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、レンズ枚数が少ない割に広角とされ、良好な投写性能を有しつつ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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされたレンズＬ１、正レンズＬ２、拡大側が凹面とされた負レンズＬ３、縮小側が凸面とされた正レンズＬ４、および正レンズＬ５からなり、条件式（１）〜（３）を満足する。2.5<β/S<10.0（１）、20<S/OBJ<65（２）、0.8<Bf/f（３）：ここで、βは拡大倍率、Sは拡大側画像の最大長さ(インチ)、OBJは拡大側投写距離(m)、Bfは縮小側のバックフォーカス、fは全系焦点距離である。
【解決手段】拡大側から順に、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされたレンズＬ１、正レンズＬ２、拡大側が凹面とされた負レンズＬ３、縮小側が凸面とされた正レンズＬ４、および正レンズＬ５からなり、条件式（１）〜（３）を満足する。2.5<β/S<10.0（１）、20<S/OBJ<65（２）、0.8<Bf/f（３）：ここで、βは拡大倍率、Sは拡大側画像の最大長さ(インチ)、OBJは拡大側投写距離(m)、Bfは縮小側のバックフォーカス、fは全系焦点距離である。
【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、５０度前後の画角を得るために、７枚あるいは８枚程度のレンズ枚数を要しており、簡易な構成により、近距離でも画像サイズが大きくなるように投写する、との要望に応えたものとはなっていない。
【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、５枚という少ないレンズ枚数の割りに、ある程度広角とされた、良好な投写性能を有しつつ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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【００１２】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５レンズおよび最も拡大側に配置された前記第１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（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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
２ω：拡大側画角
【００１３】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５レンズにより構成されてなり、
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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【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１レンズおよび/または前記第５レンズが非球面を有していることが好ましい。
【００１７】
また、前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してなることが好ましい。
【００１８】
また、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ４：前記第４レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３：前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに、本願明細書において、レンズ面の形状を規定するために用いられる「凸面」または「凹面」という用語は、レンズ面が非球面であるときは当該レンズ面の光軸近傍及び近軸領域での形状を表すものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る全ての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とともに、条件式（２）を満足することにより、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】
また、条件式（３）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。
【００２７】
そのため、上記第１の投写レンズによれば上記最も縮小側に配置された第５レンズを、また、上記第２の投写レンズによれば、上記最も縮小側に配置された第５レンズおよび上記最も拡大側に配置された第１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。
【００２８】
また、上記第２の投写レンズによれば、上記条件式（４）を満足することにより、広角側の画角が確保され、近距離投影の場合に、画像サイズを十分に拡大することが可能となる。
【００２９】
また、上記第３の投写レンズによれば、条件式（５）を満足することにより、最も縮小側の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。
【００３０】
さらに上記各条件式を５枚のレンズ構成により満足させており、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。
【００３１】
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】
【００３２】
【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】実施例１に係る投写レンズの諸収差図である。
【図４】実施例２に係る投写レンズの諸収差図である。
【図５】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６】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】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について上述の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。
【００３４】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズＬ３、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズＬ４および正の屈折力を有する第５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５レンズＬ５が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり（実施例２のみ）、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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【００３５】
また、本実施形態に係る第２の投写レンズは、上記第１の投写レンズの全ての構成要件を備えた上で、最も拡大側に配置された前記第１レンズＬ１が、有効光束通過領域を含む非円形形状に構成してなり、さらに、下記条件式（４）を満足するものである。
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
２ω：拡大側画角
【００３６】
また、本実施形態に係る第３の投写レンズは、略、上記第１の投写レンズと同様の要件を備えているが、いずれのレンズについても、有効光束通過領域を含む非円形形状に構成してなる、との要件は必ずしも必要とされず、さらに、下記条件式（５）を満足するものである。
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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や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との間に設けることが可能である）３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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、最も拡大側に配される第１レンズＬ１および最も縮小側に配される第５レンズＬ５のうち、少なくとも１つが非球面を有するように構成することが好ましい。
【００４４】
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（第３レンズＬ３と第４レンズＬ４）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。
【００４５】
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）を満足させることが好ましい。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数
νｄ４：第４レンズＬ４のｄ線におけるアッベ数
【００４６】
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。
【００４７】
また、上記条件式（２）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。
【００４８】
さらに、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（２´）を満足する構成とすることにより、上記条件式（２）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・・・・（２´）
【００４９】
また、条件式（３）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。
【００５０】
そのため、上記第１の投写レンズによれば上記最も縮小側に配置された第５レンズを、また、上記第２の投写レンズによれば、上記最も縮小側に配置された第５レンズおよび上記最も拡大側に配置された第１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（実施例２参照）ことにより、特に、最も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。
【００５１】
また、上記第２の投写レンズにおいて、上記条件式（４）が満足されないと、広角側の画角が確保されないため、近距離投影の場合に、画像サイズを十分に拡大することができない。
【００５２】
また、上記第３の投写レンズにおいて、上記条件式（５）が満足されないと、レンズ系のコンパクト化を図るためには、最も縮小側のレンズを除くレンズにおいて、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、との効果を奏することが困難となる。
【００５３】
また、上記条件式（６）が満足されないと、倍率色収差等の色収差を良好なものとすることが困難となる。
【００５４】
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５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。
【００５５】
図５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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、上記第１の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５を、さらに、上記第２の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５と最も拡大側に配置された第１レンズＬ１とを、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を、有効光束通過領域を含む非円形形状としてもよい。
【００５９】
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６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】
【００６０】
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】
【００６１】
実施例１に係る投写レンズの構成は、図１に示すとおりであり、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、開口（または絞り）３と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、両凹レンズからなる第３レンズＬ３および両凸レンズからなる第４レンズＬ４を接合してなる接合レンズと、両凸状の非球面レンズからなる第５レンズＬ５とを配設してなる。
【００６２】
上記第５レンズＬ５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。
【００６３】
【数１】
【００６４】
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２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。
【００６５】
また、実施例１および以下の実施例２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。
【００６６】
【表１】
【００６７】
実施例１に係る小型投写レンズは、表３に示すように、上記条件式（１）〜（５）を満足するように構成されている。
【００６８】
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3.00、全画角２ωは48.2（度）となるように設定されている。したがって、レンズ枚数が５枚と少ない割りに広画角とされている。
【実施例２】
【００６９】
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と略同様であるが、第１レンズＬ１が、拡大側に凸面を向けた負のメニスカス状の両面非球面レンズからなる点において、また、第２レンズＬ２が、両凸レンズからなる点において、さらにマスク３ａに加えて、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間にもマスク（可変絞りとすることが可能）３ｂを設けた点において、相違している。
【００７０】
また、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５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）Ｌ５Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、また、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、不要なレンズ部分（図面下方向に位置する部分）Ｌ１Ａ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。
【００７１】
また、第１レンズＬ１および第５レンズＬ５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。
【００７２】
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。
【００７３】
【表２】
【００７４】
実施例２に係る投写レンズは、表３に示すように、上記条件式（１）〜（６）、（２´）を満足するように構成されている。
【００７５】
なお、実施例２において、全系の焦点距離ｆは7.9、ＦナンバＦno.は2.99、全画角２ωは60.8（度）となるように設定されている。したがって、レンズ枚数が５枚と少ない上、各段に広画角とされている。
【００７６】
また、図３、４は、実施例１、２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３、４に示すように、実施例１、２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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
【表３】
【符号の説明】
【００８０】
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
３ 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〜Ｌ５ 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、５０度前後の画角を得るために、７枚あるいは８枚程度のレンズ枚数を要しており、簡易な構成により、近距離でも画像サイズが大きくなるように投写する、との要望に応えたものとはなっていない。
【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、５枚という少ないレンズ枚数の割りに、ある程度広角とされた、良好な投写性能を有しつつ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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【００１２】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５レンズおよび最も拡大側に配置された前記第１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（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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
２ω：拡大側画角
【００１３】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５レンズにより構成されてなり、
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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【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１レンズおよび/または前記第５レンズが非球面を有していることが好ましい。
【００１７】
また、前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してなることが好ましい。
【００１８】
また、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ４：前記第４レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３：前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに、本願明細書において、レンズ面の形状を規定するために用いられる「凸面」または「凹面」という用語は、レンズ面が非球面であるときは当該レンズ面の光軸近傍及び近軸領域での形状を表すものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る全ての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とともに、条件式（２）を満足することにより、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】
また、条件式（３）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。
【００２７】
そのため、上記第１の投写レンズによれば上記最も縮小側に配置された第５レンズを、また、上記第２の投写レンズによれば、上記最も縮小側に配置された第５レンズおよび上記最も拡大側に配置された第１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。
【００２８】
また、上記第２の投写レンズによれば、上記条件式（４）を満足することにより、広角側の画角が確保され、近距離投影の場合に、画像サイズを十分に拡大することが可能となる。
【００２９】
また、上記第３の投写レンズによれば、条件式（５）を満足することにより、最も縮小側の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。
【００３０】
さらに上記各条件式を５枚のレンズ構成により満足させており、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。
【００３１】
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】
【００３２】
【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】実施例１に係る投写レンズの諸収差図である。
【図４】実施例２に係る投写レンズの諸収差図である。
【図５】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６】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】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について上述の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。
【００３４】
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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズＬ３、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズＬ４および正の屈折力を有する第５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５レンズＬ５が、有効光束通過領域を含む非円形形状とされてなり（実施例２のみ）、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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【００３５】
また、本実施形態に係る第２の投写レンズは、上記第１の投写レンズの全ての構成要件を備えた上で、最も拡大側に配置された前記第１レンズＬ１が、有効光束通過領域を含む非円形形状に構成してなり、さらに、下記条件式（４）を満足するものである。
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
２ω：拡大側画角
【００３６】
また、本実施形態に係る第３の投写レンズは、略、上記第１の投写レンズと同様の要件を備えているが、いずれのレンズについても、有効光束通過領域を含む非円形形状に構成してなる、との要件は必ずしも必要とされず、さらに、下記条件式（５）を満足するものである。
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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や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との間に設けることが可能である）３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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、最も拡大側に配される第１レンズＬ１および最も縮小側に配される第５レンズＬ５のうち、少なくとも１つが非球面を有するように構成することが好ましい。
【００４４】
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（第３レンズＬ３と第４レンズＬ４）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。
【００４５】
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）を満足させることが好ましい。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数
νｄ４：第４レンズＬ４のｄ線におけるアッベ数
【００４６】
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。
【００４７】
また、上記条件式（２）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。
【００４８】
さらに、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（２´）を満足する構成とすることにより、上記条件式（２）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・・・・（２´）
【００４９】
また、条件式（３）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。
【００５０】
そのため、上記第１の投写レンズによれば上記最も縮小側に配置された第５レンズを、また、上記第２の投写レンズによれば、上記最も縮小側に配置された第５レンズおよび上記最も拡大側に配置された第１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（実施例２参照）ことにより、特に、最も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。
【００５１】
また、上記第２の投写レンズにおいて、上記条件式（４）が満足されないと、広角側の画角が確保されないため、近距離投影の場合に、画像サイズを十分に拡大することができない。
【００５２】
また、上記第３の投写レンズにおいて、上記条件式（５）が満足されないと、レンズ系のコンパクト化を図るためには、最も縮小側のレンズを除くレンズにおいて、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、との効果を奏することが困難となる。
【００５３】
また、上記条件式（６）が満足されないと、倍率色収差等の色収差を良好なものとすることが困難となる。
【００５４】
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５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。
【００５５】
図５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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、上記第１の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５を、さらに、上記第２の投写レンズにおいては、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５と最も拡大側に配置された第１レンズＬ１とを、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を、有効光束通過領域を含む非円形形状としてもよい。
【００５９】
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６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】
【００６０】
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】
【００６１】
実施例１に係る投写レンズの構成は、図１に示すとおりであり、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、開口（または絞り）３と、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、両凹レンズからなる第３レンズＬ３および両凸レンズからなる第４レンズＬ４を接合してなる接合レンズと、両凸状の非球面レンズからなる第５レンズＬ５とを配設してなる。
【００６２】
上記第５レンズＬ５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。
【００６３】
【数１】
【００６４】
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２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。
【００６５】
また、実施例１および以下の実施例２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。
【００６６】
【表１】
【００６７】
実施例１に係る小型投写レンズは、表３に示すように、上記条件式（１）〜（５）を満足するように構成されている。
【００６８】
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3.00、全画角２ωは48.2（度）となるように設定されている。したがって、レンズ枚数が５枚と少ない割りに広画角とされている。
【実施例２】
【００６９】
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と略同様であるが、第１レンズＬ１が、拡大側に凸面を向けた負のメニスカス状の両面非球面レンズからなる点において、また、第２レンズＬ２が、両凸レンズからなる点において、さらにマスク３ａに加えて、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間にもマスク（可変絞りとすることが可能）３ｂを設けた点において、相違している。
【００７０】
また、最も縮小側に配置された第５レンズＬ５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）Ｌ５Ａを設けないようにして（いわゆるＤカットを施して）、また、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、不要なレンズ部分（図面下方向に位置する部分）Ｌ１Ａ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。
【００７１】
また、第１レンズＬ１および第５レンズＬ５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。
【００７２】
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。
【００７３】
【表２】
【００７４】
実施例２に係る投写レンズは、表３に示すように、上記条件式（１）〜（６）、（２´）を満足するように構成されている。
【００７５】
なお、実施例２において、全系の焦点距離ｆは7.9、ＦナンバＦno.は2.99、全画角２ωは60.8（度）となるように設定されている。したがって、レンズ枚数が５枚と少ない上、各段に広画角とされている。
【００７６】
また、図３、４は、実施例１、２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３、４に示すように、実施例１、２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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
【表３】
【符号の説明】
【００８０】
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
３ 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〜Ｌ５ 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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５レンズおよび最も拡大側に配置された前記第１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（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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
２ω：拡大側画角
【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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５レンズにより構成されてなり、
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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【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１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】
前記第５レンズが非球面を有していることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項８】
前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してな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】
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ４：前記第４レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３：前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【請求項１０】
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１〜９のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１１】
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１０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１２】
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１０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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
【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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５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５レンズおよび最も拡大側に配置された前記第１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（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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
３５度＜２ω・・・・（４）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
２ω：拡大側画角
【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、拡大側が凸面とされメニスカス形状とされた第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、拡大側が凹面とされた負の屈折力を有する第３レンズ、縮小側が凸面とされた正の屈折力を有する第４レンズおよび正の屈折力を有する第５レンズにより構成されてなり、
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）
２０＜Ｓ／ＯＢＪ＜ ６５・・・・（２）
０．８＜Ｂｆ／ｆ・・・・（３）
ＴＨ＜ＩＨ・・・・（５）
ここで、
β：拡大倍率
Ｓ：拡大側画像の最大長さ(インチ)
ＯＢＪ：拡大側投写距離(ｍ)
Ｂｆ：縮小側のバックフォーカス
ｆ：全系焦点距離
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
ＩＨ：縮小側共役位置での有効光束最大高さ
【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１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】
前記第５レンズが非球面を有していることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項８】
前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されて接合レンズを構成してな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】
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
３５＜νｄ４―νｄ３・・・・（６）
ここで、
νｄ４：前記第４レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３：前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【請求項１０】
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１〜９のうちいずれか１項記載の投写レンズ。
【請求項１１】
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１０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１２】
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１０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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８１６５３（Ｐ２０１０−１８１６５３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３８５（Ｐ２００９−２５３８５）
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【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１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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