JPS6385515A

JPS6385515A - 投影レンズ

Info

Publication number: JPS6385515A
Application number: JP61230965A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Umegaki; 梅垣　洋一
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1988-04-16
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2576058B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、投影レンズ、特にＣＲＴ像を投影して大きな
画面を得るためのビデオプロジェクタ−用の投影レンズ
に関する。

〔従来の技術〕

近年、大画面のテレビジョン再生像を得る方法の一つと
して所謂ビデオプロジェクタ−が次第に背反しつつある
が、その再生像の品質を確保する上で投影レンズの性能
が重要な役割を担っている。

明るい投影像を得るために、口径比の大きな明るい投影
レンズが必要とされると同時にＣＲＴ像面からスクリー
ンまでの距離を短縮し、投影装置としてのキャビネット
の奥行きをコンパクトに収めるためには投影レンズの広
画角化が要求される。

−最にビデオプロジェクタ−ではＢ（青）、Ｇ（緑）、
Ｒ（赤）３色のＣＲＴに対応した３本の投影レンズが必
要とされ、レンズを小型軽量化し、コストのｉｌ城をは
かりつつ、上記のような高度な仕様を達成するために非
球面プラスチックレンズを用いた投影レンズが各種考案
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の投影レンズのうち、例えば、特開昭５８−１２５
００７号公報に開示されたものでは、第１図のレンズ構
成図に示す如く、３個のレンズから成っている。即ち、
スクリーン側（図中左側）より正の屈折力を有する第ル
ンズ群Ｇい正の屈折力を有する両凸形状の第２レンズ群
Ｇ２、負の屈折力を有しスクリーン側に強い曲率の面を
向けた第３レンズ群Ｇ、により構成されている。そして
、第ルンズ群Ｇ、と第３レンズ群Ｇ、とに非球面を用い
て結像性能を良好に補正しているが、歪曲収差について
は第２図のように中間画角で正方向に偏位し最周辺で負
方向へ偏位し、所謂高次収差の曲がりが発生している。

投影レンズの歪曲収差に第２図のように顕著な高次の曲
がりがある場合には、第３図に示す如く、スクリーン上
でアオリの原理を用いて投影するときに、第４Ａ図の如
き像が第４Ｂ図の様な歪を持った像になり、ＣＲＴ上で
の補正が困難となる。そして、その結果画面周辺部テ色
スレが生じ、画質の低下となってあられれていた。

このような歪曲収差の高次収差を補正するために、第２
レンズ群Ｇ！とフィールドフラットナーとしての第３レ
ンズ群Ｇ３との間に、スクリーン側に凸面を向は弱い負
屈折力を有するメニスカスレンズを配置する構成を、先
に本願と同一出願人による特願昭６０−２４６０４４号
において提案した。

しかしながら、先の構成は歪曲収差の高次収差を良好に
補正し得るものではあるが、より明るい投影レンズの構
成とするには未だ不十分な点があった。

そこで、本発明の目的は高次の歪曲収差が良好に補正さ
れると共に、より大口径でより広画角なビデオプロジェ
クタ−用投影レンズを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による投影レンズは、基本的には本願と同一出願
人による先の特願昭６０−２４６０４４号に開示した構
成に基づいている。そして、第５図の実施例のレンズ構
成図に示す如く、物体面としてのＣＲＴ上の画像をスク
リーンに投影するための投影レンズであって、スクリー
ン側より順に正の屈折力を有する第２レンズ成分し３、
正屈折力を有しその両側のレンズ面がともに凸面である
第２レンズ成分Ｌｔ、スクリーン側に凸面を向けたメニ
スカス形状を有する第３レンズ成分Ｌ３、及び負の屈折
力を有しそのスクリーン側の面が凹面である第４レンズ
成分Ｌ４により構成されている。　そしてこのような基
本構成において、前記第３レンズ成分の最もスクリーン
に近い面の曲率半径をｒＡｓ最も物体側に近い面の曲率
半径をｒＢとするとき、ｒ１＋ｒ＾の条件を満足するものである。

〔作　用〕

上記のような基本構成により、第２レンズ成分Ｌ１は球
面収差と軸外のコマ収差の補正機能をもち、第２レンズ
成分Ｌ２は第ルンズ成分により補正しきれない球面収差
とコマ収差を補正する機能をもち、第３レンズ成分り、
は歪曲収差とコマ収差を良好に補正する機能を有し、第
４レンズ成分Ｌ４はフィールドフラットナーとしてペッ
ツバール和の補正、すなわち像面湾曲、非点収差の補正
機能を有する。

このような補正機能を十分に果たすためには、第ルンズ
成分、第３レンズ成分、第４レンズ成分の各レンズ面の
うちの少なくとも１つの面を非球面化することが望まし
い。また非球面を有するレンズは、加工上、レンズ素材
をプラスチックとすることにより、コストの大幅な逓減
が見込まれる。

そして、特に歪曲収差を良好に補正するためには、上記
（１）弐の如き条件を満足することが望ましい。尚、第
３レンズ成分り、はＣＲＴ側に凹面を向けたメニスカス
形状でありその屈折力は損弱い負から弱い正である。

（１）式の条件は、第３レンズ成分り、がスクリーン側
に凸面を向けたメニスカス形状であることを意味し、下
限を外れると歪曲収差の補正は過剰となり、反対に上限
を越えると歪曲収差は補正不足になる。また、この条件
の下限を外れると外方コマ収差が大となり、広画角の仕
様が達成し得ない、また、上限を越えると球面収差が補
正過剰となりフレアが増大する。

他の諸収差の悪化を招かないで、コマ収差と歪曲収差を
、高次の収差による曲がりも含めて良好に補正するため
には、第３レンズ成分り、のＣＲＴ側の面を非球面にす
ることが望ましい、そして、この第３レンズ成分の非球
面形状は、周辺部で屈折力が弱くなるように、即ち周辺
部にては中心部よりは曲率が暖くなり負の屈折力が弱く
なるような形状とし、次式を満足する構成とすることが
望ましい。

ｗここで、Ａｓ−３：有効径最周辺における非球面と、所定の頂点
曲率半径を有する基卓球面との光軸方向の差Ｐ、　　：全系の焦点距離で正規化されたＣＲＴ側の面
の頂点屈折力つまり　ｐ　、　ｉ　−Ｘ　ｆｒＩ＋ｎ：第３レンズ成分の屈折率ｆ；全系の焦点距離と定義される。

第３レンズ成分り、の非球面形状が上記（２）式の下限
を外れると、高次の歪曲収差の補正効果が凍少し、逆に
上限を越えると歪曲収差の補正が過剰になると同時に像
高が大なる光束について外方コマ収差が大となり、第４
レンズ成分の非球面の効果をもってしても補正しきれな
い。

更に、歪曲収差をはじめとして諸収差をより良好に補正
するためには、第３レンズ成分の焦点路Ｋｌ　ｒ　３に
ついて、下記（３）弐の条件を満足することが望ましい
。

０．０５＜　ｆ　／　ｆ　３＜　　０．３　−−−−　
　（３）第３レンズ成分り、の焦点距離ｆ、の値が（３
）式の上限を外れ正レンズ成分としての屈折力が強くな
る場合には、全系のペッツバール和を良好に保って像面
湾曲を良好に補正するために、第４レンズ成分Ｌ４の屈
折力を強くしなければならず、像高の大きな光束につい
て、コマ収差が悪化するか、あるいは第４レンズ成分の
スクリーン側の面の非球面の働きにより、歪曲収差の曲
がりが顕在化してくる。逆に下限を超える場合には、第
３レンズ成分り、の負の屈折力が強くなり過ぎ、全系の
バランスをとるために第２レンズ成分Ｌ２の正屈折力が
強くなり球面収差の補正が不足する。

更に、歪曲収差を高次の曲がりも含めて良好に補正する
ためには、第３レンズ成分の配置を下記の（４）の条件
式の範囲内に構成することが望ましい。

１．０＜Ｄｉ　／Ｄ、＜６．０−−−−　（４）ここで
、Ｄ４　：第２レンズ成分と第３レンズ成分の光軸上の間
隔り、：第３レンズ成分と第４レンズ成分の光軸上の間隔条件式（４）の上限を越えることは、第３レンズ成分り
、が第２レンズ成分Ｌｔに接近することを意味し、この
ような配置においては軸外光束が第３レンズ成分を通る
光軸からの高さが、軸上光束のものと差程離れていない
ため、軸上光束の性能を悪化させずに軸外の歪曲収差の
みを補正する効果が薄くなる。

一方、（４）の下限を外れて第３レンズ成分が第４レン
ズ成分と接近した配置となる場合には、周辺でのレンズ
間隔が小さくなってレンズの有効径を確保できなくなる
というの制約があり、有効な広い画角を維持するのが困
難になる。

前述したように、第ルンズ成分、第３レンズ成分、第４
レンズ成分の中に各り少なくとも１つの面が非球面化さ
れたプラスチックを素材とするレンズを構成要素として
含むことは、収差補正上からも製造コストの面からも有
利である。しかし、プラスチックレンズの欠点の一つで
ある屈折率の温度変化による性能の劣化を最小限に防ぐ
ためには、全系の中で最も屈折力が強い第２レンズ成分
を硝子レンズにより構成することが望ましい、これによ
って、屈折率の温度変化による像点位置の変動を小さく
することが可能になる。このために、第３レンズ成分の
屈折力は、下記（５）弐の範囲に設定することが望まし
い。

０．９＜　ｆ、／ｆ＜１．３−−−−　（５）ここで、ｆ、：第２レンズ成分の焦点距離第２レンズ成分の焦点距離が（５）式の上限を越えると
第ルンズ成分の屈折力を強くしなければならず、軸外コ
マ収差の補正が困難になると同時に、第ルンズ成分をプ
ラスチックレンズのみで構成した場合には温度変化によ
る性能劣化が大になる０反対に（５）式の下限を外れる
と、球面収差が補正不足になる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第５図は本発明による第１実施例のレンズ構成図である
。図中には画面中心及び最大像高＜ｙ＝６３．５０）に
達する光束の光路を示した。

本実施例の投影レンズは、強い正屈折力を有するガラス
製の第ルンズＬ１１及びプラスチック製の正レンズＬ１
．とこれと接合された同じくプラスチック製の負レンズ
Ｌｌｆｆとで正屈折力の第２レンズ成分Ｌｌが構成され
、ガラス製の両凸正レンズＬＺ＋とこれと接合されＣＲ
Ｔ側に凸面を向けたガラス製の負メニスカスレンズＬ２
□とで正屈折力を有する両凸形状の第２レンズ成分Ｌ２
が構成されている。そして、これらのＣＲＴ側には、Ｃ
ＲＴ側に凹面を向けた非常に屈折力の弱いメニスカス形
状の第３レンズ成分り、と負の屈折力を存しスクリーン
側に強い曲率の凹面を向けた第４レンズ成分Ｌ４が配置
されている。これらの後方にはさらに、投影レンズとＣ
ＲＴをカップリングする目的で光学的にはほぼ平行平面
板として扱えるシリコンゴムＳ及びほぼ平行平面のＣＲ
Ｔ前面ガラスＧを介して、物体面としての螢光面Ｐが配
置されている。

そして、第ルンズ成分り、中のプラスチック製正レンズ
Ｌ＋ｚのスクリーン側の面（ｒＢ）　　、第３レンズ成
分り、のＣＲＴ側の面（ｒ＋。）と、第４レンズ成分Ｌ
４のスクリーン側の面（ｒＢ、）が非球面に構成されて
いる。

実際にこの投影レンズを使用する際には、光線は物体面
としての螢光面Ｐから図示なきスクリーン上に集光され
るのであるが、光線逆進の原理に基づくレンズ設計上の
手法に沿って、以下ではスクリーン側から光線を入射し
て、この光線がＣＲＴの螢光面Ｐに集光されるものとし
て説明する。

図中に示した物体面Ｐの中心、及び最大像高位置に達す
る光線により、各レンズの機能が容易に説明できる。す
なわち、物体面の中心に達する軸上光束は、第ルンズに
はＦナンバーで決まる有効径いっばいに入射するが、第
２レンズＬ、と第２レンズＬ、による屈折作用をうけて
、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４に入射する際には
、第２レンズＬ１の有効径の各々１／２乃至１／４位の
細い光束に収束される。一方、軸外光束は第１、第２レ
ンズＬ＋、Ｌｚにおいては、軸上光束によって決定され
る有効径の範囲内を斜入射して屈折作用を受け、第３、
第４レンズＬ３．Ｌ４中では次第に入射高が太き（なる
。従って、レンズ系のＣＲＴ側になるほど、軸上光束が
通過する光路と軸外光束が通過する光路との分離が顕著
になってくる。

以上のことから、軸上光束の収差、即ち球面収差の補正
は第１、第２レンズ成分り、、Ｌｔにおいてなされるの
が効果的であり、軸外光束の収差、非点収差、像面湾曲
、コマ収差、歪曲収差については、第１、第２レンズ成
分Ｌ＋、Ｌｚの作用に加えて第３レンズ成分り、及び第
４レンズ成分Ｌ４の補正機能が重要であることがわかる
。すなわち、第２レンズ成分り、においては球面収差の
補正と同時に、軸外のコマ収差もバランス良く補正する
ためにスクリーン側に凸面を向けたメニスカス正レンズ
として、第３面（ｒＢ）を非球面とすることにより補正
効果を上げている。

第２レンズ成分Ｌ２は第５図からも明らかなように最も
大きな正の屈折力を有しており、素材の屈折率の温度変
化による像点位置の変動を防止するために硝子レンズに
より構成されている。また、レンズ形状も軸上光束と軸
外光束の収差バランスを考慮して両凸形状になっている
。

第３レンズ成分り、についての説明の前に、第４レンズ
成分Ｌ４の機能を説明する。第４レンズ成分Ｌ４は最も
ＣＲＴ像に近い位置にあり、像高の違いによる光束の分
離が最も顕著であるため、軸上光束に悪影響を与えずに
軸外光束の収差、特に像面湾曲の補正を行なうことがで
き、いわゆるフィールドフラットナーとして機能してい
る。更に像面湾曲をより有効に補正するために第４レン
ズ成分のスクリーン側レンズ面の中心曲率を強くする際
に発生する軸外コマ収差については、この面（ｒ＋＋）
を非球面化することにより補正している。

そして、第３レンズ成分Ｌ３は、主に第４レンズ成分Ｌ
４のスクリーン側レンズ面の非球面化に伴う高次の歪曲
収差及びコマ収差を補正している。

即ち、前述した如く、軸外コマ収差の劣化を防ぐために
第４レンズ成分のスクリーン側の面の曲率が光軸中心か
ら離れるに従ってゆるくなる形状となっているため、歪
曲収差を正方回に偏位する発散作用が周縁部で弱くなり
、歪曲収差の曲がりとなって現れるのを、第３レンズ成
分のスクリーン側に凸な発散面によって良好に補正可能
としている。更に、この第３レンズ成分は全系における
諸収差を良好に補正する機能をも有している。

また、下記の第１及び第２実施例においては、物体面に
相当するＣＲＴの螢光面Ｐが、スクリーン側に凹の凹面
に形成されており、像面弯曲が綴和されることになり、
このため投影レンズとしての収差補正には有利な構成と
なっている。即ち、主として歪曲収差の補正を行うため
にスクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズからな
る第３レンズ成分り、の屈折力を弱い正のパワーとする
ことが可能となり、このため第２レンズ成分Ｌ２の正屈
折力を第３レンズ成分り、にもわずかながら分担させる
ことができ、第３レンズ成分Ｌ３において歪曲収差に加
えてコマ収差の補正も行うことが可能となる。従って、
より明るい投影レンズとすることができると共に、周辺
光量もより大きく維持することが可能となる。

下記の諸元表に示すように第１及び第２実施例では、共
に強い屈折力を有する第２レンズＬ１１をガラス製とし
、正レンズＬ−＋ｚと負レンズＬｌｆｆとの接合からな
り合成屈折力が弱い接合レンズをプラスチック製とする
ことにより、温度変化による像点位置の変動を実用上無
視できる程度に補正することが可能である。そして、こ
の接合レンズにおいて色消しを良好に行うために、正レ
ンズＬ１２には低分散のアクリルを、負レンズＬ１３に
は高分散のスチレンを用いている。

第１実施例及び第２実施例の諸元を下記の表に示す、尚
、第２実施例のレンズ構成は、上記の第１実施例と同様
である。

表中・ｒＩ　＋　　ｒＺ　＋　　ｒＢ−−−一はスクリ
ーン側から順次の各レンズ面の曲率半径を表わし、ｄｌ
＋ｄ、、ｄ、−−−−は各レンズ中心厚及びレンズ間隔
、ｎｌ　＋　　”＠　、ｎ＝−−−一は各レンズのｅ線
（λ−５４６，１ｎｍ）に対する屈折率、シ１．シ２．
ν、−一一一はアツベ数を表わす、またｆ、、ｆ、、ｒ
Ｂ−−−−は各レンズの焦点距離、ｆは全系の焦点距離
を表わす、また、非球面形状は光軸方向をＸ軸とした直
角座標において、頂点曲率をＣ，Ｋを円錐定数、Ｃｔ　
、Ｃ−、Ｃｂ　、Ｃｍ　、Ｃ＋ｏを高次定数をするとき
、１　＋Ｊ１−　ｙ、　ｃ２−ｐ’− Ｃｔ　Ｐ”　＋Ｃａ　Ｐ’　　＋Ｃ＆　Ｐ’　＋Ｃ＊　
Ｐ”　＋Ｃ１ｏＰ”ここで　Ｐ＝、ＪＹ”　＋Ｚ” で表される回転対称非球面であり、表中にこれらの非球
面係数の値も示した。

第１実施例ｒ１２　　　　　　　　ｏａ ※印非球面第２実施例ｒＩ　　　　　９７．９２１　　　６＋　　　　２４．
Ｏｎ＋１．６２２８７＋ｚ＋６０．３　　Ｌｌｌｒｔ　
　　　１１０８．１６０　　　６ｚ　　　　０．２※ｒ
ｚ　　　　１３ｓ、６４９　　　ｄｔ　　　１５．Ｏｎ
２１．４９３１１＋ｚ２５７．６　　ＬＩ２ｒａ　　　
１４７４．６８０　　　　ｄＪ　　　　４．Ｏｎ３１．
５９６２８１／３３１．ＯＬＩ３ｒｓ　　　　　１０８
．１１７　　　　ｄｓ　　　　５４．０ｒ８　　　＋３
９．７０５　　　　ｄｓ　　　　２６．Ｏｎ４１．６２
２８７　　シ＊６０．３　　Ｌ２１ｒｖ　　　　−１１
３，３１６ｄｗ　　　　４．５　　　ｎｓｌ、６５２８
５　　νｓ３３．８　　Ｌ２２ｒ　ｓ　　　　−２５８
，４５９６ｍ　　　　６．０※ｒ＋＋　　　　−５５，
３６４ｄ＋＋　　　　６．Ｏｎｔｌ、４９：ｌｌＩ　　
シｖ５７．６　　　Ｌ４「１２　　　　　　６０ｒＩａ　　　　　　ｏｏ　　　　　ｄ＋２　　５．８　
　　ｎｓｌ、４＋０００　　　　　　　　　Ｓｘａ　　
　　　　ｏｏ　　　　　　ｄ＋３　１５．０　　　ｎｓ
ｌ、５１８７２　　　　　　　　　Ｇｒ　＋ｓ　　−２
３５０，０００ ※印非球面上記第１及び第２実施例の投影レンズの諸収差図を第６
図及び第７図に示す。各収差図において、色収差の補正
状態を示すために、ｅ線に加えて、ｅ線（λ＝４３５．
８ｎｍ）及びｅ線（λ−６５６．３ｎｍ）についての球
面収差、またｅ線に対するｅ線、ｅ線の倍率色収差を示
した。

上記各実施例についての諸収差図によれば、本発明によ
る各実施例とも、広画角であるにもかかわらず諸収差が
良好に補正されており、特に歪曲収差が良好に補正され
ていることが明らかである。

なお、本発明による各実施例について、本願発明による
上記各条件式の対応値を、下記の表に掲げておく。

犬−〇１１対玉３」し〔効　果〕以上のように、本発明によれば口径比１：ｉ、ｏｓとい
う明るさを有しつつ、半画角２５″に達する広画角であ
りながら優れた結像性能を有し、しかも諸収差、特に歪
曲収差が良好に補正されたビデオプロジェクタ−用投影
レンズが達成される。広画角であるために、投影装置を
小型に構成することができると共に、広画角であるにも
かかわらす歪曲収差の高次の曲がりが良好に補正されて
いるため、３管式の投影装置とする場合に、アすりの効
果による倍率変化をＣＲＴの走査倍率の変更によって容
易に補正することが可能となるため、Ｂ。

Ｇ、Ｒの３管による像が周辺部においても正確に重ねら
れ、色ににじみのない鮮明なカラー投影像を得ることが
できる。また、より明るい投影レンズが構成できるため
、スクリーン上により鮮明な像を形成することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の投影レンズの一例を示すレンズ構成図、
第２図は第１図に示した公知の投影レンズについての歪
曲収差図、第３図は３管弐のビデオプロジェクタ−の配
置説明図、第４Ａ図及び第４Ｂ図はアオリによる投影像
の変形の様子を説明する図、第５図は本発明による第１
実施例のレンズ構成図、第６図は第１実施例についての
諸収差図、第７図は第２実施例の諸収差図である。〔主要部分の符号の説明〕Ｌ、・・・第２レンズ成分Ｌｘ・・・第２レンズ成分Ｌゴ・・・第３レンズ成分Ｌ４・・・第４レンズ成分出願人　　日本光学工業株式会社代理人　弁理士　渡　辺　隆　男第２図第４３図

Claims

【特許請求の範囲】１）スクリーン側より順に正の屈折力を有する第１レン
ズ成分Ｌ＿１、正屈折力を有しその両側のレンズ面がと
もに凸面である第２レンズ成分Ｌ＿２、スクリーン側に
凸面を向けたメニスカス形状を有する第３レンズ成分Ｌ
＿３、及び負の屈折力を有しそのスクリーン側の面が凹
面である第４レンズ成分Ｌ＿４を有し、前記第３レンズ
成分の最もスクリーンに近い面の曲率半径をｒ＿Ａ、最
も物体側に近い面の曲率半径をｒ＿Ｂとするとき、 −０．０５＜（ｒ＿Ｂ−ｒ＿Ａ）／（ｒ＿Ｂ＋ｒ＿Ａ）
＜１−−−−（１）の条件を満足することを特徴とする
投影レンズ。２）前記第３レンズ成分の物体側の面を非球面とし、該
非球面形状は次式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。 −１０＜（ＡＳ−Ｓ）／Ｐ＿Ｂ＜０−−−−（２）ここ
で、ＡＳ−Ｓ：有効径最周辺における非球面と、所定の頂点
曲率半径を有する基準球面との光軸方向の差Ｐ＿Ｂ：全系の焦点距離で正規化された該非球面の頂点屈折力つまりＰ＿Ｂ≡（ｎ−１）／ｒ＿Ｂ×ｆｎ：第３レンズ成分の屈折率ｆ：全系の焦点距離と定義される。３）さらに、ｆ＿３を前記第３レンズ成分の焦点距離、
Ｄ＿４を前記第２レンズ成分と前記第３レンズ成分との
光軸上の間隔、Ｄ＿６を前記第３レンズ成分と前記第４
レンズ成分との光軸上の間隔とするとき、 −０．０５＜ｆ／ｆ＿３＜０．３−−−−（３）１．０
＜Ｄ＿６／Ｄ＿４＜６．０−−−−（４）の各条件を満
足することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の投
影レンズ。４）さらに、ｆ＿２を前記第２レンズ成分の焦点距離と
するとき、０．９＜ｆ＿２／ｆ＜１．３−−−−（５）の条件を満
足することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の投
影レンズ。