JP2015075627A - 投射光学系及び投射型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で、明るい、比較的高性能の投射光学系と、このような投射光学系を組み込んだ投射型画像表示装置とを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る投射光学系は、拡大側から順に配置された第1〜第6のレンズからなる。第1のレンズは、負のパワーを持ち、拡大側に比較して縮小側に強い曲率を持つ両面非球面のレンズである。第2のレンズは、両凸レンズである。第3のレンズと第4のレンズとは、それぞれ縮小側に凸のメニスカスレンズと、縮小側に比較して拡大側に強い曲率を持ち拡大側に凹のレンズとであり、互いに接合されて接合レンズを成す。第5のレンズは、両凸レンズである。第6のレンズは、拡大側にザグ量の大きい形状を有し、かつ少なくとも縮小側の面が非球面の凸レンズである。
【選択図】図2
【解決手段】本発明に係る投射光学系は、拡大側から順に配置された第1〜第6のレンズからなる。第1のレンズは、負のパワーを持ち、拡大側に比較して縮小側に強い曲率を持つ両面非球面のレンズである。第2のレンズは、両凸レンズである。第3のレンズと第4のレンズとは、それぞれ縮小側に凸のメニスカスレンズと、縮小側に比較して拡大側に強い曲率を持ち拡大側に凹のレンズとであり、互いに接合されて接合レンズを成す。第5のレンズは、両凸レンズである。第6のレンズは、拡大側にザグ量の大きい形状を有し、かつ少なくとも縮小側の面が非球面の凸レンズである。
【選択図】図2
Description
本発明は、画像表示素子の画像を拡大投影するプロジェクターへの組み込みに適した投射光学系及びこれを組み込んだ投射型画像表示装置に関する。
近年、小型のプロジェクターに対するニーズが増加しており、かかるプロジェクターに組み込まれる投射用レンズについても、明るさ等の性能を維持しつつ小型化することが望まれている。
比較的レンズ枚数の少ない投射用レンズとして、例えば、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とを配置してなる光学系が開示されている(特許文献1参照)。ここで、第1レンズ群は、拡大側から順に、負レンズからなる第1レンズと、両面が非球面である負の非球面レンズからなる第2レンズとの2枚からなり、第3レンズ群は、4枚のレンズからなり、全体として7枚構成の光学系となっている。
また、同様の投射用レンズとして、7枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな光学系が開示されている(特許文献2参照)。ここで、第1レンズ群は、少なくとも1枚の負レンズを含む2枚のレンズで構成され、第2レンズ群は、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた正の第2群第1レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第2群第2レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第2群第3レンズ、正の第2群第4レンズ及び正の第2群第5レンズからなる。
別の投射用レンズとして、拡大側から順に、負の第1レンズ、正の第2レンズ、負のレンズ群及び正の第3レンズを配置してなる光学系が開示されている(特許文献3参照)。ここで、第2及び第3レンズ間に配置されたレンズ群は、正負一対のレンズからなり、全体として5枚構成の光学系となっている。
また、同様の投射用レンズとして、7枚のレンズで構成された縮小側にテレセントリックな光学系が開示されている(特許文献2参照)。ここで、第1レンズ群は、少なくとも1枚の負レンズを含む2枚のレンズで構成され、第2レンズ群は、拡大側から順に、凸面を拡大側に向けた正の第2群第1レンズ、凹面を拡大側に向けた負の第2群第2レンズ、凸面を縮小側に向けた正の第2群第3レンズ、正の第2群第4レンズ及び正の第2群第5レンズからなる。
別の投射用レンズとして、拡大側から順に、負の第1レンズ、正の第2レンズ、負のレンズ群及び正の第3レンズを配置してなる光学系が開示されている(特許文献3参照)。ここで、第2及び第3レンズ間に配置されたレンズ群は、正負一対のレンズからなり、全体として5枚構成の光学系となっている。
しかしながら、特許文献1、2の投射用レンズは、いずれも7枚構成の光学系であり、性能の確保が比較的容易であるものの、小型化の要求に十分に応えているとは言い難い。
また、特許文3の投射用レンズは、5枚構成の光学系であり、小型化を達成しやすいと言えるが、F値2.0程度と暗く、収差を含めて高性能とは言い難い。
また、特許文3の投射用レンズは、5枚構成の光学系であり、小型化を達成しやすいと言えるが、F値2.0程度と暗く、収差を含めて高性能とは言い難い。
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、小型で、明るい、比較的高性能の投射光学系を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のような投射光学系を組み込んだ投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記のような投射光学系を組み込んだ投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る投射光学系は、拡大側から順に配置された第1〜第6のレンズからなる投射光学系であって、第1のレンズは、負のパワーを持ち、縮小側のザグ量の絶対値が拡大側のザグ量の絶対値よりも大きい両面非球面のレンズであり、第2のレンズは、両凸レンズであり、第3のレンズと第4のレンズとは、それぞれ縮小側に凸のメニスカスレンズと、縮小側に比較して拡大側に強い曲率を持ち拡大側に凹のレンズとであり、互いに接合されて接合レンズを成し、第5のレンズは、両凸レンズであり、第6のレンズは、正のパワーを持ち、拡大側のザグ量の絶対値が縮小側のザグ量の絶対値よりも大きく、かつ少なくとも縮小側の面が非球面の非球面レンズである。
上記投射光学系によれば、第1〜第6のレンズからなる6枚で構成にすることで、枚数が少なく、小型で安価ながら明るい投射レンズを得ることができる。拡大側から縮小側に向かって第1〜第6のレンズをこの順序で配置する。ここで、第1のレンズを負のパワーとし、残りの第2〜第6のレンズを正のパワーとすることで、レトロフォーカスタイプの光学系を実現している。
また、第3のレンズについては、縮小側に凸のメニスカスレンズとすることで、凹面側を拡大側に配することになり、球面収差を効果的に補正できる。本明細書において、拡大側はスクリーン側を意味し、縮小側は表示素子側を意味する。
縮小側に第5のレンズと第6のレンズとを配置し、第5のレンズを両凸レンズとすることで、投射光学系のテレセン性を保つことができる。また、第6のレンズの焦点距離の調整の負担が軽減されるため、非球面を有する第6のレンズの形成が容易である。また、第6のレンズについては、縮小側の面を非球面にすることで、像面湾曲やコマ収差を効果的に補正できる。なお、拡大側の面も非球面にすることで、補正面を分散しつつ補正面を増やすことになり、補正効果を高めることができる。
また、第3のレンズについては、縮小側に凸のメニスカスレンズとすることで、凹面側を拡大側に配することになり、球面収差を効果的に補正できる。本明細書において、拡大側はスクリーン側を意味し、縮小側は表示素子側を意味する。
縮小側に第5のレンズと第6のレンズとを配置し、第5のレンズを両凸レンズとすることで、投射光学系のテレセン性を保つことができる。また、第6のレンズの焦点距離の調整の負担が軽減されるため、非球面を有する第6のレンズの形成が容易である。また、第6のレンズについては、縮小側の面を非球面にすることで、像面湾曲やコマ収差を効果的に補正できる。なお、拡大側の面も非球面にすることで、補正面を分散しつつ補正面を増やすことになり、補正効果を高めることができる。
本発明の一側面によれば、拡大側における投影距離が無限大時のバックフォーカスをBFとし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
2.1≧BF/f≧1.3
を満足する。この場合、性能を維持しつつバックフォーカスを十分長く確保することができ、光合成用のプリズム等を配置する空間を広く確保することができる。
2.1≧BF/f≧1.3
を満足する。この場合、性能を維持しつつバックフォーカスを十分長く確保することができ、光合成用のプリズム等を配置する空間を広く確保することができる。
本発明の別の側面によれば、第1及び第6のレンズは、樹脂材料で形成されている。この場合、非球面の自由度を高めた高精度の第1及び第6のレンズを安価に製造することができる。
本発明のさらに別の側面によれば、第2のレンズの屈折率をnd2として、以下の条件式
nd2≧1.6
を満足する。
このように、第2のレンズの屈折率を1.6以上にすることにより、ペッツバ―ル和が小さく、前玉径がコンパクトな投射レンズを実現できる。
nd2≧1.6
を満足する。
このように、第2のレンズの屈折率を1.6以上にすることにより、ペッツバ―ル和が小さく、前玉径がコンパクトな投射レンズを実現できる。
本発明のさらに別の側面によれば、第1及び第2のレンズ間に固定絞りを有し、当該固定絞りの径が、当該固定絞りの位置における軸上光線の光線径と同一であり、かつ第1のレンズL1と第2のレンズL2との距離をd12とし、固定絞りと第2のレンズとの距離をds2として、以下の条件式
5ds2≧d12≧2ds2
を満足する。なお、上記条件式の2要素d12,ds2については、前後の群がフォーカス群となる関係で物体距離(投射距離)によって可変である場合は、それぞれ本光学系で変動する最小の距離のことを言うこととする。
また、固定絞りを第1及び第2のレンズ間で上記条件に適した位置に配し、かつ固定絞り径を定義することで、絞りより拡大側の光学系で適切に光線収差を除去することが可能となる。なお、固定絞りの光軸上での位置が上記条件式の上限を超えてしまうと(つまり、d12>5ds2)、周辺光量の低下が顕著になり、逆に、上記条件式の下限を下回ると(つまり、d12<2ds2)、必要以上の光量を取り込んでしまうため、収差発生による性能劣化が発生する。
5ds2≧d12≧2ds2
を満足する。なお、上記条件式の2要素d12,ds2については、前後の群がフォーカス群となる関係で物体距離(投射距離)によって可変である場合は、それぞれ本光学系で変動する最小の距離のことを言うこととする。
また、固定絞りを第1及び第2のレンズ間で上記条件に適した位置に配し、かつ固定絞り径を定義することで、絞りより拡大側の光学系で適切に光線収差を除去することが可能となる。なお、固定絞りの光軸上での位置が上記条件式の上限を超えてしまうと(つまり、d12>5ds2)、周辺光量の低下が顕著になり、逆に、上記条件式の下限を下回ると(つまり、d12<2ds2)、必要以上の光量を取り込んでしまうため、収差発生による性能劣化が発生する。
本発明のさらに別の側面によれば、接合レンズ内の第3のレンズの屈折率をnd3とし、第4のレンズの屈折率をnd4として、以下の条件式
0.4>|nd3−nd4|>0.15
を満足する。
接合レンズを構成する第3及び第4のレンズの屈折率が上記条件式を満足することで、倍率色収差等の補正が可能となる。
0.4>|nd3−nd4|>0.15
を満足する。
接合レンズを構成する第3及び第4のレンズの屈折率が上記条件式を満足することで、倍率色収差等の補正が可能となる。
本発明のさらに別の側面によれば、接合レンズ内の第3のレンズのアッベ数をν3とし、第4のレンズのアッベ数をν4として、以下の条件式
50>|ν3−ν4|>25
を満足する。
接合レンズを構成する第3及び第4のレンズの分散が上記条件式を満足することで、倍率色収差等の補正が可能となる。
50>|ν3−ν4|>25
を満足する。
接合レンズを構成する第3及び第4のレンズの分散が上記条件式を満足することで、倍率色収差等の補正が可能となる。
本発明のさらに別の側面によれば、第1のレンズの焦点距離をf1とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f1|/f>1.5
を満足する。
第1のレンズの焦点距離が上記条件式を満足することで、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
5>|f1|/f>1.5
を満足する。
第1のレンズの焦点距離が上記条件式を満足することで、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
本発明のさらに別の側面によれば、第6のレンズの焦点距離をf6とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f6|/f>2.5
を満足する。
第6のレンズの焦点距離が上記条件式を満足することで、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
5>|f6|/f>2.5
を満足する。
第6のレンズの焦点距離が上記条件式を満足することで、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
本発明のさらに別の側面によれば、第1及び第2のレンズの合成焦点距離をf12とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f12|/f>2
を満足する。
第1及び第2のレンズの合成焦点距離が上記条件式を満足することで、大口径で発生しやすい球面収差を抑えることを可能としている。
5>|f12|/f>2
を満足する。
第1及び第2のレンズの合成焦点距離が上記条件式を満足することで、大口径で発生しやすい球面収差を抑えることを可能としている。
本発明のさらに別の側面によれば、実質的に屈折力を有しないレンズをさらに備える。
上記目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、上述の投射光学系と、投射光学系の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える。
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投射レンズについて詳細に説明する。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る投射レンズを組み込んだ投射型画像表示装置としてのプロジェクター2は、画像光を投射する光学系部分50と、光学系部分50の動作を制御する回路装置80とを備える。
光学系部分50において、光源10は、例えば超高圧水銀ランプ、固体光源等で構成される。第1インテグレーターレンズ11,第2インテグレーターレンズ12は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子をそれぞれ有する。第1インテグレーターレンズ11は、光源10からの光束を複数に分割する。第1インテグレーターレンズ11の各レンズ素子は、光源10からの光束を第2インテグレーターレンズ12のレンズ素子近傍にて集光させる。第2インテグレーターレンズ12のレンズ素子は、重畳レンズ14と協働して、第1インテグレーターレンズ11のレンズ素子の像を後述する液晶パネル18R、液晶パネル18G、及び液晶パネル18Bに形成する。
偏光変換素子13は、第2インテグレーターレンズ12からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ14は、第1インテグレーターレンズ11の各レンズ素子の像を、第2インテグレーターレンズ12を介して液晶パネル18R、液晶パネル18G、及び液晶パネル18Bの表示領域上で重畳させる。
第1ダイクロイックミラー15は、重畳レンズ14から入射したR光を反射させ、G光及びB光を透過させる。第1ダイクロイックミラー15で反射されたR光は、反射ミラー16及びフィールドレンズ17Rを経て、光変調素子又は表示素子である液晶パネル18Rへ入射する。液晶パネル18Rは、R光を画像信号に応じて変調することにより、R色の画像を形成する。
第2ダイクロイックミラー21は、第1ダイクロイックミラー15からのG光を反射させ、B光を透過させる。第2ダイクロイックミラー21で反射されたG光は、フィールドレンズ17Gを経て、表示素子である液晶パネル18Gへ入射する。液晶パネル18Gは、G光を画像信号に応じて変調することにより、G色の画像を形成する。第2ダイクロイックミラー21を透過したB光は、リレーレンズ22、リレーレンズ24、反射ミラー23、反射ミラー25、及びフィールドレンズ17Bを経て、表示素子である液晶パネル18Bへ入射する。液晶パネル18Bは、B光を画像信号に応じて変調することにより、B色の画像を形成する。
クロスダイクロイックプリズム19は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル18R、18G、18Bで変調された光を合成して画像光とし、投射レンズ40へ進行させる。
投射レンズ40は、各液晶パネル18G,18R,18Bによって変調されクロスダイクロイックプリズム19で合成された画像光を不図示のスクリーン上に拡大投射する。
以上の光学系部分50において、クロスダイクロイックプリズム19と投射レンズ40とは、各液晶パネル18R、18G、18Bによって形成された画像をスクリーン上に拡大投射するための投射光学系52を構成する。なお、投射レンズ40は、単独でも投射光学系52として機能し得うるので、投射レンズ40単独で投射光学系52と呼ぶこともある。以上のような投射光学系52の光路前段に設けられた液晶パネル18G,18R,18B、ダイクロイックミラー15,21、偏光変換素子13、インテグレーターレンズ11,12、光源10等は、像形成光学部51として機能する。
回路装置80は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部81と、画像処理部81の出力に基づいて光学系部分50に設けた液晶パネル18G,18R,18Bを駆動する表示駆動部82と、画像処理部81および表示駆動部82の動作を統括的に制御する主制御部88とを備える。
画像処理部81は、入力された外部画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。なお、画像処理部81は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。
表示駆動部82は、画像処理部81から出力された画像信号に基づいて液晶パネル18G,18R,18Bを動作させることができ、当該画像信号に対応した画像又はこれに画像処理を施したものに対応する画像を液晶パネル18G,18R,18Bに形成させることができる。
以下、図2(A)を参照して、本発明の実施形態に係る投射レンズ40について具体的に説明する。なお、実施形態として例示した投射レンズ40は、後述する実施例1の投射レンズと同一の構成となっている。
実施形態の投射レンズ40は、非変倍型のレンズであり、拡大側から順に配置された第1〜第6のレンズL1〜L6からなる。第1のレンズL1は、負のパワーを持ち、拡大側に凸のメニスカスレンズである。第1のレンズL1の縮小側のザグ量の絶対値は第1のレンズL1の拡大側のザグ量の絶対値よりも大きい。第2のレンズL2は、正のパワーを持つ両凸レンズである。第3のレンズL3は、正のパワーを持つ縮小側に凸のメニスカスレンズである。第4のレンズL4は、負のパワーを持つ縮小側に凸のメニスカスレンズである。第3のレンズL3と第4のレンズL4とは、互いに接合されて接合レンズL34を成す。第5のレンズL5は、正のパワーを持つ両凸レンズである。第6のレンズL6は、正のパワーを持つ両凸レンズである。また、第6のレンズL6の拡大側のザグ量の絶対値は第6のレンズL6の縮小側のザグ量の絶対値よりも大きい。以上において、第1のレンズL1は、樹脂製の成形品であり、その入射面と射出面とは、非球面である。第6のレンズL6は、樹脂製の成形品であり、その入射面と射出面とのうち少なくとも射出面は、非球面である。第1のレンズL1及び第6のレンズL6は、樹脂材料で形成されているため、非球面の自由度を高めた高精度の第1のレンズL1及び第6のレンズL6を安価に製造することができる。
上記投射レンズ40において、第2のレンズL2の屈折率は、1.6以上となっている。また、記投射レンズ40において、第1及び第2のレンズL1,L2間には、固定絞りApeが配置され、固定絞りApeの径は、固定絞りApeの位置における軸上光線の光線径と同一となっている。また、合焦に際しては、第1のレンズL1を第2〜第6のレンズL2〜L6に対して光軸AX方向に沿って拡大側又は縮小側に適宜移動させる。
投射レンズ40は、液晶パネル18G(18R,18B)の画像形成面Iに形成された画像を不図示のスクリーン上に投射する。ここで、投射レンズ40と液晶パネル18G(18R,18B)との間には、図1のクロスダイクロイックプリズム19に相当するプリズムPRが配置されている。
実施形態の投射レンズ40は、第1〜第6のレンズL1〜L6からなり、拡大側から縮小側に向かって第1〜第6のレンズL1〜L6をこの順序で配置する。このように6枚で構成にすることで、枚数が少なく小型で安価ながら明るい投射レンズとできる。ここで、第1のレンズL1を負のパワーとし、残りの第2〜第6のレンズL2〜L6を正のパワーとすることで、レトロフォーカスタイプの光学系を実現している。また、第3のレンズL3については、縮小側に凸のメニスカスレンズとすることで、凹面側を拡大側に配することになり、球面収差を効果的に補正できる。縮小側に第5のレンズと第6のレンズとを配置し、第5のレンズL5を両凸レンズとすることで、投射レンズ40のテレセン性を保つことができる。また、第6のレンズL6の焦点距離の調整の負担が軽減されるため、非球面を有する第6のレンズL6の形成が容易である。また、第6のレンズL6については、縮小側の面を非球面にすることで、像面湾曲やコマ収差を効果的に補正できる。なお、拡大側の面も非球面にすることで、補正面を分散しつつ補正面を増やすことになり、補正効果を高めることができる。
投射レンズ40は、既に説明した条件式(1)を満足する。すなわち、この投射レンズ40は、拡大側における投影距離が無限大時のバックフォーカスをBFとし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式(1)
2.1≧BF/f≧1.3 … (1)
を満足する。これによれば、この場合、性能を維持しつつバックフォーカスを十分長く確保することができ、光合成用のプリズム等を配置する空間を広く確保することができる。
2.1≧BF/f≧1.3 … (1)
を満足する。これによれば、この場合、性能を維持しつつバックフォーカスを十分長く確保することができ、光合成用のプリズム等を配置する空間を広く確保することができる。
以上の投射レンズ40は、上記の条件式(1)に追加して、既に説明した条件式(2)を満足する。すなわち、第2のレンズの屈折率をnd2として、以下の条件式(2)
nd2≧1.6 … (2)
を満足する。これによれば、ペッツバ―ル和が小さく、前玉径がコンパクトな投射レンズを実現できる。
nd2≧1.6 … (2)
を満足する。これによれば、ペッツバ―ル和が小さく、前玉径がコンパクトな投射レンズを実現できる。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(3)を満足する。すなわち、第1のレンズL1と第2のレンズL2との距離をd12とし、固定絞りApeと第2のレンズL2との距離をds2として、以下の条件式(3)
5ds2≧d12≧2ds2 … (3)
を満足する。なお、上記条件式の2要素d12,ds2については、前後のレンズがフォーカス群(移動レンズ)となる関係で物体距離(投射距離)によって可変である場合は、それぞれ本光学系で変動する際に最小となる距離のことを言うこととする。これにより、絞りより拡大側の光学系で適切に光線収差を除去することが可能となる。なお、固定絞りApeの光軸上での位置が上記条件式の上限を超えてしまうと(つまり、d12>5ds2)、周辺光量の低下が顕著になり、逆に、上記条件式の下限を下回ると(つまり、d12<2ds2)、必要以上の光量を取り込んでしまうため、収差発生による性能劣化が発生する。
5ds2≧d12≧2ds2 … (3)
を満足する。なお、上記条件式の2要素d12,ds2については、前後のレンズがフォーカス群(移動レンズ)となる関係で物体距離(投射距離)によって可変である場合は、それぞれ本光学系で変動する際に最小となる距離のことを言うこととする。これにより、絞りより拡大側の光学系で適切に光線収差を除去することが可能となる。なお、固定絞りApeの光軸上での位置が上記条件式の上限を超えてしまうと(つまり、d12>5ds2)、周辺光量の低下が顕著になり、逆に、上記条件式の下限を下回ると(つまり、d12<2ds2)、必要以上の光量を取り込んでしまうため、収差発生による性能劣化が発生する。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(4)を満足する。すなわち、接合レンズL34内の第3のレンズL3の屈折率をnd3とし、第4のレンズL4の屈折率をnd4として、以下の条件式(4)
0.4>|nd3−nd4|>0.15 … (4)
を満足する。これによれば、倍率色収差等の補正が可能となる。
0.4>|nd3−nd4|>0.15 … (4)
を満足する。これによれば、倍率色収差等の補正が可能となる。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(5)を満足する。すなわち、接合レンズL34内の第3のレンズL3のアッベ数をν3とし、第4のレンズL4のアッベ数をν4として、以下の条件式(5)
50>|ν3−ν4|>25 … (5)
を満足する。これによれば、倍率色収差等の補正が可能となる。
50>|ν3−ν4|>25 … (5)
を満足する。これによれば、倍率色収差等の補正が可能となる。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(6)を満足する。すなわち、第1のレンズL1の焦点距離をf1とし、投射レンズ40全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f1|/f>1.5 … (6)
を満足する。これによれば、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
5>|f1|/f>1.5 … (6)
を満足する。これによれば、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(7)を満足する。すなわち、第6のレンズL6の焦点距離をf6とし、投射レンズ40全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f6|/f>2.5 … (7)
を満足する。これによれば、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
5>|f6|/f>2.5 … (7)
を満足する。これによれば、製造のばらつきによる性能変動を極力抑えることができる。
投射レンズ40は、上記の条件式(1)等に追加して、既に説明した条件式(8)を満足する。すなわち、第1及び第2のレンズL1,L2の合成焦点距離をf12とし、投射レンズ40全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f12|/f>2 … (8)
を満足する。これによれば、大口径で発生しやすい球面収差を抑えることを可能としている。
5>|f12|/f>2 … (8)
を満足する。これによれば、大口径で発生しやすい球面収差を抑えることを可能としている。
なお、実施形態の投射レンズ40は、実質的にパワーを持たないレンズをさらに有してもよい。
〔実施例〕
以下、投射レンズ40の具体的な実施例について説明する。実施例1〜3に共通する諸元の意義を以下にまとめた。
R:曲率半径
D:軸上面間隔(レンズ厚又はレンズ間隔)
nd:d線の屈折率
μd:d線のアッベ数
f:レンズの焦点距離
OBJ:物体距離
A:フォーカスレンズ間隔
SC:スクリーン面
Ape:第1のレンズL1と第2のレンズL2との間に設けた固定絞りの位置
L1〜L6:レンズ
DP:バック挿入物(プリズム等)
LV:表示素子の画像形成面I
以下、投射レンズ40の具体的な実施例について説明する。実施例1〜3に共通する諸元の意義を以下にまとめた。
R:曲率半径
D:軸上面間隔(レンズ厚又はレンズ間隔)
nd:d線の屈折率
μd:d線のアッベ数
f:レンズの焦点距離
OBJ:物体距離
A:フォーカスレンズ間隔
SC:スクリーン面
Ape:第1のレンズL1と第2のレンズL2との間に設けた固定絞りの位置
L1〜L6:レンズ
DP:バック挿入物(プリズム等)
LV:表示素子の画像形成面I
(実施例1)
実施例1の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表1に示す。なお、表1等において、「L3/L4」は、レンズL3及びレンズL4の接合レンズであることを意味する。また、「*」は、非球面であることを意味する。「INFINITY」は、∞に相当する。
〔表1〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 110.373 3.10 1.52527 55.93 -26.60
2* L1 12.283 A
3 Ape INFINITY 8.68
4 L2 32.471 5.57 1.70154 41.2 36.41
5 L2 -111.225 4.96
6 INFINITY 16.12
7 L3/L4 -22.411 5.11 1.6516 58.5 -36.80
8 L3/L4 -13.249 1.10 1.84666 23.8
9 L3/L4 -52.684 1.04
10 L5 123.425 6.25 1.65844 50.9 36.74
11 L5 -29.487 0.20
12 L6 41.918 4.92 1.52527 55.93 53.33
13* L6 -81.024 5.00
14 DP INFINITY 26.00 1.51633 64.1
15 DP INFINITY 5.27
16 LV INFINITY 0.00
(なお、固定絞りApeの直径は、21.5である。)
実施例1の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表1に示す。なお、表1等において、「L3/L4」は、レンズL3及びレンズL4の接合レンズであることを意味する。また、「*」は、非球面であることを意味する。「INFINITY」は、∞に相当する。
〔表1〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 110.373 3.10 1.52527 55.93 -26.60
2* L1 12.283 A
3 Ape INFINITY 8.68
4 L2 32.471 5.57 1.70154 41.2 36.41
5 L2 -111.225 4.96
6 INFINITY 16.12
7 L3/L4 -22.411 5.11 1.6516 58.5 -36.80
8 L3/L4 -13.249 1.10 1.84666 23.8
9 L3/L4 -52.684 1.04
10 L5 123.425 6.25 1.65844 50.9 36.74
11 L5 -29.487 0.20
12 L6 41.918 4.92 1.52527 55.93 53.33
13* L6 -81.024 5.00
14 DP INFINITY 26.00 1.51633 64.1
15 DP INFINITY 5.27
16 LV INFINITY 0.00
(なお、固定絞りApeの直径は、21.5である。)
以下の表2は、実施例1の特定レンズ面の非球面係数である。なお、以上の表2等において、10のべき乗数(例えば6.67×10−06)をE(例えば6.67E−06)を用いて表すものとする。
〔表2〕
第1面
K=48.351539, A4=6.67624E-06, A6=-1.36449E-07, A8=8.54694E-10,
A10=-2.07115E-12, A12=-1.36029E-14, A14=9.41557E-17, A16=-1.80597E-19
第2面
K=-0.491964, A4=9.57800E-06, A6=-2.96142E-07, A8=4.39832E-10,
A10=4.58713E-11, A12=-6.32001E-13, A14=3.14417E-15, A16=-5.37308E-18
第13面
K=-3.848983, A4=1.71566E-05, A6=1.58496E-09, A8=-3.77514E-11,
A10=1.75537E-13, A12=0.00000E+00, A14=0.00000E+00, A16=0.00000E+00
〔表2〕
第1面
K=48.351539, A4=6.67624E-06, A6=-1.36449E-07, A8=8.54694E-10,
A10=-2.07115E-12, A12=-1.36029E-14, A14=9.41557E-17, A16=-1.80597E-19
第2面
K=-0.491964, A4=9.57800E-06, A6=-2.96142E-07, A8=4.39832E-10,
A10=4.58713E-11, A12=-6.32001E-13, A14=3.14417E-15, A16=-5.37308E-18
第13面
K=-3.848983, A4=1.71566E-05, A6=1.58496E-09, A8=-3.77514E-11,
A10=1.75537E-13, A12=0.00000E+00, A14=0.00000E+00, A16=0.00000E+00
以下の表3は、実施例1の投射レンズにおけるフォーカス調整動作を示している。表3中で、「A」は、第1レンズL1と固定絞りApeとの距離に対応している。
〔表3〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 21.6 21.944 22.09
〔表3〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 21.6 21.944 22.09
以下の表4は、実施例1の投射レンズの基本性能をまとめたものである。
〔表4〕
f(焦点距離): 16.45mm
BF(バックフォーカス): 27.41
FNO(F値): 1.43
有効像円: φ18.5
画角: 29.4°
〔表4〕
f(焦点距離): 16.45mm
BF(バックフォーカス): 27.41
FNO(F値): 1.43
有効像円: φ18.5
画角: 29.4°
図2(A)は、実施例1の投射レンズ41の断面図である。投射レンズ41は、画像形成面I上の像を固定倍率で拡大投射するものであり、拡大側から順に、負のパワーを有する第1のレンズL1と、固定絞りApeと、正のパワーを有する第2のレンズL2と、負のパワーを有する接合レンズ(第3及び第4のレンズL3,L4)と、正のパワーを有する第5のレンズL5と、正のパワーを有する第6のレンズL6とからなる。
ここで、第1のレンズL1は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、拡大側及び縮小側の双方が非球面となっている。第2のレンズL2は、両凸の正レンズである。第3のレンズL3は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズである。第4のレンズL4は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。第5のレンズL5は、両凸の正レンズである。第6のレンズL6は、近軸で両凸の正レンズであり、縮小側が非球面となっている。合焦に際しては、第1のレンズL1を移動させる。
図2(B)〜2(D)は、実施例1の投射レンズ41の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。
(実施例2)
実施例2の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表5に示す。
〔表5〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 157.827 3.000 1.52527 55.93 -26.90
2* L1 13.155 A
3 Ape INFINITY 7.000
4 L2 44.689 4.973 1.64769 33.84 43.29
5 L2 -84.822 23.353
6 L3/L4 -36.114 5.143 1.5168 64.1 -35.97
7 L3/L4 -17.040 0.950 1.84666 23.8
8 L3/L4 -122.815 1.479
9 L5 113.344 6.932 1.713 53.94 36.26
10 L5 -32.017 0.200
11 L6 59.386 5.172 1.52527 55.93 59.85
12* L6 -60.885 5.000
13 DP INFINITY 26.000 1.5168 64.1
14 DP INFINITY 11.561
15 LV INFINITY 0.000
(なお、固定絞りApeの直径は、23.4である。)
実施例2の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表5に示す。
〔表5〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 157.827 3.000 1.52527 55.93 -26.90
2* L1 13.155 A
3 Ape INFINITY 7.000
4 L2 44.689 4.973 1.64769 33.84 43.29
5 L2 -84.822 23.353
6 L3/L4 -36.114 5.143 1.5168 64.1 -35.97
7 L3/L4 -17.040 0.950 1.84666 23.8
8 L3/L4 -122.815 1.479
9 L5 113.344 6.932 1.713 53.94 36.26
10 L5 -32.017 0.200
11 L6 59.386 5.172 1.52527 55.93 59.85
12* L6 -60.885 5.000
13 DP INFINITY 26.000 1.5168 64.1
14 DP INFINITY 11.561
15 LV INFINITY 0.000
(なお、固定絞りApeの直径は、23.4である。)
以下の表6は、実施例2の特定レンズ面の非球面係数である。
〔表6〕
第1面
K=32.008228, A4=2.61763E-05, A6=-2.30623E-07, A8=9.24528E-10,
A10=-9.34035E-13, A12=-5.26245E-15, A14=1.28884E-17
第2面
K=-0.527953, A4=2.32978E-05, A6=-1.51199E-08, A8=-5.65074E-09,
A10=7.49152E-11, A12=-4.25852E-13, A14=9.03232E-16
第12面
K=-3.088896, A4=1.19290E-05, A6=-3.51254E-09, A8=1.01271E-11,
A10=2.11746E-14, A12=0.00000E+00, A14=0.00000E+00
〔表6〕
第1面
K=32.008228, A4=2.61763E-05, A6=-2.30623E-07, A8=9.24528E-10,
A10=-9.34035E-13, A12=-5.26245E-15, A14=1.28884E-17
第2面
K=-0.527953, A4=2.32978E-05, A6=-1.51199E-08, A8=-5.65074E-09,
A10=7.49152E-11, A12=-4.25852E-13, A14=9.03232E-16
第12面
K=-3.088896, A4=1.19290E-05, A6=-3.51254E-09, A8=1.01271E-11,
A10=2.11746E-14, A12=0.00000E+00, A14=0.00000E+00
以下の表7は、実施例2の投射レンズにおけるフォーカス調整動作を示している。
〔表7〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 26.65 27.02 27.16
〔表7〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 26.65 27.02 27.16
以下の表8は、実施例2の投射レンズの基本性能をまとめたものである。
〔表8〕
f(焦点距離): 16.44
BF(in air): 33.705
FNO(F値): 1.5
有効像円: φ19
画角: 29.6°
(BF(in air)は、バック挿入物がない状態でのバックフォーカスの数値を意味する)
〔表8〕
f(焦点距離): 16.44
BF(in air): 33.705
FNO(F値): 1.5
有効像円: φ19
画角: 29.6°
(BF(in air)は、バック挿入物がない状態でのバックフォーカスの数値を意味する)
図3(A)は、実施例2の投射レンズ42の断面図である。投射レンズ42は、画像形成面I上の像を固定倍率で拡大投射するものであり、拡大側から順に、負のパワーを有する第1のレンズL1と、固定絞りApeと、正のパワーを有する第2のレンズL2と、負のパワーを有する接合レンズ(第3及び第4のレンズL3,L4)と、正のパワーを有する第5のレンズL5と、正のパワーを有する第6のレンズL6とからなる。
ここで、第1のレンズL1は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、拡大側及び縮小側の双方が非球面となっている。第2のレンズL2は、両凸の正レンズである。第3のレンズL3は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズである。第4のレンズL4は、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。第5のレンズL5は、両凸の正レンズである。第6のレンズL6は、近軸で両凸の正レンズであり、縮小側が非球面となっている。合焦に際しては、第1のレンズL1を移動させる。
図3(B)〜3(D)は、実施例2の投射レンズ42の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。
(実施例3)
実施例3の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表9に示す。
〔表9〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 99.336 3.000 1.52527 55.93 -26.29
2* L1 12.000 A
3 Ape INFINITY 6.000
4 L2 44.080 5.173 1.834 37.34 33.82
5 L2 -74.151 17.442
6 L3/L4 -65.158 6.172 1.62299 58.12 -30.98
7 L3/L4 -14.676 0.950 1.80518 25.42
8 L3/L4 85.691 2.942
9 L5 51.074 7.648 1.7725 49.62 28.66
10 L5 -36.540 4.928
11* L6 26.193 4.804 1.52527 55.93 58.53
12* L6 165.816 2.000
13 DP INFINITY 24.000 1.5168 64.1
14 DP INFINITY 3.867
15 LV INFINITY 0.000
(なお、固定絞りApeの直径は、22.9である。)
実施例3の投射レンズのレンズ面のデータを以下の表9に示す。
〔表9〕
面番 要素 R D nd μd f
0 SC INFINITY OBJ
1* L1 99.336 3.000 1.52527 55.93 -26.29
2* L1 12.000 A
3 Ape INFINITY 6.000
4 L2 44.080 5.173 1.834 37.34 33.82
5 L2 -74.151 17.442
6 L3/L4 -65.158 6.172 1.62299 58.12 -30.98
7 L3/L4 -14.676 0.950 1.80518 25.42
8 L3/L4 85.691 2.942
9 L5 51.074 7.648 1.7725 49.62 28.66
10 L5 -36.540 4.928
11* L6 26.193 4.804 1.52527 55.93 58.53
12* L6 165.816 2.000
13 DP INFINITY 24.000 1.5168 64.1
14 DP INFINITY 3.867
15 LV INFINITY 0.000
(なお、固定絞りApeの直径は、22.9である。)
以下の表10は、実施例3の特定レンズ面の非球面係数である。
〔表10〕
第1面
K=35.95000, A4=7.62961E-06, A6=-1.60106E-07, A8=8.48025E-10,
A10=-1.73752E-12, A12=-1.32793E-14, A14=8.88013E-17,
A16=-1.65550E-19
第2面
K=-0.460000, A4=7.54477E-06, A6=-2.28971E-07, A8=-9.24175E-10,
A10=4.54942E-11, A12=-5.98820E-13, A14=3.40110E-15,
A16=-7.36095E-18
第11面
K=0.170000, A4=-2.62587E-06, A6=2.10873E-08, A8=-1.22253E-10,
A10=-2.47621E-12, A12=2.43976E-15, A14=-3.42510E-17,
A16=0.00000E+00
第12面
K=52.210000, A4=2.03543E-05, A6=3.43663E-08, A8=-1.53945E-10,
A10=-2.48666E-12, A12=-1.51321E-14, A14=5.02699E-17,
A16=0.00000E+00
〔表10〕
第1面
K=35.95000, A4=7.62961E-06, A6=-1.60106E-07, A8=8.48025E-10,
A10=-1.73752E-12, A12=-1.32793E-14, A14=8.88013E-17,
A16=-1.65550E-19
第2面
K=-0.460000, A4=7.54477E-06, A6=-2.28971E-07, A8=-9.24175E-10,
A10=4.54942E-11, A12=-5.98820E-13, A14=3.40110E-15,
A16=-7.36095E-18
第11面
K=0.170000, A4=-2.62587E-06, A6=2.10873E-08, A8=-1.22253E-10,
A10=-2.47621E-12, A12=2.43976E-15, A14=-3.42510E-17,
A16=0.00000E+00
第12面
K=52.210000, A4=2.03543E-05, A6=3.43663E-08, A8=-1.53945E-10,
A10=-2.48666E-12, A12=-1.51321E-14, A14=5.02699E-17,
A16=0.00000E+00
以下の表11は、実施例3の投射レンズにおけるフォーカス調整動作を示している。
〔表11〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 21.847 22.167 22.3
〔表11〕
OBJ INFINITY 1800mm 1200mm
A 21.847 22.167 22.3
以下の表12は、実施例3の投射レンズの基本性能をまとめたものである。
〔表12〕
f(焦点距離): 16.45
BF(in air): 21.69
FNO(F値): 1.36
有効像円: φ18.8
画角: 29.8°
(BF(in air)は、バック挿入物がない状態でのバックフォーカスの数値を意味する)
〔表12〕
f(焦点距離): 16.45
BF(in air): 21.69
FNO(F値): 1.36
有効像円: φ18.8
画角: 29.8°
(BF(in air)は、バック挿入物がない状態でのバックフォーカスの数値を意味する)
図4(A)は、実施例3の投射レンズ43の断面図である。投射レンズ43は、画像形成面I上の像を固定倍率で拡大投射するものであり、拡大側から順に、負のパワーを有する第1のレンズL1と、固定絞りApeと、正のパワーを有する第2のレンズL2と、負のパワーを有する接合レンズ(第3及び第4のレンズL3,L4)と、正のパワーを有する第5のレンズL5と、正のパワーを有する第6のレンズL6とからなる。
ここで、第1のレンズL1は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、拡大側及び縮小側の双方が非球面となっている。第2のレンズL2は、両凸の正レンズである。第3のレンズL3は、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズである。第4のレンズL4は、両凹の負レンズである。第5のレンズL5は、両凸の正レンズである。第6のレンズL6は、近軸で拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、拡大側及び縮小側の双方が非球面となっている。合焦に際しては、第1のレンズL1を移動させる。
図4(B)〜4(D)は、実施例3の投射レンズ43の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。
この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
例えば、各実施例1〜3において、レンズL1〜L6の前後又は間に1つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。
また、投射レンズ40による拡大投射の対象は、液晶パネル18G,18R,18Bに限らず、マイクロミラーを画素とするデジタル・マイクロミラー・デバイス等の各種光変調素子によって形成された画像を投射レンズ40によって拡大投射することができる。
40…投射レンズ、 41−43…投射レンズ、 L1〜L6…レンズ、 OA…光軸、 Ape…固定絞り、 I…画像形成面、 2…プロジェクター(投射型画像表示装置)、 51…像形成光学部、 52…投射光学系
Claims (12)
- 拡大側から順に配置された第1〜第6のレンズからなる投射光学系であって、
前記第1のレンズは、負のパワーを持ち、縮小側のザグ量の絶対値が拡大側のザグ量の絶対値よりも大きい両面非球面のレンズであり、
前記第2のレンズは、両凸レンズであり、
前記第3のレンズと第4のレンズとは、それぞれ縮小側に凸のメニスカスレンズと、縮小側に比較して拡大側に強い曲率を持ち拡大側に凹のレンズとであり、互いに接合されて接合レンズを成し、
前記第5のレンズは、両凸レンズであり、
前記第6のレンズは、正のパワーを持ち、拡大側のザグ量の絶対値が縮小側のザグ量の絶対値よりも大きく、かつ少なくとも縮小側の面が非球面の非球面レンズである、投射光学系。 - 拡大側における投影距離が無限大時のバックフォーカスをBFとし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
2.1≧BF/f≧1.3
を満足する、請求項1に記載の投射光学系。 - 前記第1及び第6のレンズは、樹脂材料で形成されている、請求項1及び2のいずれか一項に記載の投射光学系。
- 前記第2のレンズの屈折率をnd2として、以下の条件式
nd2≧1.6
を満足する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記第1及び第2のレンズ間に固定絞りを有し、当該固定絞りの径が、当該固定絞りの位置における軸上光線の光線径と同一であり、かつ第1のレンズL1と第2のレンズL2との距離をd12とし、前記固定絞りと前記第2のレンズとの距離をds2として、以下の条件式
5ds2≧d12≧2ds2
を満足する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記接合レンズ内の前記第3のレンズの屈折率をnd3とし、前記第4のレンズの屈折率をnd4として、以下の条件式
0.4>|nd3−nd4|>0.15
を満足する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記接合レンズ内の前記第3のレンズのアッベ数をν3とし、前記第4のレンズのアッベ数をν4として、以下の条件式
50>|ν3−ν4|>25
を満足する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記第1のレンズの焦点距離をf1とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f1|/f>1.5
を満足する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記第6のレンズの焦点距離をf6とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f6|/f>2.5
を満足する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 前記第1及び第2のレンズの合成焦点距離をf12とし、全系の焦点距離をfとして、以下の条件式
5>|f12|/f>2
を満足する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の投射光学系。 - 実質的に屈折力を有しないレンズをさらに備える、請求項1〜10のいずれか一項に記載の投射光学系。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の投射光学系と、
前記投射光学系の光路前段に設けられた像形成光学部とを備える、投射型画像表示装置。
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