JP2005215473A

JP2005215473A - 投影レンズ装置

Info

Publication number: JP2005215473A
Application number: JP2004023858A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kobayashi; 健志小林; Kumajirou Sekine; 熊二郎関根
Original assignee: SEKINOSU KK
Current assignee: SEKINOSU KK
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11
Also published as: US20050168840A1; CN1648711A; US7012764B2

Abstract

【課題】高解像度を有する平面ＣＲＴ投射管の性能を引き出す投影レンズ装置を提供する。
【解決手段】本発明は、平面ＣＲＴ投射管に形成された画像をスクリーン面上に拡大投影する５群５枚構成の投影レンズ装置であって、第１群レンズが光軸中心部分がスクリーン側に凸形状で両面非球面の正レンズ、第２群レンズが光軸中心部分がスクリーン側に凹形状で両面非球面の負レンズ、第３群レンズが両凸形状で両面球面の正レンズ、第４群レンズが光軸から半径方向の周辺部分でスクリーン側に凹形状に湾曲した両面非球面の正レンズ、第５群レンズが平面ＣＲＴ投射管のフェースプレートと冷却透明液体とスクリーン側に凹面を向けた少なくとも１面が非球面化のほぼ均等な肉厚を有するメニスカスレンズとを有する負レンズであり、かつ、所定条件を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影レンズ装置に関し、特に、プロジェクションテレビ等に用いられる投影レンズ装置に好適なものである。

ＣＲＴ投射管の蛍光面に映し出された画像を投影レンズ装置によりスクリーン上に拡大投影される、いわゆるプロジェクションテレビ装置において、その画質を決定づける投影レンズ装置の要求性能は年々高くなっている。この状況において、投影レンズ装置の結像性能を向上させた発明が特許文献１に記載されている。

特許文献１に開示された従来技術は、５群５枚構成の投影レンズ装置において、第３群レンズがアッベ数５０〜７５のいずれかの値であるガラス材料からなり、第１群レンズと第４群レンズとがアッベ数２０〜３５のいずれかの値である樹脂材料で成形されたものであり、第２群レンズと第５群レンズ中の樹脂レンズとがアッベ数５０〜６０のいずれかの値である樹脂材料で成形されたものからなることを特徴として、高い結像性能を実現したハイブリッド方式（ガラスレンズと樹脂レンズとの併用）の投影レンズ装置である。

ここで、第５群レンズの構成要素であるＣＲＴ投射管のフェースプレートは、蛍光面形状が曲率半径３５０ｍｍの球面で、光軸上の厚みが１４．１ｍｍ、その材質の屈折率が１．５６２であった。

一方において、ＣＲＴ投射管の原画像自体の品位向上の努力がなされており、フェースプレートに結晶性透明ガラス材料を用いることにより、高解像度（８Ｌｐ／ｍｍ）・高輝度・長寿命を達成したＣＲＴ投射管が中国の会社（成都成電正元科技有限公司）により開発された。

この高解像度を有するＣＲＴ投射管の蛍光面は、平面であり、しかもフェースプレートの厚みが４ｍｍとかなり薄く、またその材質の屈折率が１．７１５〜１．８３３と高屈折率であり、従来の投影レンズ装置の思想の延長線上では対応ができなかった。
特開２０００−８１５６９号公報

本発明は、上述した背景に鑑み、高解像度を有するＣＲＴ投射管の性能を充分に引き出すことが可能で、明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）を保ちながら大画角であり、レンズ枚数を増やすことなく低コストな投影レンズ装置を提供することにある。

明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）を保ちながら、大画角で結像性能の優れた投影レンズ装置を得るために、本発明の投影レンズ装置は、以下のように構成する。

本発明の投影レンズ装置は、蛍光面が平面であるＣＲＴ投射管に形成された画像をスクリーン面上に拡大投影する、スクリーン側から上記ＣＲＴ投射管側にかけて順に、第１、第２、第３、第４、第５群レンズが配設された５群５枚構成の投影レンズ装置であって、第１群レンズは、その光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凸形状で両面非球面の正レンズであり、第２群レンズは、その光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凹形状で両面非球面の負レンズであり、第３群レンズは、両凸形状で両面が球面の正レンズであり、第４群レンズは、その光軸から半径方向に離れた周辺部分においてスクリーン側に凹形状に湾曲した両面非球面の正レンズであり、第５群レンズは、ＣＲＴ投射管のフェースプレートと冷却を兼ねる透明液体とスクリーン側に凹面を向けた少なくとも１面が非球面化されたほぼ均等な肉厚を有するメニスカスレンズとからなる負レンズであり、かつ、次の（１）〜（５）の条件を満足することを特徴とする。

（１）０．１＜ｆ_０／ｆ_１＜０．３
（２）−０．１５＜ｆ_０／ｆ_２＜−０．０１
（３）０．７＜ｆ_０／ｆ_３＜０．９
（４）０．１５＜ｆ_０／ｆ_４＜０．３５
（５）−１．３＜ｆ_０／ｆ_５＜−０．９
だだし、ｆ_０：全系の焦点距離、ｆ_１：第１群レンズの焦点距離、ｆ_２：第２群レンズの焦点距離、ｆ_３：第３群レンズの焦点距離、ｆ_４：第４群レンズの焦点距離、ｆ_５：第５群レンズの焦点距離。

本発明の投影レンズ装置は、ガラスからなる第３群レンズと樹脂製である第１群レンズ及び第４群レンズによって正の屈折力を得ると共に、この第１群レンズは第５群レンズと共に歪曲収差を補正する。

さらに、第５群レンズは、スクリーン側に凹面を向けた負レンズであり、少なくとも１面を非球面にして非点収差、歪曲収差の補正を行なうと共に像面湾曲を補正する。

また、樹脂製である第２群レンズは、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差とほとんどの収差を補正する重要な機能を有し、第５群レンズと共に像面湾曲を補正する。

さらに、第４群レンズは、おもに周辺像高のコマ収差を補正し、第５群レンズで補正しきれない非点収差を補正する。

また、本発明の投影レンズ装置の目的を達成するための条件（１）は、第１群レンズの屈折力に関するもので、下限を超えると、第３群レンズ及び第４群レンズの屈折力を強くしなければならないので球面収差が大きくなり、明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）の障害となり、上限を超えると、軸外収差が悪化して広画角化の障害となる。

条件（２）は、第２群レンズの屈折力に関するもので、下限を超えると、第１群レンズの厚みを大きくして屈折力を強くする必要があるので、樹脂製である第１群レンズの製造時における成形時間が長くなりコスト高となってしまい、上限を超えると、ＭＴＦの温度特性が劣化してしまう。

条件（３）は、第３群レンズの屈折力に関するもので、下限を超えると、第４群レンズの厚みを大きくして屈折力を強くする必要があるので、樹脂製である第４群レンズの厚みを大きくして屈折力を強くするために、製造時における成形時間が長くなりコスト高となってしまい、上限を超えると、球面収差が増大して明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）の障害となる。

条件（４）は、第４群レンズの屈折力に関するもので、下限を超えると、コマ収差の補正が困難になるとともに、第１群レンズ及び第３群レンズの屈折力を増加しなければならず、球面収差の補正が困難となり、また、レンズの厚みが大きくなって明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）及び製造コストにとって障害になる。また上限を超えると、コマ収差、非点収差の補正が困難となり、歪曲収差も増大して広画角化が困難となる。

条件（５）は、第５群レンズの屈折力に関するものであり、像面湾曲を良好に保つための条件であり、下限を超えると、像面湾曲の補正が過剰となり、上限を超えると、像面湾曲の補正が不足する。

また、第１群レンズと第２群レンズとの間に絞りを配設することにより、絞りに近接して前後にある第１群レンズと第２群レンズとの有効口径が必要以上に大きくならないため、低コストのレンズ製造が可能となる。

本発明の投影レンズ装置によれば、高解像度を有するＣＲＴ投射管の性能を充分に引き出すことができ、明るいＦナンバー（Ｆ／ｎｏ）を保ちながら大画角であり、レンズ枚数を増やすことなく低コストにすることができる。

以下では、本発明の投影レンズ装置の最良の実施形態について図面を参照して説明する。

（Ａ）第１の実施形態
図１は、本実施形態の投影レンズ装置のレンズ構成を示すレンズ配置図である。なお、図１は、各レンズの面形状や、各レンズの光軸上での厚さや、隣り合うレンズ間の間隔をイメージ的に明らかにしたものである。

図１において、スクリーン側から数えて第ｉ番目の面の光軸上の曲率半径をＲｉ（Ｒ１〜Ｒ１３）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（Ｄ１〜Ｄ１２）とする。

図２は、具体的な数値を用いたときの本実施形態の投影レンズ装置のレンズ構成及び光線追跡図である。

図２において、投影レンズ装置は、スクリーン側（図の左側）から順に、第１群レンズＬ１、第２群レンズＬ２、第３群レンズＬ３、第４群レンズＬ４及び第５群レンズＬ５からなる。また、投影レンズ装置は、第１群レンズＬ１と第２群レンズとの間に絞りＳを配設してなる。

また、図３は、各レンズの各第１〜１３面の光軸上での曲率半径Ｒ１〜Ｒ１３、各レンズ面と隣り合うレンズ面との間の面間隔Ｄ１〜Ｄ１２、各レンズ面の屈折率（ｄ線での屈折率）Ｎｄ１〜Ｎｄ１３、及び、各レンズのアッベ数（ｄ線でのアッベ数）νｄ１〜νｄ１３の具体的な値を示す図表である。なお、屈折率Ｎｄｉ及びアッベ数νｄｉは、スクリーン側から数えて第ｉ番目の面に対応した行に記載している。また、全系の焦点距離をｆ_０（ｅ線での焦点距離）、明るさをＦ／ｎｏ、画角を２ω、横倍率をＭ、投影距離をＬとして示す。

さらに、図４は、非球面である第１面、第２面、第４面、第５面、第８面、第９面、第１０面及び第１１面の形状を特定するための円錐定数ｋ、非球面係数Ａ３〜Ａ１０の値を示す図表である。

ここで、非球面形状を特定するための円錐定数ｋ、非球面係数Ａ３〜Ａ１０は、次の（１）式に係る非球面形状特定式における各パラメータである。すなわち、非球面は周知の如く、光軸方向を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〜Ａ１０をそれぞれ３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（１）で表されるものとする。

Ｚ（ｈ）＝（ｈ^２／Ｒ）／[１＋｛１−（１＋ｋ）・（ｈ^２／Ｒ）｝^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）
図２において、本実施形態に係る投影レンズ装置のレンズ構成について説明する。

第１群レンズＬ１は、この第１の実施形態の場合、単一レンズからなっている。第１群レンズＬ１は、光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凸形状で両面が非球面からなる正レンズであり、この第１群レンズＬ１の焦点距離ｆ_１はｆ_１＝３５５．２５５ｍｍで、全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_１はｆ_０／ｆ_１＝０．２２０となっている。

第２群レンズＬ２も、第１の実施形態の場合、単一レンズでなっている。第２群レンズＬ２は、光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凹形状で両面が非球面からなる負レンズであり、この第２群レンズＬ２の焦点距離ｆ_２はｆ_２＝−１２６３．９０４ｍｍで、全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_２はｆ_０／ｆ_２＝−０．０６２となっている。

第３群レンズＬ３も、第１の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第３群レンズＬ３は、両凸形状で両面が球面からなる正レンズであり、この第３群レンズＬ３の焦点距離ｆ_３はｆ_３＝９７．１７２ｍｍで、全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_３はｆ_０／ｆ_３＝０．８０３となっている。

第４群レンズＬ４も、第１の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第４群レンズＬ４は、光軸から半径方向に離れた周辺部分においてスクリーン側に凹形状に湾曲した両面が非球面からなる正レンズであり、この第４群レンズＬ４の焦点距離ｆ_４はｆ_４＝３２１．５４１ｍｍで、全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_４はｆ_０／ｆ_４＝０．２４３となっている。

第５群レンズＬ５は、平面ＣＲＴのフェースプレートＦＰと、ＣＲＴの冷却を兼ねる透明液体ＬＱと、スクリーン側に凹面を向けた両面が非球面からなるほぼ均一な肉厚を有するメニスカスレンズＣＬと、からなる負レンズであり、この第５群レンズＬ５の焦点距離ｆ_５が、ｆ_５＝−７１．１１１ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_５がｆ_０／ｆ_５＝−１．０９７となっている。また、第５群レンズＬ５は、フェースプレートＦＰと、透明液体ＬＱと、メニスカスレンズＣＬとを密接して構成し、透明液体ＬＱは、フェースプレートＦＰ及びメニスカスレンズＣＬに充填されている液体でなっている。また、フェースプレートＦＰは、平面ＣＲＴ投射管の前面側の管面ガラスであり、結晶性透明ガラスからなる。ＣＲＴ画像は平面であるＲ１３面に形成される。

第１群レンズＬ１と第２群レンズＬ２との間には絞りＳが配設してあり、この絞りＳの口径はφ７９．３４ｍｍであり、第１群レンズＬ１の最大有効径は、Ｒ１面側にあり、その径はφ７９．０４ｍｍで、第２群レンズＬ２の最大有効径は、Ｒ５面側にあり、その径はφ８０．７４ｍｍであり、レンズの有効径は大きくならない。

本実施形態の投影レンズ装置では、平面ＣＲＴ投射管の蛍光面（Ｒ１３面）でのラスターサイズ４．８インチ（最大像高６０．９５ｍｍ）をスクリーン上に５１インチの画像として拡大投影した場合に最良結像するように構成してある。

次に、第１の実施形態の投影レンズ装置において、各群レンズＬ１〜Ｌ５の各焦点距離ｆ_１〜ｆ_５と全系の焦点距離ｆ_０との比を上述した条件とした理由について説明する。

この第１実施形態の投影レンズ装置は、ガラスからなる第３群レンズＬ３と、樹脂製である第１群レンズＬ１及び第４群レンズＬ４によって、正の屈折力を得ると共に、この第１群レンズＬ１は第５群レンズＬ５と共に歪曲収差を補正する機能を有する。

また、第５群レンズＬ５は、スクリーン側に凹面を向けた負レンズであり、少なくとも１面を非球面にして非点収差、歪曲収差の補正を行なうと共に像面湾曲を補正する機能を有する。

さらに、樹脂製である第２群レンズＬ２は、球面収差、コマ収差、非点収差及び歪曲収差とほとんどの収差を補正する重要な機能を有し、第５群レンズＬ５と共に像面湾曲を補正する機能を有する。

さらにまた、第４群レンズＬ４は、おもに周辺像高のコマ収差を補正し、第５群レンズＬ５で補正しきれない非点収差を補正する機能を有する。

上記の各群レンズＬ１〜Ｌ５の機能に鑑みて、第１群レンズＬ１のｆ_０／ｆ_１＝０．２２０としたのは、第１群の屈折力に関し、ｆ_０／ｆ_１を小さくとると、第３群レンズＬ３及び第４群レンズＬ４の屈折力を強くしなければならないので球面収差が大きくなり、明るいＦ／ｎｏの障害となり、ｆ_０／ｆ_１を大きくとると、軸外収差が悪化して広画角化の障害となるからである。

また、第２群レンズＬ２のｆ_０／ｆ_２＝−０．０６２としたのは、第２群の屈折力に関し、ｆ_０／ｆ_２を小さくとると、第１群レンズＬ１の厚みを大きくして屈折力を強くする必要があるので、樹脂製である第１群レンズＬ１の製造時における成形時間が長くなりコスト高となってしまい、ｆ_０／ｆ_２を大きくとると、ＭＴＦの温度特性が劣化してしまうからである。

また、第３群レンズＬ３のｆ_０／ｆ_３＝０．８０３としたのは、第３群の屈折力に関し、ｆ_０／ｆ_３を小さくとると、第４群レンズＬ４の厚みを大きくして屈折力を強くする必要があるので、樹脂製である第４群レンズＬ４の厚みを大きくして屈折力を強くするために、製造時における成形時間が長くなりコスト高となってしまい、ｆ_０／ｆ_３を大きくとると、球面収差が増大して明るいＦ／ｎｏの障害となるからである。

さらに、第４群レンズＬ４のｆ_０／ｆ_４＝０．２４３としたのは、第４群の屈折力に関し、ｆ_０／ｆ_４を小さくとると、コマ収差の補正が困難になるとともに、第１群レンズＬ１及び第３群レンズＬ３の屈折力を増加しなければならず、球面収差の補正が困難となり、また、レンズの厚みが大きくなって明るいＦ／ｎｏ及び製造コストにとって障害になる。またｆ_０／ｆ_４を大きくとると、コマ収差、非点収差の補正が困難となり、歪曲収差も増大して広画角化が困難となるからである。

さらにまた、第５群レンズＬ５のｆ_０／ｆ_５＝−１．０９７としたのは、第５群レンズＬ５の屈折力に関し、像面湾曲を良好に保つためであり、ｆ_０／ｆ_５を小さくとると、像面湾曲の補正が過剰となり、ｆ_０／ｆ_５を大きくとると、像面湾曲の補正が不足するからである。

第１の実施形態の投影レンズ装置は、図３に示すように、全系焦点ｆ_０＝７８．００ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝１．０３、画角２ω＝６９．５°、横倍率Ｍ＝−１／１０．６３×、投影距離（スクリーンと第１群レンズＬ１との間の距離）Ｌ＝９１４．１５９６ｍｍとする適用である。

図３に示すように、第１の実施形態の投影レンズ装置の第５群レンズＬ５を構成するフェースプレートＦＰは、屈折率Ｎｄ１２＝１．７１５０６、アッベ数νｄ１２＝６２．６であり、その厚みがＤ１２＝４．０００ｍｍである材料を適用した。

図５は、この第１の実施形態の投影レンズ装置におけるＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）特性を示したものである。この図６は、１ｍｍ当たり４．０白黒ラインペア（４．０Ｌｐ／ｍｍ）に対するメリジオナル面及びサジタル面での像高０．０〜１．０に対するＭＴＦを示している。

また、図６は、この第１の実施形態の投影レンズ装置におけるＭＴＦ特性を示したものである。この図６は、１ｍｍ当たり８．０白黒ラインペア（８．０Ｌｐ／ｍｍ）に対するメリジオナル面及びサジタル面での像高０．０〜１．０に対するＭＴＦを示している。

図５及び図６の横軸は、最大像高を１とする相対像高比で表している。因みに、４．０Ｌｐ／ｍｍは、約６００ＴＶ本、８．０Ｌｐ／ｍｍは約１２００ＴＶ本のＣＲＴ走査線本数（４：３のＴＶ画面）に相当する。なお、ＭＴＦ計算時のカラーウェイトは、ｅ線（５４６ｎｍ）に対して１としている。

図７は、従来の５群５枚構成の投影レンズ装置（第１の実施形態に対する比較例）を示す図であり、図８及び図９は、従来の投影レンズ装置におけるＭＴＦ特性を示したものである。

図５から、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第１の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性は、メリジオナル面及びサジタル面の双方ともに像高の全範囲で解像力が高く、特に、像高が０．０〜０．９の範囲でメリジオナル面及びサジタル面の双方共に最低で０．８程度である。これより、図８の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第１の実施形態の投影レンズ装置の解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、図６から、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第１の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性は、メリジオナル面について、像高の全範囲で最低で０．４であり、サジタル面について、像高０．０〜０．９の範囲で、最低でも０．４程度である。これより、図９の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第１の実施形態の投影レンズ装置の解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

本実施形態の投影レンズ装置において、光学歪曲−４．０％、周辺光量比３１．０％（＝最大像高での光量／軸上の光量）であった。

また、特許文献１（特開平２０００−３１５６９号公報）の第２の実施形態に記載されているように、従来の投影レンズ装置の焦点距離ｆ_０は７５．８２ｍｍであり、明るさＦ／ｎｏは１．０、周辺光量比３１．１％であった。

すなわち、本実施形態の投影レンズ装置は、従来の投影レンズ装置の基本光学特性と同程度のものである。

以上のように、第１の実施形態の投影レンズ装置によれば、明るいＦ／ｎｏを保ちながら大画角で結像性能が優れた低コストな投影レンズ装置を実現することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による投影レンズ装置の第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１０は、第２の実施形態の投影レンズ装置のレンズ構成及び具体的な数値を用いた光線追跡図である。図１０において、上述した第１の実施形態に係る図１及び図２に同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第２の実施形態は、第１の実施形態の各レンズの各面１〜１３の屈折率を同一とし、第１面〜第１０面の光軸上の曲率半径Ｒ１〜Ｒ１０、及び、各群レンズＬ１〜Ｌ５間の間隔を変更した場合の適用である。

図１１は、第２の実施形態のレンズ装置における各第１〜１３面の光軸上での曲率半径Ｒ１〜Ｒ１３、面間隔Ｄ１〜Ｄ１２、屈折率Ｎｄ１〜Ｎｄ１３（ｄ線での屈折率）、及び、アッベ数νｄ１〜νｄ１２（ｄ線でのアッベ数）の具体的な値を示す図表である。

さらに、図１２は、非球面である第１面、第２面、第４面、第５面、第８面、第９面、第１０面及び第１１面の形状を特定するための円錐定数ｋ、非球面係数Ａ３〜Ａ１０の値を示す図表である。

図１０に示すように、第２の実施形態の投影レンズ装置も、スクリーン側から順に、第１群レンズＬ１、第２群レンズＬ２、第３群レンズＬ３、第４群レンズＬ４及び第５群レンズＬ５、第１群レンズＬ１と第２群レンズＬ２との間に絞りＳを配設して構成されており、各群レンズＬ１〜Ｌ５の各機能は、第１の実施形態と同様である。

第１群レンズＬ１は、この第２の実施形態の場合、単一レンズからなっている。第１群レンズＬ１の焦点距離ｆ_１が、ｆ_１＝３４６．３０６ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_１がｆ_０／ｆ_１＝０．２２５となっている。

第２群レンズＬ２も、第２の実施形態の場合、単一レンズでなっている。第２群レンズＬ２の焦点距離ｆ_２が、ｆ_２＝−１１３１．７９０ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_２がｆ_０／ｆ_２＝−０．０６９となっている。

第３群レンズＬ３も、第２の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第３群レンズＬ３の焦点距離ｆ_３が、ｆ_３＝９６．９９４ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_３がｆ_０／ｆ_３＝０．８０４となっている。

第４群レンズＬ４も、第２の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第４群レンズＬ４の焦点距離ｆ_４が、ｆ_４＝３０５．０８０ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_４がｆ_０／ｆ_４＝０．２５６となっている。

第５群レンズＬ５は、焦点距離ｆ_５が、ｆ_５＝−６８．４９５ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_５がｆ_０／ｆ_５＝−１．１３９となっている。

なお、各群レンズＬ１〜Ｌ５の焦点距離と全系の焦点距離との比の条件は、第１の実施形態で説明した同一の理由により構成した。

第１群レンズＬ１と第２群レンズＬ２との間には絞りＳが配設してあり、この絞りＳの口径はφ８０．００ｍｍであり、第１群レンズＬ１の最大有効径は、Ｒ１面側にあり、その径はφ７９．２０ｍｍで、第２群レンズＬ２の最大有効径は、Ｒ５面側にあり、その径はφ８１．０８ｍｍであり、レンズの有効径は大きくならない。

本実施形態の投影レンズ装置では、平面ＣＲＴ投射管の蛍光面（Ｒ１３面）でのラスターサイズ４．８５インチ（最大像高６１．５５ｍｍ）をスクリーン上に５１インチの画像として拡大投影した場合に最良結像するように構成してある。

図１１に示すように、第２の実施形態の投影レンズ装置は、図１１に示すように、全系焦点ｆ_０＝７８．００ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝１．０３、画角２ω＝６９．３°、横倍率Ｍ＝−１／１０．５２×、投影距離（スクリーンと第１群レンズＬ１との間の距離）Ｌ＝９１６．０９９６ｍｍとする適用である。

図１３は、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第２の実施形態の投影レンズ装置におけるＭＴＦ特性を示したものである。また、図１４は、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第２の実施形態の投影レンズ装置１におけるＭＴＦ特性を示したものである。

図１３から、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第２の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面及びサジタル面の双方ともに像高の全範囲で解像力が良好で、特に、像高が０．０〜０．９の範囲でメリジオナル面及びサジタル面の双方共に最低で０．８程度である。これより、図８の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第２の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、図１４から、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第２の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面について、像高の全範囲で最低で０．４であり、サジタル面について、像高０．０〜０．９の範囲で、最低でも０．４程度である。これより、図９の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第２の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、光学歪曲−３．１％、周辺光量比２９．３％（＝最大像高での光量／軸上の光量）であり、第１の実施形態の投影レンズ装置や従来の投影レンズ装置と同程度であった。

以上のように、第２の実施形態の投影レンズ装置によれば、明るいＦ／ｎｏを保ちながら大画角で結像性能が優れた低コストな投影レンズ装置を実現することができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による投影レンズ装置の第３の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１５は、第３の実施形態の投影レンズ装置のレンズ構成及び具体的な数値を用いた光線追跡図である。図１５において、上述した第１の実施形態に係る図１及び図２に同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第３の実施形態は、第１の実施形態の各レンズの各面１〜１２の屈折率を同一とし、第５群レンズＬ５のフェースプレートＦＰの第１２面の屈折率を変え、各群レンズＬ１〜Ｌ５間の間隔、各面の面変更をした場合の適用である。

図１６は、第３の実施形態のレンズ装置における各面の面番号１〜１３面の光軸上での曲率半径Ｒ１〜Ｒ１３、面間隔Ｄ１〜Ｄ１２、屈折率Ｎｄ１〜Ｎｄ１３（ｄ線での屈折率）、及び、アッベ数νｄ１〜νｄ１２（ｄ線でのアッベ数）の具体的な値を示す図表である。さらに、図１７は、非球面である第１面、第２面、第４面、第５面、第８面、第９面、第１０面、及び、第１１面の形状を特定するための円錐定数ｋ、非球面係数Ａ３〜Ａ１０の値を示す図表である。

図１５に示すように、第３の実施形態の投影レンズ装置も、スクリーン側から順に、第１群レンズＬ１、第２群レンズＬ２、第３群レンズＬ３、第４群レンズＬ４及び第５群レンズＬ５、第１群レンズＬ１と第２群レンズとの間に絞りＳを配設して構成されており、各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の機能は、第１の実施形態と同様である。

第１群レンズＬ１は、この第３の実施形態の場合、単一レンズからなっている。第１群レンズＬ１の焦点距離ｆ_１が、ｆ_１＝３５４．３９３ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_１がｆ_０／ｆ_１＝０．２２０となっている。

第２群レンズＬ２も、第３の実施形態の場合、単一レンズでなっている。第２群レンズＬ２の焦点距離ｆ_２が、ｆ_２＝−１２４２．６７６ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_２がｆ_０／ｆ_２＝−０．０６３となっている。

第３群レンズＬ３も、第３の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第３群レンズＬ３の焦点距離ｆ_３が、ｆ_３＝９７．２０６ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_３がｆ_０／ｆ_３＝０．８０４となっている。

第４群レンズＬ４も、第３の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第４群レンズＬ４の焦点距離ｆ_４が、ｆ_４＝３２４．６０１ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_４がｆ_０／ｆ_４＝０．２４０となっている。

第５群レンズＬ５は、焦点距離ｆ_５が、ｆ_５＝−７０．４７８ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．００ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_５がｆ_０／ｆ_５＝−１．１０７となっている。

第１群レンズＬ１と第２群レンズＬ２との間には絞りＳが配設してあり、この絞りＳの口径はφ７９．３０ｍｍであり、第１群レンズＬ１の最大有効径は、Ｒ１面側にあり、その径はφ７９．０２ｍｍで、第２群レンズＬ２の最大有効径は、Ｒ５面側にあり、その径はφ８０．７４ｍｍであり、レンズの有効径は大きくならない。

本実施形態の投影レンズ装置では、平面ＣＲＴ投射管の蛍光面（Ｒ１３面）でのラスターサイズ４．８０インチ（最大像高６０．９３ｍｍ）をスクリーン上に５１インチの画像として拡大投影した場合に最良結像するように構成してある。

図１６に示すように、第３の実施形態の投影レンズ装置は、全系焦点ｆ_０＝７８．００ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝１．０３、画角２ω＝６９．３°、横倍率Ｍ＝−１／１０．６３×、投影距離（スクリーンと第１群レンズＬ１との間の距離）Ｌ＝９１５．２７９１ｍｍとする適用である。

また、図１６に示すように、第３の実施形態の投影レンズ装置の第５群レンズＬ５を構成するフェースプレートＦＰは、その材質の屈折率Ｎｄ１２＝１．８３２７４、アッベ数νｄ１２＝５２．８であり、その厚みがＤ１２＝４．０００である。

図１８は、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第３の実施形態の投影レンズ装置におけるＭＴＦ特性を示したものである。また、図１９は、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第３の実施形態の投影レンズ装置１におけるＭＴＦ特性を示したものである。

図１８から、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第３の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面及びサジタル面の双方ともに像高の全範囲で解像力が良好であり、特に、像高が０．０〜０．９の範囲でメリジオナル面及びサジタル面の双方共に最低で０．８程度である。これより、図８の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第３の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、図１９から、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第３の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面について、像高の全範囲で最低で０．４であり、サジタル面について、像高０．０〜０．９の範囲で、最低でも０．４程度である。これより、図９の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第３の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、光学歪曲−４．０％、周辺光量比３０．１％（＝最大像高での光量／軸上の光量）であり、第１の実施形態の投影レンズ装置や従来の投影レンズ装置と同程度であった。

以上のように、第３の実施形態の投影レンズ装置によれば、明るいＦ／ｎｏを保ちながら大画角で結像性能が優れた低コストな投影レンズ装置を実現することができる。

（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明による投影レンズ装置の第４の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第４の実施形態の投影レンズ装置は、結像性能を落とすことなく、スクリーン上での画面サイズの変更、即ち投影倍率の変更を必要最小限のレンズ交換により実現している。

図１５に示した第３の実施形態の投影レンズ装置において、第４群レンズの両面の面形状の変更と第４群レンズＬ４と第５群レンズＬ５との間の面間隔Ｄ９の変更により、周辺画像の結像性能がほとんど劣化せずに両面サイズを５１インチから６２インチに変更したのが第４の実施形態の投影レンズ装置である。

したがって、第４の実施形態では、図１５に示すレンズ構成及び光線追跡図を用いて説明する。

図２０は、第４の実施形態のレンズ装置における各面の面番号１〜１３面の光軸上での曲率半径Ｒ１〜Ｒ１３、面間隔Ｄ１〜Ｄ１２、屈折率Ｎｄ１〜Ｎｄ１３（ｄ線での屈折率）、及び、アッベ数νｄ１〜νｄ１２（ｄ線でのアッベ数）の具体的な値を示す図表である。さらに、図２１は、非球面である第１面、第２面、第４面、第５面、第８面、第９面、第１０面、及び、第１１面の形状を特定するための円錐定数ｋ、非球面係数Ａ３〜Ａ１０の値を示す図表である。

第４の実施形態の投影レンズ装置では、第１群レンズＬ１は、この第４の実施形態の場合、単一レンズからなっている。第１群レンズＬ１の焦点距離ｆ_１が、ｆ_１＝３５４．３９３ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．８０ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_１がｆ_０／ｆ_１＝０．２２２となっている。

第２群レンズＬ２も、第４の実施形態の場合、単一レンズでなっている。第２群レンズＬ２の焦点距離ｆ_２が、ｆ_２＝−１２４２．６７６ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．８０ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_２がｆ_０／ｆ_２＝−０．０６３となっている。

第３群レンズＬ３も、第４の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第３群レンズＬ３の焦点距離ｆ_３が、ｆ_３＝９７．２０６ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．８０ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_３がｆ_０／ｆ_３＝０．８１１となっている。

第４群レンズＬ４も、第４の実施形態の場合、単一のレンズでなっている。第４群レンズＬ４の焦点距離ｆ_４が、ｆ_４＝２８６．１５１ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．８０ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_４がｆ_０／ｆ_４＝０．２７５となっている。

第５群レンズＬ５は、焦点距離ｆ_５が、ｆ_５＝−７０．４７８ｍｍで全系の焦点距離ｆ_０＝７８．８０ｍｍとの比ｆ_０／ｆ_５がｆ_０／ｆ_５＝−１．１１８となっている。

第１群レンズＬ１と第２群レンズＬ２との間には絞りＳが配設してあり、この絞りＳの口径はφ７９．１４ｍｍであり、第１群レンズＬ１の最大有効径は、Ｒ１面側にあり、その径はφ７８．９６ｍｍで、第２群レンズＬ２の最大有効径は、Ｒ５面側にあり、その径はφ８０．５２ｍｍであり、レンズの有効径は大きくならない。

本実施形態の投影レンズ装置では、平面ＣＲＴ投射管の蛍光面（Ｒ１３面）でのラスターサイズ４．８インチ（最大像高６０．８６ｍｍ）をスクリーン上に６２インチの画像として拡大投影した場合に最良結像するように構成してある。図２０に示すように、第４の実施形態の投影レンズ装置は、全系焦点ｆ_０＝７８．８０ｍｍ、明るさＦ／ｎｏ＝１．０３、画角２ω＝７０．３°、横倍率Ｍ＝−１／１２．９４×、投影距離（スクリーンと第１群レンズＬ１との間の距離）Ｌ＝１０９５．９８３２ｍｍとする適用である。

図２２は、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第４の実施形態の投影レンズ装置におけるＭＴＦ特性を示したものである。また、図２３は、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第４の実施形態の投影レンズ装置１におけるＭＴＦ特性を示したものである。

図２２から、４．０Ｌｐ／ｍｍにおける第４の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面及びサジタル面の双方ともに像高の全範囲で解像力が良好であり、特に、像高が０．０〜０．９の範囲でメリジオナル面及びサジタル面の双方共に最低で０．７程度である。これより、図８の従来装置のＭＴＦ特性と比較しても、第４の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、図２３から、８．０Ｌｐ／ｍｍにおける第３の実施形態の投影レンズ装置のＭＴＦ特性も、メリジオナル面について、像高が０．０〜０．９の範囲で最低で０．５程度であり、サジタル面について、像高が０．０〜０．８の範囲で、最低でも０．４以上である。これより、図９の従来装置のＭＴＦ特性を比較しても、第４の実施形態の投影レンズ装置も解像力が良好であり、各種の収差が良好に補正されていることが分かる。

また、光学歪曲−４．０％、周辺光量比２９．３％（＝最大像高での光量／軸上の光量）であり、第１の実施形態の投影レンズ装置や従来の投影レンズ装置と同程度であった。

以上のように、第４の実施形態の投影レンズ装置によれば、明るいＦ／ｎｏを保ちながら大画角で結像性能が優れた低コストな投影レンズ装置を実現することができる。

本発明の投影レンズ装置のレンズ構成を説明するための図である。第１の実施形態に係る投影レンズ装置のレンズ構成及び光線追跡図である。第１の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズの群の面の曲率半径や屈折率等を示す図表である。第１の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズ群の非球面を規定する係数を示す図表である。第１の実施形態に係る投影レンズ装置の４Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第１の実施形態に係る投影レンズ装置の８Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。従来の実施形態に係る投影レンズ装置のレンズ構成及び光線追跡図である。従来の実施形態に係る投影レンズ装置の４Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。従来の実施形態に係る投影レンズ装置の８Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第２の実施形態に係る投影レンズ装置のレンズ構成及び光線追跡図である。第２の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズの群の面の曲率半径や屈折率等を示す図表である。第２の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズ群の非球面を規定する係数を示す図表である。第２の実施形態に係る投影レンズ装置の４Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第２の実施形態に係る投影レンズ装置の８Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第３及び第４の実施形態に係る投影レンズ装置のレンズ構成及び光線追跡図である。第３の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズの群の面の曲率半径や屈折率等を示す図表である。第３の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズ群の非球面を規定する係数を示す図表である。第３の実施形態に係る投影レンズ装置の４Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第３の実施形態に係る投影レンズ装置の８Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第４の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズの群の面の曲率半径や屈折率等を示す図表である。第４の実施形態に係る投影レンズ装置を構成する各レンズ群の非球面を規定する係数を示す図表である。第４の実施形態に係る投影レンズ装置の４Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。第４の実施形態に係る投影レンズ装置の８Ｌｐ／ｍｍのＭＴＦ像高特性を示す特性図である。

符号の説明

Ｌ１…第１群レンズ、Ｓ…絞り、Ｌ２…第２群レンズ、Ｌ３…第３群レンズ、
Ｌ４…第４群レンズ、Ｌ５…第５群レンズ、
ＣＬ…第５群レンズを構成するメニスカスレンズ、
ＬＱ…第５群レンズを構成する透明液体、
ＦＰ…第５群レンズを構成するＣＲＴ投射管のフェースプレート。

Claims

蛍光面が平面であるＣＲＴ投射管に形成された画像をスクリーン面上に拡大投影する、スクリーン側から上記ＣＲＴ投射管側にかけて順に、第１、第２、第３、第４、第５群レンズが配設された５群５枚構成の投影レンズ装置であって、
第１群レンズは、その光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凸形状で両面非球面の正レンズであり、
第２群レンズは、その光軸を含む中心部分がスクリーン側に対して凹形状で両面非球面の負レンズであり、
第３群レンズは、両凸形状で両面が球面の正レンズであり、
第４群レンズは、その光軸から半径方向に離れた周辺部分においてスクリーン側に凹形状に湾曲した両面非球面の正レンズであり、
第５群レンズは、上記ＣＲＴ投射管のフェースプレートと冷却を兼ねる透明液体とスクリーン側に凹面を向けた少なくとも１面が非球面化されたほぼ均等な肉厚を有するメニスカスレンズとからなる負レンズであり、
かつ、次の（１）〜（５）の条件を満足することを特徴とする投影レンズ装置。
（１）０．１＜ｆ_０／ｆ_１＜０．３
（２）−０．１５＜ｆ_０／ｆ_２＜−０．０１
（３）０．７＜ｆ_０／ｆ_３＜０．９
（４）０．１５＜ｆ_０／ｆ_４＜０．３５
（５）−１．３＜ｆ_０／ｆ_５＜−０．９
だだし、ｆ_０：全系の焦点距離
ｆ_１：第１群レンズの焦点距離
ｆ_２：第２群レンズの焦点距離
ｆ_３：第３群レンズの焦点距離
ｆ_４：第４群レンズの焦点距離
ｆ_５：第５群レンズの焦点距離
第１群レンズと第２群レンズとの間に、絞りを配設することを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ装置。
第５群レンズを構成する上記ＣＲＴ投射管のフェースプレートは、その材質の屈折率が１．６５〜１．８５であり、その厚みが３〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影レンズ装置。
第４群レンズの面変更及びまたは第４群レンズと第５群レンズとの間隔変更によって倍率変更を行なうことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の投影レンズ装置。