JP4932290B2

JP4932290B2 - 投影用ズームレンズおよび投写型表示装置

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Publication number: JP4932290B2
Application number: JP2006078306A
Authority: JP
Inventors: 正直川名
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007256427A

Description

本発明は、投写型表示装置等に搭載される６群構成の投影用ズームレンズおよびその投影用ズームレンズを搭載した投写型表示装置に関し、特に、液晶表示装置やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）表示装置等のライトバルブからの映像情報を担持した光束をスクリーン上に拡大投影する投影用ズームレンズおよび投写型表示装置に関するものである。

近年、液晶表示装置やＤＭＤ表示装置等のライトバルブを用いた投影プロジェクタ装置（投写型表示装置）が広く普及しており、このプロジェクタ装置に搭載される光学系に対してもより高度な要望がなされるようになってきている。

そのうち投影レンズに対しては、広い画角と、素子・プリズム等の光学部材を挿入するための長いバックフォーカス等が強く要望されており、また用途に応じ縮小側でのテレセントリック性が求められる場合も多い。さらに、技術の進展や市場の多様化に伴い、デバイスの高精細化に見合った解像力や色収差補正、および更なる小型化も要求されるようになっている。

一方、投影プロジェクタ装置が使用される投影スペースについても広狭様々となっており、投影スペースの広狭に応じて投影画像の拡大率を変更し得る（設置性を高めるための）ズーム機能を持たせたものも多く知られており、そのうち６群レンズ構成のものが、光学性能の向上を図り得る点やＦ値の変動を抑制し得る点等から注目されている。
上述した多くの要求をある程度満たすものとしては、下記特許文献１、２に記載されたものが知られている。

特開２００５−８４４５５号公報特開２００５−１５６８０５号公報

ところで、投影レンズにおいては、上述したように広い画角や長いバックフォーカスが要求されるため、負のレンズを先行させるネガティヴリード型が主流である。ズーム機能を有する場合にもネガティヴリード型の広角ズームレンズが多くを占め、上記特許文献１、２に記載のものも、いずれもネガティヴリード型の広角ズームレンズとされている。

すなわち、上記特許文献１記載のものは、拡大側から順に、負、正、正、正、負、正の６群構成とされ、画角２ωが47〜40度程度と広角とされており、一方、上記特許文献２記載のものは、拡大側から順に、負、正、正、正、正または負、正の６群構成とされ、画角２ωが47〜39度程度と広角とされている。

しかしながら、このようなネガティヴリード型の投影用ズームレンズにおいては、どうしても前玉径が大きくなるため、ズーム比を１．３〜２倍程度まで大きなものとすることは難しいとされていた。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、広画角および適正なバックフォーカス量を確保することができるとともに、高画質で１．３〜２倍程度の高変倍比を確保することができる投影用ズーム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ものである。

本発明の投影用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、および正の屈折力を有する第６レンズ群を配設してなり、
変倍時において、前記６つのレンズ群のうち少なくとも４つのレンズ群を移動するように構成されてなり、
下記条件式（１）、（２）を共に満足することを特徴とするものである。

０．１０＜｜Ｍ３｜／ｆ３＜０．５０（１）
０．２０＜｜Ｍ４｜／ｆ４＜１．００（２）
ただし、
Ｍｉ：第ｉレンズ群の広角端から望遠端までのズーム移動量
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離

この場合、広角端から望遠端への変倍時において、全ての変倍時移動レンズ群が縮小側から拡大側へ移動するように構成することが好ましい。

また、前記第５レンズ群が、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズ、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズを接合してなる接合レンズ、ならびに正レンズ、から構成されることが好ましい。

また、前記第４レンズ群に含まれる正レンズが、以下の条件式（３）を満たす硝材からなることが好ましい。
νｄ＞５５（３）
ただし、
νｄ：ｄ線に対するアッベ数

また、前記第２レンズ群が、正の単レンズよりなるとともに、以下の条件式（４）を満たす硝材からなることが好ましい。
Ｎｄ＞１．７０（４）
ただし、
Ｎｄ：ｄ線に対する屈折率

この場合において、前記単レンズが、以下の条件式（５）を満たす硝材からなることが好ましい。
νｄ＞４０（５）
ただし、
νｄ：ｄ線に対するアッベ数

さらに、前記第１レンズ群と前記第６レンズ群が変倍時に固定とされていることが好ましい。

また、本発明の投写型表示装置は、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、上述したいずれかの投影用ズームレンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投影用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。

本発明の投影用ズームレンズは、第１レンズ群は負、それ以外のレンズ群の多くは正とされた、ネガティヴリード型のズームレンズであるため、広角化を図り、かつ適正なバックフォーカス量を得ることが容易である。また、レンズ系全体を６群に分け、変倍時に少なくとも４つのレンズ群を移動させることにより変倍機能を各群に分割しているので、高画質を確保できるとともに、変倍に伴うＦ値の変動を抑制することができる。

また、第３レンズ群および第４レンズ群の広角端から望遠端までのズーム移動量を条件式（１）（２）の範囲に設定することによって、高い変倍比を確保することができる。

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のものの広角端における状態を代表させて示している）の投影用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、各々正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２〜第４レンズ群Ｇ_４、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ_５、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ_６を備え、その後段には、カバーガラス（フィルタ部）２およびＤＭＤ１が配設される。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、拡大側から順に、正レンズよりなる第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、負レンズよりなる第３レンズＬ_３、および負レンズよりなる第４レンズＬ_４からなる。また、第２レンズ群Ｇ_２は、正の単レンズよりなる第５レンズＬ_５からなる。また、第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、正のメニスカスレンズよりなる第６レンズＬ_６および負のメニスカスレンズよりなる第７レンズＬ_７からなる。また、第４レンズ群Ｇ_４は、拡大側から順に、両凸レンズよりなる第８レンズＬ_８およびメニスカスレンズよりなる第９レンズＬ_９からなる。また、第５レンズ群Ｇ_５は、拡大側から順に、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１０レンズＬ_１０、拡大側に凹面を向けた負レンズよりなる第１１レンズＬ_１１および縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる第１２レンズＬ_１２を接合してなる接合レンズ、ならびに正レンズよりなる第１３レンズＬ_１３を配列してなる。さらに、第６レンズ群Ｇ_６は、単一の正レンズよりなる第１４レンズＬ_１４からなる。

なお、上記各レンズ群のレンズ構成は上記の構成に限られるものではなく、負レンズまたは正レンズを１枚以上増減させることが可能である。
また、上記第５レンズ群Ｇ_５は、正の屈折力を有するように構成することも可能である。

本実施形態の投影用ズームレンズにおいては、上述したように、ネガティヴリード型のズームレンズとされているため、広角化を図り易く、また適正な長さのバックフォーカスを確保することが可能である。

また、本実施形態の投影用ズームレンズは、変倍時において、第２レンズ群Ｇ_２〜第５レンズ群Ｇ_５の４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。すなわち、レンズ系全体を６群に分け、変倍時に４つのレンズ群を独立して移動させるようにして変倍機能を各群に分割しているので、光学性能を向上させることができるとともに、変倍に伴うＦ値の変動を抑制することができる。

また、広角端から望遠端への変倍に際し、第２レンズ群Ｇ_２〜第５レンズ群Ｇ_５の４つのレンズ群は、いずれも拡大側に移動するように構成することが好ましい。ただし、これは、上記４つのレンズ群の各々について、広角端での位置よりも望遠端での位置の方が、より拡大側に設定されていることを意味しているのであって、中間領域において一旦縮小側に移動することを排除するものではない。本実施形態のものでは、このように構成することにより、より変倍比を大きく設定することが可能となる。

また、本実施形態に係る投影用ズームレンズは、下記条件式（１）〜（５）を満足するように構成されている。
０．１０＜｜Ｍ３｜／ｆ３＜０．５０（１）
０．２０＜｜Ｍ４｜／ｆ４＜１．００（２）
νｄ＞５５（３）
Ｎｄ＞１．７０（４）
νｄ＞４０（５）
ただし、
Ｍｉ：第ｉレンズ群の広角端から望遠端までのズーム移動量
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離
νｄ：ｄ線に対するアッベ数
Ｎｄ：ｄ線に対する屈折率

ここで、上述した条件式（１）〜（５）の技術的意義について説明する。
上記条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ_３の、広角端から望遠端までのズーム移動量を規定するものであり、また上記条件式（２）は、第４レンズ群Ｇ_４の、広角端から望遠端までのズーム移動量を規定するものであり、これら２つの条件式を満足することによって、高い変倍比を確保することが可能となる。なお、このような趣旨から、条件式（２）に替えて下記条件式（２´）を満足することが、より好ましい。
０．２５＜｜Ｍ４｜／ｆ４＜０．８０（２´）

また、上記条件式（３）は、第４レンズ群Ｇ_４中の正レンズ（以下の各実施例では第８レンズＬ_８）のｄ線に対するアッベ数νｄを規定したものであり、条件式（３）の下限を下回ると軸上色収差の補正が困難となる。なお、このような趣旨から、条件式（３）に替えて下記条件式（３´）を満足することが、より好ましい。
νｄ＞６０（３´）

また、上記条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ_２を構成する正レンズ（以下の各実施例では第５レンズＬ_５）のｄ線に対する屈折率Ｎｄを規定したものであり、条件式（４）の下限を下回ると像面の補正が困難となる。なお、このような趣旨から、条件式（４）に替えて下記条件式（４´）を満足することが、より好ましい。
Ｎｄ＞１．７５（４´）

また、上記条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ_２を構成する正レンズ（以下の各実施例では第５レンズＬ_５）のｄ線に対するアッベ数νｄを規定したものであり、条件式（５）の下限を下回ると倍率色収差の補正が困難となる。

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１０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１０に示すように、光源１０１より出射された光束は、光軸に垂直な断面における光束の光量分布の均一化を図るロッドインテグレータ１０２を通過した後、カラーホイール１０６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、ＴＩＲプリズム１０７の中間境界面において反射されて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、ＴＩＲプリズム１０７の中間境界面を透過して投影用ズームレンズ１０４に入射し、最終的にはスクリーン１０５に到達する。

なお、図１０に示す投写型表示装置は、本発明の一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、単板の液晶表示素子（透過型および反射型の両者を含む）を設けてもよいし、各色光に応じた３枚のＤＭＤや３枚の液晶表示素子（透過型および反射型の両者を含む）を設けてＲＧＢ各色の変調を同時に行うようにしても良い。この場合投影用ズームレンズ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、本発明の投影用ズームレンズをさらに説明する。
＜実施例１＞
実施例１に係る投影用ズームレンズの概略構成を図１に示す。この投影用ズームレンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、各々正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２〜第４レンズ群Ｇ_４、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ_５、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ_６を備えてなる。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、拡大側から順に、両凸レンズよりなる第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、両凹レンズよりなる第３レンズＬ_３、および両凹レンズよりなる第４レンズＬ_４からなる。また、第２レンズ群Ｇ_２は、両凸レンズよりなる第５レンズＬ_５からなる。また、第３レンズ群Ｇ_３は、拡大側から順に、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６レンズＬ_６および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７レンズＬ_７からなる。また、第４レンズ群Ｇ_４は、拡大側から順に、両凸レンズよりなる第８レンズＬ_８および縮小側に凸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からなる。また、第５レンズ群Ｇ_５は、拡大側から順に、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１０レンズＬ_１０、拡大側に強い曲率の面を向けた両凹レンズよりなる第１１レンズＬ_１１および縮小側に強い曲率の面を向けた両凸レンズよりなる第１２レンズＬ_１２を接合してなる接合レンズ、ならびに両凸レンズよりなる第１３レンズＬ_１３を配列してなる。さらに、第６レンズ群Ｇ_６は、両凸レンズよりなる第１４レンズＬ_１４からなる。

この投影用ズーム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（以下の表２、３において同じ）。また、表１の上段には、焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスの距離ｂｆ（ｍｍ）、ＦＮｏ、画角２ω（度）の値が示されている。

なお、表１中の数値において、３つの数値が段階的に記載されているものは、左端の数値が広角端の値を示し、中央の数値が中間域の値を示し、右端の数値が望遠端の値を示す（以下の表２、３において同じ）。

また、実施例１の投影用ズームレンズによれば、表４に示すように、条件式（１）〜（５）および（２´）、（３´）（４´）は全て満足されている。
また、図２は、実施例１の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示すものである。

さらに、図７は実施例１の投影用ズームレンズの球面収差、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。
これらの収差図から明らかなように、実施例１の投影用ズームレンズによれば、各収差、特に軸上色収差、倍率色収差およびディストーションを極めて良好に補正することができる。

また、実施例１の投影用ズームレンズによれば、光学性能を良好なものとしつつ、変倍比を１．３３倍程度と、１．３倍以上のものとすることができる。

＜実施例２＞
実施例２に係る投影用ズーム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に係る投影用ズームレンズのレンズ構成は、実施例１のものと略同様である。

この投影用ズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔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。また、表２の上段には、焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスの距離ｂｆ（ｍｍ）、ＦＮｏ、画角２ω（度）の値が示されている。

また、実施例２の投影用ズームレンズによれば、表４に示すように、条件式（１）〜（５）および（２´）、（３´）（４´）は全て満足されている。
また、図４は、実施例２の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示すものである。

さらに、図８は実施例２の投影用ズームレンズの球面収差、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。
これらの収差図から明らかなように、実施例２の投影用ズームレンズによれば、各収差、特に軸上色収差、倍率色収差およびディストーションを極めて良好に補正することができ、る。

また、実施例２の投影用ズームレンズによれば、光学性能を良好なものとしつつ、変倍比を１．５０倍程度と、１．３倍以上のものとすることができる。

＜実施例３＞
実施例３に係る投影用ズーム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に係る投影用ズームレンズのレンズ構成は、実施例１のものと比較すると略同様とされているが、第５レンズ群Ｇ_５中の接合レンズを構成する第１１レンズＬ_１１と第１２レンズＬ_１２の接合面が平面とされている点で相違している。

この投影用ズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔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。また、表３の上段には、焦点距離ｆ（ｍｍ）、バックフォーカスの距離ｂｆ（ｍｍ）、ＦＮｏ、画角２ω（度）の値が示されている。

また、実施例３の投影用ズームレンズによれば、表４に示すように、条件式（１）〜（４）および（２´）、（３´）（４´）は全て満足されている。
また、図６は、実施例２の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示すものである。

さらに、図９は実施例３の投影用ズームレンズの球面収差、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。
これらの収差図から明らかなように、実施例３の投影用ズームレンズによれば、各収差、特に軸上色収差、倍率色収差およびディストーションを極めて良好に補正することができ、る。

また、実施例３の投影用ズームレンズによれば、光学性能を良好なものとしつつ、変倍比を１．９０倍程度と、２倍近くのものとすることができる。

本発明の実施例１に係る投影用ズームレンズの構成を示す概略図実施例１の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示す概略図本発明の実施例２に係る投影用ズームレンズの構成を示す概略図実施例２の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示す概略図本発明の実施例３に係る投影用ズームレンズの構成を示す概略図実施例３の投影用ズームレンズにおける、変倍時のレンズ移動軌跡を示す概略図実施例１の投影用ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図実施例２の投影用ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図実施例３の投影用ズームレンズの諸収差（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一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_１４レンズ
Ｇ_１〜Ｇ_６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ロッドインテグレータ
１０４投影用ズームレンズ
１０５スクリーン
１０６カラーホイール
１０７ＴＩＲプリズム

Claims

拡大側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、正または負の屈折力を有する第５レンズ群、および正の屈折力を有する第６レンズ群を配設してなり、
変倍時において、前記６つのレンズ群のうち少なくとも４つのレンズ群を移動するように構成されてなり、
下記条件式（１）、（２）を共に満足するとともに、
前記第５レンズ群が、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けたメニスカスレンズ、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズを接合してなる接合レンズ、ならびに正レンズ、から構成されてなり、
前記第４レンズ群に含まれる正レンズが、以下の条件式（３）を満たす硝材からなることを特徴とする投影用ズームレンズ。
０．１０＜｜Ｍ３｜／ｆ３＜０．５０（１）
０．２０＜｜Ｍ４｜／ｆ４＜１．００（２）
νｄ＞５５（３）
ただし、
Ｍｉ：第ｉレンズ群の広角端から望遠端までのズーム移動量
ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離
νｄ：ｄ線に対するアッベ数
広角端から望遠端への変倍時において、全ての変倍時移動レンズ群が縮小側から拡大側へ移動するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の投影用ズームレンズ。
前記第２レンズ群が、正の単レンズよりなるとともに、以下の条件式（４）を満たす硝材からなることを特徴とする請求項１または２記載の投影用ズームレンズ。
Ｎｄ＞１．７０（４）
ただし、
Ｎｄ：ｄ線に対する屈折率
前記単レンズが、以下の条件式（５）を満たす硝材からなることを特徴とする請求項３記載の投影用ズームレンズ。
νｄ＞４０（５）
ただし、
νｄ：ｄ線に対するアッベ数
前記第１レンズ群と前記第６レンズ群が変倍時に固定とされていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の投影用ズームレンズ。
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１〜５のうちいずれか１項記載の投影用ズームレンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投影用ズームレンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。