JP2005309251A - 投影レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、倍率色収差の補正をする投影レンズを提供する。
【解決手段】かかる課題を解決するために、本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】かかる課題を解決するために、本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、投影レンズに関し、特に、マイクロデバイスを画像表示素子として採用した背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに好適なものである。
近年、プロジェクション映像表示装置が広く普及している。このプロジェクション映像表示装置の1つとして、画像表示デバイスの画像を、透過型スクリーンに対して背面側から投射して画像を表示する背面投射型映像表示装置がある。この背面投射型映像表示装置は、例えばリアプロジェクションTV等として知られている。
この背面投射型映像表示装置は、白色光源から出た光を、3原色の色成分(赤、青、緑)に色分解し、色分解した各色成分光を反射型の画像表示デバイスに照らし、反射型画像表示デバイスに反射された各色成分の映像光を投影レンズによって透過型スクリーン上に投影することによりカラー画像を表示するものである。
このようなリアプロジェクションTVは、近年、プロジェクションTV本体の薄型化とともに表示の大画面化の要請があり、これに伴い、投影レンズは、短い投射距離で大画面を投影するために、短焦点化・広画角化が求められている。
このような要請に応えるためには、投影レンズのバックフォーカスと焦点距離の比も大きくしなければならない。一方、反射型の画像表示デバイス上の画像を高いコントラストでスクリーンに拡大投射するには、反射型の画像表示デバイスから垂直に近い角度で射出する光束を利用しなければならない。
従って、投影レンズの軸外の主光線が反射型の画像表示デバイスに垂直となるようにテレセントリック性を有することが必要となる。
また、CRT(Cathode Ray Tube)方式と異なりDMD(Digital Mirror Device)素子等ではドットマトリックス表示のために歪曲収差の電気的補正ができない。
従って、投影レンズ自体で小さな歪曲収差を実現しなければならない。しかしながら、このことは投影レンズの広角化や長いバックフォーカスを実現する上で障害となるものである。
さらに、反射型の画像表示デバイスの画素の高密度(高精細)化にともない、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を小さくすることが重要となってきている。
このような課題を考慮して提案された発明として特許文献1がある。特許文献1の実施例1においては、9枚構成のレンズ中、アクリル樹脂からなる非球面レンズを2枚使用して諸収差を補正する技術が開示されている。
特開2003−156683号公報
しかしながら、近年の画像表示マイクロデバイスの画素の高密度(高精細)化に伴い、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を使用波長域で小さく補正したい要求が市場において強い。
特許文献1に示す従来の投影レンズでは、図10に示す通り、倍率の色収差が青色光(450nm)で19μm、青色−赤色光(450−620nm)で5μmとなっている。この青色の倍率色収差は焦点距離f=17.273mmの0.11%に相当する。
倍率色収差を補正するには異常分散ガラス(例えばアッベ数νdが81.6や90.3等)を使うと効果的に補正可能であるが、このような異常分散ガラスは非常に高価であり、またレンズ製造も難しいため投影レンズのコスト高を招いてしまうという問題がある。
また、例えば、開口絞りを挟んで拡大側にある負の屈折力を有する第1群(前群)と縮小側にある正の屈折力を有する第2群(後群)からなるレトロフォーカスタイプの広角投影レンズの場合、開口絞りの前後でレンズの屈折力配置が非対称となるため、歪曲収差・非点収差などの軸外収差の発生が大きいが、これらの収差は非球面を用いることで収差補正可能であるが、非球面は色収差の補正はできないという問題がある。
そこで、本発明は、上述した背景に鑑み、大量生産可能な樹脂製の非球面レンズを多用しながらも、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、より倍率色収差が小さい高精細な画像を投射可能とする広角投影レンズを提供するものである。
かかる課題を解決するために、請求項1に記載の本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする。
上述のように、投影レンズを構成することで、量産性の高い一般的な光学材料のみで倍率色収差の少ない投影レンズが実現できる。
請求項2に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズ及び第2レンズを配して構成され、第2レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズから第7レンズまでを配して構成され、第1レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、第2レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、第3レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、第4レンズは、縮小側に凸面を向けた両面非球面からなり、かつ、少なくとも1面が回折光学面を設けた正メニスカスレンズであり、第5レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、第6レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第7レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第1レンズ群と第2レンズ群の間に絞りを配設したことを特徴とする。
上述のように、投影レンズを構成することで、倍率色収差の少ない、広画角で高い結像性能、高精細なTV画像を実現できる。
請求項3に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ、第2レンズ及び第4レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν1、ν2、ν4が、ν1、ν2及びν4>54を満足し、かつ、第6レンズ及び第7レンズのアッベ数ν6及びν7が、ν6及びν7<73を満足することを特徴とする。
上述のように、アッベ数の条件を満たせば、異常分散ガラスを用いずとも第4レンズの一面が回折光学面(DOE)であることにより、一般的な光学材料のみで倍率色収差を小さくできる。
請求項4に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズと第2レンズの負の屈折力と、第4レンズの正の屈折力とのバランスにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧することを特徴とする。
この構成により、温度変化すると、第1レンズ及び第2レンズによるバックフォーカスの位置変動とほぼ同じ値で逆方向に生じるため、お互いに打ち消しあって抑圧する。
請求項5に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群の焦点距離をfIとし、第2レンズ群の第4レンズの焦点距離をf4としたとき、3<f4/|fI|<13の条件を満足することを特徴とする。
請求項6に記載の本発明の投影レンズは、全系の焦点距離をfとし、全系のバックフォーカスをBFLとし、第1レンズ群の焦点距離fI、第2レンズ群の焦点距離をfIIとしたとき、2<BFL/f、及び、1.0<fII/|fI|<1.5の条件を満足することを特徴とする。
上記のような条件を満たすことで、第1レンズ群と第2レンズ群との間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能とし、かつ強いテレセントリック性を有し、更には良好な光学特性を実現することができる。
請求項7に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群と絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする。
上記構成により、光路折り曲げ手段で光路を折り曲げることでリアプロジェクションTV等の奥行きを薄くすることができる。
本発明の投影レンズによれば、次のような効果を奏することができる。
(1)第1レンズ群及び第2レンズ群に合成樹脂製の非球面レンズを多用し、また第2レンズ群の1面に回折光学素子(DOE)を用いることにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、倍率色収差がより小さい高精細な画像をスクリーンに投射することが可能となる。
(2)一般的な光学材料のみで倍率色収差の良好な収差補正ができ、高精細な画像を低コストで大量生産可能であると共に軽量化が実現できる。
(3)広画角で長バックフォーカスを有し、良好なテレセントリック性と、歪曲収差の良好な補正とを実現することができる。
(4)温度変化によるバックフォーカスの位置変動(ピント面の変化)を抑圧することができる。
以下では、本発明の投影レンズを実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態は、背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに適用した場合について説明する。
また、本実施形態は、画像表示デバイスとして反射型画像表示マイクロデバイスを使用し、また光学系として単板式リアプロジェクションTV光学系を使用した場合において、投影レンズが反射型画像表示マイクロデバイスのカラー画像をスクリーンに拡大投影する場合について説明する。
以下では、まず、投影レンズを備えた背面投射型映像表示装置の全体構成について説明し、その後投影レンズ及び実施例について説明する。
(A)全体構成
図11は、背面投射型映像表示装置の構成例を概略的に説明するための断面図である。
図11は、背面投射型映像表示装置の構成例を概略的に説明するための断面図である。
図11において、背面投射型映像表示装置10は、キャビネットa内に、光学エンジンb、投影レンズe、折り曲げミラーf、キャビネットaの前面に透過型スクリーンcを備える。
光学エンジンbからの光は、投影レンズeの中に組み込まれた第1の折り曲げミラーdにより反射され、その反射された光は、投影レンズeを介してキャビネットa側の第2の折り曲げミラーfに反射され、透過型スクリーンcに投影される。これにより、TVセットの薄型化と大画面化を実現している。
次に、単板式リアプロジェクションTV光学系の構成例について図12を参照して説明する。
図12において、単板式リアプロジェクションTV光学系は、白色光源であるアークアンプ(超高圧水銀灯)1、リフレクター2、カラーホイール3、ライトトンネル4、リレーレンズ5、DMD(Digital Mirror Device)素子6、カバーガラス7、TIR(Total Internal Reflection)プリズム8、投射レンズ9を備える。
アークランプ1は、楕円面形状をしたリフレクター2の第1焦点に配置されるものである。アークランプ1が放射した光は、リフレクター2により反射・集光され、カラーホイール3を通過して3原色に時分割されてリフレクター2の第2の焦点に集光される。
カラーホイール3は、3原色の青、緑、赤のカラーフィルターが円板状に配置され、高速回転(例えば毎秒60回転程度の回転数)し光を通過させることで時分割に色分解するものである。
集光された光は、その集光面に配置された例えば16:9のアスペクト比を有するライトトンネル4により導かれることで、均一な矩形形状の照明光を形成されると共に、リレーレンズ5によって、DMD素子6に効率よく時分割された各色成分の照明光として照射される。
DMD素子6は、画像表示素子であり、反射角度が高速制御される微小ミラー(例えば14μm角)を2次元的に備え、この微小ミラーの角度を調整することで入射光を反射させるものである。つまり、DMD素子6がON反射する場合、微小ミラーの角度を調整し、入射光を投影レンズ9に向けて反射させ、DMD素子6がOFF反射する場合、微小ミラーの角度を調整して、入射光を投影レンズ9に向けて反射させず、例えば光吸収部材などに吸収される。このようにON反射の場合に、投影レンズ9に光を反射させるものである。
リレーレンズ5によって照明光がDMD素子6に照射されると、DMD素子6によってON状態の光のみが、投影レンズ9によってスクリーン(図示しない)に拡大投影される。
以上のようにして、DMD素子6が反射した光が投影レンズ9を介してスクリーンに拡大投影される。
(B)投影レンズ
次に、本実施形態の投影レンズのレンズ構成について図面を参照して説明する。図1は、DMD素子6が反射した画像光をスクリーン(図示しない)に拡大投影する投影レンズのレンズ構成図である。
次に、本実施形態の投影レンズのレンズ構成について図面を参照して説明する。図1は、DMD素子6が反射した画像光をスクリーン(図示しない)に拡大投影する投影レンズのレンズ構成図である。
なお、図1の左側にスクリーン(図示しない)を配備するものとし、以下では、スクリーン側を「拡大側」と称し、DMD素子6側(図1の右側)を「縮小側」と称して説明する。
図1において、本実施形態の投影レンズは、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群I(第1レンズ群ともいう)と、第2群II(第2レンズ群ともいう)を配してなる。また、第2群の縮小側には、TIRプリズム8、カバーガラス7、DMD素子6が配設してなる。
第1群Iと第2群IIとを配して構成された投影レンズの型は「レトロフォーカスタイプ」と称するもので、バックフォーカスを長くすることができ、広角化にも適している。
図1において、投影レンズは、第2群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面である。
ここで、回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)は、回折現象を利用して色収差補正能力を有する光学素子であり、例えば、撮像用レンズやCD、DVD用ピックアップ等に使用されるレンズの色収差を回折光学素子と屈折型レンズとの組み合わせで補正する技術などとして知られている。
しかしながら、回折光学素子(DOE)を画像表示マイクロデバイスのプロジェクションTV用に応用して高精細で画角が90°に及ぶ広角な投影レンズは未だ知られていない。
また、回折光学素子(DOE)の光学特性は、従来の屈折レンズと異なり、アッベ数ν=−3.45、部分分散比θgF=0.296という逆分散性と異常分散性の特徴を有している。
また、投影レンズは、第1群Iと第2群IIとの間に絞りSを配し、また、第1群Iと絞りSとの間に折り曲げミラーMを配してなる。
図1に示すように、第1群Iは、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズL1と、第2レンズL2とを配して構成される。
第1レンズL1及び第2レンズL2は共に、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面形状で両面非球面である負メニスカスレンズである。第1レンズL1及び第2レンズL2は、合成樹脂で成形されるものである。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル(PMMA)やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。
また図1において、第2群IIは、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズL3と、第4レンズL4と、第5レンズL5と、第6レンズL6と、第7レンズL7とを配して構成される。
第3レンズL3は、両凸レンズL31の縮小側の面に、両凹レンズL32を接合して成る接合レンズである。
第4レンズL4は、縮小側に凸面を向けた両面非球面の正メニスカスレンズである。また、第4レンズL4の少なくとも片面は回折光学面(DOE)であり、本実施形態では、第4レンズL4の拡大側の面を回折光学面とする。さらに、第4レンズL4は、合成樹脂で成形される。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル(PMMA)やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。
回折光学面(DOE)はブレーズド化(鋸状)されたものが望ましく、例えばダイヤモンドバイトによる超精密な切削加工により製作された金型でプラスチック材料等を射出成型する方法がある。また例えば、ガラスレンズ上に形成された樹脂層に対して回折光学面の成形を行なう方法等も挙げられる。
このように、第4レンズL4の少なくとも片面を回折光学面とすることで、入射光の波長に応じた色消しをすることができる。
第5レンズL5は、両凸レンズL51の縮小側の面に、両凹レンズL52を接合して成る接合レンズである。
第6レンズL6及び第7レンズL7は共に、縮小側に強い凸面を向けた正レンズである。
第1群Iは、構成されるレンズ面(本実施形態では4面)は全て非球面である。このように、第1群Iを全面非球面とすることにより、歪曲収差の良好となる補正を行なうようにし、さらに軸上光束が最も拡がる第2群IIの接合レンズである第3レンズL3の直後(縮小側)に配した正の弱い屈折力を有する両面非球面のメニスカスレンズである第4のレンズL4と、第1群Iの2枚のレンズL1及びL2とが相まって、軸外収差の非点収差、コマ収差等を良好に補正し、明るい投影レンズを実現可能とする。
また、(a)第1群Iの2枚の第1レンズL1、第2レンズL2及び第2群IIの第4レンズL4のそれぞれと、(b)第2群IIの第6レンズL6及び第7レンズL7のそれぞれとは、次の条件を満足するように設定する。なお、νはレンズ媒質のアッベ数である。
条件(1)ν1、ν2及びν4>54
条件(2)ν6及びν7<73
周知の如く、アッベ数νはレンズ媒質のF、d、C線の屈折率をNF、Nd、Ncとしたとき、ν=(Nd−1)/(NF−Nc)で定義される。
条件(2)ν6及びν7<73
周知の如く、アッベ数νはレンズ媒質のF、d、C線の屈折率をNF、Nd、Ncとしたとき、ν=(Nd−1)/(NF−Nc)で定義される。
第1群Iから射出してスクリーンに向かう光線において、主光線が光軸となす角の「波長による変化」が大きいと、スクリーン上において大きな倍率の色収差が発生する。
これに対して、第1群Iと第2群IIの縮小側の2枚のレンズにおいて、軸外光束の主光線に対する光軸からの距離が大きくなり、倍率の色収差への影響が大きい。
レンズ媒質の屈折率は短波長になるほど大きくなるが、上記条件(1)、(2)を満足する媒質は、「波長の減少に伴い屈折率が高くなる割合」が小さい。
このような性質を有する材料を、第1群I、第2群II中の「主光線高さが高く、屈折力の強いレンズ」に使用すれば、第1群Iをでる主光線高の射出点の位置や光軸となす角度の「波長による差」を小さくできて、厳しい倍率の色収差の要求を満足することが可能となる。
第1群Iの第1レンズL1は、軸外光束の主光線に対する光軸から距離が大きく、このため、レンズ系が大きくなりやすい。
第1レンズL1、第2レンズL2が、上記条件(1)を満足する合成樹脂製レンズにすることにより、色収差への影響を抑えたまま、第1群Iの第1レンズL1及び第2レンズL2軽量化でき、更に製造コストの削減にも繋がる。
第1群Iは、負の屈折力を有するため、第1群Iのみに合成樹脂製レンズを使うと、屈折率の温度変化によりバックフォーカスの位置変動(ピント面の移動)が生じる。
これを打ち消すためには、第2群IIにおいて、比較的に弱い正の屈折力を有する合成樹脂製レンズエレメントを入れて構成しなければならない。
本実施形態では、合成樹脂製レンズエレメントとして第4レンズL4を入れて第2群IIを構成している。
第1群Iの焦点距離をfI、第2群II中の第4レンズL4の焦点距離をf4としたとき、次の条件を満足するように設定する。
条件(3)3<f4/|fI|<13
全系の焦点距離をf、全系のバックフォーカスをBFLとし、また第1群Iの焦点距離をfI、第2群IIの焦点距離をfIIとするとき、次の条件を満足するように設定する。
全系の焦点距離をf、全系のバックフォーカスをBFLとし、また第1群Iの焦点距離をfI、第2群IIの焦点距離をfIIとするとき、次の条件を満足するように設定する。
条件(4)2.0<BFL/f
条件(5)1.0<fII/|fI|<1.5
本実施形態の投影レンズのように、第1群Iが負の屈折力を有し、第2群IIが正の屈折力を有するレトロフォーカス型レンズで焦点距離fの2倍以上のバックフォーカスBFLによりTIRプリズムが設置できるスペースを確保し、第1群Iと第2群IIとの間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能とし、かつ、強いテレセントリック性を有し、更に良好な光学特性を実現するには、上記条件(4)、(5)を満足することが望ましい。
条件(5)1.0<fII/|fI|<1.5
本実施形態の投影レンズのように、第1群Iが負の屈折力を有し、第2群IIが正の屈折力を有するレトロフォーカス型レンズで焦点距離fの2倍以上のバックフォーカスBFLによりTIRプリズムが設置できるスペースを確保し、第1群Iと第2群IIとの間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能とし、かつ、強いテレセントリック性を有し、更に良好な光学特性を実現するには、上記条件(4)、(5)を満足することが望ましい。
また、光路変換を行なわない構成の投影レンズ装置を備えた場合と比較して、プロジェクションTV装置のキャビネットの薄型化を図れる。
次に、図1に示す投影レンズのレンズ構成について説明する。なお、図1において、拡大側から第i番目の面の曲率半径をRiとし、第i番目の面と第i+1番目の面との光軸上の面間隔をDiとする。また、屈折率とアッベ数はd線の値である。
また、全系の焦点距離をf(e線の値)、明るさをF/no、画角を2ω、横倍率をM、投影距離をLで表す。
非球面は、周知の如く、光軸をZ軸とする直交座標系(X,Y,Z)において、Rを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A3,A4,…,A10をそれぞれ3次、4次、…、10次の非球面係数とするとき、座標h=(X2+Y2)1/2における面形状が次式で表されるものとする。
Z(h)=(h2/R)/[1+{1−(1+K)・(h/R)2}1/2]
+A3・h3+A4・h4+A5・h5+A6・h6
+A7・h7+A8・h8+A9・h9+A10・h10 …(1)
また、本発明の投影レンズに適用される回折光学素子は回転対称性を有し、基準波長は546nmのe線である。非球面位相量(φ)を決定する式は(2)式である。
+A3・h3+A4・h4+A5・h5+A6・h6
+A7・h7+A8・h8+A9・h9+A10・h10 …(1)
また、本発明の投影レンズに適用される回折光学素子は回転対称性を有し、基準波長は546nmのe線である。非球面位相量(φ)を決定する式は(2)式である。
φ(h)=C1・h2+C2・h4+C3・h6+… …(2)
ここで、φ(h)は光軸からの高さhでの位相量を表わし、C1〜C3は非球面効果を有する位相項の係数を意味する。
ここで、φ(h)は光軸からの高さhでの位相量を表わし、C1〜C3は非球面効果を有する位相項の係数を意味する。
次に、具体的な数値を用いた本実施形態の投影レンズの実施例1について図面を参照して説明する。
図2は、実施例1のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図4は、実施例1における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図13は、回折光学面(DOE)の位相量を示す図である。
なお、図2に示すレンズ構成は図1に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。
実施例1では、図4に示すように、全系の焦点距離f(e線の値)=10.83mmとし、明るさF/no=2.4とし、バックフォーカスBFL=37.589mm、画角2ω=90°、横倍率M=−1/53.21×、投影距離L=542.0mmとした場合である。
図6は、実施例1の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図7は、実施例1の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
図6に示すように、実施例1の投影レンズによれば、倍率色収差は、450nm〜546nmの光(青色−緑色光)で5μm程度であり、450nm〜620nmの光(青色−赤色光)で−5μm程度となり、これらの値は焦点距離f=10.83mmの0.05%であり、図10の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、半分以下に改善できる。
また、図7に示すように、実施例1の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。
次に、本実施形態の投影レンズの実施例2について図面を参照して説明する。
図3は、実施例2のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図5は、実施例2における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図14は、回折光学面(DOE)の位相量を示す図である。
なお、図3に示すレンズ構成は図1に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。
実施例2では、図5に示すように、全系の焦点距離f(e線の値)=9.96mmとし、明るさF/no=2.4とし、バックフォーカスBFL=25.284mm、画角2ω=90°、横倍率M=−1/68.67×、投影距離L=649.0mmとした場合である。
図8は、実施例2の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図9は、実施例2の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
図8に示すように、実施例2の投影レンズによれば、倍率色収差は、450nm〜546nmの光(青色−緑色光)で2μm程度であり、450nm〜620nmの光(青色−赤色光)で−3μm程度となり、これらの値は焦点距離f=9.96mmの0.03%であり、図10の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、1/3以下に改善できる。
また、図9に示すように、実施例2の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。
(C)他の実施形態
(C−1)上述した実施形態では、画像表示デマイクロバイスとして、DMD素子を例に挙げた場合について説明したが、これに限らず、透過型の高温ポリシリコンTFTによる液晶表示デバイスや反射型液晶のLCOS(Liquid Crystal On Silicon)素子を用いた場合でも、上述した実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
(C−1)上述した実施形態では、画像表示デマイクロバイスとして、DMD素子を例に挙げた場合について説明したが、これに限らず、透過型の高温ポリシリコンTFTによる液晶表示デバイスや反射型液晶のLCOS(Liquid Crystal On Silicon)素子を用いた場合でも、上述した実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
(C−2)上述した実施形態では、光学系として、単板式の光学系を適用した場合について説明したが、これに限らず、3板式の光学系を適用するようにしてもよい。
(C−3)上述した実施形態では、第2群IIの第4レンズL4の片面に回折光学面を備える場合について説明したが、回折光学面の配置は、倍率色収差の補正機能が発揮可能であれば、特に限定されず、第2群IIを構成する1又は複数のレンズ面に適用可能である。
また、回折光学面は、第1群Iを構成する1又は複数のレンズ面に適用してもよい。このとき、第1群Iの構成レンズ面は、拡大側に配置されるので、レンズ面積が第2群IIの構成レンズよりもおおきくなるため、レンズ面の形成に負担が生じ得る。
(C−4)上述した実施形態において、第1レンズ群の第2レンズの面変更、または第1レンズ群及び第2レンズ群の間隔変更をすることによっても倍率変更を行なうようにしてもよい。これにより、投影レンズのレンズエレメントの最小変化によって、倍率変化を可能とすることができる。
I…第1群(第1レンズ群)、
L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、
II…第2群(第2レンズ群)、
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、R10…回折光学面(DOE)、
L31、L32…第3レンズの構成レンズ、
L51、L52…第5レンズの構成レンズ、
M…折り曲げミラー、S…絞り、6…DMD素子、7…カバーガラス、
8…TIRプリズム。
L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、
II…第2群(第2レンズ群)、
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、R10…回折光学面(DOE)、
L31、L32…第3レンズの構成レンズ、
L51、L52…第5レンズの構成レンズ、
M…折り曲げミラー、S…絞り、6…DMD素子、7…カバーガラス、
8…TIRプリズム。
Claims (7)
- 矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、
拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、
上記第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする投影レンズ。 - 請求項1に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズ及び第2レンズを配して構成され、
上記第2レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズから第7レンズまでを配して構成され、
上記第1レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
上記第2レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
上記第3レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
上記第4レンズは、縮小側に凸面を向けた両面非球面からなり、かつ、少なくとも1面が回折光学面を設けた正メニスカスレンズであり、
上記第5レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
上記第6レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
上記第7レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
第1レンズ群と第2レンズ群の間に絞りを配設した
ことを特徴とする投影レンズ。 - 請求項2に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ、上記第2レンズ及び上記第4レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν1、ν2及びν4がそれぞれ、ν1、ν2及びν4>54を満足し、かつ、
上記第6レンズ及び上記第7レンズのアッベ数ν6及びν7がそれぞれ、ν6及びν7<73を満足する
ことを特徴とする投影レンズ。 - 請求項2又は3に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズと上記第2レンズの負の屈折力と、上記第4レンズの正の屈折力とのバランスにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧することを特徴とする投影レンズ。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群の焦点距離をfIとし、上記第2レンズ群の上記第4レンズの焦点距離をf4としたとき、3<f4/|fI|<13の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
全系の焦点距離をfとし、全系のバックフォーカスをBFLとし、上記第1レンズ群の焦点距離fI、上記第2レンズ群の焦点距離をfIIとしたとき、2.0<BFL/f、及び、1.0<fII/|fI|<1.5の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群と上記絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする投影レンズ。
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