JP2018097037A - 投射光学系および投射装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19に、投射光学系の実施の形態を7例示す。繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。
これらの図において、符号G1は第1光学群、符号G2は第2光学群を示す。
符号MDは、画像表示素子を示す。以下に説明する実施の形態においては、画像表示素子MDとしては透過型の3板式液晶パネルが想定されている。即ち、赤(R)、緑(G)、青(B)用の3枚の液晶パネルが用意され、これら3枚の液晶パネルにそれぞれ赤画像成分、緑画像成分、青画像成分が「原画像」として表示される。図においては、3枚の液晶パネルを便宜的に1枚に纏めて描いている。
符号Pは、色合成用のプリズムを示す。3枚の液晶パネルの原画像からの光は、プリズムPにより色合成されて「原画像からの結像光束」となって投射光学系に入射する。
符号SPDは「光路分離光学手段」、符号IMは「中間像」を示す。また、符号RFDは「反射光学手段」を示す。
光路分離光学手段SPDに関して、画像表示素子MDの側が「縮小側」、中間像IMの側が「拡大側」である。即ち、画像表示素子MDの画像表示面が「縮小側共役面」である。
図1、図6、図9、図12、図15、図18に示す実施の形態においては、角度:θAXは90度である。また、図19に示す実施の形態では、角度:θABは、90度より小さい角である。
図1に示す実施の形態では、光路分離光学手段SPDは直角プリズム状であって、対角斜面上における「光軸AX1とAX2との交点」よりも、図で右上の部分が反射面R1となっており、上記交点よりも左下の部分は「透過面」となっている。
原画像からの結像光束(プリズムPにより色合成されている。)は、光路分離光学手段SPDに入射すると、上記反射面R1により反射光学手段RFDの側へ反射される。
第1光学群G1は、第1レンズ群と光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとにより構成されている。第1レンズ群は、光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとの間に配置された7枚のレンズと、光路分離光学手段SPDの拡大側(中間像IM側)に配置された1枚の正の屈折力を持つレンズ(以下、正レンズと記す)との8枚のレンズにより構成されている。
反射光学手段RFDは平面鏡で、その反射面が開口絞りSと合致している。
第2光学群G2は中間像IMの拡大側に配され、8枚のレンズにより構成されている。
第1光学群G1は、第1レンズ群と、光路分離光学手段SPDと、光路分離光学手段SPD側からの結像光束を、第2光学群G2の側へ反射する反射面を有する反射光学手段RFDとを有して構成され、光路分離光学手段SPDは、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段RFDにより反射されて第2光学群G2へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有する。
第1レンズ群は、少なくともその一部(光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとの間に配置された7枚のレンズにより構成される部分)が「入射結像光束と反射結像光束とに共通化」されている。そして、第2光学群G2は、中間像IMの拡大側に位置した複数(8枚)のレンズにより構成される屈折光学系である。
光路分離光学手段SPDは、図1の実施の形態における光路分離光学手段SPDと同様「直角プリズム状」で、対角斜面上における「光軸AX1とAX2との交点」よりも、図で右上の部分が反射面R1となっており、上記交点よりも左下の部分は「透過面」となっている。
図6に示す投射光学系は、図1の投射光学系と異なり、反射光学手段RFDの「開口絞りSを兼ねた反射面」が凹面であり屈折力を有する。
第1光学群G1は、第1レンズ群と、光路分離光学手段SPDと、光路分離光学手段SPD側からの結像光束を、第2光学群G2の側へ反射する反射面を有する反射光学手段RFDとを有して構成され、光路分離光学手段SPDは、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段RFDにより反射されて第2光学群G2へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有する。
第1レンズ群は、少なくともその一部が「入射結像光束と反射結像光束とに共通化」されている。そして、第2光学群G2は、中間像IMの拡大側に位置した複数(8枚)のレンズにより構成される屈折光学系である。
第1光学群G1は、第1レンズ群と、光路分離光学手段SPDと、光路分離光学手段SPD側からの結像光束を、第2光学群G2側へ反射する反射面を有する反射光学手段RFDとを有して構成される。光路分離光学手段SPDは、図1、図6に示すものと同様、直角プリズム状で、対角斜面上における「光軸AX1とAX2との交点」よりも、図で右上の部分が反射面R1となっており、上記交点よりも左下の部分は「透過面」となっており、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段RFDにより反射されて第2光学群G2へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有する。 第1レンズ群は、少なくともその一部(光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとの間に配された5枚のレンズ)が、入射結像光束と反射結像光束とに共通化され、第2光学群G2は、中間像IMの拡大側に位置した複数(8枚)のレンズにより構成される屈折光学系となっている。
図9に示す投射光学系は、図6の投射光学系と同様に、反射光学手段RFDの「開口絞りSを兼ねた反射面」が凹面であり、屈折力を有する。
第1光学群G1は、第1レンズ群と、光路分離光学手段SPDと、光路分離光学手段側からの結像光束を、第2光学群G2側へ反射する反射面を有する反射光学手段RFDとを有して構成されている。光路分離光学手段SPDは、図1、図6、図9に示すものと同様「直角プリズム状」で、反射面R1と「透過面」を有し、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段RFDにより反射されて第2光学群G2へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有する。
第1レンズ群は、少なくともその一部(光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとの間に配された7枚のレンズ)が、入射結像光束と反射結像光束とに共通化され、正レンズと負レンズによる2枚のレンズが、この順序で光路分離光学手段SPDの拡大側に配されている。
第2光学群G2は、中間像IMの拡大側に位置した複数(9枚)のレンズにより構成される屈折光学系となっている。
この例に限らず、開口絞りを兼ねる「入射結像光束が最後に入射する、反射膜を形成されたレンズ面」は平面であることができる。
光路分離光学手段SPDは、1枚の平板透過部材の一部に反射面を形成した形態でも、あるいは、図15のように「透過領域を切除した形態」でも同じ機能を有する。
第1レンズ群は、少なくともその一部(光路分離光学手段SPDと反射光学手段RFDとの間に配された7枚のレンズ)が、入射結像光束と反射結像光束とに共通化され、1枚の正レンズが、光路分離光学手段SPDの拡大側に配されている。
第2光学群G2は、中間像IMの拡大側に位置する複数(8枚)のレンズにより構成される屈折光学系となっている。
従って、図19に示す投射光学系も、縮小側から拡大側へ向かう光路上に順次、第1光学群G1、第2光学群G2を配して構成され、縮小側共役面上の原画像からの結像光束を、拡大側共役面に至る光路上において一度、中間像IMとして結像させたのち、拡大側共役面上に拡大画像として結像させる投射光学系である。
第1光学群G1は、第1レンズ群と、光路分離光学手段SPDと、光路分離光学手段SPD側からの結像光束を、第2光学群G2側へ反射する反射面を有する反射光学手段RFDとを有して構成されている。光路分離光学手段SPDは、図15の光路分離光学手段と同じ平面鏡であり、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段RFDにより反射されて第2光学群G2へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有する。
原画像からの結像光束は、入射結像光束として直接に反射光学手段RFDに入射し、反射光学手段RFDにより反射された反射結像光束は、光路分離光学手段SPDにより反射されて第2光学群G2の側に向かう。
以上、この発明の投射光学系の光学配置を7例示したが、投射光学系の光学配置は、上の7例に限定されるものではない。例えば、図1、図6、図9、図12に示す実施の形態において、光路分離光学手段SPDを、図15や図18、図19に示すものに代えることができる。
光路分離光学手段は、縮小側共役面上の原画像からの結像光束のうち「入射結像光束となるべき部分、および、前記反射結像光束となるべき部分の、一方を反射し、他方を通過させる」ことにより、これら両結像光束の光路の分離を行うものであり、上に示した各実施の形態における光路分離光学手段SPDは、このようになっている。
光路分離光学手段は、後述する例のように「偏光合成手段、偏光分離手段および位相差板を有する」構成とすることもできる。また、光路分離光学手段SPDを「ハーフミラー」で構成することもできる。
また、図12、図15、図18、図19に示す実施の形態において、反射光学手段RFDを図1、図6に示すものに代えることもできる。
第1レンズ群の「入射結像光束が最後に入射するレンズ面」には、上記の如く、反射膜を形成して反射光学手段とすることができるが、反射膜を形成する場合も形成しない場合も、「入射結像光束が最後に入射するレンズ面」は、曲面とすることも平面とすることもできる。
第2光学群G2は結像光束の射出側に近く、アクセスが容易であり、第2光学群G2内の1以上のレンズ群を移動させることで、像面の湾曲とディストーションを良好に保ちながらピント合わせが可能である。
投射光学系はまた、縮小側に「略テレセントリック」であることが好ましい。
(1) 0.5 ≦ Yim/Yob < 1.0
(2) 1.6 ≦ Ndav
(3) 45°≦ θAX ≦ 90°
これら条件(1)ないし(3)のパラメータにおける各記号の意味は、以下の通りである。
「2Yob」は、縮小側共役面から拡大側共役面に至る光路上における結像光束の、原画像位置における最大有効径である。
「Ndav」は、光路分離光学手段SPDの拡大側に配されている第1レンズ群の正レンズのd線(587.56nm)に対する屈折率の平均値である。
「θAX」は、光路分離光学手段SPDの縮小側における光軸と、光路分離光学手段の拡大側における光軸との角度である。
条件(1)のパラメータ:Yim/Yobが上限を超えると「中間像を作る投射光学系の利点」であるレンズ径の小径化が困難となり易い。
条件(2)のパラメータ:Ndavが下限を超えると、第1レンズ群の正レンズの屈折率が平均として小さくなり、屈折率の小さい正レンズのレンズ面の曲率が増大し、球面収差、コマ収差が過大となり易く、光学性能が低下し易い。
また、中間像に向かう主光線の角度が小さくなるので、第2光学群の縮小側でレンズ径が大きくなり易い。
また、条件(3)を満足することにより、自由度の大きい光学配置が「無理なく可能」である。
この発明の投射光学系のように、縮小側共役面上の原画像からの結像光束を、拡大側共役面に至る光路上において一度、中間像IMとして結像させたのち、拡大側共役面上に拡大画像として結像させる投射光学系において、中間像IMは、第2光学群の結像作用における「物体」である。
第2光学群のレンズ径を小さくコンパクトにして且つ、良好な拡大画像を結像するためには、中間像IMが「原画像より小さく」、第2光学群にとって「良好な物体」であることが好ましい。
このように、第1レンズ群における「光路分離光学手段SPDの拡大側のレンズ」により「中間像IMの大きさ・形状、主光線方向を整える」観点からすると、該レンズの少なくとも1面を非球面とすることが好ましい。
第1レンズ群の一部を「折り返し光学系」としたことにより、第1レンズ群を「対称的な等倍光学系に近い構成」とすることができ、反射光学手段:RFDの反射面を開口絞りとして設定することができる。また、図12や図15、図18、図19に示す実施の形態のように、入射結像光束が入射する最後のレンズ面に反射膜を形成して反射光学手段RFDとすることにより、部品点数を減少できる。
また、第1光学群G1が「等倍光学系に近い構成」のため、反射光学手段:RFDは、反射面を平面とした平面鏡にすることができ、投射光学系を組み立て易い光学系とすることができる。あるいは、反射光学手段:RFDの反射面を曲面化することで設計の自由度が上がり、投射光学系の性能向上が可能となる。
また、この発明の投射光学系を搭載し、縮小側共役点に撮像素子を配置することにより、拡大側共役面上の画像を撮像できる撮像装置を実現できる。
以下、投射光学系の具体的な実施例を5例挙げる。
各実施例において、面番号は縮小側(原画像側)から拡大側に数えた数字で表す。原画像が表示される「画像表示素子の画像表示面」が、投射光学系の縮小側共役面でありデータ中に「物面」と表示している。また、拡大画像を投射されるスクリーン等の拡大側共役面(スクリーン等)を「像面」と表示している。
面間隔:Dは「反射面の前後で符号を反転」させて表示している。「Nd及びνd」により、各レンズの材質の「d線に対する屈折率およびアッベ数」を示す。
「焦点距離」は、d線における投射光学系の焦点距離(各実施例とも、投射距離:700mmにおける値を示している。)、「NA」は縮小側の開口数、「物体高」は、画像表示面(物面)上における光軸からの最大光線高さで、条件(1)のYobである。近軸計算で求められる中間像の軸上位置における、主光線の最大高さYimも併せて記す。
Z=(1/R)・h2/[1+√{1−(1+K)・(1/R)2・h2}]
+A4・h4+A6・h6+A8・h8+・・・+An・hn
で表し、上記R、K、Anを与えて形状を特定する。非球面は、面番号に「*印」を付して表す。
実施例1は、図1に実施の形態として示した投射光学系の具体例である。
面番号 R D Nd νd
物面 ∞ 3.000
1 ∞ 19.000 1.77250 49.6 プリズムP
2 ∞ 1.000
3 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
4 ∞ -16.000 1.77250 49.6 反射面R1
5 ∞ -0.700
6 -140.200 -5.319 1.84666 23.8
7 64.953 -17.985
8 -14.056 -1.572 1.49700 81.6
9 -14.255 -4.046
10 -23.042 -5.804 1.49700 81.6
11 26.472 -0.701 1.74950 35.3
12 -13.340 -5.996 1.49700 81.6
13 62.267 -0.100
14 -18.976 -6.180 1.85478 24.8
15 60.889 -1.353
16 66.816 -2.095 1.79504 28.7
17 -13.443 -2.148
18 ∞ 2.148 (開口絞りS) 反射光学手段RFD
19 -13.443 2.095 1.79504 28.7
20 66.816 1.353
21 60.889 6.180 1.85478 24.8
22 -18.976 0.100
23 62.267 5.996 1.49700 81.6
24 -13.340 0.701 1.74950 35.3
25 26.472 5.804 1.49700 81.6
26 -23.042 4.046
27 -14.255 1.572 1.49700 81.6
28 -14.056 17.985
29 64.953 5.319 1.84666 23.8
30 -140.200 0.700
31 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
32 ∞ 16.000 1.77250 49.6 透過面
33 ∞ 2.458
34 13.100 7.000 1.91082 35.3
35 14.238 3.434
36 ∞ 17.145 中間像IM
37 6681.629 2.604 1.49700 81.6
38 -21.977 1.501
39 103.956 0.720 1.84666 23.8
40 14.813 3.397 1.60311 60.7
41 -41.599 (可変)
42 31.438 6.477 1.59282 68.6
43 -30.903 3.479
44* -27.406 4.995 1.83441 37.3
45* -22.062 (可変)
46 30.347 5.000 1.49700 81.6
47 19.105 7.997
48 -11.395 4.976 1.90043 37.4
49 -598.478 15.885
50* -14.569 5.000 1.58913 61.3
51* 67.670 700.000
像面 ∞ 。
非球面のデータを以下に挙げる。
第44面
K= -5.17202 A4= -7.60256E-05 A6= 9.78385E-08 A8= 4.69878E-10
A10= -1.06186E-12
第45面
K= -0.13732 A4= -1.78304E-05 A6= 5.18172E-08 A8= 2.74425E-10
A10= -3.33740E-13
第50面
K= -0.52399 A4= -3.29523E-07 A6= -2.76180E-08 A8= 8.16828E-11
A10= 4.78113E-13
第51面
K= 4.44359 A4= -1.16473E-05 A6= 1.32514E-08 A8= -8.59634E-12
A10= 1.29052E-15 。
なお、上の表記において、例えば「1.29052E-15」は「1.29052×10-15」を表している。以下においても同様である。
投射距離(第2光学群G2の最も拡大側のレンズ面と拡大側共役面との光軸上の距離):700mmと1000mmに対する可変面間隔を以下に示す。
投射距離 700.000 1000.000
D41 10.752 10.802
D45 11.102 11.052 。
焦点距離 6.86
NA 0.23
物体高(Yob)10.00
Yim 7.34 。
(1)Yim/Yob=0.734
(2)Ndav=1.91082
(3)θAX=90° 。
波長は緑色光である波長:532nmを代表として収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光である波長:638nmと450nmの収差も併せて表示している。非点収差の図におけるSはサジタル像、Mはメリディオナル像の収差を示す。
実施例1の投射距離:1000mmにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を図4に、コマ収差を図5に、それぞれ、図2、図3に倣って示す。
実施例2は、図6に実施の形態として示した投射光学系の具体例である。
面番号 R D Nd νd
物面 ∞ 3.000
1 ∞ 19.000 1.77250 49.6 プリズムP
2 ∞ 1.000
3 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
4 ∞ -16.000 1.77250 49.6 反射面R1
5 ∞ -1.000
6 -98.828 -8.000 1.89286 20.4
7 83.095 -0.891
8 -30.758 -10.619 1.49700 81.6
9 -124.409 -2.116
10 -21.025 -4.702 1.92119 24.0
11 -13.404 -5.773 1.49700 81.6
12 28.641 -5.500 1.95375 32.3
13 -20.135 -2.690
14 -23.620 -5.000 1.58267 46.4
15 881.123 -0.500
16 112.686 0.500 (開口絞りS) 反射光学手段RFD
17 881.123 5.000 1.58267 46.4
18 -23.620 2.690
19 -20.135 5.500 1.95375 32.3
20 28.641 5.773 1.49700 81.6
21 -13.404 4.702 1.92119 24.0
22 -21.025 2.116
23 -124.409 10.619 1.49700 81.6
24 -30.758 0.891
25 83.095 8.000 1.89286 20.4
26 -98.828 1.000
27 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
28 ∞ 16.000 1.77250 49.6 透過面
29 ∞ 0.300
30 16.232 3.565 1.88100 40.1
31 27.306 0.117
32 10.910 3.498 1.85478 24.8
33 10.663 3.491
34 ∞ 9.379 中間像IM
35* -75.687 6.331 1.49700 81.6
36 -9.777 0.100
37 -10.939 0.735 1.90366 31.3
38 48.840 3.230 1.49700 81.6
39 -12.753 (可変)
40* -111.262 3.023 1.80139 45.4
41 -22.115 1.732
42 -570.729 6.500 1.53775 74.7
43 -20.521 (可変)
44 19.144 9.000 1.49700 81.6
45 14.406 18.674
46 -14.076 4.000 1.76182 26.6
47 486.938 14.912
48* -12.543 4.500 1.53159 55.7
49* -68.205 700.000
像面 ∞ 。
また、反射光学手段RFDの反射面(R16)は凹球面となっている。
非球面のデータを以下に挙げる。
第35面
K= 16.16497 A4= -1.55569E-04 A6= 9.09790E-07 A8= -3.34870E-08
第40面
K= -92.05702 A4= -2.68912E-05 A6= 4.21676E-08 A8= -1.57288E-10
第48面
K= -0.65686 A4= 8.63131E-06 A6= -3.99383E-08 A8= 1.33759E-10
A10= 4.75866E-13
第49面
K= 4.40420 A4= -7.05941E-06 A6= 8.85377E-09 A8= -6.08156E-12
A10= 1.32387E-15 。
投射距離(第2光学群G2の最も拡大側のレンズ面と拡大側共役面との光軸上の距離):700mmと1000mmに対する可変面間隔を以下に示す。
投射距離 700.000 1000.000
D39 5.011 4.995
D43 10.423 10.439
「各種データ」
焦点距離 6.81
NA 0.23
物体高(Yob)10.00
Yim 6.76 。
(1)Yim/Yob=0.676
(2)Ndav=1.86789
(3)θAX=90° 。
実施例3は、図9に実施の形態として示した投射光学系の具体例である。
面番号 R D Nd νd
物面 ∞ 3.000
1 ∞ 19.000 1.77250 49.6 プリズムP
2 ∞ 1.000
3 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
4 ∞ -16.000 1.77250 49.6 反射面R1
5 ∞ -2.000
6 88.630 -3.886 1.64769 33.8
7 29.809 -8.025
8 -19.524 -7.284 1.49700 81.6
9 -143.790 -6.837
10 -20.505 -3.003 1.48749 70.4
11 -72.322 -1.937
12 61.774 -0.850 1.91082 35.3
13 -12.861 -9.017 1.49700 81.6
14 -122.365 -1.162
15 79.617 1.162 (開口絞りS) 反射光学手段RFD
16 -122.365 9.017 1.49700 81.6
17 -12.861 0.850 1.91082 35.3
18 61.774 1.937
19 -72.322 3.003 1.48749 70.4
20 -20.505 6.837
21 -143.790 7.284 1.49700 81.6
22 -19.524 8.025
23 29.809 3.886 1.64769 33.8
24 88.630 2.000
25 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
26 ∞ 16.000 1.77250 49.6 透過面
27 ∞ 0.100
28* 10.944 5.351 1.80139 45.4
29 16.620 5.852
30 ∞ 9.730 中間像IM
31 -21.486 5.287 1.49700 81.6
32 -12.925 0.100
33 50.826 0.850 1.80100 35.0
34 12.663 3.558 1.72000 46.0
35 -55.004 (可変)
36 40.090 5.878 1.75700 47.8
37 -38.304 1.269
38* -42.860 4.102 1.88202 37.2
39* -34.967 (可変)
40 95.754 5.000 1.84666 23.8
41 25.214 13.766
42 -12.478 1.000 1.60342 38.0
43 -69.257 (可変)
44* -13.811 4.500 1.58313 59.4
45* -53.124 700.000
像面 ∞ 。
非球面のデータを以下に挙げる。
第28面
K= -0.31314 A4= 8.50576E-07 A6= 5.95180E-08 A8= -2.71611E-10
A10= 3.79498E-12
第38面
K= -13.00639 A4= -6.62049E-05 A6= 8.08577E-08 A8= 3.15146E-10
A10= -6.89194E-13
第39面
K= 0.50175 A4= -2.85065E-05 A6= 5.78532E-08 A8= 1.82624E-10
A10= -3.50072E-13
第44面
K= -0.68025 A4= 5.85819E-06 A6= 2.13313E-09 A8= 1.39737E-10
A10= -8.24595E-14
第45面
K= 1.89270 A4= -4.45808E-06 A6= 8.24516E-09 A8= -7.79907E-12
A10= 3.02740E-15 。
投射距離(第2光学群G2の最も拡大側のレンズ面と拡大側共役面との光軸上の距離):700mmと1000mmに対する可変面間隔を以下に示す。
投射距離 700.000 1000.000
D35 17.330 17.452
D39 15.123 15.059
D43 14.414 14.357 。
焦点距離 6.79
NA 0.26
物体高(Yob)10.00
Yim 7.27 。
(1)Yim/Yob=0.727
(2)Ndav=1.80139
(3)θAX=90° 。
実施例4は、図12に実施の形態を示した投射光学系の具体例である。
面番号 R D Nd νd
物面 ∞ 3.000
1 ∞ 20.500 1.77250 49.6 プリズムP
2 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
3 ∞ -16.000 1.77250 49.6 反射面R1
4 ∞ -1.000
5 -149.540 -8.105 1.84666 23.8
6 60.682 -0.100
7 -28.294 -8.287 1.48749 70.4
8 -59.023 -15.632
9 -18.063 -2.500 1.91082 35.3
10 -11.291 -4.651 1.49700 81.6
11 21.578 -0.655 1.91082 35.3
12 -144.536 -0.800
13 63.521 -0.650 1.69350 53.2
14 -28.104 -0.100
15 -23.096 -3.646 1.51680 64.2
16 88.839 3.646 1.51680 64.2 反射光学手段RFD
17 -23.096 0.100
18 -28.104 0.650 1.69350 53.2
19 63.521 0.800
20 -144.536 0.655 1.91082 35.3
21 21.578 4.651 1.49700 81.6
22 -11.291 2.500 1.91082 35.3
23 -18.063 15.632
24 -59.023 8.287 1.48749 70.4
25 -28.294 0.100
26 60.682 8.105 1.84666 23.8
27 -149.540 1.000
28 ∞ 16.000 1.77250 49.6 光路分離光学手段SPD
29 ∞ 16.000 1.77250 49.6 透過面
30 ∞ 0.300
31 13.463 5.632 1.80139 45.4
32* 40.874 0.429
33 35.820 1.036 1.84666 23.8
34 26.335 4.124
35 ∞ 10.889 中間像IM
36 -17.830 3.695 1.49700 81.6
37 -15.542 0.396
38 -726.246 4.552 1.80518 25.5
39 21.683 2.463 1.63854 55.4
40 -22.088 (可変)
41 40.276 8.230 1.61800 63.4
42 -25.577 1.392
43* -24.368 2.455 1.83441 37.3
44* -24.561 (可変)
45 18.233 5.000 1.49700 81.6
46 16.880 10.936
47 -14.471 2.000 1.78180 37.1
48 187.944 15.178
49* -10.389 2.000 1.62263 58.2
50* -22.199 1.599
51* -25.335 2.000 1.53159 55.7
52* -58.936 700.000
像面 ∞ 。
第1光学群中の光路分離光学手段SPDは、実施例1〜3と同様にプリズム状のものが使用されているが、プリズム:Pと張り合わせられている。
反射光学手段RFDは、入射結像光束が入射する最後のレンズ面(第16面)に反射膜として形成されている。
非球面のデータを以下に挙げる。
第32面
K= -1.69243 A4= 3.52311E-05 A6= -6.71714E-08 A8= 6.62225E-10
A10= -2.56984E-12
第43面
K= -3.41234 A4= -6.52216E-05 A6= 6.94484E-08 A8= 3.99164E-10
A10= -9.33176E-13
第44面
K= -0.18768 A4= -2.05340E-05 A6= 4.71938E-08 A8= 2.87819E-10
A10= -5.64092E-13
第49面
K= -0.60481 A4= -5.03819E-05 A6= 4.80918E-07 A8= -9.83434E-10
A10= 2.17617E-12
第50面
K= 0.24709 A4= -3.62663E-06 A6= 3.72413E-09 A8= 5.52109E-11
A10= -4.29186E-14
第51面
K= -0.46511 A4= 6.82106E-06 A6= -1.94767E-07 A8= 4.25404E-10
A10= -6.38462E-13
第52面
K= 3.41275 A4= -1.15789E-05 A6= 1.20001E-08 A8= -1.32717E-11
A10= 1.13597E-14 。
投射距離(第2光学群G2の最も拡大側のレンズ面と拡大側共役面との光軸上の距離):700mmと1000mmに対する可変面間隔を以下に示す。
投射距離 700.000 1000.000
D40 13.732 13.900
D44 15.964 15.796
「各種データ」
焦点距離 6.82
NA 0.20
物体高(Yob)10.00
Yim 6.99 。
(1)Yim/Yob=0.699
(2)Ndav=1.80139
(3)θAX=90° 。
実施例5は、図15に実施形態を示した投射光学系の具体例である。
面番号 R D Nd νd
物面 ∞ 2.000
1 ∞ 20.500 1.77250 49.6 プリズムP
2 ∞ 1.000
3 ∞ 16.000 光路分離光学手段SPD
4 ∞ -16.000 反射面R
5 ∞ -1.000
6 -271.629 -3.268 1.84666 23.8
7 69.344 -2.128
8 -30.105 -5.667 1.51823 59.0
9 -91.947 -20.631
10 -17.556 -2.294 1.89190 37.1
11 -11.491 -5.220 1.49700 81.6
12 23.840 -0.700 1.91082 35.3
13 -73.042 -0.800
14 107.340 -2.763 1.90043 37.4
15 -28.325 -0.100
16 -23.100 -2.015 1.51680 64.2
17 100.084 2.015 1.51680 64.2(開口絞りS)反射光学手段RFD
18 -23.100 0.100
19 -28.3248 2.763 1.90043 37.4
20 107.340 0.800
21 -73.042 0.700 1.91082 35.3
22 23.840 5.220 1.49700 81.6
23 -11.491 2.294 1.89190 37.1
24 -17.556 20.631
25 -91.947 5.667 1.51823 59.0
26 -30.105 2.128
27 69.344 3.268 1.84666 23.8
28 -271.629 1.000
29 ∞ 16.000 光路分離光学手段SPD(空気)
30 ∞ 16.000
31 ∞ 0.300
32 12.431 4.523 1.90270 31.0
33* 23.101 5.062
34 ∞ 14.018 中間像IM
35 -17.118 2.059 1.49700 81.6
36 -15.102 0.586
37 131.383 2.733 1.84666 23.8
38 18.647 2.726 1.69350 53.2
39 -27.745 (可変)
40* 38.613 5.216 1.59201 67.0
41* -24.132 (可変)
42 24.856 4.825 1.49700 81.6
43 30.071 8.011
44 -14.441 1.500 1.62004 36.3
45 102.006 15.678
46* -9.476 2.000 1.62263 58.2
47* -23.469 0.800
48* -27.137 2.000 1.53159 55.7
49* -62.829 700.000
像面 ∞ 。
非球面のデータを以下に挙げる。
第33面
K= -3.10307 A4= 6.16304E-05 A6= 8.79019E-08 A8= 1.89359E-10
A10= -1.34348E-12
第40面
K= -1.51072 A4= -3.75326E-06 A6= 2.05601E-08 A8= -6.91280E-11
A10= 7.72106E-14
第41面
K= -0.46035 A4= 9.88634E-06 A6= -8.23128E-10 A8= -7.92557E-12
A10= -1.60462E-14
第46面
K= -0.63241 A4= -5.57663E-05 A6= 5.94629E-07 A8= -1.57019E-09
A10= 5.06543E-12
第47面
K= 0.48558 A4= -1.00873E-05 A6= 5.12154E-09 A8= 9.01886E-11
A10= -1.07694E-13
第48面
K= -0.11083 A4= -1.06994E-06 A6= -1.93855E-07 A8= 4.78266E-10
A10= -6.43745E-13
第49面
K= 3.42415 A4= -1.12340E-05 A6= 1.53185E-08 A8= -8.09706E-12
A10= 4.78365E-15 。
投射距離(第2光学群G2の最も拡大側のレンズ面と拡大側共役面との光軸上の距離):700mmと1000mmに対する可変面間隔を以下に示す。
投射距離 700.000 1000.000
D39 9.281 4.440
D41 17.683 17.524
「各種データ」
焦点距離 6.84
NA 0.20
物体高(Yob)10.00
Yim 7.65 。
(1)Yim/Yob=0.765
(2)Ndav=1.90270
(3)θAX=90° 。
実施例1〜5の投射光学系は何れも「縮小側に略テレセントリック」である。
上に、図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19に即して説明した実施の形態では、何れも「斜光線」による結像光束を使用している。即ち、各実施例とも、縮小側共役面からの結像光束は「光路分離光学手段SPDの縮小側の光軸AX1」からずれて、プリズムPに入射している。これは、光路分離光学手段(SPD)が、入射結像光束となるべき部分、および、反射結像光束となるべき部分の、一方を反射し、他方を通過させることにより、これら両結像光束の光路の分離を行うものであることによっている。
この場合の1例を、図21に要部のみ、説明図的に示す。
図21において、符号P1は「色合成用のプリズム」、符号S1は特定波長域に位相差を与える「波長選択1/2λ位相差板」、符号P2は「広帯域偏光ビームスプリッタ」、符号S2は「広帯域1/4λ位相差板」を示す。
また、符号L10は、第1光学群の第1レンズ群のうち、広帯域1/4λ位相差板S2と反射光学手段RFDとの間に配置された部分、即ち「入射結像光束と反射結像光束とに共有されるレンズ系部分」である。
図示を省略された画像表示素子を照明する照明装置の光源としては、R(赤)、G(緑)、B(青)の「直線偏光した光」を放射するものが用いられている。
一方、結像光束となった結像光G(P)は、プリズムP1の偏光膜に対して「P偏光」として入射し、偏光膜を透過して偏光ビームスプリッタP2に向かう。
このようにして、3色の結像光R(S)、G(P)、B(S)が色合成される。
図21においては、説明の簡単のため、これら3色の光線を互いに分離して描いているが、実際には「各結像光束の中心光線が合致する」ように合成される。
色合成された結像光R(S)、G(P)、B(S)は、波長選択1/2λ位相差板S1に入射する。波長選択1/2λ位相差板S1は、結像光R(S)、B(S)は、そのままの偏光状態で透過させるが、結像光G(P)は、その偏光方向を90度旋回させ、結像光G(S)として透過させる。このような特定波長域に位相差を与える「波長選択1/2λ位相差板」としては例えば、市販のカラーセレクト(商品名 カラーリンク・ジャパン株式会社製)を用いることができる。
波長選択1/2λ位相差板S1により偏光方向を揃えられた結像光R(S)、G(S)、B(S)は、広帯域偏光ビームスプリッタP2に入射し、反射光学手段RFD側に向けて反射され、広帯域1/4λ位相差板S2に入射し、S偏光から「円偏光」とされ、入射結像光束としてレンズ系部分L10を透過し、反射光学手段RFDに入射して反射される。
広帯域1/4λ位相差板S2は、レンズ系部分L10と反射光学手段RFDとの間に配置しても良く、この場合、広帯域1/4λ位相差板S2は開口絞り近くに配されるので小さくすることができる。
このようにして、原画像から反射光学手段RFDへ向かう入射結像光束の光路と、反射光学手段により反射されて第2光学群へ向かう反射結像光束の光路とが分離される。このとき、反射光学手段RFDに向かう入射結像光束の光束中心、反射光学手段RFDに反射された反射結像光束の光束中心は、何れも、レンズ系部分L10の光軸(即ち投射光学系の光軸)に合致している。
図21に示す実施の形態においては、色合成用のプリズムP1、広帯域偏光ビームスプリッタP2、波長選択1/2λ位相差板S1および広帯域1/4λ位相差板S2が「光路分離光学手段」を構成している。
なお、図21に示す「光路分離光学手段」は、図1等に即して説明した実施例等のように「斜光線による結像」の場合に用いることもできる。
[1]
縮小側から拡大側へ向かう光路上に順次、第1光学群(G1)、第2光学群(G2)を配して構成され、縮小側共役面上の原画像からの結像光束を、拡大側共役面に至る光路上において一度、中間像(IM)として結像させたのち、前記拡大側共役面上に拡大画像として結像させる投射光学系であって、前記第1光学群(G1)は、第1レンズ群と、光路分離光学手段(SPD)と、該光路分離光学手段の側からの前記結像光束を、前記第2光学群(G2)の側へ反射する反射面を有する反射光学手段(RFD)とを有して構成され、前記光路分離光学手段(SPD)は、前記原画像から前記反射光学手段(RFD)へ向かう入射結像光束の光路と、前記反射光学手段により反射されて前記第2光学群(G2)へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有し、前記第1レンズ群は、少なくともその一部が、前記入射結像光束と前記反射結像光束とに共通化され、前記第2光学群(G2)は、複数のレンズにより構成される屈折光学系である投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]記載の投射光学系であって、前記中間像(IM)は、前記第1光学群(G1)と前記第2光学群(G2)の間に結像する投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]または[2]記載の投射光学系であって、
前記縮小側共役面から前記拡大側共役面に至る光路上における結像光束の、前記原画像位置における最大有効径:2Yob、前記中間像(IM)の近軸上の位置における最大の主光線高さ:Yimが、条件:
(1) 0.5 ≦ Yim/Yob < 1.0
を満足する投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[3]の任意の1に記載の投射光学系であって、前記光路分離光学手段(SPD)の拡大側に、前記第1レンズ群(G1)を構成する複数のレンズのうち、正の屈折力を持つレンズが少なくとも1枚配置されている投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[4]に記載の投射光学系であって、前記光路分離光学手段(SPD)の拡大側に配置される前記第1レンズ群の前記正の屈折力を持つレンズのd線に対する屈折率の平均値:Ndavが、条件:
(2) 1.6 ≦ Ndav
を満足する投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[5]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記第1レンズ群は、前記光路分離光学手段(SPD)の拡大側に1枚以上のレンズを配置され、該1枚以上のレンズの少なくとも1面が非球面である投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[6]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記反射光学手段(RFD)の、前記入射結像光束を反射する前記反射面が、開口絞り(S)を兼ねる投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[7]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記反射光学手段(RFD)の、前記入射結像光束を反射する前記反射面が、前記第1レンズ群の前記入射結像光束が最後に入射するレンズ面に形成されている投射光学系(実施例4、5 図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[8]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記反射光学手段(RFD)の、前記入射結像光束を反射する前記反射面が曲面である投射光学系(実施例2〜5 図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[8]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記反射光学手段(RFD)の前記入射結像光束を反射する前記反射面が平面である投射光学系(実施例1 図1)。
[1]〜[10]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記第2光学群(G2)を構成する前記複数のレンズのうちの1以上を光軸方向に移動させて、前記拡大側共役面へのフォーカシングを行う投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[11]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記縮小側に略テレセントリックである投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[1]〜[12]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記光路分離光学手段(SPD)の縮小側における光軸と、前記光路分離光学手段(SPD)の拡大側における光軸との角度:θAXが、条件:
(3) 45°≦ θAX ≦ 90°
を満足する投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19、図21)。
[1]〜[13]の何れか1に記載の投射光学系であって、前記光路分離光学手段(SPD)が、前記入射結像光束となるべき部分、および、前記反射結像光束となるべき部分の、一方を反射し、他方を通過させることにより、これら両結像光束の光路の分離を行うものである投射光学系(実施例1〜5 図1、図6、図9、図12、図15、図18、図19)。
[14]記載の投射光学系であって、前記光路分離光学手段が、偏光合成手段(P1)、偏光分離手段(P2)と位相差板(S1、S2)を有する投射光学系(図21)。
[1]〜[15]の何れか1に記載の投射光学系を搭載してなる投射装置(図20)。
[1]〜[15]の何れか1に記載の投射光学系を搭載し、拡大側にある物体の、縮小側にできる像を、撮像手段により撮像する撮像装置。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
G2 第2光学群
IM 中間像
SPD 光路分離光学手段
AX1 光路分離光学手段の縮小側における結像光束の光軸
AX2 光路分離光学手段の拡大側における結像光束の光軸
RFD 反射光学手段
P 色合成用のプリズム
MD 画像表示素子
Claims (17)
- 縮小側から拡大側へ向かう光路上に順次、第1光学群、第2光学群を配して構成され、縮小側共役面上の原画像からの結像光束を、拡大側共役面に至る光路上において一度、中間像として結像させたのち、前記拡大側共役面上に拡大画像として結像させる投射光学系であって、
前記第1光学群は、第1レンズ群と、光路分離光学手段と、該光路分離光学手段の側からの前記結像光束を、前記第2光学群の側へ反射する反射面を有する反射光学手段とを有して構成され、
前記光路分離光学手段は、前記原画像から前記反射光学手段へ向かう入射結像光束の光路と、前記反射光学手段により反射されて前記第2光学群へ向かう反射結像光束の光路とを分離する機能を有し、
前記第1レンズ群は、少なくともその一部が、前記入射結像光束と前記反射結像光束とに共通化され、
前記第2光学群は、複数のレンズにより構成される屈折光学系である投射光学系。 - 請求項1記載の投射光学系であって、前記中間像は、前記第1光学群と前記第2光学群の間に結像する投射光学系。
- 請求項1または2記載の投射光学系であって、
前記縮小側共役面から前記拡大側共役面に至る光路上における結像光束の、前記原画像の位置における最大有効径:2Yob、前記中間像の近軸上の位置における最大の主光線高さ:Yimが、条件:
(1) 0.5 ≦ Yim/Yob < 1.0
を満足する投射光学系。 - 請求項1〜3記載の投射光学系であって、
前記第1レンズ群を構成する複数のレンズのうち、正の屈折力を持つレンズが少なくとも1枚、前記光路分離光学手段の拡大側に配置されている投射光学系。 - 請求項4に記載の投射光学系であって、
前記光路分離光学手段の拡大側に配置される前記第1レンズ群の前記正の屈折力を持つレンズのd線に対する屈折率の平均値:Ndavが、条件:
(2) 1.6 ≦ Ndav
を満足する投射光学系。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記第1レンズ群は、前記光路分離光学手段の拡大側に1枚以上のレンズを配置され、該1枚以上のレンズの少なくとも1面が非球面である投射光学系。 - 請求項1〜6の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学手段の、前記入射結像光束を反射する前記反射面が、開口絞りを兼ねる投射光学系。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学手段の、前記入射結像光束を反射する前記反射面が、前記第1レンズ群の前記入射結像光束が最後に入射するレンズ面に形成されている投射光学系。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学手段の前記入射結像光束を反射する前記反射面が曲面である投射光学系。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記反射光学手段の前記入射結像光束を反射する前記反射面が平面である投射光学系。 - 請求項1〜10の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記第2光学群を構成する前記複数のレンズのうちの1以上を光軸方向に移動させて、前記拡大側共役面へのフォーカシングを行う投射光学系。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記縮小側に略テレセントリックである投射光学系。 - 請求項1〜12の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記光路分離光学手段の前記縮小側における光軸と、前記光路分離光学手段の前記拡大側における光軸との角度:θAXが、条件:
(3) 45°≦ θAX ≦ 90°
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜13の何れか1項に記載の投射光学系であって、
前記光路分離光学手段が、前記入射結像光束となるべき部分、および、前記反射結像光束となるべき部分の、一方を反射し、他方を通過させることにより、これら両結像光束の光路の分離を行うものである投射光学系。 - 請求項14記載の投射光学系であって、
前記光路分離光学手段が、偏光合成手段、偏光分離手段および位相差板を有する投射光学系。 - 請求項1〜15の何れか1項に記載の投射光学系を搭載してなる投射装置。
- 請求項1〜15の何れか1項に記載の投射光学系を搭載し、拡大側にある物体の、縮小側にできる像を、撮像手段により撮像する撮像装置。
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