JP6565353B2 - 投射用レンズおよび画像表示装置 - Google Patents
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Description
近来、プロジェクタは、その光学的な性能が顕著に向上してきているが、良好な光学性能とともに、そのコンパクト化に対する要請も強い。
プロジェクタのコンパクト化には、プロジェクタに投射光学系として用いられる投射用レンズのコンパクト化が不可欠である。
(A) Ot/Y’ < 6.1
を満足し、レンズ全系の焦点距離:F、第1レンズ群の焦点距離:F1が、条件:
(1) 3.3 < |F1|/F < 4.6
を満足する。
図1、図3、図5、図7、図9、図11に、投射用レンズの実施の形態を6例示す。
これらの投射用レンズはこの順序で、後述する具体的な実施例1〜6に相当する。
下段の図は、反射部材を直角プリズムとした場合の「レンズ群配置と光路」を示す図である。各図の上段及び中断の図において、左側が「拡大側」、右側が「縮小側」である。
図1、図3、図5、図7、図9、図11の各「上段の図」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Ref.は「反射部材」をそれぞれ示し、符号STOPは「開口絞り」を示す。また、これらの図における符号CGは、画像表示素子の表示面を保護する「カバーガラス」を示す。
このように、拡大側を「負の屈折力をもつ第1レンズ群G1」とすることにより、結像光束における主光線高さを低くでき、第1レンズ群G1を構成するレンズの有効径を小さく出来る。従って、投射用レンズを、広画角としつつコンパクトにできる。
(A) Ot/Y’ < 6.1
を満足する。
(2) 1.5 < f2−s/F1 < 20.0
(3) 5.5 < |f2−s|/f2−k < 10.5 。
F1:第1レンズ群の焦点距離(<0)
f2−s:負のレンズ群G2−sの焦点距離(<0)
f2−k:正のレンズ群G2−kの焦点距離(>0) 。
(4) 1.5 < f2f/F2 < 3.8 。
F2 :第2レンズ群の焦点距離(>0)
f2f:合焦の際に移動するレンズ群の焦点距離 。
投射用レンズ4または4Aと照明系2のスペースの上記の如き関係上、投射用レンズ4または4Aのバックフォーカスをある程度確保する必要がある。
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
νd:アッベ数
BF:バックフォーカス 。
+C4・H4+C6・H6+C8・H8+C10・H10+・・・
この式において、Xは「面頂点を基準としたときの光軸からの高さ:Hの位置での光軸方向の変位」、Kは「円錐係数」であり、C4、C6、C8、C10・・は「非球面係数」である。
また、実施例1〜3は、第1レンズ群の移動により合焦を行う場合の例であり、実施例4〜6は、第2レンズ群内のレンズの移動により合焦を行う場合の例である。
また、実施例1〜6とも、画像表示素子としてはDMDが想定されている。
実施例1の投射用レンズは、図1に示したものである。
図1の上段に図に示すように、第1レンズ群G1はレンズL101、L102で構成され、反射部材Ref.は直角プリズムで構成され、第2レンズ群G2はレンズL201〜L212で構成されている。
合焦は、第1レンズ群G1が光軸方向に移動することによってなされる。
第2レンズ群G2は正群で、12枚のレンズL201〜L212により構成され、群内に開口絞りSTOPを有する。
レンズL201は「平凹の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズ」であり、レンズL204は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」である。
また、レンズL205は「拡大側に凹の負メニスカスレンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL208は「両面凸の正レンズ」である。
これら8枚のレンズL201〜L208は、開口絞りSTOPの拡大側にある正のレンズ群G2−kを構成する。
レンズ209は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL210は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL211は「縮小側に凸の負メニスカスレンズ」であり、レンズL212は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」である。
正のレンズ群G2−k内のレンズL204とL205、負のレンズ群G2−s内のレンズL209とL210は、それぞれ接合されている。
反射部材Ref.は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
F=12.8mm、Fno=2.56、ωw=42.5°
実施例1のデータを表1に示す。
また、表中における「INF」は、曲率半径が無限大であることを示す。記号「*」は、この記号が付された面が「非球面」であることを示す。
これらの事項は、実施例2以下の各実施例においても同様である。
非球面のデータを表2に示す。
物体距離と面間隔:D5の関係を表3に示す。
条件(A)、(1)〜(3)のパラメータの値を、表4に示す。
前述した通り、Otは光学系の最も拡大側から反射部材の隣の縮小側に隣接するレンズ面までの空気中の距離、Y’は表示素子の最大高さ、Fはレンズ全系の焦点距離、F1は第1レンズ群G1の焦点距離、F2は第2レンズ群の焦点距離、f2-kは第2レンズ群の開口絞りよりも拡大側の焦点距離、f2-sは第2レンズ群の開口絞りよりも縮小側の焦点距離を示す。Otは表1で説明すると、面番号S1からS7までの合計の長さである。
実施例1では、合焦は第1レンズ群G1の移動により行われるので、条件(4)は適用外となる。
図2の上段に物体距離:D0の80インチ相当の収差、中段に40インチ相当、下段に300インチ相当の収差図を示す。
各段の収差図において、左側の図は「SA(球面収差)」、中央の図は「AS(非点収差)」、右側の図は「Dist.(歪曲収差)」である。
「球面収差」の図におけるR、G、Bはそれぞれ、波長:R=625nm、G=550nm、B=460nmを表す。
「非点収差」の図における「T」はタンジェンシァル、「S」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。
なお、非点収差および歪曲収差については、波長:550nmについて示す。図2に示す通り画面の大きさが変化しても、収差の変動が小さくなっていることが分かる。
収差図におけるこれ等の表示は以下の実施例2〜6の収差図においても同様である。
実施例2の投射用レンズは、図3に示したものである。
図3に示すように、第1レンズ群G1はレンズL101、L102で構成され、反射部材Ref.は直角プリズムで構成され、第2レンズ群G2はレンズL201〜L212で構成されている。
合焦は、第1レンズ群のG1が光軸方向に移動することによってなされる。
第2レンズ群G2は正群で、12枚のレンズL201〜L212で構成されている。
レンズL201は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズ」、レンズL204は「両面凸の正レンズ」である。
レンズL205は「両面凹の負レンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL208は「両面凸の正レンズ」である。
これらレンズL201〜L208は、開口絞りSTOPの拡大側の正のレンズ群G2−kを構成する。
レンズL209は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL210は「両面凸面の正レンズ」、レンズL211は「縮小側に凸の負メニスカスレンズ」であり、レンズL212は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」である。
正のレンズ群G2−k内のレンズL204とL205は接合されており、負のレンズ群G2−s内のレンズL209とL210も接合されている。
反射部材Ref.は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
F=12.9mm、Fno=2.56、ωw=42.4°
実施例2のデータを表5に示す。
非球面のデータを表6に示す。
条件(A)、(1)〜(3)のパラメータの値を表8に示す。実施例2も、合焦は第1レンズ群の移動によってなされるので、条件(4)は適用外である。
実施例3の投射用レンズは、図5に示したものである。
図5に示すように、第1レンズ群G1はレンズL101、L102で構成され、反射部材Ref.は直角プリズムで構成され、第2レンズ群G2はレンズL201〜L212で構成されている。
第1レンズ群G1は負群で、拡大側に凸の負メニスカスレンズL101、レンズ中心部は拡大側に凹面を向けレンズ周辺部になるに従い縮小側変曲されている偏肉比が小さいメニスカスレンズL102で構成されている。
レンズL201は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「両面凸の正レンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズL203」、レンズL204は「両面凸の正レンズ」である。
レンズL205は「両面凹の負レンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL208は「両面凸の正レンズ」である。
F=13.0mm、Fno=2.56、ωw=42.1°
実施例3のデータを表9に示す。
非球面のデータを表10に示す。
条件(A)、(1)〜(3)のパラメータの値を表12に示す。実施例3も、合焦は第1レンズ群の移動によってなされるので、条件(4)は適用外となる。
実施例4の投射用レンズは、図7に示したものである。
レンズL201は「平凹の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズ」、レンズL204は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」である。
レンズL205は「拡大側に凹の負メニスカスレンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL208は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」である。
F=12.8mm、Fno=2.56、ωw=42.5°
実施例4のデータを表13に示す。
非球面のデータを表14に示す。
条件(A)、(1)〜(4)のパラメータの値を、表16に示す。
実施例5の投射用レンズは、図9に示したものである。
図9に示すように、第1レンズ群G1はレンズL101、L102で構成され、反射部材Ref.は直角プリズムで構成され、第2レンズ群G2はレンズL201〜L212で構成されている。
合焦は、第2レンズ群のG2の一部(レンズL206)が光軸方向に移動することによって行われる。
一例として、図9の下段に示すような、第1レンズ群G1を「レンズの一部を切り欠きの状態としたレンズ」とすることも可能であるが、これに限るものではない。
第2レンズ群G2は正群で、12枚のレンズL201〜L212で構成されている。
レンズL201は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「縮小側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズ」、レンズL204は「両面凸の正レンズ」である。
レンズL205は「両面凹の負レンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL207は「両面凸の正レンズ」である。
これら8枚のレンズL201〜L208は、開口絞りSTOPの拡大側の正のレンズ群G2−kを構成する。
これら4枚のレンズL209〜L212は、開口絞りSTOPの縮小側の負のレンズ群G2−sを構成する。
レンズL204とL205は接合され、レンズL209とL210も接合されている。 反射部材Ref.は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
F=12.9mm、Fno=2.56、ωw=42.4°
実施例5のデータを表17に示す。
非球面のデータを表18に示す。
条件(A)、(1)〜(4)のパラメータの値を、表20に示す。
実施例6の投射用レンズは、図11に示したものである。
図11に示すように、第1レンズ群G1はレンズL101、L102で構成され、反射部材Ref.は直角プリズムで構成され、第2レンズ群G2はレンズL201〜L212で構成されている。
合焦は、第2レンズ群のG2の一部(レンズL206)が光軸方向に移動することによって行われる。
一例として、図11の下段に示すような、第1レンズ群G1を「レンズの一部を切り欠きの状態としたレンズ」とすることも可能であるが、これに限るものではない。
第1レンズ群G1は負群で、拡大側に凸の負メニスカスレンズL101、レンズ中心部は拡大側に凹面を向けレンズ周辺部になるに従い縮小側変曲されている偏肉比が小さいメニスカスレンズL102で構成されている。
レンズL201は「拡大側に凸の負メニスカスレンズ」、レンズL202は「両面凸の正レンズ」、レンズL203は「両凹の負レンズ」、レンズL204は「両面凸の正レンズ」である。
レンズL205は「両面凹の負レンズ」、レンズL206は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズ207は「拡大側に凸の正メニスカスレンズ」、レンズL208は「両面凸の正レンズ」である。
これら8枚のレンズL2010〜L208は、開口絞りSTOPの拡大側の正のレンズ群G2−kを構成する。
レンズL204とL205は接合され、レンズL209とL210も接合されている。 反射部材Ref.は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に配置されている。
F=13.0mm、Fno=2.56、ωw=42.1°
実施例のデータを表21に示す。
非球面のデータを表21に示す。
条件(A)、(1)〜(4)のパラメータの値を、表23に示す。
実施例1〜3の収差を示す図2、4、6から明らかなように、第1レンズ群の移動による合焦の際の収差の変動は小さい。
実施例4〜6の収差を示す図8、10、12から明らかなように、第1レンズ群内の一部のレンズ群(レンズL206)の移動による合焦の際の収差の変動は小さい。
画像表示素子の表示面に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置の投射光学系を構成する投射用レンズであって、拡大側から縮小側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、光路を屈曲させる反射部材Ref.と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、を配し、第2レンズ群内に開口絞りSTOPを配してなり、第2レンズ群G2は、開口絞りよりも拡大側が正の屈折力、開口絞りよりも縮小側が負の屈折力を有し、第1レンズ群の最も拡大側の面から、反射部材の縮小側に隣接するレンズ面までの光軸上の距離:Otが、前記画像表示素子の表示面に表示される画像の最大高さ:Y’に対して、条件:
(A) Ot/Y’ < 6.1
を満足し、レンズ全系の焦点距離:F、第1レンズ群の焦点距離:F1が条件:
(1) 3.3 < |F1|/F < 4.6
を満足する投射用レンズ。
[1]記載の投射用レンズにおいて、第1レンズ群G1の光軸方向への移動により合焦が行われる投射用レンズ(実施例1〜3)。
[1]記載の投射用レンズにおいて、第2レンズ群G2の一部の光軸方向への移動により合焦が行われる投射用レンズ(実施例4〜6)。
(A) Ot/Y’ < 6.1
を満足するが、実施例1〜3の投射用ズームレンズは、第1レンズ群G1の光軸方向への移動により合焦が行われ、実施例4〜6の投射用ズームレンズは、第2レンズ群G2の一部の光軸方向への移動により合焦が行われ、条件(5)を満足する。
[1]〜[3]の何れか1に記載の投射用レンズにおいて、第2レンズ群G2の、開口絞りSTOPよりも縮小側にある負のレンズ群G2−sの焦点距離:f2-sが、条件:
(2) 1.5 < f2−s/F1 < 20.0
を満足する投射用レンズ(実施例1〜6)。
[1]〜[4]の何れか1に記載の投射用レンズにおいて、第2レンズ群G2の、開口絞りSTOPよりも縮小側にある負のレンズ群G2−sの焦点距離:f2-s、第2レンズ群G2の、開口絞りSTOPよりも拡大側にある正のレンズ群G2−kの焦点距離:f2-kが、条件:
(3) 5.5 < |f2-s|/f2-k < 10.5
を満足する投射用レンズ(実施例1ないし6)。
[3]記載の投射用レンズにおいて、第2レンズ群G2の焦点距離:F2、第2レンズ群の合焦の際に移動する一部の正レンズ群の焦点距離:f2fが条件:
(4) 1.5 < f2f/F2 < 3.8
を満足する投射用レンズ(実施例4〜6)。
光源21と、投射されるべき画像を表示面に表示する画像表示素子3と、光源から射出した光で、画像表示素子の表示面を照明する照明光学系CL、CW、Mと、照明光学系により照射され、表示面に表示された画像により変調された投射光束を入射され、被投射面Sに画像の拡大画像を投射する投射光学系4と、を有し、投射光学系として、[1]〜[6]の何れか1に記載の投射用レンズを用いる画像表示装置(図13)。
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。
G2 第2レンズ群
Ref. 反射部材(直角プリズム)
STOP 開口絞り
L101、L102 第1レンズ群G1を構成するレンズ
L201〜L212 第2レンズ群G1を構成するレンズ
G2−k 第2レンズ群G2の開口絞りSTOPの拡大側の正のレンズ群
G2−s 第2レンズ群G2の開口絞りSTOPの縮小側の負のレンズ群
Claims (7)
- 画像表示素子の表示面に表示された画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置の投射光学系を構成する投射用レンズであって、
拡大側から縮小側へ順に、
負の屈折力を有する第1レンズ群と、
光路を屈曲させる反射部材と、
正の屈折力を有する第2レンズ群と、を配し、
該第2レンズ群内に開口絞りを配してなり、
前記第2レンズ群は、前記開口絞りよりも拡大側が正の屈折力、前記開口絞りよりも縮小側が負の屈折力を有し、
前記第1レンズ群の最も拡大側の面から、前記反射部材の縮小側に隣接するレンズ面までの光軸上の距離:Otが、前記画像表示素子の表示面に表示される画像の最大高さ:Y’に対して、条件:
(A) Ot/Y’ < 6.1
を満足し、
レンズ全系の焦点距離:F、第1レンズ群の焦点距離:F1が、条件:
(1) 3.3 < |F1|/F < 4.6
を満足する投射用レンズ。 - 請求項1記載の投射用レンズにおいて、
第1レンズ群の光軸方向への移動により合焦が行われる投射用レンズ。 - 請求項1記載の投射用レンズにおいて、
第2レンズ群の一部の光軸方向への移動により合焦が行われる投射用レンズ。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の投射用レンズにおいて、
第2レンズ群の、開口絞りよりも縮小側にある負のレンズ群の焦点距離:f2-sが、条件:
(2) 1.5 < f2−s/F1 < 20.0
を満足する投射用レンズ。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載の投射用レンズにおいて、
第2レンズ群の、開口絞りよりも縮小側にある負のレンズ群の焦点距離:f2-s、前記第2レンズ群の、前記開口絞りよりも拡大側にある正のレンズ群の焦点距離:f2-kが、条件:
(3) 5.5 < |f2-s|/f2-k < 10.5
を満足することを特徴とする投射用レンズ。 - 請求項3記載の投射用レンズにおいて、
第2レンズ群の焦点距離:F2、第2レンズ群の合焦の際に移動する一部の正レンズ群の焦点距離:f2fが条件:
(4) 1.5 <f2f/F2 < 3.8
を満足することを特徴とする投射用レンズ。 - 光源と、
投射されるべき画像を表示面に表示する画像表示素子と、
前記光源から射出した光で、前記画像表示素子の表示面を照明する照明光学系と、
該照明光学系により照射され、前記表示面に表示された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、を有し、
前記投射光学系として、請求項1〜6の何れか1項に記載の投射用レンズを用いる画像表示装置。
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