JP2008241982A - 投写用広角レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆナンバーが２．０程度の明るさを有し、かつ投射角を９０°以上とすることが可能な、明るい投写用の広角レンズを提供する。
【解決手段】第１レンズ群Ｇ_１は、３枚の負レンズで構成されており、かつ、負のパワーを有している。第２レンズ群Ｇ_２は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した２枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されており、かつ、正のパワーを有している。第１レンズ群Ｇ_１は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる。さらに、この広角レンズは、次の条件式（１）を満足している。
０．２≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０．８ （１）
但し、Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離、Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写光学系に用いられる広角レンズに関するものである。

従来から投写光学系として、様々な型式のレンズが提案されている。しかし投射角が９０°以上の広角レンズにおいては、その多くにおいては、Ｆナンバーは２．８、３．５程度のものがほとんどである。

しかし、Ｆナンバーが２．８、３．５程度であると、使用環境の照明を暗くするか、投写装置の照明のパワーを大きくしなければならない。

使用環境の照明を暗くすることは、使い勝手の悪化を招く。また、投写装置の照明のパワーを大きくすることは、投写装置の発熱量が大きくなるばかりかコストが高くなってしまう要因となる。

投写レンズにおいては、よりＦナンバーの小さい、口径の大きいレンズが要求される。
しかし、Ｆナンバーが２．０程度の明るい広角レンズを提供しようとするときには、投写レンズの構成が複雑になり、レンズ設計技術としては高度なものが必要となる。

また、下記特許文献には、投射角の大きい広角レンズが記載されているが、Ｆナンバーは３．５、４．０と明るくない。
特開２００６−１７１１２７号公報 特開２００６−１７１１２８号公報

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、Ｆナンバーが２．０程度の明るさを有し、かつ投射角を９０°以上とすることが可能な、明るい投写用の広角レンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載の投写用広角レンズにおいては、投写面側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群とが配置されている。前記第１レンズ群は、３枚の負レンズで構成されており、かつ、負のパワーを有している。前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した２枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されており、かつ、正のパワーを有している。前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでいる。この広角レンズは、さらに、次の条件式（１）を満足している。
０．２≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０．８ （１）
但し、Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項２に記載の投写用広角レンズは、請求項１に記載のものにおいて、さらに次の条件式（２）を満足している。
１．５≦Ｆ_ｂ／Ｆ≦５．０ （２）
但し、Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項３に記載の投写用広角レンズは、請求項１又は請求項２に記載のものにおいて、さらに次の条件式（３）を満足している。
１．５≦Ｌ／Ｆ≦６．０ （３）
但し、Ｌ：第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔
Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
である。

請求項４に記載のプロジェクタは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の広角レンズを投写用レンズとして備えている。

以下、前記した条件について説明する。

条件式（１）は、Ｆナンバー２．０、投射角９０°以上という広角レンズを得るためと、レンズ系をレトロフォーカス型にし、所要のバックフォーカスを得るためのものである。

今条件（１）の｜Ｆ_１／Ｆ_２｜が上限０．８を超えて大きいときには、第１レンズ群の合成焦点距離が大きくなりすぎる。すると、レトロフォーカス型レンズのＦナンバー２．０、投射角９０°以上を得るためには、レンズ系全体が非常に大きくなってしまい、結果として、商品価値を著しく低下させてしまう。

また｜Ｆ_１／Ｆ_２｜が、下限０．２を超えて小さいときには、Ｆナンバー２．０、投射角９０°以上を得るためには有利であるが、第１レンズ群の合成焦点距離が小さくなりすぎ、第１レンズ群で発生する正の球面収差、コマ収差の量が大きくなりすぎ、好ましくない。

条件式（２）は、所要のバックフォーカスを得るための条件である。投写光学系において、投射される被写体の光量を十分に確保するためには、被写体を適切に照明する必要がある。本条件は、上記目的を達成するための照明光学系を挿入可能な空気間隔を確保するためのものである。

今、条件式（２）のＦ_ｂ／Ｆが下限１．５を超えて小さいときには、照明光学系を挿入する空気間隔が小さくなりすぎ、照明光学系を挿入することが出来なくなり、好ましくない。

またＦ_ｂ／Ｆが上限５．０を超えて大きいときには、照明光学系を挿入するための空気間隔は十分に確保できるが、条件式（１）と関係して第１レンズ群の焦点距離を非常に大きく設定することとなり、その結果として、球面収差、コマ収差の増大を招いてしまう。
条件式（３）は、投写光学系を折り曲げるための反射ミラーを挿入するための空気間隔を第１レンズ群と第２レンズ群との間に確保するための条件である。

今、Ｌ／Ｆが下限１．５を超えて小さいときには、空気間隔が小さくなりすぎ、反射ミラーを挿入することが出来なくなってしまう。

またＬ／Ｆが上限６．０を超えて大きいときには、反射ミラーを挿入するための空気間隔は確保できるが、投写光学系が大きくなりすぎると同時に、第１レンズ群で発生する倍率の色収差が増大されてしまい好ましくない。

請求項１記載の発明によれば、Ｆナンバー２．０の明るさを有し、かつ投射角９０°以上とすることが可能な、投写光学系で使用される明るい広角レンズを提供することが可能である。

請求項２記載の発明によれば、条件式（２）を採用することにより、合成バックフォーカスを大きく確保することが出来、照明光学系の挿入が容易になる。しかも、球面収差、コマ収差の増大を抑制することが出来る。

請求項３記載の発明によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を大きく確保することが出来、この間隔に反射ミラーを挿入することが容易となり、投写光学系を折り曲げることが可能になる。しかも第１レンズ群で発生する倍率の色収差の増大を抑制することが出来る。

本発明に係る投写用広角レンズの実施形態を実施例１〜実施例６に基づいて説明する。

まず、実施例１〜実施例６におけるレンズ構成図を図１、図３、図５、図７、図９、図１１にそれぞれ示す。

以下においては、これらの実施例に共通する構成を始めに説明し、その後各実施例における数値例を説明する。各実施例における明るい広角レンズは、投写面Ｓ側から順に、第１レンズ群Ｇ_１及び第２レンズ群Ｇ_２が配置されて、構成されている。

第１レンズ群Ｇ_１は、３枚の負レンズ（Ｒ_１〜Ｒ_６）で構成され、負のパワーを有している。さらに第１レンズ群Ｇ_１は、少なくとも１枚の非球面レンズ（Ｒ_１〜Ｒ_２）を含んでいる。なお、実施例１〜３においては、第１レンズ群Ｇ_１の第２レンズ（Ｒ_３〜Ｒ_４）が両凹レンズであるのに対して、実施例４〜６においては、当該レンズが凹メニスカスレンズとなっている。これに応じて、得られる投射角が異なっている（後述）。

第２レンズ群Ｇ_２は、１枚の負レンズ（Ｒ_１０〜Ｒ_１１）と、３枚の正レンズ（Ｒ_１２〜Ｒ_１３、Ｒ_２１〜Ｒ_２４）と、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した２枚の接合レンズ（Ｒ_７〜Ｒ_９、Ｒ_１４〜Ｒ_１６）と、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズ（Ｒ_１７〜Ｒ_２０）とで構成され、いわゆるレトロフォーカス型のレンズ構成となっている。

また、符号Ｐは照明光学系用プリズム、符号ＬＣＤは映像素子、符号ＧＬは映像素子の保護ガラスである。各実施例における明るい広角レンズはプロジェクタの投写レンズとして用いられることが出来る。ここにプロジェクタとは、液晶プロジェクタに限らず、ＤＬＰプロジェクタなどの各種プロジェクタを含む。

ここで、本実施形態の投写用広角レンズが使用できるプロジェクタの概略的構成を、図１３に基づいて説明する。なお、このプロジェクタとしては、従来と同様のものを用いることができる。

このプロジェクタは、制御部１と、照明系３と、投写用レンズ４と、映像表示素子としてのＬＣＤ素子５とを備えている。これらは、一般には、筐体（図示せず）の内部に収納されている。

制御部１は、映像信号入力手段１１と、画像処理部１２と、ＬＣＤ素子ドライブ部１３と、光源制御回路１４と、ＣＰＵ１５とを主要な要素として備えている。映像信号入力手段１１は、パーソナルコンピュータやテレビジョンチューナなどの映像信号出力手段から映像信号を受け取るものである。画像処理部１２は、受け取った映像信号に基づいて、ＬＣＤ素子ドライブ部１３を駆動するための信号を生成する部分である。ＬＣＤ素子ドライブ部１３は、画像処理部１２からの信号に基づいてＬＣＤ素子５を駆動する。一方、光源制御回路１４は、入力手段１６により入力されたＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて光源をＯＮ／ＯＦＦさせるとともに光源点灯に必要な電圧や電力を供給するものである。

照明系３は、光源３１と、光転送用の照明光学系３２とを備えており、ＬＣＤ素子５にＲＧＢ３色の光線を均一に供給できるようになっている。

投写用レンズ４は、スクリーンＳに像を投写するためのものである。この投写用レンズ４として、本実施形態の投写用レンズを用いることができる。

ＬＣＤ素子５は、照明系３からの光線の透過状態を変化させることで、投影されるべき画像を生成する部分である。

以上のプロジェクタの構成としては、基本的に既存の技術を用いることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。

実施例１のレンズ構成（図１）における諸収差図を図２に示す。図２の諸収差図において、球面収差で示される色収差のＧ、Ｂ、Ｒはそれぞれグリーン、ブルー、レッドの波長に対する球面収差であり、非点収差のＳはサジタル、Ｍはメリジオナルである。また、実施例１の設計値及び得られた特性を表１に示す。表１における記号の意味は以下のとおりである。表１の数字は投写面側からの順番を示している。以降の表においても同様である。

Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
Ｌ：第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔
Ｒ：曲率半径
ｄ：レンズ厚又は空気間隔
Ｎ_ｄ：ｄ線（５８８ｎｍ）の屈折率
Ｖ_ｄ：ｄ線のアッベ数

また、非球面式は次式で表される。以降の実施例においても同様である。

但し、この式における記号の意味は以下の通りである。
ｘ：レンズ頂点からの光軸方向の変位
ｃ：曲率
ｙ：光軸からの高さ
Ｋ：円錐係数
Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０：それぞれ添字の次数における係数

表１中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９５°以上となっている。

実施例２のレンズ構成（図３）における収差図を図４に示す。また、実施例２のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表２に示す。

表２中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９５°以上となっている。

実施例３のレンズ構成（図５）における諸収差図を図６に示す。また実施例３のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表３に示す。

表３中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９５°以上となっている。

実施例４のレンズ構成（図７）における諸収差図を図８に示す。また実施例４のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表４に示す。

表４中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９０°以上となっている。

実施例５のレンズ構成（図９）における諸収差図を図１０に示す。また実施例５のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表５に示す。

表５中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９０°以上となっている。

実施例６のレンズ構成（図１１）における諸収差図を図１２に示す。また実施例６のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表６に示す。

表６中のレンズ特性からわかるように、このレンズは、本発明における条件式（１）〜条件式（３）を満たしている。このレンズの投射角は９０°以上となっている。

本発明における投写用広角レンズの実施例１のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例１の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例２のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例２の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例３のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例３の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例４のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例４の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例５のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例５の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例６のレンズ構成図である。 本発明における投写用広角レンズの実施例６の諸収差図である。 本発明における投写用広角レンズが用いられるプロジェクタの概要を示すブロック図である。

符号の説明

Ｇ_１：第１レンズ群
Ｇ_２：第２レンズ群
Ｇ_３：第３レンズ群
Ｓ：投写面
ＧＬ：映像素子のカバーガラス
ＬＣＤ：映像素子

Claims (4)

1. 投写面側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群とが配置されており、
   前記第１レンズ群は、３枚の負レンズで構成されており、かつ、負のパワーを有しており、
   前記第２レンズ群は、１枚の負レンズと、３枚の正レンズと、負レンズ１枚及び正レンズ１枚を接合した２枚の接合レンズと、正レンズ２枚及び負レンズ１枚を接合した１枚の接合レンズとで構成されており、かつ、正のパワーを有しており、
   前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の非球面レンズを含んでおり、
   さらに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする、投写用広角レンズ。
   ０．２≦｜Ｆ_１／Ｆ_２｜≦０．８ （１）
   但し、Ｆ_１：第１レンズ群の合成焦点距離
   Ｆ_２：第２レンズ群の合成焦点距離
2. さらに次の条件式（２）を満足する、請求項１に記載の投写用広角レンズ。
   １．５≦Ｆ_ｂ／Ｆ≦５．０ （２）
   但し、Ｆ_ｂ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成バックフォーカス
   Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
3. さらに次の条件式（３）を満足する、請求項１又は請求項２に記載の投写用広角レンズ。
   １．５≦Ｌ／Ｆ≦６．０ （３）
   但し、Ｌ：第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔
   Ｆ：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の広角レンズを投写用レンズとして備えたプロジェクタ。

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