 実施例１のレンズ構成及び光線追跡を示す図である。 実施例２のレンズ構成及び光線追跡を示す図である。 実施例１の投影レンズの具体的数値を示す説明図である。 実施例２の投影レンズの具体的数値を示す説明図である。 実施例１の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。 実施例１の投影レンズの球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。 実施例２の投影レンズの球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 従来の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。 本実施形態の投影レンズを備えた背面投射型映像表示装置の構成例を示す断面図である。 本実施形態のＤＭＤ素子を用いた光学系の構成例を示す図である。 実施例１の投影レンズに用いた回折光学面の位相量を示す図である。 実施例２の投影レンズに用いた回折光学面の位相量を示す図である。

符号の説明

Ｉ…第１群（第１レンズ群）、
Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、
ＩＩ…第２群（第２レンズ群）、
Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、Ｌ５…第５レンズ、
Ｌ６…第６レンズ、Ｌ７…第７レンズ、Ｒ１０…回折光学面（ＤＯＥ）、
Ｌ３１、Ｌ３２…第３レンズの構成レンズ、
Ｌ５１、Ｌ５２…第５レンズの構成レンズ、
Ｍ…折り曲げミラー、Ｓ…絞り、６…ＤＭＤ素子、７…カバーガラス、
８…ＴＩＲプリズム。

Claims (7)

1. 矩形の画像表示マイクロ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レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とを配してなり、
   上記第２レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも１面が回折光学面であることを特徴とする投影レンズ。
2. 請求項１に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第１レンズ及び第２レンズを配して構成され、
   上記第２レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、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り、かつ、少なくとも１面が回折光学面を設けた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、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
   第１レンズ群と第２レンズ群の間に絞りを配設した
   ことを特徴とする投影レンズ。
3. 請求項２に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ、上記第２レンズ及び上記第４レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν１、ν２及びν４がそれぞれ、ν１、ν２及びν４＞５４を満足し、かつ、
   上記第６レンズ及び上記第７レンズのアッベ数ν６及びν７がそれぞれ、ν６及びν７＜７３を満足する
   ことを特徴とする投影レンズ。
4. 請求項２又は３に記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズと上記第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のバランスにより、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ことを特徴とする投影レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ群の焦点距離をｆ_Ｉとし、上記第２レンズ群の上記第４レンズの焦点距離をｆ４としたとき、３＜ｆ４／｜ｆ_Ｉ｜＜１３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１〜５のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
   全系の焦点距離をｆとし、全系のバックフォーカスをＢ_ＦＬとし、上記第１レンズ群の焦点距離ｆ_Ｉ、上記第２レンズ群の焦点距離をｆ_ＩＩとしたとき、２．０＜Ｂ_ＦＬ／ｆ、及び、１．０＜ｆ_ＩＩ／｜ｆ_Ｉ｜＜１．５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１〜６のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
   上記第１レンズ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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