JPH10260351A

JPH10260351A - 投射用レンズ

Info

Publication number: JPH10260351A
Application number: JP6598097A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Kono; 義次河野
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【目的】単板式リア型液晶プロジェクタ用の投射用レン
ズに適した性能良好な投射用レンズを実現する。【構成】拡大側から縮小側へ向かって負・正の屈折力配
分を有し、レンズ系内に開口絞りＳを有し、拡大側から
数えて第２番目のレンズ１２が凸面を拡大側に向けたメ
ニスカス負レンズ、同第３番目のレンズ１３が負レンズ
であり、縮小側から数えて第１番目および第２番目のレ
ンズ１９，１８が共に正レンズで、これら縮小側から数
えて第１，第２番目のレンズは、互いに凸面同志で対向
し、一方が両凸レンズ、他方がメニスカス正レンズであ
り、縮小側においてテレセントリック性を有し、開口絞
りよりも縮小側に位置する正レンズに用いられている材
質のアッベ数の平均値をν_dP、同じく負レンズに用いら
れている材質のアッベ数の平均値をν_dMとする時、これ
らが条件：（１）ν_dP−ν_dM＞２５を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は液晶等の小型の画
像表示デバイスに表示された画像をスクリーン上に拡大
投射する投射用レンズに関する。この投射用レンズは特
に、画像表示デバイスに表示された画像をスクリーンの
背面側から拡大投射する「単板式リア型液晶プロジェク
タ」の投射用レンズとして好適である。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面の画像を見ることのできる
画像表示装置として液晶プロジェクタが普及している。
液晶プロジェクタの１ジャンルをなす「単板式」液晶プ
ロジェクタは、画像表示デバイスとして用いられる液晶
パネルが１枚ですむため、構成部品が少なく、微妙な組
立調整が必要ない等、コスト面で上大きなメリットを持
っている。単板式液晶プロジェクタは、ローエンド機以
外では、光源から発せられる光の利用効率を上げるた
め、液晶パネルに色フィルタを用いない方式が主流にな
りつつある。

【０００３】図９に示すように、光源から発した光は、
図示されないリレー光学系等により光軸との平行性の良
い光線とされ、ダイクロイックミラーＤＭ−Ｒ，ＤＭ−
Ｇ，ＤＭ−Ｂに依る分光系でＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の３原色に分けられて液晶パネル１２に入射す
る。液晶パネル１２には、図１０に説明図として示すよ
うに、マイクロレンズのアレイＭＬＡが設けられ、入射
してくるＲ，Ｇ，Ｂの各色の光を、マイクロレンズへの
入射方向（上記ダイクロイックミラーＤＭ−Ｒ等の相対
的な傾きにより定まる）に応じ、基板１２Ａを介して、
液晶層１２Ｂの各画素に集光させる。液晶層１２Ｂにお
けるＲ，Ｇ，Ｂは、当該画素に表示されるのがそれぞれ
表示すべきカラー画像の赤・緑・青色成分であることを
示している。

【０００４】図９に戻ると、液晶パネル１２を透過した
光は画素毎の透過率の違いにより画像情報を乗せ、投射
用レンズ１４によってスクリーンＳｃに拡大投射され
る。

【０００５】単板式液晶プロジェクタでは、色毎に独立
して投射用レンズのフォーカス調整ができないため、投
射用レンズは、軸上色収差が十分に補正され、色による
ピントずれが少ないことが必要である。また、投射用レ
ンズの倍率色収差が大きいと、画素と画素との間隔がス
クリーン上の画像で所により異なり、色再現性の低下を
招くため、倍率の色収差も十分に補正される必要があ
る。

【０００６】一般にプロジェクタは画像の輪郭がはっき
り現れ、輪郭の歪みは目だち易いため、投射用レンズ
は、歪曲収差の絶対値が小さく、かつ、異なる像高間の
歪曲収差量の差が小さく抑えられている必要がある。

【０００７】また、図９に示したようなタイプの単板式
液晶プロジェクタでは、マイクロレンズの集光作用によ
り光線が光軸に対して比較的大きな角度を持つので、光
を損失なく取り込むためにＦ／Ｎｏ．の小さな明るい投
射用レンズが必要とされる。

【０００８】さらに、リア型液晶プロジェクタでは、ス
クリーンからレンズ第１面までの距離（本来は像距離と
いうべきであるが、通例に従い「物体距離」という）が
長いと、プロジェクタ本体の奥行きが大きくなるため、
物体距離はできる限り短い方が良い。一方、スクリーン
サイズ、即ち画面サイズは大きめのものが望まれる。

【０００９】このため、短い物体距離・大画面という２
つの要望を満たすため、投射画角の大きな投射用レンズ
が必要になる。また、画角による色シェーディングを少
なくするため、および、光源から発せられる光の利用効
率を高めるためには、縮小側においてテレセントリック
であることが望ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、単板式リ
ア型液晶プロジェクタ用の投射用レンズに求められる上
記要請を有効に満足させうる性能良好な投射用レンズの
実現を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の投射用レンズ
は、拡大側から縮小側へ向かって負・正の屈折力配分を
有し、レンズ系内に開口絞りを有する。図１に例示する
ように、拡大側から数えて第２番目のレンズ１２が凸面
を拡大側に向けたメニスカス負レンズ、同第３番目のレ
ンズ１３が負レンズであり、縮小側から数えて第１番目
および第２番目のレンズ１９，１８が共に正レンズで、
これら縮小側から数えて第１，第２番目のレンズは、互
いに凸面同志で対向し、一方が両凸レンズ、他方がメニ
スカス正レンズである。そして、投射用レンズは縮小側
においてテレセントリック性を有し、開口絞りよりも縮
小側に位置する正レンズに用いられている材質のアッベ
数の平均値をν_dP、同じく負レンズに用いられている材
質のアッベ数の平均値をν_dMとする時、これらが条件：（１） ν_dP−ν_dM＞２５を満足する（請求項１）。

【００１２】この発明の投射用レンズは、前述の如く、
単板式リア型液晶プロジェクタに好適に用いられるよう
に、Ｆ／Ｎｏ．が小さく、大口径で広画角であることが
要請されるので、拡大側から縮小側に向かって負・正の
屈折力配分とし、基本的なレンズ構成をレトロフォーカ
ス型とすることでこれらの要求を満たしている。このよ
うな屈折力配分において、拡大側から数えて第２番目
に、拡大側に凸面を向けたメニスカス負レンズを、同第
３番目に負レンズを配置することでレトロフォーカスタ
イプの拡大側の凹レンズで発生する収差を低減してい
る。

【００１３】また、縮小側から数えて第１番目および第
２番目のレンズを共に正レンズとなし、且つ、これらの
一方を両凸レンズ、他方をメニスカス正レンズとし、こ
れらの凸面を向かい合わせることで、レンズ枚数の少な
いレンズ構成でありながら、縮小側において軸外光束の
主光線が光軸に対し略平行となる、所謂「テレセントリ
ック性」を確保しつつ、良好な像性能を得ている。

【００１４】また、条件（１）を満足させることで、投
射用レンズの軸上色収差、倍率色収差を補正し、色毎の
ピントずれ、及び、各色間の画素ズレを少なく抑えるこ
とを可能としている。

【００１５】上記縮小側から数えて第１，第２番目のレ
ンズは、第１番目を「両凸レンズ」、第２番目を「縮小
側に凸面を向けたメニスカス正レンズ」とすることがで
き（請求項２）、この場合、縮小側から数えて第３番目
のレンズを「両凹レンズ」、同第４番目のレンズを「両
凸レンズ」とし、これらを接合することができる（請求
項３）。

【００１６】あるいは、上記縮小側から数えて第１番目
のレンズを「縮小側に凹面を向けたメニスカス正レン
ズ」、同第２番目のレンズを「両凸レンズ」としても良
く（請求項４）、この場合には、縮小側から数えて第３
番目のレンズを「両凸レンズ」、同第４番目のレンズを
「両凹レンズ」とし、これらを接合することができる
（請求項５）。このような接合レンズの使用により、大
口径レンズにありがちな「横収差の色による増大」を有
効に防ぐことができる。

【００１７】また、拡大側に於ては、拡大側から数えて
第１のレンズを「凸面を拡大側に向けたメニスカス負レ
ンズ」、同第３番目のレンズを「両凹レンズ」とするこ
とができる（請求項６）。このようにすることにより、
光束の屈折角が特定の面において大きくなることがな
く、収差発生量が少ない状態で光束を後続のレンズに導
くことができる。

【００１８】この発明の投射用レンズは、全系の焦点距
離：ｆ、開口絞りから最も縮小側に位置するレンズ面ま
での長さ：ｄｓが条件：（２）２＜ｄs／ｆ＜３．５を満足することが好ましい（請求項７）。

【００１９】この場合、最も拡大側寄りのレンズの縮小
側の面と、拡大側から数えて第３番目のレンズの少なく
とも一方の面、更に縮小側から数えて第２番目のレンズ
の少なくとも一方の面を「軸対称非球面」とすることが
好ましい（請求項８）。

【００２０】上記条件（２）は、縮小側におけるテレセ
ントリック性を「より良好にする」ための条件であり、
下限を越えると、開口絞りから縮小側の像面までの間に
位置するレンズ群の屈折力が不足し、軸外主光線が光軸
に対して発散する傾向となってテレセントリック性の維
持が難しくなる。条件（２）の上限を越えると、レンズ
全長が長くなり、プロジェクタ本体が大型化する他、同
レンズ群の屈折力が過剰となり、軸外主光線が光軸に対
して収束する方向に進む傾向となって、この場合もテレ
セントリック性の維持が難しくなる。

【００２１】この場合において、最も拡大側寄りのレン
ズの縮小側の面に「軸対称非球面」を用いることで「歪
曲収差をより良好に補正する」ことが可能となり、縮小
側から数えて第２番目のレンズの少なくとも一方の面に
軸対称非球面を用いることで「軸外における像面の倒
れ」をより良好に補正することが可能となる。更に、拡
大側から数えて第３番目のレンズの少なくとも一方の面
を軸対称非球面とすることも「軸外における像面の倒
れ」を補正するのに有効である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜図４に、この発明の投射用
レンズの実施の形態を表すレンズ構成を４例示す。図
１，３，４に示すのは、請求項１，２，３，６記載の発
明の投射用レンズのレンズ構成であり「９枚構成」であ
る。図２に示すのは請求項１，４，５，６記載の発明の
投射用レンズのレンズ構成であり「８枚構成」である。

【００２３】これらの実施の形態において、上記の条件
を満足することにより、投射半画角が４２°以上と広画
角で、Ｆ／Ｎｏ．：１．６程度と大口径でありながら、
単板式リア型液晶プロジェクタ用の投射用レンズとして
必要な、色収差、歪曲収差の十分な補正が可能で、十分
な解像力、ＭＴＦ性能の達成が可能である。

【００２４】

【実施例】以下、具体的な実施例を４例上げる。図１に
例示するように、スクリーン側（拡大側）から数えて第
ｉ番目の面（開口絞りの面を含む）の曲率半径をＲ_i 、
スクリーン側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の
面の間の軸上間隔をＤ_i 、スクリーン側から数えて第ｊ
番目のレンズのｄ線に対する屈折率をＮ_j、アッベ数を
ν_j で表す。またＤ₀（ｉ＝０）はスクリーンから第１
番目のレンズ面までの距離、最終面のＤ_i は最も縮小側
のレンズ面から液晶パネル面までの距離である。また、
ｆは全系の焦点距離、Ｆ／Ｎｏ．はＦナンバ、ωは半画
角を表す。

【００２５】軸対称非球面は、周知の如く、面の頂点を
基準とした面の光軸方向への深さ：Ｚ、光軸からの光軸
に垂直な方向への距離：Ｈ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定
数：Ｋ、Ｈの各次数における係数：Ａ〜Ｅを用いて、Ｚ＝(１/Ｒ)・Ｈ²／[１＋√{１−(Ｋ＋１)・(１／Ｒ)²
・Ｈ²}＋Ａ・Ｈ⁴＋Ｂ・Ｈ⁶＋Ｃ・Ｈ⁸＋Ｄ・Ｈ¹⁰＋Ｅ・
Ｈ¹² のように表される曲線を光軸の回りに回転させて得られ
る曲面であり、上記Ｒ，Ｋ，Ａ〜Ｅを与えて特定する。
計数：Ａ〜Ｅの記述において、Ｅとそれに続く数値は
「べき乗」を意味する。例えば「Ｅ−９」は「１０~⁹」
を意味し、この数値がその直前の数値にかかるのであ
る。各実施例とも、焦点距離及びＦ／Ｎｏ．の算出基準
波長は５３５ｎｍである。

【００２６】実施例１ｆ＝２０．８，Ｆ／Ｎｏ．＝１．６，ω＝４２．２度ｉＲ_i Ｄ_i ｊＮ_j ν_j ０ 576.2 １ 147.426 5.22 １ 1.49194 57.2 ２ 68.040 4.64 ３ 65.413 3.5 ２ 1.49194 57.2 ４ 22.372 17.22 ５ -49.032 3.5 ３ 1.49194 57.2 ６ 111.942 14.64 ７ ∞（絞り） 0.4 ８ 230.022 5.64 ４ 1.80610 33.3 ９ -51.678 6.62 １０ -335.100 6.61 ５ 1.69680 55.5 １１ -42.620 2.5 １２ 37.339 12.18 ６ 1.69680 55.5 １３ -38.454 2 ７ 1.84666 23.8 １４ 25.983 9.46 １５ -45.203 4.49 ８ 1.49194 57.2 １６ -31.899 0.4 １７ 57.863 12.98 ９ 1.69680 55.5 １８ -57.863 21.2 。

【００２７】非球面第２面 K=-10.02160，A=-0.47471E-5，B=0.20871E-8，C=0.54978E-12， D=-0.79777E-15，E=0.19755E-18 第６面 K=41.0934，A=0.24163E-4，B=C=D=E=0 第１６面 K=-0.71089，A=0.49892E-5，B=0.23955E-8，C=D=E=0 。

【００２８】条件（１），（２）のパラメータの値 ν_dP−ν_dM＝２７．６，ｄs／ｆ＝３．０４実施例２ｆ＝２０．９，Ｆ／Ｎｏ．＝１．６１，ω＝４２．１度ｉＲ_i Ｄ_i ｊＮ_j ν_j ０ 579 １ 147.496 5.23 １ 1.49194 57.2 ２ 57.867 4.49 ３ 91.200 4.96 ２ 1.49194 57.2 ４ 26.153 15.54 ５ -123.823 2 ３ 1.49194 57.2 ６ 56.103 5.56 ７ 34.155 13 ４ 1.83400 37.3 ８ -133.407 6.56 ９ ∞（絞り） 10.53 １０ -26.303 2 ５ 1.92286 20.9 １１ 125.858 8.92 ６ 1.77250 49.6 １２ -33.135 0.4 １３ 55.283 12.73 ７ 1.49194 57.2 １４ -37.715 0.4 １５ 37.353 7.67 ８ 1.77250 49.6 １６ 67.382 24.64 。

【００２９】非球面第２面 K=-2.91333，A=-0.61882E-5，B=0.20662E-8，C=0.77419E-12， D=-0.75531E-15，E=0.15568E-18 第６面 K=6.00139，A=0.10609E-4，B=0.11566E-7，C=-0.38981E-10， D=E=0 第１４面 K=-0.87798，A=0.66003E-5，B=0.20424E-8，C=D=E=0 。

【００３０】条件（１），（２）のパラメータの値 ν_dP−ν_dM＝３１．２，ｄs／ｆ＝２．０４実施例３ｆ＝２０．９１，Ｆ／Ｎｏ．＝１．６１，ω＝４２．１度ｉＲ_i Ｄ_i ｊＮ_j ν_j ０ 579 １ 145.689 5.02 １ 1.49194 57.2 ２ 58.913 5.73 ３ 89.625 2.5 ２ 1.49194 57.2 ４ 26.154 17.425 ５ -57.782 2.28 ３ 1.49194 57.2 ６ 53.542 6.07 ７ 145.480 8.46 ４ 1.80610 33.3 ８ -66.276 14.67 ９ 142.496 7.45 ５ 1.69680 55.5 １０ -42.829 0.4 １１ ∞（絞り） 5.25 １２ 33.499 8.69 ６ 1.69680 55.5 １３ -47.720 2 ７ 1.80518 25.5 １４ 23.997 12.24 １５ -65.494 5.05 ８ 1.49194 57.2 １６ -35.154 0.4 １７ 38.985 12.01 ９ 1.69680 55.5 １８ -212.610 17.46 。

【００３１】非球面第２面 K=-4.18856，A=-0.55159E-5，B=0.20102E-8，C=0.59493E-12， D=-0.68644E-15，E=0.15319E-18 第６面 K=-0.69102，A=0.21726E-4，B=C=D=E=0 第１６面 K=-0.97189，A=0.34522E-5，B=0.87947E-9，C=D=E=0 。

【００３２】条件（１），（２）のパラメータの値 ν_dP−ν_dM＝３０．６，ｄs／ｆ＝２．１８。

【００３３】実施例４ｆ＝２０．９５，Ｆ／Ｎｏ．＝１．６１，ω＝４２度ｉＲ_i Ｄ_i ｊＮ_j ν_j ０ 576.2 １ 114.659 8.19 １ 1.49194 57.2 ２ 88.579 10.28 ３ 164.941 3.5 ２ 1.49194 57.2 ４ 18.111 10.8 ５ -420.954 2.15 ３ 1.49194 57.2 ６ 65.193 12.67 ７ ∞（絞り） 4.62 ８ -582.152 5.96 ４ 1.80610 33.3 ９ -44.777 6.61 １０ 100.485 9.32 ５ 1.69680 55.5 １１ -54.738 0.47 １２ 49.182 12.12 ６ 1.69680 55.5 １３ -39.746 2 ７ 1.84666 23.8 １４ 27.810 10.02 １５ -68.137 4.04 ８ 1.49194 57.2 １６ -41.964 0.4 １７ 65.827 12.85 ９ 1.69680 55.5 １８ -53.659 21.36 。

【００３４】非球面第２面 K=-5.95261，A=-0.47898E-5，B=0.20127E-8，C=0.52781E-12， D=-0.78782E-15，E=0.20635E-18 第５面 K=42.82030，A=-0.21613E-4，B=-0.65724E-8，C=D=E=0 第１５面 K=11.99543，A=-0.57583E-5，B=0.88029E-8，C=D=E=0 。

【００３５】条件（１），（２）のパラメータの値 ν_dP−ν_dM＝２７．６，ｄs／ｆ＝３．２６。

【００３６】図５〜図８に順次、上記実施例１〜４に関
する収差図を示す。Ｇは波長５３５ｎｍの収差、Ｂは波
長４５０ｎｍの収差、Ｒは波長６２０ｎｍの収差を示
す。また、Ｔは波長５３５ｎｍのタンジェンシャル像
面、Ｓは同サジタル像面を示す。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明に依れ
ば新規な投射用レンズを実現できる。この投射用レンズ
は、上記各実施例の収差図に明らかなように、投射半画
角が４２°以上と広画角で、Ｆ／Ｎｏ．：１．６程度と
大口径でありながら、単板式リア型液晶プロジェクタ用
の投射用レンズとして必要な、色収差、歪曲収差の十分
な補正が可能で、十分な解像力、ＭＴＦ性能の達成が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレンズ構成を示す図である。

【図２】実施例２のレンズ構成を示す図である。

【図３】実施例３のレンズ構成を示す図である。

【図４】実施例４のレンズ構成を示す図である。

【図５】実施例１の投射用レンズの収差図である。

【図６】実施例２の投射用レンズの収差図である。

【図７】実施例３の投射用レンズの収差図である。

【図８】実施例４の投射用レンズの収差図である。

【図９】単板式液晶プロジェクタの一般的光学配置を説
明するための図である。

【図１０】図９の単板式プロジェクタの液晶パネルを説
明するための図である。

【符号の説明】

１２拡大側から数えて第２番目のレンズ１３拡大側から数えて第３番目のレンズ１９縮小側から数えて第１番目のレンズ１８縮小側から数えて第２番目のレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】拡大側から縮小側へ向かって負・正の屈折
力配分を有し、レンズ系内に開口絞りを有し、拡大側から数えて第２番目のレンズが凸面を拡大側に向
けたメニスカス負レンズ、同第３番目のレンズが負レン
ズであり、縮小側から数えて第１番目および第２番目のレンズが共
に正レンズで、これら縮小側から数えて第１，第２番目
のレンズは、互いに凸面同志で対向し、一方が両凸レン
ズ、他方がメニスカス正レンズであり、縮小側においてテレセントリック性を有し、開口絞りよ
りも縮小側に位置する正レンズに用いられている材質の
アッベ数の平均値をν_dP、同じく負レンズに用いられて
いる材質のアッベ数の平均値をν_dMとする時、これらが
条件：（１） ν_dP−ν_dM＞２５を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項２】請求項１記載の投射用レンズにおいて、縮小側から数えて第１番目のレンズが両凸レンズ、同第
２番目のレンズが縮小側に凸面を向けたメニスカス正レ
ンズであることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項３】請求項２記載の投射用レンズにおいて、縮小側から数えて第３番目のレンズが両凹レンズ、同第
４番目のレンズが両凸レンズであって、これらが接合さ
れていることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項４】請求項１記載の投射用レンズにおいて、縮小側から数えて第１番目のレンズが縮小側に凹面を向
けたメニスカス正レンズ、同第２番目のレンズが両凸レ
ンズであることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項５】請求項４記載の投射用レンズにおいて、縮小側から数えて第３番目のレンズが両凸レンズ、同第
４番目のレンズが両凹レンズであって、これらが接合さ
れていることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項６】請求項１または２または３または４または
５記載の投射用レンズにおいて、拡大側から数えて第１のレンズが凸面を拡大側に向けた
メニスカス負レンズ、同第３番目のレンズが両凹レンズ
であることを特徴とする投射用レンズ。
【請求項７】請求項１〜６の任意の１に記載の投射用レ
ンズにおいて、全系の焦点距離をｆ、開口絞りから最も縮小側に位置す
るレンズ面までの長さをｄｓとするとき、これらが条
件：（２）２＜ｄs／ｆ＜３．５を満足することを特徴とする投射用レンズ。
【請求項８】請求項７記載の投射用レンズにおいて、最も拡大側寄りのレンズの縮小側の面と、拡大側から数
えて第３番目のレンズの少なくとも一方の面、更に縮小
側から数えて第２番目のレンズの少なくとも一方の面が
軸対称非球面となっていることを特徴とする投射用レン
ズ。