JP6043189B2 - 投射用レンズおよびプロジェクタ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、投射用レンズおよびプロジェクタ装置に関する。
会議等におけるプレゼンテーション用や教育用、コンピュータのデータ表示用にプロジェクタ装置が広く用いられるようになった。
プロジェクタ装置や、プロジェクタ装置用の投射用レンズも種々のものが知られている(特許文献1、2等)。
プロジェクタ装置では、液晶表示素子(液晶パネル)やデジタルミラーデバイス(以下「DMD」と略記する。)等に表示された源画像が拡大投射される。
源画像を液晶表示素子に表示する場合、投射用レンズは「テレセントリック系」が一般的であり、特許文献1、2もテレセントリック系の投射用レンズを記載している。
近来、源画像をDMDに表示するプロジェクタ装置が広く普及されてきている。
DMDに源画像を表示するプロジェクタ装置に用いる投射用レンズは「投射用レンズにおけるDMD側の瞳位置が有限である非テレセントリック系」が一般的である。
非テレセントリック系の投射用レンズでは、DMDを照明する照明系の配置のために、長めのバックフォーカスが必要である。
近来、プロジェクタ装置の投射用レンズは、投射距離の短い狭い空間でも画像投射できるように、スクリーンと投射用レンズとの距離が短い短焦点のレンズが望まれている。
このため、投射用レンズにはコンパクトで広画角であることが求められる。
また、Fナンバの小さい明るいレンズで、倍率の色収差や歪曲収差が小さく抑えられ、高いMTF特性や解像力特性を備えていることも投射用レンズとして重要な性能である。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされてものであって、性能良好でありながら、コンパクトで広画角である新規な投射用レンズの実現を課題とする。
この発明の投射用レンズは、平面画像を拡大して投射結像させる投射用レンズであって、拡大側から縮小側へ向かって順に、正の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群を配してなり、第1群と第2群の間が全系中で最も大きな空気間隔をなし、前記第1群の最も拡大側のレンズ面が、光軸上では拡大側に凸形状を有し、正のパワーが、光軸から離れるに従い徐々に弱くなった後、徐々に強くなる非球面形状を有し、全系の焦点距離:f、空気換算時のバックフォーカス:Bf、レンズ系の全長:L、第1群と第2群の間の空気間隔:D1G−2Gが、条件式:
(1) 3 ≦ Bf/f ≦ 5.0
(2) 3.5 ≦ L/D1G-2G ≦ 7.0
を満足することを特徴とする。
この発明は、上記の如く、第1群と第2群を共に「正の屈折力」とした。
この屈折力配置で、条件式(1)と(2)とを満足することにより、歪曲収差などの諸収差を良好に補正しつつ、広画角で、全長が短い投射用レンズを実現できる。
実際、後述する実施例では、半画角が略60度と広画角で、全長が130mm前後と短く、第1レンズの最大光線有効径が85mm前後の投射用レンズが実現されている。
この発明の投射用レンズの断面図である。 実施例1のレンズの断面図である。 実施例1のレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図である。 実施例1のレンズのコマ収差図である。 実施例2のレンズの断面図である。 実施例2のレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図である。 実施例2のレンズのコマ収差図である。 実施例3のレンズの断面図である。 実施例3のレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図である。 実施例3のレンズのコマ収差図である。 実施例4のレンズの断面図である。 実施例4のレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図である。 実施例4のレンズのコマ収差図である。 実施例5のレンズの断面図である。 実施例5のレンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図である。 実施例5のレンズのコマ収差図である。
図1に、投射用レンズの断面図を示す。
図1において、図の左方が拡大側であり、右方が縮小側である。
この発明の投射用レンズは、図1に示すように、拡大側から縮小側へ向かって順に、正の屈折力の第1群G1、正の屈折力の第2群G2を配してなる。
第1群G1と第2群G2の間は「全系中で最も大きな空気間隔」をなす。
第2群G2の縮小側に符号10で示すのは、源画像を表示するDMDを略示している。
投射用レンズにより拡大して投射される源画像はDMD10に表示される平面画像である。DMD10は、投射用レンズ側に「カバーガラス」を有している。
条件式(1)における「空気換算時のバックフォーカス:Bf」は、上記カバーガラスを空気換算したときのバックフォーカスである。
以下に示す具体的な実施例を示す各図においても、第1群を符号「G1」で、第2群を符号「G2」で表し、DMDを符号「10」で表す。
図2、図5、図8、図11、図14に、投射用レンズの実施の形態を5例示す。これ等の実施形態の投射用レンズは、上記順序で、後述の実施例1〜5に相当する。
これら5例の投射用レンズは、何れも、拡大側に第1群G1、縮小側に第2群G2を配してなり、第1群G1と第2群G2の間は「レンズ群中の最大の空気間隔」をなす。
条件式(1)、(2)について説明する。
条件式(1)は、大きな画角を確保するための条件であり、下限値を超えると全系の焦点距離がバックフォーカスに対して過大に大きくなり、大きい画角を実現できなくなる。
即ち、レンズ全系の屈折力が小さくなるため、画角の拡大が困難となる。
上限値を超えると、全系の焦点距離は小さくなり、全系の屈折力が大きくなり、大きい画角を実現できるが、歪曲収差などの諸収差の補正が困難になる。
条件式(2)は、第1群と第2群の屈折力のバランスを保つための条件である。
条件式(2)の下限値を超えると、全長を短くできるが、像面湾曲、色収差などの劣化が大きく、上限値を超えると歪曲収差の補正が困難になる。
上限値を超えると、投射用レンズの全長が長くなり、収差量は小さくなるがコンパクト性が失われる。
この発明の投射用レンズは、上記構成と共に、以下の条件式(3)〜(7)の1以上を満足することが好ましい。
(3) 1.4 ≦ L/H1 ≦ 1.7
(4) 0.1 ≦ ET1-2/CT1-2 ≦ 0.6
(5) 3.5 ≦ fe2-e1/f ≦ 7.0
(6) 4.5 ≦ f1G/f ≦ 12.0
(7) 4.0 ≦ f2G/f ≦ 5.0 。
これら条件式(3)〜(7)における各パラメータの記号は以下の通りである。
「L」はレンズ系の全長である。
「H」は、第1群において最も拡大側に配される第1レンズの、最大有効光線径である。
「f」は、全系の焦点距離である。
「ET1−2」は、第1レンズの縮小側の最大光線有効径を外径とし、第1レンズとその縮小側に配置される第2レンズに挟まれる空気レンズの周辺肉厚である。第2レンズの物体側のレンズ径が、上記最大光線有効径より小さい場合は、第2レンズの物体側面の周辺を延長し、延長された面と上記最大光線有効径において、光軸に平行な方向における第1レンズ縮小側の面と第2レンズの上記延長された面との距離が、上記空気レンズの周辺肉厚である。
「CT1−2」は、該空気レンズの中心肉厚である。
「fe2−e1」は、第1群の最も縮小側に配置された2つのレンズの合成焦点距離である。
後述の各実施例において、「fe2−e1」は第6レンズと第7レンズの合成焦点距離である。
「f1G」は、第1群の焦点距離である。
「f2G」は、第2群の焦点距離である。
条件式(3)は、投射用レンズの小型化に有効な条件である。
下限値を超えると、最も拡大側の第1レンズの「最大光線有効直径」がレンズ全長に対して大きくなり投射用レンズとしてのコンパクト性を実現できない。
上限値を超えると、投射用レンズの全長が長大化し、収差量は小さくなるがコンパクト性が損なわれ易い。
条件式(4)は、第1群に配される第1レンズと第2レンズの屈折力のバランスを保つための条件であり、下限値を超えると正の歪曲収差が大きくなりやすい。
また、上限値を超えると負の歪曲収差が大きくなり、補正が困難となりやすい。
条件式(5)は、投射用レンズ全体の性能を保ちつつ、第1群の正の屈折力の「全系の屈折力に対するバランス」を確保する条件である。
条件式(5)の下限値を超えると、第1群の縮小側における屈折力が過大となり易く、歪曲収差の補正が困難となり易い。
また、上限値を超えると、第1群の縮小側における屈折力が不足気味となり、像面湾曲、非点収差などの収差が大きくなり易い。
条件式(6)、(7)は、第1群、第2群の焦点距離と、投射用レンズ全系の焦点距離とのバランスを良好に保つ条件である。
条件式(6)、(7)の下限値を超えると歪曲収差の補正が困難となり易く、上限値を超えると像面湾曲、色収差などの収差の補正が困難となり易い。
請求項4や請求項5に記載の投射用レンズにおいては、第1群のレンズ構成は、請求項6のように7枚構成であることが好ましい。
この場合の、第1〜第7レンズは、好ましくは以下の如くであることができる。
即ち、第1レンズは両面非球面レンズ、第2レンズは拡大側に凸面を向けたメニスカス第3レンズは、拡大側に凸面を向けたメニスカスである。
また、正の屈折力を持つ第4レンズと両凹の第5レンズを接合して接合レンズとし、第6レンズは縮小側に凸面を向けたメニスカス、第7レンズは両凸レンズである。
第1群において、第1群における第2レンズ、第3レンズをメニスカス形状とすることで、広角レンズで問題となる歪曲収差の発生を最小限に抑えつつ広画角を達成できる。
また、正の屈折力の第4レンズと負の屈折力の第5レンズを接合とすることで、広角レンズで問題となる倍率色収差を補正でき、高次の収差の発生を防ぐことが容易に成る。
さらに、各像高の光線が分かれる第6、第7レンズを、正の屈折力を持つレンズとすることで、第2、第3レンズで発生した歪曲収差などの諸収差をキャンセル可能となる。
これによりコンパクト化が達成しやすくなる。
また、第2群に「接合面を2面以上使用」することにより、広角レンズで問題となる倍率色収差の効率よい補正が可能となる。
この場合、第1群が上記の如き7枚のレンズで構成される場合には、第2群を以下の如き6枚のレンズで構成とするのが良い。
即ち、最も拡大側に、両凸の第8レンズと両凹の第9レンズとの接合レンズを配し、その縮小側に絞りを配する。
さらに、絞りの縮小側に、両凸の第10レンズと両凹の第11レンズと両凸の第12レンズとを接合した3枚接合レンズを配する。
そして、最も縮小側には、両面非球面の第13レンズを配する。
絞り付近の「軸上光線高さが高くなる位置」に接合レンズ(上記2枚接合レンズと3枚接合レンズ)を使用することで軸上色収差も補正が容易となる。
さらに、非球面レンズを加えることによってより、コマ収差の効率よい補正が容易となり、少ないレンズ枚数で安価でコンパクトな投射用レンズを実現しやすい。
請求項12の投射用レンズでは、第1群の「第2レンズから第6レンズ」を一体として光軸方向に移動し、これらと独立して第7レンズを光軸方向に独立に移動させる。
このような移動により「フォーカス調整と像面補正」を同時に行うことができる。
また、第2群に含まれる凹レンズに「d線における屈折率が1.8以上」の高い屈折率の材質を用いる事で、球面収差、コマ収差等の諸収差の良好な補正が容易になる。
以下、投射用レンズの具体的な実施例を5例挙げる。
なお、以下に挙げる実施例のうち、実施例3では、第1群と第2群の間隔よりも、最も物体側のレンズ及びその像側のレンズの間隔の方が大きいので、この発明の投射用レンズの実施例ではなく、参考例であるが、煩雑を避けるため、この明細書中において「実施例3」と称する。
以下の実施例の記載に用いる各記号の意味は以下の通りである。
i :拡大側から数えて第i番目のレンズ面
IMG:DMDの画像表示面
Ri :拡大側から数えて第i番目の面(絞りの面を含む)の曲率半径
Di :拡大側から数えて第i番目の面から第i+1番目の面までの軸上面間隔
Do :スクリーンから第1レンズ面までの距離
J :拡大側から数えて第j番目のレンズ
Nj :拡大側から数えて第j番目のレンズ材質のd線に対する屈折率
νj :拡大側から数えて第j番目のレンズの材質のアッべ数
Hi :拡大側から数えて第i番目のレンズの最大光線有効直径 。
非球面の表示は、以下の表示形式1、表示形式2による。
「表示形式1」
Z1=(1/Ri)・h12/[1+√{1−(K+1)・(1/Ri)2・h12}]
+A1・h13+B1・h14+C1・h15+D1・h16+E1・h17+F1・h18+G1・h19
+I1・h110+J1・h111+L1・h112+M1・h113+N1・h114+O1・h115
+P1・h116+Q1・h117+S1・h118+T1・h119+U1・h120
上記式において、Z1は光軸方向の座標、h1は光軸直交方向の座標である。
そして、軸上曲率半径:Ri、円錐定数:K2、3次以降の係数:A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、I1、J1、L1、M1、N1、O1、P1、Q1、S1、T1、U1により特定する。
「表示形式2」
Z2=(1/Ri)・h2/[1+√{1−(K+1)・(1/Ri)2・h2}]
+A2・h4+B2・h6+C2・h8+D2・h10+E2・h12+F2・h14
上記式において、Z2は光軸方向の座標、h2を光軸直行方向の座標である。
そして、軸上曲率半径:Ri、円錐定数:K1、4次以降の係数:A2,B2,C2、D2、E2、F2により特定する。
計算基準波長は550nm(緑色)である。
なお、長さの次元を持つ量の単位は特に断らない限り「mm」である。
「実施例1」
I R D j N ν H
0 ∞ 可変
1 14.6152 5.5 1 1.533868 55.7 89.7(非球面1)
2 8.9083 可変 63.2(非球面2)
3 43.6495 2.1 2 1.846663 23.8 49.1
4 23.1371 8.471 38.4
5 79.0757 1.7 3 1.7725 49.6 37.6
6 18.0257 13.384 29.7
7 -26.2053 4.261 4 1.64769 33.8 29.6
8 -21.3353 1.8 5 1.496997 81.6 30.7
9 110.4578 2.676 34.0
10 -137.9179 6 6 1.761818 26.6 34.2
11 -43.3783 可変 35.8
12 40.2987 8.162 7 1.743299 49.2 37.7
13 -102.9182 可変 37.1
14 40.9363 3.088 8 1.487489 70.4 11.8
15 -18.0823 1.1 9 1.846663 23.8 11.0
16 41.9387 0.439 10.6
17 ∞ 0.526 10.6
18 15.9231 4.468 10 1.808095 22.8 11.8
19 -12.3341 1.25 11 2.001 13.4 11.9
20 12.0481 4.274 12 1.487489 70.4 12.4
21 -31.2936 0.210 13.6
22 58.5568 5.410 13 1.51497 63.5 15.0(非球面3)
23 -13.8199 26 16.4(非球面4)
24 ∞ 1 14 1.516798 64.2 22.9
IMG ∞ 1 23.1 。
「全系の焦点距離」
f= 7.01 。
表示形式1で表される非球面1、2の非球面係数は以下のとおりである。
非球面1 非球面2
R1 14.6152 8.9083
K1 -1.4722 -0.9694
A1 -7.58128E-04 -1.45082E-03
B1 -6.83132E-07 1.39757E-05
C1 6.06340E-07 -2.25997E-07
D1 -5.09272E-10 -1.16272E-08
E1 -1.67956E-10 3.03144E-10
F1 -2.51034E-12 1.98529E-11
G1 5.15781E-14 4.51002E-13
I1 1.29606E-15 -5.79520E-15
J1 1.97678E-18 -4.11853E-16
L1 -8.65230E-19 -2.25719E-17
M1 9.71747E-21 -1.76435E-19
N1 -2.53316E-22 2.50605E-21
O1 1.04106E-24 5.30811E-24
P1 2.94515E-25 3.12897E-23
Q1 -1.65927E-27 4.15270E-26
S1 -9.93067E-29 -1.75281E-26
T1 -6.07222E-32 1.36746E-28
U1 1.98137E-32 -2.14329E-30 。
上の表記において例えば「1.98137E-32」は「1.98137×10-32」を意味する。以下においても同様である。
表示形式2で表される非球面3、4の非球面係数は以下のとおりである。
非球面3 非球面4
R2 14.6152 8.9083
K2 -16.1886 0.3236
A2 -3.8322E-05 9.08655E-06
B2 7.78602E-07 4.96756E-07
C2 -5.54068E-08 -3.02547E-08
D2 1.67730E-09 7.37412E-10
E2 -2.42336E-11 -9.06242E-12
F2 1.37277E-13 4.19874E-14 。
「可変量」
上に示したデータにおいて「可変」と記された面間隔は、フォーカス動作と像面補正に応じて変化する。
即ち、以下における「D0」は、投射距離(第1レンズの拡大側レンズ面との距離)である。
「D0」の欄にある3つの数字(投射距離)は、投射画像のサイズに対応し、左からサイズ:155インチ、80インチ、50インチ(WXGA投射時)に相当する。
このとき、「D2、D11、D13」の値を以下のようにすると、上記サイズの投射画像を合焦した状態で投射することができる。以下の実施例においても同様である。
面間隔の変化は、以下の通りである。
D0 1644.0 826.0 498.4
D2 24.987 25.171 25.315
D11 0.800 0.924 1.092
D13 26.394 26.086 25.774 。
「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値は以下の通りである。
条件式(1) 3.95
条件式(2) 6.35
条件式(3) 1.42
条件式(4) 0.35
条件式(5) 3.82
条件式(6) 7.29
条件式(7) 4.29 。
図3に実施例1の投射用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図4にコマ収差図を示す。
収差図中、「G」は波長550.0nmでの収差、「R」は波長625.0nmでの収差であり「B」は波長460.0nmでの収差である。
また、「S」は波長550.0nmでのサジタル像面、「T」は波長550.0nmでのタンジェンシャル像面を意味する。以下の実施例の収差図においても同様である。
「実施例2」
I R D j N ν H
0 ∞ 可変
1 14.4182 5.5 1 1.533868 55.7 83.5(非球面1)
2 8.6219 可変 58.0(非球面2)
3 49.6816 2.1 2 1.846663 23.8 52.5
4 24.7007 9.774 41.0
5 123.5457 1.7 3 1.7725 49.6 40.2
6 20.9787 13.872 32.8
7 -29.9482 6 4 1.59551 39.2 32.9
8 -24.1142 1.8 5 1.496997 81.6 34.6
9 178.3133 2.632 38.8
10 -152.9667 6 6 1.805181 25.5 39.1
11 -53.4471 可変 40.8
12 59.1447 9.321 7 1.743299 49.2 43.9
13 -76.0810 可変 43.6
14 31.5173 6 8 1.487489 70.4 14.1
15 -22.4398 1.1 9 1.846663 23.8 11.7
16 35.1581 0.563 11.0
17 ∞ 0.366 11.0
18 14.3318 4.724 10 1.808095 22.8 12.3
19 -13.3313 1.25 11 2.001 13.4 12.2
20 10.3225 4.552 12 1.487489 70.4 12.4
21 -33.5398 0.506 13.6
22 109.6162 5.833 13 1.51497 63.5 15.1(非球面3)
23 -13.2190 26 16.9(非球面4)
24 ∞ 1 14 1.516798 64.2 23.0
IMG ∞ 1 23.1 。
「全系の焦点距離」
f= 6.89
表示形式1で表される非球面1、2の非球面係数は以下のとおりである。
非球面1 非球面2
R1 14.4182 8.6219
K1 -2.1918 -0.9652
A1 -5.14192E-04 -1.37023E-03
B1 1.94375E-06 -7.37454E-06
C1 4.98043E-07 5.03245E-07
D1 -1.54142E-09 6.94275E-09
E1 -1.93570E-10 6.33023E-11
F1 -2.03030E-12 3.89286E-13
G1 6.96092E-14 -8.07774E-14
I1 1.48108E-15 -1.02004E-14
J1 3.97732E-18 -2.15243E-16
L1 -8.68777E-19 -7.97611E-18
M1 8.08151E-21 2.37248E-19
N1 -3.09581E-22 1.24084E-20
O1 -1.59965E-25 6.54034E-23
P1 2.90830E-25 2.65211E-23
Q1 -1.24374E-27 -2.84651E-25
S1 -9.04524E-29 -2.82330E-26
T1 3.24808E-31 -1.93945E-28
U1 1.33367E-32 1.22529E-29 。
表示形式2で表される非球面3、4の非球面係数は以下のとおりである。
非球面3 非球面4
R2 109.6162 -13.2190
K2 11.6418 0.3507
A2 -5.438E-05 6.293E-06
B2 7.02000E-07 5.68936E-07
C2 -5.19256E-08 -3.31446E-08
D2 1.53838E-09 7.49378E-10
E2 -2.19595E-11 -8.79653E-12
F2 1.29479E-13 3.90913E-14 。
「可変量」
面間隔の変化は、以下の通りである。
D0 1637.2 826.0 500.6
D2 20.913 21.255 21.532
D11 2.092 2.148 2.264
D13 33.404 33.006 32.612 。
「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値は以下の通りである。
条件式(1) 4.02
条件式(2) 4.24
条件式(3) 1.68
条件式(4) 0.15
条件式(5) 4.63
条件式(6) 11.84
条件式(7) 4.57 。
図6に実施例1の投射用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図7にコマ収差図を、それぞれ図2、図3に倣って示す。
「実施例3」
I R D j N ν H
0 ∞ 可変
1 13.1854 5.5 1 1.533868 55.7 90.8(非球面1)
2 8.1721 可変 64.4(非球面2)
3 41.5643 2.1 2 1.846663 23.8 48.0
4 22.6998 8.532 37.8
5 85.4047 1.7 3 1.7725 49.6 36.9
6 18.0299 12.290 29.2
7 -29.2564 4.481 4 1.64769 33.8 29.1
8 -20.6889 1.8 5 1.496997 81.6 29.8
9 63.0746 2.656 32.0
10 -437.7085 5.993 6 1.761818 26.6 32.2
11 -50.1685 可変 33.5
12 35.7969 7.671 7 1.743299 49.2 35.0
13 -114.1683 可変 34.3
14 62.6979 6 8 1.487489 70.4 13.5
15 -15.8724 1.1 9 1.846663 23.8 10.9
16 44.1669 0.406 10.4
17 ∞ 0.361 10.4
18 16.6592 4.302 10 1.808095 22.8 11.4
19 -11.6367 1.25 11 2.001 13.4 11.5
20 12.7321 4.257 12 1.487489 70.4 12.2
21 -25.5918 0.3 13.5
22 53.7779 5.407 13 1.51497 63.5 15.1(非球面3)
23 -13.9833 26 16.4(非球面4)
24 ∞ 1 14 1.516798 64.2 22.9
IMG ∞ 1 23.1 。
「全系の焦点距離」
f= 6.98
表示形式1で表される非球面1、2の非球面係数は以下のとおりである。
非球面1 非球面2
R1 13.1854 8.1721
K1 -1.4965 -0.9698
A1 -7.42593E-04 -1.66016E-03
B1 -1.64094E-06 1.52197E-05
C1 6.00198E-07 -2.71715E-07
D1 -2.73175E-10 -1.34523E-08
E1 -1.61593E-10 2.93919E-10
F1 -2.44795E-12 2.07193E-11
G1 5.13412E-14 4.87811E-13
I1 1.28410E-15 -4.98408E-15
J1 1.01367E-18 -3.99312E-16
L1 -8.87951E-19 -2.28195E-17
M1 9.32690E-21 -1.76831E-19
N1 -2.55098E-22 2.19888E-21
O1 1.16195E-24 -1.17412E-23
P1 2.99157E-25 3.07757E-23
Q1 -1.53011E-27 2.87262E-26
S1 -9.80485E-29 -1.77833E-26
T1 -7.90117E-32 1.44294E-28
U1 1.84498E-32 -1.45824E-30 。
表示形式2で表される非球面3、4の非球面係数は以下のとおりである。
非球面3 非球面4
R2 53.7779 -13.9833
K2 -9.2014 0.3202
A2 -3.9137E-05 8.28422E-06
B2 7.89658E-07 4.96401E-07
C2 -5.52231E-08 -2.94067E-08
D2 1.66590E-09 7.23732E-10
E2 -2.40089E-11 -8.93787E-12
F2 1.34990E-13 4.20149E-14 。
「可変量」
面間隔の変化は、以下の通りである。
D0 1650.2 826.0 496.1
D2 27.077 27.159 26.894
D11 3.817 3.985 4.205
D13 20.000 19.749 19.794 。
「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値は以下の通りである。
条件式(1) 3.97
条件式(2) 6.43
条件式(3) 1.40
条件式(4) 0.45
条件式(5) 3.70
条件式(6) 4.70
条件式(7) 4.40
図9に実施例1の投射用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図10にコマ収差図を、それぞれ図2、図3に倣って示す。
「実施例4」
I R D j N ν H
0 ∞ 可変
1 13.2300 5.5 1 1.533868 55.7 83.6(非球面1)
2 7.8436 可変 56.9(非球面2)
3 49.8460 2.1 2 1.79999 29.8 51.4
4 23.9310 10.054 39.8
5 179.9900 1.7 3 1.713 53.9 39.0
6 20.5550 12.644 31.7
7 -32.0720 6 4 1.51742 52.2 31.7
8 -22.8270 1.8 5 1.496997 81.6 32.9
9 117.9950 2.596 36.3
10 -190.4400 4.56 6 1.806099 33.3 36.5
11 -49.7090 可変 37.4
12 44.3300 7.970 7 1.785897 43.9 39.2
13 -117.4140 可変 38.7
14 62.0180 3.06 8 1.487489 70.4 11.8
15 -17.9196 1.1 9 1.846663 23.8 11.2
16 76.3240 0.301 10.9
17 ∞ 0.300 10.9
18 15.5150 4.480 10 1.808095 22.8 12.0
19 -12.7196 1.25 11 2.001 13.4 11.9
20 11.0720 4.450 12 1.487489 70.4 12.2
21 -29.2560 0.380 13.5
22 98.6280 5.320 13 1.51497 63.5 15.0(非球面3)
23 -13.5143 26 16.4(非球面4)
24 ∞ 1 14 1.516798 64.2 22.9
IMG ∞ 1 23.1 。
「全系の焦点距離」
f= 6.96
表示形式1で表される非球面1、2の非球面係数は以下のとおりである。
非球面1 非球面2
R1 13.2300 7.8436
K1 -1.7794 -0.9672
A1 -7.49251E-04 -1.72406E-03
B1 1.83231E-06 4.76673E-06
C1 6.35609E-07 -5.46110E-08
D1 -4.60345E-10 3.65148E-09
E1 -1.95930E-10 4.04341E-10
F1 -3.23589E-12 1.35477E-11
G1 4.53324E-14 1.85016E-13
I1 1.46238E-15 -1.28019E-14
J1 9.51078E-18 -5.27342E-16
L1 -6.91292E-19 -2.26199E-17
M1 1.19759E-20 -1.27450E-19
N1 -2.54502E-22 7.18988E-21
O1 1.18086E-27 1.87113E-22
P1 2.60101E-25 3.67315E-23
Q1 -2.56092E-27 1.70926E-25
S1 -1.11474E-28 -1.74955E-26
T1 7.22548E-32 8.80870E-29
U1 3.42485E-32 -1.24689E-29 。
表示形式2で表される非球面3、4の非球面係数は以下のとおりである。
非球面3 非球面4
R2 98.6280 -13.5143
K2 0.5474 0.3749
A2 -4.91063E-05 5.96371E-06
B2 6.96080E-07 5.33202E-07
C2 -5.39600E-08 -3.26243E-08
D2 1.66118E-09 7.39174E-10
E2 -2.41491E-11 -8.55227E-12
F2 1.38258E-13 3.58859E-14 。
「可変量」
面間隔の変化は、以下の通りである。
D0 1638.0 826.0 500.8
D2 21.045 21.305 21.575
D11 0.8043 0.8876 1.0124
D13 29.4907 29.1484 28.7534 。
「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値は以下の通りである。
条件式(1) 3.97
条件式(2) 4.32
条件式(3) 1.52
条件式(4) 0.14
条件式(5) 6.58
条件式(6) 10.68
条件式(7) 4.27
図12に実施例4の投射用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図13にコマ収差図を、それぞれ図2、図3に倣って示す。
「実施例5」
I R D j N ν H
0 ∞ 可変
1 24.0848 5.5 1 1.533868 55.7 87.4(非球面1)
2 12.7186 可変 60.8(非球面2)
3 44.2620 2.1 2 1.846663 23.8 53.3
4 25.7171 11.632 42.7
5 99.1970 1.7 3 1.7725 49.6 38.6
6 18.3649 13.076 30.2
7 -29.1383 4.638 4 1.64769 33.8 30.1
8 -21.5145 1.8 5 1.496997 81.6 31.0
9 71.3628 2.620 33.6
10 -457.0457 5.990 6 1.761818 26.6 33.8
11 -54.6348 可変 35.1
12 41.2588 8.047 7 1.743299 49.2 37.3
13 -96.8309 可変 36.7
14 44.1730 6 8 1.487489 70.4 13.9
15 -17.5896 1.1 9 1.846663 23.8 11.4
16 38.9844 0.682 10.8
17 ∞ 0.300 10.7
18 16.1005 5.359 10 1.808095 22.8 11.8
19 -11.9446 1.250 11 2.001 13.4 11.8
20 12.1389 4.343 12 1.487489 70.4 12.5
21 -28.8985 0.048 13.7
22 51.3723 5.578 13 1.51497 63.5 15.2(非球面3)
23 -14.0490 26 16.6(非球面4)
24 ∞ 1 14 1.516798 64.2 22.9
IMG ∞ 1 23.1 。
「全系の焦点距離」
f= 6.90
表示形式1で表される非球面1、2の非球面係数は以下のとおりである。
非球面1 非球面2
R1 24.0848 12.7186
K1 -4.4809 -0.9477
A1 -3.52990E-04 -7.21204E-04
B1 3.80676E-06 -8.03212E-06
C1 4.49198E-07 4.10159E-07
D1 -3.41892E-09 1.14336E-08
E1 -1.94113E-10 1.60268E-10
F1 -1.67994E-12 6.29639E-13
G1 7.64301E-14 -1.78068E-13
I1 1.60273E-15 -1.41335E-14
J1 4.99881E-18 -3.37562E-16
L1 -9.15958E-19 -1.12580E-17
M1 6.03763E-21 2.41105E-19
N1 -3.46850E-22 1.28671E-20
O1 -5.31745E-25 1.12719E-22
P1 2.98783E-25 3.06396E-23
Q1 -8.11773E-28 -2.02435E-25
S1 -7.85362E-29 -2.37949E-26
T1 4.04540E-31 -1.76983E-28
U1 5.51021E-33 7.21286E-30 。
表示形式2で表される非球面3、4の非球面係数は以下のとおりである。
非球面3 非球面4
R2 51.3723 -14.0490
K2 -6.3804 0.3255
A2 -3.74E-05 8.60E-06
B2 8.09505E-07 5.03718E-07
C2 -5.63910E-08 -3.09917E-08
D2 1.68089E-09 7.40250E-10
E2 -2.39507E-11 -8.89164E-12
F2 1.33524E-13 4.02910E-14 。
「可変量」
面間隔の変化は、以下の通りである。
D0 1639.9 826.0 498.3
D2 17.889 18.108 17.849
D11 3.933 4.061 4.280
D13 23.416 23.068 23.107 。
「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値は以下の通りである。
条件式(1) 4.01
条件式(2) 5.51
条件式(3) 1.45
条件式(4) 0.29
条件式(5) 4.01
条件式(6) 6.12
条件式(7) 4.52
図15に実施例5の投射用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図16にコマ収差図を、それぞれ図2、図3に倣って示す。
上記実施例1〜5の各々において、半画角:ω、全長:L、第1レンズの最大光線有効径:Hの値は、以下の通りである。
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
半画角:ω 58.9 度 59.0 度 58.9 度 59.0 度 59.0 度
全長:L 127.0 mm 140.0 mm 127.0 mm 126.9 mm 127.0 mm
有効径:H φ89.5 mm φ83.5 mm φ90.8 mm φ83.5 mm φ87.4 mm 。
即ち、実施例1〜5では、半画角が略60度と広画角で、全長が130mm前後と短く、第1レンズの最大光線有効径が85mm前後の投射用レンズが実現されている。
また、各実施例の収差図に示すように、性能も良好である。
従って、請求項1〜13の何れかに記載の投射用レンズ、具体的には実施例1〜5の何れかのものを搭載することによりコンパクトで高性能のプロジェクタ装置を実現できる。
G1 第1群
G2 第2群
10 DMD
特開2009−116106号公報 特開2011−133656号公報

Claims (15)

  1. 平面画像を拡大して投射結像させる投射用レンズであって、
    拡大側から縮小側へ向かって順に、正の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群を配してなり、第1群と第2群の間が全系中で最も大きな空気間隔をなし、
    前記第1群の最も拡大側のレンズ面が、光軸上では拡大側に凸形状を有し、正のパワーが、光軸から離れるに従い徐々に弱くなった後、徐々に強くなる非球面形状を有し、
    全系の焦点距離:f、空気換算時のバックフォーカス:Bf、レンズ系の全長:L、第1群と第2群の間の空気間隔:D1G−2Gが、条件式:
    (1) 3 ≦ Bf/f ≦ 5.0
    (2) 3.5 ≦ L/D1G-2G ≦ 7.0
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  2. 請求項1記載の投射用レンズにおいて、
    レンズ系の全長:L、第1群において最も拡大側に配される第1レンズの最大有効光線径:Hが、条件式;
    (3) 1.4 ≦ L/H1 ≦ 1.7
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  3. 請求項1または2記載の投射用レンズにおいて、
    第1レンズの縮小側の最大光線有効径を外径とし、第1レンズとその縮小側に配置される第2レンズに挟まれる空気レンズの、周辺肉厚:ET1−2および中心肉厚CT1-2が、条件式:
    (4) 0.1 ≦ ET1-2/CT1-2 ≦ 0.6
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  4. 請求項1〜3記載の投射用レンズにおいて、
    全系の焦点距離:f、第1群の最も縮小側に配置された2つのレンズの合成焦点距離:fe2-e1が、条件式:
    (5) 3.5 ≦ fe2-e1/f ≦ 7.0
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  5. 請求項4記載の投射用レンズにおいて、
    第1群に少なくとも1以上の接合面を含むことを特徴とする投射用レンズ。
  6. 請求項4または5記載の投射用レンズにおいて、
    第1群は、拡大側から縮小側へ向かって順次、第1〜第7レンズを配してなることを特徴とする投射用レンズ。
  7. 請求項1〜6の任意の1に記載の投射用レンズにおいて、
    全系の焦点距離:f、第1群の焦点距離f1Gが、条件式:
    (6) 4.5 ≦ f1G/f ≦ 12.0
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  8. 請求項1〜7の任意の1に記載の投射用レンズにおいて、
    全系の焦点距離:f、第2群の焦点距離f2Gが、条件式:
    (7) 4.0 ≦ f2G/f ≦ 5.0
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  9. 請求項1〜8の任意の1に記載の投射用レンズにおいて、
    第1群が、両面非球面の第1レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスの第2レンズ、拡大側に凸面を向けたメニスカスの第3レンズ、正の屈折力を持つ第4レンズと両凹の第5レンズからなる接合レンズ、縮小側に凸面を向けたメニスカスの第6レンズ、両凸の第7レンズにより構成されていることを特徴とする投射用レンズ。
  10. 請求項9記載の投射用レンズにおいて、
    第2群が、接合面を2面以上含むことを特徴とする投射用レンズ。
  11. 請求項9または10記載の投射用レンズにおいて、
    第2群が、拡大側から順に、両凸の第8レンズと両凹の第9レンズとの接合レンズ、絞り、両凸の第10レンズと両凹の第11レンズと両凸の第12レンズとを接合した3枚接合レンズ、両面非球面の第13レンズにより構成されていることを特徴とする投射用レンズ。
  12. 請求項9〜11の任意の1に記載の投射用レンズにおいて、
    第1群の第2レンズから第6レンズが一体となって光軸方向に移動し、これら第2〜第6レンズの移動とは独立して第7レンズが光軸方向に独立に移動することによって、フォーカス調整と像面補正を同時に行うことを特徴とする投射用レンズ。
  13. 請求項1〜12の任意の1に記載の投射用レンズにおいて、
    第2群に含まれる負の屈折力を持つ全てのレンズの材質のd線における屈折率が1.8以上であることを特徴とする投射用レンズ。
  14. 平面画像を拡大して投射結像させる投射用レンズであって、
    拡大側から縮小側へ向かって順に、正の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群を配してなり、第1群と第2群の間が全系中で最も大きな空気間隔をなし、
    前記第1群の最も拡大側のレンズ面が、光軸上では拡大側に凸形状を有し、正のパワーが、光軸から離れるに従い徐々に弱くなった後、徐々に強くなる非球面形状を有し、
    全系の焦点距離:f、第1群の最も縮小側に配置された2つのレンズの合成焦点距離:fe1-e2が、条件式:
    (5) 3.5 ≦ fe1-e2/f ≦ 7.0
    を満足することを特徴とする投射用レンズ。
  15. 請求項1〜14の任意の1に記載の投射用レンズを搭載されたプロジェクタ装置。
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