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JP2005309251A - Projection lens - Google Patents

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JP2005309251A
JP2005309251A JP2004128891A JP2004128891A JP2005309251A JP 2005309251 A JP2005309251 A JP 2005309251A JP 2004128891 A JP2004128891 A JP 2004128891A JP 2004128891 A JP2004128891 A JP 2004128891A JP 2005309251 A JP2005309251 A JP 2005309251A
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JP
Japan
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lens
projection
group
projection lens
lens group
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004128891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Yokota
明広 横田
Kenji Kobayashi
健志 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEKINOSU KK
Original Assignee
SEKINOSU KK
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Filing date
Publication date
Application filed by SEKINOSU KK filed Critical SEKINOSU KK
Priority to JP2004128891A priority Critical patent/JP2005309251A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection lens that corrects magnification chromatic aberration while suppressing the position variation of back focus due to temperature changes to a practical use level. <P>SOLUTION: The projection lens is characterized in that, in the projection lens for projecting a video of a rectangular image display micro device onto a screen surface, a first lens group having negative refracting power and a second lens group having positive refracting power are arranged from an expansion side to a reduction side in order, and at least part of the lens surface constituting the second lens group is a diffraction optical surface. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、投影レンズに関し、特に、マイクロデバイスを画像表示素子として採用した背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに好適なものである。   The present invention relates to a projection lens, and is particularly suitable for a projection lens used in a rear projection type video display apparatus employing a micro device as an image display element.

近年、プロジェクション映像表示装置が広く普及している。このプロジェクション映像表示装置の1つとして、画像表示デバイスの画像を、透過型スクリーンに対して背面側から投射して画像を表示する背面投射型映像表示装置がある。この背面投射型映像表示装置は、例えばリアプロジェクションTV等として知られている。   In recent years, projection video display devices have become widespread. As one of the projection video display devices, there is a rear projection type video display device that displays an image by projecting an image of an image display device onto a transmissive screen from the back side. This rear projection type image display device is known as a rear projection TV, for example.

この背面投射型映像表示装置は、白色光源から出た光を、3原色の色成分(赤、青、緑)に色分解し、色分解した各色成分光を反射型の画像表示デバイスに照らし、反射型画像表示デバイスに反射された各色成分の映像光を投影レンズによって透過型スクリーン上に投影することによりカラー画像を表示するものである。   This rear projection type image display device color-separates light emitted from a white light source into three primary color components (red, blue, green), illuminates each color component light that has been color-separated on a reflective image display device, A color image is displayed by projecting video light of each color component reflected by the reflective image display device onto a transmissive screen by a projection lens.

このようなリアプロジェクションTVは、近年、プロジェクションTV本体の薄型化とともに表示の大画面化の要請があり、これに伴い、投影レンズは、短い投射距離で大画面を投影するために、短焦点化・広画角化が求められている。   In recent years, such a rear projection TV has been requested to have a large display screen as the projection TV main body is thinned, and accordingly, the projection lens has been shortened to project a large screen at a short projection distance. -Wide angle of view is required.

このような要請に応えるためには、投影レンズのバックフォーカスと焦点距離の比も大きくしなければならない。一方、反射型の画像表示デバイス上の画像を高いコントラストでスクリーンに拡大投射するには、反射型の画像表示デバイスから垂直に近い角度で射出する光束を利用しなければならない。   In order to meet such a demand, the ratio between the back focus and the focal length of the projection lens must be increased. On the other hand, in order to enlarge and project an image on a reflective image display device onto a screen with high contrast, it is necessary to use a light beam emitted from the reflective image display device at an angle close to vertical.

従って、投影レンズの軸外の主光線が反射型の画像表示デバイスに垂直となるようにテレセントリック性を有することが必要となる。   Accordingly, it is necessary to have telecentricity so that the principal ray off the axis of the projection lens is perpendicular to the reflective image display device.

また、CRT(Cathode Ray Tube)方式と異なりDMD(Digital Mirror Device)素子等ではドットマトリックス表示のために歪曲収差の電気的補正ができない。   Further, unlike a CRT (Cathode Ray Tube) method, a DMD (Digital Mirror Device) element or the like cannot electrically correct distortion due to dot matrix display.

従って、投影レンズ自体で小さな歪曲収差を実現しなければならない。しかしながら、このことは投影レンズの広角化や長いバックフォーカスを実現する上で障害となるものである。   Therefore, a small distortion must be realized by the projection lens itself. However, this is an obstacle to realizing a wide angle projection lens and a long back focus.

さらに、反射型の画像表示デバイスの画素の高密度(高精細)化にともない、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を小さくすることが重要となってきている。   Furthermore, with the increase in the density (high definition) of pixels of the reflective image display device, it has become important to improve the optical performance of the projection lens, particularly to reduce the “chromatic aberration of magnification”.

このような課題を考慮して提案された発明として特許文献1がある。特許文献1の実施例1においては、9枚構成のレンズ中、アクリル樹脂からなる非球面レンズを2枚使用して諸収差を補正する技術が開示されている。
特開2003−156683号公報
Patent Document 1 is an invention proposed in view of such problems. In Example 1 of Patent Document 1, a technique for correcting various aberrations using two aspherical lenses made of acrylic resin among nine lenses is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-156683

しかしながら、近年の画像表示マイクロデバイスの画素の高密度(高精細)化に伴い、投影レンズの光学性能の向上、特に「倍率の色収差」を使用波長域で小さく補正したい要求が市場において強い。   However, with the recent increase in the density (high definition) of pixels of the image display microdevice, there is a strong demand in the market for improving the optical performance of the projection lens, in particular, for correcting the “chromatic aberration of magnification” to be small in the operating wavelength range.

特許文献1に示す従来の投影レンズでは、図10に示す通り、倍率の色収差が青色光(450nm)で19μm、青色−赤色光(450−620nm)で5μmとなっている。この青色の倍率色収差は焦点距離f=17.273mmの0.11%に相当する。   In the conventional projection lens shown in Patent Document 1, the chromatic aberration of magnification is 19 μm for blue light (450 nm) and 5 μm for blue-red light (450-620 nm), as shown in FIG. This blue lateral chromatic aberration corresponds to 0.11% of the focal length f = 17.373 mm.

倍率色収差を補正するには異常分散ガラス(例えばアッベ数νdが81.6や90.3等)を使うと効果的に補正可能であるが、このような異常分散ガラスは非常に高価であり、またレンズ製造も難しいため投影レンズのコスト高を招いてしまうという問題がある。   In order to correct lateral chromatic aberration, anomalous dispersion glass (for example, Abbe number νd is 81.6, 90.3, etc.) can be effectively corrected. However, such anomalous dispersion glass is very expensive, Further, since it is difficult to manufacture the lens, there is a problem that the cost of the projection lens is increased.

また、例えば、開口絞りを挟んで拡大側にある負の屈折力を有する第1群(前群)と縮小側にある正の屈折力を有する第2群(後群)からなるレトロフォーカスタイプの広角投影レンズの場合、開口絞りの前後でレンズの屈折力配置が非対称となるため、歪曲収差・非点収差などの軸外収差の発生が大きいが、これらの収差は非球面を用いることで収差補正可能であるが、非球面は色収差の補正はできないという問題がある。   Further, for example, a retrofocus type composed of a first group having a negative refractive power on the enlargement side (front group) and a second group having a positive refractive power on the reduction side (rear group) across the aperture stop. In the case of a wide-angle projection lens, since the refractive power arrangement of the lens is asymmetrical before and after the aperture stop, off-axis aberrations such as distortion and astigmatism are large, but these aberrations are caused by using an aspherical surface. Although it can be corrected, there is a problem that an aspherical surface cannot correct chromatic aberration.

そこで、本発明は、上述した背景に鑑み、大量生産可能な樹脂製の非球面レンズを多用しながらも、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、より倍率色収差が小さい高精細な画像を投射可能とする広角投影レンズを提供するものである。   Therefore, in view of the above-described background, the present invention uses a large amount of resin-made aspherical lenses, and suppresses back focus position fluctuation due to temperature changes to a practical level, while reducing chromatic aberration of magnification. A wide-angle projection lens capable of projecting a fine image is provided.

かかる課題を解決するために、請求項1に記載の本発明の投影レンズは、矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする。   In order to solve such a problem, the projection lens of the present invention according to claim 1 is a projection lens that projects an image of a rectangular image display microdevice on a screen surface in order from the enlargement side to the reduction side. A first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power are arranged, and at least one of the lens surfaces constituting the second lens group is a diffractive optical surface. Features.

上述のように、投影レンズを構成することで、量産性の高い一般的な光学材料のみで倍率色収差の少ない投影レンズが実現できる。   As described above, by configuring the projection lens, a projection lens with little lateral chromatic aberration can be realized by using only a general optical material with high mass productivity.

請求項2に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズ及び第2レンズを配して構成され、第2レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズから第7レンズまでを配して構成され、第1レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、第2レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、第3レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、第4レンズは、縮小側に凸面を向けた両面非球面からなり、かつ、少なくとも1面が回折光学面を設けた正メニスカスレンズであり、第5レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、第6レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第7レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、第1レンズ群と第2レンズ群の間に絞りを配設したことを特徴とする。   In the projection lens according to the second aspect of the present invention, the first lens group is configured by arranging the first lens and the second lens in order from the magnification side to the reduction side, and the second lens group is a magnification lens. A negative meniscus lens having a double-sided aspherical surface in which the region near the optical axis of the enlargement side surface is a concave surface, in which the third lens to the seventh lens are arranged in order from the side toward the reduction side The second lens is a negative meniscus lens composed of a double-sided aspheric surface in which the region near the optical axis of the enlargement side surface is a concave surface, and the third lens is formed by bonding a biconcave lens to the reduction side surface of the biconvex lens. The fourth lens is a positive meniscus lens having a double-sided aspherical surface with a convex surface facing the reduction side and at least one surface having a diffractive optical surface, and the fifth lens is a biconvex lens. A biconcave lens is joined to the reduction side of The sixth lens is a positive lens with a strong convex surface facing the reduction side, the seventh lens is a positive lens with a strong convex surface facing the reduction side, and the first lens group and the second lens A feature is that a diaphragm is disposed between the groups.

上述のように、投影レンズを構成することで、倍率色収差の少ない、広画角で高い結像性能、高精細なTV画像を実現できる。   As described above, by configuring the projection lens, it is possible to realize a high-definition TV image with high imaging performance at a wide angle of view with little lateral chromatic aberration.

請求項3に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ、第2レンズ及び第4レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν1、ν2、ν4が、ν1、ν2及びν4>54を満足し、かつ、第6レンズ及び第7レンズのアッベ数ν6及びν7が、ν6及びν7<73を満足することを特徴とする。   In the projection lens according to the third aspect of the present invention, the first lens, the second lens, and the fourth lens are each formed of a synthetic resin, and the Abbe numbers ν1, ν2, and ν4 of these lenses are ν1, ν2, and In addition, ν4> 54 is satisfied, and Abbe numbers ν6 and ν7 of the sixth lens and the seventh lens satisfy ν6 and ν7 <73.

上述のように、アッベ数の条件を満たせば、異常分散ガラスを用いずとも第4レンズの一面が回折光学面(DOE)であることにより、一般的な光学材料のみで倍率色収差を小さくできる。   As described above, if the Abbe number condition is satisfied, the chromatic aberration of magnification can be reduced by using only a general optical material because one surface of the fourth lens is a diffractive optical surface (DOE) without using anomalous dispersion glass.

請求項4に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズと第2レンズの負の屈折力と、第4レンズの正の屈折力とのバランスにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the projection lens of the present invention suppresses back focus position fluctuation due to temperature change by balancing the negative refractive power of the first lens and the second lens and the positive refractive power of the fourth lens. It is characterized by doing.

この構成により、温度変化すると、第1レンズ及び第2レンズによるバックフォーカスの位置変動とほぼ同じ値で逆方向に生じるため、お互いに打ち消しあって抑圧する。   With this configuration, a change in temperature occurs in the opposite direction with almost the same value as the back focus position fluctuation caused by the first lens and the second lens, so that they cancel each other and suppress each other.

請求項5に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群の焦点距離をfとし、第2レンズ群の第4レンズの焦点距離をf4としたとき、3<f4/|f|<13の条件を満足することを特徴とする。 Projection lenses of the present invention according to claim 5, when the focal length of the first lens group and f I, and the focal length of the fourth lens in the second lens group and f4, 3 <f4 / | f I | <13 conditions are satisfied.

請求項6に記載の本発明の投影レンズは、全系の焦点距離をfとし、全系のバックフォーカスをBFLとし、第1レンズ群の焦点距離f、第2レンズ群の焦点距離をfIIとしたとき、2<BFL/f、及び、1.0<fII/|f|<1.5の条件を満足することを特徴とする。 Projection lenses of the present invention according to claim 6, the focal length of the entire system is f, the back focus of the entire system is B FL, the focal length f I of the first lens group, the focal length of the second lens group When f II, the condition is that 2 <B FL / f and 1.0 <f II / | f I | <1.5 are satisfied.

上記のような条件を満たすことで、第1レンズ群と第2レンズ群との間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能とし、かつ強いテレセントリック性を有し、更には良好な光学特性を実現することができる。   By satisfying the above conditions, by forming a long air gap between the first lens group and the second lens group, it is possible to bend the optical path, and has strong telecentricity, and even better Optical characteristics can be realized.

請求項7に記載の本発明の投影レンズは、第1レンズ群と絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする。   The projection lens of the present invention according to claim 7 is characterized in that an optical path bending means is provided between the first lens group and the stop.

上記構成により、光路折り曲げ手段で光路を折り曲げることでリアプロジェクションTV等の奥行きを薄くすることができる。   With the above configuration, the depth of the rear projection TV or the like can be reduced by bending the optical path with the optical path bending means.

本発明の投影レンズによれば、次のような効果を奏することができる。   According to the projection lens of the present invention, the following effects can be obtained.

(1)第1レンズ群及び第2レンズ群に合成樹脂製の非球面レンズを多用し、また第2レンズ群の1面に回折光学素子(DOE)を用いることにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を実用レベルに抑圧しながら、倍率色収差がより小さい高精細な画像をスクリーンに投射することが可能となる。 (1) By using many synthetic resin aspherical lenses for the first lens group and the second lens group, and using a diffractive optical element (DOE) on one surface of the second lens group, the back focus caused by temperature change can be reduced. It is possible to project a high-definition image with smaller chromatic aberration of magnification onto the screen while suppressing the position variation to a practical level.

(2)一般的な光学材料のみで倍率色収差の良好な収差補正ができ、高精細な画像を低コストで大量生産可能であると共に軽量化が実現できる。 (2) A good correction of lateral chromatic aberration can be made with only a general optical material, and high-definition images can be mass-produced at low cost and light weight can be realized.

(3)広画角で長バックフォーカスを有し、良好なテレセントリック性と、歪曲収差の良好な補正とを実現することができる。 (3) It has a wide back angle and a long back focus, and can realize good telecentricity and good correction of distortion.

(4)温度変化によるバックフォーカスの位置変動(ピント面の変化)を抑圧することができる。 (4) It is possible to suppress back focus position fluctuations (focus plane changes) due to temperature changes.

以下では、本発明の投影レンズを実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the projection lens of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態は、背面投射型映像表示装置に用いられる投影レンズに適用した場合について説明する。   This embodiment demonstrates the case where it applies to the projection lens used for a rear projection type video display apparatus.

また、本実施形態は、画像表示デバイスとして反射型画像表示マイクロデバイスを使用し、また光学系として単板式リアプロジェクションTV光学系を使用した場合において、投影レンズが反射型画像表示マイクロデバイスのカラー画像をスクリーンに拡大投影する場合について説明する。   Further, in the present embodiment, when a reflective image display microdevice is used as an image display device and a single-plate rear projection TV optical system is used as an optical system, the projection lens is a color image of the reflective image display microdevice. A case of enlarging and projecting on the screen will be described.

以下では、まず、投影レンズを備えた背面投射型映像表示装置の全体構成について説明し、その後投影レンズ及び実施例について説明する。   In the following, first, the overall configuration of a rear projection type image display apparatus provided with a projection lens will be described, and then the projection lens and examples will be described.

(A)全体構成
図11は、背面投射型映像表示装置の構成例を概略的に説明するための断面図である。
(A) Overall Configuration FIG. 11 is a cross-sectional view for schematically explaining a configuration example of a rear projection type image display device.

図11において、背面投射型映像表示装置10は、キャビネットa内に、光学エンジンb、投影レンズe、折り曲げミラーf、キャビネットaの前面に透過型スクリーンcを備える。   In FIG. 11, the rear projection type image display device 10 includes an optical engine b, a projection lens e, a bending mirror f, and a transmission screen c on the front surface of the cabinet a in a cabinet a.

光学エンジンbからの光は、投影レンズeの中に組み込まれた第1の折り曲げミラーdにより反射され、その反射された光は、投影レンズeを介してキャビネットa側の第2の折り曲げミラーfに反射され、透過型スクリーンcに投影される。これにより、TVセットの薄型化と大画面化を実現している。   The light from the optical engine b is reflected by a first folding mirror d incorporated in the projection lens e, and the reflected light passes through the projection lens e and the second folding mirror f on the cabinet a side. And is projected onto the transmissive screen c. As a result, the TV set is made thinner and larger.

次に、単板式リアプロジェクションTV光学系の構成例について図12を参照して説明する。   Next, a configuration example of the single-plate rear projection TV optical system will be described with reference to FIG.

図12において、単板式リアプロジェクションTV光学系は、白色光源であるアークアンプ(超高圧水銀灯)1、リフレクター2、カラーホイール3、ライトトンネル4、リレーレンズ5、DMD(Digital Mirror Device)素子6、カバーガラス7、TIR(Total Internal Reflection)プリズム8、投射レンズ9を備える。   In FIG. 12, a single plate rear projection TV optical system includes an arc amplifier (ultra-high pressure mercury lamp) 1 which is a white light source, a reflector 2, a color wheel 3, a light tunnel 4, a relay lens 5, a DMD (Digital Mirror Device) element 6, A cover glass 7, a TIR (Total Internal Reflection) prism 8, and a projection lens 9 are provided.

アークランプ1は、楕円面形状をしたリフレクター2の第1焦点に配置されるものである。アークランプ1が放射した光は、リフレクター2により反射・集光され、カラーホイール3を通過して3原色に時分割されてリフレクター2の第2の焦点に集光される。   The arc lamp 1 is arranged at the first focal point of the reflector 2 having an elliptical shape. The light emitted from the arc lamp 1 is reflected and collected by the reflector 2, passes through the color wheel 3, is time-divided into three primary colors, and is collected at the second focal point of the reflector 2.

カラーホイール3は、3原色の青、緑、赤のカラーフィルターが円板状に配置され、高速回転(例えば毎秒60回転程度の回転数)し光を通過させることで時分割に色分解するものである。   The color wheel 3 includes three primary color blue, green, and red color filters arranged in a disk shape, and is color-separated in a time-sharing manner by rotating light at high speed (for example, about 60 rotations per second). It is.

集光された光は、その集光面に配置された例えば16:9のアスペクト比を有するライトトンネル4により導かれることで、均一な矩形形状の照明光を形成されると共に、リレーレンズ5によって、DMD素子6に効率よく時分割された各色成分の照明光として照射される。   The condensed light is guided by a light tunnel 4 having an aspect ratio of, for example, 16: 9 arranged on the condensing surface, thereby forming uniform rectangular illumination light and by the relay lens 5. The DMD element 6 is irradiated as illumination light of each color component efficiently and time-divided.

DMD素子6は、画像表示素子であり、反射角度が高速制御される微小ミラー(例えば14μm角)を2次元的に備え、この微小ミラーの角度を調整することで入射光を反射させるものである。つまり、DMD素子6がON反射する場合、微小ミラーの角度を調整し、入射光を投影レンズ9に向けて反射させ、DMD素子6がOFF反射する場合、微小ミラーの角度を調整して、入射光を投影レンズ9に向けて反射させず、例えば光吸収部材などに吸収される。このようにON反射の場合に、投影レンズ9に光を反射させるものである。   The DMD element 6 is an image display element, and includes a two-dimensional micro mirror (for example, 14 μm square) whose reflection angle is controlled at high speed, and reflects incident light by adjusting the angle of the micro mirror. . That is, when the DMD element 6 reflects ON, the angle of the minute mirror is adjusted, and incident light is reflected toward the projection lens 9, and when the DMD element 6 reflects OFF, the angle of the minute mirror is adjusted and incident. The light is not reflected toward the projection lens 9 but is absorbed by, for example, a light absorbing member. In this way, in the case of ON reflection, the projection lens 9 reflects light.

リレーレンズ5によって照明光がDMD素子6に照射されると、DMD素子6によってON状態の光のみが、投影レンズ9によってスクリーン(図示しない)に拡大投影される。   When the illumination light is irradiated onto the DMD element 6 by the relay lens 5, only the light in the ON state by the DMD element 6 is enlarged and projected onto the screen (not shown) by the projection lens 9.

以上のようにして、DMD素子6が反射した光が投影レンズ9を介してスクリーンに拡大投影される。   As described above, the light reflected by the DMD element 6 is enlarged and projected onto the screen via the projection lens 9.

(B)投影レンズ
次に、本実施形態の投影レンズのレンズ構成について図面を参照して説明する。図1は、DMD素子6が反射した画像光をスクリーン(図示しない)に拡大投影する投影レンズのレンズ構成図である。
(B) Projection Lens Next, the lens configuration of the projection lens of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a lens configuration diagram of a projection lens that enlarges and projects image light reflected by the DMD element 6 onto a screen (not shown).

なお、図1の左側にスクリーン(図示しない)を配備するものとし、以下では、スクリーン側を「拡大側」と称し、DMD素子6側(図1の右側)を「縮小側」と称して説明する。   It is assumed that a screen (not shown) is provided on the left side of FIG. 1, and in the following description, the screen side is referred to as “enlarged side” and the DMD element 6 side (right side in FIG. 1) is referred to as “reduced side”. To do.

図1において、本実施形態の投影レンズは、拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を有する第1群I(第1レンズ群ともいう)と、第2群II(第2レンズ群ともいう)を配してなる。また、第2群の縮小側には、TIRプリズム8、カバーガラス7、DMD素子6が配設してなる。   In FIG. 1, the projection lens of this embodiment includes a first group I (also referred to as a first lens group) having negative refractive power and a second group II (second lens) in order from the enlargement side to the reduction side. (Also called a group). A TIR prism 8, a cover glass 7, and a DMD element 6 are disposed on the reduction side of the second group.

第1群Iと第2群IIとを配して構成された投影レンズの型は「レトロフォーカスタイプ」と称するもので、バックフォーカスを長くすることができ、広角化にも適している。   The type of projection lens configured by arranging the first group I and the second group II is referred to as a “retro focus type”, which can increase the back focus and is suitable for widening the angle.

図1において、投影レンズは、第2群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面である。   In FIG. 1, in the projection lens, at least one of the lens surfaces constituting the second group is a diffractive optical surface.

ここで、回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)は、回折現象を利用して色収差補正能力を有する光学素子であり、例えば、撮像用レンズやCD、DVD用ピックアップ等に使用されるレンズの色収差を回折光学素子と屈折型レンズとの組み合わせで補正する技術などとして知られている。   Here, a diffractive optical element (DOE) is an optical element having a chromatic aberration correction capability using a diffraction phenomenon, and for example, chromatic aberration of a lens used for an imaging lens, a CD, a DVD pickup, or the like. Is known as a technique for correcting the image with a combination of a diffractive optical element and a refractive lens.

しかしながら、回折光学素子(DOE)を画像表示マイクロデバイスのプロジェクションTV用に応用して高精細で画角が90°に及ぶ広角な投影レンズは未だ知られていない。   However, a wide-angle projection lens that applies a diffractive optical element (DOE) to a projection TV of an image display microdevice and has a high definition and a field angle of 90 ° has not yet been known.

また、回折光学素子(DOE)の光学特性は、従来の屈折レンズと異なり、アッベ数ν=−3.45、部分分散比θgF=0.296という逆分散性と異常分散性の特徴を有している。   Further, the optical characteristics of the diffractive optical element (DOE), unlike the conventional refractive lens, have the characteristics of inverse dispersion and anomalous dispersion such as Abbe number ν = −3.45 and partial dispersion ratio θgF = 0.296. ing.

また、投影レンズは、第1群Iと第2群IIとの間に絞りSを配し、また、第1群Iと絞りSとの間に折り曲げミラーMを配してなる。   In addition, the projection lens includes a diaphragm S between the first group I and the second group II, and a bending mirror M between the first group I and the diaphragm S.

図1に示すように、第1群Iは、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズL1と、第2レンズL2とを配して構成される。   As shown in FIG. 1, the first group I is configured by arranging a first lens L1 and a second lens L2 in order from the enlargement side to the reduction side.

第1レンズL1及び第2レンズL2は共に、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面形状で両面非球面である負メニスカスレンズである。第1レンズL1及び第2レンズL2は、合成樹脂で成形されるものである。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル(PMMA)やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。   Both the first lens L1 and the second lens L2 are negative meniscus lenses in which the area near the optical axis of the enlargement side surface is a concave surface and is a double-sided aspheric surface. The first lens L1 and the second lens L2 are molded of synthetic resin. As the synthetic resin material, for example, acrylic (PMMA), polyolefin resin, and the like are suitable materials.

また図1において、第2群IIは、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズL3と、第4レンズL4と、第5レンズL5と、第6レンズL6と、第7レンズL7とを配して構成される。   In FIG. 1, the second group II includes a third lens L3, a fourth lens L4, a fifth lens L5, a sixth lens L6, and a seventh lens L7 in order from the enlargement side to the reduction side. Arranged.

第3レンズL3は、両凸レンズL31の縮小側の面に、両凹レンズL32を接合して成る接合レンズである。   The third lens L3 is a cemented lens formed by cementing a biconcave lens L32 to the reduction-side surface of the biconvex lens L31.

第4レンズL4は、縮小側に凸面を向けた両面非球面の正メニスカスレンズである。また、第4レンズL4の少なくとも片面は回折光学面(DOE)であり、本実施形態では、第4レンズL4の拡大側の面を回折光学面とする。さらに、第4レンズL4は、合成樹脂で成形される。合成樹脂材料としては、例えば、アクリル(PMMA)やポリオレフィン系樹脂等が好適な材料である。   The fourth lens L4 is a double-sided aspherical positive meniscus lens having a convex surface facing the reduction side. Further, at least one surface of the fourth lens L4 is a diffractive optical surface (DOE), and in this embodiment, the surface on the enlargement side of the fourth lens L4 is a diffractive optical surface. Furthermore, the fourth lens L4 is molded from a synthetic resin. As the synthetic resin material, for example, acrylic (PMMA), polyolefin resin, and the like are suitable materials.

回折光学面(DOE)はブレーズド化(鋸状)されたものが望ましく、例えばダイヤモンドバイトによる超精密な切削加工により製作された金型でプラスチック材料等を射出成型する方法がある。また例えば、ガラスレンズ上に形成された樹脂層に対して回折光学面の成形を行なう方法等も挙げられる。   The diffractive optical surface (DOE) is preferably blazed (saw-shaped). For example, there is a method in which a plastic material or the like is injection-molded with a mold manufactured by ultra-precise cutting with a diamond tool. Further, for example, a method of forming a diffractive optical surface on a resin layer formed on a glass lens can be used.

このように、第4レンズL4の少なくとも片面を回折光学面とすることで、入射光の波長に応じた色消しをすることができる。   In this way, by setting at least one surface of the fourth lens L4 as a diffractive optical surface, achromaticity corresponding to the wavelength of incident light can be achieved.

第5レンズL5は、両凸レンズL51の縮小側の面に、両凹レンズL52を接合して成る接合レンズである。   The fifth lens L5 is a cemented lens formed by cementing a biconcave lens L52 to the reduction-side surface of the biconvex lens L51.

第6レンズL6及び第7レンズL7は共に、縮小側に強い凸面を向けた正レンズである。   Both the sixth lens L6 and the seventh lens L7 are positive lenses having a strong convex surface facing the reduction side.

第1群Iは、構成されるレンズ面(本実施形態では4面)は全て非球面である。このように、第1群Iを全面非球面とすることにより、歪曲収差の良好となる補正を行なうようにし、さらに軸上光束が最も拡がる第2群IIの接合レンズである第3レンズL3の直後(縮小側)に配した正の弱い屈折力を有する両面非球面のメニスカスレンズである第4のレンズL4と、第1群Iの2枚のレンズL1及びL2とが相まって、軸外収差の非点収差、コマ収差等を良好に補正し、明るい投影レンズを実現可能とする。   In the first group I, the lens surfaces (four surfaces in the present embodiment) that are configured are all aspherical surfaces. In this way, by making the first group I aspherical on the entire surface, correction that improves distortion is performed, and further, the third lens L3 that is a cemented lens of the second group II in which the axial luminous flux is most expanded. The fourth lens L4, which is a double-sided aspherical meniscus lens having a positive weak refractive power disposed immediately after (reduction side), and the two lenses L1 and L2 of the first group I are coupled together to reduce off-axis aberrations. Astigmatism, coma and the like are corrected well, and a bright projection lens can be realized.

また、(a)第1群Iの2枚の第1レンズL1、第2レンズL2及び第2群IIの第4レンズL4のそれぞれと、(b)第2群IIの第6レンズL6及び第7レンズL7のそれぞれとは、次の条件を満足するように設定する。なお、νはレンズ媒質のアッベ数である。   Further, (a) each of the first lens I of the first group I, the second lens L2, and the fourth lens L4 of the second group II; and (b) the sixth lens L6 of the second group II and the fourth lens L6. Each of the seven lenses L7 is set so as to satisfy the following conditions. Note that ν is the Abbe number of the lens medium.

条件(1)ν1、ν2及びν4>54
条件(2)ν6及びν7<73
周知の如く、アッベ数νはレンズ媒質のF、d、C線の屈折率をN、N、Nとしたとき、ν=(N−1)/(N−N)で定義される。
Condition (1) ν1, ν2, and ν4> 54
Condition (2) ν6 and ν7 <73
As is well known, the Abbe number ν is ν = (N d −1) / (N F −N c ), where N F , N d , and N c are the refractive indexes of the F, d, and C lines of the lens medium. Defined.

第1群Iから射出してスクリーンに向かう光線において、主光線が光軸となす角の「波長による変化」が大きいと、スクリーン上において大きな倍率の色収差が発生する。   In the light beam emitted from the first lens group I and directed to the screen, if the “change due to wavelength” of the angle formed by the principal beam with the optical axis is large, chromatic aberration with a large magnification occurs on the screen.

これに対して、第1群Iと第2群IIの縮小側の2枚のレンズにおいて、軸外光束の主光線に対する光軸からの距離が大きくなり、倍率の色収差への影響が大きい。   On the other hand, in the two lenses on the reduction side of the first group I and the second group II, the distance from the optical axis to the principal ray of the off-axis light beam becomes large, and the influence on the chromatic aberration of magnification is large.

レンズ媒質の屈折率は短波長になるほど大きくなるが、上記条件(1)、(2)を満足する媒質は、「波長の減少に伴い屈折率が高くなる割合」が小さい。   The refractive index of the lens medium increases as the wavelength becomes shorter, but the medium satisfying the above conditions (1) and (2) has a small “ratio of increase in refractive index as the wavelength decreases”.

このような性質を有する材料を、第1群I、第2群II中の「主光線高さが高く、屈折力の強いレンズ」に使用すれば、第1群Iをでる主光線高の射出点の位置や光軸となす角度の「波長による差」を小さくできて、厳しい倍率の色収差の要求を満足することが可能となる。   If a material having such properties is used for “a lens having a high principal ray height and a strong refractive power” in the first group I and the second group II, the chief ray height exiting from the first group I is obtained. It is possible to reduce the “difference due to the wavelength” of the angle between the position of the point and the optical axis, and it is possible to satisfy the requirement for chromatic aberration of severe magnification.

第1群Iの第1レンズL1は、軸外光束の主光線に対する光軸から距離が大きく、このため、レンズ系が大きくなりやすい。   The first lens L1 of the first group I has a large distance from the optical axis with respect to the principal ray of the off-axis light beam, and thus the lens system tends to be large.

第1レンズL1、第2レンズL2が、上記条件(1)を満足する合成樹脂製レンズにすることにより、色収差への影響を抑えたまま、第1群Iの第1レンズL1及び第2レンズL2軽量化でき、更に製造コストの削減にも繋がる。   By making the first lens L1 and the second lens L2 into synthetic resin lenses that satisfy the above condition (1), the first lens L1 and the second lens of the first lens group I can be suppressed while suppressing the influence on the chromatic aberration. L2 can be reduced in weight, further leading to a reduction in manufacturing costs.

第1群Iは、負の屈折力を有するため、第1群Iのみに合成樹脂製レンズを使うと、屈折率の温度変化によりバックフォーカスの位置変動(ピント面の移動)が生じる。   Since the first lens group I has a negative refractive power, if a synthetic resin lens is used only for the first lens group I, back focus position fluctuation (movement of the focus surface) occurs due to a temperature change of the refractive index.

これを打ち消すためには、第2群IIにおいて、比較的に弱い正の屈折力を有する合成樹脂製レンズエレメントを入れて構成しなければならない。   In order to cancel this, in the second group II, a synthetic resin lens element having a relatively weak positive refractive power must be inserted.

本実施形態では、合成樹脂製レンズエレメントとして第4レンズL4を入れて第2群IIを構成している。   In the present embodiment, the second lens group II is configured by inserting a fourth lens L4 as a synthetic resin lens element.

第1群Iの焦点距離をf、第2群II中の第4レンズL4の焦点距離をf4としたとき、次の条件を満足するように設定する。 When the focal length of the first group I is f I and the focal length of the fourth lens L4 in the second group II is f4, the following conditions are set.

条件(3)3<f4/|f|<13
全系の焦点距離をf、全系のバックフォーカスをBFLとし、また第1群Iの焦点距離をf、第2群IIの焦点距離をfIIとするとき、次の条件を満足するように設定する。
Condition (3) 3 <f4 / | f I | <13
The focal length of the entire system f, and a back focal length of the entire system with B FL, also the focal length of the first group I when f I, the focal length of the second lens group II and f II, which satisfies the following conditions Set as follows.

条件(4)2.0<BFL/f
条件(5)1.0<fII/|f|<1.5
本実施形態の投影レンズのように、第1群Iが負の屈折力を有し、第2群IIが正の屈折力を有するレトロフォーカス型レンズで焦点距離fの2倍以上のバックフォーカスBFLによりTIRプリズムが設置できるスペースを確保し、第1群Iと第2群IIとの間の長い空気間隔を形成することにより、光路の折り曲げを可能とし、かつ、強いテレセントリック性を有し、更に良好な光学特性を実現するには、上記条件(4)、(5)を満足することが望ましい。
Condition (4) 2.0 <B FL / f
Condition (5) 1.0 <f II / | f I | <1.5
As in the projection lens of this embodiment, the back focus B is a retrofocus lens in which the first group I has a negative refractive power and the second group II has a positive refractive power. By securing a space where the TIR prism can be installed by FL and forming a long air gap between the first group I and the second group II, the optical path can be bent and has a strong telecentricity. In order to realize better optical characteristics, it is desirable to satisfy the above conditions (4) and (5).

また、光路変換を行なわない構成の投影レンズ装置を備えた場合と比較して、プロジェクションTV装置のキャビネットの薄型化を図れる。   Further, the cabinet of the projection TV apparatus can be made thinner as compared with the case where a projection lens apparatus having a configuration that does not perform optical path conversion is provided.

次に、図1に示す投影レンズのレンズ構成について説明する。なお、図1において、拡大側から第i番目の面の曲率半径をRiとし、第i番目の面と第i+1番目の面との光軸上の面間隔をDiとする。また、屈折率とアッベ数はd線の値である。   Next, the lens configuration of the projection lens shown in FIG. 1 will be described. In FIG. 1, the radius of curvature of the i-th surface from the enlargement side is Ri, and the surface interval on the optical axis between the i-th surface and the (i + 1) -th surface is Di. Further, the refractive index and the Abbe number are values of the d line.

また、全系の焦点距離をf(e線の値)、明るさをF/no、画角を2ω、横倍率をM、投影距離をLで表す。   Further, the focal length of the entire system is represented by f (e-line value), the brightness is F / no, the angle of view is 2ω, the lateral magnification is M, and the projection distance is L.

非球面は、周知の如く、光軸をZ軸とする直交座標系(X,Y,Z)において、Rを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A3,A4,…,A10をそれぞれ3次、4次、…、10次の非球面係数とするとき、座標h=(X+Y1/2における面形状が次式で表されるものとする。 As is well known, an aspherical surface is an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) in which the optical axis is the Z axis, R is a paraxial radius of curvature, K is a conic constant, and A3, A4,. When the fourth-order,..., And tenth-order aspheric coefficients are used, the surface shape at the coordinates h = (X 2 + Y 2 ) 1/2 is represented by the following expression.

Z(h)=(h/R)/[1+{1−(1+K)・(h/R)1/2]
+A3・h+A4・h+A5・h+A6・h
+A7・h+A8・h+A9・h+A10・h10 …(1)
また、本発明の投影レンズに適用される回折光学素子は回転対称性を有し、基準波長は546nmのe線である。非球面位相量(φ)を決定する式は(2)式である。
Z (h) = (h 2 / R) / [1+ {1− (1 + K) · (h / R) 2 } 1/2 ]
+ A3 · h 3 + A4 · h 4 + A5 · h 5 + A6 · h 6
+ A7 · h 7 + A8 · h 8 + A9 · h 9 + A10 · h 10 (1)
Further, the diffractive optical element applied to the projection lens of the present invention has rotational symmetry, and the reference wavelength is an e-line of 546 nm. The equation for determining the aspheric phase amount (φ) is equation (2).

φ(h)=C1・h+C2・h+C3・h+… …(2)
ここで、φ(h)は光軸からの高さhでの位相量を表わし、C1〜C3は非球面効果を有する位相項の係数を意味する。
φ (h) = C1 · h 2 + C2 · h 4 + C3 · h 6 + (2)
Here, φ (h) represents a phase amount at a height h from the optical axis, and C1 to C3 represent coefficients of a phase term having an aspherical effect.

次に、具体的な数値を用いた本実施形態の投影レンズの実施例1について図面を参照して説明する。   Next, Example 1 of the projection lens of the present embodiment using specific numerical values will be described with reference to the drawings.

図2は、実施例1のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図4は、実施例1における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図13は、回折光学面(DOE)の位相量を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration and a ray tracing diagram of the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram showing specific numerical values for constituting the projection lens in the first embodiment. Further, FIG. 13 is a diagram showing the phase amount of the diffractive optical surface (DOE).

なお、図2に示すレンズ構成は図1に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。   The lens configuration shown in FIG. 2 corresponds to the lens configuration shown in FIG. 1, and the corresponding components are denoted by the corresponding reference numerals.

実施例1では、図4に示すように、全系の焦点距離f(e線の値)=10.83mmとし、明るさF/no=2.4とし、バックフォーカスBFL=37.589mm、画角2ω=90°、横倍率M=−1/53.21×、投影距離L=542.0mmとした場合である。 In Example 1, as shown in FIG. 4, the focal length f of the entire system (value of e line) = 10.83 mm, brightness F / no = 2.4, back focus B FL = 37.589 mm, This is a case where the angle of view 2ω = 90 °, the lateral magnification M = −1 / 53.21 ×, and the projection distance L = 542.0 mm.

図6は、実施例1の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図7は、実施例1の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。   FIG. 6 is an aberration diagram illustrating the chromatic aberration of magnification of the projection lens of Example 1, and FIG. 7 is an aberration diagram illustrating the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the projection lens of Example 1.

図6に示すように、実施例1の投影レンズによれば、倍率色収差は、450nm〜546nmの光(青色−緑色光)で5μm程度であり、450nm〜620nmの光(青色−赤色光)で−5μm程度となり、これらの値は焦点距離f=10.83mmの0.05%であり、図10の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、半分以下に改善できる。   As shown in FIG. 6, according to the projection lens of Example 1, the chromatic aberration of magnification is about 5 μm for light of 450 nm to 546 nm (blue-green light), and for light of 450 nm to 620 nm (blue-red light). These values are about −5 μm, and these values are 0.05% of the focal length f = 10.83 mm, which can be improved to half or less compared to the chromatic aberration of magnification due to the conventional projection lens of FIG.

また、図7に示すように、実施例1の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 7, according to the projection lens of Example 1, good results can be obtained in terms of spherical aberration, astigmatism, and distortion.

次に、本実施形態の投影レンズの実施例2について図面を参照して説明する。   Next, Example 2 of the projection lens of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図3は、実施例2のレンズ構成と光線追跡図を示す図である。また、図5は、実施例2における投影レンズを構成するための具体的な数値を示す説明図である。さらに、図14は、回折光学面(DOE)の位相量を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a lens configuration and a ray tracing diagram of the second embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram showing specific numerical values for constituting the projection lens in the second embodiment. Further, FIG. 14 is a diagram showing the phase amount of the diffractive optical surface (DOE).

なお、図3に示すレンズ構成は図1に示すレンズ構成に対応し、対応する構成要素には対応する符号を付す。   The lens configuration shown in FIG. 3 corresponds to the lens configuration shown in FIG. 1, and corresponding components are denoted by corresponding reference numerals.

実施例2では、図5に示すように、全系の焦点距離f(e線の値)=9.96mmとし、明るさF/no=2.4とし、バックフォーカスBFL=25.284mm、画角2ω=90°、横倍率M=−1/68.67×、投影距離L=649.0mmとした場合である。 In Example 2, as shown in FIG. 5, the focal length f of the entire system (value of e line) = 9.96 mm, brightness F / no = 2.4, back focus B FL = 25.284 mm, This is a case where the angle of view 2ω = 90 °, the lateral magnification M = −1 / 68.67 ×, and the projection distance L = 649.0 mm.

図8は、実施例2の投影レンズの倍率色収差を示す収差図であり、図9は、実施例2の投影レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。   FIG. 8 is an aberration diagram showing the chromatic aberration of magnification of the projection lens of Example 2, and FIG. 9 is an aberration diagram showing the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the projection lens of Example 2.

図8に示すように、実施例2の投影レンズによれば、倍率色収差は、450nm〜546nmの光(青色−緑色光)で2μm程度であり、450nm〜620nmの光(青色−赤色光)で−3μm程度となり、これらの値は焦点距離f=9.96mmの0.03%であり、図10の従来の投影レンズによる倍率色収差と比較して、1/3以下に改善できる。   As shown in FIG. 8, according to the projection lens of Example 2, the chromatic aberration of magnification is about 2 μm for light of 450 nm to 546 nm (blue-green light), and for light of 450 nm to 620 nm (blue-red light). This value is about −3 μm, and these values are 0.03% of the focal length f = 9.96 mm, which can be improved to 1/3 or less compared to the chromatic aberration of magnification due to the conventional projection lens of FIG.

また、図9に示すように、実施例2の投影レンズによれば、球面収差、非点収差及び歪曲収差も良好な結果を得ることができる。   Moreover, as shown in FIG. 9, according to the projection lens of Example 2, the spherical aberration, the astigmatism, and the distortion can be obtained with good results.

(C)他の実施形態
(C−1)上述した実施形態では、画像表示デマイクロバイスとして、DMD素子を例に挙げた場合について説明したが、これに限らず、透過型の高温ポリシリコンTFTによる液晶表示デバイスや反射型液晶のLCOS(Liquid Crystal On Silicon)素子を用いた場合でも、上述した実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
(C) Other Embodiments (C-1) In the above-described embodiments, the case where a DMD element is taken as an example as an image display demicrodevice has been described. Even when the liquid crystal display device according to the above and the LCOS (Liquid Crystal On Silicon) element of the reflective liquid crystal are used, the same operation and effect as the above-described embodiment can be obtained.

(C−2)上述した実施形態では、光学系として、単板式の光学系を適用した場合について説明したが、これに限らず、3板式の光学系を適用するようにしてもよい。 (C-2) In the above-described embodiment, the case where a single-plate optical system is applied as the optical system has been described. However, the present invention is not limited to this, and a three-plate optical system may be applied.

(C−3)上述した実施形態では、第2群IIの第4レンズL4の片面に回折光学面を備える場合について説明したが、回折光学面の配置は、倍率色収差の補正機能が発揮可能であれば、特に限定されず、第2群IIを構成する1又は複数のレンズ面に適用可能である。 (C-3) In the above-described embodiment, the case where the diffractive optical surface is provided on one surface of the fourth lens L4 of the second group II has been described. However, the arrangement of the diffractive optical surface can exhibit a correction function for lateral chromatic aberration. If there is, it will not specifically limit, but it can apply to the 1 or several lens surface which comprises 2nd group II.

また、回折光学面は、第1群Iを構成する1又は複数のレンズ面に適用してもよい。このとき、第1群Iの構成レンズ面は、拡大側に配置されるので、レンズ面積が第2群IIの構成レンズよりもおおきくなるため、レンズ面の形成に負担が生じ得る。   Further, the diffractive optical surface may be applied to one or a plurality of lens surfaces constituting the first group I. At this time, since the constituent lens surface of the first group I is arranged on the enlargement side, the lens area is larger than that of the constituent lens of the second group II, and thus a burden may be caused in forming the lens surface.

(C−4)上述した実施形態において、第1レンズ群の第2レンズの面変更、または第1レンズ群及び第2レンズ群の間隔変更をすることによっても倍率変更を行なうようにしてもよい。これにより、投影レンズのレンズエレメントの最小変化によって、倍率変化を可能とすることができる。 (C-4) In the above-described embodiment, the magnification may be changed by changing the surface of the second lens of the first lens group or changing the distance between the first lens group and the second lens group. . Thereby, the magnification can be changed by the minimum change of the lens element of the projection lens.

本実施形態の投影レンズのレンズ構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the lens structure of the projection lens of this embodiment. 実施例1のレンズ構成及び光線追跡を示す図である。It is a figure which shows the lens structure and ray tracing of Example 1. 実施例2のレンズ構成及び光線追跡を示す図である。It is a figure which shows the lens structure and ray tracing of Example 2. 実施例1の投影レンズの具体的数値を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing specific numerical values of the projection lens of Example 1. 実施例2の投影レンズの具体的数値を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing specific numerical values of the projection lens of Example 2. 実施例1の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram showing chromatic aberration of magnification of the projection lens of Example 1. 実施例1の投影レンズの球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the projection lens of Example 1. 実施例2の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram showing lateral chromatic aberration of the projection lens of Example 2. 実施例2の投影レンズの球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the projection lens of Example 2. 従来の投影レンズの倍率色収差を示す収差図である。It is an aberration diagram showing the chromatic aberration of magnification of a conventional projection lens. 本実施形態の投影レンズを備えた背面投射型映像表示装置の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the rear projection type video display apparatus provided with the projection lens of this embodiment. 本実施形態のDMD素子を用いた光学系の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the optical system using the DMD element of this embodiment. 実施例1の投影レンズに用いた回折光学面の位相量を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a phase amount of a diffractive optical surface used in the projection lens of Example 1. 実施例2の投影レンズに用いた回折光学面の位相量を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a phase amount of a diffractive optical surface used in the projection lens of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

I…第1群(第1レンズ群)、
L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、
II…第2群(第2レンズ群)、
L3…第3レンズ、L4…第4レンズ、L5…第5レンズ、
L6…第6レンズ、L7…第7レンズ、R10…回折光学面(DOE)、
L31、L32…第3レンズの構成レンズ、
L51、L52…第5レンズの構成レンズ、
M…折り曲げミラー、S…絞り、6…DMD素子、7…カバーガラス、
8…TIRプリズム。


I: First group (first lens group),
L1 ... 1st lens, L2 ... 2nd lens,
II ... 2nd group (2nd lens group),
L3 ... third lens, L4 ... fourth lens, L5 ... fifth lens,
L6 ... sixth lens, L7 ... seventh lens, R10 ... diffractive optical surface (DOE),
L31, L32 ... Lenses constituting the third lens,
L51, L52 ... Constituent lens of the fifth lens,
M ... Bending mirror, S ... Aperture, 6 ... DMD element, 7 ... Cover glass,
8 ... TIR prism.


Claims (7)

矩形の画像表示マイクロデバイスの映像をスクリーン面上に投影する投影レンズにおいて、
拡大側から縮小側に向かって順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群とを配してなり、
上記第2レンズ群を構成するレンズ面の少なくとも1面が回折光学面であることを特徴とする投影レンズ。
In the projection lens that projects the image of the rectangular image display microdevice on the screen surface,
In order from the enlargement side to the reduction side, a first lens group having negative refractive power and a second lens group having positive refractive power are arranged,
A projection lens, wherein at least one of the lens surfaces constituting the second lens group is a diffractive optical surface.
請求項1に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第1レンズ及び第2レンズを配して構成され、
上記第2レンズ群は、拡大側から縮小側に向かって順に、第3レンズから第7レンズまでを配して構成され、
上記第1レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
上記第2レンズは、拡大側の面の光軸近傍領域が凹面である両面非球面からなる負メニスカスレンズであり、
上記第3レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
上記第4レンズは、縮小側に凸面を向けた両面非球面からなり、かつ、少なくとも1面が回折光学面を設けた正メニスカスレンズであり、
上記第5レンズは、両凸レンズの縮小側の面に両凹レンズを接合してなる接合レンズであり、
上記第6レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
上記第7レンズは、縮小側に強い凸面を向けた正レンズであり、
第1レンズ群と第2レンズ群の間に絞りを配設した
ことを特徴とする投影レンズ。
The projection lens according to claim 1, wherein
The first lens group is configured by arranging a first lens and a second lens in order from the enlargement side to the reduction side,
The second lens group is configured by arranging the third lens to the seventh lens in order from the enlargement side to the reduction side,
The first lens is a negative meniscus lens composed of a double-sided aspheric surface in which a region near the optical axis of the surface on the enlargement side is a concave surface,
The second lens is a negative meniscus lens composed of a double-sided aspheric surface in which a region near the optical axis of the surface on the enlargement side is a concave surface,
The third lens is a cemented lens formed by cementing a biconcave lens to a reduction-side surface of the biconvex lens,
The fourth lens is a positive meniscus lens comprising a double-sided aspherical surface with a convex surface facing the reduction side, and at least one surface is provided with a diffractive optical surface.
The fifth lens is a cemented lens formed by cementing a biconcave lens to a reduction-side surface of the biconvex lens,
The sixth lens is a positive lens having a strong convex surface on the reduction side,
The seventh lens is a positive lens having a strong convex surface on the reduction side,
A projection lens, wherein a stop is disposed between the first lens group and the second lens group.
請求項2に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ、上記第2レンズ及び上記第4レンズは、それぞれ合成樹脂で成形され、これら各レンズのアッベ数ν1、ν2及びν4がそれぞれ、ν1、ν2及びν4>54を満足し、かつ、
上記第6レンズ及び上記第7レンズのアッベ数ν6及びν7がそれぞれ、ν6及びν7<73を満足する
ことを特徴とする投影レンズ。
The projection lens according to claim 2, wherein
The first lens, the second lens, and the fourth lens are each molded from a synthetic resin, and the Abbe numbers ν1, ν2, and ν4 of these lenses satisfy ν1, ν2, and ν4> 54, respectively, and
The projection lens, wherein the Abbe numbers ν6 and ν7 of the sixth lens and the seventh lens satisfy ν6 and ν7 <73, respectively.
請求項2又は3に記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズと上記第2レンズの負の屈折力と、上記第4レンズの正の屈折力とのバランスにより、温度変化によるバックフォーカスの位置変動を抑圧することを特徴とする投影レンズ。
The projection lens according to claim 2 or 3,
A projection lens, wherein back focus position fluctuation due to temperature change is suppressed by a balance between the negative refractive power of the first lens and the second lens and the positive refractive power of the fourth lens.
請求項1〜4のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群の焦点距離をfとし、上記第2レンズ群の上記第4レンズの焦点距離をf4としたとき、3<f4/|f|<13の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。
In the projection lens in any one of Claims 1-4,
When the focal length of the first lens group is f I and the focal length of the fourth lens of the second lens group is f4, the condition 3 <f4 / | f I | <13 is satisfied. Projection lens.
請求項1〜5のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
全系の焦点距離をfとし、全系のバックフォーカスをBFLとし、上記第1レンズ群の焦点距離f、上記第2レンズ群の焦点距離をfIIとしたとき、2.0<BFL/f、及び、1.0<fII/|f|<1.5の条件を満足することを特徴とする投影レンズ。
In the projection lens in any one of Claims 1-5,
When the focal length of the entire system is f, the back focus of the entire system is B FL , the focal length f I of the first lens group, and the focal length of the second lens group is f II , 2.0 <B A projection lens satisfying the conditions of FL / f and 1.0 <f II / | f I | <1.5.
請求項1〜6のいずれかに記載の投影レンズにおいて、
上記第1レンズ群と上記絞りの間に光路折り曲げ手段を設けたことを特徴とする投影レンズ。

In the projection lens in any one of Claims 1-6,
An optical path bending means is provided between the first lens group and the stop.

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