(57)【要約】【課題】レンズの成形性を向上させることができる投写用の広角レンズを提供する。また、曲率半径が極端に小さいレンズの使用を回避する。さらに、第１レンズをなるべく小さく設計することを可能にする。【解決手段】投写面側から順に、光軸ＡＸに沿って配置された第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とを備えている。第１レンズ群Ｇ１は、負のパワーを有している。第２レンズ群Ｇ２は、正のパワーを有している。第３レンズ群Ｇ３は、負のパワーを有している。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、投写面側に配置された第１レンズを備えている。この第１レンズは、負メニスカス非球面プラスチックレンズとなっている。さらに、この第１レンズは、投写面側に配置された第１面を備えている。この第１面は、光軸ＡＸの近傍において平坦面とされている。【選択図】図１
2008268595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投写面側から順に、光軸に沿って配置された第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群とを備えており、
前記第１レンズ群は、負のパワーを有しており、前記第２レンズ群は、正のパワーを有しており、前記第３レンズ群は、負のパワーを有しており、
さらに、前記第１レンズ群は、前記投写面側に配置された第１レンズを備えており、
前記第１レンズは、負メニスカス非球面プラスチックレンズであり、
さらに、前記第１レンズは、前記投写面側に配置された第１面を備えており、
前記第１面は、前記光軸の近傍において平坦面とされていることを特徴とする投写用広角レンズ。
【請求項２】
前記第１面において平坦面とされる範囲の下限は、前記光軸から半径２．５ｍｍの範囲であり、かつ、前記第１面において平坦面とされる範囲の上限は、前記光軸から半径１０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の投写用広角レンズ。
【請求項３】
前記第１レンズにおける、前記光軸近傍での厚みと、周縁近傍での厚みとの比は、以下の条件を満たしていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の投写用広角レンズ。
０．７≦Ｄ２／Ｄ１≦２．０
但し    Ｄ１：第１レンズの、光軸近傍での厚み
Ｄ２：第１レンズの、周縁近傍での厚み
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の投写用広角レンズであって、半角での画角が４０°以上とされていることを特徴とする投写用広角レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズの前記第１面における非球面式の非球面係数は、偶数次のみが用いられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投写用広角レンズ。
【請求項６】
さらに、Ｆナンバーが２．０〜３．５の範囲であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の投写用広角レンズ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の投写用広角レンズを備えたプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写光学系に用いられる広角レンズ及びこれを備えたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写用広角レンズとして、下記特許文献１に記載のものがある。このレンズは、第１レンズ群における第２レンズの第２面を非球面とし、かつ、このレンズをメニスカス型とすることにより、大きな画角を達成している。
【０００３】
しかしながら、このレンズにおいては、第２レンズをメニスカス型としたために、Ｄ／Ｈが大きくなってしまう。ここで、Ｄ：レンズ深さ、Ｈ：レンズ半径である。このことは、特許文献１の表３及び第８ページ第２６行目以降のレンズデータから読み取ることができる。
【０００４】
すなわち、特許文献１のレンズでは、第１レンズが負パワーの球面レンズであるために、第２レンズの第１面も、同じ曲率半径の球面形状となる。さらに、第２レンズの第２面は、負のパワーを持たせるために、第１面よりも曲率半径を小さくしなければならない。曲率半径が小さくなると、レンズ深さ（Ｄ）が大きくなる。よって、特許文献１のレンズでは、前記したＤ／Ｈの値が大きくなる。
【０００５】
このように、Ｄ／Ｈの値が大きくなると、次のような不都合を生じる。
・レンズの製造時において、レンズの材料となる樹脂が周縁部に到達しにくくなる。すると、レンズに歪みを生じやすくなり、光学特性が劣化する。
・レンズ成型用の金型における温度勾配が大きくなる。すると、特にテール部分（レンズの周縁近傍）における、金型と樹脂との剥離性が劣化してしまう。このため、成形されたレンズに、歪み等の不良を生じやすい。
・反射防止膜（例えばＡＲコート）をレンズに均一に蒸着させることが困難となる。
【０００６】
また、特許文献１のレンズでは、前記したように、第２レンズの第２面の曲率半径が小さい。このため、このレンズでは、光学的に、非球面部からの反射光が、絞りの近傍において結像しやすくなる。この像は、スクリーン上に、ゴーストとして投影されて、いわば二重に映るため、投影画像の画質が劣化する。
【０００７】
さらに、特許文献１のレンズでは、第２レンズを非球面としたために、第１レンズが大きくなるという傾向がある。特に、半画角が６０°以上となるように設計すると、第１レンズが大きくなりすぎるという問題がある。
【特許文献１】ＷＯ２００５／０５７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明の第１の目的は、レンズの成形性を向上させることである。本発明の第２の目的は、曲率半径が極端に小さいレンズの使用を回避することである。本発明の第３の目的は、第１レンズをなるべく小さく設計することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る投写用広角レンズは、投写面側から順に、光軸に沿って配置された第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群とを備えている。前記第１レンズ群は、負のパワーを有しており、前記第２レンズ群は、正のパワーを有しており、前記第３レンズ群は、負のパワーを有している。さらに、前記第１レンズ群は、前記投写面側に配置された第１レンズを備えている。前記第１レンズは、負メニスカス非球面プラスチックレンズである。さらに、前記第１レンズは、前記投写面側に配置された第１面を備えている。前記第１面は、前記光軸の近傍において平坦面とされている。
【００１０】
この発明によれば、前記構成を採用したことにより、各レンズにおけるＤ／Ｈの値を小さく抑えることができる。特に、第１レンズの第１面に平坦面を形成したことにより、負メニスカスレンズを採用した場合であっても、Ｄ／Ｈを小さくすることができる。第１レンズの第１面の光軸近傍を平坦に形成すると、第２面の曲率半径を大きく設定することが可能になり、このため、Ｄの値を小さく抑えることができる。しかも、平坦面を光軸近傍に形成した場合には、画像品質への影響を小さく抑えることが可能になる。  また、この発明によれば、前記したレンズ構成を採用したために、曲率半径が極端に小さいレンズの使用を回避することが可能になる。
【００１１】
さらに、この発明によれば、第１レンズを負メニスカス非球面プラスチックレンズとしたために、広角レンズであっても、第１レンズが過剰に大きくなることを避けることができる。
【００１２】
請求項２に係る投写用広角レンズは、請求項１に記載のものにおいて、前記第１面において平坦面とされる範囲の下限が、前記光軸から半径２．５ｍｍの範囲であり、かつ、前記第１面において平坦面とされる範囲の上限が、前記光軸から半径１０ｍｍの範囲となっているものである。
【００１３】
ここで、第１面において平坦面とされる範囲の下限が、光軸から半径２．５ｍｍの範囲より小さいと、第１レンズにおけるＤが大きくなりやすく、Ｄ／Ｈの値も大きくなりがちであるという不都合がある。また、第１面の光軸近傍において平坦面を所定の範囲で形成することにより、次のような利点もある。すなわち、レンズ成型時においては、樹脂は、レンズ周縁から中央に向けて流し込まれる。ここで、収差補正を有効に行うためにレンズの光軸近傍の曲率が複雑に変化すると、樹脂の流れが悪くなり、レンズ成形が難しくなる。これに対して、レンズの光軸近傍を平坦面にすることにより、樹脂の流れを円滑にし、レンズ成形を容易にすることが可能になる。
【００１４】
また、第１面において平坦面とされる範囲の上限が、光軸から半径１０ｍｍの範囲を超えると、光線の収束性が悪く、スポット形状が崩れるという不都合がある。
【００１５】
請求項２の発明によれば、平坦面の範囲を前記した通りとしたので、良好な収差を得ることができる。
【００１６】
請求項３に係る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、前記第１レンズの、前記光軸近傍での厚みと、周縁近傍での厚みとの比が、以下の条件を満たしているものである。
０．７≦Ｄ２／Ｄ１≦２．０
但し    Ｄ１：第１レンズの、光軸近傍での厚み
Ｄ２：第１レンズの、周縁近傍での厚み
【００１７】
請求項３の発明によれば、Ｄ２／Ｄ１の範囲を前記の通りとしたので、レンズの成形性をさらに改善することができる。
【００１８】
請求項４に係る投写用広角レンズは、請求項１〜３のいずれか１項に記載のものにおいて、半角での画角が４０°以上とされている。
【００１９】
請求項５に係る投写用広角レンズは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のものにおいて前記第１レンズの前記第１面における非球面式の非球面係数として、偶数次のみが用いられているものである。
【００２０】
請求項５の発明によれば、第１レンズの第１面の形状を、変曲点の少ない、成形しやすいものとすることができる。
【００２１】
請求項６に係る投写用広角レンズは、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、さらに、Ｆナンバーが２．０〜３．５の範囲となっているものである。これによれば、明るいレンズを得ることができる。
【００２２】
請求項７に記載のプロジェクタは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の投写用広角レンズを備えているものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、レンズの成形性を向上させることができる投写用の広角レンズ、及びこれを用いたプロジェクタを提供することが可能になる。また、本発明によれば、曲率半径が極端に小さいレンズの使用を回避することができる。さらに、本発明によれば、大きな第１レンズの使用を回避することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る投写用広角レンズの実施形態を、以下の実施例１〜３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２５】
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、非点収差及び歪曲収差における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収差である。非点収差のＳ（実線）はサジタル、Ｔ（点線）はメリジオナルである。
【００２６】
また、実施例１のレンズにおける設計値及び得られた特性を下記表１に示す。表１における記号の意味は以下の通りである。なお、表１中の左欄の数字は、投写面側からの順番を示している。
ｒ：曲率半径（ｍｍ）
ｄ：面の間における間隔（ｍｍ）
Ｎｄ：ｄ線（５８８ｎｍ）の屈折率
νｄ：ｄ線のアッベ数
【００２７】
又、非球面式は次式で表される。
2008268595.tif 000003
但し、この式における符号の意味は以下の通りである。
ｘ：レンズ頂点からの変位
ｃ：曲率
ｙ：光軸からの高さ
ｋ：円錐係数
Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４：それぞれの添え字の次数における係数
【００２８】
【表１】
2008268595.tif 000004
【００２９】
本実施例においては、第１レンズ群Ｇ１は、負のパワーを有している。第２レンズ群Ｇ２は、正のパワーを有している。第３レンズ群Ｇ３は、負のパワーを有している。
【００３０】
第１レンズ群Ｇ１は、投写面側に配置された第１レンズ（ｒ１〜ｒ２）を備えている。第１レンズは、負メニスカス非球面プラスチックレンズとなっている。さらに、第１レンズは、投写面側に配置された第１面（ｒ１）を備えている。第１面は、光軸ＡＸの近傍において平坦面とされている。ここで、平坦面とは、曲率半径が500ｍｍ以上であることを言うものとする。
【００３１】
本実施例では、第１面において平坦面とされる範囲の下限が、光軸から半径２．５ｍｍの範囲であり、かつ、第１面において平坦面とされる範囲の上限が、光軸から半径１０ｍｍの範囲となっている。本実施例における、光軸ＡＸから平坦面の周縁までの距離を、図１において符号Ｌ１で示す。本実施例ではＬ１＝15ｍｍとなっている。
【００３２】
また、第１レンズの、光軸近傍での厚みと、周縁近傍での厚みとの比は、以下の条件を満たしている。本実施例ではＤ２／Ｄ１＝1.0となっている。
０．７≦Ｄ２／Ｄ１≦２．０
但し    Ｄ１：第１レンズの、光軸近傍での厚み（図１参照）
Ｄ２：第１レンズの、周縁近傍での厚み（図１参照）
【００３３】
さらに、本実施例の投写用広角レンズでは、半角での画角が45°とされており、４０°以上の範囲に含まれている。
【００３４】
本実施例の第１レンズの第１面における非球面式の非球面係数（表１参照）は、偶数次のみが用いられている。奇数次を用いると、面に変曲点を生じやすく、成形性を悪化させるが、偶数次のみを用いることにより、面形状を滑らかとし、成形性を良好とすることができる。
【００３５】
本実施例の広角レンズのＦナンバーは、3.5とされており、２．０〜３．５の範囲に含まれている。
【００３６】
また、本実施例のレンズにおけるスポット分布図を図３に示す。この図によれば、芯の無い、かつ大きな重心の無いスポットとなっており、解像度があまり良くないという評価ができる。これは、平坦面の範囲が、Ｌ１＝15ｍｍと、10ｍｍより大きいためであると考えられる。
【００３７】
また、本実施例のＤ／Ｈ（図１参照）は、約０．２６と、１より小さくなっている。これは、第１レンズの第１面に平坦面を形成したためであると考えられる。
【００３８】
図１、図４及び図７において符号Ｐは照明光学系用プリズム、符号ＬＣＤは映像表示素子、符号ＧＬは映像表示素子用の保護ガラスを示している。
【００３９】
各実施例における広角レンズは、プロジェクタの投写レンズとして用いることができる。ここで、プロジェクタとは、スクリーン面などの投影面に映像を光学的に投影できるものであって、液晶プロジェクタに限らず、ＤＬＰプロジェクタなどの各種のプロジェクタを含む。プロジェクタの具体例は後述する。
【実施例２】
【００４０】
実施例２のレンズ構成（図４）における諸収差図を図５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。実施例２において用いられる符号の意味や非球面式は、基本的に実施例１と同様である。
【００４１】
【表２】
2008268595.tif 000005
【００４２】
実施例２の広角レンズにおいても、実施例１と同様の利点を得ることができる。実施例２における、表２に示す以外の構成及び利点は、実施例１と基本的に同様なので説明を省略する。
【００４３】
本実施例における、光軸ＡＸから平坦面の周縁までの距離を、図４において符号Ｌ２で示す。本実施例ではＬ２＝10ｍｍとなっている。
【００４４】
また、第１レンズの、光軸近傍での厚みと、周縁近傍での厚みとの比は、以下の条件を満たしている。本実施例ではＤ２／Ｄ１＝1.35となっている。
０．７≦Ｄ２／Ｄ１≦２．０
【００４５】
さらに、本実施例の投写用広角レンズでは、半角での画角が50°とされており、４０°以上の範囲に含まれている。
【００４６】
本実施例の広角レンズのＦナンバーは、2.0とされており、２．０〜３．５の範囲に含まれている。
【００４７】
また、本実施例のレンズにおけるスポット分布図を図６に示す。この図によれば、綺麗に集光しているがディストーションが大きいスポットとなっており、解像度は良いがやや歪んでいるという評価ができる。
【００４８】
また、本実施例のＤ／Ｈ（図４参照）は、約０．５７と、１より小さくなっている。これは、第１レンズの第１面に平坦面を形成したためであると考えられる。
【００４９】
本実施例において、符号Ｐは照明光学系用プリズム、符号ＬＣＤは映像表示素子、符号ＧＬは映像表示素子用の保護ガラスを示している。
【実施例３】
【００５０】
実施例３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。実施例３において用いられる符号の意味や非球面式は、基本的に実施例１と同様である。
【００５１】
【表３】
2008268595.tif 000006
【００５２】
実施例３の広角レンズにおいても、実施例１と同様の利点を得ることができる。実施例３における、表３に示す以外の構成及び利点は、実施例１と基本的に同様なので説明を省略する。
【００５３】
本実施例における、光軸ＡＸから平坦面の周縁までの距離を、図４において符号Ｌ３で示す。本実施例ではＬ３＝5ｍｍとなっている。
【００５４】
また、第１レンズの、光軸近傍での厚みと、周縁近傍での厚みとの比は、以下の条件を満たしている。本実施例ではＤ２／Ｄ１＝0.8となっている。
0.7≦Ｄ２／Ｄ１≦２．０
【００５５】
さらに、本実施例の投写用広角レンズでは、半角での画角が50°とされており、４０°以上の範囲に含まれている。
【００５６】
本実施例の広角レンズのＦナンバーは、2.0とされており、２．０〜３．５の範囲に含まれている。
【００５７】
また、本実施例のレンズにおけるスポット分布図を図９に示す。この図によれば、スポット形状が小さくなっている。したがって、集光性が良くてディストーションが小さいレンズを提供することができる。
【００５８】
また、本実施例のＤ／Ｈ（図７参照）は、約０．３６と、１より小さくなっている。これは、第１レンズの第１面に平坦面を形成したためであると考えられる。
【００５９】
本実施例において、符号Ｐは照明光学系用プリズム、符号ＬＣＤは映像表示素子、符号ＧＬは映像表示素子用の保護ガラスを示している。
【００６０】
以下、前記した実施形態の広角レンズを装着できる広角プロジェクタの一例を、図１０及び図１１に基づいて説明する。
【００６１】
このプロジェクタＰＪは、主な要素として、筐体１（図１参照）と、光源２（図２参照）と、光変調素子３と、投写光学系４と、映像信号入力手段５と、画像処理回路６と、光変調素子ドライブ回路７と、光源制御回路８と、照明光学系９と、ＣＰＵ１０と、制御パネル１１とを備えている。
【００６２】
筐体１は、プロジェクタＰＪにおける内部機構を収納するものである。また、筐体１は、スクリーンの高さ方向における投影角を調整するための脚部１ａ（図１０）を備えている。
【００６３】
光源２は、投射されるべき光学像を形成するための光束を発生するものである。光源２としては、例えば、白色光を生じるランプやＬＥＤが用いられるが、光源の種類は特に制約されない。
【００６４】
光変調素子３は、光源２からの光束を変調することにより、投射されるべき光学像を形成するものである。光変調素子３は、例えば、液晶プロジェクタにおける液晶表示素子や、ＤＭＤプロジェクタにおけるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子である。ＤＭＤ素子においては、一画素に対応する微少な鏡の傾斜を制御することで、光源２からの光束を一画素単位で変調することができるようになっている。
【００６５】
投写光学系４としては、本実施形態の実施例１〜３に示す投写用広角レンズを用いることができる。
【００６６】
映像信号入力手段５は、外部から入力される映像信号を受け取るためのインタフェースを行う部分である。
【００６７】
画像処理回路６及び光変調素子ドライブ回路７は、映像信号入力手段５で受け取った映像信号に基づいて、光変調素子３を駆動するための駆動信号を生成するための部分である。
【００６８】
光源制御回路８は、制御パネル１１からの入力に従って、光源のＯＮ／ＯＦＦを制御する部分である。
【００６９】
照明光学系９は、光源２からの光束を光変調素子３に転送するものである。
【００７０】
ＣＰＵ１０は、予め組み込まれたコンピュータソフトウエアに従って、画像処理回路６などの各部の動作を制御するものである。
【００７１】
制御パネル１１は、筐体１の表面に露出しており、操作者からの指令を入力できる部分である。
【００７２】
本実施形態に係るプロジェクタにおける、映像信号入力手段５〜制御パネル１１の構成は、基本的に従来と同様でよいので、これ以上詳細な説明は省略する。
【００７３】
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による広角投写レンズの実施例１のレンズ構成図である。
【図２】本発明による広角投写レンズの実施例１の諸収差図である。
【図３】本発明による広角投写レンズの実施例１のスポット分布図である。
【図４】本発明による広角投写レンズの実施例２のレンズ構成図である。
【図５】本発明による広角投写レンズの実施例２の諸収差図である。
【図６】本発明による広角投写レンズの実施例２のスポット分布図である。
【図７】本発明による広角投写レンズの実施例３のレンズ構成図である。
【図８】本発明による広角投写レンズの実施例３の諸収差図である。
【図９】本発明による広角投写レンズの実施例３のスポット分布図である。
【図１０】本発明による広角投写レンズを備えたプロジェクタの一例を示す外観図である。
【図１１】図１０のプロジェクタにおける概略的なブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
ＧＬ  映像表示素子の保護ガラス
ＬＣＤ  映像表示素子
Ｐ  照明光学系用プリズム
ＰＪ  プロジェクタ
ＡＸ  光軸
【図１】
2008268595.tif 000007
【図２】
2008268595.tif 000008
【図３】
2008268595.tif 000009
【図４】
2008268595.tif 000010
【図５】
2008268595.tif 000011
【図６】
2008268595.tif 000012
【図７】
2008268595.tif 000013
【図８】
2008268595.tif 000014
【図１０】
2008268595.tif 000015
【図１１】
2008268595.tif 000016
【図９】
2008268595.tif 000017