JPH04355708A - レトロフォーカス型レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラスチックレンズを含
むレトロフォーカス型レンズに関するもので、例えば投
影型テレビの投影レンズなどに使用しても適合する様に
温度変化に対する性能の変動を抑制したレトロフォーカ
ス型レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりレンズ系の２つの共役面のうち
短い方の共役面とレンズ系との間に光路方向偏向のため
の光学素子を配するために、レンズ系の合成焦点距離ｆ
より短い方の共役距離ｂｆ（通常はバックフォーカスと
称される）の方が長いレンズ系は古くから知られており
、長い共役側より負の屈折力を持つレンズ群とそれに続
く正の屈折力を持つレンズ群とで構成されレトロフォー
カス型レンズと呼ばれることが多く、あるいは逆望遠型
レンズとも呼ばれる。

【０００３】しかしながら、レトロフォーカス型レンズ
は短い方の共役面、例えば写真レンズならば像面での画
像に歪曲収差が樽型に大きく現れる一般的傾向があるた
め、成分レンズの１乃至２面に非球面を導入してこれを
補正することが行われている。また更にガラスレンズを
光学研磨で非球面を創製するのは高価であるため、非球
面を具えるレンズの材質をプラスチックにして、型成形
で非球面を作ることにより大幅なコスト低減を図ってい
る。

【０００４】但しプラスチックは温度変化による屈折率
、形状の変化が光学ガラスに比して遥かに大きいため、
環境の温度変化に伴う焦点位置の変動や結像画質の低下
を招く欠点があった。

【０００５】殊にレンズ系の短い共役面に配した液晶表
示板にビデオ信号を入力してスクリーンにテレビ画像を
映出させるための投影レンズとして、プラスチックレン
ズを含むレンズ系を使用した場合は表示板を照明する光
源からの熱の影響を受けるため、特に性能変化を起し易
い。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】解決しようとする
問題点は、レトロフォーカス型レンズにおいて温度変化
による性能変化を抑制することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、長い方の共役
側に配され、負の屈折力を有する第１レンズ群と短い方
の共役側に配され、正の屈折力を有する第２レンズ群を
具えたレンズ系に於いて、第１レンズ群にプラスチック
材料から成り、非球面を備える非球面レンズを設けるも
のとし、非球面レンズは、レンズ系の合成焦点距離をｆ
、非球面レンズの焦点距離をｆ′、長い共役側から高さ
ｆで入射する、光軸と平行な物体近軸光線の非球面への
入射高をｈ、短い共役面に高さｆで入射し、レンズ系の
中央で光軸と交わる瞳近軸光線の非球面への入射高をｈ
′、レンズ系の全長をＬ、レンズ系から短い共役面まで
の距離をｂｆとするとき、

【０００８】

【外１】 なる条件を満足する。尚、レンズ枚数の多いときのレン
ズ系の第１レンズ群と第２レンズ群との境界位置の混乱
を避けるため、レンズ系の第１面と最終面の物理的中間
点で分割するのが、本出願では一法である。

【０００９】以上の構成により、温度変化による性能の
変化を抑えると云う目的を、光学系の大幅な変形を行う
ことなく実現した。

【００１０】

【実施例】図１はレトロフォーカス型レンズの基本構成
を示す。図中、Ａは長い共役側に在る負の屈折力の第１
レンズ群、Ｂは短い共役側に在る正の屈折力の第２レン
ズ群を示す。また実線はいわゆる物体近軸光線、破線は
瞳近軸光線である。

【００１１】図示の構成の場合、小型化のために第１レ
ンズ群Ａと第２レンズ群Ｂとも屈折力を強めるに従い、
短い方の共役面上の樽型の歪曲が大きくなる。

【００１２】図２は後述する数値実施例に対応するレン
ズ断面形状を示すもので、長い共役側から１は負屈折力
の第１レンズ群、２は正屈折力の第２レンズ群である。

【００１３】Ｒ１・Ｒ２のレンズが非球面を具えたプラ
スチック製の非球面レンズで、図示の通り長い共役側の
最先端に配置され、残りレンズはすべて光学ガラス製と
する。

【００１４】ここで非球面の頂点における近軸曲率半径
をＲ、光軸上で長い共役側から短い共役側の方向にｘ軸
、頂点を通ってｘ軸に垂直方向にＨ軸をとり、Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅを非球面係数として、非球面形状を

【００１５】

【外２】 と近似するとき、非球面成分（４式での４次以降の項）
で発生する歪曲の３次係数は Ｖ＝ｈ（ｈ′）３ψ　　（５） 但し、ψ＝８（Ｎ′−Ｎ）Ｂ　　（６）（Ｎ′，Ｎはそ
れぞれｘ軸に対し非球面の正方向、負方向の媒質の屈折
率）である。

【００１６】この非球面において、歪曲を補正するには
、糸まき状の歪曲を発生させるよう、図１に示す様に第
１レンズ群ではｈ＞０，ｈ′＜０なのでψ＞０　　（７
） なる様、非球面形状を定める必要がある。

【００１７】しかし、同時に非球面成分で非点収差が発
生し、その３次係数における発生量は ＩＩＩ＝ｈ２（ｈ′）２ψ　　（８） となる。従って、非球面レンズの媒質がプラスチックの
様な温度による膨張など形状変化が大きいと（８）式の
ψの変化量が大きくなるため、非点収差の変動が生じ、
軸外での像性能が急激に劣化する。しかし、図２に示す
実施例では歪曲収差を補正するため

【００１８】

【外３】 なる条件を満たす様にしており、歪曲収差に比べ、非点
収差の非球面成分における発生量を小さくするため

【０
０１９】

【外４】 なる条件を定めている。

【００２０】また、プラスチック等の材料においては温
度による屈折率の変化が大きいため、レンズの焦点距離
が短いとレンズ全系のピント変化が大きくなり、好まし
くない。そこで第１レンズ群の非球面レンズの焦点距離
ｆ′が

【００２１】

【外５】 なる条件を満足すれば、プラスチック材料で非球面レン
ズを構成してもピント変化が小さいので好ましい。

【００２２】次に、この様なバックフォーカスｂｆを長
くする必要のあるレトロフォーカス型レンズにおいては
、レンズ系の全長ｌが長くなると長い方の共役面のレン
ズの口径が大きくなる。特に非球面レンズの口径が大き
くなると製作が非常に困難となって好ましくない。従っ
て ｌ＜ｂｆ　　（３） を設定する。

【００２３】図２で、第１レンズ群１は｜ｆ′／ｆ｜が
１０より大きい正のメニスカスレンズＲ１・Ｒ２の後に
、この群中で最も強い屈折力を持った負のメニスカスレ
ンズＲ３・Ｒ４と長い共役側へ凸を向けた接合面Ｒ６を
持ち、このレンズ系中最も弱い屈折力の正負の接合レン
ズＲ５・Ｒ７を具え、第２レンズ群２は長い共役側のレ
ンズ面が他面より強い屈折力を持った正レンズＲ８・Ｒ
９とｄ７より大きな空間を隔てて配された両凹レンズＲ
１０・Ｒ１１それ１枚以上の正レンズＲ１２・Ｒ１３，
Ｒ１４・Ｒ１５を具える。

【００２４】非球面レンズは負メニスカスレンズＲ３・
Ｒ４の直後に配することも可能であるが、直前に配した
方が遥かに効果は大きい。

【００２５】又、非球面レンズが先端に配されるため外
部から接触されるおそれのある場合には傷が付くのを防
止するためガラス平行板あるいは若干の収差補正に役立
てる為、極くわずかの屈折力を与えたガラス板を配する
場合がある。

【００２６】以下、数値実施例を示す。（但し、Ｒｉ，
ｄｉはそれぞれ長い共役側からｉ番目のレンズ面の曲率
半径、面間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｉ番目のレンズの
屈折率、アッベ数である。）

【００２７】

【外６】

【００２８】

【外７】

【００２９】

【発明の効果】数値実施例１は非球面レンズはアクリル
樹脂（屈折率の温度係数ｄＮ／ｄｔ＝１．２×１０−４
、線膨張係数ｈ１で、以下に常温２０℃と５０℃におけ
るレンズ系の３次収差係数を示すと次の通りである。

【００３０】

【外８】

【００３１】但し、Ｉは球面収差係数、ＩＩは非点収差
係数、ＩＩＩはコマ収差係数、Ｖは歪曲係数である。

【００３２】また５０℃におけるピント位置の変動は零
である。

【００３３】数値実施例２は次の通りである。

【００３４】

【外９】

【００３５】また５０℃におけるピント位置の変動は　
　である。

【００３６】この様に諸収差の劣化はほとんど認められ
ず、ピント移動も発生していない。

【００３７】以上、本発明によってプラスチックの様に
屈折率、形状が温度によって大きく変化する材質からな
る成分レンズをレンズ系中に配置しても温度変化による
性能の劣化を抑制することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】レトロフォーカス型レンズの基本型を示す図で
ある。

【図２】実施例に係るレンズ断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１　　第１レンズ群 ２　　第２レンズ群 Ｒ　　レンズ面 ｄ　　レンズ面間隔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　長い方の共役側に配され、負の屈折力
   を有する第１レンズ群と短い方の共役側に配され、正の
   屈折力を有する第２レンズ群を具えたレンズ系に於いて
   、第１レンズ群にプラスチック材料から成り非球面を備
   える非球面レンズを設けるものとし、非球面レンズは、
   レンズ系の合成焦点距離をｆ、非球面レンズの焦点距離
   をｆ′、長い共役側から高さｆで入射する、光軸と平行
   な物体近軸光線の非球面への入射高をｈ、短い共役面に
   高さｆで入射し、レンズ系の中央で光軸と交わる瞳近軸
   光線の非球面への入射高をｈ′、レンズ系の全長をＬ、
   レンズ系から短い方の共役側までの距離をｂｆとすると
   き、｜ｆ′／ｆ｜＞７ ｜ｈ′／ｈ｜＞０．３ Ｌ＜ｂｆ なる条件を満足することを特徴とするレトロフォーカス
   型レンズ。
2. 【請求項２】　　請求項１の非球面レンズは、第１レン
   ズ群内の最も強い屈折力のレンズより長い共役側に配置
   されていることを特徴とする請求項１のレトロフォーカ
   ス型レンズ。
3. 【請求項３】　　請求項２の非球面レンズは長い共役側
   の最も端に配置されていることを特徴とする請求項２の
   レトロフォーカス型レンズ。
4. 【請求項４】　　請求項１の非球面はこの面による歪曲
   収差の発生量が非点収差の発生量より大になる様に定め
   られていることを特徴とする請求項１のレトロフォーカ
   ス型レンズ。