JP5670602B2 - 投写用レンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投写用レンズおよび投写型表示装置に関し、例えば、ライトバルブからの映像情報を有する光束をスクリーン上に拡大投写するのに好適に使用可能な投写用レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。

近年、投写型表示装置の市場はパーソナルコンピュータの普及とともに大きく伸びてきている。光変調を行うライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示素子や、微小ミラーが規則的に配列されたＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）素子等が知られている。このようなライトバルブを用いた投写型表示装置において、利便性や設置性が良く、小型・軽量で、明るい（Ｆナンバーが小さい）ものが求められている。そのため、投写型表示装置に搭載される投写用レンズに関しても広角・小型・軽量でＦナンバーが小さく、安価で、構成レンズ枚数の少ないものが求められている。

ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、色毎に異なるライトバルブによって変調された変調光を合成するための色合成部材や、投写光と照明光を分離するための分離部材等を投写用レンズの縮小側に配置するため、投写用レンズのバックフォーカスにはある程度の長さが必要となる。比較的長いバックフォーカスを有し、構成レンズ枚数が少ない投写用レンズとしては、例えば下記特許文献１〜４に記載されたものが知られている。特許文献１には、拡大側から順に、正、正、負、負、正、正レンズが配列された６枚構成のレンズ系が記載されている。特許文献２、３には、拡大側から順に、正、負、負、正、正、正レンズが配列された６枚構成のレンズ系が記載されている。特許文献４には、実施例８として、拡大側から順に、正、負、正、負、正、正レンズが配列された６枚構成のレンズ系が記載されている。

特開平０９−１４５９９８号公報 特開平０２−１８４８０９号公報 特開２０００−０３９５５５号公報 特開２００２−３４１２４２号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された６枚構成のレンズ系は、Ｆナンバーが４．０と大きく、全画角も２２度〜３４度の範囲内であり広角化に対応していない。特許文献３には１．７と小さなＦナンバーを有するレンズ系が記載されているが、全画角が３２度であり、広角化に対応するものではない。特許文献４の実施例８は、Ｆナンバーが２．１であり、全画角が約６０度であるが、レンズ系の全長が長く、歪曲収差や倍率色収差の補正が不足している。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、６枚という少ない構成レンズ枚数でありながら、Ｆナンバーが小さく、広角で、諸収差がバランス良く良好に補正されて高性能を有する、小型・軽量な投写用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ものである。

本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第２レンズと、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズとから構成される実質的に６枚のレンズからなり、縮小側がテレセントリックであり、下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
−３．０≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．４ … （１）
−２．０≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．２ … （２）
ただし、
Ｐ４：第２レンズの縮小側の面のパワー
Ｐ５：第３レンズの拡大側の面のパワー
ｆ：全系の焦点距離

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（１’）、（２’）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
−２．５≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．６ … （１’）
−１．５≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．３ … （２’）

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（３）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
０．５≦Ｂｆ／ｆ≦２．０ … （３）
０．５≦Ｂｆ／ｆ≦１．５ … （３’）
ただし、
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算距離）

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
１．０≦Ｄ／ｆ≦３．５ … （４）
１．５≦Ｄ／ｆ≦３．０ … （４’）
ただし、
Ｄ：第１レンズの拡大側のレンズ面から第６レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（５’）を満足することがより好ましい。
０．２≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５）
０．３≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５’）
ただし、
Ｒ３：第２レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズの縮小側の面の曲率半径

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（６）を満足することが好ましく、さらに下記条件式（６’）を満足することがより好ましい。
１．０≦ｆ２／ｆ≦２．５ … （６）
１．１≦ｆ２／ｆ≦２．０ … （６’）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離

本発明の投写用レンズにおいては、第３レンズと第４レンズとが接合されていることが好ましい。

本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
νｄ２≦３０ … （７）
ただし、
νｄ２：第２レンズのｄ線に対するアッベ数

本発明の投写用レンズにおいては、第１レンズおよび第６レンズが有するレンズ面のうち少なくとも１面が非球面であることが好ましい。

本発明にかかる投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、このライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用レンズとしての上述した本発明の投写用レンズとを備えたことを特徴とするものである。

なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。

なお、上記のレンズの面形状、屈折力（パワー）、曲率半径は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。

なお、上記の「実質的に〜からなり」は、構成要素として挙げた６枚のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、マスク、カバーガラス、フィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、「縮小側がテレセントリック」とは、縮小側の像面の任意の点に集光する光束の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、すなわち前記二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（光軸に対して僅かな傾きがある場合）をも含むものを意味する。ここで多少の誤差がある場合（光軸に対して僅かな傾きがある場合）とは、光軸に対する前記二等分角線の傾きが±４°の範囲内の場合である。

なお、「面のパワー」とは、ある面の曲率半径をｒ、この面の拡大側、縮小側の媒質の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２としたとき、（ｎ２−ｎ１）／ｒで表されるものである。

なお、上記の「バックフォーカス」は、最も縮小側のレンズ面から縮小側の近軸焦点面までの光軸上の距離である。ここでは、拡大側、縮小側をそれぞれフロント側、バック側と考えることとする。

本明細書においては、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負とすることにする。

本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、負、正、負、正、正、正レンズが並ぶようにパワー配列を好適に設定し、第１レンズ〜第４レンズの形状を好適に設定し、条件式（１）、（２）を満足するように構成しているため、６枚という少ないレンズ枚数でありながら、Ｆナンバーが小さく、広角で、諸収差がバランス良く良好に補正されて高性能を有し、小型・軽量な投写用レンズを実現することができる。

本発明の投写型表示装置は、本発明の投写用レンズを用いているため、明るく、広角で、高性能であり、小型・軽量に構成することが可能となる。

本発明の実施例１の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は本発明の実施例１の投写用レンズの各収差図 本発明の実施例２の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は本発明の実施例２の投写用レンズの各収差図 本発明の実施例３の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は本発明の実施例３の投写用レンズの各収差図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に、本発明の一実施形態にかかる投写用レンズの光軸Ｚを含む断面における断面図を示す。図１に示す構成例は、後述の実施例１の投写用レンズに対応するものである。図１中の符号Ｒ１〜Ｒ１４については実施例の説明において後述する。

この投写用レンズは、第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６の６枚のレンズからなる。この投写用レンズは、例えば投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写する投写用レンズとして使用可能である。図１では、図の左側を拡大側、右側を縮小側とし、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、各種フィルタやカバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材２と、ライトバルブの画像表示面１も合わせて図示している。

なお、図１では、光学部材２の縮小側の面の位置と画像表示面１の位置とが一致した例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。また、図１には、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原色に分離し、各原色用に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ように構成してもよい。

投写型表示装置においては、画像表示面１で画像情報を与えられた光束が、光学部材２を介して、この投写用レンズに入射され、この投写用レンズにより紙面左側方向に配置されるスクリーン（不図示）上に投写される。

本実施形態の投写用レンズは、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズＬ３と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、正の屈折力を有する第５レンズＬ５と、正の屈折力を有する第６レンズＬ６との６枚のレンズが配列されてなり、縮小側がテレセントリックとなるように構成される。

最も拡大側のレンズである第１レンズＬ１を負レンズとし、縮小側に３枚の正レンズを配置することで、レトロフォーカスタイプの光学系となり、広角化を図りながら長いバックフォーカスを確保することができる。また、第１レンズＬ１の縮小側の面を凹面とすることでも広角化に有利となる。

第２レンズＬ２の縮小側の面と第３レンズＬ３の拡大側の面を共に凹面とし、これら２つの凹面を対向させることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正して小さなＦナンバーの光学系を実現することに有利となる。

なお、図１に示す例の投写用レンズでは、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に絞り３が配置されている。この位置に絞り３を配置することで、良好なテレセントリック性を確保しつつ、小型でＦナンバーの小さな光学系を実現することに有利となる。なお、絞り３は、開口径が固定されたものでもよく、あるいは開口径が変化可能な可変絞りでもよい。

第４レンズＬ４の縮小側の面を凸面とし、縮小側から１〜３番目の３枚のレンズ（レンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６）を正レンズとすることで、少ないレンズ枚数のレンズ系において、テレセントリック性を確保しつつ諸収差を良好に補正してＦナンバーの小さな光学系を実現できる。

より詳しくは、例えば図１に示す例の投写用レンズでは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２と、両凹レンズよりなる第３レンズＬ３と、両凸レンズよりなる第４レンズＬ４と、両凸レンズよりなる第５レンズＬ５と、近軸領域で両凸形状の第６レンズＬ６の６枚のレンズが配列されている。

第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は、図１に示す例のように、接合されていることが好ましい。レンズ系のほぼ中間に接合レンズを配置することで、色収差、特に軸上色収差を良好に補正することができる。

また、第１レンズＬ１および第６レンズＬ６が有するレンズ面のうち少なくとも１面が非球面であることが好ましい。この理由は、最も拡大側のレンズと最も縮小側のレンズは光線高が高く、軸上光束と軸外光束が分離されているため、非球面を活用することで効果的に収差補正でき、Ｆナンバーが小さく広角で高性能の光学系を実現することに有利となるからである。

本実施形態にかかる投写用レンズは、下記条件式（１）、（２）を満足するように構成されている。
−３．０≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．４ … （１）
−２．０≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．２ … （２）
ただし、
Ｐ４：第２レンズの縮小側の面のパワー
Ｐ５：第３レンズの拡大側の面のパワー
ｆ：全系の焦点距離

条件式（１）、（２）を同時に満足することで、対向している２つの凹面である、第２レンズＬ２の縮小側の凹面と第３レンズＬ３の拡大側の凹面、のパワーを好適に設定することができる。

条件式（１）の下限を下回ると、第２レンズＬ２の縮小側の面のパワーが弱くなり、この第２レンズＬ２の縮小側の面のパワーが弱い状態で高性能を維持しようとすると、レンズ系全体の長さ、特に光軸方向の長さが大型化してしまう。条件式（１）の上限を上回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。

上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式（１）に代えて下記条件式（１’）を満足することがより好ましい。
−２．５≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．６ … （１’）

条件式（２）の下限を下回ると、第３レンズＬ３の拡大側の面のパワーが弱くなり、この第３レンズＬ３の拡大側の面のパワーが弱い状態で高性能を維持しようとすると、レンズ系全体の長さ、特に光軸方向の長さが大型化してしまう。条件式（２）の上限を上回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。

上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式（２）に代えて下記条件式（２’）を満足することがより好ましい。
−１．５≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．３ … （２’）

また、本実施形態の投写用レンズは、上記条件式（１）、（２）に加え、下記条件式（３）〜（７）のいずれか１つまたは任意の組合せを満足することが好ましい。
０．５≦Ｂｆ／ｆ≦２．０ … （３）
１．０≦Ｄ／ｆ≦３．５ … （４）
０．２≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５）
１．０≦ｆ２／ｆ≦２．５ … （６）
νｄ２≦３０ … （７）
ただし、
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算距離）
ｆ：全系の焦点距離
Ｄ：第１レンズの拡大側のレンズ面から第６レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
Ｒ３：第２レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズの縮小側の面の曲率半径
ｆ２：第２レンズの焦点距離
νｄ２：第２レンズのｄ線に対するアッベ数

条件式（３）はバックフォーカスに関するものである。条件式（３）の下限を下回ると、色合成部材や分離部材等を投写用レンズの縮小側に配置することが困難となる。条件式（３）の上限を上回ると、縮小側のレンズ径の大型化や、レンズ系の光軸方向の長さが長くなり、レンズ系全体が大型化してしまう。

上記事情から、レンズ系のより小型化のためには、条件式（３）に代えて下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
０．５≦Ｂｆ／ｆ≦１．５ … （３’）

条件式（４）はレンズ系の全厚に関するものである。条件式（４）の下限を下回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。条件式（４）の上限を上回ると、レンズ系の光軸方向の長さが長くなり、レンズ系全体が大型化してしまう。

上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式（４）に代えて下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
１．５≦Ｄ／ｆ≦３．０ … （４’）

条件式（５）は第２レンズＬ２の拡大側の面および縮小側の面のパワーバランスに関するものである。条件式（５）の下限を下回っても、上限を上回っても、像面湾曲を良好に補正することやレンズ系全体をコンパクトに構成することが困難となる。

上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式（５）に代えて下記条件式（５’）を満足することがより好ましい。
０．３≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５’）

条件式（６）は全系に対する第２レンズＬ２のパワー比に関するものである。条件式（６）の下限を下回ると、球面収差の良好な補正や、バックフォーカスの確保が困難となる。条件式（６）の上限を上回ると、第１レンズＬ１や第２レンズＬ２等の拡大側のレンズの径が大きくなり、小型化・軽量化に反する。

上記事情から、より良好な収差補正およびより小型化・軽量化のためには、条件式（６）に代えて下記条件式（６’）を満足することがより好ましい。
１．１≦ｆ２／ｆ≦２．０ … （６’）

条件式（７）は第２レンズＬ２の材質の分散特性に関するものである。条件式（７）の上限を上回ると、色収差の良好な補正が困難となる。

なお、上述した好ましい構成は、投写用レンズに要望される事項に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

本実施形態の投写用レンズによれば、６枚という少ないレンズ枚数で小型・軽量に構成しながら、近年要望されている小さなＦナンバー（例えば１．８より小さなＦナンバー）と広角（例えば全画角が４０°以上の広角）、高性能を実現することができる。本実施形態の投写用レンズは、小型・軽量であることから、例えば、手のひらサイズの投写型表示装置に好適に使用可能である。

次に、図２〜図５を参照しながら、本発明の実施形態にかかる投写型表示装置について説明する。図２に示す例は１つのライトバルブで変調を行う単板式の投写型表示装置に関するものであり、図３〜図５に示す例は３つのライトバルブを用いてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各光ごとに変調を行う３板式の投写型表示装置に関するものである。

図２は、本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置１００の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置１００は、光源２０と、照明光学部３０と、ライトバルブとしての反射型液晶表示素子１０１と、偏光分離プリズム１１５と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ１０とを備える。

照明光学部３０は、フライアイレンズ５ａ、５ｂからなる照明光の均一化を図るためのフライアイインテグレータ５と、振動面が直交する２つの直線偏光の一方を他方に揃えて出射する偏光変換素子６と、レンズ７ａ、７ｂからなる集光レンズ７を備える。

光源２０からの光は、フライアイインテグレータ５を経た後、偏光変換素子６に入射する。光の振動面は偏光変換素子６により所定方向の直線偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）に変換される。その後、光は集光レンズ７によりコリメートされて偏光分離プリズム１１５に入射し、偏光分離プリズム１１５内部の反射面で反射された後、反射型液晶表示素子１０１に入射して光変調され、偏光分離プリズム１１５を透過した後、投写用レンズ１０に入射する。投写用レンズ１０は、反射型液晶表示素子１０１により光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。

なお、図２では投写用レンズ１０として、図１に示した構成例を用いているが、本発明の実施形態にかかる投写用レンズであれば別の構成例を用いることも可能である。また、以下に述べる実施形態の投写型表示装置２００〜４００で用いられる投写用レンズも図１に示す構成例に限定されず、本発明の実施形態にかかる投写用レンズであれば使用可能である。

図３は、本発明の別の実施形態にかかる投写型表示装置２００の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置２００は、光源２０と、照明光学部３０と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型液晶表示素子２０１ａ〜２０１ｃ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２１４と、偏光分離プリズム２１５ａ〜２１５ｃと、光路偏向のための全反射ミラー１６と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ１０とを備えている。なお、図３では照明光学部３０と投写用レンズ１０は概略的に図示されている。

投写型表示装置２００では、光源２０からの白色光は照明光学部３０を経た後、ダイクロイックミラー１２、１３により３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム２１５ａ〜２１５ｃを経て、各色光光束それぞれ対応する反射型液晶表示素子２０１ａ〜２０１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム２１４により色合成された後、投写用レンズ１０に入射する。投写用レンズ１０は、反射型液晶表示素子２０１ａ〜２０１ｃにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。

図４は、本発明のまた別の実施形態にかかる投写型表示装置３００の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置３００は、光源２０と、照明光学部３０と、各色光に対応したライトバルブとしてのＤＭＤ素子３０１ａ〜３０１ｃと、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム３１７ａ〜３１７ｃと、照明光と投写光を分離するＴＩＲプリズム３１５と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ１０とを備えている。なお、図４では照明光学部３０と投写用レンズ１０は概略的に図示されている。

投写型表示装置３００では、光源２０からの白色光は照明光学部３０を経由して、ＴＩＲプリズム３１５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム３１７ａ〜３１７ｃにより３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子３０１ａ〜３０１ｃに入射して光変調され、再びＴＩＲプリズム３１７ａ〜３１７ｃを逆向きに進行して色合成された後、ＴＩＲプリズム３１５を透過して、投写用レンズ１０に入射する。投写用レンズ１０は、ＤＭＤ素子３０１ａ〜３０１ｃにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。

図５は、本発明のさらにまた別の実施形態にかかる投写型表示装置４００の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置４００は、光源２０と、照明光学部３０と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型液晶表示素子４０１ａ〜４０１ｃ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４１４と、コンデンサレンズ４１８ａ〜４１８ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１６ａ〜１６ｃと、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ１０とを備えている。なお、図５では照明光学部３０と投写用レンズ１０は概略的に図示されている。

投写型表示装置４００では、光源２０からの白色光は照明光学部３０を経由して、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれコンデンサレンズ４１８ａ〜４１８ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型液晶表示素子４０１ａ〜４０１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム４１４により色合成された後、投写用レンズ１０に入射する。投写用レンズ１０は、透過型液晶表示素子４０１ａ〜４０１ｃにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。

次に、本発明の投写用レンズの具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
実施例１の投写用レンズのレンズ構成図は図１に示したものである。図１に関する主な説明は上述しているため、ここでは重複説明を一部省略する。

実施例１の投写用レンズの概略構成は以下のようになっている。実施例１の投写用レンズは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズよりなる第２レンズＬ２と、両凹レンズよりなる第３レンズＬ３と、両凸レンズよりなる第４レンズＬ４と、両凸レンズよりなる第５レンズＬ５と、近軸領域で両凸形状の第６レンズＬ６の６枚のレンズが配列されてなる６枚構成であり、縮小側がテレセントリックとなるように構成されている。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は接合されている。第１レンズＬ１の両側の面と第６レンズの両側の面は非球面である。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間には絞り３が配置されている。

実施例１の投写用レンズの詳細構成として、実施例１の基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表１、表２に示す。拡大側から順に、スクリーン（不図示）、投写用レンズ、光学部材２が配された系を想定して、基本レンズデータのＳｉの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を０番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付したときのｉ番目（ｉ＝０、１、２、３、…）の面番号を示している。すなわち、面番号が０の面はスクリーン、面番号が１の面は第１レンズＬ１の拡大側の面となる。なお、基本レンズデータには絞り３も含めて示している。スクリーンと絞り３の面番号の欄には面番号とともにそれぞれ（ＳＣＲ）、（Ｓｔ）という語句を記入している。

基本レンズデータのＲｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示している。曲率半径の符号は、面形状が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。図１に示すＲ１〜Ｒ１４は基本レンズデータのＲｉに対応している。基本レンズデータのＤｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄には最も拡大側の構成要素を１番目として縮小側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、Ｄ０に相当する欄の数値は、投写距離である。

基本レンズデータの面番号に＊印が付いた面は非球面であり、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示している。表２に、各非球面の非球面係数を示す。表２の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１０）

なお、表１、表２に示す数値は、全系の焦点距離が１となるように規格化されたものである。また、各表の数値は、所定の桁でまるめたものである。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）にそれぞれ、実施例１の投写用レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｄ）の各収差図は、ｄ線を基準としたものであるが、球面収差図では、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差も示しており、倍率色収差図では、Ｆ線、Ｃ線に関する収差を示している。また、非点収差図ではサジタル方向、タンジェンシャル方向それぞれに関する収差を実線、破線で示している。球面収差図に記載しているＦＮｏ．はＦナンバー、その他の収差図に記載しているωは半画角を意味する。なお、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示す収差図は、表１に記載されている投写距離のときのものである。

上述した実施例１に関する図示方法、各表中の記号、意味、記載方法、全系の焦点距離が１となるように規格化されたものである点等は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様である。

＜実施例２＞
図７に、実施例２の投写用レンズのレンズ構成を示す。実施例２の投写用レンズの概略構成は、実施例１のものと同様であるが、実施例１の光学部材２に代わり、実施例２では光学部材２ａ、２ｂを用いている。実施例２の投写用レンズの基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表３、表４に示す。実施例２の投写用レンズの各収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に示す。

＜実施例３＞
図９に、実施例３の投写用レンズのレンズ構成を示す。実施例３の投写用レンズの概略構成は、実施例２のものと略同様の構成とされているが、第１レンズＬ１が近軸領域で両凹形状である点、第６レンズＬ６が縮小側に平面を向けた平凸レンズである点、第６レンズＬ６は非球面を有しない点において相違している。実施例３の投写用レンズの基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表５、表６に示す。実施例３の投写用レンズの各収差図を図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）に示す。

表７に、上記実施例１〜３の上記各条件式（１）〜（７）の対応値を示す。表７に示す値はｄ線に対するものである。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

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、例えば、用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

Claims (15)

1. 拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第２レンズと、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズとから構成される実質的に６枚のレンズからなり、
   縮小側がテレセントリックであり、
   下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする投写用レンズ。
   −３．０≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．４ … （１）
   −２．０≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．２ … （２）
   ただし、
   Ｐ４：前記第２レンズの縮小側の面のパワー
   Ｐ５：前記第３レンズの拡大側の面のパワー
   ｆ：全系の焦点距離
2. 下記条件式（１’）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。
   −２．５≦１／（Ｐ４×ｆ）≦−０．６ … （１’）
3. 下記条件式（２’）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≦１／（Ｐ５×ｆ）≦−０．３ … （２’）
4. 下記条件式（３）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。
   ０．５≦Ｂｆ／ｆ≦２．０ … （３）
   ただし、
   Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算距離）
5. 下記条件式（４）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。
   １．０≦Ｄ／ｆ≦３．５ … （４）
   ただし、
   Ｄ：前記第１レンズの拡大側のレンズ面から前記第６レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
6. 下記条件式（３’）を満足することを特徴とする請求項４記載の投写用レンズ。
   ０．５≦Ｂｆ／ｆ≦１．５ … （３’）
7. 下記条件式（４’）を満足することを特徴とする請求項５記載の投写用レンズ。
   １．５≦Ｄ／ｆ≦３．０ … （４’）
8. 下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の投写用レンズ。
   ０．２≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５）
   ただし、
   Ｒ３：前記第２レンズの拡大側の面の曲率半径
   Ｒ４：前記第２レンズの縮小側の面の曲率半径
9. 下記条件式（５’）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。
   ０．３≦Ｒ３／Ｒ４≦０．９ … （５’）
10. 下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の投写用レンズ。
    １．０≦ｆ２／ｆ≦２．５ … （６）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
11. 下記条件式（６’）を満足することを特徴とする請求項１０記載の投写用レンズ。
    １．１≦ｆ２／ｆ≦２．０ … （６’）
12. 前記第３レンズと前記第４レンズとが接合されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の投写用レンズ。
13. 下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の投写用レンズ。
    νｄ２≦３０ … （７）
    ただし、
    νｄ２：前記第２レンズのｄ線に対するアッベ数
14. 前記第１レンズおよび前記第６レンズが有するレンズ面のうち少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の投写用レンズ。
15. 光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用レンズとしての請求項１から１４のいずれか１項記載の投写用レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。

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