JP5275902B2 - Wide angle lens for projection and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクタ装置等の投写レンズとして用いられる投写用広角レンズに関し、特に、微小ミラーデバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を、スクリーン上に拡大投写するのに適した投写用広角レンズおよびこれを搭載した投写型表示装置に関する。 The present invention relates to a wide-angle lens for projection used as a projection lens for a projector apparatus or the like, and particularly for projection suitable for enlarging and projecting an original image formed by a light beam modulated by a micromirror device on a screen. The present invention relates to a wide-angle lens and a projection display device equipped with the same.
装置前方のスクリーン上に画像を投写する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタ装置は、学校教育用や企業研修用、プレゼンテーション用等として近年広く用いられるようになっている。 In recent years, a so-called front projection type projector device that projects an image on a screen in front of the device has been widely used for school education, company training, presentation, and the like.
このようなプロジェクタ装置に搭載される投写レンズには、スクリーンの近くに立つ説明者やプレゼンターの目に光が入ったり、彼らによって投写像が遮られたりすることを避けるために、また狭い室内空間における大画面化を可能とするために、コンパクトな構成でありながら広画角であることが要求される。 The projection lens installed in such a projector apparatus has a narrow indoor space in order to prevent light from entering the eyes of an instructor or presenter standing near the screen or blocking the projection image by them. In order to enable a large screen, a wide angle of view is required while having a compact configuration.
また、プロジェクタ装置に搭載される光変調素子(ライトバルブ)としては、従来、透過型または反射型の液晶表示素子が良く知られているが、近年では、小型化や高輝度化に有利であるという理由等により、テキサス・インスツルメント社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)に代表される微小ミラーデバイスが、ライトバルブとして用いられることが多くなっている。 In addition, as a light modulation element (light valve) mounted on a projector device, a transmissive or reflective liquid crystal display element has been well known in the past. However, in recent years, it is advantageous for downsizing and high luminance. For these reasons, a micromirror device represented by a digital micromirror device (DMD) manufactured by Texas Instruments is often used as a light valve.
微小ミラーデバイスを用いたプロジェクタ装置では、TIRプリズムを用いたテレセントリック方式のものが一般的であるが、TIRプリズムが高価であることや、TIRプリズムによって照明光の光量が減少して画像の明るさが低減するなどの理由により、近年では、ノンテレセントリック方式のものが注目されている。 A projector device using a micromirror device is generally a telecentric type using a TIR prism. However, the TIR prism is expensive, or the TIR prism reduces the amount of illumination light and the brightness of the image. In recent years, the non-telecentric type has been attracting attention for reasons such as the reduction of the level of noise.
このノンテレセントリック方式では、微小ミラーデバイスからの必要光を投写レンズに効率良く導くとともに不要光が投写レンズに入射しないようにするために、微小ミラーデバイス側(縮小側)が非テレセントリックとされた投写レンズを用いるとともに、投写レンズの光軸に対して微小ミラーデバイスの中心位置をずらすシフト配置を採用している。 In this non-telecentric method, projection is performed with the micro mirror device side (reduction side) made non-telecentric in order to efficiently guide the necessary light from the micro mirror device to the projection lens and prevent unnecessary light from entering the projection lens. In addition to using a lens, a shift arrangement is adopted in which the center position of the micromirror device is shifted with respect to the optical axis of the projection lens.
このようなシフト配置を採用していることにより、ノンテレセントリック方式に用いられる投写レンズでは、微小ミラーデバイスの大きさに比してイメージサークルをかなり大きくすることが必要となる。このため、非テレセントリックとされる縮小側のレンズサイズは小さくすることができるのに対し、スクリーン側のレンズサイズが大きくなり易く、85度以上の画角、望ましくは100度を超えるような画角を確保しつつ、同時に小型化を達成することが困難となる。 By adopting such a shift arrangement, the projection lens used in the non-telecentric system needs to make the image circle considerably larger than the size of the micromirror device. For this reason, the lens size on the reduction side, which is non-telecentric, can be reduced, but the lens size on the screen side tends to be large, and the angle of view is more than 85 degrees, preferably more than 100 degrees. It is difficult to achieve downsizing at the same time.
従来、ノンテレセントリック方式で用いられる投写レンズとしては、例えば、下記特許文献1に記載された、画角94度を達成したものが提案されている。
Conventionally, as a projection lens used in a non-telecentric system, for example, a lens that achieves an angle of view of 94 degrees described in
ノンテレセントリック方式で用いられる投写レンズにおいて広角化を図る場合、像面湾曲を抑えることが、テレセントリック方式のものに比べてより困難となる。像面湾曲を抑えるには、曲率の大きい凹面を有する接合レンズを用いて、他の諸収差に与える影響を抑制しながらペッツバール和を小さくすることが効果的である。一方、接合面の曲率を大きくするとレンズ径も大きくなるので、小型化を図る場合には、このような接合レンズの配設位置について十分に配慮する必要がある。 When the projection lens used in the non-telecentric system is to have a wide angle, it is more difficult to suppress the curvature of field than in the telecentric system. In order to suppress the curvature of field, it is effective to use a cemented lens having a concave surface with a large curvature and reduce the Petzval sum while suppressing the influence on other aberrations. On the other hand, when the curvature of the cemented surface is increased, the lens diameter is also increased. Therefore, when downsizing is required, it is necessary to sufficiently consider the arrangement position of such a cemented lens.
上記特許文献1に記載された投写レンズは、レンズ系内において光束径が絞られる絞り位置の近傍に接合レンズを配置することによって、小型化を図るとともに、ペッツバール和を小さくして像面湾曲を抑えつつ、色収差等の他の諸収差を補正するようにしている。
The projection lens described in the above-mentioned
しかしながら、絞り位置は照明光の光源像が結像する位置であり、光のエネルギー密度が高く高温となるので、絞り位置の近傍に接合レンズを配置することは、接合面における接着剤の耐久性に対する信頼、ひいては投写レンズの性能維持に対する信頼を損なう虞があることを考慮すると、決して好ましいことではない。 However, the diaphragm position is the position where the light source image of the illumination light is formed, and the energy density of the light is high and the temperature is high. Therefore, placing a cemented lens in the vicinity of the diaphragm position is the durability of the adhesive on the cemented surface. Considering that there is a risk of damaging the reliability of the projection lens and the reliability of maintaining the performance of the projection lens, this is not preferable.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、広角化と小型化を両立することができるとともに、絞り位置の近傍が非常に高温となる使用環境下においても良好な光学性能を維持することが可能な投写用広角レンズ、およびこのような投写用広角レンズを搭載した投写型表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can achieve both wide-angle and downsizing and maintain good optical performance even in a use environment in which the vicinity of the aperture position becomes extremely high temperature. An object of the present invention is to provide a projection wide-angle lens that can be used, and a projection display device equipped with such a projection wide-angle lens.
上記目的を達成するため本発明の投写用広角レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群とから構成され、縮小側に配置された微小ミラーデバイスにより光変調された光束を拡大側に投写する、縮小側が非テレセントリックとされた投写用広角レンズであって、
前記第1レンズ群は、3枚の負レンズからなり、
前記第2レンズ群は、拡大側より順に正レンズおよび負レンズが互いに接合された接合レンズを含んでなり、
前記第3レンズ群は、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズからなり、
前記第3レンズ群中に絞り位置が設定されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wide-angle lens for projection according to the present invention has, in order from the magnification side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a positive refractive power. A wide-angle lens for projection, which is composed of a third lens group, projects a light beam modulated by a micromirror device arranged on the reduction side to the enlargement side, and the reduction side is non-telecentric,
The first lens group includes three negative lenses,
The second lens group includes a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are cemented with each other in order from the magnification side,
The third lens group includes, in order from the magnification side, positive, negative, positive, Ri Do negative, five of the single lens having positive refractive power, respectively,
Located aperture in said third lens group is characterized that you have been set.
また、前記第1レンズ群の前記3枚の負レンズのうち少なくとも1つは、樹脂製の非球面レンズよりなることが好ましい。 Preferably, at least one of the three negative lenses in the first lens group is made of a resin aspheric lens.
また、前記第1レンズ群の前記3枚の負レンズは、拡大側より順に、樹脂製の非球面レンズよりなる第1レンズと、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レンズと、第3レンズとからなり、該第1レンズは、該第2レンズおよび該第3レンズよりも屈折力の絶対値が小さいものとすることが好ましい。 The three negative lenses of the first lens group are, in order from the magnification side, a first lens made of a resin aspheric lens and a second lens made of a negative meniscus lens having a convex surface facing the magnification side. And a third lens, and the first lens preferably has a smaller refractive power than the second lens and the third lens.
また、前記第2レンズ群は、拡大側より順に、正レンズおよび負レンズが互いに接合された2枚接合レンズと正レンズとを含んでなる第1の態様、または拡大側より順に、正レンズ、負レンズおよび正レンズが互いに接合された3枚接合レンズを含んでなる第2の態様、または拡大側より順に、正レンズおよび負レンズが互いに接合された第1接合レンズと負レンズおよび正レンズが互いに接合された第2接合レンズとを含んでなる第3の態様のいずれかの態様で構成されているとすることが好ましい。 Further, the second lens group includes, in order from the magnifying side, a first mode including a two-lens cemented lens in which a positive lens and a negative lens are cemented with each other and a positive lens, or sequentially from the magnifying side, a positive lens, A second mode including a three-piece cemented lens in which a negative lens and a positive lens are cemented with each other, or a first cemented lens, a negative lens, and a positive lens in which a positive lens and a negative lens are cemented with each other in order from the magnification side. It is preferable that the lens is configured in any one of the third aspects including the second cemented lens that is cemented with each other.
また、前記第2レンズ群の最も拡大側に位置する接合面において互いに接合された拡大側レンズおよび縮小側レンズの各アッベ数をそれぞれνLおよびνSとするとき、下記条件式(1)を満足することが好ましい。
|νS−νL|<23.0 …… (1)
Further, when the Abbe numbers of the magnifying side lens and the reducing side lens cemented with each other on the cementing surface located on the most magnifying side of the second lens group are ν L and ν S respectively, the following conditional expression (1) is satisfied: It is preferable to satisfy.
| Ν S −ν L | <23.0 (1)
また、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、微小ミラーデバイスと、該光源からの光束を該微小ミラーデバイスへ導く照明光学部と、上述の本発明に係る投写用広角レンズとを備え、該光源からの光束を該微小ミラーデバイスで光変調し、該投写用広角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。 A projection display device according to the present invention includes a light source, a micromirror device, an illumination optical unit that guides a light beam from the light source to the micromirror device, and the projection wide-angle lens according to the present invention. The light beam from the light source is optically modulated by the micromirror device and projected onto a screen by the wide-angle lens for projection.
なお、上記「拡大側」とは、被投写側(スクリーン側)を意味し、縮小投影する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、原画像表示領域側(ライトバルブ(微小ミラーデバイス)側)を意味し、縮小投影する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。 The “enlarged side” means the projected side (screen side), and the screen side is also referred to as the enlarged side for the sake of convenience when performing reduced projection. On the other hand, the “reduction side” means the original image display area side (light valve (micromirror device) side), and the light valve side is also referred to as the reduction side for the sake of convenience when performing reduced projection.
また、上記「絞り位置」とは、各主光線が互いに交わる位置(光源の結像位置)を意味する。 The “aperture position” means a position where the principal rays intersect with each other (imaging position of the light source).
また、上記「微小ミラーデバイス」とは、傾きを変えることができる微小な鏡が多数並設された光変調素子を意味し、例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)がこれに該当する。 The above-mentioned “micromirror device” means a light modulation element in which a large number of micromirrors capable of changing the tilt are arranged in parallel, for example, a digital micromirror device manufactured by Texas Instruments ( DMD) corresponds to this.
上記目的を達成するため、本発明の投写用広角レンズは、3つのレンズ群が、拡大側から順に、負、正、正の屈折力を有するように構成されるとともに、縮小側が非テレセントリックとされ、第1レンズ群が3枚の負レンズにより構成され、第3レンズ群が、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズにより構成されている。 In order to achieve the above object, the wide-angle lens for projection according to the present invention is configured so that the three lens groups have negative, positive, and positive refractive powers in order from the magnification side, and the reduction side is made non-telecentric. The first lens group is composed of three negative lenses, and the third lens group is composed of five single lenses each having positive, negative, positive, negative, and positive refractive power in order from the magnification side. Yes.
このように構成することにより、画角85度以上の広角化を達成しつつ小型化を図ることができるとともに、絞り位置の近傍が非常に高温となる使用環境下においても良好な光学性能を維持することが可能な投写用広角レンズ、およびこれを搭載した投写型表示装置を得ることができる。 With this configuration, it is possible to reduce the size while achieving a wide angle of view of 85 degrees or more, and maintain good optical performance even in a use environment where the vicinity of the aperture position becomes extremely high. A wide-angle lens for projection that can be used, and a projection display device equipped with the same can be obtained.
特に、第3レンズ群を、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズにより構成していることで、球面収差、色収差、像面湾曲を良好に補正しつつ、絞り位置の近傍が非常に高温となる使用環境下においても良好な光学性能を維持することが可能となる。 In particular, the third lens group is composed of five single lenses each having positive, negative, positive, negative, and positive refractive power in order from the magnification side, so that spherical aberration, chromatic aberration, and field curvature can be reduced. It is possible to maintain good optical performance even in a use environment in which the vicinity of the aperture position becomes extremely high temperature while correcting well.
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を用いて説明する。以下では、後述する実施例1のレンズ構成図である図1を参照しながら、このレンズを本実施形態の代表として説明する。なお、図中Zは光軸を表している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the above-mentioned drawings. Hereinafter, this lens will be described as a representative of the present embodiment with reference to FIG. 1 which is a lens configuration diagram of Example 1 described later. In the figure, Z represents the optical axis.
本実施形態の投写用広角レンズは、拡大側(スクリーン側)から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成されており、第1レンズ群G1は、3枚の負レンズ(第1レンズL1〜第3レンズL3)により構成され、第3レンズ群G3は、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズ(第9レンズL9〜第13レンズL13)により構成されている。 Projection wide-angle lens of the embodiment comprises, in order from the enlargement side (the screen side), a first lens group G 1 having a negative refractive power, a second lens group G 2 having a positive refractive power, positive refractive The first lens group G 1 includes three negative lenses (first lens L 1 to third lens L 3 ), and the third lens group G 3 includes a third lens group G 3 having power. G 3 is composed of five single lenses (9th lens L 9 to 13th lens L 13 ) having positive, negative, positive, negative, and positive refractive power in order from the enlargement side.
本実施形態の投写用広角レンズは、縮小側に配置された微小ミラーデバイスの画像表示面1において画像情報を与えられた光束が、カバーガラス2を介して縮小側(図中右側)より入射され、当該投写用広角レンズにより、拡大側(図中左側)に配置されたスクリーン上に拡大投写するようになっている。また、本実施形態の投写用広角レンズは、ノンテレセントリック方式での使用が可能なように、縮小側が非テレセントリックとされている。なお、図1では、微小ミラーデバイスの画像表示面1の中央位置が投写用広角レンズの光軸Zと一致するように描かれているが、実際に使用される際には、投写用広角レンズの光軸Zに対して微小ミラーデバイスの画像表示面1の中央位置が、所定の方向(例えば図中下方)にシフトするように配置される(図13参照)。
In the wide-angle lens for projection according to this embodiment, a light beam given image information on the
また、本実施形態の投写用広角レンズにおいては、上記第2レンズ群G2は、拡大側より順に正レンズ(第4レンズL4)および負レンズ(第5レンズL5)が互いに接合された接合レンズを含むように構成されており、上記第3レンズ群G3中に、絞り位置が設定されている。 In the projection wide-angle lens of the present embodiment, the second lens group G 2 includes a positive lens from the enlargement side in order (fourth lens L 4) and a negative lens (the fifth lens L 5) are bonded to each other is configured to include a cemented lens, to the third in the lens group G 3, throttle position is set.
このように第2レンズ群G2を構成することにより、(開口)絞り位置に影響される収差への影響を小さくしながら、接合面による、軸上と画面周辺への影響力の差を適切に利用することにより、像面湾曲の良好な補正が可能となる。また、絞り位置(各主光線が互いに交わる位置)を、単レンズのみから構成された第3レンズ群G3中に設定することにより、使用の際に高温となる絞り位置近傍に接合レンズを配置した場合に懸念される、接合面における接着剤の耐久性の問題が生じないので、良好な光学性能を維持することが可能となる。 By thus configuring the second lens group G 2, (aperture) stop while reducing the influence of the aberrations affect the position, by the joint surfaces, appropriate differences in influence the axial and the screen around By using this, it is possible to satisfactorily correct the curvature of field. The diaphragm position (the principal rays intersect each other position), by setting the third in the lens group G 3, which is composed only a single lens, disposed cemented lens in the vicinity of the aperture position become hot during use In this case, there is no problem of the durability of the adhesive on the joint surface, which is a concern, so that good optical performance can be maintained.
また、本実施形態の投写用広角レンズにおいて、上記第1レンズ群G1の3枚の負レンズは、拡大側より順に、樹脂製の非球面レンズよりなる第1レンズL1と、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L2と、第3レンズL3とから構成されており、第1レンズL1は、第2レンズL2および第3レンズL3よりも屈折力(非球面レンズの場合は、近軸領域における屈折力とする)の絶対値が小さいものとされている。 In the wide-angle lens for projection according to the present embodiment, the three negative lenses of the first lens group G 1 are arranged in order from the enlargement side to the first lens L 1 made of a resin aspheric lens and to the enlargement side. The second lens L 2 is composed of a negative meniscus lens having a convex surface and a third lens L 3. The first lens L 1 is refracted more than the second lens L 2 and the third lens L 3. The absolute value of the force (in the case of an aspheric lens, the refractive power in the paraxial region) is assumed to be small.
このように、第1レンズ群G1を構成することにより、広画角にもかかわらず、歪曲収差、像面湾曲、非点収差などの特に画角の影響を受ける収差を良好に補正することが可能となる。 Thus, by constituting the first lens group G 1, despite the wide field angle, distortion, curvature of field, the aberration particularly affected by the angle of view of such astigmatism is favorably corrected Is possible.
また、本実施形態の投写用広角レンズにおいて、上記第2レンズ群G2は、拡大側より順に、正レンズ(第4レンズL4)および負レンズ(第5レンズL5)が互いに接合された2枚接合レンズと正レンズ(本実施形態では2枚の正レンズ〈第6レンズL6および第8レンズL8〉であるが、1枚または3枚以上の正レンズとすることも可能)とを含んでなる第1の態様とされているが、このような第1の態様に替えて、図5に示すように、拡大側より順に、正レンズ(第4レンズL4)、負レンズ(第5レンズL5)および正レンズ(第6レンズL6)が互いに接合された3枚接合レンズを含んでなる第2の態様とすることや、図7に示すように、拡大側より順に、正レンズ(第4レンズL4)および負レンズ(第5レンズL5)が互いに接合された第1接合レンズと負レンズ(第6レンズL6)および正レンズ(第7レンズL7)が互いに接合された第2接合レンズとを含んでなる第3の態様とすることも可能である。 Further, the projection angle lens of the present embodiment, the second lens group G 2 includes, in order from the enlargement side, a positive lens (the fourth lens L 4) and a negative lens (the fifth lens L 5) are bonded to each other Two cemented lenses and a positive lens (in this embodiment, two positive lenses (the sixth lens L 6 and the eighth lens L 8 ), but can be one or more than three positive lenses) However, in place of such a first aspect, as shown in FIG. 5, a positive lens (fourth lens L 4 ), a negative lens ( The fifth lens L 5 ) and the positive lens (sixth lens L 6 ) have a second aspect including a cemented three-lens, and as shown in FIG. positive lens (the fourth lens L 4) and a negative lens (the fifth lens L ) Is a third embodiment comprising a second cemented lens in which the first cemented lens and a negative lens (the sixth lens L 6) and a positive lens (seventh lens L 7) are joined to one another which are joined to one another It is also possible.
このように、第2レンズ群G2を、上述の第1の態様乃至第3の態様で構成することにより、上述の効果に加えて更に、3枚接合や2組の接合レンズ用いて接合面の数を多くすることで、(開口)絞り位置に影響される収差への影響を小さくしながら、接合面による、軸上と画面周辺への影響力の差を適切に利用することにより、像面湾曲の更なる良好な補正が可能となる。 Thus, the second lens group G 2, by configuring the first aspect to the third aspect described above, in addition to the effects described above, the bonding surface using a cemented triplet and two cemented lenses By increasing the number of, the effect on the on-axis and the periphery of the screen due to the joint surface is properly utilized while reducing the effect on the aberration affected by the (aperture) aperture position, and the image It is possible to further correct the surface curvature.
また、本実施形態の投写用広角レンズでは、上記第2レンズ群G2の最も拡大側に位置する接合面において互いに接合された拡大側レンズ(第4レンズL4)および縮小側レンズ(第5レンズL5)の各アッベ数をそれぞれνLおよびνSとするとき、下記条件式(1)を満足するように構成されている。なお、より好ましくは下記条件式(1A)または下記条件式(1B)を満足するように構成される。
|νS−νL|<23.0 …… (1)
10<|νS−νL|<23.0 …… (1A)
10<νS−νL<23.0 …… (1B)
In the wide-angle lens for projection according to the present embodiment, the enlargement side lens (fourth lens L 4 ) and the reduction side lens (fifth lens) which are cemented with each other on the cementing surface located closest to the magnification side of the second lens group G 2 . When the Abbe numbers of the lens L 5 ) are ν L and ν S , respectively, the following conditional expression (1) is satisfied. More preferably, the following conditional expression (1A) or the following conditional expression (1B) is satisfied.
| Ν S −ν L | <23.0 (1)
10 <| ν S −ν L | <23.0 (1A)
10 <ν S −ν L <23.0 (1B)
このように構成することにより、接合面による、色収差に対する過剰な影響を避けつつ諸収差を良好に補正することが可能となる。 With this configuration, various aberrations can be favorably corrected while avoiding an excessive influence on the chromatic aberration due to the joint surface.
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態を、図13を参照しながら説明する。図13に示す投写型表示装置は、照明系20と、該照明系20からの光束を光変調するライトバルブとしての微小ミラーデバイス11とを備え、投写用広角レンズ10として上述した実施形態に係る投写用広角レンズを用いている。
Next, an embodiment of a projection display apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The projection display device shown in FIG. 13 includes an
上記照明系20は、白色光源21aおよび楕円面鏡21bを有してなる照明ランプ21と、カラーホイール22と、ロッドインテグレータ23と、照明レンズ24と、反射ミラー25とを備えてなり、照明ランプ21からの光束を、カラーホイール23により時系列的に3原色(R、G、B)の各色光に選択変換するとともに、ロッドインテグレータ23により光束の光軸と垂直な断面における光量分布を均一化した後、照明レンズ24および反射ミラー25を介して微小ミラーデバイス11に照射するように構成されている。
The
微小ミラーデバイス11に照射された光束は、該微小ミラーデバイス11において画像情報に応じて光変調された後に投写用広角レンズ10に入射され、該投写用広角レンズ10によってスクリーン31に投写されるようになっている。
The light beam applied to the
また、本実施形態の投写型表示装置は、ノンテレセントリック方式を採用しており、微小ミラーデバイス11の中心位置が投写用広角レンズ10の光軸に対して図中下方にシフトするように配置されている。このような配置のため、投写用広角レンズ10は、微小ミラーデバイス11の大きさに比してかなり大きなイメージサークル12を必要とする。また、微小ミラーデバイス11により光変調された光束は、投写用広角レンズ10を介して図中左斜め上方に出射され、光軸Zよりも高い位置(図中上方の位置)に投写画面を形成するようになっている(投写画面中心位置P0、投写画面上端位置P1、投写画面下端位置P2をそれぞれスクリ−ン31上に示す)。なお、図13において破線で示す光線Qは、投写画面の隅に対応した出射角度の光線であり、光軸Zとの相対的な関係を示すために、便宜的に図示したものである。
In addition, the projection display apparatus of the present embodiment employs a non-telecentric method, and is arranged so that the center position of the
本実施形態の投写型表示装置は、上述した実施形態に係る投写用広角レンズを用いていることにより、コンパクトな構成でありながら、画角85度以上(好ましい態様では100度以上)を達成しつつ、安定した光学性能を維持することができるので、装置の携行性や使い勝手を向上させることが可能となる。 The projection display apparatus according to the present embodiment achieves an angle of view of 85 degrees or more (100 degrees or more in a preferred embodiment) while having a compact configuration by using the projection wide-angle lens according to the above-described embodiment. However, since stable optical performance can be maintained, the portability and usability of the apparatus can be improved.
以下、本発明に係る投写用広角レンズの具体的な実施例について説明する。なお、実施例2〜4の構成を示す図3〜8において、実施例1と同様の作用効果をなす部材には、図1、2で用いたものと同一の符号を付している。
Specific examples of the wide-angle lens for projection according to the present invention will be described below. 3 to 8 showing the configurations of the
<実施例1>
図1および図2に示すように、実施例1に係る投写用広角レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成されており、第1レンズ群G1は、3枚の負レンズ(第1レンズL1〜第3レンズL3)により構成され、第3レンズ群G3は、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズ(第9レンズL9〜第13レンズL13)により構成されている。また、ノンテレセントリック方式での使用が可能なように、縮小側が非テレセントリックとされており、第3レンズ群G3の縮小側には、微小ミラーデバイスの画像表示面1およびカバーガラス2が、縮小側よりこの順に配置されている。
<Example 1>
As shown in FIGS. 1 and 2, the projection lens according to Example 1, in order from the magnification side, a first lens group G 1 having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power G 2 and a third lens group G 3 having a positive refractive power, and the first lens group G 1 is composed of three negative lenses (first lens L 1 to third lens L 3 ). configured, the third lens group G 3 includes, in order from the magnification side, positive, negative, positive, negative, by five of the single lens having positive refractive power, respectively (ninth lens L 9 ~ thirteenth lens L 13) It is configured. Also, to allow use of a non-telecentric system, the reduction side are the non-telecentric, on the reduction side of the third lens group G 3, the
上記第1レンズ群G1は、拡大側より順に、近軸領域において弱い負の屈折力を有する両面非球面の樹脂製レンズよりなる第1レンズL1と、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L2と、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3レンズL3とから構成されており、第1レンズL1は、第2レンズL2および第3レンズL3よりも屈折力が小さいものとされている。 The first lens group G 1 includes, in order from the magnification side, a first lens L 1 made of a double-sided aspherical resin lens having a weak negative refractive power in the paraxial region, and a negative lens with a convex surface facing the magnification side. The second lens L 2 is a meniscus lens, and the third lens L 3 is a negative meniscus lens having a concave surface facing the enlargement side. The first lens L 1 includes the second lens L 2 and the second lens L 2 . than third lens L 3 are as power is small.
上記第2レンズ群G2は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第4レンズL4および両凹レンズよりなる第5レンズL5が互いに接合された2枚接合レンズと、両凸レンズよりなる第6レンズL6と、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L7と、両凸レンズよりなる第8レンズL8とから構成されている。 The second lens group G 2 includes, in order from the magnification side, a cemented doublet lens fifth lens L 5, which is a fourth lens L 4 and a biconcave lens of a biconvex lens are bonded to each other, a biconvex lens 6 a lens L 6, the seventh lens L 7 formed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the magnification side, and a eighth lens L 8 Metropolitan formed of a biconvex lens.
上記第3レンズ群G3は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第9レンズL9と、両凹レンズよりなる第10レンズL10と、両凸レンズよりなる第11レンズL11と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズよりなる第12レンズL12と、両凸レンズである第13レンズL13とから構成されており、この第3レンズ群G3中に絞り位置が設定されている。 The third lens group G 3 includes, in order from the magnification side, a ninth lens L 9 made of a biconvex lens, a tenth lens L 10 made of a biconcave lens, an eleventh lens L 11 made of a biconvex lens, and a magnification side. a twelfth lens L 12 convex of a negative meniscus lens with a, is composed of a thirteenth lens L 13 Metropolitan a biconvex lens, the diaphragm position is set to 3 the third lens group G.
上記第1レンズL1における各非球面の形状は、下記の非球面式により規定される。この第1レンズL1においては、いずれか一方の面が非球面とされたレンズであっても収差補正効果を得ることができるが、両面が非球面とされたレンズであることがより好ましい(以下の実施例2〜4の第1レンズL1における各非球面の形状についても同じ)。 The shape of each aspheric surface in the first lens L 1 is defined by the following aspheric expression. In the first lens L 1 , an aberration correction effect can be obtained even if any one of the surfaces is an aspherical surface, but a lens having both aspherical surfaces is more preferable ( also each aspherical shape of the first lens L 1 of examples 2-4 of the same below).
実施例1に係る投写用広角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「軸上面間隔」と称す)D(mm)、各レンズの有効径(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表1の上段に示す。なお、表1および以下の表2〜4において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の右側に*印が付された面は非球面とされている。実施例1および以下の実施例2〜4において、これらの非球面の曲率半径Rは、各表において光軸Z上での曲率半径の値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Zとの交点から引き出されていないものがある。 The curvature radius R (mm) of each lens surface of the wide-angle lens for projection according to Example 1, the center thickness of each lens, and the air space between each lens (hereinafter referred to as “axial upper surface space”) D (mm), each lens Table 1 shows the effective diameter (mm), the refractive index N d of each lens at the d-line, and the Abbe number ν d of each lens at the d-line. In Table 1 and Tables 2 to 4 below, the numbers of the surface numbers represent the order from the enlargement side, and the surface marked with * on the right side of the surface number is an aspherical surface. In Example 1 and Examples 2 to 4 below, the curvature radius R of these aspheric surfaces is shown as the value of the curvature radius on the optical axis Z in each table. In order to make it easier to see, some leader lines are not necessarily drawn from the intersection with the optical axis Z.
また、表1の下段には、各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。 In the lower part of Table 1, the values of the constants K, A 3 to A 12 corresponding to the respective aspheric surfaces are shown.
表1に示すように、実施例1に係る投写用広角レンズの第4レンズL4のアッベ数ν4と第5レンズL5のアッベ数ν5との差ν5−ν4は16.2である。ν4およびν5は上述のνLおよびνSに該当するものであり、実施例1に係る投写用広角レンズは上述の条件式(1)、(1A)、(1B)を全て満足している。 As shown in Table 1, the difference [nu 5 -v 4 the Abbe number [nu 5 Abbe number [nu 4 and the fifth lens L 5 of the fourth lens L 4 of the projection lens according to Example 1 is 16.2 . ν 4 and ν 5 correspond to the above-described ν L and ν S , and the projection wide-angle lens according to Example 1 satisfies all of the conditional expressions (1), (1A), and (1B) described above. Yes.
また、最も拡大側に位置するレンズ面の有効径(63.99mm)と、最も縮小側に位置するレンズ面の有効径(13.98mm)との比は、4.577(≒63.99/13.98)と5倍以下となっており、広角化(画角101.7度)とともに、小型化を達成している。 The ratio of the effective diameter (63.99mm) of the lens surface closest to the enlargement side to the effective diameter (13.98mm) of the lens surface closest to the reduction side is 4.577 (≒ 63.99 / 13.98), which is 5 times or less. As well as widening (angle of view 101.7 degrees), it has achieved miniaturization.
<実施例2>
図3および図4に示すように、実施例2に係る投写用広角レンズは、実施例1に係る投写用広角レンズと同様の構成とされている。
<Example 2>
As shown in FIGS. 3 and 4, the wide-angle lens for projection according to the second embodiment has the same configuration as the wide-angle lens for projection according to the first embodiment.
実施例2に係る投写用広角レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズの有効径(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表2の上段に示す。 The curvature radius R (mm) of each lens surface of the projection wide-angle lens according to Example 2, the axial top surface distance D (mm), the effective diameter of each lens (mm), the refractive index N d of each lens at the d-line, and each The value of the Abbe number ν d at the d-line of the lens is shown in the upper part of Table 2.
また、表2の下段には、各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。 In the lower part of Table 2, the values of the constants K, A 3 to A 12 corresponding to the respective aspheric surfaces are shown.
表2に示すように、実施例2に係る投写用広角レンズの第4レンズL4のアッベ数ν4と第5レンズL5のアッベ数ν5との差ν5−ν4は12.8である。ν4およびν5は上述のνLおよびνSに該当するものであり、実施例2に係る投写用広角レンズは上述の条件式(1)、(1A)、(1B)を全て満足している。 As shown in Table 2, the difference [nu 5 -v 4 the Abbe number [nu 5 Abbe number [nu 4 and the fifth lens L 5 of the fourth lens L 4 of the projection lens according to Example 2 is 12.8 . ν 4 and ν 5 correspond to the above-described ν L and ν S , and the projection wide-angle lens according to Example 2 satisfies all the conditional expressions (1), (1A), and (1B). Yes.
また、最も拡大側に位置するレンズ面の有効径(66.04mm)と、最も縮小側に位置するレンズ面の有効径(14.64mm)との比は、4.511(≒66.04/14.64)と5倍以下となっており、広角化(画角101.2度)とともに、小型化を達成している。 The ratio of the effective diameter (66.04mm) of the lens surface closest to the enlargement side to the effective diameter (14.64mm) of the lens surface closest to the reduction side is 4.511 (≒ 66.04 / 14.64), which is 5 times or less. As well as widening (angle of view 101.2 degrees), it has achieved miniaturization.
<実施例3>
図5および図6に示すように、実施例3に係る投写用広角レンズは、実施例1に係る投写用広角レンズと同様の構成とされている。ただし、第2レンズ群G2が、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第4レンズL4、両凹レンズよりなる第5レンズL5および両凸レンズよりなる第6レンズL6が互いに接合された3枚接合レンズと、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L7と、両凸レンズよりなる第8レンズL8とから構成されている点で相違している。
<Example 3>
As shown in FIGS. 5 and 6, the wide-angle lens for projection according to Example 3 has the same configuration as the wide-angle lens for projection according to Example 1. However, the second lens group G 2 includes, in order from the enlargement side, the fourth lens L 4 is a biconvex lens, the sixth lens L 6 made of the fifth lens L 5 and a biconvex lens of a biconcave lens are bonded together 3 a single cemented lens, a seventh lens L 7 formed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the magnification side, is different in that it is composed of the eighth lens L 8 Metropolitan formed of a biconvex lens.
実施例3に係る投写用広角レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズの有効径(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表3の上段に示す。 The radius of curvature R (mm) of each lens surface of the wide-angle lens for projection according to Example 3, the axial distance D (mm), the effective diameter of each lens (mm), the refractive index N d of each lens at the d-line, and each The value of the Abbe number ν d at the d-line of the lens is shown in the upper part of Table 3.
また、表3の下段には、各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。 In the lower part of Table 3, values of constants K, A 3 to A 12 corresponding to the respective aspheric surfaces are shown.
表3に示すように、実施例3に係る投写用広角レンズの第4レンズL4のアッベ数ν4と第5レンズL5のアッベ数ν5との差ν5−ν4は18.2である。ν4およびν5は上述のνLおよびνSに該当するものであり、実施例3に係る投写用広角レンズは上述の条件式(1)、(1A)、(1B)を全て満足している。 As shown in Table 3, the difference [nu 5 -v 4 the Abbe number [nu 5 the Abbe number [nu 4 of the fourth lens L 4 of the projection lens according to Example 3 the fifth lens L 5 is 18.2 . ν 4 and ν 5 correspond to the above-described ν L and ν S , and the wide-angle lens for projection according to Example 3 satisfies all the conditional expressions (1), (1A), and (1B) described above. Yes.
また、最も拡大側に位置するレンズ面の有効径(60.03mm)と、最も縮小側に位置するレンズ面の有効径(13.96mm)との比は、4.300(≒60.03/13.96)と5倍以下となっており、広角化(画角102.0度)とともに、小型化を達成している。 The ratio of the effective diameter (60.03mm) of the lens surface located closest to the enlargement side to the effective diameter (13.96mm) of the lens surface closest to the reduction side is 4.300 (≒ 60.03 / 13.96), which is 5 times or less. As well as widening (angle of view 102.0 degrees), it has achieved miniaturization.
<実施例4>
図7および図8に示すように、実施例4に係る投写用広角レンズは、実施例1に係る投写用広角レンズと同様の構成とされている。ただし、第2レンズ群G2が、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第4レンズL4および両凹レンズよりなる第5レンズL5が互いに接合された第1接合レンズと、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6レンズL6および両凸レンズよりなる第7レンズL7が互いに接合された第2接合レンズと、両凹レンズよりなる第8レンズL8と、両凸レンズよりなる第9レンズL9とから構成されている点で相違している。
<Example 4>
As shown in FIGS. 7 and 8, the wide-angle lens for projection according to the fourth embodiment has the same configuration as the wide-angle lens for projection according to the first embodiment. However, the second lens group G 2 includes, in order from the enlargement side, a first cemented lens fifth lens L 5, which is a fourth lens L 4 and a biconcave lens of a biconvex lens are joined together, a convex surface on the enlargement side a negative second cemented lens the sixth lens L 6 and the seventh lens L 7 made of a biconvex lens are bonded to each other consisting of a meniscus lens directing, the eighth lens L 8 made of a biconcave lens, a biconvex lens It is different in that it is composed of 9 lens L 9 Prefecture.
なお、第3レンズ群G3は、実施例1に係る投写用広角レンズと同様の構成とされているが、第2レンズ群G2が6枚のレンズで構成されていることにより、第3レンズ群G3を構成するレンズの番号が1つずつずれている。すなわち、実施例4に係る投写用広角レンズの第3レンズ群G3は、拡大側より順に、両凸レンズよりなる第10レンズL10と、両凹レンズよりなる第11レンズL11と、両凸レンズよりなる第12レンズL12と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズよりなる第13レンズL13と、両凸レンズよりなる第14レンズL14とから構成されている。 The third lens group G 3 has been the same structure as a projection lens according to Example 1, since the second lens group G 2 is composed of six lenses, third number of lenses constituting the lens group G 3 is shifted by one. That is, the third lens group G 3 of the projection lens according to Example 4 includes, in order from the magnification side, a tenth lens L 10 made of a biconvex lens, an eleventh lens L 11 of a biconcave lens, a biconvex lens a twelfth lens L 12 becomes, a thirteenth lens L 13 of a negative meniscus lens having a convex surface facing the magnification side, and a fourteenth lens L 14 Metropolitan formed of a biconvex lens.
実施例4に係る投写用広角レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズの有効径(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表4の上段に示す。 The curvature radius R (mm) of each lens surface of the projection wide-angle lens according to Example 4, the axial top surface distance D (mm), the effective diameter of each lens (mm), the refractive index N d of each lens at the d-line, and each The value of the Abbe number ν d at the d-line of the lens is shown in the upper part of Table 4.
また、表4の下段には、各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。 The lower part of Table 4 shows values of constants K, A 3 to A 12 corresponding to the respective aspheric surfaces.
表4に示すように、実施例4に係る投写用広角レンズの第4レンズL4のアッベ数ν4と第5レンズL5のアッベ数ν5との差ν5−ν4は22.6である。ν4およびν5は上述のνLおよびνSに該当するものであり、実施例4に係る投写用広角レンズは上述の条件式(1)、(1A)、(1B)を全て満足している。 As shown in Table 4, the difference [nu 5 -v 4 the Abbe number [nu 5 Abbe number [nu 4 and the fifth lens L 5 of the fourth lens L 4 of the projection lens according to Example 4 is 22.6 . ν 4 and ν 5 correspond to the above-described ν L and ν S , and the wide-angle lens for projection according to Example 4 satisfies all the conditional expressions (1), (1A), and (1B) described above. Yes.
また、最も拡大側に位置するレンズ面の有効径(70.00mm)と、最も縮小側に位置するレンズ面の有効径(14.01mm)との比は、4.996(≒70.00/14.01)と5倍以下となっており、広角化(画角101.8度)とともに、小型化を達成している。 The ratio of the effective diameter (70.00mm) of the lens surface closest to the enlargement side to the effective diameter (14.01mm) of the lens surface closest to the reduction side is 5.96 (≒ 70.00 / 14.01), which is 5 times or less. As well as widening (angle of view 101.8 degrees), it has achieved miniaturization.
また、図9〜12は、実施例1〜4に係る投写用広角レンズの諸収差(球面収差、ディストーション、非点収差、および倍率色収差)を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図にはG(緑)、B(青)およびR(赤)の各波長に対する収差曲線を示し、倍率色収差の収差図にはGに対するBおよびRの収差曲線を示している。図9〜12に示すように、実施例1〜4に係る投写用広角レンズは、ディストーションや倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正され、画角101.2〜102.0度、Fナンバ2.5と、広角で明るい投写レンズとされている。 9 to 12 are aberration diagrams showing various aberrations (spherical aberration, distortion, astigmatism, and lateral chromatic aberration) of the wide-angle lens for projection according to Examples 1 to 4. FIG. In these aberration diagrams, ω represents a half angle of view, the aberration diagram for spherical aberration represents the aberration curve for each wavelength of G (green), B (blue), and R (red), and the aberration diagram for magnification chromatic aberration. Shows aberration curves of B and R with respect to G. As shown in FIGS. 9 to 12, the wide-angle lens for projection according to Examples 1 to 4 is well corrected for each aberration including distortion and lateral chromatic aberration, and has an angle of view of 101.2 to 102.0 degrees, an F number of 2.5, and a wide angle. It is a bright projection lens.
なお、本発明の投写用広角レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Rおよび軸上面間隔Dを適宜変更することが可能である。 The wide-angle lens for projection according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the radius of curvature R and the axial distance D between the lenses can be appropriately changed. Is possible.
また、本発明の投写型表示装置としても、上記構成のものに限られるものではなく、本発明の投写用広角レンズを備えた種々の装置構成が可能である。 Further, the projection display device of the present invention is not limited to the above-described configuration, and various device configurations including the projection wide-angle lens of the present invention are possible.
1 画像表示面
2 カバーガラス
10 投写用広角レンズ
11 微小ミラーデバイス
12 イメージサークル
20 照明系
21 照明ランプ
21a 白色光源
21b 楕円面鏡
22 カラーホイール
23 ロッドインテグレータ
24 照明レンズ
25 反射ミラー
Z 光軸
G1〜G3 レンズ群
L1〜L14 レンズ
R1〜R28 レンズ面等の曲率半径
D1〜D28 軸上面間隔
P0 投写画面中心位置
P1 投写画面上端位置
P2 投写画面下端位置
Q (投写画面の隅に対応した出射角度の)光線
1
Claims (6)
前記第1レンズ群は、3枚の負レンズからなり、
前記第2レンズ群は、拡大側より順に、正レンズおよび負レンズが互いに接合された接合レンズを含んでなり、
前記第3レンズ群は、拡大側から順に、正、負、正、負、正の屈折力をそれぞれ有する5枚の単レンズからなり、
前記第3レンズ群中に絞り位置が設定されている、ことを特徴とする投写用広角レンズ。 In order from the magnification side, the first lens group having negative refractive power, the second lens group having positive refractive power, and the third lens group having positive refractive power are arranged on the reduction side. A projection wide-angle lens that projects a light beam modulated by a micromirror device on the enlargement side, and the reduction side is non-telecentric,
The first lens group includes three negative lenses,
The second lens group includes, in order from the magnification side, a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are cemented with each other.
The third lens group includes, in order from the magnification side, positive, negative, positive, Ri Do negative, five of the single lens having positive refractive power, respectively,
The third lens aperture located in the group is set, projection wide-angle lens, characterized in that.
|νS−νL|<23.0 …… (1) The following conditional expression (1) is satisfied, where ν L and ν S are the Abbe numbers of the magnifying side lens and the reducing side lens that are cemented with each other on the cementing surface located on the most magnifying side of the second lens group, respectively. The wide-angle lens for projection according to claim 4 .
| Ν S −ν L | <23.0 (1)
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