JP2015014677A - 投写用レンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投写用レンズにおいて諸収差を良好に補正し、小型化も実現する。【解決手段】拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とが配列されてなる投写用レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔を全系の中で最大のレンズ間隔に設定し、第１レンズ群Ｇ１は最も拡大側から順に配置された、負の屈折力を有する第１レンズＬ１１、および負の屈折力を有する第２レンズＬ１２を有するものとする。その上で、第１レンズＬ１１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ１２の焦点距離をｆ２、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２との間隔をＤ２、第２レンズＬ１２とその次に縮小側に配置されたレンズＬ１３との間隔をＤ４として、下記条件式（１）、（２）を満足させる。３．０＜ｆ２／ｆ１＜５０．０ ・・（１）０．８０＜Ｄ２／Ｄ４＜７．００ ・・（２）【選択図】図１

Description

本発明は投写型表示装置、特に液晶表示素子等のライトバルブを搭載した投写型表示装置に関するものである。

また本発明は、上述のような投写型表示装置に好適に用いられる投写用レンズに関するものである。

近年、液晶表示素子やＤＭＤ表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く普及しつつある。特に、ライトバルブを３枚用いてＲＧＢ３原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、投写レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く実用に供されている。

このような、３枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に搭載される投写レンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また熱的な問題を回避するために、通常、大きなバックフォーカスが必要となる。

また、色合成光学系では入射光の角度によって分光特性が変化するので、この種の投写レンズは、縮小側から見た入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわちテレセントリック性を持つことが必要となる。

また、この種の投写レンズには、ライトバルブの解像度に見合った収差補正が必要とされる。さらに、大型スクリーンに近い距離から投影したいという要望に応えるため、より広画角なものが要求される。その一方で、投写レンズに対する低廉化への要求も強いものがある。

以上のような要求をある程度満たし得る投写用レンズとして、従来、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。

特開２００８−３０９９９１号公報 特開２０１０−０８５７３２号公報 特開２０１１−１３３６５６号公報

しかし特許文献１に記載された投写用レンズは、画角が１１０°程度と広画角ではあるが、レンズ内に光路折り曲げ用のミラーを想定しているため、レンズ系が大きいものになっている。

また特許文献２に記載された投写用レンズは、画角が１２０°程度と広画角ではあるが、その広画角化のために過度な枚数のレンズを使用しているので、近年のコスト低下の要求に応えられるものとはなっていない。

また特許文献３に記載された投写用レンズは、画角が１２０°程度と広画角ではあるが、レンズの最周辺部で大きな像面湾曲が発生しており、収差補正不足が否めない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、広画角でかつ諸収差を良好に補正することができる投写用レンズ、および投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の投写用レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とが配列されて実質的になる投写用レンズであって、
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が、全系の中で最大のレンズ間隔に設定され、
第１レンズ群は最も拡大側から順に配置された、負の屈折力を有する第１レンズ、および負の屈折力を有する第２レンズを有し、
第１レンズ群は４枚または５枚のレンズから実質的に構成され、
そして、下記条件式（１）および（２）
３．０＜ｆ２／ｆ１＜５０．０ ・・・（１）
０．８０＜Ｄ２／Ｄ４＜７．００ ・・・（２）
ただし
ｆ１：上記第１レンズの焦点距離
ｆ２：上記第２レンズの焦点距離
Ｄ２：上記第１レンズと第２レンズとの間隔
Ｄ４：上記第２レンズと、この第２レンズの次に縮小側に配置されたレンズとの間隔
を満足することを特徴とするものである。

なお、上記の「実質的になる」や「実質的に構成され」とは、挙げられた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを示すものである（以下、同様）。

上記構成を有する本発明の投写用レンズは、下記条件式（１’）
４．０＜ｆ２／ｆ１＜４５．０ ・・・（１’）
を満足していることが望ましい。

その場合、本発明の投写用レンズは、下記条件式（１”）
６．０＜ｆ２／ｆ１＜４０．０ ・・・（１”）
を満足していることがさらに望ましい。

また、本発明の投写用レンズは、下記条件式（２’）
０．９０＜Ｄ２／Ｄ４＜５．５０ ・・・（２’）
を満足していることが望ましい。

また、本発明の投写用レンズは、下記条件式（３）
１１０°＜２ω ・・・（３）
ただし
２ω：拡大側の全画角
を満足していることが望ましい。

また、本発明の投写用レンズは、下記条件式（４）
−５．０＜Ｆ１／ｆ＜−１．０ ・・・（４）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
を満足していることが望ましい。

その場合、本発明の投写用レンズは、下記条件式（４’）
−３．５＜Ｆ１／ｆ＜−１．４ ・・・（４’）
を満足していることがさらに望ましい。

また、本発明の投写用レンズは、下記条件式（５）
２．５＜Ｆ２／ｆ＜１０．０ ・・・（５）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
を満足していることが望ましい。

その場合、本発明の投写用レンズは、下記条件式（５’）
４．０＜Ｆ２／ｆ＜８．０ ・・・（５’）
を満足していることがさらに望ましい。

また、本発明の投写用レンズは、下記条件式（６）
３．０＜Ｂｆ／ｆ ・・・（６）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算長）
を満足していることが望ましい。

また、本発明の投写用レンズにおいては、第１レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズであって負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および負の屈折力を有する第５レンズが配置されて実質的に構成され、そして上記第４レンズと第５レンズとが接合されて全体として負の屈折力を有するレンズ部とされていることが望ましい。その場合、上記第３レンズと負の屈折力を有するレンズ部とが互いに独立して光軸方向に移動することにより合焦がなされるように構成されるのが望ましい。

あるいは、本発明の投写用レンズにおいては、第１レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズであって負の屈折力を有する第３レンズ、および負の屈折力を有する第４レンズが配置されて実質的に構成されてもよい。その場合、上記第３レンズと第４レンズとが互いに独立して光軸方向に移動することにより合焦がなされるように構成されるのが望ましい。

他方、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、光源からの光束をライトバルブへ導く照明光学系と、上述した本発明による投写用レンズとを備え、光束をライトバルブで光変調し、投写用レンズによりスクリーンに投写する構成を有することを特徴とするものである。

本発明の投写用レンズは、前述した条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことにより、広画角のレンズで発生しやすい像面湾曲と歪曲収差を良好に補正可能となり、また小型化も達成できる。以下、その理由を説明する。

条件式（１）は、第１レンズ群の第１レンズの焦点距離に対する第２レンズの焦点距離の比を規定したもので、この比が条件式（１）の上限値以上になると、第２レンズに対する第１レンズのパワーが強くなり過ぎ、あるいは第１レンズに対する第２レンズのパワーが弱くなり過ぎて、像面湾曲と歪曲収差の補正が困難となる、反対に上記比が条件式（１）の下限値以下になると、最も拡大側のレンズである第１レンズのパワーが弱くなり過ぎることから、所定の画角を得るためにレンズ径の大型化が避けられず、それによるコスト高に繋がるばかりか、第１レンズおよび第２レンズによる収差補正不足から全体のレンズ枚数増にも繋がる。

条件式（２）は、第１レンズと第２レンズの間隔と、第２レンズと次のレンズの間隔との比を規定したもので、この比が条件式（２）の上限値以上になると、レンズ系全体の大型化に繋がる。反対に上記比が条件式（２）の下限値以下になると、レンズの最周辺部で大きな像面湾曲が発生してしまう。

それに対して、条件式（１）および（２）を満足するように上記第１レンズと第２レンズのパワーバランス並びに位置関係が適切に保たれていれば、上述のような不具合を招くことなく、広画角のレンズで発生しやすい像面湾曲と歪曲収差を良好に補正して、レンズの小型化も達成できる。

また、本発明の投写型表示装置は、上述した通りの本発明による投写用レンズが適用されたものであるので、広画角化および小型化を実現した上で、諸収差が良好に補正された高画質の像を投写できるものとなる。

本発明の実施例１に係る投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２に係る投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３に係る投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４に係る投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１に係る投写用レンズの各収差図 本発明の実施例２に係る投写用レンズの各収差図 本発明の実施例３に係る投写用レンズの各収差図 本発明の実施例４に係る投写用レンズの各収差図 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図４に、本発明の実施形態にかかる投写用レンズの構成例の断面図を示す。図１〜図４に示す構成例はそれぞれ、後述する実施例１〜４の投写用レンズに対応している。これらの投写用レンズは、縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写するものである。このような投写用レンズを用いる、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成を図９に示すが、これについては後に上述する。

まず図１を参照して、本発明の一実施形態に係る投写用レンズについて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る投写用レンズのレンズ構成を示す断面図である。なお同図では投写距離、つまり最も拡大側のレンズ面と上記拡大側共役位置との間の距離を１２２．７１７としたときのレンズ配置を示している。ここで、投写距離は全系の焦点距離を１．００とした場合の値で示しており、また投写距離を１２２．７１７にするということは、勿論、その距離で合焦させることを意味する（以下、同様）。以下、この図１に示す構成例を代表例として本発明の実施形態を説明する。

この実施形態の投写用レンズは、一例として学校教育用や企業研修用、プレゼンテーション用等に使われる投写型表示装置に搭載可能なものであり、例えばライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写する投写レンズとして使用可能である。図１では、図の左側を拡大側、右側を縮小側とし、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、ライトバルブの画像表示面１と、一端面２ａが画像表示面１と密接するように配置されたガラスブロック２（フィルタ部を含む）と、仮想絞り３とを合わせて表示している。

投写型表示装置においては、画像表示面１で画像情報を与えられた光束が、ガラスブロック２を介してこの投写用レンズに入射し、該投写用レンズにより、紙面左側方向において上記拡大側共役位置に配されるスクリーン（不図示）上に拡大投写される。

なお図１では、１枚のライトバルブの画像表示面１のみを図示しているが、投写型表示装置には、光源からの光束を色分離光学系により３原色光に分離し、各原色光用に３つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示可能とするものがある（図９参照）。その場合、ガラスブロック２の位置にクロスダイクロイックプリズム等の色合成手段を配設することにより、３原色光を合成することができる。

本実施形態に係る投写用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、および正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２が配列されて実質的に構成されている。図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は実質的に拡大側から順に第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３、第４レンズＬ１４および第５レンズＬ１５の５枚のレンズが配置されてなる。なお、上記第４レンズＬ１４と第５レンズＬ１５は互いに接合されて、負の屈折力を有するレンズ部を構成している。

一方第２レンズ群Ｇ２は実質的に、拡大側から順に第１レンズＬ２１、第２レンズＬ２２、第３レンズＬ２３、第４レンズＬ２４、第５レンズＬ２５、第６レンズＬ２６、第７レンズＬ２７、および第８レンズＬ２８の８枚のレンズが配置されてなる。なお第２レンズＬ２２と第３レンズＬ２３は互いに接合され、また第６レンズＬ２６と第７レンズＬ２７も互いに接合されている。

第１レンズ群Ｇ１において、第１レンズＬ１１は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凹面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第２レンズＬ１２は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凸面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第３レンズＬ１３は拡大側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ１４は両凸レンズ、第５レンズＬ１５は両凹レンズとされている。

一方第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズＬ２１は両凸レンズ、第２レンズＬ２２は両凹レンズ、第３レンズＬ２３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ２４は両凸レンズ、第５レンズＬ２５は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、第６レンズＬ２６は両凹レンズ、第７レンズＬ２７は両凸レンズ、第８レンズＬ２８は両凸レンズとされている。

ただし、本発明の投写用レンズの各レンズ群を構成するレンズの枚数や種類は、以上説明した図１の例に限定されるものではない。

本実施形態の投写用レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は上述の通り５枚のレンズＬ１１〜Ｌ１５から実質的に構成されている。そして、第１レンズ群Ｇ１の中で最も拡大側に配置された第１レンズＬ１１および、その次に縮小側に配置された第２レンズＬ１２は共に、負の屈折力を有するものとされている。

またこの実施形態の投写用レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、つまり第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ１５と、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズＬ２１との間隔（空気間隔）は、後に詳しく説明するように、全系の中で最大のレンズ間隔に設定されている。

本実施形態の投写用レンズにおいては、上述した通り第１レンズ群Ｇ１が、拡大側から順に、負の屈折力を有する非球面の第１レンズＬ１１、負の屈折力を有する非球面の第２レンズＬ１２、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズであって負の屈折力を有する第３レンズＬ１３、負の屈折力を有するレンズ部（互いに接合された第４レンズＬ１４および第５レンズＬ１５からなる）が配置されて実質的に構成されたことにより、以下の効果を奏する。

すなわち、最も拡大側に２枚の非球面レンズＬ１１およびＬ１２が配置されたことで、広角化と小さなＦナンバーの実現に有利となる。また、その次に縮小側に配置された負の屈折力を有するメニスカスレンズである第３レンズＬ１３で光線を折り曲げ、コマ収差や像面湾曲の発生を抑制可能となり、さらに、その次に縮小側に配置された負の屈折力を有するレンズ部により倍率色収差を補正することが可能となる。そしてこの負の屈折力を有するレンズ部が、正の屈折力を有する第４レンズＬ１４と負の屈折力を有する第５レンズＬ１５とを接合して構成されているので、倍率色収差の補正にさらに有利となる。

以上は、実施例１に即して、本実施形態の第１レンズ群Ｇ１の構成による効果を説明したが、後述する実施例２〜４では上記負の屈折力を有するレンズ部の代わりに、負の屈折力を有する第４レンズＬ１４が配された構成となっているので、これらの実施例２〜４でも、本質的に上記と同じ効果が得られる。ただし実施例２〜４では、上記レンズ部を接合レンズとしたことによる効果は得られない。

また、本実施形態の投写用レンズにおいて、合焦（フォーカシング）は、第１レンズ群Ｇ１の一部のレンズを光軸Ｚに沿って移動させることによってなされる。より詳しくは、該第１レンズ群Ｇ１の第１レンズＬ１１および第２レンズＬ１２は固定とされ、それらとの間隔が変わるように第３レンズＬ１３を光軸Ｚに沿って移動させ、また、この第３レンズＬ１３とは独立して、その縮小側に配置された負の屈折力を有するレンズ部（互いに接合された第４レンズＬ１４および第５レンズＬ１５からなる）を光軸Ｚに沿って移動させることによって、合焦がなされる。なお、上記レンズＬ１３〜Ｌ１５の移動による面間隔の変化については、後に表２を参照して詳しく説明する。

本実施形態の投写用レンズは、合焦のための構成が上記のものとされたことにより、以下の効果を奏する。すなわち、一般に広画角のレンズは合焦させるときに光学性能を維持するのが難しいとされるが、本実施形態のように第３レンズＬ１３と上記レンズ部とが互いに独立して移動する、いわゆるフローティングの構造が適用されていれば、合焦に伴う収差変動（特に像面湾曲)を良好に補正することが可能になる。またそれに加えて、径の大きいレンズである第１レンズＬ１１および第２レンズＬ１２が合焦レンズ群に含まれていないことから、合焦機構を簡素化することが可能になり、それによりコストダウンを図ることができる。

以上は、実施例１に即して、本実施形態の合焦のための構成による効果を説明したが、後述する実施例２〜４では上記負の屈折力を有するレンズ部の代わりに、負の屈折力を有する第４レンズＬ１４が配された構成となっているので、これらの実施例２〜４でも、本質的に上記と同じ効果が得られる。

また本実施形態の投写用レンズにおいては、前述した条件式（１）および（２）
３．０＜ｆ２／ｆ１＜５０．０ ・・・（１）
０．８０＜Ｄ２／Ｄ４＜７．００ ・・・（２）
ただし
ｆ１：第１レンズ群第１レンズＬ１１の焦点距離
ｆ２：第１レンズ群第２レンズＬ１２の焦点距離
Ｄ２：第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２との間隔
Ｄ４：第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３との間隔
が満足されている。

なお、これらの条件式（１）および（２）、並びに前述したその他の条件式（３）〜（６）が規定している条件（つまり文字式の部分）値を、実施例１〜４についてそれぞれまとめて表１７に示してある。

上記条件式（１）および（２）が満足されていることにより本実施形態の投写用レンズは、前述した通り、広画角のレンズで発生しやすい像面湾曲と歪曲収差を良好に補正可能で、また小型化も実現できるという効果を奏する。その詳しい理由は先に述べた通りである。

表１７に示される通り、具体的に実施例１においてｆ２／ｆ１の値は７．９３である。したがって実施例１においては、下記条件式（１’）も、さらには条件式（１”）
４．０＜ｆ２／ｆ１＜４５．０ ・・・（１’）
６．０＜ｆ２／ｆ１＜４０．０ ・・・（１”）
も満足されている。また表１７に示される通り、具体的に実施例１においてＤ２／Ｄ４の値は１．１５である。したがって実施例１においては、下記条件式（２’）
０．９０＜Ｄ２／Ｄ４＜５．５０ ・・・（２’）
も満足されている。そこで実施例１の投写用レンズは、上記の効果がより顕著なものとなる。

以上説明した条件式（１）さらには条件式（１’）および（１”）が満足され、また条件式（２）さらには条件式（２’）が満足されているのは、表１７から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。

また本実施形態の投写用レンズにおいては、前述した条件式（３）
１１０°＜２ω ・・・（３）
ただし
２ω：拡大側の全画角
も満足されている。それにより本実施形態の投写用レンズは、広画角化の要望に応えられるものとなっている。

以上説明した条件式（３）が満足されているのは、表１７から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。

また本実施形態の投写用レンズにおいては、前述した条件式（４）
−５．０＜Ｆ１／ｆ＜−１．０ ・・・（４）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離
も満足されている。それにより本実施形態の投写用レンズは、倍率色収差、球面収差およびコマ収差等の諸収差を良好に補正できるものとなっている。以下、その理由を説明する。

条件式（４）は、全系の焦点距離ｆに対する第１レンズ群Ｇ１の焦点距離Ｆ１の比を規定したものであり、この比が条件式（４）の上限値以上になるほど大きい場合は、第１レンズ群Ｇ１のパワーが大きくなり過ぎて、球面収差やコマ収差等の諸収差を補正することが困難となる。反対に上記比が条件式（４）の下限値以下になるほど小さい場合は、第１レンズ群Ｇ１のパワーが小さくなり過ぎて、倍率色収差の補正することが困難となる。それに対して、上記比が条件式（４）の下限値を上回り、そして上限値を下回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、倍率色収差、球面収差およびコマ収差等の諸収差を良好に補正可能となる。

なお本実施形態では、さらに下記条件式（４’）
−３．５＜Ｆ１／ｆ＜−１．４ ・・・（４’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。

以上説明した条件式（４）、さらには条件式（４’）が満足されているのは、表１７から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。

また本実施形態の投写用レンズにおいては、前述した条件式（５）
２．５＜Ｆ２／ｆ＜１０．０ ・・・（５）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離
も満足されている。それにより本実施形態の投写用レンズは、十分なバックフォーカスを確保できる一方、球面収差およびコマ収差等の諸収差を良好に補正可能となっている。以下、その理由を説明する。

条件式（５）は、全系の焦点距離ｆに対する第２レンズ群Ｇ２の焦点距離Ｆ２の比を規定したものであり、この比が条件式（５）の上限値以上になるほど大きい場合は、第２レンズ群Ｇ２のパワーが小さくなり過ぎて、球面収差やコマ収差等の諸収差を良好に補正することが困難となる。反対に上記比が条件式（５）の下限値以下になるほど小さい場合は、第２レンズ群Ｇ２のパワーが大きくなり過ぎて、バックフォーカスを十分に確保できなくなる。上記比が条件式（５）の下限値を上回り、そして上限値を下回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、十分なバックフォーカスを確保でき、また、球面収差およびコマ収差等の諸収差を良好に補正可能となる。

なお本実施形態では、さらに下記条件式（５’）
４．０＜Ｆ２／ｆ＜８．０ ・・・（５’）
も満足されているので、上記の効果がより顕著なものとなる。

以上説明した条件式（５）、さらには条件式（５’）が満足されているのは、表１７から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。

また本実施形態の投写用レンズにおいては、前述した条件式（６）
３．０＜Ｂｆ／ｆ ・・・（６）
ただし
ｆ：全系の焦点距離
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算長）
も満足されている。それにより本実施形態の投写用レンズは、十分なバックフォーカスを確保して、色合成プリズム等を配置することが容易なものとなっている。以下、その理由を説明する。

条件式（６）は、投写用レンズの全系の焦点距離ｆに対するバックフォーカスＢｆの比を規定するもので、この比が条件式（６）の下限値以下となるほどに小さいと、バックフォーカスＢｆが短くなり、色合成プリズム等を配置することが困難となる。上記比が条件式（６）の下限値を上回っていれば、上述のような不具合を招くことなく、投写レンズの縮小側に色合成用のプリズム等を配置するスペースを確保する上で必要十分なバックフォーカスＢｆが設定される。

以上説明した条件式（６）が満足されているのは、表１７から明らかなように後述する実施例２〜４も同様であり、よってそれらの実施例２〜４においても上に述べた通りの効果が得られる。

なお本発明の投写用レンズにおいては、図１に示す例のように、一部のレンズに非球面レンズを適用することが可能であり、その場合はより良好に収差補正を行うことができる。勿論、それに限らず、本発明の投写用レンズは、レンズ面が球面であるレンズのみを用いて構成することも可能であり、そのようにした場合は、コストを抑える上で有利となる。

次に、本発明の投写型表示装置の実施形態について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の構成を概略的に示すものである。この投写型表示装置１００は、本発明の実施形態に係る投写用レンズ１０と、光源２０と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ〜１１ｃと、光源２０からの光束をライトバルブへ導く照明光学系３０とを備えている。照明光学系３０は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、ミラー１８ａ〜１８ｃとを有する。なお図９では、投写用レンズ１０は概略的に図示されている。また、光源２０とダイクロイックミラー１２の間にはフライアイ等のインテグレータが配されているが、図９ではその図示を省略している。

光源２０からの白色光は、照明光学系３０において、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれミラー１８ａ〜１８ｃにより光路を偏向されてコンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ〜１１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写用レンズ１０に入射する。投写用レンズ１０は透過型表示素子１１ａ〜１１ｃにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。

透過型表示素子１１ａ〜１１ｃとしては、例えば透過型液晶表示素子等を用いることができる。なお、図９ではライトバルブとして透過型表示素子を用いた例を示したが、本発明の投写型表示装置が備えるライトバルブは、これに限られるものではなく、反射型液晶表示素子あるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を用いてもよい。

本実施形態の投写型表示装置１００は、本発明による投写用レンズ１０が適用されたものであるので、広画角化および小型化を実現した上で、諸収差が良好に補正された高画質の像を投写できるものとなる。

次に、本発明の投写用レンズの具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１に、実施例１の投写用レンズのレンズ構成を示す。この図１におけるレンズ構成等の表示の仕方は先に説明した通りであり、それは後述する図２〜図４においても同じである。また、この実施例１の投写用レンズにおけるレンズ群の配置、および各レンズ群の構成も先に説明した通りであるので、ここでは重複した説明を省略する。

表１に実施例１の投写用レンズの基本レンズデータを示す。この表１において、Ｓｉの欄には最も拡大側にある構成要素の拡大側の面を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素に面番号を付したときのｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示す。Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｊの欄には最も拡大側の構成要素を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。この表１では、図１に示した仮想絞り３およびガラスブロック２の面も示している。面番号１０の面が仮想絞り３の面であり、面番号２５、２６の面がそれぞれ、ガラスブロック２の拡大側の面、縮小側の面である。

表１において、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。また表１において、非球面については、その面番号に＊印を付して示しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。

この実施例１の投写用レンズにおいては、先に述べたように、第１レンズ群Ｇ１の第３レンズＬ１３を光軸Ｚに沿って移動させ、またそれとは独立して、互いに接合されている第４レンズＬ１４および第５レンズＬ１５を光軸Ｚに沿って移動させることによって合焦がなされる。そこで、表１に示す面番号４に関する面間隔（第２レンズＬ１２と第３レンズＬ１３との間隔）、面番号６に関する面間隔（第３レンズＬ１３と第４レンズＬ１４との間隔）、および面番号９に関する面間隔（第５レンズＬ１５と仮想絞り３との間隔）が合焦操作に伴って変化する。表１においては、上記３つの面間隔については、投写距離を１２２．７１７とした場合の値を示している。

表２に、上述のように第１レンズ群Ｇ１の第３レンズＬ１３、並びに第４レンズＬ１４および第５レンズＬ１５の移動に伴って面間隔が変わる面番号４、６および９の面について、投写距離を１２２．７１７、９２．０３８、１７８．８６としたときの面間隔をまとめて示す。

なお表１や、後述する表５、９および１３では、仮想絞り３（図１参照）が第２レンズ群Ｇ２よりも拡大側に位置することを前提として面番号を決めている。しかし実施例１において実際の仮想絞り３は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズＬ２１の拡大側のレンズ面よりも縮小側に位置するので、表１において仮想絞り３から上記第１レンズＬ２１までの距離、つまり面番号１０の面間隔は、「−」の符号を付けて示してある（表５および９でも同様）。したがって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、つまり第１レンズ群Ｇ１の第５レンズＬ１５と上記第１レンズＬ２１との間隔（空気間隔）は、５．５８１６−０．１６４９＝５．４１６７であり、これは全系の中で最大のレンズ間隔となっている。この点は、表１および表２から明らかな通り、投射距離が１２２．７１７以外の値とされた場合も同様である。

次に表３に、実施例１の投写用レンズのｄ線に対する諸元、具体的には、全系の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ω（単位は度）の値をそれぞれ示す。

表１〜表３において、長さに係る値は、全系の焦点距離を１．００として規格化した値である。また表１〜表３では、適宜所定の桁でまるめた数値を記載している。

表４に、実施例１の各非球面の面番号と非球面係数を示す。ここに示す非球面係数は、下の（数１）式で表される非球面式における各係数Ｋ（離心率）、Ａｉの値である。ここで、ｉは３以上の整数であり、実施例１では全ての非球面が１６までの値をとる。ただし、ｉがとる値はそれに限るものではなく、各非球面によって異なる。また、非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。

一方、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）にそれぞれ、実施例１の投写用レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。ここに示す収差はそれぞれ、投写距離を前述の１２２．７１７とした場合のものである。

図５（Ａ）〜図５（Ｄ）の各収差図は、ｄ線を基準としたものであるが、球面収差図では、Ｆ線（波長波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に関する収差も示しており、倍率色収差図では、Ｆ線、Ｃ線に関する収差を示している。また、非点収差図ではサジタル方向、タンジェンシャル方向に関する収差をそれぞれ(S)と付記した実線、(T)と付記した破線で示している。球面収差図の縦軸上方に記載したＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図の縦軸上方に記載したωは半画角を意味する。

上述した実施例１のレンズ構成図、表および収差図の記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り、以下の実施例２〜４のものについても基本的に同様である。また、レンズデータの長さに係る値が、全系の焦点距離を１．００として規格化されている点も、以下の実施例２〜４の説明において同様である。

＜実施例２＞
図２に、実施例２の投写用レンズのレンズ構成を示す。ここに示すレンズ配置は、投写距離を１２２．９７７とした場合のものである。なお、この実施例２および後述する実施例３、４に関して、実施例１と共通している構成は特に必要の無い限り説明を省略する。

図２に示す実施例２の投写用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、および正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２が配列されて実質的に構成されている。上記第１レンズ群Ｇ１は、実質的に拡大側から順に第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３および第４レンズＬ１４の４枚のレンズが配置されてなる。また第２レンズ群Ｇ２は実質的に拡大側から順に第１レンズＬ２１、第２レンズＬ２２、第３レンズＬ２３、第４レンズＬ２４、第５レンズＬ２５、第６レンズＬ２６、第７レンズＬ２７、および第８レンズＬ２８の８枚のレンズが配置されてなる。なお第２レンズＬ２２と第３レンズＬ２３は互いに接合され、また第６レンズＬ２６と第７レンズＬ２７も互いに接合されている。

以上の通り実施例２の投写用レンズは、実施例１の投写用レンズと比較すると、第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数が４枚である点で基本的に異なっている。そしてこの実施例２の投写用レンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１の第３レンズＬ１３と第４レンズＬ１４とを、互いに独立して光軸Ｚに沿って移動させることにより合焦がなされる。以上の点は、後述する第３実施例、第４実施例においても同様である。

第１レンズ群Ｇ１において、第１レンズＬ１１は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凹面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第２レンズＬ１２は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凸面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第３レンズＬ１３は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ１４は両凹レンズとされている。

一方第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズＬ２１は両凸レンズ、第２レンズＬ２２は両凹レンズ、第３レンズＬ２３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ２４は両凸レンズ、第５レンズＬ２５は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、第６レンズＬ２６は両凹レンズ、第７レンズＬ２７は両凸レンズ、第８レンズＬ２８は両凸レンズとされている。

この実施例２の投写用レンズの基本レンズデータを表５に、合焦操作に伴って移動するレンズに係る可変面間隔を表６に、ｄ線に対する諸元を表７に、そして非球面係数を表８に示す。なお表６に示す面間隔は、投写距離を１２２．９７７、９２．２３３、１８３．３６３とした場合のものである。また、表５に示す基本レンズデータの面間隔は、投写距離を１２２．９７７とした場合のものである。

表５に示すデータより、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔（空気間隔）は、５．２２３７−０．１５４８＝５．０６８９であり、これは全系の中で最大のレンズ間隔となっている。この点は、表５および表６から明らかな通り、投射距離が１２２．９７７以外の値とされた場合も同様である。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に、実施例２の投写用レンズの各収差図を示す。ここに示す各収差は、投写距離を１２２．９７７とした場合のものである。

＜実施例３＞
図３に、実施例３の投写用レンズのレンズ構成を示す。ここに示すレンズ配置は、投写距離を１２２．８０３とした場合のものである。

図３に示す実施例３の投写用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、および正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２が配列されて実質的に構成されている。上記第１レンズ群Ｇ１は、実質的に拡大側から順に第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３および第４レンズＬ１４の４枚のレンズが配置されてなる。また第２レンズ群Ｇ２は実質的に拡大側から順に第１レンズＬ２１、第２レンズＬ２２、第３レンズＬ２３、第４レンズＬ２４、第５レンズＬ２５、第６レンズＬ２６、第７レンズＬ２７、および第８レンズＬ２８の８枚のレンズが配置されてなる。なお第２レンズＬ２２と第３レンズＬ２３は互いに接合され、また第６レンズＬ２６と第７レンズＬ２７も互いに接合されている。

第１レンズ群Ｇ１において、第１レンズＬ１１は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凹面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第２レンズＬ１２は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凸面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第３レンズＬ１３は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ１４は負の屈折力を有するメニスカスレンズとされている。

一方第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズＬ２１は両凸レンズ、第２レンズＬ２２は両凹レンズ、第３レンズＬ２３は正の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ２４は両凸レンズ、第５レンズＬ２５は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、第６レンズＬ２６は両凹レンズ、第７レンズＬ２７は両凸レンズ、第８レンズＬ２８は両凸レンズとされている。

この実施例３の投写用レンズの基本レンズデータを表９に、合焦操作に伴って移動するレンズに係る可変面間隔を表１０に、ｄ線に対する諸元を表１１に、そして非球面係数を表１２に示す。なお表１０に示す面間隔は、投写距離を１２２．８０３、９２．１０２、１８３．１０３とした場合のものである。また、表９に示す基本レンズデータの面間隔は、投写距離を１２２．８０３とした場合のものである。

表９に示すデータより、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔（空気間隔）は、５．２４６５−０．０４２８＝５．２０３７であり、これは全系の中で最大のレンズ間隔となっている。この点は、表９および表１０から明らかな通り、投射距離が１２２．８０３以外の値とされた場合も同様である。

図７（Ａ）〜図６（Ｄ）に、実施例３の投写用レンズの各収差図を示す。ここに示す各収差は、投写距離を１２２．８０３とした場合のものである。

＜実施例４＞
図４に、実施例４の投写用レンズのレンズ構成を示す。ここに示すレンズ配置は、投写距離を１２１．８９５とした場合のものである。

図４に示す実施例４の投写用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、および正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２が配列されて実質的に構成されている。上記第１レンズ群Ｇ１は、実質的に拡大側から順に第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３および第４レンズＬ１４の４枚のレンズが配置されてなる。また第２レンズ群Ｇ２は実質的に拡大側から順に第１レンズＬ２１、第２レンズＬ２２、第３レンズＬ２３、第４レンズＬ２４、第５レンズＬ２５、第６レンズＬ２６、および第７レンズＬ２７の７枚のレンズが配置されてなる。なお第２レンズＬ２１と第３レンズＬ２２は互いに接合され、また第５レンズＬ２５と第６レンズＬ２６も互いに接合されている。

以上の通り実施例４の投写用レンズは、実施例１の投写用レンズと比較すると、前述したように第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数が４枚である点に加えて、第２レンズ群Ｇ２のレンズ枚数が７枚である点で基本的に異なっている。

第１レンズ群Ｇ１において、第１レンズＬ１１は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凹面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第２レンズＬ１２は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて近軸領域で拡大側に凸面を向けた、負の屈折力を有する非球面レンズ、第３レンズＬ１３は負の屈折力を有するメニスカスレンズ、第４レンズＬ１４は負の屈折力を有するメニスカスレンズとされている。

一方第２レンズ群Ｇ２において、第１レンズＬ２１は両凸レンズ、第２レンズＬ２２は両凹レンズ、第３レンズＬ２３は拡大側および縮小側のレンズ面がそれぞれ非球面形状とされて、近軸領域で拡大側に凹面を向けた非球面レンズ、第４レンズＬ２４は両凸レンズ、第５レンズＬ２５は両凹レンズ、第６レンズＬ２６は両凸レンズ、第７レンズＬ２７は両凸レンズとされている。

この実施例４の投写用レンズの基本レンズデータを表１３に、合焦操作に伴って移動するレンズに係る可変面間隔を表１４に、ｄ線に対する諸元を表１５に、そして非球面係数を表１６に示す。なお表１４に示す面間隔は、投写距離を１２１．８９５、９１．４２１、１８１．７４９とした場合のものである。また、表１３に示す基本レンズデータの面間隔は、投写距離を１２１．８９５とした場合のものである。

表１３に示すデータより、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔（空気間隔）は、５．５４７７＋０．３０７０＝５．８５４７であり、これは全系の中で最大のレンズ間隔となっている。この点は、表１３および表１４から明らかな通り、投射距離が１２１．８９５以外の値とされた場合も同様である。

図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に、実施例４の投写用レンズの各収差図を示す。ここに示す各収差は、投写距離を１２１．８９５とした場合のものである。

また、以下の表１７に、前述した条件式（１）〜（６）が規定している条件（つまり文字式の部分）や、それに関連する条件の値を、実施例１〜４についてそれぞれまとめて示す。

以上のデータから分かるように実施例１〜４の投写用レンズは、１１９．８°〜１２３．２°と広い全画角が実現され、またＦナンバーが１．８０と小さく、そして諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有するものとなっている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の投写用レンズは上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を適宜変更することが可能である。

また、本発明の投写型表示装置も上記構成のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。

１ 画像表示面
２ ガラスブロック
３ 仮想絞り
１０ 投写用ズームレンズ
１１ａ〜１１ｃ 透過型表示素子
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ ミラー
２０ 光源
３０ 照明光学系
１００ 投写型表示装置
Ｌ１１〜Ｌ１５、Ｌ２１〜Ｌ２８ レンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｚ 光軸

Claims (15)

1. 拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とが配列されて実質的になる投写用レンズであって、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が、全系の中で最大のレンズ間隔に設定され、
   前記第１レンズ群は最も拡大側から順に配置された、負の屈折力を有する第１レンズ、および負の屈折力を有する第２レンズを有し、
   前記第１レンズ群は４枚または５枚のレンズから実質的に構成され、
   下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする投写用レンズ。
   ３．０＜ｆ２／ｆ１＜５０．０ ・・・（１）
   ０．８０＜Ｄ２／Ｄ４＜７．００ ・・・（２）
   ただし
   ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
   ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
   Ｄ２：前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔
   Ｄ４：前記第２レンズと、該第２レンズの次に縮小側に配置されたレンズとの間隔
2. 下記条件式（１’）を満足する請求項１記載の投写用レンズ。
   ４．０＜ｆ２／ｆ１＜４５．０ ・・・（１’）
3. 下記条件式（１”）を満足する請求項１記載の投写用レンズ。
   ６．０＜ｆ２／ｆ１＜４０．０ ・・・（１”）
4. 下記条件式（２’）を満足する請求項１記載の投写用レンズ。
   ０．９０＜Ｄ２／Ｄ４＜５．５０ ・・・（２’）
5. 下記条件式（３）を満足する請求項１から４いずれか１項記載の投写用レンズ。
   １１０°＜２ω ・・・（３）
   ただし
   ２ω：拡大側の全画角
6. 下記条件式（４）を満足する請求項１から５いずれか１項記載の投写用レンズ。
   −５．０＜Ｆ１／ｆ＜−１．０ ・・・（４）
   ただし
   ｆ：全系の焦点距離
   Ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
7. 下記条件式（４’）を満足する請求項６記載の投写用レンズ。
   −３．５＜Ｆ１／ｆ＜−１．４ ・・・（４’）
8. 下記条件式（５）を満足する請求項１から５いずれか１項記載の投写用レンズ。
   ２．５＜Ｆ２／ｆ＜１０．０ ・・・（５）
   ただし
   ｆ：全系の焦点距離
   Ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
9. 下記条件式（５’）を満足する請求項８記載の投写用レンズ。
   ４．０＜Ｆ２／ｆ＜８．０ ・・・（５’）
10. 下記条件式（６）を満足する請求項１から５いずれか１項記載の投写用レンズ。
    ３．０＜Ｂｆ／ｆ ・・・（６）
    ただし
    ｆ：全系の焦点距離
    Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算長）
11. 前記第１レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズであって負の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズ、および負の屈折力を有する第５レンズが配置されて実質的に構成され、前記第４レンズと第５レンズとが接合されて全体として負の屈折力を有するレンズ部とされている請求項１から１０いずれか１項記載の投写用レンズ。
12. 前記第３レンズと前記負の屈折力を有するレンズ部とが互いに独立して光軸方向に移動することにより合焦がなされる請求項１１記載の投写用レンズ。
13. 前記第１レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズであって負の屈折力を有する第３レンズ、および負の屈折力を有する第４レンズが配置されて実質的に構成されている請求項１から１０いずれか１項記載の投写用レンズ。
14. 前記第３レンズと前記第４レンズとが互いに独立して光軸方向に移動することにより合焦がなされる請求項１３記載の投写用レンズ。
15. 光源と、ライトバルブと、前記光源からの光束を前記ライトバルブへ導く照明光学系と、請求項１記載の投写用レンズとを備え、前記光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。