JP5625904B2 - 拡大投影光学系及びデジタル式プラネタリウム装置 - Google Patents
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Description
vd=(nd−1)/(nF−nC)
の定義式で求められるアッベ数をいうものとする。
前記スクリーン側から光軸に沿って順番に配列された投影光学系、リレー光学系、及び表示素子を含み、
前記リレー光学系は、前記表示素子の画像を1次結像し、
前記投影光学系は、前記リレー光学系により1次結像された画像を前記スクリーンに拡大投影するものであり、前記スクリーン側から順番に配列された負の光学的パワーを有する負の群と、正の光学的パワーを有する正の群と、前記正の群に続くレンズ群とから成り、
前記負の群は、
前記スクリーン側に配列された少なくとも1枚の負メニスカスレンズと、
最も前記表示素子側にあり、最外画角の7割の主光線の軸外近軸追跡による光線高が、前記負の群を構成する負レンズが配列された領域内において最小値となる負レンズとから成り、
前記正の群は、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸光線追跡による光線高が、前記正の群において最大値となる正レンズを含み、且つ、全体的に正の光学的パワーを持つように構成され、
前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズを通過する最大画角の主光線と、前記投影光学系の負の群の最もスクリーン側のレンズを通過する最大画角の主光線とは、光軸に対して同じ方向であり、
前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(1)、(2)、(B1a)を満足し、
前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(4)を満足し、
前記正の群のうち最も前記表示素子側に配置されたレンズは、正レンズであって、前記正レンズは、前記投影光学系を構成する正レンズのうち、絞りより前記スクリーン側に配置され、条件式(4)を満足する正レンズのうち、最も前記表示素子側に配置されたレンズであることを特徴とする拡大投影光学系。
|Fb/F|>10 (1)
0.5<|F/Fp|<2 (2)
0.7>φRp/φRn>0.4・・・(B1a)
Yp/Ym>0.8 (4)
但し、
Fb:投影光学系及びリレー光学系を含む全光学系のバックフォーカス
F:全光学系の焦点距離
Fp:投影光学系の焦点距離
φRp:投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち最大の有効径
φRn:投影光学系の最もスクリーン側の負レンズのスクリーン側の有効径
Yp:投影光学系の正の群のうち、最もスクリーン側で軸外主光線が光軸と交わる位置よりもスクリーン側に配列された正レンズのうち、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による正レンズのレンズ面での光線高の最大値
Ym:投影光学系の負の群を構成する負レンズが配列された領域内において、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による負レンズのレンズ面での光線高の最小値
0.5<|F/Fp|<2 (2)
但し、
Fb:投影光学系及びリレー光学系を含む全光学系のバックフォーカス
F:全光学系の焦点距離
Fp:投影光学系の焦点距離
2.前記全光学系の画角は、以下の条件式(A1)を満足することを特徴とする前記第1項に記載の拡大投影光学系。
但し、
W:全光学系の画角
3.前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする前記第1項または第2項に記載の拡大投影光学系。
但し、
Fm:投影光学系の負の群の焦点距離
Fp:投影光学系の焦点距離
4.前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズは、軸外主光線が最もスクリーン側で前記光軸と交わる位置よりも前記スクリーン側に配列されていることを特徴とする前記第1項から第3項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
1枚含むことを特徴とする前記第1項から第4項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系
。
但し、
νpm:投影光学系の負の群においてアッベ数が最大のレンズのアッベ数
νpp:正レンズのアッベ数
6.前記リレー光学系は、前記表示素子側が略テレセントリック光学系であり、該略テレセントリック光学系は、以下の条件式(6)を満足することを特徴とする前記第1項から第5項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
但し、
θmax:表示素子の法線と表示素子からリレー光学系へ向かう主光線とのなす最大角度
7.前記リレー光学系は、略両テレセン光学系であり、該略両テレセントリック光学系は、以下の条件式(7)を満足することを特徴とする前記第6項に記載の拡大投影光学系。
但し、
θ′max:一次結像面の法線と一次結像面を表示素子側から通過する主光線とのなす最大角度
8.前記略両テレセン光学系は、以下の条件式(8)を満足することを特徴とする前記第7項に記載の拡大投影光学系。
但し、
φr:リレー光学系の光学的パワー
Tr:リレー光学系の最もスクリーン側のレンズのスクリーン側の面頂点から、最も表示素子側のレンズの表示素子側の面頂点までの距離
9.前記投影光学系の入射瞳位置と該投影光学系の全長は、以下の条件式(A3)を満足することを特徴とする前記第1項から第8項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
但し、
Le:投影光学系の最もスクリーン側のレンズの面頂点から投影光学系のスクリーン側から表示素子に向かって光線トレースする場合の入射瞳位置までの距離
TLp:投影光学系の全長(投影光学系の最もスクリーン側のレンズの面頂点から最もリレー光学系側のレンズの面頂点までの距離)
10.前記投影光学系の最もスクリーン側のレンズの有効直径と該投影光学系の焦点距離は、以下の条件式(A4)を満足することを特徴とする前記第1項から第9項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
但し、
D1:投影光学系の最もスクリーン側のレンズの有効直径
Fp:投影光学系の焦点距離
11.前記リレー光学系の前群と後群の焦点距離は、以下の条件式(A8)を満足することを特徴とする前記第1項から第10項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
但し、
Frf:リレー光学系の前群の焦点距離
Frr:リレー光学系の後群の焦点距離
12.前記リレー光学系は、低分散レンズを少なくとも2枚備え、以下の条件式(A11)、(A12)を満足することを特徴とする前記第1項から第11項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
Pgfr<0.55 (A12)
但し、
νdr:リレー光学系の低分散レンズのアッベ数
Pgfr:リレー光学系の低分散レンズの2次分散
但し、
φRp:投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち最大の有効径
φRn:投影光学系の最もスクリーン側の負レンズのスクリーン側の有効径
13.前記投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち、最大の有効径と、前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離は、以下の条件式(B2)を満足することを特徴とする前記第12項に記載の拡大投影光学系。
但し、
φRp:投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち、最大の有効径
φfp:投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離
14. 前記第1項から第13項のいずれか1項に記載された拡大投影光学系を備えたことを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
2 再生部
3 投影部
4 拡大投影光学系
5 操作部
6 スピーカ
10 投影光学系
20 リレー光学系
30 表示素子
G1 負の群
G2 正の群
PR1 プリズム
0.5<|F/Fp|<2 (2)
但し、
Fb:投影光学系10及びリレー光学系20を含む全光学系のバックフォーカス
F:全光学系の焦点距離
Fp:投影光学系10の焦点距離
条件式(1)は、全光学系のバックフォーカスFbの長さを規定するものである。バックフォーカスを確保するためには、投影光学系のレトロフォーカスの負の群の光学的パワーを強くするとよいが、強い負の光学的パワーにより倍率色収差が大きく発生し、全光学系の倍率色収差補正が困難となる。このような場合、リレー光学系20を備えた、本発明の実施形態に係る拡大投影光学系4の構成が有効となる。条件式(1)は、倍率色収差が補正された拡大投影光学系4を構成する場合、リレー光学20系を用いた構成が適している範囲を規定するものである。条件式(1)を満足することで、倍率色収差を抑えるとともに、投影光学系10を小型化することができる。尚、条件式(1)としては、|Fb/F|>12・・・(1a)がより好ましい。
但し、
Fm:投影光学系10の負の群G1の焦点距離
投影光学系10の最もスクリーン1側の負の群G1の光学的パワーは、投影画角を広げることと、歪曲の補正に重要である。最もスクリーン1側に負の群G1を配置すると、軸外の主光線を中心から外側へ曲げるため、光学的パワーが強い程、広角化には有利である。一方、負の群G1は、絞りS1より遠く離れて配置されており、負の歪曲を大きく発生する要因となる。
但し、Yp:投影光学系10の正の群G2のうち、最もスクリーン1側で軸外主光線K2が光軸K1と交わる位置よりもスクリーン1側に配列された正レンズ(レンズL6〜L8)のうち、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による正レンズのレンズ面での光線高の最大値
Ym:投影光学系10の負の群G1を構成する負レンズが配列された領域内において、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による負レンズのレンズ面での光線高の最小値
尚、最外画角の7割の画角の主光線の光線高は、当該主光線とレンズ面とが交わる位置の光軸K1からの距離を指す。
但し、
νpm:投影光学系10の負の群G1においてアッベ数が最大のレンズのアッベ数
νpp:正レンズのアッベ数
すなわち、レンズL6〜L8のうち少なくとも1枚のレンズのアッベ数が条件式(5)を満たす。
また、リレー光学系20は、表示素子30側が略テレセントリック光学系であり、該略テレセントリック光学系は、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
但し、
θmax:表示素子30の法線と表示素子30からリレー光学系20へ向かう主光線のなす最大角度
表示素子30からの光を有効に利用するためには、リレー光学系20の表示素子30側の開口を大きくすると有利であるが、開口を大きくしすぎると、大きな光学系となり、また、収差補正も困難となる。さらには、表示素子30側の光の開き角以上の部分は、投影する光量には寄与しないため、無駄となる。また、リレー光学系20の表示素子30側の軸外主光線が、表示素子30に対して傾いていた場合、表示素子30からの光を十分に受けるには、より大きな開口が必要となるため、リレー光学系20が大きくなってしまう。また、軸外で主光線が表示素子30に対して傾くと、軸上に対して入射する光量が少なくなり、画面全体にムラが生ずる。これを避けるために、リレー光学系20は、表示素子30側をテレセントリックとするとよい。
但し、
θ′max:一次結像面の法線と一次結像面を表示素子30側から通過する主光線とのなす最大角度
また、両テレセントリック光学系(リレー光学系20)は、以下の条件式を満足することが好ましい。
但し、
φr:リレー光学系20の光学的パワー
Tr:リレー光学系20の最もスクリーン1側のレンズL16のスクリーン側1の面頂点P2から、最も表示素子1側のレンズL27の表示素子30側の面頂点P3までの距離(但し、色合成プリズムなどのプリズム類は含めない。)
投影光学系10のリレー光学系20側をテレセントリックにしておき、リレー光学系20のスクリーン1側の開口と、投影光学系10のリレー光学系20側の開口とを同じにしておけば、リレー光学系20から投影光学系10への光を無駄なく伝えることができる。また、投影の拡大率を変更したい場合、通常はズーム光学系を用いるとよい。
但し、
W:全光学系の画角
スクリーンに投影する場合、広い画角の方が広く投影でき、表示素子サイズを同じとすると、より拡大して投影できる。より大きく投影できると臨場感も高まる。また、同じ投影倍率が必要な場合も、より短い投影距離で済み、スペースの有効活用が可能となる。これらの点では、画角は広い方がよいが、同じ表示素子を広い画角で投影しようとすると、より短い焦点距離が必要となる。短い焦点距離で光学系を構成しようとすると、中帯より最終辺の性能の確保が難しくなるため、高性能を確保しようとすると、レンズ枚数をより多くしたり、より大きな光学系で構成する必要があり、コストアップにつながる。そのため、全光学系の画角は適度な値がよく、条件式(A1)を満足すると好ましい。また、ドームのようなスクリーンへ投影する場合は、画角は、180度近くあるほうがよく、1本でドームのようなスクリーンへ投影しようとすると、画角は150度以上ある方が望ましい。また、条件式(A1)の上限値は、投影光学系10の最もスクリーン1側のレンズL1の曲率をコストと加工のし易さの点から考えると、望ましくは200度とする。
但し、
Wp:投影光学系10の画角
条件式(A2)は、全光学系の画角が前述の条件式(A1)を満足するために必要な投影光学系10の画角を規定するものである。また、条件式(A2)の下限値は、望ましくは140度、さらに望ましくは155度とする。
但し、
Le:投影光学系10の最もスクリーン1側のレンズL1の面頂点から投影光学系10のスクリーン1側から表示素子30に向かって光線トレースする場合の入射瞳位置までの距離
TLp:投影光学系10の全長(投影光学系10の最もスクリーン1側のレンズL1の面頂点から最もリレー光学系20側のレンズL15の面頂点までの距離)
条件式(A3)は、投影光学系10の入射瞳位置を規定するものである。本実施形態による光学系の構成は、投影光学系10とリレー光学系20からなり、投影光学系10の1次像距離とリレー光学系10のスクリーン1側の物点位置がほぼ等しい構成となる。リレー光学系を用いず、1次像点を作らない、通常の投影光学系の場合、長いバックフォーカスを確保する必要があるが、本実施形態の場合のように、リレー光学系20を用いた構成では、投影光学系10は、それほど長いバックフォーカスを確保する必要がないため、その入射瞳位置は、より表示素子30側に設定することができる。よって、条件式(A3)を満足することで、最もスクリーン1側のレンズL1から射出される光線のレンズL1での光軸からの位置は、より低い位置を通すことが可能となり、最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径を小さくすることができる。尚、条件式(A3)としては、望ましくはLe/TLp>0.1・・・(A3a)、さらに望ましくはLe/TLp>0.15・・・(A3b)である。これにより、最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径をより小さくすることができる。
但し、
D1:投影光学系10の最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径
Fp:投影光学系10の焦点距離
前述のように条件式(A3)を満足することで、入射瞳位置がよりスクリーン1側へ近づき、最もスクリーン1側のレンズL1から射出される光線のレンズL1での光軸からの位置は、より低い位置を通すことが可能となり、最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径を小さくすることができる。条件式(A4)は、その効果を規定する条件式である。条件式(A3)の下限値を下回り、入射瞳位置が1次結像側に近くなると、最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径が大きくなりすぎるため、レンズL1が非常に大きくなり、加工が容易ではなく、コストが非常に高くなる。よって、条件式(A3)を満足することで、最もスクリーン1側のレンズL1の有効直径を小さくすることができる。尚、条件式(A4)としては、望ましくはD1/Fp<20・・・(A4a)である。
但し、
Fbp:投影光学系10の最もリレー光学系20側のレンズL15の面頂点から1次結像位置までの距離
Fp:投影光学系10の焦点距離
1次結像の像高が同じとした場合、より広い画角へ投影するためには、投影光学系10の焦点距離Fpをより短くする必要がある。投影光学系10のバックフォーカスFbpを同じとした場合、焦点距離が短くなると、性能の確保がより難しくなる。それは、焦点距離に対し、長いバックフォーカスを確保するために、投影光学系をレトロフォーカスとした場合、スクリーン1側に強い負の光学的パワーを配置する必要があり、それにより、投影光学系10が、より非対称な構成となるためである。しかしながら、この距離が短すぎると、例えば、1次結像位置に視野絞りや、フレアーカッターなどの部材が入り難くなり、コストアップの要因となる。そのため、条件式(A5)を満足するように投影光学系10のバックフォーカスFbpを適度に設定することが望ましい。尚、条件式(A5)としては、望ましくは5>Fbp/Fp>2・・・(A5a)である。
但し、
θ′′max:一次結像面の法線と一次結像面をスクリーン1側から通過する主光線とのなす最大角度
条件式(A6)は、投影光学系10のテレセントリック度合いを規定するものである。前述の条件式(6)、条件式(7)の場合と同様に、投影光学系10のリレー光学系20側をテレセントリックにしておき、リレー光学系20のスクリーン1側の開口と、投影光学系10のリレー光学系20側の開口とを同じにしておけば、リレー光学系20から投影光学系10への光を無駄なく伝えることができる。また、投影光学系10のリレー光学系20側の開口が同じ焦点距離の異なる単焦点光学系を複数用意し、その投影光学系10を交換することにより、安価に、しかも、光量をロスすることなく投影倍率を変更することができる。尚、この構成にすれば、投影光学系10を複数のズーム比の光学系として、交換することも可能となり、コストと性能のバランスをとることができる。よって、条件式(A6)を満足することで、光量ムラ、及び光量ロスを大きく低減することができる。
但し、
Fpm:投影光学系10の負の群G1の内最もスクリーン1側の負のレンズL1の焦点距離
Fp:投影光学系10焦点距離
また、投影光学系10の負の群G1の内最もスクリーン1側の負のレンズL1は、スクリーン1側に凸面を向けたメニスカスレンズであることが望ましく、さらに、球面系のレンズであることが望ましい。
但し、
Frf:リレー光学系20の前群の焦点距離
Frr:リレー光学系20の後群の焦点距離
高性能の光学系を構成するために、リレー光学系20の構成は、できるだけ対称性のある形が望ましい。そのため、非対称な構成をできるだけ避けるのが望ましい。条件式(A8)は、リレー光学系20の構成の対称性の崩れを表すものでもある。条件式(A8)を満足することで、対称性を維持し、前群と後群の光学的パワーのバランスがとれ、倍率色収差等の補正が容易になる。尚、条件式(A8)としては、望ましくは1.2>|Frf/Frr|>0.8・・・(A8a)である。
但し、
Frm:リレー光学系20の最も表示素子1側の負のレンズの焦点距離
F:全光学系の焦点距離
条件式(A9)は、リレー光学系20の最も表示素子1側の負のレンズの光学的パワーを規定するものである。尚、リレー光学系20の最も表示素子1側の負のレンズとは、この負のレンズが、リレー光学系20の中で最もスクリーン1側に位置していることを意味しているものではなく、この負のレンズのスクリーン1側に正のレンズがあってもよい。リレー光学系20は、略両テレセントリックの方が望ましい。テレセントリックにするためには、途中に、光線を高い位置へ導く強い負の光学的パワーを有するレンズが必要となる。また、ペッツバールの補正のために、強い負の光学的パワーを有するレンズが必要となる。しかしながら、このレンズの光学的パワーが強くなりすぎると、逆に像面を補正しすぎとなる。一方、このレンズの光学的パワーが弱くなりすぎると、十分なテレセントリックを構成しようとすると、レンズ位置を十分に高くするために、大きな間隔が必要となるため、リレー光学系20の全長が長くなる。よって、条件式(A9)を満足することで、テレセントリックを構成するのに有利となり、またペッツバールの補正に有利となり、小型のリレー光学系を実現することが可能となる。
但し、
νrm:リレー光学系20の最も表示素子30側の負のレンズのアッベ数
条件式(A10)は、リレー光学系20の最も表示素子30側の負のレンズの分散を規定する条件式である。高性能を確保するためには、色収差が非常に小さい必要がある。そのため、負レンズは、ある程度の分散がないと、正レンズで発生する色収差を補正できなくなる。条件式(A10)の上限値を上回り分散が小さくなると、色収差の補正能力が低下し、条件式(A10)の下限値を下回り分散が大きくなると、色収差の補正能力が必要以上に大きくなる。よって、条件式(A10)を満足することで、適切な色収差補正を行うことができる。尚、条件式(A10)としては、望ましくは55>νrm>35・・・(A10a)である。
Pgfr<0.55 (A12)
但し、
νdr:リレー光学系20の低分散レンズのアッベ数
Pgfr:リレー光学系20の低分散レンズの2次分散
高性能の光学系を構成するためには、色収差の小さい構成が望ましい。色収差を小さくするためには、正レンズに低分散ガラスを使用することにより、色収差を小さく補正することが可能となる。さらに、2次色収差が補正されていることが望ましく、そのためには、正レンズは、異常分散ガラスであることが望ましい。しかしながら、このガラスは、通常のガラスより幾分高価であることから、費用対効果を考慮して用いることにより、コストに見合った効果を得ることができる。また、温度変化により、通常のガラスより大きく形状が変化するため、性能変動が大きくなる。これらの理由から、使用枚数は、少なくとも2枚、望ましくは6枚、さらに望ましくは8枚以上である。
但し、
TLr1:リレー光学系20の1次結像点より表示素子30までの距離
TL:全光学系の全長(但し、プリズムは空気換算せずに実寸法とする。)
また、リレー光学系20の最もスクリーン1側のレンズL16の面頂点P2から最も表示素子30側のレンズL27の面頂点P3までの距離と全光学系の全長は、以下の条件式(A14)を満足する満足することが好ましい。
但し、
TLr2:リレー光学系20の最もスクリーン1側のレンズL16の面頂点P2から最も表示素子30側のレンズL27の面頂点P3までの距離
TL:全光学系の全長(但し、プリズムは空気換算せずに実寸法とする。)
また、リレー光学系20の1次結像点より表示素子30までの距離とリレー光学系20の最もスクリーン1側のレンズL16の面頂点P2から最も表示素子30側のレンズL27の面頂点P3までの距離は、以下の条件式(A15)を満足することが好ましい。
但し、
TLr1:リレー光学系20の1次結像点より表示素子30までの距離
TLr2:リレー光学系20の最もスクリーン1側のレンズL16の面頂点P2から最も表示素子30側のレンズL27の面頂点P3までの距離
全光学系をコンパクトに構成するためには、リレー光学系20の全長も抑える必要がある。条件式(A13)〜(A15)は、その目安である。この値が大きくなりすぎると、全光学系の中でのリレー光学系20の占める割合が大きくなるため、全光学系の大きさを目標に入れようとすると、投影光学系10を小さくする必要がある。このため、投影光学系20の収差補正が困難となり、高性能が達成し辛くなる。また、条件式(A13)〜(A15)の下限値を下回り、リレー光学系20が小さくなると、リレー光学系20での収差補正が困難となり、高性能が達成し辛くなる。よって、条件式(A13)〜(A15)を満足することで、投影光学系20、リレー光学系20ともにバランスよく適切な色収差補正を行うことができ、高性能を達成することができる。尚、条件式(A13)としては、望ましくは0.7>TLr1/TL>0.5・・・(A13a)である。また、条件式(A14)としては、望ましくは0.4>TLr2/TL>0.1・・・(A14a)である。また、条件式(A15)としては、望ましくは0.6>TLr2/TL1>0.3・・・(A15a)である。
但し、
φRp:投影光学系10の正の群G2の正レンズの有効径のうち最大の有効径(直径)
φRn:投影光学系10の最もスクリーン1側の負レンズのスクリーン1側の有効径(直径)
また、投影光学系10の正の群G2の正レンズの有効径のうち、最大の有効径(直径)と、投影光学系10の正の群G2のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離は、以下の条件式(B2)を満足することが好ましい。
但し、
φRp:投影光学系10の正の群G2の正レンズの有効径のうち、最大の有効径(直径)
φfp:投影光学系10の正の群G2のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離
高性能な画像を投影するためには、諸収差がよく補正されている必要がある。とりわけ、色収差を小さくすることは、カラー画像の映像の色にじみを小さくし、高い解像力を確保するために必須である。条件式(B1)は、この色収差、特に、倍率色収差をよりよく補正するための最適な条件を規定するものである。尚、以下の説明では、光線が、スクリーン1側から入射して表示素子30へと向かうような方向のトレースに従って説明する。
次に、本発明による拡大投影光学系の実施例1について説明する。尚、実施例1の構成は図2〜4と同一である。
数値実施例1
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
スクリーン 6250.000 6250.00
1 116.336 6.00 1.51680 64.20
2 43.902 13.95
3 110.039 3.34 1.62041 60.34
4 26.322 14.45
5 363.038 2.60 1.65844 50.85
6 23.891 14.50
7 -26.799 2.30 1.74400 44.90
8 -82.792 12.05
9 -52.611 2.23 1.80518 25.46
10 457.099 1.60
11 554.594 10.80 1.60342 38.01
12 -35.417 0.20
13 2085.784 6.15 1.60342 38.01
14 -69.000 0.20
15 50.030 7.60 1.51680 64.20
16 -498.560 31.30
17 13.444 2.30 1.75520 27.53
18 10.311 10.40
19(絞り) ∞ 1.80
20 -141.634 1.86 1.74400 44.90
21 16.011 2.83 1.51680 64.20
22 -31.425 8.02
23 28.164 5.00 1.49700 81.61
24 -25.092 0.25
25 -194.558 2.40 1.80610 40.73
26 20.703 2.60
27 38.207 4.90 1.49700 81.61
28 -32.563 0.40
29 39.116 5.50 1.49700 81.61
30 -43.053 19.25
31(dummy) 91.51
32 90.371 10.50 1.49700 81.61
33 -77.948 3.50
34 76.255 7.80 1.49700 81.61
35 -186.743 5.00
36 -58.600 5.20 1.74330 49.22
37 108.622 1.20
38 67.212 10.40 1.49700 81.61
39 -60.485 0.30
40 34.255 8.50 1.49700 81.61
41 191.463 9.40
42 -314.203 6.70 1.56883 56.04
43 18.876 7.58
44(dummy) 7.58
45 -18.876 6.70 1.56883 56.04
46 314.203 9.40
47 -191.463 8.50 1.49700 81.61
48 -34.255 0.30
49 60.485 10.40 1.49700 81.61
50 -67.212 1.20
51 -108.622 5.20 1.74330 49.22
52 58.600 5.00
53 186.743 7.80 1.49700 81.61
54 -76.255 3.50
55 77.948 10.50 1.49700 81.61
56 -90.371 2.00
57 ∞60.00 1.51680 64.20
58 ∞50.00
表示素子 ∞
各種データ
主波長 546nm(620nm 546nm 460nm)
Fl(focal length) −5.73
Fno. 3.2
画角 160°
条件式
(1)|Fb/F|:−15.97
(2)|F/Fp|:−1.0
(3)|Fp/Fm|:L1−L4:−0.63
(4)Yp/Ym:1.27
(5)νpm−νpp:26.3
(6)|θmax|:0.3
(8)|φr×Tr|:0.032
(A1)240度>W>100度:160度
(A2)240度>Wp>100度:160度
(A3)Le/TLp>0.02:0.2
(A4)D1/Fp<40:17.9
(A5)10>Fbp/Fp>0.5:3.4
(A7)100>|Fpm/Fp|>2:24.4
(A8)2>|Frf/Frr|>1:1
(A9)2>|Frm/F|>0.5:8.8
(A10)55>νrm>20:49.2
(A11)120>νdr>65:81.6
(A12)Pgfr<0.55:0.5
(A13)0.8>TLr1/TL>0.4:0.64
(A14)0.6>TLr2/TL>0.05:0.28
(A15)0.8>TLr2/TLr1>0.2:0.43
(B1)φRp/φRn:0.47
(B2)φRp/fp:0.44
図3及び図4において、各レンズ面に付されている番号ri(i=1,2,3,・・・)は、スクリーン1側から数えた場合のi番目のレンズ面(ただし、レンズの接合面は1つの面として数えるものとする。)である。
[実施例2]
以下、実施例2による拡大投影光学系について説明する。図7は、実施例2の拡大投影光学系の全体構成図を示している。図7に示すように、実施例2の拡大投影光学系4は、図2と同様、スクリーン1から光軸K1に沿って順番に配列された投影光学系10、リレー光学系20、及び表示素子30を備える。
数値実施例2
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
スクリーン 6250.000 6250.00
1 95.304 5.37 1.51680 64.20
2 37.873 12.88
3 88.754 3.02 1.62041 60.34
4 24.357 12.79
5 182.335 2.35 1.65844 50.85
6 20.257 12.93
7 -24.875 2.01 1.74400 44.90
8 -281.494 10.53
9 -79.050 2.01 1.80518 25.46
10 219.537 1.37
11 240.395 10.17 1.60342 38.01
12 -31.592 0.07
13 243.462 4.92 1.60342 38.01
14 -93.196 0.07
15 38.484 6.90 1.51680 64.20
16 718.601 23.83
17 13.942 2.01 1.75520 27.53
18 10.166 9.45
19(絞り) ∞ 1.33
20 2872.660 1.68 1.74400 44.90
21 14.802 2.93 1.51680 64.20
22 -37.436 6.87
23 30.428 4.95 1.49700 81.61
24 -21.769 0.20
25 -136.321 2.01 1.80610 40.73
26 20.512 2.35
27 38.830 4.46 1.49700 81.61
28 -33.882 0.20
29 28.787 5.30 1.49700 81.61
30 -39.263 6.78
31 ∞4.03 1.51680 64.17
32 ∞8.39
33(dummy) 76.47
34 49.676 8.00 1.49700 81.61
35 -64.928 0.30
36 55.221 6.00 1.49700 81.61
37 -256.735 3.90
38 -46.785 4.00 1.74330 49.22
39 108.213 3.50
40 59.460 8.00 1.49700 81.61
41 -48.172 0.30
42 26.624 6.50 1.49700 81.61
43 68.863 5.06
44 -173.041 5.20 1.56883 56.04
45 15.532 7.45
46(dummy) 7.45
47 -15.532 5.20 1.56883 56.04
48 173.041 5.06
49 -68.863 6.50 1.49700 81.61
50 -26.624 0.30
51 48.172 8.00 1.49700 81.61
52 -59.460 3.50
53 -108.213 4.00 1.74330 49.22
54 46.785 3.90
55 256.735 6.00 1.49700 81.61
56 -55.221 0.30
57 64.928 8.00 1.49700 81.61
58 -49.676 13.50
59 ∞88.00 1.51680 64.20
60 ∞5.50
表示素子 ∞
各種データ
主波長 546nm(620nm 546nm 460nm)
Fl −5.18
Fno. 2.5
画角 160°
条件式
(1)|Fb/F|:−13.88
(2)|F/Fp|:−1.0
(3)|Fp/Fm|:L1−L4:−0.71
(4)Yp/Ym:1.26
(5)νpm−νpp:26.3
(6)|θmax|:0.6
(8)|φr×Tr|:0.021
(A1)240度>W>100度:160度
(A2)240度>Wp>100度:160度
(A3)Le/TLp>0.02:0.2
(A4)D1/Fp<40:17.9
(A5)10>Fbp/Fp>0.5:3.4
(A7)100>|Fpm/Fp|>2:24.2
(A8)2>|Frf/Frr|>1:1
(A9)2>|Frm/F|>0.5:8.3
(A10)55>νrm>20:49.2
(A11)120>νdr>65:81.6
(A12)Pgfr<0.55:0.5
(A13)0.8>TLr1/TL>0.4:0.63
(A14)0.6>TLr2/TL>0.05:0.25
(A15)0.8>TLr2/TLr1>0.2:0.39
(B1)φRp/φRn:0.42
(B2)φRp/fp:0.35
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例2の拡大投影光学系の収差図を図10に示す。また、実施例2の拡大投影光学系の倍率色収差を図11に示す。尚、図10(a)は球面収差(SA)を示し、(b)は非点収差(DS−DM)を示している。また、図10、図11に示す収差図は、表示素子30側の値を示し、主波長が546nmに対するものである。
Claims (14)
- 表示素子から出力される画像をスクリーンへ拡大投影する拡大投影光学系であって、
前記スクリーン側から光軸に沿って順番に配列された投影光学系、リレー光学系、及び表示素子を含み、
前記リレー光学系は、前記表示素子の画像を1次結像し、
前記投影光学系は、前記リレー光学系により1次結像された画像を前記スクリーンに拡大投影するものであり、前記スクリーン側から順番に配列された負の光学的パワーを有する負の群と、正の光学的パワーを有する正の群と、前記正の群に続くレンズ群とから成り、
前記負の群は、
前記スクリーン側に配列された少なくとも1枚の負メニスカスレンズと、
最も前記表示素子側にあり、最外画角の7割の主光線の軸外近軸追跡による光線高が、前記負の群を構成する負レンズが配列された領域内において最小値となる負レンズとから成り、
前記正の群は、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸光線追跡による光線高が、前記正の群において最大値となる正レンズを含み、且つ、全体的に正の光学的パワーを持つように構成され、
前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズを通過する最大画角の主光線と、前記投影光学系の負の群の最もスクリーン側のレンズを通過する最大画角の主光線とは、光軸に対して同じ方向であり、
前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(1)、(2)、(B1a)を満足し、
前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(4)を満足し、
前記正の群のうち最も前記表示素子側に配置されたレンズは、正レンズであって、前記正レンズは、前記投影光学系を構成する正レンズのうち、絞りより前記スクリーン側に配置され、条件式(4)を満足する正レンズのうち、最も前記表示素子側に配置されたレンズであることを特徴とする拡大投影光学系。
|Fb/F|>10 (1)
0.5<|F/Fp|<2 (2)
0.7>φRp/φRn>0.4・・・(B1a)
Yp/Ym>0.8 (4)
但し、
Fb:投影光学系及びリレー光学系を含む全光学系のバックフォーカス
F:全光学系の焦点距離
Fp:投影光学系の焦点距離
φRp:投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち最大の有効径
φRn:投影光学系の最もスクリーン側の負レンズのスクリーン側の有効径
Yp:投影光学系の正の群のうち、最もスクリーン側で軸外主光線が光軸と交わる位置よりもスクリーン側に配列された正レンズのうち、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による正レンズのレンズ面での光線高の最大値
Ym:投影光学系の負の群を構成する負レンズが配列された領域内において、最外画角の7割の画角の主光線の軸外近軸追跡による負レンズのレンズ面での光線高の最小値 - 前記全光学系の画角は、以下の条件式(A1)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の拡大投影光学系。
240度>W>100度 (A1)
但し、
W:全光学系の画角 - 前記投影光学系及び前記リレー光学系は、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の拡大投影光学系。
0.3<|Fp/Fm|<3 (3)
但し、
Fm:投影光学系の負の群の焦点距離
Fp:投影光学系の焦点距離 - 前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズは、軸外主光線が最もスクリーン側で前記光軸と交わる位置よりも前記スクリーン側に配列されていることを特徴とする請求の範囲第1項から第3項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
- 前記投影光学系の正の群は、以下の条件式(5)を満足する正レンズを少なくとも1枚含むことを特徴とする請求の範囲第1項から第4項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
20<νpm−νpp<65 (5)
但し、
νpm:投影光学系の負の群においてアッベ数が最大のレンズのアッベ数
νpp:正レンズのアッベ数 - 前記リレー光学系は、前記表示素子側が略テレセントリック光学系であり、該略テレセントリック光学系は、以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
|θmax|<5 (6)
但し、
θmax:表示素子の法線と表示素子からリレー光学系へ向かう主光線とのなす最大角度 - 前記リレー光学系は、略両テレセン光学系であり、該略両テレセントリック光学系は、以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求の範囲第6項に記載の拡大投影光学系。
|θ′max|<5 (7)
但し、
θ′max:一次結像面の法線と一次結像面を表示素子側から通過する主光線とのなす最大角度 - 前記略両テレセン光学系は、以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求の範囲第7項に記載の拡大投影光学系。
|φr×Tr|<0.2 (8)
但し、
φr:リレー光学系の光学的パワー
Tr:リレー光学系の最もスクリーン側のレンズのスクリーン側の面頂点から、最も表示素子側のレンズの表示素子側の面頂点までの距離 - 前記投影光学系の入射瞳位置と該投影光学系の全長は、以下の条件式(A3)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第8項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
Le/TLp>0.02 (A3)
但し、
Le:投影光学系の最もスクリーン側のレンズの面頂点から投影光学系のスクリーン側から表示素子に向かって光線トレースする場合の入射瞳位置までの距離
TLp:投影光学系の全長(投影光学系の最もスクリーン側のレンズの面頂点から最もリレー光学系側のレンズの面頂点までの距離) - 前記投影光学系の最もスクリーン側のレンズの有効直径と該投影光学系の焦点距離は、以下の条件式(A4)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第9項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
D1/Fp<40 (A4)
但し、
D1:投影光学系の最もスクリーン側のレンズの有効直径
Fp:投影光学系の焦点距離 - 前記リレー光学系の前群と後群の焦点距離は、以下の条件式(A8)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第10項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
2>|Frf/Frr|>0.5 (A8)
但し、
Frf:リレー光学系の前群の焦点距離
Frr:リレー光学系の後群の焦点距離 - 前記リレー光学系は、低分散レンズを少なくとも2枚備え、以下の条件式(A11)、(A12)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第11項のいずれか1項に記載の拡大投影光学系。
120>νdr>65 (A11)
Pgfr<0.55 (A12)
但し、
νdr:リレー光学系の低分散レンズのアッベ数
Pgfr:リレー光学系の低分散レンズの2次分散 - 前記投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち、最大の有効径と、前記投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離は、以下の条件式(B2)を満足することを特徴とする請求の範囲第1項から第12項のいずれか1項記載の拡大投影光学系。
4>φRp/fp>0.05 (B2)
但し、
φRp:投影光学系の正の群の正レンズの有効径のうち、最大の有効径
φfp:投影光学系の正の群のうち、少なくとも1枚の正レンズの焦点距離 - 請求の範囲第1項から第13項のいずれか1項に記載された拡大投影光学系を備えたことを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
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