【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、投影レンズ、特にCRT像を投影して大きな
画面を得るためのビデオプロジェクター用の投影レンズ
に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a projection lens, and more particularly to a projection lens for a video projector for projecting a CRT image to obtain a large screen.
近年、大画面のテレビジョン再生像を得る手法の一つ
として、ビデオプロジェクターが次第に普及しつつある
が、その再生像の品質を確保する上で投影レンズの性能
が重要な役割を担っている。2. Description of the Related Art In recent years, video projectors have been gradually spreading as one of the techniques for obtaining a large-screen television reproduction image, and the performance of a projection lens plays an important role in ensuring the quality of the reproduction image.
明るい投影像を得るために、口径比の大きな明るい投
影レンズが必要とされると同時に、CRT像面からスクリ
ーンまでの距離を短縮し、投影装置としてのキャビネッ
トの奥行きをコンパクトに収めるためには投影レンズ広
画角化が要求される。In order to obtain a bright projection image, a bright projection lens with a large aperture ratio is required, and at the same time, the projection is required to shorten the distance from the CRT image plane to the screen and to keep the depth of the cabinet as a projection device compact. A wide angle of view of the lens is required.
一般に、ビデオプロジェクターではＢ（青）、Ｇ
（緑）、Ｒ（赤）の３色のCRTに対応した３本の投影レ
ンズが必要とされ、レンズを小型軽量化してコストの低
減を図りつつ、上記のような高度な仕様を達成するため
に非球面プラスチックレンズを用いた投影レンズが各種
考案されている。Generally, B (blue), G
Three projection lenses corresponding to CRTs of three colors (green) and R (red) are required, and in order to achieve the above-mentioned advanced specifications while reducing the size and weight of the lenses and reducing costs. Various projection lenses using an aspheric plastic lens have been devised.
従来の投影レンズのうち、例えば、特開昭58−125007
号公報に開示されたものでは、第１図のレンズ構成図に
示す如く、３個のレンズから成っている。即ち、スクリ
ーン側（図中左側）より順に、正の屈折力を有する第１
レンズ群G1、正の屈折力を有して両凸形状の第２レンズ
群G2、負の屈折力を有しスクリーン側に強い曲率の面を
向けた第３レンズ群G3より構成されている。そして、第
１レンズ群G1と、第３レンズ群G3とに非球面を用いて結
像性能を良好にしているが、歪曲収差については、第２
図のように中間画角で正の方向に偏位し、最周辺で負の
方向に偏位し、所謂高次収差の曲がりが発生している。
投影レンズの歪曲収差が発生している。投影の歪曲収差
に第２図に示す如く、顕著な高次の曲がりが発生してい
る場合には、第３図に示す如く、スクリーン上でアオリ
の原理を用いて投影するときに、第4A図の如き像が第4B
図の如き歪みを持った像となり、CRT上での補正が困難
となる。そして、その結果、画角周辺部で色ズレが生
し、画質の低下となって現れていた。Among conventional projection lenses, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-125007
In the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-293, as shown in the lens configuration diagram of FIG. 1, it is composed of three lenses. That is, in order from the screen side (left side in the figure), the first having the positive refractive power
The lens group G1 includes a second lens group G2 having a positive refractive power and a biconvex shape, and a third lens group G3 having a negative refractive power and having a surface with a strong curvature directed to the screen side. ing. Then, a first lens group G1, although the good imaging performance by using an aspherical surface in the third lens group G3, for the distortion aberration, the second
As shown in the figure, the lens is deviated in the positive direction at the intermediate angle of view, and deviated in the negative direction at the outermost periphery, so that a so-called high-order aberration bending occurs.
The distortion of the projection lens has occurred. As shown in FIG. 2, when the projection distortion has a remarkable high-order bend as shown in FIG. 2, when the projection is performed on the screen using the tilting principle, as shown in FIG. The image as shown is 4B
The image becomes distorted as shown in the figure, and it becomes difficult to correct the image on the CRT. As a result, color shift occurs around the angle of view, and the image quality is reduced.
このような歪曲収差の高次収差を補正するために、第
２レンズG2とフィールドフラットナーとしての第３レン
ズ群G3との間に、スクリーン側に凸面を向けたメニスカ
スレンズを配置する構成を、先に本願と同一出願人によ
る特開昭63−85515号公報において提案した。しかしな
がら、先の構成は、明るさ及び広画角を十分に確保しつ
つ、歪曲収差の高次収差を良好に補正し得るものではあ
るが、より高投影倍率を有する投影レンズの構成として
は、未だ不十分な点があった。すなわち、投影倍率を上
げた分だけ諸収差も拡大され、これにより、明るさ及び
広画角を十分に確保することが困難となるため、この諸
収差を十分に補正する必要がある。In order to correct higher order aberrations such distortion, between the third lens group G3 of the second lens G2 and the field flattener, configured to place the meniscus lens having a convex surface facing the screen side Was previously proposed in JP-A-63-85515 by the same applicant as the present application. However, while the above configuration is capable of satisfactorily correcting higher-order aberrations of distortion while sufficiently securing brightness and a wide angle of view, as a configuration of a projection lens having a higher projection magnification, There were still inadequate points. That is, various aberrations are enlarged by an increase in the projection magnification, which makes it difficult to sufficiently secure brightness and a wide angle of view. Therefore, it is necessary to sufficiently correct these various aberrations.
そこで、本発明は、大口径及び広画角を有する構成と
ながらも、高投影倍率を実現し、高次の歪曲収差を初め
としてその他の収差をも同時に補正して総合的に良好な
る結像性能を有する投影レンズを提供することを目的と
している。Therefore, the present invention realizes a high projection magnification while having a configuration having a large aperture and a wide angle of view, and simultaneously corrects other aberrations including high-order distortion, thereby achieving an overall good imaging. It is an object of the present invention to provide a projection lens having high performance.
本発明による投影レンズは、基本的には本願と同一出
願人による先の特開昭63−85515号公報に開示した構成
に基づいている。そして、第５図のレンズ構成図に示す
如く、物体面としてのCRT上の画像をスクリーンに投影
するための投影レンズであって、スクリーン側から順
に、正の屈折力を有する第１レンズ群G1と、正の屈折力
を有する第２レンズ群G2と、正の屈折力を有する第３レ
ンズ群G3と、負の屈折力を有する第４レンズ群G4とを有
し、さらに前記第１レンズ群G1及び第３レンズ群G3が非
球面を有するように構成されている。そして、この基本
構成において、全系の焦点距離をｆとし、前記第１レン
ズ群G1の焦点距離をfG1、前記第３レンズ群G3の焦点距
離をfG3とするとき、 ０＜f/fG1＜0.25 ０＜f/fG3＜0.3 を満足するものである。The projection lens according to the present invention is basically based on the configuration disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-85515 by the same applicant as the present application. As shown in the lens configuration diagram of FIG. 5, a projection lens for projecting an image on a CRT as an object plane onto a screen, and a first lens group G having a positive refractive power in order from the screen side a1, a second lens group G2 having a positive refractive power, a third lens group G3 having a positive refractive power, a fourth lens group G4 having a negative refractive power, further wherein the first lens group G1 and the third lens group G3 is configured to have an aspheric surface. And when in this basic configuration, the focal length of the entire system is f, the focal length of the first lens group G1 to fG1, the focal length of the third lens group G3 and fG3, 0 <f / fG1 <0.25 0 <f / fG3 <0.3 is satisfied.
上記の如き基本構成により、第１レンズ群G1は、球面
収差と軸外のコマ収差の補正機能を持ち、第２レンズ群
G2は主に結像機能を有し、第３レンズ群G3は歪曲収差と
コマ収差を良好に補正する機能を持ち、第４レンズ群G4
はフィールドフラットナーとしてのペッツバールの和の
補正、即ち像面弯曲、非点収差の補正機能を有する。With the basic configuration as described above, the first lens group G1 has a function of correcting spherical aberration and off-axis coma, and the second lens group G1
G2 mainly has an image forming function, the third lens group G3 has a function of favorably correcting distortion and coma, and the fourth lens group G4
Has a function of correcting the sum of Petzval as a field flattener, that is, correcting the field curvature and astigmatism.
このような収差補正機能を十分に果たすには、第１レ
ンズ群G1、第３レンズ群G3中に少なくとも１つの面を非
球面化することが望ましい。また、非球面を有するレン
ズは、加工上、レンズ材質をプラスチック化することに
より、コストの大幅な低減が見込まれる。特に、非球面
プラスチックレンズの両面を非球面化することにより、
投影レンズを少ないレンズ構成枚数としながら、光学性
能を向上させることができる。In order to sufficiently fulfill such an aberration correction function, it is desirable that at least one surface in the first lens group G1 and the third lens group G3 be aspherical. For a lens having an aspherical surface, a significant reduction in cost is expected by processing the lens material into plastic. In particular, by making both surfaces of the aspherical plastic lens aspherical,
The optical performance can be improved while using a small number of lens components for the projection lens.
今述べた如く、第１レンズ群G1に球面収差と軸外のコ
マ収差の補正機能を持たせるには、上式（１）に示す如
く、第１レンズ群G1における適切な屈折力（パワー）を
規定する必要がある。As just described, in order to have a function of correcting the spherical aberration and off-axis coma aberration in the first lens group G1, as shown in the above equation (1), appropriate refractive power in the first lens group G1 ( Power).
この（１）式の上限を越えると、第１レンズ群G1の屈
折力が強くなり過ぎ、コマ収差が甚大に発生して、広画
角化が困難となるばかりでなく、歪曲収差もプラス側へ
大きくなる。反対に（１）式の下限を越えると、第１レ
ンズ群G1の屈折力が負となり、結像機能を有する第２レ
ンズ群G2の屈折力の負担が大きくなり、球面収差の補正
が難しくなる。このため、Ｆナンバが増大して光量を確
保できなくなるばかりか、レンズ系の大型化を招く恐れ
がある。Above the upper limit of the expression (1), too, the refractive power of the first lens group G1 is strong, and coma aberration is great occurs, not only a wide angle of view is difficult, even distortion plus It grows to the side. If the lower limit of the opposition to equation (1), refractive power of the first lens group G1 becomes negative, the burden of the refractive power of the second lens group G2 having the imaging function is increased, the correction of the spherical aberration It becomes difficult. For this reason, not only can the F number increase to make it impossible to secure the light amount, but also the lens system may be enlarged.
また、歪曲収差、コマ収差を良好に補正するには、こ
れらの収差補正に寄与している第３レンズ群G3を上式
（２）に示す如く、第３レンズ群G3における適切な屈折
力を規定する必要がある。Also, distortion, and to excellently correct coma, as shown the third lens group G3 that contribute to these aberrations corrected the above equation (2), a suitable refraction at the third lens group G3 You need to specify the power.
この（２）式の上限を越えると、第３レンズ群G3の屈
折力が強くなり、ペッツバール和を良好に保つために
は、第４レンズ群G4の屈折力を強くせねばならず、像高
の大きな光束についてのコマ収差の悪化を招き、さらに
は歪曲収差の曲がりが大きくなる。反対に（２）式の下
限を越えると、第３レンズ群G3の屈折力が負となり、結
像機能を有する第２レンズ群G2の屈折力の負担が大きく
なり、球面収差の補正が不十分となる。Above the upper limit of the expression (2), strong refractive power of the third lens group G3 is, to keep the Petzval sum better, the not a Senebanara strong refractive power of the fourth lens group G4, The coma aberration of the light beam having a large image height is deteriorated, and the curvature of the distortion is increased. If the lower limit of the opposed (2), the refractive power of the third lens group G3 is negative, the burden of the refractive power of the second lens group G2 having the imaging function is increased, the correction of the spherical aberration Will be insufficient.
さて、第１レンズ群G1における収差の補正効果を十分
に得るとともにコストの大幅な低減を確実に達成するに
は、具体的にこの第１レンズ群G1が、スクリーン側より
順に、スクリーン側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
成分L11と、スクリーン側に凸面を向けた負メニスカス
レンズ成分L12と、スクリーン側に凸面を向けたメニス
カス形状の非球面プラスチックレンズ成分L13とを有
し、この非球面プラスチックレンズ成分L13の近軸焦点
距離をfas1とするとき、 ０＜f/fas1＜0.25 （３） を満足することがより望ましい。Now, to reliably achieve a significant reduction in cost with sufficiently obtain the effect of correcting aberrations in the first lens group G1 is specifically the first lens group G1 is composed, in order from the screen side, the screen side has a positive meniscus lens component L11 with a convex surface, a negative meniscus lens component L12 with a convex surface facing the screen side, and a non-spherical plastic lens component L13 of the meniscus shape with a convex surface facing the screen side, when the paraxial focal length of the aspherical plastic lens component L13 and fas1, it is more desirable to satisfy the0 <f / f as1 <0.25 (3).
先にも述べた如く、低コストな非球面レンズを実現す
るには、レンズの材質をプラスチックで構成することが
極めて有利となるが、このプラスチックは、温度変化が
起因して屈折率及び形状が大きく変化することが知られ
ている。そして、一般に、ビデオプロジェクターは、非
常に温度変化の厳しい過酷な環境で使用されているた
め、温度変化により光学性能が劣化しないように温度補
償されなければならない。As described above, in order to realize a low-cost aspherical lens, it is extremely advantageous to form the lens material from plastic. However, this plastic has a refractive index and a shape due to a temperature change. It is known that it changes greatly. In general, a video projector is used in a severe environment in which a temperature change is extremely severe. Therefore, it is necessary to perform temperature compensation so that the optical performance is not deteriorated by the temperature change.
そのため、プラスチックレンズに弱い正の屈折力を持
たせることにより、温度変化が起因して屈折力及び形状
変化によるプラスチックレンズ自身の焦点距離変動を、
同じく温度変化に伴う投射レンズ全体のバックフォーカ
ス変動で極めて良好にバランスさせることが可能とな
る。Therefore, by giving the plastic lens a weak positive refractive power, the change in the focal length of the plastic lens itself due to the refractive power and shape change due to temperature change,
Similarly, a very good balance can be achieved by the back focus fluctuation of the entire projection lens due to the temperature change.
また、収差補正上における温度補償を達成するには、
非球面プラスチックレンズは極力屈折力を持たせず、主
に高次の諸収差を補正するための形状を有する構成とす
ることが望ましい。In order to achieve temperature compensation for aberration correction,
It is desirable that the aspherical plastic lens has a configuration that does not have refractive power as much as possible and has a shape mainly for correcting various higher-order aberrations.
したがって、温度変化に伴う最良画像変動と収差変動
との両者を良好にバランスさせる必要がある。Therefore, it is necessary to favorably balance both the best image variation and the aberration variation due to the temperature change.
そこで、（３）式は非球面プラスチックレンズ成分L
13の近軸領域での適切な屈折力を規定するものである。
この（３）式の範囲を越えると、温度変化が起因するプ
ラスチックの屈折率、形状の変化に伴う像面移動が大き
くなる。また、（３）式の上限を越えると、球面収差が
補正不足となるばかりか、コマ収差についての収差バラ
ンスが崩れる。反対に（３）式の下限を越えると、球面
収差が補正過剰となり、特に斜光束に対する発散作用が
増大するのでこの斜光束が第２レンズ群G2を通過する高
さが高くなり、コマ収差が甚大に発生する。Therefore, equation (3) is an aspheric plastic lens component L
It defines the appropriate refractive power in the13 paraxial regions.
When the value exceeds the range of the expression (3), the image plane movement accompanying the change in the refractive index and the shape of the plastic caused by the temperature change becomes large. When the value exceeds the upper limit of the expression (3), not only the spherical aberration is insufficiently corrected, but also the aberration balance of the coma aberration is lost. If the lower limit of the opposed (3), spherical aberration is corrected excessively, the oblique beam height is high to pass through the second lens group G2 In particular, since the diverging action on the oblique beam is increased, comatic aberration Occurs significantly.
このように（３）式を満足すれば、温度変化に伴う光
学性能変動を最小限に抑えて、非球面の効果を最大限に
引出し、高次の球面収差及びコマ収差を良好に補正して
投影レンズの総合的な光学性能の向上を達成することが
できる。As described above, when the expression (3) is satisfied, the fluctuation of the optical performance due to the temperature change is minimized, the effect of the aspheric surface is maximized, and the high-order spherical aberration and coma are corrected well. An improvement in the overall optical performance of the projection lens can be achieved.
更に、第３レンズ群G3における良好なる補正効果を十
分に得つつ、コストの低減を確実に得るには、具体的に
この第３レンズ群G3は、スクリーン側より順に、スクリ
ーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ成分L31と、
両凸形状の非球面プラスチックレンズ成分L32とを有
し、 この非球面プラスチックレンズ成分L32の近軸焦点距
離をfas3とするとき、 ０＜f/fas3＜0.4 （４） を満足することが望ましい。Furthermore, while satisfied, a good correction effect in the third lens group G3 sufficiently, to obtain reliably reduce costs, specifically the third lens group G3 is composed, in order from the screen side, convex to the screen side A negative meniscus lens component L31
And a plastic aspherical lens component L32 of a biconvex shape, a paraxial focal length of the aspherical plastic lens component L32 when the fas3, satisfying0 <f / f as3 <0.4 (4) It is desirable.
この（４）式は、先に述べた第１レンズ群G1の非球面
プラスチックレンズL13と同様に、温度変化に伴う収差
変動と最良像面変動との両者を良好にバランスさせて、
非球面の効果を最大に得ることにより、総合的に良好な
る光学性能を得るためのものである。The equation (4), like the plastic aspherical lens L13 of the first lens group G1 as described above, with good balance the both the aberration fluctuation and the best image plane variation due to temperature change,
The purpose is to obtain an overall good optical performance by obtaining the effect of the aspheric surface to the maximum.
（４）式は非球面プラスチックレンズ成分L32の近軸
領域での適切な屈折力を規定するものである。この
（４）式の範囲を越えると、温度によるプラスチックの
屈折率、形状の変化に起因する像面移動が大きくなる。
また（４）式の上限を越えると、非球面プラスチックレ
ンズ成分L32の屈折力が大きくなり、非球面の効果を最
大限得てしても、高次の歪曲収差の曲がりが大きくな
り、コマ収差も補正しきれない。逆に（４）式の下限を
越えると、非球面プラスチックレンズ成分L32の屈折力
が負となって、結像機能を有する第２レンズ群G1の屈折
力の負担が大きくなり、球面収差の悪化を招く。また、
歪曲収差も補正過剰となりばかりか、コマ収差の補正も
困難となる。(4) is to define an appropriate refractive power in a paraxial region of the aspheric plastic lens component L32. When the value exceeds the range of the expression (4), the image plane movement due to the change in the refractive index and the shape of the plastic due to the temperature increases.
Also above the upper limit of (4), the refractive power of the aspherical plastic lens component L32 is increased, even to obtain maximum effect of the aspherical surface, higher order distortion curvature becomes large, the coma aberration correction I can't do it. Conversely, when the (4) exceeds the lower limit of expression, the refractive power of the aspherical plastic lens component L32 is a negative, the burden of the refractive power of the second lens group G1 having an imaging function is increased, the spherical aberration Causes deterioration. Also,
Not only does distortion become overcorrected, but it becomes difficult to correct coma.
また、この第３レンズ群G3を、レンズ頂点付近で正メ
ニスカス形状を有し、スクリーン側に凸面を向けた非球
面プラスチックレンズのみで構成することも可能であ
る。このとき、温度変化による光学性能の劣化を軽減す
るには、上記の（４）式を満足することが望ましい。Further, the third lens group G3, has a positive meniscus shape in the vicinity of the lens vertex, it is also possible to configure only the aspherical plastic lens having a convex surface facing the screen side. At this time, in order to reduce the deterioration of the optical performance due to the temperature change, it is desirable to satisfy the above-mentioned expression (4).
さて、第１レンズ群G1においては球面収差及びコマ収
差を良好に補正するための機能を有しているが、このと
き、この第１レンズ群G1の補正機能を十分に持たせつ
つ、レンズ系全体としての諸収差をバランス良く補正
し、さらには、投影レンズ全体のコンパクト化を図るに
は、第１レンズ群G1の最もスクリーン側のレンズ面の頂
点から第２レンズ群G2の最もスクリーン側のレンズ面の
頂点までの軸上距離をD12とし、第２レンズ群G2の最もC
RT側のレンズ面の頂点から第４レンズ群G4の最もスクリ
ーン側のレンズ面の頂点までの軸上距離をD24とすると
き、 0.9＜D12/D24＜1.5 （５） を満足することがより望ましい。Now, in the first lens group G1 has a function for favorably correcting spherical aberration and coma aberration, but this time, while sufficiently providing a correction function of the first lens group G1, the aberrations of the entire lens system well-balanced correction, further, the reduce the size of the entire projection lens, from the vertex of the most screen side lens surface of the first lens group G1 of the second lens group G2 most on-axis distance to the vertex of the lens surface of the screen side and D12, most C in the second lens group G2
When the axial distance from the vertex of the lens surface of the RT side to the apex of the most-screen side lens surface of the fourth lens group G4 and D24, satisfies0.9 <D 12 / D 24 < 1.5 (5) It is more desirable.
この（５）式の下限を越えると、第１レンズ群G1が第
２レンズ群G2に近づき非点収差及びコマ収差の補正が困
難となる。反対に（５）式の上限を越えると、レンズ系
の全長が極めて大きくなるため、レンズ系全体としての
大きさや、重さが大きくなる。If the lower limit of the equation (5), the first lens group G1 is correct astigmatism and coma aberration becomes difficult approaches the second lens group G2. Conversely, if the value exceeds the upper limit of the expression (5), the overall length of the lens system becomes extremely large, so that the size and weight of the entire lens system become large.
また、本発明の投影レンズの光量を十分に確保しつ
つ、コマ収差等を良好に補正するには、第１レンズ群G1
と第２レンズ群G2との空気間隔をd12とし、全系の焦点
距離をｆとするとき、 0.15＜d12/f＜0.4 （６） を満足することがより好ましい。In order to sufficiently correct coma and the like while sufficiently securing the light amount of the projection lens of the present invention, the first lens group G1
When the air space between the second lens group G2 and d12, when the focal length of the entire system that is f, and more preferably satisfies the0.15 <d 12 /f<0.4 (6) .
（６）式の下限を越えると、第１レンズ群G1と第２レ
ンズG2との空気間隔が狭くなり、サジタル方向のコマ収
差が悪化して補正が極めて困難となる。逆に（６）式の
上限を越えると、第１レンズ群G1と第２レンズG2との空
気間隔が広くなるため、周辺光量を確保することが困難
となる。これを克服するにはレンズ系を大きくせねばな
らず好ましくない。しかも、第２レンズ群G2を通過する
斜光線の入射高が高くなるため、コマ収差が甚大に発生
する。If the lower limit of equation (6), the first lens group G1 and the narrower the air gap between the second lens G2, the correction coma in the sagittal direction is deteriorated it is extremely difficult. Above the upper limit of the inverse in (6), since the air gap between the first lens group G1 and the second lens G2 becomes wide, it is difficult to ensure the peripheral light amount. To overcome this, the lens system must be enlarged, which is not preferable. Moreover, since the incident height of the oblique light rays passing through the second lens group G2 becomes high, coma enormous be generated.
さて、本発明による投影レンズは高倍率を実現するも
のであるが、特に、投影倍率を拡大することに伴って収
差が比例拡大し、特に、色収差を補正するのは極めて難
しい状況となる。Now, the projection lens according to the present invention realizes high magnification, but in particular, the aberration increases proportionally with the increase in the projection magnification, and it is extremely difficult to correct chromatic aberration.
このため、本発明においては、第２レンズ群G2に正レ
ンズL21と負レンズL22との貼り合わせよりなる貼り合わ
せレンズを配置することによりこの色収差を良好なる補
正を実現している。Therefore, in the present invention, the chromatic aberration is realized Naru better corrected by placing becomes cemented lens than bonding of the second lens group G2 and the positive lens L21 and the negative lens L22.
このとき、貼り合わせレンズの色補正効果を十分に発
揮させるには、第１レンズ群中のスクリーン側に凸面を
向けた正メニスカスレンズ成分L11のｅ線（λ＝546.1n
m）に対するアッベ数をν11、第１レンズ群中のスクリ
ーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズ成分L12線
（λ＝546.1nm）に対するアッベ数をν12とするとき、 25＜ν11−ν12＜36 （７） を満足することが好ましい。At this time, in order to sufficiently exhibit the color correction effect of the cemented lens, e-line of the positive meniscus lens component L11 having a convex surface facing the screen side in the first lens group (λ = 546.1n
When the Abbe number for m) is ν11 , and the Abbe number for the negative meniscus lens component L12 line (λ = 546.1 nm) with the convex surface facing the screen side in the first lens group is ν12 , 25 <ν11 − It is preferable to satisfy ν12 <36 (7).
この（７）式の範囲を越えると、第１レンズ群中の正
メカニズムレンズ成分L11と負メニスカスレンズレンズ
成分L12とによる色収差補正と、第２レンズ群中の貼り
合わせレンズの色収差補正とのバランスが崩れ、軸上色
収差補正を優先させると、倍率色収差の補正が困難とな
る。Beyond the scope of this equation (7), the chromatic aberration correction by a positive mechanism lens component L11 in the first lens group and a negative meniscus lens lens component L12, and chromatic aberration correction of the cemented lens in the second lens group If the balance is lost, and priority is given to axial chromatic aberration correction, it becomes difficult to correct lateral chromatic aberration.
また、投影レンズ全体としての良好なる収差バランス
を達成するには、この第２レンズ群G2中に配置される接
合レンズを構成する正レンズL21と負レンズL22のｅ線
（λ＝546.1nm）に対する屈折率をそれぞれn21、n22と
するとき、 n22−n21＞0.15 （８） を満足することがより好ましい。In order to achieve a good aberration balance of the entire projection lens, the e-line (λ = 546.1) of the positive lens L21 and the negative lens L22 constituting the cemented lens disposed in the second lens group G2 is used. Assuming that the refractive indices with respect to nm) are n21 and n22 , it is more preferable that n22 −n21 > 0.15 (8) is satisfied.
この（８）式は球面収差及びコマ収差を良好に補正す
るためのものであり、（８）式の範囲を越えると、特
に、外側コマ収差の補正が極めて困難となる。The equation (8) is for favorably correcting spherical aberration and coma. If the range exceeds the range of the equation (8), it becomes extremely difficult to correct especially outer coma.
以下、本発明による実施例について詳述する。 Hereinafter, examples according to the present invention will be described in detail.
第５図、第７図、第９図はそれぞれ順に本発明による
第１〜３実施例のレンズ構成図である。FIGS. 5, 7, and 9 are lens configuration diagrams of first to third embodiments according to the present invention, respectively.
第１及び第２実施例の投影レンズは、スクリーン側か
ら順に、スクリーン側に凸面を向けたガラス製の正メニ
スカスレンズレンズL11、同じくスクリーン側に凸面を
向けたガラス製の負メニスカスレンズレンズL12、スク
リーン側に凸面を向けたメニスカス形状のプラスチック
レンズL13とで構成される正の屈折力を有する第１レン
ズ群G1と、両凸形状のガラス製の正レンズL21、これに
接合されてCRT側に凸面を向けたガラス製の負メニスカ
スレンズレンズL22とで構成される正の屈折力を有する
第２レンズ群G2と、スクリーン側に凸面を向けたガラス
製の負メニスカスレンズレンズL31、プラスチックレン
ズL32とで構成される正の屈折力を有する第３レンズ群G
3と、スクリーン側に強い曲率の面を向けたガラス製の
負レンズL41よりなる負の屈折力を有する第４レンズ群G
4とがそれぞれ配置されている。Projection lenses of the first and second embodiment, in order from the screen side, a glass positive meniscus lens lens L11 with a convex surface facing the screen side, also a negative meniscus lens lens L made of glass with a convex surface facing the screen side12, a plastic lens L13 of a meniscus shape with a convex surface on the screen side of the first lens group G1 having a positive refractive power composed of a glass of the positive lens L21 of double-convex shape, joined thereto has been the second lens group G2 having a positive refractive power composed of a negative meniscus lens lens L22 made of glass having a convex surface on the CRT side, glass of the negative meniscus lens having a convex surface directed toward the screen side A third lens group G having a positive refractive power and including a lens L31 and a plastic lens L32
3, the fourth lens group having a negative refractive power made of glass of the negative lens L41 with its surface with a stronger curvature on the screen side G
4 and are arranged respectively.
そして、これらの後方には、さらに投影レンズとCRT
をカップリングする目的で光学的にほぼ平行平面板とし
て扱えるシリコンゴムＳ及びほぼ平行平面のCRT前面ガ
ラスＧを介して、物体面としての蛍光面Ｐが配置されて
いる。Behind them are a projection lens and a CRT
A fluorescent screen P as an object plane is disposed via a silicon rubber S that can be optically treated as a substantially parallel plane plate and a CRT front glass G having a substantially parallel plane for the purpose of coupling.
第３実施例については、基本的には第１及び第２実施
例と同様なレンズ構成を有しているが、第３レンズ群G3
がスクリーン側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面
プラスチックレンズL31より構成されている。The third embodiment basically has the same lens configuration as the first and second embodiments, but the third lens group G3
There are formed of a plastic aspherical lens L31 of a meniscus shape with a convex surface facing the screen side.
各実施例の第１レンズ群G1及び第３レンズ群G3中に配
置されるプラスチックレンズは、両面が非球面で構成さ
れている。Plastic lens element which is disposed in the first lens group G1 and the third lens group G3 of each embodiment, both sides are aspherical.
また、各非球面プラスチックレンズは何れも近軸領域
において弱い正の屈折力を有しているため、温度変化に
伴う焦点距離変動を、同じく温度変化に伴うレンズ系全
体のバックフォーカス変動で相殺させることができる極
めて有利な構成となっているため、温度変化による結像
性能が保証される。In addition, since each aspheric plastic lens has a weak positive refractive power in the paraxial region, the focal length fluctuation caused by the temperature change is also offset by the back focus fluctuation of the entire lens system caused by the temperature change. Since the configuration is very advantageous, the imaging performance due to a temperature change is guaranteed.
以上の如く、第１レンズ群G1及び第３レンズ群G3にお
いて非球面プラスチックレンズを配置することによる収
差補正上の面からも製造コストの面からも極めて有利と
なるが、全系中で最も屈折力が強い、すなわち結像機能
を有する第２レンズ群G2を硝子レンズで構成することに
より温度変化による性能劣化を最小限に抑えている。As mentioned above, it becomes extremely advantageous in terms of manufacturing costs in terms of aberration correction by disposing the aspherical plastic lenses in the first lens group G1 and the third lens group G3, in entire system most power is strong, that is, to minimize the performance degradation caused by temperature change by configuring the second lens group G2 having an imaging function with glass lenses.
また、色収差補正に機能している第１レンズ群中の正
メニスカスレンズL11及び負メニスカスレンズL12と、第
２レンズ群中の両凸形状の正レンズL21及びこれに接合
されてCRT側に凸面を向けた負メニスカスレンズレンズL
22と共に硝子レンズで構成しているため、温度変化によ
る色収差の劣化が少ない極めて有利な構成となってい
る。Further, a positive meniscus lens L11 and a negative meniscus lens L12 in the first lens group which functions to correct chromatic aberration, a positive lens L21 and the CRT is joined thereto biconvex in the second lens group Meniscus lens L with convex surface facing
Since it is composed of a glass lens together with22 , the chromatic aberration is not significantly degraded due to a temperature change.
次に、第１実施例の諸元を以下の表１に掲げる。表
中、r1、r2、r3……はスクリーン側からの順次の各レン
ズ面の曲率半径を表し、d1、d2、d3……は各レンズ中心
厚及びレンズ面間隔、n1、n2、n3……は各レンズのｅ線
（λ＝546.1nm）に対する屈折率、ν１、ν２、ν３…
…は各レンズのｅ線（λ＝546.1nm）に対するアッベ数
を表す。また、f1、f2、f3は各レンズ群の焦点距離、ｆ
は全系の焦点距離を表す。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、Ｃを頂点曲率、ｋを円
錐定数、A2,A4,A6,A8,A10は非球面係数とするとき、で表わされる回転対称な非球面であり、表中にこれらの
値も示した。また、表中のレンズ面番号の左側の＊印は
非球面を表しており、円錐定数及び非球面係数における
指数、すなわち10-nをＥ−ｎとして表している。（以下
の実施例についても同様） 本実施例の第１レンズ群中のメニスカス形状を有する
非球面プラスチックレンズL13についてのスクリーン側
面は、光軸から周辺へ行くに従い漸進的に正の面屈折力
が弱くなる形状を有し、このプラスチックレンズL13のC
RT側のレンズ面は光軸から周辺へ行くに従い漸進的に負
の面屈折力が強くなるような形状を有している。これに
より、スクリーン側に位置する正、負の２枚のガラス製
のメニスカスレンズで補正しきれない、高次の球面収差
及びコマ収差の補正機能を十分に発揮させている。Next, the specifications of the first embodiment are shown in Table 1 below. In the table, r1 , r2 , r3 ... Represent the radii of curvature of the respective lens surfaces sequentially from the screen side, and d1 , d2 , d3 ,.1, n2, n3 ...... the e-line of each lens (lambda = 546.1 nm) refractive indexfor, ν 1, ν 2, ν 3 ...
Represents the Abbe number of each lens with respect to the e-line (λ = 546.1 nm). F1 , f2 and f3 are the focal length of each lens unit, f
Represents the focal length of the entire system. Further, in the aspherical surface shape, in the rectangular coordinates with the optical axis direction as the X axis, C is the apex curvature, k is the conic constant, and A2 , A4 , A6 , A8 , A10 are the aspherical coefficients, And a rotationally symmetric aspheric surface represented by the following formula, and these values are also shown in the table. Further, an asterisk on the left side of the lens surface number in the table indicates an aspherical surface, and an exponent in the conical constant and the aspherical coefficient, that is, 10−n is represented as En. (The same applies to the following examples) Screen side of the plastic aspherical lens L13 having a meniscus shape in the first lens group of this embodiment has a progressively positive surface power becomes weaker shape as it goes to the periphery from the optical axis, this Plastic lens L13 C
The lens surface on the RT side has a shape such that the negative surface refractive power gradually increases from the optical axis toward the periphery. As a result, a function of correcting high-order spherical aberration and coma aberration, which cannot be corrected by the two positive and negative glass meniscus lenses located on the screen side, is sufficiently exhibited.
また、第３レンズ群中の非球面プラスチックレンズL
32は近軸領域では両凸形状進しており、周辺部ではスク
リーン側へ湾曲した陣笠状のレンズ形状を有している。
そして、この非球面プラスチックレンズL32のスクリー
ン側面は光軸から周辺へ行くに従い、漸進的に正の面屈
折力が弱くなり、周辺部においては急激に正の面屈折力
が弱くなる形状を有している。一方、このプラスチック
レンズL32のCRT側のレンズ面の周辺部では面屈折力の効
果が反転する変曲点を持った特殊な形状を有している。
すなわち、光軸から周辺へ行くに従い漸進的に正の面屈
折力が弱くなり、周辺領域に近づくに伴い逆に正の面屈
折力が強くなる形状を有している。これにより、高次の
歪曲収差及びコマ収差の補正機能を十分な発揮させてい
る。Also, the aspheric plastic lens L in the third lens group
32 has a biconvex shape in the paraxial region, and has a lens-shaped lens shape curved to the screen side in the peripheral portion.
Then, in accordance with the screen side of the aspherical plastic lens L32 to go around the optical axis, progressively positive surface power becomes weak, have a rapid positive surface power becomes weaker shape in the peripheral portion doing. On the other hand, in the peripheral portion of the CRT side of lens surface of the plastic lens L32 has a special shape with an inflection point for reversing the effects of surface power.
That is, the positive surface refractive power gradually decreases as going from the optical axis to the periphery, and conversely, the positive surface refractive power increases as approaching the peripheral region. Thereby, the function of correcting high-order distortion and coma is sufficiently exhibited.
尚、ここで言う面屈折力とは、ある屈折面の任意の１
点に入射するある任意の光線の入射角と射出角との差、
すなわち偏角をその屈折点近傍の微小な面の面屈折力と
定義し、その屈折点近傍に入射する平行光線が屈折後収
斂する時、その面の面屈折力を正の面屈折力とし、屈折
後発散する時、その面の屈折力を負の面屈折力と定義す
る。In addition, the surface refracting power referred to here is an arbitrary one of a certain refracting surface.
The difference between the angle of incidence and the angle of exit of any ray incident on a point,
That is, the declination is defined as the surface power of a minute surface near the refraction point, and when the parallel rays incident near the refraction point converge after refraction, the surface power of the surface is defined as a positive surface power. When diverging after refraction, the refractive power of the surface is defined as negative surface refractive power.
さて、第６図に第１実施例についての収差図を示す。
これらの収差図は、スクリーン側から光線が入射するも
のとし、CRT面上での収差量を表している。尚、各収差
図におけるｅは、基準光線としてのｅ線（λ＝546.1n
m）を示しており、ｇはｇ線（λ＝435.8nm）、ｃはｃ線
（λ＝656.3nm）を示している。また各収差図中の非点
収差におけるｍはメリジオナル像面、ｓはサジタル像面
を示している。FIG. 6 is an aberration diagram for the first embodiment.
These aberration diagrams show the amount of aberration on the CRT surface, assuming that light rays are incident from the screen side. Note that e in each aberration diagram is e-line (λ = 546.1n) as a reference light beam.
m), g indicates a g-line (λ = 435.8 nm), and c indicates a c-line (λ = 656.3 nm). In each astigmatism diagram, m denotes a meridional image plane, and s denotes a sagittal image plane.
次に、第２実施例による投影レンズは、第７図に示す
如く、基本的には先に述べた第１実施例と同様なレンズ
構成を有しているが、投影レンズの投影倍率を約18.5倍
にしたものである。Next, as shown in FIG. 7, the projection lens according to the second embodiment has basically the same lens configuration as that of the first embodiment described above, but the projection magnification of the projection lens is reduced to about This is 18.5 times.
そして、第1,第２レンズ群中に設けられた非球面プラ
スチックレンズは、第１実施例のものと同様な非球面形
状を有している。特に、第１実施例のものと比べて、第
１レンズ群中の非球面プラスチックレンズのCRT側の非
球面は、光軸から周辺へ行くに従って漸進的に負の屈折
力が強くなり、有効半径（有効径の半分）に対して７割
程度となる光軸からの高さとなると基準球面からの変位
置が最大となるような形状を有している。The aspherical plastic lenses provided in the first and second lens groups have the same aspherical shape as that of the first embodiment. In particular, as compared with the first embodiment, the aspherical surface on the CRT side of the aspherical plastic lens in the first lens group has a gradually increasing negative refractive power from the optical axis toward the periphery, and has an effective radius. It has a shape such that when it is at a height from the optical axis that is about 70% of (half of the effective diameter), the displacement from the reference spherical surface becomes the maximum.
以下の表２に第２実施例の諸元を掲げる。 Table 2 below summarizes the data of the second embodiment.
また、第８図には第２実施例についての諸収差図を示
す。 FIG. 8 shows various aberration diagrams for the second embodiment.
さて、第３実施例による投影レンズは、第９図に示す
如く、第1,第２及び第４レンズ群について基本的に先に
述べた第１実施例と同様なレンズ構成を有しているが、
第４レンズ群においては、スクリーン側へ凸面を向けた
メニスカス形状の非球面プラスチックレンズのみで構成
している。Now, as shown in FIG. 9, the projection lens according to the third embodiment has a lens configuration basically similar to that of the first embodiment described above for the first, second and fourth lens groups. But,
The fourth lens group includes only a meniscus-shaped aspheric plastic lens having a convex surface facing the screen side.
本実施例においては、第１及び第２実施例と比べて、
第１及び第３レンズ群でのプラスチックレンズに設けら
れた非球面は、周辺領域における基準球面からの変位量
を大きくして、非球面による効果を最大限に得たもので
ある。In this embodiment, compared to the first and second embodiments,
The aspherical surfaces provided on the plastic lenses in the first and third lens groups increase the amount of displacement from the reference spherical surface in the peripheral region to maximize the effect of the aspherical surface.
具体的には、第１レンズ群中の非球面プラスチックレ
ンズL13のスクリーン側の非球面の周辺領域では基準球
面からの変位量が大きくなって正の屈折力が急激に弱く
なり、一方CRT側の非球面は、第1,第２実施例のものと
は逆に、光軸から周辺へ行くに従って負の面屈折力が弱
くなる形状を有している。Specifically, the positive refractive power is abruptly weakened increases the amount of displacement from a reference spherical surface in the peripheral region of the screen side of the aspherical surface of the first lens aspherical plastic lenses in group L13, whereas the CRT The aspheric surface has a shape in which the negative surface refractive power becomes weaker from the optical axis toward the periphery, contrary to the first and second embodiments.
また、第３レンズ群中の非球面プラスチックレンズL
31のスクリーン側の非球面は、光軸から周辺へ行くに従
って正の面屈折力が弱くなる形状を有し、一方CRT側の
非球面は、光軸から周辺へ行くに従って負の面屈折力が
強くなる形状を有している。Also, the aspheric plastic lens L in the third lens group
The aspherical surface on the screen side of31 has a shape in which the positive surface refractive power decreases as going from the optical axis to the periphery, while the aspherical surface on the CRT side has a negative surface refractive power as going from the optical axis to the periphery. It has a strong shape.
第10図には第３実施例についての諸収差図を示す。 FIG. 10 shows various aberration diagrams for the third embodiment.
以上の如く各実施例についての収差図によれば、各実
施例とも、高投影倍率、広画角及び大口径であるにもか
かわらず、諸収差が良好に補正されており、特に、歪曲
収差が良好に補正され、また高投影倍率化を図るときに
問題となる色収差が良好に補正されていることが明らか
である。As described above, according to the aberration diagrams for each embodiment, in each embodiment, despite the high projection magnification, the wide angle of view, and the large aperture, various aberrations are satisfactorily corrected. It is clear that chromatic aberration, which is a problem when achieving a high projection magnification, is satisfactorily corrected.
尚、以下の表４において本発明による各実施例につい
ての条件対応数値表を掲げる。Table 4 below shows a numerical value table corresponding to the conditions for each embodiment according to the present invention.
尚、本発明による投影レンズについてのフォーカシン
グは、内焦方式で行うことが望ましい。 It is desirable that focusing of the projection lens according to the present invention be performed by an in-focus method.
そして、投影レンズの第１レンズ面とスクリーンまで
の距離が長くなって倍率が拡大した場合、最もスクリー
ン側に位置する第１レンズ群G1の正メニスカスレンズL
11と、最もCRT側に位置する第４レンズ群G4のスクリー
ン側に強い凹面を向けた負レンズL41とのレンズを固定
して、第１レンズ群G1の負メニスカスレンズL12、第２
レンズ群G2及び第３レンズ群G3を光軸に沿って一体的に
移動させることによりフォーカシングが達成される。When the distance to the first lens surface and the screen of the projection lens is enlarged magnification longer, the positive meniscus lens of the first lens group G1 which is located closest to the screen side L
11 and, most of the fourth lens group G4 which is located on the CRT side lens of a negative lens L41 having a strong concave surface on the screen side and fixed, a negative meniscus lens L12 of the first lens group G1, the 2
Focusing is achieved by integrally moving the lens group G2 and the third lens group G3 along the optical axis.
また、投影レンズの第１レンズ面とスクリーンまでの
距離が短くなって倍率が縮小した場合、第１レンズ群G1
のガラス製の２枚の正，負メニスカスレンズと、最もCR
T側に位置する第４レンズ群G4のスクリーン側に強い凹
面を向けた負レンズL41とのレンズを固定して、第１レ
ンズ群G1の非球面プラスチックレンズL13、第２レンズ
群G2及び第３レンズ群G3を光軸に沿って一体的に移動さ
せることによりフォーカシングが達成される。When the distance between the first lens surface of the projection lens and the screen is reduced and the magnification is reduced, the first lens group G1
Glass, two positive and negative meniscus lenses and the most CR
Fixing the lens of a negative lens L41 having a strong concave surface on the screen side of the fourth lens group G4 which is located on the T side, an aspheric plastic lens L13 of the first lens group G1, the second lens group focusing is achieved by moving integrally with G2 and the third lens group G3 along the optical axis.
特に、第３実施例については、第１レンズ群G1から第
３レンズ群G3までを一体的に光軸に沿ってスクリーン側
へ移動させることにより、良好なる収差バランスを確保
した状態でフォーカシングが達成される。In particular, for the third embodiment, by moving the first lens group G1 to the screen side along the integrally optical axis to the third lens group G3, focusing while ensuring the aberration balance Naru good Is achieved.
さらに、フォーカシングに際して、第１レンズ群G1の
ガラス製の２枚の正，負メニスカスレンズと、最もCRT
側に位置する第４レンズ群G4のスクリーン側に強い凹面
を向けた負レンズL41とのレンズを固定した状態で、第
２レンズ群G2及び第３レンズ群G3とを光軸に沿って一体
的に移動させつつ、これとは独立に第１レンズ群G1の非
球面プラスチックレンズL13を光軸に沿って移動させる
ことにより、球面収差を悪化させることなくスクリーン
に投影される像の像面の曲がりを極めて良好に補正する
ことができる。Further, upon focusing, two positive made of the first lens group G1 glass, a negative meniscus lens, most CRT
In a state in which the lens is fixed to the the negative lens L41 having a strong concave surface on the screen side of the fourth lens group G4 which is located on the side, and a second lens group G2 and the third lens group G3 to the optical axis while moving integrally along, by moving the plastic aspherical lens L13 of the first lens group G1 is independently along the optical axis and which is projected on the screen without deteriorating the spherical aberration The curvature of the image plane of the image can be corrected very well.
以上の如く、本発明によれば、口径比1:1.25程度の明
るさと、半画角25゜に達する広画角と、投影倍率が18.5
倍〜28.7倍にも達する高倍率でありながら、極めて優れ
た結像性能を持ち、特に、歪曲収差及び色収差が良好に
補正されたビデオプロジェクター用投影レンズが達成さ
れる。As described above, according to the present invention, a brightness having an aperture ratio of about 1: 1.25, a wide angle of view reaching a half angle of view of 25 °, and a projection magnification of 18.5
A projection lens for a video projector, which has extremely high imaging performance at a high magnification of 2 to 28.7 times and in which distortion and chromatic aberration are particularly well corrected.
広画角であるために、装置の小型に構成することがで
きると共に、広画角であるにもかかわらず歪曲収差の高
次の曲がりが良好に補正されているため、３管式の投影
装置とする場合に、アオリの効果による倍率変化をCRT
の走査倍率の変更によって容易に補正することが可能と
なる。また、高投影倍率にもかかわらず、色収差が良好
に補正されているため、高品位画像（High Vision）用
としても十分に対応できる。Since the angle of view is wide, the apparatus can be configured to be small, and high-order bending of distortion is well corrected despite the wide angle of view. And the change in magnification due to the tilt
Can be easily corrected by changing the scanning magnification. In addition, the chromatic aberration is satisfactorily corrected in spite of the high projection magnification, so that it can sufficiently cope with high quality images (High Vision).
これにより、B,G,Rの３管による像が周辺部において
も正確に重ねられ、色にじみのない鮮明なカラー投影像
を得ることができる。As a result, images from the three tubes B, G, and R are accurately superimposed even in the peripheral portion, and a clear color projection image without color blur can be obtained.
第１図は従来の投影レンズの一例を示すレンズ構成図で
ある。第２図は第１図に示した公知の投影レンズの歪曲
収差図である。第３図は３管式のビデオプロジェクター
の配置を示す図である。第4A図及び第4B図はアオリによ
る投影像の変形の様子を示す図である。第５図、第７
図、第９図はそれぞれ順に第１〜第３実施例についての
レンズ構成図である。第６図、第８図、第10図はそれぞ
れ順に第１〜第３実施例についての諸収差図である。 〔主要部分の符号の説明〕 G1……第１レンズ群 G2……第２レンズ群 G3……第３レンズ群 G4……第４レンズ群FIG. 1 is a lens configuration diagram showing an example of a conventional projection lens. FIG. 2 is a distortion diagram of the known projection lens shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of a three-tube video projector. FIG. 4A and FIG. 4B are views showing how a projected image is deformed by tilt. FIG. 5, FIG.
FIG. 9 and FIG. 9 are lens configuration diagrams for the first to third examples, respectively. FIG. 6, FIG. 8, and FIG. 10 are various aberration diagrams for the first to third examples, respectively. [Explanation of Signs of Main Parts] G1 … first lens group G2 … second lens group G3 … third lens group G4 … fourth lens group
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| JP1212674AJP2800293B2 (en) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Projection lens |
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