JPH08320433A - 広角レンズ - Google Patents

広角レンズ

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JPH08320433A
JPH08320433A JP7151088A JP15108895A JPH08320433A JP H08320433 A JPH08320433 A JP H08320433A JP 7151088 A JP7151088 A JP 7151088A JP 15108895 A JP15108895 A JP 15108895A JP H08320433 A JPH08320433 A JP H08320433A
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広角レンズを、3群構成で、アッベ数に関す
る所定の条件式を満足するよう構成することにより、テ
レセントリックで周辺光束にケラレが生ぜず収差が良好
なものとし、さらに搭載した装置をコンパクトなものと
する。 【構成】 小さな共役側(液晶パネル側)に強い曲率の
凹面を向けた凹レンズL1と凸レンズL2 からなる第1
レンズ群、1枚の凹レンズL3と2枚の凸レンズL4,L5
からなる第2レンズ群および液晶パネルL7(4)の近
傍に配されるフレネルレンズL6からなる第3レンズ群
をスクリーン側から液晶パネル側に配列してなる。、第
1レンズ群の凹レンズであるレンズL1のアッベ数ν1
57.8であり、第2レンズ群の凹レンズであるレンズL3
のアッベ数ν2は25.4であり、ν1>ν2なる条件式が満
足されている。さらに、第1レンズ群の焦点距離f1は4
53.1mm、レンズ群全系の焦点距離f0は67.76mmであり、
|f1|>f0が満足されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、投影用の広角レンズに
関し、詳しくはカラー液晶プロジェクションTVに使用
される投射レンズ等の投影レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶プロジェクションテレビは液晶パネ
ルに映出された画像を投影レンズを用いて大型スクリー
ン上に投影するものであり、近年、劇場、展示場や飛行
機内等においてよく使用されている。カラー液晶プロジ
ェクタには液晶パネルを1枚使用する単板式のものと、
3枚使用する3板式のものが知られており、前者は後者
に比べ小型軽量で製造コストも安価であるため注目され
ているが、一方で色分離にカラーフィルタを使用してい
たためスクリーン照度が低下するという欠点がある。
【0003】そこで近年、カラーフィルタを使用せずに
フルカラー画像を再生できる液晶ビデオプロジェクタを
開発する試みがなされている(例えば、平成6年10月18
日付け日経産業新聞に記載の液晶ビデオプロジェク
タ)。液晶ビデオプロジェクタの光学系としては、例え
ば図6に示す如き構成としたものが知られている。すな
わち、この光学系9は、光源11からの光12を、この光12
が互いに異なる入射角度で入射するように配された3つ
のダイクロイックミラー13A,13B,13Cによって青,
赤,緑の3原色光に分離し、各原色光をマイクロレンズ
アレイ14を用いて液晶パネル4の各ピクセルに集光し、
この液晶パネル4を透過し、画像情報を担持した各原色
光を投射レンズ15を用いて図示されないスクリーン上に
投影するように構成されている。
【0004】ところで、上記図6に示す如き構成とした
場合に、3つのダイクロイックミラー13A,13B,13C
から反射された各原色光は液晶パネル4に対し、互いに
異なった角度で入射することから、これら各原色光の光
量を投射レンズ15内に配された絞り内に有効に入射させ
るためには、この投射レンズ15がテレセントリックであ
ること、さらにはこの投射レンズ15の周辺光束にケラレ
が生じないように配慮することが重要となる。
【0005】しかしながら、上述した如き従来技術にお
ける投射レンズ15では、テレセントリックの条件は略満
足しているものの、周辺光束のケラレに対する配慮がな
されていなかったため、このままではスクリーン上の投
影画像の左右部分に色ムラが生じてしまう。前述したよ
うに、各原色光が互いに広がりをもって投射レンズ15に
入射し、このため周辺光量の割合が大きい、図6に示す
如き構成とされた液晶ビデオプロジェクタにおいては、
この周辺光束のケラレを小さくするように投射レンズ15
を形成することが特に要求される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本願発明はこのような
事情に鑑みなされたものであり、テレセントリックで周
辺光束にケラレがなく、装置全体をコンパクトにまとめ
ることのできる投影レンズを提供することを目的とする
ものである。また、上記目的に加えて投影倍率が変化し
ても周辺光束について像質の劣化が少ない投影レンズを
提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明の広角レンズ
は、 大きな共役側から、小さな共役側に強い曲率の凹
面を向けた凹レンズと凸レンズとからなる第1レンズ
群、少なくとも1枚の凹レンズと2枚の凸レンズとから
なる第2レンズ群、および被投影物の近傍に配される正
のパワ−を有するフレネルレンズからなる第3レンズ群
をこの順に配設してなり、前記第1レンズ群と第2レン
ズ群は各々少なくとも1つの非球面を有するレンズを備
え、
【0008】前記第1レンズ群の凹レンズのアッベ数を
ν1、前記第2レンズ群の凹レンズのアッベ数をν2とし
たとき、 ν1>ν2 ……(1) なる条件式を満足するように構成されてなることを特徴
とするものである。また、共役長を変化させて投影倍率
を変化させる場合に、前記第3レンズ群のフレネルレン
ズは固定とし、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群は
その間隔を変化させながら移動せしめてフォ−カシング
を行うようにし、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
レンズ系の焦点距離をf0としたとき、 |f1|>f0 ……(2) なる条件式を満足するように構成されてなることを特徴
とするものである。
【0009】
【作用】本願発明の目的は上述したごとく構成された広
角レンズにより達成される。以下、各レンズ群毎にその
作用について説明する。まず、第1レンズ群において、
投影物体側に強い凹面を向けた凹レンズを配しレトロフ
ォーカスタイプの性格を持たせることにより、第2レン
ズ群と第3レンズ群の間にミラーを挿入するスペースを
確保することができる程度の距離を持たせることがで
き、その結果光路を折り曲げることが可能となり、装置
全体をコンパクトにまとめることができる。また投影角
を広角にした場合、歪曲収差の補正が容易となり、また
この凹レンズと液晶パネルの間にあるレンズを通過する
周辺光束の角度を鈍くすることができるから、諸収差の
補正を容易とすることができる。また、この第1レンズ
群の凸レンズは上記凹レンズとパワーのバランスを取
り、かつ上記条件式(2)を満足させるために必要とな
る。なお、上記凸レンズのν値を上記凹レンズよりも小
さくすると倍率色収差の補正が容易となり好ましい。
【0010】次に、第2レンズ群において、上記条件式
(1)を満足する凹レンズを配することにより、倍率色
収差、軸上色収差の補正が可能となる。この条件を満た
さないと第1レンズ群および第2レンズ群中に色収差補
正用のレンズが別に必要となりレンズ枚数が増加する。
また、第2レンズ群の凸レンズは全体の焦点距離を保つ
作用をし、このレンズが1枚ではパワーが強くなりすぎ
諸収差の補正が困難となるため2枚以上とするのが望ま
しい。また、第1レンズ群と第2レンズ群の少なくとも
1つのレンズ面を非球面とすることにより、特にコマ収
差を補正することが可能である。前述したように図6に
示すごとき構成の液晶ビデオプロジェクタにおいては、
周辺光束がどうしても多くなるためにコマ収差を補正す
ることは極めて重要である。
【0011】さらに、上記第3レンズ群においては、液
晶パネルの近傍にフィールドレンズとして作用する凸の
パワーのフレネルレンズを配することによりテレセント
リックな投影レンズ系を実現している。フレネルレンズ
を用いることにより、一般の凸レンズをフィールドレン
ズに使用した場合における像面がアンダーとなる傾向を
回避することができ、像面の補正が容易となる。さら
に、このフレネルレンズを非球面とすることで歪曲、像
面湾曲に対しても補正が容易となる。さらに、投影倍率
が変化した場合に第3レンズ群を固定しておき、第1レ
ンズ群と第2レンズ群の間隔を調整しながらこれら両レ
ンズ群を移動させてフォーカシングするようにすれば周
辺像面を補正することが容易となる。また、この場合に
上記条件式(2)を満足するようにすれば球面収差の変
動を小さくすることができ中心付近の画質の劣化を防止
することが可能となる。
【0012】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図5は、本発明の実施例に係る広角レンズを用いた
液晶ビデオプロジェクタの概略図である。すなわち、こ
の液晶ビデオプロジェクタ8では、前述した如き図6に
示す光源11、3枚のダイクロイックミラー13A、1
3B、13Cおよび多数のレンズ素子14Aを配列され
てなるレンズアレイ14からなる色分離光学系9により
液晶パネル4の各ドットに照射され、この液晶パネル4
に映出された画像情報を担持し、3つのレンズ群1、
2、3からなる投影レンズによりスクリーン7の裏面に
投射される。視聴者10はスクリーン7に投影された画
像をこのスクリーン7の表面側から見ることになる。ま
た、この液晶ビデオプロジェクタ8では装置全体をコン
パクトとするため、2つの反射ミラー5,6を用いて光
路を折り曲げるように構成されており、また、一方の反
射ミラー5は投影レンズの第2レンズ群2と第3レンズ
群3の間に位置するように構成されている。
【0013】以下、上記投影レンズについて詳細に説明
する。図1は、本発明の第1の実施例に係る広角レンズ
を示すレンズ系断面図である。すなわち、このレンズ系
は小さな共役側(液晶パネル側)に強い曲率の凹面を向
けた凹レンズL1と凸レンズL2 からなる第1レンズ群
1、1枚の凹レンズL3と2枚の凸レンズL4,L5からな
る第2レンズ群2および液晶パネルL7(4)の近傍に
配されるフレネルレンズL6からなる第3レンズ群をス
クリーン側から液晶パネル側に配列してなる。なお、図
中Xは光軸を示す(図2,図3および図4において同
じ)。
【0014】また、上記レンズL1 、L5 はプラスチッ
クレンズにより形成されており、温度変化に対してピン
ト移動が少なくなるような構成とされている。この実施
例1における各レンズ面の光軸X近傍の曲率半径R(m
m)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(m
m)、各レンズのd線における屈折率Nおよび各レンズの
アッベ数νを下記表1に示す。ただし、この表1におい
て、各記号R,d,N,νに付した数字はスクリーン側
からの順番を表わすものである。
【0015】なお、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
4および第2レンズ群と第3レンズ群の間隔d9は可変
であり、低倍率時(10倍)におけるd4およびd9は各
々31.37mmおよび107.85mmとされ、高倍率時(16倍)
におけるd4およびd9は各々32.47mmおよび105.06mmと
されている。また、第1レンズ群の凹レンズであるレン
ズL1のアッベ数ν1は57.8であり、第2レンズ群の凹レ
ンズであるレンズL3のアッベ数ν2は25.4であり、ν1
>ν2なる条件式が満足されている。
【0016】さらに、第1レンズ群の焦点距離f1は45
3.1mm、レンズ群全系の焦点距離f0は67.76mmであり、
|f1|>f0が満足されている。また、レンズL1 およ
びレンズL5の両面、さらにはフレネルレンズL6の液晶
パネル側の面は非球面であり、その形状は非球面式
【数1】 において各係数C,K,a2 ,a4 ,a6 ,a8 ,a10
の値を下記表2に示したもので表わされる。上記非球面
式においてXはそのレンズ面からの光軸X方向の距離で
あり、Yは光軸Xと垂直方向の光軸Xからの距離であ
る。また、Cは曲率を表わす。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】なお、上記表1のレンズデ−タで最終2面
間距離d12は液晶パネルのガラス基板と偏光フィルタの
厚みを合計したものである。図2は、本発明の第2の実
施例に係る広角レンズを示すレンズ系断面図である。す
なわち、このレンズ系は小さな共役側(液晶パネル側)
に強い曲率の凹面を向けた凹レンズL1と凸レンズL2
からなる第1レンズ群、1枚の凹レンズL5と3枚の凸
レンズL3,L4,L6からなる第2レンズ群および液晶パ
ネルL8の近傍に配されるフレネルレンズL7からなる第
3レンズ群をスクリーン側から液晶パネル側に配列して
なる。
【0020】また、上記レンズL1、L2、L3はプラス
チックレンズにより形成されており、温度変化に対して
ピント移動が少なくなるような構成とされている。この
実施例2における各レンズ面の光軸X近傍の曲率半径R
(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d
(mm)、各レンズのd線における屈折率Nおよび各レンズ
のアッベ数νを下記表3に示す。ただし、この表3にお
いて、各記号R,d,N,νに付した数字はスクリーン
側からの順番を表わすものである。
【0021】なお、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
4および第2レンズ群と第3レンズ群の間隔d12は可
変であり、低倍率時(10倍)におけるd4およびd12
は各々 39.41mmおよび107.3mmとされ、高倍率時(16
倍)におけるd4およびd12は各々40.72mmおよび105.28
mmとされている。また、第1レンズ群の凹レンズである
レンズL1のアッベ数ν1は57.8であり、第2レンズ群の
凹レンズであるレンズL5のアッベ数ν2は23.9であり、
ν1>ν2なる条件式が満足されている。
【0022】さらに、第1レンズ群の焦点距離f1は-38
9.92mm、レンズ群全系の焦点距離f0は66.87mmであり、
|f1|>f0が満足されている。また、レンズL1 ,レ
ンズL2およびレンズL3の両面、さらにはフレネルレン
ズL7の液晶パネル側の面は非球面であり、その形状は
前述した非球面式において各係数C,K,a2 ,a4
6 ,a8 ,a10の値を下記表4に示したもので表わさ
れる。
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】なお、上記表3のレンズデ−タで最終2面
間距離d15は液晶パネルのガラス基板と偏光フィルタの
厚みを合計したものである。図3は、本発明の第3の実
施例に係る広角レンズを示すレンズ系断面図である。す
なわち、このレンズ系はパワーの弱いメニスカスの凹レ
ンズL1、小さな共役側(液晶パネル側)に強い曲率の
凹面を向けた凹レンズL2と凸レンズL3 からなる第1
レンズ群、1枚の凹レンズL5と3枚の凸レンズL4,
6,L7からなる第2レンズ群および液晶パネルL9の近
傍に配されるフレネルレンズL8からなる第3レンズ群
をスクリーン側から液晶パネル側に配列してなる。
【0026】また、このレンズ系では主たるパワーを有
するレンズをガラスレンズとし、プラスチックレンズの
パワーを弱くすることで、温度変化に対してピント移動
が少なくなるような構成とされている。この実施例3に
おける各レンズ面の光軸X近傍の曲率半径R(mm)、各レ
ンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レ
ンズのd線における屈折率Nおよび各レンズのアッベ数
νを下記表5に示す。
【0027】ただし、この表5において、各記号R,
d,N,νに付した数字はスクリーン側からの順番を表
わすものである。なお、第1レンズ群と第2レンズ群の
間隔d6および第2レンズ群と第3レンズ群の間隔d13
は可変であり、低倍率時(10倍)におけるd6および
13は各々32.56mmおよび109.78mmとされ、高倍率時
(16倍)におけるd6およびd13は各々34.02mmおよび
107.92mmとされている。
【0028】 また、第1レンズ群の凹レンズであるレン
ズL2のアッベ数ν1は50.9であり、第2レンズ群の凹レ
ンズであるレンズL5のアッベ数ν2は25.5であり、ν1
>ν2なる条件式が満足されている。さらに、第1レン
ズ群の焦点距離f1は282.37mm、レンズ群全系の焦点距
離f0は66.85mmであり、|f1|>f0が満足されてい
る。また、レンズL1 およびレンズL4の両面、さらに
はフレネルレンズL8の液晶パネル側の面は非球面であ
り、その形状は前述した非球面式において各係数C,
K,a2 ,a4 ,a6 ,a8 ,a10の値を下記表6に示
したもので表わされる。
【0029】
【表5】
【0030】
【表6】 なお、上記表5のレンズデ−タで最終2面間距離d16
液晶パネルのガラス基板と偏光フィルタの厚みを合計し
たものである。
【0031】図4は、本発明の第4の実施例に係る広角
レンズを示すレンズ系断面図である。すなわち、このレ
ンズ系はパワーの弱い凹レンズL1、小さな共役側(液
晶パネル側)に強い曲率の凹面を向けた凹レンズL2
凸レンズL3 からなる第1レンズ群、1枚の凹レンズL
6と4枚の凸レンズL4,L5,L7,L8からなる第2レンズ
群および液晶パネルL10の近傍に配されるフレネルレン
ズL9からなる第3レンズ群をスクリーン側から、液晶
パネル側に配列してなる。また、このレンズ系では主た
るパワーを有するレンズをガラスレンズとし、プラスチ
ックレンズのパワーを弱くすることで、温度変化に対し
てピント移動が少なくなるような構成とされている。
【0032】この実施例4における各レンズ面の光軸X
近傍の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レン
ズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのd線における屈折率
Nおよび各レンズのアッベ数νを下記表7に示す。ただ
し、この表7において、各記号R,d,N,νに付した
数字はスクリーン側からの順番を表わすものである。な
お、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔d6および第2
レンズ群と第3レンズ群の間隔d15は可変であり、低倍
率時(10倍)におけるd6およびd15は各々6.85mmお
よび109.99mmとされ、高倍率時(16倍)におけるd6
およびd15は各々7.42mmおよび106.75mmとされている。
【0033】また、第1レンズ群の凹レンズであるレン
ズL2のアッベ数ν1は50.9であり、第2レンズ群の凹レ
ンズであるレンズL6のアッベ数ν2は25.5であり、ν1
>ν2なる条件式が満足されている。さらに、第1レン
ズ群の焦点距離f1は97.42mm、レンズ群全系の焦点距離
0は66.73mmであり、|f1|>f0が満足されている。
また、レンズL1 およびレンズL5の両面、さらにはフ
レネルレンズL9の液晶パネル側の面は非球面であり、
その形状は前述した非球面式において各係数C,K,a
2 ,a4 ,a6 ,a8 ,a10の値を下記表8に示したも
ので表わされる。
【0034】
【表7】
【0035】
【表8】
【0036】なお、上記表7のレンズデ−タで最終2面
間距離d18は液晶パネルのガラス基板と偏光フィルタの
厚みを合計したものである。また、実施例1の収差図
(球面収差(SPH)、非点収差(AST)、像面湾曲
(DIS)、色収差(CHR)およびコマ収差(CO
M);以下同じ)を図7(低倍率時)および図8(高倍
率時)に、実施例2の収差図を図9(低倍率時)および
図10(高倍率時)に、実施例3の収差図を図11(低
倍率時)および図12(高倍率時)に、実施例4の収差
図を図13(低倍率時)および図14(高倍率時)に示
す。
【0037】これらの収差図からも明らかなように上記
各実施例における広角レンズでは、各収差を良好なもの
とすることができる。なお、本発明の広角レンズの構成
としては上述した4つの実施例のものに限られるもので
はなく、種々の態様の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る広角レンズを示す断面
【図2】本発明の実施例2に係る広角レンズを示す断面
【図3】本発明の実施例3に係る広角レンズを示す断面
【図4】本発明の実施例4に係る広角レンズを示す断面
【図5】本発明の実施例に係る広角レンズを用いた液晶
ビデオプロジェクタを示す概略図
【図6】図5に示すプロジェクタの色分離光学系を示す
概略図
【図7】本発明の実施例1に係る広角レンズの収差図
(低倍率時)
【図8】本発明の実施例1に係る広角レンズの収差図
(高倍率時)
【図9】本発明の実施例2に係る広角レンズの収差図
(低倍率時)
【図10】本発明の実施例2に係る広角レンズの収差図
(高倍率時)
【図11】本発明の実施例3に係る広角レンズの収差図
(低倍率時)
【図12】本発明の実施例3に係る広角レンズの収差図
(高倍率時)
【図13】本発明の実施例4に係る広角レンズの収差図
(低倍率時)
【図14】本発明の実施例4に係る広角レンズの収差図
(高倍率時)
【符号の説明】
1 第1レンズ群 2 第2レンズ群 3 第3レンズ群 4 液晶パネル 5,6 反射ミラー 7 スクリーン 8 液晶ビデオプロジェクタ 9 色分離光学系 11 光源 13A,13B,13C ダイクロイックミラー 14 マイクロレンズアレイ 15 投射レンズ L レンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大きな共役側から、小さな共役側に強い
    曲率の凹面を向けた凹レンズと凸レンズとからなる第1
    レンズ群、少なくとも1枚の凹レンズと2枚の凸レンズ
    とからなる第2レンズ群、および被投影物の近傍に配さ
    れる正のパワ−を有するフレネルレンズからなる第3レ
    ンズ群をこの順に配設してなり、前記第1レンズ群と第
    2レンズ群は各々少なくとも1つの非球面を有するレン
    ズを備え、 前記第1レンズ群の凹レンズのアッベ数をν1、前記第
    2レンズ群の凹レンズのアッベ数をν2としたとき、 ν1>ν2 なる条件式を満足するように構成されてなることを特徴
    とする広角レンズ。
  2. 【請求項2】 共役長を変化させて投影倍率を変化させ
    る場合に、前記第3レンズ群のフレネルレンズは固定と
    し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群はその間隔を
    変化させながら移動せしめてフォ−カシングを行うよう
    にし、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、全レンズ系の
    焦点距離をf0としたとき、 |f1|>f0 なる条件式を満足するように構成されてなることを特徴
    とする請求項1記載の広角レンズ。
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