JP2010032636A

JP2010032636A - 投射レンズおよび携帯電話

Info

Publication number: JP2010032636A
Application number: JP2008192454A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yazaki; 卓也矢崎
Original assignee: Suwa Optronics Co Ltd
Current assignee: Suwa Optronics Co Ltd
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】Ｆ値をできるだけ小さくしながらレンズ長の短縮化が図られた投射レンズを提供すること。
【解決手段】スクリーンＳ側から光変調手段６に向けて順に、開口絞り２と、スクリーンＳ側と光変調手段６側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズ３と、スクリーンＳ側に凹面を、光変調手段６側に凸面を有する正のパワーを有する第２レンズ４と、スクリーンＳ側に凹面を、光変調手段６側に凸面を有する負のパワーを有する第３レンズ５とを有する投射レンズとすること。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射レンズおよび携帯電話に関する。

小型化が図られた投射レンズとして、例えば、特許文献１に開示される構成のものがある。

特開昭６１−１８０２１４号

しかしながら、投射表示機能を携帯電話等の小さな筐体に組み込む場合には、投射レンズには、レンズ長（レンズ系の第１面から最終面（結像面）までの長さ）をより短くすることが要求され、加えて、投射像を明るくするためにＦ値を小さくすることも要求される。

そこで、本発明は、Ｆ値をできるだけ小さくしながらレンズ長の短縮化が図られた投射レンズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、スクリーン側から光変調手段に向けて順に、開口絞りと、スクリーン側と光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、スクリーン側に凹面を、光変調手段側に凸面を有する正のパワーを有する第２レンズと、スクリーン側に凹面を、光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第３レンズと、を有することとする。

投射レンズをこのように構成することで、Ｆ値を小さくすることができ、加えてレンズ長を短縮することができる。

上記課題を解決するために、本発明は、スクリーン側から光変調手段に向けて順に、開口絞りと、スクリーン側と光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、スクリーン側に凹面を、光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第２レンズと、スクリーン側と光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第３レンズと、を有することする。

上記課題を解決するために、本発明は、スクリーン側から光変調手段に向けて順に、開口絞りと、スクリーン側と光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、スクリーン側に凹面を、光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第２レンズと、スクリーン側に凸面を、光変調手段側に凹面を有する正のパワーを有する第３レンズと、を有することを特徴とする。

また、他の発明は、上述の発明に加えて、第２レンズは、非球面を有することとする。

投射レンズをこのように構成することで、収差を良好に補正することができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて、第３レンズは、非球面を有することとする。

投射レンズをこのように構成することで、さらに収差を良好に補正することができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて、開口絞りは、光変調手段から出射した光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を位置させて配置されていることとする。

投射レンズをこのように構成することで、光変調手段と投射レンズとの間のテレセントリック性を確保することができ、明るくコントラストの高い投射像を投影することができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて、第１レンズはガラスにより形成され、第２レンズおよび第３レンズは樹脂材料により形成されていることとする。

投射レンズをこのように構成することで、第１レンズがガラスにより形成されているため、投射レンズの調芯作業を行い易くなり、また、第２レンズおよび第３レンズ樹脂材料とすることで生産コストを低減でき、加えて軽量化を図ることができる。

また、他の発明は、上述の発明に加えて、第１レンズから第３レンズまでのレンズ系全体の焦点距離f、第２レンズの焦点距離f２、第３レンズの焦点距離f３、第１レンズの物体側の面の曲率半径Ｒ１、第２レンズの物体側の曲率半径Ｒ３、第１レンズと第２レンズの空気間隔Ｄ、第２レンズのアッベ数ν２、第３レンズのアッベ数ν３としたとき、
−０．１４＜f／f２＜０．４
−０．１４＜f／f３＜０．１４
−０．３＜Ｒ３／f＜−０．０７
２５＜ν２
５０＜ν３
であることとする。

投射レンズをこのように構成することで、より効果的にＦ値を小さくすることができ、加えてレンズ長を短縮することができる。

上記課題を解決するために、本発明は、携帯電話において、照明光を出射する照明光学系と、照明光学系から出射された照明光を画像信号に応じて変調する光変調手段と、光変調手段により形成された画像を投射するための投射レンズとを有し、この投射レンズは、上述の発明に係る投射レンズであることとする。

携帯電話をこのように構成することで、携帯電話の大型化を抑えながら、携帯電話に投射機能を備えることができる。

本発明によると、投射レンズのＦ値を小さくでき、さらにレンズ長の短縮化を図ることができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第１の実施の形態について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる投射レンズ１の概略構成を示す断面図である。図１において、Ｘ軸方向、すなわち、図面の左方を前方（前側）とし、その反対側を後方（後側）とし以下の説明を行うこととする。

投射レンズ１の前方側から順に、開口絞り２、第１レンズ３、第２レンズ４および第３レンズ５が配置されている。なお、図中一点鎖線で示すＬは、投射レンズ１の光軸を示している。投射レンズ１は、例えば、携帯電話等に搭載される投射表示機構の投射光学系として使用される。

投射レンズ１が、投射表示機構に使用される場合には、投射レンズ１の前方、すなわち、第１レンズ３の前方にはスクリーンＳが配置され、また、投射レンズ１の後方、すなわち、第３レンズ５の後方には、前方から後方に向かって順に、光変調手段としての光透過型液晶表示素子６と、照明光学系としての光源７が配置される。光透過型液晶表示素子６の前面には、光透過型液晶表示素子６を保護する薄板ガラス８が備えられている。

光源７から出射した光は光透過型液晶表示素子６を介して投射レンズ１に入射する。そして、光透過型液晶表示素子６は、図示外の画像処理回路から出力される画像信号により駆動制御され、光透過型液晶表示素子６上に形成された画像が、投射レンズ１によりスクリーンＳ上に拡大投影されることになる。

投射レンズ１において、開口絞り２は、投射レンズ１の一番前側に配置されており、第１レンズ３から出射する光量を規制するものである。第１レンズ３は、ガラスにより形成され前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。第２レンズ４は、樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。この第２レンズ４は、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。第３レンズ５は、第２レンズ４と同様に樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた負の屈折力を有している。この第３レンズ５も、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。なお、第１レンズ３のガラスの硝材はＬＡＣ１４である。また、第２レンズ４の樹脂材はパンライトのＳＰ１５１６であり、第３レンズ５の樹脂材はＺＥＯＮＥＸのＥ４８Ｒである。

上述の第１，２，３レンズ３，４，５の各面における曲率半径（近軸曲率半径）Ｒ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ３，４，５の中心厚および第１，２，３レンズ３，４，５相互間の空気間隔（第１，２，３レンズ３，４，５の面間隔）Ｄ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ３，４，５のｄ線における屈折率ｎｄ、および第１，２，３レンズ３，４，５のアッべ数νｄを下記表１に示す。この表１の左列の数字は、開口絞り２、第１，２，３レンズ３，４，５および薄板ガラス８の各面の前方からの順番を表わしている。No.０は開口絞り２を示す。また、＊印が付された面は非球面を表わし、各非球面は、式（１）に示す非球面式と[表２]の非球面に関する係数により表される。

・・・（１）

ｈ：レンズの光軸に垂直な方向の高さ
Ｘ：各高さｈにおけるレンズの頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（ザグ量）
Ｃ：頂点曲率
Ａｎ：ｎ次の非球面係数
Ｋ：円錐乗数

第１レンズ３、第２レンズ４、および第３レンズ５を図１、表１、式１および表２のように構成した場合には、レンズ長＝１５．５１４ｍｍ、焦点距離＝１０．８３ｍｍ、Ｆ値＝２．４、バックフォーカス＝１．４ｍｍ、画角２ω＝３４．２度となる。つまり、バックフォーカスを１．４ｍｍと長く確保しながら、Ｆ値が２．４と小さく、さらにレンズ長が１５．５１４ｍｍと短い投射レンズ１を構成することができる。

また、第１レンズ３、第２レンズ４、および第３レンズ５は、光透過型液晶表示素子６から出射された光に対してテレセントリックに構成されている。すなわち、第１レンズ３、第２レンズ４、および第３レンズ５は、光透過型液晶表示素子６の各画素を透過した光のうち、光透過型液晶表示素子６から光軸Ｌに平行に出射した光である主光線は、光軸Ｌ上の一点９に収束（一点９で交差）するように構成されている。

開口絞り２は、光透過型液晶表示素子６から出射した光の主光線が投射レンズ１の光軸Ｌと交差する位置である一点９に開口部を位置させて配置されている。このような位置に開口絞り２を配置することで、投射レンズ１のテレセントリック性を崩さないように（確保しながら）開口絞り２を配置することができる。つまり、光透過型液晶表示素子６から出射しスクリーンＳに投射される光を、開口絞り２は、光軸Ｌに対して対称に近い状態で遮光することができるため、劣化が抑えられたコントラストの高い投射像を得ることができる。

上記のように構成される投射レンズ１における開口絞り２の位置における、球面収差、非点収差、色倍率収差、歪曲収差は、図２に示すようになっている。また、横収差、および縦収差は図３に示すようになっている。球面収差図において、実線は６４２ｎｍ、点線は５２４ｎｍ、一点鎖線は４５２ｎｍの光における収差（ｍｍ）をそれぞれ表わし、二点鎖線はサインコンディションそれぞれ示す。色倍率収差図において、実線は６４２ｎｍ、点線は４５２ｎｍの光における収差（ｍｍ）をそれぞれ表わしている。歪曲収差図は、５２４ｎｍにおける歪曲（％）を表わしている。非点収差図において、実線はサジタル面、点線はメリジオナル面における５２４ｎｍの光に対する各非点収差を表わしている。

横収差図において、実線は６４２ｎｍ、点線は５２４ｎｍ、一点鎖線は４５２ｎｍの光における横収差（ｍｍ）（コマ収差）を表わしている。縦収差図において、実線は６４２ｎｍ、点線は５２４ｎｍ、一点鎖線は４５２ｎｍの光における縦収差（ｍｍ）（コマ収差）を表わしている。

なお、横収差図および縦収差図において、収差図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、それぞれ、光透過型液晶表示素子６の中心から対角までの所定の位置から出射した光についての収差を示すもので、収差図（Ａ）は、光透過型液晶表示素子６の対角の位置から出射した光についての収差を示す。そして、収差図（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、それぞれ、光透過型液晶表示素子６の中心から対角までの距離に対して、０．８５倍、０．７倍、０．５倍、０．３倍の位置から出射した光についての収差を示す。収差図（Ｆ）は、光透過型液晶表示素子６の中心（光軸上）から出射した光についての収差を示す。また、収差図（Ｆ）は、収差のスケールが１０分の１のスケールで表わされている。

このように、投射レンズ１は、バックフォーカスをできるだけ長く確保しながら、Ｆ値を小さいものとし、さらにレンズ長を短いものとしながら、各種の収差の収差が良好に補正されたものとなっている。

以下に、本発明の第２、第３の実施の形態を説明するが、諸元値における符号、非球面式は上述の第１の実施の形態と同様のものとして説明を行い、また、同様の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図４から図６を参照しながら説明する。図４は、本発明の第２の実施形態にかかる投射レンズ１０の概略構成を示す断面図である。

投射レンズ１０の前方側から順に、開口絞り１１、第１レンズ１２、第２レンズ１３および第３レンズ１４が配置されている。

第１レンズ１２は、ガラスにより形成され前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。第２レンズ１３は、樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。この第２レンズ１３は、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。第３レンズ１４は、第２レンズ１３と同様に樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた負の屈折力を有している。この第３レンズ１４も、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。なお、第１レンズ１２のガラスの硝材はＢＡＣＤ１６である。また、第２レンズ１３の樹脂材はＯＫＰ４であり、第３レンズ１４の樹脂材はＺＥＯＮＥＸのＥ４８Ｒである。

上述の第１，２，３レンズ１２，１３，１４の各面における曲率半径（近軸曲率半径）Ｒ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ１２，１３，１４の中心厚および第１，２，３レンズ１２，１３，１４間の空気間隔（第１，２，３レンズ１２，１３，１４の面間隔）Ｄ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ１２，１３，１４のｄ線における屈折率ｎｄ、および第１，２，３レンズ１２，１３，１４のアッべ数νｄを下記[表３]に示す。

第２レンズ１３、第３レンズ１４の非球面係数を[表４]に示す。

第１レンズ１２、第２レンズ１３、および第３レンズ１４を図４、表３、式１および表４のように構成した場合には、レンズ長＝１５.５５４４ｍｍ、焦点距離＝１１.１００４ｍｍ、Ｆ値＝２．４、バックフォーカス＝１．０ｍｍ、画角２ω＝３３．４度となる。つまり、バックフォーカスを１．０ｍｍと比較的長く確保しながら、Ｆ値が２．４と小さく、さらにレンズ長が１５.５５４４ｍｍと短い投射レンズ１０を構成することができる。

また、第１レンズ１２、第２レンズ１３、および第３レンズ１４は、光透過型液晶表示素子６から出射された光に対してテレセントリックに構成されている。すなわち、第１レンズ１２、第２レンズ１３、および第３レンズ１４は、光透過型液晶表示素子６の各画素を透過した光のうち、光透過型液晶表示素子６から光軸Ｌに平行に出射した光である主光線は、光軸Ｌ上の一点１５に収束（一点１５で交差）するように構成されている。

開口絞り１１は、光透過型液晶表示素子６から出射した光の主光線が投射レンズ１０の光軸Ｌと交差する位置である一点１５に開口部を位置させて配置されている。このような位置に開口絞り１１を配置することで、投射レンズ１０のテレセントリック性を崩さないように（確保しながら）開口絞り１１を配置することができる。つまり、光透過型液晶表示素子６から出射しスクリーンＳに投射される光を、開口絞り１１は、光軸Ｌに対して対称に近い状態で遮光することができるため、劣化が抑えられたコントラストの高い投射像を得ることができる。

上記のように構成される投射レンズ１０における開口絞り１１の位置における、球面収差、非点収差、色倍率収差、歪曲収差は、図５に示すようになっている。また、横収差、および縦収差は図６に示すようになっている。各収差図における線種のその線種に対応する波長、および線種とこれが示す面方向等は、第１の実施の形態における図３、図４と同様の対応となっている。

このように、投射レンズ１０は、バックフォーカスをできるだけ長く確保しながら、Ｆ値が小さく、さらにレンズ長を短いものとしながら、各種の収差の収差が良好に補正されたものとなっている。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について、図７から図９を参照しながら説明する。図７は、本発明の第３の実施形態にかかる投射レンズ２０の概略構成を示す断面図である。

投射レンズ２０の前方側から順に、開口絞り２１、第１レンズ２２、第２レンズ２３および第３レンズ２４が配置されている。

第１レンズ２２は、ガラスにより形成され前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。第２レンズ２３は、樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。この第２レンズ２３は、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。第３レンズ２４は、第２レンズ２３と同様に樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた負の屈折力を有している。この第３レンズ２４も、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。なお、第１レンズ２２のガラスの硝材はＢＡＣＤ１６である。また、第２レンズ２３の樹脂材はポリエステル樹脂のＯＫＰ４であり、第３レンズ２４の樹脂材はＺＥＯＮＥＸのＥ４８Ｒである。

上述の第１，２，３レンズ２２，２３，２４の各面における曲率半径（近軸曲率半径）Ｒ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ２２，２３，２４の中心厚および第１，２，３レンズ２２，２３，２４間の空気間隔（第１，２，３レンズ２２，２３，２４の面間隔）Ｄ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ２２，２３，２４のｄ線における屈折率ｎｄ、および第１，２，３レンズ２２，２３，２４のアッべ数νｄを下記表５に示す。

第２レンズ２３、第３レンズ２４の非球面係数を表６に示す。

第１レンズ２２、第２レンズ２３、および第３レンズ２４を図７、表５、式１および表６のように構成した場合には、レンズ長＝１５．６６３４ｍｍ、焦点距離＝１１.１１２１ｍｍ、Ｆ値＝２．４、バックフォーカス＝１．０ｍｍ、画角２ω＝３３．４度となる。つまり、バックフォーカスを１．０ｍｍと比較的長く確保しながら、Ｆ値が２．４と小さく、さらにレンズ長が１５.６６３４ｍｍと短い投射レンズ２０を構成することができる。

また、第１レンズ２２、第２レンズ２３、および第３レンズ２４は、光透過型液晶表示素子６から出射された光に対してテレセントリックに構成されている。すなわち、第１レンズ２２、第２レンズ２３、および第３レンズ２４は、光透過型液晶表示素子６の各画素を透過した光のうち、光透過型液晶表示素子６から光軸Ｌに平行に出射した光である主光線は、光軸Ｌ上の一点２５に収束（一点２５で交差）するように構成されている。

開口絞り２１は、光透過型液晶表示素子６から出射した光の主光線が投射レンズ２０の光軸Ｌと交差する位置である一点２５に開口部を位置させて配置されている。このような位置に開口絞り２１を配置することで、投射レンズ２０のテレセントリック性を崩さないように（確保しながら）開口絞り２１を配置することができる。つまり、光透過型液晶表示素子６から出射しスクリーンＳに投射される光を、開口絞り２１は、光軸Ｌに対して対称に近い状態で遮光することができるため、劣化が抑えられたコントラストの高い投射像を得ることができる。

上記のように構成される投射レンズ２０における開口絞り２１の位置における、球面収差、非点収差、色倍率収差、歪曲収差は、図８に示すようになっている。また、横収差、および縦収差は図９に示すようになっている。各収差図における線種のその線種に対応する波長、および線種とこれが示す面方向等は、第１の実施の形態における図３、図４と同様の対応となっている。

このように、投射レンズ２０は、バックフォーカスをできるだけ長く確保しながら、Ｆ値を小さいものとし、さらにレンズ長を短いものとしながら、各種の収差が良好に補正されたものとなっている。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について、図１０から図１２を参照しながら説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態にかかる投射レンズ５０の概略構成を示す断面図である。

投射レンズ５０の前方側から順に、開口絞り５１、第１レンズ５２、第２レンズ５３および第３レンズ５４が配置されている。

第１レンズ５２は、ガラスにより形成され前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。第２レンズ５３は、樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた負の屈折力を有している。この第２レンズ５３は、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。第３レンズ５４は、第２レンズ５３と同様に樹脂材により形成され、前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。この第３レンズ５４も、凸面および凸面ともに非球面に形成されている。なお、第１レンズ５２のガラスの硝材はＬＡＣ１４である。また、第２レンズ５３の樹脂材はＯＫＰ４であり、第３レンズ５４の樹脂材はＺＥＯＮＥＸのＥ４８Ｒである。

上述の第１，２，３レンズ５２，５３，５４の各面における曲率半径（近軸曲率半径）Ｒ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ５２，５３，５４の中心厚および第１，２，３レンズ５２，５３，５４間の空気間隔（第１，２，３レンズ５２，５３，５４の面間隔）Ｄ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ５２，５３，５４のｄ線における屈折率ｎｄ、および第１，２，３レンズ５２，５３，５４のアッべ数νｄを下記表７に示す。

第２レンズ５３、第３レンズ５４の非球面係数を表８に示す。

第１レンズ５２、第２レンズ５３、および第３レンズ５４を図１０、表７、式１および表８のように構成した場合には、レンズ長＝１５．８１２８ｍｍ、焦点距離＝１１．１３２４ｍｍ、Ｆ値＝２．４、バックフォーカス＝１．４ｍｍ、画角２ω＝３３．２度となる。つまり、バックフォーカスを１．４ｍｍと比較的長く確保しながら、Ｆ値が２．４と小さく、さらにレンズ長が１５．８１２８ｍｍと短い投射レンズ５０を構成することができる。

また、第１レンズ５２、第２レンズ５３、および第３レンズ５４は、光透過型液晶表示素子６から出射された光に対してテレセントリックに構成されている。すなわち、第１レンズ５２、第２レンズ５３、および第３レンズ５４は、光透過型液晶表示素子６の各画素を透過した光のうち、光透過型液晶表示素子６から光軸Ｌに平行に出射した光である主光線は、光軸Ｌ上の一点５５に収束（一点５５で交差）するように構成されている。

開口絞り５１は、光透過型液晶表示素子６から出射した光の主光線が投射レンズ５０の光軸Ｌと交差する位置である一点５５に開口部を位置させて配置されている。このような位置に開口絞り５１を配置することで、投射レンズ５０のテレセントリック性を崩さないように（確保しながら）開口絞り５１を配置することができる。つまり、光透過型液晶表示素子６から出射しスクリーンＳに投射される光を、開口絞り５１は、光軸Ｌに対して対称に近い状態で遮光することができるため、劣化が抑えられたコントラストの高い投射像を得ることができる。

上記のように構成される投射レンズ５０における開口絞り５１の位置における、球面収差、非点収差、色倍率収差、歪曲収差は、図１１に示すようになっている。また、横収差、および縦収差は図１２に示すようになっている。各収差図における線種のその線種に対応する波長、および線種とこれが示す面方向等は、第１の実施の形態における図３、図４と同様の対応となっている。

このように、投射レンズ５０は、バックフォーカスをできるだけ長く確保しながら、Ｆ値を小さいものとし、さらにレンズ長を短いものとしながら、各種の収差が良好に補正されたものとなっている。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について、図１３から図１５を参照しながら説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態にかかる投射レンズ６０の概略構成を示す断面図である。

投射レンズ６０の前方側から順に、開口絞り６１、第１レンズ６２、第２レンズ６３および第３レンズ６４が配置されている。

第１レンズ６２は、ガラスにより形成され前方および後方に凸面を向けた正の屈折力を有している。第２レンズ６３は、樹脂材により形成され、前方が凹面であり、後方に凸面を向けた負の屈折力を有している。この第２レンズ６３は、凹面および凸面ともに非球面に形成されている。第３レンズ６４は、第２レンズ６３と同様に樹脂材により形成され、前方が凸面であり、後方に凹面を向けた正の屈折力を有している。この第３レンズ６４も、凸面および凹面ともに非球面に形成されている。なお、第１レンズ６２のガラスの硝材はＢＳＣ７である。また、第２レンズ６３の樹脂材はＯＫＰ４であり、第３レンズ６４の樹脂材はＺＥＯＮＥＸのＥ４８Ｒである。

上述の第１，２，３レンズ６２，６３，６４の各面における曲率半径（近軸曲率半径）Ｒ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ６２，６３，６４の中心厚および第１，２，３レンズ６２，６３，６４間の空気間隔（第１，２，３レンズ６２，６３，６４の面間隔）Ｄ（ｍｍ）、第１，２，３レンズ６２，６３，６４のｄ線における屈折率ｎｄ、および第１，２，３レンズ６２，６３，６４のアッべ数νｄを下記表９に示す。

第２レンズ６３、第３レンズ６４の非球面係数を表１０に示す。

第１レンズ６２、第２レンズ６３、および第３レンズ６４を図１３、表９、式１および表１０のように構成した場合には、レンズ長＝１５．６９１０ｍｍ、焦点距離＝９．１３５７ｍｍ、Ｆ値＝２．４、バックフォーカス＝３．０３ｍｍ、画角２ω＝４０．２度となる。つまり、バックフォーカスを３．０３ｍｍと比較的長く確保しながら、Ｆ値が２．４と小さく、さらにレンズ長が１５．６９１０ｍｍと短い投射レンズ６０を構成することができる。

また、第１レンズ６２、第２レンズ６３、および第３レンズ６４は、光透過型液晶表示素子６から出射された光に対してテレセントリックに構成されている。すなわち、第１レンズ６２、第２レンズ６３、および第３レンズ６４は、光透過型液晶表示素子６の各画素を透過した光のうち、光透過型液晶表示素子６から光軸Ｌに平行に出射した光である主光線は、光軸Ｌ上の一点６５に収束（一点６５で交差）するように構成されている。

開口絞り６１は、光透過型液晶表示素子６から出射した光の主光線が投射レンズ６０の光軸Ｌと交差する位置である一点６５に開口部を位置させて配置されている。このような位置に開口絞り６１を配置することで、投射レンズ６０のテレセントリック性を崩さないように（確保しながら）開口絞り６１を配置することができる。つまり、光透過型液晶表示素子６から出射しスクリーンＳに投射される光を、開口絞り６１は、光軸Ｌに対して対称に近い状態で遮光することができるため、劣化が抑えられたコントラストの高い投射像を得ることができる。

上記のように構成される投射レンズ６０における開口絞り６１の位置における、球面収差、非点収差、色倍率収差、歪曲収差は、図１４に示すようになっている。また、横収差、および縦収差は図１５に示すようになっている。各収差図における線種のその線種に対応する波長、および線種とこれが示す面方向等は、第１の実施の形態における図３、図４と同様の対応となっている。

このように、投射レンズ６０は、バックフォーカスをできるだけ長く確保しながら、Ｆ値を小さいものとし、さらにレンズ長を短いものとしながら、各種の収差が良好に補正されたものとなっている。

投射レンズ１，１０，２０は上述したように、第１レンズ３，１２，２２を前方および後方に凸面を有するいわゆる両凸レンズとし、また、第２レンズ４，１３，２３を前方が凹面であり、後方を凸面とし、さらに、第３レンズ５，１４，２４を前方が凹面であり、後方を凸面とすることで、投射レンズ１，１０，２０のＦ値を小さくしながら、さらにレンズ長を短縮することができる。投射レンズ１，１０，２０は上述したように、第２レンズ４，１３，２３を非球面レンズとすることで、第１レンズ３，１２，２２で発生した軸上色収差、色倍率収差、球面収差が好適に補正され、さらにコマ収差、非点収差、歪曲収差についても補正されたものとなっている。さらに、第３レンズ５，１４，２４を非球面レンズとすることで、投射レンズ１，１０，２０は、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差が好適に補正されたものとなっている。

上述した投射レンズ１は、図１０、図１１に示すように、携帯電話３０に組み込んで使用することができる。図１０は、携帯電話３０の外観の構成を示す図である。図１１は、携帯電話３０の電気構成を示す回路構成を示すブロック図である。

携帯電話３０は、操作パネル３１を有する操作部３２とモニタ３３を有するモニタ部３４を有し、操作部３２には、投射表示機構を構成する投射ユニット３５が備えられている。操作部３２とモニタ部３４とは中央のヒンジ部３６において、モニタ部３４が操作部３２に対して回転可能な構成となっている。つまり、携帯電話３０は、図１０に示すように、モニタ部３４と操作パネル３１とがヒンジ部３６を挟んで上下に見開いた開状態と、この開状態から、モニタ部３４をヒンジ部３６の周りに回転させモニタ部３４のモニタ３３を操作部３２の操作パネル３１に重ねた折り畳んだ状態とに形態を変化させることができる。図１０（Ａ）は、携帯電話３０の開状態における操作パネル３１の側から見た平面図であり、図１０（Ｂ）は、その側面図であり、図１０（Ｃ）は、正面図である。図１０は、モニタ部３４を操作部３２に対して最大に開いた状態であるが、モニタ部３４の操作部３２に対する開き角度は任意に設定することができ、また、その開き角度を保持することができるようにヒンジ部３６は構成されている。

操作パネル３１には、電話番号キーやメール操作機能やカメラ機能を実行するキー等を有する操作キー３７等の他、機能選択キー３８等が備えられている。そして、機能選択キー３８を操作することにより電話番号キーや操作キー３７を投射表示操作キーとして機能させることができるように構成されている。投射表示操作キーを操作することにより投射ユニット３５を操作することができる。

図１１に示すように、携帯電話３０は、ＣＰＵ３９と、ＣＰＵ３９の作業用等として機能するメモリ４０と、音声など外部の音を集音し電気信号に変えＣＰＵ３９に送出するマイク４１と、外部インターフェース４２と、バッテリを有する電源回路４３と、アンテナを有する通信制御部４４と、操作パネル３１と、スピーカ４５等とが備えられている。さらに、光源７、光透過型液晶表示素子６、投射レンズ１および投射制御回路４６等を有する投射ユニット３５と、図示を省略する撮影レンズやＣＣＤ等を備えるカメラユニット４７が備えられている。

操作部３２の正面部には、投射ユニット３５の投射光が出射する出射部４８が設けられている。投射ユニット３５は、投射レンズ１からの投射光がこの出射部４８から外部に出射するよう備えられている。カメラユニット４７の撮影レンズは、モニタ部３４の底面側、すなわち、モニタ部３４の裏側に当る位置に配置されている。

ＣＰＵ３９は、制御プログラムに基づいて、携帯電話３０に対して操作パネル３１の各キー等から入力される信号に基づいて所定の演算を行い、携帯電話３０の動作制御を司る。ＣＰＵ３９からは、演算結果に基づいて携帯電話３０の各部に対して制御信号が送出され、電話機能、カメラ機能、メール機能、そして投射機能等の各種の機能を携帯電話３０において実行する。なお、制御プログラムはＣＰＵ３９内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。また、ＣＰＵ３９は、投射ユニット３５において投射機能を実行する際に、投射レンズ１から投射される投影画像のデータに対して台形歪み補正を画像処理によって行うことができるように構成されている。

携帯電話３０には、不揮発性メモリによって構成されるメモリカード４９が装着可能となっている。メモリカード４９に投影用の映像・音データが記憶されている場合には、ＣＰＵ３９は、映像データに基づいて投射ユニット３５により投射画像を投射する。音データについては、スピーカ４５から発音される。なお、メモリカード４９は、カメラユニット４７から出力される撮影画像データの保存が可能となっている。

携帯電話３０においては、投射表示操作キーを操作することで、ＣＰＵ３９がメモリカード４９等に記憶されている映像データを投射制御回路４６に送出する。投射制御回路４６は、送られてきた画像データに基づいて液表表示信号を生成し、光透過型液晶表示素子６を駆動する。光透過型液晶表示素子６が駆動され、光源７からの光が光透過型液晶表示素子６において変調されることで、光透過型液晶表示素子６において画像が形成される。そして、この画像が投射レンズ１からスクリーンに向けて拡大投射される。

投射レンズ１は、上述したように、バックフォーカスが長く確保されているため光透過型液晶表示素子６の配置上の制限が少なく、しかも、レンズ長が短いものとなっているため、携帯電話３０の大型化を抑えながら携帯電話３０に組み込むことができる。また、投射レンズ１は、Ｆ値が小さいものであり、各種の収差が良好に補正されている。このため、投射環境、例えば、周囲が明るい場合や投影スクリーンのような整った投射面に投影できない場合のように投射環境が整わない状況であっても、投射像を明るく、また収差の少ない良好なものに近づけることができる。携帯電話３０による投射機能を使用する場合には、投射環境が整わない場合が多いことが想定される。しかしながら、投射レンズ１を上記のように構成することで、投射環境が整わない場合であっても、投射画像をより良好なものとすることができる。投射レンズ１に替えて、投射レンズ１０，２０を使用した場合にも、投射レンズ１０，２０は、携帯電話３０の大型化を抑えながら携帯電話３０に組み込むことができる。また、投射環境が整わない場合であっても、投射画像をより良好なものとすることができる。なお、光変調手段は光透過型液晶表示６に換えてＬＣＯＳ、ＤＭＤ等を利用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る投射レンズの構成図である。図１に示す投射レンズの収差図である。図１に示す投射レンズの収差図である。本発明の第２の実施の形態に係る投射レンズの構成図である。図４に示す投射レンズの収差図である。図４に示す投射レンズの収差図である。本発明の第３の実施の形態に係る投射レンズの構成図である。図７に示す投射レンズの収差図である。図７に示す投射レンズの収差図である。本発明の第４の実施の形態に係る投射レンズの構成図である。図１０に示す投射レンズの収差図である。図１０に示す投射レンズの収差図である。本発明の第５の実施の形態に係る投射レンズの構成図である。図１３に示す投射レンズの収差図である。図１３に示す投射レンズの収差図である。図１に示す投射レンズが組み込まれた携帯電話の外観の構成を示す図である。図１６に示す携帯電話の電気構成を示す回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１０，２０，５０，６０・・・投射レンズ。
２，１１，２１，５１，６１・・・開口絞
３，１２，２２，５２，６２・・・第１レンズ
４，１３，２３，５３，６３・・・第２レンズ
５，１４，２４，５４，６４・・・第３レンズ
６・・・光透過型液晶表示素子（光変調手段）
７・・・光源（照明光学系）
３０・・・携帯電話
Ｓ・・・スクリーン

Claims

スクリーン側から光変調手段に向けて順に、
開口絞りと、
上記スクリーン側と上記光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、
上記スクリーン側に凹面を、上記光変調手段側に凸面を有する正のパワーを有する第２レンズと、
上記スクリーン側に凹面を、上記光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第３レンズと、
を有することを特徴とする投射レンズ。
スクリーン側から光変調手段に向けて順に、
開口絞りと、
上記スクリーン側と上記光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、
上記スクリーン側に凹面を、上記光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第２レンズと、
上記スクリーン側と上記光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第３レンズと、
を有することを特徴とする投射レンズ。
スクリーン側から光変調手段に向けて順に、
開口絞りと、
上記スクリーン側と上記光変調手段側とに凸面を有する正のパワーを有する第１レンズと、
上記スクリーン側に凹面を、上記光変調手段側に凸面を有する負のパワーを有する第２レンズと、
上記スクリーン側に凸面を、上記光変調手段側に凹面を有する正のパワーを有する第３レンズと、
を有することを特徴とする投射レンズ。
前記第２レンズは、非球面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投射レンズ。
前記第３レンズは、非球面を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射レンズ。
前記開口絞りは、前記光変調手段から出射した光の主光線が光軸と交差する位置に開口部を位置させて配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の投射レンズ。
前記第１レンズはガラスにより形成され、前記第２レンズおよび前記第３レンズは樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の投射レンズ。
前記第１レンズから前記第３レンズまでのレンズ系全体の焦点距離f、前記第２レンズの焦点距離f２、前記第３レンズの焦点距離f３、前記第１レンズの物体側の面の曲率半径Ｒ１、前記第２レンズの物体側の曲率半径Ｒ３、前記第１レンズと前記第２レンズの空気間隔Ｄ、前記第２レンズのアッベ数ν２、前記第３レンズのアッベ数ν３としたとき、
−０．１４＜f／f２＜０．４
−０．１４＜f／f３＜０．１４
−０．３＜Ｒ３／f＜−０．０７
２５＜ν２
５０＜ν３
であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の投射レンズ。
携帯電話において、
照明光を出射する照明光学系と、
上記照明光学系から出射された照明光を画像信号に応じて変調する光変調手段と、
上記光変調手段により形成された画像を投射するための投射レンズと、
を有し、
上記投射レンズは、請求項１から８のいずれか１項に記載の投射レンズであることを特徴とする携帯電話。