JP2012042697A - 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、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制しつつ、Ｆ値を小さくする。
【解決手段】７枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな投写用レンズを構成する際に、第１レンズ群Ｇ１を、少なくとも１枚の負レンズを含む２枚のレンズで構成し、第２レンズ群Ｇ２を、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた正の第２群第１レンズＬ３、凹面を拡大側に向けた負の第２群第２レンズＬ４、凸面を縮小側に向けた正の第２群第３レンズＬ５、正の第２群第４レンズＬ６、正の第２群第５レンズＬ７を配したものとし、レンズ全系の空気換算バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、第２群第２レンズＬ４の縮小側面Ｓ９と第２群第３レンズＬ５の拡大側面Ｓ１０との間に形成された空気レンズＬ４５の焦点距離をｆ２３としたときに、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、および（Ｂ）：ｆ２３／ｆ≦−１．５を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は投写用レンズおよび投写型表示装置に関し、詳しくは、７枚のレンズで構成した投写用レンズおよびこの投写用レンズを用いた投写型表示装置に関するものである。

近年、パソコン等から出力される画像データの表す画像をスクリーン上へ投写する投写型表示装置（プロジェクタともいう）が急速に普及している。このようなプロジェクタには、光源から発せられライトバルブで変調された光を投写用レンズに通してスクリーン上へ投写するものが知られている。また、ライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示装置、または角度可変の微小ミラーを配列してなるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が知られている。

また、このようなプロジェクタでは、光源から発せられた光をライトバルブへ導く光学系やライトバルブで変調された光を投写用レンズへ導く光学系を構成するためのスペースが必要となる。そのため、プロジェクタに搭載される投写用レンズは、この投写用レンズとライトバルブとの間にそのようなスペースを設けられるように、大きなバックフォーカスを有している。

例えば、赤色光、緑色光、青色光それぞれを変調する各ライトバルブを有しカラー画像を投写するプロジェクタは、各色の光をライトバルブへ導く光学系、および、ライトバルブで変調された各色の光を１つの投写用レンズへ導く光学系を配置するスペースを、投写用レンズとライトバルブとの間に確保する必要がある。

そのようなスペースを確保するためのバックフォーカスが定められている投写用レンズとして、Ｆ値（Ｆナンバー）が２．４〜６．４に定められた７枚のレンズからなる投写用レンズが知られている（特許文献１から６参照）。

また、バックフォーカスは小さいが、７枚のレンズで構成されたＦ値の小さい（明るい）投写用レンズとしては、Ｆ値が１．７の投写用レンズ（特許文献７参照）が知られている。

なお、接合レンズを含む場合のレンズ枚数については、ｎ枚のレンズを接合してなる接合レンズはｎ枚のレンズからなるものとしてレンズ枚数を数えるものとする。

特開２００３−２８７６７６号公報 特開２００５−１６４８３９号公報 特開２００５−１７３４９４号公報 特許第３４６６００２号公報 特許第４０７６３３４号公報 米国特許第５７３１６７６号明細書 米国特許第７０５７８３０号明細書

ところで、プロジェクタを通して画像が投写されるスクリーンの設置場所は暗くするのが一般的であるが、その設置場所をさほど暗くすることなく投写された画像を見られるようにしたいという強い要請がある。これに対して、特許文献１から６に記載されている比較的Ｆ値（Ｆナンバー）の大きい投写用レンズを搭載したプロジェクタは、そのような要請に応えられるものではない。一方、特許文献７に記載されているようなＦ値の小さい（明るい）投写用レンズを搭載したプロジェクタは、上記要請に応えることができるものではあるがバックフォーカスが短いという問題がある。

より詳しくは、特許文献１から６に記載されている投写用レンズは、各レンズのパワーバランスの配分（正負レンズの配置）をそのまま維持した状態でＦ値を小さく（明るく）しようとすると、装置サイズが大型化したり、解像力を低下させる諸収差の発生を抑えることが難しくなったりするという問題が生じる。

また、特許文献７の投写用レンズ（Ｆ値：１．７）は、各レンズのパワーバランスの配分（正負レンズの配置）をそのまま維持した状態でバックフォーカスを大きくしようとすると、装置サイズが大型化したり、解像力を低下させる諸収差の発生を抑えることが難しくなったりするという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制しつつ、Ｆ値を小さく（明るく）することができる投写用レンズおよびこの投写用レンズを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、第１レンズ群、第２レンズ群を配置してなる、７枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな投写用レンズであって、第１レンズ群が、少なくとも１枚の負レンズを含む２枚のレンズで構成されたものであり、第２レンズ群が、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正の第２群第１レンズ、拡大側に凹面を向けた負の第２群第２レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第２群第３レンズ、正の第２群第４レンズ、正の第２群第５レンズを配して構成されたものであり、第２群第２レンズの縮小側面と第２群第３レンズの拡大側面との間に隙間が設けられたものであり、レンズ全系の空気換算バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、第２群第２レンズの縮小側面と第２群第３レンズの拡大側面との間の隙間に形成された空気レンズの焦点距離をｆ２３としたときに、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、および条件式（Ｂ）：ｆ２３／ｆ≦−１．５を満足することを特徴とするものである。以後、レンズ全系の空気換算バックフォーカスＢｆを省略して、単にバックフォーカスＢｆとも言う。

前記投写用レンズは、条件式（Ｂ′）：ｆ２３／ｆ≦−２．０を満足するものとすることがさらに望ましい。

前記投写用レンズは、第２群第２レンズの拡大側面の焦点距離をｆ２Ｆ、第２群第１レンズの拡大側面の焦点距離をｆ１Ｆとしたときに、条件式（Ｃ）：−０．８≦ｆ２Ｆ／ｆ１Ｆ≦−０．２を満足することが望ましい。

前記投写用レンズは、第２群第１レンズの焦点距離をｆ１、第２群第２レンズの焦点距離をｆ２としたときに、条件式（Ｄ）：１．５≦ｆ１／ｆ≦３．０、および条件式（Ｅ）−２．５≦ｆ２／ｆ≦−０．５を満足することが望ましい。

前記投写用レンズは、条件式（Ｅ′）：−２．０≦ｆ２／ｆ≦−０．７を満足するものとすることがさらに望ましい。

前記投写用レンズは、第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔をｄ１２としたときに、条件式（Ｆ）：０．８≦ｄ１２／ｆ≦２．２を満足することが望ましい。なお、第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔は、第１レンズ群中の最も縮小側のレンズ面から第２レンズ群中の最も拡大側のレンズ面までの光軸上における空気間隔である。

前記投写用レンズは、条件式（Ｆ′）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦１．８を満足するものとすることがさらに望ましい。

前記投写用レンズは、レンズ全系のＦ値（Ｆナンバー）をＦｎｏとしたときに、条件式（Ｇ）：Ｆｎｏ≦１．７を満足することが望ましい。

前記投写用レンズは、第１レンズ群を構成するレンズ面のうちの少なくとも１面が非球面であることが望ましい。

前記投写用レンズは、第２群第４レンズおよび第２群第５レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも１面が非球面であることが望ましい。さらに、第１レンズ群中の少なくとも１枚の非球面レンズおよび第２群第５レンズが、いずれも樹脂材料で形成されたものとすることが望ましい。さらに加えて、第１レンズ群中の樹脂材料で形成された非球面レンズの焦点距離をｆＦ、樹脂材料で形成された第２群第５レンズの焦点距離をｆ５としたときに、条件式（Ｈ）：−１．１≦ｆＦ／ｆ５≦−０．２を満足することが望ましい。

本発明の投写型表示装置は、投写用レンズを備えた投写型表示装置であって、光源と、この光源から発せられた光束を変調するライトバルブとを備え、ライトバルブで変調された光束を投写用レンズに通してスクリーンへ投写することを特徴とするものである。

なお、空気レンズの焦点距離は、この空気レンズの拡大側面と縮小側面での空気換算合成焦点距離のことである。より具体的には、１／空気レンズ焦点距離＝（１−拡大側レンズ屈折率）／拡大側曲率半径＋（縮小側レンズ屈折率）／縮小側曲率半径＋（１−拡大側レンズ屈折率）×（１−縮小側レンズ屈折率）×空気間隔／（拡大側曲率半径×縮小側曲率半径）である。

前記投写用レンズは、単レンズのみで構成したり、接合レンズを含むように構成することができる。

縮小側にテレセントリックとは、図８（実施例５）の断面図で示されるような縮小側の任意の点に集光する光束断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線が光軸と平行に近い状態を指すものであり、完全にテレセントリックな場合、すなわち前記２等分角線が光軸に対して完全に平行な場合に限るものではなく、多少の誤差がある場合をも含むものを意味する。ここで多少の誤差がある場合とは、光軸に対する前記２等分角線の傾きが±３°の範囲内の場合である。

接合レンズを含む場合のレンズ枚数については、ｎ枚のレンズを接合してなる接合レンズはｎ枚のレンズからなるものとしてそのレンズ枚数をカウントする。なお、空気レンズはレンズ枚数としてはカウントしない。

バックフォーカスは、投写用レンズを構成するレンズ面のうち最も縮小側のレンズ面からこの投写用レンズの縮小側の焦点までの光軸上における距離（空気換算距離）である。

各レンズの焦点距離、および組み合わされた複数のレンズの焦点距離（合成焦点距離）は、正負を区別しており、レンズに光線を通したときの焦点が、このレンズの射出側にある場合を正とし、このレンズの入射側にある場合を負とする。

レンズ面の焦点距離Ｆｓｕｒｆは、式：Ｆｓｕｒｆ＝ｒ／（ｎ２−ｎ１）によって求められるものである。ここで、ｎ１はレンズ面の拡大側の媒質の屈折率、ｎ２はレンズ面の縮小側の媒質の屈折率、ｒはレンズ面の曲率半径である。なお、曲率半径は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、レンズの縮小側面は、このレンズの縮小側に形成されたレンズ面を意味し、レンズの拡大側面は、このレンズの拡大側に形成されたレンズ面を意味する。

なお、非球面レンズの正負は、この非球面レンズの近軸領域での正負を示すものとする。また、非球面の正負や凹凸は、この非球面の近軸領域での正負や凹凸を示すものとする。

本発明の投写用レンズおよび投写型表示装置によれば、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、７枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな投写用レンズであって、拡大側から順に、１枚の負レンズを含む２枚のレンズからなる第１レンズ群、拡大側に凸面を向けた正の第２群第１レンズ、拡大側に凹面を向けた負の第２群第２レンズ、縮小側に凸面を向けた正の第２群第３レンズ、正の第２群第４レンズ、正の第２群第５レンズを配して構成されたものであり、第２群第２レンズの縮小側面と第２群第３レンズの拡大側面との間に隙間を有するものであり、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、および（Ｂ）：ｆ２３／ｆ≦−１．５を満足するようにしたので、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制しつつ、よりＦ値を小さく（明るく）することができる。

すなわち、上記のようにレンズの正負の配列（パワーバランス）を適切に定めることにより、少ないレンズ枚数（７枚）でありながら収差のバランスを良好に保つことができ、装置サイズを大型化することなくＦ値の小さい（明るい）投写用レンズを形成することができる。これにより、小型、軽量、高性能な投写用レンズを得ることができる。

なお、バックフォーカスをＢｆとレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を表す条件式（Ａ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、光源から発せられた光をライトバルブへ導く照明用の光学系やライトバルブで変調された光を投写用レンズへ導く導光用の光学系等を配置するためのスペースが狭くなってしまい、照明用や導光用の各光学系を配置することが困難になるという問題が生じる。

一方、条件式（Ａ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、この投写用レンズの大きさ、すなわち装置サイズが大きくなってしまうという問題が生じる。

また、空気レンズの焦点距離ｆ２３とレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を示す条件式（Ｂ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、像面の補正が困難になるという問題が生じる。

本発明の実施の形態による投写用レンズを備えた投写型表示装置の概略構成を示す断面図 投写型表示装置の備える光変調部を拡大して示す断面図 投写型表示装置の備える他の光変調部を拡大して示す断面図 実施例１の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例２の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例３の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例４の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例５の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例６の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例７の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例８の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例１の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例２の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例３の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例４の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例５の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例６の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例７の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例８の投写用レンズの諸収差を示す図

以下、本発明の投写用レンズおよびこの投写用レンズを備えた投写型表示装置について図面を参照して説明する。

図１は本発明の投写用レンズを備えた投写型表示装置の概略構成を示す断面図である。

図示の投写型表示装置４００は、投写用レンズ１００と、光源から発せられた光束をライトバルブで変調する光変調部２００とを備え、光変調部２００を通して変調された光束を投写用レンズ１００に通してスクリ−ン１へ投写するものである。

＜投写用レンズの基本構成について＞
以下、投写用レンズ１００の基本構成について説明する。

投写用レンズ１００は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とからなり、７枚のレンズで構成されたものである。

この投写用レンズ１００は、拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から順に、２枚のレンズ（第１群第１レンズＬ１および第１群第２レンズＬ２）からなる第１レンズ群Ｇ１、拡大側に凸面を向けた正の第２群第１レンズＬ３、拡大側に凹面を向けた負の第２群第２レンズＬ４、縮小側（図中矢印＋Ｚで示す側）に凸面を向けた正の第２群第３レンズＬ５、正の第２群第４レンズＬ６、正の第２群第５レンズＬ７を配して構成されたものであり、縮小側にテレセントリックな光学系である。

なお、第１レンズ群Ｇ１を構成する２枚のレンズのうちいずれかは負レンズである。

この投写用レンズ１００は第２群第２レンズＬ４の縮小側面Ｓ９と第２群第３レンズＬ５の拡大側面Ｓ１０との間に隙間を有するものであり、バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、第２群第２レンズＬ４の縮小側面Ｓ９と第２群第３レンズＬ５の拡大側面Ｓ１０との間に形成された空気レンズＬ４５の焦点距離をｆ２３としたときに、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、および（Ｂ）：ｆ２３／ｆ≦−１．５を同時に満足するものである。

また、投写用レンズ１００は、マスクＭｋを有するもとしてもよい。

このマスクＭｋは、投写用レンズ１００を通る光線を遮断する部材で形成されたものであり、例えば、投写用レンズ１００を通る周辺光束を遮断してテレセントリック性を確保したり、Ｆ値（Ｆナンバー）を定めたりするためのものである。なお、各図中に示すマスクＭｋは、マスクの大きさや形状を示すものではなく、光軸方向の位置を示すものである。

なお、バックフォーカスＢｆは、投写用レンズ１００を構成するレンズの最終レンズ面（最も光変調部２００の側に配されるレンズ面）から後側焦点（光変調部２００の側に定められる投写用レンズ１００の焦点）までの光軸上の距離（空気換算距離）である。

ここでは、バックフォーカスＢｆは、投写用レンズ１００を構成する最も縮小側に配されたレンズ面Ｓ１５からライトバルブ（後述するＤＭＤ２１０や液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂ）までの光軸上における距離（空気換算距離）に対応する。

次に、光変調部２００について説明する。

＜ライトバルブとしてＤＭＤを用いた光変調部について＞
図２は、ライトバルブとしてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーディバイス）を採用した光変調部を示す図である。

図２に示す光変調部２００Ａは、ＤＭＤ２１０と、光源２２０と、光源２２０から発せられた光束ＬｋをＤＭＤ２１０へ導く内部全反射プリズム（以後、ＴＩＲプリズム２３０という）とを有している。

光源２２０から発せられた光束Ｌｋは、ＴＩＲプリズム２３０へ入射しＴＩＲプリズム２３０を構成する２つのプリズム２３１、２３２の境界面２３０Ｋで全反射されＤＭＤ２１０に入射する。ＤＭＤ２１０に入射した光束Ｌｋは、このＤＭＤ２１０を構成する多数の微小ミラー２１１で反射され変調される。すなわち、微小ミラー２１１は、ＤＭＤ２１０に入力された画像データＧに応じてＯＮ方向（投写用レンズ１００の方向）あるいはＯＦＦ方向（投写用レンズ１００以外の方向）に偏向され、これにより、ＤＭＤ２１０に入射した光束Ｌｋが変調される。

ＤＭＤ２１０で変調された光束Ｌｋは、ＴＩＲプリズム２３０を透過した後、投写用レンズ１００の縮小側（図中矢印＋Ｚ側）へ入射し拡大側（図中矢印−Ｚ側）から射出されてスクリ−ン１上に投写される。これにより、ＤＭＤ２１０で変調され投写用レンズ１００を通して拡大された光束がスクリ−ン１上に投写され、ＤＭＤ２１０に入力された画像データの表す画像がスクリ−ン１上に形成される。

ここで、例えば、光源２２０から発せられた赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂを時分割して順番にＤＭＤ２１０へ入射させるとともに、各光束のＤＭＤ２１０への入射に同期させて赤色画像を表す画像データＧｒ、緑色画像を表す画像データＧｇ、青色画像を表す画像データＧｂをＤＭＤ２１０へ入力して各光束を変調させる面順次画像表示方式を採用することにより、カラー画像をスクリーン１上に表示させることができる。

＜ライトバルブとして液晶パネルを用いた光変調部について＞
図３は、ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いた光変調部を示す図である。

図３に示す光変調部２００Ｂは、白色光を発する光源２７０と、光源２７０から発せられた白色の光束Ｌｋを赤色、緑色、青色の各色に色分離するためのダイクロイックミラー２８１、２８２と、各色に色分離された光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）それぞれを変調させる液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂと、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを透過し変調された各光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）を１つの光束Ｌｋに合成する色合成用ダイクロイックプリズム２９０とを有している。

光源２７０から発せられた白色光は、ダイクロイックミラー２８１、２８２により、赤色、緑色、青色の各色の光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）に色分離され、全反射ミラー２８３、２８４、２８５等を介して各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入射する。

各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを通して変調された赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂそれぞれは、色合成用ダイクロイックプリズム２９０を通して１つの光束Ｌｋに合成される。

なお、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを通して変調された赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂそれぞれは、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入力された各画像データＧｒ、Ｇｇ、Ｇｂに応じて変調されたものである。

色合成用ダイクロイックプリズム２９０を通して合成された光束Ｌｋは、投写用レンズ１００の縮小側（図中矢印＋Ｚ側）へ入射し拡大側（図中矢印−Ｚ側）から射出されてスクリ−ン１上に投写される。これにより、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入力された画像データの表すカラー画像がスクリ−ン１上に形成される。

＜投写用レンズの基本構成をさらに限定する構成について＞
次に、図示の投写用レンズ１００および投写型表示装置４００の備える上記基本構成をさらに限定する構成要素およびその作用、効果について説明する。なお、基本構成をさらに限定するこれらの構成要素は本発明の投写用レンズ１００および投写型表示装置４００にとって必須の構成ではない。

さらに、本願発明の投写用レンズおよび投写型表示装置は、上記基本構成をさらに限定する構成要素の全てを満足するものとしてもよいし、それらのうち、１つのみを満足するものとしたり２つ以上を組合わせたものを満足するものとしてもよい。

はじめに、各条件式において記号で示す各パラメータの意味をまとめて以下に示す。

Ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ２３：第２群第２レンズの縮小側面と第２群第３レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離
ｆ２Ｆ：第２群第２レンズの拡大側面の焦点距離
ｆ１Ｆ：第２群第１レンズの拡大側面の焦点距離
ｆ１：第２群第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２群第２レンズの焦点距離
ｄ１２：第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔
Ｆｎｏ：投写用レンズのＦ値
ｆＦ：第１レンズ群中の樹脂材料で形成された非球面レンズの焦点距離
ｆ５：樹脂材料で形成された第２群第５レンズの焦点距離
◇条件式（Ｂ）による構成の限定
条件式（Ｂ）：ｆ２３／ｆ≦−１．５、およびより望ましい条件式（Ｂ′）：ｆ２３／ｆ≦−２．０は、第２群第２レンズＬ４の縮小側面と第２群第３レンズＬ５の拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離ｆ２３とレンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｂ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、像面の補正が困難になるという問題が生じる。

なお、条件式（Ｂ）または条件式（Ｂ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。また、条件式（Ｂ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｂ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。

◇条件式（Ｃ）による構成の限定
条件式（Ｃ）：−０．８≦ｆ２Ｆ／ｆ１Ｆ≦−０．２は、第２群第２レンズＬ４の拡大側面の焦点距離ｆ２Ｆと、第２群第１レンズＬ３の拡大側面の焦点距離ｆ１Ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｃ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、球面収差の補正が困難になるという問題が生じる。

また、これとは逆に、条件式（Ｃ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、拡大側のレンズの大型化を抑制し、かつ、所定のバックフォーカスを確保しつつ、像面を補正することが困難になるという問題が生じる。

なお、条件式（Ｃ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。

◇条件式（Ｄ）による構成の限定
条件式（Ｄ）：１．５≦ｆ１／ｆ≦３．０は、第２群第１レンズＬ３の焦点距離ｆ１、レンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｄ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、球面収差の補正が困難になるという問題が生じる。

また、これとは逆に、条件式（Ｄ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、拡大側に配置されるレンズが大型化するという問題が生じる。

なお、条件式（Ｄ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。

◇条件式（Ｅ）による構成の限定
条件式（Ｅ）：−２．５≦ｆ２／ｆ≦−０．５、およびより望ましい条件式（Ｅ′）：−２．０≦ｆ２／ｆ≦−０．７は、第２群第２レンズの焦点距離ｆ２と、レンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｅ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、球面収差の補正が困難になるという問題が生じる。

また、これとは逆に、条件式（Ｅ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、所定のバックフォーカスを確保しつつ、像面を補正することが困難になるという問題が生じる。

なお、条件式（Ｅ）または条件式（Ｅ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。また、条件式（Ｅ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｅ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。

◇条件式（Ｆ）による構成の限定
条件式（Ｆ）：０．８≦ｄ１２／ｆ≦２．２、およびより望ましい条件式（Ｆ′）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦１．８は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔ｄ１２とレンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｆ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、球面収差の補正や像面の補正が困難になるという問題が生じる。

また、これとは逆に、条件式（Ｆ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、レンズの大型化を抑制し、かつ、所定のバックフォーカスを確保することが困難になるという問題が生じる。

なお、条件式（Ｆ）または条件式（Ｆ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。また、条件式（Ｆ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｆ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。

◇条件式（Ｇ）による構成の限定
条件式（Ｇ）：Ｆｎｏ≦１．７は、投写用レンズのＦ値の範囲を規定するものである。

この投写用レンズ１００は、Ｆｎｏが１．７以下となるように構成することが望ましい。

第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズ面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のうちの少なくとも１面を非球面とすることが望ましい。さらに、第２群第４レンズＬ６および第２群第５レンズＬ７を構成するレンズ面Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５のうちの少なくとも１面を非球面とすることがより望ましい。

さらに、第１レンズ群Ｇ１中の少なくとも１枚の非球面レンズおよび第２群第５レンズＬ７は、いずれも樹脂材料で形成されたものとすることができる。

さらに加えて、第１レンズ群Ｇ１中の樹脂材料で形成された非球面レンズの焦点距離ｆＦと、樹脂材料で形成された第２群第５レンズＬ７の焦点距離ｆ５との比の値の範囲を規定する条件式（Ｈ）：−１．１≦ｆＦ／ｆ５≦−０．２を満足することが望ましい。

条件式（Ｈ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、第１レンズ群Ｇ１中の樹脂材料で形成された非球面レンズの温度による焦点距離ｆＦの変化を、その温度変化による第２群第５レンズＬ７の焦点距離ｆ５の変化によって相殺し、投写用レンズ１００のピント移動を抑制する効果を得ることができる。

これに対して、条件式（Ｈ）上限を上回るように、あるは下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、第１レンズ群Ｇ１中の樹脂材料で形成された非球面レンズの温度変化による焦点距離ｆＦの変化を、その温度変化による第２群第５レンズＬ７の焦点距離ｆ５の変化によって相殺する効果を得ることが難しくなり、温度による投写用レンズ１００のピント移動を抑制することが困難になる。

なお、投写用レンズは、単レンズのみで構成したり、接合レンズを含むように構成することができる。

＜具体的な実施例＞
以下、図４〜１９、表１〜９を参照し、本発明の投写用レンズの実施例１〜８それぞれの数値データ等についてまとめて説明する。

図４〜１１は、実施例１〜８の投写用レンズそれぞれの概略構成を示す断面図である。実施例５の投写用レンズの断面を示す図８は、この投写用レンズを通る光の光路をも示すものであり、この図によれば、実施例５の投写用レンズが縮小側にテレセントリックな光学系であることがわかる。なお、他の実施例１〜４、６〜８の投写用レンズについても縮小側にテレセントリックな光学系とすることができる。

また、図４〜１１の各図中に示すＬ１、Ｌ２、・・・の符号は、投写用レンズを構成する各レンズを指す符号であり、拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から順に並ぶレンズの順番に対応している。

なお、符号ＬＬは、光変調部を構成するＴＩＲプリズムや色合成用ダイクロイックプリズム等の光学部材を示している。この光学部材ＬＬは、投写用レンズを構成するものではない。

表１〜８は、実施例１〜８の投写用レンズそれぞれの基本的なデータを示す図である。表１〜８の各表中の上部（図中符号（ａ）で示す）にレンズデータを、下部（図中符号（ｂ）で示す）に非球面係数を示す。なお、レンズデータの面番号に付加した＊印は、その面が非球面であることを示している。

ここで用いられる非球面式を以下に示す。

また、表９は、実施例１〜８の投写用レンズに関し、条件式（Ａ）〜(Ｈ)それぞれの不等式によって範囲が定められる各値（不等式中に記載された計算式によって算出される値、あるいは不等式中の記号で示される投写用レンズに係る光学系の定数を示すものである。

実施例１〜８の各投写用レンズは、条件式（Ａ）〜(Ｆ)の全てを同時に満足している。また、実施例２〜８の各投写用レンズは、条件式（Ａ）〜(Ｈ)の全てを同時に満足している。

表１〜８の上部の各レンズデータにおいて、面番号Ｓｉは、最も拡大側から縮小側（図中矢印＋Ｚで示す側）に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）のレンズ面等の番号を示す。なお、これらのレンズデータにはマスクＭｋや光学部材ＬＬも含めて記載している。

光学部材ＬＬは、レンズデータ上では平行平面板とみなしてデータ化している。また、実施例１〜７の投写レンズにはマスクが配置されており、実施例８の投写レンズにはマスクが配置されていない。

曲率半径Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面の曲率半径を示し、面間隔Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上における面間隔を示す。レンズデータの符号Ｒｉおよび符号Ｄｉは、レンズ面等を示す符号Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）と対応している。

Ｎｄｊは拡大側から縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、・・・）の光学要素について波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）をに対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線を基準としたアッベ数を示す。

なお、ｄ線を基準とした光学要素のアッベ数νは、ν＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）の式で求められる値である。ただし、ＮＦ：Ｆ線（４８６．１ｎｍ）に対する光学部材の屈折率、Ｎｄ：ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する光学部材の屈折率、ＮＣ：Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する光学部材の屈折率である。

実施例２〜３のＬ１，実施例４〜８のＬ２、実施例２〜８のＬ７は樹脂材料で形成されたものである。

表１〜８のレンズデータにおいて、曲率半径および面間隔の単位は全系の焦点距離を１として規格化したものであり、曲率半径は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。

なお、表１〜９は「発明を実施するための形態」における説明の最後にまとめて示す。

また、図１２〜１９は、実施例１〜実施例８の各投写用レンズの諸収差を示す図である。図中には、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の各光に関する収差が示されている。

上記図１２〜１９の各図中に示す符号（Ａ）〜（Ｄ）は、球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、ディストーション（歪曲収差）（Ｃ）、倍率色収差（倍率の色収差）（Ｄ）それぞれを示している。

なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、半画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎθとし、それからのずれ量を示す。

実施例１〜８に関する数値データおよび収差図等からわかるように、これらの投写用レンズは、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制しつつ、Ｆ値の小さいレンズ、すなわち明るいレンズを実現したものである。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各表中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｌ１ 第１群第１レンズ
Ｌ２ 第１群第２レンズ
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第２群第１レンズ
Ｌ４ 第２群第２レンズ
Ｌ５ 第２群第３レンズ
Ｌ６ 第２群第４レンズ
Ｌ７ 第２群第５レンズ
Ｂｆ レンズ全系の空気換算バックフォーカス
ｆ レンズ全系の焦点距離
Ｌ４５ 空気レンズ
ｆ２３ 空気レンズＬ４５の焦点距離

Claims (10)

1. 拡大側から順に、第１レンズ群、第２レンズ群を配置してなる、７枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな投写用レンズであって、
   前記第１レンズ群が、少なくとも１枚の負レンズを含む２枚のレンズで構成されたものであり、
   前記第２レンズ群が、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた正の第２群第１レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第２群第２レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第２群第３レンズ、正の第２群第４レンズ、正の第２群第５レンズを配置してなるものであり、
   前記第２群第２レンズの縮小側面と前記第２群第３レンズの拡大側面との間に隙間が設けられたものであり、
   以下の条件式（Ａ）および（Ｂ）を満足するものであることを特徴とする投写用レンズ。
   １．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５・・・（Ａ）
   ｆ２３／ｆ≦−１．５・・・（Ｂ）
   ただし、
   Ｂｆ：レンズ全系の空気換算バックフォーカス
   ｆ：レンズ全系の焦点距離
   ｆ２３：第２群第２レンズの縮小側面と第２群第３レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離
2. 以下の条件式（Ｃ）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写用レンズ。
   −０．８≦ｆ２Ｆ／ｆ１Ｆ≦−０．２・・・（Ｃ）
   ただし、
   ｆ２Ｆ：第２群第２レンズの拡大側面の焦点距離
   ｆ１Ｆ：第２群第１レンズの拡大側面の焦点距離
3. 以下の条件式（Ｄ）および（Ｅ）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の投写用レンズ。
   １．５≦ｆ１／ｆ≦３．０・・・（Ｄ）
   −２．５≦ｆ２／ｆ≦−０．５・・・（Ｅ）
   ただし、
   ｆ１：第２群第１レンズの焦点距離
   ｆ２：第２群第２レンズの焦点距離
4. 以下の条件式（Ｆ）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投写用レンズ。
   ０．８≦ｄ１２／ｆ≦２．２・・・（Ｆ）
   ただし、
   ｄ１２：第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔
5. 以下の条件式（Ｇ）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の投写用レンズ。
   Ｆｎｏ≦１．７・・・（Ｇ）
   ただし、
   Ｆｎｏ：レンズ全系のＦ値
6. 前記第１レンズ群を構成するレンズ面のうちの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の投写用レンズ。
7. 前記第２群第４レンズおよび前記第２群第５レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項６のいずれか１項記載の投写用レンズ。
8. 前記第１レンズ群中の少なくとも１枚の非球面レンズおよび前記第２群第５レンズが、いずれも樹脂材料で形成されたものであることを特徴とする請求項７記載の投写用レンズ。
9. 以下の条件式（Ｈ）を満足することを特徴とする請求項８記載の投写用レンズ。
   −１．１≦ｆＦ／ｆ５≦−０．２・・・（Ｈ）
   ただし、
   ｆＦ：第１レンズ群中の樹脂材料で形成された非球面レンズの焦点距離
   ｆ５：樹脂材料で形成された第２群第５レンズの焦点距離
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の投写用レンズを備えた投写型表示装置であって、
    光源と、該光源から発せられた光束を変調するライトバルブとを備え、
    前記ライトバルブで変調された光束を前記投写用レンズに通して投写するものであることを特徴とする投写型表示装置。

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