JP6123624B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
画像表示装置は、プロジェクタ装置として好適に実施できる。
カメラ用の撮影レンズでは、レンズの有効領域を全て使用可能である一方、画像の投射に用いられるレンズでは、投射画像が斜光線により結像される。
このため、画像の投射に用いられるレンズでは、画像投射領域として利用できる範囲は、レンズの有効領域の一部である。
広角端における半画角:ωwが、条件:
(1) 34度≦ ωw < 45度
を満足する投射用ズームレンズを用いることを特徴とする。
なお、以下において「〜」は「乃至」を略した記号である。
前述の如く、「投射用のレンズ」は結像光線が「斜光線」である。
上記各図において、図の左方が「拡大側」、右方が「縮小側」である。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号G1は第1レンズ群、符号G2は第2レンズ群、符号G3は第3レンズ群、符号G4は第4レンズ群、符号G5は第5レンズ群をそれぞれ示す。
即ち、第1レンズ群乃至第5レンズ群において、第1レンズ群G1〜第3レンズ群G3の屈折力配分は「負・負・正」である。
第4レンズ群G4、第5レンズ群G5の屈折力はまた、第4レンズ群が負で、第5レンズ群が「正または負」であることができる。
即ち、第4、第5レンズ群G4、G5の屈折力の組み合わせとしては「正・負」、「正・正」、「負・負」、「負・正」の組み合わせが可能である。
一般的に、単焦点レンズのガウスタイプである「正-負-負-正」の構成において、レンズの対称性の構成を施せば倍率色収差を効果的に低減できるのは知られている。
しかし、ズームレンズでの対称性の構成については知られていない。
この発明で、変倍時に第1レンズ群を固定群(フォーカス群)として、第2レンズ群から第5レンズ群を移動させることで、変倍時の諸収差の変動を小さく抑制できる。
また、第2レンズ群から第5レンズ群の構成を、第3レンズ群と第4レンズ群を境に対称性ある構成の「負・正・正・負」とすることで、変倍時も含めて倍率色収差と歪曲収差を小さく制御することが可能となる。
後述の実施例1、2、3、4、5、8、9、10、11、14は、第2レンズ群〜第5レンズ群が対称性のある「負・正・正・負」の構成である。
これらの実施例についての倍率色収差については、それぞれ図32、33、34、35、36、39、40、41、42、45に示す通り、高度な倍率色収差補正が可能となっている。
また、第2レンズ群から第5レンズ群を「負・正・負・負」としても、第1レンズ群を含めれば、第3レンズ群を中心にした対称性のある「負・負・正・負・負」の構成となり、倍率色収差と歪曲収差を小さく制御することが可能となる。
実施例12が第1レンズ群〜第5レンズ群が対称性のある「負・負・正・負・負」の構成である。
実施例12の倍率色収差図は、図43に示す通り、高度な倍率色収差の補正が可能となる。
また、第2レンズ群から第5レンズ群が対称性を持たない「負・正・正・正」、「負・正・負・正」の構成でも、最も縮小側の正レンズ群(第5レンズ群)のパワー(=1/焦点距離)をその全レンズ群の中で最も小さくすることで、対称性のあるレンズ構成と同等の倍率色収差補正が可能となる。これについては実施例6と実施例7が「負・正・正・正」の構成で、これら実施例5,6の倍率色収差図を図49、50に示す。
また、実施例13が、第2レンズ群〜第5レンズ群が「負・正・負・正」の構成で、倍率色収差図を図56に示す。
対称性のある構成とほぼ同等の倍率色収差を示しており、第5レンズ群を最も弱いパワーにすることによって、倍率色収差の低減が可能となる。
また、変倍時の移動群が「負・正・正・負」または、「負・正・正・正」の構成の場合、その移動群のレンズ構成について、移動群の最も拡大側の第2レンズ群を「正・負・正・負」の4枚のレンズで構成し、移動群の最も縮小側の第5レンズ群を「負・正・負・正」の4枚のレンズで構成して、第2レンズ群内と第5レンズ群内で「対称性」のあるレンズ構成にすることにより、倍率色収差を更に低減させることが可能となる。
即ち、この発明の投射用ズームレンズの広角端における半画角は、34度以上、45度未満であり、該ズームレンズは極めて広画角である。
(3) 0.9 < F4-5w/F4-5t < 1.1 。
第5レンズ群の屈折力が、絶対値において他のレンズ群の屈折力よりも大きくなると、全系のパワー配分をバランスさせ難くなり、諸収差の増大を招きやすい。
上述の如く、第4レンズ群の屈折力は「正」であることも「負」であることもできる。
第4レンズ群の屈折力が「負」である場合には、条件(1)の範囲のうち以下の条件:
(1A) 43度<ωw<45度
を満足するのがよく、さらに、以下の条件:
(2A) |F4|<|F5|
(3A) 0.9 < F4-5w/F4-5t < 1.1
の1以上を満足することが好ましい。これら条件(1A)乃至(3A)は条件(1)乃至(3)の範囲内である。
条件(2A)乃至(3A)のパラメータは、上述の条件(2)乃至(3)のパラメータと同一である。
第4レンズ群が「負」の屈折力を持つ構成では、条件(1A)を満足することにより、さらに、条件(2A)、(3A)の1以上を満足することにより、上述した条件(1)乃至(3)の果たす役割を同様に機能させることができる。
第4レンズ群の屈折力が「正」である場合には、条件(1)の範囲のうち以下の条件:
(1B) 34度≦ωw<45度
を満足するのがよく、さらに、以下の条件:
(2B) |F4|<|F5|
(3B) 0.9 < F4-5w/F4-5t < 1.1
の1以上を満足することが好ましい。
これら条件(1B)乃至(3B)は条件(1)乃至(3)の範囲内である。
条件(2B)乃至(3B)のパラメータは、上述の条件(2)乃至(3)のパラメータと同一である。
第4レンズ群が「正」の屈折力を持つ構成では、条件(1B)を満足することにより、さらに、条件(2B)、(3B)の1以上を満足することにより、上述した条件(1)乃至(3)の果たす役割を同様に機能させることができる。
また、広角端から望遠端への変倍に際して、第3レンズ群〜第5レンズ群が拡大側に変位するので、変倍の際にも「長いバックフォーカス」を確保できる。
1形態を簡単に説明する。
プロジェクタ装置は、画像表示装置の1例であり、光源と、画像表示素子と、照明光学
系と、投射光学系を有する。
「画像表示装置」は、ライトバルブであり、投射用画像を表示する。
「照明光学系」は、光源から射出した光で、画像表示素子を照明する。
「投射光学系」は、照明光学系により照射され、画像表示素子に表示された投射用画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する。
微小ミラーデバイスをライトバルブとして用いる場合、投射用ズームレンズは、上記有効光を良好に取り込むとともに、無効光を出来る限り取り込まないことが必要である。
投射用ズームレンズ4と照明系2のスペースの上記の如き関係上、投射用ズームレンズ4のバックフォーカスを「ある程度の長さ確保」する必要がある。
なお、以下においては、正の屈折力を持つレンズ群を「正群」、負の屈折力を持つレンズ群を「負群」と称する。
F:光学系全体の焦点距離
Fno:開口数
R:曲率半径(非球面にあっては「近軸曲率半径」)
D:面間隔
Nd:屈折率
Vd:アッベ数
BF:バックフォーカス 。
+C4・H4+C6・H6+C8・H8+C10・H10+・・・ 。
実施例1の投射用ズームレンズは、図1に示したものである。
第4レンズ群G4は正群で、拡大側に凸の正メニスカスレンズL41、拡大側に凸の正メニスカスレンズL42で構成されている。
実施例1のデータを表1に示す。
実施例1において、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5の群構成は「負・負・正・正・負」である。
非球面のデータを表2に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表4に示す。
図2の上段は「広角端(広角と表示)」、中段は「中間焦点距離(中間と表示)、下段は「望遠端(望遠徒表示)」の収差を示している。
「非点収差」の図における「T」はタンジェンシアル、「S」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。
また、図32に実施例1の倍率色収差図を示す。
図32の上段は「広角端」、中段は「中間焦点距離(中間と表示)」、下段は「望遠端」の倍率色収差を示している。
図における、1点鎖線(B-R)は「赤色をベースとしたときの青色の倍率色収差」、実線(R-G)は「緑色をベースとしたときの赤色の倍率色収差」を表わす。
実施例2の投射用ズームレンズは、図3に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51〜L54で構成されている。
実施例2のデータを表5に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表6に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表8に示す。
実施例3の投射用ズームレンズは、図5に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51〜L54で構成されている。
実施例3のデータを表9に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表10に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表12に示す。
実施例4の投射用ズームレンズは、図7に示したものである。
第3レンズ群G3はレンズL31とL32で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51〜L54で構成されている。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例4のデータを表13に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表14に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表16に示す。
実施例5の投射用ズームレンズは、図9に示したものである。
正メニスカスレンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
実施例5のデータを表17に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表18に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表20に示す。
実施例6の投射用ズームレンズは、図11に示したものである。
実施例6のデータを表21に示す。
第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5の焦点距離(mm)は、順次、
‐23.2、 ‐58.4、 62.9、 26.3、 406.3
となっており、第5レンズ群G5のパワー(1/焦点距離)が最も小さい。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表22に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表24に示す。
実施例7の投射用ズームレンズは、図13に示したものである。
実施例7のデータを表25に示す。
第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5の焦点距離(mm)は、順次、
‐24.0、 ‐55.9、 47.0、 30.2、 2433.5
となっており、第5レンズ群G5のパワー(1/焦点距離)が最も小さい。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表26に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表28に示す。
実施例8の投射用ズームレンズは、図15に示したものである。
第3レンズ群G3は1枚のレンズL31で構成され、第4レンズ群G4はレンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51〜L54で構成されている。
第5レンズ群G5の屈折力は負であるが、この負の屈折力は弱い。
実施例8のデータを表29に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表30に示す。
条件(1)〜(11)のパラメータの値を、表32に示す。
実施例9の投射用ズームレンズは、図17に示したものである。
実施例9のデータを表33に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表34に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表36に示す。
実施例10の投射用ズームレンズは、図19に示したものである。
実施例10のデータを表37に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表38に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表40に示す。
実施例11の投射用ズームレンズは、図21に示したものである。
実施例11のデータを表41に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表42に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表44に示す。
実施例12の投射用ズームレンズは、図23に示したものである。
実施例12のデータを表45に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表46に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表48に示す。
実施例13の投射用ズームレンズは、図25に示したものである。
実施例13のデータを表49に示す。
第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5の焦点距離(mm)は、順次、
‐42.1、 ‐43.4、 22.0、 ‐63.3、 168.4
となっており、第5レンズ群G5のパワー(1/焦点距離)が最も小さい。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表50に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表52に示す。
実施例14の投射用ズームレンズは、図27に示したものである。
実施例14のデータを表53に示す。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表54に示す。
条件(1)〜(3)のパラメータの値を、表56に示す。
また、倍率色収差図に示すように、各実施例の投射用ズームレンズともに、倍率色収差は変倍時も高いレベルで補正されている。
また、実施例1〜14の投射用ズームレンズは、何れも、条件(1)〜(3)を満足している。
実施例12及び実施例13では、第4レンズ群は「負群」であって負の屈折力をもち、条件(1)〜(3)の各パラメータは、前述の条件(1A)〜(3A)を満足している。
また、実施例12、13以外の実施例では、第4レンズ群は「正群」であって正の屈折力をもち、条件(1)〜(3)の各パラメータは、前述の条件(1B)〜(3B)を満足している。
また、実施例1〜14において、第1レンズ群G1には「非点収差と歪曲収差の補正効果」を持たせている。
第1レンズ群の焦点距離:F1、第2レンズ群の焦点距離:F2は、条件(5)で規制されるが、F1、F2の比:F1/F2は、次の(a)の範囲が好ましい。
(a)の範囲は、非点収差・像面湾曲の補正に有効である。
また、合成焦点距離:f1_3wと、広角端における全系の焦点距離:fwの比は、次の(c)の範囲内にあることが好ましい。
1/|f1_3w|が(b)の範囲内にあると、変倍時における第2レンズ群G2による収差補正が好適であり、コマ収差を初めとする諸収差の残存の回避に有効である。
(A)の範囲内では、上記2つの面の屈折量を良好にバランスさせることができ、「コマ収差における色差発生の抑制」に有効である。
fw/F1を(B)の範囲に設定すると、第1レンズ群の負のパワーを投射用ズームレンズ全体のパワー配分が良好にバランスし易く、諸収差のバランスを良好にできる。
この範囲の光学ディストーションでは「TVディストーション」が良好である。
なお、「投射距離」は、被投射面と投射用ズームレンズの最も拡大側のレンズ面との距離を言う。
(e) 1.70 < Nd2p < 2.10
(f) 18.0 < νd2p < 30.0
(g) 1.45 < Nd2n < 1.75
(h) 48.0 < νd2n < 90.0
(i) 1.0 < |f2p/f2n| < 2.0
これ等の条件(d)〜(i)において、各パラメータの記号は以下のとおりである。
「F3」は第3レンズ群の焦点距離、「F4」は第4レンズ群の焦点距離である。
比較例の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωwは、以下のとおりである。
比較例のデータを、表1にならって表57に示す。
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
Claims (4)
- 光源と、
投射用画像を表示する画像表示素子と、
前記光源から射出した光で、上記画像表示素子を照明する照明光学系と、
該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された投射用画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、を備え、
投射光学系として、
拡大側から縮小側へ向かって、第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構成であり、
第1レンズ群は、負の屈折力を有し、
第2レンズ群は、負の屈折力を有し、
第3レンズ群は、正の屈折力を有し、
第1レンズ群から第5レンズ群のうちで、第5レンズ群の屈折力が、絶対値において最も小さく、
広角端から望遠端への変倍に際し、第1レンズ群が固定で、第5レンズ群が拡大側へ移動し、隣り合う各レンズ群間の間隔が変化し、
広角端における半画角:ωwが、条件:
(1) 34度≦ ωw < 45度
を満足する投射用ズームレンズを用いることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1記載の画像表示装置において、
投射光学系として用いられる投射用ズームレンズが、
広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群は縮小側に移動し、第3レンズ群が拡大側に移動し、第4レンズ群が拡大側に移動するものであることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1または2記載の画像表示装置において、
投射光学系として用いられる投射用ズームレンズが、
広角端における第4レンズ群と第5レンズ群の合成焦点距離:F4-5w、望遠端における第4レンズ群と第5レンズ群の合成焦点距離:F4-5tが、条件:
(3) 0.9 < F4-5w/F4-5t < 1.1
を満足するものであることを特徴とする画像表示装置。 - 光源と、
投射用画像を表示する画像表示素子と、
前記光源から射出した光で、上記画像表示素子を照明する照明光学系と、
該照明光学系により照射され、前記画像表示素子に表示された投射用画像により変調された投射光束を入射され、被投射面に前記画像の拡大画像を投射する投射光学系と、を備え、
投射光学系として、
拡大側から縮小側へ向かって第1レンズ群乃至第5レンズ群を配してなる5レンズ群構成であり、
第1レンズ群は、負の屈折力を有し、
第2レンズ群は、負の屈折力を有し、
第3レンズ群は、正の屈折力を有し、
第1レンズ群から第5レンズ群のうちで、第5レンズ群の屈折力が、絶対値において最も小さく、
変倍時は、第1レンズ群が固定されており、第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群、第5レンズ群がそれぞれ縮小側もしくは拡大側に移動して、隣り合う各レンズ群間の間隔が変化する投射用ズームレンズを用いるものであることを特徴とする画像表示装置。
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