JP5363084B2 - 投写用魚眼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、投写型表示装置に搭載される広角な魚眼レンズに関し、特に、液晶表示素子やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等のライトバルブを介して形成された画像を、ドーム状のスクリーンに拡大投写するのに好適な投写用魚眼レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。

魚眼レンズは、一般的なレンズの射影方式（中心射影方式）とは異なる射影方式（立体射影方式、等距離射影方式、等立体角射影方式、正射影方式等）を採用したものであり、かつては、強い歪曲収差が発生したように見える超広画角な円形状の全方位映像を撮影し得る特殊な写真用レンズとして用いられていたが、撮像された画像を再構築する画像処理技術の進歩により、近年では、監視カメラやパノラマカメラ用の撮像レンズとして使用されるなど、その利用範囲が拡大している。

このような撮像用魚眼レンズとしては、例えば下記特許文献１〜５に記載されたものが知られている。

一方、液晶表示素子等のライトバルブを介して形成された画像をドーム状のスクリーンに拡大投写する投写型表示装置が、プラネタリウム施設やアミューズメント施設等に設置されるようになってきており、このような投写型表示装置の中には、単眼式の投写用レンズとして魚眼レンズを搭載したものが知られている。

特開平５−２７３４５９号公報 特開平１１−５２２２９号公報 特開２００５−２２１９５５号公報 特開２００５−２９２２８０号公報 特開２００７−１６４０７９号公報

上述のような投写型表示装置に搭載される投写用魚眼レンズには、照明系との関係から縮小側がテレセントリック性を有していることが必要とされる。また、色分解や色合成用の光学系の設置スペースをレンズとライトバルブとの間に確保するため、十分なバックフォーカスを有していることも必要とされる。特に、ライトバルブとして反射型液晶表示素子やＤＭＤを用いる場合には、レンズ全系の焦点距離の８倍以上となるような長いバックフォーカスを有することが要望されるようになっている。

さらに、ドーム状のスクリーンの全域に精細なカラー画像を投写するために、１６０度以上の画角を有し、かつ色収差の少ない高解像度の投写用魚眼レンズであることが要望されている。

しかしながら、これまでの魚眼レンズは、バックフォーカス長や光学性能の点において、上述したような要望に十分に応え得るようなものとはなっていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、縮小側が略テレセントリックで長いバックフォーカスを有するとともに、１６０度以上の画角を確保しながらも、色収差の少ない高解像度の投写用魚眼レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る投写用魚眼レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群および正の屈折力を有する第４レンズ群を配列してなり、
前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた２枚の負レンズと、１枚の両凹レンズと、１枚の正または負のメニスカスレンズとからなり、
前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなり、
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に開口絞りが配設され、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成屈折力および前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成屈折力が共に正であり、
等距離射影方式で、縮小側が略テレセントリックに構成され、
下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
８．０＜Ｂｆ／ｆ …… （１）
ただし、
Ｂｆ：バックフォーカス（空気換算距離）
ｆ：当該投写用魚眼レンズ全系の焦点距離

本発明の投写用魚眼レンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
８．０＜Ｄ_２−３／ｆ＜４０．０ …… （２）
ただし、
Ｄ_２−３：前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離

また、前記第３レンズ群は、２枚の負レンズと２枚以上の正レンズとからなり、前記第４レンズ群は、３枚以上の負レンズと５枚以上の正レンズとを含んでなる、とすることが好ましい。

また、前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群の合成屈折力が負であり、下記条件式（３）を満足するように構成することが好ましい。
１．５＜｜ｆ_４／（ｆ_１−３）｜＜６．０……（３）
ただし、
ｆ_４：前記第４レンズ群の焦点距離
ｆ_１−３：前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群の合成焦点距離

また、前記第２レンズ群の全体または一部を光軸方向に移動させてピント調整を行うように構成することができる。

また、下記条件式（５）を満足するように構成することが好ましい。
４０＜｜Ｄ_ＡＬＬ／ｆ｜＜１３０ …… （５）
ただし、
Ｄ_ＡＬＬ：当該投写用魚眼レンズの全長

また、下記条件式（６）を満足するように構成することが好ましい。
２．０＜｜ｆ_１／ｆ｜＜７．０ …… （６）
ただし、
ｆ_１：前記第１レンズ群の焦点距離

また、前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群に含まれるレンズを、全て単体のガラス球面レンズで構成することが好ましい。

また、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、上述の本発明に係る投写用魚眼レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用魚眼レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする。

なお、上記等距離射影方式とは、光の可逆性から拡大側に物点、縮小側に像点があると仮定した場合に、縮小側における像高ｙが、拡大側からの光線の入射角をθ、レンズ全系の焦点距離ｆとしたときに、以下の関係式（７）を満足することを意味する。
ｙ＝ｆ・θ …… （７）

また、投写用魚眼レンズの全長Ｄ_ＡＬＬとは、該投写用魚眼レンズを構成する全てのレンズのうち、最も拡大側に配されたレンズにおける拡大側のレンズ面の光軸との交点位置と、最も縮小側に配されたレンズにおける縮小側のレンズ面の光軸との交点位置との間の距離を意味する。

本発明に係る投写用魚眼レンズによれば、上述の構成を備えたことにより、ライトバルブとして反射型液晶表示素子やＤＭＤが用いられる場合にも対応し得る十分に長いバックフォーカスと縮小側におけるテレセントリック性とを有し、かつ１６０度以上の画角を確保しつつ、色収差の少ない高解像度な投写用魚眼レンズとすることができる。

また、本発明に係る投写型表示装置によれば、本発明の投写用魚眼レンズを用いることにより、ライトバルブとして反射型液晶表示素子やＤＭＤを用いた場合でも、ドーム状のスクリーン等に、高画質なカラー画像を投写することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、レンズ設計上の慣例に従い、撮像用レンズと同様に、あたかも拡大側から縮小側に光線が進行するかのように説明する場合がある。

図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の投写用魚眼レンズは、拡大側（スクリーン側）から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４を配列してなり、その後段には、色合成プリズムを主とするガラスブロック（フィルタ部を含む）２および液晶表示パネル等のライトバルブの画像表示面１が配設されている。

また、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との合成屈折力および第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との合成屈折力が共に正であり、縮小側が略テレセントリックに構成されている。さらに、射影方式として等距離射影方式を採用しており、課題を解決するための手段の欄に記載した条件式（１）（以下に再掲）を満足するように構成されている。
８．０＜Ｂｆ／ｆ …… （１）
ただし、
Ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：投写用魚眼レンズ全系の焦点距離

上記条件式（１）は、全系の焦点距離ｆの８．０倍以上となるバックフォーカスＢｆを有することを規定したものであり、この条件式（１）を満足することにより、反射型の液晶表示素子やＤＭＤをライトバルブとして用いた場合でも、最も縮小側に配されたレンズとライトバルブとの間に、色分解や色合成用の光学系を設置するのに必要十分な設置スペースを確保することが可能となる。

また、本実施形態の投写用魚眼レンズは、第１レンズ群Ｇ_１が、拡大側の面に比して曲率の大きい凹面を縮小側に向けた２枚の負レンズ（第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２）と、１枚の両凹レンズ（第３レンズＬ_３）と、１枚の正または負のメニスカスレンズ（第４レンズＬ_４）とを含んでなり、第２レンズ群Ｇ_２は、１枚の負レンズ（第５レンズＬ_５）と２枚の正レンズ（第６レンズＬ_６および第７レンズＬ_７）とからなり、第３レンズ群Ｇ_３は、２枚の負レンズ（第８レンズＬ_８および第１０レンズＬ_１０）と２枚以上の正レンズ（第９レンズＬ_９および第１１レンズＬ_１１）とからなり、第４レンズ群Ｇ_４は、３枚以上の負レンズ（第１３レンズＬ_１３、第１５レンズＬ_１５および第１８レンズＬ_１８）と５枚以上の正レンズ（第１２レンズＬ_１２、第１４レンズＬ_１４、第１６レンズＬ_１６、第１７レンズＬ_１７および第１９レンズＬ_１９）とを含んでなる。

第１レンズ群Ｇ_１において、拡大側の面に比して曲率の大きい凹面を縮小側に向けた２枚の負レンズ（第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２）と、１枚の両凹レンズ（第３レンズＬ_３）とを、拡大側よりこの順に配列することにより、第１レンズ群Ｇ_１に極めて大きな角度で入射する周辺光束の光軸Ｚに対する角度を、２枚の負レンズ（第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２）と１枚の両凹レンズ（第３レンズＬ_３）とによって、その進行に伴って徐々に小さくすることができるので、第２レンズ群Ｇ_２から第４レンズ群Ｇ_４において諸収差の補正を効率良く行うことが可能となる。

また、第１レンズ群Ｇ_１において、１枚の両凹レンズ（第３レンズＬ_３）の縮小側に、１枚の正または負のメニスカスレンズ（第４レンズＬ_４）を配することにより、像高が高い周辺部における像面湾曲を良好に補正することが可能となる。

また、第２レンズ群Ｇ_２を、正の屈折力を有するように構成することにより、第１レンズ群Ｇ_１に配されるレンズ（第１レンズＬ_１、第２レンズＬ_２等）の径を小さく設定することが可能となる。

また、第３レンズ群Ｇ_３に、２枚の負レンズ（第８レンズＬ_８および第１０レンズＬ_１０）と２枚以上の正レンズ（第９レンズＬ_９および第１１レンズＬ_１１）とを配列し、第３レンズ群Ｇ_３全体としては負の屈折力を有するように設定することにより、主に、球面収差の補正を良好に行うことが可能となる。

また、第４レンズ群Ｇ_４に、３枚以上の負レンズ（第１３レンズＬ_１３、第１５レンズＬ_１５および第１８レンズＬ_１８）と５枚以上の正レンズ（第１２レンズＬ_１２、第１４レンズＬ_１４、第１６レンズＬ_１６、第１７レンズＬ_１７および第１９レンズＬ_１９）とを配列することにより、球面収差とコマ収差の発生を抑制することができるとともに、色収差を良好に補正することが可能となる。

また、第１レンズ群Ｇ_１から第３レンズ群Ｇ_３までの合成屈折力が負であり、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間に開口絞り３が配設されている。本実施形態では、第１レンズ群Ｇ_１から第４レンズ群Ｇ_４までの全群を光軸Ｚ方向に移動させてピント調整を行うように構成されているが、第２レンズ群Ｇ_２の全体または一部を光軸Ｚ方向に移動させてピント調整を行うように構成してもよい（後述の実施例５〜７参照）。さらに、第１レンズ群Ｇ_１から第４レンズ群Ｇ_４に含まれるレンズを、全て単体のガラス球面レンズで構成してもよい（後述の実施例９〜１１参照）。

全てのレンズを単体のガラス球面レンズで構成することにより、接合レンズを用いたりプラスチックレンズを用いたりした場合に懸念される高温時における性能劣化の心配が無いので、光量の大きい照明系を用いた投写型表示装置に搭載された場合でも、温度変化に影響されることなく優れた光学性能を十分に発揮することが可能となる。

また、本実施形態の投写用魚眼レンズは、課題を解決するための手段の欄に記載した条件式（２）〜（６）（以下に再掲）を満足するように構成することが好ましい。
８．０＜Ｄ_２−３／ｆ＜４０．０ …… （２）
１．５＜｜ｆ_４／（ｆ_１−３）｜＜６．０ ……（３）
４０＜｜Ｄ_ＡＬＬ／ｆ｜＜１３０ …… （５）
２．０＜｜ｆ_１／ｆ｜＜７．０ …… （６）
ただし、
Ｄ_２−３：第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間の距離
ｆ_４：第４レンズ群Ｇ_４の焦点距離
ｆ_１−３：第１レンズ群Ｇ_１乃至第３レンズ群Ｇ_３の合成焦点距離
ν_{ｊＧ３，Ｇ４ｎ}：前記第３レンズ群および前記第４レンズ群に配された計Ｊ枚の負レンズのうち拡大側からｊ枚目に位置する負レンズのアッベ数（Ｊ，ｊは任意の自然数）
ｆ_{ｊＧ３，Ｇ４ｎ}：前記第３レンズ群および前記第４レンズ群に配された計Ｊ枚の負レンズのうち拡大側からｊ枚目に位置する負レンズの焦点距離
ν_{ｋＧ３，Ｇ４ｐ}：前記第３レンズ群および前記第４レンズ群に配された計Ｋ枚の正レンズのうち拡大側からｋ枚目に位置する正レンズのアッベ数（Ｋ，ｋは任意の自然数）
ｆ_{ｋＧ３，Ｇ４ｐ}：前記第３レンズ群および前記第４レンズ群に配された計Ｋ枚の正レンズのうち拡大側からｋ枚目に位置する正レンズの焦点距離
Ｄ_ＡＬＬ：投写用魚眼レンズの全長
ｆ_１：前記第１レンズ群の焦点距離

条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間の距離の設定範囲を規定したものであり、この下限値を下回ると要望される長いバックフォーカスを確保することが困難となり、上限値を上回ると第１レンズ群Ｇ_１のレンズ径の増大化を招くこととなる。

また、条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ_１から第３レンズ群Ｇ_３までの合成パワーと第４レンズ群Ｇ_４のパワーとの配分を規定したもので、この下限値を下回ると第１レンズ群Ｇ_１のレンズ径が増大し、上限値を上回ると要望される長いバックフォーカスを確保することが困難となる。

また、条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ_３および第４レンズ群Ｇ_４に配された負レンズ毎に、色分散を表すアッベ数をパワー（焦点距離の逆数）で割った値を求めてそれらを合計した値と、第３レンズ群Ｇ_３および第４レンズ群Ｇ_４に配された正レンズ毎に、色分散を表すアッベ数をパワーで割った値を求めてそれらを合計した値との比を規定したものであり、この比の値が条件式（４）を満たすように設定することにより軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することができるようにしたものである。

すなわち、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間に開口絞り３を配設した場合には、第３レンズ群Ｇ_３において軸上色収差をオーバー（青色光のバックフォーカスが長くなる方向）に設定すると倍率色収差がアンダー（青色光が光軸に近づく側に結像する）となるが、第４レンズ群Ｇ_４において軸上色収差をオーバーに設定すると倍率色収差がオーバー（青色光が光軸から遠ざかる側に結像する）となることが確認された。条件式（４）は、このような知見に基づき設定したものであり、条件式（４）の数値範囲を満足することにより、軸上色収差および倍率色収差の補正に対する第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の各寄与率のバランスを好適に保つことができ、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することが可能となる。

また、条件式（５）は、レンズ全長を規定するものであり、条件式（５）の数値範囲を満足することにより、全体としてコンパクトな構成としながらも、十分なバックフォーカスの確保と優れた光学性能の獲得とを両立させることが可能となる。この条件式（５）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ_１の最も拡大側に配されるレンズ（第１レンズＬ_１）の径の増大化を招き、コンパクトな構成とすることが困難となる。

また、条件式（６）は、第１レンズ群Ｇ_１のパワー配分を規定するものであり、この下限値を下回るとコマ収差および像面湾曲の補正が困難となり、上限値を上回ると第１レンズ群Ｇ_１のレンズ径が増大する。

次に、上述した投写用魚眼レンズを搭載した投写型表示装置について説明する。図３４は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。

図３４に示すように、この投写型表示装置は、楕円面鏡１０１ａを有する光源１０１と、照明光学部を構成する、ロッドインテグレータ１０２、リレーレンズ１０３、ミラー１０４、反射プリズム１０５および色分解合成プリズム１０６と、ライトバルブしての３枚のＤＭＤ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂと、本発明に係る投写用魚眼レンズ１０８とを、光軸Ｚに沿って設けている。

光源１０１より出射された光束は、ロッドインテグレータ１０２によって光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図られた後、リレーレンズ１０３、ミラー１０４、反射プリズム１０５を経由して色分解合成プリズム１０６に入射し、該色分解合成プリズム１０６によって、３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各色光に色分解される。色分解された各色光は、３枚のＤＭＤ１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂにそれぞれ入射し、画像情報に応じて光変調された後、色分解合成プリズム１０６により互いに合成されて投写用魚眼レンズ１０８に入射され、該投写用魚眼レンズ１０８によってドーム状のスクリーン１０９に投写されるようになっている。

なお、本発明に係る投写型表示装置は、図３４に示す態様に限定されるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば、図示せぬカラーホイールを用いて、光源からの光束を時系列的に３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各色光に選択変換するとともに、図示せぬ単板のＤＭＤを用いて、その各色光の切り替わりに応じた光変調を行うように構成することも可能である。

また、ロッドインテグレータ１０２に替えて、図示せぬフライアイレンズを用いることも可能であり、この場合には、放物面鏡を備えた光源（図示略）が用いられる。

なお、ＤＭＤに替えて他のライトバルブ（例えば、透過型液晶表示素子または反射型液晶表示素子）とすることも可能である。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の投写用魚眼レンズをさらに説明する。

＜実施例１＞
実施例１に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図１に示す。この実施例１に係る投写用魚眼レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３、開口絞り３、および正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４を配列してなり、その後段には、色合成プリズムを主とするガラスブロック（フィルタ部を含む）２および液晶表示パネル等のライトバルブの画像表示面１が配設されている。

また、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との合成屈折力および第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との合成屈折力が共に正であり、縮小側が略テレセントリックに構成されている。さらに、射影方式として等距離射影方式を採用している。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側の面に比して曲率の大きい凹面を縮小側に向けた負のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２と、両凹レンズからなる第３レンズＬ_３と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第４レンズＬ_４とからなる。

第２レンズ群Ｇ_２は、両凹レンズからなる第５レンズＬ_５と両凸レンズからなる第６レンズＬ_６および第７レンズＬ_７とからなり、第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６は互いに接合されて接合レンズとして構成されている。

第３レンズ群Ｇ_３は、両凹レンズからなる第８レンズＬ_８と、両凸レンズからなる第９レンズＬ_９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とからなり、第８レンズＬ_８および第９レンズＬ_９と、第１０レンズＬ_１０および第１１レンズＬ_１１とは、それぞれ互いに接合されて接合レンズとして構成されている。

第４レンズ群Ｇ_４は、両凸レンズからなる第１２レンズＬ_１２と、両凹レンズからなる第１３レンズＬ_１３と、両凸レンズからなる第１４レンズＬ_１４と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１５レンズＬ_１５と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１６レンズＬ_１６と、両凸レンズからなる第１７レンズＬ_１７と、縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１８レンズＬ_１８と、両凸レンズからなる第１９レンズＬ_１９とからなり、第１２レンズＬ_１２、第１３レンズＬ_１３および第１４レンズＬ_１４と、第１５レンズＬ_１５および第１６レンズＬ_１６と、第１７レンズＬ_１７および第１８レンズＬ_１８とは、それぞれ互いに接合されて接合レンズとして構成されている。

この実施例１に係る投写用魚眼レンズは、第１レンズ群Ｇ_１から第４レンズ群Ｇ_４に含まれる全てのレンズが球面レンズにより構成され、非球面を用いていない（実施例２〜１１において同じ）。また、第１レンズ群Ｇ_１から第４レンズ群Ｇ_４の全てを、光軸Ｚ方向に一体的に移動させることにより、ピント調整を行うように構成されている（実施例２〜４、８〜１１において同じ）。

この実施例１における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表１の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表１の下段に示す。なお、この表１および後述する表２〜１１において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ_ｄ、ν_ｄに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。

また、実施例１における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例２＞
実施例２に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図２に示す。この実施例２に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第３レンズ群Ｇ_３において、第８レンズＬ_８が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる点と、第１１レンズＬ_１１が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点と、第８レンズＬ_８から第１１レンズＬ_１１までの４枚のレンズが互いに接合されて４枚接合レンズとして構成されている点とにおいて、相違している。

この実施例２における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表２の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表２の下段に示す。

また、実施例２における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例３＞
実施例３に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図３に示す。この実施例３に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第３レンズ群Ｇ_３を構成する第８レンズＬ_８から第１１レンズＬ_１１がそれぞれ単独のレンズとされている点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１３レンズＬ_１３が縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる点と、第１４レンズＬ_１４が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点と、第１５レンズＬ_１５が両凹レンズからなる点と、第１６レンズＬ_１６が両凸レンズからなる点とにおいて、相違している。

この実施例３における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表３の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表３の下段に示す。

また、実施例３における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例４＞
実施例４に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図４に示す。この実施例４に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第３レンズ群Ｇ_３において、第１０レンズＬ_１０および第１１レンズＬ_１１がそれぞれ単独のレンズとされて互いに接合されていない点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１２レンズＬ_１２および第１４レンズＬ_１４が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点と、第１３レンズＬ_１３が縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる点とにおいて、相違している。

この実施例４における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表４の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表４の下段に示す。

また、実施例４における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例５＞
実施例５に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図５に示す。この実施例５に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第３レンズ群Ｇ_３を構成する第８レンズＬ_８から第１１レンズＬ_１１がそれぞれ単独のレンズとされている点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１５レンズＬ_１５が両凹レンズからなる点と、第１６レンズＬ_１６が両凸レンズからなる点と、フォーカス時において第１レンズ群Ｇ_１、第３レンズ群Ｇ_３および第４レンズ群Ｇ_４は固定で、第２レンズ群Ｇ_２の第５レンズＬ_５から第７レンズＬ_７までの全てを光軸Ｚ方向に一体的に移動させることにより、ピント調整を行うように構成されている点とにおいて、相違している。

この実施例５における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表５の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表５の中段に示す。なお、表５の中段において＊を付したＤ_８、Ｄ_１３の数値は無限遠投影時のものであり、６ｍ投影時および３ｍ投影時の数値を表中の下段に示す。

また、実施例５における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例６＞
実施例６に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図６に示す。この実施例６に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例５に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第２レンズ群Ｇ_２の中の第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６（互いに接合されている）のみを光軸Ｚ方向に移動させることにより、ピント調整を行うように構成されている点において、相違している。

この実施例６における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表６の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表６の中段に示す。なお、表６の中段において＊を付したＤ_８、Ｄ_１１の数値は無限遠投影時のものであり、６ｍ投影時および３ｍ投影時の数値を表中の下段に示す。

また、実施例６における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例７＞
実施例７に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図７に示す。この実施例７に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例５に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第２レンズ群Ｇ_２の中の第７レンズＬ_７のみを光軸Ｚ方向に移動させることにより、ピント調整を行うように構成されている点において、相違している。

この実施例７における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表７の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表６の中段に示す。なお、表７の中段において＊を付したＤ_１１、Ｄ_１３の数値は無限遠投影時のものであり、６ｍ投影時および３ｍ投影時の数値を表中の下段に示す。

また、実施例７における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例８＞
実施例８に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図８に示す。この実施例８に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第１レンズ群Ｇ_１において、第４レンズＬ_４が拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる点と、第３レンズ群Ｇ_３を構成する第８レンズＬ_８から第１１レンズＬ_１１がそれぞれ単独のレンズとされている点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１５レンズＬ_１５が両凹レンズからなる点と、第１６レンズＬ_１６が両凸レンズからなる点とにおいて、相違している。

この実施例８における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表８の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表８の下段に示す。

また、実施例８における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例９＞
実施例９に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図９に示す。この実施例９に係る投写用魚眼レンズの全体的な構成は、上述の実施例１に係る投写用魚眼レンズと略同様である。

第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側の面に比して曲率の大きい凹面を縮小側に向けた負のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２と、両凹レンズからなる第３レンズＬ_３と、両凸レンズからなる第４レンズＬ_４とからなる。

第２レンズ群Ｇ_２は、両凹レンズからなる第５レンズＬ_５と、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第６レンズＬ_６および第７レンズＬ_７とからなる。

第３レンズ群Ｇ_３は、両凹レンズからなる第８レンズＬ_８と、両凸レンズからなる第９レンズＬ_９と、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１０レンズＬ_１０と、両凹レンズからなる第１１レンズＬ_１１と、両凸レンズからなる第１２レンズＬ_１２とからなる。

第４レンズ群Ｇ_４は、両凸レンズからなる第１３レンズＬ_１３と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１４レンズＬ_１４と、両凸レンズからなる第１５レンズＬ_１５と、両凹レンズからなる第１６レンズＬ_１６と、両凸レンズからなる第１７レンズＬ_１７と、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１８レンズＬ_１８と、縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１９レンズＬ_１９と、両凸レンズからなる第２０レンズＬ_２０とからなる。

この実施例９に係る投写用魚眼レンズは、第１レンズ群Ｇ_１から第４レンズ群Ｇ_４に含まれる全てのレンズが単独のガラス球面レンズにより構成されおり、接合レンズを用いていない（実施例１０、１１において同じ）。

この実施例９における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表９の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表９の下段に示す。

また、実施例９における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例１０＞
実施例１０に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図１０に示す。この実施例１０に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例９に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第２レンズ群Ｇ_１において、第７レンズＬ_７が両凸レンズからなる点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１８レンズＬ_１８が両凸レンズからなる点とにおいて、相違している。

この実施例１０における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表１０の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表１０の下段に示す。

また、実施例１０における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

＜実施例１１＞
実施例１１に係る投写用魚眼レンズの概略構成を図１１に示す。この実施例１１に係る投写用魚眼レンズは、上述の実施例９に係る投写用魚眼レンズと略同様の構成であるが、第１レンズ群Ｇ_１において、第４レンズＬ_４が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点と、第２レンズ群Ｇ_２において、第６レンズＬ_６および第７レンズＬ_７が両凸レンズからなる点と、第３レンズ群Ｇ_３において、第１０レンズＬ_１０が両凸レンズからなる点と、第１２レンズＬ_１２が拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点と、第４レンズ群Ｇ_４において、第１７レンズＬ_１７が縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点とにおいて、相違している。

この実施例１１における全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスＢｆ（ｍｍ）、ＦナンバＦｎｏ．、画角２ωの各数値を表１１の上段に示す。また、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄを表１１の下段に示す。

また、実施例１１における上記各条件式（１）〜（６）に対応する数値を表１２に示す。

図１２〜３３は、実施例１〜１１に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差およびコマ収差）を示す収差図である。なお、これらの収差図は、６ｍ投影時のものであり、各収差図において、Ｆ／はＦナンバ、ωは半画角を示し、球面収差図にはｅ線に対する収差が示されており、非点収差図にはサジタル像面およびタンジェンシャル像面についての収差が示されており、各倍率色収差図にはｅ線に対する波長４６０ｎｍおよび６２０ｎｍの光についての収差が示されている。

これら図１２〜３３から明らかなように、実施例１〜１１に係る投写用魚眼レンズによれば、画角１６６．０〜１８０．０度、Ｆナンバ２．５０〜３．００と広画角で明るく、各収差が良好に補正されている。

また、表１２に示すように実施例１〜１１に係る投写用魚眼レンズによれば、条件式（１）〜（３）、（５）（６）が満足されており、十分なバックフォーカスが確保されている。

本発明の実施例１に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例２に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例３に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例４に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例５に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例６に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例７に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例８に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例９に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例１０に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 本発明の実施例１１に係る投写用魚眼レンズの構成を表す図 実施例１に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例１に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例２に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび率色収差）を示す諸収差図 実施例２に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例３に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例３に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例４に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例４に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例５に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例５に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例６に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例６に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例７に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例７に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例８に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例８に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例９に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例９に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例１０に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例１０に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 実施例１１に係る投写用魚眼レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す諸収差図 実施例１１に係る投写用魚眼レンズのコマ収差を示す収差図 本発明の投写型表示装置の概略構成を表す図

符号の説明

１ 画像表示面
２ ガラスブロック（カバーガラス）
３ 開口絞り（マスク）
１０１ 光源
１０１ａ 楕円面鏡
１０２ ロッドインテグレータ
１０３ リレーレンズ
１０４ ミラー
１０５ 反射プリズム
１０６ 色分解合成プリズム
１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ ＤＭＤ
１０８ 投写用魚眼レンズ
１０９ スクリーン
Ｇ_１〜Ｇ_４ レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_２０ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_４４ レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_２４ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｚ 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、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群および正の屈折力を有する第４レンズ群を配列してなり、
   前記第１レンズ群は、縮小側に凹面を向けた２枚の負レンズと、１枚の両凹レンズと、１枚の正または負のメニスカスレンズとからなり、
   前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと２枚の正レンズとからなり、
   前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に開口絞りが配設され、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成屈折力および前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との合成屈折力が共に正であり、
   等距離射影方式で、縮小側が略テレセントリックに構成され、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とする投写用魚眼レンズ。
   ８．０＜Ｂｆ／ｆ …… （１）
   ただし、
   Ｂｆ：バックフォーカス（空気換算距離）
   ｆ：当該投写用魚眼レンズ全系の焦点距離
2. 下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写用魚眼レンズ。
   ８．０＜Ｄ_２−３／ｆ＜４０．０ …… （２）
   ただし、
   Ｄ_２−３：前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の距離
3. 前記第３レンズ群は、２枚の負レンズと２枚以上の正レンズとからなり、
   前記第４レンズ群は、３枚以上の負レンズと５枚以上の正レンズとを含んでなる、ことを特徴とする請求項１または２記載の投写用魚眼レンズ。
4. 前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群の合成屈折力が負であり、
   下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項記載の投写用魚眼レンズ。
   １．５＜｜ｆ_４／（ｆ_１−３）｜＜６．０ ……（３）
   ただし、
   ｆ_４：前記第４レンズ群の焦点距離
   ｆ_１−３：前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群の合成焦点距離
5. 前記第２レンズ群の全体または一部を光軸方向に移動させてピント調整を行うことを特徴とする請求項１〜４までのいずれか１項記載の投写用魚眼レンズ。
6. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１〜５までのいずれか１項記載の投写用魚眼レンズ。
   ４０＜｜Ｄ_ＡＬＬ／ｆ｜＜１３０ …… （５）
   ただし、
   Ｄ_ＡＬＬ：当該投写用魚眼レンズの全長
7. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜６までのいずれか１項記載の投写用魚眼レンズ。
   ２．０＜｜ｆ_１／ｆ｜＜７．０ …… （６）
   ただし、
   ｆ_１：前記第１レンズ群の焦点距離
8. 前記第１レンズ群乃至前記第４レンズ群に含まれるレンズは、全て単体のガラス球面レンズからなることを特徴とする請求項１〜７までのいずれか１項記載の投写用魚眼レンズ。
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項記載の投写用魚眼レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用魚眼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。