JP2004126280A

JP2004126280A - 投射レンズ

Info

Publication number: JP2004126280A
Application number: JP2002291122A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Yamada; 山田　康晴
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP3921160B2; US20040066562A1; US6912095B2

Abstract

【課題】投射画角が約７５度、Ｆナンバーが約２．４と広画角で明るく、尚且つ倍率色収差や歪曲収差を良好に補正し、環境変化に対する光学安定性が良く、高精細な画像を拡大投影するのに適した小型軽量の投射レンズを提供すること。
【解決手段】拡大側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群とを有し、前記第１レンズ群は少なくとも一方の面に非球面が形成された非球面レンズを１枚以上含み、前記第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、前記第３レンズ群は正レンズ、負レンズ、正レンズの順に３枚のレンズを接合した少なくとも１組の接合レンズを含む光学系において、（１）０．９≦｜ｆ１｜／ｆ≦１．４　（２）２．１≦ｆ２／ｆ≦３．４　（３）１．９≦ｆ３／ｆ≦２．８
である投射レンズ。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示素子やデジタルマイクロミラー素子等で表示された画像を拡大投影するための投射レンズに関し、特に、投射画角が約７５度、Ｆナンバーが約２．４、縮小側が略テレセントリックである投射レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶表示素子等の画像をスクリーンに拡大投影するプロジェクション用の投射レンズが数多く提案されている。近年、投射型画像表示装置の小型化が進んでいるが、そのためには投射レンズの小型化及び広画角化が必要である。特に広画角の投射レンズでは、負の屈折力のレンズ群が先行する所謂ネガティブリード型のレンズが多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このタイプのレンズの特徴は、広画角化が容易な上に、焦点距離と比較して長いバックフォーカスを確保しやすいので、ダイクロイックプリズムや全反射プリズム等を、レンズと画像表示素子との間に配置し易いという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、投射画角が約７５度程度に大きく、Ｆナンバーが約２．４と広画角で明るく、尚且つ倍率色収差や歪曲収差を良好に補正し、環境変化に対する光学安定性が良く、高精細な画像を拡大投影するのに適した小型軽量の投射レンズは現在存在しない。
【０００５】
さらに、前記負の屈折力のレンズ群が先行する所謂ネガティブリード型のレンズの多くは、最も拡大側にある負の屈折力の群に非球面レンズを用いて歪曲収差の補正を行っている。但し、前記負の屈折力の群は、レンズ径が比較的大きいため、ガラスの非球面レンズではコストが高くなることから、プラスチックモールド非球面レンズを用いている。しかし、プラスチックレンズは、温度、湿度変化による屈折率や形状の安定性が悪く、特に照明用ランプによる発熱の影響が大きい環境の場合、光学性能を低下しかねない。例えば特許文献１の投射レンズでは、プラスチック非球面レンズのパワーやそのレンズに入射する光線の角度を制限することによって、前記課題を解決している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３１７５４号公報
【０００７】
【発明の目的】
本発明は従来の投射レンズに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、投射画角が約７５度、Ｆナンバーが約２．４と広画角で明るく、尚且つ倍率色収差や歪曲収差を良好に補正し、環境変化に対する光学安定性が良く、高精細な画像を拡大投影するのに適した小型軽量の投射レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、拡大側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群とを有し、前記第１レンズ群は少なくとも一方の面に非球面が形成された非球面レンズを１枚以上含み、前記第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、前記第３レンズ群は正レンズ、負レンズ、正レンズの順に３枚のレンズを接合した少なくとも１組の接合レンズを含む光学系において、
（１）０．９≦｜ｆ１｜／ｆ≦１．４
（２）２．１≦ｆ２／ｆ≦３．４
（３）１．９≦ｆ３／ｆ≦２．８
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離である
上記の条件を満足することを特徴とする投射レンズである。
【０００９】
【発明の作用】
本発明において、条件式（１）は、投射レンズにおける全系の焦点距離ｆに対する第１レンズ群の焦点距離ｆ１との比を規定したものである。条件式（１）の上限を越えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなるため、長いバックフォーカスを確保することが困難となる。反対に条件式（１）の下限を越えると、第１レンズ群の焦点距離が短くなり、諸収差の補正が困難となる。
【００１０】
条件式（２）は、投射レンズにおける全系の焦点距離ｆに対する第２レンズ群の焦点距離ｆ２との比を規定したものである。条件式（２）の上限を越えると、第２レンズ群の焦点距離が長くなるため、諸収差の補正に関しては有利であるが、レンズ全長が長くなると同時に第１レンズ群の外径が大きくなりコストが高くなってしまう。反対に条件式（２）の下限を越えると、第２レンズ群の焦点距離が短くなり、諸収差の補正が困難となる．
【００１１】
条件式（３）は、投射レンズにおける全系の焦点距離ｆに対する第３レンズ群の焦点距離ｆ３との比を規定したものである。条件式（３）の上限を越えると、第３レンズ群の焦点距離が長くなるため、諸収差の補正に関しては有利となるが、バックフォーカスが必要以上に長くなるので必然的にレンズ全長も長くなり、レンズ全体が大型化しコストが高くなる。反対に条件式（３）の下限を越えると、第３レンズ群の焦点距離が短くなるため、　長いバックフォーカスを確保することが困難となる。また諸収差の補正も困難となる。
【００１２】
本発明の第１実施態様は、前記第１レンズ群が、ガラスレンズ表面に薄い樹脂を接着し、前記樹脂と空気との境界面を非球面形状にモールド成形した、複合（ハイブリッド）非球面レンズを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１実施態様において、前記第１レンズ群は、ガラスレンズ表面に薄い樹脂を接着し、前記樹脂と空気との境界面を非球面形状にモールド成形した、複合（ハイブリッド）非球面レンズを有することで、プラスチック非球面レンズよりも温度、湿度変化による屈折率や形状の安定性が良く、特に照明用ランプによる発熱の影響が大きい場合でも、高い光学性能を確保しやすい。
【００１４】
また、複合（ハイブリッド）非球面レンズは、ガラスレンズを非球面形状に研削したガラス研削非球面レンズや、ガラスレンズを非球面形状にモールド成形したガラスモールド非球面レンズと比較して、コスト的に有利であり、プラスチック非球面レンズと比較してもコスト的な差は殆ど無い。
【００１５】
本発明の第２実施態様は、フォーカシングが前記第２レンズ群を移動することによって行われ、
（４）−０．１≦１／β２≦０．１
但し、
β２：第２レンズ群の結像倍率である
上記条件式を満足することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２実施態様において、第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行うインナーフォーカス方式を採用することで、全体繰り出し方式や前玉（１群）繰り出し方式よりも収差変動が少なくなり、収差補正が容易となり、またレンズ有効径も比較的小さく保つことができるため、小型化に有利である。
【００１７】
条件式（４）は第２レンズ群の結像倍率を規定したものである。条件式（４）の上限や下限を越えると、第２レンズ群から第３レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシング時に第３レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、収差補正が困難となる。
【００１８】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態の投射レンズについて、図に基づいて説明する。
図１は実施形態の投射レンズのレンズ断面図である。図１において、負の屈折力の第１レンズ群、Ｇ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｇ３は正の屈折力の第３レンズ群、ＳＴＰは開口絞りである。
【００１９】
図２は実施形態の投射レンズの４０インチのスクリーンサイズにおける諸収差図、図３は実施形態の投射レンズの５２インチのスクリーンサイズにおける諸収差図、図４は実施形態の投射レンズの６１インチのスクリーンサイズにおける諸収差図である。図２ないし図４において、Ｂは青（λ＝４５０ｎｍ）、Ｇは緑（λ＝５４６ｎｍ）、Ｒは赤（λ＝６５０ｎｍ）に相当する波長についての収差である。
【００２０】
実施形態の投射レンズにおいて、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、＃は面番号、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ肉厚および空気間隔、ｎおよびνはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率およびアッべ数である。
【００２１】
以下に示す光学諸元表において、面番号の前に＊印を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをＨ、面頂を原点としたときの高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をε、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき、次の式（５）で表される。
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ^２／Ｒ）／｛１＋［１−（１＋ε）・（Ｈ^２／Ｒ^２）］^１／２｝＋Ａ４Ｈ^４＋Ａ６Ｈ^６＋Ａ８Ｈ^８＋Ａ１０Ｈ^１０・・・・・・（５）
【００２２】
（光学諸元）
ｆ＝１３．４４〜１３．４６〜１３．４７
Ｆｎｏ＝２．４０〜２．４０〜２．４０
【００２３】

【００２４】
（非球面係数）
ｒ３
ε　＝　１．１７３９
Ａ４　＝　２．９５７００×１０^−０５
Ａ６　＝−３．６４４５３×１０^−０８
Ａ８　＝　９．１０１６８×１０^−１１
Ａ１０＝　１．０１９９９×１０^−１４
【００２５】
ｒ６
ε　＝−１１０５．２７５
Ａ４　＝−１．１７５５２×１０^−０５
Ａ６　＝　２．１５５３５×１０^−０８
Ａ８　＝　１．８３１８６×１０^−１０
Ａ１０＝−３．５００４６×１０^−１３
【００２６】
前記実施形態の投射レンズにおける本発明の条件式の値は以下のとおりである。
（１）｜ｆ１｜／ｆ　＝１．１５０
（２）ｆ２／ｆ　　　＝２．７３０
（３）ｆ３／ｆ　　　＝２．２９３
（４）１／β２　　　　　＝０．０４１（４０インチスクリーンサイズの場合）
（４）１／β２　　　　　＝０．０４３（５２インチスクリーンサイズの場合）
（４）１／β２　　　　　＝０．０４４（６１インチスクリーンサイズの場合）
【００２７】
【発明の効果】
本発明の投射レンズによれば、拡大側より順に負、正、正の屈折力を有する３群タイプの投射レンズであって、投射画角が約７５度、Ｆナンバーが約２．４と広画角で明るく、尚且つ倍率色収差や歪曲収差を良好に補正し、環境変化に対する光学安定性が良く、高精細な画像を拡大投影するのに適した小型軽量の投射レンズを構成することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態の投射レンズの光学図である。
【図２】図２は実施形態の投射レンズの４０インチのスクリーンサイズにおける諸収差図である。
【図３】図３は実施形態の投射レンズの５２インチのスクリーンサイズにおける諸収差図である。
【図４】図４は実施形態の投射レンズの６１インチのスクリーンサイズにおける諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１：第１レンズ群
Ｇ２：第２レンズ群
Ｇ３：第３レンズ群
ＳＴＰ：開口絞り

Claims

拡大側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群とを有し、前記第１レンズ群は少なくとも一方の面に非球面が形成された非球面レンズを１枚以上含み、前記第２レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを含み、前記第３レンズ群は正レンズ、負レンズ、正レンズの順に３枚のレンズを接合した少なくとも１組の接合レンズを含む光学系において、
（１）０．９≦｜ｆ１｜／ｆ≦１．４
（２）２．１≦ｆ２／ｆ≦３．４
（３）１．９≦ｆ３／ｆ≦２．８
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離である
上記の条件を満足することを特徴とする投射レンズ。
前記第１レンズ群が、ガラスレンズ表面に薄い樹脂を接着し、前記樹脂と空気との境界面を非球面形状にモールド成形した、複合（ハイブリッド）非球面レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
前記第２レンズ群が、フォーカシングの際に移動され、
（４）−０．１≦１／β２≦０．１
但し、
β２：第２レンズ群の結像倍率である
上記条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。