JP3442744B2 - 広角投写レンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

広角投写レンズおよび投写型表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブを用
いた投写型表示装置に搭載される大きなイメージサーク
ルを有する広角投写レンズの構成と、この広角投写レン
ズを搭載した投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図17は、従来のライトバルブを用いた
投写型表示装置における、偏心投写方式を用いた光学系
の説明図である。図において、91は反射型ライトバル
ブ6を照明する照明光束,92は反射型ライトバルブ6
で反射され、投写レンズ8に入射する反射光束、93は
投写レンズ8の光軸である。
【0003】反射型ライトバルブ6に対して照明光91
が斜め方向から照射され、反射型ライトバルブ6の面内
で2次元変調を受けて反射した光束92は、投写レンズ
8によって図示しないスクリーン上に拡大投写される。
【0004】ここで、反射型ライバルブ6の表示領域
は、投写レンズ8の光軸93に垂直でかつ中心がレンズ
光軸93に対して下方向にずらされて偏心配置される。
これは、照明光91を生成する照明光学系と投写レンズ
8の物理的な干渉を避け、照明光束もしくは投写光束の
けられが発生するのを防ぎ、均一な投写画像を得るため
である。
【0005】上記のように、反射型ライトバルブ6を投
写レンズ8に対して偏心配置するためには、投写レンズ
8のイメージサークル(投写レンズ8が良好に収差補正
されている領域)の仕様を大きくする必要がある。この
状況について図18および図19を用いて説明する。
【0006】図18は、アスペクト比4:3のライトバ
ルブ6を投写する投写レンズ8のイメージサークルIMC
を示す図である。具体的には、図18(a)はライトバル
ブ6の中心がイメージサークルIMCの中心に一致する場
合(on-axis投写)を示し、図18(b)はライトバルブ6
の上側長辺中心がイメージサークル中心に一致するよう
に偏心配置した場合(off-axis投写)を示す。on-axis
投写の場合のイメージサークル直径が5であるのに対
し、off-axis投写の場合のイメージサークル直径が7.2
と44%大きくなることがわかる。
【0007】図19は、アスペクト比16:9のライト
バルブ6を投写する投写レンズ8のイメージサークルIM
Cを示す図である。具体的には、図19(a)はライトバル
ブ6の中心がイメージサークルIMCの中心に一致する場
合(on-axis投写)を示し、図19(b)はライトバルブ6
の上側長辺中心がイメージサークル中心に一致するよう
に偏心配置した場合(off-axis投写)を示す。on-axis
投写の場合のイメージサークル直径が18.36であるのに
対し、off-axis投写の場合のイメージサークル直径が2
4.08と約31%大きくなることがわかる。
【0008】また、ライトバルブ6の偏心量が大きくな
るとイメージサークル直径が大きくなることが以上の例
からわかる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】off-axis投写方式は構
成が簡素であり、画面中心に相当する投写光を投写レン
ズ光軸93より上方向に傾けて出射できるので、小型の
フロント投写型プロジェクタで採用された例がある。こ
の方式では投写レンズ8のイメージサークルがライトバ
ルブ6の対角寸法よりも大きくなる。このことが原因で
特に背面投写型プロジェクタにoff-axis投写方式を適用
する場合には、光学系全体を内蔵する筐体の小型化に必
要な焦点距離の短縮と良好な結像性能の両立が困難であ
った。
【0010】DMD(Digital Micromirror Device)投
写用の投写レンズの従来例としては、例えば「特開20
00−275729」に開示されたものが公知である。
この従来例では、DMDを構成する微小ミラーの傾斜角
±10°に対応してF/3で投写半画角ω=27.3°
の投写レンズ構成を提案している。また、レンズ全系の
絞りをDMD側に配置して照明光束と投写光束との干渉
を小さくするレンズ構成を開示している。しかし、DM
Dの研究開発の進展により微小ミラーの傾斜角±12°
の素子が開発されつつあり、十分な投写光束を確保し高
輝度なプロジェクタを構成するには投写レンズとしてF
/2.4程度の仕様が求められる。また、上記投写半画
角27.3°は背面投写型プロジェクタを構成する場
合、所定のスクリーンサイズに対する投写距離が大きく
なりすぎて、小型の背面投写型プロジェクタを構成する
上で問題がある。望ましくは、投写レンズとしての半画
角40°以上を確保することが望まれる。
【0011】背面投写型表示装置に用いられるoff-axis
投写方式の投写レンズに必要な基本仕様の項目は以下の
通りである。
【0012】(1)広画角性:投写距離を短縮して光学
系を小型の筐体に実装するために、短焦点距離の投写レ
ンズが必要である。先に述べたようにF/2.4におい
てレンズの半画角ω>40°が望ましい。
【0013】(2)小さな入射側レンズ径:照明光学系
と投写光学系の干渉による光束けられを避けるために、
投写レンズの光束入射側(ライトバルブ側)の直径を極
力小さくすることが望まれる。
【0014】(3)長いバックフォーカル長:上記(2)
項の要請と相まって、ライトバルブ側のバックフォーカ
ル長を大きく設定することで照明光学系と投写光学系の
干渉による光束けられをなくす配慮が求められる。
【0015】(4)大きなイメージサークル:off-axis
投写に対応するために大きなイメージサークル内で良好
に収差補正されたレンズ系が求められる。
【0016】背面投写型表示装置においては、以上のよ
うに(1)広画角性、(2)小さな入射側レンズ径、
(3)長いバックフォーカル長、(4)大きなイメージ
サークルに関する基本仕様を満足した上で、さらに下記
の基本性能をもった投写レンズが求められる。
【0017】(a)低色収差:投写画像の原色画素の投
写倍率差が十分小さくなるよう、典型的には画素ピッチ
程度に、また望ましくは画素ピッチの半分以下に倍率色
収差を制御することが必要である。さらに、各原色毎の
合焦点が一致するよう、縦の色収差を小さく制御するこ
とが必要である。
【0018】(b)低歪曲収差:背面投写型プロジェク
タでは、投写スクリーンの枠の内側に矩形状投写画像を
投写するので、画面周辺部の歪曲が目立ちやすい。従っ
て、歪曲収差による画素の理想点からのずれを、典型的
には1%以下程度に制御する投写レンズ設計が求められ
る。
【0019】(c)高解像度:近年開発が進んでいる100
万画素級の高密度・多画素の画素数を有するライトバル
ブ素子の原画像を拡大投写するには、ライトバルブの微
細画素構造に応じた高解像度な投写レンズが求められ
る。投写レンズの高解像度性を確保するためには、上述
した色収差、歪曲収差以外の軸上収差、各種軸外収差も
十分に補正する必要がある。
【0020】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、ライトバルブとして、反射型液晶パ
ネルや、DMD等を用いた投写型表示装置に搭載される
投写レンズに関し、広画角投写が可能で、かつoff-axis
投写光学系を構成した際にも投写光学系と照明光学系の
干渉のない小さな入射側レンズ径と長いバックフォーカ
ル長を有し、off-axis投写に必要な大きなイメージサー
クルを有する投写レンズを提供することを目的とする。
【0021】また、上記(1)〜(4)の仕様を満たし
つつ、性能的に上記(a)〜(c)の課題を解決して高
画質な画像投写が可能で、ローコストな背面投射型表示
装置用広角投写レンズを提供することを目的とする。さ
らに、この広角投写レンズを備えた、高画質,ローコス
トで小型の投写型表示装置を提供することを目的とす
る。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
広角投写レンズは、大きな共役側から小さな共役側に向
かう順に、正の屈折力を有するGnpレンズ群と、正の
屈折力を有するGfレンズ群とから構成され、該Gnp
レンズ群は大きな共役側から小さな共役側に向かう順
に、負の屈折力を有するGnレンズ群と、正の屈折力を
有するGpレンズ群とから構成され、前記Gnレンズ群
は、大きな共役側から小さな共役側に向かう順に、負の
屈折力を有するGn1レンズ群と、負の屈折力を有する
Gn2レンズ群とから構成され、前記Gpレンズ群は、
大きな共役側から小さな共役側に向かう順に、正の屈折
力を有するGp1レンズ群と、正の屈折力を有するGp
2レンズ群とから構成され、前記Gn1レンズ群は、大
きな共役側から小さな共役側に向かう順に、負の屈折力
を有し大きな共役側に凸のメニスカス状の第1レンズ
と、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメニスカス状
の第2レンズと、正の屈折力を有し両凸の第3レンズ
と、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメニスカス状
の第4レンズと、負の屈折力を有し両凹の第5レンズと
から構成され、前記Gn2レンズ群は、大きな共役側か
ら小さな共役側に向かう順に、正の屈折力を有し両凸の
第6レンズと、負の屈折力を有し小さな共役側が凹面の
第7レンズとから構成され、前記Gp1レンズ群は、大
きな共役側から小さな共役側に向かう順に、正の屈折力
を有し大きな共役側が凸面の第8レンズと、正の屈折力
を有し小さな共役側に凸のメニスカス状の第9レンズ
と、負の屈折力を有し両凹の第10レンズと、正の屈折
力を有し第10レンズと接合された両凸の第11レンズ
とから構成され、下記の(1)、(2)、(3)および
(4)式の関係を満足する。
【0023】 −1.8<fn/f<−1.1 …(1) 3.2<fp/f<5.5 …(2) 1.2<Dnp/f<2.4 …(3) 2.8<ff/fnp<4.4 …(4) ただし、上式において、 f :レンズ全系の焦点距離 fn :Gnレンズ群の焦点距離 fp :Gpレンズ群の焦点距離 Dnp:Gnレンズ群とGpレンズ群との空気間隔 fnp:Gnpレンズ群の焦点距離 ff :Gfレンズ群の焦点距離 を表す。
【0024】また、本発明の請求項2に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、下記(5)式の関係
を満足する。
【0025】 3.0<BFLnp/fnp<4.5 …(5) ただし、上式において、 fnp :Gnpレンズ群の焦点距離 BFLnp:Gnpレンズ群のバックフォーカル長 を表す。
【0026】また、本発明の請求項3に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、下記(6)式の関係
を満足する。
【0027】 |EXPnp|/fnp<2.0 …(6) ただし、上式において、 fnp :Gnpレンズ群の焦点距離 |EXPnp|:Gnpレンズ群の、小さな共役側最終
面から見た、小さな共役側の瞳距離の絶対値 を表す。
【0028】また、本発明の請求項4に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、下記(7)式の関係
を満足する。
【0029】 0.6<Dpf/ff<1.2 …(7) ただし、上式において、 ff :Gfレンズ群の焦点距離 Dpf :Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔 を表す。
【0030】また、本発明の請求項5に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、下記(8)式の関係
を満足する。
【0031】 0.75<(Dpf−EXPnp)/ff<1.5 …(8) ただし、上式において、 ff :Gfレンズ群の焦点距離 Dpf :Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔 EXPnp:Gnpレンズ群の、小さな共役側最終面か
ら見た、小さな共役側の瞳距離 を表す。
【0032】
【0033】
【0034】また、本発明の請求項に係る広角投写レ
ンズは、請求項の構成に加えて、Gp2レンズ群は少
なくとも1面の非球面を含む。
【0035】また、本発明の請求項に係る広角投写レ
ンズは、請求項の構成に加えて、Gp2レンズ群は絞
り手段を含む。
【0036】また、本発明の請求項に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、Gfレンズ群は、大
きな共役側に凸面を有する凸平レンズより構成される。
【0037】また、本発明の請求項に係る広角投写レ
ンズは、請求項1の構成に加えて、Gfレンズ群は非球
面を含む。
【0038】また、本発明の請求項10に係る広角投写
レンズは、請求項の構成に加えて、下記の(9)、
(10)、(11)、(12)、(13)、および(1
4)式の関係を満足する。
【0039】ν1<41 …(9) ν3<31 …(10) ν5<32 …(11) n1>1.54 …(12) n3>1.65 …(13) n5>1.65 …(14) ただし、上式において、 ν1 :第1レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
ベ数 ν3 :第2レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
ベ数 ν5 :第3レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
ベ数 n1 :第1レンズを構成する硝材のd線における屈折
率 n3 :第2レンズを構成する硝材のd線における屈折
率 n5 :第3レンズを構成する硝材のd線における屈折
率 を表す。
【0040】また、本発明の請求項11に係る広角投写
レンズは、請求項の構成に加えて、下記の(15)、
(16)、(17)、(18)、(19)、および(2
0)式の関係を満足する。
【0041】ν15<35 …(15) ν19<33 …(16) ν20>50 …(17) n15>1.60 …(18) n19>1.65 …(19) n20<1.70 …(20) ただし、上式において、 ν15 :第8レンズを構成する硝材のd線におけるア
ッベ数 ν19 :第10レンズを構成する硝材のd線における
アッベ数 ν20 :第11レンズを構成する硝材のd線における
アッベ数 n15 :第8レンズを構成する硝材のd線における屈
折率 n19 :第10レンズを構成する硝材のd線における
屈折率 n20 :第11レンズを構成する硝材のd線における
屈折率 を表す。
【0042】また、本発明の請求項12に係る投写型表
示装置は、光源と、画像表示面を有する反射型ライトバ
ルブと、該光源の出射光束を前記反射型ライトバルブに
導く照明光学手段と、前記反射型ライトバルブにより反
射されて2次元的に変調された変調光束を拡大投写する
請求項1ないし11のいずれかに記載の広角投写レンズ
とを備える。
【0043】また、本発明の請求項13に係る投写型表
示装置は、請求項12の構成に加えて、前記照明光学手
段を構成する光学素子のうち、前記反射型ライトバルブ
に最も近いレンズが凸平レンズからなり、該凸平レンズ
は前記反射型ライトバルブの画像表示面に平面を向けて
近接配置されており、該凸平レンズは前記広角投写レン
ズを構成するレンズ群のうち最も小さな共役側のレンズ
群Gfを兼用している。
【0044】また、本発明の請求項14に係る投写型表
示装置は、請求項12の構成に加えて、前記反射型ライ
トバルブの画像表示面と前記広角投写レンズの光軸との
交点が、該画像表示面の中心点と一致しないように配設
される。
【0045】また、本発明の請求項15に係る投写型表
示装置は、請求項13の構成に加えて、前記反射型ライ
トバルブの画像表示面の法線に対して前記投写レンズの
光軸が平行で、かつ前記照明光学手段の前記凸平レンズ
を除く光軸が前記反射型ライトバルブの画像表示面の法
線に対し傾斜して配設される。
【0046】また、本発明の請求項16に係る投写型表
示装置は、請求項12の構成に加えて、前記反射型ライ
トバルブは液晶ライトバルブよりなる。
【0047】また、本発明の請求項17に係る投写型表
示装置は、請求項12の構成に加えて、前記反射型ライ
トバルブは、複数の傾斜可能な単位ミラーを含むミラー
アレイよりなる。
【0048】以上の、本発明の各請求項に係る広角投写
レンズにおいては、以下のような作用が奏される。
【0049】本発明の請求項1の広角投写レンズにおい
ては、広画角、短焦点距離にもかかわらず、off-axis投
写方式に必要な大きなイメージサークルを有し、照明光
学系/投写光学系の干渉を生じさせない大きな空気間隔
と広角投写レンズ系前群の入射部において小さなレンズ
直径を確保し、かつ低色収差、低歪曲収差、高解像度
等、良好な光学性能を実現できる。
【0050】なお、条件式(1)〜(3)は投写レンズ
系の前群であるGnpレンズ群において大きなバックフ
ォーカル長を確保しつつ全系の収差特性を良好に補正す
るための条件式である。
【0051】条件式(1)は、Gnpレンズ群のうち負
の屈折力を有するGnレンズ群の全レンズ系に対する焦
点距離の比を定めている。条件式(1)の上限を超える
と、Gnpレンズ群のレトロフォーカス性が高まり、G
npレンズ群のバックフォーカル長を大きく保つには有
利であるが、Gnレンズ群による高次の非点収差、コマ
収差等の軸外収差の発生が大きくなりすぎて、良好な結
像性能を実現することが困難になる。また条件式(1)
の下限を超えると、Gnpレンズ群の大きなバックフォ
ーカル長を確保することが困難になる。長いバックフォ
ーカル長を確保するにはGnレンズ群とGpレンズ群の
間隔を不必要に大きくとる必要があるのでレンズ全長が
増加し、それに伴ってGnレンズ群の前群であるGn1
レンズ群のレンズ外径が大きくなるので好ましくない
また、本発明の請求項1の広角投写レンズにおいては、
Gnレンズ群をGn1レンズ群とGn2レンズ群の2群
構成とし、Gnpレンズ群を構成するGpレンズ群をG
p1レンズ群とGp2レンズ群の2群構成とすること
で、バックフォーカル長の大きなGnpレンズ群の構成
がより明確になり、本発明の課題である基本仕様(1)
〜(4)と基本性能(a)〜(c)の実現に向けたレン
ズ系を提供することが容易になる。さらに、本発明の請
求項1の広角投写レンズにおいては、Gn1レンズ群
と、Gn2レンズ群と、Gp1レンズ群の各々を構成す
る単レンズ形状と屈折力の符号が明確になる。この結
果、広画角,短焦点距離にもかかわらず、off-axis投写
方式に必要な大きなイメージサークルを有し、照明光学
系/投写光学系の干渉を生じさせない大きな空気間隔を
確保し、かつ低色収差、低歪曲収差、高解像度等、良好
な光学性能を有する広角投写レンズの具体構成が提供で
きる。
【0052】条件式(2)はGnpレンズ群のうち正の
屈折力を有するGpレンズ群の全レンズ系に対する焦点
距離の比を定めている。条件式(2)の上限を超える
と、Gnpレンズ群のバックフォーカル長を大きく保つ
には有利であるがレンズ全系の焦点距離が大きくなり、
必要な画角を確保するのが困難になる。また必要画角を
満たすにはGnレンズ群の負のパワーが強くなり、軸外
収差の補正が困難になる。また条件式(2)の下限を超
えると、Gnpレンズ群の大きなバックフォーカル長を
確保することが困難になる。
【0053】条件式(3)は、Gnレンズ群とGpレン
ズ群の空気間隔の全レンズ系の焦点距離に対する比を定
めている。条件式(3)の上限を超えるとGnpレンズ
群の大きなバックフォーカル長を実現する上では有利で
あるが、Gn群のレンズ径が大きくなり、かつレンズ全
長が不必要に大きくなる。逆に(3)式の下限を超える
とGnpレンズ群の大きなバックフォーカル長を確保す
るのが困難になる。また必要画角を満たすにはGnレン
ズ群の負のパワーが強くなり、軸外収差の補正が困難に
なる。
【0054】条件式(4)は、Gfレンズ群とGnpレ
ンズ群の焦点距離の比を定めている。条件式(4)の上
限を超えると、Gnpレンズ群とGfレンズ群の空気間
隔は大きくなるが、レンズ全長を不必要に大きくすると
ともに、必要なF値を確保した場合にGnpレンズ群の
入射側(ライトバルブ側)レンズ径が大きくなる。ま
た、Gnpレンズ群のバックフォーカル長を必要以上に
大きく確保する必要があり、特に軸外収差の補正が困難
になる。条件式(4)の下限を超えると、Gnpレンズ
群とGfレンズ群の空気間隔が小さくなって照明光学系
と投写光学系の干渉が起こり、投写画像の輝度均一性を
確保する上で問題が生じる。
【0055】本発明の請求項2の広角投写レンズにおい
ては、Gnpレンズ群のバックフォーカル長を適正な大
きさに保ちかつ良好な結像特性を実現することができ
る。条件式(5)はGnpレンズ群のバックフォーカル
長と焦点距離の比を定めている。条件式(5)の上限を
超えると大きなバックフォーカル長を確保でき、照明光
学系と投写光学系の干渉を避ける面では有利だが、Gn
pレンズ群のバックフォーカル長を必要以上に大きく確
保する必要があり、特に軸外収差の補正が困難になりレ
ンズ系の解像力が低下する。
【0056】また、条件式(5)の下限を超えると、G
npレンズ群のバックフォーカル長が小さくなり、証明
光学系と投写光学系の干渉により投写画像の輝度分布の
均一性を確保する上で問題が生じる。
【0057】本発明の請求項3の広角投写レンズにおい
ては、Gnpレンズ群のライトバルブ側(全レンズ系の
小さな共役側)のレンズ直径を小さくすることができ、
照明光学系と投写光学系の干渉を避けることができる。
条件式(6)は、Gnpレンズ群の、小さな共役側最終
面から見た小さな共役側の瞳距離の絶対値と、Gnpレ
ンズ群の焦点距離との比を定めている。条件式(6)の
上限を超えると瞳距離がGnpレンズ群の最終面より離
れすぎて、ライトバルブ側のレンズ径が増大し、照明光
学系と投写光学系の干渉が生じることで投写画像の輝度
分布の均一性が損なわれる等の不都合が生じる。
【0058】本発明の請求項4の広角投写レンズにおい
ては、Gpレンズ群とGfレンズ群との間に適正な空気
間隔を確保し、照明光学系と投写光学系の干渉を避ける
と共に良好な結像特性を実現できる。条件式(7)は、
Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔とGfレンズ
群の焦点距離の比を定めている。条件式(7)の上限を
超えると大きな空気間隔が確保でき、照明光学系と投写
光学系の干渉を避ける点では有利だが、Gnpレンズ群
のバックフォーカル長を必要以上に大きく確保する必要
があり、特に軸外収差の補正が困難になりレンズ系の解
像力が低下する。条件式(7)の下限を超えると、空気
間隔が小さくなりすぎて、照明光学系と投写光学系の干
渉が生じることで投写画像の輝度分布の均一性が損なわ
れる等の不都合が生じる。
【0059】本発明の請求項5の広角投写レンズにおい
ては、Gfレンズ群からGnpレンズ群の小さな共役側
の瞳までの距離を適正に保ち、照明光学系と投写光学系
の干渉を避けると共に、良好な結像特性を確保し、かつ
ライトバルブからの反射光を効率よく投写レンズ系に結
合することが可能となる。条件式(8)はGfレンズ群
とGnpレンズ群の小さな共役側の瞳との距離と、Gf
レンズ群の焦点距離の比を定めている。条件式(8)の
上限を超えると、ライトバルブからの反射光がGnpレ
ンズ群の小さな共役側の瞳よりもライトバルブ寄りの点
で集光することになり、Gnpレンズ群への反射光の結
合効率が低下すると共に、off-axis投写方式における投
写画像の輝度分布の均一性が損なわれる。条件式(8)
の下限を超えると、ライトバルブからの反射光がGnp
レンズ群の小さな共役側の瞳よりもスクリーン寄りで集
光することになり、Gnpレンズ群への反射光の結合効
率が低下すると共に、off-axis投写方式における投写画
像の輝度分布の均一性が損なわれる。また、Gfレンズ
群とGnpレンズ群の空気間隔が小さくなるので、照明
光学系と投写光学系の干渉が生じることで、投写画像の
輝度分布の均一性が一層損なわれる。
【0060】
【0061】
【0062】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gp2レンズ群に非球面を含むことで、特に強力
に高次の球面収差補正を行うことが可能で、良好な結像
性能が実現できる。
【0063】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gp2レンズ群に絞り手段を含むことで、Gnp
レンズ群の小さな共役側のレンズ径を小口径化でき、照
明光学系と投写光学系の干渉を防止でき、off-axis投写
方式の投写型表示装置において投写画像の輝度分布の均
一性が良好になる。
【0064】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gfレンズ群を凸平レンズとし、平面をライトバ
ルブ側に向けて配置することでライトバルブからの反射
光束を効率よくGnpレンズ群に結合することが可能に
なる。また、凸平レンズの平面側をライトバルブ側に向
けることで、Gfレンズ群とライトバルブの相対位置の
設定が容易になる。
【0065】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gfレンズ群に非球面を設けることで、歪曲収差
をはじめ、コマ収差、非点収差等、高次の軸外収差を強
力に補正し良好な結像特性を実現できる。
【0066】本発明の請求項10の広角投写レンズにお
いては、Gn1群内の第1〜第3レンズの屈折率、アッ
ベ数の条件を制限することで、良好な色収差補正を実現
するものである。条件式(9)、(10)、(11)
は、各々第1レンズ、第2レンズ、第3レンズを構成す
る硝材のd線におけるアッベ数の上限を規定する。また
条件式(12)、(13)、(14)は、各々第1レン
ズ、第2レンズ、第3レンズを構成する硝材のd線にお
ける屈折率の下限を規定する。条件式(9)、(1
0)、(11)の上限を超えた場合には全レンズ系の色
収差補正が困難となる。また、条件式(12)、(1
3)、(14)の下限を超えた場合にも全レンズ系の色
収差補正が困難となる。
【0067】本発明の請求項11の広角投写レンズにお
いては、Gp1群内の第8、第10、第11レンズの屈
折率、アッベ数の条件を制限することで、良好な色収差
補正を実現するものである。条件式(15)、(16)
は、各々第8レンズ、第10レンズを構成する硝材のd
線におけるアッベ数の上限を規定し、条件式(17)は
第11レンズを構成する硝材のd線におけるアッベ数の
下限を規定する。また、条件式(18)、(19)は各
々第8レンズ、第10レンズを構成する硝材のd線にお
ける屈折率の下限を規定し、条件式(20)は第11レ
ンズを構成する硝材のd線における屈折率の上限を規定
する。条件式(15)、(16)、(20)の上限を超
えた場合には全レンズ系の色収差補正が困難となる。ま
た、条件式(17)、(18)、(19)の下限を超え
た場合にも全レンズ系の色収差補正が困難となる。
【0068】本発明の請求項12の投写型表示装置にお
いては、請求項1ないし11のいずれかの広角投写レン
ズを備えた、小型、高画質でローコストな装置が実現で
きる。
【0069】本発明の請求項13の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブ近傍に凸平レンズを配置すること
で照明光学系から投写光学系に至る光束を効率よく伝達
可能な投写型表示装置を実現できる。また、凸平レンズ
の平面側をライトバルブ側に向けることで、Gfレンズ
群とライトバルブの相対位置の設定が容易になる。
【0070】本発明の請求項14の投写型表示装置にお
いては、画像表示面と投写光軸の交点を画像表示面中心
点よりずらしたoff-axis投写方式の装置が実現できるの
で、請求項1ないし11の広角投写レンズの大きなイメ
ージサークルの特性を活用して照明光学系と投写光学系
の干渉を防止できる。
【0071】本発明の請求項15の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブの画像表示面法線と投写レンズ光
軸を平行とすることで、投写画像の歪曲をレンズ設計の
歪曲収差の範囲にコントロールできる。また、ライトバ
ルブ近傍の凸平レンズを除く照明光学系の光軸をライト
バルブの画像表示面法線に対し傾斜させることで、照明
光学系と投写光学系の干渉を防止できる。
【0072】本発明の請求項16の投写型表示装置にお
いては、液晶ライトバルブを搭載した小型、高画質でロ
ーコストな装置が実現できる。
【0073】本発明の請求項17の投写型表示装置にお
いては、DMD等の可動微小ミラーアレイを有するライ
トバルブを搭載した小型、高画質でローコストな装置が
実現できる。
【0074】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べる。
【0075】なお、以下に述べる、各実施の形態の説明
における、“大きな共役側”とは、投写光の出射側(投
写型表示装置においてはスクリーン側)を意味し、“小
さな共役側”とは、投写光の入射側(投写型表示装置に
おいてはライトバルブ側)を意味する。
【0076】また、以下に述べる、各実施の形態の説明
における、表に示すSはレンズの面番号を表しており、
OBJはスクリーン面を示す。また、Rは曲率半径(m
m)、Tは面間隔(mm)、Ndはd線(Heのd線で
ある587.56nm)の波長に対する硝材の屈折率、
νdはd線におけるアッベ数である。また、Typeは特別
な面のタイプを表しており、ASPは非球面を示し、S
TOは絞り面を示す。
【0077】また、実施の形態3、4、5、6では非球
面を使用している。非球面の形状は面頂点を基準とし、
光軸方向の距離をZ、光軸に垂直な方向への距離をY、
コーニック係数をK、曲率半径をR、4次の非球面係数
をD、6次の係数をE、8次の係数をF、10次の係数
をGとしたとき次式で表わされる。
【0078】
【数1】
【0079】また図1、図2、図3のIMGはライトバ
ルブの画像表示面を示す。
【0080】実施の形態1.図1は本発明の実施の形態
1における広角投写レンズの構成を示す図である。
【0081】図1に示す広角投写レンズは、大きな共役
側(スクリーン側)から小さな共役側に向かう順に、正
の屈折力を有するGnpレンズ群と、正の屈折力を有す
るGfレンズ群とから構成され、Gnpレンズ群は大き
な共役側から小さな共役側に向かう順に、負の屈折力を
有するGnレンズ群と、正の屈折力を有するGpレンズ
群とから構成されている。なお、Gnpレンズ群とGf
レンズ群の間は大きな空気間隔Dpfがあり、Gnレン
ズ群とGpレンズ群の間には空気間隔Dnpがある。
【0082】さらに前記Gnレンズ群は、大きな共役側
から小さな共役側に向かう順に、負の屈折力を有するG
n1レンズ群と、負の屈折力を有するGn2レンズ群と
から構成され、Gpレンズ群は、大きな共役側から小さ
な共役側に向かう順に、正の屈折力を有するGp1レン
ズ群と、正の屈折力を有するGp2レンズ群とから構成
されている。
【0083】Gn1レンズ群は、大きな共役側から小さ
な共役側に向かう順に、負の屈折力を有し大きな共役側
に凸のメニスカス状の第1レンズL1と、負の屈折力を
有し大きな共役側に凸のメニスカス状の第2レンズL2
と、正の屈折力を有し両凸の第3レンズL3と、負の屈
折力を有し大きな共役側に凸のメニスカス状の第4レン
ズL4と、負の屈折力を有し両凹の第5レンズL5とか
ら構成されている。Gn2レンズ群は、大きな共役側か
ら小さな共役側に向かう順に、正の屈折力を有し両凸の
第6レンズL6と、負の屈折力を有し小さな共役側が凹
面の第7レンズL7とから構成されている。
【0084】Gp1レンズ群は、大きな共役側から小さ
な共役側に向かう順に、正の屈折力を有し大きな共役側
が凸面の第8レンズL8と、正の屈折力を有し小さな共
役側に凸のメニスカス状の第9レンズL9と、負の屈折
力を有し両凹の第10レンズL10と、正の屈折力を有
し第10レンズと接合された両凸の第11レンズL11
とから構成されている。Gp2レンズ群は、大きな共役
側から小さな共役側に向かう順に、第12レンズL12
と、正の屈折力を有する両凸の第13レンズL13から
構成されている。なお、第13レンズの大きな共役側の
面は絞り面(STO)となっている。
【0085】Gfレンズ群は、正の屈折力を有し大きな
共役側が凸面で、小さな共役側が平面の第14レンズL
14から構成されている。
【0086】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表1に示す。
【0087】
【表1】
【0088】実施の形態2.図2は本発明の実施の形態
2における広角投写レンズの構成を示す図である。
【0089】図1との違いは、ライトバルブの画像表示
面を示す面IMGの前方にライトバルブを保護するカバ
ーガラス(CG)を挿入して収差補正している点にあ
る。基本的なレンズ群(Gnp,Gf)(Gn,Gp)
(Gn1,Gn2,Gp1,Gp2)の構成及びこれら
レンズ群を構成する単レンズの形状、屈折力の符号等は
実施の形態1で説明したものと同様である。
【0090】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表2に示す。
【0091】
【表2】
【0092】実施の形態3.本発明の実施の形態3にお
ける広角投写レンズの構成は、図2に示すものと同様で
ある。
【0093】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表3に示す。
【0094】
【表3】
【0095】実施の形態4.本発明の実施の形態4にお
ける広角投写レンズの構成は、図2に示すものと同様で
ある。
【0096】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表4に示す。
【0097】
【表4】
【0098】実施の形態5.本発明の実施の形態5にお
ける広角投写レンズの構成は、図2に示すものと同様で
ある。
【0099】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表5に示す。
【0100】
【表5】
【0101】実施の形態6.本実施の形態における広角
投写レンズの構成を図3に示す。
【0102】実施の形態2ないし5を示す図2との差異
は、Gp2レンズ群を2枚構成から、1枚の両凸の正レ
ンズL12による構成に変更したことにある。これ以外
の基本的なレンズ群(Gnp,Gf)(Gn,Gp)
(Gn1,Gn2,Gp1)の構成及びこれらレンズ群
を構成する単レンズの形状、屈折力の符号等は実施の形
態1で説明したものと同様である。
【0103】本実施の形態の広角投写レンズの数値実施
例を表6に示す。
【0104】
【表6】
【0105】次に、数値実施例1〜6による広角投写レ
ンズの小さな共役側における非点収差、歪曲収差、及び
横収差の計算結果につき図4〜図15のグラフに示す。
各図と数値実施例の対応は、以下の通りである。
【0106】図4;数値実施例1の非点収差,歪曲収差 図5;数値実施例1の横収差 図6;数値実施例2の非点収差,歪曲収差 図7;数値実施例2の横収差 図8;数値実施例3の非点収差,歪曲収差 図9;数値実施例3の横収差 図10;数値実施例4の非点収差,歪曲収差 図11;数値実施例4の横収差 図12;数値実施例5の非点収差,歪曲収差 図13;数値実施例5の横収差 図14;数値実施例6の非点収差,歪曲収差 図15;数値実施例6の横収差
【0107】上記各図において、非点収差,歪曲収差は
共に波長546.1nmについてプロットした。非点収
差は、軸外の主光線と光軸を含む面内の光線をタンジェ
ンシャル光線Tとし、軸外の主光線を含みタンジェンシ
ャル面に直交する光線をサジッタル光線Sとして縦軸を
最大像高11.7mmまでプロットした。
【0108】また横収差は、450nmの波長WL1、
546.1nmの波長WL2、630nmの波長WL3
についてプロットした。各横収差の図において(a)は
軸上の横収差、(b)は最大像高11.7mmの横収差
である。
【0109】マトリクス状の画素構造を有するライトバ
ルブを用いた投写型表示装置では、画面全体にわたる色
ずれ、投写画面の歪みを他の手段で補正することができ
ないため、投写レンズの色収差、歪曲収差等の大小が、
そのまま投写画像の品質を決定する。各収差図より、本
発明による広角投写レンズは低いF値(F/2.4)の広角
投写条件においても、100万画素級のライトバルブに
対し十分な解像力と小さな色ずれ、小さな歪曲の高品位
な投写画像を実現できることがわかる。
【0110】<DMD投写系への適用例>本発明の広角
投写レンズをDMD素子をライトバルブに用いた投写型
表示装置に適用した場合、画素ピッチ12μm、画素数
1280×720、DMDの単位ミラー傾斜角±12°
のHDTV用DMDチップを垂直方向に100%オフセ
ットした状態(図19(b)参照)で良好な投写画像を得
ることが可能である。
【0111】以上の実施の形態1〜6にて説明した数値
実施例(表1〜6)の広角投写レンズ系の基本諸元につ
き、表7に示す。表中の各パラメータ(全て波長54
6.1nmにおける値)の意味は下記の通りである。
【0112】f:レンズ全系の焦点距離 ω:投写半画角(大きな共役側) F:基準投写倍率における、実効F値(小さな共役側) β:基準投写倍率
【0113】
【表7】
【0114】また、実施の形態1〜6にて説明した数値
実施例(表1〜6)の広角投写レンズ系の各種パラメー
タ(全て波長546.1nmにおける値)につき、表8
に示す。また表8の諸量から誘導される各種パラメータ
につき表9に示す。表9より、数値実施例1〜6のレン
ズデータが条件式(1)〜(8)を満たしていることが
理解できる。表8、表9中の各種パラメータ(全て波長
546.1nmにおける値)(単位はmm)の意味は下
記の通りである。
【0115】f:レンズ全系の焦点距離 fn:Gnレンズ群の焦点距離 fn1:Gn1レンズ群の焦点距離 fn2:Gn2レンズ群の焦点距離 fp:Gpレンズ群の焦点距離 fp1:Gp1レンズ群の焦点距離 fp2:Gp2レンズ群の焦点距離 ff:Gfレンズ群の焦点距離 fnp:Gnpレンズ群の焦点距離 BFLnp:Gnpレンズ群のバックフォーカル長(大
きな共役側を無限遠入射にした場合) EXPnp:Gnpレンズ群の、小さな共役側最終面か
ら見た、小さな共役側の瞳距離 Dnp:Gnレンズ群とGpレンズ群との空気間隔 Dpf:Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔
【0116】
【表8】
【0117】
【表9】
【0118】また、実施の形態1〜6にて説明した数値
実施例(表1〜6)のレンズを構成する硝材のアッベ
数、屈折率のうち、条件式(9)〜(20)に関係する
データを表10、表11にまとめて示す。表10、表1
1中の各種パラメータの意味は下記の通りである。
【0119】ν1:第1レンズL1のd線におけるアッ
ベ数 ν3:第2レンズL2のd線におけるアッベ数 ν5:第3レンズL3のd線におけるアッベ数 ν15:第8レンズL8のd線におけるアッベ数 ν19:第10レンズL10のd線におけるアッベ数 ν20:第11レンズL11のd線におけるアッベ数 n1:第1レンズL1のd線における屈折率 n3:第2レンズL2のd線における屈折率 n5:第3レンズL3のd線における屈折率 n15:第8レンズL8のd線における屈折率 n19:第10レンズL10のd線における屈折率 n20:第11レンズL11のd線における屈折率
【0120】
【表10】
【0121】
【表11】
【0122】実施の形態7.実施の形態1〜6で説明し
た広角投写レンズを搭載した投写型表示装置について以
下に説明する。
【0123】図16に、本実施の形態に係るoff-axis投
写方式の投写型表示装置の構成を示す。図において、1
は光源でありランプ11と楕円鏡12より構成される。
3は赤/緑/青の原色光を生成する回転カラーフィル
タ、4はミキシングロッド、5はリレーレンズ系、6は
反射型ライトバルブ(具体的にはDMD素子、もしくは
反射型液晶パネル)、7はフィールドレンズ、8は投写
レンズ前群(Gnpレンズ群)である。
【0124】なお、ミキシングロッド4と、リレーレン
ズ系5と、フィールドレンズ7よりなる光学系2が照明
光学系を構成している。また、投写レンズ前群8とフィ
ールドレンズ7(Gfレンズ群)を合わせたレンズ群8
00が、実施の形態1〜6にて詳細に説明した広角投写
レンズを示している。凸平レンズからなるフィールドレ
ンズ7は平面側をライトバルブ6の画像表示面に向けて
配設され、投写レンズ系のGfレンズ群を構成してい
る。凸平レンズの平面側をライトバルブ側に向けること
で、広角投写レンズ800の一部を兼用しているフィー
ルドレンズ7をライトバルブ6に対して高精度に位置決
めし易くなり、設計中心で決まる高解像な投写性能を具
現化する上で有利である。
【0125】次に図16の投写型表示装置の動作につき
説明する。ランプ11から出射した白色光は楕円鏡12
により反射され、回転カラーフィルタ3を透過し、矩形
形状を有するミキシングロッド4の入射端面41上に集
光入射し、ロッド内で反射伝送される。ロッド内面での
複数回の反射により、円形の光スポットは四角に変換さ
れる。ロッド内の多重反射により入射平面上にチェッカ
ーボード状の2次元アレイ状虚光源が形成される。これ
ら虚光源からの光束の重畳により、ランプ発光体像の照
度分布の不均一性が解消され、ミキシングロッド4の出
射端面42上にライトバルブ6の表示領域と相似形状の
面光源が得られる。ミキシングロッド4の出射光束は、
リレーレンズ系5とフィールドレンズ7を透過して、ラ
イトバルブ6の表示面上に導かれる。この際、ロッド出
射端面42の面光源はライトバルブ6の画像表示面に結
像される。ライトバルブ6の画像表示面で2次元的に変
調された反射光束92は、フィールドレンズ7(Gfレ
ンズ群)を透過して投写レンズ前群8(Gnpレンズ
群)に入射し、特に図示しないスクリーン上に拡大投写
され画像を形成する。図中81は投写レンズ前群8中の
ライトバルブ側(入射側)のレンズを示し、82はスク
リーン側(出射側)のレンズを示している。
【0126】公知のように、回転カラーフィルタは、扇
形に角度分割された円板状のダイクロイックフィルタか
ら構成されている。カラーホイールはモータによって回
転駆動されることで、赤/緑/青の原色照明光を順次生
成するよう各扇形のフィルタ領域の分光透過率が設定さ
れている。
【0127】また、フィールドレンズ7は、リレーレン
ズ系5の射出瞳と投写レンズ8の入射瞳がほぼ共役関係
となるような焦点距離と配置を有しており、リレーレン
ズ系5から出射する照明光束を高効率で投写レンズ8に
入射させる作用をなす。またフィールドレンズ7は照明
光学系2の最もライトバルブ6寄りに配置されたレンズ
であると同時に、広角投写レンズ800の最もライトバ
ルブ6側のGfレンズ群を兼用している。
【0128】フィールドレンズ7を除く照明光学系の光
軸91はライトバルブ6の表示面の法線94に対し斜め
方向に設定されている。また、ライトバルブ6の画像表
示面の法線94は、投写レンズ8の光軸93と平行であ
る。またライトバルブ6の画像表示面の中心は投写レン
ズ光軸93に対して下方向に偏心して配置されている。
換言すれば、投写レンズ光軸93とライトバルブ6の画
像表示面との交点は、画像表示面中心と一致しないよう
にライトバルブが偏心配置されている。さらに、実施の
形態1〜6で詳述したように、広角投写レンズ800の
前群8のライトバルブ側レンズ81近傍に絞りSTOを
配置することで、入射瞳を前群8の入射面近傍に設定す
ることができ、前群8(Gnpレンズ群)のライトバル
ブ6側の直径を小さくしている。以上の構成により、照
明光学系、特にリレーレンズ系5と投写レンズ8との物
理的干渉をなくし、投写光束、もしくは照明光束のけら
れのない、均一な投写画像をスクリーン上に形成でき
る。しかも、投写レンズ光軸93とライトバルブの法線
94を平行に保っているので、低歪曲に設計された広角
投写レンズ800を用いて、歪の小さな投写画像をスク
リーン上に形成可能である。
【0129】実施の形態7の投写型表示装置に用いる広
角投写レンズは、実施の形態1〜6において説明したよ
うに、(1)広画角性、(2)小さな入射側レンズ径、
(3)長いバックフォーカル長、(4)大きなイメージ
サークルに関する基本仕様を満足しており、また(a)低
色収差、(b)低歪曲収差、(c)高解像な結像性能に
関する基本性能を満足しているので、off-axis方式の投
写光学系に適用することで、高画質性、ローコスト性、
という優れた特性を兼ね備えた小型の背面投写型表示装
置が実現可能である。
【0130】また、ライトバルブの種類、及び使用枚数
は必ずしも上記の例に示したもの(DMD素子、反射型
液晶パネル)に限らず、公知の各種ライトバルブ方式と
これらライトバルブを搭載する各種光学系の方式に対し
ても、主にイメージサークル径、及びライトバルブの画
像表示領域の寸法の仕様が合えば、実施の形態1〜6に
示した広角投写レンズを搭載した投写型表示装置が実現
可能であることはもちろんである。また投写方式も透過
型スクリーンを使用する背面投写方式に限らず、反射型
スクリーンを使用する前面投写方式の投写型表示装置に
も適用可能である。
【0131】
【発明の効果】本発明の請求項1の広角投写レンズにお
いては、大きな共役側から小さな共役側に向かう順に、
正の屈折力を有するGnpレンズ群と、正の屈折力を有
するGfレンズ群とから構成され、該Gnpレンズ群は
大きな共役側から小さな共役側に向かう順に、負の屈折
力を有するGnレンズ群と、正の屈折力を有するGpレ
ンズ群とから構成され、条件式(1)〜(3)で投写レ
ンズ系の前群であるGnpレンズ群において大きなバッ
クフォーカル長を確保しつつ全系の収差特性を良好に補
正するための条件を規定し、条件式(4)で、Gfレン
ズ群とGnpレンズ群の焦点距離の比を定めている。こ
の結果、広画角、短焦点距離にもかかわらず、off-axis
投写方式に必要な大きなイメージサークルを有し、照明
光学系/投写光学系の干渉を生じさせない大きな空気間
隔と広角投写レンズ系前群の入射部において小さなレン
ズ直径を確保し、かつ低色収差、低歪曲収差、高解像度
等、良好な光学性能を有する広角投写レンズが実現でき
る。
【0132】本発明の請求項2記載の広角投写レンズ
は、条件式(5)によってGnpレンズ群のバックフォ
ーカル長と焦点距離の比を規定することで、Gnpレン
ズ群のバックフォーカル長を適正な大きさに保ち、かつ
全レンズ系の良好な結像特性を実現することができる。
【0133】本発明の請求項3の広角投写レンズにおい
ては、条件式(6)によりGnpレンズ群の、小さな共
役側最終面から見た小さな共役側の瞳距離の絶対値と、
Gnpレンズ群の焦点距離との比を定めることで、Gn
pレンズ群のライトバルブ側(全レンズ系の小さな共役
側)のレンズ直径を小さくすることができ、照明光学系
と投写光学系の干渉を避けることができる。この結果、
広角投写レンズを用いた投写型表示装置表示画像の輝度
分布の均一性を高めることができる。
【0134】本発明の請求項4の広角投写レンズにおい
ては、条件式(7)によって、Gpレンズ群とGfレン
ズ群との空気間隔とGfレンズ群の焦点距離の比を定め
ることでGpレンズ群とGfレンズ群との間に適正な空
気間隔を確保し、照明光学系と投写光学系の干渉を避け
ることで投写画像の輝度均一性を高めることがことがで
きると共に、良好な結像特性を実現できる。
【0135】本発明の請求項5の広角投写レンズにおい
ては、条件式(8)によってGfレンズ群とGnpレン
ズ群の小さな共役側の瞳との距離と、Gfレンズ群の焦
点距離の比を定めることで、Gfレンズ群からGnpレ
ンズ群の小さな共役側の瞳までの距離を適正に保ち、照
明光学系と投写光学系の干渉を避けて投写画像の輝度均
一性を高めると共に、良好な結像特性を確保し、かつラ
イトバルブからの反射光を効率よく投写レンズ系に結合
することが可能となる。
【0136】
【0137】
【0138】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gp2レンズ群に非球面を含むことで、特に強力
に高次の球面収差補正を行うことが可能で、良好な結像
性能が実現できる。
【0139】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gnpレンズ群中で最もライトバルブ側に近いG
p2レンズ群に絞り手段を含むことで、Gnpレンズ群
の小さな共役側のレンズ径を小口径化でき、照明光学系
と投写光学系の干渉を防止でき、off-axis投写方式の投
写型表示装置において投写画像の輝度分布の均一性が良
好になる。
【0140】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gfレンズ群を凸平レンズとし、平面をライトバ
ルブ側に向けて配置することでライトバルブからの反射
光束を効率よくGnpレンズ群に結合することが可能に
なる。また、凸平レンズの平面側をライトバルブ側に向
けることで、Gfレンズ群とライトバルブの相対位置の
設定が容易になる。
【0141】本発明の請求項の広角投写レンズにおい
ては、Gfレンズ群に非球面を設けることで、歪曲収差
をはじめ、コマ収差、非点収差等、高次の軸外収差を強
力に補正し良好な結像特性を実現できる。
【0142】本発明の請求項10の広角投写レンズにお
いては、条件式(9)、(10)、(11)で各々第1
レンズ、第2レンズ、第3レンズを構成する硝材のアッ
ベ数を規定し、条件式(12)、(13)、(14)で
第1レンズ、第2レンズ、第3レンズを構成する硝材の
屈折率を規定することで、良好に色収差補正された広角
投写レンズを実現することができる。
【0143】本発明の請求項11の広角投写レンズにお
いては、条件式(15)、(16)、(17)で各々第
8レンズ、第10レンズ、第11レンズを構成する硝材
のアッベ数を規定し、条件式(18)、(19)、(2
0)で第8レンズ、第10レンズ、第11レンズを構成
する硝材の屈折率を規定することで、良好に色収差補正
された広角投写レンズを実現することができる。
【0144】本発明の請求項12の投写型表示装置にお
いては、請求項1ないし11のいずれかの広角投写レン
ズを備えた、小型、高画質でローコストな装置が実現で
きる。
【0145】本発明の請求項13の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブ近傍に凸平レンズを配置すること
で、照明光学系から入射してライトバルブで反射され投
写光学系に入射する光束を効率よく伝達可能な投写型表
示装置を実現できる。また、凸平レンズの平面側をライ
トバルブ側に向けることで、Gfレンズ群とライトバル
ブの相対位置の設定が容易になる。
【0146】本発明の請求項14の投写型表示装置にお
いては、画像表示面と投写レンズ光軸の交点を画像表示
面中心点よりずらしたoff-axis投写方式の装置が構成で
きるので、請求項1ないし11の広角投写レンズの大き
なイメージサークルの特性を活用して照明光学系と投写
光学系の干渉を防止でき、均一な輝度分布の表示画像を
有する投写型表示装置が提供可能である。
【0147】本発明の請求項15の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブの画像表示面法線と投写レンズ光
軸を平行とすることで、投写画像の歪曲をレンズ設計の
歪曲収差の範囲にコントロールできる。また、ライトバ
ルブ近傍の凸平レンズを除く照明光学系の光軸をライト
バルブの画像表示面法線に対して傾斜させることで、照
明光学系と投写光学系の干渉を防止でき、表示画像の輝
度均一性を高めることができる。
【0148】本発明の請求項16の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブとして液晶ライトバルブを搭載し
た小型、高画質でローコストな装置が実現できる。
【0149】本発明の請求項17の投写型表示装置にお
いては、ライトバルブとしてDMD等の可動微小ミラー
アレイを有するライトバルブを搭載した小型、高画質で
ローコストな装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1における広角投写レン
ズの構成図である。
【図2】 本発明の実施の形態2ないし5における広角
投写レンズの構成図である。
【図3】 本発明の実施の形態6における広角投写レン
ズの構成図である。
【図4】 本発明の実施の形態1における広角投写レン
ズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図5】 本発明の実施の形態1における広角投写レン
ズの横収差の図である。
【図6】 本発明の実施の形態2における広角投写レン
ズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図7】 本発明の実施の形態2における広角投写レン
ズの横収差の図である。
【図8】 本発明の実施の形態3における広角投写レン
ズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図9】 本発明の実施の形態3における広角投写レン
ズの横収差の図である。
【図10】 本発明の実施の形態4における広角投写レ
ンズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図11】 本発明の実施の形態4における広角投写レ
ンズの横収差の図である。
【図12】 本発明の実施の形態5における広角投写レ
ンズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図13】 本発明の実施の形態5における広角投写レ
ンズの横収差の図である。
【図14】 本発明の実施の形態6における広角投写レ
ンズの非点収差、歪曲収差の図である。
【図15】 本発明の実施の形態6における広角投写レ
ンズの横収差の図である。
【図16】 本発明によるoff-axis投写方式の投写型表
示装置の光学系の構成図である。
【図17】 従来の反射型ライトバルブを用いた偏心投
写方式の光学系の原理図である。
【図18】 ライトバルブ投写レンズのイメージサーク
ル内での配置を示す図である。
【図19】 ライトバルブ投写レンズのイメージサーク
ル内での配置を示す図である。
【符号の説明】
1 光源、2 照明光学系、6 ライトバルブ、7 凸
平レンズ、800 広角投写レンズ、L1 第1レン
ズ、L2 第2レンズ、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、L8第8レンズ、L9 第9レンズ、L10
第10レンズ、L11 第11レンズ、L12 第1
2レンズ、L13 第13レンズ、L14 第14レン
ズ、IMG ライトバルブの画像表示面、CG カバー
ガラス、Dnp Gnレンズ群とGpレンズ群の空気間
隔、Dpf Gnpレンズ群とGfレンズ群の空気間
隔。

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大きな共役側から小さな共役側に向かう
    順に、正の屈折力を有するGnpレンズ群と、正の屈折
    力を有するGfレンズ群とから構成され、該Gnpレン
    ズ群は大きな共役側から小さな共役側に向かう順に、負
    の屈折力を有するGnレンズ群と、正の屈折力を有する
    Gpレンズ群とから構成され、前記Gnレンズ群は、大きな共役側から小さな共役側に
    向かう順に、負の屈折力を有するGn1レンズ群と、負
    の屈折力を有するGn2レンズ群とから構成され、 前記Gpレンズ群は、大きな共役側から小さな共役側に
    向かう順に、正の屈折力を有するGp1レンズ群と、正
    の屈折力を有するGp2レンズ群とから構成され、 前記Gn1レンズ群は、大きな共役側から小さな共役側
    に向かう順に、負の屈折力を有し大きな共役側に凸のメ
    ニスカス状の第1レンズと、負の屈折力を有し大きな共
    役側に凸のメニスカス状の第2レンズと、正の屈折力を
    有し両凸の第3レンズと、負の屈折力を有し大きな共役
    側に凸のメニスカス状の第4レンズと、負の屈折力を有
    し両凹の第5レンズとから構成され、 前記Gn2レンズ群は、大きな共役側から小さな共役側
    に向かう順に、正の屈折力を有し両凸の第6レンズと、
    負の屈折力を有し小さな共役側が凹面の第7レンズとか
    ら構成され、 前記Gp1レンズ群は、大きな共役側から小さな共役側
    に向かう順に、正の屈折力を有し大きな共役側が凸面の
    第8レンズと、正の屈折力を有し小さな共役側に凸のメ
    ニスカス状の第9レンズと、負の屈折力を有し両凹の第
    10レンズと、正の屈折力を有し第10レンズと接合さ
    れた両凸の第11レンズとから構成され、 下記の(1)、(2)、(3)および(4)式の関係を
    満足する広角投写レンズ。 −1.8<fn/f<−1.1 …(1) 3.2<fp/f<5.5 …(2) 1.2<Dnp/f<2.4 …(3) 2.8<ff/fnp<4.4 …(4) ただし、上式において、 f :レンズ全系の焦点距離 fn :Gnレンズ群の焦点距離 fp :Gpレンズ群の焦点距離 Dnp:Gnレンズ群とGpレンズ群との空気間隔 fnp:Gnpレンズ群の焦点距離 ff :Gfレンズ群の焦点距離 を表す。
  2. 【請求項2】 下記(5)式の関係を満足する請求項1
    記載の広角投写レンズ。 3.0<BFLnp/fnp<4.5 …(5) ただし、上式において、 fnp :Gnpレンズ群の焦点距離 BFLnp:Gnpレンズ群のバックフォーカル長 を表す。
  3. 【請求項3】 下記(6)式の関係を満足する請求項1
    記載の広角投写レンズ。 |EXPnp|/fnp<2.0 …(6) ただし、上式において、 fnp :Gnpレンズ群の焦点距離 |EXPnp|:Gnpレンズ群の、小さな共役側最終
    面から見た、小さな共役側の瞳距離の絶対値 を表す。
  4. 【請求項4】 下記(7)式の関係を満足する請求項1
    記載の広角投写レンズ。 0.6<Dpf/ff<1.2 …(7) ただし、上式において、 ff :Gfレンズ群の焦点距離 Dpf :Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔 を表す。
  5. 【請求項5】 下記(8)式の関係を満足する請求項1
    記載の広角投写レンズ。 0.75<(Dpf−EXPnp)/ff<1.5 …(8) ただし、上式において、 ff :Gfレンズ群の焦点距離 Dpf :Gpレンズ群とGfレンズ群との空気間隔 EXPnp:Gnpレンズ群の、小さな共役側最終面か
    ら見た、小さな共役側の瞳距離を表す。
  6. 【請求項6】 前記Gp2レンズ群は少なくとも1面の
    非球面を含む、請求項記載の広角投写レンズ。
  7. 【請求項7】 前記Gp2レンズ群は絞り手段を含む、
    請求項記載の広角投写レンズ。
  8. 【請求項8】 前記Gfレンズ群は、大きな共役側に凸
    面を有する凸平レンズより構成された、請求項1記載の
    広角投写レンズ。
  9. 【請求項9】 前記Gfレンズ群は非球面を含む、請求
    項1記載の広角投写レンズ。
  10. 【請求項10】 下記の(9)、(10)、(11)、
    (12)、(13)、および(14)式の関係を満足す
    る請求項記載の広角投写レンズ。 ν1<41 …(9) ν3<31 …(10) ν5<32 …(11) n1>1.54 …(12) n3>1.65 …(13) n5>1.65 …(14) ただし、上式において、 ν1 :第1レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
    ベ数 ν3 :第2レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
    ベ数 ν5 :第3レンズを構成する硝材のd線におけるアッ
    ベ数 n1 :第1レンズを構成する硝材のd線における屈折
    率 n3 :第2レンズを構成する硝材のd線における屈折
    率 n5 :第3レンズを構成する硝材のd線における屈折
    率 を表す。
  11. 【請求項11】 下記の(15)、(16)、(1
    7)、(18)、(19)、および(20)式の関係を
    満足する請求項記載の広角投写レンズ。 ν15<35 …(15) ν19<33 …(16) ν20>50 …(17) n15>1.60 …(18) n19>1.65 …(19) n20<1.70 …(20) ただし、上式において、 ν15 :第8レンズを構成する硝材のd線におけるア
    ッベ数 ν19 :第10レンズを構成する硝材のd線における
    アッベ数 ν20 :第11レンズを構成する硝材のd線における
    アッベ数 n15 :第8レンズを構成する硝材のd線における屈
    折率 n19 :第10レンズを構成する硝材のd線における
    屈折率 n20 :第11レンズを構成する硝材のd線における
    屈折率 を表す。
  12. 【請求項12】 光源と、 画像表示面を有する反射型ライトバルブと、 該光源の出射光束を前記反射型ライトバルブに導く照明
    光学手段と、 前記反射型ライトバルブにより反射されて2次元的に変
    調された変調光束を拡大投写する請求項1ないし11
    いずれかに記載の広角投写レンズと、 を備える投写型表示装置。
  13. 【請求項13】 前記照明光学手段を構成する光学素子
    のうち、前記反射型ライトバルブに最も近いレンズが凸
    平レンズからなり、該凸平レンズは前記反射型ライトバ
    ルブの画像表示面に平面を向けて近接配置されており、
    該凸平レンズは前記広角投写レンズを構成するレンズ群
    のうち最も小さな共役側のレンズ群Gfを兼用してい
    る、請求項12記載の投写型表示装置。
  14. 【請求項14】 前記反射型ライトバルブの画像表示面
    と前記広角投写レンズの光軸との交点が、該画像表示面
    の中心点と一致しないように配設された、請求項12
    載の投写型表示装置。
  15. 【請求項15】 前記反射型ライトバルブの画像表示面
    の法線に対して前記投写レンズの光軸が平行で、かつ前
    記照明光学手段の前記凸平レンズを除く光軸が前記反射
    型ライトバルブの画像表示面の法線に対し傾斜して配設
    された、請求項13記載の投写型表示装置。
  16. 【請求項16】 前記反射型ライトバルブは液晶ライト
    バルブである、請求項12記載の投写型表示装置。
  17. 【請求項17】 前記反射型ライトバルブは、複数の、
    傾斜可能な単位ミラーを含むミラーアレイにより構成さ
    れている、請求項12記載の投写型表示装置。
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