JP2004326079A

JP2004326079A - 投射レンズ及び投写型画像表示装置

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Publication number: JP2004326079A
Application number: JP2004014911A
Authority: JP
Inventors: Akira Komatsu; 朗小松; Akihiro Shimizu; 章弘清水
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2004-11-18
Also published as: KR20050085456A; US20040257666A1; KR100693675B1; WO2004090599A1; TW200508650A; US6947222B2; EP1612591A1; TWI247915B; MY137911A

Abstract

【課題】表示面の画像を拡大してスクリーン上に投影する投射レンズにおいて、より広角化を達成できると共に、各種の収差補正に優れた高性能な投射レンズ及びその投射レンズを用いた奥行きの短い投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】拡大側から縮小側へ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レンズ群とを有し、下記（１）〜（４）の条件式を満たし、１１０度以上の画角を有する投射レンズとする。
（１）２５．０＜Ｆｂ、（２）Ｆ＜０．６５Ｈ、（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜、（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子やマイクロミラー素子（ＤＭＤ）等の表示画面上の画像を拡大投影する投写型画像表示装置の投射レンズとして好適な高性能のレトロフォーカス型投射レンズ及びその投射レンズを用いた投写型画像表示装置に関する。

投写型画像表示装置としては、スクリーンに対して投射レンズが観察者と同じ側に配置されるフロント方式と、投射レンズと観察者がスクリーンを挟んで配置されるリア方式とが知られている。

このうち、リア方式の投写型画像表示装置は、外光による影響を減らすために、光源からスクリーンまでを１つのキャビネットに収め、キャビネット前面のスクリーンに向けて背面の投射レンズから照射する。リア方式の投写型画像表示装置では、表示の大画面化と共に、装置全体の奥行きを減らすことが求められている。

このため、キャビネット内にミラーを備え、投射レンズから出射した光を反射し、光路を折り曲げることによって、コンパクト化する構成がよく知られている。

しかし、キャビネット内にミラーを備えたリア方式の投写型画像表示装置では、大きな平面ミラーが必要になると共に、このミラーを支えるフレームの高剛性化が必要であり、コストアップの要因となる。

リア方式の投写型画像表示装置では、表示の大画面化と共に、テレビ本体の小型化が求められており、この要求に応えるために、投射レンズでは、高画角化・短焦点化が求められている。

投射レンズにおいては、色合成や照明用のプリズムがレンズと表示素子の間にあり、このため、レンズに長いバックフォーカスが要求され、更に、プリズムの特性が画面中で変わらないためにレンズの縮小側にテレセントリックであることが要求される。そのため、投射レンズを広角化するためには、負の屈折力を有する前群レンズと正の屈折力を有する後群レンズから構成されるレトロフォーカス型の構成を取り、なおかつ前群レンズと後群レンズのパワーを強めなければならず、絞りに対するレンズの対称性が著しく崩れることになり、諸収差の補正を困難にしている。

このような広角化を目的としなおかつレンズバックの長いレトロフォーカス型の投射レンズとしては、従来より多くの提案があり、例えば下記に示すような先行特許文献がある。
特開２００１−４２２１１特開２００３−１５０３３特開２００３−５７５４０

しかしながら、これらの従来の設計例では、特許文献１では画角は９２度、特許文献２では画角１００度、特許文献３では画角８１度など、十分な広角化が達成されておらず、投射距離が長く、投写型画像表示装置の奥行きを短くすることができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、より広角化を達成できると共に、各種の収差補正に優れた高性能な投射レンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、広角で投射距離が短い高性能な投射レンズを用いた奥行きの短い投写型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１に、表示面の画像を拡大してスクリーン上に投影する投射レンズにおいて、拡大側から縮小側へ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レンズ群を有し、下記（１）〜（４）の条件式を満たし、１１０度以上の画角を有することを特徴とする投射レンズを提供する。

（１）２５．０＜Ｆｂ、（２）Ｆ＜０．６５Ｈ、（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜、（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。

これらの条件式（１）〜（４）を満足することによって、バックフォーカスの必要な長さを確保し、画面上の色むらを防止し、光路を折り曲げることが可能になると共に、１１０度以上という高画角化を達成し、各種の収差を良好に補正することができる。

本発明は、第２に、上記第１の投射レンズにおいて、更に、下記（５）及び（６）の条件式を満たすことを特徴とする投射レンズを提供する。
（５）−３．５＜Ｆ_１／Ｆ＜−１．５、（６）３．０＜Ｆ_２／Ｆ＜５．５
但し、Ｆ_１は第１レンズ群の焦点距離（ｍｍ）、Ｆ_２は第２レンズ群の焦点距離（ｍｍ）である。
条件式（５）及び（６）を満足することによって、第１レンズ群と第２レンズ群のパワー配分を適切にし、収差の補正を確保することができる。

本発明は、第３に、上記第１又は２の投射レンズにおいて、前記第１レンズ群が少なくとも１枚の非球面レンズを含み、かつ、近似球面と非球面との形状差を非球面量としたときに、その非球面レンズの非球面量が０．５ｍｍ以上である投射レンズを提供する。
大きな非球面量を有する非球面レンズを用いることによって、非点収差、像面湾曲、ディストーションなどの諸収差を効果的に補正し、高性能な投射レンズとすることができる。

本発明は、第４に、上記第３の投射レンズにおいて、前記非球面レンズが、ガラスレンズ母材の表面に樹脂層が接合されてなるハイブリッドレンズであることを特徴とする投射レンズを提供する。

このようなハイブリッドレンズは０．５ｍｍ以上の非球面量を容易に達成することができるため、第１レンズ群に必要なレンズの枚数を減らし、低コスト化を達成することができる。

本発明は、第５に、上記第１〜４いずれかの投射レンズにおいて、前記第２レンズ群が、少なくとも１枚の非球面レンズ及び少なくとも１組の接合レンズを含むことを特徴とする投射レンズを提供する。
第２レンズ群をこのような構成とすることにより、色収差を良好に補正することができる。

本発明は、第６に、上記第５の投射レンズにおいて、前記接合レンズは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと１枚の負の屈折力を有するレンズとからなり、かつ下記（７）及び（８）の条件式を満たすことを特徴とする投射レンズを提供する。
（７）０．１５＜｜Ｎｐ−Ｎｎ｜、（８）３０＜｜Ｖｐ−Ｖｎ｜
但し、Ｎｐは正の屈折力を有するレンズの屈折率、Ｎｎは負の屈折力を有するレンズの屈折率、Ｖｐは正の屈折力を有するレンズのアッベ数、Ｖｎは負の屈折力を有するレンズのアッベ数である。
条件式（７）と（８）の条件を満たす接合レンズを用いることによって、色収差を効果的に補正することができる。

本発明は、第７に、上記第１〜６いずれかの投射レンズにおいて、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、光路を折り曲げる光路折り曲げ手段が配置されていることを特徴とする投射レンズを提供する。
投射レンズ中の光路を折り曲げることによって、投射装置がスクリーンの後方に張り出すことを防ぎ、装置全体をコンパクトにすることができる。

本発明は、第８に、上記第１〜７いずれかの投射レンズにおいて、前記第２レンズ群の縮小側最終面から像点までの間に色合成手段が配置されていることを特徴とする投射レンズを提供する。
本発明の投射レンズは長いバックフォーカスを確保できるため、第２レンズの後方に色合成手段を配置することが可能である。

本発明は、第９に、表示面の画像を投射レンズで拡大してスクリーン上に投影する投写型画像表示装置において、前記投射レンズが、拡大側から縮小側へ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レンズ群とを有し、下記（１）〜（４）の条件式を満たし、１１０度以上の画角を有することを特徴とする投写型画像表示装置を提供する。
（１）２５．０＜Ｆｂ、（２）Ｆ＜０．６５Ｈ、（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜、（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。
超広角で投射距離が短い高性能な投射レンズを用いているため、奥行きの短い投写型画像表示装置とすることができる。

以下、本発明の投射レンズ及び投写型画像表示装置の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１にリア方式の投写型画像表示装置の一例の概略構成図を示す。本発明の投射レンズは、リＶア方式の投写型画像表示装置１００の投射レンズとして好適に用いられる。投写型画像表示装置１００は、外光による影響を減らすために、投射装置１１０と透過型スクリーン１２０を１つのキャビネット１３０に収め、キャビネット１３０前面の透過型スクリーン１２０の裏面に向けて背面の投射装置１１０の投射レンズ１から照射する。鑑賞者はスクリーン１２０に拡大投映された画像を透過型スクリーン１２０の表面側から見ることになる。

投射装置１１０は、例えば超高圧水銀灯などの光源１１１の光をダイクロイックミラーでＲ、Ｇ、Ｂの３色に分離し、それぞれの光を液晶パネル等の表示装置１１２に通し、表示装置１１２の表示面を通過したそれぞれの光をダイクロイックプリズムなどの色合成手段１０で合成し、１本の投射レンズ１を介して表示面の画像を拡大して透過型スクリーン１２０上に投影する。

本発明の投射レンズ１は、従来の投射レンズと比較して画角が広く、１１０度以上、好ましくは１２０度以上の超広角の画角を有するため、ミラーを介さずに直接スクリーン１２０に投射する方式に好適に用いることができる。画角が広ければ投写型画像表示装置１００の奥行きＤを小さくすることができる。例えば、図１に示すように画角が１２０度であると、光路を折り曲げて全長を短くできる投射レンズ１を用いた場合、５０インチの大画面に対して奥行きＤを４５ｃｍ程度にした投写型画像表示装置１００とすることが可能である。そのため、本発明の投写型画像表示装置１００は、このような投射レンズ１を用いているため、大画面でありながら奥行きが短く、極めてコンパクトにすることができる。

本発明の投射レンズは、拡大側（スクリーン側）から縮小側（色合成手段側）へ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レンズ群とを有する全体として非対称のレトロフォーカス型の構成を有する。

図２と図３は実施例１のレンズ断面図と収差図である。図４と図５は実施例２のレンズ断面図と収差図である。図６と図７は実施例３のレンズ断面図と収差図である。図８と図９は実施例４のレンズ断面図と収差図である。

各レンズ断面図において、Ｒｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、拡大側から縮小側に向かって順にレンズ面番号を示し、ｄｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、拡大側から縮小側に向かって順に主光線軸におけるレンズの中心厚及びレンズ間の空気間隔（ｍｍ）を示す。Ｇ１は第１レンズ群、Ｇ２は第２レンズ群を示す。ダイクロイックプリズムなどの色合成手段１０は、３枚の液晶表示装置等の表示装置１１２を通った３色を合成するもので、ブロックとして示している。像面は色合成手段１０の縮小側の面とほぼ同じである。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に光路折り曲げ手段２０としてのミラー又はプリズムが配置されている。

また、各収差図の球面収差図においては、ｃ線、ｄ線、ｇ線に対する収差が示され、非点収差図においては、サジタル（Ｓ）像面及びタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する収差が示されている。なお、収差図におけるωは半画角を示す。

本発明の投射レンズは、拡大側から縮小側へ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を有し、１１０度以上、好ましくは１２０度以上の画角を有する。このような超広角の画角とするために、下記（１）〜（４）の条件式を満たすことが必要である。
（１）２５．０＜Ｆｂ
（２）Ｆ＜０．６５Ｈ
（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜
（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。

条件式（１）は、投射光学系のバックフォーカスの必要な長さを確保するための条件式である。条件式（１）を満たすことによって、縮小側最終面（像面に最も近いレンズ面）のレンズと像面の距離を十分に離し、その間に色合成プリズムなどの色合成手段１０を配置することができる。

条件式（２）は、縮小側の最大像高を基準として投射レンズの焦点距離を確保するための条件式である。縮小側の最大像高は、光軸から表示面の最周辺までの距離、即ち表示面の大きさである。条件式（２）を満たし、縮小側の像高に対して投射レンズの焦点距離を短くすることによって、投射レンズの画角を広角にして、投射距離を短くすることができる。

条件式（３）は、色合成手段の角度依存性の影響を可及的に抑制するための条件式である。ダイクロイックプリズムに設けられている蒸着膜には光線の入射角に対する角度依存性がある。条件式（３）を満たすことによって、主光線が表示面に対してほぼ垂直になり、画面上の色むらを防止することができる。射出瞳距離ＥＰは無限大であってもよい。

条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔を確保するための条件式である。条件式（４）を満たすことによって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔を大きくし、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２のパワーが大きくなり過ぎることを防止し、レンズの結像性能を向上させることができると共に、この空間にミラー又はプリズムの光路折り曲げ手段を配置して光路を折り曲げることによって投射装置を小型化することができる。第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔を空気換算した距離Ｔの大きさに制限はなく、装置の小型化を阻害しない程度まで大きくすることができる。
これらの条件式（１）〜（４）を満足することによって、１１０度以上という高画角化が達成されると共に、各種の収差を良好に補正することができる。

更に、１１０度以上という高画角化を達成するためには、下記（５）及び（６）の条件式を満たすことが好ましい。
（５）−３．５＜Ｆ_１／Ｆ＜−１．５
（６）３．０＜Ｆ_２／Ｆ＜５．５
但し、Ｆ_１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離（ｍｍ）、Ｆ_２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離（ｍｍ）である。

条件式（５）は、第１レンズ群Ｇ１のパワー配分を規定し、収差の補正を確保するための条件式である。条件式（５）の上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１のパワーが強くなり過ぎ、歪曲収差やコマ収差などの補正が困難になる場合がある。一方、条件式（５）の下限を超えると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径が過大になる場合がある。

条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ２のパワー配分を規定し、収差の補正を確保するための条件式である。条件式（６）の上限を超えると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが小さくなり、レンズバックを確保することが困難になる場合がある。一方、条件式（６）の下限を超えると、第２レンズ群Ｇ２のパワーが大きくなり過ぎ、倍率色収差や像面湾曲などの収差補正が困難となる場合がある。

また、第１レンズ群Ｇ１が少なくとも１枚の非球面レンズを含み、かつ、近似球面と非球面との形状差を非球面量としたときに、その非球面レンズの非球面量が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

第１レンズ群Ｇ１に大きな非球面量を有する非球面レンズを用いることによって、非点収差、像面湾曲、ディストーションなどの諸収差を効果的に補正し、高性能な投射レンズとすることができる。このような非球面は、第１レンズ群Ｇ１の拡大側の最初の面、縮小側の最終面又は最終面の一つ前の面に配置することが有効である。
また、非球面量が０．５ｍｍ以上の非球面レンズとして、ガラスレンズ母材の表面に樹脂層が接合されてなるハイブリッドレンズを用いることが好ましい。

このようなハイブリッドレンズは、樹脂層の最大厚みを１〜１０ｍｍと厚くすることが可能であり、０．５ｍｍ以上の非球面量を容易に達成することができる。大きな非球面量を有するハイブリッドレンズを用いることによって、第１レンズ群Ｇ１に必要なレンズの枚数を減らし、投射レンズ全体の長さを短くできると共に、低コスト化を達成することができる。

このようなハイブリッドレンズは、例えば、ガラスレンズ母材とガラス型とを対向配置し、これらの側面に粘着テープを貼着してガラスレンズ母材とガラス型の間の空隙を封止してハイブリッドレンズ成形型を組み立て、ハイブリッドレンズ成形型の空隙へ紫外線硬化性樹脂組成物を注入し、紫外線硬化性樹脂組成物をガラスレンズ母材とガラス型の両側から紫外線を照射し、硬化させてガラスレンズ母材の上に樹脂層を形成し、その後、粘着テープを剥がし、ガラス型を樹脂層から分離することによって製造することができる。

また、第２レンズ群Ｇ２が、少なくとも１枚の非球面レンズ及び少なくとも１組の接合レンズを含むことが好ましい。
第２レンズ群Ｇ２をこのような構成とすることにより、色収差を良好に補正することができる。

第２レンズ群Ｇ２に含まれる接合レンズは、少なくとも１枚の正の屈折力のレンズと１枚の負の屈折力のレンズとからなり、かつ下記（７）及び（８）の条件式を満たすことが好ましい。
（７）０．１５＜｜Ｎｐ−Ｎｎ｜
（８）３０＜｜Ｖｐ−Ｖｎ｜
但し、Ｎｐは正の屈折力のレンズの屈折率、Ｎｎは負の屈折力のレンズの屈折率、Ｖｐは正の屈折力のレンズのアッベ数、Ｖｎは負の屈折力のレンズのアッベ数である。
条件式（７）と（８）の条件を満たす接合レンズを用いることによって、色収差を効果的に補正することができる。

また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に、光路を折り曲げるミラー又はプリズム等の光路折り曲げ手段が配置されていることが好ましい。
投射レンズ中の光路を折り曲げることによって、投射装置がスクリーンの後方に張り出すことを防ぎ、装置全体をコンパクトにすることができる。

（実施例１）
表１に実施例１の設計データを示す。表１には、図２に示すレンズ断面図における各レンズ面Ｒｉの曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚及び各レンズ間の空気間隔ｄｉ（ｍｍ）、拡大側より縮小側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。また、表１の下段に下記非球面式における非球面係数のｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０を示す。

但し、ｚは曲面の座標値、ｒは光軸と直交する方向における光軸からの距離、ｃはレンズ頂点における曲率、ｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０はそれぞれ非球面係数である。

この実施例１の投射レンズ１ａの第１レンズ群Ｇ１を構成する最終の第５番目のレンズＬ５の拡大側に面した第９面が、非球面量が０．５ｍｍ以上の非球面である。また、第２レンズ群Ｇ２の最終のレンズの第１３番目のレンズＬ１３の縮小側に面した最終面である第２５面が非球面となっている。なお、絞りＲ１５は第２レンズ群Ｇ２を構成する２番目のレンズＬ７と３番目のレンズＬ８の間に配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２を構成する、第９番目のレンズＬ９と次の第１０番目のレンズＬ１０とが、第１１番目のレンズＬ１１と次の第１２番目のレンズＬ１２とが、それぞれ貼り合わせレンズとなっている。

設計仕様値を表５に示す。画角は１２０度であり、条件式（１）〜（８）を満足している。画角１２０度に及ぶ超広角レンズでありながら、図３の収差図より、所定の光学性能を有していることが認められる。

（実施例２）
表２に実施例２の設計データを示す。表２には、図４のレンズ断面図における各レンズ面Ｒｉの曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚及び各レンズ間の空気間隔ｄｉ（ｍｍ）、拡大側より縮小側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。また、表２の下段に前述した非球面式における非球面係数のｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０を示す。

実施例２の投射レンズ１ｂの第１レンズ群Ｇ１を構成する第１番目のレンズＬ１と第２番目のレンズＬ２がハイブリッドレンズを構成しており、第１番目のレンズＬ１の拡大側に向いている第１面が非球面量が０．５ｍｍ以上の非球面である。このハイブリッドレンズの樹脂層は中心の厚みが約０．５ｍｍ、最大樹脂層厚約５ｍｍである。また、第２レンズ群Ｇ２の最終のレンズである第１１番目のレンズＬ１１の縮小側に面した最終面である第２０面が非球面となっている。なお、絞りＲ１０は第２レンズ群Ｇ２を構成する２番目のレンズＬ５と３番目のレンズＬ６間に配置されている。更に、第２レンズ群Ｇ２を構成する、第７番目のレンズＬ７と次の第８番目のレンズＬ８とが、第９番目のレンズＬ９と次の第１０番目のレンズＬ１０とが、それぞれ貼り合わせレンズとなっている。

設計仕様値を表５に示す。画角は１２１度であり、条件式（１）〜（８）を満足している。画角１２１度に及ぶ超広角レンズでありながら、図５の収差図より、所定の光学性能を有していることが認められる。また、ハイブリッドレンズが非常に大きな非球面を有しているため、実施例１と比較して第１レンズ群Ｇ１のレンズの枚数を５枚から２枚へ３枚削減することができた。そのため、実施例２の投射レンズ１ｂは小型化、低コスト化が達成されている。

（実施例３）
表３に実施例３の設計データを示す。表３には、図６のレンズ断面図における各レンズ面Ｒｉの曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚及び各レンズ間の空気間隔ｄｉ（ｍｍ）、拡大側より縮小側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。また、表３の下段に前述した非球面式における非球面係数のｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０を示す。

この投射レンズ１ｃは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に光路を折り曲げるプリズム２０が配置され、光路を９０度折り曲げる構成になっており、投写型画像表示装置の小型化に寄与できる。第１レンズ群Ｇ１を構成する最終の第５番目のレンズＬ５の拡大側に面した第９面が非球面量が０．５ｍｍ以上の非球面である。また、第２レンズ群Ｇ２の最終のレンズの第１３番目のレンズＬ１３の縮小側に面した最終面である第２７面が非球面となっている。なお、絞りＲ１７は第２レンズ群Ｇ２を構成する２番目のレンズＬ７と３番目のレンズＬ８の間に配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２を構成する、第９番目のレンズＬ９と次の第１０番目のレンズＬ１０とが、第１１番目のレンズＬ１１と次の第１２番目のレンズＬ１２とが、それぞれ貼り合わせレンズとなっている。

設計仕様値を表５に示す。画角は１２１度であり、条件式（１）〜（８）を満足している。画角１２１度に及ぶ超広角レンズでありながら、図７の収差図より、所定の光学性能を有していることが認められる。

（実施例４）
表４に実施例４の設計データを示す。表４には、図８のレンズ断面図における各レンズ面Ｒｉの曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚及び各レンズ間の空気間隔ｄｉ（ｍｍ）、拡大側より縮小側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。また、表４の下段に前述した非球面式における非球面係数のｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０を示す。

この投射レンズ１ｄは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔を大きくすることが可能であり、その間隔にプリズム２０を配置した構成になっている。図８に示すプリズム２０は光路を折り曲げるプリズムではないが、光路を折り曲げるプリズムと光学的には同じである。そのため、この投射レンズ１ｄも投写型画像表示装置の小型化に寄与できる。

また、第１レンズ群Ｇ１を構成する第３番目のレンズＬ３と第４番目のレンズＬ４とが貼り合わせのハイブリッドレンズとなっており、第１レンズ群Ｇ１の最終面の樹脂層の第７面が非球面量が０．５ｍｍ以上の非球面である。また、第２レンズ群Ｇ２の最終のレンズの第１２番目のレンズＬ１２の縮小側に面した最終面である第２４面が非球面となっている。なお、絞りＲ１４は第２レンズ群Ｇ２を構成する２番目のレンズＬ６と３番目のレンズＬ７の間に配置されている。また、第２レンズ群Ｇ２を構成する、第８番目のレンズＬ８と次の第９番目のレンズＬ９とが、第１０番目のレンズＬ１０と次の第１１番目のレンズＬ１１とが、それぞれ貼り合わせレンズとなっている。

設計仕様値を表５に示す。画角は１２０度であり、条件式（１）〜（８）を満足している。画角１２０度に及ぶ超広角レンズでありながら、図９の収差図より、所定の光学性能を有していることが認められる。また、ハイブリッドレンズが大きな非球面を有しているため、実施例１と比較して第１レンズ群Ｇ１のレンズの枚数を５枚から３枚へ２枚削減することができた。そのため、実施例４の投射レンズ１ｄは小型化、低コスト化が達成されている。

本発明の投射レンズは、超広角の画角と所定の光学性能を有している高性能なレトロフォーカス型のため、リア方式の投写型画像表示装置の投射レンズとして利用可能である。
また、本発明の投写型画像表示装置は、奥行きが短くコンパクトなプロジェクションテレビなどとして利用可能である。

リア方式の投写型画像表示装置の概略構成図である。本発明の投射レンズの実施例１の構成を示す断面図である。実施例１の投射レンズの収差図である。本発明の投射レンズの実施例２の構成を示す断面図である。実施例２の投射レンズの収差図である。本発明の投射レンズの実施例３の構成を示す断面図である。実施例３の投射レンズの収差図である。本発明の投射レンズの実施例４の構成を示す断面図である。実施例４の投射レンズの収差図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：投射レンズ、１０：色合成手段、２０：光路折り曲げ手段、１００：投写型画像表示装置、１１０：投射装置、１１１：光源、１１２：表示装置、１２０：透過型スクリーン、１３０：キャビネット

Claims

表示面の画像を拡大してスクリーン上に投影する投射レンズにおいて、
拡大側から縮小側へ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レンズ群とを有し、下記（１）〜（４）の条件式を満たし、１１０度以上の画角を有することを特徴とする投射レンズ。
（１）２５．０＜Ｆｂ
（２）Ｆ＜０．６５Ｈ
（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜
（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。
請求項１記載の投射レンズにおいて、
更に、下記（５）及び（６）の条件式を満たすことを特徴とする投射レンズ。
（５）−３．５＜Ｆ_１／Ｆ＜−１．５
（６）３．０＜Ｆ_２／Ｆ＜５．５
但し、Ｆ_１は第１レンズ群の焦点距離（ｍｍ）、Ｆ_２は第２レンズ群の焦点距離（ｍｍ）である。
請求項１又は２記載の投射レンズにおいて、
前記第１レンズ群が少なくとも１枚の非球面レンズを含み、かつ、近似球面と非球面との形状差を非球面量としたときに、その非球面レンズの非球面量が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする投射レンズ。
請求項３記載の投射レンズにおいて、
前記非球面レンズが、ガラスレンズ母材の表面に樹脂層が接合されてなるハイブリッドレンズであることを特徴とする投射レンズ。
請求項１〜４いずれかに記載の投射レンズにおいて、
前記第２レンズ群が、少なくとも１枚の非球面レンズ及び少なくとも１組の接合レンズを含むことを特徴とする投射レンズ。
請求項５記載の投射レンズにおいて、
前記接合レンズは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと１枚の負の屈折力を有するレンズとからなり、かつ下記（７）及び（８）の条件式を満たすことを特徴とする投射レンズ。
（７）０．１５＜｜Ｎｐ−Ｎｎ｜
（８）３０＜｜Ｖｐ−Ｖｎ｜
但し、Ｎｐは正の屈折力を有するレンズの屈折率、Ｎｎは負の屈折力を有するレンズの屈折率、Ｖｐは正の屈折力を有するレンズのアッベ数、Ｖｎは負の屈折力を有するレンズのアッベ数である。
請求項１〜６いずれかに記載の投射レンズにおいて、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、光路を折り曲げる光路折り曲げ手段が配置されていることを特徴とする投射レンズ。
請求項１〜７いずれかに記載の投射レンズにおいて、
前記第２レンズ群の縮小側最終面から像点までの間に色合成手段が配置されていることを特徴とする投射レンズ。
表示面の画像を投射レンズで拡大してスクリーン上に投影する投写型画像表示装置において、
前記投射レンズが、拡大側から縮小側へ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レンズ群とを有し、下記（１）〜（４）の条件式を満たし、１１０度以上の画角を有することを特徴とする投写型画像表示装置。
（１）２５．０＜Ｆｂ
（２）Ｆ＜０．６５Ｈ
（３）３０Ｆ＜｜ＥＰ｜
（４）４Ｆ＜Ｔ
但し、Ｆｂはレンズの縮小側最終面から像点までを空気換算した距離（ｍｍ）、Ｈは縮小側の最大像高（ｍｍ）、Ｆは投射レンズ全体の焦点距離（ｍｍ）、ＥＰは射出瞳距離（ｍｍ）、Ｔは第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を空気換算した距離（ｍｍ）である。