(57)【要約】【課題】本発明は、広角レンズを提出することにより、従来技術と比べて、レンズ鏡筒の長さを効果的に減少させ、焦点距離を短くし、大開口数での結像収差を改善することができる。【解決手段】本発明は、大口径（ｆ／１．６７）を有する広角投影レンズを形成するように、凹面混成構造を使用する。広角投影レンズは、屈折系及び反射系を含む。前記屈折系は、複数の球面レンズ及び少なくとも一つの非球面レンズを含み、前記反射系は、少なくとも二つの非球面レンズ及び球面レンズを含む。前記少なくとも二つの非球面レンズのうちのいずれか二つの間には、少なくとも一つの球面レンズが設けられる。本発明は、広角投影レンズのサイズを減少させ、低い幾何学的効率問題を効果的に克服し、超短焦点プロジェクターが小型化及携帯可能な利点を有することを可能にする。【選択図】図１
2014085677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、
第一レンズ群と第二レンズ群を有する屈折系と、
反射系と、を含み、
前記第一レンズ群は、複数枚の球面レンズ及び少なくとも一枚の非球面レンズを含み、
前記第二レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられることを特徴とする広角レンズ。
【請求項２】
前記広角レンズは、物体側及び像側を更に含み、前記物体側からビームが前記像側に通し、
前記第一レンズ群は、七枚の球面レンズ及び一枚の非球面レンズを含み、
前記物体側から前記像側まで順に配列される前記第一レンズ群は、第一球面レンズ、第二球面レンズ、第三球面レンズ、第四球面レンズ、第五球面レンズ、第六球面レンズ、第一非球面レンズ及び第七球面レンズのような順に配列され、
前記第二レンズ群は、二枚の球面レンズ及び二枚の非球面レンズを含み、
前記物体側から前記像側まで順に配列される前記第二レンズ群は、第二非球面レンズ、第八球面レンズ、第九球面レンズ及び第三非球面レンズのような順に配列され、
前記第六球面レンズと前記第一非球面レンズとの間には、開口絞りが配置され、
前記反射系は、第一レンズ群と第二レンズ群を通過したビームを反射するように使用される軸対称非球面の凹面反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
【請求項３】
前記第一、第二及び第三の非球面レンズのそれぞれは、軸対称非球面レンズであり、
前記第一非球面レンズは、大開口数での広角レンズの遠視野分解能を向上させるように使用され、
第二及び第三非球面レンズは、広角レンズによって生成した画像のコマ収差を減少させるように使用され、
前記広角レンズは、鏡筒を更に含み、
第二非球面レンズは、前記鏡筒の長さを減少させるように、第三非球面レンズと前記凹面反射鏡との間の距離を短くするように使用されることを特徴とする請求項２に記載の広角レンズ。
【請求項４】
前記第一非球面レンズは、前記第三非球面レンズの傾斜度を減少させるように使用される軸対称非球面の少なくとも一つの表面を有し、
前記広角レンズは、光軸を更に備え、
前記第一非球面レンズ、前記第二非球面レンズ及び前記第三非球面レンズのそれぞれは、特定曲率を有する表面を含み、
少なくとも一つの前記特定曲率を有する前記第二及び前記第三非球面レンズは、複数の傾斜度を有し、前記複数の傾斜度のそれぞれは、前記光軸から前記第二及び前記第三非球面レンズのエッジに正傾斜度と負傾斜度があることを特徴とする請求項３に記載の広角レンズ。
【請求項５】
前記凹面反射鏡は、前記凹面反射鏡から反射された結像品質を有し、
前記結像品質は、前記第三非球面レンズと前記凹面反射鏡との間の距離を調整することによって補正されることを特徴とする請求項３又は４に記載の広角レンズ。
【請求項６】
前記広角レンズは、多色収差、縦方向色収差、倍率色収差を更に含み、
第二球面レンズと第三球面レンズ、第五球面レンズと第六球面レンズ、及び第一非球面レンズと第七球面レンズのそれぞれを結合して、第一双接合レンズ、第二双接合レンズ及び第三双接合レンズにし、
前記第一双接合レンズ、前記第二双接合レンズ及び前記第三双接合レンズは、前記多色収差を除去し、前記縦方向色収差及び前記倍率色収差を改善するように使用され、
前記ビームは、前記第一双接合レンズ、前記第二双接合レンズ及び前記第三双接合レンズを通過すると、屈折率のそれぞれが高い水準から低い水準へ、低い水準から高い水準へ、及び高い水準から低い水準へ変化することを特徴とする請求項２に記載の広角レンズ。
【請求項７】
前記広角レンズは、視野及び焦点距離を更に含み、
第八球面レンズは、前記ビームを誘導して前記視野を増加させ、前記第三非球面レンズ及び前記凹面反射鏡の大きさを維持するように使用される視野レンズであり、
第一レンズ群及び第二レンズ群を通過した前記ビームは、幾何歪み及び像面湾曲を有する画像を生成させ、
前記凹面反射鏡は、前記幾何歪み及び前記像面湾曲を減少させ、前記焦点距離を短くするように使用され、
前記広角レンズは、前記第六球面レンズと前記第一非球面レンズとの間に配置される開口絞りを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の広角レンズ。
【請求項８】
前記屈折系及び前記反射系は、正ディオプトリを生成させ、
前記屈折系及び前記反射系を通過する前記ビームの経路は、回していなく、
前記広角レンズは、０．７５＜Ａ／Ｂ＜０．８０との条件に適合し、ここで、Ａは、前記屈折系の全長であり、Ｂは、前記屈折系と前記反射系との間の距離であることを特徴とする請求項１〜７のいすれか一つに記載の広角レンズ。
【請求項９】
前記広角レンズは、１．７０未満のＦ値及び第一有効焦点距離Ｆ１を更に含み、
前記反射系は、第二有効焦点距離Ｆ２を有し、
前記屈折系は、第二三有効焦点距離Ｆ３を有し、
前記広角レンズは、２．５＜│Ｆ２／Ｆ１│＜２５．２及び２．５＜│Ｆ３／Ｆ１│＜２０．８との条件に適合することを特徴とする請求項１〜８のいすれか一つに記載の広角レンズ。
【請求項１０】
前記広角レンズは、二次結像系であり、
前記ビームは前記屈折系を通過すると、歪曲結像である一次結像が前記屈折系と前記反射系との間に生成し、
前記ビームは前記屈折系を通過すると、一次結像が前記屈折系と前記反射系との間に生成し、
前記一次結像は、前記反射系によって反射されると、非歪曲像である二次結像が外部スクリーン上に生成することを特徴とする請求項１〜９のいすれか一つに記載の広角レンズ。
【請求項１１】
大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、
第一レンズ群を有する屈折系と、を含み、
前記第一レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び少なくとも一枚の球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられることを特徴とする広角レンズ。
【請求項１２】
前記広角レンズは、物体側及び像側を更に含み、前記物体側からビームが前記像側に通し、
前記屈折系は、第二レンズ群を含み、
前記第二レンズ群は、複数の球面レンズ及び少なくとも一枚の非球面レンズを含み、
前記少なくとも一枚の非球面レンズは、前記複数の球面レンズとの間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の広角レンズ。
【請求項１３】
前記複数の球面レンズのうちの少なくとも六枚の球面レンズは、前記少なくとも一枚の非球面レンズの前の前記物体側に配置され、
前記複数の球面レンズのうちの少なくとも一枚の球面レンズは、前記少なくとも一枚の非球面レンズの後ろの前記像側に配置され、
前記広角レンズは、反射系を更に含み、
前記反射系は、前記第二レンズ群及び前記第一レンズ群を通過したビームを反射するように使用される軸対称非球面の凹面反射鏡であることを特徴とする請求項１２に記載の広角レンズ。
【請求項１４】
入射側を含む視野レンズ及び非球面レンズを備える広角レンズの焦点を減少させる方法であって、
前記視野レンズの前記入射側に前記非球面レンズを配置する工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願と優先権主張の相互参照
本出願は、中華人民共和国国家知識産権局での２０１２年１０月２５日に出願された特許出願第２０１２１０４１２９０９．９号に基づく利益を主張し、当該特許出願の開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、超広角レンズに関し、特に、投影のための超広角レンズに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術における広角投影レンズは、投影スクリーンとプロジェクターとの間の距離を効果的に短縮し、大きなサイズの投影画像を得ることができる。しかしながら、広角投影レンズから派生する収差（例えば歪曲、像面湾曲、非点収差など）は、広角投影レンズを設計する時に直面しなければならない問題である。光学的品質を確保するために、広角レンズは、通常、開口数を狭める。広角レンズのＦ値（ｆ／＃）は、主に２．４〜２．７の範囲にあり、より大きい範囲であってもよい。
【０００４】
一般的には、焦点距離を短くすると共に、収差の問題点を克服するために、広角投影レンズは、三つの態様で設計されている。１．屈折型：広角レンズは、全体の屈折レンズで設計されている。広角機能を達成するために、球面レンズ又は非球面レンズを広角レンズに使用する。２．反射型：広角レンズは、全体の反射鏡で設計され、球面、非球面又は平面反射鏡で使用される。３．混成（屈折＋反射）型：屈折レンズを物体側に使用し、リフレクターを像側に使用することで、広角機能を達成する。リフレクターは、平面反射鏡、凹面反射鏡、凸面反射鏡の三つの典型的な種類に分類することができる。
【０００５】
しかしながら、上記の三つの態様は、以下の欠点や問題を有する。
【０００６】
１．屈折型広角レンズには、多くの屈折レンズがあるため、鏡筒が長すぎ、そこに発生する色分散（例えば倍率色収差、縦方向色収差、収差及び光歪み）を排除することが難しい。なお、設計の時に屈折型広角レンズが多数のレンズを有するから、高い複雑性があり、生産性が極めて低い。
【０００７】
２．反射型広角レンズには、屈折レンズが存在しないため、色分散がゼロとなるが、全てのレンズが非球面反射鏡又は自由表面反射鏡を必要とするから、生産性が極めて低い。
【０００８】
３．混成（屈折＋反射）型は、屈折型と反射型を混合し、光学的特性及び生産性のバランスを取って、市場において最も一般的な構成である。超広角を実現し、投射距離よりも長い光路を避けるために、直光路を回して光学部品及び機械寸法も大きくなり、製造の難しさは大幅に増加する。複雑な自由表面反射鏡を使用する場合は、組立公差が非常に敏感である。
【０００９】
更に、三種類の反射鏡のうち、平面反射鏡が曲率がないため、平面反射鏡はより広角化のために、レンズと反射鏡間の距離の調整を必要がある。これにより、レンズは長くなり、スペースを犠牲する。凸面反射鏡は、収差を補償できる曲率を有するが、幾何学形状によって凸面反射鏡を覆うことが困難になる。したがって、現在でのレンズのほとんどは、露出設計に属する。
【００１０】
しかしながら、このような露出設計は、防塵効果がなく、安定性も悪くなり、鏡面の損傷率を増加させるので、壁に取り付けられた設計に適している。凹面反射鏡は、凸面反射鏡の機能を有するため、広角投影レンズを設計する者から見れば、凹面反射鏡は、より良い選択であり、鏡の露出問題を克服できる。
【００１１】
凹面反射鏡は、混成型設計と組み合わせることで、凹面と凸面反射鏡に引き起こす問題を解決できるが、広角効果を達成するために、その体積は一般的なフロントプロジェクターに比べて大きくなっている。レンズ鏡筒の長さを短くするために、光路を回すように反射鏡をレンズに追加する。これにより、レンズの幅や高さが増加するが、レンズ鏡筒を効率的に短くすることができない。
【００１２】
従って、焦点距離を短縮して鏡筒の長さを減少させ、且つ大開口数の条件での一般的な広角投影レンズに由来する収差が生成しないための広角投影レンズを設計することは、克服すべき課題である。
【００１３】
したがって、本出願人は、このような従来の課題を解決するために、実験と研究を重ねた結果を通じて、広角投影レンズを開発して提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明に係る広角投影レンズは、大開口数で収差が生成しなく且つ小体積を有する広角投影レンズを設計するために、球面レンズ、非球面レンズ及び凹面反射鏡を利用する。本発明に係る広角レンズは、レンズ鏡筒の長さを効果的に減少させ、焦点距離を短くし、大開口数での結像収差を改善することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従来技術に鑑み、本発明は、広角レンズを提出する。前記広角レンズは、大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、第一レンズ群と第二レンズ群を有する屈折系と、反射系と、を含み、前記第一レンズ群は、複数枚の球面レンズ及び少なくとも一枚の非球面レンズを含み、前記第二レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられることを特徴とする。
【００１６】
上述の目的を達成するために、広角レンズを提出する。前記広角レンズは、大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、第一レンズ群を有する屈折系と、を含み、前記第一レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び少なくとも一枚の球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられることを特徴とする。
【００１７】
上述の目的を達成するために、広角レンズの焦点を減少させる方法を提出する。前記方法は、入射側を含む視野レンズ及び非球面レンズを備える広角レンズの焦点を減少させる方法であって、前記視野レンズの前記入射側に前記非球面レンズを配置する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、広角レンズを提出することにより、従来技術と比べて、レンズ鏡筒の長さを効果的に減少させ、焦点距離を短くし、大開口数での結像収差を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る広角投影システムを示す横断面模式図である。
【図２（ａ）】本発明の実施形態に係る第一レンズ群を示す断面模式図である。
【図２（ｂ）】本発明の実施形態に係る第二レンズ群を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係る第一非球面レンズが球面レンズである場合の光路を示す断面模式図である。
【図４（ａ）】本発明の実施形態に係る広角投影システムを通過する光線を示す断面模式図であり、第一画像を示す。
【図４（ｂ）】本発明の実施形態に係る広角投影システムを通過する光線を示す断面模式図であり、スクリーンに投影された第二画像を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る広角投影レンズ及び物体の位置と比率を示す模式図である。
【図６（ａ）】本発明の実施形態に係る画像処理素子上の画像を示す模式図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施形態に係る第一レンズ群と第二レンズ群を介して第一画像を示す模式図である。
【図７（ａ）】本発明の実施形態に係る第一画像を示す模式図である。
【図７（ｂ）】本発明の実施形態に係る第二画像を示す模式図である。
【図８（ａ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された横方向光線扇形図である。
【図８（ｂ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された横方向光線扇形図である。
【図８（ｃ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された横方向光線扇形図である。
【図９（ａ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された倍率色収差図である。
【図９（ｂ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された倍率色収差図である。
【図９（ｃ）】本発明の実施形態に係る結像品質を示す光学アナログデータ図であり、投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された倍率色収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下のように、本発明を実施例に基づいて詳述するが、あくまでも例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されており、さらに特許請求の範囲の記載と均等な意味及び範囲内での全ての変更を含んでいる。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る広角投影システムを示す概略図である。広角投影システム１００は、光軸１０４、画像処理素子１０１、全反射プリズム１０２、及び広角投影レンズ１０３を含み、前記広角投影レンズ１０３は、屈折系、反射系を含む。屈折系は、第一レンズ群１１０及び第二レンズ群１２０を含む。反射系は、リフレクター１３０である。広角投影レンズ１０３は、物体点（図示せず）と像点（図示せず）との間に配置される。物体点は、画像処理要素１０１に近い側である。像点は、物体が広角投影レンズ１０３を通過して形成する結像である。ビームは、物体点から像点までに通過する。
【００２２】
物体点と像点との間のレンズのそれぞれは、第一レンズ群１１０、第二レンズ群１２０及びリフレクター１３０である。物体点から像点まで順に配列される第一レンズ群１１０は、第一球面レンズ１１１、第二球面レンズ１１２、第三球面レンズ１１３、第四球面レンズ１１４、第五球面レンズ１１５、第六球面レンズ１１６、開口絞り１１９、第一非球面レンズ１１７及び第七球面レンズ１１８のような順に配列される。物体点から像点まで順に配列される第二レンズ群１２０は、第二非球面レンズ１２１、第八球面レンズ１２２、第九球面レンズ１２３及び第三非球面レンズ１２４のような順に配列される。リフレクター１３０は、第一レンズ群１１０と第二レンズ群１２０を通過したビームを反射するために使用される軸対称非球面の凹面反射鏡である。
【００２３】
本発明の実施形態に係る広角投影レンズ１０３は、第一等価焦点距離Ｆ１を有し、第一レンズ群１１０と第二レンズ群１２０によって形成された屈折系は、第二等価焦点距離Ｆ２を有し、リフレクター１３０は、第三等価焦点距離Ｆ３を有する。
【００２４】
本発明の実施形態に係る広角投影レンズは、以下の条件に適合しています。
２．５＜│Ｆ２／Ｆ１│＜２５．２
２．５＜│Ｆ３／Ｆ１│＜２０．８
【００２５】
本発明の実施形態に係る画像処理素子１０１は、ライトバルブ（Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）素子であり、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ゲーティングライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）及びエルコス（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）を含む。
【００２６】
図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る第一レンズ群１１０を示す概略図である。第一球面レンズ１１１、第二球面レンズ１１２、第三球面レンズ１１３、第四球面レンズ１１４、第五球面レンズ１１５、第六球面レンズ１１６及び第七球面レンズ１１８のジオプトリのそれぞれは、正、正、負、正、負、正及び正である。具体的には、第一球面レンズ１１１は、両凸レンズであり、表面Ｓ１は、物体点に向い、表面Ｓ２は、像点に向う。  第二球面レンズ１１２は、両凸レンズであり、表面Ｓ３は、物体点に向い、表面Ｓ４は、像点に向う。第三球面レンズ１１３は、両凹レンズであり、表面Ｓ４は、物体点に向い、表面Ｓ５は、像点に向う。第二球面レンズ１１２と第三球面レンズ１１３は、第一双接合レンズに結合する。第四球面レンズ１１４は、凹凸レンズであり、表面Ｓ６は、物体点に向い、表面Ｓ７は、像点に向う。第五球面レンズ１１５は、凹凸レンズであり、表面Ｓ８は、物体点に向い、表面Ｓ９は、像点に向う。第六球面レンズ１１６は、凹凸レンズであり、表面Ｓ９は、物体点に向い、表面Ｓ１０は、像点に向う。第五球面レンズ１１５と第六球面レンズ１１６は、第二双接合レンズに結合する。開口絞り１１９は、表面Ｓ１１を有する。第一非球面レンズ１１７は、軸対称非球面レンズであり、表面Ｓ１２は、物体点に向い、表面Ｓ１３は、像点に向う。第七球面レンズ１１８は、凹凸レンズであり、表面Ｓ１３は、物体点に向い、表面Ｓ１４は、像点に向う。第一非球面レンズ１１７と第七球面レンズ１１８は、第三双接合レンズに結合する。
【００２７】
図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る第二レンズ群１２０を示す概略図である。第八球面レンズ１２２及び第九球面レンズ１２３のジオプトリのそれぞれは、正及び負である。具体的には、第二非球面レンズ１２１は、軸対称非球面レンズであり、表面Ｓ１５は、物体点に向い、表面Ｓ１６は、像点に向う。第八球面レンズ１２２は、両凸レンズであり、表面Ｓ１７は、物体点に向い、表面Ｓ１８は、像点に向う。第九球面レンズ１２３は、両凹レンズであり、表面Ｓ１９は、物体点に向い、表面Ｓ２０は、像点に向う。第三非球面レンズ１２４は、軸対称非球面レンズであり、表面Ｓ２１は、物体点に向い、表面Ｓ２２は、像点に向う。
【００２８】
第一レンズ群１１０においては、第一非球面レンズ１１７の表面Ｓ１２の開口絞り１１９が光量を調節できる。第一非球面レンズ１１７の表面Ｓ１２と表面Ｓ１３のいずれかは、第三非球面レンズ１２４の傾斜度を減少させ、第三非球面レンズ１２４から放射するビームの角度を収束するように、軸対称非球面とする必要がある。第一非球面レンズ１１７は、屈折率（Ｎｄ）が≧１．６お飛び分散率（Ｖｄ）≦５５との条件に基づいて鉛ガラスで作ることができる。
【００２９】
本発明の一つの実施形態は、大開口数で広角投影レンズを通過したビームによって発生する収差を改善するために、三つの双接合レンズ（即ち第一、第二及び第三双接合レンズ）を第一レンズ群１１０に使用される。これにより、縦方向色収差及び倍率色収差などの多色収差を除去することができる。第一双接合レンズを通過するビームの屈折率は、高から低まで変化し、第二双接合レンズを通過するビームの屈折率は、低から高まで変化し、第三双接合レンズを通過するビームの屈折率は、高から低まで変化する。広角投影レンズに配置された三つの双接合レンズにより、広角投影システムは、２５〜４０の低アッベ数範囲を有し、５２〜８２の高アッベ数範囲を有する。
【００３０】
第二レンズ群１２０における第二非球面レンズ１２１は、広角投影システムのコマ収差を改善することができる。第三非球面レンズ１２４は、大開口数（ｆ／１．６７）に非点収差を改善することができる。すなわち、第二非球面レンズ１２１は、広角投影システムから生成するコマ収差を減少させることができ、第三非球面レンズ１２４は、広角投影レンズが大開口数（ｆ／１．６７）の状態にある時に、非点収差を減少させることができる。又、第二非球面レンズ１２１及び第三非球面レンズ１２４は、第三非球面レンズ１２４とリフレクター１３０との間の距離を短くし、広角投影レンズ１０３の焦点距離を減らし、広角投影レンズの長さを減少させることができる。本発明の実施形態に係る屈折系の全長は、Ｔ１とし、屈折系とリフレクター１３０との間の距離は、Ｔ２とする。本発明の実施形態に係る広角投影レンズ１０３は、０．７５＜Ｔ２／Ｔ１＜０．８０との条件に基づくものである。
【００３１】
第二レンズ群１２０における第八非球面レンズ１２２は、広角レンズの視野を増加させるようにビームを延長するために使用されるフィールドレンズである。第八非球面レンズ１２２は、正ディオプトリを有するため、図３に示すように、ビームを光軸１０４に収集させることができ、像点の近くに配置される第九球面レンズ１２３及び第三非球面レンズ１２４の大きさは狭くなる。
【００３２】
第一レンズ群１１０における第一非球面レンズ１１７は、球面レンズである場合、図３に示すように、第三非球面レンズ１２４の傾斜度が増加する。したがって、総界面反射とフレネル損失を回避するために、本発明の一つの実施形態は、軸対称非球面である第一非球面レンズ１１７の一方の面を使用する。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態に係る広角投影システムを通過したビームを示す模式図である。画像処理素子１０１の画像は、光軸１０４上に表示される。ビームは第一レンズ群１１０と第二レンズ群１２０を通過する（図４（ａ）に示されている最も近い光線と最も遠い光線）時、光軸に近く光線は、近軸光線４０５であり、光軸から遠く離れる光線は、軸外光線４０４である。軸外光線４０４と近軸光線４０５の焦点は、第一画像４０１を形成するように第三非球面レンズ１２４と凹面反射鏡１３０との間に位置する。図４（ｂ）に示すように、第一画像４０１は、第二画像４０３を形成するように凹面反射鏡１３０によってスクリーン４０２に反射される。近軸光線４０５の焦点４０６と屈折系との間の距離は、軸外光線４０４の焦点４０７と屈折系との間の距離よりも大きい。
【００３４】
本発明の実施形態に係る広角投影システム１００の投影距離とスクリーン４０２の対角線の長さとの関係は、投影距離／スクリーンの対角線の長さ＜０．３である。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態に係る広角投影レンズ及び物体の位置と比率を示す模式図である。図５において、横軸と縦軸の中心点は、光軸１０４であり、光軸１０４近傍の縦軸は、近軸であり、光軸１０４から離れる縦軸は、軸外しである。投影物体５０１は、光軸１０４上に配置され、光軸１０４と投影物体５０１との間には、最短距離Ｒｍｉｎ及び最長距離Ｒｍａｘがある。本発明の実施形態に係る広角投影レンズ１０３及び投影物体５０１との関係は、０．１＜Ｒｍｉｎ／Ｒｍａｘ＜０．５である。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、画像は、画像処理素子１０１上に表示される。まず、画像を９等分（Ａ−Ｉ）に分割する。ビームが屈折系を通過して形成する第一画像４０１は、アーチ状斑点とも呼ばれている樽形歪曲斑点（ａ−ｉ）を表示する。画像の位置は、光軸１０４から遠く離れると、樽形歪曲収差が悪化する。斑点ａ〜斑点ｉの全てと光軸１０４との間には、垂直距離があり、斑点ａと光軸１０４との間の垂直距離をＤ１とし、斑点ｄと光軸１０４との間の垂直距離をＤ２とし、斑点ｇと光軸１０４との間の垂直距離をＤ３とし、斑点ｂと光軸１０４との間の垂直距離をＤ４とし、斑点ｅと光軸１０４との間の垂直距離をＤ５とし、斑点ｈと光軸１０４との間の垂直距離をＤ６とする。それらのアーチ状斑点と光軸１０４との間の垂直距離の関係は、１＜Ｄ４／Ｄ１＜１．２、１＜Ｄ５／Ｄ２＜１．２及び１＜Ｄ６／Ｄ３＜１．２である。
【００３７】
屈折系を通過したビームによって生成するアーチ状斑点は、図７（ａ）に示すように、凹面反射鏡１３０によって補償することができる。図７（ｂ）に示すように、アーチ状斑点は、凹面反射鏡１３０によってスクリーン４０２に反射された後、非幾何歪みの第二画像４０３になる。
【００３８】
広角投影システム１００とスクリーン４０２との間の距離を変更し、スクリーン４０２の大きさを調整すると、距離が長くなり、スクリーン４０２上のコマ収差がより深刻になるため、倍率色収差が悪化する。第三非球面レンズ１２４と凹面反射鏡１３０との間の距離を調整することで、第三非球面レンズ１２４と凹面反射鏡１３０との間に位置する歪んだ第一画像４０１を補正し、更に非幾何歪みの第二画像４０３を得る。
【００３９】
図８と図９は、本発明の実施形態に係る画像品質を示す光学アナログデータ図である。図８（ａ）〜８（ｃ）のそれぞれは、赤色光、青色光及び緑色光が投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された横方向光線扇形図である。各図の横軸は、各光線が開口絞り１１９を通過する位置であり、縦軸は、スクリーン上に投影する光線の位置である。図８（ａ）〜８（ｃ）から示すように、赤色光、青色光及び緑色光のオフセット位置が大きいではない。従って、本発明の実施形態に係る広角投影レンズにより投影された画像の収差が低い。
【００４０】
図９（ａ）〜９（ｃ）のそれぞれは、光線が投影広角投影レンズで４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影された倍率色収差を示す図である。各図の横軸は、スクリーン上に位置する各光線が緑色光に対するオフセット量であり、縦軸は、レンズ距離であり、緑色光に対するスクリーン上に位置する光線位置である。図９（ａ）〜９（ｃ）において、左側の点線は、緑色光のオフセット量であり、右側の実線は、赤色光と青色光のオフセット量である。赤色光と青色光との重合性が良い。図９（ａ）〜８（ｃ）から示すように、緑色光の倍率色収差は、赤色光と青色光のものよりも大きい。全てのサイズのスクリーンにおける緑色光の倍率色収差は、０．６ピクセルに超えていない。従って、本発明の実施形態に係る広角投影レンズの倍率色収差は低い。
【００４１】
異なるサイズの斑点が４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影されることを示す斑点図から見れば、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の斑点サイズの全ては、未満０．６１ピクセルであり、投影された斑点の全てが小さく、その彗星の尾は明らかではない。従って、本発明の実施形態に係る広角投影レンズによって生成する画像のコマ収差は、非常に低い。
【００４２】
各色が４０、５０及び６０インチのスクリーンに投影される幾何学的な変調伝達関数（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＧＭＴＦ）によれば、最大開口数（ｆ／１．６７）において、各サイズのスクリーンにおける各色の変調伝達関数は、４５％以上である。１ミリメートル当たり６７線対（６７本／ｍｍ）の場合には、各サイズのスクリーンにおけるに多色変調伝達関数は、５５％以上である。各サイズのスクリーンに投影する時の解像度が高いことが明らかである。従って、本発明の実施形態に係る広角投影レンズは、良好な解像度を有する。
【００４３】
第一実施形態
本発明の第一実施形態に係る広角投影レンズ１０３は、以下の条件を満たす。有効焦点距離（ＥＦＦＬ）＝−２．８９ｍｍ、Ｆ値（Ｆ／＃）＝１．６７、オフセット＝１２２％、解像度＝６７ＬＰ／ｍｍ、
投影できるスクリーンのサイズ＝４０〜６０インチ、投影距離＝２８２〜４１８ｍｍ、及び投影比（投影距離／画面対角線）＝０．２７４〜０．２７８。
【００４４】
第二実施形態
本発明の他の実施形態に係るｆ／１．６７の固定焦点システムにおける広角投影レンズ１０３は、有効焦点距離は、−２．８９ｍｍであり、屈折系の有効焦点距離は、１２．０２ｍｍであり、リフレクターの有効焦点距離は、１９．３９である。従って、本発明の実施形態に係る広角投影レンズは、大きな開口数での固定焦点システムの要件を満たしている。
【００４５】
第三実施形態
本発明の他の実施形態に係る画像処理素子１０１の長さと幅は、本発明の条件を満たす場合、理論Ｆ値（Ｆ／＃）は、１．６７である。広角投影レンズの最小化Ｆ値１．６７は、上記システムを満たすように設定され、エタンデュの演算により、広角投影レンズの吸収効率の最大値は、８７．４％にすることができる。
【実施例１】
【００４６】
大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、第一レンズ群と第二レンズ群を有する屈折系と、反射系と、を含み、前記第一レンズ群は、複数枚の球面レンズ及び少なくとも一枚の非球面レンズを含み、前記第二レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられる。
【実施例２】
【００４７】
実施例１に記載の広角レンズは、物体側及び像側を更に含み、前記物体側からビームが前記像側に通し、前記第一レンズ群は、七枚の球面レンズ及び一枚の非球面レンズを含み、前記物体側から前記像側まで順に配列される前記第一レンズ群は、第一球面レンズ、第二球面レンズ、第三球面レンズ、第四球面レンズ、第五球面レンズ、第六球面レンズ、第一非球面レンズ及び第七球面レンズのような順に配列され、前記第二レンズ群は、二枚の球面レンズ及び二枚の非球面レンズを含み、前記物体側から前記像側まで順に配列される前記第二レンズ群は、第二非球面レンズ、第八球面レンズ、第九球面レンズ及び第三非球面レンズのような順に配列され、前記第六球面レンズと前記第一非球面レンズとの間には、開口絞りが配置され、前記反射系は、第一レンズ群と第二レンズ群を通過したビームを反射するように使用される軸対称非球面の凹面反射鏡である。
【実施例３】
【００４８】
実施例２に記載の広角レンズは、前記第一、第二及び第三の非球面レンズのそれぞれは、軸対称非球面レンズであり、前記第一非球面レンズは、大開口数での広角レンズの遠視野分解能を向上させるように使用され、第二及び第三非球面レンズは、広角レンズによって生成した画像のコマ収差を減少させるように使用され、前記広角レンズは、鏡筒を更に含み、第二非球面レンズは、前記鏡筒の長さを減少させるように、第三非球面レンズと前記凹面反射鏡との間の距離を短くするように使用される。
【実施例４】
【００４９】
実施例３に記載の広角レンズは、前記第一非球面レンズは、前記第三非球面レンズの傾斜度を減少させるように使用される軸対称非球面の少なくとも一つの表面を有し、前記広角レンズは、光軸を更に備え、前記第一非球面レンズ、前記第二非球面レンズ及び前記第三非球面レンズのそれぞれは、特定曲率を有する表面を含み、少なくとも一つの前記特定曲率を有する前記第二及び前記第三非球面レンズは、複数の傾斜度を有し、前記複数の傾斜度のそれぞれは、前記光軸から前記第二及び前記第三非球面レンズのエッジに正傾斜度と負傾斜度がある。
【実施例５】
【００５０】
実施例３又は４に記載の広角レンズは、前記凹面反射鏡は、前記凹面反射鏡から反射された結像品質を有し、前記結像品質は、前記第三非球面レンズと前記凹面反射鏡との間の距離を調整することによって補正される。
【実施例６】
【００５１】
実施例２に記載の広角レンズは、多色収差、縦方向色収差、倍率色収差を更に含み、第二球面レンズと第三球面レンズ、第五球面レンズと第六球面レンズ、及び第一非球面レンズと第七球面レンズのそれぞれを結合して、第一双接合レンズ、第二双接合レンズ及び第三双接合レンズにし、前記第一双接合レンズ、前記第二双接合レンズ及び前記第三双接合レンズは、前記多色収差を除去し、前記縦方向色収差及び前記倍率色収差を改善するように使用され、前記ビームは、前記第一双接合レンズ、前記第二双接合レンズ及び前記第三双接合レンズを通過すると、屈折率のそれぞれが高い水準から低い水準へ、低い水準から高い水準へ、及び高い水準から低い水準へ変化する。
【実施例７】
【００５２】
実施例２に記載の広角レンズは、視野及び焦点距離を更に含み、
第八球面レンズは、前記ビームを誘導して前記視野を増加させ、前記第三非球面レンズ及び前記凹面反射鏡の大きさを維持するように使用される視野レンズであり、第一レンズ群及び第二レンズ群を通過した前記ビームは、幾何歪み及び像面湾曲を有する画像を生成させ、前記凹面反射鏡は、前記幾何歪み及び前記像面湾曲を減少させ、前記焦点距離を短くするように使用され、前記広角レンズは、前記第六球面レンズと前記第一非球面レンズとの間に配置される開口絞りを更に含む。
【実施例８】
【００５３】
実施例１〜７に記載の広角レンズは、前記屈折系及び前記反射系は、正ディオプトリを生成させ、前記屈折系及び前記反射系を通過する前記ビームの経路は、回していなく、前記広角レンズは、０．７５＜Ａ／Ｂ＜０．８０との条件に適合し、ここで、Ａは、前記屈折系の全長であり、Ｂは、前記屈折系と前記反射系との間の距離である。
【実施例９】
【００５４】
実施例１〜８に記載の広角レンズは、前記広角レンズは、１．７０未満のＦ値及び第一有効焦点距離Ｆ１を更に含み、前記反射系は、第二有効焦点距離Ｆ２を有し、前記屈折系は、第二三有効焦点距離Ｆ３を有し、前記広角レンズは、２．５＜│Ｆ２／Ｆ１│＜２５．２及び２．５＜│Ｆ３／Ｆ１│＜２０．８との条件に適合する。
【実施例１０】
【００５５】
実施例１〜９に記載の広角レンズは、前記広角レンズは、二次結像系であり、前記ビームは前記屈折系を通過すると、歪曲結像である一次結像が前記屈折系と前記反射系との間に生成し、前記ビームは前記屈折系を通過すると、一次結像が前記屈折系と前記反射系との間に生成し、前記一次結像は、前記反射系によって反射されると、非歪曲像である二次結像が外部スクリーン上に生成する。
【実施例１１】
【００５６】
大開口数での結像収差を減少させるための広角レンズであって、第一レンズ群を有する屈折系と、を含み、前記第一レンズ群は、少なくとも二枚の非球面レンズ及び少なくとも一枚の球面レンズを含み、前記少なくとも二枚の非球面レンズのうちのいずれか二枚の間に前記少なくとも一枚の球面レンズが設けられる。
【実施例１２】
【００５７】
実施例１１に記載の広角レンズは、物体側及び像側を更に含み、前記物体側からビームが前記像側に通し、前記屈折系は、第二レンズ群を含み、前記第二レンズ群は、複数の球面レンズ及び少なくとも一枚の非球面レンズを含み、前記少なくとも一枚の非球面レンズは、前記複数の球面レンズとの間に配置される。
【実施例１３】
【００５８】
実施例１２に記載の広角レンズは、前記複数の球面レンズのうちの少なくとも六枚の球面レンズは、前記少なくとも一枚の非球面レンズの前の前記物体側に配置され、前記複数の球面レンズのうちの少なくとも一枚の球面レンズは、前記少なくとも一枚の非球面レンズのの後ろの前記像側に配置され、前記広角レンズは、反射系を更に含み、前記反射系は、前記第二レンズ群及び前記第一レンズ群を通過したビームを反射するように使用される軸対称非球面の凹面反射鏡である。
【実施例１４】
【００５９】
入射側を含む視野レンズ及び非球面レンズを備える広角レンズの焦点を減少させる方法であって、前記視野レンズの前記入射側に前記非球面レンズを配置する工程を含む。
【００６０】
以上の説明によると、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的な範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限らず、特許請求の範囲によって定めなければならない。
【符号の説明】
【００６１】
１００    広角投影システム
１０１    画像処理素子
１０２    全反射プリズム
１０３    広角投影レンズ
１０４    光軸
１１０    第一レンズ群
１１１    第一球面レンズ
１１２    第二球面レンズ
１１３    第三球面レンズ
１１４    第四球面レンズ
１１５    第五球面レンズ
１１６    第六球面レンズ
１１７    第一非球面レンズ
１１８    第七球面レンズ
１１９    開口絞り
１２０    第二レンズ群
１２１    第二非球面レンズ
１２２    第八球面レンズ
１２３    第九球面レンズ
１２４    第三非球面レンズ
１３０    リフレクター
４０１    第一画像
４０２    スクリーン
４０３    第二画像
４０４    軸外光線
４０５    近軸光線
４０６、４０７    焦点
５０１    投影物体
Ｄ１〜Ｄ６    垂直距離
Ｓ１〜Ｓ２２    表面
【図１】
2014085677.tif 000003
【図２（ａ）】
2014085677.tif 000004
【図２（ｂ）】
2014085677.tif 000005
【図３】
2014085677.tif 000006
【図４（ａ）】
2014085677.tif 000007
【図４（ｂ）】
2014085677.tif 000008
【図５】
2014085677.tif 000009
【図６（ａ）】
2014085677.tif 000010
【図６（ｂ）】
2014085677.tif 000011
【図７（ａ）】
2014085677.tif 000012
【図７（ｂ）】
2014085677.tif 000013
【図８（ａ）】
2014085677.tif 000014
【図８（ｂ）】
2014085677.tif 000015
【図８（ｃ）】
2014085677.tif 000016
【図９（ａ）】
2014085677.tif 000017
【図９（ｂ）】
2014085677.tif 000018
【図９（ｃ）】
2014085677.tif 000019