JP4552446B2 - 投影レンズ - Google Patents

Description

本発明はライトバルブで画像を形成し、そこからのある程度光軸と平行に近い射出光をスクリーンその他に投写する投影レンズに関するものである。

投影レンズとしては、ライトバルブで画像を形成し、そこからのある程度光軸と平行に近い射出光をスクリーンその他に投写するものがある（特許文献１参照）。
特表平１１−５００８３４号公報

これはパワーが小さくない単レンズを樹脂で形成しており温度変化の大きいプロジェクタの投影レンズとして用いた場合、温度変化により、スクリーン上の画像の画質が劣化してしまうという問題点があった。

本発明は、球面ガラスレンズ、パワーの小さな樹脂非球面レンズ等を効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、温度変化による画質の劣化も少ない投影レンズを提供することを目的とする。

本発明の投影レンズは、投影型表示装置のライトバルブとスクリーン上或いはその他の壁面などに拡大投影する投影レンズであって、拡大側から順に第１レンズ群および第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、負レンズである第２レンズ、拡大側に凸のメニスカス形状である第３レンズ、両凸形状である第４レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は拡大側から順に両凸形状である第５レンズ、前記第５レンズと接合状態で使用される両凹形状の第６レンズ、負レンズである第７レンズ、正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第８レンズ、正レンズである第９レンズ、正レンズである第１０レンズを配して構成され、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第４レンズと前記第２レンズ群を構成する前記第９レンズのパワーに関して下記条件式（２）を満足しており、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群間の距離と前記第２レンズ群の前記第８レンズと前記第９レンズ間の距離に関して下記条件式（３）を満足することを特徴とする。（請求項1）
（１） ｜ｆ／ｆ_１，４｜＜０．２
（２） ０．８＜ｆ_９／ｆ_４＜１．２
（３） ０．７＜ｄ_１５／ｄ_８＜１．３
ただし、
ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ_１，４ ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_９ ：第９レンズの焦点距離
ｆ_４ ：第４レンズの焦点距離
ｄ_１５ ：第８レンズと第９レンズ間距離
ｄ_８ ：第４レンズと第５レンズ間距離

条件式（１）は、第１レンズ群がパワーの小さいほぼアフォーカル系であることを意味している。これは第１レンズ群がワイドコンバーターの役割をなしており、第２レンズ群が補正する各種収差をあたかも小さい画角に対して行っているかのようなり、補正を容易にしている。条件式（２）、（３）は絞りである第７レンズの拡大側の面付近を中心に第４レンズから第９レンズまでの対称性をある程度維持することにより歪曲、コマ収差を抑えられることを意味している。条件式（２）、（３）で上限または下限を越えると絞りに対する非対称性が増大し、歪曲収差、コマ収差が増大する。

また、上記請求項１記載の発明において、前記第１レンズ群を構成するレンズのアッベ数に関して下記条件式（４）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（４） ２５＜（ν_１＋ν_２）／２−ν_４
ただし、
ν_１ ：第１レンズのアッベ数
ν_２ ：第２レンズのアッベ数
ν_４ ：第４レンズのアッベ数

条件式（４）は第１レンズ群を構成するパワーの弱い第３レンズを除くレンズのアッベ数の配分に関するものである。第１レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、このような条件の下では色収差の補正が良好となる。条件式（４）で下限を越えると色消しのための第１、第2、第４レンズのパワーが過大となり、単色収差が増大する。

また、上記請求項１記載の発明において、前記第１レンズ群を構成する前記第３レンズは下記条件式（５）を満たし、樹脂材料で制作されており、かつ縮小側の面が非球面形状であることが好ましい。（請求項３）
（５） ｜ｆ／ｆ３｜＜０．２５
ただし、
ｆ_３ ：第３レンズの焦点距離

前記第３レンズに非球面を用いることにより、歪曲を抑え、プラスチックを用いることにより非球面化によるコスト上昇を抑え、条件式（５）は前記第３レンズのパワーを小さくすることにより球面収差やコマ収差、温度の焦点距離への影響を抑えている。従って、条件式（５）を越えて第３レンズのパワーが過大になると温度変化に対するピントずれが大きくなり、また、成型性の点でも問題が起きる。

また、上記請求項１記載の発明において、前記第２レンズ群は下記条件式（６）、（７）を満たしていることが好ましい。（請求項４）
（６） １５＜（（ν_５−ν_６）＋（ν_８−ν_７））／２
（７） １．９＜（ｎ_４＋ｎ_５＋ｎ_８＋ｎ_９）／４
ただし、
ν_５ ：第５レンズのアッベ数
ν_６ ：第６レンズのアッベ数
ν_８ ：第８レンズのアッベ数
ν_７ ：第７レンズのアッベ数
ｎ_４ ：第４レンズのｄ線における屈折率
ｎ_５ ：第５レンズのｄ線における屈折率
ｎ_８ ：第８レンズのｄ線における屈折率
ｎ_９ ：第９レンズのｄ線における屈折率

条件式（６）は第２レンズ群を構成する物面に近い第９レンズ、第１０レンズを除くレンズのアッベ数の配分に関するものである。第２レンズ群の色収差補正を良好に維持するための条件式であり、このような条件の下では色収差の補正が良好となる。また、下限を越えると色収差の補正が困難になる。条件式（７）は第１０レンズを除く正レンズに使用されている硝材の屈折率の選択に関するものである。ペッツバール和を小さく抑えて像面湾曲、非点収差を良好に補正するための条件である。従って、下限を越えた場合は、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を補正するのが困難となる。

また、上記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、下記条件式（８）、（９）、（１０）、（１１）を満たしていることが好ましい。（請求項５）
（８） ０．３３＜ｆ／（Ｒ_２＋Ｒ_４）＜０．４５
（９） −１．５＞Ｒ_７／Ｒ_８＞−１．０
（１０） −０．４５＞Ｒ_９／Ｒ_１５＞−０．８
（１１） −０．７＜Ｒ_１６／Ｒ_１７＜０
ただし、
Ｒ_７ ：第４レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ_８ ：第４レンズの縮小側の面の曲率半径
Ｒ_９ ：第５レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ_１５ ：第８レンズの縮小側の面の曲率半径
Ｒ_１６ ：第９レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ_１７ ：第９レンズの縮小側の面の曲率半径

条件式（８）は絞り位置からの同心円性コンセントリックに関するものであり、コマ収差や歪曲を抑えている。この上限を越えるとＲ２，Ｒ４が小さくなり過ぎ第１レンズ、第２レンズの加工性が問題となる。この下限を越えると、歪曲その他の収差のバランスが取れ取れなくなる。条件式（９）、（１０）はこの条件からはずれていると球面収差やコマ収差を抑えるのが困難となる。これらの下限を越えると球面収差が補正不足になり、上限を越えると補正過剰になってしまう。条件式（１１）はこの条件からはずれると縮小側でのテレセントリック性が悪くなり、歪曲も大きくなりがちとなる。

本発明によれば、ＤＭＤなどのライトバルブの特性に適した結像性能が高くコンパクトな投影レンズを実現し、コンパクトで明るく、高画質のプロジェクタ装置を提供することが出来る。

以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例３の投影レンズでは拡大側から順に、第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２、前記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有し、拡大側に凸のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１、拡大側に凸のメニスカス形状で負レンズである第２レンズＬ２、拡大側に凸のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第３レンズＬ３、及び正レンズである第４レンズＬ４を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、正レンズである第５レンズＬ５、負レンズであり前記第５レンズＬ５と接合状態で使用される第６レンズＬ６、負レンズである第７レンズＬ７、正レンズである第８レンズＬ８、正レンズである第９レンズＬ９、及び正レンズである第１０レンズＬ１０を配して構成されている。また、前記第２レンズ群ＬＧ２とライトバルブ面との間には空気間隔をおいてＤＭＤ等のライトバルブの構成部品であるカバーガラスＣＧが配されている。各レンズの屈折面の名称は第１レンズＬ１の拡大側面をＳ１、縮小側面をＳ２、同様に第２レンズＬ２の拡大側面をＳ３、縮小側面をＳ４，第３レンズＬ３の拡大側面をＳ５、縮小側面をＳ６、第４レンズＬ４の拡大側面をＳ７、縮小側面をＳ８、第５レンズＬ５の拡大側面をＳ９、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との接合面をＳ１０、第６レンズＬ６の縮小側面をＳ１１、絞りも兼ねる第７レンズＬ７の拡大側面をＳ１２、第７レンズＬ７の縮小側面をＳ１３、第８レンズＬ８の拡大側面をＳ１４、縮小側面をＳ１５、第９レンズＬ９の拡大側面をＳ１６、縮小側面をＳ１７、第１０レンズＬ１０の拡大側面をＳ１８、縮小側面をＳ１９、さらにカバーガラスＣＧの拡大側面をＳ２０、縮小側面をＳ２１とする。

各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ^２／ｒ）〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）^２｝〕
＋Ａ・Ｙ^４＋Ｂ・Ｙ^６＋Ｃ・Ｙ^８＋Ｄ・Ｙ^１０＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。
例えば、「Ｅ−４」は１０^−４を意味し、この数値が直前の数値に掛ければ良い。

本発明の投影ズームレンズの第１実施例について数値例を表示１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。

表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、２ωはズームレンズの全画角、ｂｆはバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆは第２レンズ群を構成する第１０レンズの縮小側面からライトバルブまでの距離の空気換算距離である。 また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_ｄはｄ線の屈折率、ν_ｄはｄ線のアッベ数を示す。

レンズ間隔のうち群間を示すものについては第１レンズＬ１のスクリーン側面からスクリーンまでの投影距離が２ｍの時のものを例として示してある。諸収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。

第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。

第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。

次に実施例１から実施例３に関して条件式（１）から条件式（１１）に対応する値を、まとめて表４に示す。

表４から明らかなように、実施例１から実施例３の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１１）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。

本発明による投影ズームレンズの第１実施例のレンズ構成図 第１実施例のレンズの諸収差図 本発明による投影ズームレンズの第２実施例のレンズ構成図 第２実施例のレンズの諸収差図 本発明による投影ズームレンズの第３実施例のレンズ構成図 第３実施例のレンズの諸収差図

Claims (5)

1. 投影型表示装置のライトバルブとスクリーン等に拡大投影する投影レンズであって、レンズ群は拡大側から順に第１レンズ群および第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は拡大側から順に拡大側に凸のメニスカス形状で負である第１レンズ、拡大側に凸のメニスカス形状で負である第２レンズ、拡大側に凸のメニスカス形状である第３レンズ、両凸形状である第４レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は拡大側から順に両凸形状である第５レンズ、前記第５レンズと接合状態で使用される両凹形状の第６レンズ、負レンズである第７レンズ、正レンズである第８レンズ、正レンズである第９レンズ、正レンズである第１０レンズを配して構成され、前記第１レンズ群のパワーに関して下記条件式（１）を満足しており、前記第１レンズ群を構成する前記第４レンズと前記第２レンズ群を構成する前記第９レンズのパワーに関して下記条件式（２）を満足しており、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群間の距離と前記第２レンズ群の前記第８レンズと前記第９レンズ間の距離に関して下記条件式（３）を満足することを特徴とする投影レンズ。
   （１） ｜ｆ／ｆ_１，４｜＜０．２
   （２） ０．８＜ｆ_９／ｆ_４＜１．２
   （３） ０．７＜ｄ_１５／ｄ_８＜１．３
   ただし、
   ｆ ：レンズ全系の合成焦点距離
   ｆ_１，４ ：第１レンズ群の合成焦点距離
   ｆ_９ ：第９レンズの焦点距離
   ｆ_４ ：第４レンズの焦点距離
   ｄ_１５ ：第８レンズと第９レンズ間距離
   ｄ_８ ：第４レンズと第５レンズ間距離
2. 前記第１レンズ群を構成するレンズのアッベ数に関して下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
   （４） ２５＜（ν_１＋ν_２）／２−ν_４
   ただし、
   ν_１ ：第１レンズのアッベ数
   ν_２ ：第２レンズのアッベ数
   ν_４ ：第４レンズのアッベ数
3. 前記第１レンズ群を構成する前記第３レンズは下記条件式（５）を満たし、樹脂材料で制作されており、かつ縮小側の面が非球面形状であることを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
   （５） ｜ｆ／ｆ_３｜＜０．２５
   ただし、
   ｆ_３ ：第３レンズの焦点距離
4. 前記第２レンズ群は下記条件式（６）、（７）を満たしていることを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
   （６） １５＜（（ν_５−ν_６）＋（ν_８−ν_７））／２
   （７） １．９＜（ｎ_４＋ｎ_５＋ｎ_８＋ｎ_９）／４
   ただし、
   ν_５ ：第５レンズのアッベ数
   ν_６ ：第６レンズのアッベ数
   ν_８ ：第８レンズのアッベ数
   ν_７ ：第７レンズのアッベ数
   ｎ_４ ：第４レンズのｄ線における屈折率
   ｎ_５ ：第５レンズのｄ線における屈折率
   ｎ_８ ：第８レンズのｄ線における屈折率
   ｎ_９ ：第９レンズのｄ線における屈折率
5. 下記条件式（８）、（９）、（１０）、（１１）を満たしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投影レンズ。
   （８） ０．３３＜ｆ／（Ｒ_２＋Ｒ_４）＜０．４５
   （９） −１．５＞Ｒ_７／Ｒ_８＞−１．０
   （１０） −０．４５＞Ｒ_９／Ｒ_１５＞−０．８
   （１１） −０．７＜Ｒ_１６／Ｒ_１７＜０
   ただし、
   Ｒ_７ ：第４レンズの拡大側の面の曲率半径
   Ｒ_８ ：第４レンズの縮小側の面の曲率半径
   Ｒ_９ ：第５レンズの拡大側の面の曲率半径
   Ｒ_１５ ：第８レンズの縮小側の面の曲率半径
   Ｒ_１６ ：第９レンズの拡大側の面の曲率半径
   Ｒ_１７ ：第９レンズの縮小側の面の曲率半径

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