(57)【要約】【課題】  ライトバルブからの画像をスクリーンに拡大投射する明るく高性能で、投射面から極近距離での設置ながら大画面を実現する投射光学系を提供する。【解決手段】  拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、第１レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第１ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群から構成され、第２レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第２ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、第１ａレンズ群は、拡大側から順に負、負、負のレンズ、第１ｂレンズ群は、拡大側から順に負、正、正のレンズ、第２ａレンズ群は、拡大側から順に正、負のレンズ、第２ｂレンズ群は、拡大側から順に正、負、正、正、負、正、正、負、正のレンズを配する。【選択図】    図１
2013195574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第１ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第２ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から距離を経た後に結像する光学系であって、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の距離に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径の大きさが下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（３）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の大きさに関して下記条件式（４）を満足し、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とする投射光学系。
（１）      −０．３７ ≦ ｆ／ｆI ≦ −０．２０
（２）      ５．０ ≦ ｄI-II／ｆ ≦ ７．０
（３）      ＴＬ／ｆ ≦ ４２
（４）      ＤI１／ＴＬ ≦ ０．６
（５）      ６．７ ≦ ｂ／ｆ
ただし、
ｆ  ：光学系全系の合成焦点距離
（設計基準距離にある投射面に合焦の状態）
ｆI   ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄI-II：第１レンズ群の最も縮小側の面と第２レンズ群の最も拡大側の面との光軸上の距離
ＴＬ  ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ＤI１ ：第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径
ｂ    ：第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
【請求項２】
前記第１ａレンズ群は、拡大側から順に拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）、負レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は拡大側から順に負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び正レンズを配して構成され、前記第１ａレンズ群及び前記第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（６）を満足していることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
（６）      −０．１４ ≦ｆIａ／ｆIｂ ≦ −０．０３
ただし、
ｆIａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
【請求項３】
前記第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該レンズの縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（８）を満足し、最も縮小側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（９）を満足し、さらに当該レンズのレンズ形状の特徴に関して下記条件式（１０）を満足していることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射光学系。
（７）      −０．１５ ≦ ｆ／ｆI２ ≦ −０．０６
（８）      ０．１７ ≦ ｆ／ｒI４ ≦ ０．２６
（９）      ０．０８ ≦ ｆ／ｆI６ ≦ ０．１４
（１０）    ｜ｒI１１／ｒI１０｜≦ ３．５    （絶対値はｒI１１ ≦ ０のため）
ただし、
ｆI２   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
ｒI４   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆI６   ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒI１０ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒI１１ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
【請求項４】
前記第２ａレンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第２ｂレンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、前記第２ａレンズ群及び前記第２ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（１１）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１１）      −０．５ ≦ｆIIｂ／ｆIIａ ≦ ０
ただし、
ｆIIａ  ：第２ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIIｂ  ：第２ｂレンズ群の合成焦点距離
【請求項５】
前記第２レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足し、前記第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１３）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１２）    ０．１１ ≦ ｆ／ｆII ≦ ０．１７
（１３）    ０．０９ ≦ ｆ／ｒII１ ≦ ０．１７
ただし、
ｆII    ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｒII１  ：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
【請求項６】
前記第２ｂレンズ群を構成するレンズを拡大側から３枚毎に１つのレンズ群としたときの各レンズ群のパワーに関して下記条件式（１４）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズ及び前記第２ｂレンズ群を構成する負レンズの分散特性関して下記条件式（１５）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の特徴に関して各々下記条件式（１６）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１４）    −０．０３ ≦ ｆ／ｆIIｂPNP ≦ ０．０９
（１５）    ２４ ≦ ｖIIｂＰ−ｖIIｂＮ
（１６）    ｎIIｂＰ ≦ １．６
ただし、
ｆIIｂPNP ：第２ｂレンズ群を拡大側から３枚毎にレンズ群としたときの３つのレンズ群の合成焦点距離の平均値
ｖIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
ｖIIｂＮ  ：第２ｂレンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
ｎIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の平均値
【請求項７】
前記第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１７）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１７）    −０．３３ ≦ ｆ／ｒII１８ ≦ −０．１２
ただし、
ｒII１８：第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかの一項に記載される投射光学系を搭載していることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブからの画像をスクリーンその他に拡大投射する投射型表示装置に用いる投射光学系及び投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ライトバルブとしてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等を用いた投射型表示装置が広く一般に使われるようになったが、学校をはじめとする教育関連用途を中心に、より短距離での投射能力を有する投射型表示装置が要望されている。例えば、８０インチの投射サイズで使用する際に、スクリーン或いは壁面から３ｍ程の離れた距離から投射する場合では、スクリーンの傍らで、説明する人にとっては頻繁に投射光学系からの光線を見て眩しい思いをしなければならないが、同じ８０インチの投射サイズでも５０ｃｍ程度の短い距離から投射した場合には、殆ど投射光学系からの光線を見てしまうことが無くなるからである。しかしながら、このことは投射光学系に関して言えば、画角を格段に大きな超広角レンズとすることに他ならない。
【０００３】
ＤＭＤ等をライトバルブとして使用する場合、効率の良い、明るい投射型表示装置を実現しようとすると、各々の画素から投射光学系への光線束の角度についての制約がある。一般的には主光線で表現されることが多いが、主光線が各々の画素から垂直に射出するのが理想的な光線束となる。この光線束は投射レンズから射出するときには、投射光学系によって、その画角に応じた角度を付与されるため、画角が大きい投射光学系ほど光線束が投射光学系を通過する際に角度の変化を大きくしなければならないことがわかる。したがって、歪曲収差などの軸外収差が飛躍的に増加し、この補正のためにレンズの枚数が増加する。レンズの枚数が増加することで、光軸上での光学系の厚さが増加することになり、このことは、拡大側に配置されるレンズ径を大きくすることにもなり、また、非球面などの屈折面を使用しなければならなくなるなどの要因も加わって、投射レンズのコストを大幅に上げてしまうこととなる。また、加えて投射光学系では、一般的に光軸を水平に保持しているときに、光軸より上に投射画面が映し出される仕組みが、採用されている。これは、投射光学系の光軸とＤＭＤの中心をずらして配置することにより、実現することができ、所謂シフト光学系と呼ばれるものである。シフト光学系を採用すると、投射光学系に要求されるイメージサークルの大きさは、その半径が光軸と、ＤＭＤの光軸から一番離れて配置される角までの距離となるため、通常のカメラのような光軸と撮像素子の中心を一致させる光学系に比べて大きくならざるを得なくなり、コスト増加の一要因にもなっている。
【０００４】
プロジェクター用の超広角レンズとしては、例えば、全画角が１３０°程度でFナンバーが４．０程度の特開２００６−１７１１２７号公報（特許文献１）、特開２００６−１７１１２８号公報（特許文献２）や、全画角が１００°程度でFナンバーが２．９程度の特開平５−３４５９２号公報（特許文献３）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７１１２７号公報
【特許文献２】特開２００６−１７１１２８号公報
【特許文献３】特開平５−３４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑み、拡大側の光学要素として樹脂性の大口径非球面レンズを効果的に配置することによって、ＤＭＤなどの光の反射方向を変えて画像を形成するライトバルブの特性に適しており、ライトバルブからの画像をスクリーン上或いはその他の壁面等に拡大投射する用途において明るく超広角で結像性能が高い光学系を実現し、学校や、小さな会議室等の限られたスペースでも大きな画面を投射可能で高画質な投射型表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における投射光学系は、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第１ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第２ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から距離を経た後に結像する光学系であって、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の距離に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径の大きさが下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（３）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の大きさに関して下記条件式（４）を満足し、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とする。（請求項１）
（１）      −０．３７ ≦ ｆ／ｆI ≦ −０．２０
（２）      ５．０ ≦ ｄI-II／ｆ ≦ ７．０
（３）      ＴＬ／ｆ ≦ ４２
（４）      ＤI１／ＴＬ ≦ ０．６
（５）      ６．７ ≦ ｂ／ｆ
ただし、
ｆ    ：光学系全系の合成焦点距離
（設計基準距離にある投射面に合焦の状態）
ｆI   ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄI-II：第１レンズ群の最も縮小側の面と第２レンズ群の最も拡大側の面との光軸上の距離
ＴＬ  ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ＤI１ ：第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径
ｂ    ：第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
【０００８】
条件式（１）は、最も拡大側に配置される第１レンズ群のパワーに関する条件である。レトロフォーカスの原理からバックフォーカスを維持しつつ画角を大きくするためにはレンズの拡大側に負パワーを投入するのが良い。従がって、拡大側のレンズ群を負パワーとすることは広角化に有効である。しかしながら本発明の光学系においては周辺光量を確保するために第１レンズ群の縮小側では正パワーを配置することを必要とする。したがって第１レンズ群のパワーはこれら要因のバランスによって決まり、全体としては負パワーを有することとなる。条件式（１）において上限を超えると、負パワーが不足し、画角を大きくすることが困難となり、逆に下限を超えると周辺光量の確保が出来ない。条件式（２）は、負パワーの第１レンズ群と正パワーの第２レンズ群との空気間隔である。いわゆるレトロフォーカス型の負パワーのレンズ群と正パワーのレンズ群の間隔であるから、間隔を大きくすることによってレンズ枚数を増やすことなく、焦点距離を小さくする作用やバックフォーカスを大きくすることが可能となる。その一方で、レンズ系全体が大きくなってしまうため、要求される光学系の仕様との関係で制限をうけることとなる。したがって、条件式（２）の上限を超えてしまうと光学系全体が大きくなってしまい、逆に下限を超えると、レンズ枚数の増大を招きコスト的に不利となる。条件式（３）は、全長に関する条件であり、すなわち小型化の条件となる。上限を超えると全長が大きくなり、したがってレンズが大口径になり、小型という特徴を損ねてしまう。逆に下限を超えると、諸収差のバランスを取ることが困難となる。条件式（４）は、前玉の有効径の大きさの範囲を示したもので、仕様からの制約とともに、条件式（４）の範囲を超えると、製造コストが格段に増大し、製品としてのバランスを欠いてしまう。条件式（５）は、第２レンズ群の縮小側に設定される空気間隔に関する条件である。いわゆるバックフォーカスに相当する部分であるがライトバルブを照明するための光学系との共用スペースである為、この間隔を確保することが必要となる。従って下限を超えると照明系の光学系を組み込むことが困難となる。
【０００９】
また、前記第１ａレンズ群は、拡大側から順に拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）、負レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は拡大側から順に負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び正レンズを配して構成され、前記第１ａレンズ群及び前記第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（６）を満足していることが望ましい。（請求項２）
（６）      −０．１４ ≦ｆIａ／ｆIｂ ≦ −０．０３
ただし、
ｆIａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
【００１０】
この条件式を満足することにより、前記第１ａレンズ群には、レンズ全系のパワーバランスを崩すことなく、バックフォーカスを確保し得る負のパワーを付与することができる。すなわち条件式（６）は、そのパワー比を表したものであり、上限を超えるということはバランス的に第１ａレンズ群のパワーが小さくなることであり、バックフォーカスを確保することが難しくなる。またレンズ系の広角化にも不利となる。逆に上限をこえる場合は広角化には有利であるが、プロジェクター用途としての目標の周辺光量を確保出来ない。
【００１１】
また、前記第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該レンズの縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（８）を満足し、最も縮小側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（９）を満足し、さらに当該レンズのレンズ形状の特徴に関して下記条件式（１０）を満足していることが望ましい。（請求項３）
（７）      −０．１５ ≦ ｆ／ｆI２ ≦ −０．０６
（８）      ０．１７ ≦ ｆ／ｒI４ ≦ ０．２６
（９）      ０．０８ ≦ ｆ／ｆI６ ≦ ０．１４
（１０）    ｜ｒI１１／ｒI１０｜≦ ３５    （絶対値はｒI１１ ≦ ０のため）
ただし、
ｆI２   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
ｒI４   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆI６   ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒI１０ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒI１１ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
【００１２】
条件式（７）は、第１レンズ群の拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関する条件である。第１レンズ群は、全体としては負パワーであり拡大側には大きな負パワーのレンズが配置されており、当該レンズも大きな負のパワーを有している。このことは光学系に要求される画角とバックフォーカスに密接に関係しており、当該レンズの負パワーを増大することは、第２レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔を確保した上で要求画角を実現し、かつ小型化に有効であるが、条件式（７）の上限を超えるとレンズの負パワーが強くなり色収差と像面湾曲が発生し、収差の補正が困難になり、下限を超えるとレンズの負パワーが弱くなり第２レンズ群とＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧとの空気間隔、いわゆるバックフォーカスに相当する部分を長く取ることが困難となる。条件式（８）は、本光学系の歪曲収差とコマ収差補正のための条件式である。第１レンズ群の拡大側から二番目に配置されるレンズの縮小側の面形状に関するもので、強いパワーを持たせながら、拡大側の光線束に対して概ね同心的形状とすることで、根本的に収差の発生を抑えた形状としている。したがって上限を超えると、球面収差、コマ収差が補正不足となり、下限を超えると逆に補正過剰になる。条件式（９）は、第１レンズ群の最も縮小側に配置される正レンズに付与されるパワーの条件に関するものである。拡大側レンズの有口径を小さくしたまま、画角を大きくし、尚且つ周辺光量を確保するためには、画面周辺に対する主光線の方向を大きく屈曲する必要があり、全体として大きな負パワーを有する第１レンズ群でも縮小側については大きな正パワーが必要になる。この役割を担っているのが当該レンズで、条件式（９）の下限を超えるとパワーが小さくなり必要とされる画角を維持したまま周辺光量を確保できない。逆に上限を超えると他のレンズ群とのパワーバランスが崩れるため諸収差が増大してしまう。続く条件式（１０）は、当該レンズのレンズ形状に関するのものである。拡大側の強い負のパワーの影響で最後部レンズに入射する光束は強い発散光束であり、これを適度に収束させ、第１レンズ群として収差の発生を少なくするためには条件式（１０）で示される制限が必要となる。上限を超えてしまうと当該レンズの拡大側面で過度に球面収差、コマ収差が補正され、良好な性能が得られない。
【００１３】
また、前記第２ａレンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第２ｂレンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、前記第２ａレンズ群及び前記第２ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（１１）を満足していることが望ましい。（請求項４）
（１１）      −０．５ ≦ｆIIｂ／ｆIIａ ≦ ０
ただし、
ｆIIａ  ：第２ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIIｂ  ：第２ｂレンズ群の合成焦点距離
【００１４】
条件式（１１）は全体として正の屈折力を有する第２レンズ群における拡大側と縮小側のパワー配分を示している。本発明における投射光学系において第２レンズ群として適したパワーがある一方で、投射レンズとして良好なテレセントリック性を実現するためには縮小側に大きな正のパワーを投入せざるを得ず、その結果第２ａレンズ群においては、負のパワーを有するレンズ系となるのが良い。したがって、下限を超えると縮小側の正パワーが不足して、テレセントリック性を良好に保つことが出来ず、逆に上限を超えるとレンズ系全体のパワーバランスが悪化し投射性能を良好に収差補正を行うことが難しくなる。
【００１５】
また、前記第２レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足し、前記第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１３）を満足していることが望ましい。（請求項５）
（１２）    ０．１１ ≦ ｆ／ｆII ≦ ０．１７
（１３）    ０．０９ ≦ ｆ／ｒII１ ≦ ０．１７
ただし、
ｆII    ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｒII１  ：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
【００１６】
条件式（１２）は、第２レンズ群に求められる群パワーに関する条件である。第２レンズ群の内拡大側に配置される第２ａレンズ群は負のパワーを有しており、縮小側に配置される第２ｂレンズ群は強い正のパワーを有している。これらのパワーを合成した結果として第２レンズ群は正のパワーを有している。レンズ系全体としは、画角が広く、バックフォーカスが大きい光学系の特徴としてレトロフォーカス型にならざるを得なく、第２ｂレンズ群が強い正のパワーを有するのはそのためである。これに対し第２ａレンズ群が負のパワーを有するのは、レンズ系の比較的細かな仕様によっての結果でもあるものの第２レンズ群としてのパワー配分は条件式（１２）によるのが良い。条件式（１２）で上限を超えるとパワー過大となり諸々の収差発生量が大きくなり性能を良好に保つことが出来ない。また下限を超えると仕様によるバックフォーカスが確保出来なくなる。さらに球面収差に着目すると、軸外主光線と光軸との交点に近いため条件式（１３）を満足することで第１レンズ群からの発散光束を球面収差などをバランスをとって以降のレンズ群へと伝達することが可能となり、上限を超えると発生する球面収差がアンダー過ぎ、下限を超えるとオーバー過ぎることにより共に球面収差をバランス良く補正することが出来なくなる。
【００１７】
また、前記第２ｂレンズ群を構成するレンズを拡大側から３枚毎に１つのレンズ群としたときの各レンズ群のパワーに関して下記条件式（１４）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズ及び前記第２ｂレンズ群を構成する負レンズの分散特性関して下記条件式（１５）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の特徴に関して各々下記条件式（１６）を満足していることが望ましい。（請求項６）
（１４）    −０．０３ ≦ ｆ／ｆIIｂPNP ≦ ０．０９
（１５）    ２４ ≦ ｖIIｂＰ−ｖIIｂＮ
（１６）    ｎIIｂＰ ≦ １．６
ただし、
ｆIIｂPNP ：第２ｂレンズ群を拡大側から３枚毎にレンズ群としたときの３つのレンズ群の合成焦点距離の平均値
ｖIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
ｖIIｂＮ  ：第２ｂレンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
ｎIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の平均値
【００１８】
第２ｂレンズ群では、拡大側から正レンズ、負レンズ、正レンズの組み合わせで、３つの繰り返しの配列を構成している。これは、群としての大きな正パワーを、収差発生量を小さく維持しつつ実現するための構成である。すなわち、発生する色収差やペッツバール和による像面への影響を各組み合わせの中で発生量を極小としつつ全体として大きな正パワーを実現するものである。条件式（１４）は、１つの正レンズ、負レンズ、正レンズの組み合わせに付与されるべきパワーを示している。したがって、下限を超えると第２ｂレンズ群としての群パワーを確保することが出来なくなり、上限を超えると、全体の収差バランスが崩れてしまうことになる。色収差についての条件を示したのが条件式（１５）である。強い正パワーを有する第２ｂレンズ群の色収差を条件式（１５）の範囲において構成することはレンズ系全体の色収差補正に大きな影響を及ぼすため重要である。条件式の範囲を超えてしまうとレンズ系全体の色収差を適正に設計することが出来なくなる。また、色収差補正に関しては、特に正レンズの屈折率を条件式（１６）の範囲で設定することで、実質的な硝材の選択が可能となる。すなわち正レンズのアッベ数を大きくとるためには、実質的に条件式（１６）の範囲で屈折率を設定しなければならず、上限を超えてしまうと色収差補正が不十分とならざるを得ない。
【００１９】
また、前記第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１７）を満足していることが望ましい。（請求項７）
（１７）    −０．３３ ≦ ｆ／ｒII１８ ≦ −０．１２
ただし、
ｒII１８：第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
【００２０】
条件式（１７）は、第２レンズ群において最も縮小側に配置される面の形状に関するものである。当該面は本質的にレンズ系全体に於いても最も縮小側に位置することから軸外光束に関する諸々の特性に関しての影響が大きい。特に焦平面近傍におけるテレセントリック性を良好に保ちつつ、周辺光量を多く確保するためには、曲率半径を適切に選択する必要があり、上限を超えると面パワーとしては小さすぎて、周辺光量を確保することが難しくなる。逆に下限を超えるとテレセントリック性のコントロールが難しくなることと、レンズとしてのパワーも大きくなりがちとなり諸々の収差が悪化することに繋がる。
【００２１】
このように本発明の投射光学系を投射型表示装置に搭載することにより高輝度で装置全体を小型化することが可能となり、またコストを低く維持することにも効果がある。（請求項８）
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した短距離でも大きな画面を投射でき、結像性能が高い投射光学系を実現することができ、これを用いることで短距離でも大きな画面を投射でき、高画質の投射型表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による投射光学系の第１実施例のレンズ構成図である。
【図２】第１実施例の投射光学系の諸収差図である。
【図３】本発明による投射光学系の第２実施例のレンズ構成図である。
【図４】第２実施例の投射光学系の諸収差図である。
【図５】本発明による投射光学系の第３実施例のレンズ構成図である。
【図６】第３実施例の投射光学系の諸収差図である。
【図７】本発明による投射光学系の第４実施例のレンズ構成図である。
【図８】第４実施例の投射光学系の諸収差図である。
【図９】本発明による投射光学系の第５実施例のレンズ構成図である。
【図１０】第５実施例の投射光学系の諸収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の第１実施例から第５実施例の投射光学系では、拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群（レンズ群名称ＬＧ１）及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群（レンズ群名称ＬＧ２）から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第１ａレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ａ）及び全体で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群（レンズ群名称ＬＧ１ｂ）から構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第２ａレンズ群（レンズ群名称ＬＧ２ａ）及び全体で正の屈折力を有する第２ｂレンズ群（レンズ群名称ＬＧ２ｂ）から構成され、前記第１ａレンズ群ＬＧ１ａは、拡大側から順に拡大側に凸のメニスカス形状の負レンズ（レンズ名称をＬ１１、拡大側面の面番号を１０１、縮小側面の面番号を１０２とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ１２、拡大側面の面番号を１０３、縮小側面の面番号を１０４とする）及び負レンズ（レンズ名称をＬ１３、拡大側面の面番号を１０５、縮小側面の面番号を１０６とする）を配して構成され、前記第１ｂレンズ群は拡大側から順に負レンズ（レンズ名称をＬ１４、拡大側面の面番号を１０７、縮小側面の面番号を１０８とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ１５、拡大側面の面番号を接合のため１０８、縮小側面の面番号を１０９とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ１６、拡大側面の面番号を１１０、縮小側面の面番号を１１１とする）を配して構成され、前記第２ａレンズ群ＬＧ２ａは、拡大側から順に正レンズ（レンズ名称をＬ２１、拡大側面の面番号を２０１、縮小側面の面番号を２０２とする）及び負レンズ（レンズ名称をＬ２２、拡大側面の面番号を２０３、縮小側面の面番号を２０４とする）を配して構成され、前記第２ｂレンズ群ＬＧ２ｂは、拡大側から順に正レンズ（レンズ名称をＬ２３、拡大側面の面番号を２０５、縮小側面の面番号を２０６とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ２４、拡大側面の面番号を接合のため２０６、縮小側面の面番号を２０７とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ２５、拡大側面の面番号を接合のため２０７、縮小側面の面番号を２０８とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ２６、拡大側面の面番号を２０９、縮小側面の面番号を２１０とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ２７、拡大側面の面番号を２１１、縮小側面の面番号を２１２とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ２８、拡大側面の面番号を接合のため２１２、縮小側面の面番号を２１３とする）、正レンズ（レンズ名称をＬ２９、拡大側面の面番号を２１４、縮小側面の面番号を２１５とする）、負レンズ（レンズ名称をＬ２１０、拡大側面の面番号を接合のため２１５、縮小側面の面番号を２１６とする）及び正レンズ（レンズ名称をＬ２１１、拡大側面の面番号を２１７、縮小側面の面番号を２１８とする）を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２の縮小側には、大きな空気間隔を設け、その後に照明光学系との関連において第３レンズ群（レンズ群名称ＬＧ３）を、正レンズ（レンズ名称をＬ３１、拡大側面の面番号を３０１、縮小側面の面番号を３０２とする）にて構成しても良く、続いて前記第３レンズ群ＬＧ３の縮小側とライトバルブ面との間には僅かな空気間隔をおいて配置されるＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧ（拡大側面をＣ０１、縮小側面をＣ０２）を配置し構成される。
【００２５】
［実施例１］
本発明の投射光学系の第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表の上段で、ｆは投射光学系の焦点距離、ＦnoはＦナンバー、２ωは投射光学系の全画角（単位：度）を表し、ｄｐは００１面と当該面の拡大側にある投射面までの設計基準距離を表し、ｈI１は１０１面における有効径の半径を表すものである。また下段のｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中の球面収差図におけるＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３はそれぞれＣＡ１＝５５０ｎｍ、ＣＡ２＝４５０ｎｍ、ＣＡ３＝６２０ｎｍの各波長における収差曲線である。非点収差図におけるＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。また、全般に亘り特別に記載のない限り、諸値の計算に使用している波長はＣＡ１＝５５０．０ｎｍであり、長さの単位はｍｍである。
【００２６】
【表１】
2013195574.tif 000003
【００２７】
［実施例２］
本発明の投射光学系の第２実施例について数値例を表２に示す。また図３は、そのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【００２８】
【表２】
2013195574.tif 000004
【００２９】
［実施例３］
本発明の投射光学系の第３実施例について数値例を表３に示す。また図５は、そのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【００３０】
【表３】
2013195574.tif 000005
【００３１】
［実施例４］
本発明の投射光学系の第４実施例について数値例を表４に示す。また図７は、そのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【００３２】
【表４】
2013195574.tif 000006
【００３３】
［実施例５］
本発明の投射光学系の第５実施例について数値例を表５に示す。また図９は、そのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【００３４】
【表５】
2013195574.tif 000007
【００３５】
次に第１実施例から第５実施例に関して条件式（１）から条件式（１７）に対応する値を、まとめて表６に示す。
【００３６】
【表６】
2013195574.tif 000008
【００３７】
表６から明らかなように、第１実施例から第５実施例の各実施例に関する数値は条件式（１）から条件式（１７）の条件式を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【００３８】
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［請求項１］
拡大側から順に、全体で負の屈折力を有する第１レンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第１ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、拡大側から順に全体で負の屈折力を有する第２ａレンズ群及び全体で正の屈折力を有する第２ｂレンズ群から構成され、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から距離を経た後に結像する光学系であって、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の距離に関して下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径の大きさが下記条件式（２）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（３）を満足し、前記第１レンズ群の最も拡大側の面の大きさに関して下記条件式（４）を満足し、前記第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離に関して下記条件式（５）を満足していることを特徴とする投射光学系。
（１）       −０．３７ ≦ ｆ／ｆI ≦ −０．２０
（２）       ５．０ ≦ ｄI-II／ｆ ≦ ７．０
（３）      ＴＬ／ｆ ≦ ４２
（４）      ＤI１／ＴＬ ≦ ０．６
（５）      ６．７ ≦ ｂ／ｆ
ただし、
ｆ  ：光学系全系の合成焦点距離
（設計基準距離にある投射面に合焦の状態）
ｆI   ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｄI-II：第１レンズ群の最も縮小側の面と第２レンズ群の最も拡大側の面との光軸上の距離
ＴＬ  ：第１レンズ群の最も拡大側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
ＤI１ ：第１レンズ群の最も拡大側の面の有効径
ｂ    ：第２レンズ群の最も縮小側の面から像面までの光軸上の距離
（ただし、第３レンズ群及び平行平面のカバーガラス部分は空気換算距離）
［請求項２］
前記第１ａレンズ群は、拡大側から順に拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）、負レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第１ｂレンズ群は拡大側から順に負レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）及び正レンズを配して構成され、前記第１ａレンズ群及び前記第１ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（６）を満足していることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
（６）      −０．１４ ≦ｆIａ／ｆIｂ ≦ −０．０３
ただし、
ｆIａ ：第１ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIｂ ：第１ｂレンズ群の合成焦点距離
［請求項３］
前記第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（７）を満足し、当該レンズの縮小側面の形状の特徴に関して下記条件式（８）を満足し、最も縮小側に配置されるレンズのパワーに関して下記条件式（９）を満足し、さらに当該レンズのレンズ形状の特徴に関して下記条件式（１０）を満足していることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射光学系。
（７）      −０．１５ ≦ ｆ／ｆI２ ≦ −０．０６
（８）      ０．１７ ≦ ｆ／ｒI４ ≦ ０．２６
（９）      ０．０８ ≦ ｆ／ｆI６ ≦ ０．１４
（１０）    ｜ｒI１１／ｒI１０｜≦ ３．５    （絶対値はｒI１１ ≦ ０のため）
ただし、
ｆI２   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの焦点距離
ｒI４   ：第１レンズ群において拡大側から二番目に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
ｆI６   ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの焦点距離
ｒI１０ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
ｒI１１ ：第１レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
［請求項４］
前記第２ａレンズ群は、拡大側から順に正レンズ及び負レンズを配して構成され、前記第２ｂレンズ群は、拡大側から順に正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ及び正レンズを配して構成され、前記第２ａレンズ群及び前記第２ｂレンズ群のパワーに関して下記条件式（１１）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１１）      −０．５ ≦ｆIIｂ／ｆIIａ ≦ ０
ただし、
ｆIIａ  ：第２ａレンズ群の合成焦点距離
ｆIIｂ  ：第２ｂレンズ群の合成焦点距離
［請求項５］
前記第２レンズ群の有するパワーに関して下記条件式（１２）を満足し、前記第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１３）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１２）    ０．１１ ≦ ｆ／ｆII ≦ ０．１７
（１３）    ０．０９ ≦ ｆ／ｒII１ ≦ ０．１７
ただし、
ｆII    ：第２レンズ群の合成焦点距離
ｒII１  ：第２レンズ群において最も拡大側に配置されるレンズの拡大側面の曲率半径
［請求項６］
前記第２ｂレンズ群を構成するレンズを拡大側から３枚毎に１つのレンズ群としたときの各レンズ群のパワーに関して下記条件式（１４）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズ及び前記第２ｂレンズ群を構成する負レンズの分散特性関して下記条件式（１５）を満足し、前記第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の特徴に関して各々下記条件式（１６）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１４）    −０．０３ ≦ ｆ／ｆIIｂPNP ≦ ０．０９
（１５）    ２４ ≦ ｖIIｂＰ−ｖIIｂＮ
（１６）    ｎIIｂＰ ≦ １．６
ただし、
ｆIIｂPNP ：第２ｂレンズ群を拡大側から３枚毎にレンズ群としたときの３つのレンズ群の合成焦点距離の平均値
ｖIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均値
ｖIIｂＮ  ：第２ｂレンズ群を構成する負レンズのアッベ数の平均値
ｎIIｂＰ  ：第２ｂレンズ群を構成する正レンズの屈折率の平均値
［請求項７］
前記第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの形状に関して下記条件式（１７）を満足していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の投射光学系。
（１７）    −０．３３ ≦ ｆ／ｒII１８ ≦ −０．１２
ただし、
ｒII１８：第２レンズ群において最も縮小側に配置されるレンズの縮小側面の曲率半径
［請求項８］
請求項１乃至請求項７のいずれかの一項に記載される投射光学系を搭載していることを特徴とする投射型表示装置。
【図１】
2013195574.tif 000009
【図２】
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【図３】
2013195574.tif 000011
【図４】
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【図５】
2013195574.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013195574.tif 000017
【図１０】
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