投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置
【課題】携帯性に優れた投写型表示装置に適合可能であり、近距離投影においても画像サイズが大きくなるように広角とされ、良好な投写性能を有しつつ、極めて簡易で安価な系としうる投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を得る。
【解決手段】拡大側から順に、両凸レンズＬ１と、開口３ａ、３ｂと、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、光軸Ｚ上で両凸レンズとされた両面非球面レンズＬ４を配列してなり、このレンズＬ４が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなる。また、以下の条件式を満足する。2.5＜β/S＜10.0（S:拡大側画像の最大長さ(インチ)、β:拡大倍率）、0.8＜Bf/f（Bf:縮小側のバックフォーカス、f:全系焦点距離）、20＜S/OBJ＜65（OBJ:拡大側投写距離(m)）
【解決手段】拡大側から順に、両凸レンズＬ１と、開口３ａ、３ｂと、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、光軸Ｚ上で両凸レンズとされた両面非球面レンズＬ４を配列してなり、このレンズＬ４が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなる。また、以下の条件式を満足する。2.5＜β/S＜10.0（S:拡大側画像の最大長さ(インチ)、β:拡大倍率）、0.8＜Bf/f（Bf:縮小側のバックフォーカス、f:全系焦点距離）、20＜S/OBJ＜65（OBJ:拡大側投写距離(m)）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型あるいは反射型の液晶表示素子やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等のライトバルブからの表示情報等を拡大投写する投写レンズに関し、特に、いわゆる携帯性に優れたハンディータイプの投写型表示装置に好適な投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やＤＭＤ表示装置等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く普及しているが、ライトバルブの小型化・高精細化が急激に進み、また、パソコンの普及と相俟って、このような投写型表示装置を用いてプレゼンテーションを行うことの需要も増加しているため、近年、特に、携帯性に優れた小型の投写型表示装置が要求されるようになっている。また、将来は、携帯電話や懐中電灯を扱うような感覚で、投写型表示装置を扱うことも考えられ、そのためには、さらに携帯性を推し進めることが必須である。
【０００３】
上記要求に応えうる方策としては、特に、投写光学系の光軸と垂直となる方向、一般には装置筺体の厚み方向に小さくなるように薄型化を図ることが有効であり、そのためには投写レンズにおける全てのレンズの外径を小さくすることが重要となる。
【０００４】
装置の携帯性を高めることを目的として、投写レンズのコンパクト化を図った従来技術としては、例えば下記特許文献１、２に記載された投写レンズの如く、縮小側がテレセントリックとされ、また、色合成や、照明光と投写光の分離、等を行うためにレンズバックにある程度のスペースを確保した構成とされたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８０１１号公報
【特許文献２】特開２００５−８４４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載されたものは、画角が５０度前後と小さく、近距離で画像サイズが大きくなるように投写することは困難である。
【０００７】
また、上記特許文献１、２に記載されたものは、上述したように、縮小側がテレセントリックで、レンズバックをある程度確保した構成とされているが、縮小側のレンズの大型化を抑制し、積極的に小型化を図る対策は講じられておらず、さらに、この縮小側のレンズとともに拡大側のレンズも含め、有効光束に対する積極的な小型化対策も採られていない。
【０００８】
また、上記小型化への要求ともに、極めて簡易な構成により大幅なコストの低減を図りたいという要求もあり、上記特許文献１、２に記載されたものでは、このような要求に必ずしも応えたものとはなっていない。
【０００９】
さらに、上記携帯性を促進する場合に、ライトバルブのサイズを小型化することも有効であるが、このような観点からの提言は一切なされていない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、携帯性に優れた投写型表示装置に適合可能であり、近距離投影においても画像サイズが大きくなるように広角とされた、良好な投写性能を有しつつ、極めて簡易で安価な系としうる投写レンズ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る第１の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００１２】
また、本発明に係る第２の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
以下の条件式（１）、（２）、（３）および（４）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【００１３】
また、本発明に係る第３の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）、（３´）および（５）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００１４】
また、前記各投写レンズは、縮小側がテレセントリックであることが好ましい。
【００１５】
また、前記第１レンズと前記第２レンズの間に、光束の通過を制限する開口が配された構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、前記第４レンズが非球面を有していることが好ましい。
【００１７】
また、以下の条件式（６）、（７）を満足することが好ましい。
νｄ１２ ＜ ４５・・・・（６）
４０ ＜ νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズおよび前記第２レンズ各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズおよび前記第４レンズ各々のアッベ数
【００１８】
さらに、前記投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第１の投写型表示装置は、光源と、複数のライトバルブと、該光源からの光束を該複数のライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記複数のライトバルブで各々光変調した後、これら光変調した各光を合成し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の第２の投写型表示装置は、光源と、１つのライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブにより光変調した後、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【００２１】
なお、上述した「開口」としては、光束の通過を制限する機能を有していればよく、可変絞りも含まれる。
【００２２】
また、上記「非円形形状」とは、光束進行方向から見た各レンズの形状が円形ではないことを意味する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る投写レンズによれば、条件式（１）を満足することにより、装置の大型化を抑制しつつ、照明効率の向上および画面の高精細化を図ることができる。
【００２４】
また、条件式（２）を満足することにより、縮小側のバックフォーカスを確保しており、これにより、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が容易となる。一方、バックフォーカスが長くなるのに応じて、縮小側のテレセントリック性を確保しようとすると、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎてしまう。そこで、最も縮小側に配置された第４レンズを、非円形形状として光束通過に必要な領域以外の所定の領域がカットされた状態とすることにより縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止するようにしている。
【００２５】
さらに、上記第１および上記第２の投写レンズによれば条件式（３）を満足することにより、上記第３の投写レンズによれば条件式（３´）と条件式（５）を同時に満足することにより、各々、投写画面サイズ（最大長さ）および投写距離を適切な値とすることができる。
【００２６】
そして、上記第２の投写レンズによれば、上記第１の投写レンズよりもさらに、近距離投影時における投写画面の明るさが暗くなり過ぎないようにすることができる。すなわち、条件式（５）を満足することにより、ライトバルブのサイズが小さ過ぎず、かつ投写画面が暗くなり過ぎない大きさとすることができる。
【００２７】
また、上記第２の投写レンズによれば、条件式（４）を満足することにより、最も縮小側の第４レンズを除くレンズにおいては、レンズ形状を、有効光束通過領域を含む非円形形状とせずとも、断面円形とすればよくなり、コスト的に有利なものとすることができる。
【００２８】
さらに上記各条件式を４枚のレンズ構成により満足させており、極めて簡易かつコンパクトな系とすることができ、大幅なコストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写レンズを用いていることにより、携帯性に優れた簡易で安価な投写型表示装置とすることが可能であり、近距離投影においても画像サイズが十分な大きさとなるように広角とされ、かつ良好な投写性能を有するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図４】本発明の実施例４に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図５】実施例１に係る投写レンズの諸収差図である。
【図６】実施例２に係る投写レンズの諸収差図である。
【図７】実施例３に係る投写レンズの諸収差図である。
【図８】実施例４に係る投写レンズの諸収差図である。
【図９】本発明の投写型表示装置の主要部の概略構成を表す図である。
【図１０】光束進行方向から見たときのレンズの非円形形状の具体例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について上記図面を用いて説明する。図１は本発明に係る投写レンズを示すものであり、後述する実施例１のレンズ構成図である。なお、図中Ｚは光軸を表している。
【００３２】
本実施形態に係る第１の投写レンズは、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レンズであって、拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズＬ２、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズＬ３、および正の屈折力を有する第４レンズＬ４により構成されてなり、最も縮小側に配置されたレンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００３３】
また、本実施形態に係る第２の投写レンズは、上記第１の投写レンズの構成に加えて下記条件式（４）を満足する。なお、この第２の投写レンズにおいては、上記最も縮小側に配置されたレンズが、必ずしも有効光束通過領域を含む非円形形状とされていなくともよい。
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【００３４】
また、本実施形態に係る第３の投写レンズは、上記第１の投写レンズの条件式（３）の構成に替えて、下記条件式（３´）および下記条件式（５）を満足する。
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００３５】
また、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レンズにおいて、この投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることがレンズ系のコンパクト化を図る上で好ましい。
【００３６】
ここで、上記「レンズ径方向の長さのうち最小部分」の値については、上記「１５ｍｍ以下」に替えて「１２ｍｍ以下」とすることが好ましく、「１０ｍｍ以下」とすることがさらに好ましい。
【００３７】
なお、上記「最大長さ」とは、拡大側画像中で最も長い距離を意味するものとし、一般には対角の長さである。
【００３８】
なお、図１の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面１において画像情報を与えられた光束が、ガラスブロック２ａおよびローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂを介して、この投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。さらに、レンズ系中に、開口（特に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に、１つまたは複数の開口を設けることが可能である。また、最も縮小側の開口を絞りとすることが可能である。）が配置されている。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原色光に分離し、各原色光用に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ものとすることが可能である。また、縮小側はテレセントリックとされていることが望ましい。
【００３９】
なお、具体的には、ガラスブロック２ａの位置にクロスダイクロイックプリズム等の色合成手段（ガラスブロック）や、照明光と投影光を分離するためのＤＭＤ用のプリズムやＬＣＯＳ用のＰＢＳ等を配設することが可能である。
【００４０】
なお、１つのライトバルブを用いる場合には、ガラスブロック２ａ等は省略可能である（後述する実施例２を参照）。
【００４１】
また、本実施形態の投写レンズでは、少なくとも１枚の非球面を有することが望ましく、これにより、レンズ枚数を低減しつつ解像力を向上させることができる。特に、最も縮小側に配される第４レンズＬ４が非球面を有するように構成することが好ましい。
【００４２】
また、本実施形態の投写レンズでは、縮小側から２枚目と３枚目のレンズを、互いに接合させて、色収差、特に倍率色収差を良好なものとすることが可能である。
【００４３】
さらに、本実施形態の投写レンズにおいては、以下の条件式（６）、（７）を満足させることが好ましい。
νｄ１２＜４５・・・・（６）
４０＜νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズＬ１および前記第２レンズＬ２各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズＬ３および前記第４レンズＬ４各々のアッベ数
【００４４】
また、本実施形態に係る上記投写レンズにおいては、以下の条件式（８）、（９）を満足することが好ましい。
２ω＞６０度・・・・（８）
ＢＨ＞ＦＨ ・・・・（９）
ここで、
２ω：拡大側画角
ＦＨ：最も拡大側のレンズ面における最大有効光束高
ＢＨ：最も縮小側のレンズ面における最大有効光束高
【００４５】
以下、上記各条件式の技術的意義について説明する。
すなわち、上記条件式（１）の範囲外となると、装置の大型化を抑制しつつ、照明効率の向上および画面の高精細化を図ることが、困難となる。
【００４６】
また、上記条件式（２）の下限以下となると、縮小側のバックフォーカスが確保されず、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が困難となる。
【００４７】
また、縮小側のテレセントリック性を確保しようとすると、バックフォーカスが長くなるのに応じて縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎてしまうので、最も縮小側に配置されたレンズを、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分を設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００４８】
また、上記条件式（３）の範囲外となると、投写画面サイズおよび投写距離を適切な値とすることが困難となる。さらに、上記条件式（３）に替えて、上記条件式（３´）および上記条件式（５）を満足する構成とすることにより、例えば、手持ち可能な超コンパクト化された投写型画像装置に搭載される場合に好適なものとすることができる。
【００４９】
なお、上記条件式（５）が満足されないと、適切な大きさのライトバルブサイズとすることが難しくなる。すなわち、ライトバルブのサイズが小さ過ぎず、かつ投写画像が暗くなり過ぎない大きさとすることが困難となる。
【００５０】
さらに、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´´）を満足する構成とすることにより、上記条件式（３）を満足した場合の作用効果をより良好に奏することができる。
３０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３´´）
【００５１】
また、上記条件式（４）が満足されないと、縮小側のバックフォーカスが確保されず、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が困難となる。
【００５２】
また、上記条件式（６）、（７）を各々満足させることにより、倍率色収差等の色収差をより良好なものとすることができる。
【００５３】
なお、上記条件式（８）の下限以下となると、近距離投影を行なう場合において、画像サイズを十分な大きさとなるようにすることが困難となる。
【００５４】
また、上記条件式（９）が満足されないと、広角化に伴って拡大側レンズの径が大きくなり過ぎるのを抑制することが困難となる。
【００５５】
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について説明する。図９は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の主要部（照明光学系１０）の一例を示す構成図である。
【００５６】
図９に示すように上記照明光学系１０は、前述したように、ライトバルブとしての透過型液晶パネル１１ａ〜１１ｃ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１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを備えている。ダイクロイックミラー１２の前段は図示を省略しているが、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜１１ｃに入射されて光変調され、投写レンズによりスクリーンに投写される。
【００５７】
この投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、コンパクトなサイズにて、諸収差が良好に補正された高解像な大画面を得ることが可能となっている。
【００５８】
また、よりコンパクト化を促進するためには、ライトバルブを単板とし、例えば、ＲＧＢ各色映像を順次ライトバルブ上に表示させ、これと同期させて、ＲＧＢ各色ＬＥＤよりなる光源から、対応色光を出力させることが好ましい。これにより、上述した、色分解のためのダイクロイックミラー１２，１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃなどを省略することが可能となる。
【００５９】
また、上記第１および第３の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状としているが、本発明の投写レンズとしては、これに加えて、またはこれに替えて他のレンズ、例えば最も拡大側に配置された第１レンズＬ１を、有効光束通過領域を含む非円形形状としてもよい。
【００６０】
なお、非円形形状としては、光束進行方向から見たときのレンズ形状が円とは異なる種々の形状とすることが可能であるが、例えば図１０に示すように、光軸方向から見たときのレンズ形状が、円から１つの弓形領域を切り取ったもの（Ａ）、円から対向する２つの弓形領域を切り取ったもの（Ｂ）、この（Ｂ）の形状からさらに１つの弓形領域を切り取ったもの（Ｃ）等とすることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明に係る投写レンズの具体的な実施例について説明する。なお、各実施例において、互いに同様の作用効果をなす部材については同一の符号を付している。
【実施例１】
【００６２】
図１に示すように、実施例１に係る投写レンズは、拡大側から順に、両凸レンズからなる第１レンズＬ１と、開口３ａおよび絞り（または開口）３ｂと、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、光軸Ｚ上で両凸レンズとされた両面非球面の第４レンズＬ４からなる。
【００６３】
また、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上方に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズの外径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００６４】
上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、下記に示す非球面式により規定される。
【００６５】
【数１】
【００６６】
実施例１に係る投写レンズは、上記条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００６７】
また、図１には、ライトバルブの画像表示面１、ならびにガラスブロック２ａおよびローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂが示されている。
【００６８】
実施例１に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下「軸上面間隔」と称す）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表１の上段に示す。なお、表１および以下の表において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の右側に＊印が付された面は非球面とされている。また、表１の下段には各非球面を表す非球面係数を示す。
【００６９】
また、実施例１および以下の実施例２〜４において、これらの非球面の曲率半径Ｒは、各表において光軸Ｚ上での曲率半径Ｒの値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Ｚとの交点から引き出されていないものがある。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表５に示すように、実施例１の投写レンズは各条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足している。
【００７２】
なお、実施例１において、全系の焦点距離ｆは10.6、ＦナンバＦno.は3.01、全画角２ωは48.2（度）となるように設定されている。
【実施例２】
【００７３】
実施例２に係る投写レンズの構成は、図２に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。ただし、ライトバルブが単板のものに対応するように構成されているので、第４レンズＬ４とライトバルブの画像表示面１との間には、実施例１に示すような色合成用のガラスブロック２ａは配されていない。また、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂも省略されて示されている。
【００７４】
なお、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上下方向に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００７５】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００７６】
実施例２に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表２の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表２の下段に示す。
【００７７】
【表２】
【００７８】
実施例２に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式（１）〜（９）、（３´）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００７９】
なお、実施例２において、全系の焦点距離ｆは5.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは61.8（度）となるように設定されている。
【実施例３】
【００８０】
実施例３に係る投写レンズの構成は、図３に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。
【００８１】
なお、上記実施例１における、いわゆるＤカットは施されていない。
【００８２】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００８３】
実施例３に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表３の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表３の下段に示す。
【００８４】
【表３】
【００８５】
実施例３に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００８６】
なお、実施例３において、全系の焦点距離ｆは9.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは45.4（度）となるように設定されている。
【実施例４】
【００８７】
実施例４に係る投写レンズの構成は、図４に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。ただし、第３レンズＬ３は両凸レンズとされている。
【００８８】
なお、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上下方向に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００８９】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００９０】
実施例４に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表４の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表４の下段に示す。
【００９１】
【表４】
【００９２】
実施例４に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式上記条件式（１）〜（３）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００９３】
なお、実施例４において、全系の焦点距離ｆは9.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは45.4（度）となるように設定されている。
【００９４】
また、図５〜８は、実施例１〜４に係る投写レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図にはｄ線、Ｆ線およびＣ線の収差曲線を示し、倍率色収差の収差図にはｄ線に対するＦ線（点線：以下同じ）およびＣ線（２点鎖線：以下同じ）の収差曲線を示している。図５〜８に示すように、実施例１〜４に係る投写レンズは、歪曲収差や倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正されている。
【００９５】
なお、本発明の投写レンズとしては、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Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。
【００９６】
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、本発明の投写レンズを備えた種々の装置構成が可能である。ライトバルブとしては、例えば、透過型または反射型の液晶表示素子や、傾きを変えることができる微小な鏡が略平面上に多数形成された微小ミラー素子（例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス）を用いることができる。また、照明光学系としても、ライトバルブの種類に対応した適切な構成を採用することができる。
【００９７】
【表５】
【符号の説明】
【００９８】
１ 画像表示面
２ａ ガラスブロック
２ｂ ローパスフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス
３ａ、３ｂ 開口（絞り）
１０ 照明光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型液晶パネル
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１４ レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１３ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｚ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型あるいは反射型の液晶表示素子やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等のライトバルブからの表示情報等を拡大投写する投写レンズに関し、特に、いわゆる携帯性に優れたハンディータイプの投写型表示装置に好適な投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やＤＭＤ表示装置等のライトバルブを用いた投写型表示装置が広く普及しているが、ライトバルブの小型化・高精細化が急激に進み、また、パソコンの普及と相俟って、このような投写型表示装置を用いてプレゼンテーションを行うことの需要も増加しているため、近年、特に、携帯性に優れた小型の投写型表示装置が要求されるようになっている。また、将来は、携帯電話や懐中電灯を扱うような感覚で、投写型表示装置を扱うことも考えられ、そのためには、さらに携帯性を推し進めることが必須である。
【０００３】
上記要求に応えうる方策としては、特に、投写光学系の光軸と垂直となる方向、一般には装置筺体の厚み方向に小さくなるように薄型化を図ることが有効であり、そのためには投写レンズにおける全てのレンズの外径を小さくすることが重要となる。
【０００４】
装置の携帯性を高めることを目的として、投写レンズのコンパクト化を図った従来技術としては、例えば下記特許文献１、２に記載された投写レンズの如く、縮小側がテレセントリックとされ、また、色合成や、照明光と投写光の分離、等を行うためにレンズバックにある程度のスペースを確保した構成とされたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８０１１号公報
【特許文献２】特開２００５−８４４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載されたものは、画角が５０度前後と小さく、近距離で画像サイズが大きくなるように投写することは困難である。
【０００７】
また、上記特許文献１、２に記載されたものは、上述したように、縮小側がテレセントリックで、レンズバックをある程度確保した構成とされているが、縮小側のレンズの大型化を抑制し、積極的に小型化を図る対策は講じられておらず、さらに、この縮小側のレンズとともに拡大側のレンズも含め、有効光束に対する積極的な小型化対策も採られていない。
【０００８】
また、上記小型化への要求ともに、極めて簡易な構成により大幅なコストの低減を図りたいという要求もあり、上記特許文献１、２に記載されたものでは、このような要求に必ずしも応えたものとはなっていない。
【０００９】
さらに、上記携帯性を促進する場合に、ライトバルブのサイズを小型化することも有効であるが、このような観点からの提言は一切なされていない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、携帯性に優れた投写型表示装置に適合可能であり、近距離投影においても画像サイズが大きくなるように広角とされた、良好な投写性能を有しつつ、極めて簡易で安価な系としうる投写レンズ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る第１の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００１２】
また、本発明に係る第２の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
以下の条件式（１）、（２）、（３）および（４）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【００１３】
また、本発明に係る第３の投写レンズは、
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）、（３´）および（５）を満足することを特徴とするものである。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００１４】
また、前記各投写レンズは、縮小側がテレセントリックであることが好ましい。
【００１５】
また、前記第１レンズと前記第２レンズの間に、光束の通過を制限する開口が配された構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、前記第４レンズが非球面を有していることが好ましい。
【００１７】
また、以下の条件式（６）、（７）を満足することが好ましい。
νｄ１２ ＜ ４５・・・・（６）
４０ ＜ νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズおよび前記第２レンズ各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズおよび前記第４レンズ各々のアッベ数
【００１８】
さらに、前記投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の第１の投写型表示装置は、光源と、複数のライトバルブと、該光源からの光束を該複数のライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記複数のライトバルブで各々光変調した後、これら光変調した各光を合成し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の第２の投写型表示装置は、光源と、１つのライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上記いずれかの投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブにより光変調した後、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【００２１】
なお、上述した「開口」としては、光束の通過を制限する機能を有していればよく、可変絞りも含まれる。
【００２２】
また、上記「非円形形状」とは、光束進行方向から見た各レンズの形状が円形ではないことを意味する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る投写レンズによれば、条件式（１）を満足することにより、装置の大型化を抑制しつつ、照明効率の向上および画面の高精細化を図ることができる。
【００２４】
また、条件式（２）を満足することにより、縮小側のバックフォーカスを確保しており、これにより、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が容易となる。一方、バックフォーカスが長くなるのに応じて、縮小側のテレセントリック性を確保しようとすると、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎてしまう。そこで、最も縮小側に配置された第４レンズを、非円形形状として光束通過に必要な領域以外の所定の領域がカットされた状態とすることにより縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止するようにしている。
【００２５】
さらに、上記第１および上記第２の投写レンズによれば条件式（３）を満足することにより、上記第３の投写レンズによれば条件式（３´）と条件式（５）を同時に満足することにより、各々、投写画面サイズ（最大長さ）および投写距離を適切な値とすることができる。
【００２６】
そして、上記第２の投写レンズによれば、上記第１の投写レンズよりもさらに、近距離投影時における投写画面の明るさが暗くなり過ぎないようにすることができる。すなわち、条件式（５）を満足することにより、ライトバルブのサイズが小さ過ぎず、かつ投写画面が暗くなり過ぎない大きさとすることができる。
【００２７】
また、上記第２の投写レンズによれば、条件式（４）を満足することにより、最も縮小側の第４レンズを除くレンズにおいては、レンズ形状を、有効光束通過領域を含む非円形形状とせずとも、断面円形とすればよくなり、コスト的に有利なものとすることができる。
【００２８】
さらに上記各条件式を４枚のレンズ構成により満足させており、極めて簡易かつコンパクトな系とすることができ、大幅なコストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写レンズを用いていることにより、携帯性に優れた簡易で安価な投写型表示装置とすることが可能であり、近距離投影においても画像サイズが十分な大きさとなるように広角とされ、かつ良好な投写性能を有するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施例３に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図４】本発明の実施例４に係る投写レンズの構成を表す図である。
【図５】実施例１に係る投写レンズの諸収差図である。
【図６】実施例２に係る投写レンズの諸収差図である。
【図７】実施例３に係る投写レンズの諸収差図である。
【図８】実施例４に係る投写レンズの諸収差図である。
【図９】本発明の投写型表示装置の主要部の概略構成を表す図である。
【図１０】光束進行方向から見たときのレンズの非円形形状の具体例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について上記図面を用いて説明する。図１は本発明に係る投写レンズを示すものであり、後述する実施例１のレンズ構成図である。なお、図中Ｚは光軸を表している。
【００３２】
本実施形態に係る第１の投写レンズは、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レンズであって、拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズＬ２、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズＬ３、および正の屈折力を有する第４レンズＬ４により構成されてなり、最も縮小側に配置されたレンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００３３】
また、本実施形態に係る第２の投写レンズは、上記第１の投写レンズの構成に加えて下記条件式（４）を満足する。なお、この第２の投写レンズにおいては、上記最も縮小側に配置されたレンズが、必ずしも有効光束通過領域を含む非円形形状とされていなくともよい。
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【００３４】
また、本実施形態に係る第３の投写レンズは、上記第１の投写レンズの条件式（３）の構成に替えて、下記条件式（３´）および下記条件式（５）を満足する。
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【００３５】
また、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レンズにおいて、この投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることがレンズ系のコンパクト化を図る上で好ましい。
【００３６】
ここで、上記「レンズ径方向の長さのうち最小部分」の値については、上記「１５ｍｍ以下」に替えて「１２ｍｍ以下」とすることが好ましく、「１０ｍｍ以下」とすることがさらに好ましい。
【００３７】
なお、上記「最大長さ」とは、拡大側画像中で最も長い距離を意味するものとし、一般には対角の長さである。
【００３８】
なお、図１の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面１において画像情報を与えられた光束が、ガラスブロック２ａおよびローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂを介して、この投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。さらに、レンズ系中に、開口（特に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に、１つまたは複数の開口を設けることが可能である。また、最も縮小側の開口を絞りとすることが可能である。）が配置されている。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原色光に分離し、各原色光用に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ものとすることが可能である。また、縮小側はテレセントリックとされていることが望ましい。
【００３９】
なお、具体的には、ガラスブロック２ａの位置にクロスダイクロイックプリズム等の色合成手段（ガラスブロック）や、照明光と投影光を分離するためのＤＭＤ用のプリズムやＬＣＯＳ用のＰＢＳ等を配設することが可能である。
【００４０】
なお、１つのライトバルブを用いる場合には、ガラスブロック２ａ等は省略可能である（後述する実施例２を参照）。
【００４１】
また、本実施形態の投写レンズでは、少なくとも１枚の非球面を有することが望ましく、これにより、レンズ枚数を低減しつつ解像力を向上させることができる。特に、最も縮小側に配される第４レンズＬ４が非球面を有するように構成することが好ましい。
【００４２】
また、本実施形態の投写レンズでは、縮小側から２枚目と３枚目のレンズを、互いに接合させて、色収差、特に倍率色収差を良好なものとすることが可能である。
【００４３】
さらに、本実施形態の投写レンズにおいては、以下の条件式（６）、（７）を満足させることが好ましい。
νｄ１２＜４５・・・・（６）
４０＜νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズＬ１および前記第２レンズＬ２各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズＬ３および前記第４レンズＬ４各々のアッベ数
【００４４】
また、本実施形態に係る上記投写レンズにおいては、以下の条件式（８）、（９）を満足することが好ましい。
２ω＞６０度・・・・（８）
ＢＨ＞ＦＨ ・・・・（９）
ここで、
２ω：拡大側画角
ＦＨ：最も拡大側のレンズ面における最大有効光束高
ＢＨ：最も縮小側のレンズ面における最大有効光束高
【００４５】
以下、上記各条件式の技術的意義について説明する。
すなわち、上記条件式（１）の範囲外となると、装置の大型化を抑制しつつ、照明効率の向上および画面の高精細化を図ることが、困難となる。
【００４６】
また、上記条件式（２）の下限以下となると、縮小側のバックフォーカスが確保されず、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が困難となる。
【００４７】
また、縮小側のテレセントリック性を確保しようとすると、バックフォーカスが長くなるのに応じて縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎてしまうので、最も縮小側に配置されたレンズを、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分を設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００４８】
また、上記条件式（３）の範囲外となると、投写画面サイズおよび投写距離を適切な値とすることが困難となる。さらに、上記条件式（３）に替えて、上記条件式（３´）および上記条件式（５）を満足する構成とすることにより、例えば、手持ち可能な超コンパクト化された投写型画像装置に搭載される場合に好適なものとすることができる。
【００４９】
なお、上記条件式（５）が満足されないと、適切な大きさのライトバルブサイズとすることが難しくなる。すなわち、ライトバルブのサイズが小さ過ぎず、かつ投写画像が暗くなり過ぎない大きさとすることが困難となる。
【００５０】
さらに、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´´）を満足する構成とすることにより、上記条件式（３）を満足した場合の作用効果をより良好に奏することができる。
３０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３´´）
【００５１】
また、上記条件式（４）が満足されないと、縮小側のバックフォーカスが確保されず、照明光と投影光の分離や、色光の合成等が困難となる。
【００５２】
また、上記条件式（６）、（７）を各々満足させることにより、倍率色収差等の色収差をより良好なものとすることができる。
【００５３】
なお、上記条件式（８）の下限以下となると、近距離投影を行なう場合において、画像サイズを十分な大きさとなるようにすることが困難となる。
【００５４】
また、上記条件式（９）が満足されないと、広角化に伴って拡大側レンズの径が大きくなり過ぎるのを抑制することが困難となる。
【００５５】
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について説明する。図９は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の主要部（照明光学系１０）の一例を示す構成図である。
【００５６】
図９に示すように上記照明光学系１０は、前述したように、ライトバルブとしての透過型液晶パネル１１ａ〜１１ｃ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１４と、コンデンサレンズ１６ａ〜１６ｃと、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃとを備えている。ダイクロイックミラー１２の前段は図示を省略しているが、光源からの白色光は照明光学部を介して、３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）にそれぞれ対応する液晶パネル１１ａ〜１１ｃに入射されて光変調され、投写レンズによりスクリーンに投写される。
【００５７】
この投写型表示装置は、本発明に係る投写レンズを用いているので、コンパクトなサイズにて、諸収差が良好に補正された高解像な大画面を得ることが可能となっている。
【００５８】
また、よりコンパクト化を促進するためには、ライトバルブを単板とし、例えば、ＲＧＢ各色映像を順次ライトバルブ上に表示させ、これと同期させて、ＲＧＢ各色ＬＥＤよりなる光源から、対応色光を出力させることが好ましい。これにより、上述した、色分解のためのダイクロイックミラー１２，１３、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４、全反射ミラー１８ａ〜１８ｃなどを省略することが可能となる。
【００５９】
また、上記第１および第３の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状としているが、本発明の投写レンズとしては、これに加えて、またはこれに替えて他のレンズ、例えば最も拡大側に配置された第１レンズＬ１を、有効光束通過領域を含む非円形形状としてもよい。
【００６０】
なお、非円形形状としては、光束進行方向から見たときのレンズ形状が円とは異なる種々の形状とすることが可能であるが、例えば図１０に示すように、光軸方向から見たときのレンズ形状が、円から１つの弓形領域を切り取ったもの（Ａ）、円から対向する２つの弓形領域を切り取ったもの（Ｂ）、この（Ｂ）の形状からさらに１つの弓形領域を切り取ったもの（Ｃ）等とすることができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明に係る投写レンズの具体的な実施例について説明する。なお、各実施例において、互いに同様の作用効果をなす部材については同一の符号を付している。
【実施例１】
【００６２】
図１に示すように、実施例１に係る投写レンズは、拡大側から順に、両凸レンズからなる第１レンズＬ１と、開口３ａおよび絞り（または開口）３ｂと、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、光軸Ｚ上で両凸レンズとされた両面非球面の第４レンズＬ４からなる。
【００６３】
また、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上方に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズの外径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００６４】
上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、下記に示す非球面式により規定される。
【００６５】
【数１】
【００６６】
実施例１に係る投写レンズは、上記条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００６７】
また、図１には、ライトバルブの画像表示面１、ならびにガラスブロック２ａおよびローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂが示されている。
【００６８】
実施例１に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下「軸上面間隔」と称す）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表１の上段に示す。なお、表１および以下の表において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の右側に＊印が付された面は非球面とされている。また、表１の下段には各非球面を表す非球面係数を示す。
【００６９】
また、実施例１および以下の実施例２〜４において、これらの非球面の曲率半径Ｒは、各表において光軸Ｚ上での曲率半径Ｒの値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Ｚとの交点から引き出されていないものがある。
【００７０】
【表１】
【００７１】
表５に示すように、実施例１の投写レンズは各条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足している。
【００７２】
なお、実施例１において、全系の焦点距離ｆは10.6、ＦナンバＦno.は3.01、全画角２ωは48.2（度）となるように設定されている。
【実施例２】
【００７３】
実施例２に係る投写レンズの構成は、図２に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。ただし、ライトバルブが単板のものに対応するように構成されているので、第４レンズＬ４とライトバルブの画像表示面１との間には、実施例１に示すような色合成用のガラスブロック２ａは配されていない。また、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス２ｂも省略されて示されている。
【００７４】
なお、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上下方向に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００７５】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００７６】
実施例２に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表２の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表２の下段に示す。
【００７７】
【表２】
【００７８】
実施例２に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式（１）〜（９）、（３´）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００７９】
なお、実施例２において、全系の焦点距離ｆは5.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは61.8（度）となるように設定されている。
【実施例３】
【００８０】
実施例３に係る投写レンズの構成は、図３に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。
【００８１】
なお、上記実施例１における、いわゆるＤカットは施されていない。
【００８２】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００８３】
実施例３に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表３の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表３の下段に示す。
【００８４】
【表３】
【００８５】
実施例３に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式（１）〜（４）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００８６】
なお、実施例３において、全系の焦点距離ｆは9.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは45.4（度）となるように設定されている。
【実施例４】
【００８７】
実施例４に係る投写レンズの構成は、図４に示すとおりであり、レンズ構成自体は上記実施例１と略同様である。ただし、第３レンズＬ３は両凸レンズとされている。
【００８８】
なお、最も縮小側に配置された第４レンズＬ４を、有効光束通過領域を含む非円形形状とし、不要なレンズ部分（図面上下方向に位置する部分）Ｌ４Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、縮小側のレンズ径が大きくなり過ぎるのを防止している。
【００８９】
また、上記第４レンズＬ４の両面の非球面形状は、上記に示す非球面式により規定される。
【００９０】
実施例４に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を、表４の上段に示す。また、各非球面を表す非球面係数を、表４の下段に示す。
【００９１】
【表４】
【００９２】
実施例４に係る投写レンズは、表５に示すように、上記条件式上記条件式（１）〜（３）、（６）、（７）、（９）、（３´´）を満足するように構成されている。
【００９３】
なお、実施例４において、全系の焦点距離ｆは9.9、ＦナンバＦno.は2.51、全画角２ωは45.4（度）となるように設定されている。
【００９４】
また、図５〜８は、実施例１〜４に係る投写レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図にはｄ線、Ｆ線およびＣ線の収差曲線を示し、倍率色収差の収差図にはｄ線に対するＦ線（点線：以下同じ）およびＣ線（２点鎖線：以下同じ）の収差曲線を示している。図５〜８に示すように、実施例１〜４に係る投写レンズは、歪曲収差や倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正されている。
【００９５】
なお、本発明の投写レンズとしては、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Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。
【００９６】
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、本発明の投写レンズを備えた種々の装置構成が可能である。ライトバルブとしては、例えば、透過型または反射型の液晶表示素子や、傾きを変えることができる微小な鏡が略平面上に多数形成された微小ミラー素子（例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス）を用いることができる。また、照明光学系としても、ライトバルブの種類に対応した適切な構成を採用することができる。
【００９７】
【表５】
【符号の説明】
【００９８】
１ 画像表示面
２ａ ガラスブロック
２ｂ ローパスフィルタ等の各種フィルタやライトバルブのカバーガラス
３ａ、３ｂ 開口（絞り）
１０ 照明光学系
１１ａ〜１１ｃ 透過型液晶パネル
１２、１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１６ａ〜１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ〜１８ｃ 全反射ミラー
Ｌ１〜Ｌ４ レンズ
Ｒ１〜Ｒ１４ レンズ面等の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１３ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｚ 光軸
【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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【請求項２】
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
以下の条件式（１）、（２）、（３）および（４）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【請求項３】
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）、（３´）および（５）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【請求項４】
縮小側がテレセントリックであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズと前記第２レンズの間に、光束の通過を制限する開口が配されたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項６】
前記第４レンズが非球面を有していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項７】
以下の条件式（６）、（７）を満足することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
νｄ１２ ＜ ４５・・・・（６）
４０ ＜ νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズおよび前記第２レンズ各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズおよび前記第４レンズ各々のアッベ数
【請求項８】
前記投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項９】
光源と、複数のライトバルブと、該光源からの光束を該複数のライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から８のうちいずれか１項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記複数のライトバルブで各々光変調した後、これら光変調した各光を合成し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１０】
光源と、１つのライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から８のうちいずれか１項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブにより光変調した後、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【請求項２】
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
以下の条件式（１）、（２）、（３）および（４）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
ＴＨ：最も縮小側のレンズを除くレンズにおける有効光束最大高さ
【請求項３】
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レンズであって、
拡大側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第２レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第３レンズ、および正の屈折力を有する第４レンズにより構成されてなるとともに、
最も縮小側に配置された前記第４レンズが、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり、
さらに、以下の条件式（１）、（２）、（３´）および（５）を満足することを特徴とする投写レンズ。
２．５＜β／Ｓ＜１０．０・・・・（１）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（２）
３５＜Ｓ／ＯＢＪ＜１４０・・・・（３´）
３．０＜Ｓ＜１０．０・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
【請求項４】
縮小側がテレセントリックであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズと前記第２レンズの間に、光束の通過を制限する開口が配されたことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項６】
前記第４レンズが非球面を有していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項７】
以下の条件式（６）、（７）を満足することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
νｄ１２ ＜ ４５・・・・（６）
４０ ＜ νｄ３４・・・・（７）
ここで、
νｄ１２：前記第１レンズおよび前記第２レンズ各々のアッベ数
νｄ３４：前記第３レンズおよび前記第４レンズ各々のアッベ数
【請求項８】
前記投写レンズを構成する全てのレンズ要素の、光軸に対して垂直となるレンズ径方向の長さのうち最小部分が１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項９】
光源と、複数のライトバルブと、該光源からの光束を該複数のライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から８のうちいずれか１項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記複数のライトバルブで各々光変調した後、これら光変調した各光を合成し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１０】
光源と、１つのライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１から８のうちいずれか１項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブにより光変調した後、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１７５８３２（Ｐ２０１０−１７５８３２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３２９（Ｐ２００９−１８３２９）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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