JP5930085B1 - 投射光学系 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、上記のような構成の場合、第1光学群は、物体すなわちパネルの像を、一旦、第2光学群のミラーの手前で結像させ、第2光学群のミラーでスクリーンに再結像させるための1次像を作る役割をする。この際、第2光学群は、ただ1枚のミラーで構成されるため、単独で収差を補正することは困難であり、従って、第2光学群で最終的にスクリーン上に収差の少ない画像が得られるようにするには、第1光学群において、収差を含んだ1次像を作ることが必要となる。
さらに、上記のような構成の超広角投射光学系では、投射倍率を変化させると画角が非常に広いため収差変動が大きくなりやすく、第1光学群は、結像倍率を変化させてもそれに対応した収差を含んだ1次像を作り出すことが必要となる。
これに対して、本発明に係る投射光学系では、上記のように、第1光学群のうち第1−2レンズ群において、変倍時のフォーカスの際に3つのレンズ群に分けて移動させるものとなっていることで、スクリーン上に良好な画像を得るために必要な1次像を作ることができる。すなわち、近接型のプロジェクターへの適用において、広い変倍範囲をカバーし、かつ、高解像度の画像表示素子にも対応できるものとなっている。
第2光学群の非球面ミラーを経て最終的に良好な画像を得るためには、第1光学群でそれに対応した収差を含んだ1次像を作り出す必要がある。また、広い変倍範囲に対応した1次画像を作るためには、少なくとも1枚の非球面レンズをフォーカス群である第1−2レンズ群に入れることが必要となる。
1枚の非球面レンズでフォーカス群を構成する場合は、第2光学群(非球面ミラー)の直前のレンズ群であるF3レンズ群(最も拡大側に配置されるレンズ群)に入れることが効果的であり、F3レンズ群について変倍時のフォーカスの際に第2光学群との距離を変化させることで、最終的にコントラストが高く、歪の小さな最終画像を得ることが可能となる。
また、超広角の屈折と反射の複合光学系では、屈折光学系からなる第1光学群から出た光束は、第2光学群のミラーで反射され第1光学群のほうに戻るため、第1光学群のうち第2光学群側のレンズは、第2光学群から戻ってくる光束と干渉してしまうおそれがある。そのため、例えば円形状ではなく一部を切り欠いたような形状にする必要がある。従って、樹脂で成形されたレンズを用いるのが、低コスト化、小型化という点で有効である。
この場合、第1−2レンズ群において、F2レンズ群は、F3レンズ群に入射する光線の角度を制限できる。
F3レンズ群は、例えば樹脂で成形された非球面レンズとすることができるが、樹脂の成型レンズの一般的な特徴としては、材料の収縮率が大きいため、ガラスの成型レンズなどと比較すると、面の精度確保が難しい。また、パワーを強くしすぎると、光軸近傍でのレンズ厚と外周部でのレンズ厚の比で表される偏肉比が大きくなり、ゲート部分や外周部分で内部歪を生じてしまうことにより性能に影響が出てしまう可能性がある。
前述のように、第1光学群の拡大側に配置されるレンズは、第2光学群を構成する反射ミラーで戻ってくる光線と干渉する可能性があるので、非円形形状とする場合があるが、その場合、通常の円形形状のレンズと比較して、さらに、内部歪などが大きくなる可能性が高くなる。従って、樹脂レンズに入射する光線の角度は緩やかにしたほうが、面形状の誤差による影響や、レンズ内部の屈折率の誤差による影響を受けにくくなり好ましい。
そこで、F2レンズ群において、縮小側から両凸レンズ、両凹レンズを配置し、F2レンズ群の縮小側に凸面、拡大側を凹面とすることで、F3レンズ群に入射する光線を適切な角度とすることができ、広い変倍域で良好な性能を得ることが可能となる。
第1−1レンズ群は、物体すなわちパネルから出た光束を効率よく取り込み、第1−2レンズ群で構成されるフォーカスレンズ群に送る役割をする。第1−1レンズ群内に配置される開口絞りの拡大側に、少なくとも2枚のレンズを配置することで、広い変倍範囲において第1−2レンズ群で適切な中間像を作ることができ、最終的に良好な画像を得ることが可能となる。
さらに、第1−1レンズ群の開口絞りよりも拡大側において、縮小側から順に、1枚の正レンズと、少なくとも1枚の負レンズとで構成し、さらに当該負レンズの少なくとも1面に非球面を施したレンズを配置した上で第1−2レンズ群のフォーカスレンズ群と組み合わせることで、第1−2レンズ群を構成する複数のレンズに含まれる非球面レンズが1枚であっても、広い変倍域において良好に像面湾曲、非点収差特性を補正することができ、安定した性能を得ることが可能となる。
第1−1レンズ群の開口絞りより縮小側に配置される複数のレンズは、物体すなわちパネルから出た光束を効率よく取り込む役割をする。仮に、これら複数のレンズを球面レンズのみで構成した場合、レンズ枚数を増やすことが必要となる可能性がある。レンズ枚数が増えると透過率が減少するとともに、レンズの増加によるレンズ全長の増加もあるが、極力最低限のレンズ構成枚数にすることが要求されることもある。
例えば、Fナンバーが1.6程度の明るさまで対応可能なようにするために、第1−1レンズ群の開口絞りより縮小側において、少なくとも1面の凹面形状の非球面を入れることで、明るさを確保しつつ、フレアーの発生を抑え、コントラストの高い画像を提供することが可能となる。また、第1−1レンズ群の開口絞りより縮小側において、少なくとも2組の接合レンズで構成することで、色収差の発生を極力抑え、接合することで組み立て性も向上する。
以下、投射光学系40の具体的な実施例について説明する。以下に説明する実施例1〜4に共通する諸元の意義を以下にまとめた。
f 全系の焦点距離
ω 半画角
NA 開口数
R 曲率半径
D 軸上面間隔(レンズ厚又はレンズ間隔)
Nd d線の屈折率
Vd d線のアッベ数
非球面は、以下の多項式(非球面式)によって特定される。
ただし、
c: 曲率(1/R)
h: 光軸からの高さ
k: 非球面の円錐係数
Ai:非球面の高次非球面係数
実施例1のレンズ面のデータを以下の表1に示す。なお、OBJは、パネル面PIを意味し、STOは開口絞りSTを意味する。また、面番号の後に「*」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
f 3.753
ω 72.7
NA 0.313
R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 29.749 9.200 1.61800 63.33
4 -90.854 0.200
5 31.147 8.000 1.49700 81.54
6 -46.319 1.200 1.80518 25.42
7 115.301 0.200
8 21.01 10.500 1.48749 70.24
9 -18.367 1.200 1.90366 31.31
10 40.142 0.400
*11 22.722 1.400 1.58913 61.15
*12 14.117 0.300
13 19.166 4.000 1.48749 70.24
14 223.258 0.671
STO Infinity 3.142
16 26.258 4.600 1.84666 23.78
17 -52.237 2.067
*18 -101.023 1.800 1.74320 49.29
*19 20.505 可変間隔
20 198.906 4.200 1.64769 33.79
21 -105.554 0.200
22 82.236 10.800 1.62004 36.26
23 -32.21 2.000 1.80518 25.42
24 -127.875 可変間隔
25 47.079 11.500 1.58144 40.75
26 -83.369 2.000 1.80518 25.42
27 83.369 可変間隔
*28 -146.264 2.800 1.53116 56.04
*29 35.005 可変間隔
*30 -54.303 可変間隔 反射面
31 Infinity
以上の表1及び以下の表において、10のべき乗数(例えば1.00×10+18)をE(例えば1.00E+18)を用いて表すものとする。
〔表2〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 -1.4162 -3.1275E-04 2.1480E-06 -4.7918E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.9911 -2.5613E-04 2.3305E-06 -9.6210E-09 1.5979E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
18 -1.0000 -8.9299E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
19 0.6743 -7.5262E-05 1.0469E-07 -5.4544E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
28 -104.8836 -1.3716E-05 2.6918E-08 -3.8636E-11 2.1555E-14
-6.2068E-18 0.0000E+00
29 0.0000 -3.3687E-05 4.9222E-08 -7.9903E-11 7.8149E-14
-4.7186E-17 1.2130E-20
30 -0.9865 5.6413E-08 3.8062E-11 -5.3064E-14 1.7923E-17
-3.1309E-21 2.1598E-25
〔表3〕
可変間隔
125x 100x 169x
19 13.506 13.945 13.203
24 6.445 4.000 8.916
27 16.200 17.836 14.500
29 110.000 110.369 109.532
30 -501.000 -409.990 -666.138
実施例2のレンズ面のデータを以下の表4に示す。なお、OBJは、パネル面PIを意味し、STOは開口絞りSTを意味する。また、面番号の後に「*」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
f 3.757
ω 72.7
NA 0.313
R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 34.367 9.200 1.61800 63.33
4 -71.540 0.200
5 29.406 8.000 1.48749 70.24
6 -66.556 1.200 1.80518 25.42
7 79.741 0.200
8 20.625 10.500 1.48749 70.24
9 -19.048 1.200 1.90366 31.31
10 36.555 0.400
*11 20.515 1.400 1.58913 61.15
*12 13.882 0.300
13 19.471 4.000 1.48749 70.24
14 -800.000 0.451
STO Infinity 2.385
16 26.460 4.600 1.84666 23.78
17 -56.596 2.599
*18 -75.346 1.800 1.74320 49.29
*19 21.259 可変間隔
20 267.720 2.000 1.80518 25.42
21 39.846 10.800 1.62004 36.26
22 -69.505 0.200
23 82.085 5.800 1.64769 33.79
24 -242.910 可変間隔
25 56.357 10.500 1.58144 40.75
26 -93.383 2.000 1.80518 25.42
27 93.383 可変間隔
*28 -311.142 2.800 1.53116 56.04
*29 33.733 可変間隔
*30 -53.857 可変間隔 反射面
31 Infinity
〔表5〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 -0.2240 -2.7796E-04 1.8104E-06 -3.7963E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -2.5184 -1.8785E-04 1.7541E-06 -6.7530E-09 1.1439E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
18 -1.0000 -9.0000E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
19 0.2425 -6.1991E-05 1.2108E-07 -3.1167E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
28 -90.0000 1.7601E-06 -7.2288E-10 6.5613E-12 -1.2369E-14
6.6559E-18 0.0000E+00
29 0.0000 -2.1539E-05 2.1299E-08 -2.5888E-11 1.8274E-14
-9.2287E-18 1.4615E-21
30 -1.0313 4.2586E-08 5.7313E-11 -6.5033E-14 2.1447E-17
-3.6118E-21 2.4248E-25
〔表6〕
可変間隔
125x 100x 169x
19 11.780 12.132 11.420
24 8.016 4.000 12.553
27 18.200 21.454 14.500
29 113.000 113.410 112.523
30 -501.000 -408.855 -665.888
実施例3のレンズ面のデータを以下の表7に示す。なお、OBJは、パネル面PIを意味し、STOは開口絞りSTを意味する。また、面番号の後に「*」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
f 3.753
ω 72.6
NA 0.313
R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 30.324 9.200 1.49700 81.54
4 -71.284 0.200
5 26.206 8.000 1.48749 70.24
6 -334.183 1.200 1.80518 25.42
7 41.952 0.200
8 21.564 10.500 1.51633 64.14
9 -20.465 1.200 1.90366 31.31
10 107.431 0.400
*11 28.721 1.400 1.58913 61.15
*12 17.727 0.300
13 16.458 4.000 1.48749 70.24
14 62.093 3.825
STO Infinity 0.100
16 24.772 4.600 1.80518 25.42
17 -38.760 1.800 1.72000 50.23
18 31.098 3.085
*19 -34.966 1.000 1.80610 40.88
*20 -79.856 可変間隔
21 415.184 4.200 1.62004 36.26
22 -91.821 0.200
23 115.177 5.145 1.49700 81.54
24 -142.461 可変間隔
25 46.248 11.500 1.58144 40.75
26 -81.203 2.000 1.80518 25.42
27 81.203 可変間隔
*28 -48.237 2.800 1.53116 56.04
*29 56.594 可変間隔
*30 -54.610 可変間隔 反射面
31 Infinity
〔表8〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 3.8417 -2.9555E-04 1.7720E-06 -5.4969E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.2392 -2.4315E-04 2.0834E-06 -8.7043E-09 1.2324E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
19 1.0000 -6.3421E-05 -2.8492E-07 2.2387E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
20 0.0000 -1.4309E-05 -5.9025E-08 1.7127E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
28 -12.8176 -1.7791E-05 3.5018E-08 -5.8774E-11 4.5182E-14
-1.6494E-17 0.0000E+00
29 0.0000 -2.6459E-05 3.8735E-08 -6.4740E-11 6.8251E-14
-4.3252E-17 1.2169E-20
30 -0.9784 5.6039E-08 4.6814E-11 -5.9371E-14 2.0499E-17
-3.6330E-21 2.5799E-25
〔表9〕
可変間隔
125x 100x 169x
20 19.369 19.836 19.135
24 6.220 4.000 8.423
27 16.086 17.633 14.500
29 114.000 114.205 113.617
30 -501.000 -410.608 -666.363
実施例4のレンズ面のデータを以下の表10に示す。なお、OBJは、パネル面PIを意味し、STOは開口絞りSTを意味する。また、面番号の後に「*」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。
f 3.757
ω 72.7
NA 0.313
R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.910 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 28.940 9.600 1.49700 81.54
4 -72.351 0.200
5 28.008 7.600 1.49700 81.54
6 -80.728 1.200 1.80518 25.42
7 84.182 0.200
8 23.162 10.500 1.51633 64.14
9 -18.390 1.200 1.90366 31.31
10 49.861 0.200
*11 22.232 1.400 1.58913 61.15
*12 14.512 0.500
13 18.701 4.000 1.48749 70.24
14 85.780 2.500
STO Infinity 2.657
16 26.255 4.200 1.84666 23.78
17 -72.326 2.805
*18 -285.961 1.800 1.74320 49.29
*19 20.094 可変間隔
20 294.948 3.800 1.76182 26.52
21 -185.552 0.200
22 88.771 11.700 1.65412 39.68
23 -32.587 2.000 1.80518 25.42
24 -207.713 可変間隔
25 47.462 11.000 1.58144 40.75
26 -286.510 1.907
27 -162.790 2.000 1.80518 25.42
28 86.542 可変間隔
*29 278.000 2.800 1.53116 56.04
*30 32.790 可変間隔
*31 -53.401 可変間隔 反射面
32 Infinity
〔表11〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 1.8918 -3.2189E-04 1.7484E-06 -4.3348E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.7155 -2.4569E-04 2.0775E-06 -8.0954E-09 1.6529E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
18 -1.0000 -9.0000E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
19 -0.5794 -5.2934E-05 1.0377E-07 -1.8067E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
29 90.0000 -6.9308E-06 2.1311E-08 -4.1442E-11 3.8427E-14
-1.6720E-17 0.0000E+00
30 0.0000 -2.8334E-05 3.9541E-08 -6.2687E-11 5.5340E-14
-2.6577E-17 2.7658E-21
31 -0.9858 1.1080E-07 3.6232E-11 -6.1654E-14 2.2886E-17
-4.2330E-21 3.0644E-25
〔表12〕
可変間隔
125x 100x 169x
19 14.163 15.223 13.108
24 7.258 4.000 11.119
28 13.838 15.762 11.500
30 112.362 112.637 111.895
31 -501.000 -412.661 -661.960
また、例えば、各実施例において、各レンズ群を構成するレンズの前後又は間に1つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。
Claims (12)
- 縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第1光学群と、1枚の凹面非球面形状を有する反射面を含む第2光学群とからなる投射光学系であって、
前記第1光学群は、縮小側に配置された物体の中間像を前記第2光学群の前記反射面の手前に形成し、
前記第1光学群は、変倍時のフォーカスの際に固定で、かつ、正のパワーを有する第1−1レンズ群と、変倍時のフォーカスの際に移動し、かつ、複数のレンズ群からなり全体として正のパワーを有する第1−2レンズ群とからなり、
前記第1−2レンズ群は、変倍時のフォーカスの際に独立してそれぞれ移動するレンズ群であって、少なくとも2枚のレンズからなる正のF1レンズ群と、2枚のレンズからなるF2レンズ群と、1枚の負レンズからなるF3レンズ群との3つのレンズ群を有することを特徴とする投射光学系。 - 請求項1に記載の投射光学系において、前記第1−2レンズ群は、1枚の樹脂で成形された非球面レンズを、最も拡大側に配置される前記F3レンズ群として含むことを特徴とする投射光学系。
- 請求項1ないし請求項2のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第1−2レンズ群を構成する3つのレンズ群のうち前記F2レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとからなることを特徴とする投射光学系。
- 請求項3に記載の投射光学系において、前記F2レンズ群を構成する正レンズと負レンズとは接合レンズであることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第1−2レンズ群の前記F1レンズ群は、少なくとも2枚の正レンズにより構成され、前記F2レンズ群は、縮小側から順に両凸レンズと、両凹レンズとの2枚のレンズにより構成され、前記F3レンズ群は、負のパワーを有する両面に非球面が施された樹脂レンズにより構成されることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第1−1レンズ群は、内部に開口絞りを有し、前記開口絞りよりも拡大側において、縮小側から順に、1枚の正レンズと少なくとも1枚の負レンズとが配置され、少なくとも当該負レンズの1面に非球面形状が施されていることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第1−1レンズ群は、内部に開口絞りを有し、前記開口絞りよりも縮小側において、少なくとも2組の正レンズ及び負レンズの接合レンズと、少なくとも1面に非球面形状を施された負レンズとを有することを特徴とする投射光学系。
- 請求項7に記載の投射光学系において、前記第1−1レンズ群に配置される前記開口絞りの縮小側に配置される非球面形状を施された前記負レンズは、負メニスカスレンズであり、少なくとも凹面側が非球面であること特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の投射光学系において、物体側の開口数は、0.3以上であることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の投射光学系において、縮小側は、テレセントリックであることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の投射光学系において、前記第1光学群及び前記第2光学群を構成する要素が、全て回転対称系であることを特徴とする投射光学系。
- 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の投射光学系において、変倍範囲が、1.5倍以上あることを特徴とする投射光学系。
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