JP2011081072A - 小型プロジェクタ用投射レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話やモバイルＰＣなどに内蔵される小型プロジェクタに用いられるような、小型プロジェクタ用投射レンズを提供する。
【解決手段】映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する小型プロジェクタ用投射レンズである。スクリーンから順に正の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズ、正の第４レンズの４枚のレンズからなる。これらの４枚のレンズのうち、少なくとも１枚のレンズが正の樹脂レンズであり、かつ少なくとも１枚のレンズが負の樹脂レンズである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話やモバイルＰＣなどに内蔵される小型プロジェクタ用の投射レンズに関する。

古くから、４枚のテレビジョン用投写レンズや５枚の投射レンズなどが知られている。

特公平６−３８１３３号公報 特公平５−７８０１０号公報 特開２００３−９８４３１号公報

しかしながら、上記特許文献１や特許文献２のテレビジョン用投影レンズは、各レンズ間隔が狭く、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタにおける折り返しミラーやＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）プロジェクタにおけるＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，偏光ビームスプリッター）を配置するスペースが無いため、前記のようなＤＰＬあるいはＬＣＯＳを利用した小型プロジェクタに用いることができない。

特許文献３は、三板式のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）プロジェクタ用投射レンズであり、像側に略テレセントリックかつバックフォーカスを長くとっているため、投射レンズ系が大きくなり、小型プロジェクタ用の投影レンズには不向きである。

また、５枚のレンズではレンズの枚数が多く、例えば携帯電話やモバイルＰＣなどに内蔵される小型プロジェクタに用いることができない。

そこで本発明は、例えば携帯電話やモバイルＰＣなどに内蔵される小型プロジェクタに用いられるような、小型プロジェクタ用投射レンズを提供することを目的とする。

本発明の解決手段を例示すると、つぎのとおりである。

（１）映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する投射レンズであって、スクリーンから順に正の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズ、正の第４レンズの４枚のレンズからなり、これらの４枚のレンズのうち、少なくとも１枚のレンズが正の樹脂レンズであり、かつ少なくとも1枚のレンズが負の樹脂レンズであることを特徴とする小型プロジェクタ用投射レンズ。

（２）可視域における色消しのため、負のレンズが以下の条件を満たすことを特徴とする先述の投射レンズ：
ｎｄ>１．５７、
νｄ<３５、
但し、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数。

（３）第３レンズと第４レンズの中心間隔ｄが、照明系へ折り返すためのスペースとして、以下の条件を満たすことを特徴とする先述の投射レンズ：
２．０×ｙｍａｘ > ｄ> １．０×ｙｍａｘ、
但し、ｙｍａｘは像高の最大値。

（４）第１レンズと第３レンズが樹脂レンズであることを特徴とする先述の投射レンズ。

（５）第１レンズと第３レンズと第４レンズが樹脂レンズであることを特徴とする先述の投射レンズ。

以上の投射レンズのレンズ系の構成により、例えば携帯電話やモバイルＰＣなどに内蔵される小型プロジェクタに用いことができる。

実施例１の投射レンズの光路図を示す。 実施例１の投射レンズの球面収差と非点収差と歪曲を示す。 実施例１の投射レンズの横収差を示す。 実施例２の投射レンズの光路図を示す。 実施例２の投射レンズの球面収差と非点収差と歪曲を示す。 実施例２の投射レンズの横収差を示す。 実施例３の投射レンズの光路図を示す。 実施例３の投射レンズの球面収差と非点収差と歪曲を示す。 実施例３の投射レンズの横収差を示す。

本発明の投射レンズは、映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する投射レンズであって、スクリーンから順に正の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズ、正の第４レンズの４枚のレンズからなり、これらの４枚のレンズのうち、少なくとも１枚のレンズが正の樹脂レンズであり、かつ少なくとも1枚のレンズが負の樹脂レンズである。投射レンズにおいて２枚のレンズが樹脂レンズであるときは、第１レンズと第３レンズが樹脂レンズで形成される。投射レンズにおいて３枚のレンズが樹脂レンズであるときは、第１レンズと第３レンズと第４レンズが樹脂レンズで形成される。

投射レンズとして各収差の悪化を防ぎ良好な結像性能を得るために最低限２枚の樹脂レンズを要する。さらに、３枚の樹脂レンズを配置したときは、光学性能の劣化・サイズの増大を回避しつつ量産時のコストを抑える効果がある。

負レンズの屈折率ｎｄは１．５７より大きく、負レンズのアッベ数νｄは３５未満であると、可視域での色消しの効果が得られるため好ましい。

なお、屈折率、アッベ数ともに、ポリカーボネイトを含めるために境界値を決めている。

具体的には、ｎｄ>１．５７は、ペッツバール和を小さく保ち良好な結像性能を得るため、数値を決めている。

また、νｄ<３５は、色収差を良好に補正するため、数値を決めている。

ｙｍａｘとｄの数値は、パネル（ＤＭＤやＬＣＯＳ）サイズとシフト量によって変わるため幅が大きいものの、像高の最大値（ｙｍａｘ）は好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍであり、第３レンズと第４レンズの中心間隔ｄは好ましくは１ｍｍ〜２０ｍｍである。

後述する実施例の場合は、０．２２インチのＤＭＤでシフト１００％を想定すると、ｙｍａｘ＝３．６４ｍｍである。

なお、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）の場合、第３レンズと第４レンズの間に反射ミラー（光線折り曲げミラー）を配置し、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）の場合、第３レンズと第４レンズの間にＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，偏光ビームスプリッター）を配置し、第４レンズをフィールドレンズのように用い、反射ミラーあるいはＰＢＳを介して図１の紙面の縦方向に画像投影のための光線を向かわせると良い。

本発明の実施例１における小型プロジェクタ用投射レンズ１の光路図は、図１のとおりである。詳細には図示されていないが、図１の右端には、カバーガラスＥが配置され、その後ろの厚みのない縦線の位置に、ＤＭＤ、ＬＣＯＳなどの画像形成素子（映像表示素子ともいう）が配置されている。図２は、実施例１の投射レンズ１の球面収差と非点収差と歪曲を示す。図３は、実施例１の投射レンズ１の横収差を示す。

投射レンズ１は、スクリーン（図示せず）から順に、正の第１レンズＬ１、正の第２レンズＬ２、負の第３レンズＬ３、及び正の第４レンズＬ４からなる。

第１レンズＬ１は、プラスチック製の正レンズであり、画像形成素子（縮小）側に凸なメニスカスの両面非球面レンズである。第２レンズＬ２は、ガラス製の正レンズである。第３レンズＬ３は、プラスチック製の負レンズであり、両面が非球面の凹レンズである。第４レンズＬ４は、プラスチック製の正レンズであり、両面が非球面である。

投射レンズ１のレンズデータは、表１及び２の通りである。

なお、ＲＤＹは曲率半径（単位ｍｍ）を示し、ＴＨＩは次の面との間のレンズ厚みあるいは空気空間を示す。Ｎｄは、各レンズの屈折率（ｄ線）を示す。νｄは、各レンズのアッベ数（ｄ線）を示す。Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、非球面係数である。

Ｆナンバーは、２．６であり、明るいレンズである。

実施例２は、実施例１の第３レンズの屈折率と分散を変更した場合の例である。

本発明の実施例２における小型プロジェクタ用投射レンズ１１の光路図は、図４のとおりである。詳細には図示されていないが、図４の右端には、カバーガラスＥが配置され、その後ろの厚みのない縦線の位置に、ＤＭＤ、ＬＣＯＳなどの画像形成素子（映像表示素子ともいう）が配置されている。図５は、実施例２の投射レンズ１１の球面収差と非点収差と歪曲を示す。図６は、実施例２の投射レンズ１１の横収差を示す。

投射レンズ１１は、スクリーン（図示せず）から順に、正の第１レンズＬ１１、正の第２レンズＬ１２、負の第３レンズＬ１３、及び正の第４レンズＬ１４からなる。

第１レンズＬ１１は、プラスチック製の正レンズであり、画像形成素子（縮小）側に凸なメニスカスの両面非球面レンズである。第２レンズＬ１２は、ガラス製の正レンズである。第３レンズＬ１３は、プラスチック製の負レンズであり、両面が非球面の凹レンズである。第４レンズＬ１４は、プラスチック製の正レンズであり、両面が非球面である。

投射レンズ１１のレンズデータは、表３及び４の通りである。

実施例３は、第１レンズと第３レンズが樹脂レンズである場合の例である。

本発明の実施例３における小型プロジェクタ用投射レンズ２１の光路図は、図７のとおりである。詳細には図示されていないが、図７の右端には、カバーガラスＥが配置され、その後ろの厚みのない縦線の位置に、ＤＭＤ、ＬＣＯＳなどの画像形成素子（映像表示素子ともいう）が配置されている。図８は、実施例３の投射レンズ２１の球面収差と非点収差と歪曲を示す。図９は、実施例３の投射レンズ２１の横収差を示す。

投射レンズ２１は、スクリーン（図示せず）から順に、正の第１レンズＬ２１、正の第２レンズＬ２２、負の第３レンズＬ２３、及び正の第４レンズＬ２４からなる。

第１レンズＬ２１は、プラスチック製の正レンズであり、画像形成素子（縮小）側に凸なメニスカスの両面非球面レンズである。第２レンズＬ２２は、ガラス製の正レンズである。第３レンズＬ２３は、プラスチック製の負レンズであり、両面が非球面の凹レンズである。第４レンズＬ２４は、ガラス製の正レンズである。

投射レンズ２１のレンズデータは、表５及び６の通りである。

１、１１、２１ 投射レンズ
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ２１ 第１レンズ
Ｌ２、Ｌ１２、Ｌ２２ 第２レンズ
Ｌ３、Ｌ１３、Ｌ２３ 第３レンズ
Ｌ４、Ｌ１４、Ｌ２４ 第４レンズ
Ｅ カバーガラス

Claims (5)

1. 映像表示素子の像をスクリーンに拡大投影する投射レンズであって、スクリーンから順に正の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズ、正の第４レンズの４枚のレンズからなり、これらの４枚のレンズのうち、少なくとも１枚のレンズが正の樹脂レンズであり、かつ少なくとも１枚のレンズが負の樹脂レンズであることを特徴とする小型プロジェクタ用投射レンズ。
2. 可視域における色消しのため、負のレンズが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ：
   ｎｄ>１．５７、
   νｄ<３５、
   但し、ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数。
3. 第３レンズと第４レンズの中心間隔ｄが、照明系へ折り返すためのスペースとして、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の投射レンズ：
   ２．０×ｙｍａｘ > ｄ> １．０×ｙｍａｘ、
   但し、ｙｍａｘは像高の最大値。
4. 第１レンズと第３レンズが樹脂レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の投射レンズ。
5. 第１レンズと第３レンズと第４レンズが樹脂レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の投射レンズ。

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