JP2008090200A - Zoom lens and projection-type image display device - Google Patents
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Abstract
【課題】狭い投射空間においても大画面を投射でき、かつ自由に画面サイズを変化させることのできるプロジェクターに好適なズームレンズとそれを用いた投射型画像表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、縮小側の1次像面から拡大側の2次像面へ拡大投射するズームレンズであって、1次像面の中間像を結像し、変倍時、少なくとも2つ以上の群が光軸上を移動する第1光学系L1と、中間像よりも2次像面側に形成される凹面反射面を少なくとも1面有する第2光学系L2とを備え、第1光学系L1および第2光学系L2を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、1次像面の中心から2次像面の中心に至る光線が光軸を交差し、次に凹面反射面で反射し、再度光軸と交差して2次像面に到達し、下記条件式
(1)0.5<φ1/φ2<3
(2)1<AST/ASS<5
(3)|AST|/L12<1
を満足するズームレンズである。
【選択図】図1A zoom lens suitable for a projector capable of projecting a large screen even in a narrow projection space and capable of freely changing the screen size, and a projection-type image display device using the zoom lens.
A zoom lens for enlarging and projecting from a primary image surface on the reduction side to a secondary image surface on the enlargement side, forms an intermediate image of the primary image surface, and at least at the time of zooming A first optical system L1 in which two or more groups move on the optical axis, and a second optical system L2 having at least one concave reflecting surface formed on the secondary image plane side with respect to the intermediate image. Each surface constituting the first optical system L1 and the second optical system L2 is formed of a rotationally symmetric surface with a common optical axis as a center, and light rays from the center of the primary image surface to the center of the secondary image surface are optical axes. , Then reflected by the concave reflecting surface, crosses the optical axis again and reaches the secondary image plane, and the following conditional expression (1) 0.5 <φ1 / φ2 <3
(2) 1 <AST / ASS <5
(3) | AST | / L12 <1
It is a zoom lens that satisfies
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、縮小側の1次像面から拡大側の2次像面へ拡大投射するズームレンズおよびこのズームレンズを有する投射型画像表示装置に関する。 The present invention relates to a zoom lens for enlarging and projecting from a primary image surface on the reduction side to a secondary image surface on the enlargement side, and a projection type image display apparatus having the zoom lens.
会議でのプレゼンテーション、家庭における、地上波デジタル放送に代表されるような、フルHD(High Definition)、あるいはDVD(Digital Versatile Disk)、いわゆる次世代DVDを利用したホームシアター等で、高精細なプロジェクターが普及しつつある。 High-definition projectors for conference presentations, home theaters using full HD (High Definition) or DVD (Digital Versatile Disk), so-called next-generation DVD, as represented by digital terrestrial broadcasting at home It is becoming popular.
このようなプロジェクターに用いられるズームレンズは、表示素子と投射光学系の間に色合成用をプリズム、光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッター(PBS)、光束分離用のTIR(Total Internal reflection)等を挿入するための長いバックフォーカスと略テレセントリックな構成が必要とされる。そのため、負・正の屈折力配置を有するレトロフォーカス型が一般的に使用されてきた。 A zoom lens used in such a projector has a prism for color synthesis between a display element and a projection optical system, a polarization beam splitter (PBS) for separating polarization of light, a TIR (Total Internal reflection) for separating light beams, etc. A long back focus and a substantially telecentric configuration are required for the insertion. Therefore, a retrofocus type having negative and positive refractive power arrangements has been generally used.
さらに
[1]狭い投射空間で大画面を表示でき、かつ自由に画面を拡大、収縮できるような高いズーム比と超広角ズームレンズとしての機能を持つこと。
[2]より明るい画面を投射するためにF値を小さくすること。
[3]表示画素の高画素化に伴い、高解像力を有するレンズであること。また低歪曲であること。
[4]変倍時においても、テレセントリック性が崩れないこと。
[5]前記[1]〜[4]を満たしつつも、プロジェクターの小型化、コストダウン化のため、レンズの構成枚数を少なくし、かつ簡単な構成で達成すること。
等が、プロジェクターのズームレンズとして求められる。
Furthermore, [1] A large screen can be displayed in a narrow projection space, and it has a high zoom ratio and a function as an ultra-wide angle zoom lens that can freely expand and contract the screen.
[2] Decreasing the F value in order to project a brighter screen.
[3] A lens having high resolving power as the number of display pixels increases. It must also be low distortion.
[4] Telecentricity does not break even during zooming.
[5] To satisfy the above [1] to [4] and reduce the number of lens components and achieve a simple configuration in order to reduce the size and cost of the projector.
Are required as a zoom lens of a projector.
プロジェクター用に適した略テレセントリックな構成をもち、半画角40度程度を有する広角ズームレンズとしては、特許文献1、2等の5成分、6成分ズームレンズがある。
As a wide-angle zoom lens having a substantially telecentric configuration suitable for a projector and having a half angle of view of about 40 degrees, there are five-component and six-component zoom lenses disclosed in
特許文献1は、物体側から負正正正正の5成分を持ち、変倍時3つ以上の群が移動することで、最大で半画角40度弱、F/1.8、ズーム比1.2程度のズームレンズを達成している。
特許文献2は、物体側から負正正正負正の6成分を持ち、ワイド端からテレ端への変倍時、2〜5群の4群が物体側に移動することで、半画角30度〜45度弱、F/2,0前後、ズーム比1.6〜2.0程度のズームレンズを達成している。
また用途は主に撮像系であるものの、半画角で50〜60度相当の超広角ズームレンズがある。 Although the application is mainly an imaging system, there is a super wide-angle zoom lens corresponding to 50 to 60 degrees in half angle of view.
特許文献3は、物体側から負正正正の4成分を持ち、変倍時4群を移動させることで、半画角60度、F/4.6、ズーム比2.0程度のズームレンズを達成している。
特許文献4は、物体側から負正負正の4成分を持ち、変倍時4群を移動させることで、半画角50度、F/2.8、ズーム比2.2程度のズームレンズを達成している。 Patent Document 4 has a zoom lens having four components of positive, negative, and positive from the object side and moving the four groups at the time of zooming, and a half angle of view of 50 degrees, F / 2.8, and a zoom ratio of about 2.2. Have achieved.
特許文献5は、自由曲面の反射面を3面使用し、オフアキシャル光学系を構成することで、変倍時においても画面中心を動かすことの無いズーム比2,0程度のズームレンズを達成している(図30参照)。
しかしながら、このような従来の技術に示される光学系には次のような問題がある。すなわち、特許文献1、2に示された光学系は、プロジェクターに好適なものである一方、屈折系のみで構成されているため、F値やズーム比、テレセントリック性を維持したまま、更なる広角化にする場合、像面湾曲、倍率色収差、歪曲等の諸収差が急激に悪化しやすくなり、良好な光学性能を得ることが非常に困難となり、径やレンズ全長の大型化を招く。
However, the optical system shown in the conventional technique has the following problems. That is, while the optical systems disclosed in
また、特許文献3に示された光学系は、半画角60度程度の超広角のズームレンズを達成しているものの、F値が大きく、テレセントリックな光学系ではないため、プロジェクターの光学系には適していない。
The optical system disclosed in
また、特許文献4に示された光学系は、半画角50度程度の超広角ズームレンズを達成しており、F/2.8程度の大口径化を達成しつつも、各収差は適当に補正されている。その一方、変倍によりテレセントリックが大きく崩れ、さらに絞りから像面側のレンズ群が変倍に際して大きく移動し、かつ大きな正の屈折力を持つため、この光学系で絞り径一定にした場合、F値が大きく変動するため明るさに大きく影響する。また、最も拡大側のレンズに大型のガラスモールド非球面等使用していることもあり、コスト面でも難がありプロジェクターの光学系には適していない。 The optical system disclosed in Patent Document 4 achieves a super wide-angle zoom lens with a half angle of view of about 50 degrees, and each aberration is appropriate while achieving a large aperture of about F / 2.8. It has been corrected. On the other hand, the telecentricity is greatly destroyed by zooming, and the lens group on the image plane side from the stop moves greatly during zooming and has a large positive refractive power. Since the value fluctuates greatly, the brightness is greatly affected. In addition, a large glass mold aspherical surface is used for the most magnified lens, which is difficult in terms of cost and is not suitable for a projector optical system.
特許文献5に記載されている投射光学系の場合、3枚以上の自由曲面を持つ光学ブロックRと変倍機構を有する光学ブロックCで構成され、光学ブロックR内に中間結像面を持つことで、広角化しつつも反射面を小さくすることができるという利点を持つ。その反面、反射面を偏心させることにより発生する偏心収差を残りの偏心された反射面で補正することになり、少なくとも反射面が3面以上必要となる。さらに反射面は回転対称な構成ではなく、自由曲面で構成され、面精度、組み立て制度に非常に敏感で、製造が難しくコストアップにつながるという問題がある。
In the case of the projection optical system described in
また、絞りが光学ブロックCの出射側に配置され、変倍機構を持つ群が、絞りと表示素子面間に構成されているため、ズーム比が大きくなるほど変倍時のF値変動が大きくなりやすい。実施例では約2倍のズーム比を達成しているものの、F値はワイド端からテレ端への変倍時、F/2.0からF/4.0に変化する。従って変倍時に画像表示面の明るさが変化し、特にテレ端側では暗い画面となってしまい、プロジェクター用には適しているとは言いがたい。また実施例においては、投射距離約1700mmで最大70インチ程度であり、さらなる広角化をする場合、各収差が大きく悪化することが考えられる。 In addition, since the stop is arranged on the exit side of the optical block C and the group having a zoom mechanism is formed between the stop and the display element surface, the F value fluctuation during zooming increases as the zoom ratio increases. Cheap. Although the zoom ratio of about 2 is achieved in the embodiment, the F value changes from F / 2.0 to F / 4.0 when zooming from the wide end to the tele end. Therefore, the brightness of the image display surface changes at the time of zooming, and a dark screen is generated particularly on the telephoto end side, which is not suitable for a projector. In the embodiment, the projection distance is about 1700 mm and the maximum is about 70 inches. When further widening the angle, each aberration may be greatly deteriorated.
本発明は、前記した従来の問題点に鑑み、例えば半画角60度前後、F値2.0程度、ズーム比1.5前後でプロジェクターに好適なズームレンズを比較的簡単な構成で提供することを課題とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a zoom lens suitable for a projector with a relatively simple configuration, for example, a half field angle of about 60 degrees, an F value of about 2.0, and a zoom ratio of about 1.5. This is the issue.
すなわち、本発明は、縮小側の1次像面から拡大側の2次像面へ拡大投射する投射光学系であって、前記1次像面の中間像を結像し、変倍時、少なくとも2つ以上の群が、光軸上を移動する第1光学系と、前記中間像よりも2次像面側に形成される凹面反射面を少なくとも1面有する第2光学系とを備え、前記第1光学系および第2光学系を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、前記1次像面の中心から前記2次像面の中心に至る光線が前記光軸を交差し、次に前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記2次像面に到達し、下記条件式
(1)0.1<φ1/φ2<3
(2)1<AST/ASS<5
(3)|AST|/L12<1
を満足することで、例えば半画角60度前後でF値が2.3前後、ズーム比1.5前後でありながら、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
φ1:第1光学系の屈折力
φ2:第2光学系の屈折力
|AST|:第1光学系における、子午面での中間結像位置
|ASS|:第1光学系における、球欠面での中間結像位置
L12:第1光学系と第2光学系の光軸上距離
That is, the present invention is a projection optical system for enlarging and projecting from a primary image surface on the reduction side to a secondary image surface on the enlargement side, forming an intermediate image of the primary image surface, and at least at the time of zooming The two or more groups include a first optical system that moves on an optical axis, and a second optical system that has at least one concave reflecting surface formed on the secondary image plane side of the intermediate image, Each surface constituting the first optical system and the second optical system is constituted by a rotationally symmetric surface with a common optical axis as a center, and a light beam from the center of the primary image surface to the center of the secondary image surface is Crosses the optical axis, then reflects off the concave reflecting surface, crosses the optical axis again and reaches the secondary image plane, and the following conditional expression (1) 0.1 <φ1 / φ2 <3
(2) 1 <AST / ASS <5
(3) | AST | / L12 <1
Satisfying the above, for example, good optical performance can be obtained while the F value is around 2.3 and the zoom ratio is around 1.5 at a half angle of view of around 60 degrees.
Where φ1: refractive power of the first optical system φ2: refractive power of the second optical system | AST |: intermediate imaging position on the meridian plane in the first optical system | ASS |: spherical missing surface in the first optical system Intermediate imaging position at L12: Distance on the optical axis between the first optical system and the second optical system
また、本発明の投射型画像表示装置は、前記した課題を解決するために、光源と前記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、前記に記述した変調手段側の1次像面からスクリーン側の2次像面へ拡大投射する上記ズームレンズを備えていることを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problem, the projection type image display apparatus of the present invention includes a light source, a modulation unit that modulates light emitted from the light source based on a video signal, and a modulation unit described above. The zoom lens is provided for enlarging and projecting from the primary image surface on the side to the secondary image surface on the screen side.
従って、本発明にあっては、1次像面の中心から2次像面の中心に至る光線が、第1光学系の光軸を交差し、次いで凹面反射面で反射され、再度前記光軸と交差して2次像面に到達する光路を辿ることにより、例えば略水平方向に配置された第1光学系から2次像面に結像する光を第2光学系により上方(あるいは下方)に出力させる。 Accordingly, in the present invention, the light beam from the center of the primary image surface to the center of the secondary image surface intersects the optical axis of the first optical system, and is then reflected by the concave reflecting surface, and again the optical axis. By tracing the optical path that reaches the secondary image plane intersecting with the second optical system, for example, the light that forms an image on the secondary image plane from the first optical system arranged in a substantially horizontal direction is upward (or downward) by the second optical system. To output.
上記のような本発明によれば、大きな半画角、F値、ズーム比を備えたプロジェクターに好適なズームレンズを提供することができ、狭い投射空間においても大画面を投射でき、かつ自由に画面サイズを変化させることのできる投射型画像表示装置に好適なズームレンズとそれを用いた投射型画像表示装置を提供することが可能となる。 According to the present invention as described above, a zoom lens suitable for a projector having a large half angle of view, F value, and zoom ratio can be provided, a large screen can be projected even in a narrow projection space, and freely. It is possible to provide a zoom lens suitable for a projection type image display device capable of changing the screen size and a projection type image display device using the zoom lens.
以下、本発明のズームレンズおよび投射型画像表示装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out a zoom lens and a projection-type image display device of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
すなわち、本実施形態に係るズームレンズは、縮小側の1次像面から拡大側の2次像面へ拡大投射する投射光学系であって、前記1次像面の中間像を結像し、変倍時、少なくとも2つ以上の群が、光軸上を移動する第1光学系と、前記中間像による前記2次像面を形成する第2光学系とを備え、前記1次像面の中心から前記2次像面の中心に至る光線が前記光軸と交差し、さらに前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記2次像面に到達する。結像関係を要約すれば、第1光学系によって、1次像面の中間像が形成され、その後凹面反射面により収束光となり瞳を形成した後、2次像面として結像する構成をとっている。 That is, the zoom lens according to the present embodiment is a projection optical system that performs enlarged projection from the primary image surface on the reduction side to the secondary image surface on the enlargement side, and forms an intermediate image of the primary image surface, At the time of zooming, at least two or more groups include a first optical system that moves on an optical axis, and a second optical system that forms the secondary image surface by the intermediate image. A light beam from the center to the center of the secondary image plane intersects the optical axis, is further reflected by the concave reflecting surface, and crosses the optical axis again to reach the secondary image plane. To summarize the image formation relationship, the first optical system forms an intermediate image of the primary image plane, and then forms a pupil as convergent light by the concave reflecting surface, and then forms an image as the secondary image plane. ing.
また、前記第1光学系の中間像は、第1光学系と第2光学系間に配置され、下記条件式
(1)0.5<φ1/φ2<3
(2)1<AST/ASS<5
(3)|AST|/L12<1
を満足することで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
φ1:第1光学系の屈折力
φ2:第2光学系の屈折力
|AST|:第1光学系における、子午面での中間結像位置
|ASS|:第1光学系における、球欠面での中間結像位置
L12:第1光学系と第2光学系の光軸上距離
The intermediate image of the first optical system is disposed between the first optical system and the second optical system, and the following conditional expression (1) 0.5 <φ1 / φ2 <3
(2) 1 <AST / ASS <5
(3) | AST | / L12 <1
By satisfying the above, good optical performance can be obtained.
Where φ1: refractive power of the first optical system φ2: refractive power of the second optical system | AST |: intermediate imaging position on the meridian plane in the first optical system | ASS |: spherical missing surface in the first optical system Intermediate imaging position at L12: Distance on the optical axis between the first optical system and the second optical system
条件式(1)は、第1光学系の屈折力φ1と第2光学系の屈折力φ2の比をとったもので、下限を下回る場合、凹面反射面の曲率が非常に大きくなるため、前記凹面反射面で発生する収差が非常に大きくなる。上限を超える場合、第1光学系の屈折力が大きいため、凹面反射面での収差補正が困難になる。 Conditional expression (1) is the ratio of the refractive power φ1 of the first optical system and the refractive power φ2 of the second optical system. When the ratio is below the lower limit, the curvature of the concave reflecting surface becomes very large. The aberration generated on the concave reflecting surface becomes very large. When the upper limit is exceeded, since the refractive power of the first optical system is large, it is difficult to correct aberrations on the concave reflecting surface.
条件式(2)は、子午面(あるいはメリディオナル面:主光線と光軸を含む断面)と球欠面(あるいはサジッタル面:子午面に垂直な平面)における中間像の結像位置の比を取ったものである。図31のように、第2光学系の凹面反射面をA、曲率半径をrとした場合、子午面断面では、hによらず曲率半径rとなる。その一方で、球欠面においては、rcosθとなり、hによって球欠面に入射する光束は異なる屈折力をもつことになる。 Conditional expression (2) calculates the ratio of the image positions of the intermediate image on the meridian plane (or meridional plane: the cross section including the principal ray and the optical axis) and the spherical surface (or the sagittal plane: a plane perpendicular to the meridian plane). It is a thing. As shown in FIG. 31, when the concave reflection surface of the second optical system is A and the curvature radius is r, the meridional section has the curvature radius r regardless of h. On the other hand, rcos θ is obtained at the spherical surface, and the light beam incident on the spherical surface has a different refractive power due to h.
前記したお互いの断面に入射する光束が2次像面の同位置に結像するためには、中間像のお互いの断面における結像位置が異なる位置に無ければならない。また球欠面に入射する光束は、子午面に入射する光束よりもθ>0において、曲率半径の小さい面に入射するため、子午面の結像位置よりも第2光学系側に近づいている必要がある。 In order for the light beams incident on the cross sections described above to form an image at the same position on the secondary image plane, the image forming positions on the cross sections of the intermediate image must be at different positions. In addition, since the light beam incident on the spherical surface is incident on a surface having a smaller radius of curvature at θ> 0 than the light beam incident on the meridian surface, the light beam is closer to the second optical system side than the imaging position on the meridian surface. There is a need.
従って条件式(2)は、前記のそれぞれの結像位置の適切な範囲を定めたものであって、下限を下回る場合、つまり球欠面の結像位置が、子午面の結像位置よりも第1光学系側に位置している場合、2次像面において互いの結像位置を同位置に結像することが困難となる。上限を超えた場合、子午面、球欠面での結像位置が離れているため、やはり2次像面上で、同時に結像することが困難となる。 Therefore, the conditional expression (2) defines an appropriate range of each of the imaging positions described above. When the lower limit is not satisfied, that is, the imaging position of the spherical surface is smaller than the imaging position of the meridian plane. When positioned on the first optical system side, it is difficult to form images at the same position on the secondary image plane. When the upper limit is exceeded, the image formation positions on the meridian plane and the spherical surface are separated, so that it is difficult to simultaneously form images on the secondary image plane.
条件式(3)は、子午面の任意の結像位置と第1光学系、第2光学系の光軸上距離の比となる。 Conditional expression (3) is a ratio between an arbitrary imaging position on the meridian plane and the distance on the optical axis of the first optical system and the second optical system.
本発明では、一旦中間像を持つタイプであり、第1光学系を出射した後、第2光学系に至る間に結像をするため、第1光学系の像面湾曲は、第1光学系と第2光学系の光軸上の距離よりも小さくなる。 In the present invention, the first optical system is of a type having an intermediate image, and forms an image after exiting the first optical system and reaching the second optical system. And smaller than the distance on the optical axis of the second optical system.
第1光学系で発生した像面湾曲を、第2光学系の反射面で2次像面の平面上に結像する場合、第1光学系の湾曲量をなるべく小さくすることが、光学性能を良好にするのに望ましい。 When the field curvature generated in the first optical system is imaged on the plane of the secondary image plane by the reflecting surface of the second optical system, reducing the curvature amount of the first optical system as much as possible reduces the optical performance. Desirable for good.
従って、条件式(3)のように第1光学系と第2光学系の光軸上距離よりも第1光学系の像面湾曲量を小さくすることによって、良好な光学性能を得ることが可能となる。下限を下回る場合、凹面反射面と2次像面間に結像することになるため、2次像面で結像させることができない。 Therefore, it is possible to obtain good optical performance by making the amount of field curvature of the first optical system smaller than the distance on the optical axis of the first optical system and the second optical system as in conditional expression (3). It becomes. When the value is below the lower limit, an image is formed between the concave reflecting surface and the secondary image surface, so that the image cannot be formed on the secondary image surface.
また第2光学系を構成する少なくとも1面の凹面反射面を回転対称非球面とすることで、さらに良好な光学性能を得ることができる。ここで非球面の式は以下の数1となる。
Further, by setting at least one concave reflecting surface constituting the second optical system to be a rotationally symmetric aspherical surface, it is possible to obtain even better optical performance. Here, the expression of the aspherical surface is the
ただし、
Z:非球面のサグ量
h:光軸に対して垂直な高さ
c:近軸の曲率
K:円錐定数
Ai:i次の非球面係数
である。
However,
Z: Sag amount of aspheric surface h: Height perpendicular to optical axis c: Curvature of paraxial K: Conic constant Ai: i-th order aspheric coefficient.
また、本実施形態のズームレンズは、前記凹面反射面が回転対称非球面で構成され、下記条件式(4)を満たすものである。
(4)K<1
In the zoom lens according to the present embodiment, the concave reflecting surface is a rotationally symmetric aspheric surface, and satisfies the following conditional expression (4).
(4) K <1
条件式(4)は、前記凹面反射面の形状についての適切な範囲を定めたものである。上限を超えた場合、第1光学系がある程度広角にならないと、2次像面上に低歪曲で結像させることができない。また、hが高くなるに従い、近軸の曲率よりも大きくなってくる。つまり、第1光学系、第2光学系共に収差発生量が増大するため、収差補正が不可能となる。従って、条件式(4)で定めた範囲にすることで、第2光学系の収差発生量を抑えることが可能となる。 Conditional expression (4) defines an appropriate range for the shape of the concave reflecting surface. When the upper limit is exceeded, an image cannot be formed on the secondary image plane with low distortion unless the first optical system has a wide angle. Further, as h increases, it becomes larger than the paraxial curvature. That is, the aberration generation amount increases in both the first optical system and the second optical system, so that it is impossible to correct the aberration. Therefore, by setting the range defined by conditional expression (4), it is possible to suppress the amount of aberration generated in the second optical system.
さらに、投射距離変更時の焦点合わせ(フォーカシング)についても、変倍時と同様に第1光学系に調整機構を設け、第1光学系の全体、もしくは第1光学系の少なくとも1つの群の光軸上の移動によって行うことで、機構的に難易度の高い凹面反射面の移動をさせることなく可能となる。 Further, with regard to focusing at the time of changing the projection distance, an adjustment mechanism is provided in the first optical system as in the case of zooming, and the entire first optical system or at least one group of light of the first optical system is provided. By performing the movement on the axis, it becomes possible without moving the concave reflecting surface, which is mechanically difficult.
また、本実施形態に係る投射型画像表示装置は、光源と、前記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、前記変調手段側の1次像面からスクリーン側の2次像面へ拡大投射するズームレンズとを備え、前記ズームレンズが、前記1次像面の中間像を結像し、変倍時少なくとも2つ以上の群が光軸上を移動する第1光学系と、前記中間像を前記2次像面を形成させる1面以上の凹面反射面を有する第2光学系とを備え、前記1次像面の中心から前記2次像面の中心に至る光線が、前記第1光学系の光軸を交差し、さらに凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記2次像面に到達するようにしたものである。 The projection-type image display apparatus according to the present embodiment includes a light source, a modulation unit that modulates and outputs light emitted from the light source based on a video signal, and a screen side from a primary image plane on the modulation unit side. A zoom lens for enlarging and projecting to the secondary image plane, wherein the zoom lens forms an intermediate image of the primary image plane, and at the time of zooming, at least two or more groups move on the optical axis. A first optical system, and a second optical system having one or more concave reflecting surfaces for forming the intermediate image on the secondary image plane, from the center of the primary image plane to the center of the secondary image plane. The incident light beam crosses the optical axis of the first optical system, is further reflected by the concave reflecting surface, and crosses the optical axis again to reach the secondary image surface.
特に、本実施形態の投射型画像表示装置は、前記したズームレンズを使用して変調手段で形成された画像をスクリーンに投射するので、狭い投射空間においても大画面を投射することができ、さらに投射画面の大きさを自由に変えることを可能としながらも、明るく高解像力で低歪曲な拡大画像を表示することができる。 In particular, since the projection type image display apparatus of the present embodiment projects an image formed by the modulation means on the screen using the zoom lens described above, it can project a large screen even in a narrow projection space. While making it possible to freely change the size of the projection screen, it is possible to display a magnified image that is bright and has high resolution and low distortion.
本実施形態のズームレンズは、回転対称な光学系で構成されているため、画面の位置は、表示素子を、光軸と垂直な平面上を移動させることで、容易に可能となる。 Since the zoom lens according to the present embodiment includes a rotationally symmetric optical system, the position of the screen can be easily achieved by moving the display element on a plane perpendicular to the optical axis.
また、前記中間像の前記2次像面に対する前記第2光学系による瞳が、第2光学系とスクリーン間に形成されることで、キャビネット内の光路の引き回しの自由度が増すと共に、第2光学系とスクリーン間で最も光束が絞られる箇所である瞳位置において開口を有する遮蔽部分を設けることが可能になり、本実施形態のズームレンズの防塵対策や迷光対策を採りやすくなる。 In addition, since the pupil of the second optical system with respect to the secondary image plane of the intermediate image is formed between the second optical system and the screen, the degree of freedom in routing the optical path in the cabinet is increased, and the second It becomes possible to provide a shielding portion having an opening at the pupil position where the light beam is most narrowed between the optical system and the screen, and it becomes easy to take the dust prevention measures and the stray light measures of the zoom lens of this embodiment.
従って、本実施形態に係るズームレンズは、前記形態を有することで、比較的簡単な構成で、超広角化と良好な光学性能を、容易に得ることができる。 Therefore, the zoom lens according to the present embodiment has the above-described configuration, so that it is possible to easily obtain an ultra wide angle and good optical performance with a relatively simple configuration.
また、本実施形態のズームレンズを利用した投射型画像表示装置においても、比較的簡単な構成で、狭い投射空間においても大画面を投射できる、高画質、低歪曲な光学性能を有する装置を提供できる。 In addition, the projection type image display apparatus using the zoom lens according to the present embodiment also provides an apparatus with high image quality and low distortion optical performance that can project a large screen even in a narrow projection space with a relatively simple configuration. it can.
以下に、本実施形態に係るズームレンズおよび投射型画像表示装置の実施形態および数値実施例を図および表を用いて説明する。なお、以下の実施例では、変倍時に第1光学系を構成する3つの群が移動するものを例とするが、変倍時に2つの群が移動する構成であっても適用可能である。 Hereinafter, embodiments and numerical examples of the zoom lens and the projection type image display apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings and tables. In the following embodiments, an example in which the three groups constituting the first optical system move during zooming is taken as an example, but the present invention can also be applied to a configuration in which two groups move during zooming.
(実施例1の形態) (Form of Example 1)
図1は、実施例1の光路図となる。Pは変調手段としての表示素子であり、該表示素子Pにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記表示素子Pとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等を用いることができる。また、図中のPPは、偏光ビームスプリッター(PBS)やRGB各色の映像信号を合成する色合成プリズム、TIR(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。図は、上からワイド端、ミドル、テレ端の3つのポジションから構成されている。 FIG. 1 is an optical path diagram of the first embodiment. P is a display element as modulation means, and light emitted from a light source (not shown) is modulated by the display element P based on the video signal to form a primary image plane. As the display element P, a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micromirror device (DMD), or the like can be used. Also, PP in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), a color synthesis prism that synthesizes RGB video signals, a TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like. The figure consists of three positions from the top: wide end, middle and tele end.
図2は、図1の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第1光学系L1は、2次像面側からI〜VIの6群から構成されており、ワイド端からテレ端への変倍の際II、III、V群が、2次像面側に移動する。ここで、I、IV、VI群と、第2光学系の凹面反射面は、変倍時において固定される。 FIG. 2 shows details of the projection optical system portion of FIG. The first optical system L1 is composed of six groups I to VI from the secondary image plane side. When zooming from the wide end to the tele end, the II, III, and V groups are located on the secondary image plane side. Moving. Here, the I, IV, VI groups and the concave reflecting surface of the second optical system are fixed during zooming.
表1に、実施例1の合成焦点距離f、半画角ω、F値を示す。ここで、合成焦点距離とは、第1光学系の屈折力をφ1、第2光学系の屈折力をφ2、第1光学系の中間像側主点位置と第2光学系を構成する凹面反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
1/f=φ=φ1+φ2−Δ・φ1・φ2
であらわされるものである。ワイド端からテレ端への変倍で、F値はF/2.00からF/2.05、半画角53度から43.9度、ズーム比は1.37倍となる。ここでズーム比は、ワイド端とテレ端の合成焦点距離の比とする。
Table 1 shows the composite focal length f, half angle of view ω, and F value of Example 1. Here, the combined focal length means that the refractive power of the first optical system is φ1, the refractive power of the second optical system is φ2, the intermediate image side principal point position of the first optical system, and the concave reflection that constitutes the second optical system. If the combined refractive power is φ when the distance to the surface is Δ, 1 / f = φ = φ1 + φ2-Δ · φ1 · φ2
It is expressed. By zooming from the wide end to the tele end, the F value is F / 2.00 to F / 2.05, the half angle of view is 53 degrees to 43.9 degrees, and the zoom ratio is 1.37 times. Here, the zoom ratio is the ratio of the combined focal length of the wide end and the tele end.
表2は、実施例1のレンズデータとなる。面番号は2次像面(投射画像側)から1次像面(表示素子側)へS1、S2、S3、…と増大するように付されている。面番号の右側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面データは表3に示す。間隔の列で可変と記している箇所は、変倍時に変化する間隔となり、表4に示す。また、曲率半径の列でINFINITYは当該面が平面であることを示し、屈折率(ne)およびアッベ数(νe)は、e線(546.1nm)での数値となる。 Table 2 shows lens data of Example 1. The surface numbers are assigned so as to increase from the secondary image surface (projection image side) to the primary image surface (display element side) as S1, S2, S3,. The surface number of the stop and the surface number on which the aspherical surface is arranged can be seen on the right side of the surface number, and the aspherical data is shown in Table 3. The locations marked as variable in the interval column are the intervals that change when scaling, and are shown in Table 4. In the column of curvature radius, INFINITY indicates that the surface is a plane, and the refractive index (ne) and the Abbe number (νe) are numerical values at the e-line (546.1 nm).
図3〜図5は、実施例1の縦収差図で左から球面収差、像面湾曲、歪曲となる。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図3がワイド端、図4がミドル、図5がテレ端となる。ここで、ワイド端、ミドル、テレ端ぞれぞれの球面収差図を見ると、主波長である546.07nmについて、光軸上のフォーカスは合っていないが、実際使用する表示素子の画面中心付近(表5参照)においてフォーカスが合うように設定されているため問題はない。 3 to 5 are longitudinal aberration diagrams of the first embodiment. From the left, spherical aberration, field curvature, and distortion are illustrated. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 3 is the wide end, FIG. 4 is the middle, and FIG. 5 is the tele end. Here, looking at the spherical aberration diagrams at the wide end, the middle end, and the tele end, the main wavelength of 546.07 nm is not focused on the optical axis, but the center of the display element actually used is the screen center. There is no problem because the focus is set in the vicinity (see Table 5).
図6〜図8は、実施例1の横収差図である。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図6がワイド端、図7がミドル、図8がテレ端となる。一目盛り12.5μmで設定している。 6 to 8 are lateral aberration diagrams of Example 1. FIG. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 6 is the wide end, FIG. 7 is the middle, and FIG. 8 is the tele end. The scale is set at 12.5 μm.
図9は、実施例1を使用した投射型画像表示装置の一例を示す。図中は、ワイド端時の投射状況を示しており、天井から吊り下げる構成としている。ここで、Pは表示素子、PPは色合成のプリズム、L1は第1光学系、M1は、光路折り曲げ用の平面ミラー、L2は第2光学系となる。表示素子Pから出射された光束は、色分解プリズムPP、第1光学系L1、折り曲げミラーM1、第2光学系L2の順に辿り、スクリーン面Sに到達する。 FIG. 9 shows an example of a projection type image display apparatus using the first embodiment. In the figure, the projection state at the wide end is shown, and the projector is suspended from the ceiling. Here, P is a display element, PP is a color combining prism, L1 is a first optical system, M1 is a plane mirror for bending an optical path, and L2 is a second optical system. The light beam emitted from the display element P follows the color separation prism PP, the first optical system L1, the bending mirror M1, and the second optical system L2 in this order, and reaches the screen surface S.
図中Aと記している部分は、防塵ガラスであり、外部からの埃を防ぐだけでなく、第2光学系L2に誤って触れないような機能を持つ。主に透明のガラス基板使用し、両面を反射防止膜のコート処理をしておけば、画質に影響させずに画像を投射することができる。また、第2光学系である凹面反射面と2次像面間に形成される瞳付近に前記防塵ガラスを配置するため、光学系として小型にまとめることができる。 A portion indicated by A in the drawing is dust-proof glass, which not only prevents dust from the outside, but also has a function not to accidentally touch the second optical system L2. If a transparent glass substrate is mainly used and both surfaces are coated with an antireflection film, an image can be projected without affecting the image quality. In addition, since the dust-proof glass is disposed near the pupil formed between the concave reflecting surface and the secondary image plane, which are the second optical system, the optical system can be made compact.
ここで、この図で使用している表示素子の縦×横寸法、ドットサイズ等を表5に示す。また、実施例1では2次像面と凹面反射面間距離を1700mmにしているが、表5に示す表示素子を使用した場合、2次像面側のスクリーンサイズは、ワイド端で110インチ、ミドルで95インチ、テレ端で80インチとなる。 Here, Table 5 shows the vertical × horizontal dimensions, the dot size, and the like of the display elements used in this figure. In Example 1, the distance between the secondary image surface and the concave reflecting surface is 1700 mm. However, when the display element shown in Table 5 is used, the screen size on the secondary image surface side is 110 inches at the wide end. It becomes 95 inches at the middle and 80 inches at the telephoto end.
図10は、図9を下から見た図となる。なお、ここで光源、照明光学系等のライトバルブは省略している。また図では天井から装置を吊り下げて投射しているが、もちろん床からや横から投射しても良い。 FIG. 10 is a view of FIG. 9 viewed from below. Here, light valves such as a light source and an illumination optical system are omitted. In the figure, the device is projected from the ceiling, but it may of course be projected from the floor or from the side.
(実施例2の形態) (Form of Example 2)
図11は、実施例2の光路図となる。Pは変調手段としての表示素子であり、該表示素子Pにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記表示素子Pとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等を用いることができる。また、図中のPPは、偏光ビームスプリッター(PBS)やRGB各色の映像信号を合成する色合成プリズム、TIR(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。図は、上からワイド端、ミドル、テレ端の3つのポジションから構成されている。 FIG. 11 is an optical path diagram of the second embodiment. P is a display element as modulation means, and light emitted from a light source (not shown) is modulated by the display element P based on the video signal to form a primary image plane. As the display element P, a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micromirror device (DMD), or the like can be used. Also, PP in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), a color synthesis prism that synthesizes RGB video signals, a TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like. The figure consists of three positions from the top: wide end, middle and tele end.
図12は、図11の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第1光学系L1は、2次像面側からI〜VIの6群から構成されており、ワイド端からテレ端への変倍の際II、III、IV、V群が、2次像面側に移動する。ここで、I、VI群と、第2光学系の凹面反射面は、変倍の際固定される。 FIG. 12 shows details of the projection optical system portion of FIG. The first optical system L1 is composed of six groups I to VI from the secondary image plane side, and the II, III, IV, and V groups are secondary image planes during zooming from the wide end to the tele end. Move to the side. Here, the I and VI groups and the concave reflecting surface of the second optical system are fixed during zooming.
表6に、実施例2の合成焦点距離f、半画角ω、F値を示す。ここで、合成焦点距離とは、第1光学系の屈折力をφ1、第2光学系の屈折力をφ2、第1光学系の中間像側主点位置と第2光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
1/f=φ=φ1+φ2−Δ・φ1・φ2
であらわされるものである。ワイド端からテレ端への変倍で、F値はF/2.50からF/2.71、半画角55度から37.6度、ズーム比は1.80倍となる。ここで、ズーム比は、ワイド端とテレ端の合成焦点距離の比とする。
Table 6 shows the combined focal length f, half angle of view ω, and F value of Example 2. Here, the combined focal length means that the refractive power of the first optical system is φ1, the refractive power of the second optical system is φ2, the intermediate image side principal point position of the first optical system, and the concave surface constituting the second optical system. If the combined refractive power is φ when the distance to the reflecting surface is Δ, 1 / f = φ = φ1 + φ2-Δ · φ1 · φ2
It is expressed. By zooming from the wide end to the tele end, the F value is F / 2.50 to F / 2.71, the half angle of view is 55 degrees to 37.6 degrees, and the zoom ratio is 1.80 times. Here, the zoom ratio is the ratio of the combined focal length of the wide end and the tele end.
表7は、実施例1のレンズデータとなる。面番号は2次像面(投射画像側)から1次像面(表示素子側)へ S1、S2、S3、…と増大するように付されている。面番号の右側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面データは表8に示す。間隔の列で可変と記している箇所は、変倍時に変化する間隔となり、表9に示す。また、曲率半径の列でINFINITYは当該面が平面であることを示し、屈折率(ne)およびアッベ数(νe)は、e線(546.1nm)での数値となる。 Table 7 shows lens data of Example 1. The surface numbers are assigned so as to increase from the secondary image surface (projection image side) to the primary image surface (display element side) as S1, S2, S3,. The surface number of the stop and the surface number on which the aspherical surface is arranged can be seen on the right side of the surface number, and the aspherical data is shown in Table 8. The locations marked as variable in the interval column are the intervals that change when scaling, and are shown in Table 9. In the column of curvature radius, INFINITY indicates that the surface is a plane, and the refractive index (ne) and the Abbe number (νe) are numerical values at the e-line (546.1 nm).
図13〜図15は、実施例1の縦収差図で左から球面収差、像面湾曲、歪曲となる。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図13がワイド端、図14がミドル、図15がテレ端となる。ここで、ワイド端、ミドル、テレ端ぞれぞれの球面収差図を見ると、主波長である546.07nmについて、光軸上のフォーカスは合っていないが、実際使用する表示素子の画面中心(表10参照)においてフォーカスが合うように設定されているため問題はない。 FIGS. 13 to 15 are longitudinal aberration diagrams of Example 1, and spherical aberration, field curvature, and distortion are shown from the left. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 13 is the wide end, FIG. 14 is the middle, and FIG. 15 is the tele end. Here, looking at the spherical aberration diagrams at the wide end, the middle end, and the tele end, the main wavelength of 546.07 nm is not focused on the optical axis, but the center of the display element actually used is the screen center. (See Table 10), there is no problem because the focus is set.
図16〜図18は、実施例2の横収差図である。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図16がワイド端、図17がミドル、図18がテレ端となる。一目盛りは12.5μmに設定されている。 16 to 18 are lateral aberration diagrams of Example 2. FIG. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 16 is the wide end, FIG. 17 is the middle, and FIG. 18 is the tele end. One scale is set to 12.5 μm.
実施例2の画像表示装置としては図9に示すようなものが考えられるが、例えば表10に示す表示画素サイズを使用した場合、投射距離1700mmでワイド端110インチ、ミドル80インチ、テレ端60インチとなる。 As the image display device of the second embodiment, the one shown in FIG. 9 can be considered. For example, when the display pixel size shown in Table 10 is used, the projection distance is 1700 mm, the wide end is 110 inches, the middle is 80 inches, and the tele end is 60. Inches.
(実施例3の形態) (Form of Example 3)
図19は、実施例3の光路図となる。Pは変調手段としての画像表示素子であり、該表示素子Pにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記表示素子Pとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等を用いることができる。また、図中のPPは、偏光ビームスプリッター(PBS)やRGB各色の映像信号を合成する色合成プリズム、TIR(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。図は、上からワイド端、ミドル、テレ端の3つのポジションから構成されている。 FIG. 19 is an optical path diagram of the third embodiment. P is an image display element as a modulation means, and light emitted from a light source (not shown) is modulated by the display element P based on a video signal to form a primary image plane. As the display element P, a reflective or transmissive dot matrix liquid crystal panel, a digital micromirror device (DMD), or the like can be used. Also, PP in the figure indicates a polarization beam splitter (PBS), a color synthesis prism that synthesizes RGB video signals, a TIR (Total Internal Reflector) prism, and the like. The figure consists of three positions from the top: wide end, middle and tele end.
図20は、図19の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第1光学系L1は、2次像面側からI〜VIの6群から構成されており、ワイド端からテレ端への変倍の際II、III、IV、V群が、2次像面側に移動する。ここで、I、VI群と、第2光学系の凹面反射面は、変倍の際固定される。 FIG. 20 shows details of the projection optical system portion of FIG. The first optical system L1 is composed of six groups I to VI from the secondary image plane side, and the II, III, IV, and V groups are secondary image planes during zooming from the wide end to the tele end. Move to the side. Here, the I and VI groups and the concave reflecting surface of the second optical system are fixed during zooming.
表11に、実施例1の合成焦点距離f、半画角ω、F値を示す。ここで、合成焦点距離とは、第1光学系の屈折力をφ1、第2光学系の屈折力をφ2、第1光学系の中間像側主点位置と第2光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
1/f=φ=φ1+φ2−Δ・φ1・φ2
であらわされるものである。ワイド端からテレ端への変倍で、F値はF/2.40からF/2.51、半画角65.1度から57.0度、ズーム比は1.35倍となる。ここで、ズーム比は、ワイド端とテレ端の合成焦点距離の比とする。
Table 11 shows the composite focal length f, half angle of view ω, and F value of Example 1. Here, the combined focal length means that the refractive power of the first optical system is φ1, the refractive power of the second optical system is φ2, the intermediate image side principal point position of the first optical system, and the concave surface constituting the second optical system. If the combined refractive power is φ when the distance to the reflecting surface is Δ, 1 / f = φ = φ1 + φ2-Δ · φ1 · φ2
It is expressed. By zooming from the wide end to the tele end, the F value is F / 2.40 to F / 2.51, the half angle of view is 65.1 degrees to 57.0 degrees, and the zoom ratio is 1.35 times. Here, the zoom ratio is the ratio of the combined focal length of the wide end and the tele end.
表12は、実施例3のレンズデータとなる。面番号は2次像面(投射画像側)から1次像面(表示素子側)へS1、S2、S3、…と増大するように付されている。面番号の右側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面データは表13に示す。間隔の列で可変と記している箇所は、変倍時に変化する間隔となり、表14に示す。また、曲率半径の列でINFINITYは当該面が平面であることを示し、屈折率(ne)およびアッベ数(νe)は、e線(546.1nm)での数値となる。 Table 12 shows lens data of Example 3. The surface numbers are assigned so as to increase from the secondary image surface (projection image side) to the primary image surface (display element side) as S1, S2, S3,. The surface number of the stop and the surface number on which the aspherical surface is arranged are shown on the right side of the surface number, and the aspherical data are shown in Table 13. Locations marked as variable in the interval column are intervals that change during zooming, and are shown in Table 14. In the column of curvature radius, INFINITY indicates that the surface is a plane, and the refractive index (ne) and the Abbe number (νe) are numerical values at the e-line (546.1 nm).
図21〜図23は、実施例3の縦収差図で左から球面収差、像面湾曲、歪曲となる。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図21がワイド端、図22がミドル、図23がテレ端となる。ここで、ワイド端、ミドル、テレ端ぞれぞれの球面収差図を見ると、主波長である546.07nmについて、光軸上のフォーカス位置は合っていないが、実際使用する表示素子の画面中心(表15参照)においてフォーカスが合うように設定されているため問題はない。 FIGS. 21 to 23 are longitudinal aberration diagrams of Example 3, which are spherical aberration, curvature of field, and distortion from the left. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 21 is the wide end, FIG. 22 is the middle, and FIG. 23 is the tele end. Here, looking at the spherical aberration diagrams at the wide end, the middle end, and the tele end, the focus position on the optical axis does not match the main wavelength of 546.07 nm, but the screen of the display element actually used There is no problem because the focus is set at the center (see Table 15).
図24〜図26は、実施例3の横収差図である。実線が546.07nm、破線が620nm、1点鎖線が460nmとなる。図24がワイド端、図25がミドル、図26がテレ端となる。一目盛りは9.5μmに設定されている。 24 to 26 are lateral aberration diagrams of Example 3. FIG. The solid line is 546.07 nm, the broken line is 620 nm, and the one-dot chain line is 460 nm. 24 is the wide end, FIG. 25 is the middle, and FIG. 26 is the tele end. One scale is set to 9.5 μm.
図27に、実施例3を使用した投射型画像表示装置の一例を示す。表示素子Pから出射した光束は、色分解プリズムPP、第1光学系L1、折り曲げミラーM1、第2光学系L2、折り曲げミラーM2の順に辿り、フレネル形状を有した透過型スクリーンSに到達する。本発明のズームレンズは、画像表示の際、光軸から外れて投射しているため、ワイド端からテレ端への変倍時において、投射画面位置が光軸方向にシフトする。ワイド端からテレ端への変倍時、表示素子中心と光軸の縦方向距離を変えることで、投射画面位置を一定にすることが可能となる。 FIG. 27 shows an example of a projection type image display apparatus using the third embodiment. The light beam emitted from the display element P follows the color separation prism PP, the first optical system L1, the bending mirror M1, the second optical system L2, and the bending mirror M2, and reaches the transmission screen S having a Fresnel shape. Since the zoom lens of the present invention projects off the optical axis during image display, the projection screen position shifts in the optical axis direction at the time of zooming from the wide end to the tele end. At the time of zooming from the wide end to the tele end, the projection screen position can be made constant by changing the vertical distance between the center of the display element and the optical axis.
表15は、図27で使用している表示素子サイズとワイド端、テレ端それぞれの表示素子中心位置を示している。この例は、リアプロジェクションテレビを想定したものであり、ワイド端のスクリーンサイズは52.8インチ、テレ端では、38.4インチとなる。奥行きは330mmであり、従来のリアプロジェクションテレビと比較しても問題ない奥行きである。また、ここでは画面直後に光学ユニットが配置する折り曲げ方にしているため、デザイン上画面下方に突起部分のない構成となる。 Table 15 shows the display element size used in FIG. 27 and the display element center positions at the wide end and the tele end. In this example, a rear projection television is assumed. The screen size at the wide end is 52.8 inches, and at the tele end is 38.4 inches. The depth is 330 mm, which is no problem even when compared with a conventional rear projection television. Further, here, since the optical unit is bent immediately after the screen, there is no projecting portion below the screen in terms of design.
図28は、図27のワイド端時の状態を上から見た図である。もちろん実施例3において、図9に示すような投射方法も可能であり、その場合、画面縦方向を自由に変えていくことが可能となる。 FIG. 28 is a top view of the state at the wide end in FIG. Of course, in the third embodiment, a projection method as shown in FIG. 9 is also possible, and in this case, the screen vertical direction can be freely changed.
図29に図27の画像表示面でのTV歪曲図を示す。外枠の太線が、ワイド端でのスクリーンサイズとなる。上段がワイド端、下段がテレ端となる。 FIG. 29 shows a TV distortion diagram on the image display surface of FIG. The thick line of the outer frame is the screen size at the wide end. The upper row is the wide end and the lower row is the tele end.
表16は、本発明の実施例1〜3の条件式(1)〜(4)を列記したものであり、表17はその元となる数値を列記したものである。 Table 16 lists the conditional expressions (1) to (4) of Examples 1 to 3 of the present invention, and Table 17 lists the numerical values as the basis.
このように、前記条件式を満たすことで、半画角は60度前後の超広角でF値が2.3前後の大口径にもかかわらず、高解像力、低歪曲でズーム比が1.5前後のズームレンズを比較的容易な構成で得ることが可能となる。 Thus, by satisfying the conditional expression, the half angle of view is a super wide angle of about 60 degrees and the F value is about 2.3, and the zoom ratio is 1.5 with high resolution and low distortion. It becomes possible to obtain the front and rear zoom lenses with a relatively easy configuration.
また、前記した実施の形態および実施例に示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。 In addition, the specific shapes and numerical values of the respective parts shown in the above-described embodiments and examples are merely examples of the implementation performed in carrying out the present invention, and thereby the technical scope of the present invention. Should not be interpreted in a limited way.
透過型、反射型液晶あるいはDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)等を表示素子とした投射型画像表示装置で、狭い投射空間においても大画面を投射させることができ、かつ自由に表示画面サイズを変えることができるフロント投射型のプロジェクター、あるいはリア投射型のプロジェクションテレビにも応用可能となる。 A projection-type image display device that uses transmissive, reflective liquid crystal, or DMD (digital micromirror device) as a display element, can project a large screen even in a narrow projection space, and can freely change the display screen size. It can also be applied to a front projection type projector capable of realizing the above, or a rear projection type projection television.
L1…第1光学系、L2…第2光学系、P・表示素子(1次像面)、PP・色合成プリズム、S…スクリーン(2次像面) L1 ... first optical system, L2 ... second optical system, P display element (primary image plane), PP / color combining prism, S ... screen (secondary image plane)
Claims (5)
前記1次像面の中間像を結像し、変倍時、少なくとも2つの群が、光軸上を移動する第1光学系と、
前記中間像よりも2次像面側に形成される凹面反射面を少なくとも1面有する第2光学系とを備え、
前記第1光学系および前記第2光学系を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、前記1次像面の中心から前記2次像面の中心に至る光線が前記光軸を交差し、次に前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記2次像面に到達し、下記条件式
(1)0.1<φ1/φ2<3
(2)1<AST/ASS<5
(3)|AST|/L12<1
を満足することを特徴とするズームレンズ。
ただし
φ1:第1光学系の屈折力
φ2:第2光学系の屈折力
|AST|:第1光学系における、子午面での中間結像位置
|ASS|:第1光学系における、球欠面での中間結像位置
L12:第1光学系と第2光学系の光軸上距離 A zoom lens for enlarging and projecting from a primary image surface on the reduction side to a secondary image surface on the enlargement side,
Forming an intermediate image of the primary image plane, and at the time of zooming, at least two groups move on the optical axis;
A second optical system having at least one concave reflecting surface formed on the secondary image plane side of the intermediate image,
Each surface constituting the first optical system and the second optical system is composed of a rotationally symmetric surface with a common optical axis as a center, and a light beam extending from the center of the primary image surface to the center of the secondary image surface. Crosses the optical axis, then reflects off the concave reflecting surface, crosses the optical axis again and reaches the secondary image plane, and the following conditional expression (1) 0.1 <φ1 / φ2 <3
(2) 1 <AST / ASS <5
(3) | AST | / L12 <1
A zoom lens characterized by satisfying
Where φ1: refractive power of the first optical system φ2: refractive power of the second optical system | AST |: intermediate imaging position on the meridian plane in the first optical system | ASS |: spherical missing surface in the first optical system Intermediate imaging position at L12: Distance on the optical axis between the first optical system and the second optical system
(4)K<1
を満たすことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
ただし、
K:円錐定数 The concave reflecting surface is formed of a rotationally symmetric aspheric surface, and the following conditional expression (4) K <1
The zoom lens according to claim 1, wherein:
However,
K: Conic constant
ことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。 The zoom lens according to claim 1, wherein when the projection distance is changed, focusing is performed by moving the entire first optical system or at least one group of the first optical system on an optical axis.
前記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、
前記変調手段側の1次像面からスクリーン側の2次像面へ拡大投射するズームレンズを備え、
前記ズームレンズとして、請求項1から3のうちいずれか1項に記載のズームレンズを用いる
ことを特徴とする投射型画像表示装置。 A light source;
Modulation means for modulating and outputting the light emitted from the light source based on a video signal;
A zoom lens for enlarging and projecting from the primary image surface on the modulation means side to the secondary image surface on the screen side,
The projection type image display apparatus characterized by using the zoom lens according to any one of claims 1 to 3 as the zoom lens.
ことを特徴とする請求項4記載の投射型画像表示装置。 The projection type image display device according to claim 4, wherein the projection image position is changed by moving the display element in a plane perpendicular to the optical axis at the time of zooming.
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|---|---|
| JP (1) | JP2008090200A (en) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008250296A (en) * | 2007-03-07 | 2008-10-16 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Projection optical system, projector device and image reading device |
| JP2009251457A (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | Fujinon Corp | Projection optical system and projection type display using the same |
| WO2011089042A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | Optinvent | Short-distance projection device having a reasonably wide angle and having zoom and focusing functions |
| JP2011186027A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| JP2012163744A (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| CN102736376A (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-17 | 精工爱普生株式会社 | Projector, projection unit, and interactive board |
| JP2012215746A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| JP2012247524A (en) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit, and electronic blackboard |
| CN102998783A (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 株式会社理光 | Projection optical system and image display apparatus |
| JP2013064816A (en) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Ricoh Co Ltd | Image display device |
| JP2013083817A (en) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Ricoh Co Ltd | Image display apparatus |
| JP2014130375A (en) * | 2011-07-05 | 2014-07-10 | Nitto Kogaku Kk | Projection optical system and projector device |
| JP2015092288A (en) * | 2015-02-04 | 2015-05-14 | 株式会社リコー | Image display device |
| CN104635322A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-20 | 扬明光学股份有限公司 | Projection lens |
| JP2015138039A (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-30 | 株式会社リコー | Projection optical system and image projection apparatus |
| US9201227B2 (en) | 2010-04-29 | 2015-12-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical system and image projecting apparatus using the same |
| JP2016040614A (en) * | 2015-10-15 | 2016-03-24 | 株式会社リコー | Projection optical system and image display device |
| US9417513B2 (en) | 2010-03-05 | 2016-08-16 | Seiko Epson Corporation | Projector, projection unit and interactive board |
| CN109814232A (en) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 富士胶片株式会社 | Imaging optical system, projection type image display apparatus and photographic device |
| JPWO2021171713A1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004295107A (en) * | 2003-03-07 | 2004-10-21 | Canon Inc | Variable power optical system |
| JP2005189733A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nikon Corp | projector |
| WO2006043666A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-04-27 | Sony Corporation | Projection optical system and projection type image display device |
| WO2006058884A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Thomson Licensing | Folded projection system for a front or rear projector |
| JP2006235516A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Fujinon Corp | Projection optical system and projection display device using the same |
-
2006
- 2006-10-05 JP JP2006273612A patent/JP2008090200A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004295107A (en) * | 2003-03-07 | 2004-10-21 | Canon Inc | Variable power optical system |
| JP2005189733A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nikon Corp | projector |
| WO2006043666A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-04-27 | Sony Corporation | Projection optical system and projection type image display device |
| WO2006058884A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Thomson Licensing | Folded projection system for a front or rear projector |
| JP2006235516A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Fujinon Corp | Projection optical system and projection display device using the same |
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008250296A (en) * | 2007-03-07 | 2008-10-16 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Projection optical system, projector device and image reading device |
| JP2009251457A (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | Fujinon Corp | Projection optical system and projection type display using the same |
| WO2011089042A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | Optinvent | Short-distance projection device having a reasonably wide angle and having zoom and focusing functions |
| FR2955673A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-29 | Optinvent | REASONABLY WIDE ANGLE DISTANCE PROJECTION DEVICE WITH ZOOM AND FOCUS |
| US9019597B2 (en) | 2010-01-22 | 2015-04-28 | Optinvent | Device for short-distance projection at a reasonably large angle with zoom and focusing |
| JP2011186027A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| US9417513B2 (en) | 2010-03-05 | 2016-08-16 | Seiko Epson Corporation | Projector, projection unit and interactive board |
| US9201227B2 (en) | 2010-04-29 | 2015-12-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical system and image projecting apparatus using the same |
| JP2012163744A (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| US9128365B2 (en) | 2011-04-01 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Projector, projection unit, and interactive board |
| JP2012215746A (en) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit and electronic blackboard |
| CN102736376A (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-17 | 精工爱普生株式会社 | Projector, projection unit, and interactive board |
| US8955981B2 (en) | 2011-04-01 | 2015-02-17 | Seiko Epson Corporation | Projector, projection unit, and interactive board |
| JP2012247524A (en) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | Seiko Epson Corp | Projector, projection unit, and electronic blackboard |
| JP2014130375A (en) * | 2011-07-05 | 2014-07-10 | Nitto Kogaku Kk | Projection optical system and projector device |
| EP3267234A1 (en) * | 2011-07-05 | 2018-01-10 | Nittoh Inc. | Projection optical system and projector apparatus |
| US10310366B2 (en) | 2011-07-05 | 2019-06-04 | Nittoh Inc. | Projection optical assembly and projector device |
| US10754239B2 (en) | 2011-07-05 | 2020-08-25 | Nittoh Inc. | Projection optical assembly and projector device |
| CN106873140A (en) * | 2011-09-16 | 2017-06-20 | 株式会社理光 | Projection optical system and image display |
| CN102998783A (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 株式会社理光 | Projection optical system and image display apparatus |
| EP2570852A3 (en) * | 2011-09-16 | 2016-09-07 | Ricoh Company, Ltd. | Projection optical system and image display apparatus |
| US8950874B2 (en) | 2011-09-16 | 2015-02-10 | Ricoh Company, Ltd. | Projection optical system and image display apparatus |
| US9983394B2 (en) | 2011-09-16 | 2018-05-29 | Ricoh Company, Ltd. | Projection optical system and image display apparatus |
| JP2013064816A (en) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Ricoh Co Ltd | Image display device |
| JP2013083817A (en) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Ricoh Co Ltd | Image display apparatus |
| CN104635322A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-20 | 扬明光学股份有限公司 | Projection lens |
| JP2015138039A (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-30 | 株式会社リコー | Projection optical system and image projection apparatus |
| JP2015092288A (en) * | 2015-02-04 | 2015-05-14 | 株式会社リコー | Image display device |
| JP2016040614A (en) * | 2015-10-15 | 2016-03-24 | 株式会社リコー | Projection optical system and image display device |
| CN109814232A (en) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 富士胶片株式会社 | Imaging optical system, projection type image display apparatus and photographic device |
| JP2019095789A (en) * | 2017-11-22 | 2019-06-20 | 富士フイルム株式会社 | Imaging optical system, projection display device, and image capturing device |
| CN109814232B (en) * | 2017-11-22 | 2022-05-31 | 富士胶片株式会社 | Imaging optical system, projection display device, and imaging device |
| JPWO2021171713A1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | ||
| WO2021171713A1 (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical system, image projection device and imaging device |
| JP7664544B2 (en) | 2020-02-27 | 2025-04-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical system, image projection device and imaging device |
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