JP5504326B2 - プロジェクションレンズ - Google Patents
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Description
本発明は、光学技術に関するものであって、特にプロジェクションレンズに関するものである。
半導体技術の発展に伴い、ＤＬＰプロジェクター、ＬＣＤプロジェクター及びＬＣｏＳプロジェクターは、空間光変調器、例えば、ＤＭＤチップ、ＬＣＤパネル及びＬＣｏＳチップを採用するなど、高解像度化に向かって発展している。しかし、消費者のプロジェクターのレンズの画像品質に対する要求を満足させ、且つ同時に低コストを維持することが、現在の課題である。
従って、本発明の目的は、優れたプロジェクター画面を提供でき、且つコストが低いプロジェクションレンズを提供することである。
前記目的を達成するため、本発明のプロジェクションレンズは、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とが、順に配列され、前記第１レンズ群は、前記拡大側に面する第１レンズを備え、以下の条件式（１）を満たし、
４．５＜｜Ｆ１｜／Ｆ＜６ （１）
ここで、Ｆ１（ｍｍ）は前記第１レンズの有効焦点距離であり、Ｆ（ｍｍ）は前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、前記第２レンズ群には、前記拡大側から前記縮小側に向かって、正の屈折力を有する第７レンズと、正の屈折力を有する第８レンズと、負の屈折力を有する第９レンズと、正の屈折力を有する第１０レンズと、正の屈折力を有する第１１レンズと、負の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとが順に配列され、前記第８レンズ、前記第９レンズ、前記第１１レンズ、及び前記第１２レンズは複合レンズである。
４．５＜｜Ｆ１｜／Ｆ＜６ （１）
ここで、Ｆ１（ｍｍ）は前記第１レンズの有効焦点距離であり、Ｆ（ｍｍ）は前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、前記第２レンズ群には、前記拡大側から前記縮小側に向かって、正の屈折力を有する第７レンズと、正の屈折力を有する第８レンズと、負の屈折力を有する第９レンズと、正の屈折力を有する第１０レンズと、正の屈折力を有する第１１レンズと、負の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとが順に配列され、前記第８レンズ、前記第９レンズ、前記第１１レンズ、及び前記第１２レンズは複合レンズである。
本発明のプロジェクションレンズにおいて、前記条件式（１）を満たすと、優れたプロジェクション画面を提供でき、且つコストが低いプロジェクションレンズを提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施形態に係るプロジェクションレンズ１００は、ＤＬＰプロジェクターに応用でき、該ＤＬＰプロジェクターは、空間光変調器であるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を備える。図１に示すように、プロジェクションレンズ１００は、拡大側から縮小側（空間光変調器に近い一端）に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群１０と、正の屈折力を有する第２レンズ群２０と、保護ガラス３０及び結像面４０とが、順に配列されている。
第１レンズ群１０には、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ１２と、負の屈折力を有する第３レンズ１３と、負の屈折力を有する第４レンズ１４と、正の屈折力を有する第５レンズ１５と、正の屈折力を有する第６レンズ１６と、が順に配列されている。第１レンズ１１は、拡大側に面する第一表面Ｓ１及び縮小側に面する第二表面Ｓ２を備える。第２レンズ１２は、拡大側に面する第三表面Ｓ３及び縮小側に面する第四表面Ｓ４を備える。第３レンズ１３は、拡大側に面する第五表面Ｓ５及び縮小側に面する第六表面Ｓ６を備える。第４レンズ１４は、拡大側に面する第七表面Ｓ７及び縮小側に面する第八表面Ｓ８を備える。第５レンズ１５は、拡大側に面する第九表面Ｓ９及び縮小側に面する第十表面Ｓ１０を備える。第６レンズ１６は、拡大側に面する第十一表面Ｓ１１及び縮小側に面する第十二表面Ｓ１２を備える。第三表面Ｓ３、第四表面Ｓ４、第七表面Ｓ７、第八表面Ｓ８、第九表面Ｓ９、第十表面Ｓ１０、第十一表面Ｓ１１、及び第十二表面Ｓ１２は球面である。該球面レンズは、高温の環境下でも画面の品質に対して影響を与えにくい。従って、高温の環境下で画面の品質を保証することができる。また、第一表面Ｓ１、第二表面Ｓ２、第五表面Ｓ５及び前六表面Ｓ６は非球面である。
第２レンズ群２０には、拡大側から縮小側に向かって、正の屈折力を有する第７レンズ２１と、正の屈折力を有する第８レンズ２２と、負の屈折力を有する第９レンズ２３と、正の屈折力を有する第１０レンズ２４と、正の屈折力を有する第１１レンズ２５と、負の屈折力を有する第１２レンズ２６及び正の屈折力を有する第１３レンズ２７と、が順に配列されている。第８レンズ２２、第９レンズ２３、第１１レンズ２５、及び第１２レンズ２６は複合レンズである。第７レンズ２１は、拡大側に面する第十三表面Ｓ１３及び縮小側に面する第十四表面Ｓ１４を備える。第８レンズ２２は、拡大側に面する第十五表面Ｓ１５及び縮小側に面する第十六表面Ｓ１６を備える。第９レンズ２３は、拡大側に面する第十六表面Ｓ１６及び縮小側に面する第十七表面Ｓ１７を備える。第１０レンズ２４は、拡大側に面する第十八表面Ｓ１８及び縮小側に面する第十九表面Ｓ１９を備える。第１１レンズ２５は、拡大側に面する第二十表面Ｓ２０及び縮小側に面する第二十一表面Ｓ２１を備える。第１２レンズ２６は、拡大側に面する第二十一表面Ｓ２１及び縮小側に面する第二十二表面Ｓ２２を備える。第１３レンズ２７は、拡大側に面する第二十三表面Ｓ２３及び縮小側に面する第二十四表面Ｓ２４を備える。第十三表面Ｓ１３、第十四表面Ｓ１４、第十五表面Ｓ１５、第十六表面Ｓ１６、第十七表面Ｓ１７、第十八表面Ｓ１８、第十九表面Ｓ１９、第二十表面Ｓ２０、第二十一表面Ｓ２１、第二十二表面Ｓ２２、第二十三表面Ｓ２３、及びは第二十四表面Ｓ２４球面である。
絞り５０は、第９レンズ２３と第１０レンズ２４との間に位置し、第９レンズ２３から出射された光が、第１０レンズ２４に入射する際の光通過量を制限するために用いられ且つ第９レンズ２３を通過した光円錐を対称にする。これにより、プロジェクションレンズ１００のコマ収差が良好に補正される。本実施形態において、空間を節約するために、第１０レンズ２４の第十八表面Ｓ１８に不透明な材料を塗布して、絞り５０とする。
コストを下げるために、第１レンズ群１０は、少なくとも１つのプラスチックレンズを備える。本実施形態において、第１レンズ１１及び第３レンズ１３は、プラスチックレンズである。しかし、優れた結像品質を保証するために、他のレンズはガラスからなる。
投影する際、光は順に、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの空間光変調器の結像面４０から保護ガラス３０、第２レンズ群２０及び第１レンズ群１０を通り、最後にプロジェクターのスクリーンに投影される。保護ガラス４０は、拡大側に面する第二十五表面Ｓ２５及び縮小側に面する第二十六表面Ｓ２６を備え、前記結像面４０を保護するために用いられる。
前記プロジェクションレンズ１００は、以下の条件式（１）を満たす。
４．５＜｜Ｆ１｜／Ｆ＜６ （１）
ここで、Ｆ１は第１レンズ１１の有効焦点距離であり、Ｆはプロジェクションレンズ１００の有効焦点距離である。
条件式（１）を満たし、｜Ｆ１｜／Ｆが４．５より大きい場合、第１レンズ１１に対して、高い屈折力を有する基材を使用する必要はなく、従ってコストを下げることができる。また、この際、像面湾曲は修正し易い。｜Ｆ１｜／Ｆが６より小さい場合、第１レンズ１１の結像面４０に面する曲面に対して、表面形状の規則度を容易に計測できるだけでなく、膜を容易に均一に被覆して迷光を減少させるため、優れた結像品質を確保することができる。
また、プロジェクションレンズ１００は、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．０２＜１／｜Ｆ１｜＋１／｜Ｆ３｜＜０．０６ （２）
ここで、Ｆ１は第１レンズ１１の有効焦点距離であり、且つその値は負値である。Ｆ３は第３レンズ１３の有効焦点距離であり、その値は負値である。
条件式（２）を満たし、１／｜Ｆ１｜＋１／｜Ｆ３｜が０．０２より大きい場合、歪曲収差は良好に補正される。また、１／｜Ｆ１｜＋１／｜Ｆ３｜が０．０６より小さい場合、温度がプロジェクションレンズ１００に与える影響を少なくするため、優れた結像品質を保証することができる。
各々の実施形態において、Ｆはプロジェクションレンズ１００の有効焦点距離であり、Ｆ１は第１レンズ１１の有効焦点距離であり、Ｆ３は第３レンズ１３の有効焦点距離であり、ＦＮｏはＦナンバーであり、２ωはプロジェクションレンズ１００の視野角であり、Ｒは対応する表面の曲率半径であり、Ｄは対応する表面から次の表面までの軸上距離であり、Ｎｄは対応するレンズのｄ光線（波長が５８７ｎｍである）に対する屈折率であり、Ｖｄは対応するレンズのアッベ数である。
第一実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の各光学素子は、表１、表２、及び表３の条件を満たす。
プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図２乃至図４に示したとおりである。図２の曲線ａ１〜ａ５は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線の球面収差曲線である。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の可視光線に対する球面収差値は−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲である。図３のｔ１〜ｔ５は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線のメリディオナル方向の特性曲線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）であり、ｓ１〜ｓ５は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線のサジタル方向の特性曲線（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）である。図３に示したように、光線のメリディオナル方向の特性曲線Ｔ及び光線のサジタル方向の特性曲線Ｓは全て、−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図４のｄ１〜ｄ５は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線の歪曲収差特性曲線である。図４に示したように、歪曲収差は、−０．５％〜０．５％の範囲内に制御される。これにより、プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲、及び歪曲収差は全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。
本発明の第二実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の各光学素子は、表４、表５、及び表６の条件を満たす。
プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図５乃至図６に示したとおりである。図５の曲線ａ６〜ａ１０は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線の球面収差曲線である。本実施形態に係るプロジェクションレンズ１００の可視光線に対する球面収差値は−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲である。図３のｔ６〜ｔ１０は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線のメリディオナル方向の特性曲線であり、ｓ６〜ｓ１０は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線のサジタル方向の特性曲線である。図６に示したように、光線のメリディオナル方向の特性曲線Ｔ及び光線のサジタル方向の特性曲線Ｓは全て、−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図７のｄ１〜ｄ５は、それぞれ波長が４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５９０ｎｍである光線の歪曲収差特性曲線である。図４に示したように、歪曲収差は、−１％〜１％の範囲内に制御される。これにより、前記プロジェクションレンズ１００の球面収差、像面湾曲、及び歪曲収差は全て、より小さい範囲内に制御（修正）される。
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
１０ 第１レンズ群
１１ 第１レンズ
１２ 第２レンズ
１３ 第３レンズ
１４ 第４レンズ
１５ 第５レンズ
１６ 第６レンズ
２０ 第２レンズ群
２１ 第７レンズ
２２ 第８レンズ
２３ 第９レンズ
２４ 第１０レンズ
２５ 第１１レンズ
２６ 第１２レンズ
２７ 第１３レンズ
３０ 保護ガラス
４０ 結像面
５０ 絞り
１００ プロジェクションレンズ
Ｓ１ 第一表面
Ｓ２ 第二表面
Ｓ３ 第三表面
Ｓ４ 第四表面
Ｓ５ 第五表面
Ｓ６ 第六表面
Ｓ７ 第七表面
Ｓ８ 第八表面
Ｓ９ 第九表面
Ｓ１０ 第十表面
Ｓ１１ 第十一表面
Ｓ１２ 第十二表面
Ｓ１３ 第十三表面
Ｓ１４ 第十四表面
Ｓ１５ 第十五表面
Ｓ１６ 第十六表面
Ｓ１７ 第十七表面
Ｓ１８ 第十八表面
Ｓ１９ 第十九表面
Ｓ２０ 第二十表面
Ｓ２１ 第二十一表面
Ｓ２２ 第二十二表面
Ｓ２３ 第二十三表面
Ｓ２４ 第二十四表面
Ｓ２５ 第二十五表面
Ｓ２６ 第二十六表面
１１ 第１レンズ
１２ 第２レンズ
１３ 第３レンズ
１４ 第４レンズ
１５ 第５レンズ
１６ 第６レンズ
２０ 第２レンズ群
２１ 第７レンズ
２２ 第８レンズ
２３ 第９レンズ
２４ 第１０レンズ
２５ 第１１レンズ
２６ 第１２レンズ
２７ 第１３レンズ
３０ 保護ガラス
４０ 結像面
５０ 絞り
１００ プロジェクションレンズ
Ｓ１ 第一表面
Ｓ２ 第二表面
Ｓ３ 第三表面
Ｓ４ 第四表面
Ｓ５ 第五表面
Ｓ６ 第六表面
Ｓ７ 第七表面
Ｓ８ 第八表面
Ｓ９ 第九表面
Ｓ１０ 第十表面
Ｓ１１ 第十一表面
Ｓ１２ 第十二表面
Ｓ１３ 第十三表面
Ｓ１４ 第十四表面
Ｓ１５ 第十五表面
Ｓ１６ 第十六表面
Ｓ１７ 第十七表面
Ｓ１８ 第十八表面
Ｓ１９ 第十九表面
Ｓ２０ 第二十表面
Ｓ２１ 第二十一表面
Ｓ２２ 第二十二表面
Ｓ２３ 第二十三表面
Ｓ２４ 第二十四表面
Ｓ２５ 第二十五表面
Ｓ２６ 第二十六表面
Claims (4)
- プロジェクションレンズは、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とが、順に配列され、前記第１レンズ群は、前記拡大側に面する第１レンズを備え、以下の条件式（１）を満たし、
４．５＜｜Ｆ１｜／Ｆ＜６ （１）
ここで、Ｆ１（ｍｍ）は前記第１レンズの有効焦点距離であり、Ｆ（ｍｍ）は前記プロジェクションレンズの有効焦点距離であり、
前記第２レンズ群には、前記拡大側から前記縮小側に向かって、正の屈折力を有する第７レンズと、正の屈折力を有する第８レンズと、負の屈折力を有する第９レンズと、正の屈折力を有する第１０レンズと、正の屈折力を有する第１１レンズと、負の屈折力を有する第１２レンズと、正の屈折力を有する第１３レンズとが順に配列され、
前記第８レンズ、前記第９レンズ、前記第１１レンズ、及び前記第１２レンズは複合レンズであることを特徴とするプロジェクションレンズ。 - 前記第１レンズ群には、前記第１レンズから前記縮小側に向かって、負の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズと、が順にさらに配列されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションレンズ。
- 前記プロジェクションレンズは、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションレンズ。
０．０２＜１／｜Ｆ１｜＋１／｜Ｆ３｜＜０．０６ （２）
ここで、Ｆ３（ｍｍ）は前記第３レンズの有効焦点距離である。 - 前記第９レンズと前記第１０レンズとの間には、絞りが設置されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションレンズ。
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