(57)【要約】【課題】投写用レンズにおいて、コストの抑制、コンパクトな構成、広角、諸収差の良好な補正、良好な投写性能を実現する。【解決手段】縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写する投写用レンズであって、所定の条件式を満足する正の屈折力を有する非球面レンズＬＡを含み、全系のバックフォーカスをＢｆとし、全系の焦点距離をｆとし、縮小側の最大有効像円直径をＩｍφとし、縮小側共役位置から縮小側瞳位置までの距離をｄｅｘｐとしたとき、条件式（６）：Ｂｆ／ｆ＞２、（７）：０．５＜｜Ｉｍφ／ｄｅｘｐ｜＜１を満足する。【選択図】図１
2014206612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写する投写用レンズであって、
下記条件式（１）〜（５）を同時に満足する正の屈折力を有する非球面レンズを含み、
下記条件式（６）、（７）を満足する投写用レンズ。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．８  …  （１）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．８  …  （２）
０＜（Ｘｒ（ｙ）−Ｘｆ（ｙ））／ｆ  …  （３）
ＮｄＡ＜１．６５  …  （４）
５０＜νｄＡ＜６２  …  （５）
Ｂｆ／ｆ＞２  …  （６）
０．５＜｜Ｉｍφ／ｄｅｘｐ｜＜１  …  （７）
ただし、
ｈｆａは、前記非球面レンズの拡大側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｆｂは、前記非球面レンズの拡大側の面における最大画角の主光線の高さ、
ｈｒａは、前記非球面レンズの縮小側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｒｂは、前記非球面レンズの縮小側の面における最大画角の主光線の高さ、
Ｘｆ（ｙ）は、前記非球面レンズの拡大側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
Ｘｒ（ｙ）は、前記非球面レンズの縮小側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
ＮｄＡは、前記非球面レンズのｄ線の屈折率、
νｄＡは、前記非球面レンズのｄ線基準のアッベ数、
Ｂｆは、縮小側をバック側としたときの全系のバックフォーカス、
ｆは、全系の焦点距離、
Ｉｍφは、縮小側の最大有効像円直径、
ｄｅｘｐは、縮小側共役位置から縮小側瞳位置までの距離
であり、ここで、
ｙは、光軸からの高さであり、ｈｆａとｈｒａのうち小さい方を１としたとき、０．５≦ｙ≦１の範囲の任意の値であり、
Ｘｆ（ｙ）、Ｘｒ（ｙ）の符号は、前記非球面レンズの各面が各々の近軸球面より縮小側にある場合を正、拡大側にある場合を負とする。
【請求項２】
隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとしたとき、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より縮小側の非球面レンズは、前記条件式（１）〜（５）を満足する１つの前記非球面レンズのみである請求項１記載の投写用レンズ。
【請求項３】
下記条件式（８）を満足する請求項１または２記載の投写用レンズ。
１＜ｆＡ／ｆ＜５  …  （８）
ただし、
ｆＡは、前記非球面レンズの焦点距離
である。
【請求項４】
下記条件式（９）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の投写用レンズ。
αＡ＜１０×１０−６  …  （９）
ただし、
αＡは、前記非球面レンズの２０℃での線膨張係数（単位はＫ−１）
である。
【請求項５】
下記条件式（４’）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の投写用レンズ。
ＮｄＡ＜１．６０  …  （４’）
【請求項６】
下記条件式（５’）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の投写用レンズ。
５５＜νｄＡ＜６２  …  （５’）
【請求項７】
下記条件式（８’）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の投写用レンズ。
２＜ｆＡ／ｆ＜３．５  …  （８’）
ただし、
ｆＡは、前記非球面レンズの焦点距離
である。
【請求項８】
下記条件式（１’）、（２’）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の投写用レンズ。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．５  …  （１’）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．５  …  （２’）
【請求項９】
下記条件式（１０）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の投写用レンズ。
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．０  …  （１０）
ただし、
ωは、半画角、
Ｌは、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の長さ
である。
【請求項１０】
下記条件式（１０’）を満足する請求項９記載の投写用レンズ。
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．２  …  （１０’）
【請求項１１】
最も拡大側にプラスチック非球面レンズが配置されており、下記条件式（１１）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載の投写用レンズ。
｜ｆ／ｆｐａ｜＜０．１  …  （１１）
ただし、
ｆｐａは、最も拡大側の前記プラスチック非球面レンズの焦点距離
である。
【請求項１２】
隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとし、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より縮小側の全レンズから実質的に構成されるレンズ群を後群としたとき、下記条件式（１２）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載の投写用レンズ。
４＜ｆＧＲ／ｆ＜６  …  （１２）
ただし、
ｆＧＲは、前記後群の焦点距離
である。
【請求項１３】
隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとし、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より拡大側の全レンズから実質的に構成されるレンズ群を前群としたとき、前記前群が、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有する請求項１から１２のいずれか１項記載の投写用レンズ。
【請求項１４】
前記前群が、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズとを有する請求項１３記載の投写用レンズ。
【請求項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記載の投写用レンズとを備える投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ライトバルブにより形成される原画像をスクリーン上に拡大投写するのに好適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。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置に代えて、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）表示装置をライトバルブとして用いた投影プロジェクタ装置（投写型表示装置）が利用されるようになってきている。ＤＭＤ表示装置は液晶表示装置と異なり、照射光を偏光する必要がないので光量の損失が少なく、階調表現の正確性という点で優れている。投写型表示装置においては、ＤＭＤは、入力されたビデオ信号に応じ、約１０度以上の範囲で傾きを変えることができる高反射率の矩形状の微小な鏡を用いて、光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させてその映像の投影を可能としている。これは、例えば基板上に数百万個以上の鏡を縦横に配列し、全て独立してデジタル制御することによりなされるもので、各鏡が各々映像中の１画素に対応することとなる。
【０００３】
ＤＭＤをライトバルブとして用いた投写型表示装置に適用可能な投写用レンズとして、例えば、下記特許文献１、２に記載のものが提案されている。下記特許文献１には、最も拡大側のレンズおよび拡大側から３番目のレンズにプラスチック非球面レンズを用いた１０枚または１１枚構成の投写用レンズが記載されている。下記特許文献２には、最も拡大側にプラスチック非球面レンズを配置した１４枚構成の投写用レンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２０８７５号公報
【特許文献２】特許第４６８３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＤＭＤ表示装置が上述した利点を有することから、ＤＭＤ表示装置を用いた投写型表示装置では、ＤＭＤ表示装置に応じた鮮明かつ高精度な画像を投写可能なように良好な光学特性を有する投写用レンズが要求される。また、投写用レンズには、狭い室内でより短い投写距離で大画面の投写を可能とするために、広角化も要望されている。広角の投写用レンズは画角の小さなものに比べ、投写距離の変化に対する画面サイズの変化が大きいので、スクリーンに対する装置の設置距離を少し変化させるだけで、画面サイズの調整が可能となるという利点もある。上記要望に加え、近年ではモバイル用途の需要の拡大、投写型表示装置の低価格化等に応じて、コンパクトな構成で低コストであることも求められる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の投写用レンズは、軸上色収差、非点収差等の諸収差の補正が十分とは言えない。特許文献２に記載の投写用レンズは、近年の要望に応えるためにはさらなる広角化が望まれる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、コストを抑えつつコンパクトな構成を維持しながら、広角化が図られて、諸収差が良好に補正され、良好な投写性能を実現可能な投写用レンズおよびこのような投写用レンズを備え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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の投写用レンズは、縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写する投写用レンズであって、下記条件式（１）〜（５）を同時に満足する正の屈折力を有する非球面レンズを含み、下記条件式（６）、（７）を満足するものである。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．８  …  （１）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．８  …  （２）
０＜（Ｘｒ（ｙ）−Ｘｆ（ｙ））／ｆ  …  （３）
ＮｄＡ＜１．６５  …  （４）
５０＜νｄＡ＜６２  …  （５）
Ｂｆ／ｆ＞２  …  （６）
０．５＜｜Ｉｍφ／ｄｅｘｐ｜＜１  …  （７）
ただし、
ｈｆａは、非球面レンズの拡大側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｆｂは、非球面レンズの拡大側の面における最大画角の主光線の高さ、
ｈｒａは、非球面レンズの縮小側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｒｂは、非球面レンズの縮小側の面における最大画角の主光線の高さ、
Ｘｆ（ｙ）は、非球面レンズの拡大側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
Ｘｒ（ｙ）は、非球面レンズの縮小側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
ＮｄＡは、非球面レンズのｄ線の屈折率、
νｄＡは、非球面レンズのｄ線基準のアッベ数、
Ｂｆは、縮小側をバック側としたときの全系のバックフォーカス、
ｆは、全系の焦点距離、
Ｉｍφは、縮小側の最大有効像円直径、
ｄｅｘｐは、縮小側共役位置から縮小側瞳位置までの距離
であり、ここで、
ｙは、光軸からの高さであり、ｈｆａとｈｒａのうち小さい方を１としたとき、０．５≦ｙ≦１の範囲の任意の値であり、
Ｘｆ（ｙ）、Ｘｒ（ｙ）の符号は、非球面レンズの各面が各々の近軸球面より縮小側にある場合を正、拡大側にある場合を負とする。
【０００９】
本発明の投写用レンズにおいては、隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとしたとき、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より縮小側の非球面レンズは、条件式（１）〜（５）を満足する１つの非球面レンズのみであることが好ましい。
【００１０】
本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
１＜ｆＡ／ｆ＜５  …  （８）
ただし、
ｆＡは、非球面レンズの焦点距離
である。
【００１１】
本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（９）を満足することが好ましい。
αＡ＜１０×１０−６  …  （９）
ただし、
αＡは、非球面レンズの２０℃での線膨張係数（単位はＫ−１）
である。
【００１２】
本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．０  …  （１０）
ただし、
ωは、半画角、
Ｌは、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の長さ
である。
【００１３】
本発明の投写用レンズにおいては、最も拡大側にプラスチック非球面レンズが配置されており、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。
｜ｆ／ｆｐａ｜＜０．１  …  （１１）
ただし、
ｆｐａは、最も拡大側のプラスチック非球面レンズの焦点距離
である。
【００１４】
本発明の投写用レンズにおいては、隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとし、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より縮小側の全レンズから実質的に構成されるレンズ群を後群としたとき、下記条件式（１２）を満足することが好ましい。
４＜ｆＧＲ／ｆ＜６  …  （１２）
ただし、
ｆＧＲは、後群の焦点距離
である。
【００１５】
本発明の投写用レンズにおいては、上記条件式（１）、（２）、（４）、（５）、（８）、（１０）それぞれに代えて下記条件式（１’）、（２’）、（４’）、（５’）、（８’）、（１０’）を満足することがより好ましい。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．５  …  （１’）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．５  …  （２’）
ＮｄＡ＜１．６０  …  （４’）
５５＜νｄＡ＜６２  …  （５’）
２＜ｆＡ／ｆ＜３．５  …  （８’）
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．２  …  （１０’）
【００１６】
本発明の投写用レンズにおいては、隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとし、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔より拡大側の全レンズから実質的に構成されるレンズ群を前群としたとき、前群が、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有することが好ましい。より詳しくは、前群は、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズとを有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係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上述した本発明の投写用レンズとを備えるものである。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、上記「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
【００２０】
なお、上記「〜から実質的に構成される」の「実質的に」とは、規定されたレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等のレンズ以外の光学要素を含んでもよいことを意図するものである。
【００２１】
なお、上記レンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る投写用レンズは、バックフォーカスや瞳位置に関する所定の条件式を満足するように構成し、かつ、所定の条件式を満足する正の屈折力を有する非球面レンズを含むように構成しているため、コストを抑えつつコンパクトな構成を維持しながら、広角化、諸収差の良好な補正、良好な投写性能を実現することができる。
【００２３】
また、本発明に係る投写型表示装置は、本発明の投写用レンズを備えているため、小型に構成可能で、広角かつ良好な投写像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図２】本発明の実施例２に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図３】本発明の実施例３に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図４】本発明の実施例４に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図５】本発明の実施例５に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図６】本発明の実施例６に係る投写用レンズのレンズ構成および光線軌跡を示す断面図
【図７】図１の投写用レンズの部分拡大図
【図８】Ｘｒ（ｙ）を説明するための図
【図９】本発明の実施例１に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１０】本発明の実施例２に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１１】本発明の実施例３に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１２】本発明の実施例４に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１３】本発明の実施例５に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１４】本発明の実施例６に係る投写用レンズの収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図
【図１５】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
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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〜図６に、本発明の実施形態にかかる投写用レンズの構成例の断面図を示す。図１〜図６に示す構成例は、それぞれ後述の実施例１〜６の投写用レンズに対応している。これらの投写用レンズは、縮小側共役位置に表示された画像情報を拡大側共役位置へ投写するものである。図１５に、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を示す。
【００２６】
まず、図１５を参照しながら、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図１５に示す投写型表示装置１００は、光源１０１と、照明光学系１０２と、ライトバルブとしてのＤＭＤ１０３と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ１０４とを備えている。
【００２７】
ＤＭＤには多数の角度可変のマイクロミラーが配列されており、投写型表示装置においては、各マイクロミラーの角度を変化させて照明光学系を介して入射された光の反射方向を変化させることにより各画素のＯＮ、ＯＦＦの切り換えを行い、全体の投写画像を形成する。
【００２８】
光源１０１より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、３原色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸Ｚ１と垂直な断面における光量分布の均一化が図られた後、ＤＭＤ１０３に入射する。ＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われる。ＤＭＤ１０３により光変調された光は、投写用レンズ１０４に入射する。投写用レンズ１０４により、この光変調された光による光学像がスクリーン１０５上に投写される。この例では、ＤＭＤ１０３の位置が縮小側共役位置、スクリーン１０５の位置が拡大側共役位置に対応する。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る投写用レンズの構成について詳細に説明する。図１〜図６に示す例の基本的な構成は同様であり、図１〜図６の図示方法も同様であるため、以下では主に図１に示す構成例を例にとり説明する。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。また、図１では、投写距離が１５０のときの軸上光束４、最大画角の光束５も図示している。図２〜図６の軸上光束４、最大画角の光束５は後述の実施例のデータに示す投写距離のときのものである。
【００３０】
なお、図１では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。
【００３１】
この投写用レンズは、隣り合うレンズの光軸上の間隔をｄｉとし、全系の焦点距離をｆとしたとき、ｄｉ／ｆ＞０．８となる最も縮小側の間隔を境として、この間隔より拡大側の全レンズからなる前群ＧＦと、この間隔より縮小側の全レンズからなる後群ＧＲとから構成されている。
【００３２】
例えば、図１に示す例では、全系は拡大側から順に配置されたレンズＬ１〜Ｌ１２の１２枚のレンズからなり、前群ＧＦはレンズＬ１〜Ｌ５からなり、後群ＧＲはレンズＬ６〜Ｌ１２からなる。ただし、本発明の投写用レンズの全系を構成するレンズ枚数や、前群ＧＦ、後群ＧＲを構成するレンズ枚数は必ずしも図１に示す例に限定されない。
【００３３】
前群ＧＦは、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有することが好ましく、このようにした場合は、適切な長さのバックフォーカスを確保しながら、広角の構成とするのに有利となる。
【００３４】
図１５に例示したように、反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置では、折り曲げた形状の光路となるため、各部材が干渉しないように、また光路を妨げないように考慮する必要がある。図１５に示す例では例えば、照明光学系１０２と投写用レンズ１０４が干渉しないように、また、照明光学系１０２からＤＭＤ１０３に向かう照明光を投写用レンズ１０４が遮光しないように考慮する必要がある。さらには、ＯＦＦに切り替えられているＤＭＤ１０３の画素からの不要な反射光が、投写用レンズ１０４内に入射しないように考慮する必要がある。そのためには適切な長さのバックフォーカスを確保することが必要である。
【００３５】
前群ＧＦは、より詳しくは、拡大側から順に、プラスチック非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズとを有することが好ましく、このようにした場合は、適切な長さのバックフォーカスを確保しながら、広角の構成とするのにより有利となり、さらに像面湾曲の良好な補正に有利となる。
【００３６】
この投写用レンズは、近軸領域で正の屈折力を有し、かつ下記条件式（１）〜（５）を同時に満足する非球面レンズＬＡを含む。他の非球面レンズと区別するため、実施形態に関する以下の説明では、下記条件式（１）〜（５）を同時に満足する非球面レンズを非球面レンズＬＡと称する。また、この投写用レンズは、下記条件式（６）、（７）を満足する。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．８  …  （１）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．８  …  （２）
０＜（Ｘｒ（ｙ）−Ｘｆ（ｙ））／ｆ  …  （３）
ＮｄＡ＜１．６５  …  （４）
５０＜νｄＡ＜６２  …  （５）
Ｂｆ／ｆ＞２  …  （６）
０．５＜｜Ｉｍφ／ｄｅｘｐ｜＜１  …  （７）
ただし、
ｈｆａは、非球面レンズＬＡの拡大側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｆｂは、非球面レンズＬＡの拡大側の面における最大画角の主光線の高さ、
ｈｒａは、非球面レンズＬＡの縮小側の面における軸上光線の最大高さ、
ｈｒｂは、非球面レンズＬＡの縮小側の面における最大画角の主光線の高さ、
Ｘｆ（ｙ）は、非球面レンズＬＡの拡大側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
Ｘｒ（ｙ）は、非球面レンズＬＡの縮小側の面とその近軸球面との高さｙにおける光軸方向の差、
ＮｄＡは、非球面レンズＬＡのｄ線の屈折率、
νｄＡは、非球面レンズＬＡのｄ線基準のアッベ数、
Ｂｆは、縮小側をバック側としたときの全系のバックフォーカス、
ｆは、全系の焦点距離、
Ｉｍφは、縮小側の最大有効像円直径、
ｄｅｘｐは、縮小側共役位置から縮小側瞳位置までの距離
であり、ここで、
ｙは、光軸からの高さであり、ｈｆａとｈｒａのうち小さい方を１としたとき、０．５≦ｙ≦１の範囲の任意の値であり、
Ｘｆ（ｙ）、Ｘｒ（ｙ）の符号は、非球面レンズＬＡの各面が各々の近軸球面より縮小側にある場合を正、拡大側にある場合を負とする。
【００３７】
図１に示す例では、レンズＬ１０が非球面レンズＬＡに対応する。図７に、図１に示す例のレンズＬ１０（非球面レンズＬＡ）から画像表示面１までの部分拡大図を示し、ｈｆａ、ｈｆｂ、ｈｒａ、ｈｒｂを例示する。なお、図７ではレンズＬ９の図示を省略している。
【００３８】
上記条件式に関する光線の高さとは、光軸Ｚの上側、下側に関わらず、光軸からの距離とする。また、ここでは、画像表示面１に入射する最大画角の上側最大光線５ｕと最大画角の下側最大光線５ｓとがなす角θの二等分角線となる光線を最大画角の主光線５ｃとする。最大画角の主光線５ｃが画像表示面１と交差する線を延長し、この線が光軸Ｚと交わる位置を縮小側瞳位置ｅｘｐとする。
【００３９】
条件式（３）を満足するとは、０．５≦ｙ≦１の範囲の全てのｙについて条件式（３）を満足することをいう。例えば図１に示す例では、ｈｆａ＞ｈｒａであり、非球面レンズＬＡは０．５×ｈｒａ以上かつｈｒａ以下の範囲の全ての高さについて条件式（３）を満足する。
【００４０】
図８はＸｒ（ｙ）を説明するための概念図である。Ｘｒ（ｙ）は、非球面レンズＬＡの縮小側の面ＳＡとその近軸球面ＰＳとの高さｙにおける光軸方向の差である。ここで、縮小側の面ＳＡの近軸球面ＰＳとは、面ＳＡと光軸Ｚとの交点を通り、面ＳＡの近軸曲率半径ＰＲを半径とする球面である。Ｘｆ（ｙ）については、拡大側の面について同様に考えることができる。
【００４１】
条件式（１）、（２）は、非球面レンズＬＡを投写用レンズ中の適切な位置に配置するための式である。本発明の目的とするコンパクトな構成で広角化が図られた投写用レンズでは、条件式（１）、（２）を満足するレンズの位置はある範囲内に限られる。例えば図１〜図６に示す例では、非球面レンズＬＡは後群ＧＲ内に配置されており、縮小側から３番目または４番目の位置に配置されている。条件式（１）、（２）の上限以上とならないような位置に非球面レンズＬＡを配置することで、球面収差や非点収差を適切に補正することが容易となる。
【００４２】
上記効果をより高めるために、下記条件式（１’）、（２’）の少なくともいずれか一方を満足することが好ましい。
｜ｈｆｂ／ｈｆａ｜＜０．５  …  （１’）
｜ｈｒｂ／ｈｒａ｜＜０．５  …  （２’）
【００４３】
なお、複数枚の非球面レンズが近い位置に配置されていると、組立時の公差が小さくなりコストアップの要因となる、また非球面の数が少ないほど低コストに製作できる等の事情から、条件式（１）〜（５）を同時に満足する非球面レンズＬＡは、後群ＧＲに１つのみ存在し、この非球面レンズＬＡが後群ＧＲに含まれる唯一の非球面レンズであることが好ましい。
【００４４】
条件式（３）は、非球面レンズＬＡの非球面形状に関する式である。条件式（３）の下限以下とならないように構成することで、非点収差と像面湾曲を効果的に補正することが容易になる。さらに、非点収差と像面湾曲の補正が容易になるため、条件式（３）を満足しない場合に比してより少ないレンズ枚数で広角化が可能となり、例えば全画角１１０°以上の広角化とコンパクトな構成の両方を実現することが可能になる。
【００４５】
条件式（４）は非球面レンズＬＡの屈折率の好適な範囲に関する式である。条件式（４）の上限以上とならないように正の屈折力を有する非球面レンズＬＡの材質を選択することで、広角化の際に絶対値の大きなマイナスの値となりやすいペッツバール和を０に近づけることが容易となる。また、条件式（４）の上限以上とならないように非球面レンズＬＡの材質を選択することで、コストの抑制を図ることもできる。
【００４６】
上記効果をより高めるために、下記条件式（４’）を満足することが好ましい。
ＮｄＡ＜１．６０  …  （４’）
【００４７】
条件式（５）は非球面レンズＬＡのアッベ数の好適な範囲に関する式である。条件式（５）の範囲内となるように正の屈折力を有する非球面レンズＬＡの材質を選択することで、広角の光学系、特に超広角の光学系において色収差補正のバランスをとることが容易となり、軸上色収差の補正に有利となる。
【００４８】
上記効果をより高めるために、下記条件式（５’）を満足することが好ましい。
５５＜νｄＡ＜６２  …  （５’）
【００４９】
条件式（６）、（７）は投写用レンズ全系に関する条件式である。条件式（６）の下限以下とならないように構成することで、適切なバックフォーカスを確保することができる。前群ＧＦの好ましい構成の説明で述べたように、適切なバックフォーカスを確保することで、照明光学系１０２と投写用レンズが干渉したり、照明光学系１０２から照射される照明光を投写用レンズが遮光したり、ＯＦＦに切り替えられているＤＭＤの画素からの不要な反射光が投写用レンズ１０４内に入射したりする不具合を回避することができる。
【００５０】
また、条件式（７）を満足することで、縮小側が非テレセントリックの光学系を構成可能となる。反射型ライトバルブであるＤＭＤと併用される投写用レンズには、縮小側を必ずしもテレセントリックにする必要がない。上述したように、投写型表示装置において、各部材が干渉しないように、また光路を妨げないようにするためには、適切な長さのバックフォーカスが必要であるが、投写用レンズの縮小側のレンズ径を小さくすることも望まれる。仮に投写用レンズの縮小側をテレセントリックとした場合、周辺光量や明るさを確保しながらバックフォーカスを長くしようとすると、縮小側のレンズ径は大きくなってしまうが、縮小側が非テレセントリックの光学系とすることで、縮小側のレンズ径を小さくしながら、長いバックフォーカスを確保することが容易になる。
【００５１】
条件式（７）の下限以下とならないように構成することで、縮小側のレンズ径を小さくし、照明光学系１０２と投写用レンズが干渉したり、照明光学系１０２から照射される照明光を投写用レンズが遮光したり、ＯＦＦに切り替えられているＤＭＤの画素からの不要な反射光が投写用レンズ１０４内に入射したりする不具合を回避することができる。条件式（７）の上限以上とならないように構成することで、拡大側のレンズの径が大きくなるのを抑制できる。
【００５２】
また、この投写用レンズは、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
１＜ｆＡ／ｆ＜５  …  （８）
ただし、
ｆＡは、非球面レンズＬＡの焦点距離、
ｆは、全系の焦点距離
である。
【００５３】
条件式（８）の下限以下とならないように非球面レンズＬＡの屈折力を抑えることで、非点収差の良好な補正が容易となる。条件式（８）の上限以上とならないように非球面レンズＬＡの屈折力を確保することで、球面収差の良好な補正が容易となる。
【００５４】
上記効果をより高めるために、下記条件式（８’）を満足することがより好ましい。
２＜ｆＡ／ｆ＜３．５  …  （８’）
【００５５】
また、この投写用レンズは、下記条件式（９）を満足することが好ましい。
αＡ＜１０×１０−６  …  （９）
ただし、
αＡは、非球面レンズＬＡの２０℃での線膨張係数（単位はＫ−１）
である。
【００５６】
非球面レンズＬＡは条件式（１）、（２）を満足する位置に配置されており、このような位置では光線密度が高く、投写型表示装置に搭載されて使用された際に温度が上昇しやすい。温度変化によりピント位置や性能が変化するが、条件式（９）の上限以上とならないような材質を選択することで、温度変化による影響をより小さいものとすることができる。
【００５７】
また、この投写用レンズは、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．０  …  （１０）
ただし、
Ｂｆは、縮小側をバック側としたときの全系のバックフォーカス、
Ｉｍφは、縮小側の最大有効像円直径、
ωは、半画角、
ｆは、全系の焦点距離、
Ｌは、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の長さ
である。
【００５８】
条件式（１０）の下限以下とならないように構成することで、コンパクトでありながら適切なバックフォーカスを確保し、さらに広角の光学系を実現することが容易となる。
【００５９】
上記効果をより高めるために、下記条件式（１０’）を満足することがより好ましい。
Ｂｆ×Ｉｍφ×ｔａｎ（ω）／（ｆ×Ｌ）＞１．２  …  （１０’）
【００６０】
また、この投写用レンズは、最も拡大側にプラスチック非球面レンズが配置されており、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。
｜ｆ／ｆｐａ｜＜０．１  …  （１１）
ただし、
ｆは、全系の焦点距離、
ｆｐａは、最も拡大側のプラスチック非球面レンズの焦点距離
である。
【００６１】
図１に示す例では、レンズＬ１が最も拡大側のプラスチック非球面レンズＬｐａに対応する。最も拡大側に非球面レンズを配置することで、広角化の際に問題となりやすい歪曲収差等の諸収差の補正に有利となる。なお、広角の投写光学系では最も拡大側のレンズは径が大きくなるため、低コスト化・軽量化のためにプラスチックを材質とすることが好ましいが、プラスチックを材質とするレンズは温度変化時のピント位置の変化がガラスレンズに比べ大きくなりやすい。そこで、条件式（１１）の上限以上とならないようにプラスチック非球面レンズＬｐａの屈折力を抑えることで、温度変化時の焦点距離の変化を抑制することができる。
【００６２】
また、この投写用レンズは、下記条件式（１２）を満足することが好ましい。
４＜ｆＧＲ／ｆ＜６  …  （１２）
ただし、
ｆＧＲは、後群の焦点距離、
ｆは、全系の焦点距離
である。
【００６３】
条件式（１２）の下限以下とならないように後群ＧＲの屈折力を抑えることで、球面収差と像面湾曲の良好な補正が容易となる。条件式（１２）の上限以上とならないように後群ＧＲの屈折力を確保することで、拡大側のレンズの径が大きくなるのを抑制できる。
【００６４】
また、本発明の投写用レンズとしては、Ｆナンバーは３．０より小さいことが好ましく、歪曲収差は−２％〜＋２％の範囲内であることが好ましい。投写用レンズが変倍光学系の場合は、全変倍域でＦナンバーは３．０より小さいことが好ましく、歪曲収差は−２％〜＋２％の範囲内であることが好ましい。
【００６５】
また、本発明の投写用レンズとしては、好適な周辺光量比を確保するためには、最大画角の上側最大光線５ｕと最大画角の下側最大光線５ｓとのなす角θが１０°以上であることが好ましい。
【００６６】
また、本発明の投写用レンズにおいては、全系の一部のレンズを移動させることによりフォーカシングを行うように構成してもよい。
【００６７】
なお、上述した好ましい構成は、任意の組合せが可能であり、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。
【００６８】
次に、図１〜図６に示す例のレンズ枚数、レンズ形状等の具体的な構成について説明する。図１〜図６に示す例全て、拡大側から順に、前群ＧＦと、後群ＧＲとからなり、前群ＧＦが有する非球面レンズは最も拡大側に配置されたプラスチック非球面レンズＬｐａの１つのみであり、後群ＧＲが有する非球面レンズは非球面レンズＬＡの１つのみである。
【００６９】
図１に示す例の前群ＧＦは、拡大側から順に、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ３と、両凹形状のレンズＬ４と、両凸形状のレンズＬ５とからなる。後群ＧＲは、拡大側から順に、両凸形状のレンズＬ６および両凹形状のレンズＬ７が接合された接合レンズと、両凸形状のレンズＬ８と、両凹形状のレンズＬ９と、近軸領域で両凸形状のレンズＬ１０と、両凹形状のレンズＬ１１と、両凸形状のレンズＬ１２とからなる。非球面レンズＬＡは、レンズＬ１０に対応する。
【００７０】
図２に示す例は、レンズＬ１が近軸領域で両凹形状である点以外は、図１に示す例と同様である。非球面レンズＬＡは、レンズＬ１０に対応する。
【００７１】
図３に示す例の前群ＧＦは、拡大側から順に、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ３と、両凹形状のレンズＬ４と、縮小側に平面を向けた平凸形状のレンズＬ５と、両凸形状のレンズＬ６とからなる。後群ＧＲは、拡大側から順に、両凸形状のレンズＬ７および両凹形状のレンズＬ８が接合された接合レンズと、両凸形状のレンズＬ９と、両凹形状のレンズＬ１０と、近軸領域で両凸形状のレンズＬ１１と、両凹形状のレンズＬ１２と、両凸形状のレンズＬ１３とからなる。非球面レンズＬＡは、レンズＬ１１に対応する。
【００７２】
図４に示す例の前群ＧＦは、拡大側から順に、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ３と、両凹形状のレンズＬ４と、両凸形状のレンズＬ５と、両凸形状のレンズＬ６とからなる。後群ＧＲは、拡大側から順に、両凹形状のレンズＬ７と、両凸形状のレンズＬ８と、両凸形状のレンズＬ９と、両凹形状のレンズＬ１０と、両凸形状のレンズＬ１１とからなる。非球面レンズＬＡは、レンズＬ８に対応する。
【００７３】
図５に示す例の前群ＧＦは、拡大側から順に、近軸領域で拡大側に凹面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２と、両凹形状のレンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ４および両凸形状のレンズＬ５が接合された接合レンズと、両凸形状のレンズＬ６とからなる。後群ＧＲは、拡大側から順に、両凹形状のレンズＬ７と、両凸形状のレンズＬ８と、両凸形状のレンズＬ９と、両凹形状のレンズＬ１０および両凸形状のレンズＬ１１が接合された接合レンズとからなる。非球面レンズＬＡは、レンズＬ８に対応する。
【００７４】
図６に示す例は、レンズＬ１が近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状である点、レンズＬ４が両凹形状である点以外は図５に示す例と同様である。非球面レンズＬＡは、レンズＬ８に対応する。
【００７５】
次に、図１〜図６に示す例をそれぞれ実施例１〜６として、これら実施例の数値データについて説明する。実施例１の投写用レンズの数値データとして、表１に基本レンズデータを、表２に非球面係数を示す。同様に、実施例２〜６の基本レンズデータ、非球面係数を表３〜表１２に示す。以下のデータの説明では、主に実施例１のものを例にとり説明するが、特に断りがない限り、実施例２〜６のものについても同様である。また、以下に示す表の値は所定の桁でまるめたものである。
【００７６】
表１、表２に示す値は、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。表１に示す値は、枠外上部に記載した投写距離のときのものである。全系の焦点距離、Ｆナンバー等の諸元は後掲の表１３に一括して載せている。
【００７７】
表１のＳｉの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を１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＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、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）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に関するアッベ数を示す。
【００７８】
ただし、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた形状の場合を正とし、像側に凸面を向けた形状の場合を負としている。基本レンズデータには光学部材２も含めて示している。非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。
【００７９】
表２に、実施例１の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ＫＡ、Ａｍの値である。ここで、ｍは３以上の整数であり、とる値は各非球面により異なる。実施例２等の非球面係数の表において該当する非球面係数を有しないものの欄には「−」を記載している。
【００８０】
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ
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
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
【００８１】
【表１】
2014206612.tif 000003
【００８２】
【表２】
2014206612.tif 000004
【００８３】
【表３】
2014206612.tif 000005
【００８４】
【表４】
2014206612.tif 000006
【００８５】
【表５】
2014206612.tif 000007
【００８６】
【表６】
2014206612.tif 000008
【００８７】
【表７】
2014206612.tif 000009
【００８８】
【表８】
2014206612.tif 000010
【００８９】
【表９】
2014206612.tif 000011
【００９０】
【表１０】
2014206612.tif 000012
【００９１】
【表１１】
2014206612.tif 000013
【００９２】
【表１２】
2014206612.tif 000014
【００９３】
表１３に、実施例１〜６それぞれの、諸元、各条件式に関係する値等を示す。表１３のＦＮｏ．はＦナンバー、２ωは全画角であり、θは最大画角の上側最大光線５ｕと最大画角の下側最大光線５ｓとがなす角である。ここでは角度の単位に度を用いている。Ｘｆ（ｙ）、Ｘｒ（ｙ）は代表的にｙ＝０、ｙ＝０．５、ｙ＝１．０の３つの高さについてそれぞれ示している。ｄｅｘｐの符号は、縮小側共役位置より縮小側瞳位置が拡大側にある場合を負としている。
【００９４】
【表１３】
2014206612.tif 000015
【００９５】
表１４に、実施例１〜６それぞれの条件式（１）〜（１２）の対応値を示す。条件式（３）の対応値は、代表的にｙ＝０、ｙ＝０．５、ｙ＝１．０の３つの高さについて示している。
【００９６】
【表１４】
2014206612.tif 000016
【００９７】
図９（Ａ）〜図９（Ｄ）それぞれに実施例１の投写用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図９（Ａ）〜図９（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、Ｆ線（波長波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）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、破線で示しており、線種の説明にそれぞれ（Ｓ）、（Ｔ）という記号を記入して示している。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。また、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）の各収差図は、全系の焦点距離が１となるように規格化されたときのものであり、図中上方に記載された投写距離のときのものである。
【００９８】
同様に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）にそれぞれ実施例２〜６の各収差図を示す。
【００９９】
以上のデータからわかるように、実施例１〜６の投写用レンズは、縮小側が非テレセントリックであり、全画角が約１１０°〜１３０°の範囲にあり広い画角が達成され、Ｆナンバーが２．６以下と小さく、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有しながらも、最も拡大側のレンズ面から最も縮小側のレンズ面までの光軸上の長さや縮小側のレンズ径が小さくコンパクトな構成であり、全系が含む非球面レンズは２枚のみでありコストを抑えた構成となっている。
【０１００】
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、本発明の投写用レンズとしては、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、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数を適宜変更することが可能である。
【０１０１】
また、本発明の投写型表示装置は、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。
【符号の説明】
【０１０２】
１    画像表示面
２    光学部材
４    軸上光束
５    最大画角の光束
５ｕ    上側最大光線
５ｓ    下側最大光線
５ｃ    主光線
１００    投写型表示装置
１０１    光源
１０２    照明光学系
１０３    ＤＭＤ
１０４    投写用レンズ
１０５    スクリーン
ｅｘｐ    縮小側瞳位置
ＧＦ    前群
ＧＲ    後群
Ｌ１〜Ｌ１２    レンズ
ＬＡ    非球面レンズ
Ｌｐａ    プラスチック非球面レンズ
Ｚ、Ｚ１    光軸
【図１】
2014206612.tif 000017
【図２】
2014206612.tif 000018
【図３】
2014206612.tif 000019
【図４】
2014206612.tif 000020
【図５】
2014206612.tif 000021
【図６】
2014206612.tif 000022
【図７】
2014206612.tif 000023
【図８】
2014206612.tif 000024
【図９】
2014206612.tif 000025
【図１０】
2014206612.tif 000026
【図１１】
2014206612.tif 000027
【図１２】
2014206612.tif 000028
【図１３】
2014206612.tif 000029
【図１４】
2014206612.tif 000030
【図１５】
2014206612.tif 000031