JP7497017B2 - 投射光学系 - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示素子の画像や３次元測定装置等の光源像を拡大投影する投射光学系に関する。
従来からＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の画像表示素子に高輝度ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を光源に用いた携帯可能な小型モバイルプロジェクタが実用化されている。このようなモバイルプロジェクタに搭載され、画像を拡大投影する投射光学系として、光学系の全長を抑えた小型の投射光学系が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２）。
近年、マイクロＬＥＤを画素とした高輝度な画像表示素子が開発されている。マイクロＬＥＤは自発光素子であるＬＥＤで各画素が構成され、消費電力の大きな高輝度バックライトが不要で、低い消費電力で高画質且つ高輝度な画像表示素子を実現できる。このようなマイクロＬＥＤの実用化により、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ（拡張現実））用のウエアラブル端末やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）又はポータブル単焦点プロジェクタの画像表示素子等の小型光学機器への適用が期待される。
また、近年、対象物までの距離の情報や対象物の３次元形状の情報を取得する手法として、測定対象物を微細なパターン光（構造化光）で投射し、このパターン光が投射されている測定対象物を撮像部により撮像し、所定の演算を行うことにより撮像画像上の各点について、対象物の距離情報や３次元の形状情報を取得する3次元測定装置が注目されている。
これらの光学機器に搭載される投射光学系に対しては、全長が短くコンパクトで、Ｆナンバーの小さな明るいレンズ性能を有し、且つ高解像度な投射光学系が求められている。しかしながら、従来の投射光学系では、小型光学機器への搭載を考慮したコンパクト化と各光学性能との両立を実現することが出来ないという課題がある。
本発明は上記従来における問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、全長が短くコンパクトで、明るいレンズ性能を有し、且つ高解像度な投射光学系を提供する事を目的とする。
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明の投射光学系は、画像表示素子からの像を投射面に拡大して投射する投射光学系であって、投射面側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズが配置され、以下の条件式を満足することを特徴とする。
１．０＜ｆ/Ｄ＜１．３５ （１）
１．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＜１．４５ （２）
０．２＜ｄ２/ｆ＜０．４５ （３）
ここで、
ｆは投射光学系全系の焦点距離、
Ｄは入射瞳径
ｒ１は第１レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ２は第１レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
ｄ２は第1レンズ及び第２レンズの光軸上の空気間隔
である。
１．０＜ｆ/Ｄ＜１．３５ （１）
１．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＜１．４５ （２）
０．２＜ｄ２/ｆ＜０．４５ （３）
ここで、
ｆは投射光学系全系の焦点距離、
Ｄは入射瞳径
ｒ１は第１レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ２は第１レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
ｄ２は第1レンズ及び第２レンズの光軸上の空気間隔
である。
また、本発明の投射光学系において、以下の条件式を満足することが好ましい。
１５＜｜（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）｜＜３５ （５）
ここで、
ｒ３は第２レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ４は第２レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
である。
１５＜｜（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）｜＜３５ （５）
ここで、
ｒ３は第２レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ４は第２レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
である。
本発明によれば、全長が短くコンパクトで、明るいレンズ性能を有し、且つ高解像度な投射光学系を実現できるという効果を奏する。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る投射光学系の光学構成の一例を示す光軸に沿う断面図である。図１の光学構成は、第１の実施例の光学構成に対応している。
図１は、本発明の実施の形態に係る投射光学系の光学構成の一例を示す光軸に沿う断面図である。図１の光学構成は、第１の実施例の光学構成に対応している。
本発明の投射光学系は、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。なお、以下、全ての実施例において、光学構成断面図中、ＣＧはカバーガラス、Ｄは投射光学系の縮小側に配置される画像表示素子の表示面を示す。
また、本発明の投射光学系は、第１レンズＬ１から第３レンズＬ３の全てのレンズが非球面プラスチックレンズである。
本発明の投射光学系における表示面Ｄには、ＬＣＤ、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）やマイクロＬＥＤディスプレイなどの画像を形成する画像表示素子等が配置される（図示せず）。
また、本発明の投射光学系は、以下の条件式を満足するものである。
１．０＜ｆ/Ｄ＜１．３５ （１）
１．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＜１．４５ （２）
０．２＜ｄ２/ｆ＜０．４５ （３）
ここで、
ｆは投射光学系全系の焦点距離、
Ｄは入射瞳径
ｒ１は第１レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ２は第１レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
ｄ２は第1レンズ及び第２レンズの光軸上の空気間隔
である。
１．０＜ｆ/Ｄ＜１．３５ （１）
１．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＜１．４５ （２）
０．２＜ｄ２/ｆ＜０．４５ （３）
ここで、
ｆは投射光学系全系の焦点距離、
Ｄは入射瞳径
ｒ１は第１レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ２は第１レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
ｄ２は第1レンズ及び第２レンズの光軸上の空気間隔
である。
条件式（２）及び（３）は、Ｆナンバーを条件式（１）の範囲とする明るい光学系であっても、球面収差を良好に補正可能とする条件式である。条件式（２）及び（３）の範囲を外れると球面収差が増大しやすい。
また、条件式（３）は、投射光学系全長の短縮と、歪曲収差及びコマ収差の補正の両立を図るための条件式である。条件式（３）の下限値を下回ると歪曲収差が大きくなり、また、コマ収差の補正が不十分となり好ましくない。また、条件式（３）の上限値を上回ると、投射光学系の全長短縮が不十分となる。
また、本実施の形態の投射光学系は、以下の条件式を満足するものである。
０．００１＜ｃ２/ｆ＜０．０１５ （４）
ここで、
ｃ２は第1レンズの画像表示素子側の面の曲率
である。
０．００１＜ｃ２/ｆ＜０．０１５ （４）
ここで、
ｃ２は第1レンズの画像表示素子側の面の曲率
である。
条件式（４）は、Ｆナンバーを条件式（１）の範囲とする光学系であっても、球面収差を良好に補正可能とする条件式である。条件式（４）の範囲を外れると球面収差が増大しやすい。
また、本実施の形態の投射光学系は、以下の条件式を満足するものである。
１５＜｜（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）｜＜３５ （５）
ここで、
ｒ３は第２レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ４は第２レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
である。
１５＜｜（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）｜＜３５ （５）
ここで、
ｒ３は第２レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ４は第２レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
である。
条件式（５）は、像面湾曲を補正しつつ、Ｆナンバーを条件式（１）の範囲とする光学系であっても、球面収差及びコマ収差の補正の両立を図るための条件式である。条件式（５）の数値範囲を外れると像面湾曲の補正が不十分となると共に、球面収差及びコマ収差の補正が不十分となり好ましくない。
次に本発明の投射光学系の具体的な数値実施例を示す。各実施例において使用する記号は下記の通りである。
ｆ ：投射光学系全系の焦点距離
ＦＮＯ ：Ｆナンバー
ｒ ：近軸曲率半径
ｄ ：光軸上のレンズの厚み又は空気間隔
ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッベ数
ｃ２ ：第1レンズの画像表示素子側の面の曲率
ＴＴＬ ：第1レンズの投射面側頂点から光軸に沿った画像表示素子の表示面までの距離
ＢＦＬ ：バックフォーカス
また、各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面である。
ＦＮＯ ：Ｆナンバー
ｒ ：近軸曲率半径
ｄ ：光軸上のレンズの厚み又は空気間隔
ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッベ数
ｃ２ ：第1レンズの画像表示素子側の面の曲率
ＴＴＬ ：第1レンズの投射面側頂点から光軸に沿った画像表示素子の表示面までの距離
ＢＦＬ ：バックフォーカス
また、各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面である。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・としたとき、次の式（Ｉ）で表される。
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（ｙ／ｒ）２｝１／２］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０ ・・・（Ｉ）
なお、非球面係数において、Ｅは１０のべき乗数を示し、例えば、２．３×１０－２は、２．３Ｅ－００２と表すものとする。また、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（ｙ／ｒ）２｝１／２］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０ ・・・（Ｉ）
なお、非球面係数において、Ｅは１０のべき乗数を示し、例えば、２．３×１０－２は、２．３Ｅ－００２と表すものとする。また、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
（実施例１）
次に、実施例１に係る投射光学系について説明する。
図１は、実施例１に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例１に係る投射光学系について説明する。
図１は、実施例１に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図２は、実施例１にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。球面収差は、４８６．１ｎｍ（Ｆ線）、５８７．６ｎｍ（ｄ線）、６５６．３ｎｍ（ｃ線）の各波長における数値を示している。非点収差及び歪曲収差は、５８７．６ｎｍ（ｄ線）における数値を示している。
非点収差は、Ｓがサジタル像面、Ｔがタンジェンシャル像面を示している。また、図中ＦＮＯはＦナンバー、Ｙは像高を示している。なお、収差図における記号は、後述の実施例においても共通である。
この投射光学系は、図１に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例１の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．５７ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．５３ｍｍ
ｆ２：５０．５０ｍｍ
ｆ３：１７．１６ｍｍ
ＴＴＬ：６．８５ｍｍ
ＢＦＬ：１．７０ｍｍ
ｆ ：４．５７ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．５３ｍｍ
ｆ２：５０．５０ｍｍ
ｆ３：１７．１６ｍｍ
ＴＴＬ：６．８５ｍｍ
ＢＦＬ：１．７０ｍｍ
実施例１の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例１の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K= -6.703E-01
A4= -1.138E-03, A6=3.200E-03, A8=-1.843E-03, A10=4.352E-04, A12=-5.124E-05
第３面
K= -5.000E+00
A4= -5.240E-03, A6=8.058E-04, A8=-1.171E-03, A10=2.268E-04, A12=-1.784E-05
第４面
K= -8.860E-01
A4= 6.397E-02, A6=-1.751E-02, A8=2.478E-02, A10=-8.481E-03, A12=9.646E-04
第５面
K= -2.581E+00
A4= -6.725E-02, A6=2.759E-02, A8=2.443E-03, A10=-3.322E-04, A12=-3.589E-04, A14=7.537E-05
第６面
K= -3.236E-01
A4= -2.686E-02, A6=6.547E-03, A8=-1.784E-03, A10=3.428E-04, A12=-4.961E-05, A14=3.278E-06
第７面
K=0 -5.494E+00
A4= -3.663E-02, A6=1.173E-02, A8=-2.885E-03, A10=3.926E-04, A12=-3.093E-05, A14=1.087E-06
第２面
K= -6.703E-01
A4= -1.138E-03, A6=3.200E-03, A8=-1.843E-03, A10=4.352E-04, A12=-5.124E-05
第３面
K= -5.000E+00
A4= -5.240E-03, A6=8.058E-04, A8=-1.171E-03, A10=2.268E-04, A12=-1.784E-05
第４面
K= -8.860E-01
A4= 6.397E-02, A6=-1.751E-02, A8=2.478E-02, A10=-8.481E-03, A12=9.646E-04
第５面
K= -2.581E+00
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第６面
K= -3.236E-01
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第７面
K=0 -5.494E+00
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実施例１の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．１８
（３）ｄ２/ｆ＝０．３６
（４）ｃ２/ｆ＝０．００６
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝１７．０１
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．１８
（３）ｄ２/ｆ＝０．３６
（４）ｃ２/ｆ＝０．００６
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝１７．０１
（実施例２）
次に、実施例２に係る投射光学系について説明する。
図３は、実施例２に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例２に係る投射光学系について説明する。
図３は、実施例２に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図４は、実施例２にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。
この投射光学系は、図３に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例２の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．５７ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．６０ｍｍ
ｆ２：１４．７６ｍｍ
ｆ３：１９１．８８ｍｍ
ＴＴＬ：６．８４ｍｍ
ＢＦＬ：１．３０ｍｍ
実施例２の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
ｆ ：４．５７ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．６０ｍｍ
ｆ２：１４．７６ｍｍ
ｆ３：１９１．８８ｍｍ
ＴＴＬ：６．８４ｍｍ
ＢＦＬ：１．３０ｍｍ
実施例２の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例２の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K=2.342E-01
A4= -1.234E-03, A6=-6.121E-04, A8=7.252E-05, A10=-5.481E-06, A12=-1.399E-06
第３面
K= -4.997E+00
A4= 3.520E-03, A6=-6.229E-04, A8=1.151E-04, A10=2.206E-06, A12=-1.860E-08
第４面
K= -1.117E-01
A4= -1.102E-02, A6=1.854E-02, A8=-1.102E-03, A10=-2.235E-05, A12=1.105E-05
第５面
K= -4.539E+00
A4= -6.495E-02, A6=2.393E-02, A8=-7.746E-04, A10=-7.474E-04, A12=1.484E-04, A14=-1.317E-06
第６面
K= 1.011E+00
A4= -8.386E-03, A6=1.855E-03, A8=-2.023E-04, A10=-8.220E-05, A12=1.370E-05, A14=-5.206E-07
第７面
K= 2.797E-01
A4= -3.215E-02, A6=9.150E-03, A8=-1.743E-03, A10=1.299E-04, A12=-1.892E-06, A14=-1.286E-07
第２面
K=2.342E-01
A4= -1.234E-03, A6=-6.121E-04, A8=7.252E-05, A10=-5.481E-06, A12=-1.399E-06
第３面
K= -4.997E+00
A4= 3.520E-03, A6=-6.229E-04, A8=1.151E-04, A10=2.206E-06, A12=-1.860E-08
第４面
K= -1.117E-01
A4= -1.102E-02, A6=1.854E-02, A8=-1.102E-03, A10=-2.235E-05, A12=1.105E-05
第５面
K= -4.539E+00
A4= -6.495E-02, A6=2.393E-02, A8=-7.746E-04, A10=-7.474E-04, A12=1.484E-04, A14=-1.317E-06
第６面
K= 1.011E+00
A4= -8.386E-03, A6=1.855E-03, A8=-2.023E-04, A10=-8.220E-05, A12=1.370E-05, A14=-5.206E-07
第７面
K= 2.797E-01
A4= -3.215E-02, A6=9.150E-03, A8=-1.743E-03, A10=1.299E-04, A12=-1.892E-06, A14=-1.286E-07
実施例２の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．２９
（３）ｄ２/ｆ＝０．３５
（４）ｃ２/ｆ＝０．０１０
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝－３１．２３
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．２９
（３）ｄ２/ｆ＝０．３５
（４）ｃ２/ｆ＝０．０１０
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝－３１．２３
（実施例３）
次に、実施例３に係る投射光学系について説明する。
図５は、実施例３に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例３に係る投射光学系について説明する。
図５は、実施例３に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図６は、実施例３にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。
この投射光学系は、図５に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例３の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．８２ｍｍ
ｆ２：３１．３１ｍｍ
ｆ３：１７．８２ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．６０ｍｍ
実施例３の投射角光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．８２ｍｍ
ｆ２：３１．３１ｍｍ
ｆ３：１７．８２ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．６０ｍｍ
実施例３の投射角光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例３の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K=-7.324E-01
A4= -1.259E-03, A6=2.919E-03, A8=-1.905E-03, A10=4.359E-04, A12=-4.510E-05
第３面
K= -4.761E+00
A4= -4.363E-03, A6=1.130E-03, A8=-1.129E-03, A10=2.267E-04, A12=-1.936E-05
第４面
K= -8.857E-01
A4= 6.407E-02, A6=-1.779E-02, A8=2.476E-02, A10=-8.444E-03, A12=9.533E-04
第５面
K= -2.519E+00
A4= -6.779E-02, A6=2.771E-02, A8=2.484E-03, A10=-3.883E-04, A12=-4.040E-04, A14=7.779E-05
第６面
K= 8.146E-01
A4= -2.280E-02, A6=6.046E-03, A8=-1.953E-03, A10=3.601E-04, A12=-4.354E-05, A14=2.249E-06
第７面
K= 3.757E-03
A4= -3.567E-02, A6=1.119E-02, A8=-2.848E-03, A10=3.973E-04, A12=-3.128E-05, A14=1.061E-06
第２面
K=-7.324E-01
A4= -1.259E-03, A6=2.919E-03, A8=-1.905E-03, A10=4.359E-04, A12=-4.510E-05
第３面
K= -4.761E+00
A4= -4.363E-03, A6=1.130E-03, A8=-1.129E-03, A10=2.267E-04, A12=-1.936E-05
第４面
K= -8.857E-01
A4= 6.407E-02, A6=-1.779E-02, A8=2.476E-02, A10=-8.444E-03, A12=9.533E-04
第５面
K= -2.519E+00
A4= -6.779E-02, A6=2.771E-02, A8=2.484E-03, A10=-3.883E-04, A12=-4.040E-04, A14=7.779E-05
第６面
K= 8.146E-01
A4= -2.280E-02, A6=6.046E-03, A8=-1.953E-03, A10=3.601E-04, A12=-4.354E-05, A14=2.249E-06
第７面
K= 3.757E-03
A4= -3.567E-02, A6=1.119E-02, A8=-2.848E-03, A10=3.973E-04, A12=-3.128E-05, A14=1.061E-06
実施例３の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．０５
（３）ｄ２/ｆ＝０．４２
（４）ｃ２/ｆ＝０．００２
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２４．８１
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．０５
（３）ｄ２/ｆ＝０．４２
（４）ｃ２/ｆ＝０．００２
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２４．８１
（実施例４）
次に、実施例４に係る投射光学系について説明する。
図７は、実施例４に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例４に係る投射光学系について説明する。
図７は、実施例４に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図８は、実施例４にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。
この投射光学系は、図７に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例４の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．２２ｍｍ
ｆ２：３６．４８ｍｍ
ｆ３：２４．２１ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．６４ｍｍ
実施例４の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．２２ｍｍ
ｆ２：３６．４８ｍｍ
ｆ３：２４．２１ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．６４ｍｍ
実施例４の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例４の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K=-5.946E-01
A4=-1.373E-03, A6=3.537E-03, A8=-1.782E-03, A10=4.467E-04, A12=-4.763E-05
第３面
K=-5.000E+00
A4=-5.138E-03, A6=5.113E-04, A8=-1.237E-03, A10=2.329E-04, A12=-1.360E-05
第４面
K=-8.897E-01
A4=6.499E-02, A6=-1.784E-02, A8=2.458E-02, A10=-8.543E-03, A12=9.564E-04
第５面
K=-2.731E+00
A4=-6.416E-02, A6=2.879E-02, A8=2.784E-03, A10=-2.896E-04, A12=-3.750E-04, A14=6.652E-05
第６面
K=6.575E-01
A4=-2.162E-02, A6=5.317E-03, A8=-1.955E-03, A10=4.556E-04, A12=-1.065E-04, A14=1.205E-05
第７面
K=-5.005E+00
A4=-3.582E-02, A6=8.991E-03, A8=-2.436E-03, A10=4.038E-04, A12=-4.095E-05, A14=1.853E-06
第２面
K=-5.946E-01
A4=-1.373E-03, A6=3.537E-03, A8=-1.782E-03, A10=4.467E-04, A12=-4.763E-05
第３面
K=-5.000E+00
A4=-5.138E-03, A6=5.113E-04, A8=-1.237E-03, A10=2.329E-04, A12=-1.360E-05
第４面
K=-8.897E-01
A4=6.499E-02, A6=-1.784E-02, A8=2.458E-02, A10=-8.543E-03, A12=9.564E-04
第５面
K=-2.731E+00
A4=-6.416E-02, A6=2.879E-02, A8=2.784E-03, A10=-2.896E-04, A12=-3.750E-04, A14=6.652E-05
第６面
K=6.575E-01
A4=-2.162E-02, A6=5.317E-03, A8=-1.955E-03, A10=4.556E-04, A12=-1.065E-04, A14=1.205E-05
第７面
K=-5.005E+00
A4=-3.582E-02, A6=8.991E-03, A8=-2.436E-03, A10=4.038E-04, A12=-4.095E-05, A14=1.853E-06
実施例４の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．１９
（３）ｄ２/ｆ＝０．２５
（４）ｃ２/ｆ＝０．００７
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２２．７９
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．１９
（３）ｄ２/ｆ＝０．２５
（４）ｃ２/ｆ＝０．００７
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２２．７９
（実施例５）
次に、実施例５に係る投射光学系について説明する。
図９は、実施例５に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例５に係る投射光学系について説明する。
図９は、実施例５に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図１０は、実施例５にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。
この投射光学系は、図９に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例５の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．９３ｍｍ
ｆ２：２２３．００ｍｍ
ｆ３：１０．１１ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．８１ｍｍ
実施例５の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．１
ｆ１：５．９３ｍｍ
ｆ２：２２３．００ｍｍ
ｆ３：１０．１１ｍｍ
ＴＴＬ：７．００ｍｍ
ＢＦＬ：１．８１ｍｍ
実施例５の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例５の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K=-8.097E-01
A4=-3.447E-03, A6=4.555E-03, A8=-2.147E-03, A10= 4.571E-04, A12=-4.593E-05
第３面
K=-5.010E+00
A4=-6.084E-03, A6=1.964E-03, A8=-1.068E-03, A10= 1.591E-04, A12=-1.183E-05
第４面
K=-8.369E-01
A4=9.149E-02, A6=-2.670E-02, A8=2.476E-02, A10=-8.081E-03, A12=9.414E-04
第５面
K=-2.452E+00
A4=-5.077E-02, A6=2.268E-02, A8=2.078E-03, A10=-8.299E-04, A12=-1.324E-04, A14=4.267E-05
第６面
K= -9.256E-01
A4=-2.152E-02, A6=8.693E-03, A8=-2.465E-03, A10= 3.974E-04, A12=-3.249E-05, A14=1.010E-06
第７面
K= 4.819E-01
A4=-3.239E-02, A6=1.178E-02, A8=-3.011E-03, A10= 4.276E-04, A12=-3.137E-05, A14=8.910E-07
第２面
K=-8.097E-01
A4=-3.447E-03, A6=4.555E-03, A8=-2.147E-03, A10= 4.571E-04, A12=-4.593E-05
第３面
K=-5.010E+00
A4=-6.084E-03, A6=1.964E-03, A8=-1.068E-03, A10= 1.591E-04, A12=-1.183E-05
第４面
K=-8.369E-01
A4=9.149E-02, A6=-2.670E-02, A8=2.476E-02, A10=-8.081E-03, A12=9.414E-04
第５面
K=-2.452E+00
A4=-5.077E-02, A6=2.268E-02, A8=2.078E-03, A10=-8.299E-04, A12=-1.324E-04, A14=4.267E-05
第６面
K= -9.256E-01
A4=-2.152E-02, A6=8.693E-03, A8=-2.465E-03, A10= 3.974E-04, A12=-3.249E-05, A14=1.010E-06
第７面
K= 4.819E-01
A4=-3.239E-02, A6=1.178E-02, A8=-3.011E-03, A10= 4.276E-04, A12=-3.137E-05, A14=8.910E-07
実施例５の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．２２
（３）ｄ２/ｆ＝０．４０
（４）ｃ２/ｆ＝０．００７
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝１３．８８
（１）ｆ/Ｄ＝１．１
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．２２
（３）ｄ２/ｆ＝０．４０
（４）ｃ２/ｆ＝０．００７
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝１３．８８
（実施例６）
次に、実施例６に係る投射光学系について説明する。
図１１は、実施例６に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
次に、実施例６に係る投射光学系について説明する。
図１１は、実施例６に係る投射光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図１２は、実施例６にかかる投射光学系の合焦時における（ａ）球面収差（ＳＡ）、（ｂ）非点収差（ＡＳ）、（ｃ）歪曲収差（ＤＴ）を示す図である。
この投射光学系は、図１１に示すように、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズを配置してなる。
実施例６の投射光学系の全体諸元を以下に示す。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．０５
ｆ１：５．７８ｍｍ
ｆ２：４０．２８ｍｍ
ｆ３：１７．７９ｍｍ
ＴＴＬ：６．９８ｍｍ
ＢＦＬ：１．２２ｍｍ
実施例６の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
ｆ ：４．６０ｍｍ
ＦＮＯ：１．０５
ｆ１：５．７８ｍｍ
ｆ２：４０．２８ｍｍ
ｆ３：１７．７９ｍｍ
ＴＴＬ：６．９８ｍｍ
ＢＦＬ：１．２２ｍｍ
実施例６の投射光学系の面データを以下に示す（単位ｍｍ）。
実施例６の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第２面
K=1.539E-01
A4=-1.839E-03, A6=4.800E-04, A8=-1.134E-04, A10= -4.558E-06, A12=2.602E-06, A14=4.437E-08
第３面
K=9.999E-01
A4=5.828E-03, A6=-3.273E-04, A8=3.526E-05, A10=2.648E-05, A12=-1.142E-06, A14=-2.602E-07
第４面
K=-4.537E-01
A4=7.969E-03, A6=1.253E-02, A8=3.411E-04, A10=2.982E-05, A12=-5.299E-05
第５面
K=-2.834E+00
A4=-5.060E-02, A6=1.970E-02, A8=-4.553E-04, A10= -4.578E-04, A12=7.688E-05
第６面
K= 6.752E-01
A4=-1.546E-02, A6=4.540E-03, A8=-8.779E-04, A10= 1.852E-05, A12=1.397E-05, A14=-1.483E-06
第７面
K= 1.000E+00
A4=-2.515E-02, A6=4.703E-03, A8=-3.567E-04, A10= 1.974E-06, A12=-2.498E-06, A14=2.021E-07
第２面
K=1.539E-01
A4=-1.839E-03, A6=4.800E-04, A8=-1.134E-04, A10= -4.558E-06, A12=2.602E-06, A14=4.437E-08
第３面
K=9.999E-01
A4=5.828E-03, A6=-3.273E-04, A8=3.526E-05, A10=2.648E-05, A12=-1.142E-06, A14=-2.602E-07
第４面
K=-4.537E-01
A4=7.969E-03, A6=1.253E-02, A8=3.411E-04, A10=2.982E-05, A12=-5.299E-05
第５面
K=-2.834E+00
A4=-5.060E-02, A6=1.970E-02, A8=-4.553E-04, A10= -4.578E-04, A12=7.688E-05
第６面
K= 6.752E-01
A4=-1.546E-02, A6=4.540E-03, A8=-8.779E-04, A10= 1.852E-05, A12=1.397E-05, A14=-1.483E-06
第７面
K= 1.000E+00
A4=-2.515E-02, A6=4.703E-03, A8=-3.567E-04, A10= 1.974E-06, A12=-2.498E-06, A14=2.021E-07
実施例６の投射光学系の条件式（１）から（５）に対応する値を以下に示す。
（１）ｆ/Ｄ＝１．０５
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．４２
（３）ｄ２/ｆ＝０．３１
（４）ｃ２/ｆ＝０．０１４
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２８．００
（１）ｆ/Ｄ＝１．０５
（２）（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＝１．４２
（３）ｄ２/ｆ＝０．３１
（４）ｃ２/ｆ＝０．０１４
（５）（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）＝２８．００
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
ＣＧ カバーガラス
Ｄ 画像表示素子の表示面
Ｓ 開口絞り
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
ＣＧ カバーガラス
Ｄ 画像表示素子の表示面
Ｓ 開口絞り
Claims (2)
- 画像表示素子からの像を投射面に拡大して投射する投射光学系であって、
投射面側から順に、開口絞り、正の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、及び投射面側が凸面形状を有し、正の屈折力を有する第３レンズが配置され、
以下の条件式を満足することを特徴とする投射光学系。
１．０＜ｆ/Ｄ＜１．３５ （１）
１．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２－ｒ１）＜１．４５ （２）
０．２＜ｄ２/ｆ＜０．４５ （３）
ここで、
ｆは投射光学系全系の焦点距離、
Ｄは入射瞳径
ｒ１は第１レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ２は第１レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
ｄ２は第1レンズ及び第２レンズの光軸上の空気間隔
である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
１５＜｜（ｒ４＋ｒ３）/（ｒ４－ｒ３）｜＜３５ （５）
ここで、
ｒ３は第２レンズの投射面側の面の曲率半径、
ｒ４は第２レンズの画像表示素子側の面の曲率半径
である。
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