JP2014098750A - Projection optical system and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学像を被投写面に拡大投写する投写光学系及びこれを備えた投写型表示装置に関し、特に、空間光変調素子で生成された光学像を被投写面に拡大投写する投写光学系及びこれを備えた投写型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on a projection surface and a projection display apparatus having the projection optical system, and in particular, projection optics for enlarging and projecting an optical image generated by a spatial light modulator on the projection surface. The present invention relates to a system and a projection display device including the same.
投写型表示装置は、プロジェクタとも呼ばれ、大画面を比較的低コストで実現する手段として広く普及している。一般に、投写型表示装置は、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micromirror Device;登録商標)もしくは液晶素子などの空間光変調素子と、この空間光変調素子で生成された光学像をスクリーンの被投写面に拡大投写する投写光学系とを備えている。空間光変調素子に光を供給する光源としては、ランプ光源(たとえば、高圧水銀ランプもしくはキセノンランプ)が主流であったが、近年、LED(Light−Emitting Diode)もしくはLD(Laser Diode)などの高輝度半導体発光素子が採用されつつある。 Projection display devices, also called projectors, are widely used as means for realizing a large screen at a relatively low cost. In general, a projection display apparatus includes a spatial light modulation element such as a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal element, and an optical image generated by the spatial light modulation element on a screen. A projection optical system for enlarging and projecting onto the projection surface. As a light source for supplying light to the spatial light modulation element, a lamp light source (for example, a high-pressure mercury lamp or a xenon lamp) has been mainstream, but recently, a high light source such as an LED (Light-Emitting Diode) or an LD (Laser Diode) is used. Brightness semiconductor light emitting devices are being adopted.
近年、投写型表示システムの設置スペースの効率化のために、スクリーンまでの投写距離の短い投写型表示装置が求められている。投写距離を短縮しつつ大画面を維持するには、投写光学系を構成するレンズに広角レンズを採用することが必要である。たとえば、特開2008−225455号公報(特許文献1)には、短い投影距離(投写距離)を実現するために正のパワーの屈折光学系と凹面ミラーとの組み合わせを有するフロントプロジェクション方式の投影光学系が開示されている。 In recent years, there has been a demand for a projection display device having a short projection distance to the screen in order to improve the installation space of the projection display system. In order to maintain a large screen while reducing the projection distance, it is necessary to employ a wide-angle lens as a lens constituting the projection optical system. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-225455 (Patent Document 1) discloses a front projection type projection optical system having a combination of a positive power refractive optical system and a concave mirror in order to realize a short projection distance (projection distance). A system is disclosed.
一般に、設置スペースの効率化の指標として、スローレシオ(throw ratio)と呼ばれる値が使用されている。スローレシオは、スクリーン上の画面サイズ(投写画像のサイズ)に対する投写距離の比率として定義され得る。一定の画面サイズに対して投写距離が短くなるほど、スローレシオの値は小さくなるが、投写距離の短縮に応じて画面サイズも縮小すると、スローレシオの値は小さくならない。従来の投写型表示装置では、投写光学系の構造を大型化せずにスローレシオの値を小さくすることに限界があったため、画面サイズを大きくするほど、投写距離が長くなり、広い設置スペースが必要となるという問題があった。 In general, a value called a throw ratio is used as an index for improving the efficiency of installation space. The slow ratio can be defined as the ratio of the projection distance to the screen size on the screen (projected image size). As the projection distance becomes shorter for a certain screen size, the value of the slow ratio becomes smaller. However, if the screen size is reduced as the projection distance is shortened, the value of the slow ratio does not become smaller. In conventional projection display devices, there is a limit to reducing the value of the slow ratio without increasing the size of the projection optical system. Therefore, the larger the screen size, the longer the projection distance and the wider the installation space. There was a problem that it was necessary.
上記に鑑みて本発明の目的は、スローレシオが小さな投写光学系及びこれを備えた投写型表示装置を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a projection optical system having a small slow ratio and a projection display device including the same.
本発明の一態様による投写光学系は、空間光変調素子から出射された変調光を受光し、当該変調光で表される光学像を被投写面に拡大投写して当該被投写面に投写画像を形成する投写光学系であって、前記変調光を正のパワーで屈折させる第1レンズ群と、前記第1レンズ群からの入射光を負のパワーで屈折させる第2レンズ群と、前記第2レンズ群の光出射面と対向し、前記第2レンズ群からの入射光を前記被投写面の方向へ反射させて結像させる凹面ミラーとを備え、前記第2レンズ群の光出射面と前記凹面ミラーの面頂点との間の距離をLbとし、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との合成焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群及び前記凹面ミラーの共通の光軸と前記凹面ミラーから出射する主光線とのなす角度の最大値をφmaxとし、前記凹面ミラーに入射する主光線と前記光軸とのなす角度の最大値をθmaxとし、前記第2レンズ群に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離をf2とするとき、
4.20≦Lb/f1≦6.25、
1.85≦φmax/θmax≦2.20、及び、
−1.55≦f2/f1≦−1.00、
との条件式が成立することを特徴とする。
A projection optical system according to an aspect of the present invention receives modulated light emitted from a spatial light modulation element, enlarges and projects an optical image represented by the modulated light on a projection surface, and projects the projection image on the projection surface. A first lens group that refracts the modulated light with positive power; a second lens group that refracts incident light from the first lens group with negative power; A concave mirror facing the light exit surface of the two lens group and reflecting the incident light from the second lens group toward the projection surface to form an image, and the light exit surface of the second lens group; The distance between the surface vertex of the concave mirror is Lb, the combined focal length of the first lens group and the second lens group is f1, and the optical axis common to the second lens group and the concave mirror is The maximum value of the angle formed with the chief ray emitted from the concave mirror is φm x is a single lens or a combination lens having the strongest negative power among optical lenses included in the second lens group, where θmax is a maximum value of an angle formed between the principal ray incident on the concave mirror and the optical axis. Let f2 be the focal length of
4.20 ≦ Lb / f1 ≦ 6.25,
1.85 ≦ φmax / θmax ≦ 2.20, and
−1.55 ≦ f2 / f1 ≦ −1.00,
And the conditional expression is satisfied.
本発明の他の一態様による投写型表示装置は、光源を含む照明装置と、前記照明装置から出射された光を画像信号に応じて空間的に変調する空間光変調素子と、前記投写光学系とを備えることを特徴とする。 A projection display device according to another aspect of the present invention includes an illumination device including a light source, a spatial light modulation element that spatially modulates light emitted from the illumination device according to an image signal, and the projection optical system. It is characterized by providing.
本発明によれば、上記条件式を満たすように投写光学系を構成することで、スローレシオの小さな投写光学系を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a projection optical system with a small slow ratio by configuring the projection optical system so as to satisfy the conditional expression.
以下、本発明に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
投写型表示装置の全体構成.
図1及び図2は、本発明に係る実施の形態の投写型表示装置1の基本構成を概略的に示す図である。図1は、投写型表示装置1の構成を側方(X軸負方向側)から表示する図であり、図2は、投写型表示装置1の構成を正面側(Z軸正方向側)から表示する図である。なお、図示されているX軸、Y軸及びZ軸は互いに直交し、X軸方向は水平方向と一致し、Y軸方向は垂直方向と一致するものとする。
Overall configuration of the projection display device.
1 and 2 are diagrams schematically showing a basic configuration of a
図1に示されるように、投写型表示装置1は、入射光束を空間的に変調して変調光を出力する空間光変調素子(ライトバルブ)20と、この空間光変調素子20に照明光を供給する照明機構10と、空間光変調素子20から出射された変調光を受光して投写光を生成する投写光学系30とを備えている。投写光学系30は、当該変調光で表される光学像をスクリーン40の被投写面40pに拡大投写して、図2に示されるように被投写面40pに矩形状の投写画像Piを形成することができる。
As shown in FIG. 1, the
空間光変調素子20は、外部からの変調制御信号に応じて、照明光の特性(たとえば、位相、偏光状態、強度または伝播方向)の2次元的または3次元的な可変制御を行う反射型または透過型の空間光変調器である。空間光変調素子20は、変調制御信号に応じて照明光を空間的に変調することにより、光学像を表す変調光を生成し投写光学系30に出力することができる。本実施の形態では、空間光変調素子20として、反射型の空間光変調器であるデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micromirror Device;登録商標)の使用が想定されるが、これに限定されるものではない。DMDに代えて、たとえば、透過型液晶素子または反射型液晶素子を使用することも可能である。
The spatial
投写光学系30は、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31及び凹面ミラー32で構成される。この投写光学系30は、後述する実施の形態1乃至9の投写光学系30A〜30Iの上位概念として構成されるものである。投写レンズ群31は、後述するように、空間光変調素子20から出射された変調光を負のパワーで屈折させる第1レンズ群と、この第1レンズ群から出射された光束を正のパワーで屈折させる第2レンズ群とを有している。凹面ミラー32は、投写レンズ群31の光出射面と対向し、投写レンズ群31からの出射光を被投写面40pの方向へ反射させて結像させる機能を有する。
The projection
照明機構10は、照明光の生成のための内部光源として、白色光を出射する高圧水銀ランプもしくはキセノンランプなどのランプ光源を有してもよいし、あるいは、ランプ光源よりも寿命が長く且つ保守管理が容易な発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)もしくはレーザダイオード(LD:Laser Diode)などの半導体発光素子群を有していてもよい。照明機構10は、内部光源から出射された光束の光強度を均一化した後に、当該光束を照明光として空間光変調素子20に供給する。
The
図3は、投写型表示装置1の照明機構10の構成の一例を示す図である。図3の例では、照明機構10は、ランプ光源11、光均一化素子14、カラーホイール15、導光光学系16及び反射ミラー17を有している。ランプ光源11から出射された光束は、光均一化素子14に入射される。光均一化素子14は、自己の入射端面から内部に入射した光束の断面内(すなわち、光強度均一化素子113の光軸に直交する平面内)における光強度分布を均一化した後に当該光束を出射する。ここで、光均一化素子14の出射光束の断面形状は、空間光変調素子20の光変調面の矩形状と相似形をなすように形成されていることが望ましい。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
光均一化素子14としては、たとえば、セグメント化された複数の単レンズを2次元状に配列して構成されるフライアイレンズ、ガラス材料または透明樹脂材料などの透明な光学材料からなる多角柱(ロッド)、あるいは、光反射ミラーの側面を有する断面多角形状の中空パイプ(ライトパイプ)を使用すればよい。光均一化素子14として使用される多角柱の側面は、当該多角柱を構成する光学材料と外部の空気との界面で光の内部全反射を起こす全反射面として構成される。
As the
カラーホイール15は、円盤形状を有し、円周方向に沿って配列された複数色(たとえば、赤色,緑色,青色及び白色)の光透過領域(カラーフィルタ)を有する。モータなどの駆動部13は、制御部12による制御を受けてカラーホイール15をその中心軸の周りに回転させることができる。これにより、カラーホイール15は、回転速度に応じて複数色の光束を時分割で順次供給することができる。なお、複数色の光を発するLEDまたはLDを内部光源として使用する場合には、必ずしもカラーホイール15を設ける必要は無い。
The
カラーホイール15及び導光光学系16を透過した光束は、反射ミラー17で反射した後に空間光変調素子20の光変調面を照射する。空間光変調素子20は、制御部12から供給される変調制御信号に応じて反射ミラー17からの入射光束を空間的に変調することで光学像を表す変調光を作り出す。ここで、制御部12は、外部信号源(図示せず)から供給された画像信号VSに基づいて変調制御信号を生成し、この変調制御信号を空間光変調素子20に供給する。また、制御部12は、カラーホイール15から出射される光束の色に合わせて空間光変調素子20の動作を制御する。
The light beam that has passed through the
図4は、投写型表示装置1の照明機構10の構成の他の例を示す図である。図4の例では、照明機構10は、ランプ光源11、光均一化素子14、カラーホイール15、導光光学系16及び内部全反射プリズム18を有している。図4におけるランプ光源11、光均一化素子14、カラーホイール15及び導光光学系16の構成は、図3におけるランプ光源11、光均一化素子14、カラーホイール15及び導光光学系16の構成と略同じである。
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the configuration of the
内部全反射プリズム18は、2個の三角プリズム18A,18Bを空気層を介して互いに接合して構成されたものである。図4に示されるように、導光光学系16から三角プリズム18Bの内部に入射した光束は、内面全反射した後に空間光変調素子20に向けて出射される。また、空間光変調素子20から三角プリズム18Bの内部に入射した変調光は、三角プリズム18B、18Aを透過した後に投写レンズ群31に入射する。
The internal
なお、照明機構10の構成は、図3及び図4に示した例に限定されるものではない。照明機構10の内部光源として、LEDまたはLDなどの複数の単色光源(たとえば、赤色,緑色及び青色の波長域でそれぞれ発光する複数の半導体発光素子)を用いる場合には、照明機構10は、白色光を得るために、これら複数の単色光源の出射光を合成するダイクロイックミラーなどの合成光学系を有することができる。特に、内部光源としてLDを用いた場合は、その出射光の指向性の高さから、明るさを確保しつつ、投写レンズ群31のF値(Fナンバー)を大きくすることができる。よって、投写レンズ群31及び凹面ミラー32を小型化することができ、小型の投写型表示装置1を実現することが可能となる。
In addition, the structure of the
図1を参照すると、凹面ミラー32の反射曲面は、光軸AXを回転軸とする回転対称形状を有し、図2のスクリーン40の被投写面40pは、光軸AXに平行な法線方向を有する。図1に示されるように、凹面ミラー32の反射曲面の光軸方向における面頂点と被投写面40pとの間の当該法線方向における投写距離をLaとする。また、図2に示されるように投写画像Piの対角寸法をDとする。そして、投写画像Piの対角寸法Dに対する投写距離Laの比率La/Dをスローレシオとして定義する。このとき、スローレシオLa/Dが下記の条件式(1)を満たすように本実施の形態の投写型表示装置1を構成することができる。
0.14≦La/D≦0.20 ・・・(1)
Referring to FIG. 1, the reflection curved surface of the
0.14 ≦ La / D ≦ 0.20 (1)
なお、図1及び図2に示した凹面ミラー32の一部は、凹面ミラー32からスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた部分は点線で示されているが、これに限定されるものではない。凹面ミラー32からスクリーン40に向かう光線との干渉が生じない場合には、凹面ミラー32の一部を切り欠く必要はない。
A part of the
実施の形態1.
次に、本発明に係る実施の形態1について説明する。図5は、実施の形態1の投写光学系30Aの構成を示す図である。投写光学系30Aは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Aと凹面ミラー32Aとを有する。図5には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Aの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Aの断面とが示されている。
Next,
投写レンズ群31Aは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群51と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群61とを有する。第1レンズ群51は、複数の光学レンズL10〜L19からなり、光学レンズL12,L14の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群61は、複数の光学レンズZ10〜Z15からなり、第1レンズ群51からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Aに出射する。
The
投写レンズ群31及び凹面ミラー32Aはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Aの一部は、当該凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。また、第2レンズ群61を構成する光学レンズZ15の一部も、凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
空間光変調素子20は、当該空間光変調素子20の光変調面の中心が光軸AXに対して距離δのオフセット量だけずれるように配置されている。図5においては、この空間光変調素子20の光変調面上の最小物体高(光軸AXに最も近い物体高)で発した光線と最大物体高(光軸AXから最も遠い物体高)で発した光線とを含む複数の光線(変調光ML)の光路が示されている。
The spatial
第2レンズ群61においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ10と、2枚の光学レンズZ11,Z12からなる負のパワーの組み合わせレンズC1と、正のパワーの光学レンズZ13と、非球面レンズZ14,Z15とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ14,Z15は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ14,Z15以外の光学レンズZ10〜Z13は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第2レンズ群61は、第1レンズ群51の光出射面(光学レンズL19の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Aとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI1を形成することができる。この中間像MI1の一部は、図5に示されるように、第2レンズ群61の光出射面(非球面レンズZ15の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI1は、第2レンズ群61の前端部を横断するように形成されている。また、中間像MI1は、空間光変調素子20の配置領域に対して光軸AXを介して反対側の領域に形成されている。
The
第1レンズ群51は、F値で決まる所定の広がり角で空間光変調素子20の各点から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群61は、第1レンズ群51から入射した光線を集光した後に、主光線の光軸AXとのなす角度を拡大することができる。ここで、主光線とは、空間光変調素子20から出射された光線のうち開口絞り33の中心を通過する光線をいう。
The
図5に示されるように、中間像MI1のうち光軸AXに比較的近い部分は、第2レンズ群61と凹面ミラー32Aとの間に形成される一方で、中間像MI1のうち光軸AXから比較的離れている部分は、第2レンズ群61の最も像面側のレンズ面(非球面レンズZ15の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群61と凹面ミラー32Aとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Aと第2レンズ群61との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Aの小型化が可能となる。
As shown in FIG. 5, a portion of the intermediate image MI1 that is relatively close to the optical axis AX is formed between the
特許文献1に開示されるような従来の投影光学系では、物体高が高くなるほど、中間像の像高も高くなる。これに対し、本実施の形態では、図5に示されるように、空間光変調素子20における物体高が大きくなるほど、中間像MI1の像高は小さくなる。投写レンズ群31Aがこのような大きな像面湾曲を発生させることにより、スローレシオLa/Dを小さくするために凹面ミラー32Aのパワーが大きくされた場合に、凹面ミラー32Aで発生する大きな像面湾曲を相殺することができる。よって、凹面ミラー32Aは、スローレシオLa/Dを小さくしつつ、スクリーン40の被投写面40p上に像面湾曲が良好に補正された投写画像Piを投影することができる。
In the conventional projection optical system as disclosed in
ここで、凹面ミラー32Aは、投写レンズ群31Aで生成された中間像MI1を大きく拡大して、空間光変調素子20及び中間像MI1の双方と光学的に共役な投写画像Piを形成させる。投写画像Piは、光軸AXに対して中間像MI1の形成領域とは反対側の領域に形成され、空間光変調素子20とは同じ側の領域に形成される。投写画像Piの結像位置にスクリーン40の被投写面40pを置けば、この被投写面40pに投写画像Piを表示させることが可能である。
Here, the
仮に投写光学系が光学レンズのみで構成される場合には、スローレシオを小さくするために当該光学レンズを広角化すると、倍率色収差及び歪曲収差の補正が困難となる。これに対し、上述したように投写光学系30Aが投写レンズ群31Aと凹面ミラー32Aとの組み合わせで構成される場合、凹面ミラー32Aは、投写レンズ群31Aから離れた位置に配設された被投写面40pに、大きなパワーで中間像MI1の画角を拡大しつつ、倍率色収差及び歪曲収差を良好に補正することもできる。
If the projection optical system includes only an optical lens, it is difficult to correct lateral chromatic aberration and distortion when the optical lens is widened to reduce the slow ratio. On the other hand, as described above, when the projection
また、当該凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために、凹面ミラー32Aの一部と光学レンズZ15の一部とが切り欠かれているため、投写光学系30AのY軸方向の小型化が実現されている。
Further, in order to avoid interference with the light beam directed from the
上記投写光学系30Aは、以下の条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
4.20≦Lb/f1≦6.25 ・・・(2)
1.85≦φmax/θmax≦2.20 ・・・(3)
−1.55≦f2/f1≦−1.00 ・・・(4)
The projection
4.20 ≦ Lb / f1 ≦ 6.25 (2)
1.85 ≦ φmax / θmax ≦ 2.20 (3)
−1.55 ≦ f2 / f1 ≦ −1.00 (4)
条件式(2)において、Lbは、図5に示されるように、第2レンズ群61の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Aの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Aの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群51と第2レンズ群61との合成焦点距離である。この条件式(2)は、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離Lbと、投写レンズ群31Aの焦点距離f1との比率の好適な範囲を規定したものである。
In the conditional expression (2), as shown in FIG. 5, Lb is the front end of the second lens group 61 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
ここで、焦点距離f1は、非球面レンズZ14,Z15以外の光学レンズL10〜L19,Z10〜Z13の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。非球面レンズZ14,Z15がプラスチック材料で構成される場合には、温度または湿度に起因する形状変化による光学性能の劣化を低減させるため、投写レンズ群31A全体のパワーに対するプラスチックレンズのパワーの寄与度を小さくすることが望ましい。このことは、当該プラスチックレンズの外径サイズが大きくなるほど、より望ましい。また、後述するように、非球面レンズZ14,Z15のレンズ面形状を定める非球面係数の中に非零の1次項が存在する場合、非球面レンズZ14,Z15を含む投写レンズ群31Aについて焦点距離の概念を適用することが難しい。したがって、レンズのパワーが弱く、非球面係数に非零の1次項が存在する場合に焦点距離の概念を適用することが難しいことから、最も拡大側の位置から縮小側に向かって連続的に配置された外径サイズの大きなプラスチック非球面レンズZ15,Z14は、焦点距離f1の算出から除外されている。
Here, the focal length f1 is calculated based on optical parameters (such as a refractive index, a radius of curvature of the lens surface, and a surface interval) of the optical lenses L10 to L19 and Z10 to Z13 other than the aspherical lenses Z14 and Z15. To do. When the aspherical lenses Z14 and Z15 are made of a plastic material, the contribution of the power of the plastic lens to the overall power of the
上記条件式(3)においては、θmaxは、図6に示されるように凹面ミラー32Aに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、図6に示されるように凹面ミラー32Aから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群61に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ11,Z12からなる組み合わせレンズC1が第2レンズ群61の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
図5に示したように、投写レンズ群31Aを出射して凹面ミラー32Aに入射する光は拡がるため、距離Lbが大きくなり過ぎると、凹面ミラー32Aのサイズを大きくしなければならず、投写光学系30Aが大型化してしまう。また、凹面ミラー32Aのサイズが大きくなると、凹面ミラー32Aの製造コストが高くなる。さらに、投写距離Laが一定の条件下で距離Lbを大きくすれば、最大画角(スクリーン40の被投写面40pの法線と被投写面40pに入射する主光線とのなす角度の最大値)をより大きくしなければならず、光学諸収差の補正が困難となる。
As shown in FIG. 5, the light exiting the
また、歪曲収差を良好に補正するためには、凹面ミラー32Aの反射曲面のサイズはある程度大きい方が望ましい。距離Lbが小さ過ぎると、投写レンズ群31Aと凹面ミラー32Aとが互いに近接する。この場合、凹面ミラー32Aのサイズをある程度確保しようとすると、投写レンズ群31Aのパワーをより大きくする必要が生じて、倍率色収差をはじめとする光学諸収差の補正が困難となる。また、凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光と第2レンズ群61との干渉が生じるおそれもある。
Further, in order to correct distortion well, it is desirable that the size of the reflection curved surface of the
本実施の形態では、条件式(2)の比率Lb/f1が4.20以上のとき、投写レンズ群31Aと凹面ミラー32Aとが互いに適度に離間し、光学諸収差が適正に補正されるとともに、投写レンズ群31Aが凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光線と干渉することを回避することができる。一方、比率Lb/f1が6.25以下のときは、凹面ミラー32Aの小型化とその製造コストの低下とが容易となり、画角を適正範囲内に収めて光学諸収差を適正に補正することができる。
In the present embodiment, when the ratio Lb / f1 in conditional expression (2) is 4.20 or more, the
上記条件式(3)は、主光線と光軸AXとのなす角度が凹面ミラー32Aによって変換される倍率の好適な範囲を規定したものである。反射光の最大角度φmaxが小さ過ぎると、投写距離Laが増大してスローレシオLa/Dが大きくなる。あるいは、凹面ミラー32Aに入射する主光線と光軸AXとのなす角度θが大き過ぎると、投写レンズ群31Aのパワーが大きいため、倍率色収差をはじめとする光学諸収差の補正が困難となる。一方、最大角度φmaxが大き過ぎると、スローレシオLa/Dの減少に伴い倍率色収差及び歪曲収差をはじめとする光学諸収差の補正が困難となる。また、入射光の最大角度θmaxが小さ過ぎると、投写レンズ群31のパワーが弱く、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離の増大に伴い投写光学系30Aが大型化する可能性がある。投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離を小さくし過ぎると、凹面ミラー32Aのサイズが小さくなり歪曲収差などの補正が困難となる。
Conditional expression (3) defines a preferable range of the magnification at which the angle formed by the principal ray and the optical axis AX is converted by the
本実施の形態では、条件式(3)の角度倍率φmax/θmaxが1.85以上で且つ2.20以下の範囲に制限されるので、光学諸収差を適正に補正するとともに、投写光学系30Aの大型化を抑制することができる。
In the present embodiment, the angular magnification φmax / θmax of conditional expression (3) is limited to a range of 1.85 or more and 2.20 or less, so that various optical aberrations are corrected appropriately and the projection
上記条件式(4)は、第2レンズ群61に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを持つ組み合わせレンズC1のパワーの好適な範囲を規定したものである。投写レンズ群31Aのパワーと比べて組み合わせレンズC1の負パワーが強すぎると、組み合わせレンズC1よりも像面側(拡大側)に位置する光学レンズZ13〜Z15の径が増大するとともに、投写レンズ群31Aで発生する倍率色収差をはじめとする光学諸収差の補正が困難となる。このとき、凹面ミラー32Aのサイズを一定とすると、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離が小さくなり過ぎ、凹面ミラー3からスクリーン4に向かう光とレンズ群2との干渉が生じる可能性がある。また、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離を一定とすると、凹面ミラー32Aのサイズが大きくなり、凹面ミラー32Aの製造コストが高くなる。
Conditional expression (4) defines a preferable range of power of the combination lens C1 having the strongest negative power among the optical lenses included in the
一方、投写レンズ群31Aのパワーと比べて組み合わせレンズC1の負パワーが弱すぎると、像面湾曲の補正が困難となる。このとき、凹面ミラー32Aのサイズをある程度確保しようとすると、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離の増大に伴い、投写光学系30Aが大型化し得る。投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離を一定とすると、凹面ミラー32Aのサイズが小さくなり、歪曲収差の補正が困難となる。
On the other hand, if the negative power of the combination lens C1 is too weak compared to the power of the
本実施の形態では、条件式(4)の比率f2/f1が−1.55以上で且つ−1.00以下の範囲に制限されるので、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離が最適化され、凹面ミラー32Aの大型化を抑制することができ、光学諸収差を適正に補正することもできる。
In the present embodiment, since the ratio f2 / f1 of conditional expression (4) is limited to a range of −1.55 or more and −1.00 or less, the distance from the
ところで、3次収差論によると、像面湾曲は、画角の2乗に比例するため、広角なレンズ系では像面湾曲の補正が重要となる。像面湾曲を補正するためには、強い負パワーの光学レンズを用いてペッツヴァール和(Petzval sum)を小さくすることが必要となる。組み合わせレンズC1は、比較的強い負パワーを有する。これにより、像面湾曲の適正な補正が可能となる。併せて、凹面ミラー32Aに入射する主光線の光軸AXとのなす角度θを大きくすることで、凹面ミラー32Aの角度倍率φmax/θmaxが適切な値となる。さらに、投写レンズ群31Aから凹面ミラー32Aまでの距離を短くすることも可能となる。
By the way, according to the third-order aberration theory, the curvature of field is proportional to the square of the angle of view, so correction of the curvature of field is important in a wide-angle lens system. In order to correct the curvature of field, it is necessary to reduce the Petzval sum using a strong negative power optical lens. The combination lens C1 has a relatively strong negative power. This makes it possible to correct the field curvature appropriately. In addition, the angle magnification φmax / θmax of the
正のパワーの光学レンズZ10は、第1レンズ群51から出射された主光線の光軸AXとのなす角度を小さくした後に当該主光線を組み合わせレンズC1に入射させる。これにより、第2レンズ群61の径を小さくすることができるとともに、第2レンズ群61に強いパワーが導入されても、第2レンズ群61から出射される主光線の光軸AXとのなす角度が過度に大きくなることを回避することができる。
The positive-power optical lens Z10 reduces the angle formed by the optical axis AX of the chief rays emitted from the
また、正のパワーの光学レンズZ13は、組み合わせレンズC1から出射された主光線の光軸AXとのなす角度を小さくした後に当該主光線を非球面レンズZ14に入射させる。これにより、非球面レンズZ14の径及び当該非球面レンズZ14のレンズ面のサグ量z(r)が過度に大きくなることを回避することができる。ここで、サグ量z(r)は、後述する非球面多項式(8)に従って非球面レンズの面形状を表す値である。また、正のパワーの光学レンズZ13は、空間光変調素子20から伝播した光を収束させて、図5に示される中間像MI1を形成するために使用される。
The optical lens Z13 having positive power makes the principal ray incident on the aspherical lens Z14 after reducing the angle formed with the optical axis AX of the principal ray emitted from the combination lens C1. Thereby, it is possible to avoid an excessive increase in the diameter of the aspheric lens Z14 and the sag amount z (r) of the lens surface of the aspheric lens Z14. Here, the sag amount z (r) is a value representing the surface shape of the aspheric lens according to an aspheric polynomial (8) described later. Further, the positive power optical lens Z13 is used to converge the light propagated from the spatial
このように第2レンズ群61は、組み合わせレンズC1を挟み込む位置に配置された光学レンズZ10,Z13を有するので、第2レンズ群61の大型化とサグ量z(r)の増大とを抑制しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、本実施の形態では、非球面レンズZ14,Z15はそれぞれ単レンズであり、組み合わせレンズC1は2枚の光学レンズZ11,Z12からなるが、これに限定されるものではない。非球面レンズZ14に代えて、全体として正のパワーを持つ複数枚の光学レンズ群を使用し、非球面レンズZ15に代えて、全体として正のパワーを持つ複数枚の光学レンズを使用することも可能である。また、組み合わせレンズC1に代えて同様の光学機能を持つ単レンズを使用してもよい。
As described above, the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Aを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。このとき、投写画像サイズDに対する投写距離Laが適正な値となる。スローレシオLa/Dが0.14以上のときは、画角の極端な増大が抑制されるため、倍率色収差及び歪曲収差などの光学諸収差を適正に補正することができる。一方、スローレシオLa/Dが0.20以下のときは、投写型表示システムの設置スペースをコンパクトにすることができる。
By using the projection
本実施の形態の第2レンズ群61を構成する全ての光学レンズZ10〜Z15は、レンズ材料のd線(波長587.6nm)に対する屈折率をndとするとき、下記の条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。
νd≦−50nd+120 (1.8<nd) ・・(5)
νd≦−149.25nd+298.51 (1.7<nd≦1.8) ・・(6)
νd≦−212.77nd+406.38 (1.63<nd≦1.7)・・(7)
All optical lenses Z10 to Z15 constituting the
νd ≦ −50nd + 120 (1.8 <nd) (5)
νd ≦ −149.25nd + 298.51 (1.7 <nd ≦ 1.8) (6)
νd ≦ −212.77nd + 406.38 (1.63 <nd ≦ 1.7) (7)
ここで、νdは、レンズ材料のd線に対するアッベ(Abbe)数である。アッベ数は、光学媒質の逆分散率を表す値であり、アッベ数が大きいとき、分散率は低い。条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63との条件は、第2レンズ群61に含まれる光学レンズZ10〜Z15について、屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせの好適な範囲を示すものである。以下、この点について説明する。
Here, νd is an Abbe number with respect to the d-line of the lens material. The Abbe number is a value representing the inverse dispersion rate of the optical medium. When the Abbe number is large, the dispersion rate is low. The conditions of conditional expressions (5) to (7) and nd ≦ 1.63 are the preferable ranges of combinations of the refractive index nd and the Abbe number νd for the optical lenses Z10 to Z15 included in the
図7は、一般的な光学材料の屈折率ndとアッベ数νdとの関係を示すグラフである。図7中、×印は、成分としてランタンもしくはタンタルなどの希土類元素を含有する硝材を示し、黒丸(●)印は、希土類元素を含有しない光学材料を示している。屈折率ndとアッベ数νdとの関係については、概して、屈折率ndが大きくなるとアッベ数νdは小さくなる傾向がある。希土類元素を含む硝材は、比較的屈折率ndが高く、希土類元素を含まない光学材料と比較すると、略同じ値の屈折率ndに対してアッベ数νdがより大きな硝材を選択することができる。このため、高屈折率低分散で色収差の発生が少ないため、特に倍率色収差が問題となる広角レンズでは、希土類元素を含有する硝材が多用される傾向にある。しかしながら、希少価値のある希土類元素を含むために硝材コストは高い。よって、第1レンズ群51と比べると径の大きな第2レンズ群61の構成材料として希土類元素を含む硝材を用いると、第2レンズ群61の製造コストが高くなるため、第2レンズ群61の構成材料には希土類元素を含有しない光学材料を使用することが好ましい。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the refractive index nd and the Abbe number νd of a general optical material. In FIG. 7, x marks indicate glass materials containing rare earth elements such as lanthanum or tantalum as components, and black circles (●) indicate optical materials that do not contain rare earth elements. Regarding the relationship between the refractive index nd and the Abbe number νd, generally, the Abbe number νd tends to decrease as the refractive index nd increases. A glass material containing a rare earth element has a relatively high refractive index nd, and a glass material having a larger Abbe number νd can be selected for a refractive index nd of substantially the same value as compared with an optical material containing no rare earth element. For this reason, since the occurrence of chromatic aberration is low due to high refractive index and low dispersion, glass materials containing rare earth elements tend to be frequently used particularly in wide-angle lenses in which lateral chromatic aberration is a problem. However, the cost of the glass material is high because it contains rare earth elements with rare value. Therefore, if a glass material containing a rare earth element is used as a constituent material of the
図7に示されるように、希土類元素を含有する硝材は、直線M1,M2,M3よりも屈折率ndが高い範囲に存在し、直線M1,M2,M3よりも屈折率ndが低く且つnd≦1.63を満たす範囲には存在しない。よって、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲(図7のハッチング範囲)内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を使用することで、第2レンズ群61の製造コストを抑制することができる。
As shown in FIG. 7, the glass material containing rare earth elements exists in a range where the refractive index nd is higher than the straight lines M1, M2, and M3, the refractive index nd is lower than the straight lines M1, M2, and M3, and nd ≦ It does not exist in the range satisfying 1.63. Therefore, an optical material having a combination of the refractive index nd and the Abbe number νd within the range satisfying any of the conditional expressions (5) to (7) and nd ≦ 1.63 (hatched range in FIG. 7) is used. Thus, the manufacturing cost of the
以上に説明したように、実施の形態1では、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Aを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群61の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
As described above, in the first embodiment, the projection
(実施例1)
次に、実施の形態1に係る投写光学系30Aの実施例(以下、実施例1とも呼ぶ。)について説明する。図8は、投写光学系30Aの構成要素の光学面s0〜s2,sa3〜sa31を示す図である。光学面s0は、空間光変調素子20の光変調部21の光変調面を表し、光学面s1は、空間光変調素子20のカバーガラス22の光入射面を表し、光学面s2は、カバーガラス22の光出射面を表している。また、光学面sa3〜sa31は、投写レンズ群31Aを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Aの反射曲面の符号は、sa32である。
Example 1
Next, an example of the projection
図9は、光学面s0〜s2,sa3〜sa31の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Aの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。面間隔については、たとえば、光変調部21に対応する面間隔(=0.703mm)は、光変調面s0とカバーガラス22の光入射面s1との間の間隔を示し、レンズ面sa4に対応する面間隔(=1.396mm)は、レンズ面sa4,sa5間の間隔を示している。凹面ミラー32Aに対応する面間隔は、当該凹面ミラー32Aの反射曲面sa32とスクリーン40の被投写面40pとの間の距離にマイナス符号を付した値(=−309.320mm)で示されている。
9 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sa3 to sa31, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
また、図9の表において、面符号に付された「A.S.」は、当該レンズ面が非球面(Aspheric Surface)であることを意味している。他の図面の表でも、同様である。本実施例の場合、非球面レンズZ14,Z15を構成するレンズ面sa28〜sa31と、凹面ミラー32Aの反射曲面sa32とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sa28〜sa31及び反射曲面sa32の形状は、次式(8)に従って定められる。
図10は、本実施例のレンズ面sa28〜sa31及び反射曲面sa32の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。なお、本明細書では、「nE−m」の値は、「n×10−m」であることを示す。たとえば、「1.0E−03」は、「1.0×10−03」を示している。 Figure 10 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface sa28~sa31 and reflection curved surface sa32 of this embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero. In the present specification, the value of “nE−m” indicates “n × 10 −m ”. For example, “1.0E-03” indicates “1.0 × 10 −03 ”.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは5.31mmである。また、投写画像サイズDは、107.4インチであり、投写光学系30AのFナンバーは、F2.5である。
In the present embodiment, the size of the
図8に示されるように、第1レンズ群51においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL10と、両凹レンズL11と、両凸レンズL12,L13と、拡大側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL14と、両凸レンズL15と、両凹レンズL16と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL17と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL18と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL19とがこの順番で配列されている。両凹レンズL11と両凸レンズL12とは互いに接合され、メニスカスレンズL14と両凸レンズL15とは互いに接合され、両凸レンズL15と両凹レンズL16とは互いに接合されている。また、両凸レンズL12,L13間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 8, in the
第2レンズ群61においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ10と、両凹レンズZ11,L12と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ13と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ14,Z15とがこの順番で配列されている。また、凹面ミラー32Aを出射する光との干渉を避けるため、非球面レンズZ15のうち投写画像Piの結像に寄与しない部分が切り欠かれている。条件式(4)の対象となる、第2レンズ群61に含まれるレンズ群のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ11,L12の組み合わせである。
In the
非球面レンズZ14,Z15は、収差補正の自由度を確保するため、図10の表に示されるように、非零の1次非球面係数A1で定まる非球面を含む形状のレンズ面sa28〜sa31を有している。非零の1次非球面係数で定まる非球面を含むレンズ面sa28〜sa31では、レンズ中心で当該レンズ面の傾きが不連続となる。このような非球面を形成することで、レンズ面形状の設計自由度が向上するという利点がある。ただし、レンズ中心の傾きが不連続な部分を光線が通ると、結像性能に悪影響が出る場合があるため、当該部分を切り欠いてもよい。 Aspheric lenses Z14, Z15, in order to ensure the freedom of aberration correction, as shown in the table of FIG. 10, the lens surface shape including an aspherical surface defined by the primary aspherical coefficients A 1 non-zero sa28~ It has sa31. In the lens surfaces sa28 to sa31 including an aspheric surface determined by a non-zero first-order aspheric coefficient, the inclination of the lens surface is discontinuous at the lens center. By forming such an aspherical surface, there is an advantage that the degree of freedom in designing the lens surface shape is improved. However, if a light beam passes through a portion where the lens center has a discontinuous inclination, the imaging performance may be adversely affected. Therefore, the portion may be cut out.
図11は、実施例1が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。当該光線の波長に対するウェイトの割合は、635nm:532nm:460nm=30:59:11、とされた。なお、各スポットダイアグラムの左側に示された一組の数値(単位:MM,ミリメートル)は、空間光変調素子20でのX座標及びY座標の組み合わせを示す。当該X座標及びY座標の上にそれぞれ付された一組の数値は、最大物体高に対するX座標及びY座標の相対値を示している。図11には、X座標がゼロに設定された場合の、最小物体高での点、最大物体高での点、及びこれら最小物体高と最大物体高との間の10点の計12点の物体高についてY座標の値に対応するスポットダイアグラムが示されている。図11に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 11 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2について説明する。図12は、実施の形態2の投写光学系30Bの構成を示す図である。実施の形態2の投写型表示装置の構成は、図12の投写光学系30Bを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Bは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Bと凹面ミラー32Bとを有する。図12には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Bの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Bの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Bは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群52と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群62とを有する。第1レンズ群52は、複数の光学レンズL20〜L26からなり、光学レンズL22,L23の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群62は、複数の光学レンズZ20〜Z25からなり、第1レンズ群52からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Bに出射する。
The
投写レンズ群31B及び凹面ミラー32Bはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Bの一部は、当該凹面ミラー32Bからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。また、第2レンズ群62を構成する光学レンズZ25の一部も、凹面ミラー32Bからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第2レンズ群62においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ20と、2枚の光学レンズZ21,Z22からなる負のパワーの組み合わせレンズC2と、正のパワーの光学レンズZ23と、非球面レンズZ24,Z25とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ24,Z25は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ24,Z25以外の光学レンズZ20〜Z23は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第1レンズ群52は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群62は、第1レンズ群52の光出射面(光学レンズL26の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Bとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI2を形成する。この中間像MI2の一部は、図12に示されるように、第2レンズ群62の光出射面(非球面レンズZ25の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI2は、第2レンズ群62の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群62と凹面ミラー32Bとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Bと第2レンズ群62との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Bの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Bも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群62の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Bの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Bの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群52と第2レンズ群62との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ24,Z25以外の光学レンズL20〜L26,Z20〜Z23の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 62 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Bに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Bから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群62に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ21,Z22からなる組み合わせレンズC2が第2レンズ群62の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Bを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群62を構成する全ての光学レンズZ20〜Z25は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群62の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all the optical lenses Z20 to Z25 constituting the
なお、組み合わせレンズC2を構成する光学レンズZ22は、非球面レンズである。この光学レンズZ22において実際に光が透過する有効部分は、当該非球面レンズZ22の中心より下方に偏った領域に位置している。よって、当該中心より上方の非有効部分を切り欠いて非球面レンズZ22の体積を小さくすることが好ましい。これにより、所期の光学性能を確保しつつコスト面で有利となる。 The optical lens Z22 constituting the combination lens C2 is an aspheric lens. In this optical lens Z22, an effective portion through which light is actually transmitted is located in a region that is biased downward from the center of the aspheric lens Z22. Accordingly, it is preferable to reduce the volume of the aspherical lens Z22 by notching the ineffective portion above the center. This is advantageous in terms of cost while ensuring the desired optical performance.
実施の形態2でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Bを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群62の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Also in the second embodiment, since the projection
(実施例2)
次に、実施の形態2に係る投写光学系30Bの実施例(以下、実施例2とも呼ぶ。)について説明する。図13は、投写光学系30Bの構成要素の光学面s0〜s2,sb3〜sb25を示す図である。光学面sb3〜sb25は、投写レンズ群31Bを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Bの反射曲面の符号は、sb26である。
(Example 2)
Next, an example of the projection
図14は、光学面s0〜s2,sb3〜sb26の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Bの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、光学レンズZ22を構成するレンズ面sb18,sb19と、非球面レンズZ24,Z25を構成するレンズ面sb22〜sb25と、凹面ミラー32Bの反射曲面sb26とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sb18,sb19,sb22〜sb25及び反射曲面sb26の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
FIG. 14 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sb3 to sb26, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図15は、本実施例のレンズ面sb18,sb19,sb22〜sb25及び反射曲面sb26の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 15 is a diagram showing a lens surface SB18, SB19 of the present embodiment, Sb22~sb25 and the data value of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the reflection curved surface sb26 in tabular form. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは5.31mmである。また、投写画像サイズDは、107.4インチであり、投写光学系30BのFナンバーは、F2.5である。
In the present embodiment, the size of the
図13に示されるように、第1レンズ群52においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL20と、両凹レンズL21と、両凹レンズL22と、両凸レンズL23と、拡大側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL24と、両凸レンズL25と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL26とがこの順番で配列されている。両凹レンズL21と両凹レンズL22とは互いに接合され、メニスカスレンズL24と両凸レンズL25とは互いに接合され、両凸レンズL25とメニスカスレンズL26とは互いに接合されている。また、両凸レンズL22と両凸レンズL23との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 13, in the
第2レンズ群62においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ20と、両凹レンズZ21と、両面が非球面形状とされたガラス非球面レンズZ22と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ23と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ24,Z25とがこの順番で配列されている。凹面ミラー32Bを出射する光との干渉を避けるため、非球面レンズZ25のうち投写画像Piの結像に寄与しない部分は切り欠かれている。
In the
第2レンズ群62を構成する光学レンズZ20〜Z25のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ21と非球面レンズZ22との組み合わせである。パワーの大きい両凹レンズZ21では、光線が大きく曲げられるため、大きな収差が発生しやすい。そこで、非球面レンズZ22のレンズ面を非球面形状とすることで、パワーの大きい両凹レンズZ21で発生する収差が抑制され、その他のレンズZ23〜Z25での収差補正の負荷が軽減されている。これにより、本実施の形態の第2レンズ群62では、実施の形態1の第2レンズ群61よりもレンズ枚数を3枚削減することが可能となっている。
The negative lens group having the strongest negative power among the optical lenses Z20 to Z25 constituting the
一般に、ガラス非球面レンズの径が増大すると、製造コストが増大するとともに、面精度が劣化して性能確保が困難となる。本実施の形態では、正パワーのメニスカスレンズZ20は、第1レンズ群52から入射された光の広がり角を小さくした後に両凹レンズZ21へ光を出射するので、両凹レンズZ21及びガラス非球面レンズZ22の径を小さくすることができる。したがって、非球面レンズZ22がガラス材料で構成される場合でも、製造コストを抑制することができ、所期の光学性能を容易に確保することもできる。
In general, when the diameter of the glass aspherical lens increases, the manufacturing cost increases and the surface accuracy deteriorates, making it difficult to ensure performance. In the present embodiment, the positive-power meniscus lens Z20 emits light to the biconcave lens Z21 after reducing the divergence angle of the light incident from the
図16は、実施例2が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図16のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られたものである。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図16に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 16 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3について説明する。図17は、実施の形態3の投写光学系30Cの構成を示す図である。実施の形態3の投写型表示装置の構成は、図17の投写光学系30Cを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 17 is a diagram showing a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Cは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Cと凹面ミラー32Cとを有する。図17には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Cの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Cの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Cは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群53と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群63とを有する。第1レンズ群53は、複数の光学レンズL30〜L36からなり、光学レンズL32,L33の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群63は、複数の光学レンズZ30〜Z36からなり、第1レンズ群53からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Cに出射する。投写レンズ群31C及び凹面ミラー32Cはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Cの一部は、当該凹面ミラー32Cからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
The
第2レンズ群63においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ30と、2枚の光学レンズZ31,Z32からなる負のパワーの組み合わせレンズC3と、非球面レンズ(中間非球面レンズ)Z33と、光学レンズZ34と、非球面レンズZ35,Z36とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ33,Z35,Z36は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ33,Z35,Z36以外の光学レンズZ30〜Z32,Z34は、ガラス材料で構成することができる。
In the
上述の通り、実施の形態2の第2レンズ群62において非球面レンズZ22がガラス材料で構成される場合には、レンズ枚数の削減効果はあるが、レンズ径が大きい場合には、製造コストが高くなるとともに所望の光学性能の確保が難しくなる。一方、プラスチック非球面レンズでは、ガラス非球面レンズと比較して、比較的大型でも安価に製造しやすく所望の光学性能の確保も容易である。この観点から、組み合わせレンズC3と隣接し且つ組み合わせレンズC3よりも像面側に配置される非球面レンズZ33は、プラスチック材料で構成されることが好ましい。プラスチック非球面レンズZ33の採用により、第2レンズ群63は、上記ガラス非球面レンズZ22を含む第2レンズ群62とほぼ同等の効果を得ることができる。
As described above, when the aspherical lens Z22 is made of a glass material in the
本実施の形態では、投写レンズ群31Cのレンズ枚数は、実施の形態1の投写レンズ群31Aと比較して2枚少ない。プラスチック材料では、ガラス材料と比べて線膨張係数及び吸湿性が大きいため、温度または湿度などの環境変化に伴う形状変化が大きく、光学性能が劣化しやすいという問題がある。本実施の形態では、図17に示されるように、非球面レンズZ33のパワーを弱くし、且つ、非球面レンズZ33のレンズ面を偏肉の少ない形状とすることで、かかる問題を回避することができる。
In the present embodiment, the number of lenses of the
第1レンズ群53は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群63は、第1レンズ群53の光出射面(光学レンズL36の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Cとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI3を形成する。この中間像MI3の一部は、図17に示されるように、第2レンズ群63の光出射面(非球面レンズZ36の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI3は、第2レンズ群63の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群63と凹面ミラー32Cとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Cと第2レンズ群63との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Cの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Cも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群63の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Cの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Cの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群53と第2レンズ群63との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ35,Z36以外の光学レンズL30〜L36,Z30〜Z34の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 63 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Cに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Cから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群63に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ31,Z32からなる組み合わせレンズC3が第2レンズ群63の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Cを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群63を構成する全ての光学レンズZ30〜Z36は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群63の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all of the optical lenses Z30 to Z36 constituting the
したがって、実施の形態3でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Cを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群63の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例3)
次に、実施の形態3に係る投写光学系30Cの実施例(以下、実施例3とも呼ぶ。)について説明する。図18は、投写光学系30Cの構成要素の光学面s0〜s2,sc3〜sc27を示す図である。光学面sc3〜sc27は、投写レンズ群31Cを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Cの反射曲面の符号は、sc28である。
(Example 3)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 3) of the projection
図19は、光学面s0〜s2,sc3〜sc27の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Cの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、光学レンズZ33を構成するレンズ面sc20,sc21と、非球面レンズZ35,Z36を構成するレンズ面sc24〜sc27と、凹面ミラー32Cの反射曲面sc27とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sc20,sc21,sc24〜sc27及び反射曲面sc28の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
FIG. 19 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sc3 to sc27, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図20は、本実施例のレンズ面sc20,sc21,sc24〜sc27及び反射曲面sc28の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 20 is a diagram showing a lens surface SC20, sc21 of the present embodiment, Sc24~sc27 and the data value of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the reflection curved surface sc28 in tabular form. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは5.31mmである。また、投写画像サイズDは、107.4インチであり、投写光学系30CのFナンバーは、F2.5である。
In the present embodiment, the size of the
図18に示されるように、第1レンズ群53においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL30と、両凹レンズL31と、両凸レンズL32と、両凸レンズL33と、拡大側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL34と、両凸レンズL35と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL36とがこの順番で配列されている。両凹レンズL31と両凹レンズL32とは互いに接合され、メニスカスレンズL34と両凸レンズL35とは互いに接合され、両凸レンズL35とメニスカスレンズL36とは互いに接合されている。また、両凸レンズL32と両凸レンズL33との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 18, in the
第2レンズ群63においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズZ30と、両凹レンズZ31,Z32と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ33と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ34と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ35,Z36とがこの順番で配列されている。第2レンズ群63を構成する光学レンズZ30〜Z36のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ31,Z32の組み合わせである。
In the
図21は、実施例3が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図21のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られたものである。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図21に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 21 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態4.
次に、本発明に係る実施の形態4について説明する。図22は、実施の形態4の投写光学系30Dの構成を示す図である。実施の形態4の投写型表示装置の構成は、図22の投写光学系30Dを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 22 is a diagram showing a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Dは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Dと凹面ミラー32Dとを有する。図22には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Dの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Dの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Dは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群54と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群64とを有する。第1レンズ群54は、複数の光学レンズL40〜L49からなり、光学レンズL42,L43の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群64は、複数の光学レンズZ40〜Z45からなり、第1レンズ群54からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Dに出射する。
The
投写レンズ群31D及び凹面ミラー32Dはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Dの一部は、当該凹面ミラー32Dからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。また、第2レンズ群64を構成する光学レンズZ44,Z45の一部も、凹面ミラー32Dからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第2レンズ群64においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ40と、2枚の光学レンズZ41,Z22からなる負のパワーの組み合わせレンズC4と、正のパワーの光学レンズZ43と、非球面レンズZ44,Z45とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ44,Z45は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ44,Z45以外の光学レンズZ40〜Z43は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第1レンズ群54は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群64は、第1レンズ群54の光出射面(光学レンズL49の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Dとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI4を形成する。この中間像MI4の一部は、図22に示されるように、第2レンズ群64の光出射面(非球面レンズZ45の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI4は、第2レンズ群64の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群64と凹面ミラー32Dとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Dと第2レンズ群64との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Dの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Dも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群64の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Dの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Dの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群54と第2レンズ群64との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ44,Z45以外の光学レンズL40〜L49,Z40〜Z43の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 64 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Dに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Dから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群64に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ41,Z42からなる組み合わせレンズC4が第2レンズ群64の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Dを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群64を構成する全ての光学レンズZ40〜Z45は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群64の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all of the optical lenses Z40 to Z45 constituting the
したがって、実施の形態4でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Dを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群64の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例4)
次に、実施の形態4に係る投写光学系30Dの実施例(以下、実施例4とも呼ぶ。)について説明する。図23は、投写光学系30Dの構成要素の光学面s0〜s2,sd3〜sd32を示す図である。光学面sd3〜sd32は、投写レンズ群31Dを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Dの反射曲面の符号は、sd33である。
(Example 4)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 4) of the projection
図24は、光学面s0〜s2,sd3〜sd33の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Dの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ44,Z45を構成するレンズ面sd29〜sd32と、凹面ミラー32Dの反射曲面sd33とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sd29〜sd32及び反射曲面sd33の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
FIG. 24 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sd3 to sd33, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図25は、本実施例のレンズ面sd29〜sd32及び反射曲面sd33の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 25 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface sd29~sd32 and reflection curved surface sd33 of this embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは4.9mmである。また、投写画像サイズDは、60インチであり、投写光学系30DのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDが比較的小さく、オフセット量δも小さい例である。
In the present embodiment, the size of the
図23に示されるように、第1レンズ群54においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL40と、両凹レンズL41と、両凸レンズL42と、両凸レンズL43と、両凹レンズL44と、両凸レンズL45と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL46と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL47と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL48と、両凸レンズL49とがこの順番で配列されている。両凹レンズL41と両凸レンズL42とは互いに接合され、両凹レンズL44と両凸レンズL45とは互いに接合されている。また、両凸レンズL42と両凸レンズL43との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 23, in the
第2レンズ群64においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ40と、両凹レンズZ41,Z42と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ43と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ44,Z45とがこの順番で配列されている。凹面ミラー32Dを出射する光との干渉を避けるため、非球面レンズZ44,Z45のうち投写画像Piの結像に寄与しない部分は切り欠かれている。第2レンズ群64を構成する光学レンズZ40〜Z45のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ41と両凹レンズZ42との組み合わせである。
In the
図26は、実施例4が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図26のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図26に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 26 is a diagram showing a spot diagram of light rays on the
実施の形態5.
次に、本発明に係る実施の形態5について説明する。図27は、実施の形態5の投写光学系30Eの構成を示す図である。実施の形態5の投写型表示装置の構成は、図27の投写光学系30Eを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Eは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Eと凹面ミラー32Eとを有する。図27には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Eの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Eの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Eは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群55と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群65とを有する。第1レンズ群55は、複数の光学レンズL50〜L59からなり、光学レンズL52,L53の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群65は、複数の光学レンズZ50〜Z55からなり、第1レンズ群55からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Eに出射する。
The
投写レンズ群31E及び凹面ミラー32Eはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Eの一部は、当該凹面ミラー32Eからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第2レンズ群65においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ50と、2枚の光学レンズZ51,Z52からなる負のパワーの組み合わせレンズC5と、正のパワーの光学レンズZ53と、非球面レンズZ54,Z55とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ54,Z55は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ54,Z55以外の光学レンズZ50〜Z53は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第1レンズ群55は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群65は、第1レンズ群55の光出射面(光学レンズL59の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Eとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI5を形成する。この中間像MI5の一部は、図27に示されるように、第2レンズ群65の光出射面(非球面レンズZ55の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI5は、第2レンズ群65の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群65と凹面ミラー32Eとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Eと第2レンズ群65との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Eの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Eも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群65の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Eの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Eの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群55と第2レンズ群65との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ54,Z55以外の光学レンズL50〜L59,Z50〜Z53の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 65 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Eに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Eから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群65に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ51,Z52からなる組み合わせレンズC5が第2レンズ群65の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Eを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群65を構成する全ての光学レンズZ50〜Z55は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群65の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all of the optical lenses Z50 to Z55 constituting the
したがって、実施の形態5でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Eを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群65の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例5)
次に、実施の形態5に係る投写光学系30Eの実施例(以下、実施例5とも呼ぶ。)について説明する。図28は、投写光学系30Eの構成要素の光学面s0〜s2,se3〜se32を示す図である。光学面se3〜se32は、投写レンズ群31Eを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Eの反射曲面の符号は、se33である。
(Example 5)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 5) of the projection
図29は、光学面s0〜s2,se3〜se33の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Eの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ54,Z55を構成するレンズ面se29〜se32と、凹面ミラー32Eの反射曲面se33とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面se29〜se32及び反射曲面se33の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
FIG. 29 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, se3 to se33, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図30は、本実施例のレンズ面se29〜se32及び反射曲面se33の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 30 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface se29~se32 and reflection curved surface se33 of this embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは、8.16mmである。また、投写画像サイズDは、60インチであり、投写光学系30EのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDが比較的小さく、オフセット量δが大きい例である。
In the present embodiment, the size of the
図28に示されるように、第1レンズ群55においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL50と、両凹レンズL51と、両凸レンズL52と、両凸レンズL53と、両凹レンズL54と、両凸レンズL55と、両凹レンズL56と、両凸レンズL57と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL58と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL59とがこの順番で配列されている。両凹レンズL51と両凸レンズL52とは互いに接合され、両凸レンズL55と両凹レンズL56とは互いに接合されている。また、両凸レンズL52と両凸レンズL53との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 28, in the
第2レンズ群65においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ50と、両凹レンズZ51,Z52と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ53と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ54,Z55とがこの順番で配列されている。第2レンズ群65を構成する光学レンズZ50〜Z55のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ51と両凹レンズZ52との組み合わせである。本実施例では、凹面ミラー32Eを出射する光と投写レンズ群31Eとの干渉は生じないが、投写レンズ群31Eを構成するレンズについての光が透過しない非有効部分については切り欠くことができる。
In the
図31は、実施例5が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図31のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図31に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 31 is a diagram showing a spot diagram of light rays on the
実施の形態6.
次に、本発明に係る実施の形態6について説明する。図32は、実施の形態6の投写光学系30Fの構成を示す図である。実施の形態6の投写型表示装置の構成は、図32の投写光学系30Fを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 32 is a diagram showing the configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Fは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Fと凹面ミラー32Fとを有する。図32には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Fの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Fの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Fは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群56と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群66とを有する。第1レンズ群56は、複数の光学レンズL60〜L69からなり、光学レンズL62,L63の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群66は、複数の光学レンズZ60〜Z65からなり、第1レンズ群55からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Fに出射する。
The
第2レンズ群66においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ60と、2枚の光学レンズZ61,Z62からなる負のパワーの組み合わせレンズC6と、正のパワーの光学レンズZ63と、非球面レンズZ64,Z65とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ64,Z65は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ64,Z65以外の光学レンズZ60〜Z63は、ガラス材料で構成することができる。
In the
投写レンズ群31F及び凹面ミラー32Fはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Fの一部は、当該凹面ミラー32Fからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。また、第2レンズ群66を構成する光学レンズZ65の一部も、凹面ミラー32Fからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第1レンズ群56は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群66は、第1レンズ群56の光出射面(光学レンズL69の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Fとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI6を形成する。この中間像MI6の一部は、図32に示されるように、第2レンズ群66の光出射面(非球面レンズZ65の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI6は、第2レンズ群66の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群66と凹面ミラー32Fとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Fと第2レンズ群66との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Fの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Fも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群66の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Fの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Fの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群56と第2レンズ群66との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ64,Z65以外の光学レンズL60〜L69,Z60〜Z63の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 66 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Fに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Fから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群66に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ61,Z62からなる組み合わせレンズC6が第2レンズ群66の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Fを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群66を構成する全ての光学レンズZ60〜Z65は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群66の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all the optical lenses Z60 to Z65 constituting the
したがって、実施の形態6でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Fを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群66の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例6)
次に、実施の形態6に係る投写光学系30Fの実施例(以下、実施例6とも呼ぶ。)について説明する。図33は、投写光学系30Fの構成要素の光学面s0〜s2,sf3〜sf33を示す図である。光学面sf3〜sf33は、投写レンズ群31Fを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Fの反射曲面の符号は、sf34である。
(Example 6)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 6) of the projection
図34は、光学面s0〜s2,sf3〜sf34の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Fの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ64,Z65を構成するレンズ面sf30〜sf33と、凹面ミラー32Fの反射曲面sf34とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sf30〜sf33及び反射曲面sf34の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
FIG. 34 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sf3 to sf34, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図35は、本実施例のレンズ面sf30〜sf33及び反射曲面sf34の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 35 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface sf30~sf33 and reflection curved surface sf34 of the present embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは、5.71mmである。また、投写画像サイズDは、100インチであり、投写光学系30FのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDが中程度、オフセット量δも中程度の例である。
In the present embodiment, the size of the
図33に示されるように、第1レンズ群56においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL60,L61,L62,L63と、両凹レンズL64,L65と、両凸レンズL66,L67と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL68と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL69とがこの順番で配列されている。両凹レンズL63と両凸レンズL64とは互いに接合されている。また、両凸レンズL62と両凸レンズL63との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 33, in the
第2レンズ群66においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ60と、両凹レンズZ61,Z62と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ63と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ64,Z65とがこの順番で配列されている。第2レンズ群66を構成する光学レンズZ60〜Z65のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ61と両凹レンズZ62との組み合わせである。凹面ミラー32Fを出射する光との干渉を避けるため、非球面レンズZ65のうち投写画像Piの結像に寄与しない部分は切り欠かれている。
In the
図36は、実施例6が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図36のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図36に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 36 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態7.
次に、本発明に係る実施の形態7について説明する。図37は、実施の形態7の投写光学系30Gの構成を示す図である。実施の形態7の投写型表示装置の構成は、図37の投写光学系30Gを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a seventh embodiment according to the present invention will be described. FIG. 37 is a diagram showing a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Gは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Gと凹面ミラー32Gとを有する。図37には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Gの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Gの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Gは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群57と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群67とを有する。第1レンズ群57は、複数の光学レンズL70〜L79からなり、光学レンズL72,L73の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群67は、複数の光学レンズZ70〜Z75からなり、第1レンズ群57からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Gに出射する。
The
投写レンズ群31G及び凹面ミラー32Gはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Gの一部は、当該凹面ミラー32Gからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第2レンズ群67においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ70と、2枚の光学レンズZ71,Z72からなる負のパワーの組み合わせレンズC7と、正のパワーの光学レンズZ73と、非球面レンズZ74,Z75とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ74,Z75は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ74,Z75以外の光学レンズZ70〜Z73は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第1レンズ群57は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群67は、第1レンズ群57の光出射面(光学レンズL79の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Gとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI7を形成する。この中間像MI7の一部は、図37に示されるように、第2レンズ群67の光出射面(非球面レンズZ75の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI7は、第2レンズ群67の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群67と凹面ミラー32Gとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Gと第2レンズ群67との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Gの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Gも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群67の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Gの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Gの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群57と第2レンズ群67との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ74,Z75以外の光学レンズL70〜L79,Z70〜Z73の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 67 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Gに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Gから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群67に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ71,Z72からなる組み合わせレンズC7が第2レンズ群67の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Gを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群67を構成する全ての光学レンズZ70〜Z75は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群67の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all the optical lenses Z70 to Z75 constituting the
したがって、実施の形態7でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Gを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群67の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例7)
次に、実施の形態7に係る投写光学系30Gの実施例(以下、実施例7とも呼ぶ。)について説明する。図38は、投写光学系30Gの構成要素の光学面s0〜s2,sg3〜sg33を示す図である。光学面sg3〜sg33は、投写レンズ群31Gを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Gの反射曲面の符号は、sg34である。
(Example 7)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 7) of the projection
図39は、光学面s0〜s2,sg3〜sg34の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Gの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ74,Z75を構成するレンズ面sg30〜sg33と、凹面ミラー32Gの反射曲面sg34とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sg30〜sg33及び反射曲面sg34の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
39 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sg3 to sg34, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図40は、本実施例のレンズ面sg30〜sg33及び反射曲面sg34の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 40 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface sg30~sg33 and reflection curved surface sg34 of this embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは、6.53mmである。また、投写画像サイズDは、150インチであり、投写光学系30GのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDが比較的大きく、オフセット量δも比較的大きい例である。
In the present embodiment, the size of the
図38に示されるように、第1レンズ群57においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL70,L71と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL72と、両凸レンズL73と、両凹レンズL74,L75と、両凸レンズL76,L77と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL78と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL79とがこの順番で配列されている。両凹レンズL73と両凸レンズL74とは互いに接合されている。また、両凸レンズL72と両凸レンズL73との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 38, in the
第2レンズ群67においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ70と、両凹レンズZ71,Z72と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ73と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ74,Z75とがこの順番で配列されている。第2レンズ群67を構成する光学レンズZ70〜Z75のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ71と両凹レンズZ72との組み合わせである。
In the
図41は、実施例7が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図41のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図41に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 41 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態8.
次に、本発明に係る実施の形態8について説明する。図42は、実施の形態8の投写光学系30Hの構成を示す図である。実施の形態8の投写型表示装置の構成は、図42の投写光学系30Hを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, an eighth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 42 is a diagram illustrating a configuration of the projection
本実施の形態の投写光学系30Hは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Hと凹面ミラー32Hとを有する。図42には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Hの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Hの断面とが示されている。
The projection
投写レンズ群31Hは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群58と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群68とを有する。第1レンズ群58は、複数の光学レンズL80〜L89からなり、光学レンズL82,L83の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群68は、複数の光学レンズZ80〜Z85からなり、第1レンズ群58からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Hに出射する。
The
第2レンズ群68においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ80と、2枚の光学レンズZ81,Z82からなる負のパワーの組み合わせレンズC8と、正のパワーの光学レンズZ83と、非球面レンズZ84,Z85とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ84,Z85は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ84,Z85以外の光学レンズZ80〜Z83は、ガラス材料で構成することができる。
In the
投写レンズ群31H及び凹面ミラー32Hはいずれも回転対称形状を有する。ただし、凹面ミラー32Hの一部は、当該凹面ミラー32Hからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。また、第2レンズ群68を構成する光学レンズZ84,Z85の一部も、凹面ミラー32Aからスクリーン40に向かう光線との干渉を避けるために切り欠かれており、当該切り欠かれた非有効部分は点線で示されている。
Both the
第1レンズ群58は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群68は、第1レンズ群58の光出射面(光学レンズL89の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Hとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI8を形成する。この中間像MI8の一部は、図42に示されるように、第2レンズ群68の光出射面(非球面レンズZ85の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI8は、第2レンズ群68の前端部を横断するように形成されている。これにより、中間像の全てが第2レンズ群68と凹面ミラー32Hとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Hと第2レンズ群68との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Hの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Hも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。
For the same reason as in the first embodiment, the
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群68の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Hの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Hの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群58と第2レンズ群68との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ84,Z85以外の光学レンズL80〜L89,Z80〜Z83の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 68 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Hに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Hから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群68に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ81,Z82からなる組み合わせレンズC8が第2レンズ群68の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Hを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。
By using the projection
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群68を構成する全ての光学レンズZ80〜Z85は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群68の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all the optical lenses Z80 to Z85 constituting the
したがって、実施の形態8でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Hを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群68の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例8)
次に、実施の形態8に係る投写光学系30Hの実施例(以下、実施例8とも呼ぶ。)について説明する。図43は、投写光学系30Hの構成要素の光学面s0〜s2,sh3〜sh33を示す図である。光学面sh3〜sh33は、投写レンズ群31Hを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Hの反射曲面の符号は、sh34である。
(Example 8)
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 8) of the projection
図44は、光学面s0〜s2,sh3〜sh34の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Hの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ84,Z85を構成するレンズ面sh30〜sh33と、凹面ミラー32Hの反射曲面sh34とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面sh30〜sh33及び反射曲面sh34の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。
44 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, sh3 to sh34, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection
図45は、本実施例のレンズ面sh30〜sh33及び反射曲面sh34の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 Figure 45 is a diagram showing the data values of the conic coefficient k and the aspherical coefficients A i defining the aspherical shape of the lens surface sh30~sh33 and reflection curved surface sh34 of this embodiment in a tabular format. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは、4.9mmである。また、投写画像サイズDは、200インチであり、投写光学系30HのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDがより大きく、オフセット量δが比較的小さい例である。
In the present embodiment, the size of the
図43に示されるように、第1レンズ群58においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL80,L81,L82,L83と、両凹レンズL84,L85と、両凸レンズL86,L87と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL88と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL89とがこの順番で配列されている。両凹レンズL83と両凸レンズL84とは互いに接合されている。また、両凸レンズL82と両凸レンズL83との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 43, in the
第2レンズ群68においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ80と、両凹レンズZ81,Z82と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ83と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ84,Z85とがこの順番で配列されている。第2レンズ群68を構成する光学レンズZ80〜Z85のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ81と両凹レンズZ82との組み合わせである。凹面ミラー32Hを出射する光との干渉を避けるため、非球面レンズZ84,Z85のうち投写画像Piの結像に寄与しない部分は切り欠かれている。
In the
図46は、実施例8が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図46のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図46に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 46 is a diagram illustrating a spot diagram of light rays on the
実施の形態9.
次に、本発明に係る実施の形態9について説明する。図47は、実施の形態9の投写光学系30Iの構成を示す図である。実施の形態9の投写型表示装置の構成は、図47の投写光学系30Iを除いて上記実施の形態1の投写型表示装置1の構成と同じである。
Next, a ninth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 47 is a diagram showing a configuration of the projection optical system 30I of the ninth embodiment. The configuration of the projection display apparatus of the ninth embodiment is the same as that of the
本実施の形態の投写光学系30Iは、光軸AXに沿って配列された投写レンズ群31Iと凹面ミラー32Iとを有する。図47には、光軸AXを含むY−Z平面における投写レンズ群31Iの切断部端面と、当該Y−Z平面における凹面ミラー32Iの断面とが示されている。 The projection optical system 30I according to the present embodiment includes a projection lens group 31I and a concave mirror 32I arranged along the optical axis AX. FIG. 47 shows a cut end face of the projection lens group 31I in the YZ plane including the optical axis AX, and a cross section of the concave mirror 32I in the YZ plane.
投写レンズ群31Iは、全体として正のパワーを持つ第1レンズ群59と、全体として負のパワーを持つ第2レンズ群69とを有する。第1レンズ群59は、複数の光学レンズL90〜L99からなり、光学レンズL92,L93の間に開口絞り33を含む。一方、第2レンズ群69は、複数の光学レンズZ90〜Z95からなり、第1レンズ群59からの入射光を負のパワーで屈折させて凹面ミラー32Iに出射する。投写レンズ群31I及び凹面ミラー32Iはいずれも回転対称形状を有する。
The projection lens group 31I includes a
第2レンズ群69においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、正のパワーの光学レンズZ90と、2枚の光学レンズZ91,Z92からなる負のパワーの組み合わせレンズC9と、正のパワーの光学レンズZ93と、非球面レンズZ94,Z95とがこの順番で配列されている。非球面レンズZ94,Z95は、プラスチック材料で構成することができ、これら非球面レンズZ94,Z95以外の光学レンズZ90〜Z93は、ガラス材料で構成することができる。
In the
第1レンズ群59は、空間光変調素子20から出射された光線を受光し、当該光線を正のパワーで屈折させて当該光線の広がり角を小さくすることができる。第2レンズ群69は、第1レンズ群59の光出射面(光学レンズL99の像面側レンズ面)と凹面ミラー32Iとの間の領域で空間光変調素子20の光変調面と光学的に共役な結像位置に中間像(共役像)MI9を形成する。この中間像MI9の一部は、図47に示されるように、第2レンズ群69の光出射面(非球面レンズZ95の像面側レンズ面)よりも物体面側の領域に形成される。このため、中間像MI9は、第2レンズ群69の前端部を横断するように形成されている。これにより、仮に中間像の全てが第2レンズ群69と凹面ミラー32Iとの間に形成される場合と比べて、凹面ミラー32Iと第2レンズ群69との間の距離を小さくすることができる。それ故、投写光学系30Iの小型化が可能となる。
The
上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の投写レンズ群31Iも、上記条件式(2)乃至(4)を満たすように構成されている。 For the same reason as in the first embodiment, the projection lens group 31I of the present embodiment is also configured to satisfy the conditional expressions (2) to (4).
本実施の形態では、上記条件式(2)のLbは、第2レンズ群69の前端(最も像面側に位置するレンズ面の面頂点)と凹面ミラー32Iの反射曲面の面頂点との間の光軸方向における距離である。また、f1は、投写レンズ群31Iの全体の焦点距離、すなわち、第1レンズ群59と第2レンズ群69との合成焦点距離である。ただし、焦点距離f1は、非球面レンズZ94,Z95以外の光学レンズL90〜L99,Z90〜Z93の光学パラメータ(屈折率、レンズ面の曲率半径及び面間隔など)に基づいて算出されるものとする。
In the present embodiment, Lb in the conditional expression (2) is between the front end of the second lens group 69 (the surface vertex of the lens surface closest to the image plane) and the surface vertex of the reflection curved surface of the concave mirror 32I. In the optical axis direction. F1 is the overall focal length of the projection lens group 31I, that is, the combined focal length of the
上記条件式(3)のθmaxは、凹面ミラー32Iに入射する主光線と光軸AXとがなす角度θの中の最大値であり、φmaxは、凹面ミラー32Iから出射する主光線と光軸AXとがなす角度φの中の最大値である。上記条件式(4)においては、f2は、第2レンズ群69に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離である。本実施の形態では、光学レンズZ91,Z92からなる組み合わせレンズC9が第2レンズ群69の中で最も強い負のパワーを有するレンズ群となる。
In the conditional expression (3), θmax is the maximum value among the angles θ formed by the principal ray incident on the concave mirror 32I and the optical axis AX, and φmax is the principal ray emitted from the concave mirror 32I and the optical axis AX. It is the maximum value in the angle φ formed by. In the conditional expression (4), f2 is a focal length of a single lens or a combination lens having the strongest negative power among the optical lenses included in the
上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Iを使用することで、スローレシオLa/Dを、上記条件式(1)で規定される好適な範囲(0.14以上で且つ0.20以下の範囲)内に収めることができる。 By using the projection optical system 30I that satisfies the conditional expressions (2) to (4), the slow ratio La / D is set to a suitable range (0.14 or more and 0) defined by the conditional expression (1). .. (range of 20 or less).
また、上記実施の形態1と同様の理由により、本実施の形態の第2レンズ群69を構成する全ての光学レンズZ90〜Z95は、上記条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で構成されることが好ましい。これにより、第2レンズ群69の製造コストを抑制することができる。
For the same reason as in the first embodiment, all of the optical lenses Z90 to Z95 constituting the
したがって、実施の形態9でも、上記条件式(2)乃至(4)を満たす投写光学系30Iを使用するので、スローレシオLa/Dが小さく、且つ光学諸収差が良好に補正された小型の投写型表示装置1を提供することができる。さらに、上記(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲内の屈折率ndとアッベ数νdとの組み合わせを有する光学材料を第2レンズ群69の構成材料として使用することで、製造コストを低くすることもできる。
Therefore, also in
(実施例9)
次に、実施の形態9に係る投写光学系30Iの実施例(以下、実施例9とも呼ぶ。)について説明する。図48は、投写光学系30Hの構成要素の光学面s0〜s2,si3〜si33を示す図である。光学面si3〜si33は、投写レンズ群31Iを構成するレンズ面を表している。なお、図示されていないが、凹面ミラー32Hの反射曲面の符号は、si34である。
Example 9
Next, an example (hereinafter also referred to as Example 9) of the projection optical system 30I according to
図49は、光学面s0〜s2,si3〜si34の曲率半径(単位:ミリメートル)と、隣り合う光学面と光学面との間の距離すなわち面間隔(単位:ミリメートル)と、投写光学系30Iの構成要素の屈折率nd及びアッベ数νdとを表形式で示す図である。本実施例の場合、非球面レンズZ94,Z95を構成するレンズ面si30〜si33と、凹面ミラー32Iの反射曲面si34とがそれぞれ非球面形状を有する。これらレンズ面si30〜si33及び反射曲面si34の形状は、上記の非球面多項式(8)に従って定められる。 49 shows the radius of curvature (unit: millimeter) of the optical surfaces s0 to s2, si3 to si34, the distance between adjacent optical surfaces, that is, the surface interval (unit: millimeter), and the projection optical system 30I. It is a figure which shows the refractive index nd and Abbe number (nu) d of a component in a tabular form. In the case of the present embodiment, the lens surfaces si30 to si33 constituting the aspheric lenses Z94 and Z95 and the reflection curved surface si34 of the concave mirror 32I each have an aspheric shape. The shapes of the lens surfaces si30 to si33 and the reflection curved surface si34 are determined according to the aspheric polynomial (8).
図50は、本実施例のレンズ面si30〜si33及び反射曲面si34の非球面形状を定めるコーニック係数k及び非球面係数Aiのデータ値を表形式で示す図である。ここで、N=12に設定されたため、13次以上の次数の非球面係数Aiの値は全て零である。 FIG. 50 is a diagram showing, in a tabular form, data values of the conic coefficient k and the aspheric coefficient A i that define the aspheric shapes of the lens surfaces si30 to si33 and the reflection curved surface si34 of the present embodiment. Here, since N = 12, the values of the aspheric coefficient A i of the 13th order or higher are all zero.
本実施例では、空間光変調素子20の光変調部21のサイズは、14.5152mm×8.1648mmであり、空間光変調素子20のオフセット量δは、8.16mmである。また、投写画像サイズDは、200インチであり、投写光学系30IのFナンバーは、F2.5である。本実施例は、投写画像サイズDがより大きく、オフセット量δが比較的大きい例である。
In the present embodiment, the size of the
図48に示されるように、第1レンズ群59においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、両凸レンズL90,L91,L92,L93と、両凹レンズL94,L95と、両凸レンズL96,L97と、縮小側に凹面を向けた負パワーのメニスカスレンズL98と、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズL99とがこの順番で配列されている。両凹レンズL93と両凸レンズL94とは互いに接合されている。また、両凸レンズL92と両凸レンズL93との間には開口絞り33が設けられている。
As shown in FIG. 48, in the
第2レンズ群69においては、物体面側(縮小側)から像面側(拡大側)にかけて、縮小側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ90と、両凹レンズZ91,Z92と、拡大側に凸面を向けた正パワーのメニスカスレンズZ93と、両面が非球面形状とされたプラスチック非球面レンズZ94,Z95とがこの順番で配列されている。第2レンズ群69を構成する光学レンズZ90〜Z95のうち最も強い負パワーを持つ負レンズ群は、両凹レンズZ91,Z92の組み合わせである。
In the
図51は、実施例9が使用された場合のスクリーン40の被投写面40p上での光線のスポットダイアグラムを示す図である。図51のスポットダイアグラムは、図11のスポットダイアグラムを得る際に使用された条件と同じ条件で得られた。また、各スポットダイアグラムの左側に示された数値の意味は、図11のスポットダイアグラムの左側に示された数値の意味と同じである。図51に示されるように、12点の物体高について光学諸収差が適正且つ良好に補正されていることが分かる。
FIG. 51 is a diagram showing a spot diagram of light rays on the
(実施例1乃至9について)
実施例1乃至9について、上記条件式(1)乃至(4)のLa/D,Lb/f1,φmax/θmax及びf2/f1の値を図52の表に示す。図52に示されるように、各実施例について条件式(1)乃至(4)が満足されていることが分かる。また、上記実施例1〜9の第2レンズ群61〜69は、いずれも、条件式(5)乃至(7)及びnd≦1.63のいずれかを満たす範囲(図7のハッチング範囲)内の屈折率nd及びアッベ数νdを有する光学材料で構成されている。
(About Examples 1 to 9)
For Examples 1 to 9, the values of La / D, Lb / f1, φmax / θmax and f2 / f1 in the conditional expressions (1) to (4) are shown in the table of FIG. As shown in FIG. 52, it is understood that conditional expressions (1) to (4) are satisfied for each example. In addition, the
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態1〜9の第2レンズ群61〜69において最も強い負のパワーを持つ好適なレンズとして組み合わせレンズC1〜C9が採用されているが、これに限定されるものではない。組み合わせレンズC1〜C9の代わりに、これらと同等の光学性能を有する単レンズを採用することも可能である。
Although various embodiments according to the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and various forms other than the above can be adopted. For example, the combination lenses C1 to C9 are employed as suitable lenses having the strongest negative power in the
1 投写型表示装置、 10 照明機構、 11 ランプ光源、 12 制御部、 13 駆動部、 14 光均一化素子、 15 カラーホイール、 16 導光光学系、 17 反射ミラー、 18 内部全反射プリズム、 20 空間光変調素子、 21 光変調部、 22 カバーガラス、 30,30A〜30I 投写光学系、 31,31A〜31I 投写レンズ群、 32,32A〜32I 凹面ミラー、 33 開口絞り、 40 スクリーン、 40p 被投写面、 51〜59 第1レンズ群、 61〜69 第2レンズ群。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記変調光を正のパワーで屈折させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの入射光を負のパワーで屈折させる第2レンズ群と、
前記第2レンズ群の光出射面と対向し、前記第2レンズ群からの入射光を前記被投写面の方向へ反射させて結像させる凹面ミラーと
を備え、
前記第2レンズ群の光出射面と前記凹面ミラーの面頂点との間の距離をLbとし、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との合成焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群及び前記凹面ミラーの共通の光軸と前記凹面ミラーから出射する主光線とのなす角度の最大値をφmaxとし、前記凹面ミラーに入射する主光線と前記光軸とのなす角度の最大値をθmaxとし、前記第2レンズ群に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離をf2とするとき、
4.20≦Lb/f1≦6.25、
1.85≦φmax/θmax≦2.20、及び、
−1.55≦f2/f1≦−1.00、
との条件式が成立することを特徴とする投写光学系。 A projection optical system that receives modulated light emitted from a spatial light modulation element, enlarges and projects an optical image represented by the modulated light on a projection surface, and forms a projection image on the projection surface;
A first lens group that refracts the modulated light with positive power;
A second lens group that refracts incident light from the first lens group with a negative power;
A concave mirror that faces the light exit surface of the second lens group and reflects the incident light from the second lens group in the direction of the projection surface to form an image.
The distance between the light exit surface of the second lens group and the surface vertex of the concave mirror is Lb, the combined focal length of the first lens group and the second lens group is f1, and the second lens group. And the maximum value of the angle formed between the common optical axis of the concave mirror and the chief ray emitted from the concave mirror is φmax, and the maximum value of the angle between the chief ray incident on the concave mirror and the optical axis is θmax. When the focal length of the single lens or combination lens having the strongest negative power among the optical lenses included in the second lens group is f2,
4.20 ≦ Lb / f1 ≦ 6.25,
1.85 ≦ φmax / θmax ≦ 2.20, and
−1.55 ≦ f2 / f1 ≦ −1.00,
A projection optical system characterized by the following conditional expression:
前記第2レンズ群は、前記凹面ミラーと前記第1レンズ群との間の領域で前記空間光変調素子の光変調面と光学的に共役な位置に中間像を形成し、
前記中間像の一部は、前記第2レンズ群の当該光出射面よりも前記第1レンズ群側に形成されている
ことを特徴とする投写光学系。 The projection optical system according to claim 1,
The second lens group forms an intermediate image at a position optically conjugate with the light modulation surface of the spatial light modulation element in a region between the concave mirror and the first lens group;
A part of the intermediate image is formed on the first lens group side with respect to the light exit surface of the second lens group.
前記第2レンズ群は、正のパワーを有する第1及び第2の光学レンズを含み、
前記第1及び第2の光学レンズは、前記焦点距離f2を有する当該単レンズまたは当該組み合わせレンズの両レンズ面を挟み込む位置に配置されている
ことを特徴とする投写光学系。 The projection optical system according to claim 1 or 2,
The second lens group includes first and second optical lenses having positive power,
The projection optical system according to claim 1, wherein the first and second optical lenses are arranged at positions sandwiching both lens surfaces of the single lens or the combination lens having the focal length f2.
前記非球面レンズのレンズ面は、前記光軸に関して回転対称非球面の形状を有し、
前記回転対称非球面の当該光軸方向のサグ量は、前記光軸からの高さを変数とする多項式で定義され、
前記多項式の1次係数は、非零の値を有する
ことを特徴とする投写光学系。 A projection optical system according to any one of claims 4 to 7,
The lens surface of the aspheric lens has a rotationally symmetric aspheric shape with respect to the optical axis,
The amount of sag in the optical axis direction of the rotationally symmetric aspheric surface is defined by a polynomial having a height from the optical axis as a variable,
The projection optical system according to claim 1, wherein the first-order coefficient of the polynomial has a non-zero value.
前記第2レンズ群に含まれるレンズのd線に対する屈折率をndとし、前記第2レンズ群に含まれるレンズのd線に対するアッベ数をνdとするとき、
前記第2レンズ群は、
νd≦−50nd+120 (1.8<nd)、
νd≦−149.25nd+298.51 (1.7<nd≦1.8)、及び、
νd≦−212.77nd+406.38 (1.63<nd≦1.7)、
との3つの条件式及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で形成されている
ことを特徴とする投写光学系。 A projection optical system according to any one of claims 1 to 10,
When the refractive index for the d-line of the lens included in the second lens group is nd, and the Abbe number for the d-line of the lens included in the second lens group is νd,
The second lens group includes:
νd ≦ −50nd + 120 (1.8 <nd),
νd ≦ −149.25nd + 298.51 (1.7 <nd ≦ 1.8), and
νd ≦ −212.77nd + 406.38 (1.63 <nd ≦ 1.7),
The projection optical system is formed of an optical material that satisfies any of the following three conditional expressions and nd ≦ 1.63.
0.14≦La/D≦0.20、
との条件式が成立することを特徴とする投写光学系。 12. The projection optical system according to claim 1, wherein a distance in a normal direction of the projection surface between a surface vertex of the concave mirror and the projection surface is defined as La. When the dimension of the projected image is D,
0.14 ≦ La / D ≦ 0.20,
A projection optical system characterized by the following conditional expression:
前記照明装置から出射された光を画像信号に応じて空間的に変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子から出射された変調光を受光し、当該変調光で表される光学像を被投写面に拡大投写して当該被投写面に投写画像を形成する投写光学系と
を備え、
前記投写光学系は、
前記変調光を正のパワーで屈折させる第1レンズ群と、
前記第1レンズ群からの入射光を負のパワーで屈折させる第2レンズ群と、
前記第2レンズ群の光出射面と対向し、前記第2レンズ群からの入射光を前記被投写面の方向へ反射させて結像させる凹面ミラーと
を備え、
前記第2レンズ群の光出射面と前記凹面ミラーの面頂点との間の距離をLbとし、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との合成焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群及び前記凹面ミラーの共通の光軸と前記凹面ミラーから出射する主光線とのなす角度の最大値をφmaxとし、前記凹面ミラーに入射する主光線と前記光軸とのなす角度の最大値をθmaxとし、前記第2レンズ群に含まれる光学レンズのうち最も強い負のパワーを有する単レンズまたは組み合わせレンズの焦点距離をf2とするとき、
4.20≦Lb/f1≦6.25、
1.85≦φmax/θmax≦2.20、及び、
−1.55≦f2/f1≦−1.00、
との条件式が成立することを特徴とする投写型表示装置。 An illumination device including a light source;
A spatial light modulation element that spatially modulates light emitted from the illumination device according to an image signal;
A projection optical system that receives the modulated light emitted from the spatial light modulation element, enlarges and projects an optical image represented by the modulated light on the projection surface, and forms a projection image on the projection surface;
The projection optical system is
A first lens group that refracts the modulated light with positive power;
A second lens group that refracts incident light from the first lens group with a negative power;
A concave mirror that faces the light exit surface of the second lens group and reflects the incident light from the second lens group in the direction of the projection surface to form an image.
The distance between the light exit surface of the second lens group and the surface vertex of the concave mirror is Lb, the combined focal length of the first lens group and the second lens group is f1, and the second lens group. And the maximum value of the angle formed between the common optical axis of the concave mirror and the chief ray emitted from the concave mirror is φmax, and the maximum value of the angle between the chief ray incident on the concave mirror and the optical axis is θmax. When the focal length of the single lens or combination lens having the strongest negative power among the optical lenses included in the second lens group is f2,
4.20 ≦ Lb / f1 ≦ 6.25,
1.85 ≦ φmax / θmax ≦ 2.20, and
−1.55 ≦ f2 / f1 ≦ −1.00,
A projection display device characterized by satisfying the following conditional expression:
前記第2レンズ群は、前記凹面ミラーと前記第1レンズ群との間で前記空間光変調素子の光変調面と光学的に共役な位置に中間像を形成し、
前記中間像の一部は、前記第2レンズ群の当該光出射面よりも前記第1レンズ群側に形成されている
ことを特徴とする投写型表示装置。 The projection display device according to claim 13,
The second lens group forms an intermediate image at a position optically conjugate with the light modulation surface of the spatial light modulation element between the concave mirror and the first lens group,
A part of the intermediate image is formed on the first lens group side with respect to the light exit surface of the second lens group.
前記第2レンズ群は、正のパワーを有する第1及び第2の光学レンズを含み、
前記第1及び第2の光学レンズは、前記焦点距離f2を有する当該単レンズまたは当該組み合わせレンズの両レンズ面を挟み込む位置に配置されている
ことを特徴とする投写型表示装置。 The projection display device according to claim 13 or 14,
The second lens group includes first and second optical lenses having positive power,
The projection display device, wherein the first and second optical lenses are arranged at positions sandwiching both lens surfaces of the single lens or the combination lens having the focal length f2.
前記非球面レンズのレンズ面は、前記光軸に関して回転対称非球面の形状を有し、
前記回転対称非球面の当該光軸方向のサグ量は、前記光軸からの高さを変数とする多項式で定義され、
前記多項式の1次係数は、非零の値を有する
ことを特徴とする投写型表示装置。 The projection display device according to claim 16, wherein
The lens surface of the aspheric lens has a rotationally symmetric aspheric shape with respect to the optical axis,
The amount of sag in the optical axis direction of the rotationally symmetric aspheric surface is defined by a polynomial having a height from the optical axis as a variable,
The projection type display apparatus, wherein the first-order coefficient of the polynomial has a non-zero value.
前記第2レンズ群に含まれるレンズのd線に対する屈折率をndとし、前記第2レンズ群に含まれるレンズのd線に対するアッベ数をνdとするとき、
前記第2レンズ群は、
νd≦−50nd+120 (1.8<nd)、
νd≦−149.25nd+298.51 (1.7<nd≦1.8)、及び、
νd≦−212.77nd+406.38 (1.63<nd≦1.7)、
との3つの条件式及びnd≦1.63のいずれかを満たす光学材料で形成されている
ことを特徴とする投写型表示装置。 The projection display device according to any one of claims 13 to 18,
When the refractive index for the d-line of the lens included in the second lens group is nd, and the Abbe number for the d-line of the lens included in the second lens group is νd,
The second lens group includes:
νd ≦ −50nd + 120 (1.8 <nd),
νd ≦ −149.25nd + 298.51 (1.7 <nd ≦ 1.8), and
νd ≦ −212.77nd + 406.38 (1.63 <nd ≦ 1.7),
The projection display device is formed of an optical material that satisfies any one of the following three conditional expressions and nd ≦ 1.63.
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