JP5632782B2 - 投射光学系および投射型画像表示装置 - Google Patents
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(1) 3.5 <Ym/Yi< 5.0
を満足することを特徴とする。
図1は、投射型画像表示装置の実施の1形態を表し、符号MDは「画像表示素子」、符号Pは「プリズム」を、符号SCは「スクリーン」を示している。
(2) 0.08 < f1/fPML < 0.2
を満足することが好ましい(請求項2)。
請求項1、2の任意の1に記載の投射光学系のレンズ:PMLは、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましく(請求項3)、請求項1〜3の任意の1に記載の投射光学系は、レンズ:PLMのアッベ数νPMLが、条件:
(3) 45 < νPML < 95
を満足することが好ましい(請求項4)。
請求項1〜4の任意の1に記載の投射光学系は、開口絞りが第1光学群内に配される開口絞りとレンズ:PMLの間に「非球面を有するレンズ」が配されていることが好ましい(請求項5)。
請求項1〜5の任意の1に記載の投射光学系において、レンズ:PMLは「少なくとも1面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることが好ましい(請求項6)。
請求項1〜7の任意の1に記載の投射光学系は、第2光学群の凹反射面が回転対称軸を持つことが好ましく(請求項8)、請求項1〜8の任意の1に記載の投射光学系は、開口絞りとレンズ:PMLとの間に配された全ての非球面レンズの面形状が「共通の回転対称軸」を持つことができる(請求項9)。この場合、第2光学群の凹反射面の回転対称軸と、第1光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第1光学群に含まれる全ての球面レンズの光軸が一致していることができる(請求項10)。
第1光学群の「最も拡大側」である光線射出位置に、正の屈折力を持つレンズ:PMLを配することで、第1光学群と第2光学群との間に結像される中間像の大きさ(光軸に垂直な方向の大きさ)を小さくすることにより、中間像結像後の光束を受ける第2光学群の凹面ミラーのサイズを小さいものとしている。
条件(1)は、原画像を表示する画像表示素子の「配置可能な範囲」の大きさと、第2光学群の凹面ミラーの大きさの比を規定したもので、良好な像性能を保ちつつ、十分小さい凹面ミラーを搭載して、コンパクトな投射光学系を実現するための条件である。
条件(3)のパラメータの上限は95となっているが、これ以上のアッベ数を持つ光学材質はあまり知られておらず、また有っても高価で「安価な投射光学系の実現」に十分応えられなくなる。
レンズ:PMLは、第2光学群の凹面ミラーの小型化に効果的であるが、画像性能、特に画像周辺部に与える影響が大きい。
かかる観点からして、レンズ:PMLの縮小側に少なくとも1枚以上の非球面を有するレンズを配することが好ましく、このようにすることにより、画像の周辺まで良好な光学性能を維持できる。
もちろん、回転対称軸を持たない所謂自由曲面とすることも可能であり、諸収差のより少ない投射光学系とする観点からは有効である。
図2、図9、図12、図15、図18に投射光学系の実施の形態を5例示す。これらの実施の形態は、上記順序で後述の実施例1〜5に対応するものである。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。先に説明したように、符号MDは「画像表示素子」、符号Pは「プリズム」を示す。プリズムPは「色合成」を行なうための周知の光学素子である。
「有効径」は、光軸からの「光線の通る最大高さ」を示す。
「物体高」は、画像表示素子の画像表示面上における「光軸からの最大光線高さ」であり、請求項1の条件(1)のYiに相当する。
「ミラー光線高」は、凹面ミラーの反射面上における最大光線高さで、条件(1)におけるYmに相当する。
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、を与えて特定する。
長さの次元を持つ量の単位は「mm」である。
投射距離が620mmより遠距離である805mm、近距離の505mmの2つの状態を加え、移動群の位置を可変データとして実施例1に示す。
面番号 R D Nd νd 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.230
2 ∞ 1.300 17.530
3 143.25 7.892 1.76200 40.1 18.010
4 −39.290 0.300 18.133
5 49.282 5.155 1.49700 81.6 15.570
6 −332.040 0.300 14.772
7 33.832 4.993 1.58913 61.3 12.866
8 −439.104 1.764 11.656
9 −38.707 1.400 1.90366 31.3 11.429
10 14.409 4.069 1.70154 41.2 9.966
11 22.175 5.199 1.49700 81.6 9.678
12 −65.015 0.300 9.500
13 25.536 5.515 1.62004 36.3 9.517
14 −30.828 0.583 9.181
15 −73.181 1.400 1.91082 35.3 8.513
16 23.507 1.617 8.039
17(絞り) ∞ 11.957 8.050
18 131.644 5.946 1.60562 43.7 12.515
19 −29.299 27.825 13.000
20 65.560 6.186 1.80518 25.5 20.553
21 −384.103 7.017 20.476
22 −32.333 1.800 1.84666 23.8 20.448
23 −115.765 (可変) 22.516
24* −36.133 4.700 1.53159 55.7 23.215
25* −75.773 (可変) 24.782
26* 386.187 4.700 1.53159 55.7 25.466
27* 60.253 (可変) 28.792
28 56.722 8.368 1.51680 64.2 34.482
29 106.225 115.653 34.339
30* −54.817 (620.000) 54.840
像面 ∞ 。
D23 3.781 4.455 5.008
D25 3.433 1.585 0.373
D27 0.500 1.674 2.333 。
第24面
K=−0.853029、
A4=6.32786×10−7、
A6=9.10284×10−9、
A8=8.32955×10−12、
A10=−2.4294×10−15、
A12=−2.94625×10−18 。
K=3.857177、
A4=−2.18836×10−6、
A6=−7.4613×10−9、
A8=2.80902×10−11、
A10=−2.59161×10−14、
A12=1.69065×10−17 。
K=−100、
A4=−1.86384×10−5、
A6=1.86485×10−8、
A8=−2.61818×10−11、
A10=2.63849×10−14、
A12=−2.67807×10−17、
A14=1.33992×10−20 。
K=−22.908611、
A4=−1.57367×10−5、
A6=1.82045×10−8、
A8=−2.29808×10−11、
A10=1.64983×10−14、
A12=−7.49827×10−18、
A14=1.53702×10−21 。
K=−1.913779、
A4=−5.56122×10−7、
A6=6.57452×10−11、
A8=−1.86375×10−14、
A10=2.10045×10−18、
A12=3.24829×10−22、
A14=−1.9179×10−25、
A16=2.42357×10−29 。
焦点距離 4.754
NA 0.278
物体高 13.000
ミラー光線高 54.840
レンズ全長 275.653 。
(1) Ym/Yi =4.22
(2) f1/fPML=0.10
(3) νPML =64.2 。
各収差図は、スクリーンを物体として縮小側を評価した状態を示している。
投射距離:805mmにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図5に、コマ収差の図を図6に、投射距離:505mmにおけるにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図7に、コマ収差の図を図8に示す。
実施例2の投射光学系は、図9に示すものである。
面番号 R D Nd νd 有効径
物面 ∞ 6.000 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.248
2 ∞ 1.300 17.732
3 92.771 8.491 1.74400 44.9 18.385
4 −41.786 0.300 18.450
5 50.473 5.355 1.49700 81.6 15.785
6 −220.931 0.300 14.953
7 37.679 4.770 1.56883 56.0 12.939
8 −399.490 2.038 11.697
9 −35.018 1.400 1.90366 31.3 11.295
10 13.963 4.633 1.74400 44.9 9.932
11 26.528 4.938 1.49700 81.6 9.664
12 −56.219 1.665 9.500
13 30.434 5.441 1.62588 35.7 9.547
14 −28.051 0.300 9.353
15 −55.714 1.400 1.91082 35.3 8.555
16 27.092 1.548 8.442
17(絞り) ∞ 8.497 8.425
18 74.443 6.422 1.59551 39.2 10.227
19 −34.222 (可変) 10.500
20 55.281 7.027 1.76182 26.6 21.739
21 −2411.632 9.061 21.618
22 −31.799 1.800 1.84666 23.8 21.548
23 −119.210 (可変) 24.212
24* −37.220 4.700 1.53159 55.7 24.935
25* −73.783 (可変) 26.107
26* 224.419 4.700 1.53159 55.7 26.836
27* 55.024 (可変) 30.512
28 53.313 12.903 1.49700 81.6 38.240
29 115.222 93.875 37.789
30* −51.742 (620.000) 47.017
像面 ∞ 。
D19 36.506 36.371 36.357
D23 3.169 3.681 4.426
D25 3.708 2.857 1.257
D27 0.500 0.974 1.843 。
第24面
K=−0.760374、
A4=3.0145×10−7、
A6=9.49943×10−9、
A8=8.7325×10−12、
A10=−1.26727×10−15、
A12=−3.89552×10−18 。
K=3.671736、
A4=−2.22476×10−6、
A6=−7.96294×10−9、
A8=2.8062×10−11、
A10=−2.53194×10−14、
A12=1.82728×10−17 。
K=−100、
A4=−1.60995×10−5、
A6=1.73789×10−8、
A8=−2.7448×10−11、
A10=2.37593×10−14、
A12=−2.89674×10−17、
A14=1.63469×10−20 。
K=−19.580709、
A4=−1.37036×10−5、
A6=1.64967×10−8、
A8=−2.42562×10−11、
A10=1.66244×10−14、
A12=−7.135×10−18、
A14=1.18622×10−21 。
K=−1.736604、
A4=−6.03036×10−7、
A6=5.71299×10−11、
A8=−2.17322×10−14、
A10=1.14666×10−18、
A12=1.01979×10−22、
A14=−1.45271×10−25、
A16=6.04342×10−29 。
焦点距離 4.723
NA 0.278
物体高 13.000
ミラー光線高 47.017
レンズ全長 268.497 。
(1)Ym/Yi =3.62
(2)f1/fPML=0.11
(3)νPML =81.6 。
実施例3の投射光学系は、図12に示したものである。
面番号 R D Nd νd 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.508
2 ∞ 2.000 17.992
3 79.165 7.847 1.76200 40.1 18.883
4 −56.894 1.532 18.897
5 46.274 6.110 1.52855 77.0 16.666
6 −184.082 0.300 15.930
7 32.811 5.454 1.62299 58.1 13.563
8 −354.322 2.032 12.310
9 −42.821 1.400 1.90366 31.3 11.335
10 15.403 6.463 1.49700 81.6 9.749
11 −65.938 0.477 9.500
12 21.925 5.792 1.59270 35.4 9.400
13 −29.913 0.300 8.960
14 −64.442 1.400 1.91082 35.3 8.254
15 21.835 1.580 7.639
16(絞り) ∞ 13.636 7.643
17 203.538 6.940 1.58144 40.9 14.341
18 −29.253 (可変) 15.000
19 −224.726 4.435 1.80000 29.9 21.283
20 −108.337 0.462 21.826
21 59.640 6.239 1.80518 25.5 22.829
22 417.874 7.751 22.575
23 −40.155 4.000 1.84666 23.8 22.542
24 −1217.905 (可変) 24.918
25* −100.668 5.000 1.53159 55.7 25.183
26* −614.895 3.561 27.214
27* −132.946 5.200 1.53159 55.7 27.483
28* 59.574 2.417 31.011
29 62.550 13.917 1.48749 70.4 38.833
30 290.082 109.424 38.759
31* −57.719 (620.000) 54.560
像面 ∞ 。
D18 24.296 23.905 23.480
D24 3.242 3.633 4.058 。
第25面
K=−0.871528、
A4=−5.87195×10−6、
A6=9.88606×10−9、
A8=1.82782×10−12、
A10=−5.5613×10−15、
A12=2.95017×10−18
A14=4.96529×10−21、
A16=−4.7372×10−24 。
K=116.518118、
A4=1.16286×10−6、
A6=−1.14133×10−8、
A8=2.66831×10−11、
A10=−2.77162×10−14、
A12=1.61103×10−17、
A14=−1.67132×10−21、
A16=−1.31354×10−24 。
K=−100、
A4=−8.19901×10−6、
A6=1.80696×10−8、
A8=−2.80447×10−11、
A10=2.83652×10−14、
A12=−2.26645×10−17、
A14=1.35467×10−20、
A16=−3.92438×10−24 。
K=−19.777242、
A4=−1.24874×10−5、
A6=1.81732×10−8、
A8=−2.20002×10−11、
A10=1.66633×10−14、
A12=−7.76666×10−18、
A14=1.64118×10−21、
A16=−1.16361×10−26 。
K=−1.819849、
A4=−4.94959×10−7、
A6=6.86379×10−11、
A8=−2.39878×10−14、
A10=2.38355×10−18、
A12=6.89994×10−22、
A14=−2.21071×10−25、
A16=1.36462×10−29、
A18=−8.38896×10−34、
A20=3.378×10−37 。
焦点距離 4.726
NA 0.278
物体高 13.000
ミラー光線高 54.560
レンズ全長 286.207 。
(1)Ym/Yi =4.20
(2)f1/fPML=0.13
(3)νPML =70.4 。
実施例4の投射光学系は、図15にしましたものである。
面番号 R D Nd νd 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.477
2 ∞ 2.000 17.892
3 88.591 7.972 1.74400 44.9 18.707
4 −48.813 0.300 18.750
5 53.919 5.667 1.48749 70.4 16.680
6 −166.702 0.300 15.971
7 31.516 5.542 1.62299 58.1 13.578
8 −356.042 2.231 12.366
9 −40.560 1.400 1.90366 31.3 11.219
10 15.520 6.382 1.49700 81.6 9.715
11 −64.395 1.524 9.500
12 24.834 5.774 1.59270 35.4 9.459
13 −28.103 0.300 9.083
14 −68.840 1.400 1.91082 35.3 8.469
15 23.356 1.595 7.962
16(絞り) ∞ 11.458 7.969
17 123.228 7.071 1.58144 40.9 14.404
18 −29.964 (可変) 15.000
19 51.867 7.360 1.80518 25.5 23.168
20 707.663 8.224 22.914
21 −37.823 1.400 1.84666 23.8 22.888
22 1752.371 (可変) 25.181
23* −133.385 5.000 1.53159 55.7 25.918
24* −757.892 (可変) 27.245
25* −118.556 5.200 1.53159 55.7 27.549
26* 61.122 1.725 31.561
27 60.664 15.000 1.49154 57.8 39.482
28* 205.808 98.000 39.222
29* −57.087 (620.000) 53.387
像面 ∞ 。
D18 28.865 28.636 28.405
D22 2.269 2.831 3.446
D24 5.330 4.996 4.612 。
第23面
K=−13.580798、
A4=−5.24879×10−6、
A6=1.01437×10−8、
A8=1.85289×10−12、
A10=−5.27055×10−15、
A12=3.66609×10−18
A14=5.50458×10−21、
A16=−6.03996×10−24 。
K=626.122698、
A4=4.0193×10−7、
A6=−1.15183×10−8、
A8=2.7235×10−11、
A10=−2.6901×10−14、
A12=1.68504×10−17、
A14=−1.20429×10−21、
A16=−1.13471×10−24 。
K=−100、
A4=−9.11451×10−6、
A6=1.74705×10−8、
A8=−2.85714×10−11、
A10=2.7931×10−14、
A12=−2.28492×10−17、
A14=1.37924×10−20、
A16=−3.06604×10−24 。
K=−15.743776、
A4=−1.26869×10−5、
A6=1.75523×10−8、
A8=−2.23814×10−11、
A10=1.65816×10−14、
A12=−7.69941×10−18、
A14=1.6987×10−21、
A16=−6.95113×10−26 。
K=1.101557、
A4=1.70853×10−8、
A6=−7.26155×10−13、
A8=−3.62731×10−15、
A10=−2.81198×10−18、
A12=−1.74181×10−21 。
K=−1.777299、
A4=−5.2614×10−7、
A6=6.30213×10−11、
A8=−2.44073×10−14、
A10=2.39709×10−18、
A12=7.53016×10−22、
A14=−2.31393×10−25、
A16=9.67987×10−30、
A18=−1.49347×10−33、
A20=7.16445×10−37 。
焦点距離 4.721
NA 0.278
物体高 13.000
ミラー光線高 53.387
レンズ全長 272.289 。
(1)Ym/Yi =4.11
(2)f1/fPML=0.11
(3)νPML =57.8 。
実施例5の投射光学系は、図18に示したものである。
実施例5のデータを以下に示す。
面番号 R D Nd νd 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.243
2 ∞ 1.300 17.578
3 83.397 8.013 1.76200 40.1 18.237
4 −47.278 0.300 18.263
5 52.157 5.550 1.49700 81.6 16.035
6 −162.576 0.300 15.260
7 31.977 4.888 1.60738 56.7 12.912
8 501.751 2.068 11.640
9 −38.343 1.400 1.90366 31.3 11.409
10 13.586 4.297 1.70154 41.2 9.901
11 21.527 5.185 1.49700 81.6 9.641
12 −73.352 1.190 9.500
13 27.021 5.674 1.61293 37.0 9.611
14 −27.690 0.300 9.327
15 −66.183 1.400 1.91082 35.3 8.671
16 24.592 1.616 8.225
17(絞り) ∞ 8.409 8.239
18 91.838 6.058 1.60562 43.7 12.510
19 −30.684 (可変) 13.000
20 44.682 6.726 1.80518 25.5 22.443
21 149.086 9.448 22.125
22 −36.212 1.800 1.84666 23.8 22.091
23 −135.999 (可変) 24.053
24* −36.135 4.700 1.53159 55.7 24.615
25* −74.906 (可変) 25.837
26* 155.020 4.700 1.53159 55.7 26.611
27* 38.310 (可変) 30.977
28 −103.696 10.105 1.53996 59.5 31.369
29 −47.543 100.493 32.237
30* −53.313 (620.000) 56.211
像面 ∞ 。
D19 30.368 30.210 29.969
D23 4.129 5.042 5.712
D25 2.868 1.103 0.300
D27 5.208 6.218 6.592 。
第24面
K=−0.833528、
A4=6.59839×10−7、
A6=7.30577×10−9、
A8=8.04665×10−12、
A10=−9.00101×10−16、
A12=−2.55875×10−18 。
K=4.195775、
A4=−3.18532×10−6、
A6=−7.26032×10−9、
A8=2.92675×10−11、
A10=−2.46817×10−14、
A12=1.56916×10−17 。
K=−100、
A4=−1.63028×10−5、
A6=1.89149×10−8、
A8=−2.64832×10−11、
A10=2.55583×10−14、
A12=−2.70829×10−17、
A14=1.02614×10−20 。
K=−9.805033、
A4=−1.31802×10−5、
A6=1.74345×10−8、
A8=−2.30911×10−11、
A10=1.65949×10−14、
A12=−7.66821×10−18、
A14=1.59523×10−21 。
K=−1.853706、
A4=−5.24432×10−7、
A6=7.14411×10−11、
A8=−1.98352×10−14、
A10=1.15139×10−18、
A12=4.92367×10−22、
A14=−1.14941×10−25、
A16=7.58089×10−30 。
焦点距離 4.775
NA 0.278
物体高 13.000
ミラー光線高 56.211
レンズ全長 270.493 。
(1)Ym/Yi =4.32
(2)f1/fPML=0.16
(3)νPML =59.5 。
なお、上記各実施例における非球面の表記における例えば「×10−25」は「×10−25」を意味する。
(1) 3.5 < Ym /Yi < 5.0
を満足し、第1光学群の焦点距離:f1、上記レンズ:PMLの焦点距離:fPML、が条件:
(2) 0.08 < f1/fPML < 0.2
を満足している。
(3) 45 < νPML < 95
を満足している。
G2 第2光学群
PML 第1光学群の最も拡大側に配された正レンズ
S 開口絞り
P プリズム
MD 表示素子
Claims (11)
- 縮小側の共役面上にある原画像を拡大側の共役面であるスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第1光学群と、1つの凹面形状の反射面を持つ第2光学群を配し、第1光学群中に開口絞りを有してなり、第1光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズ:PMLが配され、
第1光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する1本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値を:Yi、上記第2光学群の凹反射面内の最大値を:Ymとするとき、Yi、Ymが、条件:
(1) 3.5 < Ym/Yi < 5.0
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項1記載の投射光学系において、
第1光学群の焦点距離:f1、レンズ:PMLの焦点距離:fPMLが、条件:
(2) 0.08 < f1/fPML < 0.2
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項1または2記載の投射光学系において、
レンズ:PMLが、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜3の任意の1に記載の投射光学系において、
レンズ:PMLのアッベ数:νPMLが、条件:
(3) 45 < νPML < 95
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜4の任意の1に記載の投射光学系において、
第1光学群内に配された開口絞りとレンズ:PMLの間に、非球面を有するレンズが1枚以上配されていることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜5の任意の1に記載の投射光学系において、
レンズ:PMLは少なくとも1面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜6の任意の1に記載の投射光学系において、
スクリーンにフォーカスを合わせるとき、開口絞りより拡大側に配置された一部のレンズを移動して行うことを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜7の任意の1に記載の投射光学系において、
第2光学群の凹反射面は回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜8の任意の1に記載の投射光学系において、
開口絞りとレンズPMLの間に配されたすべての非球面レンズの面形状が、共通の回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。 - 請求項9記載の投射光学系において、
第2光学群の凹反射面の回転対称軸と、第1光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第1光学群内のすべての球面レンズの光軸が一致していることを特徴とする投射光学系。 - 請求項1〜10の任意の1に記載の投射光学系を搭載してなる投射型画像表示装置。
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