JP2006113446A - Projection optical system and image projection device - Google Patents

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博喜 中山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a telecentric retrofocus lens having simple constitution, made bright and compact and to have a wide angle, restraining the occurrence of chromatic aberration of magnification and distortion to be little, easily used for an enlarging and projecting projection device and realizing high-definition image projection. <P>SOLUTION: The projection lens has a 1st positive lens group having two negative lenses being concave meniscus lenses, a biconcave lens and at least one convex lens, and a 2nd lens group set behind the longest space and having positive refractive power in order from an enlargement side, and satisfies the following expression; 1<f2/f<4, provided that the focal distance of an i-th lens group is (fi) and the focal distance of an entire system is (f). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像を固定された有限距離にて、スクリーンに拡大投射するプロジェクション装置等に用いられる広角のプロジェクションレンズに関し、特に表示体に色光ごとに複数の液晶等デバイス等を用い、色合成して1本の投射レンズを介して、高精細な画像投射を行う簡易な構成でバックフォーカスの長い、画角も90°以上の広角で、歪曲も小さく抑えた小型のテレセントリックズームレンズに関するものである。   The present invention relates to a wide-angle projection lens that is used in a projection apparatus or the like that magnifies and projects an image onto a screen at a fixed finite distance, and in particular, uses a plurality of liquid crystal devices or the like for each color light as a display body to perform color synthesis. The present invention relates to a small telecentric zoom lens that has a simple configuration for projecting high-definition images through a single projection lens, has a long back focus, a wide angle of view of 90 ° or more, and a small distortion. .

負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のレトロフォーカスレンズは比較的広画角化が容易であるが、反面、歪曲の発生が大きく、またバックフォーカスも短め等の欠点を有している。   A negative lead type retrofocus lens preceded by a lens unit having a negative refractive power is relatively easy to widen the angle of view, but on the other hand, it has a large amount of distortion and a short back focus. Yes.

本出願人は従来から、特開平10−48513や特開平11−72700号公報にて広角レンズを提案しているが、近年のプロジェクション装置には必要なクロスダイクロプリズム等の色合成系のような大きなガラス材を考慮していない。そのためバックフォーカスの短いレンズ系の提案になっている。   The present applicant has conventionally proposed wide-angle lenses in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-48513 and 11-72700. However, in recent projection apparatuses, a color synthesizing system such as a cross dichroic prism is required. Big glass material is not considered. Therefore, a lens system with a short back focus has been proposed.

これらの欠点を改善しようとしたレンズが例えば特開平09−26542号公報、特開2001−116990号公報、特開2003−233000号公報で提案されている。また本出願人も特開2001−42211号公報でバックフォーカスの長い広角レンズを提案している。しかしながら特開平09−26542号公報は、拡大側より順に負、正、正の3つのレンズ群より構成しておりFNoも暗く画角も80°以下と広角には至っていなかった。   For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 09-26542, 2001-116990, and 2003-233000 propose lenses that attempt to improve these drawbacks. The present applicant has also proposed a wide-angle lens with a long back focus in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-42211. However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-26542 is composed of three lens groups of negative, positive, and positive in order from the enlargement side, and FNo is dark and the angle of view is 80 ° or less and does not reach a wide angle.

特開2001−116990号公報では、負正正の3つの群で構成され、第1レンズ群を負レンズのみで構成しており、バックフォーカスを大きく確保するには有利であるが、歪曲収差の発生が大きく充分な特性を得られていなかった。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116990 is composed of three negative and positive groups, and the first lens group is composed of only negative lenses, which is advantageous for ensuring a large back focus. The generation was large and sufficient characteristics were not obtained.

特開2003−233000号公報では負正の2つの群構成で、画角も充分でなく、歪曲も充分に補正しきれていなかった。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-233000, two negative and positive group configurations are used, the angle of view is not sufficient, and distortion is not fully corrected.

また、その他本特開2001−42211号公報等にも同様の投射レンズについて開示がある。
特開平10−048513号公報 特開平11−072700号公報 特開平09−026542号公報 特開2001−116990号公報 特開2003−233000号公報 特開2001−042211号公報
In addition, other similar projection lenses are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-42211.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-048513 JP-A-11-072700 JP 09-026542 A JP 2001-116990 A JP 2003-233000 A JP 2001-042211 A

本発明は、上記の従来技術の長所短所を考慮した上で、本発明では、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いやすい、高精細な画像投影を行うテレセントリックレトロフォーカスレンズを提供することである。   In consideration of the above-mentioned advantages and disadvantages of the prior art, the present invention provides a high-definition, easy-to-use, high-definition projection apparatus with a simple configuration that is bright and compact, has a wide angle, and has little chromatic aberration of magnification and distortion. It is to provide a telecentric retrofocus lens that performs effective image projection.

上記課題を解決するために、本発明の投射光学系は、拡大側から順に、凹メニスカスの負レンズを2枚、両凹レンズ、そして少なくとも1枚の凸レンズを有する正の第1レンズ群と、最も長い間隔の後、正の屈折力を有する第2レンズ群を有し、以下の式を満たすことを特徴としている。
1<f2/f<4
但しここで、第iレンズ群の焦点距離をfi、全系の焦点距離をfとする。
In order to solve the above problems, the projection optical system of the present invention includes, in order from the enlargement side, two negative meniscus negative lenses, a biconcave lens, and a positive first lens group having at least one convex lens, It has a second lens group having a positive refractive power after a long interval and satisfies the following expression.
1 <f2 / f <4
Here, the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal length of the entire system is f.

また、本発明の画像投射装置は、少なくとも1つの画像形成素子と、前記少なくとも1つの画像形成素子からの光を投射する、請求項1乃至3いずれかに記載の投射光学系とを有することを特徴としている。   Moreover, the image projection apparatus of this invention has at least 1 image forming element and the projection optical system in any one of Claims 1 thru | or 3 which projects the light from the said at least 1 image forming element. It is a feature.

以上説明したように構成することにより、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さい投射レンズを提供することが可能となる。   With the configuration described above, it is possible to provide a projection lens that has a simple configuration, is bright and small, has a wide angle, has a low chromatic aberration of magnification, and has little distortion.

まず、本発明のように、液晶パネル(特にTN型液晶)や、微小ミラーデバイス等の画像表示素子で形成された表示画像をスクリーンに拡大投射する際、特に液晶表示体を複数の色光ごとに分けて用い、各色光を合成して1本の投射レンズ(投射光学系)にて投射する場合、以下の条件を満足することが必要となる。   First, when a display image formed by an image display element such as a liquid crystal panel (especially a TN liquid crystal) or a micromirror device is enlarged and projected onto a screen as in the present invention, the liquid crystal display is particularly arranged for each of a plurality of color lights. When separately used, and combining each color light and projecting with one projection lens (projection optical system), it is necessary to satisfy the following conditions.

1)液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除すると共に、液晶パネルからレンズに射出される光束にあわせてパネル側の瞳(射出瞳)が遠方にある所謂テレセントリック光学系であること。
2)表示体と投射レンズの間に介在する色合成素子のスペースを確保する為に、長いバックフォーカスを必要とする。
3)レンズ系の表面(拡大側)には、傷がつきやすい材料で作ったレンズを配置しない(例えばプラスチックなどにおいては触らないような構成にしておくことが好ましい)
4)スクリーンの背後から投射する所謂リアプロジェクション方式のレンズにおいては充分な広角(画角90°以上)を確保すること。
1) The light distribution characteristic of the liquid crystal or the influence of the angle dependency of the color synthesis dichroic mirror when synthesizing a plurality of color lights is eliminated, and the pupil on the panel side (exit pupil) according to the light flux emitted from the liquid crystal panel to the lens ) Is a so-called telecentric optical system in the distance.
2) A long back focus is required to secure a space for the color composition element interposed between the display body and the projection lens.
3) A lens made of a material that is easily damaged is not disposed on the surface (enlarged side) of the lens system (for example, it is preferable that the lens is not touched with plastic).
4) A sufficiently wide angle (angle of view of 90 ° or more) must be secured in a so-called rear projection type lens that projects from behind the screen.

上記、要求事項に対し、前記従来例では、テレセントリックには不足なものや、小型化、広角化の不足しているものや、またFNoが暗く、明るいプロジェクタとして充分ではなかった。   In contrast to the above requirements, the conventional example is insufficient for telecentricity, insufficient for downsizing and widening, and dark for FNo and not sufficient as a bright projector.

本実施例の目的は、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いられる、高精細な画像投影を行うテレセントリックレトロフォーカスレンズを達成することである。   The purpose of the present embodiment is to achieve a telecentric retrofocus lens that performs high-definition image projection, which is used in an enlarged projection projection apparatus, with a simple configuration that is bright and small, has a wide angle, has little chromatic aberration of magnification, and has little distortion. is there.

そこで、本実施例の投射光学系は、拡大側から順に凹メニスカスの負レンズを2枚、両凹レンズ、そして少なくとも1枚の凸レンズを有する正の第1レンズ群(ここで記載するレンズ群とは、複数枚のレンズで構成されていることが望ましいが、一枚であっても構わない)と、最も長い間隔の後、正の屈折力を有する第2レンズ群を有し、以下の式を満たす用に構成することである。
(1) 1<f2/f<4
但しここで、第iレンズ群の焦点距離をfi、全系の焦点距離をfとする。
Therefore, in the projection optical system of the present embodiment, a positive first lens group having two concave meniscus negative lenses, a biconcave lens, and at least one convex lens in order from the enlargement side (the lens group described here is It is desirable that the lens is composed of a plurality of lenses, but it may be a single lens), and after the longest interval, a second lens group having a positive refractive power has It is to be configured to satisfy.
(1) 1 <f2 / f <4
Here, the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal length of the entire system is f.

この式は全系焦点距離の配分を適切にするものである。これにより第1レンズ群で充分に歪曲を補正し、全系中の多くのパワーを第2レンズ群に集約することにより、適切な性能を達成している。(1)式の下限値を超えると第1レンズ群のパワーが弱くなり歪曲収差が大きくなるとともに、長いバックフォーカスが達成できなくなる。また上限値を超えると大型化し、また充分な広角化が出来なくなる。   This formula makes the distribution of the focal length of the entire system appropriate. Accordingly, the first lens group sufficiently corrects the distortion, and a large amount of power in the entire system is concentrated in the second lens group, thereby achieving an appropriate performance. If the lower limit of the expression (1) is exceeded, the power of the first lens group becomes weak, the distortion becomes large, and a long back focus cannot be achieved. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the size is increased and a wide angle cannot be obtained.

特に拡大側から順に2番目の凹メニスカスレンズは非球面を有することである。本来ならば歪曲収差を適切に補正するには、本出願人が提案済みの特開平10−48513や特開平11−72700号公報のように最も拡大側のレンズを非球面にすることで、最も軸外光線h〜が周辺を通る最も拡大側のレンズで歪曲を制御しているが、レンズ系の表面(拡大側)には、傷がつきやすい材料で作ったレンズを配置しないほうが使用状態を考慮した際好ましい。特にこのような大きな径のレンズに非球面を構成する際はプラスチック材などで構成されることが多い。しかしながらプラスチック材は傷がつきやすくほこりなどがつきやすい素材である為、本発明においてはにおいては軸外光線が拡大側から2番目のレンズに非球面を構成し、拡大側から1番目のレンズではバックフォーカスを確保し歪曲の発生を少なくする為に屈折率の高いガラスで凹メニスカスレンズを構成させ、第2レンズの外から触らないような位置で非球面を構成し、歪曲を良好に補正するように分担を明確にし、非球面の形状は第2レンズにおいての最適に形に設定している。またこのような構成にすることでプラスチックレンズとなりがちな第2レンズの径を小さくでき、成形にて生産する上で、型形状が小さくでき、コストが低くプロジェクションレンズを提供可能となる。   In particular, the second concave meniscus lens in order from the magnification side has an aspherical surface. Originally, in order to appropriately correct distortion, the most magnified lens is made aspherical as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-48513 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-72700 proposed by the present applicant. The distortion is controlled by the lens on the most magnified side where off-axis rays h ~ pass through the periphery, but it is better not to place a lens made of a material that is easily scratched on the surface (magnifying side) of the lens system. Preferred when considered. In particular, when an aspherical surface is formed on such a large-diameter lens, it is often made of a plastic material or the like. However, since plastic material is easily scratched and dusty, in the present invention, off-axis rays constitute an aspherical surface on the second lens from the magnification side, and the first lens from the magnification side in the present invention. In order to ensure back focus and reduce distortion, a concave meniscus lens is made of glass with a high refractive index, and an aspherical surface is formed at a position where it cannot be touched from the outside of the second lens, thereby correcting distortion well. Thus, the sharing is clarified, and the shape of the aspherical surface is set to the optimum shape for the second lens. In addition, by adopting such a configuration, the diameter of the second lens, which tends to be a plastic lens, can be reduced, and in producing by molding, the mold shape can be reduced, and the projection lens can be provided at low cost.

特に拡大側の共役点の距離変動に伴う縮小側のピントずれ補正を、第2レンズ群を光軸方向に移動して行うことが全系の小型化には好ましい。   In particular, it is preferable to reduce the focus on the reduction side in accordance with the distance fluctuation of the conjugate point on the enlargement side by moving the second lens group in the optical axis direction in order to downsize the entire system.

これは第1レンズ群あるいは全体で距離合せをすると、前玉が距離の変動で動くこととなり、至近において周辺光量を確保するには前玉径を大きくする必要が生じ、大型化して適当でない。一方第2レンズ群で距離合せをすると前玉が動くことはなく、また式(1)で示すように全系中の多くのパワーを第2レンズ群に集約しているため、全体で距離あわせをした場合と大きく変わらない繰り出し量で、至近まで距離合せが可能となり、また至近において周辺光量の低下もなく小型化に有効である。   This is because when the distance is adjusted in the first lens group or the whole, the front lens moves due to the variation in distance, and it is necessary to increase the diameter of the front lens in order to secure the peripheral light quantity in the vicinity. On the other hand, when the distance is adjusted with the second lens group, the front lens does not move, and as shown in Equation (1), a large amount of power in the entire system is concentrated in the second lens group, so the distance is adjusted as a whole. The distance can be as close as possible with a feed amount that is not significantly different from the case of, and it is effective for miniaturization without a decrease in the amount of peripheral light in the vicinity.

また開口絞りは第2レンズ群の拡大側に配置し、第2レンズ群の前側主点位置近傍に配置するのが良い。このような構成にすることで第3レンズ群の縮小側でテレセントリック性が確保できる。   The aperture stop is preferably arranged on the enlargement side of the second lens group and in the vicinity of the front principal point position of the second lens group. With such a configuration, telecentricity can be secured on the reduction side of the third lens group.

また第2レンズ群は第1レンズ群より多くのレンズ枚数で構成し、第2レンズ群を構成するレンズは6枚以上で構成するのが好ましい。   Further, it is preferable that the second lens group is constituted by a larger number of lenses than the first lens group, and the lenses constituting the second lens group are constituted by 6 or more lenses.

特に倍率色収差を補正する為に、第2レンズ群の縮小側に低分散の硝材で構成する正レンズを有するのが好ましい。具体的には
(2) ν2p>70
ただしν2pは第2レンズ群を構成する正レンズのアッベ数であり、更に具体的には第2レンズ群の縮小側にある正レンズである。特に(2)を満たす正レンズは少なくとも2枚以上第2レンズ群にあり、更には
(2−a) ν2p>80
で構成されているのがさらに好ましい。
In particular, in order to correct lateral chromatic aberration, it is preferable to have a positive lens made of a low dispersion glass material on the reduction side of the second lens group. Specifically (2) ν2p> 70
Where ν2p is the Abbe number of the positive lens constituting the second lens group, more specifically, the positive lens on the reduction side of the second lens group. In particular, there are at least two positive lenses satisfying (2) in the second lens group, and (2-a) ν2p> 80.
More preferably, it is comprised.

また第2レンズ群内には少なくとも2面以上の貼り合せ面を有しているのが更なる色収差補正に好ましい。   Further, it is preferable for further correction of chromatic aberration that the second lens group has at least two bonded surfaces.

また第1レンズ群内の拡大側から3枚目の両凹レンズのアッベ数をν13とするとき
(3) ν13>70
で構成することが第1レンズ群内の倍率色収差補正に好ましい。
When the Abbe number of the third biconcave lens from the magnifying side in the first lens group is ν13 (3) ν13> 70
This is preferable for correcting chromatic aberration of magnification in the first lens group.

また特に第1レンズ群の最も拡大側の凹メニスカスレンズのアッベ数をν11とするとき
(4) ν11<40
で構成しているのが好ましい。またこの際特に
(4−a) ν11<30
を満たしていることが更なる色収差補正に好ましい。また同じく第1レンズ群の最も拡大側の凹メニスカスレンズの屈折率をN11とするとき
(5) N11>1.7
であることがバックフォーカスを確保し、歪曲の発生を少なくするのに好ましい。
等に好ましくは
(5−a) N11>1.8
を満足させているのが更に好ましい。特に(4)(5)の条件下の材料で構成した最も拡大側のレンズG1を配置させるのが良い。
In particular, when the Abbe number of the concave meniscus lens on the most enlarged side of the first lens unit is ν11 (4) ν11 <40
It is preferable to comprise. At this time, in particular, (4-a) ν11 <30
It is preferable for further chromatic aberration correction to satisfy the above. Similarly, when the refractive index of the concave meniscus lens closest to the enlargement in the first lens group is N11 (5) N11> 1.7
It is preferable to ensure the back focus and reduce the occurrence of distortion.
Preferably (5-a) N11> 1.8
It is more preferable that the above is satisfied. In particular, it is preferable to dispose the most magnified lens G1 made of a material under the conditions (4) and (5).

また特に以下の式を満たすことが好ましい。
(6) D/f>15
(7) 4<D/bf<8
但しここで、bfはプリズム、フィルター等の無い状態での空気換算長のバックフォーカスを意味し、fは全系の焦点距離、Dはレンズ第1面から最終レンズ面までの長さである。
In particular, it is preferable to satisfy the following formula.
(6) D / f> 15
(7) 4 <D / bf <8
However, here, bf means the back focal length of the air conversion length without a prism, a filter, etc., f is the focal length of the entire system, and D is the length from the first lens surface to the final lens surface.

この式は広角化を目的とした際の、全長と、バックフォーカスについて述べたものである。   This formula describes the total length and back focus when aiming at widening the angle.

式(6)(7)を逸脱すると所望レンズの大きさでの広角化を達成できなくなる。   If it deviates from the equations (6) and (7), it becomes impossible to achieve a wide angle with a desired lens size.

更に以下の条件式を満たすことが好ましい。
(8) 2.5<bf/f<5.0
(9) f1/f2>2.0
式(8)はバックフォーカスと焦点距離を適切に設定するものである。式(7)にも関連するが、バックフォーカスを大きくするには、全系の焦点距離を長くするのが簡易な方法である。しかしそれでは所望の広角化はできない。色合成プリズムをいれて所望の画角を得るにはこの式を満たす構成を、前記レンズ構成を配置した上で構成するのが良い。
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
(8) 2.5 <bf / f <5.0
(9) f1 / f2> 2.0
Equation (8) sets the back focus and focal length appropriately. Although related to equation (7), in order to increase the back focus, it is a simple method to increase the focal length of the entire system. However, the desired wide angle cannot be achieved. In order to obtain a desired angle of view by inserting a color synthesizing prism, it is preferable to construct a configuration satisfying this equation after arranging the lens configuration.

また、以下の条件式を満足することが好ましい
(10) 7<f1/f
この(10)式は略アフォーカルな第1レンズ群の役割分担について記したものである。
Moreover, it is preferable to satisfy the following conditional expression (10) 7 <f1 / f
This expression (10) describes the role sharing of the first lens group that is substantially afocal.

この範囲を逸脱すると歪曲が大きくなり適当でない。   Deviating from this range increases distortion and is not appropriate.

構成レンズ枚数の多い第2レンズ群は、前述のように全系のパワーの多くを担っているレンズ群である。式(1)の関係からも判るが、具体的には下記の関係を保っているのが良い。
(11) 0.8<f2/bf<1.2
第2レンズ群の前側主点位置近傍に開口絞りがあり、第1レンズ群の焦点距離が(10)式のようにほぼアフォーカルならば、第2レンズ群はリレーレンズのような役割を果たし、デバイス面には全画角に渡ってテレセントリックな構成が達成できる。ここで、これらの式(1)(10)は開口絞りが第2レンズ群の前側主点位置近傍にあって、第1レンズ群が略アフォーカルの場合に、満たされる条件である。この式を逸脱するとテレセン性が確保できず、レンズも大型化し適当でない。
The second lens group having a large number of constituent lenses is a lens group that bears much of the power of the entire system as described above. As can be seen from the relationship of equation (1), specifically, the following relationship should be maintained.
(11) 0.8 <f2 / bf <1.2
If there is an aperture stop in the vicinity of the front principal point position of the second lens group, and the focal length of the first lens group is almost afocal as shown in equation (10), the second lens group functions as a relay lens. The device surface can achieve a telecentric configuration over the entire angle of view. Here, these expressions (1) and (10) are conditions that are satisfied when the aperture stop is in the vicinity of the front principal point position of the second lens group and the first lens group is substantially afocal. If this formula is deviated, the telecentricity cannot be ensured, and the lens is too large to be suitable.

また第2レンズ群は距離合わせを行う群であり、リレーレンズのような構成である為に、構成レンズ枚数も最も多いのが好ましい。前述のように少なくとも6枚以上のレンズで構成されるのが小型化と高性能化には必要である。   Further, the second lens group is a group for adjusting the distance, and since it has a configuration like a relay lens, it is preferable that the number of constituent lenses is the largest. As described above, at least six lenses are necessary for miniaturization and high performance.

具体的には第2レンズ群は少なくとも2枚の両凸レンズ、少なくとも1枚の縮小側に凹面を有する負レンズを有することが好ましい。   Specifically, the second lens group preferably includes at least two biconvex lenses and at least one negative lens having a concave surface on the reduction side.

また第2レンズ群内の縮小側の正レンズにアッベ数70以上、更に好ましくは80以上のレンズがあることが好ましいと述べているが、縮小側にはアッベ数30以下の負レンズを有しているのが好ましい。このように構成することで第2レンズ群で発生する倍率色収差を小さくすることができる。また第2レンズ群内でアッベ数の大きな正レンズと、アッベ数の小さい負レンズを貼り合わせることで更に倍率色収差補正に寄与させても良い。また第2レンズ群の拡大側、即ち開口絞り近傍にはこれとは逆にアッベ数の大きな負レンズと、アッベ数の小さな正レンズを有して軸上色収差の発生を抑える構成にしているのが好ましい。   In addition, although it is stated that it is preferable that the positive lens on the reduction side in the second lens group has an Abbe number of 70 or more, more preferably 80 or more, it has a negative lens having an Abbe number of 30 or less on the reduction side. It is preferable. With this configuration, it is possible to reduce lateral chromatic aberration that occurs in the second lens group. Further, in the second lens group, a positive lens having a large Abbe number and a negative lens having a small Abbe number may be bonded together to further contribute to correction of chromatic aberration of magnification. On the enlargement side of the second lens group, that is, in the vicinity of the aperture stop, a negative lens having a large Abbe number and a positive lens having a small Abbe number are conversely arranged to suppress the occurrence of longitudinal chromatic aberration. Is preferred.

このときこれら正レンズ負レンズを貼りあわせにしても良い。   At this time, these positive lenses and negative lenses may be bonded together.

また液晶の配光特性、または複数の色光を合成する時の色合成ダイクロイックミラーの角度依存の影響を排除する為に、パネル側の瞳(射出瞳)が遠方にある所謂テレセントリック光学系であることが効率の良い照明手段としてのレンズに有効である。特に表示パネル側(縮小側)のレンズの瞳(射出瞳)が遠方にあること必要である。具体的にはその角度依存性を排するためには以下の条件を満たしていれば良い。
(12) |tk|/f>10.0
更に好ましくは以下の条件が好ましい
(12a) |tk|/f>30.0
以下に、本実施例1〜6について簡単に説明する。
Also, in order to eliminate the influence of the light distribution characteristics of the liquid crystal or the angle dependency of the color composition dichroic mirror when combining multiple color lights, the panel side pupil (exit pupil) must be a so-called telecentric optical system. Is effective for a lens as an efficient illumination means. In particular, it is necessary that the pupil (exit pupil) of the lens on the display panel side (reduction side) is far away. Specifically, in order to eliminate the angle dependency, the following conditions should be satisfied.
(12) | tk | / f> 10.0
The following conditions are more preferable: (12a) | tk | / f> 30.0
Hereinafter, Examples 1 to 6 will be briefly described.

(実施例1〜6)
実施例1〜6の投射レンズの構成を図1〜6に、実施例1〜6の収差図を図7〜12に、数値実施例1〜6を表1〜6に、各実施例の上記条件式の値を表7に示す。
(Examples 1-6)
The construction of the projection lens of Examples 1-6 is shown in FIGS. 1-6, the aberration diagrams of Examples 1-6 are shown in FIGS. 7-12, Numerical Examples 1-6 are shown in Tables 1-6, and the above of each example. Table 7 shows the values of the conditional expressions.

この数値実施例の表において、Riは物体側より順に第i番目のレンズ面の曲率半径、Diは物体側より順に第i番目のレンズ厚及び空気間隔、Niとνiはそれぞれ物体側より順に第i番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。また、数値実施例1〜5における最も像面側の平板レンズGBは、色合成プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター等のガラスブロックを示す。   In this numerical example table, Ri is the radius of curvature of the i-th lens surface in order from the object side, Di is the i-th lens thickness and air spacing in order from the object side, and Ni and νi are in order from the object side. The refractive index and Abbe number of the glass of the i-th lens. Further, the flat lens GB closest to the image plane in Numerical Examples 1 to 5 represents a glass block such as a color synthesis prism, a polarizing filter, or a color filter.

また、図1〜図6は実施例1〜6の広角端での断面図を示しており、図中、Gは色合成プリズム、偏光フィルター、カラーフィルター等のガラスブロックである。   1 to 6 show sectional views at the wide-angle end of Examples 1 to 6, in which G denotes a glass block such as a color synthesis prism, a polarizing filter, a color filter, or the like.

また、図7〜12において、実線、破線、一点鎖線、二点鎖線が示すものは図7に記載の通りである。すなわち、球面収差、倍率色収差を表す図面においては、実線が550nmの波長の光の収差を、二点鎖線が430nmの波長の光の収差を、一点鎖線が650nmの波長の光の収差を示しており、像面湾曲を表す図面においては、実線がサジタル像面における収差を、破線がメリディオナル像面における収差を示している。   7 to 12, solid lines, broken lines, alternate long and short dash lines, and alternate long and two short dashes lines are as illustrated in FIG. 7. That is, in the drawings showing spherical aberration and lateral chromatic aberration, the solid line shows the aberration of light with a wavelength of 550 nm, the two-dot chain line shows the aberration of light with a wavelength of 430 nm, and the one-dot chain line shows the aberration of light with a wavelength of 650 nm. In the drawing showing the curvature of field, the solid line indicates the aberration on the sagittal image plane, and the broken line indicates the aberration on the meridional image plane.

また、各実施例の投写距離は570mmを想定している。   Further, the projection distance of each embodiment is assumed to be 570 mm.

又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表7に示す。非球面形状は、光軸方向にX軸、光軸と垂直方向H軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半径、各非球面係数をK,B,C,D,E、Fとしたとき、   Table 7 shows the relationship between the aforementioned conditional expressions and various numerical values in the numerical examples. The aspherical shape has an X axis in the optical axis direction, an H axis perpendicular to the optical axis, a positive light traveling direction, R is a paraxial radius of curvature, and each aspheric coefficient is K, B, C, D, E, When F

Figure 2006113446
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なる式で表している。 It is expressed by the following formula.

第1〜5実施例は拡大側から2番目のレンズの凹面側面を非球面にしたプラスチックレンズを有している。また第2レンズ群にもプラスチック両面非球面の正のパワーを有するプラスチックレンズを有している。この2つのプラスチックレンズは温度変化による屈折率変化をキャンセルするように構成されている。勿論完璧にキャンセルしきることは困難であるため、ある特定のレンズの温度変化に起因する光学特性の変化が投射レンズ全体の光学特性に与える影響を、他のレンズの温度変化に起因する光学特性の変化が投射レンズ全体に与える影響によって低減できるような構成となっている。第2レンズの非球面は両面非球面でも可能である。レンズはFNoは2.2である。   The first to fifth embodiments have a plastic lens in which the concave side surface of the second lens from the magnification side is aspherical. Further, the second lens group also has a plastic lens having a positive power of a plastic double-sided aspheric surface. These two plastic lenses are configured to cancel the refractive index change due to temperature change. Of course, it is difficult to cancel completely, so the influence of the change in the optical characteristics due to the temperature change of a specific lens on the optical characteristics of the entire projection lens is affected by the change in the optical characteristics due to the temperature change of other lenses. The configuration is such that the change can be reduced by the influence on the entire projection lens. The aspherical surface of the second lens can be a double-sided aspherical surface. The lens has an FNo of 2.2.

それぞれの実施例は画角はほぼ同じ(焦点距離、イメージサークルは同じ)でレンズの縮小側に導入したプリズム厚が異なったものを含んでいる。また第1実施例は第1レンズ群と開口絞りの間にミラーで折り曲げても良いスペースを空けている。リアプロジェクションをこうせいする際にはこの折り曲げにより小型化が可能である。   Each of the embodiments includes one having a substantially equal angle of view (focal length and image circle are the same) and different prism thicknesses introduced on the reduction side of the lens. In the first embodiment, a space that can be bent by a mirror is provided between the first lens group and the aperture stop. When rear projection is used in this way, it is possible to reduce the size by bending.

第6実施例は第1レンズ群内のみに非球面を有する構成である。
また非球面は,ガラスの球面に薄い凹プラスチック層からなる非球面を有する複合非球面レンズ(レプリカ非球面)としても良い。
The sixth embodiment has an aspherical surface only in the first lens group.
The aspherical surface may be a compound aspherical lens (replica aspherical surface) having an aspherical surface made of a thin concave plastic layer on a spherical surface of glass.

またこれらの実施例では開口効率300%以上、周辺光量65%を確保している。   In these embodiments, an aperture efficiency of 300% or more and a peripheral light amount of 65% are secured.

また、実施例1〜6においては、最も拡大側に配置されたレンズは、拡大側に凸の負のメニスカスレンズとしており、さらに最も拡大側から2枚目に配置されたレンズも、拡大側に凸の負のメニスカスレンズとすることが望ましい。   In Examples 1 to 6, the lens arranged on the most enlargement side is a negative meniscus lens convex on the enlargement side, and the lens arranged second from the most enlargement side is also on the enlargement side. It is desirable to use a convex negative meniscus lens.

また、本実施例の構成は、実施例1〜6に限定されるものではなく、十分に弱いパワーのレンズを実施例1〜6のレンズ構成中に挿入したとしても、それは本実施例の範囲内であるものと考える。   Further, the configuration of the present embodiment is not limited to the first to sixth embodiments. Even if a lens having a sufficiently weak power is inserted into the lens configuration of the first to sixth embodiments, it is within the scope of the present embodiment. Think of it as being within.

ここまで述べた投射レンズは、投射レンズにしか使用できない訳ではなく、勿論撮影レンズ(カメラやビデオカメラ等)や、観察用レンズ(望遠鏡や双眼鏡等)として用いても構わない。   The projection lens described so far is not limited to use only as a projection lens, but may of course be used as a photographing lens (camera, video camera, etc.) or an observation lens (telescope, binoculars, etc.).

(実施例7)
前述の実施例1〜6の投射レンズを用いた画像投射装置の実施例を示す。光源からの光で、液晶パネルやDMD等のように入射光を変調することができる画像形成素子を照明し、その画像形成素子からの光を前述の投射レンズを用いてスクリーン等の被投射面に投射する構成である。ここで、画像形成素子を1つとし、時分割で各色を表示するように構成しても構わないし、光源からの光を赤、緑、青等の色光に色分解する色分解光学系と、各色光用の画像形成素子からの光を色合成する色合成光学系とを有し、その色合成光学系からの光を、前述の投射レンズで投射するような構成としても構わない。また、この画像投射装置は、フロントプロジェクション方式であってもリアプロジェクション方式であってもどちらでも構わない。
(Example 7)
An example of an image projection apparatus using the projection lens of Examples 1 to 6 will be described. Light from a light source illuminates an image forming element that can modulate incident light, such as a liquid crystal panel or DMD, and the light from the image forming element is projected onto a projection surface such as a screen using the projection lens described above. It is the structure which projects to. Here, one image forming element may be used, and each color may be displayed in a time-sharing manner, and a color separation optical system that separates light from a light source into color light such as red, green, and blue, It may be configured to have a color synthesis optical system that color-synthesizes the light from the image forming elements for each color light, and to project the light from the color synthesis optical system by the projection lens described above. The image projection apparatus may be either a front projection system or a rear projection system.

投射レンズを、本実施例において説明してきたような構成することにより、簡易な構成にて明るく小型、広角で倍率色収差の発生、歪曲も小さく、拡大投射プロジェクション装置に用いられる、高精細な画像投影を行う投射レンズ(テレセントリックレトロフォーカスレンズ)を達成することができる。特に上記、従来技術に対し、充分テレセントリックで、小型化、広角化を達成したFNoが明るいプロジェクタレンズが提供可能となった。   By constructing the projection lens as described in the present embodiment, a high-definition image projection used in an enlarged projection projection apparatus with a simple configuration that is bright and small in size, wide-angle, low in chromatic aberration of magnification and little distortion. A projection lens (telecentric retrofocus lens) can be achieved. In particular, it has become possible to provide a projector lens with a bright FNo that is sufficiently telecentric and achieves downsizing and widening of the angle with respect to the prior art.

Figure 2006113446
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実施例1の投射レンズ構成の概略図である。1 is a schematic diagram of a projection lens configuration of Example 1. FIG. 実施例2の投射レンズ構成の概略図である。6 is a schematic diagram of a configuration of a projection lens of Example 2. FIG. 実施例3の投射レンズ構成の概略図である。6 is a schematic diagram of a configuration of a projection lens of Example 3. FIG. 実施例4の投射レンズ構成の概略図である。6 is a schematic diagram of a projection lens configuration of Example 4. FIG. 実施例5の投射レンズ構成の概略図である。6 is a schematic diagram of a projection lens configuration of Example 5. FIG. 実施例6の投射レンズ構成の概略図である。10 is a schematic diagram of a projection lens configuration of Example 6. FIG. 実施例1の投射光学系の収差図である。FIG. 4 is an aberration diagram of the projection optical system according to Example 1. 実施例2の投射光学系の収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram of the projection optical system according to Example 2. 実施例3の投射光学系の収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram for the projection optical system according to Example 3. 実施例4の投射光学系の収差図である。FIG. 10 is an aberration diagram of the projection optical system according to Example 4. 実施例5の投射光学系の収差図である。FIG. 10 is an aberration diagram of the projection optical system according to Example 5. 実施例6の投射光学系の収差図である。FIG. 10 is an aberration diagram of the projection optical system according to Example 6.

符号の説明Explanation of symbols

G 色合成用のガラスブロック   Glass block for G color composition

Claims (4)

拡大側から順に、凹メニスカスの負レンズを2枚、両凹レンズ、そして少なくとも1枚の凸レンズを有する正の第1レンズ群と、最も長い間隔の後、正の屈折力を有する第2レンズ群を有し、
以下の式を満たすことを特徴とする投射光学系。
1<f2/f<4
但しここで、第iレンズ群の焦点距離をfi、全系の焦点距離をfとする。
In order from the magnifying side, a positive first lens group having two negative meniscus lenses, a biconcave lens, and at least one convex lens, and a second lens group having a positive refractive power after the longest interval. Have
A projection optical system satisfying the following expression:
1 <f2 / f <4
Here, the focal length of the i-th lens group is fi, and the focal length of the entire system is f.
拡大側から順に2番目の凹メニスカスレンズは非球面を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の投射光学系。   The projection optical system according to claim 1, wherein the second concave meniscus lens in order from the magnification side has an aspherical surface. 拡大側の共役点の距離変動に伴う縮小側のピントずれ補正を、第2レンズ群を光軸方向に移動して行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の投射光学系。   2. The projection optical system according to claim 1, wherein correction of defocusing on the reduction side accompanying variation in the distance of the conjugate point on the enlargement side is performed by moving the second lens group in the optical axis direction. 少なくとも1つの画像形成素子と、前記少なくとも1つの画像形成素子からの光を投射する、請求項1乃至3いずれかに記載の投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。   An image projection apparatus comprising: at least one image forming element; and the projection optical system according to claim 1 that projects light from the at least one image forming element.
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