JP4855024B2

JP4855024B2 - ２群ズーム投影レンズおよび投写型表示装置

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Publication number: JP4855024B2
Application number: JP2005266667A
Authority: JP
Inventors: 正直川名
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: CN100410716C; US20070058267A1; CN1932575A; US7733576B2; JP2007079107A

Description

本発明は、投写型表示装置に搭載される２群ズーム投影レンズおよびその投写型表示装置に関し、特にライトバルブにＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を採用したプロジェクタ装置に用いられる投影レンズに関するものである。

近年、液晶表示装置に加え、ＤＭＤ表示装置を用いた投影プロジェクタ装置（投写型表示装置）が知られるようになってきている。ＤＭＤは、入力されたビデオ信号に応じ、１０度以上程度の範囲で傾きを変えることができる高反射率の矩形状の微小な鏡を用いて、光源からの光の反射方向を制御し、所望の反射光のみをスクリーン上に集束させてその映像の投影を可能としている。これは、例えば基板上に数百万個以上の鏡を縦横に配列し、全て独立してデジタル制御することによりなされるもので、各鏡が各々映像中の１画素に対応することとなる。

また、ＤＭＤは液晶表示装置と異なり、照射光を偏光する必要がないので光量の損失が少なく、階調表現の正確性という点でも優れている。それ故、このような利点を有するＤＭＤを用いた投影プロジェクタ装置においては、ＤＭＤに応じて鮮明かつ高精度な投影画像を得ることができるように良好なレンズ特性を有する投影レンズが要求される。これらの要求に応えるべく、広画角で諸収差の補正を行い得る投影レンズが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２７１６６８号公報

上述したように、ＤＭＤを用いた投影プロジェクタ装置用の投影レンズとしては、そのプロジェクタの特性および要求に応じたものであることが必要である。したがって、第１に高性能で小型なものが要求されることになるが、さらに広画角で色収差や歪曲収差を始めとする諸収差の補正も良好であることが当然に要求される。特に高精細なカラー画像が要求される今日においては、色収差の面でも良好なものが要求される。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ＤＭＤを用いた投影プロジェクタ装置に用いられる投影レンズにおいて、小型で広画角、かつ諸収差を良好に補正し得る２群ズーム投影レンズおよび投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の２群ズーム投影レンズは、拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群を配設してなり、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって連続的に移動するように構成され、前記第２レンズ群は、縮小側から拡大側に向かって連続的に移動するように構成された２群ズーム投影レンズにおいて、
前記第２レンズ群は前群、後群の順に拡大側より配設されてなり、前記前群は拡大側より順に、２枚以上の正レンズよりなる群と、１枚以上の負レンズよりなる群を配設し、前記後群は拡大側より順に、１枚以上の負レンズよりなる群と、２枚以上の正レンズよりなる群を配設してなり、
さらに、前記前群の負レンズよりなる群の１枚のレンズは拡大側に凹面を向けて配置されるとともに前記後群の負レンズよりなる群の１枚のレンズは縮小側に凹面を向けて配置されてなり、
下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とするものである。
（１）ｎ_２ｉ＞１．７５
（２）０．８＜Ｄ_２／ｆ_２＜１．２
（３）０．６＜ｆ_ｗ／ｆ_２＜０．８
ただし、
ｎ_２ｉ：第２レンズ群内の負レンズを構成する硝材のｄ線に対する屈折率（ｉは該負レンズのレンズ番号）
Ｄ_２：第２レンズ群の全長
ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ_ｗ：レンズ全系の広角端での焦点距離
なお、条件式（３）は０．６５＜ｆ_ｗ／ｆ_２＜０．７５であることがより望ましい。

また、前記第１レンズ群は、拡大側より順に、正レンズ、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、負レンズ、正レンズおよび負レンズを配設してなるようにし、上記条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．６＜ｆ_ｗ／｜ｆ_１｜＜０．９
ただし、
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離

また、前記第１レンズ群は、拡大側より順に、正レンズ、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、負レンズおよび正レンズを配設してなり、上記条件式（４）を満足するようにすることも好ましい。

さらに、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、上述した本発明に係る２群ズーム投影レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記２群ズーム投影レンズによりスクリーンに投影することを特徴とするものである。

本発明の２群ズーム投影レンズによれば、負の屈折力を有する第１レンズ群をスクリーン側に配置することによりレトロフォーカスタイプとし、広角化を達成している。

また、第２レンズ群を前群と後群とに分けて、光軸方向に対称的な構成とし、前群の負レンズの凹面を拡大側へ向けるとともに後群の負レンズの凹面を縮小側へ向けて、該２つの凹面を互いに逆向きとしたレンズ配置とすることにより、色収差および歪曲収差を始めとする諸収差を抑制することができる。

さらに、所定の条件式（１）〜（４）を満足することにより、小型化を図りつつ諸収差をさらに良好なものとすることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の２群ズーム投影レンズは、拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、カバーガラス（フィルタ部）２およびＤＭＤ１を配設してなる。なお、図中Ｘは光軸を表している。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側より順に正レンズである第１レンズＬ_１、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２、負レンズである第３レンズＬ_３、正レンズである第４レンズＬ_４および負レンズである第５レンズＬ_５からなる。一方、第２レンズ群Ｇ_２においては、前群は拡大側より順に、正レンズである第６レンズＬ_６、正レンズである第７レンズＬ_７、正レンズである第８レンズＬ_８、拡大側に凹面を向けた負レンズよりなる第９レンズＬ_９からなり、後群は拡大側より順に、縮小側に凹面を向けた負レンズよりなる第１０レンズＬ_１０、正レンズである第１１レンズＬ_１１および正レンズである第１２レンズＬ_１２からなる。

なお、第１レンズ群Ｇ_１は、上記構成に替えて、拡大側より順に正レンズである第１レンズＬ_１、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２、負レンズである第３レンズＬ_３および正レンズである第４レンズＬ_４からなる４枚レンズ構成となるようにしても良い。

また、第２レンズ群Ｇ_２のレンズ構成は上記の構成に限られるものではなく、負レンズをさらに１枚以上加えたり、正レンズをさらに１枚以上加えるようにしても良い。

また、第２レンズ群Ｇ_２は前群と後群とが概略対称的に配され、前群の負レンズ(第９レンズＬ_９)の凹面を拡大側へ向け、後群の負レンズ(第１０レンズＬ_１０)の凹面を縮小側へ向けて互いに逆向きにすることにより、ディストーション、倍率色収差といった軸外収差の発生を抑えることができるようになっている。

また、本実施形態の２群ズーム投影レンズは、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の２つのレンズ群を移動させることにより、ズーム機能を有する構成とされている。ここで、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から縮小側に向かって連続的に移動するように構成され、第２レンズ群Ｇ_２は、縮小側から拡大側に向かって連続的に移動するように構成されている。

次に、上述した条件式（１）〜（４）の技術的意義について説明する。

上記条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ_２内の負レンズの屈折率を規定するもので、この条件式（１）を満足することにより、球面収差を良好に補正することができる。

上記条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ_２内のパワー配分を適切に設定するためのものである。この条件式（２）の範囲を逸脱すると、諸収差、とりわけ球面収差が悪化する。

上記条件式（３）は、レンズ系全体のパワー配分を適切に設定するためのものである。上限を上回ると第２レンズ群Ｇ_２で発生する収差が大きくなり、レンズ系全体の収差補正が困難となる。一方、下限を下回ると第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の間隔が大きくなり過ぎるため、レンズ系全体の小型化が困難となる。

上記条件式（４）はレンズ系全体のパワー配分を適切に設定するためのものである。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ_１で発生する収差が大きくなり、レンズ系全体の収差補正が困難となる。一方、下限を下回ると第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の間隔が大きくなり過ぎるため、レンズ系全体の小型化が困難となる。

次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について簡単に説明しておく。図９は本実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。

図９に示すように、光源１０１より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、３原色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図られてＤＭＤ１０３に照射される。このＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われ、ＤＭＤ１０３により適宜変調された投影光は、２群ズーム投影レンズ１０４に入射し、最終的にはスクリーン１０５に到達する。

なお、図９に示す投写型表示装置は、本発明の１実施形態を示すものであって、種々の態様の変更が可能である。例えば、単板のＤＭＤを設ける替わりに、各色光に応じた３枚のＤＭＤによりＲＧＢ各色の変調を同時に行うようにしても良い。この場合２群ズーム投影レンズ１０４とＤＭＤ１０３との間に図示しない色分離／合成プリズムが配置される。

以下、具体的な実施例を用いて、本発明の２群ズーム投影レンズをさらに説明する。

＜実施例１＞
実施例１に係る２群ズーム投影レンズの概略構成を図１に示す。この２群ズーム投影レンズは、拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２とを配設してなる。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側より順に、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２、両凹レンズである第３レンズＬ_３、両凸レンズである第４レンズＬ_４および両凹レンズである第５レンズＬ_５からなる。一方、第２レンズ群Ｇ_２においては、前群は拡大側より順に、両凸レンズである第６レンズＬ_６、両凸レンズである第７レンズＬ_７、両凸レンズである第８レンズＬ_８、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第９レンズＬ_９からなり、後群は拡大側より順に、両凹レンズである第１０レンズＬ_１０、両凸レンズである第１１レンズＬ_１１および両凸レンズである第１２レンズＬ_１２からなる。

第２レンズ群Ｇ_２を前後に分けた概略対称的な構成とし、前群の第９レンズＬ_９の拡大側凹面と、後群の第１０レンズＬ_１０の縮小側凹面により、ディストーション、倍率色収差といった軸外収差の発生を抑えることができるようになっている。

この２群ズーム投影レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表１に示す。なお、表中の数字は、拡大側からの順番を表すものである。また、表１の中段には、焦点距離ｆ、バックフォーカスの距離ｂｆ、ＦＮｏ．、画角２ωの値が示されている。

また、実施例１の２群ズーム投影レンズによれば、表１の下段に示すように、条件式（１）〜（４）は満足されている。なお、レンズ系の全長（第１レンズＬ_１の物体側の面から最終レンズの像側の面までの距離：以下同じ）は７５．０ｍｍとされている。

図２は実施例１の２群ズーム投影レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてｈは像高を示す。

これらの収差図から明らかなように、実施例１の２群ズーム投影レンズによれば、各収差、特に倍率色収差を極めて良好に補正することができる。

＜実施例２＞
実施例２に係る２群ズーム投影レンズの概略構成を図３に示す。本実施例において、実施例１と重複する説明については省略する。

実施例２に係る２群ズーム投影レンズのレンズ構成は、実施例１のものと比較すると、第２レンズ群Ｇ_２の構成が異なっている。具体的には、この第２レンズ群Ｇ_２の前群の最も拡大側のレンズが、拡大側に凹面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第６レンズＬ_６とされている点で異なっている。

この２群ズーム投影レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表２に示す。なお、表中の数字は、拡大側からの順番を表すものである。また、表２の中段には、焦点距離ｆ、バックフォーカスの距離ｂｆ、ＦＮｏ．、画角２ωの値が示されている。

また、実施例２の２群ズーム投影レンズによれば、表２の下段に示すように、条件式（１）〜（４）は満足されている。なお、レンズ系の全長は６３．０ｍｍとされている。

図４は実施例２の２群ズーム投影レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてｈは像高を示す。

これらの収差図から明らかなように、実施例２の２群ズーム投影レンズによれば、各収差、特に倍率色収差を極めて良好に補正することができる。

＜実施例３＞
実施例３に係る２群ズーム投影レンズの概略構成を図５に示す。本実施例において、実施例１と重複する説明については省略する。

実施例３に係る２群ズーム投影レンズのレンズ構成は、実施例１のものと比較すると、第２レンズ群Ｇ_２の構成が異なっている。特に、第２レンズ群Ｇ_２の前群のレンズ枚数が、実施例１のものでは４枚構成であるのに対し、本実施例のものでは３枚構成とされている。この第２レンズ群Ｇ_２の前群の具体的構成は、拡大側より順に、両凸レンズである第６レンズＬ_６、両凸レンズである第７レンズＬ_７、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第８レンズＬ_８からなり、後群の具体的構成は拡大側より順に、両凹レンズである第９レンズＬ_９、両凸レンズである第１０レンズＬ_１０および両凸レンズである第１１レンズＬ_１１からなる。

第２レンズ群Ｇ_２を前後に分けた概略対称的な構成とし、前群の第８レンズＬ_８の拡大側凹面と、後群の第９レンズＬ_９の縮小側凹面により、ディストーション、倍率色収差といった軸外収差の発生を抑えることができるようになっている。

この２群ズーム投影レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表３に示す。なお、表中の数字は、拡大側からの順番を表すものである。また、表３の中段には、焦点距離ｆ、バックフォーカスの距離ｂｆ、ＦＮｏ．、画角２ωの値が示されている。

また、実施例３の２群ズーム投影レンズによれば、表３の下段に示すように、条件式（１）〜（４）は満足されている。なお、レンズ系の全長は６３．０ｍｍとされている。

図６は実施例３の２群ズーム投影レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてｈは像高を示す。

これらの収差図から明らかなように、実施例３の２群ズーム投影レンズによれば、各収差、特に倍率色収差を極めて良好に補正することができる。

＜実施例４＞
実施例４に係る２群ズーム投影レンズの概略構成を図７に示す。本実施例において、実施例１と重複する説明については省略する。

実施例４に係る２群ズーム投影レンズのレンズ構成は、実施例１のものと比較すると、第１レンズ群Ｇ_１、第２レンズ群Ｇ_２ともに異なっている。特に、第１レンズ群Ｇ_１のレンズ枚数が、実施例１のものでは５枚構成であるのに対し、本実施例のものでは４枚構成とされ、さらに、第２レンズ群Ｇ_２の前群のレンズ枚数が、実施例１のものでは４枚構成であるのに対し、本実施例のものでは３枚構成とされている。ここで第１レンズ群Ｇ_１の具体的構成は、拡大側より順に、両凸レンズである第１レンズＬ_１、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２、両凹レンズである第３レンズＬ_３および拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第４レンズＬ_４からなる。一方、第２レンズ群Ｇ_２においては、前群の具体的構成は拡大側より順に、両凸レンズである第５レンズＬ_５、両凸レンズである第６レンズＬ_６、拡大側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第７レンズＬ_７からなり、後群の具体的構成は拡大側より順に、両凹レンズである第８レンズＬ_８、両凸レンズである第９レンズＬ_９および両凸レンズである第１０レンズＬ_１０からなる。

第２レンズ群Ｇ_２を前後に分けた概略対称的な構成とし、前群の第７レンズＬ_７の拡大側凹面と、後群の第８レンズＬ_８の縮小側凹面により、ディストーション、倍率色収差といった軸外収差の発生を抑えることができるようになっている。

この２群ズーム投影レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表４に示す。なお、表中の数字は、拡大側からの順番を表すものである。また、表４の中段には、焦点距離ｆ、バックフォーカスの距離ｂｆ、ＦＮｏ．、画角２ωの値が示されている。

また、実施例４の２群ズーム投影レンズによれば、表４の下段に示すように、条件式（１）〜（４）は満足されている。なお、レンズ系の全長は６３．０ｍｍとされている。

図８は実施例４の２群ズーム投影レンズの球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてｈは像高を示す。

これらの収差図から明らかなように、実施例４の２群ズーム投影レンズによれば、各収差、特に倍率色収差を極めて良好に補正することができる。

本発明の実施例１に係る２群ズーム投影レンズの構成を示す概略図実施例１の２群ズーム投影レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例２に係る２群ズーム投影レンズの構成を示す概略図実施例２の２群ズーム投影レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例３に係る２群ズーム投影レンズの構成を示す概略図実施例３の２群ズーム投影レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例４に係る２群ズーム投影レンズの構成を示す概略図実施例４の２群ズーム投影レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の２群ズーム投影レンズを用いた投写型表示装置の概略構成図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_１２レンズ
Ｇ_１〜Ｇ_２レンズ群
Ｘ光軸
１、１０３ＤＭＤ
２カバーガラス（フィルタ部）
１０１光源
１０２照明光学系
１０４２群ズーム投影レンズ
１０５スクリーン

Claims

拡大側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群を配設してなり、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第１レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって連続的に移動するように構成され、前記第２レンズ群は、縮小側から拡大側に向かって連続的に移動するように構成された２群ズーム投影レンズにおいて、
前記第２レンズ群は前群、後群の順に拡大側より配設されてなり、前記前群は拡大側より順に、２枚以上の正レンズよりなる群と、１枚以上の負レンズよりなる群を配設し、前記後群は拡大側より順に、１枚以上の負レンズよりなる群と、２枚以上の正レンズよりなる群を配設してなり、
さらに、前記前群の負レンズよりなる群の１枚のレンズは拡大側に凹面を向けて配置されるとともに前記後群の負レンズよりなる群の１枚のレンズは縮小側に凹面を向けて配置されてなり、
下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする２群ズーム投影レンズ。
（１）ｎ_２ｉ＞１．７５
（２）０．８＜Ｄ_２／ｆ_２＜１．２
（３）０．６＜ｆ_ｗ／ｆ_２＜０．８
ただし、
ｎ_２ｉ：第２レンズ群内の負レンズを構成する硝材のｄ線に対する屈折率（ｉは該負レンズのレンズ番号）
Ｄ_２：第２レンズ群の全長
ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ_ｗ：レンズ全系の広角端での焦点距離
前記第１レンズ群は、拡大側より順に、正レンズ、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、負レンズ、正レンズおよび負レンズを配設してなり、下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の２群ズーム投影レンズ。
（４）０．６＜ｆ_ｗ／｜ｆ_１｜＜０．９
ただし、
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離
前記第１レンズ群は、拡大側より順に、正レンズ、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、負レンズおよび正レンズを配設してなり、下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の２群ズーム投影レンズ。
（４）０．６＜ｆ_ｗ／｜ｆ_１｜＜０．９
ただし、
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離
光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の２群ズーム投影レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記２群ズーム投影レンズによりスクリーンに投影することを特徴とする投写型表示装置。