JPS63306411A - 投影レンズ - 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】 〔技術分野〕 本発明は、倍率可変な投影レンズに関し、特に倍率変化
時においても収差変動が小さく、常に良好なる像を形成
することが可能な投影レンズに関する。

〔従来技術〕

従来、０ＨＰ（オーバー・ヘッド・プロジェクタ−）等
で使用される投影レンズは、像面であるスクリーン上で
の倍率及びフォーカスの調整を投影レンズ全体の全体移
動により行っているのが殆どである。

従って、倍率やフォーカスの調節時に、レンズを移動さ
せる為の駆動機構に負荷が大きくかかり、通常のＯＨＰ
の如く原稿に対しレンズ鏡筒を上下させて調整を行う場
合、レンズ鏡筒の荷重がかなりある為にスムーズな調整
を行えなかった。

一方、この種の投影レンズに於いて、ＵＳＰ３．３５７
，７７５に示される様に、投影レンズの一部のレンズを
移動させて倍率やフォーカスの調節を行うものがあるが
、現在までに知られている投影レンズでは、レンズ移動
に伴う収差変動が大き過ぎる。

従って、従来の投影レンズでは、常に良好な像特性を得
ることは出来なかった。

〔発明の概要〕

本発明は、上記従来の投影レンズの問題点に鑑みてなさ
れたものであり、倍率やフォーカスの調節の為にレンズ
を移動させた時の収差変動を小さく抑えることが可能な
投影レンズを提供することを目的としている。

上記目的を達成する為に、本発明に係る投影レンズは、
拡大倍率で使用する時の像面側から順に、正レンズから
成る第１レンズ群と、像面側より物体側の面の曲率が大
きい両凹レンズと像面側より物体側の面の曲率が大きい
両凸レンズとから成る第２レンズ群とを有し、該第１レ
ンズ群と第２レンズ群との間隔を変えることにより倍率
を可変とすることを特徴としている。

又、本発明では、次に述べる様な条件を満足することに
より、レンズ移動時の収差変動を小さくし、常時良好な
る投影状態を保つことが出来ると共に、光軸方向への物
体位置の変化に伴う収差変動を小さく抑えている。

即ち、本投影レンズの各面の曲率半径を、拡大倍率で使
用する時の像面側から順に、Ｒ，、Ｒ，。

Ｒ，、Ｒ４，Ｒ，、Ｒ，とじ、該投影レンズの各面間の
面間隔を、拡大倍率で使用する時の像面側から順にり、
、Ｄ２．Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５とし、面間隔Ｄ２が最
大となる時の全系の焦点距離をｆＶＩｓ該投影レンズの
各レンズの焦点距離と屈折率を、拡大倍率で使用する時
の像面側から順にする時、 （１）０．１７０≦Ｒ１／ｆｗ≦０．１８５（２）−０
，８５≦Ｒ，／ｆｗ≦−０．７０（３）−０，７９≦Ｒ
，／ｆＷ≦−０．６９（４）０．０３０≦Ｄ、／ｆ、≦
０．０４０（５）０．０５８≦Ｄ４／ｆ、≦０．０７０
なる条件を満足すれば良い。

以下、本発明の具体的な実施例に関して説明するが、本
発明が下記実施例の投影レンズに限定されるものではな
いことは言うまでもない。

又、本発明の更なる特徴は下記実施例より明らかになる
であろう。

〔実施例〕

本発明は、０）ＩＰ等のプロジェクタ−に好適な投影レ
ンズを提供する。

ＯＨＰは、照明光で照明された原稿を、投影レンズを介
して、スクリーンに拡大投影するものである。

従って、本投影レンズを拡大倍率で使用する場合、原稿
が物体面、スクリーンが像面に対応することになる。

この対応関係にもとづいて考えると、本発明の投影レン
ズの一形態は、スクリーン側より順に、正レンズから成
る第１レンズ群、スクリーン（像面）側より原稿（物体
）側の面の曲率が大きい両凹レンズとスクリーン側より
原稿側の面の曲率が大きい両凸レンズとから成る第２レ
ンズ群とを有することになる。

そして、該投影レンズは、倍率調節及びフォーカス調節
の為に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変える
。

後述する数値実施例で示す投影レンズは、原稿からスク
リーンへの投影倍率（以下、「スクリーン倍率」と称す
。）が、物像間距離１９１１．７ｍｍ〜３６５７．５ｍ
ｍの範囲内で約４倍から８．５倍まで可変である。

本発明によれば、この様な広範囲の倍率を選択出来るだ
けでなく、従来の投影レンズが原稿などの物体の光軸方
向への移動を考慮して設計されていないのに対し、物体
が光軸方向にある程度移動しても性能劣化が無い様に、
レンズ設計を行うことが可能である。

後述する数値実施例で示す投影レンズは物体である原稿
が、スクリーン側に光軸方向へ１３．３ｍｍ程度移動し
ても、性能劣化が生じない様に設計されている。

尚、本発明の投影レンズは、ＯＨＰに限らず各種投影装
置に適用出来る。

本発明において、前述の両凹レンズの形態を、スクリー
ン側より原稿側の面の曲率が大きいものとしているのは
、コマ収差を良好に補正する為である。この関係を満た
さないと、負のコマ収差が発生し補正出来なくなる。

又、前述の両凸レンズの形態を、スクリーン側より原稿
側の面の曲率が大きいものとしているのは、主として歪
曲収差を良好に補正する為である。この関係を満たさな
いと、正の歪曲収差の補正を行うことが困難となる。

又、本発明では、上述したレンズ群の移動及び物体の移
動に伴う収差変動を小さく抑え、且つ収差を良好に補正
する為に、下記の条件式（１）〜（７）を満足する投影
レンズを設計することが好ましい。

ここで、Ｒｉ　（ｉ＝１〜６）はスクリーン側、で１ 即ち拡大倍率が使用する際の像面側から数えて第ｉ番目
の面の曲率半径を、Ｄｉ　（ｉ＝１〜５）は、曲率半径
Ｒｉと同様に□、像面側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ
＋１番目の面間隔を、ｆｗは全系の焦点距離を、ｆ　ｉ
、Ｎｉ　（ｉ＝１．２．３）は拡大倍率で使用する際の
像面側から数えて第ｉ番目のレンズの焦点距離と屈折率
を示している。

尚、屈折率Ｎｉはｄ線に対する屈折率を示している。

（１）０．１７０≦Ｒ１／ｆｗ　≦０．１８５（２）−
０，８５≦Ｒ，／ｆＷ　≦−０．７０（３）−０，７９
≦Ｒａ　／　ｆ　ｗ≦−０，６９（４）０．０３０≦Ｄ
、／ｆｗ　≦０．０４０（５）０．　０５８　≦Ｄ、／
ｆ、　　≦０．０７０上記条件式（１）〜（３）は、各
レンズの屈折面の曲率半径を規定するものである。

条件式（１）の下限を越えると、スクリーン倍率（投影
倍率）が低倍率の時に球面収差が補正不足となり、条件
式（１）との上限を越えると、変倍時の第１レンズ群の
部分移動量が太き（なって、球面収差の変動が大きくな
り、好ましくない。

条件式（２）の下限を越えると、球面収差の補正が良好
であっても、低倍率の時のコマ収差の補正を行うことが
困難となり、条件式（２）の上限を越えると、逆に、低
倍率の時の球面収差が補正不足となり、好ましくない。

条件式（３）の下限を越えると、条件式（２）の場合と
同様に、低倍率の時のコマ収差の補正が困難となり、条
件式（３）の上限を越えると、非点収差の収差変動が大
きくなって、好ましくない。

条件式（４）、（５）は、夫々第１レンズ群を成す正レ
ンズの軸上肉厚と第２レンズ群を成す両凹レンズと両凸
レンズの軸上空気間隔を規定するものである。

条件式（４）の下限を越えると、条件式（１）の場合と
同様に、低倍率の時の球面収差が補正不足となり、条件
式（４）の上限を越えると、第１レンズ群の重畳が増し
て第１レンズ群を部分移動させる時に荷重がかかりすぎ
て、好ましくない。

条件式（５）の下限を越えると、両凹レンズと両凸レン
ズの空気間隔が狭（なる為、第１レンズ群の口径を必要
以上に太き（する必要が生じ、条件式（５）の下限を越
えると、高倍率の時に正の非点収差が大きく発生して補
正困難となり、好ましくない。

条件式（６）、（７）は、第１レンズ群の正レンズと第
２レンズ群の両凹レンズの屈折率を規定するものである
。

条件式（６）の下限を越えると、球面収差の収差変動が
太き（なり、条件式（６）の上限を越えると、低倍率の
時の正の歪曲収差が大きくなり、好ましくない。

条件式（７）の下限を越えると、低倍率の時の正のコマ
収差が大きくなって補正困難となり、条件式（７）の上
限を越えると、ペッツバール和が正側に大きくなって負
の像面湾曲が発生し、好ましくない。

の 次に、本発明の投影レンズＩ数値実施例を示す。

表１及びは表２は本発明の実施例１と実施例２の設計デ
ータを示す。

表１及び表２に於いて、Ｒｉ　（ｉ＝１〜６）。

Ｄｉ　（ｉ＝１〜５）、Ｎｉ　（ｉ＝１．２．３）は、
先に条件式に関する説明で述べた様に、各々曲率半径、
面間隔、屈折率を示す。

又、Ｖｉ　（ｉ＝１．２．３）は、スクリーン側（像側
）から順に第１番目のレンズのアツベ数を示す。

表１及び表２に示す実施例においては、面間隔Ｄ２が可
変であり、この面間隔Ｄ２の変化に伴い変化する全系の
焦点距離をＦ１原稿側（物体側）の有効ＦナンバーをＦ
　Ｎ　Ｏ、画角を２ｗ、物像間距離をＩＯ，スクリーン
倍率をβとして、これらの値を後述する物体位置ＡとＢ
の場合に関して表中に示している。

又［Ｆ］　、［２ｗ］は、原稿をスクリーン側に１３．
３ｍｍ移動させた時の全系の焦点距離と画角を示す。

尚、表１および表２には、前記条件式（１）〜（７）に
おけるＲ、／ｆＷ、Ｒ３／ｆｗ、Ｆ６／ｆｗ、Ｄ、／ｆ
Ｗ、Ｄ４／ｆｗ、ｆｗＮ、／ｆ。

ｆｗＮ２／ｆ２の値と、面間隔Ｄ２が最大の時の全系の
焦点距離ｆ１が示されている。

第１図は表１（実施例１）に示した投影レンズの断面図
であり、図中の符号は前記設計データのパラメータに対
応している。

第１図に於いて、原稿即ち物体面は投影レンズＬの右方
向に存し、スクリーン即ち像面は投影レンズＬの左方向
に存する。ここでは、原稿及びスクリーンは図示されて
いないが、投影レンズＬにより、原稿の拡大像がスクリ
ーン上に形成される。

又、図中、１，２．３は夫々、第１レンズ群を成す正レ
ンズ、第２レンズ群を成す両凹レンズ、同様′に第２レ
ンズ群を成す両凸レンズを示す。そして、レンズ２．３
から成る第２レンズ群は固定であり、第１レンズ群のみ
が光軸方向に移動して、倍率調節及びフォーカスの為に
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変える。

又、図中の符号Ａ、Ｂは物体面の位置を示すもので、Ａ
点は通常の状態での原稿位置であり、Ｂ点は原稿がＡ点
から１３．３ｍｍだけ投影レンズ上１即ち不図示のスク
リーンに近づいた時の位置である。

本実施例の投影レンズは、後に示す収差図から解る通り
、第１図に示すＡ点とＢ点間の如何なる位置に原稿が存
在していても、スクリーン上での結像性能を常時保障す
る。従って、従来のこの種のレンズ系にない格別の効果
を呈するものである。

又、本実施例の投影レンズでは、倍率やフォーカスの調
節の為に移動するレンズ群が第１レンズ群のみ゛である
為、レンズの駆動機構が簡略化出来る。更に、第１レン
ズ群は単一の正レンズで構成される為、荷重が少な（て
済む。

第２図及び第３図は表１に示した投影レンズの、第１図
に於る物体面位置がＡ点の場合の、逆投影時の収差を示
す収差図である。

そして、第２図は低倍率側での収差図、第３図は高倍率
側での収差図を示す。

同様に、第４図及び第５図は表１に示した実施例の、第
１図に於る物体位置がＢ点の場合の、逆投影時の収差を
示す収差図であり、第４図は低倍率側ての収差図、第５
図は高倍率側での収差図を示す。

第２図乃至第５図に於ては、球面収差と非点収差と歪曲
収差と倍率色収差とを示している。

尚、球面収□差と倍率色収差の収差図に於て、実線はｄ
線、破線はｆ線、一点鎖線はＣ線、二点鎖線はｇ線の収
差を示し、非点収差の収差図に於て、Ｍｄ及びＳｄは夫
々ｄ線に対するメリジオナルとサジタル方向の収差を、
Ｍｇ及びＳｇは夫々ｇ線に対するメリジオナルとサジタ
ル方向の収差を示している。

第６図は表２（実施４例２）に示した投影レンズの断面
図であり、図中の符号及び物体面と像面の関係は第１図
の断面図と同様のものである。従って、ここでは、これ
らに関する説明は省略する。

本実施例の投影レンズも、レンズ１から成る第１レンズ
群のみが移動して、倍率およびフォーカスの調節を行う
ものである。依って、第１図（表１）に示した投影レン
ズと同等の効果を呈する。

第７図乃至第１０図は表２に示した投影レンズの収差図
を示す。これらの収差図の記載形式は前述の第２図乃至
第５図の収差図と同様である。

第７図及び第８図は、夫々、表２に示した投影レンズの
、第６図に於る物体面位置がＡ点の場合の、低倍率側及
び高倍率側での、逆投影時の収差を示す収差図である。

又、第９図及び第１０図は、夫々、表２に示した投影レ
ンズの、第６図に於ける物体位置がＢ点の場合の、低倍
率側及び高倍率側での、逆投影時の収差を示す収差図で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、拡大倍率で使用する時の像面側から順
に、正レンズから成る第１レンズ群と、像面側より物体
側の面の曲率が大きい両凹レンズと像面側より物体側の
面の曲率が大きい両凸レンズとから成る第２レンズ群と
を配し、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変えて
倍率及びフォーカスの調節を行うことにより、倍率及び
フォーカスの調節に伴う収差変動を小さく抑えることが
可能な投影レンズを提供出来る。

又、各レンズの曲率半径、肉厚、屈折率、配置等を適宜
選択することにより、所望の仕様、性能をもつ投影レン
ズの設計が可能であるが、前記条件式（１）〜（７）を
満足すべくレンズ設計を行うことが好ましい。

前記条件式（１）〜（７）を満足する様に設計すること
により、本発明では、常時良好に収差が補正された状態
で所定像面に像を形成することが出来、且つレンズ移動
に伴なう収差変動が極めて小さい、投影レンズを提供出
来る。

更に、本発明の投影レンズは、物体位置が所定の範囲内
で変動しても、結像性能がほぼ保障されるという格別の
効果を有する。この効果の為に、原稿の厚みに依らず、
又、３次元的な面形状をもつ原稿等であっても、常に良
好な状態でスクリーン上に像を形成出来る。

又、第１レンズ群のみを可動とし、倍率及びフォーカス
の調節が出来る為に、調節に伴なう荷重が少なくて済む
。又、ごくわずかな調節量で全範囲を調節可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る投影レンズの一実施例を示すレン
ズ断面図。 第２図乃至第５図は第１図（実施例１）に示す投影レン
ズの収差図。 第６図は本発明に係る投影レンズの他の実施例を示すレ
ンズ断面図。 第７図乃至第１０図は第２図（実施例２）に示す投影レ
ンズの収差図。 Ｌ・・・投影レンズ ト・・正レンズ ２・・・両凹レンズ ３・・・両凸レンズ Ａ、Ｂ・・・物体面次の位置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）拡大倍率で使用する時の像面側から順に、正レン
   ズから成る第１レンズ群と、像面側より物体側の面の曲
   率が大きい両凹レンズと像面側より物体側の面の曲率が
   大きい両凸レンズとから成る第２レンズ群とを有し、該
   第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を変えることによ
   り倍率を可変としたことを特徴とする投影レンズ。 （２）該投影レンズの各面の曲率半径を、像面側から順
   にＲ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４、Ｒ＿５、Ｒ＿６と
   し、該投影レンズの各面間隔を、像面側から順にＤ＿１
   、Ｄ＿２、Ｄ＿３、Ｄ＿４、Ｄ＿５とし、面間隔Ｄ＿２
   が最大となるときの全系の焦点距離をｆ＿ｗ、該投影レ
   ンズの各レンズの焦点距離と屈折率を、像面側から順に
   夫々ｆ＿１、ｆ＿２、ｆ＿３、Ｎ＿１、Ｎ＿２、Ｎ＿３
   とする時、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）項記載の投影レンズ。 （１）０．１７０≦Ｒ＿１／ｆ＿ｗ≦０．１８５ （２）−０．８５≦Ｒ＿３／ｆ＿ｗ≦−０．７０ （３）−０．７９≦Ｒ＿６／ｆ＿ｗ≦−０．６９ （４）０．０３０≦Ｄ＿１／ｆ＿ｗ≦０．０４０ （５）０．０５８≦Ｄ＿４／ｆ＿ｗ≦０．０７０ （６）４．９≦（ｆ＿ｗ／ｆ＿１）Ｎ＿１≦５．９ （７）−６．８≦（ｆ＿ｗ／ｆ＿２）Ｎ＿２≦−５．８