JP4076334B2

JP4076334B2 - 投写レンズ

Info

Publication number: JP4076334B2
Application number: JP2001316827A
Authority: JP
Inventors: 章澤本
Original assignee: Nitto Optical Co Ltd
Current assignee: Nitto Optical Co Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003121736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンへ像を投写するのに用いられる投写レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微少な鏡面素子を多数備えたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子を用いた、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタ装置が利用されるようになっている。信号制御によりの各鏡面素子の傾きを±１０度程度変化させることで光源からの光の反射方向を変化させ、所望の反射光のみをレンズを通してスクリーン上へ集束させることによって、所望の映像を投影できるようになっている。
【０００３】
ＤＬＰ方式のプロジェクタ装置に用いられる投影レンズの一例として、例えば、特開２０００−２７５７２９号公報に記載の投影レンズがある。この投影レンズは、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群とを、スクリーン側からこの順に配列して構成されている。また、絞りを、最も光源側のレンズ面から｜０．５ｆ｜以内の位置（ｆはレンズ全系の焦点距離）に配設した構成となっている。
以上の構成により、投影に必要な反射光束をレンズに確実に入射させる一方、投影に不要な反射光束はレンズに入射させないようにして、照明光束との干渉を極めて小さくできるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようなＤＬＰ方式のプロジェクタ装置としては、高性能で、かつ、小型なものが望まれている。このため、プロジェクタ装置に用いられる投写レンズには、よりコンパクトであるとともに、収差の補正が良好であるなど、より高性能であることが要求されており、さらなる改善が求められていた。
本発明の課題は、コンパクトで、かつ高性能な投写レンズを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１に示すように、スクリーン（Ｓ）側から順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ₁）と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ₂）と、を備えて構成され、前記第２レンズ群は、スクリーン側から、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズとからなる貼り合わせレンズ、両凹レンズ、少なくとも一方の面が非球面である両凸レンズの五枚で構成される投写レンズである。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、第２レンズ群は前記貼り合わせレンズを有するので、効果的に収差を補正でき、高性能な投写レンズとすることができる。特に、色収差の補正を良好に行うことができる。
また、第２レンズ群は前記非球面レンズを有するので、投写レンズ全体のレンズ枚数を低減しながらもレンズの結像性能を向上でき、よって、投写レンズ全体をコンパクトにすることができるとともに、コストダウンを図ることができる。
【０００７】
さらに、請求項１記載の発明は、
前記第１レンズ群は、両凸レンズと、負のメニスカスレンズとの二枚構成で、
下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．５＜｜ｆ₂／ｆ₁｜＜１．５ …（１）
（前記条件式（１）で、ｆ₁は、第１レンズ群の合成焦点距離であり、ｆ₂は、第２レンズ群の合成焦点距離である。）
【０００８】
前記条件式（１）の下限を下回ると、球面収差、コマフレア（コマ収差による影響）が大きくなってしまう。また、前記条件式（１）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくなり、また、前方のレンズの外径が大きくなってしまう。
請求項１記載の発明によれば、第１レンズ群が両凸レンズと負のメニスカスレンズとの二枚構成であって、前記条件式（１）を満足するので、前方のレンズ径を小さく抑えつつも、像面湾曲、球面収差、コマフレアを小さく抑えることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の投写レンズにおいて、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
０．３＜｜ｄ／ｆ₁｜＜０．７５ …（２）
（前記条件式（２）で、ｄは、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔であり、ｆ₁は、第１レンズ群の合成焦点距離である。）
【００１０】
前記条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズ群のパワー（屈折力）が強まり、よって収差補正が困難になる。また、前方のレンズ径が大きくなってしまう。また、前記条件式（３）の上限を上回ると、第１レンズ群のパワーが弱まり、レンズ径、レンズ長が大きくなってしまう。
請求項２記載の発明によれば、前記条件式（２）を満足するので、レンズ径、レンズ長を小さく抑えつつも、収差補正を適切に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態例の投写レンズは、１チップのＤＭＤ素子を利用した１チップＤＬＰ方式のプロジェクタ装置などに用いられるものであり、例えば、図１および図３に示すように、スクリーンＳ側（図において、左側）から順に、第１レンズ群Ｇ₁と、第２レンズ群Ｇ₂と、を備えて構成されている。ここで、図１および図３において、１はＤＭＤ素子の配置位置を示している。
【００１３】
第１レンズ群Ｇ₁は、全体として負の屈折力を有するよう構成され、また、第２レンズ群Ｇ₂は、全体として正の屈折力を有するよう構成されている。
第２レンズ群Ｇ₂は、貼り合わせレンズＨを有している。貼り合わせレンズＨは、正レンズ（図１においてはレンズＬ₅、図３においてはレンズＬ₄）と負レンズ（図１においてはレンズＬ₄、図３においてはレンズＬ₅）とを貼り合わせて構成されている。
また、第２レンズ群Ｇ₂は、一方の面（Ｒ₁₃）が非球面である非球面レンズ（レンズＬ₇）を有している。
また、図示は省略しているが、第２レンズ群Ｇ₂の後部側（図において、右側）には、絞りが設けられている。
【００１４】
また、本実施の形態例の投写レンズは、下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。
０．５＜｜ｆ₂／ｆ₁｜＜１．５ …（１）
０．３＜｜ｄ／ｆ₁｜＜０．７５ …（２）
（Ｉｎｄ１−Ｉｎｄ２）＊（νｄ１−νｄ２）＞０．２４ …（３）
前記条件式において、ｆ₁は、第１レンズ群の合成焦点距離である。ｆ₂は、第２レンズ群の合成焦点距離である。ｄは、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔である。Ｉｎｄ１は、第２レンズ群の貼り合わせレンズを構成する正レンズのｄ線に対する屈折率である。Ｉｎｄ２は、前記貼り合わせレンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率である。νｄ１は、前記正レンズのアッベ数である。νｄ２は、前記負レンズのアッベ数である。
【００１５】
以上のように、本実施の形態例の投写レンズによれば、第２レンズ群Ｇ₂が貼り合わせレンズＨを有しているので、効果的に収差を補正でき、高性能な投写レンズとすることができる。特に、色収差の補正を良好に行える。
また、第２レンズ群Ｇ₂は非球面レンズを有するので、投写レンズ全体のレンズ枚数を低減しながらもレンズの結像性能を向上でき、よって、投写レンズ全体をコンパクトにすることができるとともに、コストダウンを図れる。
【００１６】
また、前記条件式（１）を満足するので、前方（スクリーンＳ側）のレンズの外径を小さく抑えつつ、像面湾曲、球面収差、コマフレア等の諸収差を小さく抑えることができる。
また、前記条件式（２）を満足するので、レンズ径、レンズ長を小さく抑えつつも、収差補正を適切に行える。
また、前記条件式（３）を満足するので、色収差を貼り合わせレンズＨによってより良好に補正することができる。
【００１７】
また、絞りを、第２レンズ群Ｇ₂の後部側に配置しているので、第２レンズ群Ｇ₂のレンズ径を小さくして、よりコンパクトな投写レンズとすることができる。
【００１８】
なお、以上の実施の形態においては、非球面レンズ（レンズＬ₇）の一方の面（Ｒ₁₃）が非球面であるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、レンズの両面が非球面であっても良い。レンズの両面が非球面であれば、収差の補正をより効果的に行うことができる。
【００１９】
また、図１、図３には、第２レンズ群Ｇ₂が、貼り合わせレンズＨと非球面レンズをそれぞれ一つずつ有する例を示しているが、これに限らず、貼り合わせレンズＨや非球面レンズを複数有する構成としてもよい。なお、レンズ枚数の低減のためには、貼り合わせレンズＨと非球面レンズとをそれぞれ一つずつ有する構成の方がより好ましい。
また、貼り合わせレンズＨや非球面レンズの配置位置は、必ずしも図１、図３に示す例に限定されるものではなく、第２レンズ群Ｇ₂内であれば、適宜に変更することも可能である。
【００２０】
また、本実施の形態例の投写レンズは、１チップＤＬＰ方式のプロジェクタ装置に用いられるものとしたが、これに限らず、２チップ以上のＤＭＤ素子を用いるプロジェクタ装置や、その他の方式のプロジェクタ装置にも適用可能であるのは勿論である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
＜実施例１＞
実施例１の投写レンズＴは、図１に示すように、スクリーンＳ側から順に、第１レンズ群Ｇ₁と、第２レンズ群Ｇ₂と、を備えて構成されている。
【００２３】
第１レンズ群Ｇ₁は、レンズＬ₁・Ｌ₂を有している。レンズＬ₁は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₁をスクリーンＳ側に向けて配置されている。レンズＬ₂は負のメニスカスレンズであり、凸面Ｒ₃をスクリーンＳ側に向けて配置されている。
【００２４】
第２レンズ群Ｇ₂は、レンズＬ₃〜Ｌ₇を備えて構成されている。
レンズＬ₃は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₅をスクリーンＳ側に向けて配置されている。
レンズＬ₄は両凹レンズであり、曲率が小さい方の面Ｒ₇をスクリーンＳ側に向けて配置されている。また、レンズＬ₅は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₈が、レンズＬ₄のＤＭＤ素子（１）側の面Ｒ₈と貼り合わされている。すなわち、レンズＬ₄・Ｌ₅によって、貼り合わせレンズＨが構成されている。
レンズＬ₆は両凹レンズであり、曲率が小さい方の面Ｒ₁₀をスクリーンＳ側に向けて配置されている。レンズＬ₇は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₁ ₂をスクリーンＳ側に向けて配置されている。また、レンズＬ₇のＤＭＤ素子（１）側の面Ｒ₁₃は、非球面である。
【００２５】
以上の構成の実施例１の投写レンズＴにおける各レンズ面Ｒ₁〜Ｒ₁₃の曲率半径（Ｒｄｙ）、各レンズＬ₁〜Ｌ₇の中心厚および各レンズＬ₁〜Ｌ₇間の間隔（Ｔｈｉ：図１に示すＤ₁〜Ｄ₁₃）、各レンズＬ₁〜Ｌ₇のｄ線に対する屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）を、それぞれ下記表１に示す。
ここで、表１には、スクリーンＳ側からの順番を「Ｎｏ．」の欄に示している。また、曲率半径、および厚さ・間隔の単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。また、タイプ（Ｔｙｐ）の欄において、球面のレンズ面については「ＳＰＨ」、非球面のレンズ面については「＊ＡＳＨ」、デフォーカス後のＤＭＤ素子（１）位置については「ＩＭＧ」と示している。
【表１】

【００２６】
また、レンズＬ₇のレンズ面Ｒ₁₃における非球面係数（Aspheric Constants）を下記表２に示す。ここで、非球面係数は、下記式（４）(非球面式）に示すＡ（４次係数）、Ｂ（６次係数）、Ｃ（８次係数）、Ｄ（１０次係数）である。また、式（４）において、Ｘはサグ量、Ｒは曲率半径、Ｋはコーニック定数である。
【数１】

【表２】

【００２７】
実施例１の投写レンズＴにおいて、第１レンズ群Ｇ₁の焦点距離ｆ₁は−３３．２９１ｍｍであり、第２レンズ群Ｇ₂の焦点距離ｆ₂は２２．７８４ｍｍであり、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂との空気間隔ｄは１０．９８７ｍｍである。
したがって、｜ｆ₂／ｆ₁｜は０．６８であり、前記条件式（１）を満足している。また、｜ｄ／ｆ₁｜は０．３３であり、前記条件式（２）を満足している。また、（Ｉｎｄ１−Ｉｎｄ２）＊（νｄ１−νｄ２）は０．５６であり、前記条件式（３）を満足している。
【００２８】
実施例１の投写レンズＴの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図を、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。ここで、図２（ａ）においては、波長６５０ｎｍにおける収差を破線で、波長５５０ｎｍにおける収差を実線で、波長４５０ｎｍにおける収差を一点鎖線で示している。また、図２（ｂ）において、サジタル像面を実線（Ｘ）で、メリディオナル像面を破線（Ｙ）で示している。
図２（ａ）〜（ｃ）に示す収差図から、実施例１の投写レンズＴによれば、画面周辺にわたって良好に収差を小さく抑えて投写できることがわかる。
【００２９】
＜実施例２＞
実施例２の投写レンズＴは、図３に示すように、スクリーンＳ側から順に、第１レンズ群Ｇ₁と、第２レンズ群Ｇ₂と、を備えて構成されている。
【００３０】
第１レンズ群Ｇ₁は、レンズＬ₁・Ｌ₂を有している。レンズＬ₁は両凸レンズであり、曲率が小さい方の面Ｒ₁をスクリーンＳ側に向けて配置されている。レンズＬ₂は負のメニスカスレンズであり、凸面Ｒ₃をスクリーンＳ側に向けて配置されている。
【００３１】
第２レンズ群Ｇ₂は、レンズＬ₃〜Ｌ₇を備えて構成されている。
レンズＬ₃は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₅をスクリーンＳ側に向けて配置されている。
レンズＬ₄は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₇をスクリーンＳ側に向けて配置されている。また、レンズＬ₅は両凹レンズであり、曲率が小さい方の面Ｒ₈が、レンズＬ₄のＤＭＤ素子（１）側の面Ｒ₈と貼り合わされている。すなわち、レンズＬ₄・Ｌ₅によって、貼り合わせレンズＨが構成されている。
レンズＬ₆は両凹レンズであり、曲率が小さい方の面Ｒ₁₀をスクリーンＳ側に向けて配置されている。レンズＬ₇は両凸レンズであり、曲率が大きい方の面Ｒ₁₂をスクリーンＳ側に向けて配置されている。また、レンズＬ₇のＤＭＤ素子（１）側の面Ｒ₁₃は、非球面である。
【００３２】
以上の構成の実施例２の投写レンズＴにおける曲率半径（Ｒｄｙ）、レンズの中心厚およびレンズ間の間隔（Ｔｈｉ）、レンズのｄ線に対する屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）を、それぞれ下記表３に示す。ここで、タイプ（Ｔｙｐ）の欄において、スクリーンＳの配置位置については「ＯＢＪ」と示している。
【表３】

【００３３】
また、レンズＬ₇のレンズ面Ｒ₁₃における非球面係数を、下記表４に示す。
【表４】

【００３４】
実施例２の投写レンズＴにおいて、第１レンズ群Ｇ₁の焦点距離ｆ₁は−２９．８５５ｍｍであり、第２レンズ群Ｇ₂の焦点距離ｆ₂は２３．４４３ｍｍであり、第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂との空気間隔ｄは１９．４０５ｍｍである。
したがって、｜ｆ₂／ｆ₁｜は０．７８５であり、前記条件式（１）を満足している。また、｜ｄ／ｆ₁｜は０．６５であり、前記条件式（２）を満足している。また、（Ｉｎｄ１−Ｉｎｄ２）＊（νｄ１−νｄ２）は０．２４６であり、前記条件式（３）を満足している。
【００３５】
実施例２の投写レンズＴの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図を、図４（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。各収差図から、実施例２の投写レンズＴによれば、画面周辺にわたって良好に収差を小さく抑えて投写できることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第２レンズ群は貼り合わせレンズを有するので、効果的に収差を補正でき、高性能な投写レンズとすることができる。特に、色収差を良好に補正できる。また、第２レンズ群は非球面レンズを有するので、投写レンズ枚数を低減しながらもレンズの結像性能を向上でき、よって、投写レンズ全体をコンパクトにすることができるとともに、コストダウンを図れる。
【００３７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、第１レンズ群が両凸レンズと負のメニスカスレンズとの二枚構成であって、前記条件式（１）を満足するので、前方のレンズ径を小さく抑えつつも、像面湾曲、球面収差、コマフレアを小さく抑えることができる。
請求項２記載の発明によれば、前記条件式（２）を満足するので、レンズ径、レンズ長を小さく抑えつつも、収差補正を適切に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例１の投写レンズの構成を示す側面図である。
【図２】図１中の投写レンズの収差図であり、（ａ）は球面収差を示すグラフ、（ｂ）は非点収差を示すグラフ、（ｃ）は歪曲収差を示すグラフである。
【図３】本発明を適用した実施例２の投写レンズの構成を示す側面図である。
【図４】図３中の投写レンズの収差図であり、（ａ）は球面収差を示すグラフ、（ｂ）は非点収差を示すグラフ、（ｃ）は歪曲収差を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ₁ 第１レンズ群
Ｇ₂ 第２レンズ群
Ｈ貼り合わせレンズ
Ｌ₄ レンズ（負レンズ）
Ｌ₅ レンズ（正レンズ）
Ｌ₇ レンズ（非球面レンズ）
Ｒ₁₃ 面
Ｓスクリーン
Ｔ投写レンズ

Claims

スクリーン側から順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、を備えて構成され、前記第２レンズ群は、スクリーン側から、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズとからなる貼り合わせレンズ、両凹レンズ、少なくとも一方の面が非球面である両凸レンズの五枚で構成される投写レンズであって、
前記第１レンズ群は、スクリーン側から、両凸レンズと、負のメニスカスレンズとの二枚構成で、下記条件式（１）を満足することを特徴とする投写レンズ。
０．５＜｜ｆ₂／ｆ₁｜＜１．５ …（１）
（前記条件式（１）で、ｆ₁は、第１レンズ群の合成焦点距離であり、ｆ₂は、第２レンズ群の合成焦点距離である。）
下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載の投写レンズ。
０．３＜｜ｄ／ｆ₁｜＜０．７５ …（２）
（前記条件式（２）で、ｄは、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔であり、ｆ₁は、第１レンズ群の合成焦点距離である。）