JP2018063297A - 投射用ズームレンズおよび投射型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
昨今、プロジェクタは「投射距離」即ち、プロジェクタ本体と投射画像を表示される表示面との距離の短縮化が進み、投射用ズームレンズにも広い画角が求められている。
(1) 2.0<Bf/fw<5.0
(2) 1.5<ft/fw<3.0
(3) −3.0<1G_f/fw <−1.0
を満足する。
図1ないし図5に、投射用ズームレンズの実施の形態を5例示す。これら5例の実施の形態は、図示の順序で、後述する実施例1ないし5に対応する。
図1ないし図5において、上図は「広角端」におけるレンズ配置、下図は「望遠端」におけるレンズ配置をそれぞれ示す。
これらの図において、図の左方は「拡大側」即ち、投射画像が投射される側であり、図の右方は縮小側、即ち「平面画像が表示される側」である。
繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。
図1ないし図5において、「1G」は第1レンズ群、「2G」は第2レンズ群、「3G」は第3レンズ群、「4G」は第4レンズ群、「5G」は第5レンズ群、「6G」は第6レンズ群、「7G」は第7レンズ群を示す。
図1ないし図5に示す実施の形態では「3原色の画像を表示する3枚の液晶パネルを用いる3板式プロジェクタに用いられる投射用ズームレンズ」が想定され、図中の符号「PR」は色合成用プリズムを示す。また、「S」は開口絞りを示し、「OI」は画像表示面、即ち、液晶パネルのパネル面を示し、以下において「平面画像OI」とも言う。
第4レンズ群4Gと第5レンズ群5Gとは共に「正の屈折力」を有し、第6レンズ群6Gは「負または正の屈折力」を有し、第7レンズ群7Gは「正の屈折力」を有する。
即ち、図1ないし図5に示す実施の各形態の投射用ズームレンズは、平面画像OIを倍率可変で拡大して投射する投射用ズームレンズである。
投射用ズームレンズは、拡大側から縮小側ヘ向かって順に、負の屈折力を有する第1レンズ群1G、正の屈折力を有する第2レンズ群2G、負の屈折力を有する第3レンズ群3G、正の屈折力を有する第4レンズ群4G、正の屈折力を有する第5レンズ群5G、負又は正の屈折力を有する第6レンズ群6Gおよび正の屈折力を有する第7レンズ群7Gを有し、第4レンズ群4Gと第5レンズ群5Gとの間に開口絞りSを有してなる。
(1) 2.0<Bf/fw<5.0
(2) 1.5<ft/fw<3.0
(3) −3.0<1G_f/fw <−1.0
を満足する。
この明細書においては、この共役関係に基づき、拡大画像を物体面、平面画像を像面と考える。從って、この明細書における「バックフォーカス」は、投射用ズームレンズの最も縮小側のレンズ面と「平面画像」との距離である。
バックフォーカス:Bfは、投射用ズームレンズの最も縮小側のレンズ面と平面画像OIとの間の光路上に、空気以外の領域がある場合には、この領域の「d線の屈折率」により空気換算された値である。
バックフォーカス:Bfが大きくなり、焦点距離:fwが小さくなると、条件(1)のパラメータ:Bf/fwは大きくなる。逆に、バックフォーカス:Bfが小さくなり、焦点距離:fwが大きくなると、条件(1)のパラメータ:Bf/fwは小さくなる。
色合成用プリズムPRが用いられる場合「d線において空気換算されたバックフォーカス:Bf」は色合成用プリズムPRを配置するためにある程度の大きさが必要である。
平面画像を表示する画像表示素子として、近来「DMD(デジタルミラーデバイス)」も広く使用されるようになってきており、この場合は、平面画像と最も縮小側のレンズ面との間に「色合成用プリズム」を配する必要はない。しかし、DMDを照明する照明光学系が投射用ズームレンズの光軸に近接するため、やはり、ある程度の大きさのバックフォーカスが必要となる。
条件(1)の下限値を超えると、バックフォーカス:Bfが小さくなって、最も縮小側のレンズ面と平面画像との間に必要とされる距離を確保することが困難となり易い。
また、焦点距離:fwが相対的に大きくなり、投射用ズームレンズの正の屈折力が小さくなって広画角の実現が困難となり易い。
条件(1)の上限値を超えると、焦点距離:fwが小さくなり、投射用ズームレンズの正の屈折力が過大となって諸収差の補正が困難となり易い。
条件(1)が満足されることにより、適切な大きさのバックフォーカスと、適切な画角や収差補正を実現できる。
条件(3)は、負の屈折力を持つ第1レンズ群1Gの焦点距離:1G_fと、広角端における焦点距離:fwの比:1G_f/fwの適正な範囲を設定する条件である。
負の屈折力を持つ第1レンズ群1Gの「負の焦点距離:1G_f」は、その絶対値が小さいほど負の屈折力が大きく、投射用ズームレンズの「広角化」には有利であるが、非点収差や像面湾曲等が大きく発生し易くなる。
また、広角端における全系の焦点距離:fwが大きいと「投射用ズームレンズとしての屈折力」が小さくなって、広画角の達成が困難になりやすく、逆に、小さいと屈折力が大きくなって諸収差の補正が困難となり易い。
広角端における全系の焦点距離:fwに対する焦点距離:1G_fの大きさが条件(3)の下限値を超えると、非点収差や像面湾曲などの諸収差を補正するのが困難となる。逆に上限値を超えると、広画角の達成が困難となる。
図1ないし図5に示す実施の各形態では何れも、第1レンズ群1Gが「拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つレンズ」を2枚以上有している。「負の屈折力を持つレンズ」を以下、簡単に「負レンズ」という。同様に「正の屈折力を持つレンズ」を「正レンズ」と呼ぶ。
第1レンズ群は「負の屈折力」を有するが、これらの負の屈折力を複数の負レンズで実現すると、第1レンズ群に必要とされる負の屈折力を複数の負レンズに分担させることができ、縮小側から拡大側に向かって透過する光束の発散角を滑らかに増大させて、広画角を実現し易く、また、2枚以上の負レンズの拡大側のレンズ面を「拡大側に凸面」とすることにより歪曲収差の補正が容易になる。
(4) 1.5<2G_f/fw<5.0
(5) −4.5<3G_f/fw<−1.0
の少なくとも一方を満足することが好ましい。
条件(4)、(5)において、fwは前述の如く「広角端における全系の焦点距離(>0)」であり、2G_fは「第2レンズ群の合成焦点距離(>0)」、3G_fは「第3レンズ群の合成焦点距離(<0)」を表す。
条件(4)は、第2レンズ群の屈折力の「全系の屈折力に対する好適な範囲」を設定する条件であり、条件(5)は、第3レンズ群の屈折力の「全系の屈折力に対する好適な範囲」を設定する条件である。
条件(4)の下限値を超えると、第2レンズ群の正の屈折力が大きくなり、第1レンズ群で発生する歪曲収差を補正することが可能であるが、コマ収差などの諸収差の補正が困難となり易い。上限値を超えた場合、第2レンズ群の正の屈折力が小さくなり、像面湾曲や非点収差等の収差を補正可能となるが、広画角化した場合の歪曲収差の補正が困難となり易い。
条件(5)の下限値を超えると、非点収差や像面湾曲等の収差の良好な補正が可能であるが「望遠側で負の屈折力の不足」を招来し易い。上限値を超えた場合、非点収差や歪曲収差等の諸収差の補正が困難となり易い。
条件(4)や(5)を満足することにより、条件(2)で特定されるズーム比の範囲で「良好な光学性能の実現が」容易となる。
条件(1)ないし(3)とともに、条件(4)、(5)の少なくとも一方を満足することにより、これら条件の持つ効果を得ることができるが、条件(1)ないし(3)とともに、条件(4)および(5)を満足することが最も好ましいことは言うまでもない。
第2レンズ群は「正の屈折力」を有するが、第2レンズ群を構成するレンズのうちに「負の屈折力を持つレンズ」を1枚以上含めることにより、条件(4)における「2G_f」を「条件(4)を満足する」ように調整し易い。
さらに、正の屈折力を有する第7レンズ群は「正レンズ1枚」で、構成することができる。図1ないし図5に示す実施の各形態においても、第7レンズ群7Gは「1枚の正レンズのみ」で構成されており、第7レンズ群を1枚の正レンズで構成することにより、投射用ズームレンズの構成を簡単化できる。
以下に、投射用ズームレンズの具体的な実施例を挙げる。
「実施例1」
実施例1は、図1にレンズ構成を示したものである。
実施例1の投射用ズームレンズのデータを図6に示す。
図6において最も上の欄における「i」は、拡大側から数えた面(レンズ面および開口絞りSの面、色合成用プリズムPRの面)を表すパラメータであり、「IMG」は平面画像が表示される面である。
また、「R」は曲率半径、「D」は面間隔、「j」は、拡大側から数えたレンズを表すパラメータ、「PR」は色合成用プリズムを示す。「N」はd線の屈折率、「ν」はアッベ数である。これらは、実施例2ないし実施例5においても同様である。
図7において(a)は広角端、中間焦点距離(中間と表示)、望遠端における焦点距離を示す。(b)は、図6に示すデータ中の面間隔「可変」の部分の、広角端、中間、望遠端における面間隔、(c)は、条件(1)ないし(5)のパラメータの値(条件式(1)ないし条件式(5)の値と表示)を示す。
実施例2は、図2にレンズ構成を示したものである。
実施例2の投射用ズームレンズのデータを図8に示す。
図9には、実施例2の投射用ズームレンズの各種のパラメータを図7に倣って示す。
実施例3は、図3にレンズ構成を示したものである。
実施例3の投射用ズームレンズのデータを図10に示す。
図11には、実施例3の投射用ズームレンズの各種のパラメータを図7に倣って示す。
実施例4は、図4にレンズ構成を示したものである。
実施例4の投射用ズームレンズのデータを図12に示す。
図13には、実施例4の投射用ズームレンズの各種のパラメータを図7に倣って示す。
実施例5は、図5にレンズ構成を示したものである。
実施例5の投射用ズームレンズのデータを図14に示す。
図15には、実施例5の投射用ズームレンズの各種のパラメータを図7に倣って示す。
実施例1 36.1度〜20.0度
実施例2 36.1度〜20.0度
実施例3 40.1度〜26.4度
実施例4 36.1度〜20.0度
実施例5 41.5度〜26.0度
なお、実施例1ないし7のうち、実施例1、3、4、5においては、第6レンズ群6Gが負の屈折力を有し、実施例2では第6レンズ群6Gは正の屈折力を有する。
図17に、実施例1の投射用ズームレンズの望遠端における収差図を示す。
図18に、実施例2の投射用ズームレンズの広角端における収差図を示す。
図19に、実施例2の投射用ズームレンズの望遠端における収差図を示す。
図20に、実施例3の投射用ズームレンズの広角端における収差図を示す。
図21に、実施例3の投射用ズームレンズの望遠端における収差図を示す。
図22に、実施例4の投射用ズームレンズの広角端における収差図を示す。
図23に、実施例4の投射用ズームレンズの望遠端における収差図を示す。
図24に、実施例5の投射用ズームレンズの広角端における収差図を示す。
図25に、実施例5の投射用ズームレンズの望遠端における収差図を示す。
これら各収差図は、前述の如く「拡大側に表示された投射画像を物体面」とし、縮小側の「平面画像」の位置を像面として算出したものである。
収差図における「Y」は最大像高で「平面画像OIの対角線長の1/2」であり、実施例1ないし7を通じて「14.6mm」である。コマ収差の図における0Hないし1Hは、この14.6mmを1H、0mmを0Hとして規格化した値である。
各収差図から明らかなように、各実施例とも、広角端・望遠端ともに良好な性能が実現されている。
図26に示す投射型画像表示装置は、何れもプロジェクタであり、以下、プロジェクタPR1、PR2と称する。繁雑を避けるため投射型ズームレンズは「符号4」で示す。
図26(a)に示すプロジェクタPR1は、液晶パネルを用いる3板式プロジェクタであり、図示のように、3枚の液晶パネルPR、PG、PBが用いられる。液晶パネルPRには「投射画像の赤色成分画像」が表示され、この画像は照明装置LRから放射される波長:620nmの赤色照明光により照明される。赤色照明光は、液晶パネルLRに表示された赤色成分画像により強度変調されて色合成用プリズムPRに入射する。
プロジェクタPR2は、照明系2と、画像表示素子であるDMD3と、投射用ズームレンズ4を有する。
コンデンサーレンズCL、RGBカラーホイールCWとミラーMとは「照明光学系」を構成する。照明光学系や光源21等を制御する「制御部」は、図26(b)において図示を省略されている。
[1]
平面画像(OI)を倍率可変で拡大して投射する投射用ズームレンズであって、拡大側から縮小側ヘ向かって順に、負の屈折力を有する第1レンズ群(1G)、正の屈折力を有する第2レンズ群(2G)、負の屈折力を有する第3レンズ群(3G)、正の屈折力を有する第4レンズ群(4G)、正の屈折力を有する第5レンズ群(5G)、負又は正の屈折力を有する第6レンズ群(6G)、正の屈折力を有する第7レンズ群(7G)を有し、第4レンズ群(4G)と第5レンズ群(5G)との間に開口絞り(S)を有してなり、ズーミングに際して第2レンズ群(2G)から第6レンズ群(6G)までが光軸上を移動することにより第1レンズ群(1G)ないし第7レンズ群(7G)の群間隔が変化し、d線において空気換算されたバックフォーカス:Bf、広角端における全系の焦点距離:fw、望遠端における全系の焦点距離:ft、前記第1レンズ群の合成焦点距離:1G_fが、条件:
(1) 2.0<Bf/fw<5.0
(2) 1.5<ft/fw<3.0
(3) −3.0<1G_f/fw <−1.0
を満足する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[1]記載の投射用ズームレンズであって、第1レンズ群(1G)が、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つレンズを少なくとも2枚有する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[3]
[1]または[2]記載の投射用ズームレンズであって、第2レンズ群(2G)の合成焦点距離:2G_f、広角端における全系の焦点距離:fwが、条件:
(4) 1.5<2G_f/fw<5.0
を満足する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[4]
[3]記載の投射用ズームレンズであって、第2レンズ群(2G)が、少なくとも1枚の負の屈折力を持つレンズを有する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[1]ないし[4]記載の投射用ズームレンズであって、第3レンズ群(3G)の合成焦点距離:3G_f、前記広角端における全系の焦点距離:fwが、条件:
(5) −4.5<3G_f/fw<−1.0
を満足する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[5]記載の投射用ズームレンズであって、第3レンズ群(3G)が、負の屈折力を持つ1枚のレンズのみで構成されている投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[1]ないし[6]の何れか1に記載の投射用ズームレンズであって、
フォーカシングに際して、第1レンズ群(1G)全系若しくは第1レンズ群に含まれる1枚以上のレンズが光軸方向へ移動する投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
[8]
[1]ないし[7]の何れか1に記載の投射用ズームレンズであって、第7レンズ群(7G)が、正の屈折力を持つ1枚のレンズのみで構成されている投射用ズームレンズ(実施例1ないし5)。
画像表示素子(PR、PG、PB、3)に表示される平面画像を、倍率可変で拡大して投射表示する投射型画像表示装置(PR1、PR2)であって、平面画像を倍率可変で拡大して投射する投射用ズームレンズ(4)として、[1]ないし[7]の何れか1に記載の投射用ズームレンズを用いる投射型画像表示装置(図26)。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
2G 第2レンズ群
3G 第3レンズ群
4G 第4レンズ群
S 開口絞り
5G 第5レンズ群
6G 第6レンズ群
7G 第7レンズ群
PR 色合成凹プリズム
OI 平面画像
Claims (9)
- 平面画像を倍率可変で拡大して投射する投射用ズームレンズであって、拡大側から縮小側ヘ向かって順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、正の屈折力を有する第5レンズ群、負又は正の屈折力を有する第6レンズ群、正の屈折力を有する第7レンズ群を有し、前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間に開口絞りを有してなり、
ズーミングに際して第2レンズ群から第6レンズ群までが光軸上を移動することにより前記第1レンズ群ないし第7レンズ群の群間隔が変化し、
d線において空気換算されたバックフォーカス:Bf、広角端における全系の焦点距離:fw、望遠端における全系の焦点距離:ft、前記第1レンズ群の合成焦点距離:1G_fが、条件:
(1) 2.0<Bf/fw<5.0
(2) 1.5<ft/fw<3.0
(3) −3.0<1G_f/fw <−1.0
を満足する投射用ズームレンズ。 - 請求項1記載の投射用ズームレンズであって、
前記第1レンズ群が、拡大側に凸面を向けた負の屈折力を持つレンズを少なくとも2枚有する投射用ズームレンズ。 - 請求項1または2記載の投射用ズームレンズであって、
前記第2レンズ群の合成焦点距離:2G_f、前記広角端における全系の焦点距離:fwが、条件:
(4) 1.5<2G_f/fw<5.0
を満足する投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし3の何れか1項に記載の投射用ズームレンズであって、
前記第2レンズ群が、少なくとも1枚の負の屈折力を持つレンズを有する投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし4の何れか1項に記載の投射用ズームレンズであって、
前記第3レンズ群の合成焦点距離:3G_f、前記広角端における全系の焦点距離:fwが、条件:
(5) −4.5<3G_f/fw<−1.0
を満足する投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし5の何れか1項に記載の投射用ズームレンズであって、
前記第3レンズ群が、負の屈折力を持つ1枚のレンズのみで構成されている投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし6の何れか1項に記載の投射用ズームレンズであって、
フォーカシングに際して、前記第1レンズ群全系若しくは前記第1レンズ群に含まれる1枚以上のレンズが光軸方向へ移動する投射用ズームレンズ。 - 請求項1ないし7の何れか1項に記載の投射用ズームレンズであって、
前記第7レンズ群が、正の屈折力を持つ1枚のレンズのみで構成されている投射用ズームレンズ。 - 画像表示素子に表示される前記平面画像を、倍率可変で拡大して投射表示する投射型画像表示装置であって、
平面画像を倍率可変で拡大して投射する投射用ズームレンズとして、請求項1ないし8の何れか1項に記載の前記投射用ズームレンズを用いる投射型画像表示装置。
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