JP4177633B2 - 広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム - Google Patents
広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4177633B2 JP4177633B2 JP2002301030A JP2002301030A JP4177633B2 JP 4177633 B2 JP4177633 B2 JP 4177633B2 JP 2002301030 A JP2002301030 A JP 2002301030A JP 2002301030 A JP2002301030 A JP 2002301030A JP 4177633 B2 JP4177633 B2 JP 4177633B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- lens group
- wide
- distance
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/04—Reversed telephoto objectives
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広角レンズに関し、特に空間光変調素子の映像をスクリ−ン上に拡大投写するプロジェクター等に用いる広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤、緑、青の３原色の反射型の空間変調素子を用いるプロジェクターは、照明光を導くプリズムと色合成のプリズムとが投写レンズと空間変調素子の間に配置される。このため投写レンズは、長いバックフォーカスが必要となる。
【０００３】
また、色合成のプリズムは、分光特性に入射角依存性があるために、共役距離の短い側の瞳位置を空間変調素子から十分遠方にする光学系、すなわちテレセントリック性が必要である。テレセントリック広角レンズとして、下記の特許文献１に提案されている広角レンズがある。
【０００４】
さらにスクリーンからプロジェクターまでの投写距離を短くして小さなスペースで使用したい要望もあり、投写レンズには短い投写距離で使用できる広角のレンズも要望されている。
【０００５】
また、広角レンズとした場合、歪曲をどのように補正するかが重要である。非球面は歪曲の補正能力が高く、レンズの外径を小さくしレンズの構成枚数を少なくできる可能性を持っている。非球面を使ったテレセントリック広角レンズとして、例えば下記の特許文献２に提案されている広角レンズがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１０９２２７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−１３１６３６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に提案されている広角レンズの場合、反射型の空間変調素子用のプロジェクターの投写レンズとして使用するには、バックフォーカスが不足している。
【０００９】
また、前記特許文献２に提案されている非球面を使った広角レンズの場合、軸上色収差と色のコマ（基準波長に対してはコマ収差はないが、赤色６２０ｎｍでは下向きのコマ収差があり、青色４６０ｎｍでは上向きのコマ収差がある状態）の補正が十分ではない。これは、非球面は色に対しての補正能力がないことに原因している。
【００１０】
ここで、プロジェクター用の広角レンズはリア形態で使われることが多く、背面ミラーと組み合わされ、一体型として使われることもある。この場合は、１７８ｃｍ程度の対角寸法を持ったスクリーンに投写され、レンズとしては近距離での性能が要求される。
【００１１】
しかし、広角レンズは投写距離による性能変化が大きい。特に前記のように、プロジェクター用の広角レンズは、長いバックフォーカスが必要であり、共役距離の長い側から凹凸の順序のレンズ配置となり、いわゆる逆望遠型（レトロフォーカス型）となる。この構成では、絞りに対してレンズ配置の非対称性が大きくなり、投写距離の変化に対する性能変化は大きくなる。一方、絞りに対して対称型の広角レンズの場合は、レンズを通る光線の高さが変化した場合でも、絞りの前後で収差が相殺し合うように作用するので性能変化が少ない。
【００１２】
すなわち、前記のような逆望遠型レンズは、絞りに対してレンズ配置の非対称性が大きいため、投写距離を変化させてレンズを通る光線の高さが変化した場合、収差が打ち消し合うことがなく性能も変化する。
【００１３】
したがって、プロジェクター用の広角レンズにおいては、例えば７８２〜１７８ｃｍ程度のスクリーンサイズに投写した場合の投写距離の変化に対する性能確保が大きな問題となる。
【００１４】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、明るく高精細なプロジェクターを実現するために、長いバックフォーカスを有しながら、歪曲が小さく、色収差の小さい、投写距離の変化に対して性能の変化の少ない広角レンズ及びそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の広角レンズは、共役距離の長い側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群と比べて弱い屈折力であり、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記第1レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔は減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔は増加するように、前記第１レンズ群と第３レンズ群とが共役距離の短い側へ移動し、絞りは、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に位置し、前記広角レンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆ、広角レンズの焦点距離をｆとすると、
４＜ｂｆ／ｆ＜６
の関係を満足することを特徴とする。
【００２２】
前記本発明の第１の広角レンズによれば、長いバックフォーカスを実現しながら投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。前記本発明の第２の広角レンズによれば、倍率色収差を小さくすることができる。前記本発明の第３の広角レンズによれば、歪曲収差と倍率色収差を小さく抑えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る広角レンズの構成図を示している。本図に示した広角レンズ１０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群１１（レンズ１１ａ〜１１ｆ）、第２レンズ群１２（レンズ１２ａ〜１２ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群１３（レンズ１３ａ〜１３ｇ）が配置された３群構成となっている。第２レンズ群１２の屈折力は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ弱くしている。より具体的には、第２レンズ群１２の屈折力は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ、１／５程度以下が好ましく、１／１０以下でもよい。このことは、以下の図３、５に示す構成においても同様である。
【００３４】
１４は、プリズム等のガラスブロックである。１５は像面を表し、撮像系の場合はフィルムやＣＣＤ、投写装置の場合は空間変調素子であるＬＣＤ等となる。また、絞り１６は第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間に配置されている。なお、本図の例では、共役距離の長い側とは像面１５と反対側である（図３、５も同じ）。
【００３５】
広角レンズ１０は、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３は共役距離の短い側に移動し、第２レンズ群１２は第１レンズ群１１との間隔ｄ１２を減少するように移動する。
【００３６】
第１レンズ群１１の構成は、共役距離の長い側から順に、負レンズ１１ａ、負レンズ１１ｂ、正レンズ１１ｃ、負レンズ１１ｄ、負レンズ１１ｅ、正レンズ１１ｆの６枚構成である。第２レンズ群１２の構成は，共役距離の長い側から順に、負レンズ１２ａ、正レンズ１２ｂ、正レンズ１２ｃの３枚構成である。投写距離が変化したときは、第２レンズ群１２は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３との間隔を変化させて、収差を補正する。
【００３７】
第３レンズ群１３は、正の屈折力を持っている。第３レンズ群１３は、歪曲及び倍率の色収差に大きく影響するので、これら収差を効果的に抑える構成となっている。
【００３８】
このように、広角レンズ１０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力を持った第１レンズ群１１、弱い屈折力を持った第２レンズ群１２、正の屈折力を持った第３レンズ群１３の３群で構成することにより、バックフォーカスの長い広角レンズを実現している。
【００３９】
以下、広角レンズ１０について、より具体的に説明する。広角レンズ１０は、負、正の屈折力のレンズ群で構成される逆望遠型（レトロフォーカス型）を基本としている。逆望遠型は、長いバックフォーカスが得られ易い特徴を持っているが、投写距離の変化に対して光学性能が変化し易い。このため本実施形態では、投写距離の変化に対して、フォーカシングの方法を工夫している。
【００４０】
具体的には、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ１１群から第３レンズ群１３までの全体を光軸方向に移動させるとともに、第２レンズ群１２を、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とは別の移動、すなわち、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間の空気間隔を減少させ、かつ第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間の空気間隔を増加させるようにしている。このことにより、詳細は後に説明する通り、投写距離の変化に対して光学性能が変化しないようにしている。
【００４１】
第２レンズ群１２は、前記のように第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ弱い屈折力を持っている。第２レンズ群１２は、凹レンズであるレンズ１２ａと、凸レンズであるレンズ１２ｂ、１２ｃとで構成されるが、凹レンズには屈折率の低いガラス硝材を用い、凸レンズには屈折率の高いガラス硝材を用いている。第２レンズ群１２は屈折力が弱いので、凸レンズと凹レンズとのパワーは同じであるが、屈折率の低い凹レンズの方が大きな収差を発生させることになり、この結果第２レンズ群１２はプラスの球面収差を発生させる。
【００４２】
第１レンズ群１１は、負の屈折力を持っているが、軸上光線が低いことと、第１レンズ群１１を構成するレンズを多くしているので、球面収差を十分小さく補正している。第３レンズ群１３は軸上光線が高いところを通ることと、ペッツバール和を小さく抑えるために、凸レンズには屈折率が低いガラス硝材を用いているので、マイナスの球面収差を発生させている。このように球面収差は、第１レンズ群１１で±ゼロ、第２レンズ群１２でプラス、第３レンズ群１３でマイナスであり、第１レンズ群１１から第３レンズ群１３までの全体で球面収差をバランスさせている。
【００４３】
広角レンズ１０全体の収差を小さく抑えるには、各レンズ群の発生させる収差と各レンズ群の間隔とが重要になる。共役距離の長い側から考えると、第１レンズ群１１が球面収差を小さく抑えているので、第２レンズ群１２との間隔が変化しても、広角レンズ１０全体の球面収差は変化しない。
【００４４】
一方、第２レンズ群１２はプラスの球面収差を持っているので、第３レンズ群１３との間隔が大きくなれば、第２レンズ群１２のプラスの球面収差の影響が大きくなって、広角レンズ１０全体ではプラスの球面収差となる。
【００４５】
しかしながら、第２レンズ群１２は主光線高が高く、球面収差よりも非点収差に対する影響が大きく、第２レンズ群１２の移動による収差の変動は球面収差よりも非点収差に顕著に現れる。このため、このような第２レンズ群１２の移動による非点収差の変動を利用すれば、投写距離の変動による収差の変動を第２レンズ群１２の移動によって補正できることになる。仮に、第２レンズ群１２が第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とに固定されているとすると、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、非点収差が発生することになるが、これを補正することができなくなる。
【００４６】
すなわち、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１から第３レンズ群１３を共役距離の短い側に移動させる場合において、あわせて第２レンズ群１２を第１レンズ群１１との空気間隔が減少するように光軸上を移動させることにより、投写距離の変動に対応しつつ、非点収差を補正できることになる。
【００４７】
この構成に加えて、広角レンズ１０の無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆ、広角レンズ１０の焦点距離をｆとした場合、以下の式（１）を満足することにより、長いバックフォーカスを実現しながら、投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。
（１） ４＜ｂｆ／ｆ＜６
式（１）は、レンズ系全体の焦点距離に対するバックフォーカスの比率を規定しており、プロジェクターに使用する投写レンズに必要なバックフォーカスを規定している。
【００４８】
特に、空間変調素子に反射型素子を使用する場合は、色合成プリズムの他に、照明光導入用のプリズムブロックが投写レンズと空間変調素子との間に配置される。このためプロジェクター用投写レンズには、長いバックフォーカスが必要である。
【００４９】
具体的には、式（１）の下限を越えると、投写レンズと空間変調素子の間に必要な空間を得ることができなくなり、プロジェクターを構成できなくなる。また、上限を越えるとレンズの全長と外径が大きくなり、コンパクト化ができなくなる。
【００５０】
本実施の形態は、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記のように、第１レンズ１１群から第３レンズ群１３までの全体を光軸方向に移動させるとともに、第２レンズ群１２を、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とは別の移動をさせる構成である。この構成において、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とが光軸上を同一の移動をすることが好ましい。このことにより、フォーカシング時に第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とが固定されて移動するので鏡筒構造を簡略化できる。
【００５１】
以下、本実施の形態において、光学性能上好ましい構成について説明する。第１レンズ群１１の焦点距離をｆ１ｇ、第２レンズ群１２の焦点距離をｆ２ｇ、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３ｇ、広角レンズ１０の焦点距離をｆとすると、下記の式（２）〜（４）を満足することが好ましい。
（２）−０．４＜ｆ／ｆ１ｇ＜−０．１５
（３）−０．２＜ｆ／ｆ２ｇ＜０．０５
（４）０．１５＜ｆ／ｆ３ｇ＜０．２５
式（２）〜（４）を満足することにより、コンパクトで、かつ歪曲収差と色収差が良く補正された広角レンズを実現できる。式（２）は、第１レンズ群１１の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したものであり、下限を越えるとペッツバール和が補正できなくなり、像面湾曲と非点収差が大きくなる。上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなり、バックフォーカスを確保しようとするとズームレンズ全体の光学全長が大きくなり、第１レンズ群１１の外径が大きくなる。
【００５２】
式（３）は、第２レンズ群１２の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したものであり、下限を越えると投写距離の変化によって起こる非点収差を第２レンズ群１２の移動によって補正できなくなる、上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなる。
【００５３】
式（４）は、第３レンズ群１３の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えるとレンズ全長が大きくなる、上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなるとともに歪曲収差や倍率色収差が補正できなくなる。
【００５４】
次に、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ（第１レンズ群１１のレンズ１１ａ）の焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１とし、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３ｇとすると、下記の式（５）〜（６）を満足することが好ましい。
（５）-0.025＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＜-0.008
（６）１．７＜ｎｄ１１＜１．７９
第３レンズ群１３は色収差を補正すると、青色の倍率色収差は補正過剰となる。この青色の倍率色収差の補正過剰を打ち消すのが、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ１１ａである。負レンズ１１ａで発生する青色の倍率色収差の発生量で、第３レンズ群で発生する青色の倍率色収差の補正過剰を相殺し、倍率色収差を小さく抑えることができる。
【００５５】
式（５）は、負レンズ１１ａの青色の倍率色収差発生量（ｆ１／ａｂｅ１）と、第３レンズ群１３の青色の倍率色収差の補正過剰量（ｆ３ｇ）との関係を表している。下限を越えると青色の倍率色収差の補正不足と赤色の倍率色収差の補正不足となる。上限を越えると青色の倍率色収差が補正過剰で大きくなる。
【００５６】
負レンズ１１ａは、屈折率が高く、アッベ数が小さい方が好ましい。ただし前記のようなガラス硝材は、内部透過率が悪くなる特性がある。式（６）は負レンズ１１ａの屈折率の規定であり、下限を越えると青色の倍率色収差の補正過剰を小さくできず、上限を越えると内部透過率が低くなって、色のバランスが悪くなる。
【００５７】
次に、共役距離の短い側から４枚のレンズ（第３レンズ群のレンズ１３ｄ〜１３ｇ）が、共役距離の長い側から、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（レンズ１３ｄ）、正レンズ（レンズ１３ｅ）、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（レンズ１３ｆ）、正レンズ（レンズ１３ｇ）の順に配置されており、共役距離の長い側の負メニスカスレンズ１３ｄのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、共役距離の短い側から４枚のレンズ（レンズ１３ｄ〜１３ｇ）の焦点距離をｆ４ｒ、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆとすると、下記の式（７）〜（９）を満足することが好ましい。
（７）ｎｄ４＞１．７５
（８）νｄ４＞３５
（９）１＜ｆ４ｒ／ｂｆ＜１．５
この構成によれば、歪曲収差と倍率色収差を小さく抑えることができる。共役距離の短い側のレンズは、歪曲収差と倍率色収差が大きく発生し、そのパワーと形状はその補正に重要である。
ｆ４ｒ／ｂｆは共役距離の短い側から、４枚のレンズの焦点距離と、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスの比を表したもので、歪曲収差と倍率色収差の補正とレンズ全長と共役距離の長い側のレンズの外径に関係する。２つの負メニスカスレンズの凸面を互いに違う方向に向けたことにより、倍率の色収差及び歪曲収差の低減に有利になる。すなわち、歪曲収差の補正は、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズが有効に作用し、倍率の色収差は共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズが有効に作用する。
【００５８】
式（７）、（８）は共役距離の長い側の負メニスカスレンズの屈折率とアッベ数で、青色の倍率色収差の補正過剰を抑える条件を規定したものである。式（７）は、共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率を表しており、下限を越えると像面湾曲が大きくなる。式（８）は共役距離の長い側の負メニスカスレンズのアッベ数を表し、下限を越えると倍率の色収差が大きくなる。また、式（８）において、νｄ４＞４０を満足すればより好ましい。
【００５９】
式（９）は共役距離の短い側から、４枚のレンズ１３ｄ〜１３ｇの焦点距離が、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスより大きいことを表していおり、Ｆナンバー光線が、共役距離の短い側から4枚のレンズに入射するときに、共役距離の短い側に向かって収束状態で使用することを示している。下限を越えると共役距離の長い側のレンズの外径が大きくなり、歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。上限を越えると、レンズ全長が大きくなり、バックフォーカスが確保できなくなる。
【００６０】
また、第３レンズ群１３を構成する正の屈折力を持ったレンズが全てｄ線の屈折率１．６５以下で構成されることが好ましく、この構成により、ペッツバール和を小さく抑えられ、像面湾曲と非点収差を小さく抑えることができる。
【００６１】
なお、前記式（５）〜（６）を満足する構成、式（７）〜（９）を満足する構成は、それぞれ前記式（１）を満足する構成に適用することを前提に説明したが、前記式（１）を満足する構成でない構成に適用しても、前記のようなこれらの各式を満足することによる効果は得られる。
【００６２】
（実施例１）
以下、本実施の形態に係る実施例１を、具体的な数値を用いて示す。実施例１に係る広角レンズの構成は図１に示した構成であり、実施例１では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１４．８５、半画角＝３８．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝５．１３
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．２５
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝−０．０１４
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．２１７
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０１２
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝４２．９８
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．３２
以下の表１に具体的な数値を示し、ズームデータを表２に示す。表１中、ｒｉ（ｍｍ）はレンズ各面の曲率半径、ｄｉ（ｍｍ）はレンズ厚又はレンズ間間隔、ｎｉは各レンズのｄ線での屈折率、νiは各レンズのｄ線でのアッベ数である。このことは、以下の表３、５についても同様である。表１の例では、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００６３】
【表１】
【００６４】
【表２】
【００６５】
図２の各図はそれぞれ、実施例１の球面収差(mm)、非点収差(mm)、歪曲収差（％）を示しており、このことは以下の図２、４、６についても同様である。図２から分るように、実施例１に係る広角レンズは良好な収差性能を示している。
【００６６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２に係る広角レンズの構成図である。図３に示した広角レンズ２０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群２１（レンズ２１ａ〜２１ｆ）、弱い屈折力の第２レンズ群２２（レンズ２２ａ〜２１ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群２３（レンズ２３ａ〜２３ｇ）が配置された３群構成であり、基本構成は、図１に示した広角レンズ１０と同様である。
【００６７】
実施例２では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１５．３３、半画角＝３６．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝４．８９
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．２２
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝−０．１６
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．１９２
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０１２８
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝３７．２
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．２８
次に具体的な数値を表３に示し、ズームデータを表４に示す。表３中、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００６８】
【表３】
【００６９】
【表４】
【００７０】
図４に実施例２の各収差性能を示しており、実施例２に係る広角レンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００７１】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３に係る広角レンズの構成図である。図５に示した広角レンズ３０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群３１（レンズ３１ａ〜３１ｆ）、弱い屈折力の第２レンズ群３２（レンズ３２ａ〜３２ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群３３（レンズ３３ａ〜３３ｇ）が配置された３群構成であり、基本構成は、図１に示した広角レンズ１０と同様である。
【００７２】
実施例２では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１４．８７、半画角＝３８．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝５．１３
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．３３６
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝０．０３０４
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．２０８
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０２０８
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝４２．９８
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．３２
次に具体的な数値を表５に示し、ズームデータを表６に示す。表５中、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００７３】
【表５】
【００７４】
【表６】
【００７５】
また非球面形状は、Ｘをレンズの光軸からの開口の半径距離ｈの位置におけるレンズ頂点からの変位量とするとき、以下の数１で表される回転対称非球面である。
【００７６】
【数１】
【００７７】
各面の非球面係数を以下に示す。
5面の非球面係数
A4=9.45575×１０-007 A6=-1.53739×-010 A8=1.08192×-013
図６に実施例３の各収差性能を示しており、実施例３に係る広角レンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００７８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システム４０の構成図である。映像拡大投写システム４０は、実施の形態１の広角レンズで構成された投写レンズ４１、光学像を形成する空間光変調素子４２、光源４３を備えている。４４は、投写された映像のフォーカス面である。光源４３により照明される空間光変調素子４２に形成された光学像は、投写レンズ４１によってフォーカス面４４に拡大投写される。本実施の形態に係る映像拡大投写システム４０は、投写レンズ４１に前記実施の形態１のズームレンズを用いているので、歪みや色のにじみのすくない画面を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクター５０の構成図である。ビデオプロジェクター５０は、実施の形態１の広角レンズで構成された投写レンズ５１、光学像を形成する空間光変調素子５２、回転手段５３、光源５４を備えている。
【００８０】
空間光変調素子５２には、各々青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成される。回転手段５３は、青、緑、赤に対応したフィルターを回転させることで光学像を青、緑、赤の３色に時間的に制限する。
【００８１】
光源５４からの光は、回転手段５３によって青、緑、赤の３色に時間的に分解され、空間光変調素子５２を照明する。空間光変調素子５２には青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成され、投写レンズ５１によって拡大投写される。本実施の形態によれば、投写レンズ５１に前記実施の形態１の広角レンズを用いているので、短い投写距離で使用できるビデオプロジェクターが実現できる。
【００８２】
（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクター６０の構成図である。リアプロジェクター６０は、実施の形態３のビデオプロジェクター６１、光を折り曲げるミラー６２、透過型スクリーン６３、筐体６４を備えている。
【００８３】
ビデオプロジェクター６１から投写される映像はミラー６２によって反射され、透過型スクリーン６３に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター６１に前記実施の形態３のビデオプロジェクターを用いているので、リアプロジェクターがコンパクトに実現できる。
【００８４】
（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステム７０の構成図である。本図に示したマルチビジョンシステム７０は、前記実施の形態３のビデオプロジェクター７１、透過型スクリーン７２、筐体７３、映像を分割する映像分割回路７４を備えている。
【００８５】
映像信号は映像分割回路７４によって加工分割されて複数台のビデオプロジェクター７１に送られる。ビデオプロジェクター７１から投写される映像は透過型スクリーン７２に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター７１に、前記実施の形態３のビデオプロジェクターを用いているので、マルチビジョンシステムがコンパクトに実現できる。
【００８６】
なお、実施の形態４〜６では、実施の形態１の広角レンズを映像拡大投写システム等に用いた例で説明したが、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、長いバックフォーカスを実現しながら投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。また、本発明に係る広角レンズを用いることにより、明るく高精細な映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステムをコンパクトに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの広角端の構成図
【図２】本発明の実施例１に係る収差図
【図３】本発明の実施例２に係るズームレンズの構成図
【図４】本発明の実施例２に係る収差図
【図５】本発明の実施例３に係るズームレンズの構成図
【図６】本発明の実施例３係る収差図
【図７】本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システムの構成図
【図８】本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクターの構成図
【図９】本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクターの構成図
【図１０】本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステムの構成図
【符号の説明】
１０、２０、３０ ズームレンズ
１１、２１、３１ 第１レンズ群
１２、２２、３２ 第２レンズ群
１３、２３、３３ 第３レンズ群
１４ ガラスブロック
１５ 像面
１６ 絞り
４１、５１ 投写レンズ
４２、５２ 空間光変調素子
４３、５４ 光源
４４ 投写された映像のフォーカス面
５３ 回転手段
６１ ビデオプロジェクター
６２ ミラー
６３ 透過型スクリーン
６４、７３ 筐体
７４ 映像分割回路
【発明の属する技術分野】
本発明は広角レンズに関し、特に空間光変調素子の映像をスクリ−ン上に拡大投写するプロジェクター等に用いる広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤、緑、青の３原色の反射型の空間変調素子を用いるプロジェクターは、照明光を導くプリズムと色合成のプリズムとが投写レンズと空間変調素子の間に配置される。このため投写レンズは、長いバックフォーカスが必要となる。
【０００３】
また、色合成のプリズムは、分光特性に入射角依存性があるために、共役距離の短い側の瞳位置を空間変調素子から十分遠方にする光学系、すなわちテレセントリック性が必要である。テレセントリック広角レンズとして、下記の特許文献１に提案されている広角レンズがある。
【０００４】
さらにスクリーンからプロジェクターまでの投写距離を短くして小さなスペースで使用したい要望もあり、投写レンズには短い投写距離で使用できる広角のレンズも要望されている。
【０００５】
また、広角レンズとした場合、歪曲をどのように補正するかが重要である。非球面は歪曲の補正能力が高く、レンズの外径を小さくしレンズの構成枚数を少なくできる可能性を持っている。非球面を使ったテレセントリック広角レンズとして、例えば下記の特許文献２に提案されている広角レンズがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１０９２２７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−１３１６３６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に提案されている広角レンズの場合、反射型の空間変調素子用のプロジェクターの投写レンズとして使用するには、バックフォーカスが不足している。
【０００９】
また、前記特許文献２に提案されている非球面を使った広角レンズの場合、軸上色収差と色のコマ（基準波長に対してはコマ収差はないが、赤色６２０ｎｍでは下向きのコマ収差があり、青色４６０ｎｍでは上向きのコマ収差がある状態）の補正が十分ではない。これは、非球面は色に対しての補正能力がないことに原因している。
【００１０】
ここで、プロジェクター用の広角レンズはリア形態で使われることが多く、背面ミラーと組み合わされ、一体型として使われることもある。この場合は、１７８ｃｍ程度の対角寸法を持ったスクリーンに投写され、レンズとしては近距離での性能が要求される。
【００１１】
しかし、広角レンズは投写距離による性能変化が大きい。特に前記のように、プロジェクター用の広角レンズは、長いバックフォーカスが必要であり、共役距離の長い側から凹凸の順序のレンズ配置となり、いわゆる逆望遠型（レトロフォーカス型）となる。この構成では、絞りに対してレンズ配置の非対称性が大きくなり、投写距離の変化に対する性能変化は大きくなる。一方、絞りに対して対称型の広角レンズの場合は、レンズを通る光線の高さが変化した場合でも、絞りの前後で収差が相殺し合うように作用するので性能変化が少ない。
【００１２】
すなわち、前記のような逆望遠型レンズは、絞りに対してレンズ配置の非対称性が大きいため、投写距離を変化させてレンズを通る光線の高さが変化した場合、収差が打ち消し合うことがなく性能も変化する。
【００１３】
したがって、プロジェクター用の広角レンズにおいては、例えば７８２〜１７８ｃｍ程度のスクリーンサイズに投写した場合の投写距離の変化に対する性能確保が大きな問題となる。
【００１４】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、明るく高精細なプロジェクターを実現するために、長いバックフォーカスを有しながら、歪曲が小さく、色収差の小さい、投写距離の変化に対して性能の変化の少ない広角レンズ及びそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の広角レンズは、共役距離の長い側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群と比べて弱い屈折力であり、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記第1レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔は減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔は増加するように、前記第１レンズ群と第３レンズ群とが共役距離の短い側へ移動し、絞りは、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に位置し、前記広角レンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆ、広角レンズの焦点距離をｆとすると、
４＜ｂｆ／ｆ＜６
の関係を満足することを特徴とする。
【００２２】
前記本発明の第１の広角レンズによれば、長いバックフォーカスを実現しながら投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。前記本発明の第２の広角レンズによれば、倍率色収差を小さくすることができる。前記本発明の第３の広角レンズによれば、歪曲収差と倍率色収差を小さく抑えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る広角レンズの構成図を示している。本図に示した広角レンズ１０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群１１（レンズ１１ａ〜１１ｆ）、第２レンズ群１２（レンズ１２ａ〜１２ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群１３（レンズ１３ａ〜１３ｇ）が配置された３群構成となっている。第２レンズ群１２の屈折力は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ弱くしている。より具体的には、第２レンズ群１２の屈折力は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ、１／５程度以下が好ましく、１／１０以下でもよい。このことは、以下の図３、５に示す構成においても同様である。
【００３４】
１４は、プリズム等のガラスブロックである。１５は像面を表し、撮像系の場合はフィルムやＣＣＤ、投写装置の場合は空間変調素子であるＬＣＤ等となる。また、絞り１６は第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間に配置されている。なお、本図の例では、共役距離の長い側とは像面１５と反対側である（図３、５も同じ）。
【００３５】
広角レンズ１０は、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３は共役距離の短い側に移動し、第２レンズ群１２は第１レンズ群１１との間隔ｄ１２を減少するように移動する。
【００３６】
第１レンズ群１１の構成は、共役距離の長い側から順に、負レンズ１１ａ、負レンズ１１ｂ、正レンズ１１ｃ、負レンズ１１ｄ、負レンズ１１ｅ、正レンズ１１ｆの６枚構成である。第２レンズ群１２の構成は，共役距離の長い側から順に、負レンズ１２ａ、正レンズ１２ｂ、正レンズ１２ｃの３枚構成である。投写距離が変化したときは、第２レンズ群１２は、第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３との間隔を変化させて、収差を補正する。
【００３７】
第３レンズ群１３は、正の屈折力を持っている。第３レンズ群１３は、歪曲及び倍率の色収差に大きく影響するので、これら収差を効果的に抑える構成となっている。
【００３８】
このように、広角レンズ１０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力を持った第１レンズ群１１、弱い屈折力を持った第２レンズ群１２、正の屈折力を持った第３レンズ群１３の３群で構成することにより、バックフォーカスの長い広角レンズを実現している。
【００３９】
以下、広角レンズ１０について、より具体的に説明する。広角レンズ１０は、負、正の屈折力のレンズ群で構成される逆望遠型（レトロフォーカス型）を基本としている。逆望遠型は、長いバックフォーカスが得られ易い特徴を持っているが、投写距離の変化に対して光学性能が変化し易い。このため本実施形態では、投写距離の変化に対して、フォーカシングの方法を工夫している。
【００４０】
具体的には、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ１１群から第３レンズ群１３までの全体を光軸方向に移動させるとともに、第２レンズ群１２を、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とは別の移動、すなわち、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間の空気間隔を減少させ、かつ第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間の空気間隔を増加させるようにしている。このことにより、詳細は後に説明する通り、投写距離の変化に対して光学性能が変化しないようにしている。
【００４１】
第２レンズ群１２は、前記のように第１レンズ群１１及び第３レンズ群１３の屈折力に比べ弱い屈折力を持っている。第２レンズ群１２は、凹レンズであるレンズ１２ａと、凸レンズであるレンズ１２ｂ、１２ｃとで構成されるが、凹レンズには屈折率の低いガラス硝材を用い、凸レンズには屈折率の高いガラス硝材を用いている。第２レンズ群１２は屈折力が弱いので、凸レンズと凹レンズとのパワーは同じであるが、屈折率の低い凹レンズの方が大きな収差を発生させることになり、この結果第２レンズ群１２はプラスの球面収差を発生させる。
【００４２】
第１レンズ群１１は、負の屈折力を持っているが、軸上光線が低いことと、第１レンズ群１１を構成するレンズを多くしているので、球面収差を十分小さく補正している。第３レンズ群１３は軸上光線が高いところを通ることと、ペッツバール和を小さく抑えるために、凸レンズには屈折率が低いガラス硝材を用いているので、マイナスの球面収差を発生させている。このように球面収差は、第１レンズ群１１で±ゼロ、第２レンズ群１２でプラス、第３レンズ群１３でマイナスであり、第１レンズ群１１から第３レンズ群１３までの全体で球面収差をバランスさせている。
【００４３】
広角レンズ１０全体の収差を小さく抑えるには、各レンズ群の発生させる収差と各レンズ群の間隔とが重要になる。共役距離の長い側から考えると、第１レンズ群１１が球面収差を小さく抑えているので、第２レンズ群１２との間隔が変化しても、広角レンズ１０全体の球面収差は変化しない。
【００４４】
一方、第２レンズ群１２はプラスの球面収差を持っているので、第３レンズ群１３との間隔が大きくなれば、第２レンズ群１２のプラスの球面収差の影響が大きくなって、広角レンズ１０全体ではプラスの球面収差となる。
【００４５】
しかしながら、第２レンズ群１２は主光線高が高く、球面収差よりも非点収差に対する影響が大きく、第２レンズ群１２の移動による収差の変動は球面収差よりも非点収差に顕著に現れる。このため、このような第２レンズ群１２の移動による非点収差の変動を利用すれば、投写距離の変動による収差の変動を第２レンズ群１２の移動によって補正できることになる。仮に、第２レンズ群１２が第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とに固定されているとすると、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、非点収差が発生することになるが、これを補正することができなくなる。
【００４６】
すなわち、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１から第３レンズ群１３を共役距離の短い側に移動させる場合において、あわせて第２レンズ群１２を第１レンズ群１１との空気間隔が減少するように光軸上を移動させることにより、投写距離の変動に対応しつつ、非点収差を補正できることになる。
【００４７】
この構成に加えて、広角レンズ１０の無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆ、広角レンズ１０の焦点距離をｆとした場合、以下の式（１）を満足することにより、長いバックフォーカスを実現しながら、投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。
（１） ４＜ｂｆ／ｆ＜６
式（１）は、レンズ系全体の焦点距離に対するバックフォーカスの比率を規定しており、プロジェクターに使用する投写レンズに必要なバックフォーカスを規定している。
【００４８】
特に、空間変調素子に反射型素子を使用する場合は、色合成プリズムの他に、照明光導入用のプリズムブロックが投写レンズと空間変調素子との間に配置される。このためプロジェクター用投写レンズには、長いバックフォーカスが必要である。
【００４９】
具体的には、式（１）の下限を越えると、投写レンズと空間変調素子の間に必要な空間を得ることができなくなり、プロジェクターを構成できなくなる。また、上限を越えるとレンズの全長と外径が大きくなり、コンパクト化ができなくなる。
【００５０】
本実施の形態は、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記のように、第１レンズ１１群から第３レンズ群１３までの全体を光軸方向に移動させるとともに、第２レンズ群１２を、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とは別の移動をさせる構成である。この構成において、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とが光軸上を同一の移動をすることが好ましい。このことにより、フォーカシング時に第１レンズ群１１と第３レンズ群１３とが固定されて移動するので鏡筒構造を簡略化できる。
【００５１】
以下、本実施の形態において、光学性能上好ましい構成について説明する。第１レンズ群１１の焦点距離をｆ１ｇ、第２レンズ群１２の焦点距離をｆ２ｇ、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３ｇ、広角レンズ１０の焦点距離をｆとすると、下記の式（２）〜（４）を満足することが好ましい。
（２）−０．４＜ｆ／ｆ１ｇ＜−０．１５
（３）−０．２＜ｆ／ｆ２ｇ＜０．０５
（４）０．１５＜ｆ／ｆ３ｇ＜０．２５
式（２）〜（４）を満足することにより、コンパクトで、かつ歪曲収差と色収差が良く補正された広角レンズを実現できる。式（２）は、第１レンズ群１１の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したものであり、下限を越えるとペッツバール和が補正できなくなり、像面湾曲と非点収差が大きくなる。上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなり、バックフォーカスを確保しようとするとズームレンズ全体の光学全長が大きくなり、第１レンズ群１１の外径が大きくなる。
【００５２】
式（３）は、第２レンズ群１２の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したものであり、下限を越えると投写距離の変化によって起こる非点収差を第２レンズ群１２の移動によって補正できなくなる、上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなる。
【００５３】
式（４）は、第３レンズ群１３の焦点距離を全体の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えるとレンズ全長が大きくなる、上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなるとともに歪曲収差や倍率色収差が補正できなくなる。
【００５４】
次に、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ（第１レンズ群１１のレンズ１１ａ）の焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１とし、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３ｇとすると、下記の式（５）〜（６）を満足することが好ましい。
（５）-0.025＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＜-0.008
（６）１．７＜ｎｄ１１＜１．７９
第３レンズ群１３は色収差を補正すると、青色の倍率色収差は補正過剰となる。この青色の倍率色収差の補正過剰を打ち消すのが、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ１１ａである。負レンズ１１ａで発生する青色の倍率色収差の発生量で、第３レンズ群で発生する青色の倍率色収差の補正過剰を相殺し、倍率色収差を小さく抑えることができる。
【００５５】
式（５）は、負レンズ１１ａの青色の倍率色収差発生量（ｆ１／ａｂｅ１）と、第３レンズ群１３の青色の倍率色収差の補正過剰量（ｆ３ｇ）との関係を表している。下限を越えると青色の倍率色収差の補正不足と赤色の倍率色収差の補正不足となる。上限を越えると青色の倍率色収差が補正過剰で大きくなる。
【００５６】
負レンズ１１ａは、屈折率が高く、アッベ数が小さい方が好ましい。ただし前記のようなガラス硝材は、内部透過率が悪くなる特性がある。式（６）は負レンズ１１ａの屈折率の規定であり、下限を越えると青色の倍率色収差の補正過剰を小さくできず、上限を越えると内部透過率が低くなって、色のバランスが悪くなる。
【００５７】
次に、共役距離の短い側から４枚のレンズ（第３レンズ群のレンズ１３ｄ〜１３ｇ）が、共役距離の長い側から、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（レンズ１３ｄ）、正レンズ（レンズ１３ｅ）、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（レンズ１３ｆ）、正レンズ（レンズ１３ｇ）の順に配置されており、共役距離の長い側の負メニスカスレンズ１３ｄのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、共役距離の短い側から４枚のレンズ（レンズ１３ｄ〜１３ｇ）の焦点距離をｆ４ｒ、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆとすると、下記の式（７）〜（９）を満足することが好ましい。
（７）ｎｄ４＞１．７５
（８）νｄ４＞３５
（９）１＜ｆ４ｒ／ｂｆ＜１．５
この構成によれば、歪曲収差と倍率色収差を小さく抑えることができる。共役距離の短い側のレンズは、歪曲収差と倍率色収差が大きく発生し、そのパワーと形状はその補正に重要である。
ｆ４ｒ／ｂｆは共役距離の短い側から、４枚のレンズの焦点距離と、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスの比を表したもので、歪曲収差と倍率色収差の補正とレンズ全長と共役距離の長い側のレンズの外径に関係する。２つの負メニスカスレンズの凸面を互いに違う方向に向けたことにより、倍率の色収差及び歪曲収差の低減に有利になる。すなわち、歪曲収差の補正は、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズが有効に作用し、倍率の色収差は共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズが有効に作用する。
【００５８】
式（７）、（８）は共役距離の長い側の負メニスカスレンズの屈折率とアッベ数で、青色の倍率色収差の補正過剰を抑える条件を規定したものである。式（７）は、共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率を表しており、下限を越えると像面湾曲が大きくなる。式（８）は共役距離の長い側の負メニスカスレンズのアッベ数を表し、下限を越えると倍率の色収差が大きくなる。また、式（８）において、νｄ４＞４０を満足すればより好ましい。
【００５９】
式（９）は共役距離の短い側から、４枚のレンズ１３ｄ〜１３ｇの焦点距離が、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスより大きいことを表していおり、Ｆナンバー光線が、共役距離の短い側から4枚のレンズに入射するときに、共役距離の短い側に向かって収束状態で使用することを示している。下限を越えると共役距離の長い側のレンズの外径が大きくなり、歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。上限を越えると、レンズ全長が大きくなり、バックフォーカスが確保できなくなる。
【００６０】
また、第３レンズ群１３を構成する正の屈折力を持ったレンズが全てｄ線の屈折率１．６５以下で構成されることが好ましく、この構成により、ペッツバール和を小さく抑えられ、像面湾曲と非点収差を小さく抑えることができる。
【００６１】
なお、前記式（５）〜（６）を満足する構成、式（７）〜（９）を満足する構成は、それぞれ前記式（１）を満足する構成に適用することを前提に説明したが、前記式（１）を満足する構成でない構成に適用しても、前記のようなこれらの各式を満足することによる効果は得られる。
【００６２】
（実施例１）
以下、本実施の形態に係る実施例１を、具体的な数値を用いて示す。実施例１に係る広角レンズの構成は図１に示した構成であり、実施例１では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１４．８５、半画角＝３８．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝５．１３
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．２５
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝−０．０１４
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．２１７
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０１２
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝４２．９８
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．３２
以下の表１に具体的な数値を示し、ズームデータを表２に示す。表１中、ｒｉ（ｍｍ）はレンズ各面の曲率半径、ｄｉ（ｍｍ）はレンズ厚又はレンズ間間隔、ｎｉは各レンズのｄ線での屈折率、νiは各レンズのｄ線でのアッベ数である。このことは、以下の表３、５についても同様である。表１の例では、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００６３】
【表１】
【表２】
図２の各図はそれぞれ、実施例１の球面収差(mm)、非点収差(mm)、歪曲収差（％）を示しており、このことは以下の図２、４、６についても同様である。図２から分るように、実施例１に係る広角レンズは良好な収差性能を示している。
【００６６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２に係る広角レンズの構成図である。図３に示した広角レンズ２０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群２１（レンズ２１ａ〜２１ｆ）、弱い屈折力の第２レンズ群２２（レンズ２２ａ〜２１ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群２３（レンズ２３ａ〜２３ｇ）が配置された３群構成であり、基本構成は、図１に示した広角レンズ１０と同様である。
【００６７】
実施例２では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１５．３３、半画角＝３６．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝４．８９
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．２２
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝−０．１６
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．１９２
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０１２８
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝３７．２
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．２８
次に具体的な数値を表３に示し、ズームデータを表４に示す。表３中、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００６８】
【表３】
【表４】
図４に実施例２の各収差性能を示しており、実施例２に係る広角レンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００７１】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３に係る広角レンズの構成図である。図５に示した広角レンズ３０は、共役距離の長い側から見て、負の屈折力の第１レンズ群３１（レンズ３１ａ〜３１ｆ）、弱い屈折力の第２レンズ群３２（レンズ３２ａ〜３２ｃ）、正の屈折力の第３レンズ群３３（レンズ３３ａ〜３３ｇ）が配置された３群構成であり、基本構成は、図１に示した広角レンズ１０と同様である。
【００７２】
実施例２では、ＦNO＝２．５、焦点距離f＝１４．８７、半画角＝３８．７°である。以下に、前記式（１）〜（９）の各値を示す。
式（１）ｂｆ／ｆ＝５．１３
式（２）ｆ／ｆ１ｇ＝−０．３３６
式（３）ｆ／ｆ２ｇ＝０．０３０４
式（４）ｆ／ｆ３ｇ＝０．２０８
式（５）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＝−０．０２０８
式（６）nd11＝１．７８４７
式（７）nd4＝１．８３５
式（８）νｄ４＝４２．９８
式（９）ｆ４ｒ／ｂｆ＝１．３２
次に具体的な数値を表５に示し、ズームデータを表６に示す。表５中、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１８が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００７３】
【表５】
【表６】
また非球面形状は、Ｘをレンズの光軸からの開口の半径距離ｈの位置におけるレンズ頂点からの変位量とするとき、以下の数１で表される回転対称非球面である。
【００７６】
【数１】
各面の非球面係数を以下に示す。
5面の非球面係数
A4=9.45575×１０-007 A6=-1.53739×-010 A8=1.08192×-013
図６に実施例３の各収差性能を示しており、実施例３に係る広角レンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００７８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システム４０の構成図である。映像拡大投写システム４０は、実施の形態１の広角レンズで構成された投写レンズ４１、光学像を形成する空間光変調素子４２、光源４３を備えている。４４は、投写された映像のフォーカス面である。光源４３により照明される空間光変調素子４２に形成された光学像は、投写レンズ４１によってフォーカス面４４に拡大投写される。本実施の形態に係る映像拡大投写システム４０は、投写レンズ４１に前記実施の形態１のズームレンズを用いているので、歪みや色のにじみのすくない画面を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクター５０の構成図である。ビデオプロジェクター５０は、実施の形態１の広角レンズで構成された投写レンズ５１、光学像を形成する空間光変調素子５２、回転手段５３、光源５４を備えている。
【００８０】
空間光変調素子５２には、各々青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成される。回転手段５３は、青、緑、赤に対応したフィルターを回転させることで光学像を青、緑、赤の３色に時間的に制限する。
【００８１】
光源５４からの光は、回転手段５３によって青、緑、赤の３色に時間的に分解され、空間光変調素子５２を照明する。空間光変調素子５２には青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成され、投写レンズ５１によって拡大投写される。本実施の形態によれば、投写レンズ５１に前記実施の形態１の広角レンズを用いているので、短い投写距離で使用できるビデオプロジェクターが実現できる。
【００８２】
（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクター６０の構成図である。リアプロジェクター６０は、実施の形態３のビデオプロジェクター６１、光を折り曲げるミラー６２、透過型スクリーン６３、筐体６４を備えている。
【００８３】
ビデオプロジェクター６１から投写される映像はミラー６２によって反射され、透過型スクリーン６３に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター６１に前記実施の形態３のビデオプロジェクターを用いているので、リアプロジェクターがコンパクトに実現できる。
【００８４】
（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステム７０の構成図である。本図に示したマルチビジョンシステム７０は、前記実施の形態３のビデオプロジェクター７１、透過型スクリーン７２、筐体７３、映像を分割する映像分割回路７４を備えている。
【００８５】
映像信号は映像分割回路７４によって加工分割されて複数台のビデオプロジェクター７１に送られる。ビデオプロジェクター７１から投写される映像は透過型スクリーン７２に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター７１に、前記実施の形態３のビデオプロジェクターを用いているので、マルチビジョンシステムがコンパクトに実現できる。
【００８６】
なお、実施の形態４〜６では、実施の形態１の広角レンズを映像拡大投写システム等に用いた例で説明したが、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、長いバックフォーカスを実現しながら投写距離の変化による性能変化の少ない広角レンズが実現できる。また、本発明に係る広角レンズを用いることにより、明るく高精細な映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステムをコンパクトに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの広角端の構成図
【図２】本発明の実施例１に係る収差図
【図３】本発明の実施例２に係るズームレンズの構成図
【図４】本発明の実施例２に係る収差図
【図５】本発明の実施例３に係るズームレンズの構成図
【図６】本発明の実施例３係る収差図
【図７】本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システムの構成図
【図８】本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクターの構成図
【図９】本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクターの構成図
【図１０】本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステムの構成図
【符号の説明】
１０、２０、３０ ズームレンズ
１１、２１、３１ 第１レンズ群
１２、２２、３２ 第２レンズ群
１３、２３、３３ 第３レンズ群
１４ ガラスブロック
１５ 像面
１６ 絞り
４１、５１ 投写レンズ
４２、５２ 空間光変調素子
４３、５４ 光源
４４ 投写された映像のフォーカス面
５３ 回転手段
６１ ビデオプロジェクター
６２ ミラー
６３ 透過型スクリーン
６４、７３ 筐体
７４ 映像分割回路
Claims (9)
- 共役距離の長い側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群及び前記第３レンズ群と比べて弱い屈折力であり、近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記第1レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが光軸に沿って移動する広角レンズにおいて、
近距離から遠距離のフォーカシングに際して、前記第1レンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔は減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の空気間隔は増加するように、前記第１レンズ群と第３レンズ群とが共役距離の短い側へ移動し、
絞りは、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に位置し、
前記広角レンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆ、広角レンズの焦点距離をｆとすると、
４＜ｂｆ／ｆ＜６
の関係を満足することを特徴とする広角レンズ。 - 近距離から遠距離のフォーカシングに際して、第１レンズ群と第３レンズ群とが光軸上を同一の移動をする請求項1に記載の広角レンズ。
- 前記第1レンズ群の焦点距離をｆ１ｇ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｇ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３ｇ、前記広角レンズの焦点距離をｆとすると、
−０．４＜ｆ／ｆ１ｇ＜−０．１５
−０．２＜ｆ／ｆ２ｇ＜０．０５
０．１５＜ｆ／ｆ３ｇ＜０．２５
の関係を満足する請求項1又は２に記載の広角レンズ。 - 最も共役距離が長い側のレンズが負レンズであり、前記負レンズの焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１、第３レンズ群の焦点距離をｆ３ｇとすると、
−０．０２５＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆ３ｇ）＜−０．００８
１．７＜ｎｄ１１＜１．７９
の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。 - 共役距離の短い側から見て、４枚のレンズの構成が、共役距離の長い側から順に、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズ、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズであり、
共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、前記４枚のレンズの焦点距離をｆ４ｒ、プリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆとすると、
ｎｄ４＞１．７５
νｄ４＞３５
１＜ｆ４ｒ／ｂｆ＜１．５
の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。 - 請求項１から５のいずれかに記載の広角レンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源から放射される光により照明されるとともに光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とする映像拡大投写システム。
- 請求項１から５のいずれかに記載の広角レンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源からの光を青、緑、赤の３色に時間的に制限する手段と、前記光源から放射される光により照明されるとともに時間的に変化する青、緑、赤の３色に対応する光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とするビデオプロジェクター。
- 請求項７に記載のビデオプロジェクーと、投写レンズから投写された光を折り曲げるミラーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンとを備えたことを特徴とするリアプロジェクター。
- 請求項７に記載のビデオプロジェクーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンと、筐体とを備えたシステムを複数台有し、さらに映像を分割する映像分割回路を備えたことを特徴とするマルチビジョンシステム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002301030A JP4177633B2 (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | 広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム |
| US10/530,528 US7317582B2 (en) | 2002-10-15 | 2003-10-15 | Zoom lens, video enlarging/projecting system, video projector, rear projector, and multivision system |
| PCT/JP2003/013167 WO2004040350A1 (ja) | 2002-10-15 | 2003-10-15 | ズームレンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム |
| EP03754124A EP1553435A4 (en) | 2002-10-15 | 2003-10-15 | OBJECTIVE ZOOM, VIDEO ENLARGEMENT AND PROJECTION SYSTEM, VIDEO PROJECTOR, RETROPROJECTOR AND MULTIVISION SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002301030A JP4177633B2 (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | 広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004138679A JP2004138679A (ja) | 2004-05-13 |
| JP4177633B2 true JP4177633B2 (ja) | 2008-11-05 |
Family
ID=32449525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002301030A Expired - Fee Related JP4177633B2 (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | 広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4177633B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4789473B2 (ja) * | 2005-01-21 | 2011-10-12 | Ｈｏｙａ株式会社 | 超広角レンズ系 |
| JP4946457B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2012-06-06 | 株式会社ニコン | レトロフォーカスレンズ、撮像装置 |
| JP5118584B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2013-01-16 | 富士フイルム株式会社 | 投影レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 |
| JP5118582B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2013-01-16 | 富士フイルム株式会社 | 投影レンズおよびこれを用いた投写型表示装置 |
| JP6540052B2 (ja) * | 2015-01-29 | 2019-07-10 | 株式会社シグマ | 結像光学系 |
| JP6609956B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2019-11-27 | 株式会社シグマ | 魚眼レンズ |
-
2002
- 2002-10-15 JP JP2002301030A patent/JP4177633B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004138679A (ja) | 2004-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7558002B2 (en) | Projection zoom lens and projection-type display device | |
| JP5152833B2 (ja) | 投影用ズームレンズおよび投写型表示装置 | |
| JP5431077B2 (ja) | 投写レンズおよび投写型表示装置 | |
| JP5535542B2 (ja) | 投射用ズームレンズおよび投射型表示装置 | |
| US20090219624A1 (en) | Projection zoom lens system and projection type display apparatus | |
| JP4217437B2 (ja) | ズームレンズ及びそれを有する画像投射装置 | |
| US7663806B2 (en) | Projection lens and projection type display device using the same | |
| US6989946B2 (en) | Projection lens | |
| JP2002055280A (ja) | ズームレンズ及びそれを用いた画像投射装置 | |
| JP5560636B2 (ja) | ズームレンズ及びそれを用いた投射型表示装置 | |
| JP4573937B2 (ja) | 光学系およびそれを有する光学機器、画像投影装置、撮像装置 | |
| JP4298259B2 (ja) | 投射光学系、投射型画像表示装置及び画像投射システム | |
| JP7152372B2 (ja) | 結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置 | |
| JP4138439B2 (ja) | ズームレンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム | |
| JP5307655B2 (ja) | 投写型可変焦点レンズおよび投写型表示装置 | |
| JP4340469B2 (ja) | 投射用レンズおよび投射型画像表示装置 | |
| JP5384415B2 (ja) | 投写用広角レンズおよび投写型表示装置 | |
| JP2015014677A (ja) | 投写用レンズおよび投写型表示装置 | |
| JP7146711B2 (ja) | 結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置 | |
| JP4689147B2 (ja) | 投射用ズームレンズおよび拡大投射装置 | |
| JP4177633B2 (ja) | 広角レンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム | |
| JP4171278B2 (ja) | ズームレンズとそれを用いた映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステム | |
| JP4340468B2 (ja) | 投射用レンズおよび投射型画像表示装置 | |
| JP4340432B2 (ja) | 投射用ズームレンズ | |
| JP2004138640A (ja) | 投射用ズームレンズ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050204 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080212 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080411 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080508 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080707 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080729 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080822 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4177633 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130829 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |