JP2798770B2 - 投写レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高画質な投写画像を得るのに適した投写型TV
用レンズに関する。

［従来の技術］ 近年、大画面のテレビジョン画像を得る方法の一つと
して、ビデオプロジェクターが普及しつつあるが、その
画像の品質を確保する上で投写レンズの性能が重要な役
割を担っている。プロジェクターは明るさを確保するた
め口径比が大きく、また装置を薄くするため広画角にす
る必要があり、かつ画面周辺部にいたるまで良好に収差
補正されなければならない。

特に、今後実用が期待されている高品位テレビジョン
では、フォーカス性能の優れた投写レンズが必要になっ
てきている。

例えば、1000TV本の空間周波数の画像をシャープに投
影するためには、少なくともスクリーン中央部で投写レ
ンズのMTF（Modulation Transfer Function）が80％以
上必要とされる。

以上のような理由により、従来から次のようなものが
各種考案されている。

10枚以上のガラスレンズで構成したもの、 球面のプラスチックレンズを用いコスト低減を図った
もの、 ガラスとプラスチック非球面レンズを併用したもの、 等である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の投写レンズは、以上のように各種考案されてい
るが、ガラスレンズだけで構成すると所望の結像性能を
得るには枚数が増加しコストが高く、画面周辺性能の補
正が困難である。また非球面プラスチックレンズでは周
辺部まで収差を容易に補正できるが、補正を強力に行う
ために非球面量を大きくすると、変曲点を有した面形状
となり加工精度が低く、設計性能を十分発揮できないと
いう問題点があった。またプラスチックレンズは温度の
変動によって屈折率や形状が変化し、デフォーカス発生
により結像性能が劣化するという問題点があった。

また、従来の投写レンズでは、高品位テレビジョン用
としてはフォーカス性能が未だ不十分であり、特に、高
品位テレビジョンを利用した文字ディスプレイとしては
画面周辺部まで良好な結像性能が要求されるのに対し、
満足できるものでなかった。

この発明は上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、高品位テレビジョン用投写レンズとして画面
全域にわたり良好なフォーカス性能を実現し、かつ加工
性を考慮し、温度特性に優れた投写レンズを得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る投写レンズは、スクリーン側から順に
正のメニスカス形状の第１群レンズ、スクリーンに凸に
向けた正のメニスカスの第２群レンズ、弱い負の第３群
レンズ、両凸の第４群レンズと第４群レンズと貼り合わ
せた負の第５群レンズと、両面凸形状の正の屈折力を有
した第６群レンズ、スクリーンに凹面を向けた正のメニ
スカス形状の第７群レンズ、及び負の屈折力を持つ第８
群レンズから成り、上記第２、第７群レンズは少なくと
も１面が非球面のプラスチックレンズであり、次の条件
を満足させるよう構成したものである。

0.45＜f/f1 ＜ 0.65 …… −0.65＜f/f3 ＜−0.55 …… 0.10＜d4/f ＜ 0.15 …… 1.5 ＜d6/d4＜ 1.8 …… ただし、 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 d4:第２群レンズと第３群レンズの軸上間隔 d6:第３群レンズと第４群レンズの軸上間隔 ［作用］ 第１群レンズ、第２群レンズは球面収差とコマ収差の
高精度な補正機能及び弱い集光機能をもち、第３群レン
ズは弱い発散機能と球面収差、軸外収差の他レンズ群と
のバランスをとる作用を有する。第４群レンズ、第５群
レンズは第１群レンズ、第２群レンズ、及び第３群レン
ズにより補正しきれない球面収差とコマ収差、及び色収
差を補正する機能及び強い集光機能をもつ。第６群レン
ズは弱い集光機能及び非点収差の補正を助ける。第７群
レンズは非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を高精度に
補正する機能を有し、第８群レンズはフィールドフラッ
トナーとして像面湾曲、非点収差の補正をする。

この様な補正機能を十分に果たすために第２群レン
ズ、及び第７群レンズを共に非球面形状とする。また、
非球面を有するレンズ材をプラスチックとすることによ
り、コストの大幅な低減が見込まれる。

式の条件は第１群レンズのパワーに関するもので、
上限を越えるとコマ収差の補正が困難となる。また、下
限を越えるとレンズ系の全長が長くなり、コスト的に不
利となる。このためにプラスチックレンズである第２群
レンズのパワーを大きくしなければならず、この時、温
度特性が劣化する。

式の条件は第３群レンズのパワーに関するもので、
上限を越えると色収差の補正、サジタルフレアが補正困
難となり、下限を越えるとコマ収差が発生しやすくな
る。

式の条件は上限を越えるとコマ収差の補正が困難と
なり、下限を越えると球面収差の補正が困難となり第２
群レンズの非球面量が大きくなる。

式の条件は上限を越えると倍率色収差が発生し、下
限を越えるとサジタルフレアが大きくなり、これを補正
するために第２群レンズの非球面量が大きくなる。非球
面において、変曲点を有するほど大きな非球面量の面形
状は、加工が困難なうえ、偏心等の組立精度が厳しくな
る。

［実施例］ 以下、本発明を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例による投写レンズの構成
図である。

図において、（L1）は正の屈折力を有するメニスカス
形状である第１レンズ、この第１レンズ（L1）は主に球
面収差、コマ収差の補正機能を有する。

（L2）はプラスチック非球面レンズである第２レン
ズ、この第２レンズ（L2）はスクリーンに凸を向けた正
のメニスカス形状でほとんどパワーを有さず、球面収差
の補正を口径全体にわたり高精度に補正する。

（L3）は弱い負の屈折力を有する第３群レンズ、この
第３群レンズ（L3）は第１群レンズ（L1），第２群レン
ズ（L2）と共にコマ収差、球面収差の補正機能を有す
る。

（L4）は第４レンズ、（L5）は第５レンズであり、上
記第４レンズ（L4）、及び上記第５レンズ（L5）は貼合
わせレンズで、強い集光機能を有し、また色収差の補正
を行なう。

（L6）は両凸の正の屈折力を有する第６レンズ、この
第６レンズ（L6）は非点収差、コマ収差の高次成分の補
正を助ける。

（L7）は非球面プラスチックレンズである第７レン
ズ、この第７レンズ（L7）はスクリーンに凹面を向けた
メニスカス形状であり、ほとんどパワーを有さず非点収
差、歪曲収差を高精度に補正する。上記第７レンズ（L
7）は第８レンズと近接し軸上マージナル光線高の小さ
い位置に配されているので画面周辺部まで軸外収差を良
好に補正できる。

（L8）はスクリーンに強い凹面を向けた負レンズであ
る第８レンズ、この第８レンズ（L8）はおもに像面湾曲
の補正を行なう。さらに、冷却液層、球面CRTフェース
プレートにより構成されている。

第２レンズ（L2）、及び第７レンズ（L7）はともにプ
ラスチックレンズであるが、各面の非球面量は小さく抑
えられ、変曲点を有さないメニスカス形状としたため、
加工性が良く、設計性能を忠実に再現できる。またパワ
ーをほとんどもたせていないので、配置公差を比較的大
きくとれ、温度変化によるデフォーカスも実用上問題に
ならない。

蛍光面はスクリーン方向に凹面を向けた球面形状をし
ており、画面周辺部の光をより多くレンズに取り込める
作用をしている。

この結果、周辺光量比は相対最大画角の90％において
40％以上を実現している。

本発明の投写レンズの第１実施例の諸収差を第２図
に、また周辺部迄良好なフォーカス性能が得られている
ことを示すために第３図に1000TV本（71p/mm）の空間周
波数に於けるMTFをしめす。高品位テレビジョン対応と
して十分な性能を得、文字ディスプレイとしても周辺ま
で高いMTFを実現できた。

第１の実施例のレンズ諸元を第１表に示す。

第２の実施例は前面投写型TVに応用した投写レンズ
で、レンズ諸元を第２表に、光路図を第４図に、諸収差
を第５図に、MTFを第６図にそれぞれ示す。画角は第１
実施例と比較すると投写距離をかせぐために小さいが、
90％以上の高いMTFを得ている。

表中、r1、r2、…はスクリーン側から順次の各レンズ
面の曲率半径を表し、d1,d2…は各レンズ中心厚及びレ
ンズ間隔、n1,n2,…は各レンズの屈折率（λ＝543n
m）、ν１、ν２…はアッベ数を表す。

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、円錐定数をｋ、高次係数をa₄,a₆,
a₈,a₁₀とした時、次式で表される回転対称非球面であ
る。

第１、第２の実施例共、前記、、、式を満た
している。

また、各レンズは複数枚のレンズ群に分割しても良
い。

［発明の効果］ 本発明は非球面レンズを用い、温度特性、加工性を考
慮した形状、配置とすることで、画面全域にわたり良好
なフォーカス性能を得て1000TV本の空間周波数にてMTF8
0％以上を実現できる。また屈折率が1.7以上の高価な硝
材を用いる事なく、プラスチックレンズを効果的に使用
することにより低価格化を可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による投写レンズの構成
図、第２図は本発明の第１実施例の収差曲線を示すグラ
フ、第３図は本発明の第１実施例のMTF特性を示すグラ
フ、第４図は本発明の第２実施例の投写レンズの構成
図、第５図は本発明の第２実施例の収差曲線を示すグラ
フ、第６図は本発明の第２実施例のMTF特性を示すグラ
フである。 L1……第１レンズ、L2……第２レンズ、L3……第３レン
ズ、L4……第４レンズ、L5……第５レンズ、L6……第６
レンズ、L7……第７レンズ、L8……第８レンズ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリーン側から順に正のメニスカス形状
   の第１群レンズ、スクリーンに凸を向けた正のメニスカ
   スの第２群レンズ、弱い負の第３群レンズ、両凸の第４
   群レンズと第４群レンズと貼り合わせた負の第５群レン
   ズ、両面凸形状の正の屈折力を有した第６群レンズ、ス
   クリーンに凹面を向けた弱い正のメニスカス形状の第７
   群レンズ、及び負の屈折力を持つ第８群レンズから成
   り、前記第２、第７群レンズは少なくとも１面が非球面
   のプラスチックレンズであり、下記の条件を満足するこ
   とを特徴とする投写レンズ。 0.45＜f/f1＜0.65 −0.65＜f/f3＜−0.55 0.10＜d4/f＜0.15 1.5＜d6/d4＜1.8 ただし、 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 d4:第２群レンズと第３群レンズの軸上間隔 d6:第３群レンズと第４群レンズの軸上間隔