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特開2024-58488投影光学系およびヘッドマウントディスプレイ
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024058488
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】投影光学系およびヘッドマウントディスプレイ
(51)【国際特許分類】
   G02B 25/00 20060101AFI20240418BHJP
   G02B 13/18 20060101ALI20240418BHJP
   G02B 27/02 20060101ALI20240418BHJP
【FI】
G02B25/00 A
G02B13/18
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022165895
(22)【出願日】2022-10-14
(71)【出願人】
【識別番号】514052472
【氏名又は名称】日精テクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129883
【弁理士】
【氏名又は名称】大牧 稔
(72)【発明者】
【氏名】大原 由充
【テーマコード(参考)】
2H087
2H199
【Fターム(参考)】
2H087KA14
2H087LA12
2H087PA05
2H087PA17
2H087PB05
2H087QA02
2H087QA06
2H087QA14
2H087QA22
2H087QA25
2H087QA37
2H087QA41
2H087QA45
2H087RA04
2H087RA05
2H087RA12
2H087RA13
2H087RA34
2H087RA42
2H087RA45
2H087UA01
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA27
2H199CA42
2H199CA46
2H199CA47
2H199CA58
2H199CA66
2H199CA85
2H199CA87
(57)【要約】      (修正有)
【課題】コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】正の屈折力を有する第1レンズ、投影面側が凹面形状を有する第2レンズ、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズ、正の屈折力を有する第4レンズ、負の屈折力を有し画像表示素子側が非球面である第5レンズとからなり、0.1<STP/TTL<0.18、0.47<Fb/f<0.69、及び1.75<f3/f<2.31を満足する。ここで、TTLは投影光学系の全長、STPは開口絞りと第1レンズの投影面との間隔、fは投影光学系全系の焦点距離、f3は第3レンズの焦点距離、Fbは第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像表示素子からの像を投影面に投影する投影光学系であって、
投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズとからなり、投影画角(FОV)が60°以上を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
0.1<STP/TTL<0.18 (1)
0.47<Fb/f<0.69 (2)
1.75<f3/f<2.31 (3)
ここで、
TTLは投影光学系の全長、
STPは開口絞りと第1レンズの投影面との間隔、
fは投影光学系全系の焦点距離、
f3は第3レンズの焦点距離、
Fbは第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
である。
【請求項2】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
0.029<SAGΔR6/f<0.15 (4)
ここで、
SAGΔR6は第3レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第3レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
である。
【請求項3】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
0.24<SAGΔR11/f<0.53 (5)
ここで、
SAGΔR11は第5レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第5レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の投影光学系を有するヘッドマウントディスプレイ


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、投影光学系およびヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、AR(Augmented Reality(拡張現実))用の頭部装着型のウエアラブル端末としてのヘッドマウントディスプレイ(HMD)が実用化されている。このヘッドマウントディスプレイには、LCD(Liquid Crystal Display)などの画像表示素子から発せられる画像を観察者の目の位置に拡大して投影する投影光学系を備えている(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表2021-536023号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このようなヘッドマウントディスプレイには、コンパクトで広視野角且つ高画質であることが要請され、これらの要求を満たすため、搭載する光学系に対しても、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の中心部から周辺部の画面全域にわたって高画質なレンズ性能が要求される。
【0005】
本発明は、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、本発明の投射光学系は、画像表示素子からの像を投影面に投影する投影光学系であって、
投影面側から順に、開口絞りと、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズとからなり、投影画角(FОV)が60°以上を有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする投影光学系。
0.1<STP/TTL<0.18 (1)
0.47<Fb/f<0.69 (2)
1.75<f3/f<2.31 (3)
ここで、
TTLは投影光学系の全長、
STPは開口絞りと第1レンズの投影面との間隔、
fは投影光学系全系の焦点距離、
f3は第3レンズの焦点距離、
Fbは第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
である。
【0007】
また、本発明の投影光学系において、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.029<SAGΔR6/f<0.15 (4)
ここで、
SAGΔR6は第3レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第3レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
である。
【0008】
また、本発明の投射光学系において、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.24<SAGΔR11/f<0.53 (5)
ここで、
SAGΔR11は第5レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第5レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
【0009】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上記の投影光学系を有する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、コンパクトで広画角且つ高解像度、更には、投影画像の画面全域にわたって高画質なレンズ性能を有する投影光学系及びこの投影光学系を用いたヘッドマウントディスプレイを提供すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施例1にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図2】実施例1にかかる投射光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図3】本発明の実施例2にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図4】実施例2にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図5】本発明の実施例3にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図6】実施例3にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図7】本発明の実施例4にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図8】実施例4にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図9】本発明の実施例5にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図10】実施例5にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図11】本発明の実施例6にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図12】実施例6にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図13】本発明の実施例7にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図14】実施例7にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
図15】本発明の実施例8にかかる投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
図16】実施例8にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る投影光学系の光学構成の一例を示す光軸に沿う断面図である。図1の光学構成は、第1の実施例の光学構成に対応している。
【0013】
本発明の投影光学系は、拡大投射面である投射面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズとを配置してなる。なお、以下、全ての実施例において、光学構成断面図中、Sは開口絞り、CGはカバーガラス、Dは投射光学系の縮小側に配置される画像表示素子の表示面を示す。
【0014】
また、本発明の投射光学系は、第1レンズL1から第5レンズL5の全ての面が非球面とされる非球面プラスチックレンズである。
【0015】
本発明の投射光学系における表示面Dには、LCD、デジタルミラーデバイス(DMD)やマイクロLEDディスプレイなどの画像を形成する画像表示素子等が配置される(図示せず)。
【0016】
また、本発明の投影光学系は、以下の条件式を満足するものである。
0.1<STP/TTL<0.18 (1)
0.47<Fb/f<0.69 (2)
1.75<f3/f<2.31 (3)
ここで、
TTLは投影光学系の全長、
STPは開口絞りと第1レンズの投影面との間隔、
fは投影光学系全系の焦点距離、
f3は第3レンズの焦点距離、
Fbは第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
である。
【0017】
条件式(1)は、投影光学系の全長を短くコンパクトすると共に、開口絞りと第1レンズの投影面との間隔を確保し、開口絞りの位置に配置されるコンバイナーや凹面鏡などの接眼光学系の配置を可能とするための条件式である。
【0018】
また、条件式(2)は、第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔を確保して、各種偏向板などの光学機能素子の配置を可能とするための条件式である。
【0019】
また、条件式(3)は、画像表示素子から出射し投影光学系に入射する光束の主光線において、画像表示素子からの主光線出射角の最大傾角(Chief ray angle(CRA))をできるだけ小さく抑えるとともに、歪曲収差及び像面湾曲の補正の両立を図るための条件式である。条件式(3)の下限値を下回ると2割~5割像高の位置である画像中間域におけるCRAが大きくなりテレセン性が悪化することにより、画像中間域での光量不足となるとともに、歪曲収差及び像面湾曲が悪化し好ましくない。また、条件式(3)の上限値を上回ると、像面湾曲の補正が不十分となり好ましくない。
【0020】
また、本実施の形態の投射光学系は、以下の条件式を満足するものである。
0.029<SAGΔR6/f<0.15 (4)
ここで、
SAGΔR6は第3レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第3レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
である。
【0021】
条件式(4)の下限値を下回ると、7割~8割像高位置におけるCRAが大きくなりテレセン性が悪化することにより、周辺域での光量不足となる。また、条件式(4)の上限値を上回ると3割像高の位置より周辺域におけるCRAが大きくなりテレセン性が悪化することにより、こちらも周辺域での光量不足となり好ましくない。
【0022】
また、本実施の形態の投射光学系は、以下の条件式を満足するものである。
0.24<SAGΔR11/f<0.53 (5)
ここで、
SAGΔR11は第5レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第5レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分である。
【0023】
条件式(5)の下限値を下回ると、像面湾曲が悪化し好ましくない。また、条件式(5)の上限値を上回るとCRAが大きくなりテレセン性が悪化することにより、周辺域での光量不足とともに、像面湾曲が悪化し好ましくない。
【0024】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上記の投影光学系を有する。
好ましくは、本発明のヘッドマウントディスプレイは、上記の投影光学系をそれぞれ観察者の左右の目に対応して2つ備えている。また、各投射光学系の投射側の絞りの位置に、リレー光学系を配置し、画像表示素子の投影画像をこれらの投射光学系を介して投射し、投射された画像を虚像として観察者の眼底に投影する構成を有している。
【0025】
リレー光学系としては特に限定される事はなく、例えば、導光板とハーフミラーを組合わせたものや、凹面鏡と反透過面を組合わせたものなどを適宜選択する事が可能である。
【実施例0026】
次に本発明の投影光学系の具体的な数値実施例を示す。各実施例において使用する記号は下記の通りである。
【0027】
f :投影光学系全系の焦点距離
FNO :Fナンバー
FОV(2ω):投影画角
r :近軸曲率半径
d :光軸上のレンズの厚み又は空気間隔
nd :レンズ材料のd線に対する屈折率
νd :レンズ材料のアッベ数
Fb :第5レンズの画像表示素子側の面と、画像表示素子との間隔
TTL :第1レンズの投影面側頂点から光軸に沿った第5レンズの画像表示素子側の面までの距離
STP : 開口絞りと第1レンズの投影面との間隔
SAGΔR6:第3レンズの投影面側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第3レンズの投影面側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
SAGΔR11:第5レンズの画像表示素子側の非球面の有効最大位置におけるサグ量と、当該第5レンズの画像表示素子側の非球面について近軸曲率半径で定義される近軸球面とした場合の有効最大位置におけるサグ量との差分
また、各実施例において、各面番号の後に「*」が記載されている面が非球面形状を有する面である。
【0028】
また、非球面形状は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をyにとり、円錐係数をK、非球面係数をA4、A6、A8、A10・・としたとき、次の式(I)で表される。
z=(y/r)/[1+{1-(1+K)(y/r)1/2]+A4y+A6y+A8y+A10y10 ・・・(I)
なお、非球面係数において、Eは10のべき乗数を示し、例えば、2.3×10-2は、2.3E-002と表すものとする。また、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
【0029】
(実施例1)
次に、実施例1に係る投影光学系について説明する。
図1は、実施例1に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0030】
図2は、実施例1にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。球面収差(SA)、像面湾曲(FC)及び歪曲収差(DT)ともに、図中実線(f)は465nm、破線(d)は525nm、及び一点鎖線(c)は617nmの各波長における数値を示している。これらの条件は、後述の実施例においても同様である。
【0031】
非点収差は、像面湾曲(FC)を表す図中で、Sがサジタル像面、Tがタンジェンシャル像面として示している。また、図中FNOはFナンバー、Wは半画角を示している。なお、収差図における記号は、後述の実施例においても共通である。
【0032】
この投影光学系は、図1に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0033】
実施例1の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :7.573mm
FNO:2.049
FОV:69.9°
CRA:2.1
f1:7.484mm
f2:-7.138mm
f3:17.406mm
f4:10.071mm
f5:-24.535mm
TTL:11.076mm
Fb:4.674mm
【0034】
実施例1の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0035】
【表1】
【0036】
実施例1の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-65.084005
A4= -1.7900640E-03, A6= -9.0790098E-05, A8= 1.8748970E-06, A10= 1.8407059E-08, A12= 3.1735669E-10, A14= -1.3054181E-09, A16= -4.2195861E-10
第3面
K= 0.000000
A4= -2.8681370E-04, A6= 1.6383127E-04, A8= -2.2776604E-07, A10= 1.7197448E-07, A12= 9.3089048E-09, A14= -2.1404257E-10, A16= -2.8615809E-11
第4面
K= -1.761734
A4= 3.7698811E-03, A6= -8.6432682E-05, A8= 1.0678369E-06, A10= 5.6793759E-08, A12= 7.8209033E-10, A14= -2.6005760E-10
第5面
K=-0.538716
A4=2.6670577E-03, A6= -6.1715970E-05, A8=8.1011682E-08, A10=1.9463652E-09, A12= -3.3007391E-11, A14=4.4869937E-13
第6面
K=0.000000
A4=-3.2982702E-03, A6=1.9536159E-05, A8=2.4530132E-07, A10=1.2695524E-08, A12= 6.1291619E-10, A14=3.7292104E-11
第7面
K=-1.076796
A4=-1.3631526E-03, A6=2.8581459E-05, A8=3.8215457E-07, A10=1.2446167E-08, A12= 4.1025180E-10, A14=1.6564885E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.4022399E-03, A6=1.0210334E-05, A8=9.5249723E-08, A10=-4.9094043E-09, A12=-2.7153807E-10, A14=-1.2646357E-11
第9面
K=0.000000
A4=1.2957258E-04, A6= 4.3180708E-05, A8=-5.6479700E-08, A10=-2.8820942E-09, A12=-1.1488204E-10, A14=-7.2767281E-12
第10面
K=0.000000
A4=-6.5777101E-04, A6=4.9973921E-05, A8=-1.6372542E-06, A10=1.6843314E-08, A12=1.9325117E-10, A14=-9.4977662E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.8585156E-03, A6=5.2801206E-05, A8=-1.5099954E-06, A10=-3.0672694E-09, A12=9.2688813E-11, A14=4.7539377E-12
【0037】
実施例1の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.15
(2)Fb/f=0.62
(3)f3/f=2.30
(4)SAGΔR6/f=0.148
(5)SAGΔR11/f=0.36
【0038】
(実施例2)
次に、実施例2に係る投影光学系について説明する。
図3は、実施例2に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0039】
図4は、実施例2にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0040】
この投影光学系は、図3に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0041】
実施例2の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :8.982mm
FNO:2.050
FОV:60.2°
CRA:2.0
f1:7.798mm
f2:-7.148mm
f3:18.141mm
f4:10.850mm
f5:-21.714mm
TTL:12.685mm
Fb:5.226mm
【0042】
実施例2の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0043】
【表2】
【0044】
実施例2の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-38.708209
A4=-1.0192751E-03, A6=-1.0316292E-04, A8=1.7879362E-07, A10=-2.5794356E-07, A12=4.9053011E-08, A14=-9.5121551E-10, A16=-1.1220606E-10
第3面
K=0.000000
A4=1.7264635E-04, A6=5.9409342E-05, A8=-6.2894705E-06, A10=2.3769254E-07, A12=1.3629564E-08, A14=5.3783918E-10, A16=-7.3317692E-11
第4面
K=-1.818881
A4=3.5001328E-03, A6=-1.1524116E-04, A8=2.8327119E-06, A10=7.6967546E-08, A12=1.5201702E-09, A14=-2.6472317E-10
第5面
K=-0.653921
A4=2.7562799E-03, A6=-5.7672870E-05, A8=3.5012301E-07, A10=-7.5438839E-10, A12=-2.6111953E-10, A14=4.7209072E-11
第6面
K=0.000000
A4=-3.2491469E-03, A6=2.6924476E-05, A8=2.4774890E-07, A10=2.2334078E-08, A12=8.5185426E-10, A14=3.6775874E-11
第7面
K=-1.516473
A4=-1.2648408E-03, A6=3.4448405E-05, A8=4.0567129E-07, A10=-3.7756829E-09, A12=2.9403336E-10, A14=1.4743196E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.1464023E-03, A6=1.5587063E-05, A8=-1.2861470E-07, A10=-5.7069158E-09, A12=-2.5265968E-10, A14=-5.5202180E-12
第9面
K=0.000000
A4=-2.2682180E-04, A6=4.0670964E-05, A8=-2.9793806E-07, A10=-2.6873759E-09, A12=-1.2151425E-10, A14=3.0195547E-13
第10面
K=0.000000
A4=-9.1976206E-04, A6=4.8846715E-05, A8=-1.6214026E-06, A10=2.5526890E-08, A12=2.5006564E-10, A14=-5.3092132E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.7993258E-03, A6=7.0414542E-05, A8=-1.4706036E-06, A10=-4.8200868E-09, A12=7.0416181E-11, A14=8.6905587E-12
【0045】
実施例2の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.13
(2)Fb/f=0.58
(3)f3/f=2.02
(4)SAGΔR6/f=0.098
(5)SAGΔR11/f=0.25
【0046】
(実施例3)
次に、実施例3に係る投影光学系について説明する。
図5は、実施例3に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0047】
図6は、実施例3にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0048】
この投影光学系は、図5に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0049】
実施例3の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :7.521mm
FNO:2.030
FОV:70.0°
CRA:2.1
f1:7.341mm
f2:-7.178mm
f3:16.609mm
f4:10.332mm
f5:-22.496mm
TTL:11.500mm
Fb:4.195mm
【0050】
実施例3の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0051】
【表3】
【0052】
実施例3の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-66.891180
A4=-1.6947067E-03, A6=-9.3150974E-05, A8=1.5290743E-06, A10=2.4110153E-08, A12=-8.4541729E-09, A14=-2.7412620E-09, A16=-1.9876268E-10
第3面
K=0.000000
A4=-1.5331767E-04, A6=1.5283490E-04, A8=-9.6918983E-07, A10=1.9593737E-07, A12=9.3417275E-09, A14=3.7531984E-11, A16=-3.0810140E-11
第4面
K=-1.753959
A4=3.7598127E-03, A6=-8.0905505E-05, A8=1.3450021E-06, A10=6.9706798E-08, A12=6.3062098E-10, A14=-3.2904971E-10
第5面
K=-0.549504
A4=2.7062411E-03, A6=-6.0082792E-05, A8=8.3491518E-08, A10=1.2356010E-09, A12=-1.0148305E-10, A14=-7.3946266E-13
第6面
K=0.000000
A4=-3.3852017E-03, A6=2.0354583E-05, A8=2.7953801E-07, A10=1.4804480E-08, A12=7.3820975E-10, A14=4.5259893E-11
第7面
K=-1.159123
A4=-1.2915686E-03, A6=2.8930595E-05, A8=3.8954985E-07, A10=1.2910540E-08, A12=4.5658531E-10, A14=2.7488236E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.3721651E-03, A6=1.4454110E-05, A8=1.5284026E-07, A10=-3.9023001E-09, A12=-2.5618995E-10, A14=-1.1791484E-11
第9面
K=0.000000
A4=1.1953538E-05, A6=4.4324274E-05, A8=6.0777066E-08, A10=-1.7837385E-10, A12=-1.2582683E-10, A14=-9.1515784E-12
第10面
K=0.000000
A4=-6.6446521E-04, A6=4.7575345E-05, A8=-1.6863761E-06, A10=1.8229372E-08, A12=2.6948171E-10, A14=-4.4010640E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.9465719E-03, A6=5.2747182E-05, A8=-1.4683289E-06, A10=-2.8333639E-09, A12=1.5378522E-10, A14=7.9288304E-12
【0053】
実施例3の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.15
(2)Fb/f=0.56
(3)f3/f=2.21
(4)SAGΔR6/f=0.140
(5)SAGΔR11/f=0.32
【0054】
(実施例4)
次に、実施例4に係る投影光学系について説明する。
図7は、実施例4に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0055】
図8は、実施例4にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0056】
この投影光学系は、図7に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0057】
実施例4の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :7.440mm
FNO:2.011
FОV:69.7°
CRA:2.1
f1:7.473mm
f2:-7.123mm
f3:16.987mm
f4:10.019mm
f5:-25.336mm
TTL:11.158mm
Fb:4.675mm
【0058】
実施例4の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0059】
【表4】
【0060】
実施例4の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-66.236893
A4=-1.8011294E-03, A6=-9.0416839E-05, A8=2.2493584E-06, A10=6.8268886E-08, A12=6.0295989E-09, A14=-3.3621218E-10, A16=-8.8901663E-11
第3面
K=0.000000
A4=-1.5815379E-04, A6=1.6678273E-04, A8=-4.0377030E-07, A10=1.6882798E-07, A12=1.2045767E-08, A14=2.6252434E-10, A16=1.7404235E-11
第4面
K=-1.759392
A4=3.7540136E-03, A6=-8.6650580E-05, A8=1.0852789E-06, A10=5.5871098E-08, A12=6.5355975E-10, A14=-2.5601787E-10
第5面
K=-0.536950
A4=2.6612529E-03, A6=-6.1657793E-05, A8=6.9614210E-08, A10=1.3580170E-09, A12=-4.9948619E-11, A14=1.4438523E-13
第6面
K=0.000000
A4=-3.2868717E-03, A6=1.9246330E-05, A8=2.6442529E-07, A10=1.4374725E-08, A12=7.0544675E-10, A14=4.2674252E-11
第7面
K=-1.050586
A4=-1.3781184E-03, A6=2.8690460E-05, A8=3.7422873E-07, A10=1.2103259E-08, A12=4.1441259E-10, A14=1.7973831E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.3823894E-03, A6=9.9076134E-06, A8=9.2049803E-08, A10=-4.8267973E-09, A12=-2.6418654E-10, A14=-1.2273412E-11
第9面
K=0.000000
A4=1.1672289E-04, A6=4.3104384E-05, A8=-6.0442530E-08, A10=-3.0184460E-09, A12=-1.2012990E-10, A14=-7.5198315E-12
第10面
K=0.000000
A4=-6.2533958E-04, A6=5.0104007E-05, A8=-1.6392942E-06, A10=1.6704284E-08, A12=1.8838361E-10, A14=-9.6472522E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.9001198E-03, A6=5.2957338E-05, A8=-1.4906070E-06, A10=-2.3580753E-09, A12=1.1361364E-10, A14=5.2963094E-12
【0061】
実施例4の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1) STP/TTL=0.11
(2)Fb/f=0.63
(3)f3/f=2.28
(4)SAGΔR6/f=0.141
(5)SAGΔR11/f=0.34
【0062】
(実施例5)
次に、実施例5に係る投影光学系について説明する。
図9は、実施例5に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0063】
図10は、実施例5にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0064】
この投影光学系は、図9に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0065】
実施例5の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :7.405mm
FNO:2.001
FОV:69.9°
CRA:2.6
f1:7.411mm
f2:-7.354mm
f3:16.581mm
f4:10.286mm
f5:-19.956mm
TTL:12.152mm
Fb:3.520mm
【0066】
実施例5の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0067】
【表5】
【0068】
実施例5の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-65.080663
A4=-1.6105002E-03, A6=-1.0071651E-04, A8=1.5548617E-06, A10=1.0270460E-07, A12=-8.7147349E-09, A14=-3.8656299E-09, A16=-1.9363704E-10
第3面
K=0.000000
A4=-9.8289912E-05, A6=1.4756724E-04, A8=-9.0001604E-07, A10=2.2147671E-07, A12=1.2372291E-08, A14=-4.9836265E-11, A16=-8.6791456E-11
第4面
K=-1.747426
A4=3.7811784E-03, A6=-8.0224766E-05, A8=1.4828517E-06, A10=7.0090541E-08, A12=6.4668409E-10, A14=-3.3647016E-10
第5面
K=-0.549791
A4=2.6945960E-03, A6=-5.9476663E-05, A8=1.3860437E-07, A10=2.1558901E-09, A12=-8.6519637E-11, A14=1.1759209E-12
第6面
K=0.000000
A4=-3.2801157E-03, A6=2.0925941E-05, A8=2.8020543E-07, A10=1.4675268E-08, A12=7.6096711E-10, A14=4.4092982E-11
第7面
K=-1.108360
A4=-1.3210922E-03, A6=2.9261789E-05, A8=4.1009420E-07, A10=1.3739527E-08, A12=4.9398326E-10, A14=2.4195970E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.3000539E-03, A6=1.2647199E-05, A8=1.0052811E-07, A10=-3.3435977E-09, A12=-2.2789733E-10, A14=-1.1183824E-11
第9面
K=0.000000
A4=-5.2736442E-05, A6=4.4198160E-05, A8=1.2994812E-07, A10=1.5136524E-09, A12=-1.1140077E-10, A14=-8.3623423E-12
第10面
K=0.000000
A4=-6.5162089E-04, A6=4.8645859E-05, A8=-1.6385287E-06, A10=1.9924127E-08, A12=3.4009222E-10, A14=-5.1190833E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.9680964E-03, A6=4.9104797E-05, A8=-1.5351789E-06, A10=-3.8301401E-09, A12=2.6060763E-10, A14=1.5260078E-11
【0069】
実施例5の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.14
(2)Fb/f=0.48
(3)f3/f=2.24
(4)SAGΔR6/f=0.135
(5)SAGΔR11/f=0.28
【0070】
(実施例6)
次に、実施例6に係る投影光学系について説明する。
図11は、実施例6に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0071】
図12は、実施例6にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0072】
この投影光学系は、図11に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0073】
実施例6の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :7.564mm
FNO:2.403
FОV:69.9°
CRA:2.1
f1:7.484mm
f2:-7.144mm
f3:17.405mm
f4:10.069mm
f5:-24.544mm
TTL:11.070mm
Fb:4.671mm
【0074】
実施例6の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0075】
【表6】
【0076】
実施例6の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-64.695710
A4=-1.7868465E-03, A6=-9.0777509E-05, A8=1.8255186E-06, A10=1.0011614E-08, A12=-7.2492603E-10, A14=-1.4398650E-09, A16=-4.3971086E-10
第3面
K=0.000000
A4=-2.8632854E-04, A6=1.6393081E-04, A8=-2.1715285E-07, A10=1.7272528E-07, A12=9.3488628E-09, A14=-2.1206268E-10, A16=-2.8435302E-11
第4面
K=-1.761561
A4=3.7694540E-03, A6=-8.6437024E-05, A8=1.0690387E-06, A10=5.6932960E-08, A12=7.9233562E-10, A14=-2.5951596E-10
第5面
K=-0.538794
A4=2.6673296E-03, A6=-6.1703855E-05, A8=8.1280078E-08, A10=1.9436494E-09, A12=-3.3685980E-11, A14=4.0211181E-13
第6面
K=0.000000
A4=-3.2984110E-03, A6=1.9531204E-05, A8=2.4562392E-07, A10=1.2739388E-08, A12=6.1625840E-10, A14=3.7503548E-11
第7面
K=-1.077274
A4=-1.3629005E-03, A6=2.8593665E-05, A8=3.8230518E-07, A10=1.2433536E-08, A12=4.0896059E-10, A14=1.6486778E-11
第8面
K=0.000000
A4=-1.4018406E-03, A6=1.0216042E-05, A8=9.5363556E-08, A10=-4.9085107E-09, A12=-2.7153975E-10, A14=-1.2644969E-11
第9面
K=0.000000
A4=1.2939585E-04, A6=4.3180700E-05, A8=-5.6444615E-08, A10=-2.8803615E-09, A12=-1.1487753E-10, A14=-7.2811628E-12
第10面
K=0.000000
A4=-6.5777707E-04, A6=4.9969388E-05, A8=-1.6374147E-06, A10=1.6836889E-08, A12=1.9303034E-10, A14=-9.5041630E-12
第11面
K=0.000000
A4=-2.8583685E-03, A6=5.2807554E-05, A8=-1.5097925E-06, A10=-3.0607330E-09, A12=9.2868723E-11, A14=4.7573761E-12
【0077】
実施例6の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.15
(2)Fb/f=0.62
(3)f3/f=2.30
(4)SAGΔR6/f=0.147
(5)SAGΔR11/f=0.36
【0078】
(実施例7)
次に、実施例7に係る投影光学系について説明する。
図13は、実施例7に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0079】
図14は、実施例7にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0080】
この投影光学系は、図13に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0081】
実施例7の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :6.283mm
FNO:2.402
FОV:79.9°
CRA:2.0
f1:5.465mm
f2:-5.749mm
f3:11.209mm
f4:9.741mm
f5:-13.650mm
TTL:10.222mm
Fb:3.838mm
【0082】
実施例7の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0083】
【表7】
【0084】
実施例7の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-9.534913
A4=-1.8814934E-03, A6=-2.7478912E-04, A8=-1.9063384E-05, A10=-8.1029832E-07, A12=2.6384066E-08, A14=1.1358477E-08, A16=-2.8827229E-09
第3面
K=0.000000
A4=3.8334612E-03, A6=8.2294140E-05, A8=-7.3026932E-06, A10=6.7851079E-07, A12=2.6374044E-08, A14=1.4110934E-09, A16=8.1266767E-10
第4面
K=-1.593577
A4=3.9598117E-03, A6=-3.3795339E-05, A8=4.3965780E-06, A10=2.5028390E-07, A12=-2.5517098E-09, A14=-1.2297679E-09
第5面
K=-0.618527
A4=2.9586381E-03, A6=-5.5261994E-05, A8=-1.2780136E-07, A10=-2.6998687E-08, A12=-1.8259772E-09, A14=8.7173157E-11
第6面
K=0.000000
A4=-2.6900984E-03, A6=3.2427566E-05, A8=-4.2211779E-08, A10=2.9299557E-08, A12=1.6157223E-09, A14=7.5826159E-11
第7面
K=-1.007578
A4=-1.3546811E-03, A6=1.4995229E-05, A8=5.7646133E-07, A10=2.1669975E-08, A12=3.9144543E-10, A14=6.3257135E-11
第8面
K=0.000000
A4=-2.0614305E-03, A6=1.4164665E-05, A8=7.0017240E-08, A10=8.7681150E-09, A12=9.4003707E-11, A14=-3.3144174E-11
第9面
K=0.000000
A4=-5.6935727E-04, A6=5.7522820E-05, A8=3.4307652E-07, A10=3.5444567E-09, A12=5.0372924E-11, A14=6.3348390E-12
第10面
K=0.000000
A4=-7.1257472E-06, A6=4.8442536E-05, A8=-1.5124877E-06, A10=2.2018611E-08, A12=2.4650058E-10, A14=-8.5556275E-12
第11面
K=0.000000
A4=-3.3430211E-03, A6=6.3995948E-05, A8=-2.6280980E-06, A10=3.0866353E-08, A12=2.1014789E-10, A14=-1.7695668E-11
【0085】
実施例7の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.17
(2)Fb/f=0.61
(3)f3/f=1.78
(4)SAGΔR6/f=0.054
(5)SAGΔR11/f=0.53
【0086】
(実施例8)
次に、実施例8に係る投影光学系について説明する。
図15は、実施例8に係る投影光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。
【0087】
図16は、実施例8にかかる投影光学系の合焦時における(a)球面収差(SA)、(b)像面湾曲(FC)、(c)歪曲収差(DT)を示す図である。
【0088】
この投影光学系は、図15に示すように、拡大投影面である投影面側より順に、開口絞り、正の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有し、投影面側が凹面形状を有する第2レンズと、正の屈折力を有し、投影面側が非球面の凹面形状を有する第3レンズと、正の屈折力を有する第4レンズと、負の屈折力を有し、画像表示素子側が非球面である第5レンズを配置してなる。
【0089】
実施例8の投影光学系の全体諸元を以下に示す。
f :6.330mm
FNO:2.401
FОV:80.1°
CRA:1.9
f1:5.500mm
f2:-5.760mm
f3:11.101mm
f4:9.720mm
f5:-13.858mm
TTL:9.892mm
Fb:4.316mm
【0090】
実施例8の投射光学系の面データを以下に示す(単位mm)。
【0091】
【表8】
【0092】
実施例8の投射光学系の非球面データを以下に示す。
第2面
K=-12.688964
A4=-2.0039362E-03, A6=-2.8355793E-04, A8=-2.4077540E-05, A10=-1.2237179E-06, A12=7.8001701E-09, A14=1.0323553E-08, A16=-3.0350793E-09
第3面
K=0.000000
A4=3.8432993E-03, A6=6.2261719E-05, A8=-8.0109078E-06, A10=6.5080168E-07, A12=2.3947389E-08, A14=1.1703878E-09, A16=7.8679312E-10
第4面
K=-1.591230
A4=3.9790417E-03, A6=-3.1164391E-05, A8=4.5199890E-06, A10=2.5402012E-07, A12=-2.1322139E-09, A14=-1.3003934E-09
第5面
K=-0.615197
A4=2.9542610E-03, A6=-5.6395285E-05, A8=-1.8682623E-07, A10=-2.9132324E-08, A12=-1.9000826E-09, A14=8.5594317E-11
第6面
K=0.000000
A4=-2.6952050E-03, A6=3.2692055E-05, A8=-5.1823290E-08, A10=2.7911394E-08, A12=1.5299350E-09, A14=7.0493366E-11
第7面
K=-1.012527
A4=-1.3394662E-03, A6=1.4476388E-05, A8=5.6218135E-07, A10=2.2118527E-08, A12=4.6007503E-10, A14=6.7658631E-11
第8面
K=0.000000
A4=-2.0998140E-03, A6=1.3747604E-05, A8=9.4663340E-08, A10=9.1248066E-09, A12=1.0349467E-10, A14=-3.2921875E-11
第9面
K=0.000000
A4=-5.4800656E-04, A6=5.7883565E-05, A8=3.4253202E-07, A10=3.3134870E-09, A12=4.3539924E-11, A14=6.5055288E-12
第10面
K=0.000000
A4=-1.7456387E-05, A6=4.8237547E-05, A8=-1.5134550E-06, A10=2.2189089E-08, A12=2.5884316E-10, A14=-7.9420900E-12
第11面
K=0.000000
A4=-3.3460974E-03, A6=6.4168962E-05, A8=-2.6234538E-06, A10=3.0884069E-08, A12=2.0415573E-10, A14=-1.8130493E-11
【0093】
実施例8の投射光学系の条件式(1)から(5)に対応する値を以下に示す。
(1)STP/TTL=0.17
(2)Fb/f=0.68
(3)f3/f=1.75
(4)SAGΔR6/f=0.030
(5)SAGΔR11/f=0.42
【符号の説明】
【0094】
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
CG カバーガラス
D 画像表示素子の表示面
S 開口絞り
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16