JP2008039877A - 投写用広角レンズ及びこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】口径比１：４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１２０°以上とすることが可能な投写用の広角レンズを提供する。
【解決手段】投写面側から順に、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２とが配置されている。第１レンズ群Ｇ_１は、３枚の負レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、負のパワーを有している。第２レンズ群Ｇ_２は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、正のパワーを有している。第１レンズ群Ｇ_１は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる。この広角レンズは、さらに、次の条件式（１）を満足している。
０.３≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦１．３ （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
【選択図】図１

Description

本発明は、投写光学系に用いられる広角レンズ及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要求される。

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が大きくなければならない。すなわち、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、投写角度を十分に大きく（例えば１２０°以上に）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、口径比１：４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１２０°以上とすることが可能な投写用の広角レンズ、及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。

本発明に係る広角レンズにおいては、投写面側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とが配置されている。前記第１レンズ群は、３枚の負レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、負のパワーを有している。前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、正のパワーを有している。前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる。本発明の広角レンズは、さらに、次の条件式（１）を満足している。
０.３≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦１．３ （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

本発明に係る広角レンズは、さらに次の条件式（２）を満足するものとすることができる。
２．０≦Ｆ_ｂ／Ｆ≦７．０ （２）
但し Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離

本発明に係る広角レンズは、さらに次の条件式（３）を満足するものとすることができる。
１．５≦Ｌ／Ｆ≦６．０ （３）
但し Ｌ：第１レンズ群と第２レンズ群との間における空気間隔
Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離

本発明に係るプロジェクタは、前記のいずれかの構成を有する投写用広角レンズを備えているものである。

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１２０°以上という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１．３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１２０°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０.３を超えて小さいときには、投写角１２０°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Ｆ_ｂ／Ｆが下限２．０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、Ｆ_ｂ／Ｆが上限７．０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、その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ための空気間隔を第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／Ｆが下限１．５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／Ｆが上限６．０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、口径比１：４.０程度の明るさを有し、かつ投写角１２０°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、及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確保することができ、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、条件式（３）を採用したことにより、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を長く確保することができ、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。

本発明のプロジェクタによれば、投射角として例えば１２０°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になる。

本発明に係る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。

各実施例における広角レンズは、投写面Ｓの側（図１、図３及び図５参照）から順に、第１レンズ群Ｇ_１、第２レンズ群Ｇ_２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（図中のＲ_１〜Ｒ_６参照）と、負レンズ１枚（図中のＲ_７〜Ｒ_８参照）及び正レンズ１枚（図中のＲ_８〜Ｒ_９参照）を接合した１枚の接合レンズ（図中のＲ_７〜Ｒ_９参照）とで構成されて、負のパワーを有している。

第２レンズ群Ｇ_２は、１枚の負レンズ（図中のＲ_１０〜Ｒ_１１参照）と、３枚の正レンズ（図中のＲ_１３〜Ｒ_１４、Ｒ_２２〜Ｒ_２３及びＲ_２４〜Ｒ_２５参照）と、負レンズ１枚（図中のＲ_１５〜Ｒ_１６参照）及び正レンズ１枚（図中のＲ_１６〜Ｒ_１７参照）を接合した１枚の接合レンズ（図中のＲ_１５〜Ｒ_１７参照）と、正レンズ２枚（図中のＲ_１８〜Ｒ_１９及びＲ_２０〜Ｒ_２１参照）及び負レンズ１枚（図中のＲ_１９〜Ｒ_２０参照）を接合した１枚の接合レンズ（図中のＲ_１８〜Ｒ_２１参照）とで構成されて、正のパワーを有する、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Ｇ_１は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる（図中のＲ_１〜Ｒ_２）。

図１、図３及び図５において符号Ｐは照明光学系用プリズム、符号ＬＣＤは映像素子、符号ＧＬは映像素子用の保護ガラスを示している。また、図においてＲ_１２は、光量調節用のダミー面である。

各実施例における広角レンズは、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：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離（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）
Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス（ｍｍ）
Ｌ：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。
ｘ：レンズ頂点からの変位
ｃ：曲率
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、口径比４．０程度の明るさを有し、かつ投写角１２０°以上を有することが可能な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Ｆ_ｂ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との間の空気間隔Ｌ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
Ｓ 投写面
ＧＬ 映像素子の保護ガラス
ＬＣＤ 映像素子
Ｐ 照明光学系用プリズム

Claims (4)

1. 投写面側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とが配置されており、
   前記第１レンズ群は、３枚の負レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、負のパワーを有しており、
   前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されて、正のパワーを有しており、
   前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでおり、
   さらに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする投写用広角レンズ。
   ０.３≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦１．３ （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に記載の投写用広角レンズ。
   ２．０≦Ｆ_ｂ／Ｆ≦７．０ （２）
   但し Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
   Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
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に記載の投写用広角レンズ。
   １．５≦Ｌ／Ｆ≦６．０ （３）
   但し Ｌ：第１レンズ群と第２レンズ群との間における空気間隔
   Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の投写用広角レンズを備えたプロジェクタ。
   

Images