JP5480089B2 - 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、詳しくは、５枚のレンズで構成した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。

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。

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構成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。

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。

そのようなスペースを確保するためのバックフォーカスが定められている投写用レンズとして、Ｆ値（Ｆナンバー）が２．０〜５．６に定められた５枚のレンズからなる投写用レンズが知られている（特許文献１から６参照）。

なお、接合レンズを含む場合のレンズ枚数については、ｎ枚のレンズを接合してなる接合レンズはｎ枚のレンズからなるものとしてそのレンズ枚数を数えるものとする。

特許第３４３２６２６号公報 特開２００１−１２４９８８号公報 特開２００３−０９８４３１号公報 特開２００６−５２１５８４号公報 特開２００９−２１０５９６号公報 米国特許第７６５６５８７号明細書

ところで、プロジェクタを通して画像が投写されるスクリーンの設置場所は暗くするのが一般的であるが、その設置場所をさほど暗くすることなく投写された画像を見られるようにしたいという強い要請がある。これに対して、特許文献１から６に記載されている比較的Ｆ値の大きい投写用レンズを搭載したプロジェクタは、そのような要請に応えられるものではない。

より具体的には、特許文献１から６に記載されている投写レンズ（Ｆ値：２．０〜５．６）は、その投写レンズを構成する各レンズのパワーバランスに問題があるため、Ｆ値を小さく（明るく）しようとすると収差の補正が不足したり、あるいは大型化したりするという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制し投写用レンズとライトバルブとの間に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構成するためのスペースを設けつつ、Ｆ値を小さく（明るく）することができる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。

本発明の投写用レンズは、５枚のレンズで構成された投写用レンズであって、拡大側から順に、凹面を縮小側に向けた負の第１レンズ、凸面を拡大側に向けた正の第２レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第３レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第４レンズ、正の第５レンズを配設してなるものであり、第３レンズの縮小側面と第４レンズの拡大側面との間に隙間を有するものであり、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、第３レンズの拡大側面の焦点距離をｆ３Ｆ、第５レンズの拡大側面の焦点距離をｆ５Ｆ、第５レンズの焦点距離をｆ５、第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔をｄ１２、第３レンズの縮小側面と第４レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離をｆ３４ｎとしたときに、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、条件式（Ｂ）：−３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８、条件式（Ｃ）：１．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５、条件式（Ｄ）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７、（Ｅ′）：ｆ３４ｎ／ｆ≦−４．５を同時に満足することを特徴とするものである。

前記投写用レンズは、第２レンズの縮小側面の焦点距離をｆ２Ｂとしたときに、条件式（Ｆ）：２．５≦ｆ２Ｂ／ｆ≦２５．０を満足することが望ましい。

前記投写用レンズは、縮小側にテレセントリックであることが望ましい。

前記投写用レンズの第１レンズは、少なくとも１面が非球面であることが望ましく、さらに、第４レンズおよび第５レンズを構成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望ましい。

前記少なくとも１面が非球面であるレンズは、樹脂材料で形成されたものとすることが望ましい。

前記投写用レンズは、単レンズのみで構成されたものとしたり、接合レンズを含むように構成されたものとすることができる。

前記投写用レンズは、投写用レンズのＦ値（Ｆナンバー）をＦｎｏとしたときに、条件式（Ｇ）：Ｆｎｏ≦１．８を満足することが望ましい。

本発明の投写型表示装置は、前記投写用レンズと、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、この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。

なお、空気レンズの焦点距離は、この空気レンズの拡大側面と縮小側面での空気換算合成焦点距離のことである。より具体的には、１／空気レンズ焦点距離＝（１−拡大側レンズ屈折率）／拡大側曲率半径＋（縮小側レンズ屈折率−１）／縮小側曲率半径＋（１−拡大側レンズ屈折率）×（１−縮小側レンズ屈折率）×空気間隔／（拡大側曲率半径×縮小側曲率半径）である。

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。

接合レンズを含む場合のレンズ枚数については、ｎ枚のレンズを接合してなる接合レンズはｎ枚のレンズからなるものとしてそのレンズ枚数をカウントする。なお、空気レンズはレンズ枚数としてはカウントしない。

バックフォーカスは、投写用レンズを構成する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。

各レンズの焦点距離、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、レンズに光線を通したときの焦点が、このレンズの射出側にある場合を正とし、このレンズの入射側にある場合を負とする。

レンズ面の焦点距離Ｆｓｕｒｆは、式：Ｆｓｕｒｆ＝ｒ／（ｎ２−ｎ１）によって求められるものである。ここで、ｎ１はレンズ面の拡大側の媒質の屈折率、ｎ２はレンズ面の縮小側の媒質の屈折率、ｒはレンズ面の曲率半径である。なお、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。

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。

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。

本発明の投写用レンズおよび投写型表示装置によれば、５枚のレンズで構成された投写用レンズであって、拡大側から順に、凹面を縮小側に向けた負の第１レンズ、凸面を拡大側に向けた正の第２レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第３レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第４レンズ、正の第５レンズを備え、条件式（Ａ）〜（Ｄ）を同時に満足するようにしたので、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制しつつ、よりＦ値を小さく（明るく）することができる。

すなわち、上記のようにレンズの正負の配列（パワーバランス）を適切に定めることにより、少ないレンズ枚数（５枚）でありながら収差のバランスを良好に保つことができ、装置サイズを大型化することなくＦ値の小さい（明るい）投写用レンズを形成することができる。これにより、小型、軽量、高性能な投写用レンズを得ることができる。

なお、レンズ全系の空気換算バックフォーカス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）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、バックフォーカスが小さくなり、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るため、それらの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。

一方、これとは逆に、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、この投写用レンズのサイズが全体的に大きくなってしまうという問題が生じる。

また、第３レンズの拡大側面の焦点距離ｆ３Ｆとレンズ全系（投写用レンズ）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定する条件式（Ｂ）：−３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、投写用レンズのサイズが全体的に大きくなったり、球面収差の補正が困難となる。

一方、これとは逆に、条件式（Ｂ）：−３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、所定の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。

また、第５レンズの拡大側面の焦点距離ｆ５Ｆと第５レンズの焦点距離ｆ５との比の値の範囲を示す条件式（Ｃ）：１．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、像面の補正を行なうことが困難になる。

一方、これとは逆に、条件式（Ｃ）：１．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、縮小側をテレセントリックにすることが困難になったり、縮小側に配されているレンズが大型化するという問題が生じる。

また、第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔ｄ１２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条件式（Ｄ）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、球面収差の補正や像面の補正が困難になる。

一方、これとは逆に、条件式（Ｄ）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、レンズが大型化したり、所定のバックフォーカスを確保することが困難になるという問題が生じる。

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 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 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 実施例１−１の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例１−２の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例１−３の投写用レンズの概略構成を示す断面図 実施例１−１の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例１−２の投写用レンズの諸収差を示す図 実施例１−３の投写用レンズの諸収差を示す図 比較例１の投写用レンズの概略構成を示す断面図 比較例２の投写用レンズの概略構成を示す断面図 比較例３の投写用レンズの概略構成を示す断面図 比較例４の投写用レンズの概略構成を示す断面図 比較例１の投写用レンズの諸収差を示す図 比較例２の投写用レンズの諸収差を示す図 比較例３の投写用レンズの諸収差を示す図 比較例４の投写用レンズの諸収差を示す図

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。

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。

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。

＜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。

投写用レンズ１００は、拡大側（図中矢印−Ｚで示す側）から順に、縮小側（図中矢印＋Ｚで示す側）に凹面を向けた負の第１レンズＬ１、拡大側に凸面を向けた正の第２レンズＬ２、拡大側に凹面を向けた負の第３レンズＬ３、縮小側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、正の第５レンズＬ５を配置して構成したものである。

すなわち、投写用レンズ１００は、５枚のレンズで構成されたものであり、拡大側から順に、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配設してなるものである。

この投写用レンズ１００は、条件式（Ａ）：１．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５、条件式（Ｂ）：−３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８、条件式（Ｃ）：１．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５、条件式（Ｄ）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７を同時に満足するものである。

ただし、Ｂｆはバックフォーカス、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ３Ｆは第３レンズの拡大側面の焦点距離、ｆ５Ｆは第５レンズの拡大側面の焦点距離、ｆ５は第５レンズの焦点距離、ｄ１２は第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔である。

なお、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。

ここでは、バックフォーカスＢｆは、投写用レンズ１００を構成する最も縮小側に配されたレンズ面Ｓ１１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。

次に、光変調部２００について説明する。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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
ｆ３Ｆ：第３レンズの拡大側面の焦点距離
ｆ５Ｆ：第５レンズの拡大側面の焦点距離
ｆ５：第５レンズの焦点距離
ｄ１２：第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔
ｆ３４ｎ：第３レンズの縮小側面と第４レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離
ｆ２Ｂ：第２レンズの縮小側面の焦点距離
Ｆｎｏ：レンズ全系のＦ値
◇条件式（Ｂ′）による構成の限定
条件式（Ｂ′）：−２．５≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−１．０は、説明済みの条件式（Ｂ）：−３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８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。

◇条件式（Ｃ′）による構成の限定
条件式（Ｃ′）：１．７≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦６．０は、説明済みの条件式（Ｃ）：１．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５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。

◇条件式（Ｄ′）による構成の限定
条件式（Ｄ′）：１．４≦ｄ１２／ｆ≦２．５は、説明済みの条件式（Ｄ）：１．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７で示す範囲をさらに限定するものである。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。

◇条件式（Ｅ）による構成の限定
条件式（Ｅ）：ｆ３４ｎ／ｆ≦−２．５、およびより望ましい条件式（Ｅ′）：ｆ３４ｎ／ｆ≦−４．５は、第３レンズの縮小側面と第４レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離ｆ３４ｎとレンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

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、像面の補正が困難になるという問題が生じる。

なお、条件式（Ｅ）または条件式（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。また、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、条件式（Ｅ）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。

◇条件式（Ｆ）による構成の限定
条件式（Ｆ）：２．５≦ｆ２Ｂ／ｆ≦２５．０は、第２レンズの縮小側面の焦点距離ｆ２Ｂとレンズ全系（投写用レンズ１００）の焦点距離ｆとの比の値の範囲を規定するものである。

条件式（Ｆ）の下限を下回るように投写用レンズを構成すると、球面収差の補正が困難になるという問題が生じる。

一方、これとは逆に、条件式（Ｆ）の上限を上回るように投写用レンズを構成すると、球面収差の補正が困難になったり、投写用レンズのサイズが全体的に大きくなってしまうという問題が生じる。

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。

◇条件式（Ｇ）による構成の限定
条件式（Ｇ）：Ｆｎｏ≦１．８は、投写用レンズ１００のＦ値（Ｆナンバー）の範囲を規定するものである。

この投写用レンズ１００は、Ｆ値が１．８以下となるように構成することが望ましい。

投写用レンズ１００は、縮小側にテレセントリックな光学系とすることが望ましい。

また、第１レンズＬ１は、片面あるは両面を非球面とすることができ、これにより、ディストーションの発生を抑制することができる。

さらに、第４レンズＬ４または第５レンズＬ５を構成するレンズ面Ｓ８〜Ｓ１１のうち、少なくとも１つのレンズ面を非球面とすることができる。これにより、像面湾曲の発生を抑制することができる。

また、少なくとも１面が非球面であるレンズは、樹脂材料で形成されたものとすることができる。

また、投写用レンズ１００は、単レンズのみで構成したり、接合レンズを含むように構成したりすることができる。

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。

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値を定めたりするためのものである。

＜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１−１〜実施例１−３、および本発明の範囲から外れている比較例１〜比較例４それぞれの数値データ等についてまとめて説明する。

なお、実施例１−１〜実施例１−３は、条件式（Ａ）〜（Ｇ）の全てを満たす実施例である。

図４〜６、図１０〜１３は、実施例１−１〜１−３、および比較例１〜４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。

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。

また、図４〜６、図１０〜１３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の順番に対応している。

なお、符号ＬＬ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ＬＬは、投写用レンズを構成するものではない。

表１〜７は、上記実施例１−１〜１−３、および比較例１〜４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。

ここで用いられる非球面式を以下に示す。

また、表８は、実施例１−１〜１−３、および比較例１〜４の投写用レンズに関し、条件式（Ａ）〜(Ｇ)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１−１〜１−３の投写用レンズは、いずれも条件式（Ａ）〜(Ｇ)の全てを同時に満足している。

表１〜７の上部（ａ）の各レンズデータにおいて、面番号Ｓｉは、最も拡大側から縮小側（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ＬＬも含めて記載している。

光学部材ＬＬ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。

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。

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。

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。

実施例１−１〜１−３それぞれのレンズＬ１、実施例１−１のレンズＬ５は樹脂材料で形成されたものである。

表１〜７のレンズデータにおいて、曲率半径および面間隔はレンズ全系の焦点距離を１として規格化したものであり、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。

なお、表１〜８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。

また、図７〜９、図１４〜１７は、実施例１−１〜１−３、および比較例１〜４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。

上記図７〜９、図１４〜１７の各図中に示す符号（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。

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。

各実施例、および各比較例に関する数値データおよび収差図等からわかるように、本発明の投写用レンズは、収差の発生や装置サイズの大型化を抑制し投写用レンズとライトバルブとの間に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構成するためのスペースを設けつつ、Ｆ値の小さい、すなわち明るいレンズを実現することができる。

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。

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ

Claims (9)

1. ５枚のレンズで構成された投写用レンズであって、
   拡大側から順に、凹面を縮小側に向けた負の第１レンズ、凸面を拡大側に向けた正の第２レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第３レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第４レンズ、正の第５レンズを配設してなるものであり、
   前記第３レンズの縮小側面と前記第４レンズの拡大側面との間に隙間を有するものであり、
   以下の条件式（Ａ）〜（Ｄ）、および（Ｅ′）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。
   １．２≦Ｂｆ／ｆ≦２．５・・・（Ａ）
   −３．０≦ｆ３Ｆ／ｆ≦−０．８・・・（Ｂ）
   １．４≦ｆ５Ｆ／ｆ５≦８．５・・・（Ｃ）
   １．０≦ｄ１２／ｆ≦２．７・・・（Ｄ）
   ｆ３４ｎ／ｆ≦−４．５・・・（Ｅ′）
   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
   ｆ３Ｆ：第３レンズの拡大側面の焦点距離
   ｆ５Ｆ：第５レンズの拡大側面の焦点距離
   ｆ５：第５レンズの焦点距離
   ｄ１２：第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔
   ｆ３４ｎ：第３レンズの縮小側面と第４レンズの拡大側面との間に形成された空気レンズの焦点距離
2. 以下の条件式（Ｆ）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≦ｆ２Ｂ／ｆ≦２５．０・・・（Ｆ）
   ただし、
   ｆ２Ｂ：第２レンズの縮小側面の焦点距離
3. 前記投写用レンズが、縮小側にテレセントリックであ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。
4. 前記第１レンズは、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３のいずれか１項記載の投写用レンズ。
5. 前記第４レンズおよび前記第５レンズを構成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４記載の投写用レンズ。
6. 前記少なくとも１面が非球面であるレンズが、樹脂材料で形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の投写用レンズ。
7. 前記投写用レンズが、単レンズのみで構成されたものであ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。
8. 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７のいずれか１項記載の投写用レンズ。
   Ｆｎｏ≦１．８・・・（Ｇ）
   ただし、
   Ｆｎｏ：レンズ全系のＦ値
9. 請求項１から８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。

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