JP6340889B2 - 投射用ズーム光学系および画像表示装置 - Google Patents

投射用ズーム光学系および画像表示装置 Download PDF

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Description

この発明は、投射用ズーム光学系および画像表示装置に関する。
画像表示装置は、プロジェクタ装置として実施できる。
装置前方のスクリーン上に拡大画像を投射するフロント投射型のプロジェクタ装置は、企業でのプレゼンテーション用や学校での教育用、家庭用に広く普及している。
近年、プロジェクタ装置の投射距離を小さくできる投射光学系として、レンズ系と曲面ミラーを組み合わせたものが提案されている(特許文献1、2)。
レンズ系と組み合わせられる曲面ミラーとしては、特許文献2に記載されたような凹面ミラーが多い。
特許文献1は、レンズ系と凸面ミラーを組み合わせた投射光学系を開示している。
特許文献1の投射光学系は、良好な性能を実現しているが、昨今の投射光学系に対して要望の高い変倍機能(ズーム機能)を持たない。
この発明は、レンズ系による屈折光学系と凸面ミラーとを組み合わせ、ズーム機能を実現した新規な投射用ズーム光学系の提供を課題とする。
この発明の投射用ズーム光学系は、画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する4群以上のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系で正の屈折力を有し、屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ、前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔:D M1−L11 、光学系全系の、広角端における焦点距離:FW、望遠端における焦点距離:FTが条件:
(1) 5.0 < D M1−L11 /|FW|< 10.0
(2) 4.0 < D M1−L11 /|FT|< 8.0
の少なくとも一方を満足する
このように、この発明によれば、新規な投射用ズーム光学系を実現できる。
この投射用ズーム光学系は、ズーム機能を有している。
実施例1の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例1の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例1の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例2の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例2の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例2の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例3の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例3の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例3の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例4の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例4の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例4の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例5の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例5の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例5の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 実施例6の投射用ズーム光学系の構成を示す断面図である。 実施例6の投射用ズーム光学系の光路図である。 実施例6の投射用ズーム光学系の収差曲線図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の概略構成図である。 画像表示装置としてのプロジェクタ装置の概略構成図(斜視図)である。
以下、発明を実施する形態を説明する。
図1、図4、図7、図10、図13、図16に、投射用ズーム光学系の実施の形態を6例示す。
これらの実施の形態の投射用ズーム光学系は、この順に、後述する具体的な実施例1ないし6に相当する。繁雑を避けるために、これらの図において符号を共通化する。
上記各図において、符号M1は「凸面ミラー」を示す。
また、符号G1は「第1レンズ群」、符号G2は「第2レンズ群」、符号G3は「第3レンズ群」、符号G4は「第4レンズ群」、符号G5は「第5レンズ群」をそれぞれ示す。
なお、符号MGは、レンズ群との対応で凸面ミラーM1を「ミラー群」として捉えた表示であり、後述の「投射用ズーム光学系」の実施例のデータの表における「Group」の欄に記載している。
各群のレンズについては、第iレンズ群(i=1〜5)において凸面ミラーM1側から数えてj番目のレンズを符号「Lij」で示す。
図1、図4、図7、図10、図13に示す実施の各形態は、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5の「5群のレンズ群」を有する。
図16に示す実施の形態は、第1レンズ群G1ないし第4レンズ群G4の「4群のレンズ群」を有する。
符号CGは「画像表示素子(「ライトバルブ」とも言う。)のカバーガラス」を示す。 以下に説明する実施の形態・実施例において、ライトバルブとしては「微小ミラーデバイスであるDMD」を想定している。
勿論、ライトバルブがDMDに限定される訳ではない。
図示されない画像表示素子の「画像表示面」は、上記各図に示されたカバーガラスCGの「図で左側の面」に密接している。
即ち、図1、図4、図7、図10、図13における第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5、図16における第1レンズ群G1ないし第4レンズ群は、凸面ミラーM1の側から画像表示面の側に向かって順次配列されている。
これら第1レンズ群ないし第5レンズ群、または第1レンズ群G1ないし第4レンズ群G4は、「屈折光学系」を構成する。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2と第5レンズ群G5は何れも負の屈折力を有し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は正の屈折力を有する。
これらの図において、屈折光学系の右側を「屈折光学系の拡大側」と言う。
なお、屈折光学系には「開口絞り」が配置されている。
開口絞りは、屈折光学系が5レンズ群構成の場合は、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の間に配置され、屈折光学系が4レンズ群構成の場合は、第4レンズ群内に配置される。
凸面ミラーM1は、投射用ズーム光学系の中で、負の屈折力をもつ光学素子として機能する。投射用ズーム光学系は勿論「全系としては正の屈折力」を持つ。
凸面ミラーM1は、結像光束を図の斜め左上方へ向けて反射し、同光束を、図示されない被投射面の実体をなすスクリーン上に拡大画像として投射する。
従って、凸面ミラーM1から見ると、上記各図における図の左方は縮小側であると共に、拡大側である。
即ち、上記各図に実施の形態を示された投射用ズーム光学系は、4群または5群のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される「屈折光学系」と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系は正の屈折力を有する。
図1、図4、図7、図10、図13における上段の図は「広角端における第1〜第5レンズ群G1〜G5と凸面ミラーM1の配置(広角と表示)」、下段の図は「望遠端における第1〜第5レンズ群G1〜G5と凸面ミラーM1の配置(望遠と表示)」を示す。
また、図16における上段の図は「広角端における第1〜第4レンズ群G1〜G4と凸面ミラーM1の配置(広角と表示)」、下段の図は「望遠端における第1〜第4レンズ群G1〜G4と凸面ミラーM1の配置(望遠と表示)」を示す。
上記各図において、上段の図と下段の図の間に描かれた矢印は、広角端から望遠端への変倍の際の、各レンズ群の変移の方向を示す。
屈折光学系が5レンズ群構成の場合は、変倍に際して、第2レンズ群G2が「画像表示面」の側に、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5が凸面ミラーM1側に移動する。
この場合、凸面ミラーM1と第1レンズ群G1と第3レンズ群G3とは移動しない。
屈折光学系が4レンズ群構成の場合は、変倍に際して、第2レンズ群G2が「画像表示面」の側に、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4が凸面ミラーM1側に移動する。
この場合、凸面ミラーM1と第1レンズ群G1は移動しない。
また、フォーカシング(合焦動作)は、屈折光学系の一部の群が移動することにより実行される。
説明中の実施の各形態では、フォーカシングは「屈折光学系における最も凸面ミラーM1側のレンズ群である第1レンズ群G1が、光軸方向に移動する」ことで行われる。
なお、このようなフォーカシングに限らず、フォーカス群を2以上とし、これらを同時に移動させるフローティング機構によるフォーカシングも可能である。
また、凸面ミラーM1の移動によりフォーカシングを行うことも可能である。
説明中の実施の形態では、凸面ミラーM1の反射面形状を「非球面形状」としている。
凸面ミラーM1の反射面形状としては「凸球面形状」も可能であるが、凸球面ミラーを用いる場合には、サイズが大きくならないように留意する必要がある。
凸面ミラーM1の反射面形状としてはまた「自由曲面形状」も可能である。
説明中の実施の形態の投射用ズーム光学系では、屈折光学系が「5群または4群のレンズ群」で構成されている。
しかし、これに限らず「6群以上のレンズ群」で構成することもできる。
投射用ズーム光学系の性能面と変倍比を考慮すると、屈折光学系を構成するレンズ群は「最小で4レンズ群」であることが必要である。
変倍全体での高性能を実現するためにも、屈折光学系を構成するレンズ群は4レンズ群以上であることが好ましい。
屈折光学系を構成するレンズ群数が2以下では、高性能と高変倍の実現が難しい。
この発明の投射用ズーム光学系は、上記構成において、以下の条件(1)、(2)の少なくとも一方を満足する。
また、後述の実施例にも示すように、屈折光学系を構成する4群以上のレンズ群の隣接する群の間隔が変倍に際して変化する。
(1) 5.0 < DM1−L11/|FW| < 10.0
(2) 4.0 < DM1−L11/|FT| < 8.0 。
条件(1)、(2)におけるパラメータの記号の意味は以下の通りである。
「DM1−L11」は、凸面ミラーM1と屈折光学系の最もミラー側のレンズ群である第1レンズ群G1との空気間隔(第1レンズ群G1の最も凸面ミラーM1側のレンズ面と凸面ミラーM1との光軸上の間隔)である。
「FW」は、光学系全系の広角端における焦点距離、「FT」は、光学系全系の望遠端における焦点距離である。
条件(1)と(2)は、投射用ズーム光学系の「サイズと光学性能」を最適にする条件である。
条件(1)、(2)の下限値を超えると、広角端や望遠端での光学系全系の焦点距離が長くなり、凸面ミラーによる反射光が屈折光学系のレンズに干渉して「光線がケラレる虞」がある。
条件(1)、(2)の上限値を超えると、広角端や望遠端での光学系全系の焦点距離が短くなり、各種の収差が発生しやすくなる。
また、凸面ミラーと屈折光学系の間の光路上の距離(凸面ミラーM1と第1レンズ系G1の最も凸面ミラーM1側のレンズの間の光軸上の距離)が長くなり、投射ズーム光学系のサイズが大きくなり易い。
条件(1)、(2)は少なくとも一方、好ましくは両方を満足するのが良い。
この発明の投射用ズーム光学系はまた、上記構成において、以下の条件(3)、(4)の1以上を満足することが好ましい。
(3) 12.0 < OAL/FLW < 15.0
(4) 1.0 < FLT/FLW < 2.0 。
条件(3)、(4)におけるパラメータの記号の意味は以下の通りである。
「OAL」は、広角端における「凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離」である。「FLW」は、広角端における屈折光学系の焦点距離である。
また「FLT」は、望遠端における屈折光学系の焦点距離である。
条件(3)は、広角化と高性能を両立させることを可能にする条件である。
条件(3)の上限値を超えると、広角端における屈折光学系の焦点距離:FLWが短くなり、屈折光学系のレンズ径の大径化を招来し易い。
また、屈折光学系のレンズ径の大径化は、凸面ミラーの大型化も招来し易い。
条件(3)の下限値を超えると、性能面では有利になるが、屈折光学系の全長が大きくなり易く、投射用ズーム光学系、延いては、画像表示装置の大型化を招来し易い。
条件(4)は「広角端と望遠端の屈折光学系の焦点距離」の比率、即ち、ズーム比率に関連するもので、下限値以下は存在しない。
条件(4)のパラメータが1の場合は、固定焦点となる。
条件(4)の上限値を超えると、倍率色収差が、特に望遠端で大きく発生し易くなる。
条件(1)〜(4)は、最も好ましくは、これら全てを満足することであるが、これらのうちの1つでも満足すれば、それに応じた効果が得られる。
即ち、条件(1)〜(4)は任意の1以上が満足されることが好ましい。
投射用ズーム光学系の具体的な実施例を挙げる前に、図19及び図20を参照して、画像表示装置としてのプロジェクタ装置の実施の1形態を簡単に説明する。
図19は、プロジェクタ装置の構成を示す図である。
ライトバルブとしてはDMDが採用されている。
図19に示すように、プロジェクタ装置1は、照明系2と、DMD3と、屈折光学系4と凸面ミラー5とによる「投射用ズーム光学系」を有する。
屈折光学系4と凸面ミラー5による投射用ズーム光学系は、請求項1〜9の何れか1項に記載されたもの、具体的には、後述の実施例1〜6の何れかのものを用いる。
照明系2から「RGB3色の光」を時間的に分離してDMD3に照射し、各色光が照射されるタイミングで「個々の画素に対応するマイクロミラーの傾斜」を制御する。
このようにしてDMD3に「投射されるべき画像」が表示される。
この画像により強度変調された光が、屈折光学系4と凸面ミラー5を介して、被投射面の実体をなすスクリーン6に拡大投射される。
照明系2は、光源21、コンデンサーレンズCL、RGBカラーホイールCW、ミラーM1を備えており、これを配置するスペースを「ある程度大きく確保」する必要がある。
このため、照明系2からDMD3に入射させる照明光の入射角をある程度大きくする必要がある。
屈折光学系4と照明系2のスペースの上記の如き関係上、屈折光学系4のバックフォーカスをある程度確保する必要がある。
なお、コンデンサーレンズCL、RGBカラーホイールCWとミラーMとは「照明光学系」を構成する。
実施例1ないし5のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、DMD3に最も近い第5レンズ群G5が拡大側に移動する。
実施例6のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、DMD3に最も近い第4レンズ群G4が拡大側に移動する。
従って、変倍中においてもバックフォーカスは十分に大きく確保される。
図20は図19の斜視図である。
上に実施の形態を説明した投射用ズーム光学系では、結像光束として「斜光束(画素からの主光線を含み、開口絞りを通過する光束であって、主光線が屈折光学系の光軸に対して傾いている光束)」である。
この発明の投射用ズーム光学系では、屈折光学系を通過した光線を被投射面側へ反射するミラーが凸面ミラーである。
従来から知られている「屈折光学系と凹面ミラー」を組み合わせた投射光学系では、屈折光学系と凹面ミラーの間で一旦結像する「中間像」が存在する。
このように中間像を結像させる方式は、投射光学系の短焦点化に有利ではあるが、光線が「一部分で密集して高温状態となる」ので取り扱いに危険が伴う。
この発明のように、凸面ミラーを用いると、画像表示素子からスクリーンに至る光路上に中間像は存在しない。
従って、上記「光線の密集による危険性」はない。また、屈折光学系と凸面ミラーの間で組付け感度の低減の効果がある。
以下に、この発明の投射用ズーム光学系の具体的な実施例を6例挙げる。
各実施例における記号の意味は以下の通りである。
F:全系の焦点距離
Fno:開口数
R:曲率半径(非球面にあっては「近軸曲率半径」)
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
ωW:広角端における半画角
BF:バックフォーカス 。
なお、この発明の投射用ズーム光学系では、凸面ミラーにより光束を「屈折光学系の縮小側」へ反転させるので「全系の焦点距離」は計算上「負値」をとる。
非球面の表示は、周知の次式による。
X=(H/R)/[1+{1−K(H/r)}1/2
+C4・H+C6・H+C8・H+C10・H10+・・・ 。
この式において、Xは「面頂点を基準としたときの光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位」、Kは「円錐係数」である。
また、C4、C6、C8、C10・・は「非球面係数」である。
なお、距離の次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「mm」である。
「実施例1」
実施例1の投射用ズーム光学系は、図1に示したものである。
図1に示すように、右側から、凸面ミラーM1(MG)、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5で構成されている。
第1レンズ群G1は、レンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成され、第3レンズ群G3はレンズL31で構成されている。
また、第4レンズ群G4は、L41とL42で構成され、第5レンズ群G5はL51〜L54で構成されている。
前述の如く、ライトバルブとしてはDMDが想定され、DMDはカバーガラスCGを有する。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、凸面ミラーM1側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいメニスカスレンズL12、両凹レンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、縮小側に凸の正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と両凸レンズL42で構成されている。
第5レンズ群G5は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL51と、凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL52、縮小側に凸の負メニスカスレンズL53、両凸レンズのL54で構成されている。
負メニスカスレンズL51と正メニスカスレンズL52は接合されている。
なお、実施例1〜5に関する説明において、「両凸レンズ」は正レンズ、「両凹レンズ」は負レンズの1形態である。
図2には、実施例1の投射用ズーム光学系の光路図として、上側に「広角端の光路図」、下側に「望遠端の光路図」を示す。
DMDの高さ方向の上端と下端からの出た光線が屈折光学系を介して凸面ミラーM1に反射され、スクリーン側に投射されることを示している。
後述の実施例2〜6の光路図も同様に、それぞれ図5、図8、図11、図14、図17に示す。
実施例1の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ:Fno、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−9.2〜−11.1mm、Fno=2.56〜2.89、ωW=53.9°
実施例のデータを表1に示す。
Figure 0006340889
表1において、面番号は被投射面(スクリーン)側から数えた面の番号で、開口絞りの面(表中の面番号:22)、カバーガラスCGの面(表中の面番号:30、31)を含む。
また、表中における「inf」は、面の曲率半径が無限大であることを示す。「*」は、この記号が付された面が「非球面」であることを示す。
これらの事項は、実施例2以下の各実施例においても同様である。
「非球面のデータ」
非球面のデータを表2に示す。
Figure 0006340889
表2の表記において、例えば「1.8756E-23」は「1.8756×10-23」を意味する。以下においても同様である。
表1において、S8、S15、S17、S22、S29は、変倍に際して変化するレンズ群間隔(以下「可変レンズ群間隔」と言う。)を表す。
投射距離はS0であるが、光線の方向が凸面ミラーにより反転されるので、マイナスで表示する。
投射距離:S0を1100mmとしたときの、上記可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表3に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を表4に示す。
Figure 0006340889
図3に、実施例1の収差図を示す。
図3において、上段は「広角端(広角と表示)」、中段は「中間焦点距離(中間と表示)、下段は「望遠端(望遠と表示)」における収差を示している。
各段の収差図において、左側の図は「球面収差」、中央の図は「非点収差」、右側の図は「歪曲収差」である。
「球面収差」の図におけるR、G、Bはそれぞれ、波長:R=625nm、G=550nm、B=460nmを表す。
「非点収差」の図における「T」はタンジェンシアル、「S」はサジタルの各光線に対するものであることを示す。
なお、非点収差および歪曲収差については、波長:550nmについて示している。
収差図におけるこれ等の表示は以下の実施例2〜6の収差図においても同様である。
「実施例2」
実施例2の投射用ズーム光学系は、図4に示したものである。
図4に示すように、図の右側から、凸面ミラー群M1(MG)、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5が配されている。
第1レンズ群G1は、凸面ミラーM1の側からレンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成されている。
また、第3レンズ群G3はレンズL31で構成され、第4レンズ群G4は、L41とL42で構成され、第5レンズ群G5はL51〜L54で構成されている。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、凸面ミラーM1側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズL12、両凹レンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、縮小側に凸の正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と両凸レンズL42で構成されている。
第5レンズ群G5は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL51と、凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL52、縮小側に凸の負メニスカスレンズL53、両凸レンズのL54で構成されている。負メニスカスレンズL51と正メニスカスレンズL52は接合されている。
実施例2の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−9.3〜−11.2mm、Fno=2.55〜2.89、ωW=52.6°
実施例のデータを表5に示す。
Figure 0006340889
「非球面のデータ」
非球面のデータを表6に示す。
Figure 0006340889
投射距離を1100mmとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表7に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を、表8に示す。
Figure 0006340889
図5に実施例2の光路図を図2に倣って、また図6に実施例2の収差図を図3に倣って示す。
「実施例3」
実施例3の投射用ズーム光学系は、図7に示したものである。
図7に示すように、図の右側から、凸面ミラーM1(MG)、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5レンズ群が配されている。
第1レンズ群G1はレンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成され、第3レンズ群G3はレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、L41とL42で構成され、第5レンズ群G5はL51〜L54で構成されている。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、凸面ミラーM1側に凹でレンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズL12、両凹レンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、縮小側に凸の正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と両凸レンズL42で構成されている。
第5レンズ群G5は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL51と、凸凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL52、縮小側に凸の負メニスカスレンズL53、両凸レンズのL54で構成されている。負メニスカスレンズL51と正メニスカスレンズL52は接合されている。
実施例3の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−8.4〜−10.0mm、Fno=2.56〜2.90、ωW=55.5°
実施例のデータを表9に示す。
Figure 0006340889
「非球面のデータ」
非球面のデータを表10に示す。
Figure 0006340889
投射距離を1000mmとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表11に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を、表12に示す。
Figure 0006340889
図8に実施例3の光路図、図9に実施例3の収差図を示す。
「実施例4」
実施例4の投射用ズーム光学系は、図10に示したものである。
図10に示すように、図の右側から、凸面ミラーM1(MG)、第1レンズ群G1〜第5レンズ群G5が配されている。
第1レンズ群G1は、レンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成され、第3レンズ群G3はレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、レンズL41とL42で構成され、第5レンズ群G5はレンズL51〜L54で構成されている。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、凸面ミラーM1側に凹で、レンズ周辺部分が縮小側に変曲されている偏肉比が小さいにスカスレンズL12、両凹レンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、縮小側に凸の正メニスカスレンズL31により構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と両凸レンズL42で構成されている。
第5レンズ群G5は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL51と、凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL52、縮小側に凸の負メニスカスレンズL53、両凸レンズのL54で構成されている。負メニスカスレンズレンズL51と正メニスカスレンズL52は接合されている。
実施例4の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−9.1〜−10.9mm、Fno=2.55〜2.89、ωW=53.3°
実施例のデータを表13に示す。
Figure 0006340889
「非球面のデータ」
非球面のデータを表14に示す。
Figure 0006340889
投射距離を1084.5mmとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表15に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を、表16に示す。
Figure 0006340889
図11に実施例4の光路図、図12に実施例4の収差図を示す。
「実施例5」
実施例5の投射用ズーム光学系は、図13に示したものである。
図13に示すように、図の右側から、凸面ミラーM1(MG)、第1レンズ群G1ないし第5レンズ群G5が配されている。
第1レンズ群G1はレンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成され、第3レンズ群G3はレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、L41とL42で構成され、第5レンズ群G5はL51〜L54で構成されている。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、レンズ中心部とレンズ周辺部分の偏肉比が小さいにスカスレンズL12、両凹レンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、縮小側に凸の正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と両凸レンズL42で構成されている。
第5レンズ群G5は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL51と、凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL52、縮小側に凸の負メニスカスレンズL53、両凸レンズのL54で構成されている。負メニスカスレンズL51と正メニスカスレンズL52は接合されている。
実施例5の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−8.4〜−10.0mm、Fno=2.56〜2.90、ωW=55.5°
実施例のデータを表17に示す。
Figure 0006340889
「非球面のデータ」
非球面のデータを表18に示す。
Figure 0006340889
投射距離を1000mmとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表19に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を、表20に示す。
Figure 0006340889
図14に実施例5の光路図、図15に実施例5の収差図を示す。
「実施例6」
実施例6の投射用ズーム光学系は、図16に示したものである。
図16に示すように、図の右側から、凸面ミラーM1(MG)、第1レンズ群G1ないし第4レンズ群G4が配されている。
第1レンズ群G1はレンズL11〜L13で構成され、第2レンズ群G2はレンズL21〜L24で構成され、第3レンズ群G3はレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4はL41〜L46で構成されている。
広角端から望遠端に変倍する際、屈折光学系の第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は凸面ミラーM1側に移動する。
凸面ミラーM1、第1レンズ群G1は、変倍に際して不動である。
第1レンズ群G1は負群で、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL11、レンズ中心部とレンズ周辺部分の偏肉比が小さいにスカスレンズL12、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズのL13で構成されている。
第2レンズ群G2は負群で、両凸レンズL21、両凹レンズL22、縮小側に凸の正レンズL23、縮小側に凸の負メニスカスレンズL24で構成されている。正レンズL23と負メニスカスレンズL24は接合されている。
第3レンズ群G3は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は正群で、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL41と、凸面ミラーM1側に凸の正レンズL42と、凸面ミラーM1側に凸の負メニスカスレンズL43、凸面ミラーM1側に凸の正メニスカスレンズL44、凸面ミラーM1側に凹の負メニスカスレンズL45、両凸レンズのL46で構成されている。
負メニスカスレンズL43と正メニスカスレンズL44は接合されている。
実施例6の、全系の焦点距離:Fの範囲、Fナンバ、広角端における半画角:ωWは、以下のとおりである。
F=−9.6〜−11.5mm、Fno=2.56〜2.89、ωW=54.5°
実施例のデータを表21に示す。
Figure 0006340889
「非球面のデータ」
非球面のデータを表22に示す。
Figure 0006340889
投射距離を1150mmとしたときの、可変レンズ群間隔を、広角端・中間・望遠端について、表23に示す。
Figure 0006340889
「各条件のパラメータの値」
条件(1)〜(4)のパラメータの値を、表24に示す。
Figure 0006340889
図17に実施例6の光路図、図18に実施例6の収差図を示す。
収差図に示すように、実施例1〜6の投射用ズーム光学系は、何れも、球面収差、非点収差、像面湾曲、倍率色収差、歪曲収差の諸収差が十分に補正されている。
各実施例は、凸面ミラーと屈折系の組み合わせによって、広角端における半画角:53度以上で、変倍比:1.2倍以上が実現されている。
実施例1〜6に示されたように、第1レンズ群G1は、2または3枚のレンズで構成されている。
第1レンズ群は、レンズ径の大きいレンズが用いられるが、実施例のように、第1レンズ群の構成を2枚または3枚とすることで、第1レンズ群を軽量化できる。
この軽量化により、自重によるレンズの偏心を抑えることができる。
第1レンズ群に、非球面レンズを少なくとも1枚配することにより、歪曲収差を効果的に小さくすることが可能となる。
実施例1〜6では、収差図に示す如く、歪曲収差が「積極的に小さく補正する」ことができている。
実施例1〜6において、第1レンズ群G1には「非点収差と歪曲収差の補正効果」を持たせている。
実施例1〜6においてはまた、第1レンズ群G1の「最も拡大側の面を、拡大側に凸面形状、最も縮小側の面は凹面形状」としている。
このようにすることにより、変倍時における「像面湾曲と歪曲収差の変動を低減」させる効果を得ることができている。
実施例1〜5の投射用ズーム光学系は何れも、広角端から望遠端への変倍の際、凸面ミラーと屈折光学系の第1レンズ群G1と第3レンズ群G3は固定である。
そして、第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5は凸面ミラーM1側に移動する。
実施例6の投射用ズーム光学系は、広角端から望遠端への変倍の際、凸面ミラーM1と屈折光学系の第1レンズ群G1は固定である。
第2レンズ群G2は縮小側に移動し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4は凸面ミラーM1側に移動する。
このようにすることにより、変倍の際の諸収差の変動を小さくできている。
以上のように、この発明によれば、以下の如き投射用ズーム光学系と画像表示装置を実現できる。
[1]
画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する4群以上のレンズ群G1〜G4、ないし、G5又はそれ以上で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーM1とからなり、全系で正の屈折力を有し、屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ、前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔:D M1−L11 、光学系全系の、広角端における焦点距離:FW、望遠端における焦点距離:FTが条件:
(1) 5.0 < D M1−L11 /|FW|< 10.0
(2) 4.0 < D M1−L11 /|FT|< 8.0
の少なくとも一方を満足する投射用ズーム光学系。
[2]
[1]に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系の一部のレンズ群G1が光軸上で移動することにより、フォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
[3]
[1]または[2]に記載の投射用ズーム光学系において、凸面ミラーM1の反射面形状が非球面形状である投射用ズーム光学系。
[4]
[1]ないし[3]の何れか1に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における、屈折光学系の焦点距離:FLW、凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離:OALが、条件:
(3) 12.0 < OAL/|FLW| < 15.0
を満足する投射用ズーム光学系。
[5]
[1]ないし[4]の何れか1に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における屈折光学系の焦点距離:FLWおよび、望遠端における屈折光学系の焦点距離:FTが、条件:
(4) 1.0 < FLT/FLW < 2.0
を満足する投射用ズーム光学系。
[6]
[1]ないし[5]の何れか1に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系が、凸面ミラーM1の側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4、負の屈折力の第5レンズ群G5を配してなり、変倍に際して、第1レンズ群G1と第3レンズ群G3を除く他の3レンズ群G2、G4、G5が光軸方向へ移動し、凸面ミラーM1が不動である投射用ズーム光学系。
[7]
[1]ないし[5]の何れか1に記載の投射用ズーム光学系において、屈折光学系が、凸面ミラーM1の側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4を配してなり、変倍に際して、第1レンズ群G1を除く他の3レンズ群G2、G3、G4が光軸方向へ移動し、凸面ミラーM1が不動である投射用ズーム光学系。
[8]
[6]または[7]記載の投射用ズーム光学系において、第1レンズ群G1の光軸方向における移動によりフォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
[9]
拡大投射するべき画像を画像表示素子の画像表示面に表示し、表示された画像を投射光学系により被投射面上に拡大画像として投射する画像表示装置であって、投射光学系として、[1]ないし[8]の何れか1に記載の投射用ズーム光学系を用いる画像表示装置。
[10]
[9]記載の画像表示装置において、光源21と、該光源からの光で画像表示素子3の画像表示面を照明する照明光学系CL、CW、Mと、を有する画像表示装置。
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、画像表示素子は、上に例示したDMDに限らず、液晶パネル等でもよく、また「自己発光機能がなく照明光学系を必要とするもの」に限らず、発光素子アレイの如く自己発光機能を持つものを用いることもできる。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
M1 凸面ミラー
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
特許4464948号 特許4668159号

Claims (10)

  1. 画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面に拡大画像として投射する画像表示装置の投射光学系を構成する投射用ズーム光学系であって、
    変倍の際に隣り合う群の間隔が変化する4群以上のレンズ群で構成され、画像表示素子側に配置される屈折光学系と、該屈折光学系の拡大側に配置されて負の屈折力を有する凸面ミラーとからなり、全系で正の屈折力を有し、
    屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、変倍が行われ
    前記凸面ミラーと前記屈折光学系の最も凸面ミラー側のレンズ群との光軸上の空気間隔:D M1−L11 、光学系全系の、広角端における焦点距離:FW、望遠端における焦点距離:FTが条件:
    (1) 5.0 < D M1−L11 /|FW|< 10.0
    (2) 4.0 < D M1−L11 /|FT|< 8.0
    の少なくとも一方を満足する投射用ズーム光学系。
  2. 請求項1記載の投射用ズーム光学系において、
    屈折光学系の一部のレンズ群が光軸上で移動することにより、フォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
  3. 請求項1または2に記載の投射用ズーム光学系において、
    凸面ミラーの反射面形状が非球面形状である投射用ズーム光学系。
  4. 請求項1ないし3の何れか1項に記載の投射用ズーム光学系において、
    広角端における、屈折光学系の焦点距離:FLW、凸面ミラーから画像表示面までの光軸上の距離:OALが、条件:
    (3) 12.0 < OAL/|FLW|< 15.0
    を満足する投射用ズーム光学系。
  5. 請求項1ないし4の何れか1項に記載の投射用ズーム光学系において、広角端における屈折光学系の焦点距離:FLWおよび、望遠端における屈折光学系の焦点距離:FTが、条件:
    (4) 1.0 < FLT/FLW < 2.0
    を満足することを特徴とする投射用ズーム光学系。
  6. 請求項1ないし5の何れか1項に記載の投射用ズーム光学系において、
    屈折光学系が、凸面ミラーの側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群、負の屈折力の第5レンズ群を配してなり、
    変倍に際して、第1レンズ群と第3レンズ群を除く他の3レンズ群が光軸方向へ移動し、凸面ミラーが不動である投射用ズーム光学系。
  7. 請求項1ないし5の何れか1項に記載の投射用ズーム光学系において、
    屈折光学系が、凸面ミラーの側から画像表示面の側へ向かって順次、負の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群を配してなり、
    変倍に際して、第1レンズ群を除く他の3レンズ群が光軸方向へ移動し、凸面ミラーが不動である投射用ズーム光学系。
  8. 請求項6または7記載の投射用ズーム光学系において、
    第1レンズ群の光軸方向における移動によりフォーカシングが行われる投射用ズーム光学系。
  9. 拡大投射するべき画像を画像表示素子の画像表示面に表示し、表示された画像を投射光学系により被投射面上に拡大画像として投射する画像表示装置であって、
    投射光学系として、請求項1ないし8の何れか1項に記載の投射用ズーム光学系を用いる画像表示装置
  10. 請求項9記載の画像表示装置において、
    光源と、該光源からの光で画像表示素子の画像表示面を照明する照明光学系と、を有する画像表示装置。
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