JP2006171128A - 超広角レンズおよびこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｆナンバー＝４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１３０°以上とすることが可能な投写用の超広角レンズ、及びこれを用いたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 この超広角レンズでは、投写面側から順に、３枚の負レンズと１枚の正レンズとで構成される、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇ_１と、４枚の正レンズと２枚の接合レンズとで構成される、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ_２と、１枚の正レンズで構成される第３レンズ群Ｇ_３とが配列されている。
第１レンズ群Ｇ_１及び第２レンズ群Ｇ_２は、各々少なくとも１枚の非球面レンズを含んでおり、かつ、次の条件式（１）を満足する。
０.１≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０.５ （１）
但し、Ｆ_１は、第１レンズ群の合成焦点距離、Ｆ_２は、第２レンズ群の合成焦点距離である。
本発明のプロジェクタは、前記超広角レンズを投写用レンズとして備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写光学系に用いられる超広角レンズおよびこれを備えたプロジェクタに関するものである。

従来から、投写光学系として、様々な型式のものが提案されている。しかし、その多くにおいては、投写距離が１ｍ前後となっており、投写角度もたかだか１００°前後となっている。

投写角度が１００°前後の投写光学系は、レンズの設計が比較的容易であるが、投写距離が１ｍ前後であると、投写光学系の設置のために比較的広いスペースが必要される。

このような従来の投写光学系においても、単純に投写距離を小さくすれば、スペースを広く必要としないで投写が可能である。

しかしながら、投写距離を小さくし、かつ、適切な大きさを有する投写像を得ようとすると、投写レンズの投写角度が大きくなければならない。すなわち、より広角の投写レンズが要求される。すると、投写レンズの構成が複雑になり、レンズの設計技術としても高度なものが必要となる。

また、下記特許文献１には、バックフォーカスの長い広角レンズが記載されている。しかしながら、このレンズは、投写角度を十分に（例えば１３０°以上に）大きくすることができない。
特開２００３−２１５４４８号公報

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、Ｆ_ＮＯ＝１：４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１３０°以上とすることが可能な投写用の広角レンズ、およびこれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

請求項１記載の超広角レンズは、
投写面側から順に、
３枚の負レンズと１枚の正レンズとで構成される、負のパワーを有する第１レンズ群と、
４枚の正レンズと２枚の接合レンズとで構成される、正のパワーを有する第２レンズ群と、
１枚の正レンズで構成される第３レンズ群と
が配列されており、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、各々少なくとも１枚の非球面レンズを含んでおり、
次の条件式（１）を満足しているものである。
０.１≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０.５ （１）
但し Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項２記載の超広角レンズは、請求項１に記載のものにおいて、さらに次の条件式（２）を満足するものである。
２≦Ｌ_Ａ／Ｆ≦１０ （２）
但し Ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
Ｌ_Ａ ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
である。

請求項３記載の超広角レンズは、請求項１又は請求項２に記載のものにおいて、さらに次の条件式（３）を満足するものである。
２≦Ｌ_Ｂ／Ｆ≦１０ （３）
但し Ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
Ｌ_Ｂ ：第１レンズ群と第２レンズ群との間における空気間隔
である。

請求項４記載のプロジェクタは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超広角レンズを投写用レンズとして備えた構成となっている。

以下、前記した各条件について説明する。

条件式（１）は、投写角１３０°以上という、超広角の投写レンズを得るためと、レンズ系をレトロフォーカス型にし、所要のバックフォーカスを得るためのものである。

今、条件式（１）の｜Ｆ_１／Ｆ_２｜が上限０.５を超えて大きいときには、第１レンズ群の合成焦点距離が大きくなりすぎる。すると、レトロフォーカス型レンズの投写角として１３０°以上を得るためには、レンズ系全体が非常に大きくなってしまい、結果として商品価値を著しく低下させてしまう。

また、｜Ｆ_１／Ｆ_２｜が下限０.１を超えて小さいときには、投写角１３０°を得るためには有利であるが、第１レンズ群の合成焦点距離が小さくなりすぎ、第１レンズ群で発生する、正の球面収差、コマ収差の量が大きくなりすぎ、好ましくない。

条件式（２）は、所要のバックフォーカスを得るための条件である。投写光学系において投写される被写体の光量を十分に確保するためには、被写体を適切に照明する必要がある。本条件は、上記の目的を達するための照明光学系を挿入可能な空気間隔を確保するためのものである。

今、条件式（２）のＬ_Ａ／Ｆが下限２を超えて小さいときには、照明光学系を挿入する空気間隔が小さくなりすぎ、照明光学系を挿入することが出来なくなり、好ましくない。

また、Ｌ_Ａ／Ｆが上限１０を超えて大きいときには、照明光学系を挿入するための空気間隔は十分に確保できるが、条件式（１）と関係して、第１レンズ群の焦点距離を非常に小さく設定することとなり、結果として球面収差、コマ収差の増大をまねいてしまう。

条件式（３）は、投写光学系を折り曲げるための反射ミラーを挿入する空気間隔を第１レンズ群と第２レンズ群の間に確保しようとする条件である。

今、条件式（３）のＬ_Ｂ／Ｆが下限２を超えて小さいときには、空気間隔が小さくなりすぎ、反射ミラーを挿入することが出来なくなってしまう。

また、Ｌ_Ｂ／Ｆが上限１０を超えて大きいときには、反射ミラーを挿入するための空気間隔は確保出来るが、投写光学系が大きくなりすぎると同時に第１レンズ群で発生する倍率の色収差が増長されてしまい、好ましくない。

請求項１記載の発明によれば、Ｆ_ＮＯ＝１：４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１３０°以上とすることが可能な、投写光学系で使用される広角レンズ、およびこれを用いたプロジェクタを提供することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、条件式（２）を採用したことにより、合成バックフォーカスを長く取ることができ、照明光学系の挿入が容易となる。しかも、球面収差、コマ収差の増大を抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を長く取ることができ、この間隔に反射ミラーを挿入することが容易となり、投写光学系を折り曲げることが可能になる。しかも、投写光学系が大きくなりすぎることを防止し、さらに、第１レンズ群で発生する倍率の色収差の増長を抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、投射角として例えば１３０°以上とすることが可能となる。これにより、高倍率の像を投写することができ、短い投写距離でも大きな像を映し出すことが可能なプロジェクタを提供することができる。

本発明に係る超広角レンズの実施形態を、実施例１〜３に基づいて説明する。まず、実施例１〜３におけるレンズ構成を、図１、図３及び図５にそれぞれ示す。以下においては、これらの実施例に共通する構成を始めに説明し、その後、各実施例における数値例を説明する。

各実施例における超広角レンズは、投写面側（図１、図３及び図５において左側）から順に、第１レンズ群Ｇ_１、第２レンズ群Ｇ_２、第３レンズ群Ｇ_３が配列されて構成されている。

第１レンズ群Ｇ_１は、３枚の負レンズと１枚の正レンズとで構成され、負のパワーを有している。

第２レンズ群Ｇ_２は、４枚の正レンズと２枚の接合レンズで構成され、正のパワーを有す云わゆるレトロフォーカス型のレンズ構成となっている。

第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２は、それぞれ、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる。

第３レンズ群Ｇ_３は、１枚の正レンズで構成され、正のパワーを有するレンズ群である。第３レンズ群Ｇ_３は、投写光学系の光量を有効に利用すると同時にレンズの外径を小型化するためのコンデンサーレンズとなっている。

各実施例における超広角レンズは、プロジェクタの投写レンズとして用いることができる。ここで、プロジェクタとは、スクリーン面などの投影面に映像を光学的に投影できるものであって、液晶プロジェクタに限らず、ＤＬＰプロジェクタなどの各種のプロジェクタを含む。

実施例１のレンズ構成（図１）における諸収差図を図２に示す。

図２の諸収差図において、球面収差で表されている色収差のＧ、Ｂ、Ｒは、それぞれ、グリーン、ブルー、レッドの波長に対する収差であり、非点収差のＳはサジタル、Ｍはメリジオナルである。

また、実施例１のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表１に示す。表１における記号の意味は以下の通りである。なお、表１中の左欄の数字は、投写面側からの順番を示している。
Ｆ_ＮＯ：Ｆナンバー
Ｗ：投写角度（°）
ｕ：投影距離（ｍｍ）
Ｆ：レンズ全系の合成焦点距離（ｍｍ）
Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）
Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）
Ｌ_Ａ：第１レンズ群と第２レンズ群とによる合成バックフォーカス（ｍｍ）
Ｌ_Ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群との間における空気間隔（ｍｍ）
ｒ：曲率半径（ｍｍ）
ｄ：レンズ厚又は空気間隔（ｍｍ）、
Ｎ_ｄ：ｄ線（５８８ｎｍ）の屈折率
ν_ｄ：ｄ線のアッベ数

又、非球面式は次式で表される。

但し、この式における符号の意味は以下の通りである。
Ｃ：曲率半径
ｙ：光軸からの高さ
Ｋ：円錐係数
Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４：それぞれの添え字の次数における非球面係数

表１中のレンズ特性から明らかなように、実施例１のレンズは、本発明における条件式（１）〜（３）を満たしている。

表１に示されているように、本実施例によれば、１３０°以上の投射角で、かつ、Ｆナンバーが４．０程度の明るさを有する超広角レンズを得ることができる。

また、本実施例によれば、合成バックフォーカスＬ_Ａを長く取ることができ、照明光学系の挿入が容易になるという利点もある。しかも、球面収差、コマ収差の増大を抑制することができる。

さらに、本実施例によれば、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２との空気間隔Ｌ_Ｂを長く取ることができ、この間隔に反射ミラーを挿入することが容易となり、投写光学系を折り曲げることが可能になるという利点がある。さらに、第１レンズ群で発生する倍率の色収差の増長を抑制することができる。

実施例２のレンズ構成（図３）における諸収差図を図４に示す。また、実施例２のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表２に示す。実施例２において用いられる符号の意味や非球面式は、基本的に実施例１と同様である。

実施例２の超広角レンズにおいても、実施例１と同様の利点を得ることができる。実施例２における、表２に示す以外の構成及び利点は、実施例１と基本的に同様なので説明を省略する。

実施例３のレンズ構成（図５）における諸収差図を図６に示す。また、実施例３のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表３に示す。実施例３において用いられる符号の意味や非球面式は、基本的に実施例１と同様である。

実施例３の超広角レンズにおいても、実施例１と同様の利点を得ることができる。なお、実施例３においては、Ｎナンバー＝４．０の明るさとなっている。実施例３における、表３に示す以外の構成及び利点は、実施例１と基本的に同様なので説明を省略する。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。

本発明による超広角投写レンズの実施例１のレンズ構成図である。 本発明による超広角投写レンズの実施例１の諸収差図である。 本発明による超広角投写レンズの実施例２のレンズ構成図である。 本発明による超広角投写レンズの実施例２の諸収差図である。 本発明による超広角投写レンズの実施例３のレンズ構成図である。 本発明による超広角投写レンズの実施例３の諸収差図である。

符号の説明

Ｇ_１ 第１レンズ群
Ｇ_２ 第２レンズ群
Ｇ_３ 第３レンズ群

Claims (4)

1. 投写面側から順に、
   ３枚の負レンズと、１枚の正レンズとで構成される、負のパワーを有する第１レンズ群と、
   ４枚の正レンズと２枚の接合レンズとで構成される、正のパワーを有する第２レンズ群と、
   １枚の正レンズで構成される第３レンズ群と
   が配列されており、
   前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、各々少なくとも１枚の非球面レンズを含んでおり、
   次の条件式（１）を満足することを特徴とする超広角レンズ。
   ０.１≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０.５ （１）
   但し Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
   Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
2. さらに次の条件式（２）を満足することを特徴とする、請求項１に記載の超広角レンズ。
   ２≦Ｌ_Ａ／Ｆ≦１０ （２）
   但し Ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
   Ｌ_Ａ ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
3. さらに次の条件式（３）を満足することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の超広角レンズ。
   ２≦Ｌ_Ｂ／Ｆ≦１０ （３）
   但し Ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
   Ｌ_Ｂ ：第１レンズ群と第２レンズ群との間における空気間隔
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の超広角レンズを投写用レンズとして備えたプロジェクタ。
   

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