JP2007256424A - 投写用ズームレンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

投写用ズームレンズおよび投写型表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】大きなバックフォーカス量を確保し、かつ1.5倍程度以上のズーム比を確保する条件下において、色収差や像面湾曲についての補正を良好としうる投写用ズームレンズを得る。
【解決手段】拡大側から順に、負の第1群G、正の第2群G〜第4群G、負の第5群G、正の第6群Gを備え、その後段には、カバーガラス2およびDMDの表示面1が配設される。変倍時において、第2群G〜第5群Gの4つのレンズ群が移動し、そのうち、第5群Gはズーム中間領域で最も拡大側に位置するように移動する。また、次の条件式(1)〜(4)を満足する。2.2≦bf/fw≦5.0 (1)、1.5≦ft/fw (2)、55≦νdA (3)、10<|fr/dd| (4)。ただし、bf:全系縮小側空気換算バックフォーカス、fw:W端全系焦点距離、ft:T端全系焦点距離、νdA:第5群Gと第6群Gに含まれる正レンズのアッベ数の平均値、fr:第5群Gの焦点距離、dd:第5群GのW端、T端間距離
【選択図】図1

Description

本発明は、投写型表示装置等に搭載される6群構成の投写用ズームレンズおよびその投写用ズームレンズを搭載した投写型表示装置に関し、特に、液晶表示装置やDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)表示装置等のライトバルブからの映像情報を担持した光束をスクリーン上に拡大投写する投写用ズームレンズおよび投写型表示装置に関するものである。
近年、透過型や反射型の液晶表示装置、さらにはDMD表示装置等のライトバルブを用いた投写プロジェクタ装置(投写型表示装置)が広く普及し、かつ高性能化してきており、このプロジェクタ装置に搭載される光学系に対しても、プロジェクタ装置に要求される性能を満たす高度な要望がなされるようになってきている。
例えば、ライトバルブを複数用いた光学系では、各ライトバルブからの各色光束を合成する合成プリズムを挿入するスペースが必要となるため、大きなバックフォーカスが必要となる。また、ライトバルブの解像度が高くなるのに応じて、投写レンズの解像性能をより良化する必要が生じ、特にワイドレンズにおいては色収差の低下に伴う解像性能の劣化が問題となる。
上述した大きなバックフォーカスを確保し得るズームレンズとしては、下記特許文献1や下記特許文献2に記載されたものが知られているが、いずれもズーム比が1.2倍程度と小さく、投写型表示装置の設置範囲が限定される等という問題が生じていた。すなわち、投写プロジェクタ装置が使用される投写スペースについても広狭様々となってきており、投写スペースの広狭に応じて投写画像の拡大率を変更して、装置の設置性を高めるためのズーム機能を持たせたものが要求されており、現在ではズーム比が1.5倍程度のものが要望されている。
そこで、下記特許文献3に記載されているように、ズーム比が比較的大きく、バックフォーカスの確保についても配慮されたズームレンズが開発されるところとなっている。
特開2004−117519号公報 特開2005−62226号公報 特開2005−257896号公報
しかしながら、上述した特許文献3に記載されたズームレンズにおいては、1.5倍程度以上のズーム比を確保しているものの、その一方で、大きめの合成プリズムを挿入するのにはバックフォーカスがやや短いという問題が生じている。
また、高解像のライトバルブを使用した場合には、像面湾曲や色収差補正についての補正が不十分となってしまい、この点でも問題を有していた。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、大きなバックフォーカス量を確保し、かつ1.5倍程度以上のズーム比を確保する条件下において、色収差や像面湾曲を始めとする諸収差を良好としうる投写用ズームレンズおよび投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明の投写用ズームレンズは、
複数のレンズ群のうち、少なくとも2群を移動群として変倍を行うズームレンズにおいて、最も縮小側に配置された移動群が、広角端と望遠端のズーム中間領域で最も拡大側に位置し、さらに下記条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とするものである。
2.2 ≦ bf/fw ≦ 5.0 (1)
1.5 ≦ ft/fw (2)
55 ≦ νdA (3)
10 < |fr/dd| (4)
ただし、
bf :全系縮小側空気換算バックフォーカス
fw :広角端全系焦点距離
ft :望遠端全系焦点距離
νdA:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
たレンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値
fr :最も縮小側に配置された移動群の焦点距離
dd :最も縮小側に配置された移動群の広角端位置と望遠端位置の距離
また、上記投写用ズームレンズにおいて、6つのレンズ群のうち、4つのレンズ群を移動群として変倍を行うことが好ましい。
また、上記投写用ズームレンズにおいて、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、正または負の屈折力を有する第5レンズ群、および正の屈折力を有する第6レンズ群を配設してなり、
変倍時において、前記6つのレンズ群のうち、前記第2レンズ群から第5レンズ群に到る4つのレンズ群を移動可能とすることが好ましい。
また、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
55 ≦ νdP (5)
ただし、
νdP:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
たレンズ群に含まれる各正レンズのアッベ数
さらに、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
50 < |fr/dd| (6)
また、縮小側が略テレセントリックとされていることが好ましい。
さらに、本発明の投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項1〜6のうちいずれか1項記載の投写用ズームレンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
本発明の投写用ズームレンズにおいては、最も縮小側に配置された移動群が、広角端と望遠端のズーム中間領域で最も拡大側に位置するように構成されている。ところで、ズーム比が大きいと各レンズ群の移動量がどうしても大きくなってしまうが、特に、縮小側のレンズ群の移動量が大きいと、広角端と望遠端における倍率色収差や歪曲収差におけるバランスが劣化してしまう。しかし、本願発明のように、最も縮小側に配置された移動群が、広角端と望遠端のズーム中間領域で最も拡大側に位置するように構成することにより、少なくとも最も縮小側に配置された移動群は、ズーム全域における移動範囲を小さくするように構成可能となるから、広角端と望遠端における倍率色収差や像面湾曲におけるバランスの劣化というような問題は生じない。
また、条件式(1)を満足するように設定することで、大きなバックフォーカス量を確保することができるとともに、条件式(2)を満足するように設定することで、1.5倍以上のズーム比を確保することができ、このような条件下において、条件式(3)、(4)を満足することで、ズーム全域において倍率色収差を始めとする諸収差を良好なものとすることができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1に示す実施形態(実施例1のものの広角端における状態を代表させて示している)の投写用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G、各々正の屈折力を有する第2レンズ群G〜第4レンズ群G、負の屈折力を有する第5レンズ群G、および正の屈折力を有する第6レンズ群Gを備え、その後段には、カバーガラス(フィルタ部)2およびライトバルブ(DMDや透過型、反射型の液晶表示パネル)の表示面1(以下、表示面1と称する)が配設される。ここで、図中Zは光軸を表している。
また、第3レンズ群Gと第4レンズ群Gの間には、周辺光束をカットするマスク3が配されおり、縮小側が略テレセントリックとされている。なお、このマスク3の態様については、種々の変更が可能である。例えば、開口径が固定とされた、いわゆる固定絞りに替えて、開口径を可変とし得る、いわゆる可変絞りとすることが可能である。また、このマスク3を光軸に沿って移動させることが可能であり、その移動は、所定のレンズ群のズーム移動と一体的な移動であってもよいし独立的な移動であってもよい。さらに、マスク3の配設位置としても、第3レンズ群Gと第4レンズ群Gの間に限られず、種々の適切な位置に配設可能である。また、設定するマスクの数を2以上とすることが可能である。
ここで第1レンズ群Gは、拡大側から順に、正レンズよりなる第1レンズL、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第2レンズL、負レンズよりなる第3レンズL、および負レンズよりなる第4レンズLからなる。また、第2レンズ群Gは、拡大側から順に配列された、負レンズよりなる第5レンズLおよび正レンズよりなる第6レンズLを接合してなる接合レンズからなる。また、第3レンズ群Gは、拡大側から順に、正レンズよりなる第7レンズLおよび負のメニスカスレンズよりなる第8レンズLからなる。また、第4レンズ群Gは、拡大側から順に配列された、両凸レンズよりなる第9レンズLおよび負のメニスカスレンズよりなる第10レンズL10を接合してなる接合レンズからなる。また、第5レンズ群Gは、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第11レンズL11、拡大側に凹面を向けた負レンズよりなる第12レンズL12および縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる第13レンズL13を接合してなる接合レンズ、ならびに正レンズよりなる第14レンズL14を配列してなる。さらに、第6レンズ群Gは、単一の正レンズよりなる第15レンズL15からなる。
なお、上記各レンズ群のレンズ構成は上記の構成に限られるものではなく、負レンズまたは正レンズを1枚以上増減させることが可能である。
本実施形態の投写用ズームレンズにおいては、上述したように、ネガティヴリード型のズームレンズとされているため、広角化を図り易く、また適正な長さのバックフォーカスを確保することが可能である。
また、本実施形態の投写用ズームレンズは、変倍時において、第2レンズ群G〜第5レンズ群Gの4つのレンズ群を移動させることにより、ズーム機能を有する構成とされている。すなわち、レンズ系全体を6群に分け、変倍時に4つのレンズ群を独立して移動させるようにして変倍機能を各群に分割しているので、光学性能を向上させることができるとともに、変倍に伴うF値の変動を抑制することができる。
また、図1中のレンズ群移動軌跡からも明らかなように、広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群G〜第4レンズ群Gの3つのレンズ群は、いずれも拡大側に移動するように構成されている。
その一方、最も縮小側に配置された移動群である第5レンズ群Gは、ズーム中間領域で最も拡大側に位置するように構成されている。これにより、最も縮小側に配置された移動群のズーム全域における移動範囲を小さくするように構成可能となるから、広角端と望遠端における倍率色収差や像面湾曲におけるバランスを良好なものとすることができる。
また、本発明に係る実施形態のズームレンズにおいて、上記各レンズ群のパワー配置や移動するレンズ群の設定については適宜選択可能である。例えば上述した第5レンズ群Gのパワーは正とすることも可能である。もっとも、移動するレンズ群は少なくとも2群必要である。
また、本実施形態に係る投写用ズームレンズは、下記条件式(1)〜(6)を満足するように構成されている。
2.2 ≦ bf/fw ≦ 5.0 (1)
1.5 ≦ ft/fw (2)
55 ≦ νdA (3)
10 < |fr/dd| (4)
55 ≦ νdP (5)
50 < |fr/dd| (6)
ただし、
bf :全系縮小側空気換算バックフォーカス
fw :広角端全系焦点距離
ft :望遠端全系焦点距離
νdA:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
たレンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値
fr :最も縮小側に配置された移動群の焦点距離
dd :最も縮小側に配置された移動群の広角端位置と望遠端位置の距離
νdP:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
たレンズ群に含まれる各正レンズのアッベ数
ここで、上述した条件式(1)〜(6)の技術的意義について説明する。
上記条件式(1)は、バックフォーカスの大きさを規定するものであり、条件式(1)の下限を下回ると、このズームレンズとライトバルブとの間に色合成プリズム等の色合成部を挿入することが困難となり、一方、条件式(1)の上限を上回るとレンズ系が大型化してしまう。
また、上記条件式(2)は、広角端の焦点距離と望遠端の焦点距離の比であるズーム比を規定するものであり、この下限を下回ると所期の目的である、装置の設置性を高めることが困難となる。なお、この条件式(2)は、上記条件式(1)とともに、本発明の構成要件の前提となるものである。
また、上記条件式(3)は、最も縮小側に配置された移動群(本実施形態では第5レンズ群G)、およびその移動群よりも縮小側に配置されたレンズ群(本実施形態では第6レンズ群G)に含まれる正レンズのアッベ数の平均値を規定するものであり、この下限を下回ると倍率色収差が過大となり補正が困難となる。
また、上記条件式(4)は、最も縮小側に配置された移動群(本実施形態では第5レンズ群G)の広角端位置と望遠端位置の距離、に対する最も縮小側に配置された移動群(本実施形態では第5レンズ群G)の焦点距離の比を規定するものであり、この下限を下回るとズーム全域に亘る倍率色収差の低減が困難となる。
また、上記条件式(5)は、最も縮小側に配置された移動群(本実施形態では第5レンズ群G)、およびその移動群よりも縮小側に配置されたレンズ群(本実施形態では第6レンズ群G)に含まれる各正レンズのアッベ数を規定するものであり、上記条件式(3)と同様に、この下限を下回ると倍率色収差が過大となり補正が困難となる。
また、上記条件式(6)は、上記条件式(4)よりも下限値が大きくなるように設定されており、この条件式を満足することにより、ズーム全域に亘る倍率色収差をさらに良好に低減させることが可能となる。
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について簡単に説明しておく。図11は本実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。
図11に示すように、光源101より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、3原色光(R、G、B)の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系102によって光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図られてDMDの表示面103に照射される。この表示面103においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われ、表示面103により適宜変調された投写光は、投写用ズームレンズ104に入射し、最終的にはスクリーン105に到達する。
なお、図11に示す投写型表示装置は、本発明の一実施形態を示すものであって、種々の態様の変更が可能である。例えば、単板のDMDを設ける替わりに、各色光に応じた3枚のDMDによりRGB各色の変調を同時に行うようにしても良い。この場合投写用ズームレンズ104と表示面103との間に図示しない色分離/合成プリズムが配置される。
以下、具体的な実施例を用いて、本発明の投写用ズームレンズをさらに説明する。なお、以下に示すR、D等の各数値データは、広角端の焦点距離が1となるように規格化されている。
<実施例1>
実施例1に係る投写用ズームレンズの概略構成を図1に示す。この投写用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gと、各々正の屈折力を有する第2レンズ群G〜第4レンズ群Gと、負の第5レンズ群Gと、正の第6レンズ群Gを備えてなる。
ここで第1レンズ群Gは、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第1レンズL、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第2レンズL、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第3レンズL、および両凹レンズよりなる第4レンズLからなる。また、第2レンズ群Gは、拡大側から順に配列された、両凹レンズよりなる第5レンズLおよび両凸レンズよりなる第6レンズLを接合してなる接合レンズからなる。また、第3レンズ群Gは、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第7レンズLおよび拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第8レンズLからなる。また、第4レンズ群Gは、拡大側から順に配列された、両凸レンズよりなる第9レンズLおよび縮小側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第10レンズL10を接合してなる接合レンズからなる。また、第5レンズ群Gは、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第11レンズL11、両凹レンズよりなる第12レンズL12および両凸レンズよりなる第13レンズL13を接合してなる接合レンズ、ならびに両凸レンズよりなる第14レンズL14を配列してなる。さらに、第6レンズ群Gは、単一の両凸レンズよりなる第15レンズL15からなる。
この投写用ズームレンズの各レンズ面の曲率半径R、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下、これらを総称して軸上面間隔という)D、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表1に示す。なお、表中の数字は、拡大側からの順番を表すものである(以下の表2において同じ)。
なお、表1の下段には、全系の焦点距離が1.000(広角端)、1.215、1.480および1.800(望遠端)である場合における、各レンズ群間隔を示す(以下の表2において同じ)。
Figure 2007256424
また、実施例1の投写用ズームレンズによれば、バックフォーカスは2.7、ズーム比は1.8とされており、表3に示すように、条件式(1)〜(6)は全て満足されている。
また、図3は、実施例1の投写用ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている(図4〜10において同じ)。
また、図4は、実施例1の投写用ズームレンズのズーム比1.215倍における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図であり、図5は、実施例1の投写用ズームレンズのズーム比1.480倍における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図であり、図6は、実施例1の投写用ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。
これらの収差図から明らかなように、実施例1の投写用ズームレンズによれば、各収差、特に倍率色収差および像面湾曲を極めて良好に補正することができる。なお、本実施例1においては、ディストーションが2%以下と良好な値とされており、投写用ズームレンズとしての良好な使用が可能となっている。
また、実施例1の投写用ズームレンズによれば、大きなバックフォーカス、および高変倍比を確保しつつ、光学性能を良好なものとすることができる。
<実施例2>
実施例2に係る投写用ズームレンズの概略構成を図2に示す。本実施例において、実施例1と重複する説明については省略する。
実施例2に係る投写用ズームレンズのレンズ構成は、実施例1のものと略同様である。
この投写用ズームレンズの各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔D、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を表2に示す。
Figure 2007256424
また、実施例2の投写用ズームレンズによれば、バックフォーカスは2.6、ズーム比は1.8とされており、表3に示すように、条件式(1)〜(6)は全て満足されている。
また、図7は、実施例2の投写用ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図であり、図8は、実施例2の投写用ズームレンズのズーム比1.215倍における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図であり、図9は、実施例2の投写用ズームレンズのズーム比1.480倍における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図であり、図10は、実施例2の投写用ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。
これらの収差図から明らかなように、実施例2の投写用ズームレンズによれば、各収差、特に倍率色収差および像面湾曲を極めて良好に補正することができる。なお、本実施例2においては、ディストーションが2%以下と良好な値とされており、投写用ズームレンズとしての良好な使用が可能となっている。
また、実施例2の投写用ズームレンズによれば、大きなバックフォーカス、および高変倍比を確保しつつ、光学性能を良好なものとすることができる。
Figure 2007256424
本発明の実施例1に係る投写用ズームレンズの構成を示す概略図 本発明の実施例2に係る投写用ズームレンズの構成を示す概略図 実施例1の投写用ズームレンズの広角端における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例1の投写用ズームレンズのズーム比1.215倍における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例1の投写用ズームレンズのズーム比1.480倍における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例1の投写用ズームレンズの望遠端における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例2の投写用ズームレンズの広角端における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例2の投写用ズームレンズのズーム比1.215倍における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例2の投写用ズームレンズのズーム比1.480倍における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 実施例2の投写用ズームレンズの望遠端における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図 本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図
符号の説明
〜L15 レンズ
〜G レンズ群
X、Z 光軸
1、103 表示面
2 カバーガラス(フィルタ部)
101 光源
102 照明光学系
104 投写用ズームレンズ
105 スクリーン

Claims (7)

  1. 複数のレンズ群のうち、少なくとも2群を移動群として変倍を行うズームレンズにおいて、最も縮小側に配置された移動群が、広角端と望遠端のズーム中間領域で最も拡大側に位置し、さらに下記条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とする投写用ズームレンズ。
    2.2 ≦ bf/fw ≦ 5.0 (1)
    1.5 ≦ ft/fw (2)
    55 ≦ νdA (3)
    10 < |fr/dd| (4)
    ただし、
    bf :全系縮小側空気換算バックフォーカス
    fw :広角端全系焦点距離
    ft :望遠端全系焦点距離
    νdA:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
    たレンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値
    fr :最も縮小側に配置された移動群の焦点距離
    dd :最も縮小側に配置された移動群の広角端位置と望遠端位置の距離
  2. 6つのレンズ群のうち、4つのレンズ群を移動群として変倍を行うことを特徴とする請求項1記載の投写用ズームレンズ。
  3. 拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、正または負の屈折力を有する第5レンズ群、および正の屈折力を有する第6レンズ群を配設してなり、
    変倍時において、前記6つのレンズ群のうち、前記第2レンズ群から第5レンズ群に到る4つのレンズ群を移動可能としたことを特徴とする請求項2記載の投写用ズームレンズ。
  4. 下記条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写用ズームレンズ。
    55 ≦ νdP (5)
    ただし、
    νdP:最も縮小側に配置された移動群、およびその移動群よりも縮小側に配置され
    たレンズ群に含まれる各正レンズのアッベ数
  5. 下記条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の投写用ズームレンズ。
    50 < |fr/dd| (6)
  6. 縮小側が略テレセントリックとされていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載の投写用ズームレンズ。
  7. 光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項1〜6のうちいずれか1項記載の投写用ズームレンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
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