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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und eine optische Vorrichtung, und insbesondere ein optisches System, das bevorzugt beispielsweise als ein optisches Projektionssystem in einer Projektions-Anzeigevorrichtung oder als optisches Abbildungssystem in einer Digitalkamera, einer Videokamera oder dergleichen verwendet wird, und eine mit dem optischen System ausgestattete optische Vorrichtung.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Mit der weitverbreiteten Verwendung von Personalcomputern hat sich in jüngster Zeit der Markt für Projektionsanzeigeeinrichtungen erheblich vergrößert. Als ein Lichtventil (light valve), das in einer Projektionsanzeigeeinrichtung eine optische Modulation durchführt, sind eine transmittive oder reflektive Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, eine digitale Mikrospiegel-Einrichtung (DMD®, Digital Micromirror Device) mit regelmäßig angeordneten Mikrospiegeln und dergleichen bekannt. Unter diesen ist die digitale Mikrospiegel-Einrichtung, die Mikrospiegel verwendet, für eine Größenreduktion geeignet, da sie eine hohe Antwortgeschwindigkeit aufweist und eine Konfiguration gestattet, in der Beleuchtungslicht von jeder der drei Primärfarben des Lichts im Zeitmultiplex sequentiell auf ein Ein-Panel-Lichtventil projiziert wird.
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Zusammen mit einer Zunahme der Nachfrage für mobile Anwendungen werden kleine Projektionsanzeigeeinrichtungen benötigt und es ist zu diesem Zweck bevorzugt, ein optisches Projektionssystem zu verwenden, das kompakt und mit einer geringeren Anzahl von Linsen konfiguriert ist. Weiterhin wird eine Größenreduktion ebenso für Digitalkameras, Videokameras und dergleichen, sowie für die mit diesen verwendeten optischen Abbildungssysteme, benötigt. Hinsichtlich der optischen Systeme, die aus sechs Linsen als Ganzes aufgebaut sind, sind die in den im Folgenden aufgeführten Patentliteraturen 1 und 2 beschriebenen bekannt.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- PL 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2000-39555
- PL 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2(1990)-40607
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In jüngster Zeit hat in Projektionsanzeigeeinrichtungen die hohe Pixeldichte (pixelation) von Lichtventilen weiter zugenommen und in digitalen Abbildungseeinrichtungen hat die hohe Pixeldichte von Bildsensoren weiter zugenommen. Dies erfordert, dass optische Systeme, die mit derartigen Geräten verwendet werden, eine kleine F-Zahl und höhere Performanz mit gut korrigierten Aberrationen, umfassend chromatische Aberration (chromatic aberration), aufweisen. Während sie kompakt ausgestaltet sind, müssen optische Projektionssysteme weiterhin einen Rückfokus gewährleisten, der es gestattet, dass ein optisches Farb-Kombinationssystem oder dergleichen zwischen dem Lichtventil und dem optischen System eingefügt wird.
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Der Markt verlangt nach optischen Systemen, die die vorgenannten Anforderungen zugleich erfüllen. Das in Patentliteratur 1 beschriebene Linsensystem benötigt jedoch weitere Verbesserungen bezüglich der Performanz, um die jüngsten hochauflösenden Lichtventile zu unterstützen. Das in Patentliteratur 2 beschriebene Linsensystem weist eine große F-Zahl auf.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System anzugeben, das kompakt ausgestaltet ist und dennoch eine kleine F-Zahl aufweist, einen Rückfokus mit geeigneter Länge sicherstellt und eine hohe optische Performanz aufweist, die in der Lage ist, die jüngsten hohen Pixeldichten zu unterstützen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit dem optischen System ausgestattete optische Vorrichtung anzugeben.
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Ein erstes erfindungsgemäßes optisches System besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, im Wesentlichen aus einer ersten Linse mit einer positiven Brechkraft und mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite, einer zweiten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer dritten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer vierten Linse mit einer positiven Brechkraft, einer fünften Linse mit einer positiven Brechkraft und einer sechsten Linse mit einer positiven Brechkraft, wobei die folgenden Bedingungsausdrücke (1) und (2) erfüllt werden: 0,17 < D2/f < 0,80 (1) –60 < vd1 – vd2<-15 (2) wobei
- D2:
- der Abstand auf der optischen Achse zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ist
- f:
- die Brennweite des gesamten Systems ist
- vd1:
- die Abbe-Zahl der ersten Linse bezüglich der d-Linie ist
- vd2:
- die Abbe-Zahl der zweiten Linse bezüglich der d-Linie ist.
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In dem ersten erfindungsgemäßen optischen System wird bevorzugt der folgende Bedingungsausdruck (3) erfüllt: 0,25 < f/f1 < 0,70 (3) wobei
- f1:
- die Brennweite der ersten Linse ist.
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Ein zweites erfindungsgemäßes optisches System besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, im Wesentlichen aus einer ersten Linse mit einer positiven Brechkraft und mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite, einer zweiten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer dritten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer vierten Linse mit einer positiven Brechkraft, einer fünften Linse mit einer positiven Brechkraft und einer sechsten Linse mit einer positiven Brechkraft, wobei die folgenden Bedingungsausdrücke (1) und (3) erfüllt werden: 0,17 < D2/f < 0,80 (1) 0,25 < f/f1 < 0,70 (3) wobei
- D2:
- der Abstand auf der optischen Achse zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ist
- f:
- die Brennweite des gesamten Systems ist
- f1:
- die Brennweite der ersten Linse ist.
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In den ersten und zweiten erfindungsgemäßen optischen Systemen wird bevorzugt ein beliebiger oder eine beliebige Kombination der folgenden Bedingungsausdrücke (1-1) bis (3-1) erfüllt: 0,20 < D2/f < 0,55 (1-1). –50 < vd1 – vd2 < –18 (2-1) 0,30 < f/f1 < 0,60 (3-1) wobei
- D2:
- der Abstand auf der optischen Achse zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ist
- f:
- die Brennweite des gesamten Systems ist
- vd1:
- die Abbe-Zahl der ersten Linse bezüglich der d-Linie ist
- vd2:
- die Abbe-Zahl der zweiten Linse bezüglich der d-Linie ist
- f1:
- die Brennweite der ersten Linse ist.
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Weiterhin weist in den ersten und zweiten erfindungsgemäßen optischen Systemen jede Linse eine im Folgenden beschriebene Form auf. Die vergrößerungsseitige Oberfläche der dritten Linse ist bevorzugt eine konkave Oberfläche. Die zweite Linse ist bevorzugt eine Meniskuslinse mit einer konkaven Oberfläche auf der Verkleinerungsseite. Die verkleinerungsseitige Oberfläche der vierten Linse ist bevorzugt eine konvexe Oberfläche. Die verkleinerungsseitige Oberfläche der fünften Linse ist bevorzugt eine konvexe Oberfläche. Die fünfte Linse ist bevorzugt eine bikonvexe Linse. Die vergrößerungsseitige Oberfläche der sechsten Linse ist bevorzugt eine konvexe Oberfläche.
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Eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung ist mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen optischen System ausgestattet.
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Die vorgenannte ”Vergrößerungsseite” bezieht sich auf die Projektionsseite (Schirmseite), wenn das erfindungsgemäße optische System als optisches Projektionssystem verwendet wird, falls es jedoch als optisches Abbildungssystem verwendet wird, auf die Subjektseite. Die vorgenannte ”Verkleinerungsseite” bezieht sich auf die ursprüngliche Bildanzeigebereichsseite (Lichtventilseite), wenn das erfindungsgemäße optische System als optisches Projektionssystem verwendet wird, falls es jedoch als optisches Abbildungssystem verwendet wird, auf die Bildseite.
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Das vorgenannte ”besteht ... im Wesentlichen aus” drückt aus, dass das optische System Linsen, die im Wesentlichen keine Brechkraft aufweisen, andere optische Elemente als Linsen, wie eine Blende, eine Maske, ein Abdeckglas, ein Filter und dergleichen, einen Linsenflansch, einen Linsentubus und eine mechanische Komponente, wie einen Verwacklungsunschärfe-Korrekturmechanismus, zusätzlich zu den oben beschriebenen Bestandselementen umfassen kann.
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Das Vorzeichen der Brechkraft und die Oberflächenform einer Linse werden in dem paraxialen (achsnahen) Bereich betrachtet, wenn die Linse eine asphärische Oberfläche umfasst, sofern nicht anderweitig gesondert beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem System, das aus sechs Linsen aus positiver, negativer, negativer, positiver, positiver und positiver, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, aufgebaut ist, die Form der ersten Linse geeignet eingestellt und das System ist eingestellt um vorbestimmte Bedingungsausdrücke zu erfüllen. Dies gestattet ein optisches System, das kompakt ausgestaltet ist und dennoch eine kleine F-Zahl aufweist, einen Rückfokus mit geeigneter Länge sicherstellt und eine hohe optische Performanz aufweist, die in der Lage ist, die jüngsten hohen Pixeldichten zu unterstützen, und eine mit dem optischen System ausgestattete optische Vorrichtung zu realisieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht eines optischen Systems von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, die dessen Linsenkonfiguration illustriert;
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2 ist eine Querschnittsansicht eines optischen Systems von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung, die dessen Linsenkonfiguration illustriert;
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3 ist eine Querschnittsansicht eines optischen Systems von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, die dessen Linsenkonfiguration illustriert;
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4 ist eine Querschnittsansicht eines optischen Systems von Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, die dessen Linsenkonfiguration illustriert;
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5 ist eine Querschnittsansicht eines optischen Systems von Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung, die dessen Linsenkonfiguration illustriert;
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6 zeigt Aberrationsdiagramme des optischen Systems von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Diagramm der sphärischen Aberration (spherical aberration diagram), ein Astigmatismusdiagramm (astigmatism diagram), ein Verzeichnungsdiagramm (distortion diagram) und ein Farbquerfehlerdiagramm (lateral chromatic aberration diagram) in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite angeordnet sind;
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7 zeigt Aberrationsdiagramme des optischen Systems von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Diagramm der sphärischen Aberration, ein Astigmatismusdiagramm, ein Verzeichnungsdiagramm und ein Farbquerfehlerdiagramm in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite angeordnet sind;
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8 zeigt Aberrationsdiagramme des optischen Systems von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Diagramm der sphärischen Aberration, ein Astigmatismusdiagramm, ein Verzeichnungsdiagramm und ein Farbquerfehlerdiagramm in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite angeordnet sind;
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9 zeigt Aberrationsdiagramme des optischen Systems von Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Diagramm der sphärischen Aberration, ein Astigmatismusdiagramm, ein Verzeichnungsdiagramm und ein Farbquerfehlerdiagramm in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite angeordnet sind;
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10 zeigt Aberrationsdiagramme des optischen Systems von Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung, in welchen ein Diagramm der sphärischen Aberration, ein Astigmatismusdiagramm, ein Verzeichnungsdiagramm und ein Farbquerfehlerdiagramm in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite angeordnet sind;
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11 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer optischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer optischen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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13A ist eine perspektivische Vorderansicht einer mit dem erfindungsgemäßen optischen System ausgestatteten optischen Vorrichtung;
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13B ist eine perspektivische Rückansicht der in 13A gezeigten optischen Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 bis 5 sind Querschnittsansichten von optischen Systemen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die jeweils den Beispielen 1 bis 5 entsprechen. Die grundlegenden Konfigurationen der in 1 bis 5 gezeigten Beispiele sind identisch und die Darstellungsarten der 1 bis 5 sind ebenfalls identisch. Nachfolgend wird, hauptsächlich mit Bezug auf 1, ein optisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Das optische System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf einer Abbildungseinrichtung angebracht sein und als optisches Abbildungssystem zum Abbilden eines Subjekts verwendet werden. Weiterhin kann das optische System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einer Projektionsanzeigeeinrichtung angebracht sein und als ein optisches Projektionssystem zum Projizieren von auf einem Lichtventil angezeigter Bildinformationen auf einen Schirm verwendet werden. 1 zeigt cm Beispiel in welchem das optische System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einer Projektionsanzeigeeinrichtung angebracht ist. In 1 ist die linke Seite die Vergrößerungsseite und die rechte Seite ist die Verkleinerungsseite und ein optisches Glied 2A, das ein Prisma oder dergleichen darstellen soll, ein optisches Glied 2B, das verschiedene Filter, ein Abdeckglas und dergleichen darstellen soll, und eine Bildanzeigeoberfläche 1 eines Lichtventils sind ebenso illustriert.
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In der Projektionsanzeigeeinrichtung tritt ein Lichtstrahl mit einer durch die Bildanzeigeoberfläche 1 gegebenen Bildinformation durch die optischen Glieder 2B und 2A in das optische System ein und wird durch das optische System auf einen Schirm (nicht dargestellt), der auf der linksseitigen Richtung der Zeichnung angeordnet ist, projiziert.
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Aus Gründen der Einfachheit der Zeichnung illustriert 1 lediglich eine einzige Bildanzeigeoberfläche 1, jedoch kann die Projektionsanzeigeeinrichtung eingerichtet sein ein vollfarbiges Bild anzuzeigen, in dem ein Lichtstrahl von der Lichtquelle von einem optischen Farbseparierungssystem in drei Primärfarben separiert wird und drei Lichtventile, jedes für eine der Primärfarbe, vorgesehen sind.
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Das optische System der vorliegenden Ausführungsform besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, im Wesentlichen aus einer ersten Linse L1 mit einer positiven Brechkraft und mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite, einer zweiten Linse L2 mit einer negativen Brechkraft, einer dritten Linse L3 mit einer negativen Brechkraft, einer vierten Linse L4 mit einer positiven Brechkraft, einer fünften Linse L5 mit einer positiven Brechkraft und einer sechsten Linse L6 mit einer positiven Brechkraft.
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1 zeigt ein Beispiel in welchem eine Aperturblende St zwischen der zweiten Linse L2 und der dritten Linse L3 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass die in 1 gezeigte Aperturblende St nicht notwendigerweise die Größe oder Form darstellt, sondern die Position auf der optischen Achse Z angibt.
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Das Zuordnen einer positiven Brechkraft zu der ersten Linse L1 ist vorteilhaft zum Korrigieren von Verzeichnung (distortion) und Farbquerfehler (lateral chromatic aberration). Das Ausbilden der vergrößerungsseitigen Oberfläche der ersten Linse L1 als eine konvexe Oberfläche ist vorteilhaft zum Korrigieren von sphärischer Aberration (spherical aberration). Die erste Linse L1 kann beispielsweise eine positive Meniskuslinse mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite sein.
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Das Zuordnen einer negativen Brechkraft zu der zweiten Linse L2 bewirkt, dass es einfach ist, einen Rückfokus geeigneter Länge zu gewährleisten. Die zweite Linse L2 ist bevorzugt eine Meniskuslinse mit einer konkaven Oberfläche auf der Verkleinerungsseite und, wenn dies der Fall ist, kann der Umfang des entstehenden Astigmatismus (astigmatism) vermindert werden.
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Das Zuordnen einer negativen Brechkraft zu der dritten Linse L3 ist vorteilhaft zum Korrigieren von sphärischer Aberration und Farblängsfehler (longitudinal chromatic aberration). Die vergrößerungsseitige Oberfläche der dritten Linse L3 ist vorzugsweise eine konkave Oberfläche und, wenn dies der Fall ist, wird sphärische Aberration vorteilhaft korrigiert. Die dritte Linse L3 kann beispielsweise eine bikonkave Linse sein.
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Das Zuordnen von positiven Brechkräften zu der vierten Linse L4, der fünften Linse L5 und der sechsten Linse L6 bewirkt, dass es einfach ist zu verhindern, dass sich Verzeichnung und sphärische Aberration verschlechtern, während auf der Verkleinerungsseite Telezentrizität (telecentricity) erhalten bleibt, indem es gestattet wird, dass die positive Brechkraft auf die drei Linsen verteilt wird. Das Beibehalten von Telezentrizität auf der Verkleinerungsseite gestattet, dass das optische System für eine Projektionsanzeigeeinrichtung mit einem Kreuzprisma (cross prism), einem Totalreflexionsprisma (total reflection prism) oder dergleichen, die zwischen dem Linsensystem und der Bildanzeigeoberfläche 1 angeordnet sind, geeignet verwendet werden kann.
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Die verkleinerungsseitige Oberfläche der Linse L4 ist vorzugsweise eine konvexe Oberfläche und, wenn dies der Fall ist, kann der Umfang des entstehenden Astigmatismus vermindert werden. Die vierte Linse L4 kann beispielsweise eine positive Meniskuslinse mit einer konvexen Oberfläche auf der Verkleinerungsseite sein.
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Die verkleinerungsseitige Oberfläche der fünften Linse L5 ist vorzugsweise eine konvexe Oberfläche und, wenn dies der Fall ist, kann der Umfang des entstehenden Astigmatismus vermindert werden. Wenn die verkleinerungsseitige Oberfläche der vierten Linse L4 und die verkleinerungsseitige Oberfläche der fünften Linse L5 beides konvexe Oberflächen sind, kann der Umfang des entstehenden Astigmatismus weiter vermindert werden, im Vergleich mit dem Fall, in welchem lediglich eine der beiden Oberflächen eine konvexe Oberfläche ist. Die fünfte Linse L5 ist vorzugsweise eine bikonvexe Linse, und, wenn dies der Fall ist, kann der Umfang der entstehenden sphärischen Aberration vermindert werden.
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Die vergrößerungsseitige Oberfläche der sechsten Linse L6 ist vorzugsweise eine konvexe Oberfläche und, wenn dies der Fall ist, kann der Umfang der entstehenden sphärischen Aberration vermindert werden. Die sechste Linse L6 kann beispielsweise eine bikonvexe Linse sein.
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Das optische System der vorliegenden Ausführungsform kann eine unverkittete Einzellinse für jede der ersten Linse L1 bis sechsten Linse L6 verwenden. Die Verwendung von Einzellinsen kann im Vergleich mit dem Fall, in welchem Kittlinsen verwendet werden, die Gestaltungsfreiheit erhöhen, was vorteilhaft für die Realisierung eines hoch-auflösenden Linsensystems ist.
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Das optische System der vorliegenden Ausführungsform erfüllt vorzugsweise einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der folgenden Bedingungsausdrücke (1) bis (3): 0,17 < D2/f < 0,80 (1) –60 < vd1 – vd2 < –15 (2) 0,25 < f/f1 < 0,70 (3) wobei
- D2:
- der Abstand auf der optischen Achse zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ist
- f:
- die Brennweite des gesamten Systems ist
- vd1:
- die Abbe-Zahl der ersten Linse bezüglich der d-Linie ist
- vd2:
- die Abbe-Zahl der zweiten Linse bezüglich der d-Linie ist
- f1:
- die Brennweite der ersten Linse ist.
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Das Verhindern, dass das optische System auf oder unter die untere Grenze von Bedingungsausdruck (1) fällt gestattet es chromatische Aberration und Verzeichnung zufriedenstellend zu korrigieren. Das Verhindern, dass das optische System die obere Grenze von Bedingungsausdruck (1) überschreitet, kann darin resultieren, dass verhindert wird, dass die Gesamtlänge des Linsensystem exzessiv zunimmt, und es wird verhindert, dass der Durchmesser der ersten Linse L1 stark zunimmt. Um die vorgenannten vorteilhaften Effekte von Bedingungsausdruck (1) zu verstärken, erfüllt das optische System vorzugsweise einen im Folgenden angegebenen Bedingungsausdruck (1-1): 0,20 < D2/f < 0,55 (1-1).
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Das Verhindern, dass das optische System auf oder unter die untere Grenze von Bedingungsausdruck (2) fällt gestattet es, Farblängsfehler zufriedenstellend zu korrigieren. Das Verhindern, dass das optische System die obere Grenze von Bedingungsausdruck (2) überschreitet, gestattet es, Farbquerfehler zufriedenstellend zu korrigieren. Um die vorgenannten vorteilhaften Effekte von Bedingungsausdruck (2) zu verstärken, erfüllt das optische System vorzugsweise einen im Folgenden angegebenen Bedingungsausdruck (2-1): –50 < vd1 – vd2 < –18 (2-1).
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Das Erfüllen von Bedingungsausdruck (3) gestattet es, Farbquerfehler und Verzeichnung innerhalb eines geeigneten Bereichs zu korrigieren. Um die vorgenannten vorteilhaften Effekte von Bedingungsausdruck (3) zu verstärken, erfüllt das optische System vorzugsweise einen im Folgenden angegebenen Bedingungsausdruck (3-1): 0,30 < f/f1 < 0,60 (3-1).
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Die vorgenannten bevorzugten Konfigurationen können beliebig kombiniert werden und werden bevorzugt in geeigneter Weise selektiv verwendet, entsprechend den Anforderungen des optischen Systems. Beispielsweise kann ein optisches System mit einer F-Zahl von 2,5 oder weniger konfiguriert werden, indem die vorgenannten Konfigurationen geeignet verwendet werden. Optische Systeme gemäß zwei Aspekten werden nachfolgend als bevorzugte Konfigurationen angegeben, die die vorgenannten Konfigurationen geeignet verwenden. In den optischen Systemen der im Folgenden beschriebenen ersten und zweiten Aspekte, können die vorgenannten bevorzugten Konfigurationen auf geeignete Weise selektiv verwendet werden.
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Das optische System des ersten Aspekts besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, im Wesentlichen aus einer ersten Linse mit einer positiven Brechkraft und mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite, einer zweiten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer dritten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer vierten Linse mit einer positiven Brechkraft, einer fünften Linse mit einer positiven Brechkraft und einer sechsten Linse mit einer positiven Brechkraft und erfüllt die vorgenannten Bedingungsausdrücke (1) und (2).
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Das optische System des zweiten Aspekts besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Vergrößerungsseite, im Wesentlichen aus einer ersten Linse mit einer positiven Brechkraft und mit einer konvexen Oberfläche auf der Vergrößerungsseite, einer zweiten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer dritten Linse mit einer negativen Brechkraft, einer vierten Linse mit einer positiven Brechkraft, einer fünften Linse mit einer positiven Brechkraft und einer sechsten Linse mit einer positiven Brechkraft und erfüllt die vorgenannten Bedingungsausdrücke (1) und (3).
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Nachfolgend werden spezifische Beispiele des optischen Systems der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist anzumerken, dass alle numerischen Daten der im Folgenden gezeigten Beispiele derart normalisiert sind, dass die Brennweite des gesamten Systems 1,000 beträgt, und an vorbestimmten (Nachkomma)-Stellen gerundet sind.
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<Beispiel 1>
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Das Konfigurationsdiagramm des optischen Systems von Beispiel 1 ist wie in 1 gezeigt. Linsendaten des optischen Systems von Beispiel 1 sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt, innerhalb des Tabellenrahmens, numerische Werte wenn der vergrößerungsseitige konjugierte Abstand (der Abstand von der am weitesten vergrößerungsseitigen Oberfläche zum Schirm) 8,7 beträgt.
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Die Si-Spalte in Tabelle 1 gibt die i-te Oberflächennummer an, wobei jeder Oberfläche der Bestandselemente eine Nummer i (i = 1, 2, 3, ---) in einer zur Verkleinerungsseite hin fortlaufend zunehmenden Art und Weise zugewiesen wird und die vergrößerungsseitige Oberfläche des am weitesten vergrößerungsseitig liegenden Bestandselements als die erste Oberfläche genommen wird. Die Ri-Spalte gibt den Krümmungsradius der i-ten Oberfläche an und die Di-Spalte gibt den Oberflächenabstand auf der optischen Achse Z zwischen der i-ten Oberfläche und der (i + 1)-ten Oberfläche an. Die Ndj-Spalte gibt den Brechungsindex des j-ten Bestandselements bezüglich der d-Linie (Wellenlänge 587,6 nm) an, wobei jedem Bestandselement in einer zur Verkleinerungsseite hin fortlaufend zunehmenden Art und Weise eine Nummer j (1 = 1, 2, 3, ---) zugewiesen wird und das am weitesten vergrößerungsseitig liegende Bestandselement als das erste Element genommen wird, und die vdj-Spalte gibt die Abbe-Zahl des j-ten Bestandselements bezüglich der d-Linie an.
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Das Vorzeichen des Krümmungsradius ist positiv wenn die Oberflächenform auf der Vergrößerungsseite konvex ist und negativ wenn sie auf der Verkleinerungsseite konvex ist. Es ist anzumerken, dass die Aperturblende St und die optischen Glieder 2A, 2B auch in den Linsendaten umfasst sind, und die Oberflächennummern-Spalte, die der Aperturblende St entspricht, umfasst das Wort (St) sowie die Oberflächennummer. Der Wert unten in der Di-Spalte gibt den Oberflächenabstand zwischen dem optischen Glied 2B und der Bildanzeigeoberfläche 1 an.
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Tabelle 1 zeigt am unteren Ende, außerhalb des Tabellenrahmens, als Spezifikationen bezüglich der d-Linie, die Brennweite ”f” des gesamten Systems, die F-Zahl ”FNo.” und den Gesamtblickwinkel 2ω (Einheit: Grad). [Tabelle 1] Beispiel 1
| Si | Ri | Di | Ndj | vdj |
| 1 | 1,15466 | 0,167 | 1,72342 | 37,95 |
| 2 | 6,00344 | 0,313 | | |
| 3 | 1,83343 | 0,062 | 1,48749 | 70,24 |
| 4 | 0,36238 | 0,382 | | |
| 5(St) | ∞ | 0,344 | | |
| 6 | –0,84639 | 0,130 | 1,78472 | 25,68 |
| 7 | 4,76528 | 0,027 | | |
| 8 | –4,33892 | 0,223 | 1,61800 | 63,33 |
| 9 | –0,76571 | 0,016 | | |
| 10 | 4,04892 | 0,271 | 1,49700 | 81,54 |
| 11 | –0,89990 | 0,006 | | |
| 12 | 1,99092 | 0,173 | 1,63854 | 55,38 |
| 13 | –6,25269 | 0,186 | | |
| 14 | ∞ | 1,211 | 1,63854 | 55,38 |
| 15 | ∞ | 0,338 | | |
| 16 | ∞ | 0,068 | 1,51633 | 64,14 |
| 17 | ∞ | 0,045 | | |
f = 1,000, FNo. = 2,40, 2ω = 26,6°
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6 zeigt in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite jeweils Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus, der Verzeichnung und des Farbquerfehlers des optischen Systems von Beispiel 1 wenn der vergrößerungsseitige konjugierte Abstand 8,7 beträgt. In 6 zeigt das Diagramm der sphärischen Aberration Aberrationen bezüglich der d-Linie (Wellenlänge 587,6 nm), der C-Linie (Wellenlänge 656,3 nm), der F-Linie (Wellenlänge 486,1 nm) und der g-Linie (Wellenlänge 435,8 nm) jeweils mittels der durchgezogenen Linie, der lang gestrichelten Linie, der kurz gestrichelten Linie und der grauen durchgezogenen Linie. Das Astigmatismusdiagramm zeigt Aberrationen bezüglich der d-Linie in der sagittalen Richtung und der tangentialen Richtung jeweils mittels der durchgezogenen Linie und der punktierten Linie. Das Verzeichnungsdiagramm zeigt Verzeichnung bezüglich der d-Linie mittels der durchgezogenen Link. Das Farbquerfehlerdiagramm zeigt Aberrationen bezüglich der C-Linie, der F-Linie und der g-Linie jeweils mittels der lang gestrichelten Linie, der kurz gestrichelten Linie und der grauen durchgezogenen Linie. ”Fno.” in dem Diagramm der sphärischen Aberration bezieht sich auf die F-Zahl und ”ω” in anderen Aberrationsdiagrammen bezieht sich auf den halben Blickwinkel.
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Die Symbole in den verschiedenen Daten und ihre Bedeutungen, ihre Illustrationsmethode und die Tatsache, dass die numerischen Werte in dem Tabellenrahmen der Linsendaten und jedem Aberrationsdiagramm diejenigen sind, wenn der vergrößerungsseitige konjugierte Abstand 8,7 beträgt, werden auch auf die folgenden Beispiele angewendet, sofern nicht anderweitig beschrieben, und eine doppelte Erläuterung wird in der folgenden Beschreibung vermieden.
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<Beispiel 2>
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Das Konfigurationsdiagramm des optischen Systems von Beispiel 2 ist wie in
2 gezeigt. Linsendaten des optischen Systems von Beispiel 2 sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.
7 zeigt in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite jeweils Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus, der Verzeichnung und des Farbquerfehlers des optischen Systems von Beispiel 2. [Tabelle 2] Beispiel 2
| Si | Ri | Di | Ndj | vdj |
| 1 | 1,17998 | 0,164 | 1,72342 | 37,95 |
| 2 | 5,56900 | 0,352 | | |
| 3 | 1,51312 | 0,062 | 1,48749 | 70,24 |
| 4 | 0,35479 | 0,376 | | |
| 5(St) | ∞ | 0,332 | | |
| 6 | –0,81786 | 0,117 | 1,78472 | 25,68 |
| 7 | 4,01055 | 0,034 | | |
| 8 | –3,43427 | 0,207 | 1,61800 | 63,33 |
| 9 | –0,74910 | 0,016 | | |
| 10 | 4,11193 | 0,269 | 1,49700 | 81,54 |
| 11 | –0,83877 | 0,006 | | |
| 12 | 1,92631 | 0,172 | 1,63854 | 55,38 |
| 13 | –5,62798 | 0,185 | | |
| 14 | ∞ | 1,199 | 1,63854 | 55,38 |
| 15 | ∞ | 0,335 | | |
| 16 | ∞ | 0,068 | 1,51633 | 64,14 |
| 17 | ∞ | 0,043 | | |
f = 1,000, FNo. = 2,40, 2ω = 26,2°
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<Beispiel 3>
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Das Konfigurationsdiagramm des optischen Systems von Beispiel 3 ist wie in
3 gezeigt. Linsendaten des optischen Systems von Beispiel 3 sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
8 zeigt in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite jeweils Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus, der Verzeichnung und des Farbquerfehlers des optischen Systems von Beispiel 3. [Tabelle 3] Beispiel 3
| Si | Ri | Di | Ndj | vdj |
| 1 | 1,05316 | 0,168 | 1,83400 | 37,16 |
| 2 | 3,76988 | 0,270 | | |
| 3 | 1,78319 | 0,062 | 1,56883 | 56,36 |
| 4 | 0,37220 | 0,418 | | |
| 5(St) | ∞ | 0,368 | | |
| 6 | –0,85320 | 0,095 | 1,78472 | 25,68 |
| 7 | 4,82589 | 0,030 | | |
| 8 | –3,87132 | 0,219 | 1,61800 | 63,33 |
| 9 | –0,77547 | 0,006 | | |
| 10 | 4,20777 | 0,271 | 1,49700 | 81,54 |
| 11 | –0,88174 | 0,006 | | |
| 12 | 1,94203 | 0,173 | 1,69680 | 55,53 |
| 13 | –7,54485 | 0,186 | | |
| 14 | ∞ | 1,209 | 1,63854 | 55,38 |
| 15 | ∞ | 0,338 | | |
| 16 | ∞ | 0,068 | 1,51633 | 64,14 |
| 17 | ∞ | 0,043 | | |
f = 1,000, FNo. = 2,39, 2ω = 26,6°
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<Beispiel 4>
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Das Konfigurationsdiagramm des optischen Systems von Beispiel 4 ist wie in
4 gezeigt. Linsendaten des optischen Systems von Beispiel 4 sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.
9 zeigt in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite jeweils Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus, der Verzeichnung und des Farbquerfehlers des optischen Systems von Beispiel 4. [Tabelle 4] Beispiel 4
| Si | Ri | Di | Ndj | vdj |
| 1 | 1,36839 | 0,138 | 1,76182 | 26,52 |
| 2 | 6,00084 | 0,239 | | |
| 3 | 0,83250 | 0,064 | 1,48749 | 70,24 |
| 4 | 0,37825 | 0,361 | | |
| 5(St) | ∞ | 0,217 | | |
| 6 | –0,66549 | 0,159 | 1,84666 | 23,78 |
| 7 | 3,94081 | 0,028 | | |
| 8 | –3,33129 | 0,249 | 1,71299 | 53,87 |
| 9 | –0,74639 | 0,128 | | |
| 10 | 7,82867 | 0,278 | 1,49700 | 81,54 |
| 11 | –0,85917 | 0,006 | | |
| 12 | 1,83648 | 0,178 | 1,63854 | 55,38 |
| 13 | –10,27199 | 0,191 | | |
| 14 | ∞ | 1,242 | 1,63854 | 55,38 |
| 15 | ∞ | 0,347 | | |
| 16 | ∞ | 0,070 | 1,51633 | 64,14 |
| 17 | ∞ | 0,049 | | |
f = 1,000, FNo. = 2,40, 2ω = 27,2°
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<Beispiel 5>
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Das Konfigurationsdiagramm des optischen Systems von Beispiel 5 ist wie in
5 gezeigt. Linsendaten des optischen Systems von Beispiel 5 sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt.
10 zeigt in der Reihenfolge ausgehend von der linken Seite jeweils Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus, der Verzeichnung und des Farbquerfehlers des optischen Systems von Beispiel 5. [Tabelle 5] Beispiel 5
| Si | Ri | Di | Ndj | vdj |
| 1 | 1,39235 | 0,160 | 1,83481 | 42,72 |
| 2 | 5,74837 | 0,460 | | |
| 3 | 1,88546 | 0,060 | 1,49700 | 81,54 |
| 4 | 0,36374 | 0,398 | | |
| 5(St) | ∞ | 0,382 | | |
| 6 | –0,87086 | 0,060 | 1,78472 | 25,68 |
| 7 | 4,45420 | 0,030 | | |
| 8 | –3,69923 | 0,204 | 1,61800 | 63,33 |
| 9 | –0,75516 | 0,006 | | |
| 10 | 3,99746 | 0,262 | 1,49700 | 81,54 |
| 11 | –0,84768 | 0,006 | | |
| 12 | 1,94098 | 0,167 | 1,69680 | 55,53 |
| 13 | –5,78046 | 0,180 | | |
| 14 | ∞ | 1,168 | 1,63854 | 55,38 |
| 15 | ∞ | 0,326 | | |
| 16 | ∞ | 0,066 | 1,51633 | 64,14 |
| 17 | ∞ | 0,040 | | |
f = 1,000, FNo. = 2,40, 2ω = 25,6°
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Tabelle 6 zeigt die den Bedingungsausdrücken (1) bis (3) entsprechenden Werte der Beispiele 1 bis 5. Es ist anzumerken, das die in Tabelle 6 gezeigten Werte diejenigen bezüglich der d-Linie sind. [Tabelle 6]
| Ausdruck-Nr. | | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 3 | Beispiel 4 | Beispiel 5 |
| (1) | D2/f | 0,313 | 0,352 | 0,270 | 0,239 | 0,460 |
| (2) | vd1 – vd2 | –32,29 | –32,29 | –19,20 | –43,72 | –38,82 |
| (3) | f/f1 | 0,513 | 0,491 | 0,586 | 0,435 | 0,462 |
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Wie aus den vorgenannten Daten ersichtlich, ist jedes der Abbildungsobjektive der Beispiele 1 bis 5 ein Sechs-Linsen-System, das kompakt ausgestaltet ist, das eine kleine F-Zahl von 2,4 und einen ausreichenden Rückfokus zum Einsetzen eines Prismas und dergleichen aufweist und das eine hohe optische Performanz mit gut korrigierten Aberrationen realisiert.
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Nachfolgend werden mit Bezug auf 11, 12, 13A und 13B Ausführungsformen einer optischen Vorrichtung beschrieben, die das erfindungsgemäße optische System verwendet. 11 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Die in 11 gezeigte Projektionsanzeigevorrichtung 100 umfasst eine Lichtquelle 101, ein optisches Beleuchtungssystem 102, eine Mikrospiegel-Einrichtung 103 als Lichtventil und ein Projektionsobjektiv 104, was ein optisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Es ist anzumerken, dass jedes oben beschriebene Bestandselemente schematisch illustriert ist. Ein von der Lichtquelle 101 emittierter Lichtstrahl wird in einer Zeitreihe selektiert und von einem (nicht dargestellten) Farbrad in drei Primärfarbe-Strahlen (R, G B) gewandelt und fällt auf die Mikrospiegel-Einrichtung 103, nachdem er bezüglich der Lichtintensitätsverteilung entlang eines Querschnitts senkrecht zur optischen Achse Z durch das optische Beleuchtungssystem 102 homogenisiert wurde. In Antwort auf eine Änderung der Farbe des einfallenden Lichtes, wird in der Mikrospiegel-Einrichtung 103 die Modulation zu dieser Farbe geschaltet. Das von der Mikrospiegel-Einrichtung 103 optisch modulierte Licht tritt in das Projektionsobjektiv 104 ein. Die Projektionsanzeigevorrichtung 100 ist derart konfiguriert, dass die Austrittspupillen-Position des optischen Beleuchtungssystems 102 im Wesentlichen mit der Eingangspupillen-Position der Projektionslinse 104 (entsprechend der verkleinerungsseitigen Pupillenposition der Projektionslinse 104) zusammenfällt. Die Projektionslinse 104 projiziert ein durch das optisch modulierte Licht geformtes optisches Bild auf den Schirm 105.
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12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Die in 12 gezeigte Projektionsanzeigevorrichtung 200 umfasst eine Projektionsobjektiv 10, das ein optisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Lichtquelle 20, transmissive Anzeigeelemente 11a bis 11c als Lichtventile, die jeweils jedem Farblicht entsprechen, dichroitische Spiegel 12, 13 zur Farbseparation, ein dichroitisches Kreuzprisma (cross-dicroic prism) 14 zur Farbkombination, Kondensorlinsen 16a bis 16c und Totalreflexions-Spiegel 18a bis 18c zum Umlenken von optischen Pfaden. Es ist anzumerken, dass das Projektionsobjektiv 10 in 12 schematisch dargestellt ist. Ein Integrator ist zwischen der Lichtquelle 20 und dem dichroitischen Spiegel 12 angeordnet, ist jedoch in 12 weggelassen.
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Weißes Licht von der Lichtquelle 20 wird von den dichroitischen Spiegeln 12, 13 in drei Farbstrahlen (G-Lichtstrahl, B-Lichtstrahl, R-Lichtstrahl) separiert. Die drei Farbstrahlen verlaufen durch die jeweiligen Kondensorlinsen 16a bis 16c und treten in die transmissiven Anzeigeelemente 11a bis 11c ein, die den jeweiligen Farbstrahlen entsprechen, und werden optisch moduliert. Die optisch modulierten Farbstrahlen werden durch den dichroitischen Kreuzspiegel 14 farbkombiniert und der farbkombinierte Strahl tritt in das Projektionsobjektiv 10 ein. Das Projektionsobjektiv 10 projiziert ein optisches Bild, das durch das von den transmissiven Anzeigeelementen 11a bis 11c optisch modulierte Licht gebildet wird, auf den Schirm 205.
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13A und 13B sind externe Ansichten einer Kamera 300, die eine Abbildungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung ist. 13A ist eine perspektivische Ansicht der Kamera 300 von der Vorderseite her gesehen und 13B ist eine perspektivische Ansicht der Kamera 300 von der Rückseite her gesehen. Die Kamera 300 ist eine Einzelobjektiv-Digitalkamera ohne Reflex-Sucher, auf dem ein Wechselobjektiv 38 abnehmbar befestigt ist. Das Wechselobjektiv 38 umfasst ein Abbildungsobjektiv 39, das ein optisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und in einem Linsenturbus aufgenommen ist.
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Die Kamera 300 weist einen Kamerakörper 31 auf und umfasst einen Auslöseknopf 32 und einen Einschaltknopf 33 auf der oberen Oberfläche des Kamerakörpers 31.
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Bedienungsteile 34 und 35 und eine Anzeige 36 sind auf der Rückseite des Kamerakörpers 31 vorgesehen. Die Anzeige 36 wird zum Anzeigen eines aufgenommenen Bildes oder eines Bildes innerhalb des Blickwinkels vor der Aufnahme verwendet.
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Der Kamerakörper 31 ist mit einer Abbildungsapertur im vorderen Zentrum versehen, von der aus Licht von einem Abbildungsziel einfällt, und eine Halterung 37 ist an der der Abbildungsapertur korrespondierenden Position vorgesehen, wodurch das Wechselobjektiv 38 an dem Kamerakörper 31 über die Halterung 37 befestigt wird.
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Der Kamerakörper 31 umfasst in dessen Innerm einen Bildsensor wie eine CCD (charge coupled device) oder dergleichen (nicht dargestellt) die ein Bildsignal gemäß einem von dem Wechselobjektiv 38 ausgebildeten Subjektbild ausgibt, einen Signalverarbeitungsschaltkreis, der das von dem Bildsensor ausgegebene Bildsignal verarbeitet und ein Bild erzeugt, ein Speichermedium zum Abspeichern des erzeugten Bildes und dergleichen. Die Kamera 300 ist in der Lage Standbilder oder Bewegtbilder aufzunehmen wenn der Auslöseknopf 32 gedrückt wird und die durch die Abbildung erhaltenen Bilddaten werden auf dem Speichermedium abgespeichert.
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Bislang wurde die vorliegende Erfindung mittels Ausführungsformen und Beispielen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen und Beispiele beschränkt und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden. Beispielsweise können die Werte des Krümmungsradius von jeder Linse, des Oberflächenabstands, des Brechungsindex, der Abbezahl und dergleichen geeignet verändert werden.
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Weiterhin ist die erfindungsgemäße optische Vorrichtung nicht auf die vorgenannten Konfigurationen beschränkt. Beispielsweise sind Lichtventile und optische Glieder, die zur Strahlteilung und zur Strahlvereinigung verwendet werden, nicht auf diejenigen mit den vorgenannten Konfigurationen beschränkt und verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden. Weiterhin wurde in den Ausführungsformen der Abbildungsvorrichtung die Beschreibung für den Fall vorgenommen, in welchem das erfindungsgemäße optische System auf eine Einzellinsen-Digitalkamera ohne Reflexsucher angewendet wird, jedoch kann das erfindungsgemäße optische System auch beispielsweise auf Einzellinsen-Reflexkameras, Filmkameras, Videokameras und dergleichen angewendet werden.
