JP2000147376A - 投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置 - Google Patents
投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液晶表示素子に表示された画像を斜め方向の
スクリーン面上に高い光学性能を有して投影するように
した投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置を得るこ
と。 【解決手段】 投影画像を所定面状に投射する変倍機能
を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性
のないレンズ面を少なくとも1つ有していること。
スクリーン面上に高い光学性能を有して投影するように
した投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置を得るこ
と。 【解決手段】 投影画像を所定面状に投射する変倍機能
を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性
のないレンズ面を少なくとも1つ有していること。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は投射レンズ及びそれ
を用いた画像投影装置に関し、例えば液晶表示素子等に
表示された投影像原画を斜め方向からスクリーン面上に
拡大投影する際に、該投射レンズのレンズ構成を適切に
設定することによって投影像の歪曲、台形歪み、像面倒
れ等を良好に補正し、良好なる光学特性の投影像が得ら
れる液晶プロジェクターに好適なものである。
を用いた画像投影装置に関し、例えば液晶表示素子等に
表示された投影像原画を斜め方向からスクリーン面上に
拡大投影する際に、該投射レンズのレンズ構成を適切に
設定することによって投影像の歪曲、台形歪み、像面倒
れ等を良好に補正し、良好なる光学特性の投影像が得ら
れる液晶プロジェクターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より液晶表示素子に表示された投影
画像(投影像原画)をスクリーン面上に投影する投影装
置(液晶プロジェクター)が種々と提案されている。
画像(投影像原画)をスクリーン面上に投影する投影装
置(液晶プロジェクター)が種々と提案されている。
【0003】図21は投影像原画LCDを投影レンズ
(投射レンズ)LPにより斜め方向のスクリーン面S上
に投影し、観察するようにした斜め投影方式の投影装置
の概略図である。
(投射レンズ)LPにより斜め方向のスクリーン面S上
に投影し、観察するようにした斜め投影方式の投影装置
の概略図である。
【0004】同図の投影装置では投影像原画LCDをス
クリーンSに投射する際に投影像を歪ませないように投
影するために、投影像原画LCDの中心LCDaを投影
レンズLPの光軸Axに対して下側にずらす、画面シフ
トを利用している。
クリーンSに投射する際に投影像を歪ませないように投
影するために、投影像原画LCDの中心LCDaを投影
レンズLPの光軸Axに対して下側にずらす、画面シフ
トを利用している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の液晶プロジェク
ターにおいては装置を設置した際に、短い投射距離で、
より上方に投射画面ができるように、投射レンズを広画
角化し、かつ液晶パネルの中心を投射レンズの光軸に対
してオフセット(シフト)して配置して、投射画像の中
心が投射レンズの光軸よりも上方にできるように設定し
ている。
ターにおいては装置を設置した際に、短い投射距離で、
より上方に投射画面ができるように、投射レンズを広画
角化し、かつ液晶パネルの中心を投射レンズの光軸に対
してオフセット(シフト)して配置して、投射画像の中
心が投射レンズの光軸よりも上方にできるように設定し
ている。
【0006】しかしながら、投射レンズを広画角化する
と、歪曲収差、像面湾曲、倍率色収差等の諸収差が多く
発生し、これらの諸収差を補正するのが難しくなってく
る。
と、歪曲収差、像面湾曲、倍率色収差等の諸収差が多く
発生し、これらの諸収差を補正するのが難しくなってく
る。
【0007】とくに歪曲収差が多く残存すると、投射画
像が光軸に対してオフセットしているために、上下非対
称な歪曲となり、投射画像の品位を損なうという問題が
発生してくる。
像が光軸に対してオフセットしているために、上下非対
称な歪曲となり、投射画像の品位を損なうという問題が
発生してくる。
【0008】この問題に関する解決方法の一つとして軸
対称な非球面を導入する方法も実施されている。しかし
ながら、図22に示すようにオフセットされた投影画像
LCDに対して、それを全て含むような像範囲(IC)
において歪曲収差を補正することは難しい。
対称な非球面を導入する方法も実施されている。しかし
ながら、図22に示すようにオフセットされた投影画像
LCDに対して、それを全て含むような像範囲(IC)
において歪曲収差を補正することは難しい。
【0009】本発明は、光学系の一部に軸対称性のない
非球面を用いることによって、投影像原画を斜め方向に
台形歪みや歪曲収差等を良好に補正して投影することが
できる投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置の提供
を目的とする。
非球面を用いることによって、投影像原画を斜め方向に
台形歪みや歪曲収差等を良好に補正して投影することが
できる投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置の提供
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の投射レンズは、
(1−1)投影画像を所定面状に投射する変倍機能を有
した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性のな
いレンズ面を少なくとも1つ有していることを特徴とし
ている。
(1−1)投影画像を所定面状に投射する変倍機能を有
した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性のな
いレンズ面を少なくとも1つ有していることを特徴とし
ている。
【0011】(1−2)投影画像を所定面状に投射する
変倍機能を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは
軸対称性のないレンズ面を少なくとも1つ有し、該レン
ズ面の局所的な曲率が連続的に変化していることを特徴
としている。
変倍機能を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは
軸対称性のないレンズ面を少なくとも1つ有し、該レン
ズ面の局所的な曲率が連続的に変化していることを特徴
としている。
【0012】本発明の画像投影装置は、(2−1)投影
画像を変倍機能を有した投射レンズでスクリーン面状に
投射する画像投影装置において、該投射レンズの基準光
軸と該投影画像とは略直交しており、該投影画像は、そ
の中間が該基準光軸から離れて配置しており、該投射レ
ンズは軸対称性のレンズ面を少なくとも1つ有している
ことを特徴としている。
画像を変倍機能を有した投射レンズでスクリーン面状に
投射する画像投影装置において、該投射レンズの基準光
軸と該投影画像とは略直交しており、該投影画像は、そ
の中間が該基準光軸から離れて配置しており、該投射レ
ンズは軸対称性のレンズ面を少なくとも1つ有している
ことを特徴としている。
【0013】特に、(2−1−1)前記投射レンズの基
準光軸と前記投影画像の法線とのなす角度をθとしたと
き −5°<θ<5° を満足することを特徴としている。
準光軸と前記投影画像の法線とのなす角度をθとしたと
き −5°<θ<5° を満足することを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】図1〜図4は各々本発明の後述す
る数値実施例1〜4のレンズ断面図である。図中、LP
は投射レンズ(投影光学系)、Gは光学フィルター、色
分解プリズム等の光学ブロック、LCDは投影画像であ
り、例えば液晶素子等から成っている。Sはスクリーン
である。
る数値実施例1〜4のレンズ断面図である。図中、LP
は投射レンズ(投影光学系)、Gは光学フィルター、色
分解プリズム等の光学ブロック、LCDは投影画像であ
り、例えば液晶素子等から成っている。Sはスクリーン
である。
【0015】ZRNは軸対称性のない非球面を示し、A
SPは軸対称非球面を示している。投射レンズLPは2
つのレンズ群L1,L2を有し、双方をスクリーンS側
へ、双方のレンズ間隔が縮小するように移動させて広角
端から望遠端への変倍を行なっている。これによってス
クリーンS上に投影する投影像の大きさを可変としてい
る。
SPは軸対称非球面を示している。投射レンズLPは2
つのレンズ群L1,L2を有し、双方をスクリーンS側
へ、双方のレンズ間隔が縮小するように移動させて広角
端から望遠端への変倍を行なっている。これによってス
クリーンS上に投影する投影像の大きさを可変としてい
る。
【0016】投影画像LCDの中心LCDaは投射レン
ズLPの光軸(基準軸)Axよりずれている(平行偏心
している)。
ズLPの光軸(基準軸)Axよりずれている(平行偏心
している)。
【0017】図1〜図3の数値実施例1〜3ではスクリ
ーンSと投影画像LCDが互いに平行でかつ双方は放射
レンズLPの光軸Ax方向と直交している。投射レンズ
LPは投射画像LCDをスクリーンS上に種々の倍率で
拡大投影している。
ーンSと投影画像LCDが互いに平行でかつ双方は放射
レンズLPの光軸Ax方向と直交している。投射レンズ
LPは投射画像LCDをスクリーンS上に種々の倍率で
拡大投影している。
【0018】図4の数値実施例4ではLCDは投射レン
ズLPの光軸Axと直交しているが、スクリーンSに対
して投射レンズLPの光軸Axを傾けている(スクリー
ンSの法線Saと光軸Axとが所定の角度αとなるよう
にしている)。
ズLPの光軸Axと直交しているが、スクリーンSに対
して投射レンズLPの光軸Axを傾けている(スクリー
ンSの法線Saと光軸Axとが所定の角度αとなるよう
にしている)。
【0019】これによって斜方向から投影するときの歪
曲を補正している(尚、本発明において基準軸(基準光
軸)とは投射レンズLPのうちの少なくとも2つのレン
ズ面によって特定される光軸をいう)。投射レンズLP
は投射画像LCDをスクリーンS上に種々の倍率で拡大
投影している。
曲を補正している(尚、本発明において基準軸(基準光
軸)とは投射レンズLPのうちの少なくとも2つのレン
ズ面によって特定される光軸をいう)。投射レンズLP
は投射画像LCDをスクリーンS上に種々の倍率で拡大
投影している。
【0020】図5〜図7は本発明の数値実施例1の広角
端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
【0021】図8〜図10は本発明の数値実施例2の広
角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
【0022】図11〜図13は本発明の数値実施例3の
広角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
広角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
【0023】図14〜図16は本発明の数値実施例4の
広角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
広角端と望遠端の横収差図と歪曲状態の説明図である。
【0024】横収差図は図17に示すように、投影画像
LCDの中心点P1と四隅の点P2,P3において、ス
クリーンSから投影画像LCDに光線を追跡したときの
もので、歪曲収差は投影画像LCDからスクリーンSに
光線を追跡したときの投影像そのものを表している。
LCDの中心点P1と四隅の点P2,P3において、ス
クリーンSから投影画像LCDに光線を追跡したときの
もので、歪曲収差は投影画像LCDからスクリーンSに
光線を追跡したときの投影像そのものを表している。
【0025】本発明の投射レンズLPはスクリーン(共
役点の長い方)側より順に第1群L1はスクリーン側に
凸面を向けたメニスカス状のレンズL11,両レンズ面
が凹面の負レンズL12,そして両レンズ面が凸面の正
レンズL13より構成している。
役点の長い方)側より順に第1群L1はスクリーン側に
凸面を向けたメニスカス状のレンズL11,両レンズ面
が凹面の負レンズL12,そして両レンズ面が凸面の正
レンズL13より構成している。
【0026】第2群L2はLCD(共役点の短い方)に
凸面を向けた正レンズL21,スクリーン側に凸面を向
けた正レンズL22,両レンズ面が凹面の負レンズL2
3,スクリーン側に凸面を向けた正レンズL24,両レ
ンズ面が凸面の正レンズL25,そして両レンズ面が凸
面の正レンズL26より構成している。
凸面を向けた正レンズL21,スクリーン側に凸面を向
けた正レンズL22,両レンズ面が凹面の負レンズL2
3,スクリーン側に凸面を向けた正レンズL24,両レ
ンズ面が凸面の正レンズL25,そして両レンズ面が凸
面の正レンズL26より構成している。
【0027】そして数値実施例1ではレンズL11のス
クリーン側のレンズ面r1を軸対称でないレンズ面とし
ている。
クリーン側のレンズ面r1を軸対称でないレンズ面とし
ている。
【0028】又、数値実施例2ではレンズL11のLC
D側のレンズ面r2を、数値実施例3では正レンズL2
6のスクリーン側のレンズ面r17を、軸対称でないレ
ンズ面としている。
D側のレンズ面r2を、数値実施例3では正レンズL2
6のスクリーン側のレンズ面r17を、軸対称でないレ
ンズ面としている。
【0029】又、数値実施例4ではレンズL11の両方
のレンズ面r1,r2と正レンズL26の両方のレンズ
面r17,r18を軸対称でないレンズ面としている。
のレンズ面r1,r2と正レンズL26の両方のレンズ
面r17,r18を軸対称でないレンズ面としている。
【0030】本発明では、投射レンズLPを構成する少
なくとも1つのレンズ面に、軸対称性のない非球面を設
けることにより、オフセットした液晶パネルLCDに対
応した範囲のみを設計対称とすることを可能としてい
る。
なくとも1つのレンズ面に、軸対称性のない非球面を設
けることにより、オフセットした液晶パネルLCDに対
応した範囲のみを設計対称とすることを可能としてい
る。
【0031】これにより少ないレンズ面数にもかかわら
ず歪曲収差を良好に補正することを可能としている。特
に投射レンズの拡大投影側(スクリーン側)、液晶パネ
ル側のレンズにおいては光束は、レンズの上方または下
方の一部のみを利用するために、このようなところに軸
対称性のない非球面を用いて、諸収差(歪曲)を効果的
に補正している。
ず歪曲収差を良好に補正することを可能としている。特
に投射レンズの拡大投影側(スクリーン側)、液晶パネ
ル側のレンズにおいては光束は、レンズの上方または下
方の一部のみを利用するために、このようなところに軸
対称性のない非球面を用いて、諸収差(歪曲)を効果的
に補正している。
【0032】数値実施例1〜3は(軸対称性のない非球
面を除く)、投射レンズLPの光軸Axに対して拡大投
射面(スクリーン)Sと液晶パネルLCDを垂直に構成
している。
面を除く)、投射レンズLPの光軸Axに対して拡大投
射面(スクリーン)Sと液晶パネルLCDを垂直に構成
している。
【0033】スクリーンSに対して投射画像を、より上
方に投射するために液晶プロジェクター装置のスクリー
ン側を上方に持ち上げて傾けた状況においては、図18
に示すように投射レンズLPには、補正した歪曲収差に
加え、傾けることによる台形歪みが発生する。
方に投射するために液晶プロジェクター装置のスクリー
ン側を上方に持ち上げて傾けた状況においては、図18
に示すように投射レンズLPには、補正した歪曲収差に
加え、傾けることによる台形歪みが発生する。
【0034】数値実施例4は図19の拡大図に示すよう
に投射レンズLPの光軸Axを拡大投射面(スクリー
ン)Sに対して斜めに傾けて設定した場合に発生する歪
曲を補正した設計例である。
に投射レンズLPの光軸Axを拡大投射面(スクリー
ン)Sに対して斜めに傾けて設定した場合に発生する歪
曲を補正した設計例である。
【0035】図19ではスクリーンSの法線Saに対す
る基準軸Axの角度(α)8°、スクリーン面と基準軸
の交点S1 に対する液晶パネルと基準軸の交点LCDa
の位置の下方向の距離ΔY534.5mmとなってい
る。
る基準軸Axの角度(α)8°、スクリーン面と基準軸
の交点S1 に対する液晶パネルと基準軸の交点LCDa
の位置の下方向の距離ΔY534.5mmとなってい
る。
【0036】尚、本発明の投射レンズにおける基準軸
(基準光軸)とLCDの法線とのなす各θを、 −5°<θ<5° の範囲内であれば、LCDに表示した投影画像をスクリ
ーンS面上に良好に投射することができる。
(基準光軸)とLCDの法線とのなす各θを、 −5°<θ<5° の範囲内であれば、LCDに表示した投影画像をスクリ
ーンS面上に良好に投射することができる。
【0037】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてriは拡大投射側より順に第i番目のレンズ
面の曲率半径、diは拡大投射側より順に第i番目のレ
ンズ厚及び空気間隔、ndとvdは各レンズの屈折率と
アッベ数である。又、軸対称な非球面形状は光軸方向に
Z軸、光軸と垂直方向の高さをh、スクリーンから液晶
パネルの方向を正とし、Cを近軸曲率、K,A,B,
C,D,Eを各々非球面係数とするとき
例においてriは拡大投射側より順に第i番目のレンズ
面の曲率半径、diは拡大投射側より順に第i番目のレ
ンズ厚及び空気間隔、ndとvdは各レンズの屈折率と
アッベ数である。又、軸対称な非球面形状は光軸方向に
Z軸、光軸と垂直方向の高さをh、スクリーンから液晶
パネルの方向を正とし、Cを近軸曲率、K,A,B,
C,D,Eを各々非球面係数とするとき
【0038】
【数1】 なる式で表し、軸対称性のない非球面形状は光軸方向に
Z軸、光軸と垂直方向にY軸、Z軸、Y軸に垂直な方向
にX軸、スクリーンから液晶パネルの方向を正とし、C
を近軸曲率、K,Zjを各々非球面係数とするとき、
Z軸、光軸と垂直方向にY軸、Z軸、Y軸に垂直な方向
にX軸、スクリーンから液晶パネルの方向を正とし、C
を近軸曲率、K,Zjを各々非球面係数とするとき、
【0039】
【数2】 P3 =y P4 =x2 −y2 P5 =2x2 +2y2 −1 P9 =3x2 y+3y3 −2y P10=3x2 y−y3 P11=x4 −6x2 y2 +y4 P12=4x4 −4y4 −3x2 +3y2 P13=6x4 +12x2 y2 +6y4 −6x2 −6y2
+1 P23=6x6−30x4y2−30x2y4+6y6−5x4
+30x2y2−5y4 P24=15x6+15x4y2−15x2y4−15y6−2
0x4+20y4+6x2−6y2 P25=20x6+60x4y2+60x2y4+20y6−3
0x4−60x2y2−30y4+12x2+12y2+1 と表している。
+1 P23=6x6−30x4y2−30x2y4+6y6−5x4
+30x2y2−5y4 P24=15x6+15x4y2−15x2y4−15y6−2
0x4+20y4+6x2−6y2 P25=20x6+60x4y2+60x2y4+20y6−3
0x4−60x2y2−30y4+12x2+12y2+1 と表している。
【0040】各数値実施例においては、全ての球面レン
ズに共通する対称軸を基準軸としたとき、軸対称性のな
い非球面の形状を表す式の原点はこの基準軸上にはな
く、図20に示すような座標系において移動しており、
そのデーターを偏心データーとしてレンズデーターと共
に記述してある。
ズに共通する対称軸を基準軸としたとき、軸対称性のな
い非球面の形状を表す式の原点はこの基準軸上にはな
く、図20に示すような座標系において移動しており、
そのデーターを偏心データーとしてレンズデーターと共
に記述してある。
【0041】
【外1】
【0042】
【外2】
【0043】
【外3】
【0044】
【外4】
【0045】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、光学系の
一部に軸対称性のない非球面を用いることによって、投
影像原画を斜め方向に台形歪みや歪曲収差等を良好に補
正して投影することができる投射レンズ及びそれを用い
た画像投影装置を達成することができる。
一部に軸対称性のない非球面を用いることによって、投
影像原画を斜め方向に台形歪みや歪曲収差等を良好に補
正して投影することができる投射レンズ及びそれを用い
た画像投影装置を達成することができる。
【図1】本発明の数値実施例1のレンズ断面図
【図2】本発明の数値実施例2のレンズ断面図
【図3】本発明の数値実施例3のレンズ断面図
【図4】本発明の数値実施例4のレンズ断面図
【図5】本発明の数値実施例1の広角端の収差図
【図6】本発明の数値実施例1の望遠端の収差図
【図7】本発明の数値実施例1の歪曲収差の説明図
【図8】本発明の数値実施例2の広角端の収差図
【図9】本発明の数値実施例2の望遠端の収差図
【図10】本発明の数値実施例2の歪曲収差の説明図
【図11】本発明の数値実施例3の広角端の収差図
【図12】本発明の数値実施例3の望遠端の収差図
【図13】本発明の数値実施例3の歪曲収差の説明図
【図14】本発明の数値実施例4の広角端の収差図
【図15】本発明の数値実施例4の望遠端の収差図
【図16】本発明の数値実施例4の歪曲収差の説明図
【図17】本発明に係る歪曲収差の説明の為の投影画像
の説明図
の説明図
【図18】本発明に係る歪曲収差の説明図
【図19】図4の拡大説明図
【図20】本発明に係る投射レンズのレンズ面の座標の
説明図
説明図
【図21】従来の液晶プロジェクターの説明図
【図22】図21の一部分の説明図
ZRN 軸対称性のない非球面 ASP 軸対称非球面 S スクリーン LCD 液晶パネル(投影画像) AX 基準軸 LP 投射レンズ L1 第1群 L2 第2群
フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA06 NA11 PA08 PA18 PB09 QA02 QA07 QA17 QA22 QA25 QA34 QA41 QA45 RA05 RA06 RA12 RA13 RA41 RA43 SA14 SA16 SA19 SA62 SA63 SA74 SB04 SB16 SB22 9A001 GG11
Claims (4)
- 【請求項1】 投影画像を所定面状に投射する変倍機能
を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性
のないレンズ面を少なくとも1つ有していることを特徴
とする投射レンズ。 - 【請求項2】 投影画像を所定面状に投射する変倍機能
を有した投射レンズにおいて、該投射レンズは軸対称性
のないレンズ面を少なくとも1つ有し、該レンズ面の局
所的な曲率が連続的に変化していることを特徴とする投
射レンズ。 - 【請求項3】 投影画像を変倍機能を有した投射レンズ
でスクリーン面状に投射する画像投影装置において、該
投射レンズの基準光軸と該投影画像とは略直交してお
り、該投影画像は、その中間が該基準光軸から離れて配
置しており、該投射レンズは軸対称性のレンズ面を少な
くとも1つ有していることを特徴とする画像投影装置。 - 【請求項4】 前記投射レンズの基準光軸と前記投影画
像の法線とのなす角度をθとしたとき −5°<θ<5° を満足することを特徴とする請求項1,2又は3の画像
投影装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10334944A JP2000147376A (ja) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | 投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置 |
US09/435,193 US6452727B1 (en) | 1998-11-10 | 1999-11-08 | Projection lens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10334944A JP2000147376A (ja) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | 投射レンズ及びそれを用いた画像投影装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000147376A true JP2000147376A (ja) | 2000-05-26 |
Family
ID=18282989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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