JP5468966B2 - 投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等のライトバルブからの表示情報等を拡大投写する投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。

近年、透過型あるいは反射型の液晶表示素子や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ている。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利用されている。

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、大きなバックフォーカスが必要となる。

さらに、このような投写レンズにおいては、短い投写距離で大きなサイズの投写を可能とすること、が要求されており、また、特にリア式用のものでは、装置の薄型化が強く要望されていることから、広角化が図れる投写レンズが要求されている。
このような要求に応じ、本願出願人は、長いバックフォーカスを確保しつつ、１０５度程度以上と広角で、高い投写性能を有する投写レンズを既に開示している（下記特許文献１を参照）。

特開２００８−２８７１８１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された投写レンズは、構成レンズ枚数が１３枚〜１６枚となっており、コンパクト化や低コスト化が良好に達成されたものとはなっていない。
また、拡大側のレンズを小径化してコンパクト化を図りたいという要請がある。

さらに、特に反射型の液晶表示素子を用いる場合等においては、長めのバックフォーカスの確保が要求されており、上述した特許文献１に記載された投写レンズのものでは、必ずしも適切なバックフォーカスとはなっていないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を有し、コンパクト化や低コスト化を達成しうる投写レンズ及び投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の投写レンズ（請求項１に対応する）は、拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、第３レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第５レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズとからなり、かつ下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
１．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
ここで、
ｆ ：全系の焦点距離
Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
ｆａ：前記第２レンズから最も縮小側のレンズまでの合成焦点距離

本発明に係る第２の投写レンズ（請求項２に対応する）は、拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第７レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第８レンズとからなり、かつ下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
１．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
ここで、
ｆ ：全系の焦点距離
Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
ｆａ：前記第２レンズから最も縮小側のレンズまでの合成焦点距離

また、前記第１および第２の投写レンズにおいて、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
３．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．５・・・・（３）
ここで、
ｆｂ:縮小側の３枚のレンズの合成焦点距離

また、前記第１および第２の投写レンズにおいて、前記第２レンズと前記第３レンズとの間が、最も長い空気間隔に設定され、かつ下記条件式（４）を満足することが好ましい。
５．０＜ ｄ／ｆ ＜１０．０・・・・（４）
ここで、
ｄ: 前記第２レンズの縮小側の面と前記第３レンズの拡大側の面との空気間隔

また、前記第１の投写レンズにおいて、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
ν_３＜４０・・・・（５）
ここで、
ν_３：前記第３レンズのアッベ数（ｄ線）

また、前記第１の投写レンズにおいて、前記第３レンズの少なくとも１面が非球面とされていることが好ましい。

また、前記第１および第２の投写レンズにおいて、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜・・・・（６）
ここで、
ｆ_１：前記第１レンズの焦点距離

また、前記第１の投写レンズにおいて、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１０．０＜ ｜ｆ_３／ｆ｜・・・・（７）
ここで、
ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離

また、前記第１および第２の投写レンズにおいて、前記第２レンズと前記第３レンズとの間が最も長い空気間隔に設定され、当該空気間隔に光偏向手段を挿入して光を折り曲げることが好ましい。

また、前記第１および第２の投写レンズにおいて、前記第１レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなることが好ましい。

さらに、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、本発明に係る上記投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。

本発明の投写レンズおよび投写型表示装置は、６枚または８枚からなる上記構成を備えたことにより、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を備えることができ、さらに、コンパクト化および低コスト化を図ることができる。

また、上記条件式（１）を満足することにより、色合成処理、および照明光と投写光の光分離処理に必要なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の大型化を避けることができる。

さらに、上記条件式（２）を満足することにより、拡大側のレンズの小型化を図りつつ、最も拡大側のレンズの収差補正を良好なものとすることができる。

本発明の実施例１に係る投写レンズの構成を表す図である。 図１に係る投写レンズにおいて、光を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図である。 本発明の実施例２に係る投写レンズの構成を表す図である。 図３に係る投写レンズにおいて、光を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図である。 本発明の実施例３に係る投写レンズの構成を表す図である。 図５に係る投写レンズにおいて、第１レンズの形状を変形させた場合の構成を表す図である。 本発明の実施例４に係る投写レンズの構成を表す図である。 図７に係る投写レンズにおいて、光を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図である。 本発明の実施例５に係る投写レンズの構成を表す図である。 図９に係る投写レンズにおいて、光を偏向させるミラーを配設し、さらに、第１レンズおよび第２レンズの形状を変形させた場合の構成を表す図である。 本発明の実施例６に係る投写レンズの構成を表す図である。 図１１に係る投写レンズにおいて、光を偏向させるプリズムを配設し、さらに、第１レンズの形状を変形させた場合の構成を表す図である。 実施例１に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例２に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例３に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例４に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例５に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 実施例６に係る投写レンズの諸収差図（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））である。 投写型表示装置（３板式）の照明光学系の構成を表す図である。 投写型表示装置（単板式）の照明光学系の構成を表す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は後述する実施例１のレンズ構成図であり、このレンズを第１の実施形態の代表として、以下に説明する。また、図２は、実施例１に係る投写レンズの変形例を示すものであり、本実施形態の説明では、この図２についても言及する。

また、図７は後述する実施例４のレンズ構成図であり、このレンズを第２の実施形態の代表として、以下に説明する。また、図８は、実施例４に係る投写レンズの変形例を示すものであり、第２の実施形態の説明では、この図８についても言及する。
なお、図中Ｚは光軸を表している。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の投写レンズは、コンパクト化を図りつつ、投写性能が良好なタイプのものとして設計されたものである。

すなわち、図１に示すように、拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、第３レンズＬ_３と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズＬ_４と、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第５レンズＬ_５と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズＬ_６とからなり、縮小側が略テレセントリックとされている。なお、レンズ系のいずれかの位置（実施例１のものでは、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間の位置）に、絞り（マスクとすることも可能）３を配することが可能である。

また、第１レンズＬ_１は、上述したように、両面がともに非球面からなり、中心から周辺に向かうにしたがって、屈折力の変化が正方向に線形的に増加するように（光軸Ｚ上の屈折力が正である場合には、周辺に向かうにしたがって正の屈折力が強くなるように、光軸Ｚ上の屈折力が負である場合には、周辺に向かうにしたがって、まず負の屈折力が弱くなり、０になった後、正の屈折力が強くなるように）形成されている。

また、第５レンズＬ_５と第６レンズＬ_６とは、互いに接合されて接合レンズを構成する（下記実施例１、２）または近接配置される（下記実施例３）ことが好ましい。

なお、図１の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面１において画像情報を与えられた光束が、各種フィルタ２を介しこの投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。図１には、見易さのため１枚の画像表示面１のみを記載しているが、投写型表示装置において、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することが可能である。画像表示面１と第６レンズＬ_６の間の位置にクロスダイクロイックプリズム等の色合成光学系（ライトバルブが反射型液晶表示板である場合にはライトバルブに加えて偏光板および1/4波長板）を配設することによりこの３原色光を合成することができる。

また、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間が最も長い空気間隔に設定され、当該空気間隔に光偏向手段４を挿入して光路を折り曲げることが好ましい。図２に示す変形例のものは、図１に示す投写レンズにおいて、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に光偏向手段４としての光反射ミラー（実施例２の変形例では光反射ミラー、実施例３およびその変形例では光反射プリズム）を配置して、光束を９０度だけ折り曲げるようにしたもので、収納スペースのサイズに合わせて光学系のコンパクト化を図ることができる。なお、光偏向手段４を光反射プリズムとした場合には光反射ミラーとした場合に比べて、全長の短縮化を図ることができる。

なお、下記実施例２、３の変形例においては、図４および図６に示すように、第１レンズＬ_１が有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、すなわち、第１レンズＬ_１の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。

これは、第１レンズＬ_１のレンズ径が大きくなり過ぎてしまうので、本実施形態では、この第１レンズＬ_１を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分を設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、第１レンズＬ_１の縮小化を図り、レンズ系全体のコンパクト化を図るようにしている。

また、本実施形態の投写レンズにおいては、上記第１レンズＬ_１のほか、少なくとも第３レンズＬ_３の少なくとも１面が非球面とされることが好ましい。これにより、レンズ枚数を低減しつつ投写性能を向上させることができる。

また、本実施形態の投写レンズにおいては、下記条件式（１）、（２）の両者を満足するように構成されている。
３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
１．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
ここで、
ｆ ：全系の焦点距離
Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
ｆａ：第２レンズＬ_２から最も縮小側のレンズ（第６レンズＬ_６）までの合成焦点距離

以上のように構成することにより、本実施形態の投写レンズは、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を有することができる。

また、条件式（１）を満足することにより、色合成処理、および照明光と投写光の光分離処理に必要なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の大型化を避けることができる。すなわち、条件式（１）の下限を下回ると色合成処理、および照明光と投写光の分離処理に必要なバックフォーカスを確保することが難しくなり、上限を上回るとレンズ系の大型化を招来する。なお、このような範囲のバックフォーカスを確保することにより、色分離合成プリズム、偏光板、1／4波長板等を、系内に挿入することが必要な、反射型液晶タイプ（ＬＣＯＳタイプ）のライトバルブを良好に適用することが可能である。

このような観点から、上記条件式（１）に替えて、下記条件式（１´）を満足することが好ましく、下記条件式（１´´）を満足することがさらに好ましい。
４．０＜ Ｂｆ／ｆ ＜６．０・・・・（１´）
４．０＜ Ｂｆ／ｆ ＜５．０・・・・（１´´）

さらに、上記条件式（２）を満足することにより、拡大側レンズの小型化を図りつつ、最も拡大側のレンズの収差補正を良好なものとすることができる。すなわち、条件式（２）の下限を下回ると拡大側レンズが大型化し、上限を上回ると最も拡大側のレンズの収差補正を良好なものとすることが困難となる。

このような観点から、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（２´）を満足することが好ましく、下記条件式（２´´）を満足することがさらに好ましい。
１．３＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜１．８・・・・（２´）
１．４＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜１．７・・・・（２´´）

また、本実施形態の投写レンズにおいては、上記条件式（１）、（２）の他に、下記条件式（３）〜（７）の少なくとも１つの条件式を満足することが好ましい。
３．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．５・・・・（３）
５．０＜ ｄ／ｆ ＜１０．０・・・・（４）
ν_３＜４０・・・・（５）
８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜・・・・（６）
１０．０＜ ｜ｆ_３／ｆ｜・・・・（７）
ここで、
ｆｂ:縮小側の３枚のレンズ（Ｌ_４、Ｌ_５、Ｌ_６）の合成焦点距離
ｄ: 前記第２レンズＬ_２の縮小側の面と前記第３レンズＬ_３の拡大側の面の空気間隔
ν_３：第３レンズＬ_３のアッベ数（ｄ線）
ｆ_１：第１レンズＬ_１の焦点距離
ｆ_３：第３レンズＬ_３の焦点距離

ただし、上記条件式（４）においては、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間が、最も長い空気間隔に設定されることが前提となっている。

以下、上記条件式（３）〜（７）の各々の意義について説明する。
また、上記条件式（３）を満足することにより、屈折力が強くなり過ぎるのを防止して諸収差の収差補正を良好なものとしつつ、バックフォーカスが長くなりすぎるのを防止して、倍率色収差補正を良好なものとすることができる。すなわち、条件式（３）の下限を下回ると屈折力が強くなり過ぎて収差補正が困難となり、一方、上限を上回るとバックフォーカスが長くなり過ぎ、また倍率色収差が補正不足となる。

このような観点から、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´）を満足することが好ましく、下記条件式（３´´）を満足することがさらに好ましい。
４．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．０・・・・（３´）
４．０＜ ｆｂ／ｆ ＜４．６・・・・（３´´）

また、上記条件式（４）を満足することにより、バックフォーカスを適切な値に設定することができ、レンズ間に光偏向手段を配設可能とすることができるとともに、レンズ系の大型化を防止することができる。すなわち、条件式（４）の下限を下回るとバックフォーカスが小さくなり過ぎ、レンズ間に光偏向手段４の配設が困難となり、一方、上限を上回るとレンズ系が大型化する。

このような観点から、上記条件式（４）に替えて、下記条件式（４´）を満足することが好ましく、下記条件式（４´´）を満足することがさらに好ましい。
５．５＜ ｄ／ｆ ＜９．０・・・・（４´）
６．０＜ ｄ／ｆ ＜８．５・・・・（４´´）

また、上記条件式（５）を満足することにより、軸上色収差を良好なものとすることができる。すなわち、条件式（５）の下限を下回ると、軸上色収差を良好に補正することが困難となる。

このような観点から、上記条件式（５）に替えて、下記条件式（５´）を満足することが好ましい。
ν_３＜３０・・・・（５´）

また、上記条件式（６）、（７）は、いずれかを満足することにより、温度変化に伴う性能劣化を抑制することができる。すなわち、条件式（６）、（７）は、その下限を下回ると、温度変化に伴う性能劣化が過大となる。

このような観点から、上記条件式（６）、（７）に替えて、下記条件式（６´）、（７´）を満足することが好ましく、下記条件式（６´´）を満足することがさらに好ましい。
８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜ ＜２０．０・・・・（６´）
１０．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜ ＜１６．０・・・・（６´´）
２０．０＜ ｜ｆ_３／ｆ｜ ＜３０．０・・・・（７´）

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の投写レンズも、コンパクト化を図りつつ、投写性能が良好なタイプのものとして設計されたものである。

すなわち、図７に示すように、拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズＬ_２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ_３と、負の屈折力を有する第４レンズＬ_４と、正の屈折力を有する第５レンズＬ_５と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズＬ_６と、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第７レンズＬ_７と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第８レンズＬ_８とからなり、縮小側が略テレセントリックとされている。なお、レンズ系のいずれかの位置（実施例５のものでは、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間の位置、実施例６のものでは、第５レンズＬ_５と第６レンズＬ_６の間の位置）に、絞り（マスクとすることも可能）３を配することが可能である。

また、第１レンズＬ_１は、上述したように、両面がともに非球面からなり、中心から周辺に向かうにしたがって、屈折力の変化が正方向に線形的に増加するように（光軸Ｚ上の屈折力が正である場合には、周辺に向かうにしたがって正の屈折力が強くなるように、光軸Ｚ上の屈折力が負である場合には、周辺に向かうにしたがって、まず負の屈折力が弱くなり、０になった後、正の屈折力が強くなるように）形成されている。

また、第４レンズＬ_４と第５レンズＬ_５、および第７レンズＬ_７と第８レンズＬ_８とは、互いに接合されて接合レンズを構成する（下記実施例４、５）、または近接配置される（下記実施例６）ことが好ましい。

なお、図７の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面１において画像情報を与えられた光束が、各種フィルタ２を介してこの投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。図７には、見易さのため１枚の画像表示面１のみを記載しているが、投写型表示装置において、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することが可能である。

画像表示面１と第８レンズＬ_８の間の位置にクロスダイクロイックプリズム等の色合成光学系（ライトバルブが反射型液晶表示板である場合にはライトバルブに加えて偏光板および1/4波長板）を配設することによりこの３原色光を合成することができる。

また、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間が最も長い空気間隔に設定され、当該空気間隔に光偏向手段４を挿入して光路を折り曲げることが好ましい。図８に示す変形例のものは、図７に示す投写レンズにおいて、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に光偏向手段４としての光反射ミラー（実施例４、５の変形例では光反射ミラー、実施例６およびその変形例では光反射プリズム）を配置して、光束を９０度だけ折り曲げるようにしたもので、収納スペースのサイズに合わせて光学系のコンパクト化を図ることができる。なお、光偏向手段４を光反射プリズムとした場合には光反射ミラーとした場合に比べて、全長の短縮化を図ることができる。

なお、下記実施例５の変形例においては、図１０に示すように、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、すなわち、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。また、下記実施例６の変形例においては、図１２に示すように、第１レンズＬ_１が有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、すなわち、第１レンズＬ_１の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。

これは、第１レンズＬ_１（および第２レンズＬ_２）のレンズ径が大きくなり過ぎてしまうので、本実施形態では、この第１レンズＬ_１（および第２レンズＬ_２）を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分を設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、第１レンズＬ_１（および第２レンズＬ_２）の縮小化を図り、レンズ系全体のコンパクト化を図るようにしている。

また、本実施形態の投写レンズにおいては、上記第１レンズＬ_１の少なくとも１面が非球面とされることが好ましい。これにより、レンズ枚数を低減しつつ投写性能を向上させることができる。

また、本実施形態の投写レンズにおいては、下記条件式（１）、（２）の両者を満足するように構成されている。
３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
１．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
ここで、
ｆ ：全系の焦点距離
Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
ｆａ：前記第２レンズＬ_２から最も縮小側のレンズ（第８レンズＬ_８）までの合成焦点距離

以上のように構成することにより、本実施形態の投写レンズは、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を有することができる。

また、条件式（１）を満足することにより、色合成処理、および照明光と投写光の光分離処理に必要なバックフォーカスを確保しつつ、レンズ系の大型化を避けることができる。すなわち、条件式（１）の下限を下回ると色合成や照明光と投写光の分離に必要なバックフォーカスを確保することが難しくなり、上限を上回るとレンズ系の大型化を招来する。なお、このような範囲のバックフォーカスを確保することにより、色分離合成プリズム、偏光板、1／4波長板等を、系内に挿入することが必要な、反射型液晶タイプ（ＬＣＯＳタイプ）のライトバルブを良好に適用することが可能である。

このような観点から、上記条件式（１）に替えて、下記条件式（１´）を満足することが好ましく、下記条件式（１´´´）を満足することがさらに好ましい。
４．０＜ Ｂｆ／ｆ ＜６．０・・・・（１´）
５．０＜ Ｂｆ／ｆ ＜６．０・・・・（１´´´）

さらに、上記条件式（２）を満足することにより、拡大側レンズの小型化を図りつつ、最も拡大側のレンズの収差補正を良好なものとすることができる。すなわち、条件式（２）の下限を下回ると拡大側レンズが大型化し、上限を上回ると最も拡大側のレンズの収差補正を良好なものとすることが困難となる。

このような観点から、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（２´）を満足することが好ましく、下記条件式（２´´）を満足することがさらに好ましい。
１．３＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜１．８・・・・（２´）
１．４＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜１．７・・・・（２´´）

また、本実施形態の投写レンズにおいては、下記条件式（３）、（４）、（６）の少なくとも１つの条件式を満足することが好ましい。
３．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．５・・・・（３）
５．０＜ ｄ／ｆ ＜１０．０・・・・（４）
８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜・・・・（６）
ここで、
ｆｂ:縮小側の３枚のレンズ（Ｌ_６、Ｌ_７、Ｌ_８）の合成焦点距離
ｄ:前記第２レンズＬ_２の縮小側の面と前記第３レンズＬ_３の拡大側の面の空気間隔
ｆ_１：第１レンズＬ_１の焦点距離

ただし、上記条件式（４）においては、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間が、最も長い空気間隔に設定されることが前提となっている。

以下、上記条件式（３）、（４）、（６）の各々の意義について説明する。
また、上記条件式（３）を満足することにより、屈折力が強くなり過ぎるのを防止して諸収差の収差補正を良好なものとしつつ、バックフォーカスが長くなりすぎるのを防止して、倍率色収差補正を良好なものとすることができる。すなわち、条件式（３）の下限を下回ると屈折力が強くなり過ぎて収差補正が困難となり、一方、上限を上回るとバックフォーカスが長くなり過ぎ、また倍率色収差補正不足となる。

このような観点から、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´）を満足することが好ましく、下記条件式（３´´´）を満足することがさらに好ましい。
４．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．０・・・・（３´）
４．６＜ ｆｂ／ｆ ＜６．０・・・・（３´´´）

また、上記条件式（４）を満足することにより、バックフォーカスを適切な値に設定することができ、レンズ間に光偏向手段を配設可能とすることができるとともに、レンズ系の大型化を防止することができる。すなわち、条件式（４）の下限を下回るとバックフォーカスが小さくなり過ぎ、レンズ間に光偏向手段４の配設が困難となり、一方、上限を上回るとレンズ系が大型化する。

このような観点から、上記条件式（４）に替えて、下記条件式（４´）を満足することが好ましく、下記条件式（４´´）を満足することがさらに好ましい。
５．５＜ ｄ／ｆ ＜９．０・・・・（４´）
６．０＜ ｄ／ｆ ＜８．５・・・・（４´´）

また、上記条件式（６）は、いずれかを満足することにより、温度変化に伴う性能劣化を抑制することができる。すなわち、条件式（６）は、その下限を下回ると、温度変化に伴う性能劣化が過大となる。

このような観点から、上記条件式（６）に替えて、下記条件式（６´）を満足することが好ましく、下記条件式（６´´）を満足することがさらに好ましい。
８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜ ＜２０．０・・・・（６´）
１０．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜ ＜１６．０・・・・（６´´）

次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について説明する。

図１９は、３板式の投写型表示装置の主要部である、照明光学系３０および投写レンズ１０を示す構成図である。

図１９に示すように上記照明光学系３０は、光源１５と、ライトバルブとしての透過型液晶パネル１１ａ〜１１ｃと、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、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを備えている。ダイクロイックミラー１２の前段には光源１５が配され、光源１５からの白色光は照明光学系を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜１１ｃに入射されて光変調され、投写レンズ１０により図示されないスクリーンに投写される。

この３板式の投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を有し、コンパクト化や低コスト化を達成することができる。

また、図２０は、単板式の投写型表示装置の主要部である、照明光学系３０Ａおよび投写レンズ１０Ａを示す構成図である。

図２０に示すように上記照明光学系３０Ａは、白色光を射出する光源１５Ａと、ライトバルブとしての反射型液晶パネル１１ｄと、光源１５Ａからの光束を反射型液晶パネル１１ｄの方向に反射収束する凹面状の全反射ミラー１８ｄとを備えている。光源１５Ａからの白色光は全反射ミラー１８ｄを介して液晶パネル１１ｄに入射されて光変調され、投写レンズ１０Ａにより図示されないスクリーンに投写される。

この単板式の投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角で高い投写性能を有し、コンパクト化や低コスト化を達成することができる。

以下、本発明に係る投写レンズの具体的な実施例について説明する。なお、各実施例において、互いに同様の作用効果をなす部材については同一の符号を付している。

＜実施例１＞
図１に示すように、実施例１に係る投写レンズは、拡大側から順に、６枚のレンズＬ_１〜Ｌ_６と、開口絞り（マスクとすることも可能）３と、が配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。なお、図２は、図１の投写レンズの第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射ミラーを配設した場合の構成を示したものである。

すなわち、拡大側から順に、屈折力の小さい両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２と、開口絞り（マスクとすることも可能）３と、屈折力の小さい両面非球面レンズよりなる第３レンズＬ_３と、両凸レンズからなる第４レンズＬ_４と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第５レンズＬ_５と、両凸レンズからなる第６レンズＬ_６が配列されてなる。また、第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６は互いに接合されて２枚接合レンズを構成している。

上記各非球面の形状は、下記に示す非球面式により規定される。非球面を有する第１レンズＬ_１および第３レンズＬ_３においては、いずれか一方の面が非球面とされたレンズであっても効果を得ることができるが、両面が非球面とされたレンズであることがより好ましい。

また、実施例１に係る投写レンズは、上記条件式（１）〜（７）、（１´）〜（７´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）を満足するように構成されている。

また、図１には、ライトバルブの画像表示面１および各種フィルタ２が示されている。実施例１に係る投写レンズの変形例では、図２に示すように、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３（絞り３）の間に、光を偏向させる光反射ミラー４を配設可能な空気間隔を有している。なお、この投写レンズは縮小側にテレセントリックとなるように構成されている。

実施例１に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（焦点距離を１として規格化している：以下の実施例において同じ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下「軸上面間隔」と称す）Ｄ（焦点距離を１として規格化している：以下の実施例において同じ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表１に示す。なお、表１および以下の表において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の右側に＊印が付された面は非球面とされている。実施例１および以下の実施例２〜６において、これらの非球面の曲率半径Ｒは、各表において光軸Ｚ上での曲率半径Ｒの値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Ｚとの交点から引き出されていないものがある。

また、表２には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例１において各条件式（１）〜（７）、（１´）〜（７´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

＜実施例２＞
実施例２に係る投写レンズの構成は、図３に示すとおりであり、実施例１のものと略同様であるが、第２レンズＬ_２が両凹レンズからなり、また、光軸Ｚ上に開口絞り（マスク）３が配されていない点において相違する。なお、図４は、実施例２の変形例を示すものであって、図３の投写レンズの第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射ミラーを配設した場合の構成を示したものである。

実施例２に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表３に示す。また、表４には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例２において、各条件式（１）〜（７）、（１´）〜（７´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

＜実施例３＞
実施例３に係る投写レンズの構成は、図５に示すとおりであり、実施例２のものと略同様であるが、第４レンズＬ_４が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなり、また、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に光偏向手段４としての光反射プリズムが配され、
さらに、第５レンズＬ_５と第６レンズＬ_６とが互いに微小距離を置いて近接配置されている、点において相違している。このように、光偏向手段４を光反射プリズムとしているので、光反射ミラーとした上記図２、４のものに比べて、全長の短縮化を図ることができる。

また、実施例３の変形例である、図６に示す投写レンズは、図５の投写レンズの第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射プリズムを配設した場合の状態を示したものであり、この投写レンズにおいては、第１レンズＬ_１が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなる。すなわち、第１レンズＬ_１の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。これにより、レンズ系の大幅なコンパクト化を図ることができる。

実施例３に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表５に示す。また、表６には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例３において、各条件式（１）〜（７）、（１´）〜（７´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

＜実施例４＞
図７に示すように、実施例４に係る投写レンズは、拡大側から順に、８枚のレンズＬ_１〜Ｌ_８が配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。なお、図８は、図７の投写レンズの第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射ミラーを配設した場合の構成を示したものである。

すなわち、拡大側から順に、屈折力の小さい両面非球面レンズよりなる第１レンズＬ_１と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２と、両凸レンズからなる第３レンズＬ_３と、両凹レンズからなる第４レンズＬ_４と、両凸レンズからなる第５レンズＬ_５と、両凸レンズからなる第６レンズＬ_６と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第７レンズＬ_７と、両凸レンズからなる第８レンズＬ_８が配列されてなる。また、第４レンズＬ_４および第５レンズＬ_５、ならびに第７レンズＬ_７および第８レンズＬ_８は、各々互いに接合されて２枚接合レンズを構成している。

上記各非球面の形状は、上記非球面式により規定される。非球面を有する第１レンズＬ_１においては、いずれか一方の面が非球面とされたレンズであっても効果を得ることができるが、両面が非球面とされたレンズであることがより好ましい。

実施例４に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表７に示す。また、表８には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例４において、各条件式（１）〜（４）、（６）、（１´）〜（４´）、（６´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

＜実施例５＞
実施例５に係る投写レンズの構成は、図９に示すとおりであり、実施例４のものと略同様であるが、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間（第３レンズＬ_３の縮小側レンズ面の近傍）に開口絞り（マスクとすることも可能）３が配されている。

また、実施例５の変形例である、図１０に示す投写レンズは、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射ミラーを配設した場合の構成を示すものである。この投写レンズにおいては、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなる。すなわち、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。これにより、レンズ系の大幅なコンパクト化を図ることができる。

実施例５に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表９に示す。また、表１０には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例５において、各条件式（１）〜（４）、（６）、（１´）〜（４´）、（６´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

＜実施例６＞
実施例６に係る投写レンズの構成は、図１１に示すとおりであり、実施例４のものと略同様であるが、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に光を偏向させる光偏向手段４としての光反射プリズムが配設され、第５レンズＬ_５と第６レンズＬ_６の間に開口絞り（マスクとすることも可能）３が配されており、さらに、第４レンズＬ_４および第５レンズＬ_５、ならびに第７レンズＬ_７および第８レンズＬ_８は、各々互いに接合されているのではなく、各々が互いに微小距離を置いて近接配置されている、点において相違している。このように、光偏向手段４を光反射プリズムとしているので、光反射ミラーとした上記図８、１０のものに比べて、全長の短縮化を図ることができる。

また、実施例６の変形例である、図１２に示す投写レンズは、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３との間に、光を偏向させる光偏向手段４としての光反射プリズムを配設した場合の構成を示すものである。この投写レンズにおいては、第１レンズＬ_１が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなる。すなわち、第１レンズＬ_１の一部が切りかかれて、回転非対称な形状とされてなる。これにより、レンズ系の大幅なコンパクト化を図ることができる。

実施例６に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよび各レンズのｄ線におけるアッベ数ν_ｄの値を、表１１に示す。また、表１２には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されている。

実施例６において、各条件式（１）〜（４）、（６）、（１´）〜（４´）、（６´）、（１´´）〜（４´´）、（６´´）に対応する値は、後述する表１３に示すとおりであり、条件式を全て満足している。

また、図１３〜１８は、実施例１〜６に係る投写レンズの諸収差（球面収差（ｉ）、非点収差（ｉｉ）、ディストーション（ｉｉｉ）および倍率色収差（ｉｖ））を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図にはｄ線、Ｆ線およびＣ線の収差曲線を示し、倍率色収差の収差図にはｄ線に対するＦ線およびＣ線の収差曲線を示している。図１３〜１５に示すように、実施例１〜３に係る投写レンズは、各収差が良好に補正され、半画角５５．５〜５５．８度、Ｆナンバ２．００〜２．４０とされている。また、図１６〜１８に示すように、実施例４〜６に係る投写レンズは、各収差が良好に補正され、半画角５７．５〜５８．０度、Ｆナンバ２．００〜２．４０とされている。したがって、いずれの実施例の投写レンズも、広角で明るいものとされている。

また、十分なバックフォーカス（同条件式（１）に対応する各数値を参照）、および光偏向手段を挿入するのに十分なレンズ間空気間隔（同条件式（４）に対応する各数値を参照）が確保されている。

なお、本発明の投写レンズとしては、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Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄ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としても、上記構成のものに限られるものではなく、本発明の投写レンズを備えた種々の装置構成が可能である。ライトバルブとしては、例えば、透過型または反射型の液晶表示素子や、傾きを変えることができる微小な鏡が略平面上に多数形成された微小ミラー素子（例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス）を用いることができる。また、照明光学系としても、ライトバルブの種類に対応した適切な構成を採用することができる。

１ 画像表示面
２ 各種フィルタ
３ 開口絞り（マスク）
４ 光偏向手段
１０、１０Ａ 投写レンズ
１１ａ〜１１ｃ 透過型液晶パネル
１１ｄ 反射型液晶パネル
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
１５、１５Ａ 光源
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｄ 全反射ミラー
３０、３０Ａ 照明光学系
Ｌ_１〜Ｌ_８ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_２１ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_２０ レンズ面間隔（レンズ厚）（軸上面間隔）
Ｚ 光軸

Claims (11)

1. 拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、第３レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第５レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズとからなり、かつ下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする投写レンズ。
   ３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
   １．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
   ここで、
   ｆ ：全系の焦点距離
   Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
   ｆａ：前記第２レンズから最も縮小側のレンズまでの合成焦点距離
2. 拡大側から順に、少なくとも１つの非球面を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第６レンズと、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第７レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第８レンズとからなり、かつ下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする投写レンズ。
   ３．５＜ Ｂｆ／ｆ ＜７．５・・・・（１）
   １．２＜ ｜ｆａ／ｆ｜ ＜２．０・・・・（２）
   ここで、
   ｆ ：全系の焦点距離
   Ｂｆ:全系の空気換算バックフォーカス
   ｆａ：前記第２レンズから最も縮小側のレンズまでの合成焦点距離
3. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の投写レンズ。
   ３．０＜ ｆｂ／ｆ ＜６．５・・・・（３）
   ここで、
   ｆｂ:縮小側の３枚のレンズの合成焦点距離
4. 前記第２レンズと前記第３レンズとの間が、最も長い空気間隔に設定され、かつ下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
   ５．０＜ ｄ／ｆ ＜１０．０・・・・（４）
   ここで、
   ｄ:前記第２レンズの縮小側の面と前記第３レンズの拡大側の面との空気間隔
5. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１、３および４のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
   ν_３＜４０・・・・（５）
   ここで、
   ν_３：前記第３レンズのアッベ数（ｄ線）
6. 前記第３レンズの少なくとも１面が非球面とされていることを特徴とする請求項１および３〜５のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
7. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
   ８．０＜ ｜ｆ_１／ｆ｜・・・・（６）
   ここで、
   ｆ_１：前記第１レンズの焦点距離
8. 下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１および３〜７のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
   １０．０＜ ｜ｆ_３／ｆ｜・・・・（７）
   ここで、
   ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離
9. 前記第２レンズと前記第３レンズとの間が最も長い空気間隔に設定され、当該空気間隔に光偏向手段を挿入して光を折り曲げることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
10. 前記第１レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
11. 光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜１０のうちいずれか１項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写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。
    

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