KR100667177B1

KR100667177B1 - 투사렌즈

Info

Publication number: KR100667177B1
Application number: KR1020000061875A
Authority: KR
Inventors: 스가노야스유키
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2007-01-12
Also published as: KR20010060186A

Abstract

스크린 측에서 상원(像源)으로 향해서 순번으로, 비구면렌즈와 1매 이상의 정렌즈로 구성되는 정(正)의 파워를 갖는 제 1군과, 조리개와, 1조 이상의 첩합렌즈와 비구면렌즈로 구성되는 정의 파워를 갖는 제 2군이 배치되고, 제 1군을 구성하는 렌즈의 간격을 이동시켜서 초점조정을 하는 투사렌즈에 있어서,

투사렌즈의 초점거리를 F, 제 2군의 최종 렌즈면에서 상원까지의 공기환산거리를 BF, 제 2군의 초점거리를 F2, 제 2군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하였을 때에,

BF/F가 1.87보다 크고, BF2/F2가 0.22보다 크고, 또한 0.57보다 작은 조건을 만족시킴으로써,

투사렌즈를 구성하는 렌즈매수가 적고, 긴 백포커스를 갖고, 초점거리가 짧은 광각의 투사렌즈를 제공할 수 있다.

Description

투사렌즈{Projection lens}

도 1은 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 전체구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 1예)을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 2예)을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 3예)을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 4예)을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 4예의 다른 예)을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 프로젝션 표시장치의 구성(제 4예의 또 다른 예)을 나타내는 도면이다.

도 8은 레트로 포커스렌즈의 원리를 나타내는 설명도이다.

도 9는 조리개위치와 주광선의 텔레센트릭성과의 관계를 나타내는 설명도이 다.

도 10은 초점조절의 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

도 11은 제 1실시형태로서의 투사렌즈의 구조예를 나타내는 단면도이다.

도 12는 제 2실시형태로서의 투사렌즈의 구조예를 나타내는 단면도이다.

도 13은 제 3실시형태로서의 투사렌즈의 구조예를 나타내는 단면도이다.

도 14는 제 4실시형태로서의 투사렌즈의 구조예를 나타내는 단면도이다.

도 15는 제 5실시형태로서의 투사렌즈의 구조예를 나타내는 단면도이다.

도 16은 제 1실시형태로서의 투사렌즈의 수치 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 17은 제 2실시형태로서의 투사렌즈의 수치 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 18은 제 3실시형태로서의 투사렌즈의 수치 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 19는 제 4실시형태로서의 투사렌즈의 수치 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 20은 제 5실시형태로서의 투사렌즈의 수치 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 21은 제 1실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 22은 제 1실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 23은 제 1실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 24는 제 2실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 25는 제 2실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 26은 제 2실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 27은 제 3실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 28은 제 3실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 29는 제 3실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 30은 제 4실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 31은 제 4실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 32는 제 4실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 33은 제 5실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 34는 제 5실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

도 35는 제 5실시형태로서의 투사렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 수차도이다.

본 발명은, 투사렌즈에 관하여, 예를 들면 프로젝션 표시장치의 투영장치 등에 갖춰지는 투사렌즈에 적용하기 적합한 것이다.

근래, 프로젝션 표시장치가 널리 보급되고 있다.

이와 같은 프로젝션 표시장치의 하나로서, 투과형의 스크린에 대하여 그 배면측에서 화상광을 투사함으로써 표시를 행하는, 소위 배면투사형의 프로젝션 표시장치가 알려져 있다.

상기와 같은 배면투사형의 프로젝션 표시장치로서는, 소위 3매방식이라고 말하는 적, 녹, 청(R, G, B)의 3색에 대응하는 2차원 화상표시소자(라이트밸브)를 갖추는 것이 알려져 있다. 이와 같은 3매방식에 의한 프로젝션 표시장치에서는, 예를 들면 백색광원의 빛을 리플렉터 등에 의해 콜리메이트한 광속이 색분해미러로 적, 녹, 청의 3색의 광속으로 분해된다.

그리고, 상기 3색의 광속은, 적, 녹, 청(R, G, B)의 영상전기신호에 따라서 형성되는 각 2차원 화상표시소자(예를 들면 LCD;Liquid Crystal Display)에 입광된다. 이들 적, 녹, 청에 대응하는 각 2차원 화상표시소자 상에 얻어진 상광은, 색합성 광학계에서 백색으로 색합성되고, 투사렌즈를 거쳐서 투과형의 스크린상에 확대 투사된다.

또, 3매방식에 의한 다른 프로젝션 표시장치로서 적, 녹, 청의 3색으로 발광하는 광원(LED 혹은 레이저 등)으로부터의 빛을 콜리메이트한 광속을 각각 적, 녹, 청(R, G, B)의 영상전기신호에 따라서 형성되는 각 2차원 화상표시소자에 입광시켜서, 이들 적, 녹, 청(R, G, B)에 대응하는 각 2차원 화상표시소자상에 얻어진 상광을 색합성 광학계에서 백색으로 색합성되고, 투사렌즈를 거쳐서 투과형의 스크린상에 확대 투사하도록 한 것도 알려져 있다.

또 1매의 2차원 화상표시소자를 갖춘, 소위 단일판방식이라고 말하는 프로젝션 표시장치도 알려져 있다.

이 단일판방식으로서는, 하나에는 적, 녹, 청의 3색의 광원을 시분할로 발광 혹은 통과시켜, 이들 3색의 광원의 통과타이밍에 따라서 적, 녹, 청(R, G, B)의 각 영상전기신호의 구동을 1매의 2차원 화상표시소자로 행하고, 투사렌즈를 거쳐서 투과형의 스크린상에 확대 투사시키는 방식이 알려져 있다.

또, 패널상의 1화소 위마다 적, 녹, 청(R, G, B)의 3색의 컬러필터를 형성한 위에서, 백색광을 1매의 2차원 화상표시소자에 입광하고, 이 2차원 화상표시소자를 통과한 빛을 투사렌즈를 거쳐서 투과형의 스크린상에 확대 투사시키는 방식도 알려져 있다.

또한, 다음과 같은 단일판방식도 알려져 있다.

이것은, 미소각도로 분할한 3매의 다이크로익미러에 백색광을 입광시키는 것으로, 각도마다 적, 녹, 청(R, G, B)의 3색으로 분광한 광속을 얻고, 1매의 2차원 화상표시소자에 입광시키도록 하고 있다. 그리고, 2차원 화상표시소자상에서는, 적, 녹, 청(R, G, B)에 대응하는 3화소를 1조로 한 각조에 대응하는 미소렌즈로 콜리메이트하도록 하고, 이들 각 색마다의 화소는, 각색에 대응하는 영상전기신호에 의해 구동되도록 한다. 그리고, 이들 각 화소에 입광한 빛을 투사렌즈를 거쳐서 투과형의 스크린상에 확대 투사시키도록 하는 것이다.

또, 렌즈에 관해서 말하면, 상기 각 프로젝션 표시장치에 갖춰지는 투사렌즈와 동일한 구성의 렌즈로서, 다이크로익미러에 의한 제한 등을 고려하여, 백포커스의 긴 일안레프 카메라용의 광학계의 사진렌즈나, CRT(Cathode Ray Tube)에 의한 프로젝션 텔레비전용의 광각투사렌즈도 수많이 제안되어 있다.

상기와 같은 프로젝션 표시장치의 구성에서는, 색합성 광학계로서 다이크로익프리즘 또는 다이크로익미러 등의 광학소자를 배치할 경우가 있다. 또, 반사식 2차원 화상소자를 사용하는데 있어서는, 편광빔스플리터 프리즘 또는 편광빔스플리터 미러 등의 광학소자를 배치할 경우가 있다. 이와 같은 경우, 2차원 화상표시소자에서 투사렌즈의 최후단까지의 거리에 상당하는, 소위 백포커스는 길게 확 보하지 않으면 안된다.

또, 프로젝션 표시장치로서, 하나의 투사장치로 투과형의 스크린 전체에 확대화상을 형성할 경우, 프로젝션 표시장치 자체의 콤팩트화를 위해서는, 투사거리(예를 들면, 투사렌즈의 출사단에서 미러를 거쳐서 투과형의 스크린에 이르는 중심광선길이)를 단축할 필요가 있다. 그를 위해서는, 투사렌즈를 광각화하고 출사광의 발산각을 크게 하여 대화면을 얻을 필요가 있다.

또, 화상광이 투사되는 스크린상의 색의 불균일을 적게 하기 위해서는, 색합성 광학계에 이용하는 다이크로익프리즘. 다이크로익미러를 비롯하여 반사식 2차원 화상소자를 사용하는데 있어서 이용되는 편광빔스플리터 프리즘 또는 편광빔스플리터 미러 등으로서는, 이들의 코트면에 닿는 광선각도폭이 일정한 편이 좋다.

따라서, 투사렌즈의 축외의 주광선이 2차원 화상소자에 수직으로 되도록 텔레센트릭성을 가지는 것이 필요하게 되는바, 여기서 투사렌즈는 2차원 표시소자중심을 통과하는 광축에 대하여 대칭인데 대해, 2차원 표시소자 자체는 1방향으로만 콘트라스트의 높은 방향이 있다. 이 때문에, 2차원 표시소자에 조사되는 광속자체에 각도를 붙일 필요가 있다.

또, 2차원 화상표시소자에는, 통상 LCD 등의 디스플레이 디바이스가 채용되는바, LCD는 메트릭스전극을 사용하여 구동되기 때문에, CRT를 사용한 경우와 달리, 투사렌즈의 왜곡을 보정하는 것은 곤란하다. 즉, CRT의 경우라면, 실감는 왜곡보정 등의 러스터형태의 보정기능을 이용하는 것으로 투사렌즈의 왜곡을 보정하는 것이 비교적 용이하게 가능하게 되는바, LCD와 같이 도트메트릭스표시가 행해 지는 디스플레이 디바이스에서는, 이와 같은 러스터의 왜곡보정은 통상 행해지지 않는다.

상기와 같은 사정으로 하면, 투사렌즈의 왜곡수차는 가능한 한 작은 것이 소망스럽다. 그렇지만 이 것은, 투사렌즈의 광각화나 긴 백포커스를 얻는데 대하여 장애가 되는 것이다.

즉, 투사렌즈로서, 광각화 및 긴 백포커스를 확보한 위에서, 텔레센트릭성을 부여하면 렌즈 전장이 길게 되거나, 렌즈지름 등이 크게 될 경향을 가지게 된다.

또, 일안레프 카메라용의 광각계의 사진렌즈나 CRT에 의한 프로젝션 텔레비전용의 투사렌즈에서는, 백포커스는 불충분하며, 축외 광속의 입사각이나 사출각이 심하기 때문에 텔레센트릭성이 없고, 광량도 적어져 있는 것이 현상이다.

또 근래에 있어서는, 라이트밸브의 고정밀 세화에 대응하여, 고해상의 렌즈가 구해지고 있는 것이나, 렌즈의 고해상화에 수반하여 화면주위에서의 배율색수차에 의한 화소의 색 불균일이 문제로 되어오고 있다.

또, 투사렌즈 내에서 광로를 변환하는 구성을 채용하는 프로젝션 표시장치의 경우, 초점조정의 방식으로서 예를 들면 투사렌즈 전체와 스크린과의 상대적 거리를 조정하는 것으로 합초위치를 얻는, 소위 전체 계속 내보내는 방식을 채용하면 스크린상의 화상중심이 엇갈리기 때문에, 적당하지 않다는 것을 알고 있다. 따라서, 이와 같은 프로젝션 표시장치에서는, 전체 계속 내보내는 방식 이외의 적절한 초점조정을 위한 방법을 채용할 필요가 있다.

또, 프로젝션 표시장치에서는, 스크린사이즈가 다른 케이스체라도, 투사렌즈 와 스크린과의 상대적 거리를 조정함으로써, 같은 투사렌즈를 사용할 수 있다. 이때, 스크린에 집광하는 각 광선각도의 미소한 틀림이나 투사렌즈의 제조오차 등에 의한 수차(예를 들면, 왜곡수차나 배율색오차 등)이 발생하기 때문에, 이 수차가 가능한 한 작게 되도록 조정하여 줄 필요가 있다.

또, 코스트적인 관점에서 말하면, 투사렌즈 자체의 코스트도 삭감되는 것이 바람직하나, 이를 위해서는 예를 들면, 투사렌즈를 구성하는 렌즈매수를 삭감하는 것이 하나의 방책으로서 고려된다.

그래서, 본 발명은 상기한 과제를 고려하여, 투사렌즈로서 적은 렌즈매수에 의해서도 가능한 한 높은 광학성능이 얻어지게 하는 것을 목적으로 한다. 즉, 광화각으로 되고, 또한 단거리 투사라도 긴 백포커스와 텔레센트릭성을 가지며, 더욱이는 제 수차의 작은 것이 얻어지도록 한다.

이 때문에, 투사렌즈로서 다음과 같이 구성하기로 하였다.

즉, 본 발명의 투사렌즈로서는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치된다.

그리고, 제 1렌즈군은 가장 긴 공역측에 있는 비구면렌즈와 적어도 1매 이상의 정렌즈를 갖추고 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 되고, 제 2렌즈군은 적어도 1조의 첩합렌즈와 비구면렌즈를 갖추고 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된다. 또, 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하게 된다.

이와 함께, 전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 HF2로 하여,

1.87 < BF/F

0.22 < HF2/F2 < 0.57

인 조건식을 만족하도록 구성한다.

또, 본 발명의 투사렌즈로서 다음과 같이도 구성한다.

즉, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군을 배치한다.

그리고, 제 1렌즈군은 긴 공역측에 볼록형태가 되는 메니스커스 렌즈와 적어도 1매 이상의 정렌즈를 갖추고 전체로서 정의 굴절력을 가지며, 제 2렌즈군은 적어도 1조의 첩합렌즈와 비구면렌즈를 갖추고 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된다. 또, 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하게 된다.

1.87 < BF/F

0.22 < HF2/F2 < 0.57

인 조건식을 만족하도록 구성한다.

또, 본 발명의 투사렌즈로서 다음과 같이도 구성한다.

그리고, 제 1렌즈군은 가장 긴 공역측에 있는 비구면렌즈와 정렌즈를 갖춘 2군 2매로 이루고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 되고, 제 2렌즈군은 1조의 첩합렌즈와 비구면렌즈의 2군 3매로 이루고, 정의 굴절력을 가지도록 된다. 또, 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하게 된다.

1.87 < BF/F

0.22 < HF2/F2 < 0.57

인 조건식을 만족하도록 구성한다.

또, 본 발명의 투사렌즈로서 다음과 같이도 구성한다.

그리고, 제 1렌즈군은 가장 긴 공역측에 있는 비구면렌즈와 정렌즈의 2군 2매로 이루고, 전체로서 정의 굴절력을 가지며, 제 2렌즈군은 조리개의 가장 근방에 배치되는 비구면렌즈와, 첩합렌즈의 2군 3매, 또는 조리개의 가장 근방에 배치되는 비구면렌즈와 정렌즈를 첩합렌즈의 3군 4매로 이루고, 전체로서 정의 굴절력을 가지게 된다. 또, 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하게 된다.

1.87 < BF/F

0.22 < HF2/F2 < 0.57

인 조건식을 만족하도록 구성한다.

또, 본 발명의 투사렌즈로서 다음과 같이도 구성한다.

제 1렌즈군은 가장 긴 공역측에 있는 비구면렌즈와 정렌즈의 2군 2매, 또는 가장 긴 공역측에 있는 비구면렌즈와 부의 메니스커스 렌즈와 정렌즈의 3군 3매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지며, 제 2렌즈군은 1조의 첩합렌즈와 가장 짧은 공역측에 비구면렌즈를 배치하는 2군 3매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된다. 또, 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하게 된다.

이와 함께, 전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거 리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽의 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 < BF/F

0.22 < HF2/F2 < 0.57

인 조건식을 만족하도록 구성한다.

본 발명으로서는, 상기 각 구성에 의한 렌즈배치로 한 후 각 조건식을 만족하는 것으로, 적은 렌즈매수로 한 후 고화각이고, 또한 긴 백포커스이면서도 짧은 투사거리가 확보되고, 또한 텔레센트릭성이 확보된 투사렌즈를 얻기 위한 조건이 충족된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시형태의 투사렌즈에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시형태의 투사렌즈는, 2차원 화상표시소자로서 LCD를 채용한 배면투사형의 프로젝션 표시장치의 투사장치에 갖춰진 것으로서 설명한다.

또한, 이후의 설명은 다음 순서로 행하는 것으로 한다.

1. 프로젝션 표시장치의 구성

1-1. 전체구성

1-2. 투사장치의 내부구성(제 1예)

1-3. 투사장치의 내부구성(제 2예)

1-4. 투사장치의 내부구성(제 3예)

1-5. 투사장치의 내부구성(제 4예)

2. 렌즈

3. 투시렌즈의 구성

3-1. 렌즈의 배치구조

3-2. 조건식

3-3. 수치실시형태 등

1. 프로젝션 표시장치의 구성

1-1. 전체구성

먼저, 본 실시형태의 투사렌즈를 갖춘 투사장치를 탑재하여 구성될 수 있는 프로젝션 표시장치의 전체구성에 대하여 설명한다.

도 1a, 1b는, 이와 같은 프로젝션 표시장치의 전체구성의 일례를 나타내는 측면도 및 정면도이다.

이들의 도면에 나타내는 프로젝션 표시장치(500)에서는, 그 캐비닛(501)의 배면에 있어서 곡절미러(504)가 설치되고, 또 캐비닛(501)의 전면에는 투과형의 스크린(21)이 설치된다. 곡절미러(504)는, 다음에 설명하는 투사장치(502)에서 투사된 화상광을 반사하여 스크린(504)에 투사할 수 있는 각도를 가지고 부착된다.

투사장치(502)는, 도면과 같이하여 캐비닛(501) 내에 있어서, 그 하측에 설치된다.

투사장치(502)의 광학유닛(503) 내에는 후술하는 광원, 다이크로익미러, 액정패널 블록(라이트밸브) 및 다이크로익프리즘(광합성소자) 등의 광학부품이 배치되어 있고, 이들의 동작에 의해 화상광으로서의 광속을 얻는다. 여기서 얻어진 화상광으로서의 광속은 투사렌즈(20)에 의해 투사되어서, 투사광(600)으로서 출사된다.

이와 같은 구조의 프로젝션 표시장치(500)에서는, 투사광(600)은 곡절미러(504)에 대하여 조사되도록 하여, 상향으로 투사렌즈(20)에서 출사된다. 그리고, 투사렌즈(20)에서 출사된 투사광(600)은 곡절미러(504)에서 그 광로가 곡절되어서, 스크린(21)에 대하여 조사되게 된다.

스크린(21)에는, 투사렌즈(20)에서 투사된 투사광에 의해 얻어진 확대 화상이 표시되게 된다. 예를 들면 감상자는, 투사렌즈(20)가 배치되어 있는 것과 반대방향에서 스크린(21)을 봄으로써, 표시화상을 감상하게 된다.

또한, 본 발명이 채용할 수 있는 프로젝션 표시장치로서는, 상기 도 1에 나타내는 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 프로젝션 표시장치의 캐비닛 내에 있어서의 투사장치의 설치형태 등도, 투사장치의 투사렌즈에 있어서의 광로변환방향 등에 의해 적의 변경되어도 상관없는 것이다. 또, 예를 들면 프로젝션 표시장치의 소형화 등을 고려하여, 투사장치(502)에 있어서의 광로내에 미러를 설치하여, 광속의 광로를 변환하는 구성도 알려져 있으나, 본 발명으로서는 이와 같이하여 투사장치(502)에 있어서 광로를 변환하는 구성은 채용되어도, 또 채용되지 않아도 상관없는 것이다.

1-2. 투사장치의 내부구성(제 1예)

계속하여, 상기 도 1에 나타낸 투사장치(502)의 내부구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 실시형태의 투사렌즈를 탑재할 수 있는 투사장치(502)로서, 제 1예로서의 내부구조를 개념적으로 나타내고 있다. 여기서는, 스크린(21) 이외의 부위가 투사장치(502)를 형성하는 것으로 된다.

또한, 본 실시형태에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 프로젝션 표시장치의 구조로서, 투사렌즈(20)와 스크린(21)과의 사이에 곡절미러(504)가 설치되어서 광로가 변환되는 것이나, 여기서는 투사장치(502)의 내부구성의 설명을 주안으로 하는 형편상, 도 2에 있어서의 곡절미러(504)의 도시는 함께 생략하고 있다.

도 2에 나타내는 투사장치(502)로서는, 예를 들면 메탈 할라이드램프 등으로 이루어지는 광원으로서의 램프(1)가 리플렉터(2)(방물면경)의 초점위치에 배치되어 있다. 램프(1)에서 조사된 빛은, 리플렉터(2)에 의해 반사되어서 광축에 거의 평행이 되도록 콜리메이트되어서, 리플렉터(2)의 개구부에서 출사된다.

상기 리플렉터(2)의 개구부에서 출사된 빛 중, 적외영역 및 자외영역의 불요광선은 IR-UV 컷필터(3)에 의해 차단되어서, 표시에 유효한 광선만이 그 후단에 배치되어 있는 각종 광학소자에 인도되게 된다.

IR-UV 컷필터(3)의 후단에는, 멀티렌즈 어레이(4)에 이어서 멀티렌즈 어레이(5)가 배치된다.

이 경우, 멀티렌즈 어레이(4)는, 후술하는 광변조수단인 각 액정패널블록의 유효개구의 애스펙트비에 비등한 서로 닮은 형태를 한 외형을 갖는 복수의 볼록렌즈가, 그 위상을 예를 들면 1/2엇갈리게 한 상태에서 물떼새 격자형으로 배열된 평형형태를 가지도록 되어 있다.

멀티렌즈 어레이(5)는, 상기 멀티렌즈 어레이(4)의 볼록렌즈에 대향하는 측에 복수의 볼록렌즈(5a)가 형성되어 있는 평볼록형으로 된다.

이들 멀티렌즈 어레이(4) 및 멀티렌즈 어레이(5)를 배치함으로써, IR-UV 컷필터(3)를 통과한 광속이 효율좋게, 또한 균일하게 후술하는 액정패널블록의 유효개구에 조사되도록 된다.

멀티렌즈 어레이(5)와 액정패널블록의 유효개구 사이에는, 램프(1)로부터의 광속을 적, 녹, 청색으로 분해하기 위해 다이크로익미러(6, 10)가 배치되어 있다.

이 도면에 나타내는 예에서는, 먼저 다이크로익미러(6)에서 적색을 반사하고, 녹색의 광속(G) 및 청색의 광속(B)을 투과시키고 있다. 이 다이크로익미러(6)에서 반사된 적색의 광속(R)은 미러(7)에 의해 진행방향을 90°구부려져서 적색용의 액정패널블록(9)의 앞의 콘덴서렌즈(8)에 인도된다.

한편, 다이크로익미러(6)를 투과한 녹색 및 청색의 광속(G, B)은, 다이크로익미러(10)에 의해 분리되게 된다. 즉, 녹색의 광속(G)은 반사되어서 진행방향을 90°구부려져서 녹색용의 액정패널블록(12)의 앞의 콘덴서렌즈(11)에 인도된다. 그리고 청색의 광속(B)은 다이크로익미러(10)를 투과하여 직진하고, 릴레이렌즈(13), 미러(14), 반전용 릴레이렌즈(15), 미러(16)를 거쳐서 청색용의 액정패널(18) 앞의 콘덴서렌즈(17)에 인도된다.

이와 같이하여, 적, 녹, 청색의 각 광속(R, G, B)은 각각의 콘덴서렌즈(8, 11, 17)를 통과하여 각 색용의 액정패널블록(9, 12, 18)(라이트밸브에 상당)에 입사된다.

이들 각 색의 액정패널블록(9, 12, 18)에 있어서는, 각각 액정패널이 갖춰지는 동시에, 액정패널의 전단에 입사한 빛의 편광방향을 일정방향으로 가지런히 하기 위한 입사측 편광판이 설치된다. 또, 액정패널의 후단에 출사한 빛의 소정의 편광면을 갖는 빛만 투과하는 소위 검광자가 배치되고, 액정을 구동하는 회로의 전압에 의해 빛의 강도를 변조하도록 되어 있다.

일반적으로는, 다이크로익미러(6, 10)의 특성을 유효하게 이용하기 위해, P편파면의 반사, 투과특성을 사용하고 있다. 따라서, 각각의 액정패널블록(9, 12, 18) 내의 상기 입사측 편광판은, 도 2의 지면내에 평행한 편파면을 투과하도록 배치되어 있다.

또, 액정패널블록(9, 12, 18)을 구성하는 각 액정패널은 예를 들면 TN(Twisted Nematic)형이 이용되고 있고, 또한 그 동작은 소위 예를 들면 노머리화이트형으로서 구성되고, 검광자는 도 1의 지면에 수직한 편파광을 투과하도록 배치되어 있다.

그리고, 액정패널블록(9, 12, 18)에서 광변조된 각 색의 광속은, 광합성소자(크로스 다이크로익프리즘)(19)에 있어서 도시하는 각 면에 대하여 입사된다. 이 광합성소자는, 소정 형태의 프리즘에 대하여 반사막(19a, 19b)이 조합되어서 이루어진다.

광합성소자(19)에 있어서의 적색의 광속(R)은 반사막(19a)에서 반사되고, 또 청색의 광속(B)은 반사막(19b)에서 반사되어서, 투사렌즈(20)에 대하여 입사된다. 그리고 녹색의 광속(G)은 광합성소자(19) 내를 직진하여 투과하도록 하여 투사렌즈(20)에 대하여 입사된다. 이것에 의해 각 광속(R, G, B)이 하나의 광속에 합성된 상태에서 투사렌즈(20)에 입사되게 된다.

투사렌즈(20)에서는, 광합성소자(19)에서 입사된 광속을 투사광으로 변환하여, 예를 들면 투과형의 스크린(21)에 대하여 투사하게 된다.

1-3. 투사장치의 내부구성(제 2예)

도 3은 본 실시형태의 투사렌즈(20)를 탑재할 수 있는 투사장치(502)의 제 2예로서의 내부구조를 개념적으로 나타내는 것이다. 또한, 이 도면에 있어서 도 2와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 경우에는, 멀티렌즈 어레이(5)와 후단의 다이크로익미러(6A)에 의해 광속(B)을 반사하여, 광속(R), 광속(G)을 통과시키도록 하고 있다.

다이크로익미러(6A)에 의해 반사된 광속(B)은, 미러(7A)에 의해 반사되고, 또한 콘덴서렌즈(8A)를 통과하고, 청색용의 액정패널블록(9A)을 거쳐서 광변조된 후에, 도시하는 방향에서 광합성소자(19A)에 입사된다.

다이크로익미러(6A)를 통과한 광속(R), 광속(G)은, 그 후단의 다이크로익미러(10A)에 입사된다. 이 경우, 다이크로익미러(10A)에서는 광속(R)을 반사하고, 광속(G)은 통과시키도록 되어 있다.

다이크로익미러(10A)에 의해 반사된 광속(R)은, 콘덴서렌즈(11A)를 통과하고, 적색용의 액정패널블록(12A)을 거쳐서 광변조된 후에, 도시하는 방향에서 광합성소자(19A)에 입사된다.

다이크로익미러(10A)를 통과한 광속(G)은, 릴레이렌즈(13A), 미러(14A), 반 전용 릴레이렌즈(15A), 미러(16A)를 거쳐서 콘덴서렌즈(17A)에 도달한다. 그리고, 콘덴서렌즈(17A)를 통과하여 녹색용의 액정패널블록(18A)을 거쳐서 광변조된 후에, 도시하는 방향에서 광합성소자(19A)에 입사된다.

광합성소자(19A)도, 소정 형태의 프리즘에 대하여 반사막19A-a, 19A-b가 조합되어서 이루어진다.

이 광합성소자(19A)에 입사된 각 색의 광속 중, 광속(B)은 반사막(19A-b)에서 반사되어서 투사렌즈(20)에 입사되고, 광속(G)은 반사막(19A-a)에서 반사되어서 투사렌즈(20)에 입사된다. 또 광속(R)은 광합성소자(19A)를 직진하도록 통과하여 투사렌즈(20)에 입사된다. 이 결과, 각 광속(R, G, B)이 하나의 광속에 합성되어서 투사렌즈(20)에 입사되게 된다.

1-4. 투사장치의 내부구성(제 3예)

도 4는 본 실시형태의 투사렌즈를 탑재할 수 있는 프로젝션 표시장치의 제 3예로서의 내부구조를 개념적으로 나타내는 것이다. 또한, 이 도면에 있어서 도 2 및 도 3과 동일부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 경우에는, 다이크로익미러(6B)에 의해 광속(G)을 반사하여, 광속(R), 광속(B)을 통과시키도록 하고 있다.

다이크로익미러(6B)에 의해 반사된 광속(G)은, 미러(7B), 콘덴서렌즈(8B), 녹색용의 액정패널블록(9B)을 거친 후, 도시하는 방향에서 광합성소자(19B)에 입사된다.

다이크로익미러(6B)를 통과한 광속(R), 광속(B)은 다이크로익미러(10B)에 입 사되는 것으로 광속(R)이 반사되고, 광속(B)은 통과하도록 되어 있다.

이 다이크로익미러(10B)에서 반사한 광속(R)은, 콘덴서렌즈(11B), 적색용의

액정패널블록(12B)을 거쳐서, 도시하는 방향에서 광합성소자(19B)에 입사된다.

다이크로익미러(10B)를 통과한 광속(B)은, 릴레이렌즈(13B), 미러(14B), 반전용 릴레이렌즈(15B), 미러(16B), 콘덴서렌즈(17B) 및 청색용의 액정패널블록(18B)을 순차 거쳐서, 도시하는 방향에서 광합성소자(19B)에 입사된다.

광합성소자(19B)도, 소정 형태의 프리즘에 대하여, 반사막(19B-a, 19B-b)이 조합되어서 이루는 것이다. 여기서는, 광합성소자(19B)에 입사된 각 색의 광속중, 광속(G)은 반사막(19B-a)에서 반사되고, 광속(B)은 반사막(19B-b)에서 반사되고, 광속(R)은 광합성소자(19B)를 직진하도록 통과하는 것으로, 하나의 광속으로 되어서 투사렌즈(20)에 입사되게 된다.

1-5. 투사장치의 내부구성(제 4예)

계속해서, 도 5에 본 실시형태의 프로젝션 표시장치의 제 4예로서의 내부구조를 나타낸다. 이 제 4예는 반사형 라이트밸브를 채용한 구조로 되어 있다.

이에 대해서, 상술한 제 1예∼제 3예로서의 구성에 있어서는, 투과형 라이트밸브를 채용하고 있다. 즉, 입사광을 투과시키는 것으로 2차원 화상을 형성하는 액정패널블록([9, 12, 18] [9A, 12A, 18A] [9B, 12B, 18B])이 투과형 라이트밸브로서 갖추어저 있던 것이다.

도 5에 나타내는 구성에 있어서는, 먼저, 광원/공간변조부(30)에 있어서, [적색용 램프(1R), 적색용 리플렉터(2R)] [녹색용 램프(1G), 녹색용 리플렉터(2G)] [청색용 램프(1B), 청색용 리플렉터(2B)]가 도면에 나타내는 위치관계에 의해 배치된다. 이들 각 색용의 램프, 리플렉터에서 콜리메이트되어서 출사된 빛은, 각각 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 적색용 시분할 공간변조소자(51G), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)를 투과하는 것으로, 각각 적색의 광속(R), 녹색의 광속(G), 청색의 광속(B)을 다이크로익 미러부(50)에 출사하도록 된다.

여기서, 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 녹색용 시분할 공간변조소자(51G), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)는, RGB 각 색의 면순차에 의한 화상표시에 대응한 동작을 행한다.

즉, 예를 들면 1프레임주기 내에 있어서, 적색용 시분할 공간변조소자(51R)가 빛을 투과시키고 있을 때는, 녹색용 시분할 공간변조소자(51G), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)에서는 빛을 투과시키지 않도록 되고, 예를 들면, 이후의 소정 타이밍에 있어서, 녹색용 시분할 공간변조소자(51G)에 대해서 빛을 투과시키는 동시에, 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)에 대해서는 빛이 투과하지 않도록 된다. 계속되는 소정 타이밍에서는, 청색용 시분할 공간변조소자(51B)에 대해서 빛을 투과시키는 동시에, 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 녹색용 시분할 공간변조소자(51G)에 대해서는 빛을 투과시키지 않도록 제어한다. 이와 같은 시분할적인 RGB마다의 공간변조동작을 1프레임마다 반복하는 것으로, 광원/공간변조부(30)에서는 존재하는 단시간의 일정 사이클로 RGB의 각 광속이 교대로 출사되게 된다.

이와 같은 동작에 의해, 최종적으로 스크린(21)에 투사되는 화상으로서는, 단시간의 사이클로 RGB 각 색의 화상이 교대로 표시되게 되는 것인바, 인간이 본 눈에는, RGB의 삼색이 합성된 풀칼라화상(백색광)으로서 볼 수 있는 것이다.

상기와 같이하여 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 녹색용 시분할 공간변조소자(51G), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)에서 출사된 각 색의 빛이 입사되는 다이크로익 미러부(50)는, 도면과 같은 위치상태에서 배치되는 다이크로익미러(50a, 50b)를 갖추고 있다.

여기서, 적색용 시분할 공간변조소자(51R)에서 출사된 광속(R)은 다이크로익미러(50a)에서 반사되고, 인테그레이터(52)에 입사한다. 또, 녹색용 시분할 공간변조소자(51G)에서 출사된 광속(G)은 다이크로익미러(50a, 50b)를 투과하여 인테그레이터(52)에 입사한다. 또, 청색용 시분할 공간변조소자(51B)에서 출사된 광속(B)은 다이크로익미러(50b)에서 반사되어서 인테그레이터(52)에 입사한다.

인테그레이터(52)는, 도 2∼도 4에 나타낸 멀티렌즈어레이(4, 5)에 상당한다. 이 인테그레이터(52)에 입사한 RGB의 각 광속(백색광)은, 인터그레이터의 각 렌즈로 분할된다. 분할된 각각의 광속은, 콘덴서렌즈(53)에서 라이트밸브의 방향으로 굴절된다.

콘덴서렌즈(53)의 후단에는, 편광판(56)이 설치되어 있다. 이 편광판(56)에서는, 빛의 진동방향이 S파의 빛만을 투과시켜서 편광빔 스플리터(54)에 입사시킨다. 이 때에는, S파가 되는 모든 광속이 라이트밸브(55)에 겹쳐지도록 조명된 다.

또한, 편광판(56)을 설치하는 방식 이외에 PBS(Polarization Beam Splitter)와 1/2파장판을 이용한 편광변환수단에 의해 P파의 흡수없이 S파만의 광속으로 하는 방법도 있다.

편광빔 스플리터(54)에 입사된 광속은, 편광빔 스플리터(54)내의 PBS코트면에서 반사하여 라이트밸브(55)를 조명한다.

라이트밸브(55)에서는 화상신호에 의해 2차원화상이 형성되고, 입사한 빛은 P파로 변환된 화상으로서 반사된다. 그리고 재차 편광빔 스플리터(54)내에 입사하고, PBS코트면을 통과하고, 투사렌즈(20)에서 스크린(21)에 확대 투사된다.

또, 도 6에 제 4예로서의 프로젝션 표시장치의 다른 예를 나타낸다.

이 도 6에 나타내는 구성에 있어서는, 도 5에 나타낸 구성에 대해서 광원/공간변조부(30)에 대신하여 광원/공간변조부(30B)가 갖춰진다. 또한, 도 6에 있어서 도 5와 동일부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 6에 나타내는 광원/공간변조부(30B)에 있어서는, 램프(1), 리플렉터(2)에 의해 콜리메이트된 빛은, 그 광축방향에 따라서 3매가 겹쳐지도록 하여 배치된 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 청색용 시분할 공간변조소자(51B), 녹색용 시분할 공간변조소자(51G)에 대해서 출사된다. 그리고 이 출사광이 인테그레이터(52)에 대해서 입사되도록 되어 있다.

이 구성에 있어서도, 적색용 시분할 공간변조소자(51R), 녹색용 시분할 공간변조소자(51G), 청색용 시분할 공간변조소자(51B)는 RGB 각 색의 면순차 방식에 의 한 화상표시에 대응하여, 그 빛의 투과 및 비투과 타이밍이 제어된다. 따라서, 이 경우에도 광원/공간변조부(30B)에서는, RGB 각 색의 광속이 단시간에 교대로 출사되게 된다.

다시, 도 7에 제 4예로서의 프로젝션 표시장치의 또 다른 예를 나타낸다. 도 7a에 나타내는 프로젝션 표시장치에서는, 도 5에 나타낸 구성에 대해서 광원/공간변조부(30)에 대신하여 광원/공간변조부(30C)가 갖춰진 구성을 취하고 있다. 또한, 도 7에 있어서 도 5와 동일부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 7a에 나타내는 광원/공간변조부(30C)에 있어서는, 램프(1), 리플렉터(2) 및 시분할공간 변조판(40)이 갖춰져 있다. 램프(1), 리플렉터(2)에 의해 콜리메이트된 빛은, 시분할공간 변조판(40)을 투과하고, 이후, 인테그레이터(52)에 대해서 입사하게 된다.

도 7b는, 상기 시분할공간 변조판(40)을 정면방향에서 나타내고 있다.

이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 시분할공간 변조판(40)에는, 예를 들면 도면에 나타내는 형태에 의해, 적색의 성분을 투과하는 적다이크로익필터(41R), 청색의 성분을 투과하는 청다이크로익필터(41B), 녹색의 성분을 투과하는 녹다이크로익필터(41G)가 갖춰진다. 그리고, 회전축(42)을 중심으로 회전하도록 하여 프로젝션 표시장치내에 있어서 부착이 행해지는 것이다. 또, 램프(1), 리플렉터(2)로 이루는 광원부와의 배치위치관계로서는, 도 7b에 있어서 파선으로 나타내는 광원부로부터의 출사광속의 범위가 각 색의 다이크로익필터의 부분에 의해 커버되도 록 규정된다.

이 구성에서는, 시분할공간 변조판(40)을 소정의 회전주기로 일정방향으로 회전시키는 것으로, 광원부에서 이 시분할공간 변환판(40)을 투과하는 광속으로서는, 시분할적으로 RGB의 각 색이 얻어지게 된다. 즉, 면순차 방식에 따라서, RGB 각 색의 광속이 단시간의 사이클로 교대로 출사되게 된다.

여기서, 상기 제 1예∼제 3예에 나타낸 구조에 있어서 갖춰지는 투과형 라이트밸브(액정패널블록)로서는, 예를 들면, STN(Super Twisted Nematic)액정표시소자, 강유전성 액정표시소자, 고분자분산형 액정표시소자 등을 채용할 수 있다. 또, 구동방식으로서는, 단순 매트릭스구동 또는 액티브 매트릭스구동을 들 수 있다.

이에 대하여, 제 4예에 나타낸 반사형 라이트밸브로서는, 예를 들면, 유리기판상이나 실리콘기판상에 구동전극 또는 구동용 액티브소자를 설치하고 TN(Twisted Nematic)모드의 액정, 강유전성 액정, 고분자분산형 액정 등을 구동하는 반사형 액정소자를 채용할 수 있다. 또, 광도전막을 거쳐서 빛을 조사하는 것으로 액정에 전압을 인가하는 반사형 액정소자를 채용하는 것도 고려된다. 더욱이는, 전계에 의해 형상이나 상태가 변화하는 구조를 설치한 그레이팅 라이트밸브 등의 반사형 액정소자도 들 수 있다.

이상, 4예(제 4예로서는 2예의 변형예도 나타내고 있다)를 들어서, 본 실시형태로서의 투사장치를 설명하였는바, 이들은 어디까지나 일례이며, 본 실시형태의 투사렌즈를 탑재할 수 있는 프로젝션 표시장치의 내부구성으로서는, 이외에도 여러 가지가 고려되는 것이다.

2. 렌즈

또, 이후 설명하는 본 실시형태의 투사렌즈(20)로서는, 소위 레트로 포커스타입의 렌즈계가 채용되는 것이나, 여기서, 레트로 포커스렌즈의 원리에 대해서 도 8 및 도 9를 참조하여 간단히 설명하여 둔다.

도 8a에 나타내는 렌즈(L1)는, 정의 굴절력을 가지고 있는 것으로 된다. 이 도 8a는, 통상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈는, 물체가 무한위치에 있을 때에는, 초점위치는 주점에서 짧은 공역측의 초점거리의 위치에 있는 것을 나타내고 있다.

이에 대하여, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 물점이 가까이에 있는 경우에는, 초점위치는 길게 된다.

한편, 도 8c에 나타내는 렌즈(L2)는, 부의 굴절력을 가지고 있다. 이 도 8c에서는, 부의 굴절력을 가지는 렌즈에서는, 물체가 무한위치로 있을 때에는, 주점에서 긴 공역측의 초점거리의 위치에 있는 것을 나타내고 있다.

그래서, 도 8d에 나타내는 바와 같이, 상기한 특성을 가지는 정의 굴절력을 가지는 렌즈와, 부의 굴절력을 가지는 렌즈를 조합하는 것으로, 레트로 포커스타입의 렌즈계를 형성할 수 있다.

이와같은 레트로 포커스타입은, 앞쪽의 부의 굴절력을 갖는 렌즈(L2)(렌즈군으로 간주하여도 좋다)에 의해, 일단, 긴 공역측의 근거리에 상을 만들고, 그 뒤쪽 의 정의 굴절력을 갖는 렌즈(L1)(렌즈군으로 간주하여도 좋다)는 그 상을 물점으로 하기 위해, 긴 백포커스가 얻어지게 된다.

또, 여기서 레트로 포커스타입의 렌즈계에 있어서의 조리개위치와 주광선의 텔레센트릭성과의 관계에 대해서 도 9에 나타낸다.

도 9a에 나타내는 바와 같이, 무한위치에 물체가 있을 때, 렌즈는 평행광선이 들어가 초점으로 집광한다. 반대로, 초점위치에 물점이 있을 때, 렌즈에서 평행광선이 사출하게 된다.

여기서, 도 9b에 나타내는 바와 같이하여, 주광선을 조리개의 중심을 통과하는 광선으로 하였다고 한다. 이 조건하에서 조리개보다 뒤의 렌즈군의 앞쪽 초점위치에 조리개위치를 설정하면, 사출광선은 평행광선으로 되고, 주광선의 텔레센트릭성이 실현할 수 있게 된다.

또, 레트로 포커스타입의 렌즈계로서의 초점조정에 대해서는 다음과 같은 것을 말할 수 있다.

도 10a에 나타내는 바와 같이, 물체가 무한위치에서 근거리로 될 때, 렌즈전계의 백포커스는 길게 되는바, 이 경우, 도 10b에 나타내는 바와 같이하여 렌즈전체를 이동시켜서 일정한 위치에 초점을 맞추는 것이 행해지고 있다. 이와 같은 초점의 조정을 「전체조출방식」이라고 여기서는 말하게 된다.

이때, 레트로 포커스타입의 렌즈계에 있어서, 부의 굴절력을 갖는 앞쪽의 렌즈(렌즈군)의 상은, 물점이 근거리가 되면 가깝게 된다. 그 때문에 뒤쪽의 렌즈(렌즈군)의 백포커스도 길게 되어 있다. 여기서, 뒤쪽의 렌즈(렌즈군)에서 본 앞쪽의 렌즈(렌즈군)의 상을 항상 일정한 위치에 놓음으로써, 전계의 백포커스를 일정하게 할 수 있다.

그래서, 앞쪽의 렌즈군내에 있어서, 또한 복수의 렌즈군이 배치되어 있는 경우에 있어서, 투사거리가 변하였을 때에는, 앞쪽의 렌즈군을 형성하는 렌즈군간의 간격을 바꿔서 전군의 상위치를 일정하게 함으로써, 전계의 백포커스의 이동없이 초점조절이 가능하게 되는 것이다.

이후 설명하는 본 실시형태의 투사렌즈로서는, 이 원리를 응용한다. 즉, 초점의 조정에 있어서는 전체 조출방식으로서의 수법을 이용하는 것이 아니고, 렌즈전계에 있어서 앞쪽의 렌즈군내에 있는 렌즈군간의 간격을 변경하는 것으로, 초점조정을 행한다.

이와 같은 수법에 의하면, 예를 들면, 어느 스크린사이즈의 범위내에서 렌즈 전계내의 1개소의 렌즈군 간격을 변경할 때에, 렌즈 전계에 있어서 앞쪽의 렌즈군내에 있는 렌즈군간의 간격을 변경하게 되는바, 이것에 의해, 동시에 초점조정을 행할 수 있게 되기 때문에, 렌즈 전체와 라이트밸브의 위치는 변화하지 않게 된다. 또, 렌즈 전체에 있어서 앞쪽에 대해서 초점조정기구를 설치하게 되기 때문에, 렌즈의 유지기구는 간단하게 되어, 실제로 투사렌즈를 조립할 때나 조정시의 작업효율도 향상한다.

또, 본 실시형태의 투사렌즈로서는, 후술하는 바와 같이하여, 렌즈계에 있어서의 앞쪽의 렌즈군(전군: 제 1렌즈군) 및 뒤쪽의 렌즈군(후군: 제 2렌즈군)의 각각에 있어서, 소요의 비구면형태를 가지는 비구면렌즈가 배치되는 구조를 취하는 것이나, 여기서 렌즈로서 비구면을 사용하는 조건에 대해서 간략히 기술하여 둔다.

전군의 부렌즈로서 비구면렌즈를 사용할 경우, 광축에서 떨어짐에 따라서 부의 파워(부의 굴절력)가 약하게 되는 형태로 한다.

또, 후군의 정렌즈에 비구면렌즈를 사용할 경우, 광축에서 떨어짐에 따라서, 정의 파워(정의 굴절력)가 약하게 되는 형태로 한다. 이에 대해서, 후군의 부렌즈에 비구면렌즈를 사용할 경우에는, 광축에서 떨어짐에 따라서, 부의 파워(부의 굴절력)가 약하게 되는 형태로 한다.

이때, 비구면렌즈로서의 비구면부는 가급적 축외광속의 광축으로부터의 높이가 높은 면에 사용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 다른 상고(像高)의 광속의 오버랩량이 작게되고, 비점수차나 왜곡수차 등의 축외수차의 보정에 효과가 있다. 또, 축상, 축외의 오버랩하고 있는 면에 비구면부를 사용하면, 구면수차나 코마수차 등의 보정에 효과가 있다.

3. 투사렌즈의 구성

3-1. 렌즈의 배치구조

계속해서, 본 실시의 형태로서의 투사렌즈의 배치구조에 대해서, 도 1∼도 15를 참조하여 설명한다. 이후 설명하는 제 1∼제 5실시의 형태로서의 투사렌즈는, 먼저 도 2∼도 7에 나타낸 프로젝션 표시장치에 있어서의 투사렌즈(20)로서 채용되는 것이다.

또한, 여기서는, 주로 제 1∼제 5의 각 실시형태로서의 렌즈의 배치구조에 대한 설명으로 멈추고, 각 렌즈의 형태, 렌즈간의 거리 등은, 뒤에 나타내는 수치실시형태에 의해 표시하는 것으로 한다. 또한, 이후 설명하는 도 11∼도 15에 있어서, r1∼r15(r13)까지로 나타내는 부호는 렌즈면번호를 나타내고, d1∼d14(d12)까지로 나타내는 부호는 주광선축에 있어서의 렌즈면간격 및 렌즈간격(렌즈두께)을 나타낸다. 또, 각 렌즈에 대해서 부가되는 L1∼L6(L5)까지로 나타내는 부호는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 배치된 순에 따라서, 각 렌즈자체에 대해서 부가된 렌즈번호이다.

먼저, 제 1실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈의 배치구조에 대해서 설명한다.

도 11은, 제 1실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈의 배치구조를 개념적으로 나타내는 렌즈 단면도이다. 이들의 도면에 있어서는, 도면의 좌측이 스크린(21)측(긴 공역측)이 되고, 우측이 라이트밸브 및 광합성소자측(짧은 공역측)이 된다. 또, 광합성소자(60)는, 예를 들면 도 2∼도 4에 나타낸 각 광합성소자(19, 19A, 19B) 및 도 5∼도 7에 나타낸 편광빔 스플리터(54)를 개념적으로 나타내는 것으로, 라이트밸브(70)는, 도 2∼도 7에 나타낸 라이트밸브(도 2∼도 4에 있어서는 RGB색의 액정표시 패널블록)을 개념적으로 나타내는 것이다.

제 1실시의 형태의 투사렌즈(20)로서는, 도 11에 나타내는 바와 같이 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서, 제 1렌즈군(100), 조리개(300), 제 2렌즈군(200)이 순차로 배열되어서 이루는 것이다.

이 경우, 제 1렌즈군(100)은 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 비구면렌즈(101) 및 정렌즈(102)가 배치되어서 이루어지고, 전체로서는 정의 굴절력을 가진다.

여기서, 가장 긴 공역측에 위치하는, 메니스커스렌즈로서의 비구면렌즈(101)의 양면은, 뒤에 나타내는 수치실시형태에 있어서의 비구면계수에 따른 비구면을 가진다. 또, 비구면렌즈(101)는, 광축중심에서 그 주변에 걸쳐서 부의 굴절력이 강하게 되도록 되어 있다. 또, 정렌즈(102)는 뒤에 나타내는 수치실시형태에서도 알 수 있는 바와 같이, 조리개(300)에 대해서 접하도록 하여 배치된다.

또, 제 2렌즈군(200)은 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 첩합렌즈(201), 비구면렌즈(204)가 배치된 2군 3매의 구성을 채용한다.

첩합렌즈(201)는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 배치한, 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈(202)와, 정의 굴절력을 가지는 정렌즈(203)를 서로 첩합하여서 구성된다. 이와 같은 구성에 의해, 제 2렌즈군(200)은 전체로서 정의 굴절율을 가진다. 또, 이 제 2렌즈군(200)내의 비구면렌즈(204)도, 후에 나타내는 수치실시형태에 따른 비구면계수를 가진다.

또, 이후의 제 2 및 제 3실시의 형태에 대해서도 말할 것이지만, 이 투사렌즈(20)의 전계통에 있어서의 가장 긴 렌즈간격은, 제 1렌즈군 중에 있도록 된다. 즉, 전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은, 비구면렌즈(101)와 정렌즈(102)의 사이의 간격(d2)이되는 축상공기간격이 된다.

또한, 본 명세서에 있어서는, 하나의 렌즈군에 있어서의 렌즈면을 특정하는데 「최종 렌즈면」또는 「최초의 렌즈면」이라고 하는 경우가 있다. 「최종 렌 즈면」이란, 그 렌즈군에 있어서 짧은 공역측에 가장 가까운 렌즈면의 것을 말하고, 「최초의 렌즈면」이란, 그 렌즈군에 있어서 긴 공역측에 가장 가까운 렌즈면의 것을 말한다. 구체예로서, 상기 도 10에 나타내는 제 1렌즈군(100)의 경우라면, 이 제 1렌즈군(100)의 「최종 렌즈면」은, 정렌즈(104)의 짧은 공역측의 렌즈면(r4)이고, 제 1렌즈군(100)의 「최초의 렌즈면」은 비구면렌즈(101)의 긴 공역측의 렌즈면(r1)이 된다.

도 12의 렌즈단면도는, 제 2실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈배치구조를 나타내고 있다. 또한, 이 도면에 있어서, 도 11과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그 기재내용이 동일하게 되는 부위에 대해서는 설명을 생략한다.

이 도면에 나타내는 제 2실시형태로서의 투사렌즈(20)로서는, 제 2렌즈군(200)에 있어서, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 비구면렌즈(205), 정렌즈(204), 첩합렌즈(201)가 배치된 3군 4매의 구성을 채용하고, 이 경우에도 전체로서 정의 굴절력을 가진다.

이 경우, 제 2렌즈군(200) 중에 존재하는 비구면렌즈(205)는, 그 양면이 짧은 공역측에 볼록한 형태를 가지는 것으로 된다.

도 13의 렌즈단면도는, 제 3실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈 배치구조를 나타내고 있다. 이 도 13에 나타내는 제 3실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 배치구조에 대해서는, 도 12에 나타낸 제 2실시의 형태와 동일하고, 동일 구성부분에 동일부호를 붙이고, 각부에 대한 설명은 여기서는 생략한다.

단, 이 경우에는, 뒤에 나타내는 수치실시의 형태에서도 알 수 있는 바와 같이, 정렌즈(102)와 조리개(300)와는 접하고 있는 상태가 아니고, 근접하고 있다고 하는 소정의 축상 공기간격을 두고 배치되어 있다. 이 점에 대해서는, 이후 설명하는 제 4실시의 형태 및 제 5실시의 형태에 대해서도 동일하게 된다.

도 14에 나타내는 렌즈 단면도는, 제 4실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈배치구조를 나타내고 있고, 도 11∼도 13과 동일 부분에 대해서는, 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 도면에 나타내는 제 4실시의 형태로서의 투사렌즈(20)로서는, 제 1렌즈군(100)에 있어서, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 비구면렌즈(101), 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈(103), 정렌즈(102)가 배치된 3군 3매의 구성을 채용하고, 이 경우에도 전체로서 정의 굴절력을 가진다.

또, 제 2렌즈군(200)은 렌즈의 배치구조적으로는, 도 11에 나타낸 제 1실시의 형태의 제 2렌즈군(200)과 동일하게 되기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.

도 15에 나타내는 렌즈 단면도는, 제 5실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 렌즈배치구조를 나타내고 있다. 이 도 15에 나타내는 제 4실시의 형태로서의 투사렌즈(20)의 배치구조에 대해서는, 도 14에 나타낸 제 3실시의 형태와 동일하고, 동일 구성부분에 동일부호를 붙이고, 각부에 대한 설명은 여기서는 생략한다.

그리고, 상기 도 11∼도 15에 나타낸 제 1∼제 5의 실시의 형태의 투사렌즈(20)에 있어서는, 투사배율의 변화에 따르는 초점조정을 위해, 제 1렌즈군(100)에 있어서의 소정의 렌즈간의 광축상의 거리(축상렌즈군간격)를 변화시키는 것으로 되어 있다. 즉, 상기 도 11∼도 15에 있어서 가변간격(VD1)으로서 나타내는 렌즈면 간격을 가변하는 것이다.

이때, 제 1∼제 3실시의 형태와 같이, 제 1렌즈군(100)이 비구면렌즈(101)와 정렌즈(102)와의 2군 2매로 이루는 구성에서는, 이 비구면렌즈(101)와 정렌즈(102)의 축상렌즈간격이 가변간격(VD1)이 된다.

또 제 4실시의 형태는, 제 1렌즈군(100)이 비구면렌즈(101), 메니스커스 렌즈(103), 정렌즈(102)의 3군 3매로 이루는 구성을 채용하는 것이나, 이 제 4실시의 형태에서는, 비구면렌즈(101)와 메니스커스 렌즈(103)의 축상 렌즈간격이 가변간격(VD1)이 된다.

또, 제 5실시의 형태도, 제 1렌즈군(100)이 비구면렌즈(101), 메니스커스 렌즈(103), 정렌즈(102)의 3군 3매로 이루는 구성을 채용하는바, 이 제 5실시의 형태에서는, 메니스커스 렌즈(103)와 정렌즈(102)의 축상 렌즈간격을 가변간극(VD1)로 하고 있다.

3-2. 조건식

상기 구성에 의한 제 1∼제 5실시의 형태로서의 투사렌즈(20)에 있어서는, 다음에 나타내는 조건식 1∼5를 만족시키고 있다.

전 계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율시의 제 2렌즈군(200)의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 제 2렌즈군(200)의 초점거리를 F2, 제 2렌즈군(200)의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

[조건식 1]

1.87 ＜ BF/F

[조건식 2]

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

또, 제 2렌즈군(200)의 첩합렌즈(201)에 있어서 정의 굴절력을 가지는 렌즈(정렌즈(203))의 압베수를 νP, 제 2렌즈군(200)의 첩합렌즈(201)에 있어서 부의 굴절력을 가지는 렌즈(메니스커스 렌즈(202))의 압베수를 νN으로 하여,

[조건식 3]

55.0 ＜ νP

[조건식 4]

νN ＜ 30.0

또, 제 1렌즈군(100) 중의 가장 긴 면간격을 t1G, 제 1렌즈군(100) 중에 있어서 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리를 F1P로 하고,

[조건식 5]

0.41 ＜ t1G/F1P ＜ 0.84

계속해서, 상기 각 조건식에 대해서 설명한다.

예를 들면, 프로젝션 표시장치의 투사렌즈로서는, 도 2∼도 7에 나타낸 구성에서도 알 수 있는 바와 같이, 색합성용의 다이크로익미러나 다이크로익프리즘 등의 광학소자를 이용할 필요가 있기 때문에, 긴 백포커스가 필요하다. 또, 예를 들면 프로젝션 표시장치의 크기, 즉 케이스체 케이스를 작게하는 것을 목적으로 하는 경우, 짧은 투사거리로 화각을 넓게 취하여 대화면을 얻도록 하기 위해서는, 투 사렌즈 전계통의 초점거리를 짧게하는 것이 필요하다.

이 때문에, 본 실시의 형태에서는 조건식 1을 만족시키는 것으로, 긴 백포커스와 투사렌즈 전계통의 초점거리를 짧게한다는 2개의 조건을 달성하는 것이다.

조건식 2는, 조리개(300)의 위치와 제 2렌즈군(200)에 관한 텔레센트릭성을 위한 조건이다.

일반적으로 렌즈의 앞쪽 초점을 통과하는 광선은, 렌즈를 통과 후에 평행광선이 된다. 본 실시의 형태의 투사렌즈(20)의 경우, 제 2렌즈군(200)의 앞쪽 초점부근에 조리개를 설정하면, 짧은 공역측에 사출한 주광선은 평행광선에 가깝게 되어, 텔레센트릭성이 실현할 수 있는 것을 알고 있다. 즉, 조리개(300)에서 제 2렌즈군(200)의 앞쪽 주점위치가 제 2렌즈군(200)의 초점거리(F2)에 일치한 경우가 텔레트릭성이 가장 좋은 것이 된다. 조건식 2는 이것을 규정하는 것이다.

이와 관련하여, 텔레센트릭성이 무너지면 상광선과 하광선의 대칭성도 무너지므로, 색합성이나 편광빔 스플리터를 위한 프리즘이나 미러의 코트막을 투과 또는 반사할 때의 각도특성에 의존하여, 광선의 강도가 파장에 의해 다르고, 투사화상의 화면상에 색이나 강도에 의한 불균일이 발생하는 원인이 된다.

여기서, 조건식 2의 상한을 초과하면, 제 2렌즈군(200)의 굴절력을 약하게 하지 않으면 텔레센트릭성이 확보할 수 없게 되고, 조건식 2의 상한을 초과한 상태에서 굳이 텔레센트릭성을 유지하고자 하면, 백포커스가 짧게 되게 된다.

반대로, 조건식 2의 하한을 초과하면, 제 2렌즈군(200)의 굴절력이 강하게 되고, 그것에 수반하여 제 1A렌즈군(100)의 굴절력도 강하게 하지 않으면 안되기 때문에, 축외수차의 보정이 곤란하게 된다던지, 렌즈의 지름이 크게 되어 바람직하지 않다.

조건식 3, 4는, 렌즈소재로서의 압베(abbe)수를 규정하고 있는 것이다. 조건식 3은, 특히, 강한 굴절력을 가지는 첩합렌즈(201)의 정렌즈의 압베수의 조건을 나타내고 있다. 이들 조건식 3, 4에서 표시되는 범위를 초과하면 배율색수차가 크게되어, 투사화면의 모퉁이에 색이 붙기 쉽게 된다.

조건식 5는, 제 1렌즈군(100)에서 사출되는 축외 광선을, 양호하게 되는 밸런스로 제 2렌즈군(200)에 입사시키기 위한, 제 1렌즈군(100)의 조건이다.

통상의 레트로 포커스타입의 투사렌즈에서는, 조리개를 끼우고 긴 공역측이 부의 굴절력을 가지고, 짧은 공역측이 정의 굴절력을 가지고 있다.

그렇지만, 본 실시형태의 투사렌즈(20)는, 제 1렌즈군(100)에 있어서, 조리개(300)에 가장 가까운 정렌즈(102)보다 긴 공역측에 존재하게 되는 렌즈군을 레트로 포커스타입의 전군, 제 1렌즈군(100)에 있어서 조리개(300)에 가장 가까운 정렌즈(102)보다 짧은 공역측이 레트로 포커스타입의 후군으로서 있다. 이렇게 함으로써, 제 1렌즈군에서 사출하는 축외 광선을 밸런스좋게 제 2렌즈군에 입사시킬 수 있기 때문에, 렌즈 전계통의 크기와 백포커스 및 광학성능을 양호하게 유지할 수 있다.

조건식 5의 상한을 초과하면 렌즈 전길이가 크게되고, 그것에 수반하여 제 1렌즈군(100)의 외경이 크게된다. 또, 제 1렌즈군(100)의 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리가 작게되면, 제 2렌즈군(200)에 입사하는 축외 광선의 각도가 과격하게 되기 때문에, 수차보정이 곤란하게 된다. 또, 조건식 5의 하한을 초과하면, 제 1렌즈군(100)의 각 렌즈의 굴절력이 강하게 되기 때문에, 특히 주변을 통과하는 광선의 수차가 발생하여 보정이 곤란하게 된다.

3-3. 수치실시형태 등

상기 제 1∼제 5실시의 형태의 투사렌즈(20)로서의 수치실시형태는, 각각 도 16∼도 20에 의해 표시된다.

도 16∼도 20의 각 도면 a에 있어서, i는 긴 공역측에서 셈한 렌즈면의 면번호(렌즈면번호)이고, 이것은 도 11∼도 15에 있어서, r1∼r15(r13)까지의 부호에 의해 나타낸 렌즈면에 대응한다. 또, R은, 각 렌즈면번호(i)에 대응하는 렌즈면의 곡률반경을 나타낸다. 또, D는 각 렌즈면번호(i)에 대응하는 렌즈면간격, ND는 각 렌즈면번호(m)에 대응하는, 파장 587.56mm의 렌즈의 굴절율, VD는 각 렌즈면번호(i)에 대응하는 렌즈의 압베수를 나타낸다. 또, 도 16∼도 20의 각 도면 a의 란외의 F는 당해 투사렌즈의 초점거리를 나타내고, Fno는 F넘버를 나타낸다.

또, 도 16∼도 20의 각 도면 a의 좌측 란에는, 도 11∼도 15에 있어서 L1 L6(L5)로서 나타낸 렌즈번호와 함께, 렌즈면번호에 대응한 광학소자가 표기되어 있다.

또, 도 16∼도 20의 각 도면 b에 나타내는, 비구면으로서의 면형태(비구면계수)는, 면의 중심을 원점으로 하고, 광축방향을 Z로 한 직교좌표계(X, Y, Z)에 있어서, r은 중심곡율반경, K는 원추정수, A4, A6, A8, A10을 각각 4차, 6차, 8차, 10차의 비구면계수로 할 때,

로 나타내는 식에 의해 표시되는 것으로 한다.

또, 도 16∼도 20의 각 도면 c에는, 3단계의 소정의 투사배율에 따른 렌즈면간격이 표시된다. VD1은, 도 11∼도 15의 각 렌즈 단면도에 있어서 표시되는 소정의 렌즈간의 렌즈면간격이고, VD2는 광합성소자(60)의 짧은 공역측과, 라이트밸브(70)의 입사면과의 면간격을 나타낸다. 이 구체적인 VD2의 위치도, 각각 도 11∼도 15에 표시되고 있다.

또, 도 21∼도 35의 각각에 의해, 제 1∼제 5실시의 형태의 투사렌즈(20)에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타낸다. 여기서는, 제 1∼제 5의 각 실시형태마다, 도 16∼도 20의 각 도면 c에 대응하는 각 투사배율에 따른 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차가 표시되고 있다.

또한, 이들 각 도면에 나타내는 제 수차도에 나타내는 결과를 얻는데 있어서는, 수치실시형태에는 나타내어 있지 않지만, 색합성을 위한 프리즘인, 도 2∼도 7에 나타낸 광합성소자(19)(19A, 19B), 또는 편광빔 스플리터(54)로서, 중심면간격 36mm(굴절율 n=1.51633, 압베수 ν=64.0)의 평행 평면판을 넣어서 계산을 행하고 있다. 단, 이와 같은 색합성 프리즘에 관한 수치는, 본 발명으로서의 투사렌즈의 구성에 영향을 주는 것은 아니다.

또, 상기 제 1∼제 5실시의 형태로서의 투사렌즈의 실제의 구조는, 도 11∼ 도 15에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니고, 여기까지 설명한 초점조정방법이나 조건식이 만족되는 한, 각 렌즈군을 형성하는 렌즈매수 등의 변경이 있어도 상관 없는 것이다. 또, 본 발명에 의한 조정에 의해 동시에, 렌즈에 대한 수차의 오차를 행할 수 있는바, 투사렌즈의 제조오차에 의해 발생한 제 수차의 보정에도 이용할 수 있다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 본 발명의 투사렌즈는 배면투사형의 프로젝션 표시장치에 있어서, 액정패널, 라이트밸브를 2차원 화상표시소자로서 이용한 투사장치에 갖춰지는 것으로서 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 일안레프 카메라용, 공업용 카메라, 전자사진용 등의 광각계의 사진렌즈나, CRT를 이용한 프로젝션 텔레비전용의 투사렌즈 등에도 적용이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 투사렌즈로서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

제 1∼제 5실시의 형태에서 기재한 발명에 의해, 제 1렌즈군에 있어서의 소정 렌즈간의 렌즈간격을 투사배율에 따라서 이동시키는 것으로, 각 투사배율에서 초점의 조정이 행해지도록 된 후, 투사렌즈의 전계통을 형성하는 렌즈매수를 종래보다도 적게하여 코스트업을 억제하면서, 긴 백포커스가 얻어지고, 또 투사렌즈 전계통의 초점거리(렌즈계의 전장)을 짧게할 수 있다. 또, 이것에 의해, 본 발명의 투사렌즈를 갖추는 프로젝션 표시장치로서는 소형화를 도모할 수도 있다.

또, 렌즈매수의 증가나 렌즈계가 크게 되는 것을 피하고, 상면만곡이나 짧은 공역측에 있어서의 나무통형의 왜곡수차를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또, 조리개와 제 2렌즈군간의 텔레센트릭성을 확보하여, 투사화상의 화면상에 나타나는 색의 얼룩이나 강도의 불균일을 방지할 수 있다. 즉, 상기와 같이하여 적은 렌즈매수이면서도, 높은 광학성능을 유지할 수는 것이다.

또, 제 2렌즈군을 구성하는 첩합렌즈에 대해서, 렌즈소재의 압베수를 규정하는 것으로 배율색수차를 억제하고, 투사화면의 모퉁이에 색이 붙기 어렵게 된다.

또, 제 1렌즈군에서 사출되는 축외 광선을 양호한 밸런스로 제 2렌즈군에 입사시키도록 제 1렌즈군이 구성되므로, 제 2렌즈군에 입사하는 축외 광선의 각도가 심하게 되지 않아, 용이하게 수차보정을 행할 수 있게 된다. 이것은, 예를 들면 라이트밸브(액정패널)의 고해상도화에 따라서 렌즈가 고해상도화되었다고 해도, 화면주위에서 색얼룩을 억제하는 것을 할 수 없다는 효과에 연결된다.

또, 렌즈배치 혹은 렌즈형태를 규정하는 것으로, 본 발명의 투사렌즈로서는 각종 배리에이션이 얻어지고, 실제의 사용조건 등에 적합한 렌즈구조를 선택할 수 있는 자유도가 상응적으로 얻을 수 있는 동시에, 상기한 투사렌즈의 광학적 특성의 향상을 할 수 있다.

Claims

긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치되고,

상기 제 1렌즈군은, 가장 긴 공역측에 존재하는 비구면렌즈와, 적어도 1매 이상의 정렌즈를 갖추고, 전체로서 정의 굴절력을 갖도록 되고,

상기 제 2렌즈군은, 적어도 1조의 첩합렌즈와, 비구면렌즈를 갖추고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된 후,

상기 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하도록 되어 있는 동시에,

전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 ＜ BF/F

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

인 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈는, 광축중심에서 주변에 걸쳐서 부의 굴절력이 강하게 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 정렌즈는, 상기 조리개에 접하여 배치되거나, 또는 상기 조리개에 대해서 근접하여 있게 되는 소정의 거리를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 첩합렌즈는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 부의 굴절력을 가지는 렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 정렌즈를 조합하여서 구성되는 동시에,

상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈에 있어서 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베(abbe)수를 νP, 상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈에 있어서 부의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νN으로 하여,

55.0 ＜ νP

νN ＜ 30.0

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치되고,

상기 제 1렌즈군은, 긴 공역측에 볼록형태가 되는 메니스커스 렌즈와, 적어 도 1매 이상의 정렌즈를 갖추고, 전체로서 정의 굴절력을 가지며,

상기 제 2렌즈군은, 적어도 1조의 첩합렌즈와 비구면렌즈를 갖추고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된 위에서,

상기 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하도록 되어 있는 동시에,

전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 ＜ BF/F

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 5항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 메니스커스 렌즈는, 비구면렌즈가 되는 동시에, 광축중심에서 주변에 걸쳐서 부의 굴절력을 강하게 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 5항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 정렌즈는, 상기 조리개에 대하여 접하여 배치되는, 또는 상기 조리개에 대하여 근접하고 있게 되는 소정의 거리를 가지고 배치되는 것을 특 징으로 하는 투사렌즈.
제 5항에 있어서,

전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은, 상기 제 1렌즈군 중에 존재되는 비구면렌즈의 뒤에 존재하도록 되는 동시에,

상기 제 1렌즈군 중의 가장 긴 면간격을 t1G, 상기 제 1렌즈군 중에 있어서 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리를 F1P로 하여,

0.41 ＜ t1G/F1P ＜ 0.84

가 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 5항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 첩합렌즈는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로 배치한 부의 굴절력을 가지는 렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 정렌즈의 조합으로 구성되는 동시에,

상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νP, 상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 부의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νN으로 하여,

55.0 ＜ νP

νN ＜ 30.0

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치되고,

상기 제 1렌즈군은, 가장 긴 공역측에 존재하는 비구면렌즈와, 정렌즈를 갖춘 2군 2매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 되고,

상기 제 2렌즈군은, 1조의 첩합렌즈와 비구면렌즈의 2군 3매로 이루고, 정의 굴절력을 가지도록 된 후,

상기 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하도록 되어 있는 동시에,

전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 ＜ BF/F

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 10항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈는, 광축중심에서 주변에 걸쳐서 부의 굴절력을 강하게 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 10항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 정렌즈는, 상기 조리개에 대해서 접하여 배치되는, 또는 상기 조리개에 대해서 근접하고 있게 되는 소정의 거리를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 10항에 있어서,

전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은, 제 1렌즈군의 비구면렌즈와 정렌즈의 사이에 존재하도록 되는 동시에

상기 제 1렌즈군 중의 가장 긴 면간격을 t1G, 상기 제 1렌즈군 중에 있어서 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리를 F1P로 하여,

0.41 ＜ t1G/F1P ＜ 0.84

가 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 10항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 첩합렌즈는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로 배치한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈와 정의 굴절력을 가지는 정렌즈의 조합으로 구성되는 동시에,

상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νP,상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 부의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νN으로 하여,

55.0 ＜ νP

νN ＜ 30.0

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치되고,

상기 제 1렌즈군은, 가장 긴 공역측에 존재하는 비구면렌즈와, 첩합렌즈의 2군 2매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지며,

상기 제 2렌즈군은, 조리개의 가장 가까이에 배치되는 비구면렌즈와, 첩합렌즈의 2군 3매, 또는 상기 조리개의 가장 가까이에 배치되는 비구면렌즈와, 정렌즈와, 첩합렌즈의 3군 4매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된 후,

상기 렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하도록 되어 있는 동시에,

전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 ＜ BF/F

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 15항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈는, 광축중심에서 주변에 걸쳐서 부의 굴절력이 강하게 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 15항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 정렌즈는, 상기 조리개에 대해서 접하여 배치되는, 또는 상기 조리개에 대해서 근접하고 있게 되는 소정의 거리를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 15항에 있어서,

전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은, 상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈와 정렌즈의 사이에 존재하도록 되는 동시에,

상기 제 1렌즈군 중의 가장 긴 면간격을 t1G, 상기 제 1렌즈군 중에 있어서 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리를 F1P로 하여,

0.41 ＜ t1G/F1P ＜ 0.84

가 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 15항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 첩합렌즈는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로 배치한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 정렌즈의 조합으로 구성되는 동시에,

상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νP,상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 부의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νN으로 하여,

55.0 ＜ νP

νN ＜ 30.0

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 15항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 비구면렌즈는, 그 양면이 짧은 공역측에 볼록형태를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로, 제 1렌즈군과, 조리개와, 제 2렌즈군이 배치되고,

상기 제 1렌즈군은, 가장 긴 공역측에 존재하는 비구면렌즈와, 정렌즈의 2군 2매, 또는 가장 긴 공역측에 존재하는 비구면렌즈와, 부의 메니스커스 렌즈와, 정렌즈의 3군 3매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지며,

상기 제 2렌즈군은, 1조의 첩합렌즈와 가장 짧은 공역측에 비구면렌즈를 배치하는 2군 3매로 이루어지고, 전체로서 정의 굴절력을 가지도록 된 후,

상기 제 1렌즈군에 있어서의 소정의 렌즈간의 렌즈간격을 이동시키는 것으로 초점조정을 행하도록 되어 있는 동시에,

전계통의 초점거리를 F, 소정 투사배율 시의 상기 제 2렌즈군의 최종 렌즈면에서 작은 공역점까지의 공기환산거리를 BF, 상기 제 2렌즈군의 초점거리를 F2, 상기 제 2렌즈군의 앞쪽 주점위치를 HF2로 하여,

1.87 ＜ BF/F

0.22 ＜ HF2/F2 ＜ 0.57

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈는, 광축중심에서 주변에 걸쳐서 부의 굴절력이 강하게 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

상기 제 1렌즈군의 정렌즈는, 상기 조리개에 대해서 접하여 배치되고, 또는 상기 조리개에 대해서 근접하고 있게 되는 소정의 거리를 가지고 배치되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은 상기 조리개와 상기 제 2렌즈군과의 사이에 존재하도록 되는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

전계통 중에 있어서 가장 긴 렌즈간격은 상기 제 1렌즈군의 비구면렌즈와 정렌즈의 사이에 존재하도록 되는 동시에,

상기 제 1렌즈군 중의 가장 긴 면간격을 t1G, 상기 제 1렌즈군 중에 있어서 가장 조리개에 가까운 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 초점거리를 F1P로 하여,

0.41 ＜ t1G/F1P ＜ 0.84

가 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 첩합렌즈는, 긴 공역측에서 짧은 공역측에 걸쳐서 순서로 배치한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈와 정의 굴절력을 가지는 정렌즈의 조합으로 구성되는 동시에,

상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νP, 상기 제 2렌즈군의 첩합렌즈의 부의 굴절력을 가지는 렌즈의 압베수를 νN으로 하여,

55.0 ＜ νP

νN ＜ 30.0

이 되는 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.
제 21항에 있어서,

상기 제 2렌즈군 중의 비구면렌즈는, 양 볼록렌즈로서의 형태를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 투사렌즈.