(57)【要約】【課題】投写用レンズにおいて、光学性能の低下を抑制しつつ小型化する。【解決手段】第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側に、最も厚いレンズＬ３４を配し、バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、最も厚いレンズの光軸上における厚みをｔｇ、レンズ全長をＬとしたときに、条件式（Ａ）：２．０≦Ｂｆ／ｆ≦４．５、（Ｂ）：０．１５≦ｔｇ／Ｌ≦０．５０、（Ｃ）：８．０≦Ｌ／ｆ≦１７．０を同時に満足するようにする。拡大側から順に、第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群Ｇ２を配置して、縮小側にテレセントリックで、かつ拡大側への投写画角が９０°を越えるように構成する。【選択図】図１
2012073337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、第１レンズ群、正の第２レンズ群を配置してなり、縮小側にテレセントリックで、かつ拡大側への投写画角が９０°を越える広角の投写用レンズであって、
前記第１レンズ群が、該第１レンズ群の最も縮小側に、前記投写用レンズを構成するレンズのうち最も厚いレンズを配したものであり、
以下の条件式（Ａ）〜（Ｃ）を同時に満足するものであることを特徴とする投写用レンズ。
２．０≦Ｂｆ／ｆ≦４．５・・・（Ａ）
０．１５≦ｔｇ／Ｌ≦０．５０・・・（Ｂ）
８．０≦Ｌ／ｆ≦１７．０・・・（Ｃ）
ただし、
Ｂｆ：レンズ全系の空気換算バックフォーカス
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｔｇ：最も厚いレンズの光軸上における厚み
Ｌ：レンズ全長
【請求項２】
以下の条件式（Ｄ）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写用レンズ。
０．５≦ｔｓｇ／Ｌ≦０．８５・・・（Ｄ）
ただし、
ｔｓｇ：投写用レンズを構成する各レンズの光軸上の厚みの総和
【請求項３】
以下の条件式（Ｅ）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。
１．８＜ｆ２／ｆ≦４．５・・・（Ｅ）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
【請求項４】
以下の条件式（Ｆ）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。
Ｆｈ／ｆ≦３．８・・・（Ｆ）
ただし、
Ｆｈ：投写用レンズを構成するレンズのうち最も拡大側のレンズの最大有効半径
【請求項５】
以下の条件式（Ｇ）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。
Ｎ≦９・・・（Ｇ）
ただし、
Ｎ：投写用レンズを構成するレンズの枚数
【請求項６】
前記第１レンズ群を構成するレンズの持つレンズ面のうち、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５のいずれか１項記載の投写用レンズ。
【請求項７】
以下の条件式（Ｈ）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の投写用レンズ。
１．５≦｜ｆｇ/ｆ｜≦１００・・・（Ｈ）
ただし、
ｆｇ：投写用レンズを構成するレンズのうち最も厚いレンズの焦点距離
【請求項８】
前記第１レンズ群が、前記最も厚いレンズの拡大側に２枚の負レンズを配設してなるものであ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。
【請求項９】
前記最も厚いレンズが単レンズであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の投写用レンズ。
【請求項１０】
前記最も厚いレンズが接合レンズであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の投写用レンズ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の投写用レンズを備えた投写型表示装置であって、光源と、該光源から発せられた光束を変調するライトバルブとを備え、
前記ライトバルブで変調された光束を前記投写用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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広角の投写用レンズおよびこの投写用レンズ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、パソコン等から出力される画像データの表す画像をスクリーン上へ投写する投写型表示装置（プロジェクタともいう）が急速に普及している。このようなプロジェクタには、光源から発せられライトバルブで変調された光を投写用レンズに通してスクリーン上へ投写するものが知られている。また、ライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示装置、または角度可変の微小ミラーを配列してなるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が知られている。
【０００３】
また、このようなプロジェクタでは、光源から発せられた光をライトバルブへ導く光学系やライトバルブで変調された光を投写用レンズへ導く光学系を配置するためのスペースが必要となる。そのため、プロジェクタに搭載される投写用レンズは、この投写用レンズとライトバルブとの間にそのようなスペースを設けられるように、大きなバックフォーカスを有している。
【０００４】
例えば、赤色光、緑色光、青色光それぞれを変調する各ライトバルブを有しカラー画像を投写するプロジェクタは、各色の光をライトバルブへ導く光学系、および、ライトバルブで変調された各色の光を１つの投写用レンズへ導く光学系を配置するスペースを、投写用レンズとライトバルブとの間に確保する必要がある。
【０００５】
また、このようなプロジェクタに用いられる投写用レンズとして、スクリーン上へ拡大投写される画像の照度分布や色度分布を良好に保つために、縮小側にテレセントリックな光学系とするとともに、広画角化してスクリ−ンへの投写距離を短かくするように設計されたものが知られている（特許文献１、２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０１５０３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２６０７９号公報
【特許文献３】特開２００７−１４７９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような投写用レンズは、レンズ径、特に拡大側のレンズ径やレンズ全長が大きくなるのでこの投写用レンズを搭載するプロジェクタの装置サイズも大きくなってしまう。そのため、投写用レンズのレンズ径やレンズ全長を小型化してプロジェクタの装置サイズを小さくしたいという要請がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学性能の低下を抑制しつつ、小型化することができる広角の投写用レンズおよびこの投写用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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、第１レンズ群、正の第２レンズ群を配置した２群のみからなり、縮小側にテレセントリックで、かつ拡大側への投写画角が９０°を越えるように構成された広角の投写用レンズであって、第１レンズ群が、この第１レンズ群の最も縮小側に、前記投写用レンズを構成する単レンズまたは接合レンズのうち最も厚いレンズを配したものであり、レンズ全系の空気換算バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、最も厚いレンズの光軸上における厚みをｔｇ、レンズ全長をＬとしたときに、条件式（Ａ）：２．０≦Ｂｆ／ｆ≦４．５、（Ｂ）：０．１５≦ｔｇ／Ｌ≦０．５０、（Ｃ）：８．０≦Ｌ／ｆ≦１７．０を同時に満足することを特徴とするものである。
【００１０】
なお、投写用レンズを構成する各レンズは、屈折力（パワー）を持つ単レンズまたは屈折力（パワー）を持つ接合レンズである。したがって、例えば、屈折力（パワー）を持たない平行平面板やプリズム等は、投写用レンズを構成するレンズには含まれない。一方、拡大側面あるいは縮小側面に屈折力（パワー）を持つレンズは投写用レンズを構成するレンズに含まれる。
【００１１】
また、最も厚いレンズとは、投写用レンズを構成する単レンズまたは接合レンズのうち光軸上での実際の厚みが最大となるレンズである。
【００１２】
また、レンズ全長は、投写用レンズを構成するレンズのうち、最も拡大側に配されたレンズの拡大側面から最も縮小側に配されたレンズの縮小側面までの光軸上の長さである。この長さは実際の長さ（実長）であり空気換算した長さではない。
【００１３】
また、拡大側への投写画角が９０°を越えるとは、投写用レンズを用いて拡大側へ投写するときの全画角が９０°を越えることを意味する。
【００１４】
縮小側にテレセントリックとは、図４（実施例１）の断面図で示されるような縮小側の任意の点に集光する各光束に関し、イメージサークル上すべての位置を通るそれぞれの光束断面における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±３°の範囲内の場合である。
【００１５】
レンズ全系の空気換算バックフォーカスは、投写用レンズを構成するレンズの持つレンズ面のうち最も縮小側のレンズ面からこの投写用レンズの縮小側の焦点までの光軸上における距離（空気換算距離）である。
【００１６】
また、レンズの縮小側面は、このレンズの縮小側に形成されたレンズ面を意味し、レンズの拡大側面は、このレンズの拡大側に形成されたレンズ面を意味する。
【００１７】
なお、非球面レンズの正負は、この非球面レンズの近軸領域での正負を示すものとする。また、非球面の正負や凹凸は、この非球面の近軸領域での正負や凹凸を示すものとする。
【００１８】
前記投写用レンズは、投写用レンズを構成する各レンズの光軸上の厚みの総和をｔｓｇとしたときに、条件式（Ｄ）：０．５≦ｔｓｇ／Ｌ≦０．８５を満足するものとすることが望ましい。
【００１９】
前記投写用レンズは、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、条件式（Ｅ）：１．８＜ｆ２／ｆ≦４．５を満足するものとすることが望ましい。
【００２０】
前記投写用レンズは、この投写用レンズを構成するレンズのうち最も拡大側に配置されたレンズの最大有効半径をＦｈとしたときに、条件式（Ｆ）：Ｆｈ／ｆ≦３．８を満足するものとすることが望ましい。
【００２１】
なお、レンズの最大有効半径とは、レンズの有効領域中の、光軸から最も離れた位置までの距離である。なお、レンズの有効領域は、この投写用レンズを通して投写される画像の形成に用いられる光線が通るそのレンズ中の領域を意味する。
【００２２】
前記投写用レンズは、この投写用レンズを構成するレンズの枚数をＮとしたときに、条件式（Ｇ）：Ｎ≦９を満足するものとすることが望ましい。
【００２３】
接合レンズを含む場合のレンズの枚数については、複数のレンズ部材を接合してなる接合レンズは、接合されている各レンズ部材それぞれを１枚のレンズとしてその枚数を数えるものとする。すなわち、接合レンズについては、その接合を全て外して単レンズに分解した状態での枚数を数えるものとする。ただし、それぞれが同一材料からなる複数のレンズを接合して形成した接合レンズの場合はその接合レンズを１枚として（単レンズと見なして）その枚数を数えるものとする。
【００２４】
前記第１レンズ群を構成するレンズの持つレンズ面のうち、少なくとも１面は非球面であることが望ましい。
【００２５】
前記投写用レンズは、条件式（Ｈ）：１．５≦｜ｆｇ/ｆ｜≦１００（ｆｇ：最も厚いレンズの焦点距離）を満足することが望ましい
前記第１レンズ群は、最も厚いレンズの拡大側に２枚の負レンズを配設して構成したものとすることが望ましい。
【００２６】
前記最も厚いレンズは、単レンズのうちの最も厚いレンズとしたり、接合レンズのうちの最も厚いレンズとしたりすることができる。
【００２７】
上記のように、レンズ枚数を数えるときの接合レンズの枚数は、接合レンズの接合を全て外して単レンズに分解したときのそれらの単レンズの枚数をカウントする（ただし、同一材料からなる複数の単レンズを接合してなる接合レンズの場合は除く）。一方、投写用レンズを構成するレンズのうち最も厚いレンズを特定する際の接合レンズの厚みについては、接合レンズの接合を外すことなく、接合されている状態での接合レンズ全体の光軸上における厚みを採用するものとする。
【００２８】
本発明の投写用レンズを備えた投写型表示装置は、光源と、この光源から発せられた光束を変調するライトバルブとを備え、ライトバルブで変調された光束を投写用レンズに通してスクリーンへ投写するものである。
【００２９】
単レンズの焦点距離、接合レンズの焦点距離、および組み合わされた複数のレンズの焦点距離（合成焦点距離）は、正負を区別しており、拡大側からそのレンズに光線を通したとき縮小側主点位置よりも縮小側に焦点がある場合を正とし、縮小側主点位置よりも拡大側に焦点がある場合を負とする。なお、この焦点距離は空気換算した距離である。
【００３０】
なお、非球面レンズの正負は、この非球面レンズの近軸領域での正負を示すものとする。また、非球面の正負や凹凸は、この非球面の近軸領域での正負や凹凸を示すものとする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の投写用レンズおよび投写型表示装置によれば、拡大側から順に、第１レンズ群、正の第２レンズ群を配してなり、縮小側にテレセントリックで、かつ拡大側への投写画角が９０°を越える広角の投写用レンズにおいて、第１レンズ群が、この第１レンズ群の最も縮小側に、投写用レンズを構成する単レンズまたは接合レンズのうち最も厚いレンズを配したものであり、条件式（Ａ）〜（Ｃ）を同時に満足するようにしたので、光学性能の低下を抑制しつつ、小型化することができる。
【００３２】
すなわち、このように投写用レンズを構成したことにより、特に、最も厚いレンズを第１レンズ群の最も縮小側に配置するように構成したことにより、広角でありながら、第１レンズ群のサイズ（径および光軸方向の長さ）を小さくすることができるとともに、投写用レンズの全長に対するこの投写用レンズを構成する各レンズ（屈折率が空気よりも大きい材料からなる各レンズ）の光軸上における厚みの総和の比率を大きくすることができる。これにより、この投写用レンズのレンズ径を小さくしたりレンズ全長を短くしたりすることができるので、光学性能の低下を抑制しつつ投写用レンズを小型化することができ、この投写用レンズを搭載する投写型表示装置の装置サイズを小型化することができる。
【００３３】
なお、レンズ全系の空気換算バックフォーカスをＢｆとレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を示す条件式（Ａ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、例えば、光源から発せられた光をライトバルブへ導く照明用の光学系やライトバルブで変調された光を投写用レンズへ導く導光用の光学系を配置するためのスペースが狭くなってしまい、そのような光学系を配置することが困難になるという問題が生じる。
【００３４】
一方、条件式（Ａ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、この投写用レンズが全体的に大きくなってしまい投写型表示装置が大型化するという問題が生じる。
【００３５】
また、投写用レンズを構成するレンズのうち最も厚いレンズの厚みｔｇとレンズ全長Ｌとの比の値の範囲を示す条件式（Ｂ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、拡大側に配置されるレンズ（例えば、第１レンズ群を構成するレンズ）の径を小さくすることが困難となるという問題が生じる。
【００３６】
一方、条件式（Ｂ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、収差の補正が困難になるという問題が生じる。
【００３７】
さらに、レンズ全長Ｌとレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を示す条件式（Ｃ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、収差の補正、特に像面の補正が困難になるという問題が生じる。
【００３８】
一方、条件式（Ｃ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、投写用レンズの全体が大型化するという問題が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態による投写用レンズを備えた投写型表示装置の概略構成を示す断面図
【図２】投写型表示装置の備える光変調部を拡大して示す断面図
【図３】投写型表示装置の備える他の光変調部を拡大して示す断面図
【図４】実施例１の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図５】実施例２の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図６】実施例３の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図７】実施例４の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図８】実施例５の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図９】実施例６の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図１０】実施例７の投写用レンズの概略構成を示す断面図
【図１１】実施例１の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１２】実施例２の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１３】実施例３の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１４】実施例４の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１５】実施例５の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１６】実施例６の投写用レンズの諸収差を示す図
【図１７】実施例７の投写用レンズの諸収差を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の投写用レンズおよびこの投写用レンズを備えた投写型表示装置について図面を参照して説明する。
【００４１】
図１は本発明の投写用レンズを備えた投写型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【００４２】
図示の投写型表示装置４００は、投写用レンズ１００と、光源から発せられた光束をライトバルブで変調する光変調部２００とを備え、光変調部２００を通して変調された光束を投写用レンズ１００に通してスクリ−ン１へ投写するものである。
【００４３】
＜投写用レンズの基本構成について＞
以下、投写用レンズ１００の基本構成について説明する。
【００４４】
投写用レンズ１００は、拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から順に、第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群ＨＧ２を配した２群構成からなり、縮小側（図中矢印＋Ｚで示す側）にテレセントリックな光学系で、かつ拡大側への投写画角が９０°を越える広角の投写用レンズである。
【００４５】
第１レンズ群Ｇ１は、投写用レンズ１００を構成するレンズのうち最も厚いレンズ（ここでは、第１群第３レンズＬ３４）を、この第１レンズ群Ｇ１の最も縮小側に配したものである。
【００４６】
なお、投写用レンズ１００を構成するレンズは、拡大側から順に、単レンズである第１群第１レンズＬ１（１枚のレンズ）、単レンズである第１群第２レンズＬ２（１枚のレンズ）、それぞれが同一材料からなる複数の単レンズを接合してなる接合レンズである第１群第３レンズＬ３４（１枚のレンズ）、互いに異なる材料からなる複数の単レンズを接合してなる接合レンズである第２群第１レンズＬ５６（２枚のレンズ）、単レンズである第２群第２レンズＬ7（１枚のレンズ）、互いに異なる材料からなる複数の単レンズを接合してなる接合レンズである第２群第３レンズＬ８９（２枚のレンズ）の合計８枚のレンズである。
【００４７】
なお、接合レンズである第１群第３レンズＬ３４を構成するレンズ部材Ｌ３の屈折率・アッベ数とレンズ部材Ｌ４の屈折率・アッベ数とは等しい。すなわち、レンズ部材Ｌ３を形成する光学部材の材料はレンズ部材Ｌ４を形成する光学部材の材料と一致している。したがって、接合レンズである第１群第３レンズＬ３４を１体構造とすることもできる。しかしながら、ここでは、レンズ加工の負担を軽減するために２体構造となっている。なお、第１群第３レンズＬ３４に対応するレンズを、同じ材料の３つの光学部材を接合して形成したり、同じ材料の４つの光学部材を接合して形成したりしてもよい。
【００４８】
なお、例えば、レンズ部材Ｌ１は、単レンズなので投写用レンズ１００を構成する１枚のレンズである。また、第１群第３レンズＬ３４は、同一材料のレンズの接合レンズなので投写用レンズ１００を構成する１枚のレンズである。
【００４９】
レンズ部材Ｌ３は、接合レンズの一部ではあるが、それ自身でも単レンズである。しかしＬ４と同一の材料構成された接合レンズであるため、投写用レンズ１００を構成するレンズとしてＬ３とＬ４をあわせて１枚のレンズとして規定する。
【００５０】
さらに、この投写用レンズ１００は、レンズ全系の空気換算バックフォーカスをＢｆ、レンズ全系の焦点距離をｆ、この投写用レンズ１００を構成するレンズのうち最も厚いレンズ（ここでは第１群第３レンズＬ３４の光軸上における厚みをｔｇ、レンズ全長をＬとしたときに、条件式（Ａ）：２．０≦Ｂｆ／ｆ≦４．５、条件式（Ｂ）：０．１５≦ｔｇ／Ｌ≦０．５０、および条件式（Ｃ）：８．０≦Ｌ／ｆ≦１７を同時に満足するものである。
【００５１】
また、投写用レンズ１００は、マスクＭｋを有するものとすることができる。
【００５２】
このマスクＭｋは、投写用レンズ１００を通る光線を遮断する部材で形成されたものであり、例えば、投写用レンズ１００を通る周辺光束を遮断してテレセントリック性を確保したり、Ｆ値（Ｆナンバー）を定めたりするためのものである。各図中に示すマスクＭｋはマスクの大きさや形状を示すものではなく、光軸方向の位置を示すものである。
【００５３】
なお、レンズ全系の空気換算バックフォーカスＢｆは、投写用レンズ１００を構成するレンズの最終レンズ面（最も光変調部２００の側に配されるレンズ面）から後側焦点（光変調部２００の側に定められる投写用レンズ１００の焦点）までの光軸上の距離（空気換算距離）である。
【００５４】
具体的には、レンズ全系の空気換算バックフォーカスＢｆは、縮小側に形成された画像を投写用レンズ１００を通して拡大側に拡大して投写する場合、投写用レンズ１００を構成するレンズ面のうち最も縮小側に配されたレンズ面Ｓ１５からライトバルブ（後述するＤＭＤ２１０や液晶パネル２６０Ｒ〜２６０Ｂ）までの光軸上における距離（空気換算距離）に対応する。
【００５５】
次に、光変調部２００について説明する。
【００５６】
＜ライトバルブとしてＤＭＤを用いた光変調部について＞
図２は、ライトバルブとしてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーディバイス）を採用した光変調部を示す図である。
【００５７】
図２に示す光変調部２００Ａは、ＤＭＤ２１０と、光源２２０と、光源２２０から発せられた光束ＬｋをＤＭＤ２１０へ導く内部全反射プリズム（以後、ＴＩＲプリズム２３０という）とを有している。
【００５８】
光源２２０から発せられた光束Ｌｋは、ＴＩＲプリズム２３０へ入射しＴＩＲプリズム２３０を構成する２つのプリズム２３１、２３２の境界面２３０Ｋで全反射されＤＭＤ２１０に入射する。ＤＭＤ２１０に入射した光束Ｌｋは、このＤＭＤ２１０を構成する多数の微小ミラー２１１で反射され変調される。すなわち、微小ミラー２１１は、ＤＭＤ２１０に入力された画像データＧに応じてＯＮ方向（投写用レンズ１００の方向）あるいはＯＦＦ方向（投写用レンズ１００以外の方向）に偏向され、これにより、ＤＭＤ２１０に入射した光束Ｌｋが変調される。
【００５９】
ＤＭＤ２１０で変調された光束Ｌｋは、ＴＩＲプリズム２３０を透過した後、投写用レンズ１００の縮小側（図中矢印＋Ｚ側）へ入射し拡大側（図中矢印−Ｚ側）から射出されてスクリ−ン１上に投写される。これにより、ＤＭＤ２１０で変調され投写用レンズ１００を通して拡大された光束がスクリ−ン１上に投写され、ＤＭＤ２１０に入力された画像データの表す画像がスクリ−ン１上に形成される。
【００６０】
ここで、例えば、光源２２０から発せられた赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂを時分割して順番にＤＭＤ２１０へ入射させるとともに、各光束のＤＭＤ２１０への入射に同期させて赤色画像を表す画像データＧｒ、緑色画像を表す画像データＧｇ、青色画像を表す画像データＧｂをＤＭＤ２１０へ入力して各光束を変調させる面順次画像表示方式を採用することにより、カラー画像をスクリーン１上に表示させることができる。＜ライトバルブとして液晶パネルを用いた光変調部について＞
図３は、ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いた光変調部を示す図である。
【００６１】
図３に示す光変調部２００Ｂは、白色光を発する光源２７０と、光源２７０から発せられた白色の光束Ｌｋを赤色、緑色、青色の各色に色分離するためのダイクロイックミラー２８１、２８２と、各色に色分離された光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）それぞれを変調させる液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂと、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを透過し変調された各光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）を１つの光束Ｌｋに合成する色合成用ダイクロイックプリズム２９０とを有している。
【００６２】
光源２７０から発せられた白色光は、ダイクロイックミラー２８１、２８２により、赤色、緑色、青色の各色の光束Ｌｋ（赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂ）に色分離され、全反射ミラー２８３、２８４、２８５等を介して各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入射する。
【００６３】
各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを通して変調された赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂそれぞれは、色合成用ダイクロイックプリズム２９０を通して１つの光束Ｌｋに合成される。
【００６４】
なお、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂを通して変調された赤色光束Ｌｋｒ、緑色光束Ｌｋｇ、青色光束Ｌｋｂそれぞれは、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入力された各画像データＧｒ、Ｇｇ、Ｇｂに応じて変調されたものである。
【００６５】
色合成用ダイクロイックプリズム２９０を通して合成された光束Ｌｋは、投写用レンズ１００の縮小側（図中矢印＋Ｚ側）へ入射し拡大側（図中矢印−Ｚ側）から射出されてスクリ−ン１上に投写される。これにより、各液晶パネル２６０Ｒ、２６０Ｇ、２６０Ｂに入力された画像データの表すカラー画像がスクリ−ン１上に形成される。
【００６６】
＜投写用レンズの基本構成をさらに限定する構成について＞
次に、図示の投写用レンズ１００および投写型表示装置４００の備える上記基本構成をさらに限定する構成要素およびその作用、効果について説明する。なお、基本構成をさらに限定するこれらの構成要素は本発明の投写用レンズ１００および投写型表示装置４００にとって必須の構成ではない。
【００６７】
さらに、本願発明の投写用レンズおよび投写型表示装置は、上記基本構成をさらに限定する構成要素の全てを満足するものとしてもよいし、それらのうち、１つのみを満足するものとしたり２つ以上を組合わせたものを満足するものとしてもよい。
【００６８】
はじめに、各条件式において記号で示す各パラメータの意味をまとめて以下に示す。
【００６９】
Ｂｆ：レンズ全系の空気換算バックフォーカス
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｔｇ：投写用レンズを構成するレンズのうち最も厚いレンズの光軸上における厚み
Ｌ：レンズ全長
ｔｓｇ：投写用レンズを構成する各レンズの光軸上の厚みの総和
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
Ｆｈ：投写用レンズを構成するレンズのうち最も拡大側のレンズの最大有効半径
Ｎ：投写用レンズを構成するレンズの枚数
◇条件式（Ｂ′）による構成の限定
条件式（Ｂ′）：０．２０≦ｔｇ／Ｌ≦０．４５は、説明済みの条件式（Ｂ）：０．１５≦ｔｇ／Ｌ≦０．５０で示す範囲をさらに限定するものである。条件式（Ｂ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｂ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。
【００７０】
◇条件式（Ｃ′）による構成の限定
条件式（Ｃ′）：９．０≦Ｌ／ｆ≦１３．０は、説明済みの条件式（Ｃ）：８．０≦Ｌ／ｆ≦１７．０で示す範囲をさらに限定するものである。条件式（Ｃ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｃ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。
【００７１】
◇条件式（Ｄ）による構成の限定
条件式（Ｄ）：０．５≦ｔｓｇ／Ｌ≦０．８５、およびより望ましい条件式（Ｄ′）：０．５５≦ｔｓｇ／Ｌ≦０．７５は、投写用レンズ１００を構成する各レンズの光軸上の厚みの総和ｔｓｇと、レンズ全長Ｌとの比の値の範囲を規定するものである。
【００７２】
条件式（Ｄ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、拡大側に配置されるレンズ（例えば、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズ）の径を小さくすることが困難になる。
【００７３】
また、これとは逆に、条件式（Ｄ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、収差の補正が困難となったり、バックフォーカスを確保しつつ像面を補正することが困難となる。
【００７４】
なお、条件式（Ｄ）または条件式（Ｄ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。また、条件式（Ｄ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｄ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。
【００７５】
◇条件式（Ｅ）による構成の限定
条件式（Ｅ）：１．８＜ｆ２／ｆ≦４．５は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２とレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。
【００７６】
条件式（Ｅ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、最も厚いレンズ（ここでは、第１群第３レンズＬ３４）が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００７７】
また、これとは逆に、条件式（Ｅ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、拡大側に配置されているレンズが大型化するという問題が生じる。
【００７８】
なお、条件式（Ｅ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。
【００７９】
◇条件式（Ｆ）による構成の限定
条件式（Ｆ）：Ｆｈ／ｆ≦３．８、およびより望ましい条件式（Ｆ′）：Ｆｈ／ｆ≦３．３は、投写用レンズを構成するレンズのうち最も拡大側に配置されたレンズ（ここでは、第１群第１レンズＬ１）の最大有効半径Ｆｈとレンズ全系の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。
【００８０】
なお、第１群第１レンズＬ１の最大有効半径は、この第１群第１レンズＬ１の有効領域中の、光軸Ｚ１からレンズ径方向に最も離れた位置までの距離である。なお、第１群第１レンズＬ１の有効領域は、光変調部２００によって変調された画像を投写用レンズ１００を通してスクリーン１上に投写するときに用いられる光線が通る第１群第１レンズＬ１中の領域を意味する。
【００８１】
条件式（Ｆ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、拡大側のレンズ（ここでは、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズＬ１〜Ｌ３）が大型化するという問題が生じる。
【００８２】
なお、条件式（Ｆ）または条件式（Ｆ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。また、条件式（Ｆ′）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、条件式（Ｆ）を満足する場合よりもさらに望ましいレンズ特性を得ることができる。
【００８３】
◇条件式（Ｇ）による構成の限定
条件式（Ｇ）：Ｎ≦９は、投写用レンズ１００を構成するレンズの枚数の範囲を規定するものである。なお、接合レンズを含む場合のレンズの枚数について、複数のレンズ部材を接合してなる接合レンズは、接合されている各レンズ部材それぞれを１枚のレンズとしてその枚数を数えるものとする。ただし同一材料のレンズを接合しているも場合はその接合レンズを１枚としてその枚数を数えるものとする。
【００８４】
条件式（Ｇ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、使用するレンズの枚数が多くなって製造コストが増大するため、装置コストが増大するという問題が生じる。
【００８５】
なお、条件式（Ｇ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。
【００８６】
また、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの持つレンズ面のうち、少なくとも１面を非球面とすることができる。これにより、より正確に収差の補正を行なうことができる。
【００８７】
条件式（Ｈ）：１．５≦｜ｆｇ/ｆ｜≦１００は、最も厚いレンズのパワーを規定するものである。
【００８８】
条件式（Ｈ）の上限を上回るように投写用レンズ１００を構成すると、レンズ枚数やレンズ径が増えるためコスト増大するという問題が生じる。
【００８９】
これとは逆に、条件式（Ｈ）の下限を下回るように投写用レンズ１００を構成すると、収差補正が困難となる。
【００９０】
また、条件式（Ｈ）を満足するように投写用レンズ１００を構成すれば、そのような問題の発生を抑制することができる。
【００９１】
第１レンズ群Ｇ１は、拡大側から順に、負の第１群第１レンズＬ１、負の第１群第２レンズＬ２、最も厚いレンズである第１群第３レンズＬ３４を配置してなる、３枚のレンズから構成されたものとすることができる。
【００９２】
最も厚いレンズである第１群第３レンズＬ３４は、単レンズであってもよいし、接合レンズであってもよい。
【００９３】
＜具体的な実施例＞
以下、図４〜１７、表１〜８を参照し、本発明の投写用レンズの実施例１〜６それぞれの数値データ等についてまとめて説明する。
【００９４】
図４〜１０は、実施例１〜７の投写用レンズそれぞれの概略構成を示す断面図である。
【００９５】
実施例１の投写用レンズの断面を示す図４は、この投写用レンズを通る光の光路をも示すものであり、この図４によれば、実施例１の投写用レンズが縮小側にテレセントリックな光学系であることがわかる。なお、他の実施例の投写用レンズについても縮小側にテレセントリックな光学系とすることができる。
【００９６】
また、図４〜１０の各図中に示すＬ１、Ｌ２、・・・の符号は、投写用レンズを構成する各レンズ部材を指す符号であり、拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から順に並ぶレンズ部材の順番に対応している。
【００９７】
なお、符号ＬＬ１、ＬＬ２は、光変調部を構成するＴＩＲプリズムや色合成用ダイクロイックプリズム等の光学部材を示している。この光学部材ＬＬ１、ＬＬ２は、投写用レンズを構成するものではない。
【００９８】
表１〜７は、実施例１〜６の投写用レンズそれぞれの基本的なデータを示す図である。表１〜７の各表中の上部（図中符号（ａ）で示す）にレンズデータを、下部（図中符号（ｂ）で示す）に非球面係数を示す。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。
【００９９】
ここで用いられる非球面式を以下に示す。
【数１】
2012073337.tif 000003
【０１００】
また、表８は、実施例１〜７の投写用レンズに関し、条件式（Ａ）〜(Ｈ)それぞれの不等式によって範囲が定められる各値（不等式中に記載された数式によって算出される値、あるいは不等式中の記号で示される投写用レンズに係る光学系の定数を示すものである。なお、実施例１〜７の投写用レンズは、いずれも条件式（Ａ）〜(Ｈ)の全てを同時に満足している。
【０１０１】
表１〜７の上部の各レンズデータにおいて、面番号Ｓｉは、最も拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から縮小側（図中矢印＋Ｚで示す側）に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）のレンズ面等の番号を示す。なお、これらのレンズデータにはマスクＭｋや光学部材ＬＬ１、ＬＬ２も含めて記載している。
【０１０２】
光学部材ＬＬ１、ＬＬ２は、レンズデータ上では平行平面板とみなしてデータ化している。
【０１０３】
曲率半径Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、・・・）の面の曲率半径（レンズ全系の焦点距離を１として規格化した曲率半径）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（レンズ全系の焦点距離を１として規格化した面間隔）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。
【０１０４】
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番目の光学要素のｄ線を基準としたアッベ数を示す。
【０１０５】
なお、ｄ線を基準とした光学要素のアッベ数νは、ν＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）の式で求められる値である。ただし、ＮＦ：Ｆ線（４８６．１ｎｍ）に対する光学部材の屈折率、Ｎｄ：ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する光学部材の屈折率、ＮＣ：Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する光学部材の屈折率である。
【０１０６】
表１〜７レンズデータにおいて、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、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。
【０１０７】
なお、表１〜７は「発明を実施するための形態」における説明の最後にまとめて示す。
【０１０８】
また、図１１〜１７は、実施例１〜実施例７の各投写用レンズの諸収差を示す図である。図中には、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の各光に関する収差が示されている。
【０１０９】
上記図１１〜１７各図中に示す符号（Ａ）〜（Ｄ）は、球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、ディストーション（歪曲収差）（Ｃ）、倍率色収差（倍率の色収差）（Ｄ）それぞれを示している。
【０１１０】
なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、半画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎθとし、それからのずれ量を示す。
【０１１１】
実施例１〜７に関する数値データおよび収差図等からわかるように、これらの実施例は、光学性能の低下を抑制しつつ小型化した広角の投写用レンズを実現したものである。
【０１１２】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各表中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。
【表１】
2012073337.tif 000004
【表２】
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【表３】
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【表４】
2012073337.tif 000007
【表５】
2012073337.tif 000008
【表６】
2012073337.tif 000009
【表７】
2012073337.tif 000010
【表８】
2012073337.tif 000011
【符号の説明】
【０１１３】
１００    投写用レンズ
Ｇ１    第１レンズ群
Ｇ２    第２レンズ群
Ｌ３４    最も厚いレンズ
【図１】
2012073337.tif 000012
【図２】
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【図３】
2012073337.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012073337.tif 000017
【図７】
2012073337.tif 000018
【図８】
2012073337.tif 000019
【図９】
2012073337.tif 000020
【図１０】
2012073337.tif 000021
【図１１】
2012073337.tif 000022
【図１２】
2012073337.tif 000023
【図１３】
2012073337.tif 000024
【図１４】
2012073337.tif 000025
【図１５】
2012073337.tif 000026
【図１６】
2012073337.tif 000027
【図１７】
2012073337.tif 000028