投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置
【課題】縮小側がテレセントリックに構成されるとともに、所定のバックフォーカスを有する構成とされ、さらに、フロント式の投写型表示装置に係る投写レンズにも適用し得るように、コンパクト化および広画角化を達成しうる高性能な投写レンズとする。
【解決手段】 拡大側から、負の第1群G1と正の第2群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。第1群G1は、最も拡大側に、非球面レンズからなるレンズL1を配してなる。第2群G2は、最も拡大側に、内部または近傍に絞りSが配された、正のレンズL6を備え、さらに非球面レンズを備える。また、絞りSと第2群G2中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなる。また、次条件式を満足する。0.10<f/f2-1<0.30(1)、N2-1>1.75(2)。ここで、f:系全体の焦点距離、f2-1:レンズL6の焦点距離、N2-1:レンズL6のd線に対する屈折率
【解決手段】 拡大側から、負の第1群G1と正の第2群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。第1群G1は、最も拡大側に、非球面レンズからなるレンズL1を配してなる。第2群G2は、最も拡大側に、内部または近傍に絞りSが配された、正のレンズL6を備え、さらに非球面レンズを備える。また、絞りSと第2群G2中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなる。また、次条件式を満足する。0.10<f/f2-1<0.30(1)、N2-1>1.75(2)。ここで、f:系全体の焦点距離、f2-1:レンズL6の焦点距離、N2-1:レンズL6のd線に対する屈折率
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示素子等のライトバルブからの表示情報等を拡大投写する投写レンズに関し、特に、フロント式の投写型表示装置に好適な投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、液晶表示素子やDMD表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が普及しつつある。特に、ライトバルブを3枚用いてRGB3原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、投写レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。
【0003】
このような、3枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に搭載される投写レンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また、熱的な問題を回避するため、大きなバックフォーカスが必要となる。さらに、色合成光学系では入射光の角度によって分光特性が変化するため、投写レンズは縮小側から見た入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわちテレセントリック性を持つことが必要となる。また、明るいレンズであることと、ライトバルブの解像度に見合った収差補正が必要とされる。
【0004】
このような要求をある程度満足するようにしたものとしては、例えば下記特許文献1、2に記載のものが知られている。また、本願出願人としても、このような投写レンズを既に特許庁に対して開示している(下記特許文献3参照)。
【0005】
これらの特許文献に記載のものは、いずれも画角が100度以上の広角レンズとされている。
【0006】
【特許文献1】特開2003−015033号公報
【特許文献2】特開2004−326079号公報
【特許文献3】特願2007−157248号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、投写型表示装置としては、投写レンズがスクリーンに対して鑑賞者と同じ側に配置され、投写レンズより出射される光を反射型のスクリーンに結像させるフロント式の装置と、投写レンズおよび鑑賞者がスクリーンを挟むように配置され、投写レンズより出射される光を透過型のスクリーンに結像させるリア式の装置とが知られている。
【0008】
このうちリア式の投写型表示装置では、例えばリアプロジェクションテレビのように、光源からスクリーンまでをキャビネットに収め、キャビネット前面に配設されたスクリーンに向けて、背面側に配された投写レンズから映像情報を担持した光を投射する構成がよく知られている。上記特許文献1〜3のものも、このようなリア式の投写型表示装置に搭載されることを想定したものである。
【0009】
しかしながら、このようなリア式に係る投写レンズでは、キャビネットの厚みを薄くする目的でレンズ系中に光軸を折り返すためのプリズムやミラーが配されており、光軸に沿ったレンズ全長が長くなるため、装置の空間的なサイズ自体がどうしても大きくなってしまう。したがって、上記公報記載の投写レンズをフロント式の投写型表示装置に用いた場合には、装置サイズのコンパクト化を図ることが出来ないという問題がある。
【0010】
また、フロント式の投写型表示システム(表示装置及びスクリーンを含む)においては、リア式のものと比較して、該システムの設置スペースの広さに制限が設けられることも多いことから、表示装置からスクリーンまでのワーキングディスタンスを短くすることが要望されており、投写レンズの広画角化が要求されている。
【0011】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、縮小側がテレセントリックに構成されるとともに、近年の投写レンズに好適なバックフォーカスを有する構成とされ、さらに、フロント式の投写型表示装置に係る投写レンズにも適用し得るように、レンズ系全体としてコンパクト化および広画角化を達成しうる高性能な投写レンズ、およびこのような投写レンズを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る投写レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とが配列され、縮小側が略テレセントリックに構成されてなる投写レンズであって、
前記第1レンズ群は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズを配してなり、
前記第2レンズ群は、最も拡大側に、絞りを内部または近傍に有する正レンズからなる第2のレンズを備えるとともに、非球面レンズを備えてなり、
前記絞りと前記第2レンズ群中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなり、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とするものである。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:前記第2のレンズの焦点距離
N2−1:前記第2のレンズの、d線に対する屈折率
【0013】
また、前記第2レンズ群のレンズのうち、前記第2のレンズおよび前記非球面レンズを除くレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することが好ましい。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群中の負レンズの、d線に対する屈折率
【0014】
また、前記第2レンズ群中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含むことが好ましい。
【0015】
また、前記第1レンズ群は、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた2枚の負メニスカスレンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる接合レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0016】
また、前記第1レンズ群中の前記接合レンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことが好ましい。
【0017】
また、前記第1レンズ群中の前記接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:前記第1レンズ群中の前記接合レンズを構成する前記正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:前記第1レンズ群中の前記接合レンズを構成する前記負レンズの、d線に対する屈折率
【0018】
また、前記第2レンズ群は、拡大側から順に、正レンズと、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、両凹レンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、非球面レンズと、両凹レンズと両凸レンズよりなる接合レンズと、両凸レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0019】
さらに、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、本発明に係る上記投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0020】
本発明の投写レンズは、上記構成を備えたことにより、近年の投写レンズに好適なバックフォーカスを有しつつ、フロント式の投写型表示装置に係る投写レンズにも適用し得るように、レンズ系全体としてコンパクト化および広画角化を達成しうる高解像度な投写レンズとすることができる。
【0021】
特に、条件式(1)、(2)を同時に満足するように構成したことにより、レンズ系のコンパクト化を達成しつつ、球面収差や像面湾曲を始めとする諸収差を良好なものとすることができる。
【0022】
また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写レンズを用いていることにより、フロント式の投写型表示装置にも適用し得るように、コンパクトなものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本実施形態に係る投写レンズを示すものであり、後述する実施例1のレンズ構成図である。このレンズを本実施形態の代表として、以下に説明する。なお、図中Zは光軸を表している。
【0024】
本実施形態の投写レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。
【0025】
また、第1レンズ群G1は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズ(第1レンズL1)を配してなる。
また、第2レンズ群G2は、最も拡大側に、正レンズからなる第2のレンズ(各実施例のものでは第6レンズL6)を備えており、その正レンズの内部または近傍に絞りSが配されている。また、第2レンズ群G2は、非球面レンズを備えてなる。
【0026】
また、絞りSと第2レンズ群G2中の非球面レンズとの間には、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなる(下記実施例のものでは、実施例6のものを除き2枚の負レンズと2面の接合面を有し、実施例6のものは、2枚の負レンズと3面の接合面を有する)。
【0027】
また上記第1レンズ群G1は、より具体的には、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズからなる第1レンズL1と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2および第3レンズL3と、拡大側に凹面を向けた負レンズからなる第4レンズL4および縮小側に凸面を向けた正レンズからなる第5レンズL5、よりなる接合レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0028】
また、上記第1レンズ群G1中の上記接合レンズを光軸Z方向に移動させてフォーカシングを行なうことが好ましい。
【0029】
一方、上記第2レンズ群G2は、より具体的には、拡大側から順に、正レンズからなる第6レンズL6と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第7レンズL7と、両凸レンズからなる第8レンズL8と、両凹レンズからなる第9レンズL9と、両凸レンズからなる第10レンズL10と、非球面レンズからなる第11レンズL11と、両凹レンズからなる第12レンズL12と、両凸レンズからなる第13レンズL13と、両凸レンズからなる第14レンズL14と、を配列してなることが好ましい。この第2レンズ群G2においては、下記実施例に示すように、複数個の接合レンズが設けられており、これにより球面収差、色収差の補正を良好なものとすることができるとともに、レンズの製造効率を向上させることができる。
【0030】
また、上記第2レンズ群G2中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含む(下記実施例のものでは、第13レンズL13と第14レンズL14の2枚の正レンズが該当する)ことが好ましい。
【0031】
なお、図1の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面1において画像情報を与えられた光束が、色合成プリズム(各種フィルタ類を含む)2を介しこの投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。図1には、見易さのため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原色光に分離し、各原色光用に3つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示することが可能である。
【0032】
また、本実施形態のものは、以下の条件式(1)、(2)を満足するように構成されている。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の焦点距離
N2−1:第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の、d線に対する屈折率
【0033】
また、本実施形態のものは、上記第2レンズ群のレンズのうち、上記第2のレンズ(下記実施例では第6レンズL6)および上記非球面レンズ(下記実施例では第11レンズL11)を除くすべてのレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することが好ましい。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群G2中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群G2中の負レンズの、d線に対する屈折率
【0034】
また、上記第1レンズ群G1中の接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する負レンズの、d線に対する屈折率
【0035】
なお、上記の条件式のうち少なくとも(1)、(2)を満足することにより、前述した本発明の作用効果を得られるものである。
【0036】
以下、上記条件式(1)〜(5)の各々の意義について説明する。
【0037】
条件式(1)は、第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の焦点距離に対する全系の焦点距離fの値の範囲を示すものである。この下限値を下回るとレンズ全系が大型化するため、コンパクト化という要請に反し、一方、その上限値を上回ると球面収差の補正が困難になる。
【0038】
なお、この条件式(1)に替えて、下記条件式(1´)を満足するように構成することにより、上記条件式(1)の効果をより良好なものとすることができる。
0.15<f/f2−1<0.25 (1´)
【0039】
条件式(2)は、上記第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の、d線に対する屈折率の下限を規定するものである。この下限値を下回ると、球面収差と像面湾曲の補正が困難になる。
【0040】
次に、条件式(3)は、第2レンズ群G2中の正レンズの、d線に対する屈折率の上限を規定するものであり、一方、条件式(4)は、第2レンズ群G2中の負レンズの、d線に対する屈折率の下限を規定するものである。条件式(3)および条件式(4)のいずれも満足しないと、球面収差および軸上・倍率の各色収差の補正を行うことが困難となる。
【0041】
なお、上記条件式(4)に替えて、下記条件式(4´)を満足するように構成することにより、球面収差および軸上・倍率の各色収差の補正を、より良好なものとすることができる。
N2n>1.75 (4´)
【0042】
条件式(5)は、第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する正レンズの、d線に対する屈折率N1pと、第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する負レンズの、d線に対する屈折率N1nとの差の絶対値の範囲を規定するものである。すなわち、この接合レンズを構成する2つのレンズの形成材料の屈折率の差が0.1未満と小さいことが条件である。この範囲を外れると、フォーカス調整時の像面の変動が大きくなってしまう。
【0043】
また、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2に含まれる各非球面の形状は、下記に示す非球面式により規定される。これらの非球面レンズにおいては、いずれか一方の面が非球面とされた場合であっても効果を得ることができるが、両面が非球面とされたレンズであることがより好ましい。
【0044】
【数1】
【0045】
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について説明する。図17は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置を示す概略図である。
【0046】
図17に示すように上記照明光学系10は、ライトバルブとしての透過型液晶パネル11a〜11c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14と、コンデンサレンズ16a〜16cと、全反射ミラー18a〜18cとを備えている。ダイクロイックミラー12の前段は図示を省略しているが白色光源が配されており、この光源からの白色光は照明光学部を介して、3つの色光光束(G光、B光、R光)にそれぞれ対応する液晶パネル11a〜11cに入射されて光変調され、図17に示す投写レンズによりスクリーン7に投写される。
【0047】
以下、本発明に係る投写レンズの具体的な実施例について説明する。なお、各実施例において、互いに同様の構成を有し、同様の作用効果をなす部材については同一の符号を付している。
【0048】
<実施例1>
図1に示すように、実施例1に係る投写レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。
【0049】
また、第1レンズ群G1は、第1レンズ群G1は、拡大側から順に、屈折力の小さい非球面レンズよりなる第1レンズL1と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第2レンズL2および第3レンズL3と、両凹レンズからなる第4レンズL4と両凸レンズからなる第5レンズL5を接合してなる2枚接合レンズが配列されてなる。
【0050】
一方、第2レンズ群G2は、絞り3が内部に配された、拡大側に凸面を向けた平凸レンズよりなる第6レンズL6と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第7レンズL7と、両凸レンズからなる第8レンズL8と、両凹レンズからなる第9レンズL9と、両凸レンズからなる第10レンズL10と、屈折力の小さい非球面レンズよりなる第11レンズL11と、両凹レンズからなる第12レンズL12と、両凸レンズからなる第13レンズL13および第14レンズL14が配列されてなる。
【0051】
なお、第2レンズ群G2における、第7レンズL7と第8レンズL8、および第9レンズL9と第10レンズL10は、各々互いに接合されて2枚接合レンズを構成する。
【0052】
なお、この投写レンズは縮小側にテレセントリックとなるように構成されている。
【0053】
また、第1レンズ群G1中の、第4レンズL4と第5レンズL5を接合してなる接合レンズを光軸Z方向に移動させてフォーカシングを行なうように構成されている。
【0054】
実施例1に係る投写レンズは、上記条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)を全て満足するように構成されている。
【0055】
また、図1には、ライトバルブの画像表示面1および色合成プリズム(各種フィルタ類を含む)2が示されている。
【0056】
実施例1における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表1の最上段に示す。
【0057】
また、実施例1に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下「軸上面間隔」と称す)D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表1の上段に示す。なお、表1および以下の表において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の左側に*印が付された面は非球面とされている。実施例1および以下の実施例2〜8において、これらの非球面の曲率半径Rは、各表において光軸Z上での曲率半径Rの値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Zとの交点から引き出されていないものがある。
【0058】
また、表1の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表1の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。
【0059】
【表1】
【0060】
なお、実施例1において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0061】
<実施例2>
実施例2に係る投写レンズの構成は、図2に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、絞りSが、第6レンズL6の縮小側の面よりも、より縮小側に配されている点において、また、第6レンズL6が、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0062】
実施例2における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表2の最上段に示す。
また、実施例2に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表2の上段に示す。
【0063】
また、表2の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表2の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。
【0064】
【表2】
【0065】
なお、実施例2において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0066】
<実施例3>
実施例3に係る投写レンズの構成は、図3に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0067】
実施例3における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表3の最上段に示す。
また、実施例3に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表3の上段に示す。
【0068】
また、表3の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表3の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0069】
【表3】
【0070】
なお、実施例3において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0071】
<実施例4>
実施例4に係る投写レンズの構成は、図4に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7が単独のレンズとされるとともに、第8レンズL8、第9レンズL9および第10レンズL10が順次接合されて3枚接合レンズを構成している点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0072】
実施例4における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表4の最上段に示す。
また、実施例4に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表4の上段に示す。
【0073】
また、表4の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表4の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0074】
【表4】
【0075】
なお、実施例4において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0076】
<実施例5>
実施例5に係る投写レンズの構成は、図5に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7、第8レンズL8および第9レンズL9が順次接合されて3枚接合レンズを構成するとともに、第10レンズL10が単独のレンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0077】
実施例5における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表5の最上段に示す。
また、実施例5に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表5の上段に示す。
【0078】
また、表5の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表5の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0079】
【表5】
【0080】
なお、実施例5において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0081】
<実施例6>
実施例6に係る投写レンズの構成は、図6に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7、第8レンズL8、第9レンズL9および第10レンズL10が順次接合されて4枚接合レンズを構成する点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0082】
実施例6における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表6の最上段に示す。
また、実施例6に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表6の上段に示す。
【0083】
また、表6の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表6の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0084】
【表6】
【0085】
なお、実施例6において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0086】
<実施例7>
実施例7に係る投写レンズの構成は、図7に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0087】
実施例7における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表7の最上段に示す。
また、実施例7に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表7の上段に示す。
【0088】
また、表7の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表7の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0089】
【表7】
【0090】
なお、実施例7において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0091】
<実施例8>
実施例8に係る投写レンズの構成は、図8に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0092】
実施例8における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表8の最上段に示す。
また、実施例8に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表8の上段に示す。
【0093】
また、表8の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表8の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0094】
【表8】
【0095】
なお、実施例8において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0096】
また、図9〜16は、実施例1〜8に係る投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図には波長が550nm、460nmおよび620nmの光に対する収差曲線を示し、倍率色収差の収差図には波長が550nmの光に対する、460nmおよび620nmの光における収差曲線を示している。図9〜16に示すように、実施例1〜8に係る投写レンズは、歪曲収差や倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正され、半画角50.7度以上、Fナンバ2.00〜2.30と、広角で明るい投写レンズとされている。また、十分なバックフォーカス(29.52〜30.31)を有する。さらに、各条件式が満足されており、コンパクトで高性能な投写レンズとされている。
【0097】
なお、本発明の投写レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Rおよびレンズ間隔(もしくはレンズ厚)Dを適宜変更することが可能である。
【0098】
また、本発明の投写型表示装置としても、上記構成のものに限られるものではなく、本発明の投写レンズを備えた種々の装置構成が可能である。ライトバルブとしては、例えば、透過型または反射型の液晶表示素子や、傾きを変えることができる微小な鏡が略平面上に多数形成された微小ミラー素子(例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス)を用いることができる。また、照明光学系としても、ライトバルブの種類に対応した適切な構成を採用することができる。
【0099】
【表9】
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】本発明の実施例1に係る投写レンズの構成を表す図
【図2】本発明の実施例2に係る投写レンズの構成を表す図
【図3】本発明の実施例3に係る投写レンズの構成を表す図
【図4】本発明の実施例4に係る投写レンズの構成を表す図
【図5】本発明の実施例5に係る投写レンズの構成を表す図
【図6】本発明の実施例6に係る投写レンズの構成を表す図
【図7】本発明の実施例7に係る投写レンズの構成を表す図
【図8】本発明の実施例8に係る投写レンズの構成を表す図
【図9】実施例1に係る投写レンズの諸収差図
【図10】実施例2に係る投写レンズの諸収差図
【図11】実施例3に係る投写レンズの諸収差図
【図12】実施例4に係る投写レンズの諸収差図
【図13】実施例5に係る投写レンズの諸収差図
【図14】実施例6に係る投写レンズの諸収差図
【図15】実施例7に係る投写レンズの諸収差図
【図16】実施例8に係る投写レンズの諸収差図
【図17】本発明の投写型表示装置の概略構成を表す図
【符号の説明】
【0101】
1 画像表示面
2 色合成プリズム
11a〜11c 透過型液晶パネル
12、13 ダイクロイックミラー
14 クロスダイクロイックプリズム
16a〜16c コンデンサレンズ
18a〜18c 全反射ミラー
G1、G2 レンズ群
L1〜L14 レンズ
R1〜R27 レンズ面等の曲率半径
D1〜D26 レンズの中心厚およびレンズ間の空気間隔(軸上面間隔)
S 絞り
Z 光軸
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示素子等のライトバルブからの表示情報等を拡大投写する投写レンズに関し、特に、フロント式の投写型表示装置に好適な投写レンズおよびこれを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、液晶表示素子やDMD表示素子等のライトバルブを用いた投写型表示装置が普及しつつある。特に、ライトバルブを3枚用いてRGB3原色の照明光に各々対応させ、個々のライトバルブで変調された光をプリズム等で合成し、投写レンズを介してスクリーンに画像を表示する構成をとるものが広く利用されている。
【0003】
このような、3枚のライトバルブからの各変調光を色合成光学系で合成して投写するタイプの投写型表示装置に搭載される投写レンズでは、上述したように、色合成を行なうプリズム等を配置するため、また、熱的な問題を回避するため、大きなバックフォーカスが必要となる。さらに、色合成光学系では入射光の角度によって分光特性が変化するため、投写レンズは縮小側から見た入射瞳が十分遠方に位置するという特性、すなわちテレセントリック性を持つことが必要となる。また、明るいレンズであることと、ライトバルブの解像度に見合った収差補正が必要とされる。
【0004】
このような要求をある程度満足するようにしたものとしては、例えば下記特許文献1、2に記載のものが知られている。また、本願出願人としても、このような投写レンズを既に特許庁に対して開示している(下記特許文献3参照)。
【0005】
これらの特許文献に記載のものは、いずれも画角が100度以上の広角レンズとされている。
【0006】
【特許文献1】特開2003−015033号公報
【特許文献2】特開2004−326079号公報
【特許文献3】特願2007−157248号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、投写型表示装置としては、投写レンズがスクリーンに対して鑑賞者と同じ側に配置され、投写レンズより出射される光を反射型のスクリーンに結像させるフロント式の装置と、投写レンズおよび鑑賞者がスクリーンを挟むように配置され、投写レンズより出射される光を透過型のスクリーンに結像させるリア式の装置とが知られている。
【0008】
このうちリア式の投写型表示装置では、例えばリアプロジェクションテレビのように、光源からスクリーンまでをキャビネットに収め、キャビネット前面に配設されたスクリーンに向けて、背面側に配された投写レンズから映像情報を担持した光を投射する構成がよく知られている。上記特許文献1〜3のものも、このようなリア式の投写型表示装置に搭載されることを想定したものである。
【0009】
しかしながら、このようなリア式に係る投写レンズでは、キャビネットの厚みを薄くする目的でレンズ系中に光軸を折り返すためのプリズムやミラーが配されており、光軸に沿ったレンズ全長が長くなるため、装置の空間的なサイズ自体がどうしても大きくなってしまう。したがって、上記公報記載の投写レンズをフロント式の投写型表示装置に用いた場合には、装置サイズのコンパクト化を図ることが出来ないという問題がある。
【0010】
また、フロント式の投写型表示システム(表示装置及びスクリーンを含む)においては、リア式のものと比較して、該システムの設置スペースの広さに制限が設けられることも多いことから、表示装置からスクリーンまでのワーキングディスタンスを短くすることが要望されており、投写レンズの広画角化が要求されている。
【0011】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、縮小側がテレセントリックに構成されるとともに、近年の投写レンズに好適なバックフォーカスを有する構成とされ、さらに、フロント式の投写型表示装置に係る投写レンズにも適用し得るように、レンズ系全体としてコンパクト化および広画角化を達成しうる高性能な投写レンズ、およびこのような投写レンズを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る投写レンズは、
拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とが配列され、縮小側が略テレセントリックに構成されてなる投写レンズであって、
前記第1レンズ群は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズを配してなり、
前記第2レンズ群は、最も拡大側に、絞りを内部または近傍に有する正レンズからなる第2のレンズを備えるとともに、非球面レンズを備えてなり、
前記絞りと前記第2レンズ群中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなり、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とするものである。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:前記第2のレンズの焦点距離
N2−1:前記第2のレンズの、d線に対する屈折率
【0013】
また、前記第2レンズ群のレンズのうち、前記第2のレンズおよび前記非球面レンズを除くレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することが好ましい。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群中の負レンズの、d線に対する屈折率
【0014】
また、前記第2レンズ群中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含むことが好ましい。
【0015】
また、前記第1レンズ群は、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた2枚の負メニスカスレンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる接合レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0016】
また、前記第1レンズ群中の前記接合レンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことが好ましい。
【0017】
また、前記第1レンズ群中の前記接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:前記第1レンズ群中の前記接合レンズを構成する前記正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:前記第1レンズ群中の前記接合レンズを構成する前記負レンズの、d線に対する屈折率
【0018】
また、前記第2レンズ群は、拡大側から順に、正レンズと、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、両凹レンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、非球面レンズと、両凹レンズと両凸レンズよりなる接合レンズと、両凸レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0019】
さらに、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、本発明に係る上記投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0020】
本発明の投写レンズは、上記構成を備えたことにより、近年の投写レンズに好適なバックフォーカスを有しつつ、フロント式の投写型表示装置に係る投写レンズにも適用し得るように、レンズ系全体としてコンパクト化および広画角化を達成しうる高解像度な投写レンズとすることができる。
【0021】
特に、条件式(1)、(2)を同時に満足するように構成したことにより、レンズ系のコンパクト化を達成しつつ、球面収差や像面湾曲を始めとする諸収差を良好なものとすることができる。
【0022】
また、本発明の投写型表示装置は、本発明の投写レンズを用いていることにより、フロント式の投写型表示装置にも適用し得るように、コンパクトなものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本実施形態に係る投写レンズを示すものであり、後述する実施例1のレンズ構成図である。このレンズを本実施形態の代表として、以下に説明する。なお、図中Zは光軸を表している。
【0024】
本実施形態の投写レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。
【0025】
また、第1レンズ群G1は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズ(第1レンズL1)を配してなる。
また、第2レンズ群G2は、最も拡大側に、正レンズからなる第2のレンズ(各実施例のものでは第6レンズL6)を備えており、その正レンズの内部または近傍に絞りSが配されている。また、第2レンズ群G2は、非球面レンズを備えてなる。
【0026】
また、絞りSと第2レンズ群G2中の非球面レンズとの間には、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなる(下記実施例のものでは、実施例6のものを除き2枚の負レンズと2面の接合面を有し、実施例6のものは、2枚の負レンズと3面の接合面を有する)。
【0027】
また上記第1レンズ群G1は、より具体的には、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズからなる第1レンズL1と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第2レンズL2および第3レンズL3と、拡大側に凹面を向けた負レンズからなる第4レンズL4および縮小側に凸面を向けた正レンズからなる第5レンズL5、よりなる接合レンズと、を配列してなることが好ましい。
【0028】
また、上記第1レンズ群G1中の上記接合レンズを光軸Z方向に移動させてフォーカシングを行なうことが好ましい。
【0029】
一方、上記第2レンズ群G2は、より具体的には、拡大側から順に、正レンズからなる第6レンズL6と、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第7レンズL7と、両凸レンズからなる第8レンズL8と、両凹レンズからなる第9レンズL9と、両凸レンズからなる第10レンズL10と、非球面レンズからなる第11レンズL11と、両凹レンズからなる第12レンズL12と、両凸レンズからなる第13レンズL13と、両凸レンズからなる第14レンズL14と、を配列してなることが好ましい。この第2レンズ群G2においては、下記実施例に示すように、複数個の接合レンズが設けられており、これにより球面収差、色収差の補正を良好なものとすることができるとともに、レンズの製造効率を向上させることができる。
【0030】
また、上記第2レンズ群G2中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含む(下記実施例のものでは、第13レンズL13と第14レンズL14の2枚の正レンズが該当する)ことが好ましい。
【0031】
なお、図1の投写レンズでは、紙面右側より入射されライトバルブの画像表示面1において画像情報を与えられた光束が、色合成プリズム(各種フィルタ類を含む)2を介しこの投写レンズに入射され、この投写レンズにより紙面左側方向に拡大投写されるようになっている。図1には、見易さのため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原色光に分離し、各原色光用に3つのライトバルブを配設して、フルカラー画像を表示することが可能である。
【0032】
また、本実施形態のものは、以下の条件式(1)、(2)を満足するように構成されている。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の焦点距離
N2−1:第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の、d線に対する屈折率
【0033】
また、本実施形態のものは、上記第2レンズ群のレンズのうち、上記第2のレンズ(下記実施例では第6レンズL6)および上記非球面レンズ(下記実施例では第11レンズL11)を除くすべてのレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することが好ましい。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群G2中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群G2中の負レンズの、d線に対する屈折率
【0034】
また、上記第1レンズ群G1中の接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する負レンズの、d線に対する屈折率
【0035】
なお、上記の条件式のうち少なくとも(1)、(2)を満足することにより、前述した本発明の作用効果を得られるものである。
【0036】
以下、上記条件式(1)〜(5)の各々の意義について説明する。
【0037】
条件式(1)は、第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の焦点距離に対する全系の焦点距離fの値の範囲を示すものである。この下限値を下回るとレンズ全系が大型化するため、コンパクト化という要請に反し、一方、その上限値を上回ると球面収差の補正が困難になる。
【0038】
なお、この条件式(1)に替えて、下記条件式(1´)を満足するように構成することにより、上記条件式(1)の効果をより良好なものとすることができる。
0.15<f/f2−1<0.25 (1´)
【0039】
条件式(2)は、上記第2のレンズ(実施例では第6レンズL6)の、d線に対する屈折率の下限を規定するものである。この下限値を下回ると、球面収差と像面湾曲の補正が困難になる。
【0040】
次に、条件式(3)は、第2レンズ群G2中の正レンズの、d線に対する屈折率の上限を規定するものであり、一方、条件式(4)は、第2レンズ群G2中の負レンズの、d線に対する屈折率の下限を規定するものである。条件式(3)および条件式(4)のいずれも満足しないと、球面収差および軸上・倍率の各色収差の補正を行うことが困難となる。
【0041】
なお、上記条件式(4)に替えて、下記条件式(4´)を満足するように構成することにより、球面収差および軸上・倍率の各色収差の補正を、より良好なものとすることができる。
N2n>1.75 (4´)
【0042】
条件式(5)は、第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する正レンズの、d線に対する屈折率N1pと、第1レンズ群G1中の上記接合レンズを構成する負レンズの、d線に対する屈折率N1nとの差の絶対値の範囲を規定するものである。すなわち、この接合レンズを構成する2つのレンズの形成材料の屈折率の差が0.1未満と小さいことが条件である。この範囲を外れると、フォーカス調整時の像面の変動が大きくなってしまう。
【0043】
また、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2に含まれる各非球面の形状は、下記に示す非球面式により規定される。これらの非球面レンズにおいては、いずれか一方の面が非球面とされた場合であっても効果を得ることができるが、両面が非球面とされたレンズであることがより好ましい。
【0044】
【数1】
【0045】
次に、本発明に係る投写型表示装置の実施形態について説明する。図17は本発明の一実施形態に係る投写型表示装置を示す概略図である。
【0046】
図17に示すように上記照明光学系10は、ライトバルブとしての透過型液晶パネル11a〜11c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14と、コンデンサレンズ16a〜16cと、全反射ミラー18a〜18cとを備えている。ダイクロイックミラー12の前段は図示を省略しているが白色光源が配されており、この光源からの白色光は照明光学部を介して、3つの色光光束(G光、B光、R光)にそれぞれ対応する液晶パネル11a〜11cに入射されて光変調され、図17に示す投写レンズによりスクリーン7に投写される。
【0047】
以下、本発明に係る投写レンズの具体的な実施例について説明する。なお、各実施例において、互いに同様の構成を有し、同様の作用効果をなす部材については同一の符号を付している。
【0048】
<実施例1>
図1に示すように、実施例1に係る投写レンズは、拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2とが配列されてなり、縮小側が略テレセントリックとされている。
【0049】
また、第1レンズ群G1は、第1レンズ群G1は、拡大側から順に、屈折力の小さい非球面レンズよりなる第1レンズL1と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第2レンズL2および第3レンズL3と、両凹レンズからなる第4レンズL4と両凸レンズからなる第5レンズL5を接合してなる2枚接合レンズが配列されてなる。
【0050】
一方、第2レンズ群G2は、絞り3が内部に配された、拡大側に凸面を向けた平凸レンズよりなる第6レンズL6と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第7レンズL7と、両凸レンズからなる第8レンズL8と、両凹レンズからなる第9レンズL9と、両凸レンズからなる第10レンズL10と、屈折力の小さい非球面レンズよりなる第11レンズL11と、両凹レンズからなる第12レンズL12と、両凸レンズからなる第13レンズL13および第14レンズL14が配列されてなる。
【0051】
なお、第2レンズ群G2における、第7レンズL7と第8レンズL8、および第9レンズL9と第10レンズL10は、各々互いに接合されて2枚接合レンズを構成する。
【0052】
なお、この投写レンズは縮小側にテレセントリックとなるように構成されている。
【0053】
また、第1レンズ群G1中の、第4レンズL4と第5レンズL5を接合してなる接合レンズを光軸Z方向に移動させてフォーカシングを行なうように構成されている。
【0054】
実施例1に係る投写レンズは、上記条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)を全て満足するように構成されている。
【0055】
また、図1には、ライトバルブの画像表示面1および色合成プリズム(各種フィルタ類を含む)2が示されている。
【0056】
実施例1における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表1の最上段に示す。
【0057】
また、実施例1に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下「軸上面間隔」と称す)D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表1の上段に示す。なお、表1および以下の表において面番号の数字は拡大側からの順番を表すものであり、面番号の左側に*印が付された面は非球面とされている。実施例1および以下の実施例2〜8において、これらの非球面の曲率半径Rは、各表において光軸Z上での曲率半径Rの値として示しているが、対応するレンズ構成図においては図面を見やすくするため、引出線は必ずしも光軸Zとの交点から引き出されていないものがある。
【0058】
また、表1の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表1の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。
【0059】
【表1】
【0060】
なお、実施例1において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0061】
<実施例2>
実施例2に係る投写レンズの構成は、図2に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、絞りSが、第6レンズL6の縮小側の面よりも、より縮小側に配されている点において、また、第6レンズL6が、拡大側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0062】
実施例2における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表2の最上段に示す。
また、実施例2に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表2の上段に示す。
【0063】
また、表2の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表2の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A12の値が示されている。
【0064】
【表2】
【0065】
なお、実施例2において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0066】
<実施例3>
実施例3に係る投写レンズの構成は、図3に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0067】
実施例3における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表3の最上段に示す。
また、実施例3に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表3の上段に示す。
【0068】
また、表3の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表3の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0069】
【表3】
【0070】
なお、実施例3において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0071】
<実施例4>
実施例4に係る投写レンズの構成は、図4に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7が単独のレンズとされるとともに、第8レンズL8、第9レンズL9および第10レンズL10が順次接合されて3枚接合レンズを構成している点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0072】
実施例4における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表4の最上段に示す。
また、実施例4に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表4の上段に示す。
【0073】
また、表4の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表4の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0074】
【表4】
【0075】
なお、実施例4において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0076】
<実施例5>
実施例5に係る投写レンズの構成は、図5に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7、第8レンズL8および第9レンズL9が順次接合されて3枚接合レンズを構成するとともに、第10レンズL10が単独のレンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0077】
実施例5における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表5の最上段に示す。
また、実施例5に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表5の上段に示す。
【0078】
また、表5の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表5の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0079】
【表5】
【0080】
なお、実施例5において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0081】
<実施例6>
実施例6に係る投写レンズの構成は、図6に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、また、第7レンズL7、第8レンズL8、第9レンズL9および第10レンズL10が順次接合されて4枚接合レンズを構成する点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0082】
実施例6における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表6の最上段に示す。
また、実施例6に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表6の上段に示す。
【0083】
また、表6の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表6の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0084】
【表6】
【0085】
なお、実施例6において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0086】
<実施例7>
実施例7に係る投写レンズの構成は、図7に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0087】
実施例7における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表7の最上段に示す。
また、実施例7に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表7の上段に示す。
【0088】
また、表7の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表7の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0089】
【表7】
【0090】
なお、実施例7において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0091】
<実施例8>
実施例8に係る投写レンズの構成は、図8に示すとおりであり、基本的に実施例1に係る投写レンズと同様であるが、第6レンズL6が両凸レンズとされている点において、実施例1に係る投写レンズと相違する。
【0092】
実施例8における全系の焦点距離f(mm)、バックフォーカスBf(mm)、FナンバFno.、画角2ωの各数値を表8の最上段に示す。
また、実施例8に係る投写レンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、軸上面間隔D(mm)、各レンズのd線における屈折率Ndおよび各レンズのd線におけるアッベ数νdの値を、表8の上段に示す。
【0093】
また、表8の中段には、所定の投写距離(1.2m、無限遠)においてフォーカシングされた際の面間隔D1、D2の数値を示す。
なお、表8の下段には各非球面に対応する各定数K,A3〜A16の値が示されている。
【0094】
【表8】
【0095】
なお、実施例8において各条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)に対応する値は、後述する表9に示すとおりであり、条件式(1)〜(5)、(1´)、(4´)は全て満足されている。
【0096】
また、図9〜16は、実施例1〜8に係る投写レンズの諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。これらの収差図において、ωは半画角を示し、球面収差の収差図には波長が550nm、460nmおよび620nmの光に対する収差曲線を示し、倍率色収差の収差図には波長が550nmの光に対する、460nmおよび620nmの光における収差曲線を示している。図9〜16に示すように、実施例1〜8に係る投写レンズは、歪曲収差や倍率色収差をはじめ各収差が良好に補正され、半画角50.7度以上、Fナンバ2.00〜2.30と、広角で明るい投写レンズとされている。また、十分なバックフォーカス(29.52〜30.31)を有する。さらに、各条件式が満足されており、コンパクトで高性能な投写レンズとされている。
【0097】
なお、本発明の投写レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Rおよびレンズ間隔(もしくはレンズ厚)Dを適宜変更することが可能である。
【0098】
また、本発明の投写型表示装置としても、上記構成のものに限られるものではなく、本発明の投写レンズを備えた種々の装置構成が可能である。ライトバルブとしては、例えば、透過型または反射型の液晶表示素子や、傾きを変えることができる微小な鏡が略平面上に多数形成された微小ミラー素子(例えば、テキサス・インスツルメント社製のデジタルマイクロミラーデバイス)を用いることができる。また、照明光学系としても、ライトバルブの種類に対応した適切な構成を採用することができる。
【0099】
【表9】
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】本発明の実施例1に係る投写レンズの構成を表す図
【図2】本発明の実施例2に係る投写レンズの構成を表す図
【図3】本発明の実施例3に係る投写レンズの構成を表す図
【図4】本発明の実施例4に係る投写レンズの構成を表す図
【図5】本発明の実施例5に係る投写レンズの構成を表す図
【図6】本発明の実施例6に係る投写レンズの構成を表す図
【図7】本発明の実施例7に係る投写レンズの構成を表す図
【図8】本発明の実施例8に係る投写レンズの構成を表す図
【図9】実施例1に係る投写レンズの諸収差図
【図10】実施例2に係る投写レンズの諸収差図
【図11】実施例3に係る投写レンズの諸収差図
【図12】実施例4に係る投写レンズの諸収差図
【図13】実施例5に係る投写レンズの諸収差図
【図14】実施例6に係る投写レンズの諸収差図
【図15】実施例7に係る投写レンズの諸収差図
【図16】実施例8に係る投写レンズの諸収差図
【図17】本発明の投写型表示装置の概略構成を表す図
【符号の説明】
【0101】
1 画像表示面
2 色合成プリズム
11a〜11c 透過型液晶パネル
12、13 ダイクロイックミラー
14 クロスダイクロイックプリズム
16a〜16c コンデンサレンズ
18a〜18c 全反射ミラー
G1、G2 レンズ群
L1〜L14 レンズ
R1〜R27 レンズ面等の曲率半径
D1〜D26 レンズの中心厚およびレンズ間の空気間隔(軸上面間隔)
S 絞り
Z 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項1】
拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とが配列され、縮小側が略テレセントリックに構成されてなる投写レンズであって、
前記第1レンズ群は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズを配してなり、
前記第2レンズ群は、最も拡大側に、絞りを内部または近傍に有する正レンズからなる第2のレンズを備えるとともに、非球面レンズを備えてなり、
前記絞りと前記第2レンズ群中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなり、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする投写レンズ。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:前記第2のレンズの焦点距離
N2−1:前記第2のレンズの、d線に対する屈折率
【請求項2】
前記第2レンズ群のレンズのうち、前記第2のレンズおよび前記非球面レンズを除くレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することを特徴とする請求項1記載の投写レンズ。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群中の負レンズの、d線に対する屈折率
【請求項3】
前記第2レンズ群中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含むことを特徴とする請求項1または2記載の投写レンズ。
【請求項4】
前記第1レンズ群は、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた2枚の負メニスカスレンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる接合レンズと、を配列してなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項5】
前記第1レンズ群中の前記接合レンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項6】
前記第1レンズ群中の前記接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項4または5記載の投写レンズ。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:前記接合レンズを構成する前記正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:前記接合レンズを構成する前記負レンズの、d線に対する屈折率
【請求項7】
前記第2レンズ群は、拡大側から順に、正レンズと、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、両凹レンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、非球面レンズと、両凹レンズと両凸レンズよりなる接合レンズと、両凸レンズと、を配列してなることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項8】
光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項1〜7のうちいずれか1項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項1】
拡大側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とが配列され、縮小側が略テレセントリックに構成されてなる投写レンズであって、
前記第1レンズ群は、最も拡大側に、非球面レンズからなる第1のレンズを配してなり、
前記第2レンズ群は、最も拡大側に、絞りを内部または近傍に有する正レンズからなる第2のレンズを備えるとともに、非球面レンズを備えてなり、
前記絞りと前記第2レンズ群中の非球面レンズとの間に、2枚以上の負レンズと2面以上の接合面が配されてなり、
以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする投写レンズ。
0.10<f/f2−1<0.30 (1)
N2−1>1.75 (2)
ここで、
f:レンズ系全体の焦点距離
f2−1:前記第2のレンズの焦点距離
N2−1:前記第2のレンズの、d線に対する屈折率
【請求項2】
前記第2レンズ群のレンズのうち、前記第2のレンズおよび前記非球面レンズを除くレンズが、下記条件式(3)、(4)のいずれかを満足することを特徴とする請求項1記載の投写レンズ。
N2p<1.55 (3)
N2n>1.73 (4)
ここで、
N2p:第2レンズ群中の正レンズの、d線に対する屈折率
N2n:第2レンズ群中の負レンズの、d線に対する屈折率
【請求項3】
前記第2レンズ群中に、アッベ数(νd)が75以上とされた正レンズを2枚以上含むことを特徴とする請求項1または2記載の投写レンズ。
【請求項4】
前記第1レンズ群は、拡大側から順に、プラスチックよりなる非球面レンズと、拡大側に凸面を向けた2枚の負メニスカスレンズと、拡大側に凹面を向けた負レンズおよび縮小側に凸面を向けた正レンズよりなる接合レンズと、を配列してなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項5】
前記第1レンズ群中の前記接合レンズを光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項6】
前記第1レンズ群中の前記接合レンズは、以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項4または5記載の投写レンズ。
|N1p−N1n|<0.1 (5)
ここで、
N1p:前記接合レンズを構成する前記正レンズの、d線に対する屈折率
N1n:前記接合レンズを構成する前記負レンズの、d線に対する屈折率
【請求項7】
前記第2レンズ群は、拡大側から順に、正レンズと、拡大側に凸面を向けた負のメニスカスレンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、両凹レンズおよび両凸レンズよりなる接合レンズと、非球面レンズと、両凹レンズと両凸レンズよりなる接合レンズと、両凸レンズと、を配列してなることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の投写レンズ。
【請求項8】
光源と、ライトバルブと、該光源からの光束を該ライトバルブへ導く照明光学部と、請求項1〜7のうちいずれか1項記載の投写レンズとを備え、前記光源からの光束を前記ライトバルブで光変調し、前記投写レンズによりスクリーンに投写することを特徴とする投写型表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2010−122505(P2010−122505A)
【公開日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−296790(P2008−296790)
【出願日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【出願人】(000005430)フジノン株式会社 (2,231)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【出願人】(000005430)フジノン株式会社 (2,231)
【Fターム(参考)】
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