JP3445404B2

JP3445404B2 - 投影レンズ及び投影装置

Info

Publication number: JP3445404B2
Application number: JP10436895A
Authority: JP
Inventors: 延孝峯藤; 康幸手島; 正和山県
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2003-09-08
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: DE19529673A1; DE19529673C2; US5600488A; KR100269441B1; JPH08106045A; KR960008369A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は、拡大投影などに用いられる、
Ｆ_NO１：４〜４．８程度の明るさを有し、半画角４０°
前後まで包括可能であり、かつ、広い変倍域において良
好な性能を得ることが可能な投影レンズ、及びこの投影
レンズを用いた投影装置に関するものでる。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】近年、大画面の投影画像を
得る方法として、小型の画像変調素子をスクリーンに拡
大投射する方式のものが用いられてきている。従来、こ
の種の投影式画像表示装置では、独立したＢ、Ｇ、Ｒの
画像を色合成プリズム等を用いて合成して投影してい
た。この種のレンズとしては、例えば同一出願人によ
る、特開平２−４０６０７号の発明が知られている。

【０００３】しかしながら、近年においては、画像変調
素子として用いられる液晶が加工技術等の進歩によって
１枚の液晶画面で高解像度のカラー画像が得られるよう
になってきた。そのため、前記特開平２−４０６０７号
で示されるような色合成プリズムを配置するスペースは
不要となったが、装置全体の小型化のために、より広画
角化、コンパクト化の要求や、コストダウンの要求に十
分対応しているものとは言い難く、改良の余地があっ
た。

【０００４】また、液晶の角度依存性のため、照明光は
なるべく平行光に近いことが好ましいが、液晶を透過し
た光を投影レンズに取り込むためには、大口径のレンズ
が必要となってしまう。そのため、集光レンズを用いて
結像レンズ群を小型にすることが知られている。超広角
レンズ用の集光レンズは、パワーが強く、フレネルレン
ズを用いなければ、スペース的、性能的にも成立しな
い。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上述の課題を解決すべくなさ
れたもので、半画角ω＝４０゜前後という広画角を包括
可能で、構成枚数が少なく安価で、かつ、広い変倍域で
各収差が良好に補正された投影レンズを提供することを
目的とする。

【０００６】

【発明の概要】本発明の投影レンズは、拡大側より順
に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と正の屈折力を持つ
第２レンズ群とからなる結像レンズ群と；正の屈折力を
持ち少なくとも１面のフレネルレンズ面を持つフレネル
レンズ群と；から構成され、第２レンズ群は、拡大側よ
り順に、正の屈折力を持つ第２−１レンズ；負の屈折力
を持つ第２−２レンズ；及び、正の屈折力を持つ第２−
３レンズ；の３枚のレンズにより構成され、次の条件式
（１）乃至（４）を満足することを特徴とする。（１）１．４＜ｆ_１／ｆ＜２．８（２）１．５＜ｆ_２／ｆ＜６．０（３）−１．０＜ｆ／ｒ _２１＜０．５（４）ν _２＜３０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離。ｒ _２１：第２−１レンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、 ν _２：第２−２レンズのアッベ数、である。

【０００７】上記態様の３枚構成の第２レンズ群は、正
の屈折力を持つ第２-１レンズ、及び、負の屈折力を持
つ第２-２レンズの２枚構成とすることができる。すな
わち、本発明の投影レンズは、別の態様では、拡大側よ
り順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と正の屈折力を
持つ第２レンズ群とからなる結像レンズ群と；正の屈折
力を持ち少なくとも１面のフレネルレンズ面を持つフレ
ネルレンズ群と；から構成され、前記第２レンズ群は、
拡大側より順に、正の屈折力を持つ第２−１レンズ；及
び、負の屈折力を持つ第２−２レンズ；の２枚のレンズ
より構成され、次の条件式（１）乃至（４）を満足する
ことを特徴とする。（１）１．４＜ｆ _１／ｆ＜２．８（２）１．５＜ｆ _２／ｆ＜６．０（３）−１．０＜ｆ／ｒ _２１＜０．５（４）ν _２＜３０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ _１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ _２：第２レンズ群の焦点距離。ｒ _２１：第２−１レンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、 ν _２：第２−２レンズのアッベ数、である。

【０００８】本発明の投影レンズは、別の態様による
と、拡大側より順に、正の屈折力を持つ結像レンズ群
と；正の屈折力を持ち少なくとも１面のフレネルレンズ
面を持つフレネルレンズ群と；より構成され、フレネル
レンズ群中の最も強い屈折力を持つ面は、フレネルレン
ズ面であり、かつ、そのフレネルレンズ面は、縮小側の
レンズ面に強い正のパワーを持ち、次の条件式（５）及
び（６）を満足することを特徴とする。（５）５０°＜θ＜７０° （６）０．２＜ｆ_b ／ｆ＜０．６但し、 θ：フレネルレンズ面の光軸から最も離れた位置におけ
る光軸とフレネルレンズ面の法線とのなす角、ｆ_b ：フレネルレンズ群中の最も強い屈折力を持つ面か
ら縮小側の共役面との距離、である。

【０００９】前記結像レンズ群は、正の屈折力を持つ第
１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とからな
り、光束を規制する部材（絞り）をはさんで配置される
ことが好ましい。また、フレネルレンズ群に、拡大側の
面に縮小側の面より弱い屈折力を持つレンズを有するこ
と、拡大側のレンズ面は非球面であることが好ましい。

【００１０】本発明による投影レンズでは、第１レンズ
群は、より具体的には、拡大側より順に、拡大側に凸面
を向けた正の屈折力を持つメニスカスレンズよりなる第
１−１レンズ；及び、拡大側に凸面を向けた正の屈折力
を持つ第１−２レンズ；の２群２枚構成、又は、正レン
ズと負レンズの接合レンズよりなる第１−１レンズ群；
及び、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１−２
レンズの２群３枚構成とすることができる。このとき、
第１−１レンズ群は、次の条件式（７）及び（８）を満
足することが好ましい。（７）０．８＜ｒ₁₁／ｒ₁₂＜１．２（８）０．１＜ｄ₁ ／ｆ＜０．２５但し、ｒ₁₁：第１−１レンズ群の拡大側のレンズ面の曲率半
径、ｒ₁₂：第１−１レンズ群の縮小側のレンズ面の曲率半
径、ｄ₁ ：第１レンズの全長、である。

【００１１】さらに、この第１レンズ群は、拡大側に強
い凸面を向けた正の屈折力を持つ１枚のメニスカスレン
ズにより構成することもできる。この場合、次の条件式
（９）及び（１０）を満足することが望ましい。（９）０．３＜ｒ₁ ／ｆ＜１．０（１０）０．２＜ｄ₁₂／ｆ＜０．４但し、ｒ₁ ：メニスカスレンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、ｄ₁₂：第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔、である。

【００１２】第１レンズ群は、１枚構成にする場合、よ
り良好な性能を得るため、少なくとも一面を非球面から
構成することが望ましい。

【００１３】本発明の投影レンズは、縮小側のスクリー
ンとの共役面に透過型液晶パネルが位置し、この透過型
液晶パネルに入射する略平行光束が、フレネルレンズ
群、結像レンズ群を介して、スクリーン上に投影される
投影装置に用いることができる。この投影装置において
は、投影距離を変化させるとき、透過型液晶パネルに入
射した略平行光束が、どの投影距離でも、フレネルレン
ズ群により集光された後結像レンズ群の入射瞳に入射す
るように、フレネルレンズ群と結像レンズ群とを液晶パ
ネルに対して相対移動させることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施例】図３２は、本発明の投影レンズを適用
した液晶プロジェクタの全体構成を示している。照明光
源１１から出た略平行光束は、カラー液晶パネル１２に
入射し、これを透過した後、フレネルコンデンサレンズ
（以下フレネルレンズ）１３で集光されて結像レンズ群
１４に入射する。結像レンズ群１４は、スクリーン１５
上に、カラー液晶パネル１２の像を投影する。照明光源
１１は、放物面鏡１１ａの焦点位置に光源１１ｂを置い
たもので、光源１１ａからの光は放物面鏡１１ａで反射
して平行光束となる。図３２には、単板式のカラー液晶
パネル１２を示したが、カラー液晶プロジェクタでは、
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のカラー液晶パネル１２の像を合成する
タイプもある。このようなカラー液晶プロジェクタで
も、各液晶パネルについてみれば、図３２の光学系が成
立する。

【００１５】図３３は、この液晶プロジェクタにおける
焦点調節装置及び方法の原理を示している。この装置及
び方法は、本出願人が別途特許出願している。カラー液
晶パネル１２に入射した略平行光は、カラー液晶パネル
１２を透過した後、フレネルレンズ１３に入射して一旦
集光され、結像レンズ群１４を介してスクリーン１５に
投影される。図３３の実線は、最長投影距離（最大投影
倍率、例えば、投影画像サイズ∞）のときのフレネルレ
ンズ１３と結像レンズ群１４の位置、及び、結像レンズ
群１４の入射瞳を通る光線を示している。同破線は、最
短投影距離（最小投影倍率、例えば、投影画面サイズ１
０”（インチ））のときのそれらを示している。

【００１６】すなわち、図３３では、フレネルレンズ１
３と結像レンズ群１４は、投影距離が最長から最短に変
化するに従い、ほぼ等量だけスクリーン１５側に移動し
ている。フレネルレンズ１３と結像レンズ群１４の移動
量は、いずれの投影倍率でも、カラー液晶パネル１２に
平行に入射して出射した光線（主光線）が結像レンズ群
１４の入射瞳を通るように定められている。別言する
と、フレネルレンズ１３と結像レンズ群１４は、いずれ
の投影倍率でも、カラー液晶パネル１２側に略テレセン
トリックな光学系を構成するように移動される。このよ
うに、フレネルレンズ１３と結像レンズ群１４を移動さ
せると、カラー液晶パネル１２に垂直に入射した光のみ
がスクリーン１５に投影されることとなり、カラー液晶
パネル１２のコントラストが低下する原因が生じない。
なお、フレネルレンズ１３と結像レンズ群１４は、共に
正レンズからなっている。

【００１７】本発明の投影レンズ系は、例えば以上のよ
うな液晶プロジェクタに用いるもので、結像レンズ群１
４の半画角が４０゜前後、投影倍率（拡大側の投影倍
率）が４×〜２０×程度に変化する投影装置に用いるこ
とができる。

【００１８】本発明の投影レンズは、拡大側より順に、
正の屈折力を持つ第１レンズ群と正の屈折力を持つ第２
レンズ群とからなる結像レンズ群と；正の屈折力を持ち
少なくとも１面のフレネルレンズ面を持つフレネルレン
ズ群（第３レンズ群）と；の３つのレンズ群とより構成
されるものである。第１レンズ群と第２レンズ群の間に
は絞りが位置する。そして本発明の投影レンズは、上記
条件式（１）及び（２）を満足する。

【００１９】条件式（１）は、正の第１レンズ群のパワ
ーを規定するものである。主に球面収差と像面湾曲をバ
ランス良く補正するための条件である。下限を越える
と、第１レンズ群のパワーが強くなり、像面の近距離変
化が大きくなり広い変倍域での使用が困難になる。逆に
上限を越えて第１レンズ群のパワーが弱くなると、球面
収差が補正不足となるとともに、像面湾曲は、補正過剰
になり好ましくない。

【００２０】条件式（２）は、正の第２レンズ群のパワ
ーを規定するもので、主に、第３レンズ群で発生する諸
収差をバランス良く補正するための条件である。下限を
越えて第２レンズ群のパワーが大きくなると、各面の曲
率半径が小さくなり、急激にコマ収差が悪化する。逆に
上限を越えて第２レンズ群のパワーが小さくなると、第
２レンズ群を小型化することが困難になるとともに、特
に非点収差、歪曲収差の発生を小さく押さえることが困
難になる。

【００２１】条件式（３）は、第２レンズ群の最も拡大
側のレンズ面の形状に関するものである。本発明の投影
レンズは、テレセントリック特性を得るために、第２レ
ンズ群と縮小側の共役面の間に強い正の屈折力を持つフ
レネルレンズ面を配置しているが、この条件式（３）
は、このフレネルレンズ面により発生する、主に、非点
収差、歪曲収差を良好に補正するための条件である。条
件式（３）の範囲内で、第２レンズ群の第１面の曲率半
径を緩く保つことにより良好に非点収差、歪曲収差を補
正することが可能になる。下限を越えると、球面収差と
像面湾曲をバランス良く補正することが困難になる。上
限を越えると、周辺部におけるコマ収差が悪化する。

【００２２】条件式（４）は、第２レンズ群の負レンズ
のアッベ数に関するものであり、色収差を良好に補正す
るための条件である。第２レンズ群の負レンズのアッベ
数が上限を越えると、特に画面周辺部での倍率色収差を
小さく押さえることが困難となる。

【００２３】条件式（５）は、第３レンズ群内の最も強
い正の屈折力を持つフレネルレンズ面の形状に関するも
のである。図３１に、光軸Ｏとフレネルレンズ１３のフ
レネルレンズ面１３Ｆの法線とのなす角度θを示した。
下限を越えると、フレネル周辺部における屈折力が小さ
くなり、良好なテレセントリック特性を保つことが困難
になる。逆に上限を越えると、フレネル面のプリズム切
削角度がきつくなりすぎて、光量損失（形状損失）が大
きくなるとともに、加工も困難になるため好ましくな
い。

【００２４】条件式（６）は、フレネルレンズ面から共
役面までの距離、すなわち、バックフォーカスに関する
ものである。下限を越えて、フレネル面が共役面に近づ
くとフレネル面による収差は小さくすることが可能にな
るが、共役面に配置される液晶パネルなどの規則的なパ
ターンと、フレネル面のピッチによるモアレ縞が生じた
り、フレネルのパターンが拡大投影されることがあり好
ましくない。逆に、上限を越えてバックフォーカスが長
くなると、特に倍率の色収差を小さく保つことが困難に
なる。

【００２５】条件式（７）は、第１レンズ群を複数のレ
ンズで構成する場合において、その第１レンズの拡大側
に配置された正の屈折力を持つ第１−１レンズ群の形状
に関するものである。この第１−１レンズ群は、メニス
カスレンズまたは接合レンズからなる。この第１−１レ
ンズ群の正の屈折力が、この条件式の下限を越えて強く
なると、球面収差が補正過剰になるとともに、非点収差
が大きくなる。逆に、上限を越えると、急激に球面収差
がアンダーになるとともに、コマ収差も悪化する。

【００２６】条件式（８）は、第１レンズ群が複数のレ
ンズで構成される場合の第１レンズ群の全長とレンズ全
系の全長の比に関するものである。下限を越えると、非
点収差、コマ収差をバランスよく補正することが困難に
なる。逆に上限を越えて第１レンズ群の全長が大きくな
ると、収差補正は有利になるが、レンズの小型化という
点においては好ましくない。

【００２７】条件式（９）は、第１レンズ群がただ１枚
のメニスカスレンズで構成される場合のレンズ形状に関
する条件である。下限を越えて、曲率半径が小さくなる
と、球面収差が急激にアンダーになる。逆に、上限を越
えて曲率半径が大きくなると、周辺部におけるコマフレ
アーが増大し、好ましくない。

【００２８】条件式（１０）は、第１レンズ群が１枚の
メニカスレンズで構成される場合における第１レンズ群
と第２レンズ群の空気間隔に関する条件である。本発明
の投影レンズでは、第１レンズ群と第２レンズ群の間に
は必ず空気間隔が存在するが、第１レンズ群が１枚の単
レンズで構成される場合、条件式（１０）の範囲内で群
の間隔を適度に離すことにより諸収差を良好に補正する
ことが可能になる。下限を越えて、群間隔が狭まると各
群のパワーが増大し、広い変倍域での収差変動を小さく
することが困難になる。逆に上限を越えて群間隔が広が
ると、収差補正上は有利になるが、レンズの全長、外形
が大きくなり小型化、低コスト化という点で好ましくな
い。

【００２９】さらに、良好な性能を得るためには、第１
レンズ群と第２レンズ群の合成の焦点距離をｆ₁₂、第３
レンズ群の焦点距離をｆ₃ 、第２レンズ群の第２−１レ
ンズの屈折率ｎ₁ とするとき、下記の条件式（１１）及
び（１２）を満足することが好ましい。（１１）０．３＜ｆ₃ ／ｆ₁₂＜１．５（１２）ｎ₁ ＜１．６５

【００３０】条件式（１１）は、第１レンズ群と第２レ
ンズ群の合成のパワ−と、第３レンズ群のパワーの比に
関するものである。この条件を満足することにより、収
差を悪化させずに、第３レンズ群により、良好なテレセ
ントリック特性を得ることができる。下限を越えると、
第３レンズ群のパワーが増大し過ぎ、球面収差、コマ収
差を小さく抑えることが困難になる。逆に、上限を越え
ると、特に、第２レンズ群のパワーが強くなり、各面の
曲率半径が小さくなり、非点収差を小さく抑えることが
困難となる。

【００３１】条件式（１２）は、第２レンズ群の拡大側
に配置された正レンズの屈折率に関するものである。こ
の条件を満足することにより、像面湾曲を良好に補正す
ることができる。正レンズの屈折率が上限を越えると、
平坦な像面を得ることが困難になる。また高屈折率硝材
は高価であり、コストを増大させる。

【００３２】さらに、結像レンズ群を構成する第１レン
ズ群と第２レンズ群の間には、光束を規制する部材（絞
り）Ｓが配置されている。第１レンズ群の拡大側の面か
ら絞りまでの距離をＬ_s （図１参照）、第１レンズ群の
拡大側の面から第２レンズ群の縮小側の面までのＬ₁₂と
するとき、第１レンズ群が１枚のレンズだけで構成され
る場合は、下記の条件式（１３）を満足することが望ま
しい。（１３）Ｌ_s ／Ｌ₁₂＜０．５また、第１レンズ群が、複数枚のレンズで構成される場
合は、下記の条件式（１３’）を満足することが好まし
い。（１３’）Ｌ_s ／Ｌ₁₂＜０．３５

【００３３】この条件式（１３）及び（１３’）は、絞
り位置に関する条件で、この条件式の範囲で絞り位置を
第１レンズ群Ｇ₁ 側に寄せることにより、第１、第２レ
ンズ群Ｇ₁ 、Ｇ₂ により構成される結像レンズ群１４の
瞳位置を拡大側に位置させることが可能になり、従っ
て、図３４に示すように、第２レンズ群Ｇ₂ と第３レン
ズ群Ｇ₃ （フレネルレンズ１３）間の最大画角位置にお
ける主光線２０の傾角αを緩くすることが可能になり、
結果として、第３レンズ群Ｇ₃ で用いられるフレネルレ
ンズのフレネル角を緩くすることができる。図３５は、
本発明の結像レンズ群１４の入射瞳１４Ａの位置と射出
瞳１４Ｂの位置を定義する図である。フレネルレンズ１
３で集光された光束は、結像レンズ群１４の入射瞳１４
Ａに入射する。フレネルレンズ１３と結像レンズ１４
は、投映距離が変わっても、この関係、つまりフレネル
レンズ１３で集光された光束が結像レンズ群１４の入射
瞳１４Ａに入射するように液晶パネル１２に対して相対
移動する。

【００３４】以下、具体的な数値実施例について本発明
を説明する。図面及び以下の表において、Ｆ_NOはＦナン
バー、２ωは拡大側における画角、Ｒは各面の曲率半
径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎ_d は各レンズの
ｄ線の屈折率、ν_d は各レンズのアッベ数である。ＳＡ
は球面収差、ＳＣは正弦条件、ｄ線、ｇ線、ｃ線は、そ
れぞれの波長における、球面収差、軸上色収差及び倍率
色収差、非点収差のＳはサジタル、Ｍはメリディオナル
を示している。

【００３５】尚、実施例で用いられている非球面は、近
軸曲率半径をｒ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次の高
次の非球面係数を A4 、A6、A8、光軸方向をｘ、光軸か
らの高さをｈとする時、次式で定義される。 x=h²/[r{1+[1-(1+K)(h/r)²]^1/2}]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+・・・

【００３６】［実施例１］図１ないし図３は、本発明の
投影レンズの第１の実施例を示すもので、図１はレンズ
構成図、図２は拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小側に
おける収差図、図３は拡大側投影倍率４ｘのときの縮小
側における収差図である。このレンズ系の具体的数値デ
ータを表１に示す。この実施例では、第１レンズ群、第
２レンズ群ともに３枚構成であり、第１レンズ群の第１
−１レンズと第１−２レンズが接合され、第２レンズ群
の第２−２レンズと第２−３レンズが接合されている。

【００３７】

【表１】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=81.2 °〜80.8° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 19.361 3.20 1.71299 53.9 2 -23.876 1.10 1.80610 40.9 3 20.005 0.64 - - 4 44.935 1.16 1.60342 38.0 5 -104.450 0.50 - - 絞り ∞ 5.74 - - 6 -243.066 6.88 1.48749 70.2 7 -14.574 4.76 - - 8 -13.411 1.62 1.80518 25.4 9 -30.507 5.48 1.51633 64.1 10 -25.342 10.61 - - 11 ∞ 1.97 1.49176 57.4 12 ＊＊ -17.270 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.12: K=-1.02 、A4=-0.44464 ×10^-5、A6=0.38486×
10^-8、A8=-0.15493 ×10^-11

【００３８】［実施例２］図４ないし図６は、本発明の
第２の実施例を示すもので、図４はレンズ構成図であ
る。図５は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小側にお
ける収差図、図６は、拡大側投影倍率４ｘのときの縮小
側における収差図である。このレンズ系の具体的数値デ
ータを表２に示す。この実施例では、第１レンズ群、第
２レンズ群ともに３枚構成であり、第１レンズ群の第１
−１レンズと第１−２レンズが接合され、第２レンズ群
の第２−１レンズと第２−２レンズが接合されている。

【００３９】

【表２】F_NO=1:4.0 f =35mm ２ω=82.6 °〜82.4° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 11.060 3.28 1.58913 61.2 2 19.328 1.16 1.60342 38.0 3 9.963 0.68 - - 4 19.338 1.62 1.58913 61.2 5 45.022 0.48 - - 絞り ∞ 3.15 - - 6 -172.860 6.90 1.53172 48.9 7 -14.169 1.45 1.78472 25.7 8 -73.544 0.48 - - 9 -1277.170 6.05 1.51633 64.1 10 -31.768 16.36 - - 11 ∞ 1.93 1.49176 57.4 12 ＊＊ -16.909 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.12: K=-1.00 、A4=-0.35023 ×10^-6、A6=0.89364×
10^-10 、A8=0.21011×10^-12

【００４０】［実施例３］図７ないし図９は、本発明の
第３の実施例を示すもので、図７はレンズ構成図であ
る。図８は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小側にお
ける収差図、図９は、拡大側投影倍率４ｘのときの縮小
側における収差図である。このレンズ系の具体的数値デ
ータを表３に示す。この実施例では、第１レンズ群は３
枚構成、第２レンズ群は２枚構成であり、第１レンズ群
の第１−１レンズと第１−２レンズが接合され、第２レ
ンズ群の第２−１レンズと第２−２レンズが接合されて
いる。

【００４１】

【表３】F_NO=1:4.0 f =35mm ２ω=83 °〜82.8° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 13.319 4.28 1.51633 64.1 2 144.693 0.95 1.54072 47.2 3 12.510 0.98 - - 4 26.272 1.44 1.76200 40.1 5 52.290 0.66 - - 絞り ∞ 6.42 - - 6 -214.623 10.46 1.58913 61.2 7 -15.401 1.14 1.84666 23.8 8 -25.719 18.21 - - 9 ＊ -179.588 1.90 1.49176 57.4 10 ＊＊ -16.786 - - - ＊は非球面、＊＊は非球面フレネル非球面データ NO. 9: K=-1.00 、A4=0.58900×10^-6、A6=-0.37444 ×
10^-9、A8=0.0 NO.10: K=-1.00 、A4=0.23236×10^-6、A6=-0.12297 ×
10^-8、A8=0.0

【００４２】［実施例４］図１０ないし図１２は、本発
明の第４の実施例を示すもので、図１０はレンズ構成図
である。図１１は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図１２は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表４に示す。この実施例では、第１レン
ズ群は２枚構成、第２レンズ群は３枚構成であり、接合
レンズはない。

【００４３】

【表４】F_NO=1:4.0 f =35mm ２ω=83 °〜83.6° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 11.511 2.86 1.48749 70.2 2 10.808 0.99 - - 3 22.111 1.36 1.58913 61.2 4 47.473 0.70 - - 絞り ∞ 4.91 - - 5 -59.385 6.67 1.61271 58.7 6 -13.086 1.04 - - 7 -12.525 1.17 1.84666 23.8 8 -23.247 2.66 - - 9 -68.212 3.19 1.51633 64.1 10 -47.649 18.32 - - 11 ∞ 1.95 1.49176 57.4 12 ＊＊ -17.419 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.12: K=-1.00 、A4=0.67778×10^-6、A6=-0.70255 ×
10^-9、A8=0.11110×10^-12

【００４４】［実施例５］図１３ないし図１５は、本発
明の第５の実施例を示すもので、図１３はレンズ構成図
である。図１４は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図１５は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表５に示す。この実施例では、第１レン
ズ群、第２レンズ群ともに２枚構成であり、第２レンズ
群の第２−１レンズと第２−２レンズが接合されてい
る。

【００４５】

【表５】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=83.6 °〜83.4° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 9.939 2.67 1.51633 64.1 2 9.652 1.32 - - 3 21.080 1.16 1.58913 61.2 4 31.527 0.88 - - 絞り ∞ 7.10 - - 5 311.182 7.57 1.58913 61.2 6 -17.465 1.16 1.78472 25.7 7 -36.830 20.49 - - 8 ＊＊ 167.478 1.94 1.49176 57.4 9 ＊＊ -18.779 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.8 : K=-1.00 、A4=-0.20896 ×10^-5、A6=-0.54739
×10^-9、A8=0.0 NO.9 : K=-1.00 、A4=-0.19932 ×10^-5、A6=-0.34538
×10^-8、A8=0.0

【００４６】［実施例６］図１６ないし図１８は、本発
明の第６の実施例を示すもので、図１６はレンズ構成図
である。図１７は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図１８は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表６に示す。この実施例では、第１レン
ズ群は単レンズ（拡大側に強い凸面を向けた正のメニス
カスレンズ）、第２レンズ群は３枚構成であり、第２レ
ンズ群の第２−２レンズと第２−３レンズが接合されて
いる。

【００４７】

【表６】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=82 °〜81.8° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 15.606 5.63 1.65128 38.3 2 18.409 6.02 - - 絞り ∞ 3.31 - - 3 1474.638 5.04 1.51633 64.1 4 -16.295 0.92 - - 5 -36.221 2.11 1.75520 27.5 6 -327.288 2.64 1.51633 64.1 7 -164.551 18.03 - - 8 ∞ 2.11 1.49176 57.4 9 ＊＊ -14.862 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.9 : K=-1.00 、A4=-0.38647 ×10^-5、A6=0.15399×
10^-8、A8=0.76314×10^-14

【００４８】［実施例７］図１９ないし図２１は、本発
明の第７の実施例を示すもので、図１９はレンズ構成図
である。図２０は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図２１は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表７に示す。実施例７ないし９では、第
１レンズ群は単レンズ（拡大側に強い凸面を向けた正の
メニスカスレンズ）、第２レンズ群は２枚構成であり、
その２枚（第２−１レンズと第２−２レンズ）が接合さ
れている。

【００４９】

【表７】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=82.8 °〜83.6° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 11.982 2.76 1.51633 64.1 2 15.790 4.66 - - 絞り ∞ 3.87 - - 3 974.923 4.54 1.58913 61.2 4 -13.860 1.15 1.78472 25.7 5 -38.117 23.69 - - 6 ＊＊ 118.107 1.91 1.49176 57.4 7 ＊＊ -17.385 - - - ＊＊は非球面フレネル NO.6 : K=-1.00 、A4=-0.19753 ×10^-5、A6=0.39755×
10^-9、A8=0.0 NO.7 : K=-1.00 、A4=-0.47137 ×10^-6、A6=-0.11233
×10^-9、A8=0.0

【００５０】［実施例８］図２２ないし図２４は、本発
明の第８の実施例を示すもので、図２２はレンズ構成図
である。図２３は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図２４は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表８に示す。

【００５１】

【表８】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=81.8 °〜82.2° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 ＊ 13.048 4.29 1.49176 57.4 2 18.582 5.53 - - 絞り ∞ 6.97 - - 3 116.489 5.52 1.58913 61.2 4 -31.562 1.15 1.78472 25.7 5 -105.905 17.19 - - 6 ＊＊ 87.955 1.91 1.49176 57.4 7 ＊＊ -17.898 - - - ＊は非球面、＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.1 : K=0.0 、A4=0.56910×10^-5、A6=0.80233×1
0^-7、A8=0.0 NO.6 : K=0.0 、A4=-0.30181 ×10^-5、A6=0.0、A8=0.0 NO.7 : K=-1.00 、A4=-0.35265 ×10^-6、A6=-0.17730
×10^-8、A8=0.0

【００５２】［実施例９］図２５ないし図２７は、本発
明の第９の実施例を示すもので、図２５はレンズ構成図
である。図２６は、拡大側投影倍率２０ｘのときの縮小
側における収差図、図２７は、拡大側投影倍率４ｘのと
きの縮小側における収差図である。このレンズ系の具体
的数値データを表９に示す。

【００５３】

【表９】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=81 °〜81.4° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 ＊ 13.413 5.77 1.49176 57.4 2 18.009 4.48 - - 絞り ∞ 6.57 - - 3 103.396 5.86 1.58913 61.2 4 -30.968 1.16 1.78472 25.7 5 -99.201 14.98 - - 6 ＊ 97.770 4.36 1.49176 57.4 7 ＊＊ -17.824 - - - ＊は非球面、＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.1 : K=0.0 、A4=0.87910×10^-5、A6=0.61388×1
0^-7、A8=0.0 NO.6 : K=0.0 、A4=-0.24261 ×10^-5、A6=0.0、A8=0.0 NO.7 : K=-1.00 、A4=-0.15008 ×10^-5、A6=-0.46840
×10^-9、A8=0.0

【００５４】［実施例１０］図２８ないし図３０は、本
発明の第１０の実施例を示すもので、図２８はレンズ構
成図である。図２９は、拡大側投影倍率２０ｘのときの
縮小側における収差図、図３０は、拡大側投影倍率４ｘ
のときの縮小側における収差図である。このレンズ系の
具体的数値データを表１０に示す。

【００５５】

【表１０】F_NO=1:4.8 f =35mm ２ω=82.4 °〜82.4° 面 No. ＲＤｎ_d ν_d 1 27.166 1.67 1.48749 70.2 2 80.653 1.18 - - 絞り ∞ 8.40 - - 3 -114.415 6.37 1.60311 60.7 4 -14.821 3.16 - - 5 -13.111 1.82 1.80518 25.4 6 -25.283 18.85 - - 7 ∞ 1.82 1.49176 57.4 8 ＊＊ -18.138 - - - ＊＊は非球面フレネル非球面データ NO.8 : K=-1.00 、A4=0.39071×10^-7、A6=-0.83651 ×
10^-9、A8=0.0

【００５６】表１１に、各条件式（１）ないし（１３）
に関する各数値を、各実施例について示す。

【表１１】実施例１実施例２実施例３実施例４実施例５条件式（１） 2.042 1.631 2.004 2.006 2.359 条件式（２） 3.963 4.124 2.019 2.555 2.374 条件式（３） -0.1440 -0.2025 -0.1631 -0.5893 0.1125 条件式（４） 25.4 25.7 23.9 23.9 25.7 条件式（５） 62.623 61.352 63.920 61.675 63.667 条件式（６） 0.366 0.332 0.266 0.292 0.313 0.566 0.532 0.466 0.523 0.513 条件式（７） 0.968 1.110 1.065 1.065 1.030 条件式（８） 0.175 0.192 0.219 0.149 0.147 条件式（９） - - - - - 条件式（10） - - - - - 条件式（11） 0.687 0.700 0.860 0.770 0.717 条件式（12） 1.48749 1.53172 1.58913 1.61271 1.58913 条件式（13） 0.212 0.286 0.316 0.231 0.276 実施例６実施例７実施例８実施例９実施例１０条件式（１） 2.509 2.205 2.027 2.159 2.377 条件式（２） 1.854 3.806 4.569 3.935 2.829 条件式（３） 0.0237 0.0519 0.3005 0.3385 -0.306 条件式（４） 27.5 25.7 25.7 25.7 25.4 条件式（５） 66.408 62.754 64.961 64.180 62.649 条件式（６） 0.235 0.353 0.352 0.357 0.341 0.435 0.553 0.552 0.557 0.541 条件式（７） - - - - - 条件式（８） - - - - - 条件式（９） 0.446 0.342 0.373 0.383 0.776 条件式（10） 0.267 0.244 0.357 0.316 0.274 条件式（11） 0.679 0.577 0.561 0.567 0.763 条件式（12） 1.51633 1.58913 1.58913 1.58913 1.60311 条件式（13） 0.454 0.437 0.419 0.430 0.126

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、小型で
構成枚数も少なく安価な構成で、半画角４０°前後の超
広角域をカバーし、かつ、良好な性能を有する広角投影
レンズをえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影レンズの第１の実施例のレン
ズ構成図である。

【図２】図１のレンズ系における拡大側投影倍率２０ｘ
の時の縮小側における収差図である。

【図３】図１のレンズ系における拡大側投影倍率４ｘの
時の縮小側における収差図である。

【図４】本発明による投影レンズの第２の実施例のレン
ズ構成図である。

【図５】図４のレンズ系における拡大側投影倍率２０ｘ
の時の縮小側における収差図である。

【図６】図４のレンズ系における拡大側投影倍率４ｘの
時の縮小側における収差図である。

【図７】本発明による投影レンズの第３の実施例のレン
ズ構成図である。

【図８】図７のレンズ系における拡大側投影倍率２０ｘ
の時の縮小側における収差図である。

【図９】図７のレンズ系における拡大側投影倍率４ｘの
時の縮小側における収差図である。

【図１０】本発明による投影レンズの第４の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図１１】図１０のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１２】図１０のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１３】本発明による投影レンズの第５の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図１４】図１３のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１５】図１３のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１６】本発明による投影レンズの第６の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図１７】図１６のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１８】図１６のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図１９】本発明による投影レンズの第７の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図２０】図１９のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２１】図１９のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２２】本発明による投影レンズの第８の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図２３】図２２のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２４】図２２のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２５】本発明による投影レンズの第９の実施例のレ
ンズ構成図である。

【図２６】図２５のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２７】図２５のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図２８】本発明による投影レンズの第１０の実施例の
レンズ構成図である。

【図２９】図２８のレンズ系における拡大側投影倍率２
０ｘの時の縮小側における収差図である。

【図３０】図２８のレンズ系における拡大側投影倍率４
ｘの時の縮小側における収差図である。

【図３１】光軸とフレネルレンズ面の法線のなす角度θ
の説明図である。

【図３２】本発明の投影レンズを適用する液晶プロジェ
クタの構成例を示す図である。

【図３３】図３２の液晶プロジェクタにおける投影レン
ズの焦点調節装置及び方法を説明する図である。

【図３４】本発明の投影レンズ中の絞り配置位置を説明
する図である。

【図３５】本発明の結像レンズ群の瞳の定義を説明する
図である。

【符号の説明】

１１光源１２液晶パネル１３フレネルコンデンサレンズ１４結像レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山県正和東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内 (56)参考文献特開平５−346539（ＪＰ，Ａ) 特開平４−16910（ＪＰ，Ａ) 特開平６−235884（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−3228（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/18 G02B 27/18 G02B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】拡大側より順に、正の屈折力を持つ第１
レンズ群と正の屈折力を持つ第２レンズ群とからなる結
像レンズ群と；正の屈折力を持ち少なくとも１面のフレ
ネルレンズ面を持つフレネルレンズ群と；から構成さ
れ、前記第２レンズ群は、拡大側より順に、正の屈折力を持
つ第２−１レンズ；負の屈折力を持つ第２−２レンズ；
及び、正の屈折力を持つ第２−３レンズ；の３枚のレン
ズにより構成され、下記の条件式（１）乃至（４）を満足する投影レンズ。（１）１．４＜ｆ_１／ｆ＜２．８（２）１．５＜ｆ_２／ｆ＜６．０（３）−１．０＜ｆ／ｒ _２１＜０．５（４）ν _２＜３０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離。ｒ _２１：第２−１レンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、 ν _２：第２−２レンズのアッベ数。
【請求項２】拡大側より順に、正の屈折力を持つ第１
レンズ群と正の屈折力を持つ第２レンズ群とからなる結
像レンズ群と；正の屈折力を持ち少なくとも１面のフレ
ネルレンズ面を持つフレネルレンズ群と；から構成さ
れ、前記第２レンズ群は、拡大側より順に、正の屈折力を持
つ第２−１レンズ；及び、負の屈折力を持つ第２−２レ
ンズ；の２枚のレンズより構成され、下記の条件式（１）乃至（４）を満足する投影レンズ。（１）１．４＜ｆ _１／ｆ＜２．８（２）１．５＜ｆ _２／ｆ＜６．０（３）−１．０＜ｆ／ｒ _２１＜０．５（４）ν _２＜３０但し、ｆ：レンズ全系の焦点距離、ｆ _１：第１レンズ群の焦点距離、ｆ _２：第２レンズ群の焦点距離。ｒ _２１：第２−１レンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、 ν _２：第２−２レンズのアッベ数。
【請求項３】拡大側より順に、正の屈折力を持つ結像
レンズ群と；正の屈折力を持ち少なくとも１面のフレネ
ルレンズ面を持つフレネルレンズ群と；より構成され、フレネルレンズ群中の最も強い屈折力を持つ面はフレネ
ルレンズ面であり、かつそのフレネルレンズ面は、縮小
側のレンズ面に強い正のパワーを持ち下記の条件式
（５）及び（６）を満足する投影レンズ。（５）５０°＜θ＜７０° （６）０．２＜ｆ_ｂ／ｆ＜０．６但し、 θ ：フレネルレンズ面の光軸から最も離れた位置にお
ける光軸とフレネルレンズ面の法線とのなす角、ｆ_ｂ：フレネルレンズ群の最も強い屈折力を持つ面か
ら縮小側の共役面との距離。
【請求項４】請求項３記載の投影レンズにおいて、前
記結像レンズ群は、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、
正の屈折力を持つ第２レンズ群とからなり、この第１、
第２のレンズ群は光束を規制する絞部材を挟んで配置さ
れている投影レンズ。
【請求項５】請求項３記載の投影レンズにおいて、前
記フレネルレンズ群は、その拡大側の面に縮小側の面よ
り弱い屈折力を持つレンズ面を有する投影レンズ。
【請求項６】請求項５記載の投影レンズにおいて、前
記フレネルレンズ群の拡大側のレンズ面は非球面からな
っている投影レンズ。
【請求項７】請求項３記載の投影レンズにおいて、前
記フレネルレンズ群は、その拡大側の面に縮小側の面よ
り弱い屈折力をもつフレネルレンズ面を有する投影レン
ズ。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか１項記載の
投影レンズにおいて、前記第１レンズ群は、拡大側より
順に、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を持つメニスカ
スレンズよりなる第１−１レンズ；及び、拡大側に凸面
を向けた正の屈折力を持つ第１−２レンズ；の２群２枚
のレンズにより構成され、下記の条件式（７）及び
（８）を満足する投影レンズ。（７）０．８＜ｒ_１１／ｒ_１２＜１．２（８）０．１＜ｄ_１／ｆ＜０．２５但し、ｒ_１１：第１−１レンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、ｒ_１２：第１−１レンズの縮小側のレンズ面の曲率半
径、ｄ_１：第１レンズ群の全長。
【請求項９】請求項１ないし７のいずれか１項記載の
投影レンズにおいて、前記第１レンズ群は、拡大側より
順に、正レンズと負レンズの接合レンズよりなる第１−
１レンズ群；及び、拡大側に凸面を向けた正の屈折力を
持つ第１−２レンズの２群３枚のレンズにより構成さ
れ、下記の条件式（７）及び（８）を満足する投影レン
ズ。（７）０．８＜ｒ_１１／ｒ_１２＜１．２（８）０．１＜ｄ_１／ｆ＜０．２５但し、ｒ_１１：第１−１レンズ群の拡大側のレンズ面の曲率半
径、ｒ_１２：第１−１レンズ群の縮小側のレンズ面の曲率半
径、ｄ_１：第１レンズ群の全長。
【請求項１０】請求項１ないし７のいずれか１項記載
の投影レンズにおいて、前記第１レンズ群は、拡大側に
強い凸面を向けた正の屈折力を持つ１枚のメニスカスレ
ンズにより構成され、下記の条件式（９）及び（１０）
を満足する投影レンズ。（９）０．３＜ｒ_１／ｆ＜１．０（１０）０．２＜ｄ_１２／ｆ＜０．４但し、ｒ_１：メニスカスレンズの拡大側のレンズ面の曲率半
径、ｄ_１２：第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔。
【請求項１１】請求項１ないし７及び１０のいずれか
１項記載の投影レンズにおいて、前記第１レンズは、非
球面を有する投影レンズ。
【請求項１２】請求項１ないし７のいずれか１項記載
の投影レンズにおいて、縮小側のスクリーンとの共役面
には、透過型液晶パネルが位置し、この透過型液晶パネ
ルに入射する略平行光束が、前記フレネルレンズ群と結
像レンズ群を介して、スクリーン上に投影される投影装
置。
【請求項１３】請求項１２記載の投影レンズにおい
て、前記フレネルレンズ群と結像レンズ群は、透過型液
晶パネルに入射した略平行光束が、いかなる投影距離に
おいても常時、該フレネルレンズ群により集光された後
該結像レンズ群の入射瞳に入射するように、液晶パネル
に対して相対移動する投影装置。