JP7016693B2

JP7016693B2 - 固定焦点レンズ

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Publication number: JP7016693B2
Application number: JP2017241432A
Authority: JP
Inventors: 道宏郭; 奕瑾陳; 慶全魏; 權得鄭; 文杰鍾
Original assignee: 中強光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2022-02-07
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: TWI651564B; TW201823794A; JP2018109755A; CN108267834B; CN108267834A

Description

本発明は、結像レンズに関し、特に、固定焦点レンズ（fixed lens）に関する。

投影機は、スクリーン上で映像画面を形成するために用いられ、その主な作動原理は、表示アセンブリにより、光源が提供した照明光束を映像光束に変換し、そして、投影レンズにより、映像光束をスクリーンに投射してスクリーン上で映像画面を形成させることである。

今のところ、市場での投影機は、小型化及び軽量化を発展目標とする傾向があり、特に、小型投影装置が注目されている。よって、各レンズメーカーは、投影レンズの重量及び体積を軽減するように適切なレンズ構造の設計に専念している。しかし、上述の利点を達成すると同時に、往々にして、投影レンズの結像品質を犠牲にし易い。従って、如何に、サイズ、重量などのファクターを考慮した条件下で、良好な結像品質を有する投影レンズを設計することができるかは、レンズメーカーにとって難題の１つである。

なお、この「背景技術」の部分が、本発明の内容への理解を助けるためだけのものであるため、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、当業者に知られていない技術を含む可能性がある。よって、この「背景技術」の部分に開示されている内容は、該内容、又は、本発明の１つ又は複数の実施例が解決しようとする課題が本発明出願前に既に当業者に周知されていることを意味しない。

本発明の目的は、サイズが小さく且つ結像品質が良い利点を有する固定焦点レンズを提供することにある。

本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術的特徴からさらに理解することができる。

上述の１つ又は一部又は全部の目的或いは他の目的を達成するために、本発明による固定焦点レンズは、拡大端から縮小端へ順に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、第四レンズ、第五レンズ、第六レンズ及び第七レンズを含み、そのうち、第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、第四レンズ、第五レンズ、第六レンズ及び第七レンズの屈折力（ジオプター（Diopter）とも称される）は、それぞれ、負、負、正、正、負、正及び正であり、且つ第一レンズ及び第七レンズは、非球面レンズである。

本発明による固定焦点レンズは、７つのレンズの構造を採用するので、サイズが比較的小さく（総長さが比較的短い）、重量が比較的軽い利点を有する。また、７つのレンズの各自の屈折力を組み合わせること、及び、第一レンズ及び第七レンズが非球面レンズを使用することにより、本発明による固定焦点レンズは、結像品質が良い利点も有する。

本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。

本発明の一実施例における固定焦点レンズを示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差（lateral color）を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲（field curvature）を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例における歪み（distortion）を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロット（transverse ray fan plot）を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数（polychromatic diffraction through focus MTF）を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例における１つの環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図1の固定焦点レンズの一実施例におけるもう１つの環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。本発明の他の実施例における固定焦点レンズを示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例における一つの環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図3の固定焦点レンズの一実施例におけるもう一つの環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。本発明の他の実施例における固定焦点レンズを示す図である。図5の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図5の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図5の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図5の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図5の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。本発明の他の実施例における固定焦点レンズを示す図である。図7の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図7の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図7の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図7の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図7の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。本発明の一実施例における投影装置のブロック図である。

本発明の上述した及び他の技術的内容、特徴、機能及び効果は、添付した図面に基づく次のような好適な実施例の詳細な説明により明確になる。なお、次の実施例に言及びされている方向についての用語、例えば、上、下、左、右、前又は後などは、添付した図面の方向に過ぎない。よって、使用されている方向の用語は、本発明を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

図1は、本発明の一実施例における固定焦点レンズを示す図である。図1に示すように、本実施例の固定焦点レンズ100は、例えば、投影装置に用いられるが、映像取得装置（図示せず）に用いられても良い。固定焦点レンズ100が投影装置に用いられる時に、投影装置のライトバルブ（light valve）Pは、固定焦点レンズ100の縮小端に設置され、固定焦点レンズ100は、ライトバルブPからの映像光束を拡大端に位置するスクリーン（図示せず）に投射するために用いられる。固定焦点レンズ100が映像取得装置に用いられる時に、映像取得装置の映像センシングアセンブリは、縮小端に設置され、固定焦点レンズ100は、拡大端の物体を映像センシングアセンブリに結像するために用いられる。

本実施例の固定焦点レンズ100は、光軸OAに沿って拡大端から縮小端へ順に配列される第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7を含み、そのうち、第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の屈折力は、それぞれ、負、負、正、正、負、正及び正であり、且つ第一レンズL1及び第七レンズL7は、非球面レンズである。

本実施例では、第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3及び第四レンズL4は、例えば、第一レンズ群110を構成し、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7は、例えば、第二レンズ群120を構成する。第一レンズ群110の屈折力は、例えば、負であり、第二レンズ群120の屈折力は、例えば、正である。また、固定焦点レンズ100は、例えば、更にアパーチャー（aperture）130を含み、それは、第四レンズL4と第五レンズL5との間に配置される。

本実施例では、第一レンズL1は、例えば、凸面が拡大端に面する凸凹レンズであり、第二レンズL2は、例えば、双凹レンズであり、第三レンズL3は、例えば、双凸レンズであり、第四レンズL4は、例えば、凸面が拡大端に面する凹凸レンズであり、第五レンズL5は、例えば、凸面が拡大端に面する凸凹レンズであり、第六レンズL6及び第七レンズL7は、例えば、ともに、双凸レンズである。また、第二レンズL2及び第三レンズL3は、例えば、１つの複合レンズ(Cemented lens)を構成し、この複合レンズは、例えば、第二レンズL2と第三レンズL3とを接着剤により接合することにより構成される双接合レンズである。第五レンズL5及び第六レンズL6は、もう１つの複合レンズを構成し、この複合レンズは、例えば、第五レンズL5と第六レンズL6とを接着剤により接合することにより構成される双接合レンズである。

本実施例では、第四レンズL4は、例えば、非球面レンズであるが、それは、球面レンズであっても良い。第二レンズL2、第三レンズL3、第五レンズL5及び第六レンズL6は、例えば、球面レンズであるが、第二レンズL2、第三レンズL3、第五レンズL5及び第六レンズL6の任意の１つは、非球面レンズを選択して用いても良い。また、第一レンズL1及び第四レンズL4の材質は、例えば、プラスチックであり、第二レンズL2、第三レンズL3、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の材質は、例えば、ガラスである。

投影装置に用いられる時に、固定焦点レンズ100は、さらにプリズム140を含んでも良く、それは、第七レンズL7の第六レンズL6から離れる一方側に配置され、また、第七レンズL7とライトバルブPとの間に位置する。このプリズム140は、例えば、投影装置中の良くある内部全反射プリズム（total internal reflection prism、TIR prism）である。また、本実施例の第一レンズ群110及び第二レンズ群120は、ともに、焦点合わせを行うように光軸OAに沿って移動することができ、また、アパーチャー130及び第二レンズ群120は、連動することができる。具体的に言えば、スクリーンと固定焦点レンズ100との間の距離の変化により、スクリーンに投射された映像画面がぼんやりしているようになる時に、第一レンズ群110とアパーチャー130との間の距離及び第二レンズ群120とライトバルブPとの間の距離を調整することで焦点合わせを行い、これにより、映像画面を明晰にさせることができる。

本実施例の固定焦点レンズ100は、７つのレンズの構造を採用する。レンズの数量が比較的少ないので、サイズが比較的小さく（総長さが比較的短い）、重量が比較的軽い利点を有する。また、第二レンズL2及び第三レンズL3を１つの双接合レンズとして設計し、第五レンズL5及び第六レンズL6をもう１つの双接合レンズを設計することにより、固定焦点レンズ100の総長さをさらに短くすることができる。また、７つのレンズの各自の屈折力を組み合わせること、及び、第一レンズL1及び第七レンズL7が非球面レンズを使用することにより、固定焦点レンズ100は、結像品質が良い利点を有する。また、レンズは、温度の変化により屈折率が変化することで、屈折力に影響を与えることがあり、且つ異なる材質のレンズは、異なる屈折率の変化も有する。このような変化により映像画面がぼんやりしていることを避けるために、本実施例の第一レンズL1及び第四レンズL4は、プラスチックレンズを採用し、第二レンズL2、第三レンズL3、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7は、ガラスレンズを採用する。このような材質の組み合わせにより、温度の変化による各レンズの屈折率の変化を補償し、固定焦点レンズ100の作動時の温度の変化により映像画面がぼんやりしていることがないようにさせることができる。

一実施例では、第七レンズL7とライトバルブPとの間にプリズム140を設置し得る十分な空間を持たせるために、固定焦点レンズ100が関係式BFL/EFL>1.5を満足するようにさせても良く、そのうち、BFL(back focal length)は、固定焦点レンズ100のバック焦点距離であり、EFL(effective focal length)は、固定焦点レンズ100の有効焦点距離である。

一実施例では、固定焦点レンズ100の総長さをさらに短縮するとともに視角も配慮するために、固定焦点レンズ100が関係式5.4<TTL/EFL<15を満足するようにさせても良く、そのうち、TTL(total track length)は、固定焦点レンズ100の総長さであり、EFLは、固定焦点レンズ100の有効焦点距離である。ここでの総長さとは、拡大端に面する第一レンズL1の表面から、縮小端に面する第七レンズL7の表面までの距離を指す。

一実施例では、固定焦点レンズ100は、例えば、関係式1.5<D45/D7P<4.8を満足し、そのうち、D45は、第四レンズL4と第五レンズL5との間の距離であり、D7Pは、第七レンズL7とプリズム140との間の距離である。このようにして、第一レンズ群110及び第二レンズ群120は、焦点合わせを行う時に、広範囲の移動範囲を有し、焦点合わせを行い易い。

一実施例では、固定焦点レンズ100は、例えば、関係式2.5<|f4/f1|<4を満足し、そのうち、f4は、第四レンズL4の焦点距離であり、f1は、第一レンズL1の焦点距離である。このようにして、第一レンズL1及び第四レンズL4は、固定焦点レンズ100の作動時の温度差による映像の拡大又は縮小の問題を補償し、結像品質を向上させることができる。

表１は、固定焦点レンズ100の各パラメータの一実施例を示す。なお、表１中のデータは、本発明を限定するものでない。当業者は、本発明を参照した後に、そのパラメータ又は設定について適切に変更することもできるが、これらは、すべて、本発明の技術的範囲に属する。

表１中の距離とは、２つの隣接する表面の、固定焦点レンズ100の光軸OA上での直線距離を指す。例えば、表面S1の距離は、表面S1と表面S2との光軸OA上での直線距離であり、表面S13の距離は、表面S13とプリズム140との光軸OA上での直線距離である。曲率半径が正の値である表面は、該表面が拡大端に向かって湾曲することを表し、曲率半径が負の値である表面は、該表面が縮小端に向かって湾曲することを表す。

第一レンズL1、第四レンズL4及び第七レンズL7は、例えば、ともに、非球面レンズであり、そのうち、表面S1、表面S2、表面S6、表面S7、表面S12及び表面S13は、非球面であり、次の式で表すことができる。

式中で、Zは、光軸方向における座標値であり、B、C、D、E、F、G及びHは、非球面係数であり、Kは、二次曲面定数であり、Rは、曲率半径であり、Yは、光軸方向に直交する座標値であり、また、上方を正方向とする。上述の各非球面のパラメータは、表２に示される。

図2Aは、図1の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図2Bは、図1の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図2Cは、図1の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図2Dは、図1の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図2Eは、図1の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である図。図2A乃至図2Eに示すように、本実施例の固定焦点レンズ100は、サイズ及び重量を考慮した条件下で、良好な結像品質を有する。また、図2F及び図2Gは、図1の固定焦点レンズの一実施例の異なる環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図であり、そのうち、図2Fの環境温度は、摂氏0度であり、図2Gの環境温度は、摂氏40度である。図2F及び図2Gから分かるように、本実施例の固定焦点レンズ100は、温度の変化による結像品質への影響を軽減することができる。

図3は、本発明の他の実施例における固定焦点レンズを示す図である。図3に示すように、本実施例の固定焦点レンズ100aの構成は、上述の固定焦点レンズ100に略類似している。固定焦点レンズ100aの第一レンズ群110aも、第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3及び第四レンズL4を含み、固定焦点レンズ100aの第二レンズ群120aも、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7を含む。第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の屈折力は、それぞれ、負、負、正、正、負、正、正であり、且つ第一レンズL1及び第七レンズL7は、非球面レンズである。また，固定焦点レンズ100aも、第四レンズL4と第五レンズL5との間に配置されるアパーチャー130を含んでも良い。

上述の固定焦点レンズ100aでは、第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の種類は、上述の固定焦点レンズ100と同じであるが、第四レンズL4は、例えば、凸面が拡大端に面する凸平レンズ又は双凸レンズである。

本実施例では、設計のニーズに応じて、固定焦点レンズ100aに、次のような関係式のうちの少なくとも一つを満足させることができる。

(1) BFL/EFL>1.5
(2) 8<TTL/EFL<18
(3) 1<D45/D7P<3
(4) 2.5<|f4/f1|<7
関係式(1)については、BFL/EFL<1.5の場合、固定焦点レンズ100aは、投影装置の他の素子と干渉が生じ易い。関係式(2)については、TTL/EFL>18の場合、固定焦点レンズ100aの総長さが比較的長く、小型化の利点を達成し難く、また、TTL/EFL<8の場合、固定焦点レンズ100aは、小型化及び広角化を兼備する利点を達成し難い。関係式(3)については、D45/D7P>3の場合、第四レンズL4と第五レンズL5との間の距離が大き過ぎ、テレビ歪み(TV distortion)を有効に校正し難く、また、D45/D7P<1の場合、第四レンズL4と第五レンズL5との間の距離が小さ過ぎ、機構の干渉が生じ易い。関係式(4)については、|f4/f1|>7の場合、固定焦点レンズ100aの熱ドリフト(Thermal drift)の現象を改善することができるが、解像度が良くなく、また、|f4/f1|<2.5の場合、固定焦点レンズ100aが比較的良い解像度を有するが、熱ドリフトの現象が比較的酷い。また、レンズが熱膨張を受けて熱ドリフトの現象が生じる問題をさらに改善するために，第二レンズ群110a中の第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7のうちの少なくとも一つは、dn/dtが負の値である材料を選択し、屈折力を調整することで、熱ドリフトの現象を改善することができ、そのうち、dnは、屈折率の変化を表し、dtは、温度の変化を表す。一実施例では，第七レンズL7は、例えば、dn/dtが負の値である材料を選択する。

表３は、固定焦点レンズ100aの各パラメータの一実施例を示す。なお、表３に示されているデータは、本発明を限定するものでない。当業者は、本発明を参照した後に、そのパラメータ又は設定について適切に変更することもできるが、これらは、すべて、本発明の技術的範囲に属する。

第一レンズL1、第四レンズL4及び第七レンズL7は、例えば、ともに、非球面レンズであり、そのうち、表面S1、表面S2、表面S6、表面S7、表面S12、表面S13は、非球面である。上述の各非球面のパラメータは、表4に示されている。

図4Aは、図3の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図4Bは、図3の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図4Cは、図3の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図4Dは、図3の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図4Eは、図3の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図4A乃至図4Eに示すように，本実施例の固定焦点レンズ100aは、サイズ及び重量の両方を配慮した条件下で、良好の結像品質を有することができる。また、図4F及び図4Gは、図3の固定焦点レンズの一実施例における異なる環境温度下でのスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。そのうち、図4Fの環境温度は、0℃であり、図4Gの環境温度は、40℃である。図4F及び図4Gから分かるように、本実施例の固定焦点レンズ100aは、温度の変化による結像品質への影響を低減することができる。

図3は、本発明のもう一つの実施例の固定焦点レンズを示す図である。図３に示すように、図１の固定焦点レンズ100に類似し、本実施例の固定焦点レンズ200も、光軸に沿って拡大端から縮小端へ順に配列される第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7を含み、そのうち、第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の屈折力は、それぞれ、負、負、正、正、負、正及び正であり、且つ第一レンズL1及び第七レンズL7は、非球面レンズである。

本実施例では、第一レンズL1、第二レンズL2及び第三レンズL3は、第一レンズ群210を構成し、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7は、第二レンズ群220を構成する。第一レンズ群210の屈折力は、例えば、負であり、第二レンズ群220の屈折力は、例えば、正である。固定焦点レンズ200は、例えば、さらにアパーチャー230を含み、それは、第三レンズL3と第四レンズL4との間に配置される。

第一レンズL1は、例えば、凸面が拡大端に面する凸凹レンズであり、第二レンズL2は、例えば、双凹レンズであり、第三レンズL3及び第四レンズL4は、例えば、ともに、双凸レンズであり、第五レンズL5は、例えば、双凹レンズであり、第六レンズL6及び第七レンズL7は、例えば、ともに、双凸レンズである。また、第五レンズL5及び第六レンズL6は、例えば、双接合レンズを構成する。

本実施例では、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5及び第六レンズL6は、例えば、球面レンズである。他の実施例では、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5及び第六レンズL6の任意の１つは、非球面レンズを選択して使用しても良い。また、第一レンズL1の材質は、例えば、プラスチックであり、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の材質は、例えば、ガラスである。

投影装置に用いられる時に、固定焦点レンズ200は、さらにプリズム240を含み、それは、第七レンズL7の第六レンズL6から離れる一方側に配置され、また、第七レンズL7とライトバルブPとの間に位置する。このプリズム240は、例えば、投影装置中の良くある内部全反射プリズムである。また、本実施例の第一レンズ群210及び第二レンズ群220は、ともに、焦点合わせを行うように光軸に沿って移動することができ、また、アパーチャー230及び第二レンズ群220は、連動することができる。具体的に言えば、スクリーンと固定焦点レンズ200との間の距離の変化によりスクリーンに投射された映像画面がぼんやりしているようになる時に、第一レンズ群210とアパーチャー230との間の距離及び第二レンズ群220とライトバルブPとの間の距離を調整して焦点合わせを行うことにより、映像画面を明晰にさせることができる。

本実施例の固定焦点レンズ200は、７つのレンズの構造を採用する。レンズの数量が比較的少ないので、サイズが比較的小さく（総長さが比較的短い）、重量が比較的軽い利点を有する。また、第五レンズL5及び第六レンズL6を双接合レンズとして設計することにより、固定焦点レンズ200の総長さを短縮することもできる。また、７つのレンズの各自の屈折力を組み合わせること、及び、第一レンズL1及び第七レンズL7が非球面レンズを使用することにより、固定焦点レンズ200は、結像品質が良好である利点を有する。また、第一レンズL1がプラスチックレンズを採用し、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7がガラスレンズを採用し、このような材質の組み合わせにより、固定焦点レンズ200の作動時の温度の変化により映像画面がぼんやりしていることがないようにさせることがある。

一実施例では、第七レンズL7とライトバルブPとの間にプリズム240を設置し得る十分な空間を持たせるために、固定焦点レンズ200が関係式BFL/EFL>1.5を満足するようにさせても良く、そのうち、BFLは、固定焦点レンズ200のバック焦点距離であり、EFLは、固定焦点レンズ200の有効焦点距離である。

一実施例では、固定焦点レンズ200の総長さをさら短縮するために、固定焦点レンズ200が関係式5.4<TTL/EFL<15を満足するようにさせても良く、そのうち、TTL(total track length)は、固定焦点レンズ200の総長さであり、EFLは、固定焦点レンズ200の有効焦点距離である。ここでの総長さとは、拡大端に面する第一レンズL1の表面から、縮小端に面する第七レンズL7の表面までの距離を指す。

表5は、固定焦点レンズ200の各パラメータの一実施例を示す。なお、表5中のデータは、本発明を限定するものでない。当業者は、本発明を参照した後に、そのパラメータ又は設定について適切に変更することもできるが、これらは、すべて、本発明の技術的範囲に属する。

第一レンズL1及び第七レンズL7は、ともに、非球面レンズであり、そのうち、表面S1、表面S2、表面S13及び表面S14は、非球面であり、各非球面のパラメータは、表6に示されている。

図6Aは、図5の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図6Bは、図5の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図6Cは、図5の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図6Dは、図5の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図6Eは、図5の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図6A乃至図6Eに示すように、本実施例の固定焦点レンズ200は、サイズ及び重量を考慮した条件下で、良好な結像品質を有する。

図7は、本発明のもう１つの実施例の固定焦点レンズを示す図である。図7に示すように、本実施例の固定焦点レンズ200aの構成は、上述の固定焦点レンズ200に略類似している。固定焦点レンズ200aの第一レンズ群210aも、第一レンズL1、第二レンズL2及び第三レンズL3を含み、固定焦点レンズ200aの第二レンズ群220aも、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7を含む。第一レンズL1、第二レンズL2、第三レンズL3、第四レンズL4、第五レンズL5、第六レンズL6及び第七レンズL7の屈折力は、それぞれ、負、負、正、正、負、正、正であり、且つ第一レンズL1及び第七レンズL7は、非球面レンズである。また、固定焦点レンズ200aも、アパーチャー230を含んでも良く、それは、第三レンズL3と第四レンズL4との間に配置される。

上述の固定焦点レンズ200aでは、第一レンズL1乃至第七レンズL7の種類は、上述の固定焦点レンズ200と同じである。また、固定焦点レンズ200aでは、第一レンズ群210aの第二レンズL2及び第三レンズL3は、焦点合わせを行うように光軸OAに沿って移動することができ、第一レンズ群210aの第一レンズL1、第二レンズ群220a及び孔径光欄230は、焦点合わせを行う時に、例えば、固定して移動しない。

本実施例では、設計のニーズに応じて、固定焦点レンズ200aに、次のような関係式のうちの少なくとも一つを満足させることができる。

(1) BFL/EFL>1.5
(2) 8<TTL/EFL<18
表7は、固定焦点レンズ200aの各パラメータの一実施例を示す。なお、表7中のデータは、本発明を限定するものでない。当業者は、本発明を参照した後に、そのパラメータ又は設定について適切に変更することもできるが、これらは、すべて、本発明の技術的範囲に属する。

第一レンズL1及び第七レンズL7は、ともに、非球面レンズであり、そのうち、表面S1、表面S2、表面S13、表面S14は、非球面であり、各非球面のパラメータは、表8に示されている。

図8Aは、図7の固定焦点レンズの一実施例における横方向色差を示す図である。図8Bは、図7の固定焦点レンズの一実施例における像面湾曲を示す図である。図8Cは、図7の固定焦点レンズの一実施例における歪みを示す図である。図8Dは、図7の固定焦点レンズの一実施例における横方向光線ファンプロットを示す図である。図8Eは、図7の固定焦点レンズの一実施例におけるスルーフォーカス多色回折変調伝達関数を示す図である。図8A乃至図8Eに示すように、本実施例の固定焦点レンズ200aは、サイズ及び重量の両方を配慮した条件下で、良好な結像品質を有する。

図9は、本発明の一実施例における投影装置のブロック図である。図9に示すように、本実施例の投影装置300は、照明システム310、ライトバルブ320及び投影レンズ330を含む。照明システム310は、照明光束312をライトバルブ320に提供するために用いられ、ライトバルブ320は、照明光束312を映像光束312aに変換するために用いられ、投影レンズ330は、映像光束312aをスクリーンに投射してスクリーン上で映像画面を形成させるために用いられる。照明システム310は、HIDランプ(High-intensity discharge、HID)、例えば、高圧水銀灯、発光ダイオード光源(Light emitting diode light source)又はレーザー光源(laser light source)を使用しても良い。ライトバルブ320は、透過型ライトバルブ又は反射型ライトバルブであっても良く、そのうち、透過型ライトバルブは、液晶表示パネル（liquid crystal display panel）であっても良く、反射型ライトバルブは、デジタルマイクロミラーアセンブリ（digital micro-mirror device）又はLCOS（liquid crystal on silicon panel）であっても良い。投影レンズ330は、上述の各実施例の固定焦点レンズ、例えば、固定焦点レンズ100、100a、200又は200aを選択して使用しても良く、これにより、投影装置300のサイズ及び重量を軽減することができ、また、良好な結像品質も有する。

以上を纏めると、本発明の固定焦点レンズは、７つのレンズの構造を採用するので、サイズが比較的小さく（総長さが比較的短い）、重量が比較的軽い利点を有する。また、７つのレンズの各自の屈折力を組み合わせること、及び、第一レンズ及び第七レンズが非球面レンズを使用することにより、本発明の固定焦点レンズは、結像品質が良い利点も有する。

本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及びされている「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、又は、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。

100、100a、200、200a：固定焦点レンズ
110、110a、210、210a：第一レンズ群
120、120a、220、220a：第二レンズ群
130、230：アパーチャー
140、240：プリズム
L1：第一レンズ
L2：第二レンズ
L3：第三レンズ
L4：第四レンズ
L5：第五レンズ
L6：第六レンズ
L7：第七レンズ
OA：光軸
P：ライトバルブ
S1～S14：表面

Claims

固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、拡大端から縮小端へ順に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、第四レンズ、第五レンズ、第六レンズ及び第七レンズからなり、
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ、前記第四レンズ、前記第五レンズ、前記第六レンズ及び前記第七レンズの屈折力は、それぞれ、負、負、正、正、負、正及び正であり、前記第一レンズ及び前記第七レンズは、非球面レンズであり、
前記第一レンズ及び前記第四レンズの材質は、プラスチックであり、前記第二レンズ、前記第三レンズ、前記第五レンズ、前記第六レンズ及び前記第七レンズの材質は、ガラスであり、
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ及び前記第四レンズは、第一レンズ群を構成し、前記第五レンズ、前記第六レンズ及び前記第七レンズは、第二レンズ群を構成し、
前記第一レンズ群の屈折力は、負であり、前記第二レンズ群の屈折力は、正であり、前記固定焦点レンズは、前記第四レンズと前記第五レンズとの間に配置されるアパーチャーをさらに含む、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記第二レンズ及び前記第三レンズは、１つの接合レンズを構成し、前記第五レンズ及び前記第六レンズは、もう１つの接合レンズを構成する、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記第四レンズは、非球面レンズである、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記第一レンズ群及び前記第二レンズ群は、ともに、焦点合わせを行うように移動し、前記アパーチャーは、前記第二レンズ群と連動する、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、関係式BFL/EFL>1.5を満足し、BFLは、前記固定焦点レンズのバック焦点距離であり、EFLは、前記固定焦点レンズの有効焦点距離である、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、関係式5.4<TTL/EFL<15を満足し、TTLは、前記固定焦点レンズの総長さであり、EFLは、前記固定焦点レンズの有効焦点距離である、固定焦点レンズ。
請求項６に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、前記第七レンズの、前記第六レンズから離れる一方側に配置されるプリズムをさらに含み、
前記固定焦点レンズは、関係式1.5<D45/D7P<4.8を満足し、D45は、前記第四レンズと前記第五レンズとの間の距離であり、D7Pは、前記第七レンズと前記プリズムとの間の距離である、固定焦点レンズ。
請求項６に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、関係式2.5<|f4/f1|<4を満足し、f4は、前記第四レンズの焦点距離であり、f1は、前記第一レンズの焦点距離である、固定焦点レンズ。
請求項１に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、関係式8<TTL/EFL<18を満足し、TTLは、前記該固定焦点レンズの総長さであり、EFLは、前記固定焦点レンズの有効焦点距離である、固定焦点レンズ。
請求項９に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、前記第七レンズの、前記第六レンズから離れる一方側に配置されるプリズムをさらに含み、
前記固定焦点レンズは、関係式1<D45/D7P<3を満足し、D45は、前記第四レンズと前記第五レンズとの間の距離であり、D7Pは、前記第七レンズと前記プリズムとの間の距離である、固定焦点レンズ。
請求項９に記載の固定焦点レンズであって、
前記固定焦点レンズは、関係式2.5<|f4/f1|<7を満足し、f4は、前記第四レンズの焦点距離であり、f1は、前記第一レンズの焦点距離である、固定焦点レンズ。