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技術 投影光学系

出願人 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社
発明者 高本勝裕西川純
出願日 1999年4月20日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 1999-112361
公開日 2000年11月2日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2000-305012
状態 特許登録済
技術分野 レンズ系
主要キーワード 縮小側面 標準線 広角寄り 投影機器 DMDプロジェクター 部分分散 投影側 光学仕様
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月2日)のものです。
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図面 (20)

課題

小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を投影できるように収差が十分補正された低コスト投影光学系を提供する。

解決手段

拡大側から順に、負の第1群(Gr1),正の第2群(Gr2),正の第3群(Gr3),プリズム(PR)から成る。第1群(Gr1)が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面(r4*)を有する。第2群(Gr2)が正レンズから成り、第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置開口絞り(SP)を有する。異常部分分散性アッベ数が規定されたレンズ材料から成る正レンズを、第3群(Gr3)が少なくとも1枚有する。

概要

背景

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、ビジネス分野等でのプレゼンテーション機器として、液晶素子DMD等の表示素子の画像をスクリーン投影するプロジェクターが広く利用されるようになってきている。また、家庭用(ホームシアター用やデジタルテレビ用等)の投影機器としても、プロジェクターの需要が見込まれている。それらの要求に対して、10万〜30万画素程度の単板式や3板式液晶プロジェクターDMDプロジェクターが提供されてきた。

このようなプロジェクターに用いられる投影光学系が、特開平9−26542号公報,特開平9−96759号公報,特開平10−142503号公報,特開平10−170824号公報で提案されている。これらは半画角が40°程度の投影光学系であり、従来の表示素子の画像を投影するには適当な性能を有している。しかし、収差(特に倍率色収差)が十分に抑えられていないため、より高画素の表示素子を投影することは困難である。より高性能な投影光学系としては、特開平7−270680号公報で提案されているレトロフォーカス型レンズが知られている。この投影光学系は、後方レンズ群中の正レンズ異常分散ガラスを使用することで、倍率色収差を抑える構成になっている。しかし、半画角が20〜28°程度、Fナンバーが4.5である等、充分な光学仕様が達成されているとはいえない。

概要

小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を投影できるように収差が十分補正された低コストの投影光学系を提供する。

拡大側から順に、負の第1群(Gr1),正の第2群(Gr2),正の第3群(Gr3),プリズム(PR)から成る。第1群(Gr1)が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面(r4*)を有する。第2群(Gr2)が正レンズから成り、第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置開口絞り(SP)を有する。異常部分分散性アッベ数が規定されたレンズ材料から成る正レンズを、第3群(Gr3)が少なくとも1枚有する。

目的

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を投影することができるように、収差が十分補正された低コストの投影光学系を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

拡大側から順に、負のパワーを有する第1群と、正のパワーを有する第2群と、正のパワーを有する第3群とを備え、前記第1群が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、前記第2群が正レンズを少なくとも1枚有するとともに前記第3群のほぼ前側焦点位置開口絞りを有し、前記第3群が以下の条件式満足するレンズ材料から成る正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする投影光学系;0.015<Θ−(0.644−0.00168・νd)<0.0665<νd<100ただし、Θ=(ng−nF)/(nF−nC)νd=(nd−1)/(nF−nC)ng:g線(波長:435.84nm)に対する屈折率、nF:F線(波長:486.13nm)に対する屈折率、nd:d線(波長:587.56nm)に対する屈折率、nC:C線(波長:656.28nm)に対する屈折率、である。

請求項2

さらに以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1記載の投影光学系;2.5<f2/f0<52.5<f12/f0<13ただし、f0:投影光学系の全系の焦点距離、f2:第2群の焦点距離、f12:第1群と第2群の合成焦点距離、である。

請求項3

前記第2群が、非球面を少なくとも1面有する正レンズ1枚のみをレンズとして有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の投影光学系。

請求項4

前記第2群が、拡大側から順に負レンズと正レンズの2枚のみをレンズとして有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の投影光学系。

請求項5

拡大側から順に、負のパワーを有する第1群と、正のパワーを有する第2群と、正のパワーを有する第3群とを備え、前記第1群が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、前記第2群が正レンズを少なくとも1枚有するとともに前記第3群のほぼ前側焦点位置に開口絞りを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系;2.5<f2/f0<52.5<f12/f0<13ただし、f0:投影光学系の全系の焦点距離、f2:第2群の焦点距離、f12:第1群と第2群の合成焦点距離、である。

技術分野

0001

本発明は投影光学系に関するものであり、例えば、液晶素子デジタルマイクロミラーデバイス(以下「DMD」と称する。)等の表示素子の画像をスクリーン投影する投影光学系に関するものである。

背景技術

0002

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、ビジネス分野等でのプレゼンテーション機器として、液晶素子やDMD等の表示素子の画像をスクリーンに投影するプロジェクターが広く利用されるようになってきている。また、家庭用(ホームシアター用やデジタルテレビ用等)の投影機器としても、プロジェクターの需要が見込まれている。それらの要求に対して、10万〜30万画素程度の単板式や3板式液晶プロジェクターDMDプロジェクターが提供されてきた。

0003

このようなプロジェクターに用いられる投影光学系が、特開平9−26542号公報,特開平9−96759号公報,特開平10−142503号公報,特開平10−170824号公報で提案されている。これらは半画角が40°程度の投影光学系であり、従来の表示素子の画像を投影するには適当な性能を有している。しかし、収差(特に倍率色収差)が十分に抑えられていないため、より高画素の表示素子を投影することは困難である。より高性能な投影光学系としては、特開平7−270680号公報で提案されているレトロフォーカス型レンズが知られている。この投影光学系は、後方レンズ群中の正レンズ異常分散ガラスを使用することで、倍率色収差を抑える構成になっている。しかし、半画角が20〜28°程度、Fナンバーが4.5である等、充分な光学仕様が達成されているとはいえない。

発明が解決しようとする課題

0004

現在では、従来より高画質なプロジェクターが要求されるようになってきている。例えば、プレゼンテーション用としては、800×600ドット(SVGA)の解像力から1024×768ドット(XGA)以上の解像力が必要とされるようになってきている。また、家庭用においても、ハイビジョン等の高品位テレビ放送の普及に伴い、従来の水平解像度400TV本以上の解像力が必要になってきている。このような高画質化の要求を満たすために、液晶素子やDMD等の表示素子の高画素化が急速に進んでいる。それに加えて、プロジェクター自体を小型化するために、液晶素子やDMD等の表示素子の小型化も進んでいる。

0005

小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を投影するためには、従来よりも高性能な投影光学系が必要となる。ところが、先に述べたように、従来の投影光学系の構成では、必要とされる光学性能(特に倍率色収差)を充分に満足することが不可能であった。また、特に家庭用においては十分な低コスト化を達成する必要があるが、従来の投影光学系の構成では高性能化とともにコストの増大が避けられなかった。

0006

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を投影することができるように、収差が十分補正された低コストの投影光学系を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、第1の発明の投影光学系は、拡大側から順に、負のパワーを有する第1群と、正のパワーを有する第2群と、正のパワーを有する第3群とを備え、前記第1群が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、前記第2群が正レンズを少なくとも1枚有するとともに前記第3群のほぼ前側焦点位置開口絞りを有し、前記第3群が以下の条件式を満足するレンズ材料から成る正レンズを少なくとも1枚有することを特徴とする。
0.015<Θ−(0.644−0.00168・νd)<0.06
65<νd<100
ただし、
Θ=(ng−nF)/(nF−nC)
νd=(nd−1)/(nF−nC)
ng:g線(波長:435.84nm)に対する屈折率
nF:F線(波長:486.13nm)に対する屈折率、
nd:d線(波長:587.56nm)に対する屈折率、
nC:C線(波長:656.28nm)に対する屈折率、
である。

0008

第2の発明の投影光学系は、上記第1の発明の構成において、さらに以下の条件式を満足することを特徴とする。
2.5<f2/f0<5
2.5<f12/f0<13
ただし、
f0:投影光学系の全系の焦点距離
f2:第2群の焦点距離、
f12:第1群と第2群の合成焦点距離
である。

0009

第3の発明の投影光学系は、上記第1又は第2の発明の構成において、前記第2群が、非球面を少なくとも1面有する正レンズ1枚のみをレンズとして有することを特徴とする。

0010

第4の発明の投影光学系は、上記第1又は第2の発明の構成において、前記第2群が、拡大側から順に負レンズと正レンズの2枚のみをレンズとして有することを特徴とする。

0011

第5の発明の投影光学系は、拡大側から順に、負のパワーを有する第1群と、正のパワーを有する第2群と、正のパワーを有する第3群とを備え、前記第1群が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、前記第2群が正レンズを少なくとも1枚有するとともに前記第3群のほぼ前側焦点位置に開口絞りを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする。
2.5<f2/f0<5
2.5<f12/f0<13
ただし、
f0:投影光学系の全系の焦点距離、
f2:第2群の焦点距離、
f12:第1群と第2群の合成焦点距離、
である。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明を実施した投影光学系を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、背面投射型投影装置(例えばリアタイプ液晶プロジェクター)に好適な単焦点の投影光学系であるが、撮像装置(例えばビデオカメラ)用の撮像光学系としても好適に使用可能であることは言うまでもない。

0013

図1図10は、第1〜第10の実施の形態にそれぞれ対応するレンズ構成図である。各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は拡大側(すなわち、スクリーンが配置される投影側)から数えてi番目の面であり、riに*印が付された面は非球面である。いずれの実施の形態も、拡大側から順に、負のパワーを有する第1群(Gr1)と、正のパワーを有する第2群(Gr2)と、正のパワーを有する第3群(Gr3)と、を備えた単焦点の投影光学系である。そして、第1群(Gr1)が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有しており、第2群(Gr2)が正レンズを少なくとも1枚有するとともに第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置に開口絞り(SP)を有している。また、第3群(Gr3)の縮小側(すなわち表示素子側)には、プリズム(PR)が配置されている。このプリズム(PR)は、例えば、DMDを用いた単板式投影装置におけるTIR(Total Internal Reflection)プリズムに相当し、液晶素子を用いた3板式投影装置におけるクロスダイクロプリズムに相当する。

0014

第1〜第10の実施の形態における第1群(Gr1)は、縮小側に凹の2枚の負メニスカスレンズ(G1,G2)から成っており、縮小側の負メニスカスレンズ(G2)の縮小側面(r4)は非球面で構成されている。第1〜第3の実施の形態における第2群(Gr2)は、拡大側から順に、拡大側に非球面(r5)を有する1枚の正レンズ(G3)と、開口絞り(SP)と、から成っている。第4,第10の実施の形態における第2群(Gr2)は、拡大側から順に、負レンズ(G3)と、正レンズ(G4)と、開口絞り(SP)と、から成っている。また、第5〜第9の実施の形態における第2群(Gr2)は、拡大側から順に、負レンズ(G3)と、開口絞り(SP)と、正レンズ(G4)と、から成っている。なお、第5の実施の形態において、正レンズ(G4)の拡大側面(r8)は非球面で構成されている。

0015

第1〜第10の実施の形態における第3群(Gr3)は、拡大側から順に以下のように構成されている。第1の実施の形態における第3群(Gr3)は、両凹の負レンズ(G4)及び両凸の正レンズ(G5)から成る接合レンズと、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G6)と、2枚の両凸の正レンズ(G7,G8)と、で構成されている。第2の実施の形態における第3群(Gr3)は、両凹の負レンズ(G4)及び両凸の正レンズ(G5)から成る接合レンズと、両凹の負レンズ(G6)と、両凸の正レンズ(G7)と、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G8)と、2枚の両凸の正レンズ(G9,G10)と、で構成されている。第3の実施の形態における第3群(Gr3)は、両凹の負レンズ(G4)と、両凸の正レンズ(G5)と、両凹の負レンズ(G6)と、両凸の正レンズ(G7)と、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G8)と、2枚の両凸の正レンズ(G9,G10)と、で構成されている。

0016

第4,第5の実施の形態における第3群(Gr3)は、両凹の負レンズ(G5)及び両凸の正レンズ(G6)から成る接合レンズと、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G7)と、2枚の両凸の正レンズ(G8,G9)と、で構成されている。第6,第9の実施の形態における第3群(Gr3)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G5)及び両凸の正レンズ(G6)から成る接合レンズと、両凹の負レンズ(G7)と、両凸の正レンズ(G8)と、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G9)と、2枚の両凸の正レンズ(G10,G11)と、で構成されている。第7,第8の実施の形態における第3群(Gr3)は、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G5)と、両凸の正レンズ(G6)と、両凹の負レンズ(G7)と、両凸の正レンズ(G8)と、縮小側に凹の負メニスカスレンズ(G9)と、2枚の両凸の正レンズ(G10,G11)と、で構成されている。第10の実施の形態における第3群(Gr3)は、縮小側に凸の正メニスカスレンズ(G5)と、両凹の負レンズ(G6)と、両凸の正レンズ(G7)と、両凹の負レンズ(G8)と、2枚の両凸の正レンズ(G9,G10)と、で構成されている。

0017

上記各実施の形態のように、拡大側から順に負・正・正の3群を備えた投影光学系においては、第1群(Gr1)が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、第2群(Gr2)が正レンズを少なくとも1枚有するとともに第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置に開口絞り(SP)を有し、さらに第3群(Gr3)が以下の条件式(1)及び(2)を満足するレンズ材料から成る正レンズを少なくとも1枚有することが望ましい。
0.015<Θ−(0.644−0.00168・νd)<0.06 …(1)
65<νd<100 …(2)
ただし、
Θ=(ng−nF)/(nF−nC)
νd=(nd−1)/(nF−nC)
ng:g線(波長:435.84nm)に対する屈折率、
nF:F線(波長:486.13nm)に対する屈折率、
nd:d線(波長:587.56nm)に対する屈折率、
nC:C線(波長:656.28nm)に対する屈折率、
である。

0018

条件式(1)は、使用するレンズ材料のg線とF線に対する異常部分分散性を、ノーマルガラスを結んで得られる標準線からの偏差(つまり部分分散規準線からの偏差)として定量的に規定している。具体的には、条件式(1)のΘがg線とF線の使用レンズ材料の部分分散比を表しており、条件式(1)の括弧内が同じνd(アッベ数)のノーマルガラス(規準ガラス)の場合の計算によって得られる部分分散比を表している。つまり、条件式(1)を満足するレンズ材料とは、一般的に異常分散ガラスと呼ばれるものであり、標準線(規準線)からの偏差が0.015より大きい場合とは、ノーマルガラスに比べて相対的にg線の屈折率が大きいことを表している。

0019

図21に、負・正・正の投影光学系のレンズ配置を模式的に示す。図21中、破線軸外主光線を表している。従来の投影光学系において、g線とC線の倍率色収差を表示素子面(D)上で同一位置になるように補正した場合、その位置はd線に対して光軸(AX)の外側に大きくずれることになる。表示素子面(D)上の太矢印(AR2)は、そのg線の倍率色収差を方向と共に表している。

0020

上記g線の倍率色収差は、以下のような原理によって補正される。各実施の形態のように、開口絞り(SP)より表示素子側に位置する、正のパワーを有する第3群(Gr3)の正レンズに異常分散ガラスを用いた場合、第3群(Gr3)において図21中の小矢印(AR1)で示した方向にg線を曲げる効果が強くなる。この効果は、異常分散ガラスのg線の屈折率がノーマルガラスに対して相対的に高いことによって発生する。このため、条件式(1)を満たすことによりg線とC線の倍率色収差を補正した場合には、光軸(AX)の外側にずれるg線の倍率色収差を、従来の投影光学系よりもはるかに小さくすることが可能となる。

0021

したがって、条件式(1)の下限を超えた場合、第3群(Gr3)に使用するレンズ材料の異常分散性が小さくなり、倍率色収差を充分に小さくすることが不可能になる。反対に、条件式(1)の上限を超えた場合、異常分散性は充分であるが、そのようなレンズ材料は一般には存在せず、仮にあったとしても大幅なコストアップは避けられなくなる。また、条件式(2)の下限を超えた場合、第3群(Gr3)内の色消しが不十分になり、軸上色収差が大きくなってしまう。反対に、条件式(2)の上限を超えた場合、第3群(Gr3)の色消しは充分であるが、そのようなレンズ材料は一般には存在しない。

0022

第1群(Gr1)中の負レンズ(G2)に設けられている非球面(r4)は、光軸(AX)から離れるに従って面のパワーがゆるくなるような面形状に構成されている。その非球面により、少ないレンズ枚数歪曲収差等を良好に補正することができる。特にリアプロジェクションに適した広角寄りレンズ構成においては、その効果は顕著である。また、第1群(Gr1)に非球面を用いれば、リアプロジェクションにおいて目立ち易い形状の歪曲を、自由にコントロールして容易に補正できるというメリットもある。

0023

また先に述べたように、第2群(Gr2)中の開口絞り(SP)は、第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置に配置されている。この配置により、縮小側{すなわち表示素子面(D)側}のテレセントリック性を良好に保ちつつ、第2群(Gr2)のレンズ径を小さくすることができる。縮小側にテレセントリックな構成にすると、表示素子面(D)側に配置されているプリズム(PR)を通過する光線が、表示素子面(D)上での高さによらず常に一定角度でダイクロイック面等に入射することになる。これにより、スクリーン面上において投影像色ムラが生じるのを防止することができる。

0024

前記各実施の形態のように、拡大側から順に負・正・正の3群を備え、第1群(Gr1)が負レンズのみをレンズとして有するとともに非球面を少なくとも1面有し、第2群(Gr2)が正レンズを少なくとも1枚有するとともに第3群(Gr3)のほぼ前側焦点位置に開口絞り(SP)を有する投影光学系においては、さらに以下の条件式(3),(4)の少なくとも一方を満足することが望ましく、その両方を満足することが特に望ましい。
2.5<f2/f0<5 …(3)
2.5<f12/f0<13 …(4)
ただし、
f0:投影光学系の全系の焦点距離、
f2:第2群(Gr2)の焦点距離、
f12:第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離、
である。

0025

条件式(3)は、開口絞り(SP)を含んだ第2群(Gr2)の焦点距離の適正な範囲を示している。具体的には、第2群(Gr2)の焦点距離が、全系の焦点距離の2.5倍から5倍の範囲に含まれるように構成されていることを示している。条件式(3)の下限を超えた場合、第2群(Gr2)の焦点距離が適正範囲より小さくなり、第2群(Gr2)で発生する収差(特に球面収差)が大きくなる。つまり、条件式(3)の下限を超えると、少ないレンズ枚数で構成された第2群(Gr2)では、Fナンバーを明るくすることができなくなる。言い換えると、必要とされるFナンバーを達成するには、第2群(Gr2)のレンズ枚数が多くなり、コストアップが避けられなくなる。逆に、条件式(3)の上限を超えた場合、第2群(Gr2)の焦点距離が適正範囲より大きくなり、そのままでは投影光学系の全長バックフォーカスが長くなる。この場合、投影光学系のコンパクト化が達成されず、コストアップも避けられない。また条件式(3)の上限を超えた状態では、ペッツバール和がプラス変移することで、像面湾曲の補正が非常に困難となる。

0026

条件式(4)は、第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離の適正な範囲を示している。具体的には、第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離が、全系の焦点距離の2.5倍から13倍の範囲に含まれるように構成されていることを示している。条件式(4)の下限を超えた場合、第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離が適正範囲より小さくなり、第1群(Gr1)・第2群(Gr2)で発生する収差(この場合は特に歪曲や非点隔差)が大きくなる。逆に、条件式(4)の上限を超えた場合、第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離が適正範囲より大きくなり、投影光学系のコンパクト化が達成されなくなる。特に第1群(Gr1)のレンズ径が大きくなるとともにバックフォーカスが長くなり、またそれに伴い、第3群(Gr3)に使用する異常分散ガラスから成るレンズの径が大きくなるため、コストアップが避けられなくなる。

0027

第1〜第3の実施の形態のように、第2群(Gr2)が、非球面を少なくとも1面有する正レンズ(G3)1枚のみをレンズとして有することが望ましい。第2群(Gr2)の正レンズ(G3)に設けられている非球面(r5)は、光軸(AX)から離れるに従って面のパワーがゆるくなるような面形状に構成されている。その非球面により、レンズ枚数が1枚でも球面収差を良好に補正することができる。また、第2群(Gr2)を1枚の正レンズ(G3)で構成することにより、低コスト化を達成することができる。

0028

第4〜第10の実施の形態のように、第2群(Gr2)が、拡大側から順に負レンズ(G3)と正レンズ(G4)の2枚のみをレンズとして有することが望ましい。第2群(Gr2)を負・正の2枚のレンズで構成することにより、球面収差を良好に補正できるだけでなく、各波長での球面収差の差も良好に補正することが可能となる。

0029

なお、前述した各実施の形態を構成している各群は、入射光線屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ回折作用屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ,入射光線を媒質内屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等で、各群を構成してもよい。

0030

以下、本発明を実施した投影光学系の構成を、コンストラクションデータ,収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例1〜10は、前述した第1〜第10の実施の形態にそれぞれ対応しており、第1〜第10の実施の形態を表すレンズ構成図(図1図10)は、対応する実施例1〜10のレンズ構成をそれぞれ示している。

0031

各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側(投影側)から数えてi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光学要素のd線に対する屈折率(nd),アッベ数(νd)を示している。全系の焦点距離f0,第2群(Gr2)の焦点距離f2,第1群(Gr1)と第2群(Gr2)の合成焦点距離f12及びFナンバーFNOを併せて示す。

0032

曲率半径riに*印が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各非球面の非球面データを他のデータと併せて示し、条件式対応値等を表1に示す。
X(H)=(C・H2)/{1+√(1-ε・C2・H2)}+(A4・H4+A6・H6+A8・H8) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H):高さHの位置での光軸方向の変位量(面頂点基準)、
H :光軸に対して垂直な方向の高さ、
C :近軸曲率
ε :2次曲面パラメータ
Ai :i次の非球面係数
である。

0033

図11図20は実施例1〜実施例10{プリズム(PR)を含めた光学系}にそれぞれ対応する収差図であり、縮小側での無限遠物体に対する諸収差(左から順に、球面収差等,非点収差,歪曲収差である。Y':最大像高)を示している。球面収差図中、実線(d)はd線に対する球面収差、一点鎖線(g)はg線に対する球面収差、二点鎖線(c)はc線に対する球面収差、破線(SC)は正弦条件を表している。非点収差図中、破線(DM)はメリディナル面でのd線に対する非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面でのd線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差図中の実線はd線に対する歪曲収差を表している。なお、各実施例を投影光学系として投影装置(例えば液晶プロジェクター)に用いる場合には、本来はスクリーン面が像面であり表示素子面(D,例えば液晶パネル面)が物体面であるが、上記各実施例では光学設計上それぞれ縮小系(例えば撮像光学系)とし、スクリーン面を物体面とみなして表示素子面(D)で光学性能を評価している。

0034

《実施例1》
f0=14.0,f2=46.849,f12=48.929,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 179.586
d1= 3.500 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 22.101
d2= 8.000
r3= 31.041
d3= 4.500 N2= 1.49140 ν2= 57.82 …G2
r4*= 17.683
d4= 41.700
〈第2群(Gr2)〉
r5*= 25.501
d5= 2.500 N3= 1.80518 ν3= 25.46 …G3
r6= 75.273
d6= 0.500
r7= ∞(SP)
d7= 15.000
〈第3群(Gr3)〉
r8= -114.056
d8= 2.200 N4= 1.75520 ν4= 27.53 …G4
r9= 19.230
d9= 8.000 N5= 1.61800 ν5= 63.39 …G5
r10= -34.146
d10= 0.300
r11= 76.958
d11= 2.000 N6= 1.65412 ν6= 39.62 …G6
r12= 26.263
d12= 4.300
r13= 189.654
d13= 5.700 N7= 1.49700 ν7= 81.61 …G7
r14= -42.453
d14= 0.300
r15= 28.027
d15= 9.000 N8= 1.49700 ν8= 81.61 …G8
r16=-119.185
d16= 5.000
〈プリズム(PR)〉
r17= ∞
d17=27.000 N9= 1.51680 ν9= 64.20
r18= ∞

0035

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.86804×10-5
A6=-0.32983×10-7
A8= 0.12539×10-10

0036

[第5面(r5)の非球面データ]
ε= 1.0000
A4=-0.90326×10-5
A6= 0.42587×10-7
A8=-0.75340×10-9

0037

《実施例2》
f0=16.7,f2=53.217,f12=55.696,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 192.628
d1= 3.100 N1= 1.51680 ν1= 64.20 …G1
r2= 25.931
d2= 8.300
r3= 39.152
d3= 4.400 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2
r4*= 19.182
d4= 47.000
〈第2群(Gr2)〉
r5*= 53.352
d5= 3.000 N3= 1.80358 ν3= 25.38 …G3
r6= -210.082
d6= 0.300
r7= ∞(SP)
d7= 15.700
〈第3群(Gr3)〉
r8= -294.114
d8= 2.200 N4= 1.80518 ν4= 25.43 …G4
r9= 54.136
d9= 4.500 N5= 1.61800 ν5= 63.39 …G5
r10= -66.161
d10= 2.500
r11=-182.469
d11= 2.400 N6= 1.68150 ν6= 36.64 …G6
r12= 33.904
d12= 2.400
r13= 37.908
d13= 8.000 N7= 1.49310 ν7= 83.58 …G7
r14= -37.908
d14= 0.300
r15= 128.145
d15= 2.800 N8= 1.68150 ν8= 36.64 …G8
r16= 32.653
d16= 4.900
r17= 137.824
d17= 5.600 N9= 1.49310 ν9= 83.58 …G9
r18= -57.246
d18= 0.300
r19= 43.413
d19= 7.400 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r20= -95.205
d20=10.000
〈プリズム(PR)〉
r21= ∞
d21=34.000 N11=1.51680 ν11=64.20
r22= ∞

0038

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.49130×10-5
A6=-0.13094×10-7
A8= 0.12628×10-12

0039

[第5面(r5)の非球面データ]
ε= 1.0000
A4=-0.40869×10-5
A6= 0.66663×10-8
A8=-0.53678×10-10

0040

《実施例3》
f0=16.7,f2=57.331,f12=68.876,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 199.530
d1= 3.100 N1= 1.51680 ν1= 64.20 …G1
r2= 26.454
d2= 8.300
r3= 36.771
d3= 4.400 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2
r4*= 19.034
d4= 47.000
〈第2群(Gr2)〉
r5*= 63.951
d5= 3.000 N3= 1.80358 ν3= 25.38 …G3
r6= -161.322
d6= 0.200
r7= ∞(SP)
d7= 16.300
〈第3群(Gr3)〉
r8= -802.787
d8= 2.200 N4= 1.68150 ν4= 36.64 …G4
r9= 36.592
d9= 2.400
r10= 41.287
d10= 6.300 N5= 1.49310 ν5= 83.58 …G5
r11= -35.859
d11= 0.300
r12=-261.502
d12= 2.400 N6= 1.68150 ν6= 36.64 …G6
r13= 38.369
d13= 2.400
r14= 41.327
d14= 7.200 N7= 1.49310 ν7= 83.58 …G7
r15= -41.327
d15= 0.300
r16= 242.124
d16= 2.800 N8= 1.68150 ν8= 36.64 …G8
r17= 32.204
d17= 4.900
r18= 84.571
d18= 5.500 N9= 1.49310 ν9= 83.58 …G9
r19= -75.196
d19= 0.300
r20= 40.282
d20= 7.000 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r21=-156.717
d21=11.300
〈プリズム(PR)〉
r22= ∞
d22=32.000 N11=1.51680 ν11=64.20
r23= ∞

0041

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.44192×10-5
A6=-0.12036×10-7
A8=-0.99053×10-12

0042

[第5面(r5)の非球面データ]
ε= 1.0000
A4=-0.52910×10-5
A6= 0.53240×10-8
A8=-0.49495×10-10

0043

《実施例4》
f0=14.0,f2=41.714,f12=40.452,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 56.949
d1= 3.500 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 24.421
d2= 12.200
r3= 86.868
d3= 4.500 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 20.404
d4= 36.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 21.557
d5= 3.000 N3= 1.80741 ν3= 31.59 …G3
r6= 15.241
d6= 2.200
r7= 19.987
d7= 3.500 N4= 1.75000 ν4= 25.14 …G4
r8= ∞
d8= 0.500
r9= ∞(SP)
d9= 10.500
〈第3群(Gr3)〉
r10= -29.898
d10= 2.200 N5= 1.75520 ν5= 27.51 …G5
r11= 22.237
d11= 9.000 N6= 1.61800 ν6= 63.39 …G6
r12= -23.265
d12= 0.300
r13= 117.095
d13= 2.500 N7= 1.68150 ν7= 36.64 …G7
r14= 28.323
d14= 4.300
r15= 102.045
d15= 6.000 N8= 1.49700 ν8= 81.61 …G8
r16= -38.473
d16= 0.300
r17= 32.282
d17= 8.700 N9= 1.49700 ν9= 81.61 …G9
r18= -71.281
d18= 9.000
〈プリズム(PR)〉
r19= ∞
d19=27.000 N10=1.51680 ν10=64.20
r20= ∞

0044

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.64940×10-5
A6=-0.14838×10-7
A8= 0.65447×10-11

0045

《実施例5》
f0=14.0,f2=45.189,f12=49.624,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 66.288
d1= 3.500 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 22.848
d2= 8.000
r3= 35.813
d3= 4.500 N2= 1.49300 ν2= 58.34 …G2
r4*= 15.722
d4= 37.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 22.037
d5= 2.500 N3= 1.83400 ν3= 37.34 …G3
r6= 15.205
d6= 2.200
r7= ∞(SP)
d7= 0.000
r8*= 20.985
d8= 2.500 N4= 1.80358 ν4= 25.38 …G4
r9= 630.140
d9= 11.500
〈第3群(Gr3)〉
r10= -43.196
d10= 2.200 N5= 1.75520 ν5= 27.53 …G5
r11= 19.887
d11= 9.000 N6= 1.61800 ν6= 63.39 …G6
r12= -26.241
d12= 0.300
r13= 145.159
d13= 2.000 N7= 1.68150 ν7= 36.64 …G7
r14= 30.380
d14= 4.300
r15= 106.267
d15= 6.400 N8= 1.49310 ν8= 83.58 …G8
r16= -40.270
d16= 0.300
r17= 32.827
d17= 9.500 N9= 1.49310 ν9= 83.58 …G9
r18= -72.527
d18= 9.000
〈プリズム(PR)〉
r19= ∞
d19=27.000 N10=1.51680 ν10=64.20
r20= ∞

0046

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4= 0.27414×10-5
A6=-0.14397×10-7
A8=-0.34547×10-10

0047

[第8面(r8)の非球面データ]
ε= 1.0000
A4= 0.16008×10-5
A6= 0.78596×10-7
A8=-0.72404×10−9

0048

《実施例6》
f0=13.6,f2=67.525,f12=147.46,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 59.162
d1= 4.000 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 26.134
d2= 13.200
r3= 153.479
d3= 5.000 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 18.419
d4= 45.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 35.872
d5= 3.000 N3= 1.85000 ν3= 40.04 …G3
r6= 21.190
d6= 1.500
r7= ∞(SP)
d7= 0.700
r8= 29.378
d8= 3.500 N4= 1.75520 ν4= 27.53 …G4
r9= -178.054
d9= 16.500
〈第3群(Gr3)〉
r10= 90.864
d10= 1.900 N5= 1.75520 ν5= 27.53 …G5
r11= 31.425
d11= 6.000 N6= 1.61800 ν6= 63.39 …G6
r12= -43.387
d12= 0.300
r13= -90.100
d13= 2.000 N7= 1.68150 ν7= 36.64 …G7
r14= 29.709
d14= 2.100
r15= 33.056
d15= 7.000 N8= 1.49310 ν8= 83.58 …G8
r16= -40.667
d16= 0.300
r17= 169.674
d17= 2.400 N9= 1.68150 ν9= 36.64 …G9
r18= 30.391
d18= 4.100
r19= 111.899
d19= 5.000 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r20= -49.645
d20= 0.300
r21= 40.010
d21= 5.000 N11=1.49310 ν11=83.58 …G11
r22=-189.313
d22=10.000
〈プリズム(PR)〉
r23= ∞
d23=30.000 N12=1.51680 ν12=64.20
r24= ∞

0049

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.42119×10-5
A6=-0.93369×10-8
A8= 0.56418×10-12

0050

《実施例7》
f0=13.6,f2=66.832,f12=161.672,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 59.146
d1= 4.000 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 26.131
d2= 13.200
r3= 234.521
d3= 5.000 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 18.311
d4= 45.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 28.986
d5= 3.000 N3= 1.85000 ν3= 40.04 …G3
r6= 20.434
d6= 1.200
r7= ∞(SP)
d7= 1.000
r8= 34.655
d8= 3.500 N4= 1.75520 ν4= 27.53 …G4
r9= -179.597
d9= 15.000
〈第3群(Gr3)〉
r10= 55.466
d10= 1.900 N5= 1.68150 ν5= 36.64 …G5
r11= 31.369
d11= 2.000
r12= 34.655
d12= 6.000 N6= 1.49310 ν6= 83.58 …G6
r13= -34.368
d13= 0.300
r14= -92.901
d14= 2.000 N7= 1.68150 ν7= 36.64 …G7
r15= 30.965
d15= 2.100
r16= 31.751
d16= 7.000 N8= 1.49310 ν8= 83.58 …G8
r17= -39.828
d17= 0.300
r18= 756.842
d18= 2.400 N9= 1.68150 ν9= 36.64 …G9
r19= 27.062
d19= 4.100
r20= 76.470
d20= 5.000 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r21= -49.975
d21= 0.300
r22= 37.566
d22= 5.000 N11=1.49310 ν11=83.58 …G11
r23=-235.184
d23= 8.000
〈プリズム(PR)〉
r24= ∞
d24=33.000 N12=1.51680 ν12=64.20
r25= ∞

0051

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.55889×10-5
A6=-0.97883×10-8
A8= 0.36472×10-11

0052

《実施例8》
f0=13.6,f2=53.392,f12=56.077,FNO=2.7
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 60.143
d1= 4.000 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 26.338
d2= 13.200
r3= 71.695
d3= 5.000 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 14.814
d4= 45.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 36.830
d5= 3.000 N3= 1.85000 ν3= 40.04 …G3
r6= 22.912
d6= 1.500
r7= ∞(SP)
d7= 0.700
r8= 30.072
d8= 3.500 N4= 1.75520 ν4= 27.53 …G4
r9= -112.407
d9= 10.000
〈第3群(Gr3)〉
r10= 51.037
d10= 1.900 N5= 1.74000 ν5= 31.72 …G5
r11= 31.558
d11= 2.000
r12= 34.655
d12= 6.500 N6= 1.49310 ν6= 83.58 …G6
r13= -33.461
d13= 1.300
r14= -32.595
d14= 2.000 N7= 1.74000 ν7= 31.72 …G7
r15= 36.697
d15= 2.100
r16= 40.227
d16= 7.500 N8= 1.49310 ν8= 83.58 …G8
r17= -30.745
d17= 0.300
r18= 102.973
d18= 2.400 N9= 1.68150 ν9= 36.64 …G9
r19= 30.277
d19= 4.100
r20= 155.890
d20= 5.500 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r21= -45.887
d21= 0.300
r22= 38.020
d22= 6.500 N11=1.49310 ν11=83.58 …G11
r23=-147.657
d23= 8.000
〈プリズム(PR)〉
r24= ∞
d24=33.000 N12=1.51680 ν12=64.20
r25= ∞

0053

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4= 0.47499×10-5
A6=-0.66618×10-8
A8=-0.17670×10-10

0054

《実施例9》
f0=13.6,f2=59.084,f12=78.344,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 59.213
d1= 4.000 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 26.145
d2= 13.200
r3= 132.012
d3= 5.000 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 17.745
d4= 45.000
〈第2群(Gr2)〉
r5= 35.137
d5= 3.000 N3= 1.85000 ν3= 40.04 …G3
r6= 21.523
d6= 1.200
r7= ∞(SP)
d7= 1.000
r8= 28.429
d8= 3.500 N4= 1.75520 ν4= 27.53 …G4
r9= -167.639
d9= 14.500
〈第3群(Gr3)〉
r10= 174.597
d10= 1.900 N5= 1.75520 ν5= 27.53 …G5
r11= 31.502
d11= 6.000 N6= 1.61800 ν6= 63.39 …G6
r12= -60.985
d12= 2.300
r13=-104.500
d13= 2.000 N7= 1.74000 ν7= 31.72 …G7
r14= 32.501
d14= 2.100
r15= 37.860
d15= 7.000 N8= 1.61800 ν8= 63.39 …G8
r16= -44.780
d16= 0.300
r17= 115.137
d17= 2.400 N9= 1.74000 ν9= 31.72 …G9
r18= 31.889
d18= 4.100
r19= 143.235
d19= 5.000 N10=1.48749 ν10=70.44 …G10
r20= -48.763
d20= 0.300
r21= 42.427
d21= 5.000 N11=1.48749 ν11=70.44 …G11
r22= -97.679
d22=10.000
〈プリズム(PR)〉
r23= ∞
d23=30.000 N12=1.51680 ν12=64.20
r24= ∞

0055

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4=-0.33182×10-5
A6=-0.68448×10-8
A8=-0.49590×10-11

0056

《実施例10》
f0=17.0,f2=66.620,f12=101.011,FNO=3.0
[曲率半径][軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数]
〈第1群(Gr1)〉
r1= 52.995
d1= 4.400 N1= 1.48749 ν1= 70.44 …G1
r2= 26.161
d2= 12.000
r3= 74.584
d3= 5.600 N2= 1.49270 ν2= 57.49 …G2
r4*= 18.899
d4= 48.400
〈第2群(Gr2)〉
r5= 22.837
d5= 2.000 N3= 1.80518 ν3= 25.43 …G3
r6= 20.030
d6= 3.500
r7= 61.131
d7= 3.900 N4= 1.75690 ν4= 29.69 …G4
r8= -113.879
d8= 1.900
r9= ∞(SP)
d9= 21.100
〈第3群(Gr3)〉
r10=-269.249
d10= 4.000 N5= 1.49700 ν5= 81.61 …G5
r11= -37.244
d11= 0.300
r12=-107.207
d12= 2.400 N6= 1.68150 ν6= 36.64 …G6
r13= 36.912
d13= 2.000
r14= 34.173
d14= 7.800 N7= 1.49700 ν7= 81.61 …G7
r15= -47.562
d15= 0.300
r16=-265.161
d16= 2.800 N8= 1.68150 ν8= 36.64 …G8
r17= 31.457
d17= 3.800
r18= 52.182
d18= 7.000 N9= 1.49310 ν9= 83.58 …G9
r19= -51.292
d19= 0.300
r20= 35.751
d20= 7.000 N10=1.49310 ν10=83.58 …G10
r21=-7249.529
d21= 6.000
〈プリズム(PR)〉
r22= ∞
d22=32.500 N11=1.51680 ν11=64.20
r23= ∞

0057

[第4面(r4)の非球面データ]
ε= 0.0
A4= 0.15993×10-5
A6=-0.75948×10-8
A8=-0.74659×10−11

0058

発明の効果

0059

以上説明したように本発明によれば、十分な収差補正と低コスト化を達成することができる。そして、この投影光学系を用いれば、小型化・高画素化の進んだ表示素子の画像を高画質で投影することができる。

図面の簡単な説明

0060

図1第1の実施の形態(実施例1)のレンズ構成図。
図2第2の実施の形態(実施例2)のレンズ構成図。
図3第3の実施の形態(実施例3)のレンズ構成図。
図4第4の実施の形態(実施例4)のレンズ構成図。
図5第5の実施の形態(実施例5)のレンズ構成図。
図6第6の実施の形態(実施例6)のレンズ構成図。
図7第7の実施の形態(実施例7)のレンズ構成図。
図8第8の実施の形態(実施例8)のレンズ構成図。
図9第9の実施の形態(実施例9)のレンズ構成図。
図10第10の実施の形態(実施例10)のレンズ構成図。
図11実施例1の収差図。
図12実施例2の収差図。
図13実施例3の収差図。
図14実施例4の収差図。
図15実施例5の収差図。
図16実施例6の収差図。
図17実施例7の収差図。
図18実施例8の収差図。
図19実施例9の収差図。
図20実施例10の収差図。
図21負・正・正の投影光学系における倍率色収差の補正原理を説明するための模式図。

--

0061

Gr1 …第1群
Gr2 …第2群
Gr3 …第3群
PR …プリズム
SP …開口絞り
AX …光軸

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