JP2008242237A

JP2008242237A - 広角投影光学系及び投影装置

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Publication number: JP2008242237A
Application number: JP2007084950A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Suzuki; 茂夫鈴木
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】
投影光学系全体をコンパクトにすると共に、投影角度の増大を図り、投影画面の大画面化を実現する広角投影光学系、及び投影装置を提供する。
【解決手段】
画像を投影する広角投影光学系は、第１群レンズ２１、第２群レンズ２２、第３群レンズ２３からなり、前記第１群レンズは非球面レンズを含む広角レンズからなり、前記第２群レンズは３枚レンズで構成された。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、液晶等の表示素子に画像を投影する広角投影光学系、及び該広角投影光学系を有するプロジェクション装置等の投影装置に関するものである。

従来から、特許文献１〜３に示す様な広角投影光学系、及び投影装置が知られている。例えば、特許文献１には、広角プロジェクションレンズの以下の構成、即ち、（ａ）少なくとも非球面を有する負の屈折力の第１群レンズ、（ｂ）該第１群レンズ内か、近くに実質的にゼロの屈折力の第２群レンズ、（ｃ）下記の式を満たす正の屈折率の第３群レンズ｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０、｜Ｆ２／Ｆ｜＞５０、｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５が示されている。

ここで、Ｆは広角プロジェクションレンズの焦点距離、Ｆ１は第１群レンズの焦点距離、Ｆ２は第２群レンズの焦点距離、Ｆ３は第３群レンズの焦点距離で、前記第１群レンズは、第１及び第２レンズ要素からなり、第２レンズ要素は第２面に非球面を含む様な構成を有する。

又、特許文献１には、広角プロジェクションレンズは少なくとも４５°程度の半投影角度で画像を投影し、広角プロジェクションレンズの焦点距離に対する第２群レンズの焦点距離の比率は関係式−９５＜Ｆ２／Ｆ＜−８６であることが示されている。

然し乍ら、上述した特許文献１や、特許文献２〜３の様な広角投影光学系では、レンズ系の全体の結合焦点距離に対する第２群レンズの焦点距離が５０ｍｍより大きいので、光学系全体の全長が長くなってしまい、装置全体をコンパクトにすることができないという問題があり、又、広角プロジェクションレンズは少なくとも４５°程度の半投影角度で画像を投影する為、投影画面の面積を広くすることができず、コンパクトで而も大画面の投影装置の実現が難しいという問題がある。

米国特許第７１２３４２６号明細書

米国特許第７１２６７６７号明細書

米国特許出願公開第２００５／１２２５９９号明細書

本発明は斯かる実情に鑑み、投影光学系全体をコンパクトにすると共に、投影角度の増大を図り、投影画面の大画面化を実現する広角投影光学系、及び投影装置を提供するものである。

本発明は、第１群レンズ、第２群レンズ、第３群レンズからなり、前記第１群レンズは非球面レンズを含む広角レンズからなり、前記第２群レンズは３枚レンズで構成され、画像を投影する広角投影光学系に係り、又前記第１群レンズの非球面レンズは樹脂から形成された広角投影光学系に係り、又全体の結合焦点距離をＦ、前記第１群レンズ、前記第２群レンズ、前記第３群レンズの各々の焦点距離をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると、下記条件を満たす広角投影光学系に係り、
｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０
｜Ｆ２／Ｆ｜＞５．０
｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５
又少なくとも５３°程度の半投影角度で画像を投影する広角投影光学系に係り、更に又前記全体の結合焦点距離Ｆの２倍より大きいバックフォーカスを有し、略Ｆ／２．６と等しいか小さいスピードを有する広角投影光学系に係るものである。

又本発明は、上記広角投影光学系を有する投影装置に係るものである。

本発明によれば、投影光学系全体の全長を短くして装置全体をコンパクトにすると共に、投影画面の面積を広くするという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に於いて、本発明に係る広角投影光学系の第１の実施の形態について説明する。

図１中、左側からレンズ１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６が光軸１７上に配設され、前記レンズ１，２，３によって第１群レンズ２１が構成され、前記レンズ４，５，６によって第２群レンズ２２が構成され、前記レンズ７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４によって第３群レンズ２３が構成される。

尚、図中ｆは総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ＝８．３３８となっており、又ｆ１は前記第１群レンズ２１の総合焦点距離（ｍ）であり、ｆ１＝−１７．３１となっており、又ｆ２は前記第２群レンズ２２の総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ２＝５７．１４５となっており、又ｆ３は前記第３群レンズ２３の総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ３＝２９．８９６となっている。

前記第１群レンズ２１は非球面レンズを含む広角レンズから構成され、又前記第２群レンズ２２は３枚レンズで構成される。尚、前記第１群レンズ２１の非球面レンズは樹脂から形成される。

前記広角投影光学系の全体の結合焦点距離をＦ、前記第１群レンズ２１、前記第２群レンズ２２、前記第３群レンズ２３の各々の焦点距離をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると、下記条件を満たす。
｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０
｜Ｆ２／Ｆ｜＞５．０
｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５

又、上記構成の前記広角投影光学系に於いては、少なくとも５３°程度の半投影角度で画像を投影する。更に又、前記広角投影光学系は、全体の結合焦点距離の２倍より大きいバックフォーカスを有し、略Ｆ／２．６と等しいか小さいスピードを有する。

図４に図１で示される広角投影光学系のレンズの左側面、右側面の光学特性を示す。ここで、Ｒは各レンズ面の半径（ｍｍ）、Ｄはレンズ面と該レンズ面の右側に隣接するレンズ面迄の距離（ｍｍ）、Ｎはレンズの屈折率、νはアッベ数を表す。

第１の実施の形態に於ける光学系の第３面〜第５面は非球面であり、非球面は光軸方向をｘ、光軸からの離反距離をＨとして（１式）で表される。

（１式）中、Ｒはレンズ面の曲率半径、Ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは非球面係数であり、該非球面の係数を図５に示す。

ｘ＝Ｈ^２／Ｒ（１＋√［１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２］）＋ａＨ^４＋ｂＨ^６＋ｃＨ^８＋ｄＨ^１０（１式）

図２に於いて、本発明に係る広角投影光学系の第２の実施の形態について説明する。

レンズ１，２，３によって第１群レンズ２１が構成され、レンズ４，５，６によって第２群レンズ２２が構成され、レンズ７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４によって第３群レンズ２３が構成される。

尚、図中ｆは総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ＝８．３３５となっており、又ｆ１は前記第１群レンズ２１の総合焦点距離（ｍ）であり、ｆ１＝−１７．７５９２となっており、又ｆ２は前記第２群レンズ２２の総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ２＝４２．０８７７となっており、又ｆ３は前記第３群レンズ２３の総合焦点距離（ｍｍ）であり、ｆ３＝３０．６２０４となっている。

図６に図２で示される広角投影光学系のレンズの左側面、右側面の光学特性を示す。

第２の実施の形態に於いては、第４面と第２３面が非球面となっている。第４面と第２３面の非球面係数について、図７で示す。尚、少なくとも非球面を有するレンズについては樹脂から形成される。

第２の実施の形態に於いても、前記広角投影光学系の全体の結合焦点距離をＦ、前記第１群レンズ２１、前記第２群レンズ２２、前記第３群レンズ２３の各々の焦点距離をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると、下記条件を満たす。
｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０
｜Ｆ２／Ｆ｜＞５．０
｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５

又、前記広角投影光学系に於いて、少なくとも５３°程度の半投影角度で画像を投影する。又、前記広角投影光学系に於いて、全体の結合焦点距離の２倍より大きいバックフォーカスを有し、略Ｆ／２．６と等しいか小さいスピードを有する。

図３に於いて、本発明に係る広角投影光学系の第３の実施の形態について説明する。

レンズ１，２，３によって第１群レンズ２１が構成され、レンズ４，５，６によって第２群レンズ２２が構成され、レンズ７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４によって第３群レンズ２３が構成される。前記第１群レンズ２１の第３面〜第５面は非球面となっている。

図８に図３で示される広角投影光学系のレンズの左側面、右側面の光学特性を示す。

前記第３面〜第５面の非球面係数について、図９に示す。

第３の実施の形態に於いても、前記広角投影光学系の全体の結合焦点距離をＦ、前記第１群レンズ２１、前記第２群レンズ２２、前記第３群レンズ２３の各々の焦点距離をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると、下記条件を満たす。
｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０
｜Ｆ２／Ｆ｜＞５．０
｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５

又、前記広角投影光学系に於いて、少なくとも５３°程度の半投影角度で画像を投影する。更に、広角投影光学系に於いて、全体の結合焦点距離の２倍より大きいバックフォーカスを有し、略Ｆ／２．６と等しいか小さいスピードを有する。

本発明によれば、投影光学系全体の全長を短くして装置全体をコンパクトにすると共に、投影画面の面積を広くすることができる。

又、本発明の広角投影光学系を、例えば液晶等の表示素子に画像を投影するプロジェクション装置等に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る広角投影光学系の概略構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る広角投影光学系の概略構成図である。本発明の第３の実施の形態に係る広角投影光学系の概略構成図である。前記第１の実施の形態に於ける広角投影光学系を構成するレンズ光学特性の一覧を示す図である。前記第１の実施の形態に用いられる非球面レンズの非球面係数の一覧を示す図である。前記第２の実施の形態に於ける広角投影光学系を構成するレンズ光学特性の一覧を示す図である。前記第２の実施の形態に用いられる非球面レンズの非球面係数の一覧を示す図である。前記第３の実施の形態に於ける広角投影光学系を構成するレンズ光学特性の一覧を示す図である。前記第３の実施の形態に用いられる非球面レンズの非球面係数の一覧を示す図である。

符号の説明

２１第１群レンズ
２２第２群レンズ
２３第３群レンズ

Claims

第１群レンズ、第２群レンズ、第３群レンズからなり、前記第１群レンズは非球面レンズを含む広角レンズからなり、前記第２群レンズは３枚レンズで構成され、画像を投影することを特徴とする広角投影光学系。
前記第１群レンズの非球面レンズは樹脂から形成された請求項１の広角投影光学系。
全体の結合焦点距離をＦ、前記第１群レンズ、前記第２群レンズ、前記第３群レンズの各々の焦点距離をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると、下記条件を満たす請求項１又は請求項２の広角投影光学系。
｜Ｆ１／Ｆ｜＜４．０
｜Ｆ２／Ｆ｜＞５．０
｜Ｆ３／Ｆ｜＜３．５
少なくとも５３°程度の半投影角度で画像を投影する請求項１又は請求項２又は請求項３の広角投影光学系。
前記全体の結合焦点距離Ｆの２倍より大きいバックフォーカスを有し、略Ｆ／２．６と等しいか小さいスピードを有する請求項１〜請求項４のいずれか１つの広角投影光学系。
請求項１〜請求項５のいずれか１つの広角投影光学系を有することを特徴とする投影装置。