WO2013157249A1 - 投写用レンズおよび投写型表示装置 - Google Patents

投写用レンズおよび投写型表示装置 Download PDF

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WO2013157249A1
WO2013157249A1 PCT/JP2013/002560 JP2013002560W WO2013157249A1 WO 2013157249 A1 WO2013157249 A1 WO 2013157249A1 JP 2013002560 W JP2013002560 W JP 2013002560W WO 2013157249 A1 WO2013157249 A1 WO 2013157249A1
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lens
projection
projection lens
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山本 力
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富士フイルム株式会社
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    • GPHYSICS
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    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
    • H04N9/317Convergence or focusing systems

Definitions

  • the present invention relates to a projection lens and a projection display device, for example, a projection lens that can be suitably used for enlarging and projecting a light beam having image information from a light valve on a screen, and a projection display using the projection lens It relates to the device.
  • Known light valves that perform light modulation include transmissive and reflective liquid crystal display elements, DMD (digital micromirror device: registered trademark) elements in which micromirrors are regularly arranged, and the like.
  • DMD digital micromirror device: registered trademark
  • a projection display device using such a light valve is required to be convenient, easy to install, small, lightweight, and bright (small F number). Therefore, a projection lens mounted on a projection display device is also required to have a wide angle, a small size, a light weight, a small F number, a low price, and a small number of constituent lenses.
  • Patent Document 1 describes a six-lens lens system in which positive, positive, negative, negative, positive, and positive lenses are arranged in this order from the enlargement side.
  • Patent Documents 2 and 3 describe a six-lens lens system in which positive, negative, negative, positive, positive, and positive lenses are arranged in this order from the enlargement side.
  • Patent Document 4 describes, as Example 8, a six-lens lens system in which positive, negative, positive, negative, positive, and positive lenses are arranged in order from the enlargement side.
  • Patent Documents 1 and 2 has a large F number of 4.0 and a total angle of view within a range of 22 degrees to 34 degrees, and does not support widening.
  • Patent Document 3 describes a lens system having an F-number as small as 1.7, but the total angle of view is 32 degrees, which does not correspond to widening of the angle.
  • the F number is 2.1 and the total angle of view is about 60 degrees, but the total length of the lens system is long, and correction of distortion and lateral chromatic aberration is insufficient.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a small number of constituent lenses, such as six, but has a small F number, a wide angle, various aberrations are well-balanced and well corrected, and has a high performance. It is an object of the present invention to provide a lightweight projection lens and a projection display device using the same.
  • the projection lens of the present invention includes, in order from the magnification side, a first lens having a negative refractive power with a concave surface facing the reduction side, a second lens having a positive refractive power with a concave surface facing the reduction side, and magnification A third lens having negative refractive power with the concave surface facing side, a fourth lens having positive refractive power with the convex surface facing the reduction side, a fifth lens having positive refractive power, and a positive refractive power And a sixth lens having substantially the same, and the reduction side is telecentric, and satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • conditional expression (3) it is preferable to satisfy the following conditional expression (3), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3 ′).
  • conditional expression (3) 0.5 ⁇ Bf / f ⁇ 2.0 (3) 0.5 ⁇ Bf / f ⁇ 1.5 (3 ′)
  • Bf Back focus of the entire system (air equivalent distance)
  • conditional expression (6) it is preferable to satisfy the following conditional expression (6), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (6 ′).
  • conditional expression (6 ′) 1.0 ⁇ f2 / f ⁇ 2.5 (6) 1.1 ⁇ f2 / f ⁇ 2.0 (6 ′)
  • f2 focal length of the second lens
  • the third lens and the fourth lens are cemented.
  • At least one of the lens surfaces of the first lens and the sixth lens is an aspherical surface.
  • the projection display device is described above as a light source, a light valve on which light from the light source is incident, and a projection lens that projects an optical image by light modulated by the light valve onto a screen.
  • the projection lens of the present invention is provided.
  • the “enlargement side” means the projection side (screen side), and the screen side is also referred to as the enlargement side for the sake of convenience when performing reduced projection.
  • the “reduction side” means the original image display area side (light valve side), and the light valve side is also referred to as the reduction side for the sake of convenience when performing reduced projection.
  • the surface shape, refractive power (power), and radius of curvature of the lens are considered in the paraxial region when an aspheric surface is included.
  • substantially consisting of means optical components other than lenses such as lenses, diaphragms, masks, cover glasses, filters, etc. that have substantially no power other than the six lenses listed as constituent elements. It is intended that an element, a lens flange, a lens barrel, a mechanism portion such as a camera shake correction mechanism, and the like may be included.
  • the reduction side is telecentric means that the bisector of the upper maximum ray and the lower maximum ray is parallel to the optical axis in the cross section of the light beam condensed at an arbitrary point on the reduction side image plane.
  • This is not limited to the case where the distance is completely telecentric, that is, the case where the bisector is completely parallel to the optical axis, and there is some error (with respect to the optical axis).
  • the case where there is some error is the case where there is a slight inclination with respect to the optical axis
  • the inclination of the bisector with respect to the optical axis is within a range of ⁇ 4 °.
  • the “surface power” is expressed as (n2 ⁇ n1) / r, where r is the radius of curvature of a surface and n1 and n2 are the refractive indices of the medium on the enlargement side and the reduction side of the surface, respectively. Is.
  • the “back focus” is the distance on the optical axis from the lens surface on the most reduction side to the paraxial focal plane on the reduction side.
  • the enlargement side and the reduction side are considered as the front side and the back side, respectively.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the enlargement side and negative when the surface shape is convex on the reduction side.
  • the power array is suitably set so that the negative, positive, negative, positive, positive, and positive lenses are arranged in order from the magnification side, and the shapes of the first lens to the fourth lens are preferably set.
  • the F number is small, wide angle, and various aberrations are well corrected in a well-balanced manner while the number of lenses is as small as six.
  • a high-performance, small and lightweight projection lens can be realized.
  • the projection display device of the present invention uses the projection lens of the present invention, it can be configured to be bright, wide-angle, high performance, small and light.
  • Sectional drawing which shows the lens structure of the projection lens of Example 1 of this invention 1 is a schematic configuration diagram of a projection display device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a projection display device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of a projection display device according to an embodiment of the present invention.
  • 6A to 6D are aberration diagrams of the projection lens according to Example 1 of the present invention.
  • 8A to 8D are graphs showing aberrations of the projection lens according to Example 2 of the present invention.
  • 10A to 10D are aberration diagrams of the projection lens according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a projection lens according to an embodiment of the present invention in a cross section including the optical axis Z.
  • the configuration example shown in FIG. 1 corresponds to a projection lens of Example 1 described later.
  • Reference numerals R1 to R14 in FIG. 1 will be described later in the description of the embodiment.
  • This projection lens is composed of six lenses, a first lens L1 to a sixth lens L6.
  • This projection lens is mounted on, for example, a projection display device, and can be used as a projection lens that projects image information displayed on a light valve onto a screen.
  • a projection display device assuming that the left side of the drawing is an enlargement side and the right side is a reduction side and is mounted on a projection display device, an optical member 2 in the form of a plane parallel plate assuming various filters, cover glasses, and the like, The image display surface 1 of the light valve is also shown.
  • FIG. 1 shows an example in which the position of the reduction side surface of the optical member 2 and the position of the image display surface 1 coincide with each other, the present invention is not necessarily limited thereto. Further, FIG. 1 shows only one image display surface 1, but in a projection display device, a light beam from a light source is separated into three primary colors by a color separation optical system, and three light sources for each primary color are used. A light valve may be provided so that a full-color image can be displayed.
  • a light beam given image information on the image display surface 1 is incident on the projection lens via the optical member 2 and is arranged on the left side of the paper surface by the projection lens ( (Not shown).
  • the projection lens of this embodiment includes, in order from the magnification side, a first lens L1 having a negative refractive power with a concave surface facing the reduction side, and a second lens L2 having a positive refractive power with a concave surface facing the reduction side.
  • the sixth lens L6 having positive refractive power are arranged so that the reduction side is telecentric.
  • the first lens L1 which is the most magnified lens is a negative lens, and three positive lenses are arranged on the reduction side, so that it becomes a retrofocus type optical system and ensures a long back focus while widening the angle. Can do. Also, it is advantageous for widening the angle by making the surface on the reduction side of the first lens L1 concave.
  • the reduction side surface of the second lens L2 and the enlargement side surface of the third lens L3 are both concave surfaces, and these two concave surfaces are opposed to each other, so that the field curvature and spherical aberration can be corrected well to reduce the F-number. This is advantageous for realizing an optical system.
  • the diaphragm 3 is arranged between the second lens L2 and the third lens L3. By disposing the aperture stop 3 at this position, it is advantageous to realize a small optical system with a small F number while ensuring good telecentricity.
  • the diaphragm 3 may be a fixed diaphragm having a fixed aperture diameter or a variable diaphragm having a variable aperture diameter.
  • the fourth lens L4 has a reduction-side surface as a convex surface, and the first to third lenses (lenses L4, L5, and L6) from the reduction side are positive lenses. It is possible to realize an optical system having a small F-number by properly correcting various aberrations while securing the properties.
  • the negative meniscus first lens L1 having a concave surface on the reduction side in the paraxial region and the positive lens having the concave surface on the reduction side.
  • a second lens L2 made of a meniscus lens, a third lens L3 made of a biconcave lens, a fourth lens L4 made of a biconvex lens, a fifth lens L5 made of a biconvex lens, and a biconvex sixth lens in the paraxial region.
  • Six lenses L6 are arranged.
  • the third lens L3 and the fourth lens L4 are preferably joined as in the example shown in FIG.
  • chromatic aberration particularly axial chromatic aberration
  • At least one of the lens surfaces of the first lens L1 and the sixth lens L6 is an aspherical surface. The reason is that the lens on the most magnified side and the lens on the most reduced side have a high ray height, and the on-axis light beam and the off-axis light beam are separated. Therefore, aberration correction can be effectively performed by utilizing an aspheric surface. This is because it is advantageous for realizing a high-performance optical system with a small number and a wide angle.
  • the projection lens according to this embodiment is configured to satisfy the following conditional expressions (1) and (2). ⁇ 3.0 ⁇ 1 / (P4 ⁇ f) ⁇ ⁇ 0.4 (1) ⁇ 2.0 ⁇ 1 / (P5 ⁇ f) ⁇ ⁇ 0.2 (2)
  • P4 power on the reduction side surface of the second lens
  • P5 power on the enlargement side surface of the third lens f: focal length of the entire system
  • the power of the two concave surfaces facing each other that is, the concave surface on the reduction side of the second lens L2 and the concave surface on the magnification side of the third lens L3 is suitable.
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the power of the reduction side surface of the second lens L2 becomes weak, and if the power of the reduction side surface of the second lens L2 is weak, the high performance is maintained. The overall length of the lens system, particularly the length in the optical axis direction, is increased. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, it will be difficult to satisfactorily correct aberration correction, particularly field curvature.
  • conditional expression (1 ′) is satisfied instead of conditional expression (1) for further downsizing and better aberration correction.
  • conditional expression (2) If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the power on the enlargement side surface of the third lens L3 becomes weak, and if the power on the enlargement side surface of the third lens L3 is weak, an attempt is made to maintain high performance.
  • the overall length of the lens system particularly the length in the optical axis direction, is increased. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, it will be difficult to satisfactorily correct aberration correction, particularly field curvature.
  • conditional expression (2) is satisfied instead of conditional expression (2) for further miniaturization and better aberration correction. ⁇ 1.5 ⁇ 1 / (P5 ⁇ f) ⁇ ⁇ 0.3 (2 ′)
  • the projection lens of the present embodiment satisfies any one of the following conditional expressions (3) to (7) or any combination.
  • Bf Back focus of the entire system (air equivalent distance)
  • f focal length of entire system
  • D distance on the optical axis from the lens surface on the enlargement side of the first lens to the lens surface on the reduction side of the sixth lens
  • the radius of curvature f2 of the reduction side surface of the second lens focal length ⁇ d2 of the second lens: Abbe number of the second lens with respect to the d-line
  • Conditional expression (3) relates to back focus. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, it will be difficult to arrange the color composition member, separation member, etc. on the reduction side of the projection lens. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the lens diameter on the reduction side is increased, the length of the lens system in the optical axis direction is increased, and the entire lens system is increased in size.
  • conditional expression (3) 0.5 ⁇ Bf / f ⁇ 1.5
  • Conditional expression (4) relates to the total thickness of the lens system. If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, it will be difficult to satisfactorily correct aberration correction, particularly field curvature. When the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the length of the lens system in the optical axis direction becomes long, and the entire lens system becomes large.
  • conditional expression (4 ′) is satisfied instead of conditional expression (4) for further miniaturization and better aberration correction.
  • Conditional expression (5) relates to the power balance between the enlargement side surface and the reduction side surface of the second lens L2. Even if the lower limit of conditional expression (5) is exceeded or the upper limit is exceeded, it becomes difficult to correct the field curvature well and to make the entire lens system compact.
  • conditional expression (5 ′) is satisfied instead of conditional expression (5) for further downsizing and better aberration correction.
  • Conditional expression (6) relates to the power ratio of the second lens L2 with respect to the entire system. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, it will be difficult to satisfactorily correct spherical aberration and to ensure back focus. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the diameters of the enlargement side lenses such as the first lens L1 and the second lens L2 become large, which is contrary to miniaturization and weight reduction.
  • conditional expression (6 ′) instead of conditional expression (6) for better aberration correction and further reduction in size and weight.
  • Conditional expression (7) relates to the dispersion characteristics of the material of the second lens L2. If the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, it will be difficult to satisfactorily correct chromatic aberration.
  • the preferable structure mentioned above is selectively adopted suitably according to the matter desired for the projection lens.
  • a small F number for example, an F number smaller than 1.8
  • a wide angle for example, full image
  • the projection lens of this embodiment is small and light, it can be suitably used for, for example, a palm-sized projection display device.
  • FIG. 2 relates to a single-plate projection display device that modulates with one light valve
  • the examples shown in FIGS. 3 to 5 use three light valves for R light, G light, and B light.
  • the present invention relates to a three-plate projection display device that performs modulation for each light.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the projection display apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the projection display device 100 includes a light source 20, an illumination optical unit 30, a reflective liquid crystal display element 101 as a light valve, a polarization separation prism 115, and a projection lens 10 according to an embodiment of the present invention. .
  • the illumination optical unit 30 includes a fly-eye integrator 5 composed of fly-eye lenses 5a and 5b for uniformizing illumination light, and a polarization conversion element for emitting one of two linearly polarized lights whose vibration planes are orthogonal to each other. 6 and a condenser lens 7 including lenses 7a and 7b.
  • the light from the light source 20 passes through the fly eye integrator 5 and then enters the polarization conversion element 6.
  • the vibration plane of light is converted into linearly polarized light (P-polarized light or S-polarized light) in a predetermined direction by the polarization conversion element 6.
  • the light is collimated by the condenser lens 7 and enters the polarization separation prism 115, is reflected by the reflection surface inside the polarization separation prism 115, enters the reflective liquid crystal display element 101, and is light-modulated for polarization separation.
  • the light After passing through the prism 115, the light enters the projection lens 10.
  • the projection lens 10 projects an optical image of light modulated by the reflective liquid crystal display element 101 on a screen (not shown).
  • the configuration example shown in FIG. 1 is used as the projection lens 10, but another configuration example may be used as long as it is a projection lens according to an embodiment of the present invention.
  • the projection lens used in the projection display devices 200 to 400 of the embodiments described below is not limited to the configuration example shown in FIG. 1, and any projection lens according to the embodiment of the present invention can be used. .
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a projection display apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the projection display device 200 includes a light source 20, an illumination optical unit 30, reflective liquid crystal display elements 201a to 201c as light valves corresponding to each color light, dichroic mirrors 12 and 13 for color separation, A cross dichroic prism 214 for synthesis, polarization separation prisms 215a to 215c, a total reflection mirror 16 for optical path deflection, and a projection lens 10 according to an embodiment of the present invention are provided.
  • the illumination optical unit 30 and the projection lens 10 are schematically shown.
  • the white light from the light source 20 passes through the illumination optical unit 30 and is then decomposed into three colored light beams (G light, B light, and R light) by the dichroic mirrors 12 and 13.
  • the separated color light beams pass through the polarization separation prisms 215a to 215c, enter the corresponding reflective liquid crystal display elements 201a to 201c, and are light-modulated, and are color-synthesized by the cross dichroic prism 214.
  • the light enters the projection lens 10.
  • the projection lens 10 projects an optical image of light modulated by the reflective liquid crystal display elements 201a to 201c on a screen (not shown).
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a projection display apparatus 300 according to another embodiment of the present invention.
  • the projection display device 300 includes a light source 20, an illumination optical unit 30, DMD elements 301a to 301c as light valves corresponding to each color light, and a TIR (Total Internal Reflection) prism 317a for color separation and color synthesis. 317c, a TIR prism 315 that separates illumination light and projection light, and a projection lens 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical unit 30 and the projection lens 10 are schematically shown.
  • the white light from the light source 20 is reflected by the reflecting surface inside the TIR prism 315 via the illumination optical unit 30, and then three colored light beams (G light, G light, and TIR prisms 317 a to 317 c). B light, R light).
  • the separated color light beams are incident on the corresponding DMD elements 301a to 301c to be light-modulated, proceed again in the reverse direction through the TIR prisms 317a to 317c, and are color-synthesized, then pass through the TIR prism 315,
  • the light enters the projection lens 10.
  • the projection lens 10 projects an optical image of light modulated by the DMD elements 301a to 301c on a screen (not shown).
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a projection display apparatus 400 according to still another embodiment of the present invention.
  • the projection display device 400 includes a light source 20, an illumination optical unit 30, transmissive liquid crystal display elements 401a to 401c as light valves corresponding to each color light, dichroic mirrors 12 and 13 for color separation, A cross dichroic prism 414 for synthesis, condenser lenses 418a to 418c, total reflection mirrors 16a to 16c for deflecting an optical path, and a projection lens 10 according to an embodiment of the present invention are provided.
  • the illumination optical unit 30 and the projection lens 10 are schematically shown.
  • white light from the light source 20 is decomposed into three colored light beams (G light, B light, R light) by the dichroic mirrors 12 and 13 via the illumination optical unit 30.
  • the separated color light beams pass through the condenser lenses 418a to 418c and enter the transmissive liquid crystal display elements 401a to 401c corresponding to the color light beams, respectively, and are light-modulated. Is incident on the lens 10.
  • the projection lens 10 projects an optical image by light modulated by the transmissive liquid crystal display elements 401a to 401c on a screen (not shown).
  • Example 1 The lens configuration diagram of the projection lens of Example 1 is shown in FIG. Since the main description regarding FIG. 1 has been described above, a part of the overlapping description is omitted here.
  • the schematic configuration of the projection lens of Example 1 is as follows.
  • the projection lens of Example 1 is a second lens composed of a negative meniscus first lens L1 having a concave surface facing the reduction side in the paraxial region and a positive meniscus lens having a concave surface facing the reduction side in order from the magnification side.
  • Six lenses of L2, a third lens L3 made of a biconcave lens, a fourth lens L4 made of a biconvex lens, a fifth lens L5 made of a biconvex lens, and a sixth lens L6 biconvex in the paraxial region Are arranged so that the reduction side is telecentric.
  • the third lens L3 and the fourth lens L4 are cemented.
  • the surfaces on both sides of the first lens L1 and the surfaces on both sides of the sixth lens are aspheric surfaces.
  • a diaphragm 3 is disposed between the second lens L2 and the third lens L3.
  • Table 1 and Table 2 show the basic lens data and aspherical coefficients of Example 1 as the detailed configuration of the projection lens of Example 1, respectively.
  • the surface of the enlargement side of the most enlargement component is set to 0 in the column of Si of the basic lens data.
  • the basic lens data includes the diaphragm 3. In the surface number column of the screen and the diaphragm 3, the words (SCR) and (St) are entered together with the surface number.
  • the Ri column of the basic lens data indicates the radius of curvature of the i-th surface.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the enlargement side and negative when the surface shape is convex on the reduction side.
  • R1 to R14 shown in FIG. 1 correspond to Ri of basic lens data.
  • the Di field of the basic lens data indicates the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface, and the Ndj column indicates the most magnified component as the first, and as it goes to the reduction side.
  • the numerical value in the column corresponding to D0 is the projection distance.
  • Zd C ⁇ h 2 / ⁇ 1+ (1-K ⁇ C 2 ⁇ h 2 ) 1/2 ⁇ + ⁇ Am ⁇ h m
  • Zd Depth of aspheric surface (length of a perpendicular line drawn from a point on the aspherical surface at height h to a plane perpendicular to the optical axis where the aspherical vertex contacts)
  • h Height (distance from the optical axis to the lens surface)
  • C Paraxial curvature K
  • Tables 1 and 2 are standardized so that the focal length of the entire system is 1.
  • the numerical values in each table are rounded to a predetermined digit.
  • FIGS. 6A to 6D show aberration diagrams of the spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) of the projection lens of Example 1, respectively.
  • the aberration diagrams in FIGS. 6A to 6D are based on the d-line, but in the spherical aberration diagram, the C-line (wavelength 656.3 nm) and the F-line (wavelength 486.1 nm). Are also shown, and the chromatic aberration diagram for magnification shows aberrations for the F-line and C-line.
  • the aberrations in the sagittal direction and the tangential direction are indicated by solid lines and broken lines.
  • the aberration diagrams shown in FIGS. 6A to 6D are obtained at the projection distances shown in Table 1.
  • FIG. 7 shows the lens configuration of the projection lens of Example 2.
  • the schematic configuration of the projection lens of Example 2 is the same as that of Example 1, but instead of the optical member 2 of Example 1, Example 2 uses optical members 2a and 2b.
  • Tables 3 and 4 show basic lens data and aspherical coefficients of the projection lens of Example 2, respectively.
  • the aberration diagrams of the projection lens of Example 2 are shown in FIGS. 8 (A) to 8 (D).
  • FIG. 9 shows the lens configuration of the projection lens of Example 3.
  • the schematic configuration of the projection lens of Example 3 is substantially the same as that of Example 2, except that the first lens L1 has a biconcave shape in the paraxial region, and the sixth lens L6 is reduced.
  • the sixth lens L6 is different in that it is a plano-convex lens having a flat surface facing the side, and the sixth lens L6 does not have an aspherical surface.
  • Tables 5 and 6 show basic lens data and aspherical coefficients of the projection lens of Example 3, respectively.
  • the aberration diagrams of the projection lens of Example 3 are shown in FIGS.
  • Table 7 shows the corresponding values of the conditional expressions (1) to (7) of Examples 1 to 3. The values shown in Table 7 are for the d line.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
  • the values of the radius of curvature, the surface spacing, the refractive index, the Abbe number, and the aspheric coefficient of each lens are not limited to the values shown in the above numerical examples, and can take other values.
  • the projection display device of the present invention is not limited to the above-described configuration, for example, the light valve used and the optical member used for light beam separation or light beam synthesis are not limited to the above-described configuration, Various modifications can be made.

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Abstract

【課題】6枚構成の投写用レンズにおいて、小さなFナンバー、広角、諸収差の良好な補正、高性能を実現する。 【解決手段】投写用レンズは、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の第1レンズ(L1)、縮小側に凹面を向けた正の第2レンズ(L2)、拡大側に凹面を向けた負の第3レンズ(L3)、縮小側に凸面を向けた正の第4レンズ(L4)、正の第5レンズ(L5)、正の第6レンズ(L6)からなり、縮小側がテレセントリックである。第2レンズ(L2)の縮小側の面のパワーP4、第3レンズ(L3)の拡大側の面のパワーP5、全系の焦点距離fに関して下記条件式(1)、(2)を満足する。 -3.0≦1/(P4×f)≦-0.4 (1) -2.0≦1/(P5×f)≦-0.2 (2)

Description

投写用レンズおよび投写型表示装置
 本発明は、投写用レンズおよび投写型表示装置に関し、例えば、ライトバルブからの映像情報を有する光束をスクリーン上に拡大投写するのに好適に使用可能な投写用レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
 近年、投写型表示装置の市場はパーソナルコンピュータの普及とともに大きく伸びてきている。光変調を行うライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示素子や、微小ミラーが規則的に配列されたDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス:登録商標)素子等が知られている。このようなライトバルブを用いた投写型表示装置において、利便性や設置性が良く、小型・軽量で、明るい(Fナンバーが小さい)ものが求められている。そのため、投写型表示装置に搭載される投写用レンズに関しても広角・小型・軽量でFナンバーが小さく、安価で、構成レンズ枚数の少ないものが求められている。
 ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、色毎に異なるライトバルブによって変調された変調光を合成するための色合成部材や、投写光と照明光を分離するための分離部材等を投写用レンズの縮小側に配置するため、投写用レンズのバックフォーカスにはある程度の長さが必要となる。比較的長いバックフォーカスを有し、構成レンズ枚数が少ない投写用レンズとしては、例えば下記特許文献1~4に記載されたものが知られている。特許文献1には、拡大側から順に、正、正、負、負、正、正レンズが配列された6枚構成のレンズ系が記載されている。特許文献2、3には、拡大側から順に、正、負、負、正、正、正レンズが配列された6枚構成のレンズ系が記載されている。特許文献4には、実施例8として、拡大側から順に、正、負、正、負、正、正レンズが配列された6枚構成のレンズ系が記載されている。
特開平09-145998号公報 特開平02-184809号公報 特開2000-039555号公報 特開2002-341242号公報
 しかしながら、特許文献1、2に記載された6枚構成のレンズ系は、Fナンバーが4.0と大きく、全画角も22度~34度の範囲内であり広角化に対応していない。特許文献3には1.7と小さなFナンバーを有するレンズ系が記載されているが、全画角が32度であり、広角化に対応するものではない。特許文献4の実施例8は、Fナンバーが2.1であり、全画角が約60度であるが、レンズ系の全長が長く、歪曲収差や倍率色収差の補正が不足している。
 本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、6枚という少ない構成レンズ枚数でありながら、Fナンバーが小さく、広角で、諸収差がバランス良く良好に補正されて高性能を有する、小型・軽量な投写用レンズおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
 本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第1レンズと、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第3レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズと、正の屈折力を有する第5レンズと、正の屈折力を有する第6レンズとから構成される実質的に6枚のレンズからなり、縮小側がテレセントリックであり、下記条件式(1)、(2)を満足することを特徴とするものである。
   -3.0≦1/(P4×f)≦-0.4 … (1)
   -2.0≦1/(P5×f)≦-0.2 … (2)
ただし、
P4:第2レンズの縮小側の面のパワー
P5:第3レンズの拡大側の面のパワー
f:全系の焦点距離
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(1’)、(2’)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
   -2.5≦1/(P4×f)≦-0.6 … (1’)
   -1.5≦1/(P5×f)≦-0.3 … (2’)
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(3)を満足することが好ましく、さらに下記条件式(3’)を満足することがより好ましい。
   0.5≦Bf/f≦2.0 … (3)
   0.5≦Bf/f≦1.5 … (3’)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算距離)
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(4)を満足することが好ましく、さらに下記条件式(4’)を満足することがより好ましい。
   1.0≦D/f≦3.5 … (4)
   1.5≦D/f≦3.0 … (4’)
ただし、
D:第1レンズの拡大側のレンズ面から第6レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(5)を満足することが好ましく、さらに下記条件式(5’)を満足することがより好ましい。
   0.2≦R3/R4≦0.9 … (5)
   0.3≦R3/R4≦0.9 … (5’)
ただし、
R3:第2レンズの拡大側の面の曲率半径
R4:第2レンズの縮小側の面の曲率半径
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(6)を満足することが好ましく、さらに下記条件式(6’)を満足することがより好ましい。
   1.0≦f2/f≦2.5 … (6)
   1.1≦f2/f≦2.0 … (6’)
ただし、
f2:第2レンズの焦点距離
 本発明の投写用レンズにおいては、第3レンズと第4レンズとが接合されていることが好ましい。
 本発明の投写用レンズにおいては、下記条件式(7)を満足することが好ましい。
   νd2≦30 … (7)
ただし、
νd2:第2レンズのd線に対するアッベ数
 本発明の投写用レンズにおいては、第1レンズおよび第6レンズが有するレンズ面のうち少なくとも1面が非球面であることが好ましい。
 本発明にかかる投写型表示装置は、光源と、この光源からの光が入射するライトバルブと、このライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用レンズとしての上述した本発明の投写用レンズとを備えたことを特徴とするものである。
 なお、上記「拡大側」とは、被投写側(スクリーン側)を意味し、縮小投写する場合も、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(ライトバルブ側)を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
 なお、上記のレンズの面形状、屈折力(パワー)、曲率半径は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。
 なお、上記の「実質的に~からなり」は、構成要素として挙げた6枚のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、マスク、カバーガラス、フィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。
 なお、「縮小側がテレセントリック」とは、縮小側の像面の任意の点に集光する光束の断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線が光軸と平行に近い状態を指すものであり、完全にテレセントリックな場合、すなわち前記二等分角線が光軸に対して完全に平行な場合に限るものではなく、多少の誤差がある場合(光軸に対して僅かな傾きがある場合)をも含むものを意味する。ここで多少の誤差がある場合(光軸に対して僅かな傾きがある場合)とは、光軸に対する前記二等分角線の傾きが±4°の範囲内の場合である。
 なお、「面のパワー」とは、ある面の曲率半径をr、この面の拡大側、縮小側の媒質の屈折率をそれぞれn1、n2としたとき、(n2-n1)/rで表されるものである。
 なお、上記の「バックフォーカス」は、最も縮小側のレンズ面から縮小側の近軸焦点面までの光軸上の距離である。ここでは、拡大側、縮小側をそれぞれフロント側、バック側と考えることとする。
 本明細書においては、曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負とすることにする。
 本発明の投写用レンズは、拡大側から順に、負、正、負、正、正、正レンズが並ぶようにパワー配列を好適に設定し、第1レンズ~第4レンズの形状を好適に設定し、条件式(1)、(2)を満足するように構成しているため、6枚という少ないレンズ枚数でありながら、Fナンバーが小さく、広角で、諸収差がバランス良く良好に補正されて高性能を有し、小型・軽量な投写用レンズを実現することができる。
 本発明の投写型表示装置は、本発明の投写用レンズを用いているため、明るく、広角で、高性能であり、小型・軽量に構成することが可能となる。
本発明の実施例1の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施形態にかかる投写型表示装置の概略構成図 図6(A)~図6(D)は本発明の実施例1の投写用レンズの各収差図 本発明の実施例2の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 図8(A)~図8(D)は本発明の実施例2の投写用レンズの各収差図 本発明の実施例3の投写用レンズのレンズ構成を示す断面図 図10(A)~図10(D)は本発明の実施例3の投写用レンズの各収差図
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に、本発明の一実施形態にかかる投写用レンズの光軸Zを含む断面における断面図を示す。図1に示す構成例は、後述の実施例1の投写用レンズに対応するものである。図1中の符号R1~R14については実施例の説明において後述する。
 この投写用レンズは、第1レンズL1~第6レンズL6の6枚のレンズからなる。この投写用レンズは、例えば投写型表示装置に搭載されて、ライトバルブに表示された画像情報をスクリーンへ投写する投写用レンズとして使用可能である。図1では、図の左側を拡大側、右側を縮小側とし、投写型表示装置に搭載される場合を想定して、各種フィルタやカバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材2と、ライトバルブの画像表示面1も合わせて図示している。
 なお、図1では、光学部材2の縮小側の面の位置と画像表示面1の位置とが一致した例を示しているが、必ずしもこれに限定されない。また、図1には、1枚の画像表示面1のみを記載しているが、投写型表示装置において、光源からの光束を色分離光学系により3原色に分離し、各原色用に3つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示可能とするように構成してもよい。
 投写型表示装置においては、画像表示面1で画像情報を与えられた光束が、光学部材2を介して、この投写用レンズに入射され、この投写用レンズにより紙面左側方向に配置されるスクリーン(不図示)上に投写される。
 本実施形態の投写用レンズは、拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第1レンズL1と、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第2レンズL2と、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第3レンズL3と、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズL4と、正の屈折力を有する第5レンズL5と、正の屈折力を有する第6レンズL6との6枚のレンズが配列されてなり、縮小側がテレセントリックとなるように構成される。
 最も拡大側のレンズである第1レンズL1を負レンズとし、縮小側に3枚の正レンズを配置することで、レトロフォーカスタイプの光学系となり、広角化を図りながら長いバックフォーカスを確保することができる。また、第1レンズL1の縮小側の面を凹面とすることでも広角化に有利となる。
 第2レンズL2の縮小側の面と第3レンズL3の拡大側の面を共に凹面とし、これら2つの凹面を対向させることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正して小さなFナンバーの光学系を実現することに有利となる。
 なお、図1に示す例の投写用レンズでは、第2レンズL2と第3レンズL3の間に絞り3が配置されている。この位置に絞り3を配置することで、良好なテレセントリック性を確保しつつ、小型でFナンバーの小さな光学系を実現することに有利となる。なお、絞り3は、開口径が固定されたものでもよく、あるいは開口径が変化可能な可変絞りでもよい。
 第4レンズL4の縮小側の面を凸面とし、縮小側から1~3番目の3枚のレンズ(レンズL4、L5、L6)を正レンズとすることで、少ないレンズ枚数のレンズ系において、テレセントリック性を確保しつつ諸収差を良好に補正してFナンバーの小さな光学系を実現できる。
 より詳しくは、例えば図1に示す例の投写用レンズでは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズL1と、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズよりなる第2レンズL2と、両凹レンズよりなる第3レンズL3と、両凸レンズよりなる第4レンズL4と、両凸レンズよりなる第5レンズL5と、近軸領域で両凸形状の第6レンズL6の6枚のレンズが配列されている。
 第3レンズL3と第4レンズL4は、図1に示す例のように、接合されていることが好ましい。レンズ系のほぼ中間に接合レンズを配置することで、色収差、特に軸上色収差を良好に補正することができる。
 また、第1レンズL1および第6レンズL6が有するレンズ面のうち少なくとも1面が非球面であることが好ましい。この理由は、最も拡大側のレンズと最も縮小側のレンズは光線高が高く、軸上光束と軸外光束が分離されているため、非球面を活用することで効果的に収差補正でき、Fナンバーが小さく広角で高性能の光学系を実現することに有利となるからである。
 本実施形態にかかる投写用レンズは、下記条件式(1)、(2)を満足するように構成されている。
   -3.0≦1/(P4×f)≦-0.4 … (1)
   -2.0≦1/(P5×f)≦-0.2 … (2)
ただし、
P4:第2レンズの縮小側の面のパワー
P5:第3レンズの拡大側の面のパワー
f:全系の焦点距離
 条件式(1)、(2)を同時に満足することで、対向している2つの凹面である、第2レンズL2の縮小側の凹面と第3レンズL3の拡大側の凹面、のパワーを好適に設定することができる。
 条件式(1)の下限を下回ると、第2レンズL2の縮小側の面のパワーが弱くなり、この第2レンズL2の縮小側の面のパワーが弱い状態で高性能を維持しようとすると、レンズ系全体の長さ、特に光軸方向の長さが大型化してしまう。条件式(1)の上限を上回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。
 上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式(1)に代えて下記条件式(1’)を満足することがより好ましい。
   -2.5≦1/(P4×f)≦-0.6 … (1’)
 条件式(2)の下限を下回ると、第3レンズL3の拡大側の面のパワーが弱くなり、この第3レンズL3の拡大側の面のパワーが弱い状態で高性能を維持しようとすると、レンズ系全体の長さ、特に光軸方向の長さが大型化してしまう。条件式(2)の上限を上回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。
 上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式(2)に代えて下記条件式(2’)を満足することがより好ましい。
   -1.5≦1/(P5×f)≦-0.3 … (2’)
 また、本実施形態の投写用レンズは、上記条件式(1)、(2)に加え、下記条件式(3)~(7)のいずれか1つまたは任意の組合せを満足することが好ましい。
   0.5≦Bf/f≦2.0 … (3)
   1.0≦D/f≦3.5 … (4)
   0.2≦R3/R4≦0.9 … (5)
   1.0≦f2/f≦2.5 … (6)
   νd2≦30 … (7)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算距離)
f:全系の焦点距離
D:第1レンズの拡大側のレンズ面から第6レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
R3:第2レンズの拡大側の面の曲率半径
R4:第2レンズの縮小側の面の曲率半径
f2:第2レンズの焦点距離
νd2:第2レンズのd線に対するアッベ数
 条件式(3)はバックフォーカスに関するものである。条件式(3)の下限を下回ると、色合成部材や分離部材等を投写用レンズの縮小側に配置することが困難となる。条件式(3)の上限を上回ると、縮小側のレンズ径の大型化や、レンズ系の光軸方向の長さが長くなり、レンズ系全体が大型化してしまう。
 上記事情から、レンズ系のより小型化のためには、条件式(3)に代えて下記条件式(3’)を満足することがより好ましい。
   0.5≦Bf/f≦1.5 … (3’)
 条件式(4)はレンズ系の全厚に関するものである。条件式(4)の下限を下回ると、収差補正、特に像面湾曲の補正を良好に行うことが困難となる。条件式(4)の上限を上回ると、レンズ系の光軸方向の長さが長くなり、レンズ系全体が大型化してしまう。
 上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式(4)に代えて下記条件式(4’)を満足することがより好ましい。
   1.5≦D/f≦3.0 … (4’)
 条件式(5)は第2レンズL2の拡大側の面および縮小側の面のパワーバランスに関するものである。条件式(5)の下限を下回っても、上限を上回っても、像面湾曲を良好に補正することやレンズ系全体をコンパクトに構成することが困難となる。
 上記事情から、より小型化およびより良好な収差補正のためには、条件式(5)に代えて下記条件式(5’)を満足することがより好ましい。
   0.3≦R3/R4≦0.9 … (5’)
 条件式(6)は全系に対する第2レンズL2のパワー比に関するものである。条件式(6)の下限を下回ると、球面収差の良好な補正や、バックフォーカスの確保が困難となる。条件式(6)の上限を上回ると、第1レンズL1や第2レンズL2等の拡大側のレンズの径が大きくなり、小型化・軽量化に反する。
 上記事情から、より良好な収差補正およびより小型化・軽量化のためには、条件式(6)に代えて下記条件式(6’)を満足することがより好ましい。
   1.1≦f2/f≦2.0 … (6’)
 条件式(7)は第2レンズL2の材質の分散特性に関するものである。条件式(7)の上限を上回ると、色収差の良好な補正が困難となる。
 なお、上述した好ましい構成は、投写用レンズに要望される事項に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。
 本実施形態の投写用レンズによれば、6枚という少ないレンズ枚数で小型・軽量に構成しながら、近年要望されている小さなFナンバー(例えば1.8より小さなFナンバー)と広角(例えば全画角が40°以上の広角)、高性能を実現することができる。本実施形態の投写用レンズは、小型・軽量であることから、例えば、手のひらサイズの投写型表示装置に好適に使用可能である。
 次に、図2~図5を参照しながら、本発明の実施形態にかかる投写型表示装置について説明する。図2に示す例は1つのライトバルブで変調を行う単板式の投写型表示装置に関するものであり、図3~図5に示す例は3つのライトバルブを用いてR光、G光、B光の各光ごとに変調を行う3板式の投写型表示装置に関するものである。
 図2は、本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置100の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置100は、光源20と、照明光学部30と、ライトバルブとしての反射型液晶表示素子101と、偏光分離プリズム115と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ10とを備える。
 照明光学部30は、フライアイレンズ5a、5bからなる照明光の均一化を図るためのフライアイインテグレータ5と、振動面が直交する2つの直線偏光の一方を他方に揃えて出射する偏光変換素子6と、レンズ7a、7bからなる集光レンズ7を備える。
 光源20からの光は、フライアイインテグレータ5を経た後、偏光変換素子6に入射する。光の振動面は偏光変換素子6により所定方向の直線偏光(P偏光またはS偏光)に変換される。その後、光は集光レンズ7によりコリメートされて偏光分離プリズム115に入射し、偏光分離プリズム115内部の反射面で反射された後、反射型液晶表示素子101に入射して光変調され、偏光分離プリズム115を透過した後、投写用レンズ10に入射する。投写用レンズ10は、反射型液晶表示素子101により光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。
 なお、図2では投写用レンズ10として、図1に示した構成例を用いているが、本発明の実施形態にかかる投写用レンズであれば別の構成例を用いることも可能である。また、以下に述べる実施形態の投写型表示装置200~400で用いられる投写用レンズも図1に示す構成例に限定されず、本発明の実施形態にかかる投写用レンズであれば使用可能である。
 図3は、本発明の別の実施形態にかかる投写型表示装置200の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置200は、光源20と、照明光学部30と、各色光に対応したライトバルブとしての反射型液晶表示素子201a~201cと、色分解のためのダイクロイックミラー12、13と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム214と、偏光分離プリズム215a~215cと、光路偏向のための全反射ミラー16と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ10とを備えている。なお、図3では照明光学部30と投写用レンズ10は概略的に図示されている。
 投写型表示装置200では、光源20からの白色光は照明光学部30を経た後、ダイクロイックミラー12、13により3つの色光光束(G光、B光、R光)に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ偏光分離プリズム215a~215cを経て、各色光光束それぞれ対応する反射型液晶表示素子201a~201cに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム214により色合成された後、投写用レンズ10に入射する。投写用レンズ10は、反射型液晶表示素子201a~201cにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。
 図4は、本発明のまた別の実施形態にかかる投写型表示装置300の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置300は、光源20と、照明光学部30と、各色光に対応したライトバルブとしてのDMD素子301a~301cと、色分解および色合成のためのTIR(Total Internal Reflection)プリズム317a~317cと、照明光と投写光を分離するTIRプリズム315と、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ10とを備えている。なお、図4では照明光学部30と投写用レンズ10は概略的に図示されている。
 投写型表示装置300では、光源20からの白色光は照明光学部30を経由して、TIRプリズム315内部の反射面で反射された後、TIRプリズム317a~317cにより3つの色光光束(G光、B光、R光)に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するDMD素子301a~301cに入射して光変調され、再びTIRプリズム317a~317cを逆向きに進行して色合成された後、TIRプリズム315を透過して、投写用レンズ10に入射する。投写用レンズ10は、DMD素子301a~301cにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。
 図5は、本発明のさらにまた別の実施形態にかかる投写型表示装置400の概略的な構成を示す構成図である。この投写型表示装置400は、光源20と、照明光学部30と、各色光に対応したライトバルブとしての透過型液晶表示素子401a~401cと、色分解のためのダイクロイックミラー12、13と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム414と、コンデンサレンズ418a~418cと、光路を偏向するための全反射ミラー16a~16cと、本発明の実施形態にかかる投写用レンズ10とを備えている。なお、図5では照明光学部30と投写用レンズ10は概略的に図示されている。
 投写型表示装置400では、光源20からの白色光は照明光学部30を経由して、ダイクロイックミラー12、13で3つの色光光束(G光、B光、R光)に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれコンデンサレンズ418a~418cを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型液晶表示素子401a~401cに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム414により色合成された後、投写用レンズ10に入射する。投写用レンズ10は、透過型液晶表示素子401a~401cにより光変調された光による光学像を不図示のスクリーン上に投写する。
 次に、本発明の投写用レンズの具体的な実施例について説明する。
 <実施例1>
 実施例1の投写用レンズのレンズ構成図は図1に示したものである。図1に関する主な説明は上述しているため、ここでは重複説明を一部省略する。
 実施例1の投写用レンズの概略構成は以下のようになっている。実施例1の投写用レンズは、拡大側から順に、近軸領域で縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズL1と、縮小側に凹面を向けた正メニスカスレンズよりなる第2レンズL2と、両凹レンズよりなる第3レンズL3と、両凸レンズよりなる第4レンズL4と、両凸レンズよりなる第5レンズL5と、近軸領域で両凸形状の第6レンズL6の6枚のレンズが配列されてなる6枚構成であり、縮小側がテレセントリックとなるように構成されている。第3レンズL3と第4レンズL4は接合されている。第1レンズL1の両側の面と第6レンズの両側の面は非球面である。第2レンズL2と第3レンズL3の間には絞り3が配置されている。
 実施例1の投写用レンズの詳細構成として、実施例1の基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表1、表2に示す。拡大側から順に、スクリーン(不図示)、投写用レンズ、光学部材2が配された系を想定して、基本レンズデータのSiの欄には最も拡大側の構成要素の拡大側の面を0番目として縮小側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付したときのi番目(i=0、1、2、3、…)の面番号を示している。すなわち、面番号が0の面はスクリーン、面番号が1の面は第1レンズL1の拡大側の面となる。なお、基本レンズデータには絞り3も含めて示している。スクリーンと絞り3の面番号の欄には面番号とともにそれぞれ(SCR)、(St)という語句を記入している。
 基本レンズデータのRiの欄はi番目の面の曲率半径を示している。曲率半径の符号は、面形状が拡大側に凸の場合を正、縮小側に凸の場合を負としている。図1に示すR1~R14は基本レンズデータのRiに対応している。基本レンズデータのDiの欄にはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示し、Ndjの欄には最も拡大側の構成要素を1番目として縮小側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の構成要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjの欄にはj番目の構成要素のd線に対するアッベ数を示している。なお、D0に相当する欄の数値は、投写距離である。
 基本レンズデータの面番号に*印が付いた面は非球面であり、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示している。表2に、各非球面の非球面係数を示す。表2の非球面係数の数値の「E-n」(n:整数)は「×10-n」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数K、Am(m=3、4、5、…10)の値である。
 Zd=C・h/{1+(1-K・C・h1/2}+ΣAm・h
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からのレンズ面までの距離)
C:近軸曲率
K、Am:非球面係数(m=3、4、5、…10)
 なお、表1、表2に示す数値は、全系の焦点距離が1となるように規格化されたものである。また、各表の数値は、所定の桁でまるめたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 図6(A)~図6(D)にそれぞれ、実施例1の投写用レンズの球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差(倍率の色収差)の各収差図を示す。図6(A)~図6(D)の各収差図は、d線を基準としたものであるが、球面収差図では、C線(波長656.3nm)、F線(波長486.1nm)に関する収差も示しており、倍率色収差図では、F線、C線に関する収差を示している。また、非点収差図ではサジタル方向、タンジェンシャル方向それぞれに関する収差を実線、破線で示している。球面収差図に記載しているFNo.はFナンバー、その他の収差図に記載しているωは半画角を意味する。なお、図6(A)~図6(D)に示す収差図は、表1に記載されている投写距離のときのものである。
 上述した実施例1に関する図示方法、各表中の記号、意味、記載方法、全系の焦点距離が1となるように規格化されたものである点等は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様である。
 <実施例2>
 図7に、実施例2の投写用レンズのレンズ構成を示す。実施例2の投写用レンズの概略構成は、実施例1のものと同様であるが、実施例1の光学部材2に代わり、実施例2では光学部材2a、2bを用いている。実施例2の投写用レンズの基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表3、表4に示す。実施例2の投写用レンズの各収差図を図8(A)~図8(D)に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 <実施例3>
 図9に、実施例3の投写用レンズのレンズ構成を示す。実施例3の投写用レンズの概略構成は、実施例2のものと略同様の構成とされているが、第1レンズL1が近軸領域で両凹形状である点、第6レンズL6が縮小側に平面を向けた平凸レンズである点、第6レンズL6は非球面を有しない点において相違している。実施例3の投写用レンズの基本レンズデータと非球面係数をそれぞれ表5、表6に示す。実施例3の投写用レンズの各収差図を図10(A)~図10(D)に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表7に、上記実施例1~3の上記各条件式(1)~(7)の対応値を示す。表7に示す値はd線に対するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
 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、例えば、用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。

Claims (15)

  1.  拡大側から順に、縮小側に凹面を向けた負の屈折力を有する第1レンズと、縮小側に凹面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、拡大側に凹面を向けた負の屈折力を有する第3レンズと、縮小側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズと、正の屈折力を有する第5レンズと、正の屈折力を有する第6レンズとから構成される実質的に6枚のレンズからなり、
     縮小側がテレセントリックであり、
     下記条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする投写用レンズ。
       -3.0≦1/(P4×f)≦-0.4 … (1)
       -2.0≦1/(P5×f)≦-0.2 … (2)
    ただし、
    P4:前記第2レンズの縮小側の面のパワー
    P5:前記第3レンズの拡大側の面のパワー
    f:全系の焦点距離
  2.  下記条件式(1’)を満足することを特徴とする請求項1記載の投写用レンズ。
       -2.5≦1/(P4×f)≦-0.6 … (1’)
  3.  下記条件式(2’)を満足することを特徴とする請求項1または2記載の投写用レンズ。
       -1.5≦1/(P5×f)≦-0.3 … (2’)
  4.  下記条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の投写用レンズ。
       0.5≦Bf/f≦2.0 … (3)
    ただし、
    Bf:全系のバックフォーカス(空気換算距離)
  5.  下記条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の投写用レンズ。
       1.0≦D/f≦3.5 … (4)
    ただし、
    D:前記第1レンズの拡大側のレンズ面から前記第6レンズの縮小側のレンズ面までの光軸上の距離
  6.  下記条件式(3’)を満足することを特徴とする請求項4記載の投写用レンズ。
       0.5≦Bf/f≦1.5 … (3’)
  7.  下記条件式(4’)を満足することを特徴とする請求項5記載の投写用レンズ。
       1.5≦D/f≦3.0 … (4’)
  8.  下記条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の投写用レンズ。
       0.2≦R3/R4≦0.9 … (5)
    ただし、
    R3:前記第2レンズの拡大側の面の曲率半径
    R4:前記第2レンズの縮小側の面の曲率半径
  9.  下記条件式(5’)を満足することを特徴とする請求項8記載の投写用レンズ。
       0.3≦R3/R4≦0.9 … (5’)
  10.  下記条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の投写用レンズ。
       1.0≦f2/f≦2.5 … (6)
    ただし、
    f2:前記第2レンズの焦点距離
  11.  下記条件式(6’)を満足することを特徴とする請求項10記載の投写用レンズ。
       1.1≦f2/f≦2.0 … (6’)
  12.  前記第3レンズと前記第4レンズとが接合されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の投写用レンズ。
  13.  下記条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の投写用レンズ。
       νd2≦30 … (7)
    ただし、
    νd2:前記第2レンズのd線に対するアッベ数
  14.  前記第1レンズおよび前記第6レンズが有するレンズ面のうち少なくとも1面が非球面であることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項記載の投写用レンズ。
  15.  光源と、該光源からの光が入射するライトバルブと、該ライトバルブにより光変調された光による光学像をスクリーン上に投写する投写用レンズとしての請求項1から14のいずれか1項記載の投写用レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
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