JP5042708B2 - 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、透過型あるいは反射型の液晶表示素子や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に関し、特に、リア式の投写型表示装置に好適な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。

従来、投写型表示装置としては、投写レンズがスクリーンに対して鑑賞者と同じ側に配置され、投写レンズより出射される光を反射型のスクリーンに結像させるフロント式の装置と、投写レンズおよび鑑賞者がスクリーンを挟むように配置され、投写レンズより出射される光を透過型のスクリーンに結像させるリア式の装置とが知られている。

このうちリア式の投写型表示装置では、例えばリアプロジェクションテレビのように、光源からスクリーンまでをキャビネットに納め、キャビネット前面に配設されたスクリーンに向けて、背面に配された投写レンズから映像情報を担持した光を投写する構成がよく知られている。
近年、このようなキャビネット型の投写型表示装置に適用するために、種々の投写レンズが提案されている。

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、特にリアプロジェクション用のものでは、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。
また、カラー化のため等に複数のライトバルブを用いた光学系において各ライトバルブからの光束を合成する合成部を配置するために、また照明光と投映光を分離するために、さらには熱的問題を緩和するために、大きなバックフォーカスが要求されている。

このような要求に応じ、比較的バックフォーカスが長く、拡大側の画角が１００度を超えるレンズとして、下記特許文献１〜４に記載されたものが知られている。

特開２００３−０１５０３３号公報 特開２００４−３２６０７９号公報 ＵＳＰ７１２３４２６号 ＵＳＰ７１２６７６７号

ところで、投写型表示装置、特に上記リアプロジェクションタイプのものにおいては、装置のコンパクト化のために、所定位置において光路を折り曲げる目的で、この投写レンズ中に光反射素子を挿入することが有用と考えられる。
しかしながら、上記特許文献３、４のものでは、そもそも光反射素子を光路中に挿入するとの概念を有していない。また、上記特許文献１、２のものでは光路中に挿入する光反射素子として、狭いスペースを補うため、光反射ミラーではなく、光路長がかせげるプリズムを用いており、製造コストが高価になる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あり、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有するとともに、コンパクト化に適した構成とするために、光路折曲げ用の光反射素子として安価な光反射ミラーを用いることができ、諸収差を良好に補正し得る投写レンズ、およびこのような投写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。

本発明に係る投写レンズは、
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なる投写レンズであって、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が、当該投写レンズにおいて最大の空気間隔に設定されるとともに、縮小側が略テレセントリックに構成され、
前記第１レンズ群が少なくとも１面の非球面を備え、
前記第２レンズ群には、３枚のレンズが接合された３枚接合レンズが配されるとともにアッベ数が７５以上の材料からなる正レンズが２枚以上配され、
以下の条件式（１´）〜（５´）を満足することを特徴とするものである。

６．５ ＜ Ｂｆ/ｆ ・・・・（１´）
１０５度 ＜ ２ω ・・・・（２）
５．０ ＜ ｄ/ｆ ・・・（３）
−１５．０ ＜ ｆ1/ｆ ＜ −１．０ ・・・・（４）
７．０ ＜ ｆ2/ｆ ・・・・（５´）
ここで、
ｆ :全系焦点距離
Ｂｆ :全系空気換算バックフォーカス
２ω:拡大側画角
ｄ : 前記最大の空気間隔（隣接するレンズ間隔のうち最大のもの）
ｆ1 : 前記第１レンズ群焦点距離
ｆ2 : 前記第２レンズ群焦点距離

また、前記最大の空気間隔中または前記第２レンズ群内の空気間隔中に、当該空気間隔よりも縮小側に配されたレンズ群の拡大側焦点位置が存在し、該拡大側焦点位置の縮小側に隣り合うレンズ面が凹面とされていることが好ましい。

また、本発明に係る投写レンズにおいては、前記第１レンズ群に、以下の条件式（６）、（７）を満足する少なくとも１枚の正レンズが配されていることが好ましい。
２．５ ＜ ｆp/ｆ ＜ ２５．０ （６）
４５ ＞ νdp （７）
ここで、
ｆp :第１レンズ群の正レンズの焦点距離
νdp:第１レンズ群の正レンズのアッベ数

また、本発明に係る投写レンズにおいては、以下の条件式（８）を満足する空気間隔に反射ミラーが挿入され、光路を折り曲げるように構成されていることが好ましい。
６．０ ＜ ｌd/ｆ （８）
ここで、
ｌd : 前記反射ミラーが配置された空気間隔

また、前記第２レンズ群には、少なくとも１面の非球面が配されていることが好ましい。

また、前記第１レンズ群には、２枚の負レンズの間に正レンズを挟んでなる３枚接合レンズが配されていることが好ましい。

また、前記第１レンズ群中における最も拡大側のレンズ、および前記第２レンズ群中の任意のレンズが非球面レンズとされ、投写距離変化に伴う像面カーブの補正を、前記第１レンズ群中における最も拡大側のレンズを光軸方向に移動させることによって行うことが好ましい。

また、投写距離変化に伴う像面位置補正を、前記第１レンズ群と前記第２レンズとの空気間隔を変化させることによって行うことが好ましい。

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は、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たものとすることができる。また、コンパクト化に適した構成とするために光路折曲げ用の光反射素子を用いる場合、この光反射素子を安価な光反射ミラーにより構成することができ、製造コストを低減することができる。

また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写レンズを用いていることにより、長いバックフォーカスを確保しつつ、広角化することが可能であるとともに、製造コストを低減することができる。

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は本発明に係る投写レンズを示すものであり、後述する実施例１のレンズ構成図である。このレンズを本実施形態の代表として、以下に説明する。なお、図中Ｘは光軸を表している。

本実施形態の投写レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、マスク３ａおよび開口絞り３ｂ（マスク３ａおよび開口絞り３ｂを互いに入れ替え可能）と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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。また、第２レンズ群Ｇ_２には、３枚のレンズが接合された３枚接合レンズＬ_１０〜Ｌ_１２が配置されており、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間が、最大の隣接レンズ間隔（最大の空気間隔）とされている。

上記３枚接合レンズＬ_１０〜Ｌ_１２は、負レンズからなる第１１レンズＬ_１１を正レンズからなる第１０レンズＬ_１０および第１２レンズＬ_１２で挟んでなる。
なお、上記第１レンズ群Ｇ_１には、最も縮小側において、２枚のレンズが接合された２枚接合レンズＬ_４、Ｌ_５が配置されている。

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、カバーガラス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可能とするものがある。カバーガラス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（実施例によってはガラスブロックとして表される）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。

なお、図２は、図１の投写レンズの第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、光路を偏向させる光路偏向手段としての板状の光反射ミラー４を配設した場合の構成を示したものである。

また、本実施形態の投写レンズは、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、当該投写レンズにおいて最大の空気間隔を有するように構成されており、以下の条件式（１）〜（８）（ただし、条件式（８）は実施例１、３〜５のみにおいて満足される）を満足する。
５．０ ＜ Ｂｆ/ｆ ・・・・（１）
１０５度 ＜ ２ω ・・・・（２）
５．０ ＜ ｄ/ｆ ・・・（３）
−１５．０ ＜ ｆ1/ｆ ＜ −１．０ ・・・・（４）
５．７ ＜ ｆ2/ｆ ・・・・（５）
２．５ ＜ ｆp/ｆ ＜ ２５．０ ・・・・（６）
４５ ＞ νdp ・・・・（７）
６．０ ＜ ｌd/ｆ ・・・・（８）
ここで、
ｆ :全系焦点距離
Ｂｆ :全系空気換算バックフォーカス
２ω:拡大側画角
ｄ :最大の空気間隔
ｆ1 :第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離
ｆ2 :第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離
ｆp :第１レンズ群Ｇ_１の正レンズの焦点距離
νdp:第１レンズ群Ｇ_１の正レンズのアッベ数
ｌd :光反射ミラー４が配置された空気間隔

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、光路折曲げ用の光反射素子として安価な光反射ミラーを採用することができる。さらに、諸収差、特に条件式（６）、（７）を満足させることにより、色収差を良好に補正することができる。上記各構成要素は相互に関連を持って設定されているので、上記の条件を全て満足することによりこれらの作用効果を得られるものであるが、以下、上記条件式（１）〜（８）の各々の意義について説明する。

条件式（１）は、全系の焦点距離ｆに対するバックフォーカスＢｆの値の下限を示すものである。この下限値以下となると、必要とされるバックフォーカスを確保することができない。

なお、この条件式（１）に替えて、下記条件式（１´）を満足するように構成することにより、必要なバックフォーカスを、より確実に確保することができる。
６．５ ＜ Ｂｆ/ｆ ・・・・（１´）

条件式（２）は、拡大側の画角の下限を示すものである。この下限値以下となると、光路折り曲げ用の光反射ミラーの挿入ができなくなったり、レンズバックが短くなり過ぎたりする。

条件式（３）は、最大の空気間隔ｄに対する、全系の焦点距離ｆの比の値の下限を規定したものである。この下限値以下となると、レンズ間に光路折り曲げ用の光反射ミラーの挿入ができなくなったり、レンズバックが短くなり過ぎたりする。

条件式（４）は、この第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離ｆ1に対する、全系の焦点距離ｆの比の値の範囲を規定したものである。その上限値以上となると収差補正が困難になり、一方、その下限値以下となると投写レンズの大型化を招いたり、レンズバックの短縮化を招く。

条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ_２の焦点距離ｆ2に対する、全系の焦点距離ｆの比の値の下限を規定したものである。その下限値以下となると、レンズ間に光路折り曲げ用の光反射ミラーの挿入ができなくなったり、レンズバックが短くなり過ぎたりする。

なお、この条件式（５）に替えて、下記条件式（５´）を満足するように構成することにより、レンズ間に光路折り曲げ用の光反射ミラーを確実に挿入することができ、また、必要なレンズバックを確実に確保することができる。
７．０ ＜ ｆ2/ｆ ・・・・（５´）

条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ_１の正レンズの焦点距離ｆpに対する、全系の焦点距離ｆの比の値の範囲を規定したものである。その範囲を外れると色収差補正が困難になる。

条件式（７）は、第１レンズ群Ｇ_１の正レンズのアッベ数νdpの下限を規定したものである。その下限値以下となると、色収差補正が困難になる。

条件式（８）は、光路折り曲げ用の光反射ミラーが配置された位置における空気間隔ｌdに対する、全系の焦点距離ｆの比の値の下限を規定したものである。この下限値以下となると、レンズ間に光路折り曲げ用の光反射ミラーの挿入が困難となる。

また、本実施形態の投写レンズでは、第１レンズ群Ｇ_１および/または第２レンズ群Ｇ_２に、３枚接合レンズが配置されていることにより、色収差（特に高次の色収差）を良好に補正しつつ、全系をコンパクト化することが可能となっている。特に、第２レンズ群Ｇ_２中に正、負、正の３枚接合レンズを設けるとともに、第１レンズ群Ｇ_１中に負、正、負の３枚接合レンズを設けることにより、２次の色収差を良好に低減することができる。

また、本実施形態の投写レンズでは、第２レンズ群Ｇ_２中に、アッベ数が７５以上の材料からなる正レンズを２枚以上配しており、第２レンズ群Ｇ_２中に上述した３枚接合レンズを配することと相俟って、色収差を良好に補正することができる。なお、アッベ数が７５以上の材料からなる正レンズを３枚以上とすれば、色収差の補正をより良好とすることができるので、さらに好ましい。

また、本実施形態の投写レンズでは、最大の空気間隔中または第２レンズ群Ｇ_２内の空気間隔中に、この空気間隔よりも縮小側に配されたレンズ群の拡大側焦点位置が存在するように構成され、また、この拡大側焦点位置の縮小側に隣り合うレンズ面が凹面となるように構成されている。これにより、レンズバックを確保しつつ、解像力を向上させるとともに、コンパクト化にも資することができる。

また、本実施形態の投写レンズでは、第１レンズ群Ｇ_１および第２レンズ群Ｇ_２中に、各々少なくとも１面の非球面を配置するようにしており、これにより、レンズ枚数を低減しつつ解像力を向上させることができる。

さらに、本実施形態の投写レンズでは、第１レンズ群Ｇ_１中における最も拡大側のレンズ、および第２レンズ群Ｇ_２中の任意のレンズが非球面レンズとされるように構成されており、投写距離変化に伴う像面湾曲の補正を、第１レンズ群Ｇ_１中における最も拡大側のレンズを光軸方向に移動させることによって行うようにしている。さらに、投写距離の変化に伴う像面位置補正を、上記第１レンズ群Ｇ_１と上記第２レンズ群Ｇ_２との空気間隔を変化させることによって行うようにしている。

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２９は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の縦断面図であり、図３０は図２９に示す照明光学系１０の一例を示す構成図である。

図２９に示す投写型表示装置は、上述した投写レンズの作用効果を特に発揮させるものとしてのリア式の投写型表示装置であり、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部と（いずれも図示の照明光学系１０に含まれる）、上記投写レンズとをキャビネット８内に備え、光源からの光束をライトバルブで光変調し、画像情報を担持した光束を、上記投写レンズおよび背面ミラー６を介し、所定の距離に配されたスクリーン７の裏面に投写するように構成されている。鑑賞者はスクリーン７に拡大投写された画像をこのスクリーン７の表面側（紙面左側）から見ることになる。

図３０に示すように上記照明光学系１０は、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の前段は図示を省略しているが、光源からの白色光は照明光学部を介して、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、図２９に示す投写レンズによりスクリーン７に投写される。

こ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、色収差が良好に補正された高解像度な大画面を得ることが可能となっている。また、投写レンズの第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に光路を偏向させるミラー４を配設して、光路を鋭角的に折り曲げるように構成されているので、低背化、薄型化することが可能となっている。また、光路を偏向させる素子としてミラー４を用いているのでプリズムを用いて光を偏向させる場合と比べて、コスト的に有利である。なお、物理的な光路長を短縮し得るプリズムではなく、板状の光反射ミラー４を用いることが可能となったのは、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間の空間的な距離、あるいは各レンズ群Ｇ_１、Ｇ_２中のレンズ間距離を、大幅に拡げることができたことによる。

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、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、マスク３ａおよび開口絞り３ｂと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、光路を偏向させる光路偏向手段としての光反射ミラー４を配設した場合の構成を示したものである。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、屈折力の小さい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および第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を接合してなる２枚接合レンズが配列されてなる。

一方、第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズよりなる第６レンズＬ_６と、両凹レンズからなる第７レンズＬ_７および両凸レンズからなる第８レンズＬ_８を接合してなる２枚接合レンズと、縮小側に凸面を向けた非球面レンズよりなる第９レンズＬ_９と、両凹レンズからなる第１１レンズＬ_１１を正レンズからなる第１０レンズＬ_１０および第１２レンズＬ_１２で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第１３レンズＬ_１３とが配列されてなる。

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９レンズＬ_９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１に係る投写レンズは、上記条件式（１）〜（８）を満足するように構成されているが、さらに上記条件式（１）、（５）については、その下限値がより好ましい数値に設定された上記条件式（１´）、（５´）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およびカバーガラス２が示されている。実施例１に係る投写レンズは、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、光路を偏向させるミラー４を配設可能な空気間隔を有しており、図２に示すようにミラー４を配設することができる。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の上段に示す。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２〜１２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Ｘ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Ｘとの交点から引き出されていないものがある。

また、表１の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表１の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例１において各条件式（１）〜（８）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（１）〜（８）を全て満足している（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜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、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、開口絞り（マスク）３ａ、３ｂと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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、点では実施例１に係る投写レンズと同様である。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、屈折力の小さい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および第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６レンズＬ_６を負レンズからなる第５レンズＬ_５および第７レンズＬ_７で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第８レンズＬ_８が配列されてなる。

一方、第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側から順に、両凹レンズからなる第１０レンズＬ_１０を正レンズからなる第９レンズＬ_９および第１１レンズＬ_１１で挟んでなる３枚接合レンズと、縮小側に凸面を向けた非球面レンズよりなる第１２レンズＬ_１２と、両凹レンズからなる第１４レンズＬ_１４を正レンズからなる第１３レンズＬ_１３および第１５レンズＬ_１５で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第１６レンズＬ_１６とが配列されてなる。

また、実施例１のカバーガラス２に替えて、色合成プリズム等からなるガラスブロック２ａ、２ｂが設けられている。

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２の上段に示す。また、表２の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表２の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例２において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例３＞
実施例３に係る投写レンズの構成は、図４に示すとおりであり、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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。また、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間が、最大の隣接レンズ間隔（最大の空気間隔）とされている。なお、図５は、図４の投写レンズの第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、光路を偏向させる光路偏向手段としてのミラー４を配設した場合の構成を示したものである。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、屈折力の小さい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および第３レンズＬ_３と、両凸レンズからなる第５レンズＬ_５を負レンズからなる第４レンズＬ_４および第６レンズＬ_６で挟んでなる３枚接合レンズが配列されてなる。

一方、第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側から順に、正レンズからなる第７レンズＬ_７と、開口絞り３と、負レンズからなる第８レンズＬ_８と、両凹レンズからなる第１０レンズＬ_１０を正レンズからなる第９レンズＬ_９および第１１レンズＬ_１１で挟んでなる３枚接合レンズと、縮小側に凸面を向けた非球面レンズよりなる第１２レンズＬ_１２と、両凹レンズからなる第１４レンズＬ_１４を正レンズからなる第１３レンズＬ_１３および第１５レンズＬ_１５で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第１６レンズＬ_１６が配列されてなる。

また、実施例１のカバーガラス２に替えて、色合成プリズム等からなるガラスブロック２ａ、２ｂが設けられている。

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３の上段に示す。また、表３の下段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。また、本実施例のものでは、投写距離の変化に応じて第１レンズＬ_１等が光軸Ｘ方向に移動するようになっており、表３の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）に応じて変化する、レンズ間距離である「可変１」および「可変２」が示されている。

実施例３において各条件式（１）〜（８）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（１）〜（８）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例４＞
実施例４に係る投写レンズの構成は、図６に示すとおりであって、実施例３の投写レンズと略同様の構成とされている。なお、実施例３のガラスブロック２ａ、２ｂに替えてガラスブロック２が配されている。なお、図７は、図６の投写レンズの第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との間に、光路を偏向させる光路偏向手段としての光反射ミラー４を配設した場合の構成を示したものである。

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４の上段に示す。また、表４の下段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。また、本実施例のものでは、投写距離の変化に応じて第１レンズＬ_１等が光軸Ｘ方向に移動するようになっており、表４の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）に応じて変化する、レンズ間距離である「可変１」および「可変２」が示されている。

実施例４において各条件式（１）〜（８）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（１）〜（８）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例５＞
実施例５に係る投写レンズの構成は、図８に示すとおりであって、実施例２の投写レンズと略同様の構成とされている。なお、実施例２のガラスブロック２ａ、２ｂに替えてガラスブロック２が配されている。なお、図９は、図８の投写レンズの第１レンズ群Ｇ_１中に光路を偏向させる光路偏向手段としての光反射ミラー４を配設した場合の構成を示したものである。

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５の上段に示す。また、表５の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表５の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例５において各条件式（１）〜（８）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（１）〜（８）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例６＞
実施例６に係る投写レンズの構成は、図１０に示すとおりであって、実施例４の投写レンズと略同様の構成とされているが、第２レンズＬ_２が屈折力の小さい非球面レンズよりなる点において相違している。

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６の上段に示す。また、表６の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表６の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例６において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例７＞
実施例７に係る投写レンズの構成は、図１１に示すとおりであり、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、マスク３ａおよび開口絞り３ｂと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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、点では実施例２に係る投写レンズと同様である。

また、第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、屈折力の小さい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および第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６レンズＬ_６を負レンズからなる第５レンズＬ_５および第７レンズＬ_７で挟んでなる３枚接合レンズが配列されてなる。

一方、第２レンズ群Ｇ_２は、拡大側から順に、両凸レンズからなる第８レンズＬ_８と両凹レンズからなる第９レンズＬ_９を接合してなる２枚接合レンズと、両凹レンズからなる第１０レンズＬ_１０と、両凸レンズからなる第１１レンズＬ_１１を接合してなる２枚接合レンズと、縮小側に凸面を向けた非球面レンズよりなる第１２レンズＬ_１２と、両凹レンズからなる第１４レンズＬ_１４を正レンズからなる第１３レンズＬ_１３および第１５レンズＬ_１５で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第１６レンズＬ_１６とが配列されてなる。

また、第２レンズ群Ｇ_２の縮小側には、色合成プリズム等からなるガラスブロック２が設けられている。

実施例７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の上段に示す。また、表７の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表７の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例７において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例８＞
実施例８に係る投写レンズは、図１２に示すとおりであり、図２に示す実施例２の投写レンズと略同様の構成とされている。

実施例８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８の上段に示す。また、表８の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表８の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例８において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例９＞
実施例９に係る投写レンズの構成は、図１３に示すとおりである。実施例９に係る投写レンズは、拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ_１と、マスク３ａおよび開口絞り３ｂと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２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。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、屈折力の小さい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および第３レンズＬ_３と、両凹レンズからなる第４レンズＬ_４と拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズよりなる第５レンズＬ_５を接合してなる２枚接合レンズと、両凸レンズからなる第６レンズＬ_６が配列されてなる。

一方、第２レンズ群Ｇ_２は、縮小側に凸面を向けたパワーの小さいメニスカスレンズよりなる第７レンズＬ_７と、両凹レンズからなる第９レンズＬ_９を正レンズからなる第８レンズＬ_８および第１０レンズＬ_１０で挟んでなる３枚接合レンズと、縮小側に凸面を向けた非球面レンズよりなる第１１レンズＬ_１１と、両凹レンズからなる第１３レンズＬ_１３を正レンズからなる第１２レンズＬ_１２および第１４レンズＬ_１４で挟んでなる３枚接合レンズと、両凸レンズからなる第１５レンズＬ_１５とが配列されてなる。

実施例９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の上段に示す。また、表９の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表９の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例９において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例１０＞
実施例１０に係る投写レンズは、図１４に示すとおりであり、実施例１の投写レンズと略同様の構成とされている。

実施例１０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１０の上段に示す。また、表１０の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表１０の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例１０において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例１１＞
実施例１１に係る投写レンズは図１５に示すとおり、図１３に示す実施例９の投写レンズと類似した構成とされているが、第４レンズＬ_４〜第６レンズＬ_６が、両凸レンズからなる第５レンズＬ_５を、負レンズからなる第４レンズＬ_４および第６レンズＬ_６で挟んでなる３枚接合レンズを構成する点で異なり、その余の点で共通する。

実施例１１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の上段に示す。また、表１１の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表１１の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例１１において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

＜実施例１２＞
実施例１２に係る投写レンズの構成は、図１６に示すとおりである。この投写レンズは、図１０に示す実施例６の投写レンズと略同様の構成とされている。

実施例１２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１２の上段に示す。また、表１２の下段には各非球面に対応する各定数Ｋ，Ａ_３〜Ａ_１２の値が示されており、表１２の最下段には投写距離（拡大側共役位置〜レンズ第１面の間隔）が示されている。

実施例１２において各条件式（１）〜（７）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（１）〜（７）を全て満足する（条件式（１´）、（５´）も全て満足する）。

また、図１７〜２８は、実施例１〜１２に係る投写レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）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１７〜２８に示すように、実施例１〜１２に係る投写レンズは、歪曲収差や倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正され、半画角５５．４〜５８．３度（表１３の条件式（２）に対応する各数値を参照）、Ｆナンバ２．００〜２．５０と、広角で明るい投写レンズとされている。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）、および光反射ミラーを挿入するのに十分なレンズ間空気間隔（同条件式（３）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。

本発明の実施例１に係る投写レンズの構成を表す図 図１に係る投写レンズにおいて、光路を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図 本発明の実施例２に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例３に係る投写レンズの構成を表す図 図４に係る投写レンズにおいて、光路を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図 本発明の実施例４に係る投写レンズの構成を表す図 図６に係る投写レンズにおいて、光路を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図 本発明の実施例５に係る投写レンズの構成を表す図 図８に係る投写レンズにおいて、光路を偏向させるミラーを配設した場合の構成を表す図 本発明の実施例６に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例７に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例８に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例９に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例１０に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例１１に係る投写レンズの構成を表す図 本発明の実施例１２に係る投写レンズの構成を表す図 実施例１に係る投写レンズの諸収差図 実施例２に係る投写レンズの諸収差図 実施例３に係る投写レンズの諸収差図 実施例４に係る投写レンズの諸収差図 実施例５に係る投写レンズの諸収差図 実施例６に係る投写レンズの諸収差図 実施例７に係る投写レンズの諸収差図 実施例８に係る投写レンズの諸収差図 実施例９に係る投写レンズの諸収差図 実施例１０に係る投写レンズの諸収差図 実施例１１に係る投写レンズの諸収差図 実施例１２に係る投写レンズの諸収差図 本発明の投写型表示装置の概略構成を表す図 投写型表示装置の照明光学系の構成を表す図

符号の説明

１ 画像表示面
２ ガラスカバー（ガラスブロック）
２ａ、２ｂ ガラスブロック
３ａ マスク
３、３ｂ 開口絞り
４ ミラー
６ 背面ミラー
７ スクリーン
８ キャビネット
１０ 照明光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型液晶パネル
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
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
Ｇ_１、Ｇ_２ レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_１６ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_３１ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_３０ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ 光軸

Claims (9)

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なる投写レンズであって、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が、当該投写レンズにおいて最大の空気間隔に設定されるとともに、縮小側が略テレセントリックに構成され、
   前記第１レンズ群が少なくとも１面の非球面を備え、
   前記第２レンズ群には、３枚のレンズが接合された３枚接合レンズが配されるとともにアッベ数が７５以上の材料からなる正レンズが２枚以上配され、
   以下の条件式（１´）〜（５´）を満足することを特徴とする投写レンズ。
   ６．５ ＜ Ｂｆ/ｆ ・・・・（１´）
   １０５度 ＜ ２ω ・・・・（２）
   ５．０ ＜ ｄ/ｆ ・・・（３）
   −１５．０ ＜ ｆ1/ｆ ＜ −１．０ ・・・・（４）
   ７．０ ＜ ｆ2/ｆ ・・・・（５´）
   ここで、
   ｆ :全系焦点距離
   Ｂｆ :全系空気換算バックフォーカス
   ２ω:拡大側画角
   ｄ :前記最大の空気間隔
   ｆ1 : 前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆ2 : 前記第２レンズ群の焦点距離
2. 前記最大の空気間隔中または前記第２レンズ群内の空気間隔中に、当該空気間隔よりも縮小側に配されたレンズ群の拡大側焦点位置が存在し、該拡大側焦点位置の縮小側に隣り合うレンズ面が凹面とされていること特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
3. 前記第１レンズ群には、以下の条件式（６）、（７）を満足する少なくとも１枚の正レンズが配されたことを特徴とする請求項１または２記載の投写レンズ。
   ２．５ ＜ ｆp/ｆ ＜ ２５．０ （６）
   ４５ ＞ νdp （７）
   ここで、
   ｆp : 前記第１レンズ群の正レンズの焦点距離
   νdp: 前記第１レンズ群の正レンズのアッベ数
4. 以下の条件式（８）を満足する空気間隔に反射ミラーが挿入され、光路を折り曲げるように構成されてい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。
   ６．０ ＜ ｌd/ｆ （８）
   ここで、
   ｌd : 前記反射ミラーが配置された空気間隔
5. 前記第２レンズ群には、少なくとも１面の非球面が配されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
6. 前記第１レンズ群には、２枚の負レンズの間に正レンズを挟んでなる３枚接合レンズが配されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
7. 前記第１レンズ群中における最も拡大側のレンズ、および前記第２レンズ群中の任意のレンズが非球面レンズとされ、投写距離変化に伴う像面カーブの補正を、前記第１レンズ群中における最も拡大側のレンズを光軸方向に移動させることによって行う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. 投写距離変化に伴う像面位置補正を、前記第１レンズ群と前記第２レンズとの空気間隔を変化させることによって行うことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
9. 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１〜８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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