JPH0629899B2 - 投写レンズ - Google Patents

投写レンズ

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JPH0629899B2
JPH0629899B2 JP60021257A JP2125785A JPH0629899B2 JP H0629899 B2 JPH0629899 B2 JP H0629899B2 JP 60021257 A JP60021257 A JP 60021257A JP 2125785 A JP2125785 A JP 2125785A JP H0629899 B2 JPH0629899 B2 JP H0629899B2
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projection
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康夫 中嶋
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • GPHYSICS
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    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は投写レンズ、特にCRT画像を投写し大きな画
面を得るビデオプロジェクタ用色消投写レンズに関する
ものである。
従来の技術 従来、テレビジョン受像機のCRT画面をスクリーンに
投写するための投写レンズとして、すべてガラスレンズ
で構成したもの、あるいは、すべてプラスチックレンズ
で構成され、非球面を用いた3群3枚構成例えば特開昭
57-108818号公報、あるいは3群4枚構成例えば特開昭
58−198017号公報等が既に知られている。すべ
てプラスチックレンズで構成された場合、雰囲気温度変
化により焦点移動が大きく発生するので、ガラスレンズ
とプラスチックレンズを組み合わせたハイブリッド投写
レンズが提案されている。3群3枚構成では例えば特開
昭58−125007号公報、3群4枚構成では例えば
特開昭59−155818号公報等が既に知られている
ものである。
一般にCRTを3本用いるプロジェクションテレビで
は、緑,赤,青の各単色のCRT画像を投写レンズで拡
大投写するため、色収差はこれまで余り問題とならなか
った。しかし、CRTの蛍光体の発光スペクトルは第5
図に示すように完全な単色でない。近年、計算機出力の
情報表示装置として、プロジェクションテレビが用いら
れるようになった。この場合、小さな文字情報を拡大投
写する必要性から、より解像度と鮮明さが投写レンズに
要求される。そのため、単色の収差を補正低減しても充
分な性能向上は望めない。そこでこの目的のために色消
を図った投写レンズが知られている。すべてプラスチッ
クレンズで構成されたものでは、非球面を用いた4群4
枚構成の特開昭59−170812号公報等が知られて
いる。ハイブリッド構成のものでは、4群5枚構成の特
開昭58−139111号公報等が既に知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の色消投写レンズでは、すべてプラ
スチックレンズで構成されたものでは、雰囲気温度変化
による焦点移動が大きく発生するので、良好な画質を維
持できないという問題点があった。温度変化に強くした
ハイブリッド構成のものでは口径比が1:1.3〜1:1.4
と小さく、明るい投写画像が得られないという問題点が
あった。更に、いずれの構成に於ても半画角が20〜2
3°程度小さく、大画面を得る為には、投写距離すなわ
りスクリーンから投写レンズ先端までの距離を大としな
ければならず、プロジェクションテレビを小型化するう
えで問題となっていた。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の投写レンズは、ス
クリーン側より順に、スクリーン側に強い凸面を向けた
正の両凸レンズの第1群レンズと、両凹レンズの負の第
2群レンズ、両凸レンズの正の第3群レンズと、スクリ
ーン側に強い凹面を向けた負の両凹レンズの第4群レン
ズとより構成され、該第2群レンズは全系の入射瞳位置
又はその近傍に位置することを特徴とする構成からなる
ものである。
作用 上記した構成により、半画角が25°ないし28°、口
径比が1:1.0ないし1:1.08と広画角、大口径比化を
可能とした。
本発明になる投写レンズは、第1群レンズ、第4群レン
ズでオーバな倍率色収差を発生させ、第3群レンズでア
ンダーな倍率色収差を発生させることで、相互に倍率色
収差を相殺させ得る構成としており、両凹の負の第2群
レンズは全系の入射瞳位置又はその近傍に配置する。こ
れによって、該第2群レンズは倍率色収差に影響を与え
ることなく、軸上色収差を補正可能としている。これを
実現するには望ましくは次の各条件を満足するとよい。
1.2<f1/f3<1.6 (1) -1.4<f/f4<-1.1 (2) 0.35<d6/(d2+d3+d4)<0.75 (3) 0.2<d/(d+d+d)<0.45 (4) 但し、 f:全系の焦点距離 f1:第1群レンズの焦点距離 f3:第3群レンズの焦点距離 f4:第4群レンズの焦点距離 d2:第1群レンズと第2群レンズとの間の面間隔 d3:第2群レンズのレンズ厚 d4:第2群レンズと第3群レンズとの間の面間隔 d6:第3群レンズと第4群レンズとの間の面間隔 上記条件(1)ないし(4)は、倍率色収差の補正に関するも
のである。特に条件(1)ないし(3)は、第1群レンズと第
4群レンズで発生するオーバな倍率色収差を、第3群レ
ンズで発生するアンダーな倍率収差で相殺するための条
件である。条件(4)は、前記倍率収差補正状態に影響を
与えずに、第2群レンズを主に軸上色収差補正をさせる
ために該第2群レンズを配置する位置の条件である。
条件(1)は、第1群レンズと第3群レンズの、パワーの
配分を規定するものである。下限を越えると、第1群レ
ンズと第3群レンズで発生する倍率色収差のバランスが
オーバの傾向となり、全系で倍率色収差がオーバとなっ
て好ましくない。更に、第1群レンズのパワーが強くな
るので主点がスクリーン側に移動し、バックフォーカス
が短くなり過ぎる。上限を越えると、第1群レンズと第
3群レンズで発生する倍率色収差のバランスがアンダー
の傾向となり、第4群レンズで補正するのが困難とな
る。又、第3群レンズ発生する球面収差が大となり、第
1群レンズ、第2群レンズで該球面収差を補正すると、
サジタルフレアが著しく発生する。
条件(2)は、全系に対する第4群レンズのパワー配分を
規定するものである。下限を越えると、第4群レンズで
発生するオーバな倍率色収差が大きくなり、全系での倍
率色収差補正が困難となると共に、ペッツバール和が小
さくなり過ぎ、軸上と軸外の最適像面位置がずれる。上
限を越えると、第4群レンズで発生するオーバな倍率色
収差が小さくなり、全系での倍率色収差がアンダーとな
る。又、ペッツバール和が正方向に大きく偏寄し、像面
彎曲が補正過剰となって軸外の最適像面位置と軸上の最
適像面位置がずれてしまう。
条件(3)は、第1群レンズ、第3群レンズ及び第4群レ
ンズの配置を規定するものである。下限を越えると、第
4群レンズに入射する軸外主光線高さが低くなり、第4
群レンズで発生するオーバな倍率色収差が小となり、全
系での倍率色収差がアンダーに偏寄する。更に、第4群
レンズに於ける軸上光線高が大となり、充分な像面彎曲
補正を第4群レンズで行なうと、大口径比化が困難とな
る。上限を越えると、第4群レンズに入射する軸外主光
線高さが高くなり過ぎ、該第4群レンズで発生するオー
バな倍率色収差が大となり、全系での倍率色収差がオー
バに偏寄する。
条件(4)は、第2群レンズの配置を規定するものであ
る。条件(1)ないし(3)によって、第1群レンズ、第3群
レンズ及び第4群レンズによって生ずる倍率色収差は充
分に補正されており、この構成の中で負の両凹の第2群
レンズを、倍率の色収差に影響を与えずに配置するに
は、この条件(4)の範囲内にあることが必要である。下
限あるいは上限を越えると、該第2群レンズは全系の入
射瞳位置、又はその近傍に位置することができず、倍率
色収差が劣化する。
本発明の投写レンズでは更に、下記の条件を満足するこ
とが望ましい。
-1.1<(f+f)/f<-0.7 (5) 20<ν−ν (6) 但し、f:第1群レンズの焦点距離 f:第2群レンズの焦点距離 f:第3群レンズの焦点距離 ν:第1群レンズのアッベ数 ν:第2群レンズのアッベ数 条件(5)は、正の第1群レンズと第3群レンズに対する
負の第2群レンズのパワーの配分を規定するものであ
る。下限を越えると、軸上色収差の補正は良好となる
が、大口径比化が困難となる。上限を越えると、軸上色
収差の補正が不足となる。
条件(6)は、第1群レンズと第2群レンズのアツベ数の
関係を規定するものである。この条件からはずれると、
大口径比化を達成し、且つ軸上色収差を補正することは
困難となる。
投写レンズでは更に加えて、下記の条件を満足すること
が望ましい。
0.1<d5/f<0.25 (7) 1.7<f12/f<2.5 (8) -6.5<r3/f<-1.8 (9) 但し、 fは全系の焦点距離 f12:第1群レンズと第2群レンズの合成焦点距離 d5:第3群レンズのレンズ厚 r3:第2群レンズのスクリーン側のレンズ面の曲率半径 条件(7)は、全系の焦点距離に対する第3群レンズのレ
ンズ厚を規定するものである。下限を越えると、非点隔
差が大きくなり、軸外の性能が不充分となる。上限を越
えると、倍率色収差の補正が困難となると共に、レンズ
厚が大となりコストが上昇して問題となる。
条件(8)は、全系の焦点距離に対する第1群レンズと第
2群レンズの合成焦点距離の比を規定するものである。
下限を越えると、バックフォーカスが短かくなり、CR
Tのフェイスプレートと第4群レンズが接近し過ぎるた
め放熱が充分に行なわれなくなり温度上昇が問題とな
る。上限を越えると、周辺光量の低下が著るしくなる。
条件(9)は、第2群レンズのスクリーン側の面の曲率半
径を規定したものである。この面は第1群レンズで発生
する球面収差や軸上色収差を補正する上から必然的に負
の曲率半径の面となる。従って、下限を越えると、球面
収差、軸上色収差が補正不足となる。上限を越えると、
軸外光線の入射角が大きくなり画角周辺部の非点収差,
コマ収差,色のコマ収差が悪化し、他のレンズ素子で十
分に補正することができない。本投写レンズでは、第1
群レンズの少なくとも1面を非球面とすることで、球面
収差,コマ収差,歪曲収差を補正し、強い凹面をスクリ
ーン側に向けた負の両凹レンズの第4群レンズの少なく
ともスクリーン側の面を非球面とすることで、非点収差
と歪面収差を補正することができる。よって、望ましく
は、第1群レンズと第4群レンズは非球面レンズを低コ
ストで容易に製作可能なプラスチックレンズで構成する
と良い。一方、雰囲気温度変化によって生ずる焦点移動
を抑制するために、全系のかなりの正のパワーを分担す
る第3群レンズはガラスレンズで構成すると良い。
実施例 以下、本発明の実施例を示す。各実施例中、r1,r2,r3
はスクリーン側から順に各レンズ面の曲率半径を表わ
し、d1,d2,d3…は各レンズのレンズ厚及びレンズ間隔、
n1,n2,n3…は各レンズの波長λ=546nmに対する屈折
率、ν,ν,ν…は波長λ=546nmに対するア
ツベ数、f1,f2,f3…は各群の焦点距離、f12は第1群レ
ンズと第2群レンズの合成焦点距離、fは全系の焦点距
離とする。また、*印の非球面の形状は、光軸方向をX
軸とした直線座標系において、頂点曲率半径をr,kを
円錐定数、AD,AE,AF,AGを高次定数とすると
き、 で表わされる回転対称非球面である。FはCRTのフェ
イスプレートを表わす。
第1実施例 f=130.320 口径比 1:1.0 倍率 −0.07 半画角 28° f1=156.588 f2=-334.712 f3=119.846 f4=-97.738 f12=238.553 f1/f3=1.31 f/f4=-1.33 d6/(d2+d3+d4)=0.65 d2/(d2+d3+d4)=0.36 (f1+f3)/f2=-0.83 ν−ν=31.7 d5/f=0.18 f12/f=1.83 r3/f=-5.94 第2実施例 f=131.430 口径比 1:1.08 倍率 −0.07 半画角 25° f1=160.518 f2=-281.073 f3=108.890 f4=-101.319 f12=285.028 f1/f3=1.47 f/f4=-1.30 d6/(d2+d3+d4)=0.49 d2/(d2+d3+d4)=0.26 (f1+f3)/f2=-0.96 ν−ν=31.7 d5/f=0.18 f12/f=2.17 r3/f=-2.31 上記第1実施例及び第2実施例のレンズ配置図を第1図
及び第3図に示し、各収差図を第2図及び第4図に示
す。第1図、第3図に於て、1は第1群レンズ、2は第
2群レンズ、3は第3群レンズ、4は第4群レンズ、5
はCRTのフェイスプレートを示す。
発明の効果 以上のように本発明は、スクリーン側より順に、スクリ
ーン側に強い凸面を向けた正の両凸レンズの第1群レン
ズと、両凹レンズの負の第2群レンズ、両凸レンズの正
の第3群レンズと、スクリーン側に強い凹面を向けた負
の両凹レンズの第4群レンズとより構成され、該第2群
レンズは全系の入射瞳位置又はその近傍に位置させるこ
とで、収差図から明らかなように球面収差,非点収差,
像面彎曲、歪曲収差は良好に補正され、更に大口径比化
と色収差補正をなしえたもので、その産業上の価値は大
なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図は、本発明の第1実施例におけるレンズ
配置図と収差図、第3図および第4図は、本発明の第2
実施例におけるレンズ配置図と収差図、第5図はCRT
の単色蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 1……第1群レンズ、2……第2群レンズ、3……第3
群レンズ、4……第4群レンズ、5……CRTのフェイ
スプレート。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スクリーン側より順に、スクリーン側に強
    い凸面を向けた正の両凸レンズの第1群レンズと、両凹
    レンズの負の第2群レンズと、両凸レンズの正の第3群
    レンズと、スクリーン側に強い凹面を向けた負の両凹レ
    ンズの第4群レンズを配置し、前記第2群レンズは全系
    の入射瞳位置又はその近傍に位置し、以下の条件を満足
    することを特徴とする投写レンズ。 1.2<f/f<1.6 (1) -1.4<f/f<-1.1 (2) 0.35<d/(d+d+d)<0.75 (3) 0.2<d/(d+d+d)<0.45 (4) 但し、fは全系の焦点距離 fは第1群レンズの焦点距離 fは第3群レンズの焦点距離 fは第4群レンズの焦点距離 d2は第1群レンズと第2群レンズとの間の面間隔 d3は第2群レンズのレンズ厚 d4は第2群レンズと第3群レンズとの間の面間隔 d6は第3群レンズと第4群レンズとの間の面間隔。
  2. 【請求項2】下記の条件を満足することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の投写レンズ。 -1.1<(f+f)/f<-0.7 (5) 20<ν−ν (6) 但し、fは第1群レンズの焦点距離 fは第2群レンズの焦点距離 fは第3群レンズの焦点距離 νは第1群レンズのアッベ数 νは第2群レンズのアッベ数
  3. 【請求項3】下記の条件を満足することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の投写レンズ。 0.1<d5/f<0.25 (7) 1.7<f12/f<2.5 (8) -6.5<r3/f<-1.8 (9) 但し、fは全系の焦点距離 f12は第1群レンズと第2群レンズの合成焦点距離 dは第3群レンズのレンズ群 rは第2群レンズのスクリーン側のレンズ面の曲率半
  4. 【請求項4】第1群レンズの少なくとも1面を非球面と
    し、第4群レンズの少なくともスクリーン側の面を非球
    面としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    投写レンズ。
  5. 【請求項5】第1群レンズと第4群レンズはプラスチッ
    クレンズ、第3群レンズはガラスレンズで構成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の投写レン
    ズ。
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JPS61180215A JPS61180215A (ja) 1986-08-12
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US4733953A (en) 1988-03-29
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