JP5795363B2 - 投写レンズおよびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、縮小側の共役面に形成された画像を拡大側の共役面へ拡大投写する投写レンズおよびこれを用いた投射型表示装置に関するものである。

従来より、液晶などを用いた透過型・反射型ライトバルブや、配列された微小ミラーを偏向させ光を変調するＤＭＤを用いた小型の投写レンズおよびこれを用いた投射型表示装置（プロジェクタともいう）が知られている。

また、近年、そのようなプロジェクタの市場はパソコンの普及にともなって拡大しており、ライトバルブの小型化や光源の高効率化などを背景に携帯性に優れた小型のプロジェクタの製品化も要請されている。

そのような携帯性に優れた小型のプロジェクタを構成する投写レンズとして、特に構成レンズ枚数を少なくしたものが知られている（特許文献１、２、３参照）。

特開２００４−３６１６５１号公報 特開２０１０−９７０７８号公報 特開２０１０−１７５８３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクタは、画角が２５°〜３０°程度と小さく、近距離から投写する時の投写画像のサイズが十分な大きさとは言えない。また、色合成を行ったり照明光と投写光の分離を行ったりするためのスペース（投写レンズの縮小側バックフォーカス）が十分に確保されているとは言えない。さらに、携帯性を考慮した場合、ライトバルブのサイズも小さくする必要があるが、そのような点について考慮されていないという問題がある。

また、画角やバックフォーカスを改善した投写レンズとして特許文献２や特許文献３に記載の投写レンズが知られている。しかしながら、これらの投写レンズは、小型化しつつレンズを明るくするために重要となる第１レンズの非球面化について十分に考慮されたものとは言えない。より具体的には、例えば、第１レンズの非球面化について、低コスト化や軽量化等の考慮が不足している。さらに、特許文献２では、縮小側のテレセントリック性を示す縮小側代表光線（後述する２等分角線）の光軸に対する傾きが１１°〜１５°でありテレセントリック性が不十分なものになっている。

なお、縮小側にテレセントリックとは、縮小側の共役面上の任意の点から発せられて拡大側の共役面上に収束する光束に関し、縮小側の共役面上から発せられる光束の各光束断面における２等分角線が光軸に対して平行に近い状態であることを意味するものであり、完全にテレセントリックな場合、すなわち上記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±５°の範囲内の場合である。

上記光束断面は、光軸を通る平面で切断される断面である。また、２等分角線は、縮小側の共役面上から発せられる各光束断面における拡がり角を等しい角度に二つに分ける２等分線である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型・軽量・低コストで携帯性に優れた縮小側にテレセントリックな投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供するものである。

本発明の投写レンズは、縮小側の共役面に形成された画像を拡大側の共役面へ拡大投写する投写レンズであって、拡大側から順に、少なくとも１面が非球面からなる正のパワーを有する第１レンズ、拡大側が凹面で負のパワーを有する第２レンズ、縮小側が凸面で正のパワーを有する第３レンズ、正のパワーを有する第４レンズのみを配して構成され、縮小側にテレセントリックであり、条件式（Ａ）：０．８＜Ｂｆ／ｆ、条件式（Ｂ）：１．１＜ｆ１／ｆ＜１．６、条件式（Ｃ）：Ｎｄ１＜１．７、条件式（Ｄ）：νｄ１＜３５を同時に満足することを特徴とするものである。ただし、Ｂｆは縮小側の空気換算バックフォーカス、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離、Ｎｄ１は第１レンズのｄ線に対する屈折率、νｄ１は第１レンズのｄ線を基準としたアッベ数である。

前記第４レンズは、少なくとも１面が非球面からなり、第４レンズの外周部の輪郭が非円形形状であり、さらに条件式（Ｅ）：Ｎｄ４＜１．６、（Ｆ）：４０＜νｄ４を同時に満足するものとすることが望ましい。ただし、Ｎｄ４は第４レンズのｄ線に対する屈折率、νｄ４は第４レンズのｄ線を基準としたアッベ数である。

前記投写レンズは、第１レンズと第２レンズとの間に、縮小側の共役面から発せられた光束を通す範囲を制限する開口が設けられたものとすることが望ましい。

前記投写レンズは、条件式（Ｇ）：２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜６５、（Ｈ）：２．５＜β／Ｓ＜１０．０を同時に満足するものとすることが望ましい。ただし、Ｓは拡大側の共役面に投写される画像（投写画像）の最大長さ（インチ）、ＯＢＪは拡大側の共役面へ投写される画像（投写画像）の投写距離（ｍ）、βは拡大側の共役面へ投写される画像（投写画像）の拡大倍率である。

前記投写レンズは、条件式（Ｉ）：ＩＨ＞ＴＨを満足するものとすることが望ましい。ただし、ＩＨは縮小側の共役面における最大光線高、ＴＨは最も縮小側に配置されたレンズ以外のレンズにおける最大有効光束高さである。

本発明の投写型表示装置は、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、前記投写レンズとを備え、光源からの光束をライトバルブで光変調し、その光変調された光束を投写レンズに通して投写することを特徴とするものである。

前記投写型表示装置は、ライトバルブを１つのみ備えた単板方式からなるものとすることができる。

本発明の投写レンズによれば、拡大側から順に、少なくとも１面が非球面からなる正のパワーを有する第１レンズ、拡大側が凹面で負のパワーを有する第２レンズ、縮小側が凸面で正のパワーを有する第３レンズ、正のパワーを有する第４レンズのみを配して構成し、さらに、縮小側にテレセントリックとなるように、かつ、条件式（Ａ）：０．８＜Ｂｆ／ｆ、条件式（Ｂ）：１．１＜ｆ１／ｆ＜１．６、条件式（Ｃ）：Ｎｄ１＜１．７
・・・（Ｃ）、および条件式（Ｄ）：νｄ１＜３５の４つの条件式を同時に満足するようにしたので、この投写レンズを小型・軽量・低コストで携帯性に優れたものとすることができる。

すなわち、条件式（Ａ）：０．８＜Ｂｆ／ｆは、バックフォーカスを規定するものである。この条件式（Ａ）を満足するように上記投写レンズを構成することにより、縮小側のバックフォーカスを確保することができ、これにより、照明光と投影光の分離や、互いに異なる色を表す光の合成等が容易となる。

また、条件式（Ｂ）：１．１＜ｆ１／ｆ＜１．６は、レンズ全系の焦点距離に対する第１レンズの焦点距離の比率を規定するものである。条件式（Ｂ）を満足するように上記投写レンズを構成することにより、拡大側に配されているレンズのパワーを強くしても性能を低下させないようにすることができる。一方、条件式（Ｂ）の下限を下回ると、縮小側のバックフォーカスの確保が難しくなるとともに、収差の補正が難しくなるという問題が生じる。

また、条件式（Ｃ）：Ｎｄ１＜１．７は、第１レンズの屈折率を規定するものである。条件式（Ｃ）の上限を上回るように投写レンズを構成すると、第１レンズにプラスチックレンズを適用することが難しくなるため、この投写レンズの低コスト化および軽量化が難しくなる。

また、条件式（Ｄ）：νｄ１＜３５は、第１レンズのアッベ数を規定するものである。条件式（Ｄ）の上限を上回るように投写レンズを構成すると、色収差の補正が難しくなるという問題が生じる。

上記のようなことにより、本発明の投写レンズを、光学性能を低下させることなく、小型・軽量・低コストで携帯性に優れ縮小側にテレセントリックなものとすることができる。

また、本発明の投写型表示装置によれば、上記のような本発明の投写レンズを用いることにより、この装置を、小型・軽量・低コストで携帯性に優れたものとすることができる。

本発明の実施の形態による投写レンズの概略構成を示す断面図 実施例１の投写レンズの概略構成を示す断面図 実施例２の投写レンズの概略構成を示す断面図 実施例３の投写レンズの概略構成を示す断面図 実施例１の投写レンズの諸収差を示す図 実施例２の投写レンズの諸収差を示す図 実施例３の投写レンズの諸収差を示す図 ライトバルブを３つ有する３板方式の投写用光変調部を示す断面図 ライトバルブを１つのみ有する単板方式の投写用光変調部を示す断面図 非円形形状の例（ａ）を示す図 非円形形状の例（ｂ）を示す図 非円形形状の例（ｃ）を示す図

以下、本発明の投写レンズおよびこの投写レンズを用い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、本発明の投写レンズおよびこの投写レンズを用いた投写型表示装置の概略構成を示す断面図である。

図１に示す本発明の投写レンズ１００は、縮小側の共役面（共役位置）Ｃｐｓ上（すなわち、表示素子であるライトバルブ１１の画像形成面１１ｍ上）に形成された画像（画像情報）Ｇを拡大側の共役面（共役位置）Ｃｐｋ上（すなわち、スクリーン１上）に拡大投写する小型の投写レンズである。

この投写レンズ１００は、拡大側（図中矢印−Ｚ方向の側）から順に、少なくとも１面（すなわち、レンズ面Ｊ１またはレンズ面Ｊ２のいずれか一方）が非球面である正のパワーを有する第１レンズＬ１、拡大側のレンズ面Ｊ３が凹面で負のパワーを有する第２レンズＬ２、縮小側のレンズ面Ｊ６が凸面で正のパワーを有する第３レンズＬ３、正のパワーを有する第４レンズＬ４を配して構成したものであり、４枚のレンズのみからなるものである。

上記投写レンズ１００は、縮小側にテレセントリックとなるように構成されたものであり、さらに、条件式（Ａ）：０．８＜Ｂｆ／ｆ、条件式（Ｂ）：１．１＜ｆ１／ｆ＜１．６、条件式（Ｃ）：Ｎｄ１＜１．７、および条件式（Ｄ）：νｄ１＜３５を同時に満足するものである。ただし、Ｂｆは投写レンズ１００における縮小側の空気換算バックフォーカス、ｆは投写レンズ１００の全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離、Ｎｄ１は第１レンズＬ１のｄ線に関する屈折率、νｄ１は第１レンズＬ１のｄ線を基準としたアッベ数である。

なお、空気換算バックフォーカスは、最も縮小側に配されたレンズ面から縮小側の共役面までの間にフィルタやカバーガラス等の光学部材が配されている場合に、それらの光学部材の厚みを空気換算して定められるものである。

なお、投写レンズ１００は、上記条件式（Ｂ）：１．１＜ｆ１／ｆ＜１．６よりも範囲を限定した条件式（Ｂ′）：１．２＜ｆ１／ｆ＜１．５を満足するものとすることが望ましく、また、上記条件式（Ｄ）：νｄ１＜３５よりも範囲を限定した条件式（Ｄ′）：νｄ１＜３０を満足するものとすることが望ましい。

なお、投写レンズ１００は、条件式（Ａ′）：０．８＜Ｂｆ／ｆ＜１．２を満足したり、条件式（Ｃ′）：１．５＜Ｎｄ１＜１．７を満足したり、条件式（Ｄ″）：１７＜νｄ１＜３５を満足したりするものとすることができる。

また、第４レンズＬ４は、少なくとも１面（レンズ面Ｊ７またはレンズ面Ｊ８のいずれか一方）を非球面とし、かつ、外周部の輪郭を非円形形状とし、さらに条件式（Ｅ）：Ｎｄ４＜１．６、および条件式（Ｆ）：４０＜νｄ４を同時に満足するものとすることができる。ただし、Ｎｄ４は第４レンズＬ４のｄ線に関する屈折率、νｄ４は第４レンズＬ４のｄ線を基準としたアッベ数である。

この第４レンズＬ４は、上記（Ｆ）：４０＜νｄ４よりも範囲を限定した条件式（Ｆ′）：５０＜νｄ４を満足するものとすることがより望ましい。

また、第４レンズＬ４は、条件式（Ｅ′）：１．４＜Ｎｄ４＜１．６を満足したり、（Ｆ″）：４０＜νｄ４＜８５を満足したりするものとすることができる。

なお、第４レンズＬ４の外周部の輪郭を非円形形状にするとは、光軸Ｚ１方向から見たときのレンズ形状を円形形状とは異なる種々の形状とすることを意味する。すなわち、「レンズが非円形形状」とは、光軸Ｚ１方向から見たレンズの形状が円形形状をなすものではないことを意味する。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに上記非円形形状の例を示す。例えば、非円形形状として、光軸Ｚ１方向から見たときのレンズ形状が、円形状から１つの弓形領域（−Ｙ方向に位置する領域）を切り取った、いわゆるＤカットを施したもの（図９Ａに示す非円形形状（ａ）の図を参照）、または、円形状からＹ方向に対向する２つの弓形領域を切り取ったもの（図９Ｂに示す非円形形状（ｂ）の図を参照）、この図９Ｂに示す形状からさらに１つの弓形領域（−Ｘ方向に位置する領域）を切り取ったもの（図９Ｃに示す非円形形状（ｃ）の図を参照）等を採用することができる。

なお、図１に示す第４レンズＬ４中の破線で示す領域は、上記図９Ｂに示す非円形形状（ｂ）のように非円形形状にカットされた部分（Ｙ方向に対向する２つの弓形領域）を示している。

このように、第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とすることにより、最大有効光束高さが最も高くなる第４レンズＬ４の不要な（有効光束が透過しない）レンズ部分を設けないようにし、レンズの外径が大きくなり過ぎるのを防止することができる。

第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間には、縮小側の共役面Ｃｐｓから発せられた光束を通す範囲を制限する開口を備えた開口部Ｋｏを配置することができる。このような開口を設けることにより、縮小側のテレセントリック性を向上させることができる。

なお、「開口」は、光束の通過を制限する機能を有していればよく、可変絞りも含むものである。

また、投写レンズ１００は、条件式（Ｇ）：２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜６５、および（Ｈ）：２．５＜β／Ｓ＜１０．０を同時に満足するものとすることができる。ただし、Ｓは拡大側の共役面Ｃｐｋへ投写される画像Ｇの最大長さ（インチ）、ＯＢＪは拡大側の共役面Ｃｐｋへ投写される画像Ｇの投写距離（ｍ）、βは拡大側の共役面Ｃｐｋに投写される画像Ｇの拡大倍率である。

なお、上記「最大長さ」は、画像Ｇが投射される拡大側の共役面Ｃｐｋ上の投写領域中において間隔が最大となる２点間の距離を意味するものであり、例えば、共役面Ｃｐｋに投射される画像Ｇが長方形や正方形をなす場合には対角の長さとして定められるものである。

また、画像Ｇの投写距離は、最も拡大側に配されたレンズ面である第１レンズＬ１の拡大側のレンズ面Ｊ１における面頂Ｐ１（レンズ面Ｊ１と光軸Ｚ１とが交わる点）から、拡大側の共役面Ｃｐｋまでの距離である。

さらに、投写レンズ１００は、条件式（Ｉ）：ＩＨ＞ＴＨを満足するものとすることが望ましい。ただし、ＩＨは縮小側の共役面Ｃｐｓに形成される画像Ｇの最大像高、ＴＨは最も縮小側に配置された第４レンズ以外のレンズにおける最大有効光束高さである。

ここで、第４レンズ以外のレンズにおける最大有効光束高さは、第４レンズＬ４以外のレンズである、第３レンズＬ３、第２レンズＬ２、および第１レンズＬ１を通る有効光束の高さ（光軸Ｚ１からの距離）の最大値である。

以下、上記各条件式の技術的意義について説明する。なお、条件式（Ａ）〜（Ｄ）については既に説明済みなので省略し、条件式（Ｅ）〜（Ｉ）について説明する。

上記条件式（Ｅ）：Ｎｄ４＜１．６は、第４レンズＬ４のｄ線に関する屈折率を規定するものである。条件式（Ｅ）の上限を上回ると、第４レンズＬ４へのプラスチックレンズの適用が難しくなり、投写レンズ１００および投写型表示装置２００を低コスト化・軽量化することが難しくなる。

上記条件式（Ｆ）：４０＜νｄ４は、第４レンズＬ４のｄ線を基準にしたアッベ数を規定するものである。条件式（Ｆ）の下限を下回ると、色収差の補正が難しくなるという問題が生じる。

上記条件式（Ｇ）：２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜６５は、投写距離に対する投写画像のサイズを規定するものである。上記条件式（Ｇ）の範囲から外れるように投写レンズ１００を構成すると、適切な投写画像のサイズと適切な投写距離とを満たすように投写することが難しくなる。

上記条件式（Ｈ）：２．５＜β／Ｓ＜１０．０は、投写画像の拡大倍率に対する投写画像のサイズの比率を規定するものである。条件式（Ｈ）を満足することにより、装置の大型化を抑制しつつ、照明効率の向上および画面の高精細化を図ることができる。

上記条件式（Ｉ）：ＩＨ＞ＴＨは、最大有効光束高さを規定するものである。上記条件式（Ｉ）が満足されないと、第３レンズＬ３、第２レンズＬ２、および第１レンズＬ１なども装置の大型化を抑制するために非円形形状にする可能性が高まるため、低コスト化・軽量化が難しくなる。

また、上記投写レンズ１００を搭載した投写型表示装置２００は、光源２０、ライトバルブ１１、その光源２０からの光束をライトバルブ１１へ導く照明光学部２５等を備えた投写用光変調部３００と、上記投写レンズ１００とを備え、光源２０から導かれた光束を、画像Ｇが形成されているライトバルブ１１を介して光変調し投写レンズ１００を通して拡大側の共役面Ｃｐｋに配されたスクリーン１へ拡大投写するものである。

図１に示すように、この投写型表示装置２００は、ライトバルブ１１の画像形成面１１ｍ上に形成された画像Ｇを示す画像情報を与えられた光束が、投写用光変調部３００を構成するローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラスやガラスブロック（図中符号２ａｂで示す）等を介して、この投写レンズ１００に入射され、この投写レンズ１００により拡大側の共役面Ｃｐｋに配されたスクリーン１に拡大投写されるようになっている。

なお、具体的には、上記ガラスブロックとして、クロスダイクロイックプリズム等の色合成手段や、照明光と投影光を分離するためのＤＭＤ用のプリズムやＬＣＯＳ用のＰＢＳ等を配設することが可能である。

また、上記投写型表示装置２００は、１つのライトバルブ１１のみを備えた単板方式からなるものとしたり、複数のライトバルブ１１を備えた多板方式としたりすることができる。

図８Ａは３板方式の投写用光変調部を拡大して示す図、図８Ｂは単板方式の投写用光変調部を拡大して示す図である。

図８Ａに示すように、投写型表示装置２００が３板方式の場合には、投写用光変調部３００は、光源２０と、ライトバルブである透過型液晶パネル１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、光源２０から発せられた光束を透過型液晶パネル１１ａ〜１１ｃそれぞれへ導く照明光学部２５と、透過型液晶パネル１１ａ〜１１ｃを通った光束を合成する光束合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１４とを備えたものとすることができる。なお、照明光学部２５は、光源２０とダイクロイックミラー１２の間に配されたフライアイ等のインテグレータ１９を有するものとすることができる。

光源２０から発せられた白色光の光束は照明光学部２５を通して、３種類の色の光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に色分解され、各色に対応する液晶パネル１１ａ〜１１ｃそれぞれに入射し光変調される。

液晶パネル１１ａ〜１１ｃを通して光変調された各光束は、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写レンズ１００を通ってスクリーン１に投写される。

なお、この投写用光変調部３００の照明光学部２５には、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、全反射ミラー１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、コンデンサレンズ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ等が配されている。

投写用光変調部３００は、上記のような透過型の液晶表示パネルを用いた態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはＤＭＤ等の他の光変調手段を採用することも可能である。

また、よりコンパクト化を促進するためには、図８Ｂに示すように、ライトバルブである液晶パネル１１ｔを単板とし、投写用光変調部３００は、ＲＧＢ各色を発するＬＥＤよりなる光源２０と、１つの透過型液晶パネル１１ｔと、光源２０から発せられた光束を透過型液晶パネル１１ｔへ導くコンデンサレンズ１６を有する照明光学部２５とを備えたものとすることができる。なお、照明光学部２５は、光源２０とダイクロイックミラー１２の間に配されたフライアイ等のインテグレータ１９を有するものとすることができる。

そして、ＲＧＢ各色に対応した画像を順次１つの透過型液晶パネル１１ｔ上に表示させ、これと同期させて、ＲＧＢ各色のＬＥＤよりなる光源２０から対応する色を持つ光束を出力させる。この光源２０から順次発せられたＲＧＢ各色の光束を照明光学部２５に通して、ＲＧＢ各色の発光と同期した画像が形成される液晶パネル１１ｔで光変調させ、この液晶パネル１１ｔを通して光変調された面順次のカラー画像を担持した光束を、投写レンズ１００に通してスクリーン１へ拡大投写させることができる。

このようにライトバルブを単板とすることにより、上述した、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃなどを省略することが可能となる。

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奏する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２は実施例１の投写レンズを示す断面図である。この実施例１の投写レンズ１０１は、拡大側から順に、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第１レンズＬ１、開口部Ｋｏ、拡大側のレンズ面が凹面をなす平凹レンズである第２レンズＬ２、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第３レンズＬ３、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第４レンズＬ４を配置してなるものである。

なお、この図２においては、投写レンズ１０１の縮小側に、投写用光変調部が配置されている。より具体的には、拡大側から順に、ガラスブロック２ａ、カバーガラス２ｂ、ライトバルブ１１が配置されている。

なお、投写レンズ１０１では、ライトバルブ１１の画像形成面１１ｍに形成された画像を表す光束（画像情報を与えられた光束）が、カバーガラス２ｂおよびガラスブロック２ａを介して、投写レンズに入射し、この投写レンズを通して拡大側に投写されるようになっている。

なお、１つのライトバルブのみを用いて投写型表示装置を構成する場合には、ガラスブロック２ａ等は省略可能である。

さらに投写レンズ１０１は、後述する表４に示すように、上記条件式（Ａ）〜（Ｉ）を全て満足するように構成されている。

下記表１に実施例１の投写用レンズ１０１の基本的なデータを示す。表１の上段にはレンズデータを、下段には非球面係数を示す。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。また、表１の上段の下部にレンズ全系の焦点距離（ｍｍ）を示す。なお、表１の上段に示すレンズデータに関し、曲率半径Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面の曲率半径（ｍｍ）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（ｍｍ）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(光学部材)について波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素(光学部材)のｄ線を基準としたアッベ数を示す。

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。

表１の下段に示す非球面係数は、下記非球面式に適用して非球面形状が定められるように作成されたものである。

なお、上記表１に示すレンズデータや非球面係数の読み取り方等については以下に示す各実施例においても同様なので、その説明を省略する。

図３は実施例２の投写レンズを示す断面図である。この実施例２の投写レンズ１０２は、拡大側から順に、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第１レンズＬ１、開口部Ｋｏ、接合レンズにおける拡大側のレンズを構成する第２レンズＬ２、接合レンズにおける縮小側のレンズを構成する第３レンズＬ３、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第４レンズＬ４を配置してなるものである。

なお、この図３においては、投写レンズ１０２の縮小側に、ガラスブロック２ａのみが配置されている状態を示している。

さらに投写レンズ１０２は、後述する表４に示すように、上記条件式（Ａ）〜（Ｉ）を全て満足するように構成されている。

下記表２に実施例２の投写用レンズ１０２の基本的なデータを示す。表２の上段にはレンズデータを、下段には非球面係数を示す。

図４は実施例３の投写レンズを示す断面図である。この実施例３の投写レンズ１０３は、拡大側から順に、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第１レンズＬ１、開口部Ｋｏ、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである第２レンズＬ２、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第３レンズＬ３、光軸Ｚ上で両凸形状をなす両面非球面レンズである第４レンズＬ４を配置してなるものである。

なお、この図４においては、投写レンズ１０３の縮小側に、ガラスブロック２ａのみが配置されている状態を示している。

さらに投写レンズ１０２は、後述する表４に示すように、上記条件式（Ａ）〜（Ｉ）を全て満足するように構成されている。

下記表３に実施例３の投写用レンズ１０３の基本的なデータを示す。表３の上段にはレンズデータを、下段には非球面係数を示す。

図５〜７は、実施例１〜３に係る投写レンズそれぞれの諸収差（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（点線：以下同じ）およびＣ線（２点鎖線：以下同じ）の収差曲線を示している。図５〜８に示すように、実施例１〜４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。

Claims (15)

1. 縮小側の共役面に形成された画像を拡大側の共役面へ拡大投写する投写レンズであって、
   拡大側から順に、少なくとも１面が非球面からなる正のパワーを有する第１レンズ、拡大側が凹面で負のパワーを有する第２レンズ、縮小側が凸面で正のパワーを有する第３レンズ、正のパワーを有する第４レンズのみを配して構成され、
   縮小側にテレセントリックであり、
   以下の条件式（Ａ）〜（Ｄ）を同時に満足することを特徴とする投写レンズ。
   ０．８＜Ｂｆ／ｆ ・・・（Ａ）
   １．１＜ｆ１／ｆ＜１．６ ・・・（Ｂ）
   Ｎｄ１＜１．７ ・・・（Ｃ）
   νｄ１＜３５ ・・・（Ｄ）
   ただし、
   Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
   ｆ：レンズ全系の焦点距離
   ｆ１：第１レンズの焦点距離
   Ｎｄ１：第１レンズの屈折率
   νｄ１：第１レンズのアッベ数
2. 前記第４レンズが、少なくとも１面が非球面からなり、前記第４レンズの外周部の輪郭が非円形形状であり、さらに以下の条件式（Ｅ）、（Ｆ）を同時に満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
   Ｎｄ４＜１．６ ・・・（Ｅ）
   ４０＜νｄ４ ・・・（Ｆ）
   ただし、
   Ｎｄ４：第４レンズの屈折率
   νｄ４：第４レンズのアッベ数
3. 前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、前記縮小側の共役面から発せられた光束を通す範囲を制限する開口が設けられてい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。
4. 以下の条件式（Ｇ）、（Ｈ）を同時に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項記載の投写レンズ。
   ２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜６５ ・・・（Ｇ）
   ２．５＜β／Ｓ＜１０．０ ・・・（Ｈ）
   ただし、
   Ｓ：拡大側の共役面に投写される画像の最大長さ（インチ）
   ＯＢＪ：拡大側の共役面に投写される画像までの投写距離（ｍ）
   β：拡大側の共役面へ投写される画像の拡大倍率
5. 以下の条件式（Ｉ）を満足することを特徴とする請求項４記載の投写レンズ。
   ＩＨ＞ＴＨ ・・・（Ｉ）
   ただし、
   ＩＨ：縮小側の共役面における最大光線高
   ＴＨ：最も縮小側に配置されたレンズ以外のレンズにおける最大有効光束高さ
6. 以下の条件式（Ａ′）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
   ０．８＜Ｂｆ／ｆ＜１．２・・・（Ａ′）
7. 以下の条件式（Ｂ′）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
   １．２＜ｆ１／ｆ＜１．５ ・・・（Ｂ′）
8. 以下の条件式（Ｃ′）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
   １．５＜Ｎｄ１＜１．７ ・・・（Ｃ′）
9. 以下の条件式（Ｄ′）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
   νｄ１＜３０ ・・・（Ｄ′）
10. 以下の条件式（Ｄ″）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
    １７＜νｄ１＜３５ ・・・（Ｄ″）
11. 以下の条件式（Ｅ′）を満足することを特徴とする請求項２記載の投写レンズ。
    １．４＜Ｎｄ４＜１．６・・・（Ｅ′）
12. 以下の条件式（Ｆ′）を満足することを特徴とする請求項２記載の投写レンズ。
    ５０＜νｄ４・・・（Ｆ′）
13. 以下の条件式（Ｆ″）を満足することを特徴とする請求項２記載の投写レンズ。
    ４０＜νｄ４＜８５・・・（Ｆ″）
14. 光源と、ライトバルブと、前記光源からの光束を前記ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から１３のいずれか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、該光変調された光束を前記投写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。
15. 前記ライトバルブを１つのみ備えた単板方式からなるものであることを特徴とする請求項１４記載の投写型表示装置。

Images