JP2012088707A - プロジェクションレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化を実現するとともに優れるプロジェクション画面品質を有するプロジェクションレンズを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクションレンズは、投影面側から光源側に向かって順番に配列される負の屈折力を有する第一レンズ群、正の屈折力を有する第二レンズ群及び正の屈折力を有する第三レンズ群を備え、以下の条件式を満足する。
３＜ＴＴ／ｆ＜３．６
０．４８＜ＢＦＬ／ｆ
ただし、ＴＴは、前記プロジェクションレンズの全長であり、ｆは、前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、ＢＦＬは、前記プロジェクションレンズの背面焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに用いられるプロジェクションレンズに関するものである。

半導体技術の発展に伴い、いろいろなプロジェクター、例えば、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクター、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）プロジェクター及びＬＣｏｓ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）プロジェクターが採用する空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＳＬＭ）、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，ＤＭＤ）チップ、ＬＣＤパネル及びＬＣｏｓチップは、高解像度化及び小型化に向かって発展して、消費者からのプロジェクション画面品質及び携帯性に対する要求を満足する。空間光変調器の解像度及びサイズに対する要求に対応して、プロジェクターに用いられるプロジェクションレンズ（一般的に、空間光変調器の前面に設置される）も、優れるプロジェクション画面品質を保証するとともにサイズを縮小することが必要とされる。

本発明の目的は、小型化を実現するとともに優れるプロジェクション画面品質を有するプロジェクションレンズを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクションレンズは、投影面側から光源側に向かって順番に配列される、負の屈折力を有する第一レンズ群、正の屈折力を有する第二レンズ群及び正の屈折力を有する第三レンズ群を備え、以下の条件式を満足する。
３＜ＴＴ／ｆ＜３．６
０．４８＜ＢＦＬ／ｆ
ただし、ＴＴは、前記プロジェクションレンズの全長であり、ｆは、前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、ＢＦＬは、前記プロジェクションレンズの背面焦点距離である。

本発明のプロジェクションレンズにおいて、条件式「３＜ＴＴ／ｆ＜３．６」は、前記プロジェクションレンズの全長を制限し、条件式「０．４８＜ＢＦＬ／ｆ」は、前記プロジェクションレンズの他の光学投影素子の設置空間を保証し、前記第一レンズ群、前記第二レンズ群及び前記第三レンズ群は、負正正構造を採用して、前記プロジェクションレンズの全長と球面収差との間の平衡を保証し、これにより前記プロジェクションレンズの小型化を実現するとともに、優れるプロジェクション画面品質を獲得することができる。

本発明の第一実施形態に係るプロジェクションレンズの構造を示す図である。 図１に示すプロジェクションレンズの球面収差図である。 図１に示すプロジェクションレンズの像面湾曲図である。 図１に示すプロジェクションレンズの歪曲収差図である。 本発明の第二実施形態に係るプロジェクションレンズの構造を示す図である。 図５に示すプロジェクションレンズの球面収差図である。 図５に示すプロジェクションレンズの像面湾曲図である。 図５に示すプロジェクションレンズの歪曲収差図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係るプロジェクションレンズの構造を示す図である。前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側（空間光変調器に近い一端）に向かって、負の屈折力を有する第一レンズ群１０、正の屈折力を有する第二レンズ群２０及び正の屈折力を有する第三レンズ群３０が順番に配列される。本実施形態において、前記プロジェクションレンズ１００は、固定焦点レンズである。

前記プロジェクションレンズ１００は、ＤＬＰプロジェクターに用いられ、その内部の空間光変調器には、ＤＭＤチップ（図示せず）が採用される。投影する際、前記空間光変調器によって変調された光信号が、前記空間光変調器表面９３から前記第三レンズ群３０、前記第二レンズ群２０及び前記第一レンズ群１０を順番に通して投影面に投影され、これによりプロジェクション画面を獲得する。

小型化を実現するために、前記プロジェクションレンズ１００は、以下の条件式を満足している。

３＜ＴＴ／ｆ＜３．６ ……（１）
０．４８＜ＢＦＬ／ｆ ……（２）

ＴＴは、前記プロジェクションレンズ１００の全長、即ち前記プロジェクションレンズ１００の前記第一レンズ群１０の投影面側に近い表面から前記空間光変調器表面９３までの距離であり、ｆは、前記プロジェクションレンズ１００の有効焦点距離であり、ＢＦＬは、前記プロジェクションレンズ１００の背面焦点距離、即ち前記プロジェクションレンズ１００の前記第三レンズ群３０の光源側に近い表面から前記空間光変調器表面９３までの距離である。

前記条件式（１）は、前記プロジェクションレンズ１００の全長を制限する。前記第一レンズ群１０、前記第二レンズ群２０及び前記第三レンズ群３０は負正正構造を採用することにより、合理的な屈折力分配によって、全長を短縮し且つ球面収差を制御することができ、前記プロジェクションレンズ１００の全長と球面収差との間の平衡を保証する。前記プロジェクションレンズ１００の全長が長すぎると、小型化及び携帯の利便性に関する要求を満たすことができず、前記プロジェクションレンズ１００の全長が短すぎると、現有の屈折力分配を用いて優れる映像品質を獲得することができない。

前記条件式（２）は、前記プロジェクションレンズ１００の背面焦点距離を制限して、他の光学投影素子の設置空間を保証し、これにより例えば、光学的‐機械的システムは、前記プロジェクションレンズ１００の光源側に近い前記第三レンズ群３０の表面と前記空間光変調器表面９３との間に設置することができる。前記プロジェクションレンズ１００の背面焦点距離が短すぎると、前記光学的‐機械的システムの設計空間が制限され、例えば、分光器の選択が制限され、且つ機構干渉問題が発生し易い。本実施形態において、プリズム９７及びフィルター９５は、前記第三レンズ群３０と前記空間光変調器表面９３との間に順番に設置され、前記プリズム９７は、光線方向を変換し且つ分光するために用いられ、前記フィルター９５は、前記空間光変調器表面９３を保護するために用いられる。

前記プロジェクションレンズ１００は、以下の条件式も満足する。

１．７８＜｜ｆ１／ｆ３｜＜２．１６ ……（３）

ｆ１は、前記第一レンズ群１０の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群３０の有効焦点距離である。前記条件式（３）は、テレセントリック（Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）システムを制御することにより、広視角の要求を満たし、且つ前記プロジェクションレンズ１００の全長を制御することにより、前記プロジェクションレンズ１００の光源側テレセントリック結像要求を満たす。

前記プロジェクションレンズ１００の球面収差をさらによく除去するために、前記プロジェクションレンズ１００は、以下の条件式を満足している。

０．８８＜ｆ２／ｆ３＜１．１ ……（４）

ｆ２は、前記第二レンズ群２０の有効焦点距離である。前記条件式（４）は、前記プロジェクションレンズ１００が負正正の屈折力分配を満たすことを保証し、前記第二レンズ群２０及び前記第三レンズ群３０が生じる球面収差が互いに平衡することを保証して、投影品質を高める。

前記プロジェクションレンズ１００は、前記第二レンズ群２０と前記第三レンズ群３０との間に設置される絞り９９をさらに備え、前記プロジェクションレンズ１００の構造全体を前記絞り９９に対して対称とすることにより、コマ収差の影響を効果的に下げるとともに、前記第三レンズ群３０から射出した光線が前記第二レンズ群２０に入射する光通過量を制限し、且つ前記第二レンズ群２０を通じた光錐をさらに対称とすることにより、前記プロジェクションレンズ１００のコマ収差を修正する。コストを節約するために、前記プロジェクションレンズ１００の前記第三レンズ群３０の投影面側に近い表面に不透明な材料を塗布して、前記絞り９９とすることができる。前記絞り９９をこのように設置すると、前記プロジェクションレンズ１００の全長を短縮することに有利である。

本実施形態において、前記第一レンズ群１０は、少なくとも負の屈折力を有する第１レンズ１１を備える。前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側に向かう方向に沿って、前記第１レンズ１１は、第一表面Ｓ１及び第二表面Ｓ２を備える。前記第一表面Ｓ１及び前記第二表面Ｓ２は、全て非球面である。

前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側に向かう方向に沿って、前記第二レンズ群２０は、正の屈折力を有する第２レンズ２１及び負の屈折力を有する第３レンズ２３を備える。前記第２レンズ２１及び前記第３レンズ２３は、接着剤によって一体になって複合レンズを構成する。前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側に向かう方向に沿って、前記第２レンズ２１は、第三表面Ｓ３及び第四表面Ｓ４を備え、前記第３レンズ２３は、第四表面Ｓ４と、前記プロジェクションレンズ１００の光源側に近い表面上の第五表面Ｓ５とを備える。

前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側に向かう方向に沿って、前記第三レンズ群３０は、負の屈折力を有する第４レンズ３１、正の屈折力を有する第５レンズ３３、負の屈折力を有する第６レンズ３５及び正の屈折力を有する第７レンズ３７を備える。前記第４レンズ３１及び前記第５レンズ３３は、接着剤によって一体になって複合レンズを構成する。前記プロジェクションレンズ１００の投影面側から光源側に向かう方向に沿って、前記第４レンズ３１は、第六表面Ｓ６及び第七表面Ｓ７を備え、前記第５レンズ３３は、第七表面Ｓ７と、前記プロジェクションレンズ１００の光源側に近い表面上の第八表面Ｓ８とを備え、前記第６レンズ３５は、第九表面Ｓ９及び第十表面Ｓ１０を備え、前記第７レンズ３７は、第十一表面Ｓ１１及び第十二表面Ｓ１２を備える。前記第九表面Ｓ９及び前記第十表面Ｓ１０は、全て非球面である。

前記プリズム９７は、前記プロジェクションレンズ１００の投影面側に近い第十三表面Ｓ１３と、前記プロジェクションレンズ１００の光源側に近い第十四表面Ｓ１４とを備える。前記フィルター９５は、前記プロジェクションレンズ１００の投影面側に近い第十五表面Ｓ１５と、前記プロジェクションレンズ１００の光源側に近い第十六表面Ｓ１６とを備える。

コストを下げるために、前記第三レンズ群３０は、少なくとも１つのプラスチックレンズを備える。優れる結像品質を保証するために、他のレンズは、ガラスからなる。

レンズ表面中心を原点として、光軸がｘ軸である場合、レンズ表面の非球面形状は以下の数式によって表示される。

ｈは、光軸から非球面までの高さであり、ｋは、二次曲面係数であり、Ａｉは、非球面のｉ番目のオーダー（ｏｒｄｅｒ）補正係数であり、ｃは、頂点曲率である。以下の表１〜表４のデータを前記数式に代入することにより、レンズ表面の非球面形状を知ることができる。

本実施形態において、前記プロジェクションレンズ１００の各々の光学素子は、表１及び表２の条件を満たし、ＴＴ＝４２．６６ｍｍであり、ｆ＝１２．６２ｍｍであり、ＢＦＬ＝７．２７ｍｍであり、ｆ１＝−１９．３９ｍｍであり、ｆ２＝１０ｍｍであり、ｆ３＝１０．０５ｍｍであり、Ｆ_Ｎｏ＝２．０であり、２ω＝４１．６５°である。

表１及び表２において、ｆは、前記プロジェクションレンズ１００の有効焦点距離であり、Ｆ_Ｎｏは、Ｆナンバーであり、２ωは、前記プロジェクションレンズ１００の視野角であり、Ｒは、対応する表面の曲率半径であり、Ｄは、対応する表面から次の表面までの軸上距離であり、Ｎｄは、対応するレンズ群がｄ光線（波長が５８７ｎｍである）に対する屈折率であり、Ｖｄは、対応するレンズ群におけるｄ光線のアッベ数である。

前記プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図２乃至図４に示した。図２は、Ｆ線（波長が４８６ｎｍである）、Ｄ線（波長が５８７ｎｍである）及びＣ線（波長が６５６ｎｍである）に対する球面収差値を示す。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の可視光線（波長範囲は、４００ｎｍ〜７００ｎｍである）に対する球面収差値は−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲である。図３に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲内に制御される。図４に示したように、歪曲収差は、−２％〜２％の範囲内に制御される。前記プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。

図５は、本発明の第二実施形態に係るプロジェクションレンズの構造を示す図である。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００ａの構造は、前記第一実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の構造とほぼ同じである。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００ａの各々の光学素子は、表３及び表４の条件を満たし、ＴＴ＝４０．０７ｍｍであり、ｆ＝１２．４８ｍｍであり、ＢＦＬ＝６．１７ｍｍであり、ｆ１＝−１９．７１ｍｍであり、ｆ２＝９．６７ｍｍであり、ｆ３＝９．８３ｍｍであり、Ｆ_Ｎｏ＝２．０であり、２ω＝４２．０７°である。

前記プロジェクションレンズ１００ａの球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図６乃至図８に示した。図６は、Ｆ線（波長が４８６ｎｍである）、Ｄ線（波長が５８７ｎｍである）及びＣ線（波長が６５６ｎｍである）に対する球面収差値を示す。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００ａの、可視光線（波長範囲は、４００ｎｍ〜７００ｎｍである）に対する球面収差値は−０．０２ｍｍ〜０．０２ｍｍの範囲である。図７に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲内に制御される。図８に示したように、歪曲収差は、−２％〜２％の範囲内に制御される。前記プロジェクションレンズ１００ａの球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、よく校正することができる。

本発明のプロジェクションレンズは、小型化を実現するとともに、プロジェクションレンズの全長と球面収差との間の平衡を保証することができ、これにより優れるプロジェクション画面品質を獲得することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

１０ 第一レンズ群
１１ 第１レンズ
２０ 第二レンズ群
２１ 第２レンズ
２２ 第３レンズ
３０ 第三レンズ群
３１ 第４レンズ
３３ 第５レンズ
３５ 第６レンズ
３７ 第７レンズ
９３ 空間光変調器表面
９５ フィルター
９７ プリズム
９９ 絞り
１００ プロジェクションレンズ
Ｓ１ 第一表面
Ｓ２ 第二表面
Ｓ３ 第三表面
Ｓ４ 第四表面
Ｓ５ 第五表面
Ｓ６ 第六表面
Ｓ７ 第七表面
Ｓ８ 第八表面
Ｓ９ 第九表面
Ｓ１０ 第十表面
Ｓ１１ 第十一表面
Ｓ１２ 第十二表面
Ｓ１３ 第十三表面
Ｓ１４ 第十四表面
Ｓ１５ 第十五表面
Ｓ１６ 第十六表面

Claims (7)

1. 投影面側から光源側に向かって順番に配列される負の屈折力を有する第一レンズ群、正の屈折力を有する第二レンズ群及び正の屈折力を有する第三レンズ群を備え、以下の条件式を満足することを特徴とするプロジェクションレンズ。
   ３＜ＴＴ／ｆ＜３．６
   ０．４８＜ＢＦＬ／ｆ
   ただし、ＴＴは、前記プロジェクションレンズの全長であり、ｆは、前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、ＢＦＬは、前記プロジェクションレンズの背面焦点距離である。
2. 前記プロジェクションレンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションレンズ。
   １．７８＜｜ｆ１／ｆ３｜＜２．１６
   ただし、ｆ１は、前記第一レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群の有効焦点距離である。
3. 前記プロジェクションレンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションレンズ。
   ０．８８＜ｆ２／ｆ３＜１．１
   ただし、ｆ２は、前記第二レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群の有効焦点距離である。
4. 前記第一レンズ群は、少なくとも１つの非球面を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクションレンズ。
5. 前記第三レンズ群は、少なくとも１つの非球面を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクションレンズ。
6. 前記第三レンズ群は、少なくとも１つのプラスチックレンズを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクションレンズ。
7. 前記プロジェクションレンズは、前記第二レンズ群と前記第三レンズ群との間に位置する絞りをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクションレンズ。

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