JP2013033152A - Projecting lens and image display device provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型プロジェクタに適用可能な投射レンズおよびそれを備えた画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection lens applicable to a small projector and an image display apparatus including the projection lens.
近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。 In recent years, a technique using a semiconductor laser as a light source of an image display device has attracted attention. This semiconductor laser has better color reproducibility, instantaneous lighting, longer life, and higher power consumption compared to mercury lamps that have been widely used in image display devices. It has various advantages, such as being able to be made and being easy to miniaturize.
このような半導体レーザを用いた画像表示装置の利点は、携帯型の電子機器に内蔵する場合に都合が良く、例えば半導体レーザを用いた画像表示装置を携帯電話端末に内蔵する技術が知られている(特許文献1参照)。このように画像表示装置を携帯型の電子機器に内蔵すると、必要に応じて画面をスクリーンに拡大表示することができることから、利便性を高めることができる。また、上記画像表示装置を、携帯型情報処理装置(いわゆるノートパソコン)に内蔵する小型プロジェクタとして用いることにより、ノートパソコンの利便性を高めることができる。 The advantage of such an image display device using a semiconductor laser is convenient when it is built in a portable electronic device. For example, a technique for incorporating an image display device using a semiconductor laser into a mobile phone terminal is known. (See Patent Document 1). When the image display device is built in the portable electronic device in this way, the screen can be enlarged and displayed on the screen as needed, so that convenience can be improved. Further, by using the image display device as a small projector built in a portable information processing device (so-called laptop computer), the convenience of the laptop computer can be enhanced.
上記したような小型プロジェクタでは、近年、さらなる高解像度化、高輝度化、長焦点距離化が要求されている。そのような要求に対しては、光学系の小型短小化が可能な投射レンズにより対応可能である。投射レンズの例として、投射側から順に、メニスカス形状の負の屈折率を有する第1レンズ成分と、両凸形状の正の屈折力を有する第2レンズ成分とを有し、第1レンズ成分及び第2レンズ成分のレンズ面が全て非球面からなるものがある(特許文献2参照)。 In recent years, the above-described small projectors are required to have higher resolution, higher brightness, and longer focal length. Such a requirement can be met by a projection lens capable of reducing the size and size of the optical system. As an example of the projection lens, in order from the projection side, a first lens component having a meniscus negative refractive index and a second lens component having a biconvex positive refractive power, the first lens component and Some lens surfaces of the second lens component are all aspherical surfaces (see Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献2の構造を用いて投射レンズを設計すると、低解像度で輝度が低く、焦点距離が短い場合にしか対応できない。これは、主にレンズ枚数が少な過ぎることに起因する。レンズ枚数を多くすることにより、高解像度化、高輝度化、長焦点距離化の要求に対応し得るが、携帯型の電子機器に問題無く内蔵し得るように、レンズ長やプロジェクタ全体の厚みを抑えるために、レンズ枚数の増加は極力抑える必要がある。
However, when the projection lens is designed using the structure of the above-mentioned
一方、半導体レーザを小型プロジェクタの光源として用いたものとしては、特許文献1のように、赤色、緑色、青色の各半導体レーザが用いられるものがある。このようなプロジェクタに用いられる投射レンズは、各半導体レーザから出射されるレーザ光に十分耐えられることが必要である。
On the other hand, as one using a semiconductor laser as a light source of a small projector, there is one in which red, green, and blue semiconductor lasers are used as disclosed in
それに対して、上記特許文献2に開示されている投射レンズは、上記したように複雑な形状のため、ガラスレンズに比べて形成容易なプラスチックレンズにより構成されている。プラスチックレンズで構成されている投射レンズに関しては、耐光性に留意しなければならず、特に、青色の半導体レーザから出射されるレーザ光がプラスチックレンズに与えるダメージは、他の色のレーザ光よりも大きく、レンズが劣化すると透過率が低下してしまう。また、高輝度化に対応するためには、各半導体レーザの出力が増大されるため、耐光性をクリアするためのハードルはより一層高くなるという問題があった。
On the other hand, the projection lens disclosed in
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、半導体レーザを光源に用いた小型プロジェクタにおける投射レンズの高解像度化、高輝度化、長焦点距離化をより一層向上しかつ小型化を可能にする投射レンズおよびそれを搭載した画像表示装置を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to increase the resolution and brightness of a projection lens in a small projector using a semiconductor laser as a light source. Another object of the present invention is to provide a projection lens that can further improve the long focal length and can be miniaturized, and an image display apparatus equipped with the projection lens.
本発明の投射レンズおよびそれを搭載した画像表示装置は、少なくとも3つ以上のレンズ成分を備えかつ光変調器側テレセントリックにされた投射レンズであって、前記投射レンズの共役点に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、前記投射レンズの絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、前記投射レンズの前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズである構成とする。 A projection lens of the present invention and an image display device equipped with the projection lens are projection lenses that include at least three lens components and are telecentric on the light modulator side, and both outer sides facing the conjugate point of the projection lens. Each outer lens component disposed in the lens is a plastic lens, the aperture position of the projection lens is between the outer lens components, and the lens components other than the outer lens component of the projection lens are at least closest to the aperture position. It is assumed that the object is a glass lens.
本発明によれば、光変調器からの変調出射光をスクリーンに投射するための少なくとも3つ以上のレンズ成分を備える投射レンズであって、少なくとも最外部にあるレンズ成分はプラスチックレンズにより構成され、その他の絞り位置に最も近いレンズ成分をガラスレンズにより構成することにより、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が高い位置に配置されるレンズ成分をガラスレンズにして、大きな耐光性(特に青色レーザ光の耐光性)を確保することができる。また、少なくとも最外部のレンズ成分のところでは、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が相対的に低いため、複雑な形状にすることが困難なガラスレンズではなく、複雑な形状に形成可能なプラスチックレンズを投射レンズの最外レンズ成分に用いることができ、高解像度化かつ高輝度化し、さらに長焦点距離化をコンパクトな投射レンズで実現し得る。 According to the present invention, a projection lens comprising at least three or more lens components for projecting modulated outgoing light from a light modulator onto a screen, at least the outermost lens component is constituted by a plastic lens, By configuring the lens component closest to the other aperture position with a glass lens, the lens component placed at a position where the energy density of light emitted from the laser light source device is high is made into a glass lens, and has a large light resistance (especially blue). (Light resistance of laser light) can be ensured. Also, at least at the outermost lens component, the energy density of the light emitted from the laser light source device is relatively low, so it can be formed into a complicated shape rather than a glass lens that is difficult to make into a complicated shape. Such a plastic lens can be used as the outermost lens component of the projection lens, so that the resolution and brightness can be increased, and further, the focal length can be increased with a compact projection lens.
前記課題を解決するためになされた第1の発明は、少なくとも3つ以上のレンズ成分を備えかつ光変調器側テレセントリックにされた投射レンズであって、前記投射レンズの共役点に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、前記投射レンズの絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、前記投射レンズの前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズである構成とする。 A first invention made to solve the above-mentioned problems is a projection lens having at least three lens components and made telecentric on the light modulator side, both outer sides facing the conjugate point of the projection lens Each outer lens component disposed in the lens is a plastic lens, the aperture position of the projection lens is between the outer lens components, and the lens components other than the outer lens component of the projection lens are at least closest to the aperture position. It is assumed that the object is a glass lens.
これによると、少なくとも3つ以上のレンズ成分を備える投射レンズの少なくとも最外部にあるレンズ成分はプラスチックレンズにより構成され、その他の絞り位置に最も近いレンズ成分をガラスレンズにより構成することにより、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が高い位置に配置されるレンズ成分をガラスレンズにして、大きな耐光性(特に青色レーザ光の耐光性)を確保することができる。また、少なくとも最外部のレンズ成分のところでは、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が相対的に低いため、複雑な形状にすることが困難なガラスレンズではなく、複雑な形状に形成可能なプラスチックレンズを投射レンズの最外レンズ成分に用いることができ、高解像度化かつ高輝度化し、さらに長焦点距離化をコンパクトな投射レンズで実現し得る。 According to this, at least the outermost lens component of the projection lens having at least three or more lens components is configured by a plastic lens, and the lens component closest to the aperture position is configured by a glass lens, thereby providing a laser light source. A lens component arranged at a position where the energy density of light emitted from the apparatus is high can be made into a glass lens, so that high light resistance (particularly, light resistance of blue laser light) can be ensured. Also, at least at the outermost lens component, the energy density of the light emitted from the laser light source device is relatively low, so it can be formed into a complicated shape rather than a glass lens that is difficult to make into a complicated shape. Such a plastic lens can be used as the outermost lens component of the projection lens, so that the resolution and brightness can be increased, and further, the focal length can be increased with a compact projection lens.
また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記外側レンズ成分の少なくとも一方のレンズ面が非球面である構成とする。 According to a second aspect, in the first aspect, at least one lens surface of the outer lens component is an aspherical surface.
これによると、外側レンズ成分をプラスチックレンズとすることができ、レンズ設計を容易にすることができるため、レンズ枚数を最小化することができる。 According to this, since the outer lens component can be a plastic lens and the lens design can be facilitated, the number of lenses can be minimized.
また、第3の発明は、投射側から順に配置された第1レンズ成分、第2レンズ成分、第3レンズ成分、第4レンズ成分からなりかつ物体側テレセントリックにされた投射レンズであって、前記第1レンズ成分と前記第2レンズ成分との間に絞り位置を有し、前記第1レンズ成分は、そのレンズ面の中央部が前記投射側に突出した擬似的な凹メニスカス形状かつ負の屈折力を有するプラスチックレンズであり、前記第4レンズ成分は、擬似的な両凸形状かつ正の屈折力を有するプラスチックレンズであり、前記第2レンズ成分および前記第3レンズ成分がガラスレンズである構成とする。 The third invention is a projection lens comprising a first lens component, a second lens component, a third lens component, and a fourth lens component arranged in order from the projection side, and is made object side telecentric. The first lens component has a stop position between the first lens component and the second lens component, and the first lens component has a pseudo concave meniscus shape and negative refraction in which a central portion of the lens surface protrudes toward the projection side. The fourth lens component is a plastic lens having a pseudo biconvex shape and positive refractive power, and the second lens component and the third lens component are glass lenses. And
これによると、光のエネルギ密度が高くなる主光線が集光する絞り位置に近いレンズ成分をガラスレンズで構成することにより、大きな耐光性(特に青色レーザ光の耐光性)を確保すると共に、比較的エネルギ密度の小さな位置のレンズ成分をプラスチックレンズで構成して非球面等の複雑な形状に容易に対応し得るため、高解像度化、高輝度化、長焦点距離を可能にする投射レンズを4枚のレンズで構成することができる。 According to this, the lens component close to the stop position where the chief ray that increases the energy density of light is condensed is composed of a glass lens, thereby ensuring high light resistance (particularly light resistance of blue laser light) and comparison. Since the lens component at a position with a small energy density is made of a plastic lens and can easily cope with a complicated shape such as an aspherical surface, a projection lens that enables high resolution, high brightness, and a long focal length is provided. It can be composed of a single lens.
また、第4の発明は、前記第3の発明において、前記第2レンズ成分と前記第3レンズ成分とは、互いに接合された複合レンズからなり、かつ全体として正の屈折力を有する構成とする。 In a fourth aspect based on the third aspect, the second lens component and the third lens component are composed of compound lenses joined to each other and have a positive refractive power as a whole. .
これによると、第1レンズ成分と第2レンズ成分との間にある絞り位置を第2レンズ成分に近づけることができ、第2レンズ成分及び第3レンズ成分はガラスレンズであることから光のエネルギ密度が高くなっても何等問題なく耐光性を確保し、プラスチックレンズにより構成される第1レンズ成分に対する光のエネルギ密度を低減し得る。 According to this, the stop position between the first lens component and the second lens component can be brought close to the second lens component, and since the second lens component and the third lens component are glass lenses, the energy of light. Even if the density increases, the light resistance can be ensured without any problem, and the energy density of the light with respect to the first lens component constituted by the plastic lens can be reduced.
また、第5の発明は、前記第4の発明において、前記第2レンズ成分は、両凸形状あるいは前記第1レンズ成分側が凹形状かつ前記第3レンズ成分側が凸形状の球面レンズであり、前記第3レンズ成分は、両凹形状あるいは前記第2レンズ側が凹形状かつ第4レンズ成分側が凸形状の球面レンズである構成とする。 In a fifth aspect based on the fourth aspect, the second lens component is a biconvex spherical lens or a spherical lens having a concave shape on the first lens component side and a convex shape on the third lens component side. The third lens component is a biconcave shape or a spherical lens having a concave shape on the second lens side and a convex shape on the fourth lens component side.
これによると、第2レンズ成分及び第3レンズ成分を互いに接合する場合に、それぞれがガラスレンズにより形成されることから、容易に第2レンズ成分の凸面と第3レンズ成分の凹面とを高精度に形成して接合状態にすることができる。 According to this, when the second lens component and the third lens component are joined to each other, each is formed by a glass lens, so that the convex surface of the second lens component and the concave surface of the third lens component can be easily made with high accuracy. To form a bonded state.
また、第6の発明は、前記第3乃至5のいずれかの発明において、前記第2レンズ成分のアッベ数が第3レンズ成分のアッベ数より大きいとする。 According to a sixth aspect, in any one of the third to fifth aspects, the Abbe number of the second lens component is greater than the Abbe number of the third lens component.
これによると、第2レンズ成分及び第3レンズ成分からなる複合レンズを同じ焦点距離で設計した場合に、色収差の出やすい凸レンズである第2レンズ成分のアッベ数を相対的に大きくすることにより、色収差を抑えることができる。 According to this, when the compound lens composed of the second lens component and the third lens component is designed with the same focal length, by relatively increasing the Abbe number of the second lens component, which is a convex lens that tends to cause chromatic aberration, Chromatic aberration can be suppressed.
また、第7の発明は、前記第1乃至6のいずれかの発明において、赤色、緑色および青色の各色レーザ光を出射する各レーザ光源装置と、レーザ光を変調する光変調器と、前記各レーザ光源装置から出射される前記各色レーザ光を同一光路にして前記光変調器に入射するための光学系とを有し、前記投射レンズは、前記光変調器で変調されて出射される変調出射光を外部に出射する光軸上に配置されている構成とする。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, each laser light source device that emits red, green, and blue laser light, an optical modulator that modulates the laser light, and each of the above An optical system for making each color laser beam emitted from a laser light source device enter the optical modulator along the same optical path, and the projection lens is modulated by the optical modulator and emitted. It is set as the structure arrange | positioned on the optical axis which radiate | emits incident light outside.
これによると、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が高い位置に配置されるレンズ成分をガラスレンズにして、大きな耐光性(特に青色レーザ光の耐光性)を確保することができる。また、少なくとも最外部のレンズ成分のところでは、レーザ光源装置から出射される光のエネルギ密度が相対的に低いため、複雑な形状にすることが困難なガラスレンズではなく、複雑な形状に形成可能なプラスチックレンズを投射レンズの最外レンズ成分に用いることができ、その用に構成された投射レンズを用いて、高解像度化かつ高輝度化し、さらに長焦点距離化を可能としてコンパクト化が可能な画像表示装置を実現し得る。 According to this, the lens component arranged at a position where the energy density of the light emitted from the laser light source device is high can be used as the glass lens, and a large light resistance (particularly, the light resistance of blue laser light) can be ensured. Also, at least at the outermost lens component, the energy density of the light emitted from the laser light source device is relatively low, so it can be formed into a complicated shape rather than a glass lens that is difficult to make into a complicated shape. Plastic lens can be used as the outermost lens component of the projection lens, and the projection lens configured for it can be used to achieve high resolution and high brightness, and can be made compact with a longer focal length. An image display device can be realized.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による画像表示装置1を携帯型情報処理装置2に内蔵した例を示す斜視図である。携帯型情報処理装置(例えばノートパソコン)2は、CPUやメモリなどが実装された制御基板(図示せず)などが内蔵された本体部3と、液晶パネルを備えた表示部4とを有し、本体部3と表示部4とがヒンジ部5で連結され、本体部3と表示部4とを重ね合わせた折りたたみ状態として携帯性を高めるようにしている。
FIG. 1 is a perspective view showing an example in which an
本体部3の筐体8の上面8aには、キーボード6およびタッチパッド7が設けられている。また、本体部3の筐体8におけるキーボード6の裏面側には、光ディスク装置などの周辺機器が取り替え可能に収容される収容スペース、いわゆるドライブベイが形成されており、このドライブベイに画像表示装置1が取り付けられている。
A keyboard 6 and a touch pad 7 are provided on the
画像表示装置1は、筐体11と、筐体11に対して出し入れ可能に設けられた可動体12と、を有している。可動体12は、レーザ光による映像ImをスクリーンSに投写するための光学部品が収容された光学エンジンユニット(第1のユニット)13と、この光学エンジンユニット13内の光学部品を制御するための基板などが収容された制御ユニット(第2のユニット)14とで構成されている。
The
図2は、光学エンジンユニット13に内蔵される光学エンジン部15の概略構成図である。この光学エンジン部15は、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置22と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置23と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置24と、映像信号に応じて各レーザ光源装置22〜24からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の光変調器25と、各レーザ光源装置22〜24からのレーザ光を反射させて光変調器25に照射させるとともに光変調器25から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ26と、各レーザ光源装置22〜24から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ26に導くリレー光学系27と、偏光ビームスプリッタ26を透過した変調レーザ光による映像ImをスクリーンSに投射する投射レンズ(投射光学系)28と、を備えている。なお、各レーザ光源装置22〜24は半導体レーザを用いたものであってよい。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
この光学エンジン部15は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置22〜24から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が視覚の残像効果によってカラー画像として認識される。
The
リレー光学系27は、各レーザ光源装置22〜24から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ31〜33と、コリメータレンズ31〜33を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第1および第2のダイクロイックミラー34,35と、ダイクロイックミラー34,35により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板36と、拡散板36を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ37と、を備えている。
The relay
投射レンズ28からスクリーンSに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置24から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置22および赤色レーザ光源装置23から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、2つのダイクロイックミラー34,35で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第1のダイクロイックミラー34で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第2のダイクロイックミラー35で同一の光路に導かれる。
Assuming that the side from which the laser light is emitted from the
第1および第2のダイクロイックミラー34,35は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第1のダイクロイックミラー34は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第2のダイクロイックミラー35は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。
The first and second
これらの各光学部材は、筐体41に支持されている。この筐体41は、各レーザ光源装置22〜24で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。
Each of these optical members is supported by the
緑色レーザ光源装置22は、側方に向けて突出した状態で筐体41に形成された取付部42に取り付けられている。この取付部42は、リレー光学系27の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部43と側壁部44とが交わる角部から側壁部44に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置23は、ホルダ45に保持された状態で側壁部44の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置24は、ホルダ46に保持された状態で前壁部43の外面側に取り付けられている。
The green laser
赤色レーザ光源装置23および青色レーザ光源装置24は、いわゆるCANパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置23および青色レーザ光源装置24は、ホルダ45,46に開設された取付孔47,48に圧入するなどしてホルダ45,46に対して固定される。青色レーザ光源装置24および赤色レーザ光源装置23のレーザチップの発熱は、ホルダ45,46を介して筐体41に伝達されて放熱され、各ホルダ45,46は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。
The red laser
緑色レーザ光源装置22は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ51と、半導体レーザ51から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるFAC(Fast-Axis Collimator)レンズ52およびロッドレンズ53と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光(赤外レーザ光)を出力する固体レーザ素子54と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光(緑色レーザ光)を出力する波長変換素子55と、固体レーザ素子54とともに共振器を構成する凹面ミラー56と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー57と、各部を支持する基台58と、各部を覆うカバー体59と、を備えている。
The green laser
この緑色レーザ光源装置22は、基台58を筐体41の取付部42に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置22と筐体41の側壁部44との間に所要の幅(例えば0.5mm以下)の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置22の熱が赤色レーザ光源装置23に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置23の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置23を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置23の所要の光軸調整代(例えば0.3mm程度)を確保するため、緑色レーザ光源装置22と赤色レーザ光源装置23との間に所要の幅(例えば0.3mm以上)の間隙が設けられている。
The green laser
図3は、緑色レーザ光源装置22におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ51のレーザチップ61は、波長808nmの励起用レーザ光を出力する。FACレンズ52は、レーザ光のファースト軸(光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向)の拡がりを低減する。ロッドレンズ53は、レーザ光のスロー軸(図の紙面に対して直交する方向)の拡がりを低減する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of laser light in the green laser
固体レーザ素子54は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ53を通過した波長808nmの励起用レーザ光により励起されて波長1064nmの基本波長レーザ光(赤外レーザ光)を出力する。この固体レーザ素子54は、Y(イットリウム)VO4(バナデート)からなる無機光学活性物質(結晶)にNd(ネオジウム)をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるYVO4のYに蛍光を発する元素であるNd+3に置換してドーピングしたものである。
The solid-
固体レーザ素子54におけるロッドレンズ53に対向する側には、波長808nmの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長1064nmの基本波長レーザ光および波長532nmの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜62が形成されている。固体レーザ素子54における波長変換素子55に対向する側には、波長1064nmの基本波長レーザ光および波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜63が形成されている。
On the side of the solid-
波長変換素子55は、いわゆるSHG(Second Harmonics Generation)素子であり、固体レーザ素子54から出力される波長1064nmの基本波長レーザ光(赤外レーザ光)の波長を変換して波長532nmの半波長レーザ光(緑色レーザ光)を生成する。
The
波長変換素子55における固体レーザ素子54に対向する側には、波長1064nmの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長532nmの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜64が形成されている。波長変換素子55における凹面ミラー56に対向する側には、波長1064nmの基本波長レーザ光および波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜65が形成されている。
On the side of the
凹面ミラー56は、波長変換素子55に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長1064nmの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長532nmの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜66が形成されている。これにより、固体レーザ素子54の膜62と凹面ミラー56の膜66との間で、波長1064nmの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
The
波長変換素子55では、固体レーザ素子54から入射した波長1064nmの基本波長レーザ光の一部が波長532nmの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子55を通過した波長1064nmの基本波長レーザ光は、凹面ミラー56で反射されて波長変換素子55に再度入射し、波長532nmの半波長レーザ光に変換される。この波長532nmの半波長レーザ光は、波長変換素子55の膜64で反射されて波長変換素子55から出射される。
In the
ここで、固体レーザ素子54から波長変換素子55に入射して波長変換素子55で波長変換されて波長変換素子55から出射されるレーザ光のビームB1と、凹面ミラー56で一旦反射されて波長変換素子55に入射して膜64で反射されて波長変換素子55から出射されるレーザ光のビームB2とが互いに重なり合う状態では、波長532nmの半波長レーザ光と波長1064nmの基本波長レーザ光とが干渉を起こして出力が低下する。
Here, the laser beam B1 incident on the
そこでここでは、波長変換素子55を光軸方向に対して傾斜させて、入射面および出射面での屈折作用により、レーザ光のビームB1、B2が互いに重なり合わないようにして、波長532nmの半波長レーザ光と波長1064nmの基本波長レーザ光との干渉を防ぐようにしており、これにより出力低下を避けることができる。
Therefore, here, the
なお、図2に示したガラスカバー57には、波長808nmの励起用レーザ光および波長1064nmの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。
The
また、可動体12を構成する光学エンジンユニット13および制御ユニット14の各筐体は、高さ方向の寸法が短い扁平な箱形状をなしている。光学エンジンユニット13および制御ユニット14の各筐体の両側縁には、筐体11内に設けられたガイドレールに沿ってスライドするスライダが設けられており(図示省略)、使用者による押し引き操作で、矢印Aで示すように、筐体11に対して可動体12が出し入れされる。そして、光学エンジンユニット13におけるヒンジ部73と相反する側の端部には出射窓74が設けられており、この出射窓74から光学エンジン部15の投射レンズ28(図2参照)を通過したレーザ光が出射される。
Each housing of the
次に、図4を参照して、本発明が適用された投射レンズ28の第1実施形態を示す各レンズ成分の具体的構成を説明する。なお、各レンズ成分は断面図で示されているが、見易さからハッチングを省略している。また、図4における右側の偏光ビームスプリッタ26から出射される変調出射光が、投射レンズ28を介して図の左側に配設されているスクリーンSに向けて投射される。
Next, with reference to FIG. 4, a specific configuration of each lens component showing the first embodiment of the
投射レンズ28は、投射側(図4の左側)の第1共役点側から順に、第1レンズ(第1レンズ成分)L1,第2レンズ(第2レンズ成分)L2,第3レンズ(第3レンズ成分)L3,第4レンズ(第4レンズ成分)L4が同軸に配置されている。第1,第4レンズL1,L4は合成樹脂材で形成されたプラスチックレンズであり、第2,第3レンズL2,L3はガラス材質で形成されたガラスレンズである。なお、図示例では光変調器25からの変調出射光の光軸上に同軸に投射レンズ28が配置されているが、投射レンズ28の光軸上に反射鏡を配置しかつその側方に光変調器25を配置して、光変調器25からの変調出射光の向きを変えるようにしてもよい。その場合には、光変調器25から出射されかつ反射鏡により向きを換えられた変調出射光の光軸上に同軸に投射レンズ28が配置される。
The
また、第1レンズL1は、その中央部が投射側に突出した擬似的な凹メニスカス形状に形成されかつ負の屈折力を有する。第2レンズL2は両凸形状の球面レンズであり、第3レンズL3は両凹形状の球面レンズである。第4レンズL4は、擬似的な両凸形状に形成されかつ正の屈折力を有する。 The first lens L1 is formed in a pseudo concave meniscus shape whose central portion protrudes toward the projection side and has negative refractive power. The second lens L2 is a biconvex spherical lens, and the third lens L3 is a biconcave spherical lens. The fourth lens L4 is formed in a pseudo biconvex shape and has a positive refractive power.
図5に示す表1に、図4におけるレンズの各諸元を示す。表1のレンズデータを設定する条件としては、F値が2.8、焦点距離が7.3mm、光変調器25の像高が2.794mm、スクリーンS上の投影映像Imの物体高が385.064mm、第1レンズL1のスクリーンS側のレンズ面の中心とスクリーンSとの間の距離が1000mmとする。なお、像高は、図6に示されるように光変調器25の矩形の照射面の中心Pcから角部Peに向かう対角線上の像の高さHであり、上記数値はその最大値であり、物体高は同様にスクリーンS上の矩形の投影面(Im)の中心Pcから角部Peに向かう対角線上の像の高さHであり、上記数値はその最大値である。また、各色レーザ光の重みづけは、青色レーザ光と赤色レーザ光とを1として、それに対して緑色レーザ光を2としている。
Table 1 shown in FIG. 5 shows the specifications of the lens in FIG. The conditions for setting the lens data in Table 1 are as follows: the F value is 2.8, the focal length is 7.3 mm, the image height of the
表1における面番号は図4に示されるf2〜f11に対応し、投射側からのレンズ面の順序(f1はスクリーンSに対応し、f12は光変調器25に対応)に対応し、STOは絞りを示す。なお、絞りSTOは主光線が集光する位置に設けられている。また、面形状はレンズ面が球面であるか非球面であるかを、rは各レンズ面の曲率半径を、dは各光学面f(n)から次の光学面f(n+1)までの光軸上の距離を(nは1〜10)、ndはd線(波長587.6nm)に対する屈折率を、νdはd線を基準とするアッベ数を、Dは開口直径を、Coは非球面レンズのconic数をそれぞれ示す。なお、長さの単位は特に断らない限り「mm」である。 The surface numbers in Table 1 correspond to f2 to f11 shown in FIG. 4, correspond to the order of the lens surfaces from the projection side (f1 corresponds to the screen S, f12 corresponds to the light modulator 25), and STO is Indicates the aperture. The stop STO is provided at a position where the chief ray is condensed. The surface shape indicates whether the lens surface is spherical or aspherical, r is the radius of curvature of each lens surface, and d is from each optical surface f (n) to the next optical surface f (n + 1). (N is 1 to 10), nd is the refractive index with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm), νd is the Abbe number with respect to the d-line, D is the aperture diameter, and Co is The conic number of the aspheric lens is shown respectively. The unit of length is “mm” unless otherwise specified.
次に、非球面データを記す。非球面係数CEnの4次,6次,8次,10次,12次の各係数をそれぞれCE4,CE6,CE8,CE10,CE12で表す。 Next, aspheric data is described. The fourth-order, sixth-order, eighth-order, tenth-order, and twelfth-order coefficients of the aspheric coefficient CEn are represented by CE4, CE6, CE8, CE10, and CE12, respectively.
面番号f2では、
CE4=−0.00019292138
CE6=1.7519259e−5
CE8=−2.633344e−7
CE10=−2.8972131e−8
CE12=1.0282375e−9
である。
In face number f2,
CE4 = −0.00019292138
CE6 = 1.7519259e-5
CE8 = −2.6333344e−7
CE10 = −2.897131e−8
CE12 = 1.0282375e-9
It is.
面番号f3では、
CE4=0.00048703321
CE6=−0.00021337964
CE8=9.3720993e−6
CE10=2.0665982e−6
CE12=−3.532074e−7
である。
In surface number f3,
CE4 = 0.00048703321
CE6 = −0.00021337964
CE8 = 9.3720993e-6
CE10 = 2.6656592e-6
CE12 = −3.532074e−7
It is.
面番号f8では、
CE4=−0.0014457748
CE6=5.699218e−5
CE8=−9.9412743e−7
CE10=−4.3846295e−8
CE12=2.2483199e−9
である。
In surface number f8,
CE4 = −0.00144457748
CE6 = 5.699218e-5
CE8 = -9.94124343e-7
CE10 = -4.38446295e-8
CE12 = 2.2483199e-9
It is.
面番号f9では、
CE4=−6.1165958e−5
CE6=7.5395918e−6
CE8=−6.155347e−8
CE10=−6.908151e−9
CE12=6.0456066e−10
である。
In face number f9,
CE4 = −6.1165958e−5
CE6 = 7.5395918e-6
CE8 = −6.155347e−8
CE10 = −6.908151e−9
CE12 = 6.04556066e-10
It is.
この第1実施形態において、図4に示されるように、光軸Cを通る主光線と、最高画角の主光線が各レンズL1〜L4を通過する各ポイントとの距離R1〜R4を半径とする円の面積が、各レンズL1〜L4における照射範囲とすると、例えばW1のワット数のレーザ光が照射されたとして、各レンズL1〜L4のエネルギ密度E1〜E4は、nを1〜4として、En=W1/(π×Rn×Rn)となる。 In the first embodiment, as shown in FIG. 4, distances R1 to R4 between the principal ray passing through the optical axis C and the points where the principal ray having the highest field angle passes through the lenses L1 to L4 are defined as radii. Assuming that the area of the circle to be irradiated is the irradiation range of each of the lenses L1 to L4, for example, assuming that laser light having a wattage of W1 is irradiated, the energy densities E1 to E4 of the lenses L1 to L4 En = W1 / (π × Rn × Rn).
ここで、図4に示されるように各R1〜R4の大きさは、R4>R1>R3>R2である。したがって、第2レンズL2のエネルギ密度が最も高い。上記したように第2レンズL2はガラスレンズであり、エネルギ密度が高い位置に配置されているレンズ成分である第2レンズL2をガラスレンズとすることにより、第2レンズL2の大きな耐光性が確保される。 Here, as shown in FIG. 4, the sizes of R1 to R4 are R4> R1> R3> R2. Therefore, the energy density of the second lens L2 is the highest. As described above, the second lens L2 is a glass lens, and the second lens L2, which is a lens component arranged at a position where the energy density is high, is a glass lens, thereby ensuring a large light resistance of the second lens L2. Is done.
近年のプロジェクタにおいて、より明るい画像を投射するという要求に対応して光源の光量を大きくした場合にそれに伴ってエネルギ密度(光パワー密度)が高くなり、絞りSTO付近で光照射面積が絞られることによりエネルギ密度が高くなるのに加えて、プロジェクタ光学系において光源の共役の位置に絞りSTOが位置し、レーザ光源装置22〜24からのレーザ光の光量が集中する部分が絞りSTOの位置に現れる。
In recent projectors, when the amount of light from the light source is increased in response to a request to project a brighter image, the energy density (light power density) increases accordingly, and the light irradiation area is reduced in the vicinity of the stop STO. In addition to an increase in energy density, the stop STO is located at a conjugate position of the light source in the projector optical system, and a portion where the amount of laser light from the laser
青色レーザ光の場合、ファーフィールドパターンとしてガウス分布により絞りSTO位置での中央部のエネルギ密度すなわち投射レンズ28での主光線部分のエネルギ密度が大きくなってしまう。このような場合、絞りSTOの付近にプラスチックレンズが配置されていると、そのレンズ中央部のエネルギ密度が大きくなってしまい、レンズの樹脂の光劣化を加速させることになる。光劣化により樹脂の黄変色などの透過率が低下あるいは樹脂自体が焦げ付きが生じると、レンズとしての機能が大きく低下してしまう。
In the case of blue laser light, the energy density of the central portion at the stop STO position, that is, the energy density of the principal ray portion at the
それに対して、絞りSTO付近から大きく離れた位置のレンズでは主光線が大きく広がるためレーザ光の光量分布が広げられ、より均一に近い光量分布となり、レンズに入射するエネルギ密度が小さくなるという利点がある。本発明では、そのような位置に各プラスチックレンズからなる第1,第4レンズL1,L4を配置しており、それら第1,第4レンズL1,L4の樹脂材の劣化が抑制される。なお、光源は半導体レーザに限るものではなく、LED(発光ダイオード)OLED(有機EL)など、光変調器25を照明させる機能を有する光源であればなんでもよい。
On the other hand, in the lens at a position far away from the vicinity of the stop STO, the chief ray spreads greatly, so that the light quantity distribution of the laser light is widened, and the light quantity distribution becomes more uniform, and the energy density incident on the lens is reduced. is there. In the present invention, the first and fourth lenses L1 and L4 made of the respective plastic lenses are arranged at such positions, and deterioration of the resin material of the first and fourth lenses L1 and L4 is suppressed. The light source is not limited to the semiconductor laser, and any light source having a function of illuminating the
また、樹脂材の劣化に大きく影響する青色レーザ光に対しては限られた樹脂材のみがレンズ材料として使用可能である。しかしながら、そのレンズ材料で加工したレンズでは屈折率およびアッベ数(分散)の組合せに制限が生じ、色収差を低減するためのレンズいわゆる色消しレンズを目的とするレンズを得ることができない。さらに、将来的に光源の光量を増大していく要求が考えられる。 In addition, only a limited resin material can be used as a lens material for blue laser light that greatly affects the deterioration of the resin material. However, in a lens processed with the lens material, a combination of the refractive index and the Abbe number (dispersion) is limited, and a lens intended for a so-called achromatic lens for reducing chromatic aberration cannot be obtained. In addition, there may be a demand to increase the light quantity of the light source in the future.
そのため、色消しレンズをガラスレンズで構成することは有効である。また、このガラスで構成された色消しレンズはプラスチックレンズのように光耐性を気にしないで使用できるため、投射レンズ28の絞りSTOに近い位置(エネルギ密度が大きい)に配置することが可能である。本発明では上記したように絞りSTOに近い位置にガラスレンズからなる第3レンズL3を配置しかつもう1枚のガラスレンズからなる第4レンズL4を用いて2枚組み構成の色消しレンズを設けている。
Therefore, it is effective to configure the achromatic lens with a glass lens. In addition, since the achromatic lens made of glass can be used without worrying about light resistance like a plastic lens, it can be arranged at a position close to the stop STO (high energy density) of the
次に、上記第1実施形態における投射レンズ28の各収差について説明する。
Next, each aberration of the
先ず、図7に球面収差を示す。図において、縦軸が像高Hの位置を示し、横軸がずれの大きさであり、球面収差無しを0として、実線が青色レーザ光であり、二点鎖線が緑色レーザ光であり、破線が赤色レーザ光である。これら図の説明は他の同様の図でも同じであり、その説明を省略する。図7の球面収差は、各色の各波長における像高の関数として表している。 First, FIG. 7 shows spherical aberration. In the figure, the vertical axis indicates the position of the image height H, the horizontal axis indicates the magnitude of deviation, the spherical aberration is 0, the solid line is blue laser light, the two-dot chain line is green laser light, and the broken line Is red laser light. The description of these figures is the same for other similar figures, and the description thereof is omitted. The spherical aberration in FIG. 7 is expressed as a function of image height at each wavelength of each color.
図8は像面湾曲および非点収差を示す図である。図における左側の各曲線がサジタルデータ(図のSd)であり、右側の各曲線がタンジェンシャルデータTdであり、S−Tが非点収差となる。図では、像面から近軸像面までの距離を視野座標の関数として表している。 FIG. 8 is a diagram showing field curvature and astigmatism. Each curve on the left side in the figure is sagittal data (Sd in the figure), each curve on the right side is tangential data Td, and ST is astigmatism. In the figure, the distance from the image plane to the paraxial image plane is expressed as a function of field coordinates.
また、図9は歪曲収差を示す図である。図では横軸に歪曲の大きさDyを百分率で表している。歪曲の大きさDyは、実際の主光線の高さをYcとし、基準光線の高さをYrとすると、次式となる。
Dy=100×(Yc−Yr)/Yr
FIG. 9 is a diagram showing distortion aberration. In the figure, the horizontal axis represents the distortion magnitude Dy as a percentage. The distortion magnitude Dy is given by the following equation, where Yc is the actual principal ray height and Yr is the reference ray height.
Dy = 100 × (Yc−Yr) / Yr
図10は倍率色収差を示す図である。図では、倍率色収差を視野の関数として表し、緑色レーザ光を基準(ずれが0)にした場合の青色,赤色レーザ光の各倍率色収差を示している。 FIG. 10 is a diagram showing lateral chromatic aberration. In the figure, the chromatic aberration of magnification is expressed as a function of the field of view, and the chromatic aberration of magnification of the blue and red laser beams when the green laser beam is used as a reference (the deviation is 0) is shown.
図11はコマ収差を示す横収差図である。図では、中心は主光線を表し、横軸が入射瞳座標(最大±20μm)、縦軸が各入射瞳座標における横収差の値を示す。横収差は、光線の収差を瞳関数として表わしている。また、図11の(a),(b),(c),(d)はそれぞれ図6の各ポイントP1(中心),P2(中心を通る縦軸上の像高最高位置),P3(中心を通る横軸上の像高最高位置),P4(角部)に対応している。なお、具体的には、P1を0mmとすると、各像高は、P2=1.44mm、P3=2.4mm、P4=2.794mmである。 FIG. 11 is a lateral aberration diagram showing coma aberration. In the figure, the center represents the chief ray, the horizontal axis represents the entrance pupil coordinates (maximum ± 20 μm), and the vertical axis represents the lateral aberration value at each entrance pupil coordinate. Lateral aberration represents the aberration of light as a pupil function. Also, (a), (b), (c), and (d) in FIG. 11 are points P1 (center), P2 (maximum image height position on the vertical axis passing through the center), P3 (center), respectively. , The maximum image height on the horizontal axis passing through), and P4 (corner). Specifically, assuming that P1 is 0 mm, the image heights are P2 = 1.44 mm, P3 = 2.4 mm, and P4 = 2.794 mm.
このようにして構成された投射レンズ28によれば、図7〜11に示されるように各収差が小さく、小型プロジェクタに何等問題なく適用し得る。
According to the
なお、投射レンズ28を全てプラスチックレンズとすることにより、最小枚数のレンズ構成が可能となるが、上記したようにプラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題がある。さらに、青色レーザ光に対する耐光性を有する材質のものは少なく、採用するとレンズのコストが高騰化する。したがって、プラスチックレンズのみで小型プロジェクタの投射レンズを構成した場合には、高解像度化、高輝度化、かつ長焦点距離を実現実現することは困難である。また、長所点距離での収差低減には色収差低減が必要であり、少なすぎるレンズ枚数では十分な色収差を取ることが困難である。
Although the
それに対して本願発明では、上記したように両外側の第1,第4レンズL1,L4をプラスチックレンズとし、それらに挟まれた中間の第2,第3レンズL2,L3をガラスレンズとしてプラスチックレンズの上記問題点を解消し、4枚のレンズ(L1〜L4)というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成できた。 On the other hand, in the present invention, as described above, the first and fourth lenses L1 and L4 on the outer sides are plastic lenses, and the intermediate second and third lenses L2 and L3 sandwiched between them are glass lenses. The above-mentioned problems were solved, and a configuration with a small number of lenses, ie, four lenses (L1 to L4), which is almost the minimum, was achieved.
また、ガラスレンズからなる第2,第3レンズL2,L3を、互いに隣接する各レンズ面(f6)の曲率を同一として互いに密着状態に接合された複合レンズとして構成し、かつ全体として正の屈折力としている。これにより、第1レンズL1と第2レンズL2との間に位置する絞りSTOの位置をガラスレンズからなる第2レンズL2に近づけることができ、プラスチックレンズからなる第1レンズL1に対するエネルギ密度をより一層低減し得る。 Further, the second and third lenses L2 and L3 made of glass lenses are configured as compound lenses which are joined in close contact with each other with the same curvature of the lens surfaces (f6) adjacent to each other, and are positively refracted as a whole. It is power. Thereby, the position of the stop STO located between the first lens L1 and the second lens L2 can be brought closer to the second lens L2 made of a glass lens, and the energy density with respect to the first lens L1 made of a plastic lens can be further increased. It can be further reduced.
また、プラスチックレンズのような樹脂レンズでは屈折率とアッベ数のバリエーションが少ないという問題があるが、それに対してもガラスレンズからなる第2,第3レンズL2,L3で対応している。また、絞りSTOに近い方の第2レンズL2のアッベ数が遠い方の第3レンズL3のアッベ数よりも大きくしている。これにより、上記と同様に絞りSTOの位置を第2レンズL2に近づける効果に加えて、異なるアッベ数の組合せにより色収差を好適に低減できる。 Further, a resin lens such as a plastic lens has a problem that there are few variations in the refractive index and the Abbe number, but this is also addressed by the second and third lenses L2 and L3 made of glass lenses. Further, the Abbe number of the second lens L2 closer to the stop STO is made larger than the Abbe number of the third lens L3 farther. Accordingly, in addition to the effect of bringing the position of the stop STO closer to the second lens L2 as described above, chromatic aberration can be suitably reduced by combining different Abbe numbers.
そして、両外側の第1,第4レンズL1,L4をプラスチックレンズとしていることから、そのレンズ形状を容易に自由な形状にすることができる。投射側の第1レンズL1を非球面レンズにして広い視野を確保すると共に、相反する最外側の第4レンズL4も球面レンズとしてテレセントリックで長バックフォーカスを確保するように、第1および第4レンズL1,L4を容易に加工することができる。このようにして、上記したように4枚のレンズ(L1〜L4)というほぼ最少となる少ないレンズ枚数で構成することができる。 Since the first and fourth lenses L1 and L4 on the outer sides are plastic lenses, the lens shape can be easily changed into a free shape. The first and fourth lenses are designed so that the first lens L1 on the projection side is an aspherical lens to ensure a wide field of view, and the opposite outermost fourth lens L4 is also a spherical lens that is telecentric and ensures a long back focus. L1 and L4 can be easily processed. In this way, as described above, it is possible to configure with a small number of lenses, which is the minimum of four lenses (L1 to L4).
また、このような投射レンズ28の構成により、光学エンジンユニット13の厚さをノートパソコン2の筐体内に収めることができるように6.9mm以内にすることができる。ノートパソコン2のドライブベイは一般的に9.5mmの高さであり、その9.5mmの高さのドライブベイ内に収めるためには、光学系の厚さを6.9mm以下にすることで対応し得る。上記したようにプラスチックレンズからなる第1,第4レンズL1,L4に非球面レンズを用いることにより、枚数を低減すると共に光軸方向長さを短くすることができ、例えば光変調器25が0.22インチのサイズのものであった場合でも十分対応できる。また、第1レンズL1の第1共役点側(投射側)の面から光変調器25までの距離である全光学長も40mm以下にすることができ、上記ノートパソコン2の筐体内に収めることに支障を来すことがない。
Further, with the configuration of the
また、樹脂材により構成される第1および第4レンズL1,L4のレンズ成分としては、シクロオレフィンポリマーまたはシクロオレフィンコポリマーにより構成されるとよい。これにより、プラスチックレンズからなる第1および第4レンズL1,L4のレンズ成分の耐光性(特に青色レーザ光の耐光性)をさらに高めることができる。 The lens components of the first and fourth lenses L1 and L4 made of a resin material may be made of a cycloolefin polymer or a cycloolefin copolymer. Thereby, the light resistance (especially light resistance of blue laser light) of the lens components of the first and fourth lenses L1 and L4 made of plastic lenses can be further enhanced.
投射レンズ28の各レンズ成分のレンズデータとしては上記実施形態に限られるものではなく、他の例としての第2実施形態を、図12〜18を参照して以下に述べる。なお、図12,13は図4,5にそれぞれ対応し、図14〜18は図7〜11にそれぞれ対応し、上記第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
The lens data of each lens component of the
この第2実施形態では、図12に示されるように、第3レンズL3の投射側とは相反する側(光変調器25側)のレンズ面f7が凸状の球面レンズとして形成されている。また、図13に示す表2のレンズデータを設定する条件としては、F値が2.8、焦点距離が9.8mm、光変調器25の像高が3.556mm、スクリーンS上の投影映像の物体高が365.170mm、第1レンズL1のスクリーンS側のレンズ面の中心とスクリーンSとの間の距離が1000mmとする。なお、像高,物体高は図6で説明したものと同じであり、各色レーザ光の重み付けも上記第1実施形態と同じである。
In the second embodiment, as shown in FIG. 12, the lens surface f7 on the side (
次に、上記第1実施形態と同じようにして非球面データを記す。 Next, aspherical data is described in the same manner as in the first embodiment.
面番号f2では、
CE4=−7.86074481e−5
CE6=5.0989131e−6
CE8=−1.1819951e−8
CE10=−3.448836e−9
CE12=1.8820266e−11
である。
In face number f2,
CE4 = −7.86074481e−5
CE6 = 5.0989131e-6
CE8 = −1.1181951e−8
CE10 = -3.448836e-9
CE12 = 1.88020266e-11
It is.
面番号f3では、
CE4=−0.00047448961
CE6=6.3768493e−5
CE8=9.0982912e−9
CE10=−8.28291e−7
CE12=3.8041695e−10
である。
In surface number f3,
CE4 = −0.000474448961
CE6 = 6.3768493e-5
CE8 = 9.0982912e-9
CE10 = −8.28291e−7
CE12 = 3.804695e-10
It is.
面番号f8では、
CE4=−0.00062894509
CE6=2.6315444e−5
CE8=−9.0014583e−7
CE10=1.5167082e−8
CE12=−1.2901779e−10
である。
In surface number f8,
CE4 = -0.00062894509
CE6 = 2.6315444e-5
CE8 = -9.0014583e-7
CE10 = 1.51677082e-8
CE12 = -1.1901779e-10
It is.
面番号f9では、
CE4=0.00019208273
CE6=−5.8501995e−7
CE8=1.2441806e−7
CE10=−5.0888151e−9
CE12=−1.6961643e−11
である。
In face number f9,
CE4 = 0.00019208273
CE6 = −5.8501995e−7
CE8 = 1.2441806e-7
CE10 = −5.088881e−9
CE12 = −1.6966643e−11
It is.
この第2実施形態においても、図14〜18に示されるように各収差は何等問題ない範囲に収まっている。なお、図18(a)の像高(P1)は0mmであり、(b)の像高(P2)は1.743mmであり、(c)の像高(P3)は3.099mmであり、(d)の像高(P4)は3.556mmである。 Also in the second embodiment, as shown in FIGS. 14 to 18, each aberration is within a range where there is no problem. The image height (P1) in FIG. 18A is 0 mm, the image height (P2) in (b) is 1.743 mm, and the image height (P3) in (c) is 3.099 mm. The image height (P4) of (d) is 3.556 mm.
また、第3実施形態を、図19〜25を参照して以下に述べる。なお、図19,20は図4,5にそれぞれ対応し、図21〜25は図7〜11にそれぞれ対応し、上記第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。 The third embodiment will be described below with reference to FIGS. 19 and 20 correspond to FIGS. 4 and 5, respectively, FIGS. 21 to 25 correspond to FIGS. 7 to 11, and parts similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed. Description is omitted.
この第3実施形態では、図19に示されるように、第2実施形態に対して、第2レンズL2の投射側(スクリーンS側)のレンズ面f5が凹状の球面レンズとして形成されている。また、図20に示す表3のレンズデータを設定する条件としては、F値が2.8、焦点距離が9.8mm、光変調器25の像高が3.564mm、スクリーンS上の投影映像の物体高が369.13mm、第1レンズL1のスクリーンS側のレンズ面の中心とスクリーンSとの間の距離が1000mmとする。なお、像高,物体高は図6で説明したものと同じであり、各色レーザ光の重み付けも上記第1実施形態と同じである。
In the third embodiment, as shown in FIG. 19, the lens surface f5 on the projection side (screen S side) of the second lens L2 is formed as a concave spherical lens as compared with the second embodiment. The conditions for setting the lens data in Table 3 shown in FIG. 20 are as follows: F value is 2.8, focal length is 9.8 mm, image height of the
次に、上記第1実施形態と同じようにして非球面データを記す。 Next, aspherical data is described in the same manner as in the first embodiment.
面番号f2では、
CE4=6.843509e−5
CE6=3.1766495e−6
CE8=7.2233378e−8
CE10=−7.3650241e−9
CE12=5.2732706e−10
である。
In face number f2,
CE4 = 6.843509e-5
CE6 = 3.1766495e-6
CE8 = 7.2233378e-8
CE10 = −7.3650241e−9
CE12 = 5.273706e-10
It is.
面番号f3では、
CE4=0.00037286867
CE6=2.063769e−5
CE8=−5.3742222e−7
CE10=1.4666301e−8
CE12=−7.8445372e−10
である。
In surface number f3,
CE4 = 0.00037286867
CE6 = 2.063769e-5
CE8 = −5.374222e−7
CE10 = 1.4666301e-8
CE12 = −7.8445372e−10
It is.
面番号f8では、
CE4=−1.2843437e−5
CE6=1.8851824e−6
CE8=6.8991401e−8
CE10=3.1354425e−9
CE12=−1.5749645e−10
である。
In surface number f8,
CE4 = -1.2843437e-5
CE6 = 1.85851824e-6
CE8 = 6.8899401e-8
CE10 = 3.1354425e-9
CE12 = −1.5794645e−10
It is.
面番号f9では、
CE4=0.00089271739
CE6=−8.5790227e−6
CE8=2.2007841e−7
CE10=1.7873333e−9
CE12=−2.0959156e−10
である。
In face number f9,
CE4 = 0.00089271737
CE6 = −8.5790227e−6
CE8 = 2.2007841e-7
CE10 = 1.78773333e-9
CE12 = −2.0959156e−10
It is.
この第3実施形態においても、図21〜25に示されるように各収差は何等問題ない範囲に収まっている。なお、図25(a)の像高(P1)は0mmであり、(b)の像高(P2)は1.743mmであり、(c)の像高(P3)は3.099mmであり、(d)の像高(P4)は3.556mmである。 Also in the third embodiment, as shown in FIGS. 21 to 25, each aberration is within a range where there is no problem. The image height (P1) in FIG. 25 (a) is 0 mm, the image height (P2) in (b) is 1.743 mm, and the image height (P3) in (c) is 3.099 mm. The image height (P4) of (d) is 3.556 mm.
さらに、第1実施形態に対して、設計条件として、光変調器25のサイズを0.22インチから0.28インチとし、偏光ビームスプリッタ26の硝材を第1実施形態ではBSC7(日本光学硝子工業会指定のクラウンガラス)としているのに対してSF57HHT(SCHOTT製)とした。
Furthermore, as a design condition for the first embodiment, the size of the
これにより、MTF(変調伝達関数)は、第1実施形態の83lp/mm(軸外40%、軸上50%)に対して、100lp/mm(軸外40%、軸上50%)となり、解像度が向上した。また、第1レンズL1の厚さ(光軸上の厚さ)が4.2mmから3.1mmと薄くすることができたため、レンズ製造時の冷却時間を短縮でき、製造コストを低減し得る。また、第4レンズL4のコバ厚は0.5mmから1mmとなり、プラスチックレンズの成形性を向上し得る。そして、投射レンズ28の全光学長が30mmから27mmになり、小型化を促進することができる。
As a result, the MTF (modulation transfer function) is 100 lp / mm (40% off-axis, 50% on-axis) with respect to 83 lp / mm (40% off-axis, 50% on-axis) of the first embodiment. Improved resolution. In addition, since the thickness of the first lens L1 (thickness on the optical axis) can be reduced from 4.2 mm to 3.1 mm, the cooling time at the time of manufacturing the lens can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced. Further, the edge thickness of the fourth lens L4 is changed from 0.5 mm to 1 mm, and the moldability of the plastic lens can be improved. Then, the total optical length of the
なお、上記各実施形態では、4枚のレンズ構成した例について示したが、本発明は3枚以上の構成であればよい。3枚とする場合には第2,第3レンズL2,L3を1枚のガラスレンズとすることで可能であり、解像度や輝度が上記各実施形態に比べて低下し、焦点距離も短くなるが、そのような仕様で対応可能な場合には適用可能である。 In each of the above embodiments, an example in which four lenses are configured has been described. However, the present invention only needs to have three or more configurations. In the case of using three lenses, the second and third lenses L2 and L3 can be made as a single glass lens, and the resolution and luminance are lower than those in the above embodiments, and the focal length is also shortened. It can be applied when such specifications can be used.
以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to such embodiments so that those skilled in the art can easily understand, and departs from the spirit of the present invention. It is possible to change appropriately within the range not to be.
本発明にかかる投射レンズおよびそれを備えた画像表示装置は、コンパクトな構成で、高解像度化かつ高輝度化し、さらに長焦点距離化を可能とし、小型プロジェクタ等として有用である。 The projection lens according to the present invention and the image display device including the projection lens are useful as a compact projector or the like because they have a compact configuration, can achieve high resolution and high brightness, and can have a long focal length.
1 画像表示装置
25 光変調器
22 緑色レーザ光源装置
23 赤色レーザ光源装置
24 青色レーザ光源装置
28 投射レンズ
L1 第1レンズ(レンズ成分)
L2 第2レンズ(レンズ成分)
L3 第3レンズ(レンズ成分)
L3 第4レンズ(レンズ成分)
STO 絞り
DESCRIPTION OF
L2 Second lens (lens component)
L3 Third lens (lens component)
L3 4th lens (lens component)
STO aperture
Claims (7)
前記投射レンズの共役点に面する両外側に配置された各外側レンズ成分はプラスチックレンズであり、
前記投射レンズの絞り位置が各前記外側レンズ成分間にあり、
前記投射レンズの前記外側レンズ成分以外のレンズ成分で少なくとも前記絞り位置に最も近いものがガラスレンズであることを特徴とする投射レンズ。 A projection lens comprising at least three or more lens components and telecentric to the light modulator,
Each outer lens component disposed on both outer sides facing the conjugate point of the projection lens is a plastic lens,
The aperture position of the projection lens is between each of the outer lens components;
A projection lens, wherein at least the lens component other than the outer lens component of the projection lens that is closest to the aperture position is a glass lens.
前記第1レンズ成分と前記第2レンズ成分との間に絞り位置を有し、
前記第1レンズ成分は、そのレンズ面の中央部が前記投射側に突出した擬似的な凹メニスカス形状かつ負の屈折力を有するプラスチックレンズであり、
前記第4レンズ成分は、擬似的な両凸形状かつ正の屈折力を有するプラスチックレンズであり、
前記第2レンズ成分および前記第3レンズ成分がガラスレンズであることを特徴とする投射レンズ。 A projection lens comprising a first lens component, a second lens component, a third lens component, and a fourth lens component arranged in order from the projection side, and made object side telecentric,
A diaphragm position between the first lens component and the second lens component;
The first lens component is a plastic lens having a pseudo concave meniscus shape and a negative refractive power in which a central portion of the lens surface protrudes toward the projection side,
The fourth lens component is a plastic lens having a pseudo biconvex shape and positive refractive power,
The projection lens, wherein the second lens component and the third lens component are glass lenses.
前記第3レンズ成分は、両凹形状あるいは前記第2レンズ成分側が凹形状かつ前記第4レンズ成分側が凸形状の球面レンズであることを特徴とする請求項4に記載の投射レンズ。 The second lens component is a biconvex shape or a spherical lens having a concave shape on the first lens component side and a convex shape on the third lens component side,
The projection lens according to claim 4, wherein the third lens component is a spherical lens having a biconcave shape or a concave shape on the second lens component side and a convex shape on the fourth lens component side.
赤色、緑色および青色の各色レーザ光を出射する各レーザ光源装置と、レーザ光を変調する光変調器と、前記各レーザ光源装置から出射される前記各色レーザ光を同一光路にして前記光変調器に入射するための光学系とを有し、
前記投射レンズは、前記光変調器で変調されて出射される変調出射光を外部に出射する光軸上に配置されていることを特徴とする投射レンズを備えた画像表示装置。 A projection lens according to any one of claims 1 to 6, comprising:
Each laser light source device that emits laser light of each color of red, green, and blue, an optical modulator that modulates laser light, and the optical modulator that uses the laser light of each color emitted from each laser light source device as the same optical path And an optical system for incident on
An image display apparatus comprising a projection lens, wherein the projection lens is disposed on an optical axis that emits modulated outgoing light modulated and emitted by the optical modulator.
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