JP4240340B2 - 投影レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCDや撮像管等の撮像手段あるいは銀塩フィルム等を用いたカメラの結像レンズとしても使用可能な、投射型テレビに用いられる投影レンズに関し、特に、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに好適な投影レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに用いられる投影レンズとしては、液晶表示パネル、照明系や色合成光学系等との関係により、テレセントリックな光学系が要求され、あるいは色合成光学系を挿入するために長いバックフォーカスが要求されている。このような要求を満足させるためのレンズとして、例えば特開平10−62684号公報に記載されたものが知られている。このレンズは、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、歪曲収差を十分に補正し得る、テレセントリックな光学系を実現するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では液晶プロジェクタの高解像化や高輝度化が進み、投影レンズも、より高性能で明るいレンズが求められている。このように投影レンズを高解像で明るくしていくと、レンズの大型化も免れなくなってくる。したがって、前述の特開平10−62684号公報に記載された投影レンズのように、レンズフォーカスをレンズ全体の繰出しにより行うものであると、レンズが大型化するとともにレンズの移動機構も大型化することになる。また、移動機構が大型化すれば必要な駆動力が増加し迅速性も低下してしまう。
【0004】
このような点を解決するものとして、レンズ群を部分的に移動させ、フォーカスを簡易にしたインナーフォーカス方式の採用が望まれている。インナーフォーカス方式は、写真レンズやビデオカメラレンズなどではよく知られているが、投影レンズに用いた場合テレセントリック性やバックフォーカスの長さなどに問題が残っている。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックで、また歪曲収差を十分に補正した、明るい投影レンズを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投影レンズは、拡大側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群および正の屈折力を有する第3レンズ群が配列されてなり、前記第2レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部を移動させることによりフォーカスを行い、前記レンズ部が1枚の単体レンズからなり、以下の各条件式(1)〜(5)を満足し、テレセントリックに構成されてなることを特徴とするものである。
【0007】
(1) −0.65<FG2/F<−0.20
(2) 0.30<FG3/F< 0.65
(3) 0.20<BF/F< 0.55
(4) 0.35<FG3F/FG3
(5) 0.25<|F G2a /F|<1.5
ここで、
FG2 :第2レンズ群の焦点距離
FG3 :第3レンズ群の焦点距離
FG3F:第3レンズ群の最も拡大側の面から、第3レンズ群の拡大
側の焦点位置までの距離
F :全レンズ系の焦点距離
BF :全レンズ系のバックフォーカス
F G2a :フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離
【0008】
また、前記第2レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズから構成されていることがより好ましい。
【0009】
なお、上記「前記第2レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部」とは、前記第2レンズ群が1枚のレンズにより構成される場合はその1枚のレンズのことを意味し、前記第2レンズ群が複数枚のレンズにより構成される場合はそのうち1枚または複数枚のレンズのことを意味する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下に5つの実施例について具体的に説明するが、各実施例に各々対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。
【0011】
<実施例1>
図1は、本発明の実施例1に係る投影レンズの構成を示す図である。
【0012】
図1に示すとおり、本実施例1に係る投影レンズは、拡大より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、負の屈折力を有する第2レンズ群G2および正の屈折力を有する第3レンズ群G3が配列されてなる。LCDを透過し、光軸Xに沿ってこの投影レンズに入射した光束は、図示されないスクリーン上に拡大して投射される。また、レンズ系の縮小側(LCD側)には色合成光学系1が配されている。
【0013】
ここで、拡大側より順に、第1レンズ群G1は拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズL1と拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズL2との接合レンズ、および拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第3レンズL3から構成され、第2レンズ群G2は拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第4レンズL4、拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第5レンズL5、および拡大側へ凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第6レンズL6から構成され、第3レンズ群G3は拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第7レンズL7とLCD側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第8レンズL8との接合レンズ、LCD側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第9レンズL9、および拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第10レンズL10から構成される。
【0014】
なお、フォーカスを行うときは、第2レンズ群G2の第5レンズL5が単体で移動する。このように、フォーカスを行うときに移動するレンズが少なく、また、レンズ系全体の中でも小さなレンズだけを移動させ、フォーカスを簡易にしたインナーフォーカス方式であるため、レンズの小型化に加え移動機構を小型化することができる。そのため、必要な駆動力も小さくてすみ、フォーカスの迅速性を得ることも可能となる。
【0015】
また、第2レンズ群G2の構成は前述のとおりとなっており、このような構成とすることで、より少ないレンズ構成枚数により、第1レンズ群G1からの光線を第2レンズ群G2中で性能を維持したままフォーカスを行わせることが可能になる。レンズ構成枚数をこれより少なくすると、フォーカスによる性能劣化が大きくなってしまう。
【0016】
さらに、本実施例1のレンズは、以下の条件式(1)〜(5)を満足するように構成されている。
【0017】
(1) −0.65<FG2/F<−0.20
(2) 0.30<FG3/F< 0.65
(3) 0.20<BF/F< 0.55
(4) 0.35<FG3F/FG3
(5) 0.25<|FG2a/F|<1.5
ここで、
FG2 :第2レンズ群G2の焦点距離
FG3 :第3レンズ群G3の焦点距離
FG3F:第3レンズ群G3の最も拡大側の面から、第3レンズ群G3の拡大側の焦点位置までの距離
BF :全レンズ系のバックフォーカス
FG2a:フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離
F :全レンズ系の焦点距離
以下に、条件式(1)〜(5)について詳述する。
【0018】
条件式(1)は第2レンズ群G2のパワーを規定しているもので、この上限値や下限値を超えると、レンズ系全体のバランスが崩れ収差補正が困難になり、特に第2レンズ群G2中でインナーフォーカスを行うことが難しくなる。
【0019】
条件式(2)は第3レンズ群G3のパワーを規定しているもので、この上限値や下限値を超えると、テレセントリック光学系を維持したまま収差補正することが困難になる。
【0020】
条件式(3)は全レンズ系のバックフォーカスの数値範囲を規定しているもので、この上限値を超え、バックフォーカスが長くなると、レンズ系全体として大型化してしまう。また、この下限値を超えバックフォーカスが短くなると、色合成光学系などが挿入できなくなってしまう。
【0021】
条件式(4)は、第3レンズ群G3の前側焦点位置を規定しているもので、この下限値を超えると、拡大側の第1レンズ群G1の各レンズが大型化したり、テレセントリック光学系にしたままで収差補正を行うことが困難になったりする。
【0022】
条件式(5)はフォーカスを行う場合に移動するレンズのパワーを規定しているもので、本実施例1においては第5レンズL5の焦点距離に相当する。この上限値を超えフォーカスレンズの焦点距離が長くなると、投影レンズ全体の大型化を招く。また、下限値を超えフォーカスレンズの焦点距離が短くなると収差補正が困難になる。
【0023】
表1に、本実施例1の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Rおよび軸上面間隔Dは、全レンズ系の合成焦点距離f=1.00として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Dはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率0.012倍における軸上面間隔を示す。また、表1の下段には条件式(1)〜(5)に対応する値を示す。なお、表1および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。
【0024】
【表1】
表1に示すように、本実施例1は条件式(1)〜(5)を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【0025】
<実施例2>
図9は、本発明の実施例2に係る投影レンズの構成を示す図である。本実施例2に係る投影レンズは、実施例1とほぼ同様の構成とされているが、第6レンズL6がLCD側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとされている点が異なっている。
【0026】
表2に、本実施例2の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Rおよび軸上面間隔Dは、全レンズ系の合成焦点距離f=1.00として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Dはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率0.012倍における軸上面間隔を示す。また、表2の下段には条件式(1)〜(5)に対応する値を示す。
【0027】
【表2】
表2に示すように、本実施例2は条件式(1)〜(5)を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【0028】
<実施例3>
図2は、本発明の実施例3に係る投影レンズの構成を示す図である。
【0029】
図2に示すとおり、本実施例3に係る投影レンズは、実施例1とほぼ同様の構成とされているが、第10レンズL10が拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズとなっている。また、フォーカスを行うときは、第2レンズ群G2の第6レンズL6が単体で移動し、条件式(5)に規定されるレンズの焦点距離も第6レンズL6のものとなる。
【0030】
表3に、本実施例3の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Rおよび軸上面間隔Dは、全レンズ系の合成焦点距離f=1.00として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Dはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率0.012倍における軸上面間隔を示す。また、表3の下段には条件式(1)〜(5)に対応する値を示す。
【0031】
【表3】
表3に示すように、本実施例3は条件式(1)〜(5)を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【0032】
<実施例4>
図10は、本発明の実施例4に係る投影レンズの構成を示す図である。本実施例4に係る投影レンズは、実施例3とほぼ同様の構成とされているが、第4レンズL4がLCD側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとされ、第10レンズL10が拡大側へ凸面を向けた正メニスカスレンズとされている点が異なっている。また、フォーカスを行うときは、実施例3と同様に第2レンズ群G2の第6レンズL6が単体で移動し、条件式(5)に規定されるレンズの焦点距離も第6レンズL6のものとなる。
【0033】
表4に、本実施例4の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Rおよび軸上面間隔Dは、全レンズ系の合成焦点距離f=1.00として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Dはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率0.012倍における軸上面間隔を示す。また、表4の下段には条件式(1)〜(5)に対応する値を示す。
【0034】
【表4】
表4に示すように、本実施例4は条件式(1)〜(5)を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【0035】
<実施例5>
図3は、本発明の実施例5に係る投影レンズの構成を示す図である。
【0036】
図3に示すとおり、本実施例5に係る投影レンズは、実施例1とほぼ同様の構成とされているが、第4レンズL4がLCD側へ曲率の大きい面を向けた両凹レンズとなり、第8レンズL8が拡大側へ曲率の大きい面を向けた両凸レンズとなっている。また、フォーカスを行うときは、第2レンズ群G2の第6レンズL6が単体で移動し、条件式(5)に規定されるレンズの焦点距離も第6レンズL6のものとなる。
【0037】
表5に、本実施例5の各レンズ面の曲率半径R、各レンズの軸上面間隔(各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔)D、各レンズのd線における屈折率Ndおよびアッベ数νを示す。なお、曲率半径Rおよび軸上面間隔Dは、全レンズ系の合成焦点距離f=1.00として規格化されている。各レンズの軸上面間隔Dはモデルとして拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、同欄に示す括弧内の数値は倍率0.012倍における軸上面間隔を示す。また、表5の下段には条件式(1)〜(5)に対応する値を示す。
【0038】
【表5】
表5に示すように、本実施例5は条件式(1)〜(5)を全て満足しており、インナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックな投影レンズであることが明らかである。
【0039】
図4〜8は、本実施例1〜5に係る投影レンズの諸収差(球面収差、非点収差、およびディストーション)を示す収差図であり、各図の上段は拡大側無限遠にフォーカスポイントを合わせた状態のものであり、下段は倍率0.012倍における状態のものである。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。図4〜8に示すように、本実施例1〜5に係る投影レンズは、画角が14度〜20度で、歪曲収差を十分に補正し、Fナンバ1.8〜2.0と明るい投影レンズであることが明らかである。
【0040】
なお、本発明の投影レンズを、液晶表示パネルを用いた投射型テレビに用いる場合は、撮像素子の大きさに対して焦点距離が長く、画角が小さめな固定焦点レンズである特性から、複数の投影レンズを付け替えることによってレンズ焦点を切換え可能な投射型テレビにおいて、スクリーンとの距離が遠いときの投影レンズとして特に好適である。
【0041】
なお、前述した第2レンズ群G2を、複数枚のレンズから構成され、フォーカスを行うときはその複数枚のレンズの全部もしくは一部が一体的に移動するものとすることも可能である。複数枚のレンズを一体的に移動させることにより、1つの駆動機構によりフォーカスを行うことができ個々のレンズに対して移動のための機構を備える必要がなくなるので、機構上簡易なものとすることができる。
【0042】
なお、本発明の投影レンズとしては、上記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り、例えば各レンズの曲率半径Rおよびレンズ間隔(もしくはレンズ厚)Dを適宜変更することが可能である。
【0043】
また、上記実施例においては、本発明のレンズを液晶表示パネルの投影レンズとして用いているが、本発明の投影レンズの使用態様はこれに限られるものではなく、各種カメラの結像レンズ等として用いることも可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る投影レンズによればインナーフォーカス方式を採用し、色合成光学系等の光学系を挿入し得る適度なバックフォーカスを有し、テレセントリックで、また歪曲収差を十分に補正した、明るい投影レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図2】実施例3に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図3】実施例5に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図4】実施例1に係る投影レンズの各収差図
【図5】実施例2に係る投影レンズの各収差図
【図6】実施例3に係る投影レンズの各収差図
【図7】実施例4に係る投影レンズの各収差図
【図8】実施例5に係る投影レンズの各収差図
【図9】実施例2に係る投影レンズの構成を示す断面図
【図10】実施例4に係る投影レンズの構成を示す断面図
【符号の説明】
L1〜L10 レンズ
G1、G2、G3 レンズ群
R1〜R18 曲率半径
D1〜D20 軸上面間隔
X 光軸
1 色合成光学系
Claims (2)
- 拡大側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群および正の屈折力を有する第3レンズ群が配列されてなり、前記第2レンズ群の全部もしくは一部からなるレンズ部を移動させることによりフォーカスを行い、前記レンズ部が1枚の単体レンズからなり、以下の各条件式(1)〜(5)を満足し、テレセントリックに構成されてなることを特徴とする投影レンズ。
(1) −0.65<FG2/F<−0.20
(2) 0.30<FG3/F< 0.65
(3) 0.20<BF/F< 0.55
(4) 0.35<FG3F/FG3
(5) 0.25<|F G2a /F|<1.5
ここで、
FG2 :第2レンズ群の焦点距離
FG3 :第3レンズ群の焦点距離
FG3F:第3レンズ群の最も拡大側の面から、第3レンズ群の拡大
側の焦点位置までの距離
F :全レンズ系の焦点距離
BF :全レンズ系のバックフォーカス
F G2a :フォーカスを行う場合に移動するレンズの焦点距離 - 前記第2レンズ群が拡大側から順に、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズからなることを特徴とする請求項1記載の投影レンズ。
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