JP2007279384A - 投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】構成枚数が少なく安価で、使用者の接触等による影響も考慮されたフロントプロジェクタに適した投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供する。
【解決手段】拡大側より順に、第1レンズ群G、第2レンズ群Gおよび第3レンズ群Gを配列してなり、前記第1レンズ群Gは、拡大側より順に、レンズ材質を非樹脂とする負レンズL、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズLおよび正レンズLからなり、前記第2レンズ群Gは、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズL、正レンズLおよび負レンズLからなり、前記第3レンズ群Gは、正レンズLからなり、下記条件式(1)、(2a)および(3a)を満足する。
1.0<Bf/f≦1.8(1) 2.0<f1/f(2a) 2.0<f2/f(3a) Bf:全系空気換算バックフォーカス f:全系焦点距離 f1:第1レンズ群の焦点距離 f2:第2レンズ群の焦点距離
【選択図】図1

Description

本発明は、投写型表示装置に搭載される投写レンズおよびその投写型表示装置に関し、特に透過型液晶、反射型液晶、あるいはDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等のライトバルブを搭載したプロジェクタ装置に用いられる投写レンズに関するものである。
近年のプロジェクタの普及スピードは急激であり、それと共に安価なプロジェクタが求められている。また、プロジェクタに使用される投写レンズもその要求に応えるべく、レンズ構成枚数の少ないものが求められている。しかし、単純に構成枚数を少なくすると性能劣化が生じることになる。その性能劣化を補うために、非球面等を多用した構成枚数の少ないレンズ開発が進められている。このような、構成枚数が少なくプラスチック非球面を用いた投写レンズとしては、下記特許文献のものが知られている。
特開2003−287676号公報 特開2005−173494号公報 特許3466002号公報
しかしながら、上記特許文献のレンズは画角が75度を上回り広画角であるため、観者側から投映するというフロントプロジェクタとしての使用には適していなかった。すなわち、上記の画角でスクリーン上に映像を納めようとすると、プロジェクタをスクリーン近くに配置しなければならず、プロジェクタ自体がスクリーン上の映像を見る上で妨げになってしまう。プロジェクタ自体が視覚的な妨げとならないようにするには、イメージサークルを大きくし、サークル内で映像をシフトさせれば良いが、レンズも大きくしなければならず、装置が大型化してしまうことになる。
また、上記特許文献2および特許文献3では、最も拡大側に配置されたレンズが、使用者の手指による接触等に弱いプラスチックレンズとなっており、フロントプロジェクタとしての使用には適していない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、構成枚数が少なく安価で、使用者の接触等による影響も考慮されたフロントプロジェクタに適した投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供するものである。
本発明の投写レンズは、拡大側より順に、第1レンズ群、第2レンズ群および第3レンズ群からなり、前記第1レンズ群は、拡大側より順に、レンズ材質を非樹脂とする負レンズ、少なくとも1面の非球面を設けたプラスチックレンズおよび正レンズからなり、前記第2レンズ群は、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、正レンズおよび負レンズからなり、前記第3レンズ群は、正レンズからなり、下記条件式(1)、(2a)および(3a)を満足することを特徴とするものである。
1.0<Bf/f≦1.8・・・・(1)
2.0<f1/f・・・・(2a)
2.0<f2/f・・・・(3a)
ただし、
Bf:全系空気換算バックフォーカス
f:全系焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
f2:第2レンズ群の焦点距離
また、前記第3レンズ群の正レンズの縮小側の面から表示面までは、略テレセントリックとされ、下記条件式(2b)および(3b)を満足することが望ましい。
4.0<f1/f・・・・(2b)
3.5<f2/f・・・・(3b)
また、下記条件式(4)および(5)を満足することが望ましい。
2.5<|AS1/f|・・・・(4)
2.5<|AS2/f|・・・・(5)
ただし、
AS1:第1レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
AS2:第2レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
また、前記第2レンズ群は、拡大側より順に、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、正レンズおよび負レンズからなり、該正レンズと該負レンズを接合してなることが好ましい。
また、下記条件式(3c)を満足することが望ましい。
10.0<f2/f・・・・(3c)
また、前記第2レンズ群は、拡大側より順に、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、負レンズおよび正レンズからなり、該負レンズと該正レンズを接合してなることが好ましい。
また、前記第2レンズ群は、拡大側より順に、負レンズ、正レンズおよび少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズからなり、該負レンズと該正レンズを接合してなることが好ましい。
また、下記条件式(6)を満足することが望ましい。
f2/f<10.0・・・・(6)
さらに、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、上述したいずれかの投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、投写レンズによりスクリーンに投影することを特徴とするものである。
ここで、「非樹脂レンズ」とは、プラスチック等の樹脂を材料として用いないレンズを意味し、主としてガラスレンズであることを意味する。
本発明の3群からなる投写レンズおよび投写型表示装置によれば、第1レンズ群は、拡大側より順に非樹脂よりなる負レンズ、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズおよび正レンズを配設し、第2レンズ群は、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、正レンズおよび負レンズを備え、第3レンズ群に正レンズを配設し、条件式(1)を満足することにより、広角でありながら十分なバックフォーカスが得られるようになっている。また、条件式(2a)および(3a)を満足することにより、小型化を図ることができ、収差補正を良好なものとすることができる。
さらに、外部環境に曝される最も拡大側のレンズの材質を非樹脂のものにすることで、使用者による接触等の影響を受けにくくなっている。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本発明に係る実施例1の投写レンズの基本構成を示すものである。この実施例1に係る投写レンズを本実施形態の代表例として、以下に説明する。
すなわちこの投写レンズは、第1レンズ群Gと、第2レンズ群Gと、第3レンズ群Gとを拡大側より順に配列されてなる。ここで、第1レンズ群Gは、拡大側より順に、レンズ材質を非樹脂とする負レンズである第1レンズL、非球面を設けたプラスチックよりなる負レンズである第2レンズLおよび正レンズである第3ンズLからなり、第2レンズ群Gは、非球面を設けたプラスチックレンズよりなる正レンズである第4レンズL、正レンズである第5レンズLと負レンズである第6レンズLにより構成される接合レンズからなり、第3レンズ群Gは、正レンズである第7レンズLからなる。もっとも、第2レンズ群Gにおける各レンズL〜Lの配列順序は、上記記載のものに限られない(各態様については、各実施例で説明する)。
なお、第3レンズ群Gと液晶表示素子やDMD等の表示面1との間には、赤外線をカットするフィルタやローパスフィルタさらには色合成光学系(色分解光学系)に相当するガラスブロック2が配列されている。また、図中Xは光軸を表している。
また、本実施形態における各非球面は、下記非球面式により表される。
Figure 2007279384
また、本実施形態においては以下に示す条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)を満足している。さらに、後述する実施例1、4では以下に示す条件式(3c)を満足しており、実施例2、3では以下に示す条件式(6)を満足している。
1.0<Bf/f≦1.8・・・・(1)
2.0<f1/f・・・・(2a)
2.0<f2/f・・・・(3a)
4.0<f1/f・・・・(2b)
3.5<f2/f・・・・(3b)
10.0<f2/f・・・・(3c)
2.5<|AS1/f|・・・・(4)
2.5<|AS2/f|・・・・(5)
f2/f<10.0・・・・(6)
ただし、
Bf:全系空気換算バックフォーカス
f:全系焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
f2:第2レンズ群の焦点距離
AS1:第1レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
AS2:第2レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
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、レンズの広角化および十分なバックフォーカスを得るように規定するものである。上限を上回るとバックフォーカスが長くなり過ぎてしまい、レンズ系が大型化することになる。一方、下限を下回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎてしまい、色合成部等の光学部材を挿入できなくなる。
上記条件式(2a)は、第1レンズ群Gのパワーを規定するものである。正の値で下限を下回ると、バックフォーカスが短くなり過ぎてしまい、収差補正が困難となる。一方、負の値で下限を下回ると、バックフォーカスが長くなり過ぎてしまい、レンズ系が大型化することになる。
上記条件式(3a)は、第2レンズ群Gのパワーを規定するものである。得られる効果は条件式(2a)と略同様である。
上記条件式(2b)は、条件式(2a)の下限を狭めたもので、条件式(2a)による効果が更に高まるようになっている。
上記条件式(3b)は、条件式(3a)の下限を狭めたもので、条件式(3a)による効果が更に高まるようになっている。
上記条件式(3c)は、条件式(3b)の下限を狭めたもので、条件式(3b)による効果が更に高まるようになっている。
上記条件式(4)は、第1レンズ群Gのプラスチック非球面レンズのパワーを規定するものである。下限を下回ると、温度変化による性能劣化が大きくなり過ぎることになる。
上記条件式(5)は、第2レンズ群Gのプラスチック非球面レンズのパワーを規定するものである。下限を下回ると、温度変化による性能劣化が大きくなり過ぎることになる。
上記条件式(6)は、バックフォーカスについて規定するものである。上限を上回ると、バックフォーカスが長くなり過ぎてしまい、レンズ系が大型化することになる。
次に、上述した投写レンズを搭載した投写型表示装置の一例を、図9により説明する。図9に示す投写型表示装置は、ライトバルブとして透過型液晶パネル11a〜cを備え、投写レンズ10として上述した実施形態に係る投写レンズを用いている。また、光源20とダイクロイックミラー12の間は図示を省略しているが、光源20からの白色光は照明光学部を介して、3つの色光光束(G光、B光、R光)にそれぞれ対応する液晶パネル11a〜cに入射されて光変調され、クロスダイクロイックプリズム14により、色合成され投写レンズ10により図示されないスクリーン上に投映される。この装置は、色分解のためのダイクロイックミラー12、13、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム14、コンデンサレンズ16a〜c、全反射ミラー18a〜cを備えている。本実施形態の投写型表示装置は、本実施形態に係る投写レンズを用いているので、広角、かつ投写画像の画質が良好であり、使用者による接触等の影響を考慮された投写型表示装置とすることができる。
なお、本発明の投写レンズは透過型の液晶表示パネルを用いた投写型表示装置の投写レンズとしての使用態様に限られるものではなく、反射型の液晶表示パネルあるいはDMD等の他の光変調手段を用いた装置の投写レンズ等として用いることも可能である。
以下、各実施例についてデータを用いて具体的に説明する。
<実施例1>
この実施例1にかかる投写レンズは、前述したように図1に示す如き構成とされている。すなわちこの投写レンズは拡大側より順に、第1レンズ群Gが、両凹レンズよりなる第1レンズL、光軸近傍において両凹レンズよりなる第2レンズLおよび両凸レンズよりなる第3レンズLからなり、第2レンズ群Gが、拡大側に凹面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第4レンズL、両凸レンズよりなる第5レンズLと両凹レンズよりなる第6レンズLにより構成される接合レンズからなり、第3レンズ群Gが、両凸レンズよりなる第7レンズLからなる。なお、第1レンズLは、ガラスレンズにより構成されている。
この実施例1における各レンズ面の曲率半径R(レンズ全系の焦点距離を1として規格化されている;以下の各表において同じ)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔D(上記曲率半径Rと同様に規格化されている;以下の各表において同じ)、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを表1の上段に示す。なお、この表1および後述する表2〜4において、各記号R、D、Nd、νdに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。
図1にはマスクが示されていないが、配設されていても良く、またマスクは絞りであっても良い。
また、第3面と第4面および第7面と第8面は各々非球面とされており、表1の下段に、これら各非球面について、上記非球面式の各定数K、A、A、A、A、A、A、A、A10、A11、A12の値を示す。
Figure 2007279384
また、表5に実施例1における上記各条件式に対応する数値を示す。
図5は実施例1の投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。なお、図5および以下の図6〜8において、各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おり、各倍率色収差図にはd線に対するF線およびC線の収差が示されている。
この図5から明らかなように、実施例1の投写レンズによれば、画角2ωが53.6度と広角で、各収差は良好に補正されている。特に倍率色収差においては、極めて良好に補正されている。
また、表5に示すように実施例1の投写レンズによれば、条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(3c)、(4)、(5)が満足されている。
<実施例2>
実施例2に係る投写レンズの概略構成を図2に示す。この実施例2にかかる投写レンズは、実施例1のものと略同様の構成とされている。実施例1との主な相違点は、第1レンズ群Gの第1レンズLおよび第2レンズLが、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなり、第2レンズ群Gの接合レンズが、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からなる点、ならびにマスク3a、3bが配設されている点である。ただし、マスクは必ずしも配設する必要はなく、またマスクは絞りであっても良い。また、マスクの位置は図2に示すように限定されるものではなく、適宜、設定位置の変更が可能である。
この実施例2における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D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを表2の上段に示す。
また、第3面と第4面および第8面と第9面は各々非球面とされており、表2の下段に、これら各非球面について、上記非球面式の各定数K、A、A、A、A、A、A、A、A10、A11、A12の値を示す。
Figure 2007279384
また、表5に実施例2における上記各条件式に対応する数値を示す。
図6は実施例2の投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。
この図6から明らかなように、実施例2の投写レンズによれば、画角2ωが53.2度と広角で、各収差は良好に補正されている。特に倍率色収差においては、極めて良好に補正されている。
また、表5に示すように実施例2の投写レンズによれば、条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)、(6)が満足されている。
<実施例3>
実施例3に係る投写レンズの概略構成を図3に示す。この実施例3にかかる投写レンズは、実施例1のものと略同様の構成とされている。実施例1との主な相違点は、第1レンズ群Gの第2レンズLが、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなり、第2レンズ群Gが、両凹レンズよりなる第4レンズLと両凸レンズよりなる第5レンズLにより構成される接合レンズ、および光軸近傍において両凸レンズよりなる第6レンズLからなる点、ならびにマスク3が配設されている点である。ただし、マスクは必ずしも配設する必要はなく、またマスクは絞りであっても良い。また、マスクの位置は図3に示すように限定されるものではなく、適宜、設定位置の変更が可能である。
この実施例3における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D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを表3の上段に示す。
また、第3面と第4面および第11面と第12面は各々非球面とされており、表3の下段に、これら各非球面について、上記非球面式の各定数K、A、A、A、A、A、A、A、A10、A11、A12の値を示す。
Figure 2007279384
また、表5に実施例3における上記各条件式に対応する数値を示す。
図7は上記実施例3の投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。
この図7から明らかなように、実施例3の投写レンズによれば、画角2ωが53.4度と広角で、各収差は良好に補正されている。特に倍率色収差においては、極めて良好に補正されている。
また、表5に示すように実施例3の投写レンズによれば、条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(4)、(5)、(6)が満足されている。
<実施例4>
実施例4に係る投写レンズの概略構成を図4に示す。この実施例4にかかる投写レンズは、実施例1のものと略同様の構成とされている。実施例1との主な相違点は、第1レンズ群Gの第2レンズLが、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなり、第2レンズ群Gの第4レンズLが、両凸レンズからなる点である。
図4にマスクは示されていないが、配設されていても良く、またマスクは絞りであっても良い。
この実施例4における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D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νdを表4の上段に示す。
また、第3面と第4面および第7面と第8面は各々非球面とされており、表4の下段に、これら各非球面について、上記非球面式の各定数K、A、A、A、A、A、A、A、A10、A11、A12の値を示す。
Figure 2007279384
また、表5に実施例4における上記各条件式に対応する数値を示す。
図8は実施例4の投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。
この図8から明らかなように、実施例4の投写レンズによれば、画角2ωが53.4度と広角で、各収差は良好に補正されている。特に倍率色収差においては、極めて良好に補正されている。
また、表5に示すように実施例4の投写レンズによれば、条件式(1)、(2a)、(2b)、(3a)、(3b)、(3c)、(4)、(5)が満足されている。
Figure 2007279384
実施例1に係る投写レンズのレンズ構成図 実施例2に係る投写レンズのレンズ構成図 実施例3に係る投写レンズのレンズ構成図 実施例4に係る投写レンズのレンズ構成図 実施例1に係る投写レンズの各収差図 実施例2に係る投写レンズの各収差図 実施例3に係る投写レンズの各収差図 実施例4に係る投写レンズの各収差図 本実施形態に係る投写レンズを用いた投写型表示装置の概略構成図
符号の説明
〜G レンズ群
〜L レンズ
〜R17 レンズ面等の曲率半径
〜D16 レンズ面間隔(レンズ厚)
X 光軸
1 表示面
2 ガラスブロック
3、3a、3b マスク
10 投写レンズ
11a〜c 透過型液晶パネル
12、13 ダイクロイックミラー
14 クロスダイクロイックプリズム
16a〜c コンデンサレンズ
18a〜c 全反射ミラー
20 光源

Claims (9)

  1. 拡大側より順に、第1レンズ群、第2レンズ群および第3レンズ群を配列してなり、前記第1レンズ群は、拡大側より順に、レンズ材質を非樹脂とする負レンズ、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズおよび正レンズからなり、前記第2レンズ群は、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、正レンズおよび負レンズからなり、前記第3レンズ群は、正レンズからなり、下記条件式(1)、(2a)および(3a)を満足することを特徴とする投写レンズ。
    1.0<Bf/f≦1.8・・・・(1)
    2.0<f1/f・・・・(2a)
    2.0<f2/f・・・・(3a)
    ただし、
    Bf:全系空気換算バックフォーカス
    f:全系焦点距離
    f1:第1レンズ群の焦点距離
    f2:第2レンズ群の焦点距離
  2. 前記第3レンズ群の正レンズの縮小側の面から表示面までは、略テレセントリックとされ、下記条件式(2b)および(3b)を満足することを特徴とする請求項1記載の投写レンズ。
    4.0<f1/f・・・・(2b)
    3.5<f2/f・・・・(3b)
  3. 下記条件式(4)および(5)を満足することを特徴とする請求項1または2記載の投写レンズ。
    2.5<|AS1/f|・・・・(4)
    2.5<|AS2/f|・・・・(5)
    ただし、
    AS1:第1レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
    AS2:第2レンズ群のプラスチック非球面レンズの焦点距離
  4. 前記第2レンズ群は、拡大側より順に、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、正レンズおよび負レンズからなり、該正レンズと該負レンズを接合してなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
  5. 下記条件式(3c)を満足することを特徴とする請求項4記載の投写レンズ。
    10.0<f2/f・・・・(3c)
  6. 前記第2レンズ群は、拡大側より順に、少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズ、負レンズおよび正レンズからなり、該負レンズと該正レンズを接合してなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
  7. 前記第2レンズ群は、拡大側より順に、負レンズ、正レンズおよび少なくとも1面に非球面を設けたプラスチックレンズからなり、該負レンズと該正レンズを接合してなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
  8. 下記条件式(6)を満足することを特徴とする請求項6または7記載の投写レンズ。
    f2/f<10.0・・・・(6)
  9. 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1〜8のうちいずれか1項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、該投写レンズによりスクリーンに投影することを特徴とする投写型表示装置。
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