JP3402464B2 - レトロフォーカス型レンズ及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焦点距離に比べて
長いバックフォーカル長を必要とする投写光学系に適し
たレトロフォーカス型レンズ、及び、これを搭載した投
写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来の投写型表示装置（液晶
プロジェクタ）の光学系を概略的に示す構成図である。
図１３に示されるように、この投写型表示装置３００
は、ランプ１２０及び反射鏡１３０からなり略平行な照
明光束２を出射する光源１と、ダイクロイックミラー３
Ｂ及び３Ｇと、光を反射するミラー４ａ，４ｂ，４ｃと
を有する。また、投写型表示装置３００は、赤色用の画
像を表示する透過型液晶パネル５Ｒと、緑色用の画像を
表示する透過型液晶パネル５Ｇと、青色用の画像を表示
する透過型液晶パネル５Ｂと、赤色光２Ｒ及び青色光２
Ｂを反射し、緑色光２Ｇを透過させることにより、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の合成された光束２０を出
力するダイクロイックプリズム６と、入射光束２０をス
クリーン８上に拡大投写する投写レンズ７とを有する。
尚、図において、２００は、筐体を示す。

【０００３】ダイクロイックミラー３Ｂは、光源１から
出射された光束２のうちの青色光２Ｂを反射させ、赤色
光２Ｒ及び緑色光２Ｇを透過させる。ダイクロイックミ
ラー３Ｂで反射した青色光２Ｂは、ミラー４ｂで反射
し、液晶パネル５Ｂを透過してダイクロイックプリズム
６に入射する。ダイクロイックミラー３Ｇは、ダイクロ
イックミラー３Ｂを透過した緑色光２Ｇを反射させ、赤
色光２Ｒを透過させる。ダイクロイックミラー３Ｇで反
射した緑色光２Ｇは、液晶パネル５Ｇを透過してダイク
ロイックプリズム６に入射する。ダイクロイックミラー
３Ｂを透過した赤色光２Ｒは、ミラー４ａ及び４ｃで反
射し、液晶パネル５Ｒを透過してダイクロイックプリズ
ム６に入射する。ダイクロイックプリズム６は、入射し
た赤色光２Ｒ、緑色光２Ｇ、及び青色光２Ｂを合成した
光束２０を投写レンズ７に向けて出射する。投写レンズ
７は、合成光束２０を拡大してスクリーン８上に投写す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記投写型表示装置に
おいては、投写レンズ７と映像源であるライトバルブ素
子としての液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとの間に分厚い
ダイクロイックプリズム６を配置する必要があるため、
投写レンズ７には長いバックフォーカル長が要求され
る。

【０００５】また、上記投写型表示装置をリアプロジェ
クタ（背面投写型表示装置）に適用する場合には、装置
の外形寸法をできるだけ大きくしないという観点から、
投写レンズ７からスクリーン８までの距離が短い（即
ち、投写レンズ７が広角である）ほうが望ましい。

【０００６】さらに、ダイクロイックプリズム６は光束
の入射角に応じて分光透過率、偏光生成特性、反射率が
大きく変化するため、液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに入
射する照明光束は略平行光束となるよう（即ち、テレセ
ントリック照明がなされるよう）設計されている。この
場合、投写レンズ７に入射する光束は略平行光束であ
る。このような光学系にバックフォーカル長の短い従来
の広角投写レンズを用いると、液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，
５Ｂの画面周辺部を透過して投写レンズ７に入射する光
束が極端に少なくなり、投写映像の画面周辺部が暗くな
る。従って、映像源の各位置から入射する光束の主光線
が、投写レンズ７の光軸に対して略平行になるような構
成（テレセントリック性を持つ構成）が望まれる。この
ために、液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから瞳位置までの
距離が焦点距離に比べて十分に大きな構成の投写レンズ
が必要である。

【０００７】以上のように、投写型表示装置に使用され
る投写レンズには、（１）広画角性、（２）大きなバッ
クフォーカル長、（３）画像表示素子側のテレセントリ
ック性、に関する基本仕様を満足することが要求され
る。また、投写型表示装置の投写レンズには、下記の
（４）から（７）までに記載した基本収差性能も要求さ
れる。

【０００８】（４）低色収差：投写画像の原色画素の投
写倍率差が十分小さくなるよう、典型的には画素ピッチ
程度に、また望ましくは画素ピッチの半分以下に倍率色
収差を制御することが必要である。また、例えば照明光
源に超高圧水銀ランプを使用する場合には、青色光の本
来のスペクトル波長（４５０ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）よ
りも短い波長、例えば水銀のｇ線（４３６ｎｍ）近傍に
強いスペクトルをもつ場合があり、このような輝線スペ
クトル成分についても、赤側の倍率色収差とのバランス
を考慮しつつ倍率色収差補正し、青紫色（Violet）のフ
レア成分を抑制する必要がある。さらに、各原色毎の合
焦点が一致するよう、縦の色収差を小さく制御すること
が必要である。

【０００９】（５）低歪曲収差：広角なリアプロジェク
タ用レンズでは、投写スクリーンの枠の内側に矩形状投
写画像が投写されるので、画面周辺部の歪曲収差が目立
ちやすい。従って、歪曲収差による画素の理想点からの
ずれを、典型的には画素ピッチ程度に制御することが求
められる。また、ＣＡＤに用いられるリアプロジェクタ
や、リア投写された単位画面を配列して画素数を増加さ
せるマルチビジョンプロジェクタ等では、理想点からの
絶対偏差が画素ピッチの半分以下程度となるように歪曲
収差を制御することが求められる。

【００１０】（６）広い温度範囲での使用可能：プロジ
ェクタの様々な設置温度環境、照明用ランプによる発熱
に対処するために、投写レンズは広い温度範囲にわたっ
て所望の光学性能を維持するような設計上の配慮が求め
られる。この使用温度範囲の問題を解決するために、ガ
ラスレンズのみで投写レンズを構成する方法がある。一
般的にガラスレンズはプラスチック材料に比べて温度変
化に対する膨張、屈折率変化が小さく、安定な光学特性
の維持に有利である。しかしながら、各種収差補正のた
めに非球面を使用する場合、ガラスレンズはコスト的に
不利である。そこで、本願のレンズ系ではプラスチック
非球面レンズで各種収差補正を行い、なおかつ温度変化
による合焦ずれが小さい投写レンズを実現する。

【００１１】（７）高解像度：近年開発が進んでいる１
００万画素級の高密度・多画素の画素数を有するライト
バルブ素子の原画像を拡大投写するには、ライトバルブ
の微細画素構造に応じた高解像度な投写レンズが求めら
れる。投写レンズの高解像度性を確保するためには、上
述した色収差、歪曲収差以外の軸上収差、各種軸外収差
も十分に補正する必要がある。

【００１２】そこで、本発明は、上記したような従来技
術の課題を解消するためになされたものであり、焦点距
離に対してバックフォーカル長が長く、映像源側でテレ
セントリック性を有し、広画角投写が可能なレトロフォ
ーカス型レンズ、及び、この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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るレトロフ
ォーカス型レンズは、負の屈折力を有する第１群レンズ
と、正の屈折力を有する第２群レンズと、正の屈折力を
有する第３群レンズとを大きな共役側から小さな共役側
に向かって順に配置し、前記第１群レンズが、大きな共
役側から小さな共役側に向かって順に、非球面を含む第
１レンズと、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメニ
スカス状の第２レンズと、負の屈折力を有し大きな共役
側に凸のメニスカス状の第３レンズと、負の屈折力を有
し小さな共役側に凸のメニスカス状の第４レンズとを有
し、前記第２群レンズが、大きな共役側から小さな共役
側に向かって順に、正の屈折力を有する第５レンズと、
該第５レンズに接合された第６レンズとを有し、前記第
３群レンズが、大きな共役側から小さな共役側に向かっ
て順に、正の屈折力を有し小さな共役側に凸のメニスカ
ス状の第７レンズと、両凹の第８レンズと、該第８レン
ズと接合され正の屈折力を有する第９レンズと、両凸の
第１０レンズと、両凸の第１１レンズと、非球面を含む
第１２レンズとを有し、ｆをレンズ全系の焦点距離、ｆ
₂を前記第２群レンズの焦点距離、ｆ₃を前記第３群レン
ズの焦点距離、｜ｆ₁｜を前記第１群レンズの焦点距離
の絶対値、｜ｆ₄｜を前記第１レンズの軸上焦点距離の
絶対値、ｆ₅を前記第１２レンズの軸上焦点距離とした
ときに、下記の条件式（１）、（２）、（３）及び
（４） ０．８＜ｆ₂／ｆ₃ ＜１．５ …（１） １．６＜｜ｆ₁｜／ｆ＜２．４ …（２） ｜ｆ₄｜／ｆ＞３０ …（３） ｆ₅／ｆ＞６ …（４） を満足することを特徴としている。

【００１４】また、請求項２に係るレトロフォーカス型
レンズは、前記第２群レンズと前記第３群レンズとの間
に絞り手段が配置され、｜ＥＸＰ｜をレンズ全系におけ
る小さな共役側の像面から、該小さな共役側の瞳面まで
の距離の絶対値としたときに、下記の条件式（５） ｜ＥＸＰ｜／ｆ＞５０ …（５） を満足することを特徴としている。

【００１５】また、請求項３に係るレトロフォーカス型
レンズは、ＢＦＬをレンズ全系のバックフォーカル長と
したときに、下記の条件式（６） ＢＦＬ／ｆ＞２ …（６） を満足することを特徴としている。

【００１６】また、請求項４に係るレトロフォーカス型
レンズは、ν₄を前記第４レンズを構成する硝材のｄ線
におけるアッベ数、ν₅を前記第５レンズを構成する硝
材のｄ線におけるアッベ数、ν₇を前記第７レンズを構
成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₈を前記第８レ
ンズを構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₉を前
記第９レンズを構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、
ν₁₀を前記第１０レンズを構成する硝材のｄ線における
アッベ数としたときに、下記の条件式（７）、（８）、
（９）、（１０）、（１１）及び（１２） １５＜ ν₄ ＜３０ …（７） １５＜ ν₅ ＜３０ …（８） ４０＜ ν₇ ＜１００ …（９） １５＜ ν₈ ＜３２ …（１０） ２０＜ ν₉ ＜５０ …（１１） ７０＜ ν₁₀＜１００ …（１２） を満足することを特徴としている。

【００１７】また、請求項５に係るレトロフォーカス型
レンズは、ｄＰｇＦｍを、第ｍレンズ（ｍ＝４，５，
８，１０）を構成する硝材の異常分散性を表すパラメー
タとし、ｄ線におけるアッベ数ν_dを横軸にとり、Ｆ線
からｇ線までの部分分散比ＰｇＦを縦軸にとった座標系
において、正常部分分散比を表わす直線をＰｇＦｎ（ν
_d）で示し、ｄ線におけるアッベ数ν_dにおける第ｍレン
ズを構成する異常分散性を示す硝材の異常部分分散比を
ＰｇＦｍａ（ν_d）で示したときに、ｄＰｇＦｍ＝Ｐｇ
Ｆｍａ（ν_d）−ＰｇＦｎ（ν_d）であり、下記の条件式
（１３）、（１４）、（１５）及び（１６） ０．００８＜ｄＰｇＦ₄ ＜０．０３ …（１３） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₅ ＜０．０２５ …（１４） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₈ ＜０．０２ …（１５） ０．０３ ＜ｄＰｇＦ₁₀＜０．０５５ …（１６） を満足することを特徴としている。

【００１８】また、請求項６に係るレトロフォーカス型
レンズは、下記の条件式（１７）及び（１８） −０．０１ ＜ｄＰｇＦ₇＜０．０４５ …（１７） −０．０１５＜ｄＰｇＦ₉＜０．０２ …（１８） を満足することを特徴としている。

【００１９】また、請求項７に係る投写型表示装置は、
光源と、該光源の出射光束により照明されるライトバル
ブと、該ライトバルブにより透過若しくは反射されて２
次元的に変調された変調光束を拡大投写する請求項１か
ら６までのいずれかに記載のレトロフォーカス型レンズ
とを備えたことを特徴としている。

【００２０】また、請求項８に係る投写型表示装置は、
前記ライトバルブを、液晶ライトバルブとしたことを特
徴としている。

【００２１】また、請求項９に係る投写型表示装置は、
前記ライトバルブが、複数の、傾斜可能な単位ミラーを
含むミラーアレイを有することを特徴としている。

【００２２】また、請求項１０に係る投写型表示装置
は、前記ライトバルブが、複数の、変調位相量が可変で
ある単位グレーティングを含むグレーティングアレイを
有することを特徴としている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態１か
ら５までのレトロフォーカス型レンズ１０を概略的に示
す構成図である。図１に示されるように、実施の形態１
から５までのレトロフォーカス型レンズ１０は、負の屈
折力を有する第１群レンズＧ₁と、正の屈折力を有する
第２群レンズＧ₂と、絞りＳＴＯ（絞り面をＳ₁₂で示
す。）と、正の屈折力を有する第３群レンズＧ₃とを大
きな共役側から小さな共役側に向けて順に配置した構造
を持つ。ここで、「大きな共役側」とは、投写光の出射
側（レトロフォーカス型レンズを投写レンズとする投写
型表示装置におけるスクリーン側、即ち、図１における
左側）を意味し、「小さな共役側」とは、投写光の入射
側（レトロフォーカス型レンズを投写レンズとする投写
型表示装置におけるライトバルブ側、即ち、図１におけ
る右側）を意味する。

【００２４】第１群レンズＧ₁は、大きな共役側から順
に配置された、中心近傍が弱い負の屈折力を有する第１
レンズＬ₁と、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメ
ニスカス状の第２レンズＬ₂と、負の屈折力を有し大き
な共役側に凸のメニスカス状の第３レンズＬ₃と、負の
屈折力を有し小さな共役側に凸のメニスカス状の第４レ
ンズＬ₄とを有する。

【００２５】第２群レンズＧ₂は、正の屈折力を有する
第５レンズＬ₅と、この第５レンズＬ ₅に接合された第６
レンズＬ₆とを有する。

【００２６】第３群レンズＧ₃は、大きな共役側から順
に配置された、正の屈折力を有し小さな共役側に凸のメ
ニスカス状の第７レンズＬ₇と、両凹の第８レンズＬ
₈と、この第８レンズＬ₈に接合され正の屈折力を有する
第９レンズＬ₉と、両凸の第１０レンズＬ₁₀と、両凸の
第１１レンズＬ₁₁と、中心近傍が弱い正の屈折力を有す
る第１２レンズＬ₁₂とを有する。

【００２７】実施の形態１から５までのレトロフォーカ
ス型レンズ１０は、ｆをレンズ全系の焦点距離、ｆ₂を
第２群レンズＧ₂の焦点距離、ｆ₃を第３群レンズＧ₃の
焦点距離、｜ｆ₁｜を第１群レンズＧ₁の焦点距離の絶対
値、｜ｆ₄｜を第１レンズＬ₁の軸上焦点距離の絶対値、
ｆ₅を第１２レンズＬ₁₂の軸上焦点距離としたときに、
下記の条件式（１）、（２）、（３）及び（４） ０．８ ＜ｆ₂／ｆ₃＜ １．５ …（１） １．６ ＜｜ｆ₁｜／ｆ＜ ２．４ …（２） ｜ｆ₄｜／ｆ＞３０ …（３） ｆ₅／ｆ＞６ …（４） を満足するように構成されている。

【００２８】このようなレトロフォーカス型レンズ１０
においては、広画角、短焦点距離にもかかわらず、投写
レンズとライトバルブの間にプリズムＰＳＭを配置可能
な長いバックフォーカル長を確保することが可能であ
る。また、ライトバルブから投写レンズに入射する各像
高からの光束の主光線が光軸に対して略平行であること
から、高い周辺光量比を確保でき、かつ前記プリズムＰ
ＳＭの入射角特性による光学特性変化に起因する投写画
像への悪影響をなくすことができる。また、第１レンズ
Ｌ₁及び第１２レンズＬ₁₂各々の両面に非球面を設ける
ことで、少ないレンズ枚数でも球面収差、歪曲収差及び
高次の諸収差を高度に補正できる。

【００２９】条件式（１）は長いバックフォーカル長を
確保するとともにテレセントリック性を保つための条件
を示し、上限を越えると第３群レンズＧ₃の正の屈折力
が強くなり過ぎ、軸外の主光線を略平行に保つテレセン
トリックの構成が困難となると共に、歪曲収差の補正が
困難となる。また、下限を越えると第３群レンズＧ₃の
正の屈折力が弱くなり過ぎ、レトロフォーカス型の構成
が弱くなり長いバックフォーカル長を確保することが困
難になる。

【００３０】条件式（２）は長いバックフォーカル長を
確保し、第１群レンズＧ₁のパワーを限定することによ
り軸外収差を良好に補正し、必要以上にレンズが大きく
ならないようにするための条件である。上限を越えると
第１群レンズＧ₁の負の屈折力が弱くなり過ぎ、レトロ
フォーカス型の構成が弱くなるので、長いバックフォー
カル長を確保することが困難となり、また、第１群レン
ズＧ₁の外形寸法が必要以上に大きくなる。また、下限
を越えると第１群レンズＧ₁の負の屈折力が大きくなり
過ぎ、軸外収差の補正が困難になる。

【００３１】また、条件式（３）及び（４）はプラスチ
ック材料からなる第１レンズＬ₁及び第１２レンズＬ₁₂
の軸上パワーを小さく制限することにより、レトロフォ
ーカス型レンズ１０の使用温度範囲を広げ、かつ温度変
化に対する焦点ズレを防止するための条件式であり、各
式の下限を超えて第１レンズＬ₁及び第１２レンズＬ_{1 2}
のパワーが大きくなると、レトロフォーカス型レンズ１
０が使用される環境温度変化に対して、解像力変化、フ
ォーカスずれが大きくなりすぎて不都合である。

【００３２】また、実施の形態１から５までのレトロフ
ォーカス型レンズ１０は、第２群レンズＧ₂と第３群レ
ンズＧ₃との間に絞りＳＴＯを備えると共に、｜ＥＸＰ
｜をレンズ全系における小さな共役側の像面から、該小
さな共役側の瞳面までの距離の絶対値としたときに、下
記の条件式（５） ｜ＥＸＰ｜／ｆ ＞ ５０ …（５） を満足するように構成されている。

【００３３】条件式（５）を満足するレトロフォーカス
型レンズ１０においては、ライトバルブから投写レンズ
に入射する各像高からの光束の主光線が光軸に対して略
平行にできるので、高い周辺光量比を確保でき、かつプ
リズムＰＳＭの入射角特性による光学特性変化に起因す
る投写画像への悪影響をなくすことができる。条件式
（５）の下限を超えて小さな共役側の瞳面と小さな共役
側の像面間の距離が小さくなると、ライトバルブ側の主
光線の傾きが大きくなり過ぎて不都合である。

【００３４】また、実施の形態１から５までのレトロフ
ォーカス型レンズ１０は、ＢＦＬをレンズ全系のバック
フォーカル長としたときに、下記の条件式（６） ＢＦＬ／ｆ ＞ ２ …（６） を満足するように構成されている。

【００３５】条件式（６）を満足するレトロフォーカス
型レンズにおいては、広画角、短焦点距離にもかかわら
ず、投写レンズとライトバルブの間にプリズムＰＳＭ、
ライトバルブを保護するカバーガラスＣＧ、及び適切な
空気間隔を配置可能な長いバックフォーカル長を確保す
ることが可能である。条件式（６）の下限を超えてバッ
クフォーカル長が小さくなると、分厚いプリズムＰＳ
Ｍ、カバーガラスＣＧ等を配置する上で不都合となる。

【００３６】また、実施の形態１から５までのレトロフ
ォーカス型レンズ１０は、ν₄を第４レンズＬ₄を構成す
る硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₅を第５レンズＬ₅を
構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₇を第７レン
ズＬ₇を構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₈を第
８レンズＬ₈を構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、
ν₉を第９レンズＬ₉を構成する硝材のｄ線におけるアッ
ベ数、ν₁₀を第１０レンズＬ₁₀を構成する硝材のｄ線に
おけるアッベ数としたときに、下記の条件式（７）、
（８）、（９）、（１０）、（１１）及び（１２） １５＜ ν₄ ＜３０ …（７） １５＜ ν₅ ＜３０ …（８） ４０＜ ν₇ ＜１００ …（９） １５＜ ν₈ ＜３２ …（１０） ２０＜ ν₉ ＜５０ …（１１） ７０＜ ν₁₀＜１００ …（１２） を満足するように構成されている。

【００３７】条件式（７）から（１２）までを満足する
レトロフォーカス型レンズ１０においては、第４レンズ
Ｌ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズＬ₇、第８レンズＬ₈、
第９レンズＬ₉、及び第１０レンズＬ₁₀のアッベ数を各
々所定の範囲に制限することで、軸上色収差及び倍率色
収差を適切に制御可能である。各レンズＬ₄，Ｌ₅，
Ｌ ₇，Ｌ₈，Ｌ₉，Ｌ₁₀を構成する硝材のアッベ数が、各
式の上限若しくは下限を超えて設定されると、軸上色収
差、及び倍率色収差の絶対値、及びＲ／Ｇ／Ｂ各原色間
の色収差補正バランスが崩れ、軸上色収差の増加による
特定原色の解像度不足、及び倍率色収差の増加による特
定原色の画素ずれが問題となる。

【００３８】また、実施の形態１から５までのレトロフ
ォーカス型レンズ１０は、ｄＰｇＦｍを、第ｍレンズ
（ｍ＝４，５，８，１０）を構成する硝材の異常分散性
を表すパラメータとし、ｄ線におけるアッベ数ν_dを横
軸にとり、Ｆ線からｇ線までの部分分散比ＰｇＦを縦軸
にとった座標系において、正常部分分散比を表わす直線
（アッベ線）をＰｇＦｎ（ν_d）で示し、ｄ線における
アッベ数ν_dにおける第ｍレンズを構成する異常分散性
を示す硝材の異常部分分散比をＰｇＦｍａ（ν_d）で示
したときに、 ｄＰｇＦｍ＝ＰｇＦｍａ（ν_d）−ＰｇＦｎ（ν_d） であり、下記の条件式（１３）、（１４）、（１５）及
び（１６） ０．００８＜ｄＰｇＦ₄ ＜０．０３ …（１３） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₅ ＜０．０２５ …（１４） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₈ ＜０．０２ …（１５） ０．０３ ＜ｄＰｇＦ₁₀＜０．０５５ …（１６） を満足する。

【００３９】尚、ＰｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎ
Ｃ）であり、ｎｇ、ｎＦ、ｎＣはそれぞれ、ｇ線（波長
４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線
（波長６５６．３ｎｍ）の波長における屈折率を表して
いる。また、ここで用いるアッベ線は、縦軸に部分分散
比ＰｇＦ、横軸にアッベ数ν_dをとった座標系におい
て、２種類の正常部分分散ガラスを示す２点をプロット
し、これら２点を結ぶ線である。アッベ線は、ガラスメ
ーカによって、若干異なるが、概ね同じ値を示す。図１
２（ａ）から（ｄ）までに、ショット社（ＳＣＨＯＴ
Ｔ）、株式会社オハラ（ＯＨＡＲＡ）、ＨＯＹＡ株式会
社（ＨＯＹＡ）、株式会社住田光学ガラス（ＳＵＭＩＴ
Ａ）におけるアッベ線を示す。図１２（ａ）から（ｄ）
までに示すように、アッベ線は、以下の１次関数で表わ
すことができる。 ショット社 ：ＰｇＦ＝−０．００１６８９＊ν_d＋０．６４４２２４ オハラ ：ＰｇＦ＝−０．００１６１８＊ν_d＋０．６４１４６２ ＨＯＹＡ ：ＰｇＦ＝−０．００１８０２＊ν_d＋０．６４８３２７ 住田光学ガラス：ＰｇＦ＝−０．００１４８８＊ν_d＋０．６３７０００ このようにアッベ線は概ね同じ値を示すので、ｄＰｇＦ
ｍは、図１２に示されるいずれかのアッベ線について、
上記条件式（１３）から（１６）までを満たせばよい。

【００４０】上記条件式（７）から（１２）までの条件
による色収差補正の効果に加えて、条件式（１３）から
（１６）までよって第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第
８レンズＬ₈、及び第１０レンズＬ₁₀を構成する硝材の
異常分散性を各々所定の範囲に制限することで、特に短
波長のフレア成分を有効に減少できる。例えば、超高圧
水銀ランプを光源に用いた場合には、照明光中に水銀の
ｇ線近傍の輝線スペクトルが含まれるが、実施の形態１
から５までのレトロフォーカス型レンズ１０によれば、
この輝線スペクトルが原因となって発生する投写画像の
フレア成分を効果的に抑制することができる。この結
果、投写画像に細かい文字や線を含む場合に青紫色のフ
レア成分により表示画像の解像感が劣化したり、ニジミ
のある画像として認識される問題が解消できる。逆に、
上記各レンズの異常分散性が条件式（１３）から（１
６）までの上限もしくは下限を超えて選定されると、青
紫色のフレア成分が増大し高画質性を損なうことにな
る。

【００４１】また、実施の形態１から５までのレトロフ
ォーカス型レンズ１０は、下記の条件式（１７）及び
（１８） −０．０１ ＜ｄＰｇＦ₇＜０．０４５ …（１７） −０．０１５＜ｄＰｇＦ₉＜０．０２ …（１８） を満足する。

【００４２】条件式（１３）から（１６）までの収差補
正、フレア抑制効果に加えて条件式（１７）及び（１
８）によって第７レンズＬ₇及び第９レンズＬ₉の異常分
散性を各々所定の範囲に制限することで、投写画像のフ
レア成分を一層きめ細かく抑制することが可能となる。
この結果、投写画像に細かい文字や線を含む場合に青紫
色のフレア成分により表示画像の解像感が劣化したり、
ニジミのある画像として認識される問題が解消できる。
逆に、上記各レンズの異常分散性が条件式（１７）及び
（１８）の上限もしくは下限を超えて設定されると、青
紫色のフレア成分が増大し高画質性を損なうことにな
る。

【００４３】実施の形態１ 実施の形態１のレトロフォーカス型レンズ１０を構成す
る各要素は、下記の表１に示す数値例により特定され
る。表１において、Ｓ₁〜Ｓ₂₃はレンズＬ₁〜Ｌ₁₂の各面
を示す。また、Ｓ₂₄及びＳ₂₅はプリズムＰＳＭの各面、
Ｓ₂₆及びＳ₂₇はカバーガラスＣＧの各面を示す。また、
ＯＢＪはスクリーン、Ｒは各面の曲率半径、Ｔは各面の
面間隔、Ｎ_dはｄ線（Ｈｅのｄ線であり、波長５８７．
５６ｎｍである。）に対する硝材の屈折率、ν_dはｄ線
におけるアッべ数、Infinityは無限大を示す。また、Ｔ
ｙｐｅは特別な面のタイプを示し、ＡＳＰは非球面、Ｓ
ＴＯは絞り面を示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】また、第１レンズＬ₁は、プラスチック材
料（ＰＭＭＡ：polymethylmethacrylate）からなり、そ
のレンズ面Ｓ₁，Ｓ₂を非球面としている。また、第１２
レンズＬ₁₂も、同じＰＭＭＡからなり、そのレンズ面Ｓ
₂₂，Ｓ₂₃を非球面としている。レンズ面Ｓ₁，Ｓ₂及びレ
ンズ面Ｓ₂₂，Ｓ₂₃の形状は、次式（１９）で表わされ
る。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、Ｚはレンズ面の頂点を基準とした
光軸方向の距離、Ｙは光軸に垂直な方向への距離、Ｋは
コーニック係数、Ｒは中心部曲率半径、Ｄは４次の非球
面係数、Ｅは６次の非球面係数、Ｆは８次の非球面係
数、Ｇは１０次の非球面係数、Ｈは１２次の非球面係
数、Ｉは１４次の非球面係数を示す。また、非球面係数
Ｋ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの値は、以下の表２に示
す。

【００４８】

【表２】

【００４９】第１レンズＬ₁と第１２レンズＬ₁₂をプラ
スチック材料で形成し、非球面レンズとしたので、球面
収差、歪曲収差、並びに、各種軸外収差を良好に補正で
きる。また、上記条件式（３）及び（４）に示されるよ
うに、全レンズ系の焦点距離に対する各プラスチックレ
ンズの軸上焦点距離を大きく設定することで、温度変化
が生じた場合の焦点ズレを小さく制御し、使用環境の温
度が変化した場合にも、全レンズ系の解像力を中心とす
る結像光学特性の変化を小さくすることができる。

【００５０】尚、第１レンズＬ₁と第１２レンズＬ₁₂の
プラスチック材料は、ＰＭＭＡ以外の材料、例えば、日
本ゼオン株式会社製のＺＥＯＮＥＸ−２８０Ｓ（商品
名）や、日立化成工業株式会社製のＯＺ−１０００（商
品名）を用いてもよく、この場合には、レンズ全系とし
ての使用温度範囲の上限を高めることができる。

【００５１】図１及び表１に示した絞りＳＴＯはライト
バルブ側の主光線傾きに関係し、また投写画像の明る
さ、解像力のバランスを調整する。例えば、図１３の装
置において、ライトバルブで変調された光束２０が限り
なくレンズの光軸に平行な場合、投写レンズ７のテレセ
ントリック性により絞りＳ₁₂の開口径を小さくしても十
分な明るさを得ることができる。しかしながら、実際に
は照明光束２は、ある角度分布をもってライトバルブ面
を照明しており、絞りＳＴＯの開口径をあまり小さくす
ると十分な投写画像の明るさを得ることができなくな
る。逆に、絞りＳＴＯの開口径を大きくして明るさを確
保しようとする場合、レンズのテレセントリック性のた
めライトバルブ面にある角度をもって入射する光線が解
像力を損なうおそれがある。従って、絞りＳＴＯは照明
系、レンズの組み合わせによって任意にその開口径が変
えられるような構成とすることが望ましい。

【００５２】また、実施の形態１のレトロフォーカス型
レンズ１０におけるｆ₂／ｆ₃，｜ｆ ₁｜／ｆ，｜ｆ₄｜／
ｆ，ｆ₅／ｆ，｜ＥＸＰ｜／ｆ，ＢＦＬ／ｆは、後述す
る表１１に示す値となり、また、ν₄，ν₅，ν₇，ν₈，
ν₉，ν₁₀，ｄＰｇＦ₄，ｄＰｇＦ₅，ｄＰｇＦ₇，ｄＰｇ
Ｆ₈，ｄＰｇＦ₉，ｄＰｇＦ₁₀は、後述する表１２に示す
値となり、上記の条件式（１）〜（１８）を満足する。
また、第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズ
Ｌ₇、第８レンズＬ₈、第９レンズＬ₉、及び第１０レン
ズＬ₁₀のｄＰｇＦ値、これを製造したメーカ名、及び硝
材の製品番号（ＧＬＡＳＳ欄）を表１３に示す。

【００５３】さらに、実施の形態１のレトロフォーカス
型レンズ１０は、レトロフォーカス型レンズ１０とライ
トバルブ面との間にプリズムＰＳＭ及びライトバルブ前
面のカバーガラスＣＧが配置でき、かつ、レトロフォー
カス型レンズ１０からライトバルブの画像形成面ＩＭＧ
に至る光路中に適切な空気間隔が配置できるように、長
いバックフォーカル長を有している。また、各画角にお
ける主光線はライトバルブ側でレンズ光軸に対して略平
行になるように設計されており、十分な周辺光量を確保
するとともにプリズム内での透過、反射が画面内で均一
となるため投写画像の色ムラ、輝度ムラの発生要因を軽
減できる。

【００５４】図２は、実施の形態１のレトロフォーカス
型レンズの特性を示すものであり、同図（ａ）は、小さ
な共役側における非点収差、同図（ｂ）は、歪曲収差を
示す。図２に示される非点収差及び歪曲収差は、共に波
長５４６．１ｎｍの光についてプロットしたものであ
る。また、図２（ａ）において、ＴＡは、軸外の主光線
と光軸を含む面内の光線であるタンジェンシャル光線で
あり、ＳＡは、軸外の主光線を含みタンジェンシャル面
に直交する光線であるサジッタル光線である。

【００５５】図３は、実施の形態１のレトロフォーカス
型レンズの特性を示すものであり、同図（ａ）は、軸上
（即ち、像高が０．００ｍｍ）の横収差、同図（ｂ）
は、像高が１０．２４ｍｍ（スクリーン側画角４０．８
°）の横収差を示す。また、同図において、ＰＹは光軸
に垂直なＹ軸方向を示し、ＥＹはＹ軸方向の横収差を示
す。また、ＰＸは光軸及びＹ軸に垂直なＸ軸方向を示
し、ＥＸはＸ軸方向の横収差を示す。また、横収差は、
波長ＷＬ₁（＝４７０ｎｍ）、波長ＷＬ₂（＝５４６．１
ｎｍ）、波長ＷＬ₃（＝６１０ｎｍ）の光についてプロ
ットした。

【００５６】マトリクス状の画素配列構造を有するライ
トバルブを用いた投写型表示装置においては、画面全体
にわたる色ズレ、投写画面の歪みをレンズ以外の手段で
補正することはできないため、レンズの色収差、歪曲収
差等の大小が、そのまま投写画像の品質に大きく影響す
る。実施の形態１のレトロフォーカス型レンズでは、前
記条件式（７），（８），（９），（１０），（１
１），（１２）によって、レンズＬ₄，Ｌ₅，Ｌ₇，Ｌ₈，
Ｌ₉，Ｌ₁₀各々のアッベ数の上限値及び下限値を制限す
ることで、全レンズ系の色収差（軸上色収差及び倍率色
収差）を小さく抑制し、投写画像の原色画素の色ズレ
を、ライトバルブ面上の主光線に対して７μｍ未満と小
さな値に抑えることができる。

【００５７】さらに、条件式（１３），（１４），（１
５），（１６）において、レンズＬ ₄，Ｌ₅，Ｌ₈，Ｌ₁₀
各々の異常分散性の上限値及び下限値を制限すること
で、例えば超高圧水銀ランプを光源に用いた場合にライ
トバルブ照明光中に含まれる水銀のｇ線近傍の輝線スペ
クトルに起因する投写画像のフレア成分を抑制すること
が可能となり、投写画像に細かい文字や線を含む場合に
青紫色（Violet）のフレア成分により表示画像の解像感
が劣化したり、ニジミのある画像として認識される問題
が解消できる。このフレア抑制効果は、さらに条件式
（１７），（１８）によりレンズＬ₇，レンズＬ₉、各々
の異常分散性の上限値及び下限値を制限をすることで一
層効果的に作用する。

【００５８】以上説明したように、実施の形態１のレト
ロフォーカス型レンズ１０においては、色収差（縦色収
差、倍率色収差、フレア成分）、歪曲収差とも十分に補
正されており、リアプロジェクタとしての使用に際して
十分な投写性能を実現できる。さらに、１００万画素級
の多画素のライトバルブの投写が可能なように、その他
の軸上収差、各種軸外収差も十分に補正されている。

【００５９】実施の形態２ 実施の形態２におけるレトロフォーカス型レンズ１０の
構成は、下記の表３に示す数値例により特定される。

【００６０】

【表３】

【００６１】レンズ面Ｓ₁，Ｓ₂及びレンズ面Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
の形状は、上記式（１９）で表わされる。また、非球面
係数Ｋ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの値は、以下の表４に
示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】また、実施の形態２のレトロフォーカス型
レンズ１０におけるｆ₂／ｆ₃，｜ｆ ₁｜／ｆ，｜ｆ₄｜／
ｆ，ｆ₅／ｆ，｜ＥＸＰ｜／ｆ，ＢＦＬ／ｆは、後述す
る表１１に示す値となり、また、ν₄，ν₅，ν₇，ν₈，
ν₉，ν₁₀，ｄＰｇＦ₄，ｄＰｇＦ₅，ｄＰｇＦ₇，ｄＰｇ
Ｆ₈，ｄＰｇＦ₉，ｄＰｇＦ₁₀は、後述する表１２に示す
値となり、上記の条件式（１）〜（１８）を満足する。
また、第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズ
Ｌ₇、第８レンズＬ₈、第９レンズＬ₉、及び第１０レン
ズＬ₁₀のｄＰｇＦ値、これを製造したメーカ名、及び硝
材の製品番号（ＧＬＡＳＳ欄）を表１４に示す。

【００６４】図４は、実施の形態２のレトロフォーカス
型レンズの特性を示すものであり、同図（ａ）は、小さ
な共役側における非点収差、同図（ｂ）は、歪曲収差を
示す。図４に示される非点収差及び歪曲収差は、共に波
長５４６．１ｎｍの光についてプロットしたものであ
る。

【００６５】図５は、実施の形態２のレトロフォーカス
型レンズの特性を示すものであり、同図（ａ）は、軸上
（即ち、像高が０．００ｍｍ）の横収差、同図（ｂ）
は、像高が１０．２４ｍｍ（スクリーン側画角４０．８
°）の横収差を示す。横収差は、波長ＷＬ₁（＝４７０
ｎｍ）、波長ＷＬ₂（＝５４６．１ｎｍ）、波長ＷＬ
₃（＝６１０ｎｍ）の光についてプロットした。尚、実
施の形態２において上記以外の点は、上記実施の形態１
と同一である。

【００６６】実施の形態３ 実施の形態３におけるレトロフォーカス型レンズ１０の
構成は、下記の表５に示す数値例により特定される。

【００６７】

【表５】

【００６８】レンズ面Ｓ₁，Ｓ₂及びレンズ面Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
の形状は、上記式（１９）で表わされる。また、非球面
係数Ｋ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの値は、以下の表６に
示す。

【００６９】

【表６】

【００７０】また、実施の形態３のレトロフォーカス型
レンズ１０におけるｆ₂／ｆ₃，｜ｆ ₁｜／ｆ，｜ｆ₄｜／
ｆ，ｆ₅／ｆ，｜ＥＸＰ｜／ｆ，ＢＦＬ／ｆは、後述す
る表１１に示す値となり、また、ν₄，ν₅，ν₇，ν₈，
ν₉，ν₁₀，ｄＰｇＦ₄，ｄＰｇＦ₅，ｄＰｇＦ₇，ｄＰｇ
Ｆ₈，ｄＰｇＦ₉，ｄＰｇＦ₁₀は、後述する表１２に示す
値となり、上記の条件式（１）〜（１８）を満足する。
また、第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズ
Ｌ₇、第８レンズＬ₈、第９レンズＬ₉、及び第１０レン
ズＬ₁₀のｄＰｇＦ値、これを製造したメーカ名、及び硝
材の製品番号（ＧＬＡＳＳ欄）を表１５に示す。

【００７１】次に、本レンズ系の小さな共役側における
非点収差と、歪曲収差を図６に、また横収差を図７に示
す。非点収差、歪曲収差共に波長５４６．１ｎｍについ
てプロットした。また横収差は、４７０ｎｍの波長ＷＬ
₁、５４６．１ｎｍの波長ＷＬ₂、６１０ｎｍの波長ＷＬ
₃についてプロットした。図７（ａ）は軸上の横収差、
図７（ｂ）は最大像高１０．２４ｍｍ（スクリーン側画
角４０．８°）の横収差である。尚、実施の形態３にお
いて上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。

【００７２】実施の形態４ 実施の形態４おけるレトロフォーカス型レンズ１０の構
成は、下記の表７に示す数値例により特定される。

【００７３】

【表７】

【００７４】レンズ面Ｓ₁，Ｓ₂及びレンズ面Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
の形状は、上記式（１９）で表わされる。また、非球面
係数Ｋ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの値は、以下の表８に
示す。

【００７５】

【表８】

【００７６】また、実施の形態４のレトロフォーカス型
レンズ１０におけるｆ₂／ｆ₃，｜ｆ ₁｜／ｆ，｜ｆ₄｜／
ｆ，ｆ₅／ｆ，｜ＥＸＰ｜／ｆ，ＢＦＬ／ｆは、後述す
る表１１に示す値となり、また、ν₄，ν₅，ν₇，ν₈，
ν₉，ν₁₀，ｄＰｇＦ₄，ｄＰｇＦ₅，ｄＰｇＦ₇，ｄＰｇ
Ｆ₈，ｄＰｇＦ₉，ｄＰｇＦ₁₀は、後述する表１２に示す
値となり、上記の条件式（１）〜（１８）を満足する。
また、第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズ
Ｌ₇、第８レンズＬ₈、第９レンズＬ₉、及び第１０レン
ズＬ₁₀のｄＰｇＦ値、これを製造したメーカ名、及び硝
材の製品番号（ＧＬＡＳＳ欄）を表１６に示す。

【００７７】次に、本レンズ系の小さな共役側における
非点収差と、歪曲収差を図８に、また横収差を図９に示
す。非点収差、歪曲収差共に波長５４６．１ｎｍについ
てプロットした。また横収差は、４７０ｎｍの波長ＷＬ
₁、５４６．１ｎｍの波長ＷＬ₂、６１０ｎｍの波長ＷＬ
₃についてプロットした。図９（ａ）は軸上の横収差、
図９（ｂ）は最大像高１０．２４ｍｍ（スクリーン側画
角４０．７°）の横収差である。尚、実施の形態４にお
いて上記以外の点は、上記実施の形態１と同一である。

【００７８】実施の形態５ 実施の形態５におけるレトロフォーカス型レンズ１０の
構成は、下記の表９に示す数値例により特定される。

【００７９】

【表９】

【００８０】レンズ面Ｓ₁，Ｓ₂及びレンズ面Ｓ₂₂，Ｓ₂₃
の形状は、上記式（１９）で表わされる。また、非球面
係数Ｋ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの値は、以下の表１０
に示す。

【００８１】

【表１０】

【００８２】また、実施の形態５のレトロフォーカス型
レンズ１０におけるｆ₂／ｆ₃，｜ｆ ₁｜／ｆ，｜ｆ₄｜／
ｆ，ｆ₅／ｆ，｜ＥＸＰ｜／ｆ，ＢＦＬ／ｆは、後述す
る表１１に示す値となり、また、ν₄，ν₅，ν₇，ν₈，
ν₉，ν₁₀，ｄＰｇＦ₄，ｄＰｇＦ₅，ｄＰｇＦ₇，ｄＰｇ
Ｆ₈，ｄＰｇＦ₉，ｄＰｇＦ₁₀は、後述する表１２に示す
値となり、上記の条件式（１）〜（１８）を満足する。
また、第４レンズＬ₄、第５レンズＬ₅、第７レンズ
Ｌ₇、第８レンズＬ₈、第９レンズＬ₉、及び第１０レン
ズＬ₁₀のｄＰｇＦ値、これを製造したメーカ名、及び硝
材の製品番号（ＧＬＡＳＳ欄）を表１７に示す。

【００８３】次に、本レンズ系の小さな共役側における
非点収差と、歪曲収差を図１０に、また横収差を図１１
に示す。非点収差、歪曲収差共に波長５４６．１ｎｍに
ついてプロットした。また横収差は、４７０ｎｍの波長
ＷＬ₁、５４６．１ｎｍの波長ＷＬ₂、６１０ｎｍの波長
ＷＬ₃についてプロットした。図１１（ａ）は軸上の横
収差、図１１（ｂ）は最大像高１０．２４ｍｍ（スクリ
ーン側画角４０．８°）の横収差である。尚、実施の形
態５において上記以外の点は、上記実施の形態１と同一
である。

【００８４】上記実施の形態１〜５にて説明した数値実
施例（表１〜５）の各種パラメータをまとめると、以下
の表１１〜１７のようになる。

【００８５】

【表１１】

【００８６】

【表１２】

【００８７】

【表１３】

【００８８】

【表１４】

【００８９】

【表１５】

【００９０】

【表１６】

【００９１】

【表１７】

【００９２】表において、ｆはレンズ全系の焦点距離、
ωは投写半画角（大きな共役側）、Ｆは基準投写倍率に
おける実効Ｆ値（小さな共役側）、βは基準投写倍率を
示す。また、ｆ₁は第１群レンズＧ₁の焦点距離、ｆ₂は
第２群レンズＧ₂の焦点距離、ｆ₃は第３群レンズＧ₃の
焦点距離、ｆ₄は非球面第１レンズＬ₁の軸上焦点距離、
ｆ₅は非球面第１２レンズＬ₁₂の軸上焦点距離を示す。
また、ＥＸＰはレンズ全系における小さな共役側の像面
から、該小さな共役側の瞳面までの距離、ＢＦＬはレン
ズ全系のバックフォーカル長（プリズムＰＳＭ及びカバ
ーガラスＣＧを除き、大きな共役側を無限遠入射にした
場合）を示す。尚、表１１の各パラメータは、全て波長
５６４．１ｎｍにおける値である。

【００９３】また、ν₄は第４レンズＬ₄を構成する硝材
のｄ線におけるアッベ数、ν₅は第５レンズＬ₅を構成す
る硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₇は第７レンズＬ₇を
構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₈は第８レン
ズＬ₈を構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₉は第
９レンズＬ₉を構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、
ν₁₀は第１０レンズＬ₁₀を構成する硝材のｄ線における
アッベ数を示す。また、ｄＰｇＦ₄は、第４レンズＬ₄を
構成する硝材の異常分散性、ｄＰｇＦ₅は、第５レンズ
Ｌ₅を構成する硝材の異常分散性、ｄＰｇＦ₇は、第７レ
ンズＬ₇を構成する硝材の異常分散性、ｄＰｇＦ₈は、第
８レンズＬ₈を構成する硝材の異常分散性、ｄＰｇＦ
₉は、第９レンズＬ₉を構成する硝材の異常分散性、ｄＰ
ｇＦ₁₀は、第１０レンズＬ₁₀を構成する硝材の異常分散
性を示す。

【００９４】実施の形態６ 実施の形態６は、図１３に示される投写型表示装置の投
写レンズ７を、上記実施の形態で説明したレトロフォー
カス型レンズ１０のいずれかに置き換えた構造を持つ。
実施の形態６の投写型表示装置３００においては、液晶
パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと投写レンズ７との間に厚みの
大きなダイクロイックプリズム６が配置されている。従
って、リアプロジェクタのように広角投写を必要とする
投写レンズにおいては、以下の仕様と性能が求められ
る。 （１）広画角投写が可能であること。 （２）焦点距離に比べて大きなバックフォーカル長を有
すること。 （３）ライトバルブ側のテレセントリック性がよく、プ
リズム素子内の主光線が光軸に対して平行に近いこと。 （４）倍率色収差がよく補正されていること。 （５）歪曲収差が小さいこと。 （６）広い温度範囲にて所望の結像性能が維持でき、か
つ合焦ずれが少ないこと。 （７）各種収差がバランスよく良好に補正され、高密度
・多画素のライトバルブ上の原画像を高解像度で投写で
きること。

【００９５】上記実施の形態に示されたレトロフォーカ
ス型レンズは上記性能（１）〜（７）を満足しており、
これを図１３に示される投写型表示装置に搭載すること
によって、高画質性及びローコスト性を達成でき、しか
も広い温度範囲での使用が可能な小型の投写型表示装置
を実現できる。

【００９６】実施の形態７ 図１４は、本発明の実施の形態７に係る投写型表示装置
３０１の光学系を概略的に示す構成図である。図１４に
示されるように、この投写型表示装置３０１は、ランプ
１２０及び反射鏡１３０からなり略平行な照明光束２を
出射する光源１と、カラー画像を表示する反射型液晶パ
ネル５０と、光源１からの光束２を反射させて反射型液
晶パネル５０に照射すると共に、反射型液晶パネル５０
からの反射光２０を透過させる偏光ビームスプリッタ６
０と、入射光束２０をスクリーン８上に拡大投写する投
写レンズ７とを有する。実施の形態７においては、投写
レンズ７を上記いずれかの実施の形態におけるレトロフ
ォーカス型レンズ１０のいずれかとしている。尚、図に
おいて、２００は、筐体を示す。

【００９７】反射型液晶パネル５０上には各画素ごとに
反射ミラーが形成され、照射光束断面内の偏光状態、及
びスペクトルを変調する。液晶パネル５０で反射された
光束２０は偏光ビームスプリッタ６０を透過することで
偏光状態の変調が強度変調に変換され、投写レンズ７に
よりスクリーン８上に拡大画像が投写される。

【００９８】上記実施の形態に示したレトロフォーカス
型レンズは上記性能（１）〜（７）を満足しており、こ
れを図１４に示される投写型表示装置に搭載することに
よって、高画質性及びローコスト性を達成でき、しかも
広い温度範囲での使用が可能な小型の投写型表示装置を
実現できる。

【００９９】実施の形態８ 図１５は、本発明の実施の形態８に係る投写型表示装置
の光学系を概略的に示す構成図である。図１５に示され
るように、この投写型表示装置３０２は、ランプ１２０
及び反射鏡１３０からなり略平行な照明光束２を出射す
る光源１と、コンデンサレンズ１４０と、カラーホイー
ルユニット１１０とを有する。カラーホイールユニット
１１０は、Ｒ、Ｇ、Ｂの原色透過領域が角度分割して配
列されたカラーフィルタ１１と、これを回転駆動させる
モータ１２より構成される。また、投写型表示装置３０
２は、ロッドインテグレータ１３と、リレーレンズ系１
４と、略テレセントリックな状態の光を全反射させるＴ
ＩＲ（全反射）プリズム６００とを有する。ＴＩＲプリ
ズム６００は、第１のプリズムブロック６０１と第２の
プリズムブロック６０２とからなり、両ブロック６０１
及び６０２の斜面を微小エアギャップを介して対向配置
させた構造を持つ。

【０１００】また、投写型表示装置３０２は、ＤＭＤ
（digital micromirror device）素子５００と、投写レ
ンズ７とを有する。ＤＭＤ素子５００は、ＭＥＭＳ（mi
cro electromechanical system）技術を応用した画像表
示素子である。ＤＭＤ素子５００は、微小マイクロミラ
ーアレイを２次元面内に配列した空間変調素子であり、
素子面内で各ミラーの傾きがオン・オフの２状態に変調
制御される。実施の形態８においては、投写レンズ７を
上記いずれかの実施の形態におけるレトロフォーカス型
レンズ１０としている。尚、図において、２００は、筐
体を示す。

【０１０１】第１のプリズムブロック６０１の斜面に入
射した光束はプリズムを構成する硝材とエアギャップＡ
Ｇの屈折率差により全反射され、ＤＭＤ素子５００に入
射する。ＤＭＤ素子５００の面内の微小ミラーのオン状
態で反射した光束２０は、ＴＩＲプリズム６００の各面
を透過し、投写レンズ７により拡大画像がスクリーン８
上に形成され、鑑賞者９の鑑賞に供される。

【０１０２】上記実施の形態に示したレトロフォーカス
型レンズは上記性能（１）〜（７）を満足しており、こ
れを図１５に示される投写型表示装置に搭載することに
よって、高画質性及びローコスト性を達成でき、しかも
広い温度範囲での使用が可能な小型の投写型表示装置を
実現できる。

【０１０３】尚、ＤＭＤ素子５００に代えて、ＧＬＶ
（grating light valve）素子を用いてもよい。公知の
ように、ＧＬＶ素子は、個別に位相量が制御可能な可動
グレーティング素子をＭＥＭＳ技術により２次元若しく
は１次元のアレイ状に集積配列したものであり、図１５
のＤＭＤ素子５００をＧＬＶ素子に置き換えることでフ
ルカラー画像が形成可能である。

【０１０４】また、ライトバルブ素子の種類は上記実施
の形態６〜８に示されたものに限定されない。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のレトロ
フォーカス型レンズによれば、条件式（１）から（４）
までを満足するように構成されているので、長いバック
フォーカル長確保と、テレセントリック性を両立させつ
つ、軸外収差補正を適切に行うことができるという効果
がある。また、プラスチック材料からなる第１レンズ及
び第１２レンズの軸上パワーを小さく制限することによ
り、レトロフォーカス型レンズの使用温度範囲を広げ、
かつ温度変化に対する焦点ズレ、解像力の劣化を防止で
きるという効果がある。

【０１０６】また、請求項２のレトロフォーカス型レン
ズによれば、条件式（５）を満足するように構成されて
いるので、投写レンズに至るまでの照明系の特性に合わ
せた、明るさ、結像性能を任意に選択できるとともに、
ライトバルブ側の瞳距離を大きくすることで、テレセン
トリック照明されたライトバルブで変調された光束を、
良好な周辺光量比で投写することが可能となる。

【０１０７】また、請求項３のレトロフォーカス型レン
ズによれば、条件式（６）を満足するように構成されて
いるので、バックフォーカル長を大きく確保することが
可能で、ライトバルブとレトロフォーカス型レンズの間
に分厚いプリズム素子、ライトバルブ前面を保護するカ
バーガラス、及び投写系を実装する上で必要な適切な空
気間隔を確保することが可能となる

【０１０８】また、請求項４のレトロフォーカス型レン
ズによれば、条件式（７）から（１２）までを満足する
ように構成されているので、適切に色収差（縦色収差、
倍率色収差）を制御し、拡大投写される原色画像の色ず
れを抑制するとともに、高解像な投写性能を実現でき
る。

【０１０９】また、請求項５のレトロフォーカス型レン
ズによれば、条件式（１３）から（１６）までを満足す
るように構成されているので、短波長の輝線スペクトル
を有する光源を用いた投写型表示装置においても、フレ
ア成分の少ない良好な投写画像を提供できる。

【０１１０】また、請求項６のレトロフォーカス型レン
ズによれば、条件式（１７）及び（１８）までを満足す
るように構成されているので、短波長スペクトルを有す
る光源を用いた投写型表示装置においても、フレア成分
の少ない良好な投写画像を提供できる。

【０１１１】また、請求項７の投写型表示装置によれ
ば、高画質、ローコスト、広い温度範囲での使用が可
能、という優れた特徴を有する小型の投写型表示装置が
実現できる。

【０１１２】また、請求項８の投写型表示装置によれ
ば、液晶ライトバルブを搭載した、高画質、ローコス
ト、広い温度範囲での使用が可能、という優れた特徴を
有する小型の投写型表示装置が実現できる。

【０１１３】また、請求項９の投写型表示装置によれ
ば、ＭＥＭＳ技術により製造された、微小なミラーアレ
イの単位ミラーの傾きが制御されるライトバルブ素子
（ＤＭＤ等）を搭載した、高画質、ローコスト、広い温
度範囲での使用が可能、という優れた特徴を有する小型
の投写型表示装置が実現できる。

【０１１４】また、請求項１０の投写型表示装置によれ
ば、ＭＥＭＳ技術により製造された、微小なグレーティ
ングアレイの単位グレーティングによる変調位相量が制
御されるライトバルブ素子（ＧＬＶ等）を搭載した、高
画質、ローコスト、広い温度範囲での使用が可能、とい
う優れた特徴を有する小型の投写型表示装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１から５までに係るレト
ロフォーカス型レンズを概略的に示す構成図である。

【図２】 実施の形態１に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は非点収差、（ｂ）は歪曲収差を示
す。

【図３】 実施の形態１に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は軸上の横収差図、（ｂ）は最大像高
の横収差である。

【図４】 実施の形態２に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は非点収差、（ｂ）は歪曲収差を示
す。

【図５】 実施の形態２に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は軸上の横収差図、（ｂ）は最大像高
の横収差である。

【図６】 実施の形態３に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は非点収差、（ｂ）は歪曲収差を示
す。

【図７】 実施の形態３に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は軸上の横収差図、（ｂ）は最大像高
の横収差である。

【図８】 実施の形態４に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は非点収差、（ｂ）は歪曲収差を示
す。

【図９】 実施の形態４に係るレトロフォーカス型レン
ズに関し、（ａ）は軸上の横収差図、（ｂ）は最大像高
の横収差である。

【図１０】 実施の形態５に係るレトロフォーカス型レ
ンズに関し、（ａ）は非点収差、（ｂ）は歪曲収差を示
す。

【図１１】 実施の形態５に係るレトロフォーカス型レ
ンズに関し、（ａ）は軸上の横収差図、（ｂ）は最大像
高の横収差である。

【図１２】 （ａ）〜（ｂ）は、各メーカにおけるアッ
ベ線を示す図である。

【図１３】 従来例及び本発明の実施の形態６に係る投
写型表示装置の光学系を概略的に示す構成図である。

【図１４】 本発明の実施の形態７に係る投写型表示装
置の光学系を概略的に示す構成図である。

【図１５】 本発明の実施の形態８に係る投写型表示装
置の光学系を概略的に示す構成図である。

【符号の説明】

Ｇ₁ 第１群レンズ、 Ｇ₂ 第２群レンズ、 Ｇ₃ 第
３群レンズ、 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、 Ｌ₆ 第６レンズ、 Ｌ₇ 第７レンズ、 Ｌ₈
第８レンズ、Ｌ₉ 第９レンズ、 Ｌ₁₀ 第１０レン
ズ、 Ｌ₁₁ 第１１レンズ、 Ｌ₁₂第１２レンズ、 Ｓ
ＴＯ 絞り、 １ 光源、 ７，１０ 投写レンズ、
５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ 透過型液晶パネル、 ５０ 反射型
液晶パネル、 ３００，３０１，３０２ 投写型表示装
置、 ５００ ＤＭＤ素子。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負の屈折力を有する第１群レンズと、正
   の屈折力を有する第２群レンズと、正の屈折力を有する
   第３群レンズとを大きな共役側から小さな共役側に向か
   って順に配置したレトロフォーカス型レンズにおいて、 前記第１群レンズが、大きな共役側から小さな共役側に
   向かって順に、非球面を含む第１レンズと、負の屈折力
   を有し大きな共役側に凸のメニスカス状の第２レンズ
   と、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメニスカス状
   の第３レンズと、負の屈折力を有し小さな共役側に凸の
   メニスカス状の第４レンズとを有し、 前記第２群レンズが、大きな共役側から小さな共役側に
   向かって順に、正の屈折力を有する第５レンズと、該第
   ５レンズに接合された第６レンズとを有し、 前記第３群レンズが、大きな共役側から小さな共役側に
   向かって順に、正の屈折力を有し小さな共役側に凸のメ
   ニスカス状の第７レンズと、両凹の第８レンズと、該第
   ８レンズと接合され正の屈折力を有する第９レンズと、
   両凸の第１０レンズと、両凸の第１１レンズと、非球面
   を含む第１２レンズとを有し、 ｆをレンズ全系の焦点距離、ｆ₂を前記第２群レンズの
   焦点距離、ｆ₃を前記第３群レンズの焦点距離、｜ｆ₁｜
   を前記第１群レンズの焦点距離の絶対値、｜ｆ₄｜を前
   記第１レンズの軸上焦点距離の絶対値、ｆ₅を前記第１
   ２レンズの軸上焦点距離としたときに、下記の条件式
   （１）、（２）、（３）及び（４） ０．８＜ｆ₂／ｆ₃ ＜１．５ …（１） １．６＜｜ｆ₁｜／ｆ＜２．４ …（２） ｜ｆ₄｜／ｆ＞３０ …（３） ｆ₅／ｆ＞６ …（４） を満足することを特徴とするレトロフォーカス型レン
   ズ。
2. 【請求項２】 前記第２群レンズと前記第３群レンズと
   の間に絞り手段が配置され、｜ＥＸＰ｜をレンズ全系に
   おける小さな共役側の像面から、該小さな共役側の瞳面
   までの距離の絶対値としたときに、下記の条件式（５） ｜ＥＸＰ｜／ｆ＞５０ …（５） を満足することを特徴とする請求項１に記載のレトロフ
   ォーカス型レンズ。
3. 【請求項３】 ＢＦＬをレンズ全系のバックフォーカル
   長としたときに、下記の条件式（６） ＢＦＬ／ｆ＞２ …（６） を満足することを特徴とする請求項１又は２のいずれか
   に記載のレトロフォーカス型レンズ。
4. 【請求項４】 ν₄を前記第４レンズを構成する硝材の
   ｄ線におけるアッベ数、ν₅を前記第５レンズを構成す
   る硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₇を前記第７レンズ
   を構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₈を前記第
   ８レンズを構成する硝材のｄ線におけるアッベ数、ν₉
   を前記第９レンズを構成する硝材のｄ線におけるアッベ
   数、ν₁₀を前記第１０レンズを構成する硝材のｄ線にお
   けるアッベ数としたときに、下記の条件式（７）、
   （８）、（９）、（１０）、（１１）及び（１２） １５＜ ν₄ ＜３０ …（７） １５＜ ν₅ ＜３０ …（８） ４０＜ ν₇ ＜１００ …（９） １５＜ ν₈ ＜３２ …（１０） ２０＜ ν₉ ＜５０ …（１１） ７０＜ ν₁₀＜１００ …（１２） を満足することを特徴とする請求項１から３までのいず
   れかに記載のレトロフォーカス型レンズ。
5. 【請求項５】 ｄＰｇＦｍを、第ｍレンズ（ｍ＝４，
   ５，８，１０）を構成する硝材の異常分散性を表すパラ
   メータとし、 ｄ線におけるアッベ数ν_dを横軸にとり、Ｆ線からｇ線
   までの部分分散比ＰｇＦを縦軸にとった座標系におい
   て、正常部分分散比を表わす直線をＰｇＦｎ（ν _d）で
   示し、 ｄ線におけるアッベ数ν_dにおける第ｍレンズを構成す
   る異常分散性を示す硝材の異常部分分散比をＰｇＦｍａ
   （ν_d）で示したときに、 ｄＰｇＦｍ＝ＰｇＦｍａ（ν_d）−ＰｇＦｎ（ν_d） であり、 下記の条件式（１３）、（１４）、（１５）及び（１
   ６） ０．００８＜ｄＰｇＦ₄ ＜０．０３ …（１３） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₅ ＜０．０２５ …（１４） ０．０１ ＜ｄＰｇＦ₈ ＜０．０２ …（１５） ０．０３ ＜ｄＰｇＦ₁₀＜０．０５５ …（１６） を満足することを特徴とする請求項４に記載のレトロフ
   ォーカス型レンズ。
6. 【請求項６】 ｄＰｇＦｍを、第ｍレンズ（ｍ＝７，
   ９）を構成する硝材の異常分散性を表すパラメータと
   し、 ｄ線におけるアッベ数ν_dを横軸にとり、Ｆ線からｇ線
   までの部分分散比ＰｇＦを縦軸にとった座標系におい
   て、正常部分分散比を表わす直線をＰｇＦｎ（ν _d）で
   示し、 ｄ線におけるアッベ数ν_dにおける第ｍレンズを構成す
   る異常分散性を示す硝材の異常部分分散比をＰｇＦｍａ
   （ν_d）で示したときに、 ｄＰｇＦｍ＝ＰｇＦｍａ（ν_d）−ＰｇＦｎ（ν_d） であり、 下記の条件式（１７）及び（１８） −０．０１ ＜ｄＰｇＦ₇＜０．０４５ …（１７） −０．０１５＜ｄＰｇＦ₉＜０．０２ …（１８） を満足することを特徴とする請求項４又は５のいずれか
   に記載のレトロフォーカス型レンズ。
7. 【請求項７】 光源と、 該光源の出射光束により照明されるライトバルブと、 該ライトバルブにより透過若しくは反射されて２次元的
   に変調された変調光束を拡大投写する請求項１から６ま
   でのいずれかに記載のレトロフォーカス型レンズとを備
   えたことを特徴とする投写型表示装置。
8. 【請求項８】 前記ライトバルブは、液晶ライトバルブ
   であることを特徴とする請求項７に記載の投写型表示装
   置。
9. 【請求項９】 前記ライトバルブは、複数の、傾斜可能
   な単位ミラーを含むミラーアレイを有することを特徴と
   する請求項７に記載の投写型表示装置。
10. 【請求項１０】 前記ライトバルブは、複数の、変調位
    相量が可変である単位グレーティングを含むグレーティ
    ングアレイを有することを特徴とする請求項７に記載の
    投写型表示装置。