JP2006139198A

JP2006139198A - Projection lens system and projection display apparatus

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Publication number: JP2006139198A
Application number: JP2004330624A
Authority: JP
Inventors: Kenji Miyazaki; 健二宮崎; Shuichi Nakanishi; 秀一中西
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection lens system whose brightness is improved without depending on the output of a light source lamp, and which has a satisfactory back focus, and also, which has a small F-value. <P>SOLUTION: The projection lens system 20 satisfies the following expressions; expression (1); β4<-0.8, expression (2); β8>-0.5, expression (3); ν1, ν3, ν4>45, expression (4); ν5<30, and expression (5); ν10, ν11, ν12>40, provided that an angle obtained by normalizing paraxial light just after a j-th lens by regarding paraxial light just after the 12th lens 12 as 1.0 is expressed by βj, and the Abbe's number of glass material of a k-th lens is expressed by νk, in the case the projection magnification is 56.439-power. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば液晶表示デバイスやＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の空間光変調器を備え、映像をスクリーン等の投射面上に投射するための投射型表示装置に用いられる投射レンズ系およびこの投射レンズ系を備える投射型表示装置に関する。 The present invention includes a projection lens system used in a projection display device that includes a spatial light modulator such as a liquid crystal display device or DMD (Digital Micro-mirror Device), and projects an image on a projection surface such as a screen, and the like. The present invention relates to a projection display device including this projection lens system.

映像や画像等を大画面で楽しめる表示装置として、投射型表示装置が知られている。投射型表示装置は、光源からの光を液晶表示デバイスやＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等の空間光変調器に照射して、その映像を投射レンズを介してスクリーン等の投射面上に拡大して投影するものである。光源としては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプの他、近年ではＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光素子を光源として利用する構成も提案されている。 2. Description of the Related Art Projection display devices are known as display devices that can enjoy video, images, and the like on a large screen. A projection display device irradiates light from a light source onto a spatial light modulator such as a liquid crystal display device or DMD (Digital Micro-mirror Device), and expands the image onto a projection surface such as a screen via a projection lens. And project. As a light source, in addition to a discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp, a configuration using a semiconductor light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode) as a light source has been proposed in recent years.

そして、投射型表示装置には、高輝度で鮮明な投射映像が求められている。投射レンズに求められる要件としては、諸収差が良好に補正されることはもとより、充分に長いバックフォーカス（投射レンズと空間光変調器との間の距離）を有し、かつ大口径（Ｆ値が小さい）であることが挙げられる。これは、空間光変調器として液晶表示デバイスを用いる場合に、赤色光用、青色光用、緑色光用の各液晶表示デバイスと投射レンズとの間にクロスダイクロイックプリズムが配置されるためである。また、ＤＭＤを空間光変調器として用いる場合には、ＤＭＤが画素数分の微小ミラーからなる反射型のデバイスであるため、ＤＭＤの反射面に対して所定の角度から光を照射する必要があり、投射レンズとＤＭＤとを接近させて配置することができないためである。したがって、投射レンズには、長いバックフォーカスが不可欠である。 A projection display device is required to have a bright and clear projected image. The requirements for the projection lens include not only that various aberrations are corrected well, but also a sufficiently long back focus (distance between the projection lens and the spatial light modulator) and a large aperture (F value). Is small). This is because when a liquid crystal display device is used as the spatial light modulator, a cross dichroic prism is disposed between the liquid crystal display devices for red light, blue light, and green light and the projection lens. Further, when the DMD is used as a spatial light modulator, since the DMD is a reflection type device composed of minute mirrors corresponding to the number of pixels, it is necessary to irradiate light from a predetermined angle to the reflection surface of the DMD. This is because the projection lens and the DMD cannot be placed close to each other. Therefore, a long back focus is indispensable for the projection lens.

従来の投射型表示装置としては、逆望遠型のレンズ構成にすることで、バックフォーカスを比較的長く確保し、収差を良好に補正する構成が開示されている（例えば特許文献１参照。）。
特開平１１−１９４２６５号公報 As a conventional projection display device, a configuration has been disclosed in which a reverse telephoto lens configuration is used to ensure a relatively long back focus and to correct aberrations satisfactorily (see, for example, Patent Document 1).
JP 11-194265 A

上述したように、投射レンズの大口径化に関しては、近年、光源ランプのハイパワー化が進み、投射型表示装置の輝度の向上が目覚しいものがあるが、光源ランプのハイパワー化以外にも、投射レンズの大口径化（Ｆ値が小さい）を図ることが輝度の向上に効果的である。このため、可能な限りＦ値が小さい投射レンズを備えることで、投射型表示装置全体の光利用効率が向上し、高輝度な投射型表示装置を得られる。 As described above, regarding the increase in the diameter of the projection lens, in recent years, the power of the light source lamp has been increased, and there is a remarkable improvement in the brightness of the projection display device. Increasing the diameter of the projection lens (small F value) is effective in improving the luminance. For this reason, by providing a projection lens having as small an F value as possible, the light use efficiency of the entire projection display device is improved, and a projection display device with high brightness can be obtained.

上述の特許文献１に開示されている従来の投射型表示装置では、比較的輝度が高いものであっても、投射レンズのＦ値が１．４以上であり、仮にＦ値が１．０程度に小さくすることが可能であれば、このＦ値と光源ランプのハイパワー化との相乗効果によって、投射型表示装置の更なる高輝度化を実現できる可能性が大きい。 In the conventional projection display device disclosed in Patent Document 1 described above, even if the luminance is relatively high, the F value of the projection lens is 1.4 or more, and the F value is about 1.0. If it can be made extremely small, there is a high possibility that further increase in the brightness of the projection display device can be realized by the synergistic effect of the F value and the high power of the light source lamp.

そこで、本発明は、輝度の更なる向上を図り、十分なバックフォーカスを有し、かつＦ値を小さくすることが可能な投射レンズ系、および投射型表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a projection lens system and a projection display device that can further improve the luminance, have a sufficient back focus, and can reduce the F-number.

上述した目的を達成するため、本発明に係る投射レンズ系は、投射面上に映像を投射するための投射レンズ系であって、
凸面を投射面側に向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、正レンズである第２レンズと、負メニスカスレンズである第３レンズと、負レンズである第４のレンズと、正レンズである第５レンズと、負レンズである第６レンズと、接合面の凹面を投射面側に向けた接合レンズをなす第７レンズおよび第８レンズと、接合面の凸面を投射面側に向けた接合レンズをなす第９レンズおよび第１０レンズと、正レンズである第１１レンズと、正レンズである第１２レンズとを備える。そして、投影倍率が５６．４３９倍のときに、第ｊ番レンズ直後の近軸光線を、第１２レンズ直後の近軸光線の角度β１２を１．０として正規化した角度βｊ、第ｋ番目レンズの硝材のアッベ数νｋのそれぞれが、
β４＜ −０．８・・・（１）
β８＞ −０．５・・・（２）
ν１、ν３、ν４＞４５・・・（３）
ν５＜３０・・・（４）
ν１０、ν１１、ν１２＞４０・・・（５）
を満たす。 In order to achieve the above-described object, a projection lens system according to the present invention is a projection lens system for projecting an image on a projection surface,
A first lens that is a negative meniscus lens having a convex surface directed toward the projection surface, a second lens that is a positive lens, a third lens that is a negative meniscus lens, a fourth lens that is a negative lens, and a positive lens. A fifth lens, a sixth lens that is a negative lens, a seventh lens and an eighth lens that form a cemented lens with the concave surface of the cemented surface facing the projection surface, and a convex surface of the cemented surface facing the projection surface A ninth lens and a tenth lens forming a cemented lens; an eleventh lens that is a positive lens; and a twelfth lens that is a positive lens. When the projection magnification is 56.439 times, the paraxial ray immediately after the jth lens is normalized to the angle βj with the angle β12 of the paraxial ray immediately after the twelfth lens being 1.0, and the kth lens. Each of the Abbe numbers νk of the glass material of
β4 <−0.8 (1)
β8> −0.5 (2)
ν1, ν3, ν4> 45 (3)
ν5 <30 (4)
ν10, ν11, ν12> 40 (5)
Meet.

以上のように構成した本発明に係る投射レンズ系によれば、条件式（１）を満たすことによって、必要とされる長大なバックフォーカスが可能になる。続いて、条件式（２）を満たすことによって、歪曲収差の補正がバランス良く行われる。また、条件式（１）と条件式（２）とが相まってＦ値が１．０という極めて明るい投射レンズ系を可能にする基本的なパワー配分が規定される。次に、条件式（３）を満たすことによって、色収差が過度に補正されることが抑えられる。条件式（４）と条件式（５）を満たすことによって、光軸外の色収差のバランスと光軸上の色収差のバランスとを確保することが可能になる。したがって、本発明の投射レンズ系によれば、正レンズまたは負レンズの組み合わせ、配置順序、各レンズの屈折力（パワー）が規定されることと、レンズに使用する硝材のアッベ数が規定されることで、各種レンズ収差が良好に補正されて、十分なバックフォーカスを確保し、かつＦ値が小さい投射レンズ系を実現することができる。 With the projection lens system according to the present invention configured as described above, the required long back focus can be achieved by satisfying conditional expression (1). Subsequently, when the conditional expression (2) is satisfied, the distortion is corrected in a well-balanced manner. Also, the basic power distribution that enables a very bright projection lens system having an F value of 1.0 is defined by the combination of conditional expression (1) and conditional expression (2). Next, by satisfying conditional expression (3), excessive correction of chromatic aberration is suppressed. By satisfying Conditional Expression (4) and Conditional Expression (5), it is possible to ensure the balance of chromatic aberration outside the optical axis and the balance of chromatic aberration on the optical axis. Therefore, according to the projection lens system of the present invention, the combination of the positive lens or the negative lens, the arrangement order, the refractive power (power) of each lens, and the Abbe number of the glass material used for the lens are specified. Accordingly, it is possible to realize a projection lens system in which various lens aberrations are well corrected, sufficient back focus is ensured, and the F-number is small.

本発明に係る投射型表示装置は、上述した液晶表示デバイスやＤＭＤ等の空間光変調手段と、この空間光変調手段と投射面との間に配置され、空間光変調手段からの映像を投射面上に拡大投射する投射レンズ系を有する。 The projection display device according to the present invention is arranged between the spatial light modulation means such as the above-described liquid crystal display device or DMD, and between the spatial light modulation means and the projection surface, and projects the image from the spatial light modulation means. A projection lens system for enlarging and projecting the image on top;

すなわち、本発明に係る投射型表示装置によれば、上述の本発明に係る投射レンズ系によって、液晶表示デバイスやＤＭＤ等の空間光変調手段からの映像を、投射面上に拡大投射をすることができるので、明るい映像を投影することが可能になる。 That is, according to the projection type display device according to the present invention, the projection lens system according to the present invention projects an image from a spatial light modulation means such as a liquid crystal display device or DMD on the projection surface in an enlarged manner. This makes it possible to project bright images.

上述したように本発明によれば、輝度の向上を図り、十分なバックフォーカスを有し、かつＦ値が小さい投射レンズ系を実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the luminance, to realize a projection lens system having a sufficient back focus and a small F value.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の投射レンズ系の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の投射レンズ系２０は、投射面上に映像を投射するための１０群１２枚構成の投射レンズ系であって、凸面を投射面側に向けた負メニスカスレンズである第１レンズ１と、正レンズである第２レンズ２と、凸面を投射面側に向けた負メニスカスレンズである第３レンズ３と、負レンズである第４のレンズ４と、正レンズである第５レンズ５と、負レンズである第６レンズ６と、接合面の凹面を投射面側に向けた接合レンズをなす第７レンズ７および第８レンズ８と、接合面の凸面を投射面側に向けた接合レンズをなす第９レンズ９および第１０レンズ１０と、正レンズである第１１レンズ１１と、正レンズである第１２レンズ１２とを備える。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the projection lens system of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the projection lens system 20 of the present embodiment is a projection lens system of 10 groups and 12 elements for projecting an image on a projection surface, and has a negative meniscus with a convex surface facing the projection surface side. A first lens 1 that is a lens, a second lens 2 that is a positive lens, a third lens 3 that is a negative meniscus lens with a convex surface facing the projection surface side, a fourth lens 4 that is a negative lens, A fifth lens 5 that is a lens, a sixth lens 6 that is a negative lens, a seventh lens 7 and an eighth lens 8 that form a cemented lens with the concave surface of the cemented surface facing the projection surface, and a convex surface of the cemented surface. It includes a ninth lens 9 and a tenth lens 10 that form a cemented lens directed toward the projection surface side, an eleventh lens 11 that is a positive lens, and a twelfth lens 12 that is a positive lens.

そして、この投射レンズ系２０は、投影倍率が５６．４３９倍のとき、第ｊ番レンズ直後の近軸光線を、第１２レンズ１２直後の近軸光線の角度β１２を１．０として正規化した角度をβｊ、第ｋ番目レンズの硝材のアッベ数をνｋとすれば、
β４＜ −０．８・・・（１）
β８＞ −０．５・・・（２）
ν１、ν３、ν４＞４５・・・（３）
ν５＜３０・・・（４）
ν１０、ν１１、ν１２＞４０・・・（５）
を満たしている。 When the projection magnification is 56.439 times, the projection lens system 20 normalizes the paraxial ray immediately after the j-th lens with the angle β12 of the paraxial ray immediately after the twelfth lens 12 as 1.0. If the angle is βj and the Abbe number of the glass material of the kth lens is νk,
β4 <−0.8 (1)
β8> −0.5 (2)
ν1, ν3, ν4> 45 (3)
ν5 <30 (4)
ν10, ν11, ν12> 40 (5)
Meet.

そして、この投射レンズ系２０に光を入射させる光学系は、第１２レンズ１２側から順に、クロスダイクロイックプリズム１３、検光子１４、保護ガラス１５、空間光変調手段である液晶表示デバイスの表示面１６とを備えている。 An optical system for making light incident on the projection lens system 20 is, in order from the twelfth lens 12 side, a cross dichroic prism 13, an analyzer 14, a protective glass 15, and a display surface 16 of a liquid crystal display device which is a spatial light modulator. And.

なお、空間光変調手段としてＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を備える構成にされてもよく、この構成の場合には検光子１４が使用されない。また、クロスダイクロイックプリズムの代わりに全反射プリズムが用いられてもよい。 It should be noted that the configuration may be such that a DMD (Digital Micro-mirror Device) is provided as the spatial light modulation means, and in this configuration, the analyzer 14 is not used. Further, a total reflection prism may be used instead of the cross dichroic prism.

上述した５つの条件式（１）〜（５）のうちで、２つの条件式（１），（２）では、投射レンズ系２０全体のなかでの屈折力（パワー）の配分を規定している。パワー配分は、或るレンズを構成するにあたって、最も基本的にそのレンズを規定するものである。 Of the five conditional expressions (1) to (5) described above, the two conditional expressions (1) and (2) define the distribution of refractive power (power) in the entire projection lens system 20. Yes. The power distribution basically defines a lens when a certain lens is configured.

本実施形態では、最終レンズである第１２レンズ１２直後の近軸光線の最終面で正規化されることで、角度β１２＝１．０であるから、この角度の値と２つの条件式（１），（２）を満たすことによって、レトロフォーカスレンズを構成すること、および、このレトロフォーカスレンズのおよそのパワー配分がイメージされる。特に本発明は、Ｆ値が小さい極端に明るい投射レンズ系を構成することを目的としているので、投射レンズ系２０を構成する個々のレンズエレメントに許容されるパワーが自ずと限定される。つまり、或る１つのレンズエレメントに過度にパワーが集中した場合、そのレンズエレメントで発生する収差が過大となって、収差の補正が困難になるためである。 In this embodiment, since the angle β12 = 1.0 is obtained by normalizing with the final surface of the paraxial ray immediately after the twelfth lens 12 as the final lens, the value of this angle and two conditional expressions (1 ), (2) is satisfied, the retrofocus lens is constructed and the approximate power distribution of the retrofocus lens is imaged. In particular, the present invention aims at constructing an extremely bright projection lens system having a small F value, so that the power allowed for the individual lens elements constituting the projection lens system 20 is naturally limited. That is, when power is excessively concentrated on a certain lens element, the aberration generated in the lens element becomes excessive and correction of the aberration becomes difficult.

しかしながら、他方では、投射レンズ系を構成するレンズの枚数を最小限度に抑えることで、投射レンズ系全体の大きさもコンパクトに納めることが求められている。このような諸条件のなかで決められたものが、上述したパワー配分である。 However, on the other hand, it is required to keep the size of the entire projection lens system compact by minimizing the number of lenses constituting the projection lens system. The power distribution described above is determined among these various conditions.

上述した５つの条件式（１）〜（５）のうちで、他の３つの条件式（３）〜（５）では、レンズの硝材の使い方、配分について規定されている。ひとたび個々のレンズエレメントのパワー配分が決定されることで、硝材の配分は、その結果として、その方向性、範囲というものは自ずと決まってくる。 Of the five conditional expressions (1) to (5) described above, the other three conditional expressions (3) to (5) define the usage and distribution of the lens glass material. Once the power distribution of the individual lens elements is determined, the glass material distribution is automatically determined in its direction and range as a result.

また、投射型表示装置用の投射レンズ系に特有の事情として、長大なバックフォーカスが要求されている。液晶表示デバイスを用いた投射型表示装置であれば、例えばクロスダイクロイックプリズムをバックフォーカスの内側に含む必要があり、ＤＭＤを用いた投射型表示装置であれば、ＤＭＤへの照明光導入のために、例えば全反射プリズムをバックフォーカスの内側に含む必要がある。 In addition, a long back focus is required as a situation peculiar to a projection lens system for a projection display device. In the case of a projection display device using a liquid crystal display device, for example, a cross dichroic prism needs to be included inside the back focus, and in the case of a projection display device using a DMD, for introducing illumination light into the DMD. For example, it is necessary to include a total reflection prism inside the back focus.

次に、上述した５つの条件式（１）〜（５）について、それぞれ詳細に説明する。なお、各レンズ１〜１２、光学要素について、第１レンズ１のスクリーンの投射面側（図１における左側）から順に第１面、第２面、・・、第２９面までをＳ１〜Ｓ２９とする。 Next, the five conditional expressions (1) to (5) described above will be described in detail. In addition, about each lens 1-12 and an optical element, it is S1-S29 from the projection surface side (left side in FIG. 1) of the screen of the 1st lens 1 to a 1st surface, a 2nd surface, ..., 29th surface in order. To do.

まず、条件式（１）は、第１レンズ１から第４レンズ４までの負のパワーを規定する。すなわち、投射レンズ系２０では、第１面Ｓ１から第８面Ｓ８までに、一定以上の負のパワーを持たせなければ、バックフォーカスの確保が困難である。本実施形態の投射レンズ系２０では、第４レンズ４の角度β４が−０．８よりも正の方向にある場合、すなわち負のパワーが−０．８よりも絶対値で小さくなってしまう場合、要求される長大なバックフォーカスを確保することが困難になる。 First, conditional expression (1) defines the negative power from the first lens 1 to the fourth lens 4. That is, in the projection lens system 20, it is difficult to ensure the back focus unless the first surface S1 to the eighth surface S8 have negative power of a certain level or more. In the projection lens system 20 of the present embodiment, when the angle β4 of the fourth lens 4 is in a positive direction than −0.8, that is, when the negative power is smaller in absolute value than −0.8. It becomes difficult to ensure the required long back focus.

次に、条件式（２）では、第１レンズ１から第８レンズ８までの屈折力（パワー）が規定されている。第１レンズ１から第４レンズ４までのレンズ群で、条件式（１）で規定される負のパワーを確保し、バックフォーカスの条件を整えているが、これは同時に大きく負の歪曲収差を発生する。もとより第２レンズ２は、あらかじめ正の歪曲収差を発生させておくことで、第１、第３レンズ１，３で大きく発生する負の歪曲収差に備えたものであるが、第２レンズ２による正の歪曲収差だけでは不足している。この残存した負の歪曲収差を補正するために、正レンズである第５レンズ５と、接合レンズをなす第７レンズ７および第８レンズ８とが有効に働く。 Next, in the conditional expression (2), the refractive power (power) from the first lens 1 to the eighth lens 8 is defined. In the lens group from the first lens 1 to the fourth lens 4, the negative power defined by the conditional expression (1) is secured and the back focus condition is adjusted, but this also causes a large negative distortion. appear. Of course, the second lens 2 is prepared for the negative distortion that is largely generated in the first and third lenses 1 and 3 by generating the positive distortion in advance. Only positive distortion is insufficient. In order to correct this remaining negative distortion, the fifth lens 5 that is a positive lens and the seventh lens 7 and the eighth lens 8 that form a cemented lens work effectively.

このように、第２レンズ２と、第５レンズ５と、接合レンズをなす第７および第８レンズ７，８とが間隔をあけて３つのレンズ群の正のパワーが必要になる理由は、低画角、中間画角、高画角のあらゆる画角にわたってバランスよく良好に歪曲収差を補正するためである。第７レンズ７・第８レンズ８までのパワーは、第４レンズ４までの負のパワーに抗して、一定以上の正のパワーを持たせる必要がある。したがって、条件式（２）によれば、この正のパワーが規定される。すなわち、第８レンズ８の角度β８を−０．５よりも大きくすることが必要である。角度β８が−０．５よりも小さい場合には、歪曲収差の良好な補正が行えず、あるいは投射レンズ系２０全体の大きさが過大になってしまう不都合がある。 Thus, the reason why the second lens 2, the fifth lens 5, and the seventh and eighth lenses 7 and 8 forming the cemented lens are spaced apart and the positive power of the three lens groups is required is as follows. This is to correct distortion well in a well-balanced manner over a wide angle of view including a low angle of view, an intermediate angle of view, and a high angle of view. The power up to the seventh lens 7 and the eighth lens 8 needs to have a positive power of a certain level or more against the negative power up to the fourth lens 4. Therefore, according to the conditional expression (2), this positive power is defined. That is, the angle β8 of the eighth lens 8 needs to be larger than −0.5. When the angle β8 is smaller than −0.5, there is a disadvantage that the distortion aberration cannot be corrected satisfactorily or the entire size of the projection lens system 20 becomes excessive.

次に、条件式（３）では、第１、第３、第４レンズ１，３，４の硝材のアッベ数が規定されている。負レンズである第１、第３、第４レンズ１，３，４は、上述したようにバックフォーカスを確保するために必要であるが、第４レンズ４直後の角度β４を波長別に見ると、短波長の「β４短」が長波長の「β４長」よりも常に小さい、すなわち、符号がマイナスで絶対値が大きい。その差分の絶対値：｜β４短−β４長｜は、第１、第３、第４レンズ１，３，４のアッベ数が小さいほど大きくなる。そこで、第１、第３、第４レンズ１，３，４のアッベ数を一定値以上に大きく規定することは、第４レンズ４直後までで必然的に発生する色収差の補正過剰を一定値以下に抑え込むために重要である。 Next, conditional expression (3) defines the Abbe number of the glass material of the first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4. The first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4, which are negative lenses, are necessary to secure the back focus as described above. When the angle β4 immediately after the fourth lens 4 is viewed by wavelength, The short wavelength “β4 short” is always smaller than the long wavelength “β4 length”, that is, the sign is negative and the absolute value is large. The absolute value of the difference: | β4 short−β4 long | increases as the Abbe number of the first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4 decreases. Therefore, prescribing the Abbe number of the first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4 to be greater than a certain value means that the overcorrection of chromatic aberration that inevitably occurs immediately after the fourth lens 4 is less than a certain value. It is important to hold down.

そして、条件式（３）では、第１、第３、第４レンズ１，３，４のアッベ数が４５以上に規定されている。第１、第３、第４レンズ１，３，４のアッベが数４５以下の場合には、第４レンズ４直後までに発生する色収差の補正過剰が過大となり、投射レンズ系２０全体としての収差バランスが困難となる。 In conditional expression (3), the Abbe number of the first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4 is defined to be 45 or more. When the Abbe of the first, third, and fourth lenses 1, 3, 4 is several 45 or less, the overcorrection of chromatic aberration that occurs until immediately after the fourth lens 4 becomes excessive, and the aberration of the projection lens system 20 as a whole. Balance becomes difficult.

また、条件式（４）では、第５レンズ５のアッベ数が規定されている。まず、第５レンズ５は、正レンズであるにも拘わらず、そのアッベ数が３０以下という上限値を設定することで一定値以下に規定されている。通常、レンズ内の正のパワーはアッベ数を大にすることで、また負のパワーはアッベ数を小にすることで色収差の補正を行うが、本発明ではこの方法とは逆の規定をしている。 In conditional expression (4), the Abbe number of the fifth lens 5 is defined. First, although the fifth lens 5 is a positive lens, its Abbe number is set to a certain value or less by setting an upper limit value of 30 or less. Normally, chromatic aberration is corrected by increasing the Abbe number for positive power in the lens, and by decreasing the Abbe number for negative power. ing.

この理由は、光軸外の倍率の色収差を極小にするために、第１、第３、第４レンズ１，３，４による強い負のパワーによって小さくなり過ぎた短波長の像高を回復するためである。第５レンズ５は、正のパワーを持ち、投射レンズ系２０全体としての差をオーバー側に補正するために、そのアッベ数が３０以下に規定されている。第５レンズ５のアッベ数が３０以上の場合には、光軸外の色収差をオーバー側に補正することができない。 The reason for this is to recover the image height of the short wavelength that has become too small due to the strong negative power by the first, third, and fourth lenses 1, 3, and 4 in order to minimize the chromatic aberration of magnification off the optical axis. Because. The fifth lens 5 has a positive power, and its Abbe number is defined to be 30 or less in order to correct the difference as a whole of the projection lens system 20 to the over side. When the Abbe number of the fifth lens 5 is 30 or more, chromatic aberration outside the optical axis cannot be corrected to the over side.

最後に、条件式（５）では、正レンズである第１０、第１１、第１２レンズ１０，１１，１２のアッベ数が規定されている。これらの各レンズ１０，１１，１２は、投射レンズ系２０での正のパワーの主要な部分を構成している。当然、そのアッベ数は、可能な限り大きくすることで、色収差の発生を極力小さくしておくべきである。このため、第１０、第１１、第１２レンズ１０，１１，１２は、アッベ数が４０よりも大になるように規定されている。これらの各レンズ１０，１１，１２のアッベ数が４０よりも小さい場合には、色収差の発生が過大となり、投射レンズ系２０全体の色収差バランスが崩れてしまう不都合がある。 Finally, conditional expression (5) defines the Abbe numbers of the tenth, eleventh, and twelfth lenses 10, 11, and 12, which are positive lenses. Each of these lenses 10, 11, 12 constitutes a main part of the positive power in the projection lens system 20. Of course, the Abbe number should be as large as possible to minimize the occurrence of chromatic aberration. For this reason, the tenth, eleventh, and twelfth lenses 10, 11, and 12 are defined so that the Abbe number is larger than 40. When the Abbe number of each of these lenses 10, 11, 12 is smaller than 40, the chromatic aberration is excessively generated, and there is a disadvantage that the chromatic aberration balance of the entire projection lens system 20 is lost.

そして、本実施形態の投射レンズ系２０では、レンズの各面曲率半径Ｒ、厚みないし面間隔Ｄ、レンズのｅ線での硝材の屈折率／アッベ数：ｎ（ｅ）／ν（ｅ）、レンズの光軸からの半径距離：Ｈ、が次のように構成されている。
And in the projection lens system 20 of this embodiment, each surface curvature radius R, thickness thru | or surface space | interval D of a lens, the refractive index / abbe number of glass material in the e line of a lens: n (e) / ν (e), The radial distance from the optical axis of the lens: H is configured as follows.

焦点距離ｆ＝２３．５３２８３，Ｆ値（Ｆ−Ｎｏ．）＝１．０、
倍率ＭＡＧ（Magnification）＝−０．０１７７１８２２、
絞り面：第１１面
表１に示した各値は、スクリーンの投射面側（図１の左側）から光路順に第１面、第２面と符号を付けて示している。 Focal length f = 23.53283, F value (F-No.) = 1.0,
Magnification (MAG) = − 0.01771822,
Diaphragm surface: 11th surface Each value shown in Table 1 is shown with the first surface and the second surface in the order of the optical path from the projection surface side (left side in FIG. 1) of the screen.

凸面をスクリーンの投射面側に向けた負メニスカスレンズである第１レンズ１は、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２を有している。正レンズである第２レンズ２は、第３面Ｓ３と第４面Ｓ４を有している。凸面をスクリーンの投射面側に向けた負メニスカスレンズである第３レンズ３は、第５面Ｓ５と第６面Ｓ６を有している。負レンズである第４レンズ４は、第７面Ｓ７と第８面Ｓ８を有している。正レンズである第５レンズ５は、第９面Ｓ９と第１０面Ｓ１０を有している。負レンズである第６レンズ６は、第１１面Ｓ１１と第１２面Ｓ１２を有している。接合面である凹面をスクリーンの投射面側に向けた接合レンズをなす第７レンズ７と第８レンズ８は、第１３面Ｓ１３、第１４面Ｓ１４、第１５面Ｓ１５を有している。接合面である凸面をスクリーンの投射面側に向けた接合レンズをなしている第９レンズと第１０レンズ１０は、第１６面Ｓ１６、第１７面Ｓ１７、第１８面Ｓ１８を有している。正レンズである第１１レンズ１１は、第１９面Ｓ１９と第２０面Ｓ２０を有している。正レンズである第１２レンズは、第２１面Ｓ２１と第２２面Ｓ２２を有している。投射レンズ系２０は１０群１２枚のレンズによって構成されている。 The first lens 1, which is a negative meniscus lens with the convex surface facing the projection surface side of the screen, has a first surface S1 and a second surface S2. The second lens 2 that is a positive lens has a third surface S3 and a fourth surface S4. The third lens 3 that is a negative meniscus lens with the convex surface facing the projection surface of the screen has a fifth surface S5 and a sixth surface S6. The fourth lens 4 that is a negative lens has a seventh surface S7 and an eighth surface S8. The fifth lens 5 that is a positive lens has a ninth surface S9 and a tenth surface S10. The sixth lens 6 which is a negative lens has an eleventh surface S11 and a twelfth surface S12. The seventh lens 7 and the eighth lens 8 that form a cemented lens with the concave surface that is the cemented surface facing the projection surface side of the screen have a thirteenth surface S13, a fourteenth surface S14, and a fifteenth surface S15. The ninth lens and the tenth lens 10 that form a cemented lens with the convex surface that is the cemented surface facing the projection surface side of the screen have a sixteenth surface S16, a seventeenth surface S17, and an eighteenth surface S18. The eleventh lens 11 that is a positive lens has a nineteenth surface S19 and a twentieth surface S20. The twelfth lens, which is a positive lens, has a twenty-first surface S21 and a twenty-second surface S22. The projection lens system 20 is composed of 12 lenses in 10 groups.

また、第２３面Ｓ２３、第２４面Ｓ２４は、クロスダイクロイックプリズム１３（液晶表示デバイスを用いた場合）、あるいは全反射プリズム（ＤＭＤを用いた場合）であり、第２５面Ｓ２５は検光子１４（液晶表示デバイスを用いる場合に使用し、ＤＭＤを用いる場合には使用しない）、第２７面Ｓ２７、第２８面Ｓ２８は空間光変調手段である液晶表示デバイスを保護するための保護ガラス１５、第２９面Ｓ２９は液晶表示デバイス１６の表示面となっている。この保護ガラス１５は、通常、空間光変調器と一体構造となっている。なお、液晶表示デバイス１６は、表示面のサイズが０．７インチである。 The 23rd surface S23 and the 24th surface S24 are the cross dichroic prism 13 (when a liquid crystal display device is used) or the total reflection prism (when the DMD is used), and the 25th surface S25 is the analyzer 14 ( The 27th surface S27 and the 28th surface S28 are used when a liquid crystal display device is used, and are not used when a DMD is used. The surface S29 is a display surface of the liquid crystal display device 16. This protective glass 15 usually has an integral structure with the spatial light modulator. The liquid crystal display device 16 has a display surface size of 0.7 inches.

また、上述の実施形態では、４３５．８３ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、６５６．２７ｎｍ、４８６．１３ｎｍ、５８７．５６ｎｍの５つの波長に対して、５４６．０７ｎｍを基準波長とし、第１面Ｓ１からスクリーンの投射面までの距離を１３００ｍｍとして設定されている。 In the above-described embodiment, the reference wavelength is 546.07 nm with respect to the five wavelengths of 435.83 nm, 546.07 nm, 656.27 nm, 486.13 nm, and 587.56 nm, and from the first surface S1 to the screen. The distance to the projection surface is set as 1300 mm.

そして、本実施形態に係る投射レンズ系２０では、表示面のサイズが０．７インチの空間光変調器を使用する場合に、第１面Ｓ１と投射面との間の投射距離が１３００ｍｍのときの投射倍率が５６．４３９倍になるように設定されている。 In the projection lens system 20 according to the present embodiment, when a spatial light modulator having a display surface size of 0.7 inches is used, the projection distance between the first surface S1 and the projection surface is 1300 mm. The projection magnification is set to 56.439 times.

図２〜図４は、本実施形態の投射レンズ系による収差を示す図である。図２は、４３５．８２ｎｍ、５４６．０７ｎｍ、６５６．２７ｎｍ、４８６．１３ｎｍ、５８７．５６ｎｍの５つの波長における球面収差を示す図であり、横軸を（ｍｍ）単位で示す。図３は、基準波長５４６．０７ｎｍの非点収差を示す図であり、横軸を（ｍｍ）単位で示す。図３中にサジタル面Ｓおよびタンジェンシャル面Ｔでの非点収差を示す。図４は、基準波長５４６．０７ｎｍの歪曲収差を示す図であり、横軸を（％）単位で示す。図２、図３、および図４に示すように、投射レンズ系２０では、球面収差、非点収差、歪曲収差がそれぞれ良好に補正される。 2 to 4 are diagrams illustrating aberrations caused by the projection lens system of the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing spherical aberration at five wavelengths of 435.82 nm, 546.07 nm, 656.27 nm, 486.13 nm, and 587.56 nm, and the horizontal axis is shown in units of (mm). FIG. 3 is a diagram showing astigmatism at a reference wavelength of 546.07 nm, and the horizontal axis is shown in units of (mm). FIG. 3 shows astigmatism on the sagittal surface S and the tangential surface T. FIG. 4 is a diagram showing distortion aberration at a reference wavelength of 546.07 nm, and the horizontal axis is shown in units of (%). As shown in FIGS. 2, 3, and 4, in the projection lens system 20, spherical aberration, astigmatism, and distortion are each corrected favorably.

上述したように、本実施形態の投射レンズ系２０によれば、投影倍率が５６．４３９倍のとき、第ｊ番レンズ直後の近軸光線を、第１２レンズ１２直後の近軸光線の角度β１２を１．０として正規化した角度をβｊ、第ｋ番目レンズの硝材のアッベ数をνｋとすれば、
β４＜ −０．８・・・（１）
β８＞ −０．５・・・（２）
ν１、ν３、ν４＞４５・・・（３）
ν５＜３０・・・（４）
ν１０、ν１１、ν１２＞４０・・・（５）
を満たすことによって、光源ランプの出力に依存することなく、輝度の向上を図り、十分なバックフォーカスを有し、かつＦ値が小さい投射レンズ系を実現することができる。 As described above, according to the projection lens system 20 of the present embodiment, when the projection magnification is 56.439 times, the paraxial ray immediately after the jth lens is changed to the angle β12 of the paraxial ray immediately after the twelfth lens 12. Is 1.0 and the normalized angle is βj, and the Abbe number of the glass material of the kth lens is νk,
β4 <−0.8 (1)
β8> −0.5 (2)
ν1, ν3, ν4> 45 (3)
ν5 <30 (4)
ν10, ν11, ν12> 40 (5)
By satisfying the above, it is possible to improve the luminance without depending on the output of the light source lamp, to realize a projection lens system having a sufficient back focus and a small F value.

（第２の実施形態）
図５は、実施形態の投射レンズ系を備える投射型表示装置の構成を示す模式図である。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projection display device including the projection lens system according to the embodiment.

図５に示すように、投射型表示装置は、スクリーン等の投射面３０上に映像を投射するための投射レンズ系２０と、赤色光用の液晶表示デバイスユニット４０Ｒと、緑色光用の液晶表示デバイスユニット４０Ｇと、青色光用の液晶表示デバイスユニット４０Ｂと、色合成光学部材であるクロスダイクロイックプリズム５０と、色分離光学系６０と、偏光変換光学系・インテグレータ光学系７０と、光源８０とを備えている。 As shown in FIG. 5, the projection display device includes a projection lens system 20 for projecting an image on a projection surface 30 such as a screen, a liquid crystal display device unit 40R for red light, and a liquid crystal display for green light. A device unit 40G, a liquid crystal display device unit 40B for blue light, a cross dichroic prism 50 that is a color combining optical member, a color separation optical system 60, a polarization conversion optical system / integrator optical system 70, and a light source 80 I have.

光源８０には、高圧水銀ランプ等の放電ランプが使用されるが、例えば、ＬＥＤやＬＤ等の半導体発光素子が用いられても良い。 As the light source 80, a discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp is used. For example, a semiconductor light emitting element such as an LED or an LD may be used.

以上のように構成された投射型表示装置によれば、十分なバックフォーカスを有し、かつＦ値が小さくされた投射レンズ系２０を使用することによって、投射映像の輝度の向上を実現することができる。 According to the projection type display device configured as described above, the brightness of the projected image can be improved by using the projection lens system 20 having a sufficient back focus and a small F value. Can do.

なお、図３には、液晶表示デバイスを備える投射型表示装置の一例を示したが、本発明に係る投射レンズ系２０は、ＤＭＤを用いた投射型表示装置に適用されてもよいことは勿論である。 Although FIG. 3 shows an example of a projection display device including a liquid crystal display device, the projection lens system 20 according to the present invention may be applied to a projection display device using DMD. It is.

実施形態の投射レンズ系の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the projection lens system of embodiment. 実施形態の投射レンズ系による球面収差を示す図である。It is a figure which shows the spherical aberration by the projection lens system of embodiment. 実施形態の投射レンズ系による非点収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism by the projection lens system of embodiment. 実施形態の投射レンズ系による歪曲収差を示す図である。It is a figure which shows the distortion aberration by the projection lens system of embodiment. 実施形態の投射型表示装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the projection type display apparatus of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４第４レンズ
５第５レンズ
６第６レンズ
７第７レンズ
８第８レンズ
９第９レンズ
１０第１０レンズ
１１第１１レンズ
１２第１２レンズ
１３クロスダイクロイックプリズム
１４検光子
１５保護ガラス
１６液晶表示デバイスの表示面
２０投射レンズ系
３０スクリーン
４０Ｒ液晶表示デバイスユニット
４０Ｇ液晶表示デバイスユニット
４０Ｂ液晶表示デバイスユニット
５０色合成光学部材
６０色分離光学系
７０偏光変換光学系・インテグレータ光学系
８０光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st lens 2 2nd lens 3 3rd lens 4 4th lens 5 5th lens 6 6th lens 7 7th lens 8 8th lens 9 9th lens 10 10th lens 11 11th lens 12 12th lens 13 Cross Dichroic prism 14 Analyzer 15 Protective glass 16 Display surface of liquid crystal display device 20 Projection lens system 30 Screen 40R Liquid crystal display device unit 40G Liquid crystal display device unit 40B Liquid crystal display device unit 50 Color combining optical member 60 Color separation optical system 70 Polarization conversion optical System / integrator optics 80 Light source

Claims

投射面上に映像を投射するための投射レンズ系であって、
光路順に、負メニスカスレンズである第１レンズと、正レンズである第２レンズと、負メニスカスレンズである第３レンズと、負レンズである第４のレンズと、正レンズである第５レンズと、負レンズである第６レンズと、接合面の凹面を投射面側に向けた接合レンズをなす第７レンズおよび第８レンズと、接合面の凸面を投射面側に向けた接合レンズをなす第９レンズおよび第１０レンズと、正レンズである第１１レンズと、正レンズである第１２レンズとを備え、
投影倍率が５６．４３９倍のとき、第ｊ番レンズ直後の近軸光線を、前記第１２レンズ直後の近軸光線の角度β１２を１．０として正規化した角度βｊ、第ｋ番目レンズの硝材のアッベ数νｋのそれぞれが、
β４＜ −０．８・・・（１）
β８＞ −０．５・・・（２）
ν１、ν３、ν４＞４５・・・（３）
ν５＜３０・・・（４）
ν１０、ν１１、ν１２＞４０・・・（５）
を満たすことを特徴とする投射レンズ系。 A projection lens system for projecting an image on a projection surface,
In order of the optical path, a first lens that is a negative meniscus lens, a second lens that is a positive lens, a third lens that is a negative meniscus lens, a fourth lens that is a negative lens, and a fifth lens that is a positive lens A sixth lens that is a negative lens, a seventh lens and an eighth lens that form a cemented lens with the concave surface of the cemented surface facing the projection surface, and a first lens that forms the cemented lens with the convex surface of the cemented surface facing the projection surface. A ninth lens and a tenth lens, an eleventh lens that is a positive lens, and a twelfth lens that is a positive lens;
When the projection magnification is 56.439 times, the paraxial ray immediately after the j-th lens is normalized with the angle β12 of the paraxial ray immediately after the twelfth lens being 1.0, and the glass material of the k-th lens Each of the Abbe numbers νk of
β4 <−0.8 (1)
β8> −0.5 (2)
ν1, ν3, ν4> 45 (3)
ν5 <30 (4)
ν10, ν11, ν12> 40 (5)
Projection lens system characterized by satisfying

光源と、該光源からの光を空間変調する空間光変調手段と、請求項１に記載の投射レンズ系とを備えることを特徴とする投射型表示装置。 A projection display device comprising: a light source; spatial light modulation means for spatially modulating light from the light source; and the projection lens system according to claim 1.

前記空間光変調手段は、ＤＭＤを有する請求項２に記載の投射型表示装置。 The projection display device according to claim 2, wherein the spatial light modulation unit includes a DMD.

請求項１に係る投射レンズ系を用いて、投射面上に映像を投射する投射方法。 A projection method for projecting an image on a projection surface using the projection lens system according to claim 1.