JP2004333688A

JP2004333688A - Projection lens and projection type image display device

Info

Publication number: JP2004333688A
Application number: JP2003127187A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Tobiuchi; 邦幸飛内
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: JP4340468B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact projection lens, which has a ≥40° half field angle, or a wide field angle, high resolution, a long back focus, and high telecentricity and in which an optical path of imaging luminous flux is bent between lens groups, and a projection type image display device. <P>SOLUTION: This projection lens is constituted by arranging a 1st negative lens group I and a 2nd positive lens group II in order from an enlargement side to a reduction side and also arranging a reflecting means M for bending the optical path between the 1st and 2nd lens groups, and has a ≥40° half field angle; and the 2nd lens group has a 2nd positive lens front group IIf on its enlargement side and a 2nd positive lens rear group IIr on its reduction side, and an aperture stop ST is arranged nearby the enlargement-side focus position of the 2nd lens rear group. The largest air gap in the lens system is formed between the 1st and 2nd lens groups where the reflecting means M is arranged, and a condition (1) of 2.3<Bf/F<3.5, a condition (2) of 1.5<¾f1/f¾<2.5, and a condition (3) of 3.5<d/f<3.0 are met, where (f) is the focal length of the whole system, f1 the focal length of the 1st lens group, Bf the back focus in air when an enlargement-side conjugation point is at an infinite distance, and (d) the gap between the 1st lens group and 2nd lens group on the optical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原画像をスクリーンに拡大投射する投射用レンズおよびこの投射用レンズを搭載した投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル等に表示された画像を、スクリーン等の表示媒体上に拡大投射する液晶プロジェクタは、一般のＴＶ放送、ビデオ再生画像やコンピュータの表示機器として近来広く普及してきている。
【０００３】
なかでも、赤・緑・青の各色画像を、独立した３枚の液晶パネル（液晶ライトバルブ等）に表示し、各色画像を合成して透過型スクリーンの背面から広画角で拡大投射表示する「リア方式３板液晶プロジェクタ」は、大画面でありながらも薄型で、しかも画像が高精細であることから普及率が高まっている。
【０００４】
リア方式３板液晶プロジェクタでは一般に、色分離光学系により、白色光源からの光を赤・緑・青の各色に分離して各液晶パネルへ導き、各液晶パネルから射出する光（各液晶パネルに表示された画像により、２次元的に強度変調されている）を色合成光学系により合成して、投射用レンズに入射させるようになっており、その構成上、投射用レンズと液晶パネルの間に「プリズム等からなる色合成光学系」が配置されることになる。
【０００５】
このため、リア方式３板液晶プロジェクタに用いられる投射用レンズは「長いバックフォーカス」を必要とする。
【０００６】
液晶パネルから色合成光学系に入射する光束の角度が変化すると、それに応じて、色合成光学系の分光透過率が変化し、投射されたカラー画像における各色の明るさが画角により変化して見づらい画像になる。これを避けるため、投射用レンズは「主光線の角度が縮小側で光軸と略平行になるテレセントリックな性質」を持つことが好ましい。
【０００７】
長いバックフォーカスを持ち、縮小側にテレセントリックな投射用レンズとしては、拡大側から順に「負の屈折力のレンズ群」と「正の屈折力のレンズ群」が配置される所謂「レトロフォーカスタイプ」のレンズが知られているが、このタイプの投射用レンズは全長が大きくなり易く、「スクリーン面に直交する方向にコンパクトな薄型外形」が求められる投射型画像表示装置に、如何にして「画像表示装置のコンパクト性を損なわずに組込むか」が問題となる。
【０００８】
この問題を解消する方法として、全長が大きいレトロフォーカスタイプの投射用レンズのレンズ群間に「ミラー等の反射手段」を配置し、光路を屈曲させることにより投射型画像表示装置を「薄型外形」ならしめる工夫が知られている（特許文献１、２）。
【０００９】
また、結像光束の光路をできるだけ短くして投射型画像表示装置を薄型化しつつ、しかも表示画像を大画面化するには、投射用レンズは画角が大きいことが必要である。表示される画像が高画質であるように、各種収差が良好に補正され、高い解像度を持つべきことは勿論である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２１８３７９号広報
【特許文献２】
特開２０００−４２２１１号広報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述要請に応えるべく、半画角：４０度以上の広画角、高解像度で、長いバックフォーカスと高いテレセントリック性を持ち、結像光束の光路をレンズ群間で屈曲させたコンパクトな投射用レンズおよびこの投射用レンズを用いた薄型外形の投射型画像表示装置の実現を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投射用レンズは、図１に例示するように、拡大側（図の上方）から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩを配し、これら第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段Ｍを配してなり、半画角：４０度以上を有する。
【００１３】
第１レンズ群Ｉは、３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成され、１枚が非球面レンズである。この非球面レンズは３枚のメニスカス負レンズの何れでもよい。後述する実施例１、２、３では「最も拡大側のレンズ」を非球面レンズとし、実施例４、５では、拡大側から２番目のレンズを非球面レンズとしている。
【００１４】
第２レンズ群ＩＩは、拡大側に正の屈折力を持つ第２レンズ前群ＩＩｆ、縮小側に正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒを配し、第２レンズ後群ＩＩｒの拡大側焦点位置近傍に開口絞りＳＴを配置してなる。
【００１５】
反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間は、「レンズ系中で最も大きな空気間隔」をなす。
【００１６】
第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚が、小さな空気間隔を隔てて配列した構成である。
【００１７】
第２レンズ後群ＩＩｒは、「縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ」、「縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ」、「縮小側に大きな曲率の正レンズ」を、拡大側から上記順序に配してなる。
【００１８】
なお、図１において、符号Ｐは「色合成光学系であるプリズム」を示し、符号ＬＢは「液晶パネル等のライトバルブ」を示している。
【００１９】
全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄは、条件：
（１）２．３＜Ｂｆ／ｆ＜３．５
（２）１．５＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
（３）３．５＜ｄ／ｆ＜７．０
を満足する。
【００２０】
請求項１記載の投射用レンズにおいて、第２レンズ後群ＩＩｒ内の「接合レンズを構成する負レンズ」は、「拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズ」であることが好ましい（請求項２）。
請求項１または２記載の投射用レンズにおいて、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズ（縮小側に凸のメニスカスレンズ）は、拡大側の面のみを非球面とすることができる（請求項３）。
【００２１】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズにおいては、第２レンズ前群における、負レンズのアッべ数：ν_２Ｎ、正レンズのアッべ数：ν_２Ｐが、条件：
（４）１５＜ ν_２Ｎ−ν_２Ｐ＜５０
を満足することが好ましい（請求項４）。
【００２２】
また、請求項１〜４の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「全系中において最も縮小側に配置された正レンズ」のアッべ数：ν_３Ｐは、条件：
（５）５０＜ ν_３Ｐ
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００２３】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第１レンズ群内における非球面を有するレンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、その場合、このプラスチックレンズの焦点距離：ｆ１ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（６）０＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜０．１２
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００２４】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第２レンズ後群内における非球面を有するレンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、その場合、このプラスチックレンズの焦点距離：ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（７）０＜｜ｆ／ｆ２ｐ｜＜０．０３
を満足することが好ましい（請求項７）。
【００２５】
また、請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて「第１レンズ群内における非球面を有するレンズ」を焦点距離：ｆ１ｐのプラスチックレンズとし、「第２レンズ後群内における非球面を有するレンズ」を焦点距離：ｆ２ｐの正の屈折力を持つプラスチックレンズとし、上記焦点距離：ｆ１ｐ、ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（８）０＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜０．２
（９）０．００８＜ｆ／ｆ２ｐ＜０．０３
を満足するように構成することも好ましい（請求項８）。
【００２６】
請求項１〜８の任意の１に記載の投射用レンズは「第１レンズ群内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正できるようにした」構成とすることができる（請求項９）。
上記「投射距離」は、投射用レンズの最も拡大側のレンズ面からスクリーンまでの距離である。
【００２７】
この発明の投射型画像表示装置は、上記請求項１〜９の任意の１に記載の投射用レンズを搭載してなる（請求項１０）。この投射型画像表示装置は、例えば、前述の「リア方式３板液晶プロジェクタ」として実施することができる。
【００２８】
この発明の投射用レンズは「色合成光学系の配置」のために必要とされる「長いバックフォーカス」を持たせるため、拡大側に「負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ」、縮小側に「正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩ」を配し、主点をレンズ後方（縮小側）に移動させた「レトロフォーカスタイプ」としている。
【００２９】
条件（１）は、所望の「（半画角：４０度以上の）大きな画角」を保持しつつ、３板式液晶プロジェクタの投射用レンズに必要にして十分なバックフォーカスを確保するための条件である。
【００３０】
上記「大きな画角」を保持しつつ条件（１）の下限を超えると、バックフォーカス：Ｂｆが短くなり、投射用レンズと液晶パネルの間にプリズム等の色合成光学系を配置するのが困難になる。所望の「十分なバックフォーカス」を保持しつつ条件（１）の上限を超えると、全系の焦点距離：ｆが小さくなり、諸収差の補正が困難になってしまう。
【００３１】
条件（２）は、十分に長いバックフォーカスと、良好な光学性能を両立するための条件である。
【００３２】
レトロフォーカスタイプのレンズにおいては一般に、全系の焦点距離：ｆに対するバックフォーカス：Ｂｆの比：Ｂｆ／ｆは、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の主点間隔：Ｄと、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１（＜０）とにより、
Ｂｆ／ｆ＝１−Ｄ／ｆ１（ａ）
で表される。従って、｜ｆ１｜の値が小さくなると、右辺第２項が正の値で大きくなり、バックフォーカス：Ｂｆの値は大きくなる。
【００３３】
パラメータ：｜ｆ１／ｆ｜が条件（２）の上限を超えると、｜ｆ１｜が大きくなり過ぎて第１レンズ群の負の屈折力が小さくなり、所望のバックフォーカスを得るのが困難になる。
【００３４】
条件（２）の下限を越えると、｜ｆ１｜が小さくなり過ぎて第１レンズ群の負の屈折力が過大になり、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になる。
【００３５】
条件（３）は、光路を屈曲するための反射手段を配するに必要なスペースと、長いバックフォーカスとを適切に確保するための条件である。
【００３６】
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔：ｄを大きくすると、上記（ａ）式における「主点間隔：Ｄ」が大きくなるので、長いバックフォーカスを実現できるとともに「反射手段を配するスペース」も確保できる。
【００３７】
しかし、間隔：ｄが大きくなり過ぎて、パラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の上限を超えると、第２レンズ群ＩＩの拡大側に配されるレンズが大きくなり、投射用レンズのコスト増を招来してしまう。逆にパラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の下限を超えると「長いバックフォーカスと反射手段を配するスペース」を共に確保することが困難になる。
【００３８】
この発明の投射用レンズは、第２レンズ後群ＩＩｒの「拡大側の焦点位置の近傍」に開口絞りＳＴを配置することにより、高いテレセントリック性を確保しつつ高い開口効率を実現している。
【００３９】
レトロフォーカスタイプの投射用レンズは、拡大側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｉと正の屈折力の第２レンズ群ＩＩからなり、レンズの中心（開口絞り位置）から見ると「屈折力の配置が非対称」であることから、歪曲収差が大きく発生し易い。
【００４０】
この発明の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉを３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成することで歪曲収差の発生を小さく抑え、また、３枚のメニスカス負レンズはスペース的に接近した配置ができることからコンパクト化に有利な構成となっている。
【００４１】
第１レンズ群Ｉは、軸外の主光線高さ（光軸からの距離）が、他のレンズ群に比べて大きいので、第１レンズ群Ｉ内に非球面レンズを配置することで、歪曲収差の効果的な補正が可能になる。
【００４２】
第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと、拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚を「小さな空気間隔を隔てて配した構成」とすることで、上記正・負レンズを接合した場合に比べ、より自由度の多い設計が可能となり、この利点を生かして軸上色収差、球面収差等を良好に補正できる。
【００４３】
請求項２記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内の接合レンズを構成する負レンズを「拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズ」とすることで、コマ収差等の適切な補正を可能としている。
【００４４】
投射用レンズにおいても「使用される非球面レンズの両面を非球面にする」と設計自由度が多くなり、高い画像品質を得易いが、面形状誤差・非球面軸の偏心に対して厳しい精度が必要となり低コスト化は難しくなる。従って、投射用レンズには「少ない面数の非球面を効果的に配置する」ことが要求される。
【００４５】
請求項３記載の投射用レンズは、第２レンズ後群内に配置された非球面レンズの非球面を拡大側にのみ配置し、効果的に収差補正を行っている。
【００４６】
条件（４）は、第２レンズ前群ＩＩｆを構成する２枚のレンズの「アッベ数の差の範囲」を表したものである。条件（４）の下限値を超えると、これら２枚のレンズによる軸上色収差の効果的な補正が難しくなる。
【００４７】
液晶パネルから投射用レンズに入射する軸外の主光線は、投射用レンズの縮小側における高いテレセントリック性により、正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒにより大きく光軸方向に曲げられるが、このとき「光線の曲がる度合い」の波長の違いによる差が大きいと、倍率色収差が大きく発生する。
【００４８】
請求項５記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内で「最も縮小側に配置された正レンズ」のアッべ数を条件（５）より適切に選び、倍率色収差の発生を抑えている。
【００４９】
請求項６記載の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズを、安価で成型の容易なプラスチック材料によるプラスチック非球面レンズとして低コスト化を可能としている。
【００５０】
プラスチックレンズは、光学ガラスに比して「温度による焦点距離の変化」が大きい。このためプラスチックレンズの屈折力が大きいと、それを搭載した投射用レンズにおいては「温度による焦点距離、ピント位置の変化」が大きくなる。
【００５１】
リア方式の液晶プロジェクタにおける投射用レンズは、組立てられた後、筐体内に密閉されるので、ピント位置、倍率（焦点距離）の再調整が難しく、特にピント位置の変化による画像の劣化には十分配慮する必要がある。
【００５２】
条件（６）は、この点を鑑みて、第１レンズ群Ｉ内のプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制する条件である。
【００５３】
条件（６）のパラメータ：｜ｆ／ｆ１ｐ｜が、上限を超えると、プラスチック非球面レンズの焦点距離：ｆ１ｐが温度変化に伴い変化したとき「画像の倍率」が大きく変化し、また大きなピントずれも生じて好ましくない。
【００５４】
請求項７記載の投射用レンズでは、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズを、プラスチック製とし、条件（７）で、このプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制している。
条件（７）の上限値は、条件（６）の上限値より小さな値になっているが、これは以下に述べる理由による。
【００５５】
プラスチックレンズの温度変化により発生する投射用レンズのピント位置の移動量：ΔＬは、プラスチックレンズの焦点距離：ｆ_Ｐ、光線入射高：ｈ_Ｐ、温度分散数：ω_Ｐにより、
ΔＬ＝（ｈ_Ｐ ^２／ｆ_Ｐ）・ω_Ｐ（ｂ）
で表される。
【００５６】
液晶パネルの１点から射出した光線束は、広がりながら第２レンズ後群ＩＩｒに入射するが、光線束径は第２レンズ後群ＩＩｒで最大となった後収束に向かい、小さな光線束径となって第１レンズ群Ｉへ入射する。
【００５７】
第１レンズ群Ｉ内と第２レンズ後群ＩＩｒ内の各プラスチックレンズにおける光線入射高をそれぞれｈ_Ｐ１、ｈ_Ｐ２とすると、上述の如くｈ_Ｐ２はｈ_Ｐ１に比して大きく、これらの「比」の２乗：ε^２（＝（ｈ_Ｐ２／ｈ_Ｐ１）^２）は４〜１０程度の範囲になる。
【００５８】
温度変化によるピント位置の移動量：ΔＬは、上記（ｂ）式のように、光線入射高：ｈ_Ｐの２乗に比例するので、第２レンズ後群ＩＩｒ内のプラスチックレンズの焦点距離は、第１レンズ群Ｉ内のプラスチックレンズより４倍は大きくしなければならない。このような理由により、条件（７）の上限値：０．０３は、条件（６）の上限値：０．１２より小さくなっている。
【００５９】
請求項８記載の投射用レンズでは、第１レンズ群Ｉ内の負のプラスチックレンズに対し、第２レンズ後群ＩＩｒ内には正のプラスチックレンズを配し、温度によるピント位置の移動を、負と正のプラスチックレンズで相殺させることで減少を図っている。
【００６０】
条件（８）の上限値：０．２が、条件（６）の上限値：０．１２よりも大きくなっているのは、第２レンズ後群ＩＩｒ内に配された正のプラスチックレンズによる打消しの作用分を見込んで、第１レンズ群Ｉ内の負のプラスチックレンズに対する規制を緩やかにしていることによる。
条件（８）の上限値を超えると、負のプラスチックレンズの屈折力が大きくなり、それに対する正のプラスチックレンズの屈折力も大きくしなければならないが、前述の「光線入射高の比：ε」のばらつきによる「打消し作用の誤差」も大きくなり、温度によるピント位置の変化を保証できなくなる。
【００６１】
条件（９）のパラメータ：ｆ／ｆ２ｐが、下限値を超えると第２レンズ後群ＩＩｒ内の正のプラスチックレンズによる逆の作用が小さくなり、上限値を超えると相殺作用が過剰となる。従って条件（９）の範囲外では「温度によるピント位置の変化の補正」を保証できなくなる。
【００６２】
この発明の投射用レンズは、いずれも第２レンズ後群ＩＩｒを、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを、拡大側から上記順序に配置することにより、倍率色収差、コマ収差、非点収差を良好に補正している。
【００６３】
リア方式の投射型画像表示装置では、消費者の要求に応えるため、表示画面であるスクリーンのサイズを段階的に変えて、商品ラインアップを拡充することが一般的に行われている。
【００６４】
しかし、スクリーンサイズに合わせ、投射距離（投射用レンズからスクリーンまでの距離）を変更すると、画面周辺において像面の湾曲が発生し、画像品質の劣化が生じる。
【００６５】
後述の実施例１の投射用レンズにおいて、投射距離：６４６ｍｍを９４６ｍｍに延長し投射表示のサイズを拡大すると、その画像には、図１７の非点収差図と図１８のコマ収差図に照らして明らかなように、大きな像面の湾曲が発生する。
【００６６】
第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズ（最も拡大側のレンズ）と、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を「０．５ｍｍ短縮」したときの、非点収差図を図１９に、コマ収差図を図２０に示す。これらの図から理解されるように、上記レンズ間隔の調整により、像面の湾曲は補正されて良好な像性能が回復されている。投射距離を短縮し投射表示のサイズを縮小したときも、同様の補正が可能である。この補正機能は、他の実施例においても同様である。
【００６７】
即ち、請求項９記載の投射用レンズのように、上記レンズ間隔を変えることで「各サイズのスクリーンに対し、簡便に像面の湾曲を補正して良好な画像を投射する」ことができる。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態として、実施例を５例挙げる。
【００６９】
各実施例中、「Ｓ」により拡大側から数えた面番号、「Ｒ」により各面（開口絞りＳＴの面および色合成光学系であるプリズムＰの面を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表し、「Ｄ」により光軸上の面間隔を表す。また、「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率及びアッべ数を示す。
【００７０】
「ｆ」は投射用レンズの焦点距離、「Ｆ／Ｎｏ」は明るさを表すＦ値、「ω」は半画角、「ｏｂｄ」は物体（スクリーン）からレンズ第１面（第１レンズ群の最もスクリーン側のレンズ面）までの距離、「Ｂｆ」は空気中（プリズムのない状態）におけるバックフォーカスを表す。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００７１】
非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次項の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、式：

で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを与えて特定する。
【００７２】
実施例１
図１に、実施例１の投射用レンズのレンズ構成を示す。
【００７３】
拡大側（図の上方）から第１レンズ群Ｉ、光路を曲げる反射ミラー（平面鏡）Ｍ、第２レンズ群ＩＩを配してなり、第２レンズ群ＩＩは第２レンズ前群ＩＩｆ、開口絞りＳＴ、第２レンズ後群ＩＩｒからなる。投射用レンズとライトバルブＬＢの間には、色合成光学系であるプリズムＰが挿入されている。
【００７４】
第１レンズ群内の非球面レンズは最も拡大側に配置されている。
【００７５】

【００７６】

【００７７】

実施例１の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図２に、コマ収差の図を図３に示す。各収差図は、５４６ｎｍの波長を持つ緑色光の収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光を代表して波長：６１０ｎｍと４７０ｎｍの収差も表示している。非点収差図におけるＳはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面の収差を示す。他の実施例の収差図においても同様である。
【００７８】
実施例２
図４に、実施例２の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００７９】

【００８０】

【００８１】

【００８２】
実施例２の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図５に、コマ収差の図を図６に示す。
【００８３】
実施例３
図７に、実施例３の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００８４】

【００８５】

【００８６】

【００８７】
実施例３の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図８に、コマ収差の図を図９に示す。
【００８８】
実施例４
図１０に、実施例４の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００８９】
第１レンズ群内の非球面レンズは拡大側から２番目に配置されている。
【００９０】

【００９１】

【００９２】

実施例４の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１１に、コマ収差の図を図１２に示す。
【００９３】
実施例５
図１３に、実施例５の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
【００９４】

【００９５】

【００９６】

実施例５の投射用レンズを「縮小側で評価」した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１４に、コマ収差の図を図１５に示す。
【００９７】
上に挙げた実施例１〜５の投射用レンズは何れも、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩを配し、これら第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段Ｍを配してなり、第１レンズ群Ｉは、３枚の「拡大側に凸のメニスカス負レンズ」で構成され、１枚が非球面レンズであり、第２レンズ群ＩＩは、拡大側から正の屈折力を持つ第２レンズ前群ＩＩｆと正の屈折力を持つ第２レンズ後群ＩＩｒとを配し、第２レンズ後群ＩＩｒの拡大側焦点位置近傍に開口絞りＳＴを配置してなり、反射手段Ｍが配置される第１、第２レンズ群間はレンズ系中で最も大きな空気間隔をなし、第２レンズ前群ＩＩｆは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと拡大側に大きな曲率を持つ正レンズの２枚が、小さな空気間隔を隔てて配列した構成であり、第２レンズ後群ＩＩｒは、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の張り合わせによる接合レンズ、縮小側に凸のメニスカスの非球面レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを、拡大側から上記順序に配して成り、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件：
（１）２．３＜Ｂｆ／ｆ＜３．５
（２）１．５＜｜ｆ１／ｆ｜＜２．５
（３）３．５＜ｄ／ｆ＜７．０
を満足し、半画角４０°以上を有する（請求項１）。
【００９８】
実施例１〜５の投射用レンズは何れも、第２レンズ後群ＩＩｒ内の接合レンズを構成する負レンズが、拡大側に緩い凸のメニスカス負レンズで（請求項２）、第２レンズ後群ＩＩｒ内の非球面レンズが、拡大側の面のみ非球面である（請求項３）。
【００９９】
実施例１〜５の投射用レンズはまた、第２レンズ前群ＩＩｆにおける、負レンズのアッべ数：ν_２Ｎ、正レンズのアッべ数：ν_２Ｐが、条件：
（４）１５＜ ν_２Ｎ−ν_２Ｐ＜５０
を満足し（請求項４）、全系中において最も縮小側に配置された正レンズのアッべ数：ν_３Ｐが、条件：
（５）５０＜ ν_３Ｐ
を満足する（請求項５）。
【０１００】
実施例１〜４の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（６）０＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜０．１２
を満足し（請求項６）、第２レンズ後群ＩＩｒ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐ、全系の焦点距離：ｆが条件：
（７）０＜｜ｆ／ｆ２ｐ｜＜０．０３
を満足する（請求項７）。
【０１０１】
実施例５の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉ内における非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ１ｐ、第２レンズ後群内における非球面を有するレンズが正の屈折力を持つプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ２ｐが、全系の焦点距離：ｆに対して、条件：
（８）０＜｜ｆ／ｆ１ｐ｜＜０．２
（９）０．００８＜ｆ／ｆ２ｐ＜０．０３
を満足する（請求項８）。
【０１０２】
さらに、実施例１〜５の投射用レンズは何れも、第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正することが可能である（請求項９）。
【０１０３】
従って、白色の光源の光を赤・緑・青の３色の光に分離し、それぞれ独立した３枚の液晶パネルを通過させ、これら画像情報を持つ光を色合成光学系のプリズムにより合成し、図１６に示すように透過型スクリーンＳＣの背面から拡大投射表示する公知の投射型画像表示装置に、投射用レンズＰＬとして、上記実施例１〜５の適宜のものを搭載することにより、コンパクトでありながら高精細な画像を表示することが可能である（請求項１０）。
【０１０４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、半画角：４０度以上の広画角でありながらも高い解像力を維持し、長いバックフォーカス、縮小側における高いテレセントリック性を有し、性能良好でコンパクト、低コストの投射用レンズおよびこれを搭載した投射型画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のレンズ構成図である。
【図２】実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図３】実施例１のコマ収差を示す図である。
【図４】実施例２のレンズ構成図である。
【図５】実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図６】実施例２のコマ収差を示す図である。
【図７】実施例３のレンズ構成図である。
【図８】実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図９】実施例３のコマ収差を示す図である。
【図１０】実施例４のレンズ構成図である。
【図１１】実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１２】実施例４のコマ収差を示す図である。
【図１３】実施例５のレンズ構成図である。
【図１４】実施例５の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１５】実施例５のコマ収差を示す図である。
【図１６】この発明の投射用レンズを搭載した投射型画像表示装置を示す図である。
【図１７】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長したときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１８】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長したときのコマ収差を示す図である。
【図１９】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長し、像面補正をしたときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図２０】実施例１の投射距離を３００ｍｍ延長し、像面補正をしたときのコマ収差を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ第１レンズ群
ＩＩ第２レンズ群
ＩＩｆ第２レンズ前群
ＩＩｒ第２レンズ後群
Ｍ反射ミラー
ＳＴ開口絞り
Ｐ色合成光学系としてのプリズム
ＬＢライトバルブ
ＳＣスクリーン
ＰＬ投射用レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection lens for enlarging and projecting an original image on a screen, and a projection type image display device equipped with the projection lens.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A liquid crystal projector for enlarging and projecting an image displayed on a liquid crystal panel or the like onto a display medium such as a screen has recently been widely used as a general TV broadcast, a video reproduction image, or a display device of a computer.
[0003]
Above all, red, green, and blue color images are displayed on three independent liquid crystal panels (liquid crystal light valves, etc.), and the respective color images are synthesized and enlarged and projected from the back of the transmissive screen at a wide angle of view. The “rear three-panel liquid crystal projector” has a large screen, is thin, and has a high definition image.
[0004]
In general, in a rear-type three-panel liquid crystal projector, light from a white light source is separated into red, green, and blue by a color separation optical system and guided to each liquid crystal panel, and light emitted from each liquid crystal panel (to each liquid crystal panel). The two-dimensionally intensity-modulated light is combined by the color combining optical system, and the combined light is incident on the projection lens. Is provided with a “color combining optical system including a prism or the like”.
[0005]
For this reason, the projection lens used in the rear-type three-panel liquid crystal projector needs “long back focus”.
[0006]
When the angle of the light beam entering the color combining optical system from the liquid crystal panel changes, the spectral transmittance of the color combining optical system changes accordingly, and the brightness of each color in the projected color image changes according to the angle of view. The image becomes hard to see. In order to avoid this, it is preferable that the projection lens has “telecentric properties in which the angle of the principal ray becomes substantially parallel to the optical axis on the reduction side”.
[0007]
The so-called "retro focus type", which has a long back focus and a telecentric projection lens on the reduction side, in which a "negative refractive power lens group" and a "positive refractive power lens group" are arranged in order from the enlargement side. However, this type of projection lens tends to have a large overall length, and a projection-type image display device that requires a “compact and thin outer shape in a direction perpendicular to the screen surface” is required. Whether to incorporate the display device without compromising the compactness of the display device ".
[0008]
As a method for solving this problem, a “reflection means such as a mirror” is arranged between the lens groups of a retrofocus type projection lens having a large overall length, and the projection type image display device is formed into a “thin profile” by bending an optical path. A contrivance is known (Patent Documents 1 and 2).
[0009]
Further, in order to make the optical path of the image forming light beam as short as possible to reduce the thickness of the projection type image display device and increase the size of the displayed image, the projection lens needs to have a large angle of view. It is needless to say that various aberrations should be satisfactorily corrected and have high resolution so that the displayed image has high image quality.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 9-218379 Public Relations
[Patent Document 2]
JP 2000-42211 Public Relations
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In order to meet the above-mentioned requirements, the present invention has a wide angle of view of half an angle of view of 40 degrees or more, high resolution, a long back focus and high telecentricity, and a compact optical path of an imaged light flux bent between lens groups. It is an object to realize a projection lens and a projection-type image display device having a thin outer shape using the projection lens.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 1, the projection lens according to claim 1 has a first lens unit I having a negative refractive power and a positive refractive power from an enlargement side (upper side in the figure) to a reduction side. A second lens group II is arranged, and a reflecting means M for bending the optical path is arranged between the first and second lens groups, and has a half angle of view: 40 degrees or more.
[0013]
The first lens group I includes three “meniscus negative lenses that are convex on the enlargement side”, and one is an aspheric lens. This aspheric lens may be any of the three meniscus negative lenses. In Examples 1, 2, and 3 described below, the “lens closest to the enlargement side” is an aspherical lens, and in Examples 4 and 5, the second lens from the enlargement side is an aspherical lens.
[0014]
The second lens group II includes a second front lens group IIf having a positive refractive power on the enlargement side, a second rear lens group IIr having a positive refractive power on the reduction side, and an enlargement of the second rear lens group IIr. An aperture stop ST is arranged near the side focal position.
[0015]
The first and second lens groups in which the reflection means M are arranged form the "largest air gap in the lens system".
[0016]
The second front lens group IIf has a configuration in which a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having a large curvature on the enlargement side are arranged with a small air gap.
[0017]
The second lens rear group IIr includes “a cemented lens formed by laminating a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having both surfaces convex”, “a meniscus aspheric lens convex on the reduction side”, and “ The positive lens having a large curvature on the reduction side is arranged in the above order from the enlargement side.
[0018]
In FIG. 1, the symbol P indicates “a prism that is a color combining optical system”, and the symbol LB indicates “a light valve such as a liquid crystal panel”.
[0019]
Focal length of the entire system: f 1, focal length of the first lens group: f1, back focus in air when the conjugate point on the enlargement side is infinity: Bf, optical axis of the first and second lens groups The interval above: d is the condition:
(1) 2.3 <Bf / f <3.5
(2) 1.5 <| f1 / f | <2.5
(3) 3.5 <d / f <7.0
To be satisfied.
[0020]
In the projection lens according to the first aspect, it is preferable that the “negative lens forming the cemented lens” in the second lens rear group IIr is a “meniscus negative lens that is loosely convex toward the enlargement side” (claim 2). .
In the projection lens according to claim 1 or 2, only the surface on the enlargement side of the aspheric lens (the meniscus lens convex on the reduction side) in the second lens rear group IIr can be made aspheric. 3).
[0021]
In the projection lens according to any one of claims 1 to 3, the Abbe number of the negative lens in the front group of the second lens: ν_2N, The Abbe number of the positive lens: ν_2PBut the condition:
(4) 15 <ν_2N−ν_2P  <50
Is preferably satisfied (claim 4).
[0022]
Further, in the projection lens according to any one of claims 1 to 4, Abbe's number of “positive lens disposed closest to the reduction side in the entire system”: ν_3PThe conditions:
(5) 50 <ν_3P
Is preferably satisfied (claim 5).
[0023]
In the projection lens according to any one of claims 1 to 5, it is preferable that the "lens having an aspheric surface in the first lens group" is a plastic lens. In this case, the focal length of the plastic lens is f1p. , For the focal length f of the whole system,
(6) 0 <| f / f1p | <0.12
Is preferably satisfied (claim 6).
[0024]
In the projection lens according to any one of claims 1 to 5, it is preferable that the "lens having an aspherical surface in the rear group of the second lens" is a plastic lens. In this case, the focal length of the plastic lens is f2p. However, for the focal length f of the whole system, the condition:
(7) 0 <| f / f2p | <0.03
Is preferably satisfied (claim 7).
[0025]
Further, in the projection lens according to any one of claims 1 to 5, the “lens having an aspheric surface in the first lens group” is a plastic lens having a focal length: f1p, and the “lens having an aspheric surface in the second lens group” The "lens having a spherical surface" is a plastic lens having a positive refractive power of a focal length: f2p, and the above-mentioned focal lengths: f1p and f2p satisfy the following conditions with respect to the focal length f of the entire system:
(8) 0 <| f / f1p | <0.2
(9) 0.008 <f / f2p <0.03
It is also preferable to satisfy the following (claim 8).
[0026]
The projection lens according to any one of claims 1 to 8, wherein "the distance between the aspherical lens in the first lens group and the lens disposed on the reduction side of the aspherical lens is variable, and the projection distance The curvature of the image plane caused by the change can be corrected by changing the interval. "
The “projection distance” is a distance from the lens surface of the projection lens closest to the enlargement side to the screen.
[0027]
A projection-type image display device according to the present invention includes the projection lens according to any one of the first to ninth aspects (claim 10). This projection type image display device can be implemented, for example, as the above-mentioned “rear three-panel liquid crystal projector”.
[0028]
Since the projection lens of the present invention has a "long back focus" required for the "arrangement of the color combining optical system", the "first lens group I having a negative refractive power" on the enlargement side and the reduction The second lens group II having a positive refractive power is arranged on the side, and the principal point is moved to the rear side (reduction side) of the lens to be a “retro focus type”.
[0029]
The condition (1) is a condition for securing a necessary and sufficient back focus required for a projection lens of a three-panel liquid crystal projector while maintaining a desired “large angle of view (half angle of view: 40 degrees or more)”. It is.
[0030]
If the lower limit of the condition (1) is exceeded while maintaining the “large angle of view”, the back focus: Bf becomes short, and it is difficult to arrange a color combining optical system such as a prism between the projection lens and the liquid crystal panel. become. If the upper limit of the condition (1) is exceeded while maintaining the desired "sufficient back focus", the focal length f of the entire system becomes small, and it becomes difficult to correct various aberrations.
[0031]
Condition (2) is a condition for achieving both a sufficiently long back focus and good optical performance.
[0032]
Generally, in a retrofocus type lens, the ratio of the back focus: Bf to the focal length: f of the entire system: Bf / f is represented by the following formula: D: the principal point interval between the first negative lens unit and the second positive lens unit; By the focal length of the first lens group: f1 (<0),
Bf / f = 1−D / f1 (a)
Is represented by Therefore, when the value of | f1 | decreases, the second term on the right side increases with a positive value, and the value of the back focus: Bf increases.
[0033]
When the parameter: | f1 / f | exceeds the upper limit of the condition (2), | f1 | becomes too large, the negative refractive power of the first lens unit becomes small, and it becomes difficult to obtain a desired back focus. .
[0034]
When the value goes below the lower limit of the condition (2), | f1 | becomes too small and the negative refractive power of the first lens unit becomes excessively large, so that it is difficult to maintain good off-axis aberrations such as coma aberration and field curvature. become.
[0035]
The condition (3) is a condition for appropriately securing a space required for disposing a reflection unit for bending the optical path and a long back focus.
[0036]
If the distance d 1 between the first lens group and the second lens group is increased, the “principal point distance D” in the above equation (a) is increased, so that a long back focus can be realized and the “space for disposing the reflection means” can be realized. Can be secured.
[0037]
However, if the distance d becomes too large and the parameter d / f exceeds the upper limit of the condition (3), the lens disposed on the enlargement side of the second lens group II becomes large, and the cost of the projection lens increases. Will be invited. Conversely, if the parameter d / f exceeds the lower limit of the condition (3), it becomes difficult to secure both "long back focus and space for disposing the reflection means".
[0038]
The projection lens of the present invention realizes high aperture efficiency while securing high telecentricity by arranging the aperture stop ST in the "near the focal position on the enlargement side" of the second lens rear group IIr.
[0039]
The retrofocus type projection lens is composed of a first lens group I having a negative refractive power and a second lens group II having a positive refractive power in order from the magnification side. When viewed from the center of the lens (aperture stop position), Since the arrangement of the refracting power is asymmetric, distortion is likely to be large.
[0040]
In the projection lens according to the present invention, the first lens unit I is configured by three “negative meniscus lenses convex on the enlargement side” to suppress the occurrence of distortion, and the three negative meniscus lenses are space-saving. This arrangement is advantageous in terms of compactness because it can be arranged close to each other.
[0041]
Since the first lens unit I has a higher off-axis principal ray height (distance from the optical axis) than the other lens units, disposing an aspheric lens in the first lens unit I causes distortion. Effective correction of aberration becomes possible.
[0042]
The second front lens group IIf is configured such that a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having a large curvature on the enlargement side have a “configuration in which a small air gap is provided”, thereby obtaining the positive lens. A design with more freedom is possible as compared with the case where a negative lens is cemented, and axial chromatic aberration, spherical aberration, and the like can be favorably corrected by taking advantage of this advantage.
[0043]
In the projection lens according to the second aspect, the negative lens that forms the cemented lens in the second lens rear group IIr is a “meniscus negative lens that is gently convex toward the enlargement side” to appropriately correct coma and the like. It is possible.
[0044]
For the projection lens, if the both surfaces of the used aspherical lens are made aspherical, the degree of freedom in design is increased and it is easy to obtain high image quality, but severe accuracy against surface shape error and eccentricity of the aspherical axis. Is required, and cost reduction becomes difficult. Therefore, the projection lens is required to “arrange an aspherical surface with a small number of surfaces effectively”.
[0045]
In the projection lens according to the third aspect, the aspherical surface of the aspherical lens disposed in the rear group of the second lens is disposed only on the enlargement side, and the aberration is effectively corrected.
[0046]
Condition (4) represents the “range of the difference between the Abbe numbers” of the two lenses included in the second front lens group IIf. When the value exceeds the lower limit of the condition (4), it becomes difficult to effectively correct axial chromatic aberration by using these two lenses.
[0047]
The off-axis principal ray incident on the projection lens from the liquid crystal panel is largely bent in the optical axis direction by the second lens rear group IIr having a positive refractive power due to the high telecentricity on the reduction side of the projection lens. At this time, if the difference between the wavelengths of the “degree of bending of the light beam” is large, the chromatic aberration of magnification is large.
[0048]
In the projection lens according to the fifth aspect, in the second lens rear group IIr, the Abbe number of the “positive lens disposed closest to the reduction side” is appropriately selected from the condition (5) to suppress the occurrence of chromatic aberration of magnification. I have.
[0049]
In the projection lens according to the sixth aspect, the cost of the aspheric lens in the first lens group I can be reduced as a plastic aspheric lens made of a plastic material that is inexpensive and easy to mold.
[0050]
The plastic lens has a larger "change in focal length due to temperature" than the optical glass. For this reason, if the refractive power of the plastic lens is large, the “change in focal length and focus position due to temperature” in the projection lens equipped with the plastic lens increases.
[0051]
The projection lens in the rear-type liquid crystal projector is sealed in the housing after it is assembled, so it is difficult to readjust the focus position and magnification (focal length). Care must be taken.
[0052]
The condition (6) is a condition that regulates the “degree of change in the focal length due to temperature” of the plastic aspheric lens in the first lens group I in view of this point.
[0053]
When the parameter of the condition (6): | f / f1p | exceeds the upper limit, when the focal length f1p of the plastic aspherical lens changes with temperature, the “magnification of the image” greatly changes, and a large defocus occurs. Undesirably occurs.
[0054]
In the projection lens according to the seventh aspect, the aspheric lens in the second lens rear group IIr is made of plastic, and under the condition (7), the “degree of change in the focal length due to temperature” of this plastic aspheric lens is determined. Regulating.
The upper limit of the condition (7) is smaller than the upper limit of the condition (6) for the following reason.
[0055]
The amount of movement of the focus position of the projection lens caused by the temperature change of the plastic lens: ΔL is the focal length of the plastic lens: f_P, Ray incident height: h_P  , Temperature dispersion number: ω_PBy
ΔL = (h_P ²/ F_P) ・ Ω_P            (B)
Is represented by
[0056]
The light beam emitted from one point of the liquid crystal panel is incident on the second lens rear group IIr while spreading, but the light beam diameter reaches the maximum in the second lens rear group IIr and then converges. And enters the first lens group I.
[0057]
The light incident height on each plastic lens in the first lens group I and the second lens rear group IIr is h_P1, H_P2Then, as described above, h_P2Is h_P1And the square of these “ratio”: ε²(= (H_P2/ H_P1)²) Is in the range of about 4 to 10.
[0058]
The amount of movement of the focus position due to the temperature change: ΔL is, as shown in the above equation (b), the ray incident height: h_P  Therefore, the focal length of the plastic lens in the second lens rear group IIr must be four times larger than the plastic lens in the first lens group I. For this reason, the upper limit of condition (7): 0.03 is smaller than the upper limit of condition (6): 0.12.
[0059]
In the projection lens according to the eighth aspect, a positive plastic lens is disposed in the second lens rear group IIr with respect to the negative plastic lens in the first lens group I, and movement of the focus position due to temperature is negative. And a positive plastic lens to offset this.
[0060]
The reason why the upper limit value of the condition (8): 0.2 is larger than the upper limit value of the condition (6): 0.12 is that the positive plastic lens disposed in the second lens rear group IIr cancels out. This is because the restrictions on the negative plastic lens in the first lens unit I are relaxed in consideration of the amount of action.
When the value exceeds the upper limit of the condition (8), the refractive power of the negative plastic lens increases, and the refractive power of the positive plastic lens must also increase. The “error of the canceling action” due to the variation also increases, and it is not possible to guarantee a change in the focus position due to the temperature.
[0061]
If the parameter f / f2p of the condition (9) exceeds the lower limit, the adverse effect of the positive plastic lens in the second lens rear group IIr decreases, and if it exceeds the upper limit, the canceling action becomes excessive. Therefore, out of the range of the condition (9), “correction of change in focus position due to temperature” cannot be guaranteed.
[0062]
In the projection lens of the present invention, each of the second lens rear group IIr includes a cemented lens formed by laminating a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having both surfaces convex, and a meniscus convex on the reduction side. The chromatic aberration of magnification, coma, and astigmatism are favorably corrected by arranging the aspherical lens having a large curvature on the reduction side and the positive lens having a large curvature on the reduction side in the above order.
[0063]
In the rear projection image display device, in order to meet the demands of consumers, it is common practice to expand the product lineup by gradually changing the size of the display screen.
[0064]
However, if the projection distance (the distance from the projection lens to the screen) is changed in accordance with the screen size, the image plane will be curved around the screen, and the image quality will be degraded.
[0065]
In the projection lens of Example 1 to be described later, when the projection distance is extended from 646 mm to 946 mm to enlarge the size of the projection display, the image is shown in the astigmatism diagram of FIG. 17 and the coma diagram of FIG. As is evident, large curvature of field occurs.
[0066]
FIG. 9 is an astigmatism diagram when the distance between the aspherical lens (the lens on the largest magnification side) in the first lens unit I and the lens arranged on the reduction side of the aspherical lens is reduced by 0.5 mm. FIG. 19 shows a coma aberration diagram in FIG. As can be understood from these figures, the curvature of the image plane is corrected by the adjustment of the lens interval, and excellent image performance is restored. Similar correction can be made when the projection distance is shortened and the size of the projection display is reduced. This correction function is the same in other embodiments.
[0067]
That is, as in the case of the projection lens according to the ninth aspect, by changing the lens interval, it is possible to easily correct the curvature of the image plane and project a good image on the screen of each size.
[0068]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, five specific examples will be given as examples.
[0069]
In each embodiment, “S” indicates the surface number counted from the enlargement side, and “R” indicates the radius of curvature of each surface (including the surface of the aperture stop ST and the surface of the prism P as the color combining optical system) In this case, a paraxial radius of curvature is shown, and "D" represents a surface interval on the optical axis. Also, “Nd” and “νd” indicate the refractive index and Abbe number of the material of each lens with respect to d-line.
[0070]
“F” is a focal length of the projection lens, “F / No” is an F-number representing brightness, “ω” is a half angle of view, and “obd” is an object (screen) to the first lens surface (first lens group). , “Bf” represents the back focus in the air (without a prism). The unit of the quantity having the dimension of length is “mm”.
[0071]
The shape of the aspherical surface is defined as a height with respect to the optical axis: h, a displacement in the optical axis direction: Z, a paraxial radius of curvature: R, a conical constant: K, an aspherical coefficient of a higher-order term, with the intersection point with the optical axis as the origin. As A, B, C, D, E, the formula:

And given by giving R, K, A, B, C, D and E.
[0072]
Example 1
FIG. 1 shows a lens configuration of the projection lens of the first embodiment.
[0073]
A first lens group I, a reflecting mirror (plane mirror) M for bending the optical path, and a second lens group II are arranged from the enlargement side (upper side in the figure). The second lens group II is a second lens front group IIf and an aperture stop. ST, the second lens rear group IIr. A prism P, which is a color combining optical system, is inserted between the projection lens and the light valve LB.
[0074]
The aspheric lens in the first lens group is arranged on the most enlarged side.
[0075]

[0076]

[0077]

FIG. 2 shows a diagram of spherical aberration, astigmatism, and distortion obtained by “evaluating the projection lens of Example 1 on the reduction side”, and FIG. 3 shows a diagram of coma aberration. Each aberration diagram shows the aberration of green light having a wavelength of 546 nm, and the spherical aberration diagram and the coma aberration diagram also show aberrations at wavelengths of 610 nm and 470 nm on behalf of red and blue light. In the astigmatism diagram, S indicates the sagittal image plane, and M indicates the aberration of the meridional image plane. The same applies to aberration diagrams of other embodiments.
[0078]
Example 2
FIG. 4 shows the lens configuration of the projection lens of Example 2 in a manner similar to FIG.
[0079]

[0080]

[0081]

[0082]
FIG. 5 shows the spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration of the projection lens of Example 2 “evaluated on the reduction side”, and FIG. 6 shows the coma aberration.
[0083]
Example 3
FIG. 7 shows the lens configuration of the projection lens of Example 3 in a manner similar to FIG.
[0084]

[0085]

[0086]

[0087]
FIG. 8 shows the spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration of the projection lens of Example 3 "evaluated on the reduction side", and FIG. 9 shows the coma aberration.
[0088]
Example 4
FIG. 10 shows a lens configuration of the projection lens of Example 4 in a manner similar to FIG.
[0089]
The aspheric lens in the first lens group is disposed second from the magnification side.
[0090]

[0091]

[0092]

FIG. 11 shows a diagram of spherical aberration, astigmatism, and distortion obtained by “evaluating on the reduction side” of the projection lens of Example 4, and FIG. 12 shows a diagram of coma aberration.
[0093]
Example 5
FIG. 13 shows a lens configuration of the projection lens of Example 5 in a manner similar to FIG.
[0094]

[0095]

[0096]

FIG. 14 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion of the projection lens of Example 5 evaluated on the reduction side, and FIG. 15 shows coma.
[0097]
Each of the projection lenses of Examples 1 to 5 described above includes, from the enlargement side to the reduction side, a first lens group I having a negative refractive power and a second lens group II having a positive refractive power. And a reflecting means M for bending the optical path is arranged between the first and second lens groups. The first lens group I is composed of three “negative meniscus lenses convex to the enlargement side”. One is an aspheric lens, and the second lens group II includes a second lens front group IIf having a positive refractive power and a second lens rear group IIr having a positive refractive power from the enlargement side. An aperture stop ST is disposed in the vicinity of the focal point on the enlargement side of the rear group IIr of the two lenses, and the first and second lens groups in which the reflecting means M are disposed have the largest air gap in the lens system. The front lens group IIf includes a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having a large curvature on the enlargement side. However, the second lens rear group IIr includes a cemented lens formed by laminating a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having both convex surfaces on the reduction side, and a reduction side. A convex meniscus aspherical lens, a positive lens having a large curvature on the reduction side are arranged in the above order from the enlargement side, and the focal length of the entire system: f 1, the focal length of the first lens group: f1, the enlargement side Is the back focus in the air when the conjugate point is at infinity: Bf, the interval on the optical axis between the first lens unit and the second lens unit: d is the condition:
(1) 2.3 <Bf / f <3.5
(2) 1.5 <| f1 / f | <2.5
(3) 3.5 <d / f <7.0
And a half angle of view of 40 ° or more.
[0098]
In each of the projection lenses of Examples 1 to 5, the negative lens constituting the cemented lens in the second lens rear group IIr is a meniscus negative lens that is loosely convex toward the enlargement side (Claim 2). In the aspheric lens in the group IIr, only the surface on the enlargement side is aspheric (claim 3).
[0099]
In the projection lenses of Examples 1 to 5, the Abbe number of the negative lens in the second front lens group IIf: ν_2N, The Abbe number of the positive lens: ν_2PBut the condition:
(4) 15 <ν_2N−ν_2P <50
Is satisfied (claim 4), and the Abbe number of the positive lens arranged closest to the reduction side in the entire system: ν_3PBut the condition:
(5) 50 <ν_3P
Is satisfied (claim 5).
[0100]
In the projection lenses of Examples 1 to 4, the lens having an aspheric surface in the first lens group I is a plastic lens, and its focal length is f1p, and the focal length of the entire system is f.
(6) 0 <| f / f1p | <0.12
(Claim 6), the lens having an aspheric surface in the second lens rear group IIr is a plastic lens, and its focal length is f2p, and the focal length of the entire system is f.
(7) 0 <| f / f2p | <0.03
Is satisfied (claim 7).
[0101]
In the projection lens of Example 5, the lens having an aspheric surface in the first lens group I is a plastic lens, the focal length of which is f1p, and the lens having an aspheric surface in the second lens group has a positive refractive power. The focal length: f2p is a plastic lens having the following condition:
(8) 0 <| f / f1p | <0.2
(9) 0.008 <f / f2p <0.03
Is satisfied (claim 8).
[0102]
Further, in all of the projection lenses of Examples 1 to 5, the distance between the aspherical lens in the first lens unit I and the lens arranged on the reduction side of this aspherical lens is made variable, and the projection distance is changed. Can be corrected by changing the distance.
[0103]
Therefore, the light of the white light source is separated into light of three colors of red, green, and blue, and passes through three independent liquid crystal panels, and the light having the image information is synthesized by the prism of the color synthesis optical system. As shown in FIG. 16, a known projection-type image display device which performs enlarged projection display from the rear surface of the transmission screen SC to mount a suitable one of the above-described Examples 1 to 5 as a projection lens PL, thereby achieving compactness. However, it is possible to display a high-definition image in spite of (10).
[0104]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a half angle of view: a wide angle of view of 40 degrees or more, high resolution is maintained, long back focus, high telecentricity on the reduction side, and good performance. Thus, a compact and low-cost projection lens and a projection-type image display device equipped with the same can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, and distortion of Example 1.
FIG. 3 is a diagram illustrating coma aberration in the first embodiment.
FIG. 4 is a lens configuration diagram of a second embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, and distortion of Example 2.
FIG. 6 is a diagram illustrating coma aberration in the second embodiment.
FIG. 7 is a lens configuration diagram of a third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of Example 3.
FIG. 9 is a diagram illustrating coma aberration in the third embodiment.
FIG. 10 is a lens configuration diagram of a fourth embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of Example 4.
FIG. 12 is a diagram showing coma aberration in the fourth embodiment.
FIG. 13 is a lens configuration diagram of a fifth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of Example 5.
FIG. 15 is a diagram illustrating coma aberration in the fifth example.
FIG. 16 is a diagram showing a projection type image display device equipped with the projection lens of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion when the projection distance in Example 1 is extended by 300 mm.
FIG. 18 is a diagram illustrating coma aberration when the projection distance in Example 1 is extended by 300 mm.
FIG. 19 is a diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion when the projection distance in Example 1 is extended by 300 mm and image plane correction is performed.
FIG. 20 is a diagram illustrating coma aberration when the projection distance in Example 1 is extended by 300 mm and image plane correction is performed.
[Explanation of symbols]
I First lens group
II Second lens group
IIf Second lens front group
IIr Second lens rear group
M reflection mirror
ST aperture stop
Prism as P color synthesis optical system
LB light valve
SC screen
PL projection lens

Claims

A first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power are arranged from the enlargement side to the reduction side, and a reflecting means for bending an optical path is provided between the first and second lens groups. And arrange
The first lens group includes three meniscus negative lenses convex on the enlargement side, one of which is an aspheric lens;
The second lens group includes a second lens front group having a positive refractive power and a second lens rear group having a positive refractive power from the magnification side, and a magnification-side focal position of the second lens rear group. An aperture stop is placed in the vicinity,
The first and second lens groups in which the reflection means are arranged form the largest air gap in the lens system,
The second lens front group has a configuration in which a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having a large curvature on the enlargement side are arranged with a small air gap therebetween.
The second lens rear group includes, in order from the enlargement side, a cemented lens formed by laminating a negative lens having a large curvature on the reduction side and a positive lens having convex surfaces on both sides, a meniscus aspheric lens convex on the reduction side, It consists of a positive lens with a large curvature on the reduction side,
Focal length of the entire system: f 1, focal length of the first lens group: f1, back focus in air when the conjugate point on the enlargement side is infinity: Bf, optical axis of the first and second lens groups The interval above: d is the condition:
(1) 2.3 <Bf / f <3.5
(2) 1.5 <| f1 / f | <2.5
(3) 3.5 <d / f <7.0
A projection lens having a half angle of view of 40 ° or more, characterized in that:

The projection lens according to claim 1,
A projection lens, wherein the negative lens constituting the cemented lens in the rear group of the second lens is a meniscus negative lens that is gently convex toward the enlargement side.

The projection lens according to claim 1 or 2,
A projection lens wherein the aspheric lens in the rear group of the second lens is aspheric only on the surface on the enlargement side.

The projection lens according to any one of claims 1 to 3,
The Abbe number of the negative lens: ν _2N and the Abbe number of the positive lens: ν _2P in the front group of the second lens are as follows:
_{(4) 15 <ν 2N -ν} 2P <50
A projection lens characterized by satisfying the following.

The projection lens according to any one of claims 1 to 4,
Abbe number of the positive lens arranged closest to the reduction side in the entire system: ν _3P is required.
(5) 50 < _ν3P
A projection lens characterized by satisfying the following.

The projection lens according to any one of claims 1 to 5,
A lens having an aspheric surface in the first lens group is a plastic lens, and its focal length: f1p, and the focal length of the entire system: f.
(6) 0 <| f / f1p | <0.12
A projection lens characterized by satisfying the following.

The projection lens according to any one of claims 1 to 5,
The lens having an aspheric surface in the rear group of the second lens is a plastic lens, and its focal length: f2p, and the focal length of the entire system: f.
(7) 0 <| f / f2p | <0.03
A projection lens characterized by satisfying the following.

The projection lens according to any one of claims 1 to 5, wherein the lens having an aspheric surface in the first lens group is a plastic lens, the focal length of which is f1p, and the aspheric surface in the rear group of the second lens. The lens is a plastic lens having a positive refractive power, and its focal length: f2p is different from the focal length of the entire system: f by the following conditions:
(8) 0 <| f / f1p | <0.2
(9) 0.008 <f / f2p <0.03
A projection lens characterized by satisfying the following.

The projection lens according to any one of claims 1 to 8, wherein a distance between an aspheric lens in the first lens group and a lens arranged on a reduction side of the aspheric lens is variable, and a projection distance is reduced. A projection lens characterized in that the curvature of the image plane caused by the change can be corrected by changing the interval.

A projection type image display device comprising the projection lens according to any one of claims 1 to 9.