JP2003015033A

JP2003015033A - 投射光学系

Info

Publication number: JP2003015033A
Application number: JP2001196884A
Authority: JP
Inventors: Tomiyoshi Kuwa; 富栄桑; Satoshi Osawa; 聡大澤; Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-15
Also published as: US6624952B2; US20030137744A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高精細な投影画像が得られる、広画角で軽量
・小型の高性能な投射光学系を提供する。【解決手段】ライトバルブ(PA)から略テレセントリッ
クに射出した映像光でその表示画像をスクリーン(SC)上
に拡大投影するリアプロジェクション用の投射光学系で
あって、拡大共役側から順に、非球面を有する負パワー
の前群(GrF)と、反射面で光路を折り曲げるプリズム(P
R)と、非球面を有する正パワーの後群(GrR)と、を備
え、第１，第２レンズ(G1)が負パワーを有し、異常分散
材料から成る正パワーのレンズを後群(GrR)に有し、後
群(GrR)の光軸上にライトバルブ(PA)中心が位置せず、
ライトバルブ(PA)との間にプリズム(PT)が配置され、更
に条件式：48＜ω＜60，3＜D1／f＜7，Vd＞75，0.52＜
(Ng-Nf)／(Nf-Nc)＜0.56{ω：最大画角(°)、D1：折り
返し空気長、f：全系の焦点距離、Vd：異常分散材料の
アッベ数、Ng,Nf,Nc：異常分散材料のｇ線，ｆ線，ｃ線
に対する屈折率}を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投射光学系に関する
ものであり、例えばライトバルブ(液晶パネル等)の表示
画像をスクリーン上に拡大投影するリアプロジェクショ
ン装置に好適な投射光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、小型ライトバルブの表示画像
を投射光学系を用いてスクリーンに拡大投影するリアプ
ロジェクション装置が知られており、その軽量・小型化
が望まれている。しかし、プロジェクション装置を軽量
化しようとすると、レンズ枚数を極端に増やすことがで
きなくなり、プロジェクション装置を小型化するために
投射光学系を広画角化しようとすると、収差(特に色収
差と歪曲収差)を抑えることが困難になってくる。この
ため、投射光学系には適切な光学構成が必要とされる。
また、照明光による装置内の温度変化が光学性能劣化を
もたらすため、レンズ材料の温度特性を考慮して各レン
ズの焦点距離や配置を設定する必要もある。

【０００３】広画角でレンズバックの長いレトロフォー
カスタイプの投射光学系を用い、その光路を途中で折り
曲げることにより、リアプロジェクション装置の奥行き
方向の厚みを低減させることが可能である。光路を途中
で折り曲げる投射光学系としては、拡大共役側から順
に、第１及び第２レンズが負レンズで始まり非球面を有
する全体で負のパワーを有する前群と、非球面を有し全
体で正のパワーを有する後群と、から成るものが種々提
案されている。例えば、特開平８−２０１６８８号公
報，特開２００１−４２２１１号公報，米国特許第６１
４４５０３号明細書等に、上記のように構成された投射
光学系が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来例で
は、広画角化しようとすると少ないレンズ枚数で十分な
色収差補正を行うことができなくなるといった問題、温
度変化によりレンズバックが大きくズレてしまうといっ
た問題がある。特に特開平８−２０１６８８号公報や特
開２００１−４２２１１号公報記載の投射光学系では、
広画角化する際に光路を鋭角に折るスペースが十分確保
できず、リアプロジェクション装置の奥行き方向の厚み
や画面下の突起を抑えるのには向いていない。また、米
国特許第６１４４５０３号明細書記載の投射光学系で
は、縮小共役側でテレセントリックになっていないた
め、光路分離や光路合成を行うプリズム等を用いる際に
コントラスト低下，色ムラ，輝度ムラ等が発生し、した
がって良好な画像を得ることは困難である。

【０００５】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたものであって、高精細な投影画像が得られる、
広画角で軽量・小型の高性能な投射光学系を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の投射光学系は、ライトバルブから略テ
レセントリックに射出した映像光でその表示画像をスク
リーン上に拡大投影するリアプロジェクション用の投射
光学系であって、拡大共役側から順に、非球面を有しか
つ負のパワーを有する前群と、反射面で光路を折り曲げ
る光路折り曲げ手段と、非球面を有しかつ正のパワーを
有する後群と、を備え、前記前群を構成している最も拡
大共役側の第１レンズとそれに続く第２レンズとが共に
負のパワーを有し、異常分散材料から成り正のパワーを
有するレンズを前記後群に有し、前記後群の光軸上にラ
イトバルブ中心が位置せず、ライトバルブとの間に照明
光と投影光との分離又は異なる色光の合成を行う投影光
準備手段が配置され、更に以下の条件式(1)〜(4)を満た
すことを特徴とする。 48＜ω＜60 …(1) 3＜D1／f＜7 …(2) Vd＞75 …(3) 0.52＜(Ng-Nf)／(Nf-Nc)＜0.56 …(4) ただし、 ω：最大画角(°)、 D1：折り返し空気長(前群の最も縮小共役側の面から後
群の最も拡大共役側の面までの空気換算光路長)、 f：全系の焦点距離、 Vd：異常分散材料のアッベ数、 Ng：異常分散材料のｇ線に対する屈折率、 Nf：異常分散材料のｆ線に対する屈折率、 Nc：異常分散材料のｃ線に対する屈折率、である。

【０００７】第２の発明の投射光学系は、上記第１の発
明の構成において、更に以下の条件式(5)を満たすこと
を特徴とする。 -0.5＜-ffa／fra＜0.5 …(5) ただし、 ffa：前群の非球面を有するレンズの焦点距離、 fra：後群の非球面を有するレンズの焦点距離、である。

【０００８】第３の発明の投射光学系は、ライトバルブ
から略テレセントリックに射出した映像光でその表示画
像をスクリーン上に拡大投影するリアプロジェクション
用の投射光学系であって、拡大共役側から順に、非球面
を有しかつ負のパワーを有する前群と、反射面で光路を
折り曲げる光路折り曲げ手段と、非球面を有しかつ正の
パワーを有する後群と、を備え、前記前群を構成してい
る最も拡大共役側の第１レンズとそれに続く第２レンズ
とが共に負のパワーを有し、前記後群の光軸上にライト
バルブ中心が位置せず、ライトバルブとの間に照明光と
投影光との分離又は光路の合成を行う投影光準備手段が
配置され、更に以下の条件式(1)，(2)及び(5)を満たす
ことを特徴とする。 48＜ω＜60 …(1) 3＜D1／f＜7 …(2) -0.5＜-ffa／fra＜0.5 …(5) ただし、 ω：最大画角(°)、 D1：折り返し空気長(前群の最も縮小共役側の面から後
群の最も拡大共役側の面までの空気換算光路長)、 f：全系の焦点距離、 ffa：前群の非球面を有するレンズの焦点距離、 fra：後群の非球面を有するレンズの焦点距離、である。

【０００９】第４の発明の投射光学系は、上記第１〜第
３のいずれか一つの発明の構成において、さらに前記投
影光準備手段とライトバルブとの間にコンデンサーレン
ズを有することを特徴とする。

【００１０】第５の発明の投射光学系は、上記第１〜第
４のいずれか一つの発明の構成において、前記後群に有
する非球面が、前記後群の最も縮小共役側のレンズ以外
のレンズに設けられていることを特徴とする。

【００１１】第６の発明の投射光学系は、上記第１〜第
５のいずれか一つの発明の構成において、前記第１レン
ズ及び第２レンズが共に負のパワーを有するメニスカス
レンズであることを特徴とする。

【００１２】第７の発明の投射光学系は、上記第１〜第
６のいずれか一つの発明の構成において、前記非球面を
有するレンズがプラスチックレンズであることを特徴と
する。

【００１３】第８の発明の投射光学系は、上記第１〜第
７のいずれか一つの発明の構成において、前記前群の光
軸が前記後群の光軸に対して、ストレート系とみなした
ときに光学的に平行偏芯していることを特徴とする。

【００１４】第９の発明の投射光学系は、上記第１〜第
８のいずれか一つの発明の構成において、前記光路折り
曲げ手段がプリズムから成り、その透過面の少なくとも
１面が前記後群の光軸に対して傾いていることを特徴と
する。

【００１５】第１０の発明の投射光学系は、上記第１〜
第９のいずれか一つの発明の構成において、前記前群の
光軸が前記後群の光軸に対して、ストレート系とみなし
たときに光学的に傾いていることを特徴とする。

【００１６】第１１の発明の投射光学系は、上記第１〜
第１０のいずれか一つの発明の構成において、異なるス
クリーンサイズのリアプロジェクション装置に搭載可能
で、スクリーンサイズの切り替えに対応しうるように構
成された投射光学ユニットであって、スクリーンサイズ
の切り替えに際し、前記後群内の絞り近辺で光軸に沿っ
て移動することによりフォーカシングを行う正パワーの
第１フォーカス群と、光軸に沿って移動することにより
微小なフォーカスずれを補正する正パワーの第２フォー
カス群と、を前記後群が有することを特徴とする。

【００１７】第１２の発明の投射光学系は、上記第１１
の発明の構成において、スクリーンサイズの切り替えに
際し、前記第１フォーカス群内の少なくとも１個のレン
ズが、そのレンズとは曲率の異なる面を少なくとも１面
有する別のレンズと置き換えられることを特徴とする。

【００１８】第１３の発明の投射光学系は、上記第１１
又は第１２の発明の構成において、スクリーンサイズの
切り替えに際し、前記前群内の少なくとも１個のレンズ
が、そのレンズとは曲率の異なる面を少なくとも１面有
する別のレンズと置き換えられることを特徴とする。

【００１９】第１４の発明の投射光学系は、上記第１〜
第１３のいずれか一つの発明の構成において、前記前群
の光軸上に中心を持つ球に沿って前記前群が回転可能に
構成されていることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したリアプロ
ジェクション用の投射光学系を、図面を参照しつつ説明
する。図１〜図３，図７，図８，図１０，図１１に、第
１〜第７の実施の形態の光学構成及び投影光路をそれぞ
れ示す。また図５及び図６に、第３の実施の形態を適用
したリアプロジェクション装置全体の光学構成及び投影
光路を示す。ただし、図５に示すリアプロジェクション
装置はスクリーン(SC)のサイズが４０型であり、図６に
示すリアプロジェクション装置はスクリーン(SC)のサイ
ズが５０型になっている。なお、リアプロジェクション
装置の全体構成は他の実施の形態も第３の実施の形態と
ほぼ同様であり、図５及び図６に示すように投射光学系
とスクリーン(SC)との間でミラー(MR)により投影光路を
折り曲げる構成になっている。

【００２１】各実施の形態の投射光学系は、ライトバル
ブ(PA)から略テレセントリックに射出した映像光で、ラ
イトバルブ(PA)の表示画像をスクリーン(SC)上に拡大投
影する構成になっている。そして、拡大共役側から順
に、非球面を有しかつ負のパワーを有する前群(GrF)
と、反射面で光路を折り曲げる光路折り曲げ手段として
のプリズム(PR)と、非球面を有しかつ正のパワーを有す
る後群(GrR)と、を備えている。投射光学系とライトバ
ルブ(PA)との間には、照明光と投影光との分離を行う光
路分離素子、又は光路の合成を行う光路合成素子が、投
影光準備手段(PT)として配置されている。光路分離素子
としては、例えば、ＰＢＳ(Polarizing BeamSplitter)
プリズム，ＰＢＳシート{例えば住友スリーエム(株)製
のＤＢＥＦ(商品名)}等の偏光分離素子が用いられ、光
路合成素子としては、例えば、クロスダイクロイックプ
リズム，ダイクロイックミラー等の、異なる色光の合成
を行う色合成素子が用いられる。またライトバルブ(PA)
としては、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)，反射
型液晶パネル，透過型液晶パネル等の表示素子が用いら
れる。

【００２２】なお各実施の形態では、ＰＢＳプリズム，
ＰＢＳシート，クロスダイクロイックプリズムのいずれ
かが投影光準備手段(PT)として配置されている。図２１
に、投影光準備手段(PT)の具体例を示す。図２１(Ａ)
は、ＰＢＳプリズム(PT1)を示している。ＰＢＳプリズ
ム(PT1)は入射してきた照明光(LI)をライトバルブ(PA)
に向けて反射し、ライトバルブ(PA)からの反射光を透過
させて投影光として後群(GrR)に入射させる。図２１
(Ｂ)は、ＰＢＳシート(PT2)を示している。ＰＢＳシー
ト(PT2)は入射してきた照明光(LI)をライトバルブ(PA)
に向けて反射し、ライトバルブ(PA)からの反射光を透過
させて投影光として後群(GrR)に入射させる。図２１
(Ｃ)は、クロスダイクロイックプリズム(PT3)を示して
いる。クロスダイクロイックプリズム(PT3)は、３つの
ライトバルブ(PA)からの異なる色光(例えばＲＧＢ)を色
合成し、投影光として後群(GrR)に入射させる。

【００２３】各実施の形態が適用されるリアプロジェク
ション装置では、ライトバルブ(PA)から射出する主光線
がテレセントリックでないと、ＰＢＳプリズム(PT1)や
ＰＢＳシート(PT2)を用いたときにコントラスト低下が
増大し、クロスダイクロイックプリズム(PT3)を用いた
ときに色むらや明るさむらが増大する。このため、投射
光学系は縮小共役側にテレセントリックであることが望
ましい。また、リアプロジェクションＴＶの画質を考慮
すると、テレセントリック角{θ1：ライトバルブ(PA)の
各画素から射出する主光線がライトバルブ(PA)の面法線
となす角度}が約２°以下であることが更に望ましい。

【００２４】また、広画角な投射光学系にＰＢＳプリズ
ム(PT1)，ＰＢＳシート(PT2)，クロスダイクロイックプ
リズム(PT3)等を設ける場合、投射光学系はレンズバッ
クが長くとれるレトロフォーカスタイプであることが望
ましい。したがって各実施の形態のように、投射光学系
は負パワーの前群(GrF)と正パワーの後群(GrR)とで構成
され、絞り(ST)は後群(GrR)内に位置することが好まし
い。絞り(ST)を光路折り曲げ手段が配置される空間内
{つまり前群(GrF)と後群(GrR)との間の折り返し空気間
隔内}に位置させることは物理的に困難である。また、
絞り(ST)を前群(GrF)に位置させることは前群(GrF)の全
長を伸ばすことにつながり、その結果、リアプロジェク
ション装置のスクリーン(SC)下の突起が増すことになる
ため、小型化には向いていない。

【００２５】また、ＰＢＳプリズム(PT1)，ＰＢＳシー
ト(PT2)，クロスダイクロイックプリズム(PT3)等を挿入
するためのスペースとして、少なくとも画面の短辺断面
で光路の干渉が起こらない程度の空間を確保することが
必須となる。更には、投射光学系の最後尾の縮小共役側
に空気長{D2：後群(GrR)の最も縮小共役側レンズの面か
らライトバルブ(PA)又はコンデンサーレンズまでの空気
換算光路長}を確保して、その値(D2)を投射光学系の全
系の焦点距離(f)で割った値が1.6〜4となるようにする
ことが望ましい。D2／fの値がこの条件範囲の下限を下
回ると、その空間を屈折率のかなり高い媒質で満たす等
の構成をとらない限り、干渉無しで光路を折り返すこと
ができなくなる。また、D2／fの値がこの条件範囲の上
限を上回ると、良好な光学性能を確保することができな
くなる。

【００２６】各実施の形態では、前群(GrF)を構成して
いる最も拡大共役側の第１レンズ(G1)と、それに続く第
２レンズ(G2)とが、共に負のパワーを有している。前群
(GrF)の第１レンズ(G1)及び第２レンズ(G2)が負レンズ
であると、それらのレンズ体積と径を低減させることが
できる。したがって、負パワーの第１，第２レンズ(G1,
G2)を用いることは、投射光学系の軽量化やコスト低減
に適している。さらに、第１，第２レンズ(G1,G2)の少
なくとも片方のレンズが拡大側に凸面を向けたメニスカ
ス形状であれば、各屈折面で光線をなだらかに屈折させ
ることが可能となり、そのレンズの誤差感度低減に役立
つ。この理由から、第１レンズ(G1)及び第２レンズ(G2)
は拡大側に凸面を向けたメニスカス形状を有することが
より望ましい。

【００２７】前群(GrF)に非球面を用いることにより、
歪曲補正を効率良く行うことが可能となる。したがっ
て、前群(GrF)に非球面を用いることはレンズ枚数の低
減に有効である。さらには、前群(GrF)に両面非球面レ
ンズを有することが望ましい。各実施の形態のように広
画角な投射光学系においては歪曲補正が困難であるた
め、より歪曲補正能力を向上させる上で両面非球面レン
ズは効果的である。両面非球面レンズが単体であれば、
プラスチックの射出成型等で容易に成形できるため更に
好ましい。また、前群(GrF)のレンズ径は比較的大きい
ため、ガラス材料に比べて一般的に安値のプラスチック
材料でレンズを作ることはコストの低減に役立つ。この
ことから、非球面レンズは最も拡大共役側に位置するこ
とが望ましい。しかし、プラスチックレンズの径をあま
り大きくし過ぎると、成型等の工程が困難になるため、
そのような場合には最も拡大共役側でないことが望まし
い。

【００２８】また、前群(GrF)のレンズ枚数を減らしつ
つレンズ径を小さく抑えると、レンズ面の曲率がきつく
なる。拡大共役側に凸を向けたメニスカスレンズの場合
には、拡大共役側で曲率がゆるくなり縮小側で曲率がき
つくなる。このような曲率を有するレンズの両面におい
ては、レンズ周辺で光線と面との交わる角度が大きくな
るため、反射防止コート等の効き目が薄くなり、レンズ
面間ゴースト，色むら，明るさむら等が生じる。その中
でも、特に縮小共役側に凹を向ける曲率のきつい面は、
蒸着等によるコート厚を均一にすることが困難であるた
め、コートの効き目が更に落ちる。

【００２９】これを考慮すると、前群(GrF)に位置する
縮小共役側に凹を向けた屈折面において、その最大有効
径の位置で面の接線と前群(GrF)の光軸とが成す角度(θ
2)は３７°以上であることが望ましい。当然のことなが
らθ2＝３７°近辺の面が複数存在すると、その影響は
顕著なものとなるため、θ2＝３７°近辺の面は１面の
みとするのが好ましく、他の面のθ2は４５°以上であ
ることが好ましい。また、プラスチックレンズにおいて
は、コート時にあまり高温にできない等の制限あり、複
雑なコートを載せることが困難であるため、θ2は４５
°以上が望ましい。

【００３０】後群(GrR)に非球面を用いることにより、
像性能に影響する球面収差やコマ収差を効果的に補正す
ることができる。このことから、後群(GrR)に非球面を
用いることはレンズ枚数の低減に有効である。また、後
群(GrR)に両面非球面レンズを用いることが更に望まし
い。両面非球面レンズには、収差補正能力の向上だけで
なく、前群(GrF)と同様に単体のプラスチックレンズを
射出成型等で容易に成形できる等の長所がある。

【００３１】各実施の形態では、後群(GrR)の光軸上に
ライトバルブ(PA)中心が位置しない構成になっている。
ライトバルブ(PA)中心を後群(GrR)の光軸上からずらす
ことにより、ライトバルブ(PA)の中心から射出する主光
線がスクリーン(SC)に斜入射することになる。これによ
り、リアプロジェクション装置の奥行き方向の厚みを低
減することができる。

【００３２】また各実施の形態では、後群(GrR)が異常
分散材料から成る正パワーのレンズを有している。異常
分散性を持つ材料から成るレンズを用いることにより、
色収差の２次スペクトルを補正することができる。この
ため、レンズ枚数を低減することができるとともに、製
造工程がより複雑である接合レンズの数を低減すること
ができる。したがって、異常分散材料から成る正レンズ
を後群(GrR)に用いることは、投射光学系の小型軽量化
に向いている。

【００３３】各実施の形態では、投射光学系の途中で反
射面を用いて光路を折り曲げる光路折り曲げ手段を設け
ることにより、投射光学系の配置の自由度を高めてい
る。この自由度は、リアプロジェクション装置の奥行き
やスクリーン(SC)の下側の突起を低減可能にする。さら
に、リアプロジェクション装置の奥行きとスクリーン(S
C)下側の突起を最小限に抑えるためには、光路折り曲げ
手段により前群(GrF)の光軸を後群(GrR)の光軸に対して
９０°以上折り曲げること(θ3：折り返し角)が望まし
い。逆に、光路折り曲げ手段としてプリズム(PR)を用い
る場合、下側の突起を小さく抑える必要がない場合、投
射される全光線がプリズム(PR)内で全反射条件を満たす
角度で折り曲げられるようにすれば、蒸着等の手間が省
けコスト低減が可能となる。例えば第５の実施の形態
(図８)では、折り返しプリズム(PR)での全反射条件が成
り立っている。つまり、折り返しプリズム(PR)の屈折率
Nd=1.5168の場合、投影光の全ての光線と全反射面の法
線とが成す角度を40.92°以上(第５の実施の形態では最
も小さい角度が42.44°)にすることにより、全反射条件
を満たすことができる。

【００３４】また各実施の形態のように、アルミや銀蒸
着等が反射面に施されたプリズム(PR)を光路折り曲げ手
段として使用する等して、屈折率が１以上の媒質の中に
反射面を挿入することが望ましい。これは後述する折り
返し空気長(D1)を光学的に短くすることに価し、投射光
学系の構成条件をゆるめることになる。このため、光学
性能をより高めることができる。

【００３５】また、光路折り曲げ手段により高角度に光
路を折り曲げると、前群(GrF)と後群(GrR)等で物理的干
渉を起こしやすくなる。この干渉を少なくするために、
光路折り曲げ断面に垂直な方向に干渉し易いレンズの光
路が通過しない部分を切断した非円形状を用いることが
望ましい。例えば第６の実施の形態(図１０)では、前群
(GrF)と後群(GrR)との干渉を避けるため、後群(GrR)に
対する前群(GrF)の干渉部分をＤカットして、非円形状
のレンズで前群(GrF)を構成している。

【００３６】後群(GrR)と照明系(不図示)との干渉を防
ぐために非円形状のレンズを用いると、投射光学系のレ
ンズバックを短くすることができ、また、前群(GrF)と
スクリーン(SC)等との干渉を防ぐために非円形状のレン
ズを用いると、リアプロジェクション装置の奥行き方向
の厚みを低減できる。例えば第３の実施の形態(図５)で
は、前群(GrF)とスクリーン(SC)との干渉を避けるた
め、スクリーン(SC)に対する前群(GrF)の干渉部分をＤ
カットしてあり、後群(GrR)の最終レンズと照明系のコ
ンデンサレンズ(不図示)との干渉を避けるため、照明系
のコンデンサレンズに対する後群(GrR)の最終レンズの
干渉部分をＤカットしてある。また、非円形状レンズを
用いると余分な材料を使用せずにすむため、環境にも良
くコスト削減にもなる。この理由から、物理干渉に影響
が無くても、投射光学系内で比較的大口径となる第１レ
ンズ(G1)や第２レンズ(G2)を非円形状にすることが望ま
しい。

【００３７】投射光学系の画角に関しては、以下の条件
式(1)を満たすことが望ましい。 48＜ω＜60 …(1) ただし、 ω：最大画角(°)、である。

【００３８】条件式(1)は投射光学系の最大画角を規定
している。条件式(1)の下限を下回ると、投射距離が伸
び過ぎてしまい、リアプロジェクション装置の奥行きが
増すことになる。このため、投射光学系は小型化に向か
なくなる。条件式(1)の上限を上回ると、前群(GrF)の有
効径を広げるか、前群(GrF)の光学面の周辺での角度(面
頂点の法線方向と周辺での面の接線とが成す角度)を小
さくするか、のどちらかをしないと性能を維持すること
ができなくなる。有効径を広げると、材料費が上がり製
造も困難になる。また、前群(GrF)の光学面の周辺角度
を小さくすると、上で述べたような障害が生まれる。更
にそれらの面の屈折力が上がるため誤差感度が上がり過
ぎてしまい、メカ構成や調整手順が困難なものとなる。
その結果、レンズ枚数を増やさなくてはならなくなるた
め、小型・軽量化や低コスト化に向かなくなる。

【００３９】前群(GrF)と後群(GrR)との間の折り返し空
気間隔に関しては、以下の条件式(2)を満たすことが望
ましい。 3＜D1／f＜7 …(2) ただし、 D1：折り返し空気長{前群(GrF)の最も縮小共役側の面か
ら後群(GrR)の最も拡大共役側の面までの空気換算光路
長}、 f：全系の焦点距離、である。

【００４０】条件式(2)は折り返し空気長を規定してい
る。条件式(2)の下限を下回ると、Ｆナンバーを小さく
保ちつつ光路を折り返すことが困難になり、配置の自由
度が低減する。また、リアプロジェクション装置のスク
リーン(SC)下側の突起を大きくすることになる。条件式
(2)の上限を上回ると、折り返し空気長を長く取りすぎ
ることになり、上で述べた条件式(1)の上限を超えたと
きの対処法をとる必要性が生まれる。このため、小型・
軽量化と低コスト化に向かなくなる。

【００４１】後群(GrR)に用いられている異常分散材料
から成る正レンズに関しては、以下の条件式(3)及び(4)
を満たすことが望ましい。 Vd＞75 …(3) 0.52＜(Ng-Nf)／(Nf-Nc)＜0.56 …(4) ただし、 Vd：異常分散材料のアッベ数(νd)、 Ng：異常分散材料のｇ線に対する屈折率、 Nf：異常分散材料のｆ線に対する屈折率、 Nc：異常分散材料のｃ線に対する屈折率、である。

【００４２】条件式(3)と(4)は異常分散材料の定義に関
する条件を規定している。(Ng-Nf)／(Nf-Nc)とVdをそれ
ぞれ縦軸と横軸にとったガラスマップを考える。このと
き、条件式(3)の下限と条件式(4)の上限と下限とで形成
される３辺の内側に入らないガラスでVdが高すぎるもの
は存在せず(Vdが９０以上等)、Vdが高すぎず３辺の外側
に位置するガラスは２次スペクトル補正能力が低く、レ
ンズ枚数を低減できるほどの効果が十分ではない。この
ため、条件式(3)及び(4)を満たさないものは、レンズ枚
数が少ない投射光学系には向いていない。

【００４３】前群(GrF)や後群(GrR)の非球面を有するレ
ンズに関しては、以下の条件式(5)を満たすことが望ま
しい。 -0.5＜-ffa／fra＜0.5 …(5) ただし、 ffa：前群(GrF)の非球面を有するレンズの焦点距離、 fra：後群(GrR)の非球面を有するレンズの焦点距離、である。

【００４４】条件式(5)は、温度変化によるピントずれ
を低減するための、前群(GrF)の非球面を有するレンズ
と後群(GrR)の非球面を有するレンズとの焦点距離の関
係を規定している。一般的に、ガラスレンズと肉薄の硬
化材料(例えば、紫外線硬化型樹脂，熱硬化型樹脂等)よ
り成る複合型非球面レンズは、プラスチックレンズより
も温度特性に左右されないが、プロジェクター向けの投
射光学系はレンズ径が大きいこと、非球面形状の球面形
状からの変位(Deviation)が大きいこと、製造コストが
高いこと、のうちのいずれかの理由で投射光学系には適
していない。

【００４５】そのため、プラスチック成形の非球面レン
ズを用いるのが一般的であるが、プラスチックレンズの
形状やその屈折率は温度変化に対して非常に敏感であ
る。プラスチックの温度変化による線膨張係数(α)や温
度変化による屈折率変化(Δｎ／ΔT)は、ガラスレンズ
に比べて桁違いに大きい。また、線膨張係数(α)と屈折
率変化(Δｎ／ΔT)との符号が異なるため、温度変化に
よる膨張と屈折率変化はピントを同じ方向に移動させる
働きをする。各実施の形態のような広画角な光学系にお
いては、仮に同じ材料と同じ焦点距離のプラスチックレ
ンズが前群(GrF)と後群(GrR)にある場合、後群(GrR)の
プラスチックレンズがもたらす温度変化によるピントず
れは前群(GrF)の１０倍ほどになる。そのため、前群(Gr
F)と後群(GrR)の非球面レンズの焦点距離比を、ある範
囲に収めなければならなくなる。条件式(5)はその範囲
を規定している。条件式(5)の条件範囲の限度を超える
と、温度変化によるピントずれが大きくなりすぎてしま
い、温度センサーに連動したフォーカス機構等が無い限
り、投射光学系の解像力が不十分となる。

【００４６】また、条件式(5)の下限を引き上げた以下
の条件式(5a)を満たすことが更に好ましい。 -0.3＜-ffa／fra＜0.5 …(5a)

【００４７】条件式(5)の下限を引き上げる理由を説明
する。歪曲補正を効果的に行うため、前群(GrF)の非球
面レンズは拡大共役側に寄ることが好ましく、負のパワ
ーを有することが更に好ましい。例えば前群(GrF)の非
球面レンズ単体で考えたとき、温度の上昇に従ってピン
トがＱ方向に移動するものとする。後群(GrR)のパワー
は全体で正であるため、非球面レンズ以外のガラスレン
ズで線膨張係数(α)と屈折率変化(Δｎ／ΔT)との符号
が異なるレンズを多用すると、後群(GrR)の非球面レン
ズのピント誤差を除いても、温度上昇によりそれらのガ
ラスレンズでピントを−Ｑ方向に作用させることは、そ
の逆よりも容易である。したがって、条件式(5)の下限
を引き上げた条件式(5a)を満たすことが好ましいといえ
る。

【００４８】線膨張係数(α)と屈折率変化(Δｎ／ΔT)
との符号が異なるガラスレンズを多用する必要が無いよ
うに、以下の条件式(5b)を満たすことが更に望ましい。 -0.1＜-ffa／fra＜0.2 …(5b)

【００４９】後群(GrR)にプラスチック製の非球面レン
ズを用いた際、そのレンズの温度変化によるピント誤差
は非常に大きいことから、後群(GrR)のプラスチック非
球面レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割った値が、
以下の条件式(5c)及び(5d)を満たすことが望ましい。ま
た、条件式(5)の下限と上限を狭めたことと同じ理由
で、以下の条件式(5e)及び(5f)を満たすことが望まし
い。後群(GrR)の非球面レンズは、非球面形状の収差補
正能力を十分に発揮させつつ焦点距離を長くするため
に、メニスカスレンズであることが望ましい。 fra／f＞4 …(5c) fra／f＜-4 …(5d) fra／f＞16 …(5e) fra／f＜-8 …(5f)

【００５０】第６，第７の実施の形態(図１０，図１１)
のように、投影光準備手段(PT)とライトバルブ(PA)との
間にコンデンサーレンズ(CL)を有することが望ましい。
コンデンサーレンズ(CL)を用いることは、投影光準備手
段(PT)を通過する光線のテレセントリック性を崩すこと
を意味する。投影光準備手段(PT)としてＰＢＳシート(P
T2)等を使用した場合、空間のほとんどが媒質で満たさ
れていないため、ＰＢＳプリズム(PT1)やクロスダイク
ロイックプリズム(PT3)等を用いた場合よりも、投射光
学系のレンズバックを長くとらなくてはならない。こう
なると、同じ画角で同じＦナンバーの光束を投射する以
上、投射光学系の性能を維持するのが困難になるととも
にレンズ径が大きくなる。このため、高精細化，小型・
軽量化，低コスト化には向かなくなる。投影光準備手段
(PT)とライトバルブ(PA)との間にコンデンサーレンズ(C
L)を挿入することにより(テレセントリック性は崩れる
が)、これらの問題を解決することができる。

【００５１】各実施の形態のように、後群(GrR)に有す
る非球面が、後群(GrR)の最も縮小共役側のレンズ以外
のレンズに設けられていることが望ましい。つまり、投
影光準備手段(PT)よりも拡大共役側に位置する最も縮小
側のレンズ以外のレンズに非球面を設けることが望まし
い。これは後群(GrR)の非球面位置に関する条件であ
る。一般的に、小型のライトバルブ(PA)の表示画像を拡
大投影するプロジェクターにおいては、照明光源とその
発散光を集光するコンデンサーとが必要であるが、光源
のアーク長とコンデンサーの径とライトバルブ(PA)の大
きさとの関係から、ライトバルブ(PA)の各画素から射出
するＦナンバーの下限値は決まる。そして、アーク長が
存在し、ライトバルブ(PA)の大きさが光源の発散光を集
光するコンデンサーよりも小さくなることが一般的であ
る。したがって、照明光を有効に活用するためにＦナン
バーの小さい投射光学系が要求される。

【００５２】また、投射光学系の径が小さければ、材料
費や加工費の削減に役立つと共に、投射光学系の途中で
の折り返しが容易になる。これらを踏まえ、Ｆナンバー
と径の小さい投射光学系を達成するには、投射光学系の
最もライトバルブ(PA)に近いレンズに強い正のパワーを
持たせて、投射光の発散を根元から抑えることが一番効
果的である。しかし非球面レンズにこの役割をさせる
と、当然のことながら焦点距離が短くなり、上で述べた
非球面レンズの温度特性を考慮すると不向きである。よ
って、後群(GrR)の非球面レンズは最も縮小共役側のレ
ンズでないことが必要である。

【００５３】第１レンズ(G1)及び第２レンズ(G2)が共に
負のパワーを有するメニスカスレンズであることが望ま
しい。これは前群(GrF)の第１，第２レンズ(G1,G2)の形
状に関する条件である。第１及び第２レンズ(G1,G2)が
負パワーで最大画角(ω)が４８°以上の投射光学系にお
いて、レンズ枚数を急激に増やすことなく誤差感度を低
く状態維持するには、第１及び第２レンズ(G1,G2)の４
面で、１つの面に屈折力を集中させないように、できる
だけなだらかに屈折させることが大切になってくる。そ
うするには、第１及び第２レンズ(G1,G2)がメニスカス
レンズであることが望ましく、拡大共役側に凸を向けた
メニスカスレンズであることが更に望ましい。

【００５４】非球面を有するレンズはプラスチックレン
ズであることが望ましい。これは非球面レンズの材料に
関する条件である。前述したように、ガラスレンズと肉
薄の硬化材料(例えば紫外線硬化型樹脂等)より成る複合
型非球面レンズは、プラスチックレンズよりも温度特性
に関しては顕著でないが、プロジェクター向けの投射光
学系はレンズ径が大きいこと、非球面形状の球面からの
変位(Deviation)が大きいこと、製造コストが高いこ
と、のうちのいずれかの理由で投射光学系には適してい
ない。したがって、プラスチック成形の非球面レンズを
用いることが望ましい。

【００５５】前群(GrF)の光軸が後群(GrR)の光軸に対し
て、ストレート系とみなしたときに光学的に平行偏芯し
ていることが望ましい。例えば図９に示す第５の実施の
形態のように、前群(GrF)の光軸(AXF)が後群(GrR)の光
軸(AXR)に対してずれており、その光軸ずれに後群(GrR)
に対する前群(GrF)の平行偏芯が含まれていることが望
ましい。第５の実施の形態に係る投射光学系は、ライト
バルブ(PA)中心が後群(GrR)の光軸(AXR)からずれた光学
構成になっている(図８)。そのずれにより各々の収差を
前群(GrF)と後群(GrR)でカウンター補正することができ
るため、前群(GrF)と後群(GrR)の光軸(AXF,AXR)が平行
偏芯して配置されていることが望ましい。

【００５６】光路折り曲げ手段がプリズム(PR)から成
り、その透過面の少なくとも１面が後群(GrR)の光軸(AX
R)に対して傾いていることが望ましい。これは光路折り
曲げ手段としてプリズム(PR)を用いたときのプリズム透
過面の傾きに関する条件であり、第５の実施の形態(図
８，図９)はこの条件を満たしている。プリズム(PR)を
用いる効果については先に説明した通りであるが、さら
にプリズム(PR)の屈折面を傾けることは非点収差を補正
する上で有効である。第５の実施の形態では、ライトバ
ルブ(PA)中心が後群(GrR)中心からずれているため、投
射された像はそのずれによりスクリーン(SC)に対する入
射角が大きくなる像高で性能劣化が起こる。また、その
反対の影響を受けた像高は性能が良くなる傾向がある。
プリズム面を傾けることにより、非点収差に対するこの
不均一性を和らげることができ、画面全体でより良好な
像を得ることができる。

【００５７】前群(GrF)の光軸(AXF)が後群(GrR)の光軸
(AXR)に対して、ストレート系とみなしたときに光学的
に傾いていることが望ましい。これは前群(GrF)の光軸
(AXF)と後群(GrR)の光軸(AXR)との傾きに関する条件で
あり、第５の実施の形態(図８，図９)はこの条件を満た
している。第５の実施の形態では、ライトバルブ(PA)中
心が後群(GrR)中心からずれているため、ライトバルブ
(PA)中心の映像光において最良の像性能を得ると、全体
の像面が一方向に傾くことになる。前群(GrF)の光軸(AX
F)を後群(GrR)の光軸(AXR)に対して傾けることによっ
て、この傾きをカウンター補正することができ、良好な
性能を達成することができる。

【００５８】第３，第４の実施の形態(図３，図７)で
は、ライトバルブ(PA)とスクリーン(SC)とのスクリーン
(SC)法線方向の位置関係(画面中心基準)を維持しつつ、
スクリーン(SC)サイズの切り替えに対応しうるように投
射光学系が構成されており、また、異なるスクリーンサ
イズのリアプロジェクションＴＶに搭載しうるようにユ
ニット化されている。例えば第３の実施の形態では、４
０型のスクリーン(SC)サイズ(図５)と５０型のスクリー
ン(SC)サイズ(図６)との切り替えが可能になっている。
このような複数のスクリーン(SC)サイズの切り替えに際
し、後群(GrR)内の絞り(ST)近辺で光軸に沿って移動す
ることによりフォーカシングを行う正パワーの第１フォ
ーカス群と、光軸に沿って移動することにより微小なフ
ォーカスずれを補正する正パワーの第２フォーカス群
と、を後群(GrR)が有することが望ましい。第３，第４
の実施の形態では、第１フォーカス群が第４レンズ(G4)
と絞り(ST)から成っており、第２フォーカス群が第９レ
ンズ(G9)から成っている。なお第２フォーカス群は、メ
カ精度や組み立て精度等による誤差から生じる微小なフ
ォーカスずれを補正するためのピント微調整手段であ
る。

【００５９】像面湾曲補正が可能な絞り(ST)近辺に位置
する正パワーの群を第１フォーカス群としてフォーカス
に使用することにより、フォーカスを行うと共にその際
に発生する像面湾曲の補正を同時に行うことができる。
レンズ枚数が少ない系における後群(GrR)で負のパワー
を有する群は、色収差に対する感度が高いためフォーカ
ス群としては不向きである。同じ理由で、微調フォーカ
スを行う第２フォーカス群も正のパワーを有する群であ
る必要がある。また、前群(GrF)は光軸の傾きによる投
影位置変動や像面の傾きに対する感度が高く、前群(Gr
F)の単レンズはそれに加えて歪曲収差にも悪影響を及ぼ
すためフォーカス群には向いていない。また、第２フォ
ーカス群は移動に伴う像面湾曲の変動が少ないことが必
須であるため、絞り(ST)から離れた群であることが望ま
しい。

【００６０】さらにこのような系では、光路折り曲げ手
段と絞り(ST)との間の空間よりも、絞り(ST)と投影光準
備手段(PT)との間の距離の方が長くなるため、第２フォ
ーカス群は絞り(ST)よりも縮小共役側に位置することが
望ましい。更には、投射光学系の最も縮小共役側のレン
ズが正のパワーを有する単レンズ(接合等されていない)
であり、第２フォーカス群がそのレンズ１枚であれば、
フォーカス時の像面湾曲変動量が最小となるため望まし
い。また、第２フォーカス群が単レンズであれば、フォ
ーカスのメカ構成がより簡単になるという効果もある。

【００６１】スクリーン(SC)サイズの切り替えに際し、
第１フォーカス群内の少なくとも１個のレンズが、その
レンズとは曲率の異なる面を少なくとも１面有する別の
レンズと置き換えられることが望ましい。第４の実施の
形態(図７)では、第４レンズ(G4)が交換されることによ
りスクリーン(SC)サイズの切り替えに対応している。こ
のようなスクリーン(SC)サイズの切り替え時におけるフ
ォーカス群の非共通化による効果を説明する。像面湾曲
補正に効果がある群であることは、その群の移動に対す
る像面湾曲の変動量が大きいということであり、その群
の移動によるフォーカス量と像面湾曲補正量とのバラン
スが崩れているとき、同群内の少なくとも１面の曲率を
変えることでフォーカス量と像面湾曲補正量とのバラン
スをとることができる。更には、単レンズでフォーカス
し、そのレンズを完全に非共通にすることにより、メカ
構成を単純化しつつフォーカス調整量と像面湾曲補正量
のバランスを更に良くすることができる。

【００６２】スクリーン(SC)サイズの切り替えに際し、
前群(GrF)内の少なくとも１個のレンズが、そのレンズ
とは曲率の異なる面を少なくとも１面有する別のレンズ
と置き換えられることが望ましい。第４の実施の形態
(図７)では、第３レンズ(G3)が交換されることによりス
クリーン(SC)サイズの切り替えに対応している。このよ
うなフォーカス時における前群(GrF)の面の非共通化に
よる効果を説明する。前群(GrF)の屈折面は絞り(ST)か
ら遠く、各像高の光束が分離するため、ピントずれに対
する感度に対し歪曲補正効果が高い。このため第１フォ
ーカス群の移動やレンズ交換ではできない歪曲補正を行
うことができるため、第１フォーカス群の移動やレンズ
交換によるフォーカスに、この歪曲補正を加えると更に
光学性能を上げることができる。

【００６３】前群(GrF)の光軸上に中心を持つ球に沿っ
て前群(GrF)が回転可能に構成されていることが望まし
い。例えば図４に示す第３の実施の形態のように、前群
(GrF)の光軸上に中心(CP)を持つ球に沿って前群(GrF)が
回転可能に構成されていれば、像面の傾き補正を行うこ
とができる。プリズム(PR)等の光路折り曲げ手段を有す
る以上、前群(GrF)と後群(GrR)のレンズ鏡胴を同時加工
することは困難であり、特に前群(GrF)と後群(GrR)の光
軸の傾きを十分に吸収するメカ精度を達成することは困
難である。この傾きの発生により像面が傾いてしまうた
め、他の収差発生を極力抑えつつ像面の傾きを補正する
には、前群(GrF)の光軸上に中心(CP)を持った球に沿っ
て前群(GrF)全体を回転させることが最適である。

【００６４】さらには、前群(GrF)の回転中心(CP)をそ
の後方主点位置近辺に置くことが望ましく、それによっ
て投影位置を動かさずに像面の傾きを補正することがで
きる。また、後群(GrR)に対する光路折り曲げ手段の傾
きや位置ずれにおいても、同じ理由から十分な精度を出
すことは困難である。この誤差から投影位置ずれが発生
するが、前群(GrF)の回転中心(CP)を意図的に後方主点
位置からずれた前群(GrF)の光軸上に置くことにより、
投影位置ずれも補正することができる。よって、後群(G
rR)に対する光路折り曲げ手段の位置精度が十分でない
場合には、そのような位置に前群(GrF)の回転中心(CP)
を置くことが望ましい。

【００６５】

【実施例】以下、本発明を実施したリアプロジェクショ
ン用の投射光学系を、コンストラクションデータ等を挙
げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜７
は、前述した第１〜第７の実施の形態にそれぞれ対応し
ており、各実施の形態を表す図１〜図３，図７，図８，
図１０及び図１１は、対応する各実施例の光路等をそれ
ぞれ示している。

【００６６】表１，表３，表５，表７，表９，表１２及
び表１４に、実施例１〜７のコンストラクションデータ
を示す。ただし、実施例３と実施例４(表５，表７)は、
スクリーン(SC)サイズの切り替えに対応した構成になっ
ているため、２ポジション(50型,40型)のデータを挙げ
ている。各実施例のコンストラクションデータにおい
て、Si(i=1,2,3,...)は拡大共役側から数えてi番目の
面、CRは面Siの曲率半径(mm)、Tは軸上面間隔(mm)を示
しており、Nd,νdは光学要素のｄ線に対する屈折率,ア
ッベ数をそれぞれ示している。また、*が付された面Si
は以下の式(AS)で定義される面形状の非球面であり、表
２，表４，表６，表８，表１１，表１３及び表１５に、
実施例１〜７の非球面データ(E-n=×10^-n)を示す。

【００６７】 X(H)＝(C0・H²)／{1+√(1-ε・C0²・H²)}＋(A4・H⁴+A6・H⁶+A8・H⁸+A10・H¹⁰+A12・H ¹² ) …(AS) ただし、式(AS)中、 X(H)：高さHの位置での光軸方向の変位量(面頂点基
準)、 H：光軸に対して垂直な方向の高さ、 C0：近軸曲率(=1／CR)、 ε：２次曲面パラメータ、 Ai：i次の非球面係数(i=4,6,8,10,12)、である。

【００６８】表１０に、実施例５の座標データを示す。
実施例５のコンストラクションデータにおいて、共軸系
内の面の配置は拡大共役側直前の面との軸上面間隔(T)
で特定され、互いに偏芯した共軸系の最も拡大共役側の
面(S1,S7,S8,S9)は座標データで特定される。座標デー
タで特定される面(S1,S7,S8,S9)の配置は、その面の位
置と傾きとで特定される。各面(S1,S7,S8,S9)の位置
は、第１面(S1)の面頂点を原点(0,0,0)とし、かつ、そ
の面頂点での法線方向をx軸方向(縮小共役側が正)とす
るグローバルな直交座標系(x,y,z)において、各面(S1,S
7,S8,S9)の面頂点座標(x,y,z)で表される。第１面(S1)
においては、面頂点での接平面がy-z平面(z軸方向が各
光学断面図の紙面に対して垂直方向)に一致し、面頂点
を通る前群(GrF)の光軸(AXF，図９)がx軸と一致する。
しかし、光路がプリズム(PR)で折り曲げられるため、各
面を通る光軸(AXF)とx軸とは一致しない。そこで、各面
(S1,S7,S8,S9)の面頂点における法線と光軸(AXF)とが、
z軸を中心とした回転により成す回転角度(時計回りが
正)で、各面(S1,S7,S8,S9)の傾きを表している。

【００６９】表１６と表１７に、条件式の対応データ及
び関連データ(FNO：Ｆナンバー)並びに角度データ(°)
を示す。なお、実施例６，７の全系の焦点距離(f)は、
ライトバルブ(PA)近傍に位置するコンデンサーレンズ(C
L)をも含んだ値である。また、条件式(4)における(Ng-N
f)／(Nf-Nc)の値は、アッベ数(νd)が７５以上の異常分
散材料の値である。

【００７０】図１２〜図２０は各実施例の収差図であ
り、実施例３，４については各スクリーンサイズ(50型,
40型)に対応した光学構成での収差(図１４〜図１７)を
示している。各図中、(Ａ)は球面収差(spherical aberr
ation，ｍｍ；縦軸：FNO)、(Ｂ)は非点収差(astigmatic
aberration，ｍｍ；縦軸：ω°)、(Ｃ)は歪曲収差(dis
tortion，％；横軸：ω°)、(Ｄ)は倍率色収差(lateral
chromatic aberration，ｍｍ；横軸：ω°)を示してお
り、太い実線と細い実線は波長５４６ｎｍの光線に対す
る収差、長い破線は波長４５０ｎｍの光線に対する収
差、短い破線は６０５ｎｍの光線に対する収差をそれぞ
れ表している。また各図(Ｂ)において、ＤＭはメリディ
オナル面での非点収差、ＤＳはサジタル面での非点収差
を示している。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】

【表３】

【００７４】

【表４】

【００７５】

【表５】

【００７６】

【表６】

【００７７】

【表７】

【００７８】

【表８】

【００７９】

【表９】

【００８０】

【表１０】

【００８１】

【表１１】

【００８２】

【表１２】

【００８３】

【表１３】

【００８４】

【表１４】

【００８５】

【表１５】

【００８６】

【表１６】

【００８７】

【表１７】

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、広
画角で軽量・小型の高性能な投射光学系を実現すること
が可能である。そして、本発明に係る投射光学系を用い
ることにより高精細な投影画像を得ることができ、リア
プロジェクション装置の高画質化と共に軽量・薄型化を
達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態(実施例１)の光学構成及び投
影光路を示す断面図。

【図２】第２の実施の形態(実施例２)の光学構成及び投
影光路を示す断面図。

【図３】第３の実施の形態(実施例３)の光学構成(40型)
及び投影光路を示す断面図。

【図４】第３の実施の形態(実施例３)において像面の傾
き補正を行う場合の光学構成(40型)及び投影光路を示す
断面図。

【図５】第３の実施の形態(実施例３)を適用したリアプ
ロジェクション装置(40型)全体の光学構成及び投影光路
を示す断面図。

【図６】第３の実施の形態(実施例３)を適用したリアプ
ロジェクション装置(50型)全体の光学構成及び投影光路
を示す断面図。

【図７】第４の実施の形態(実施例４)の光学構成(40型)
及び投影光路を示す断面図。

【図８】第５の実施の形態(実施例５)の光学構成及び投
影光路を示す断面図。

【図９】第５の実施の形態(実施例５)における前群と後
群との偏芯状態を説明するための断面図。

【図１０】第６の実施の形態(実施例６)の光学構成及び
投影光路を示す断面図。

【図１１】第７の実施の形態(実施例７)の光学構成及び
投影光路を示す断面図。

【図１２】実施例１の収差図。

【図１３】実施例２の収差図。

【図１４】実施例３(50型)の収差図。

【図１５】実施例３(40型)の収差図。

【図１６】実施例４(50型)の収差図。

【図１７】実施例４(40型)の収差図。

【図１８】実施例５の収差図。

【図１９】実施例６の収差図。

【図２０】実施例７の収差図。

【図２１】投影光準備手段の具体例を示す模式図。

【符号の説明】

PA …ライトバルブ GrF …前群 GrR …後群 PR …プリズム(光路折り曲げ手段) PT …投影光準備手段 G1 …第１レンズ G2 …第２レンズ G3 …第３レンズ G4 …第４レンズ(第１フォーカス群) ST …絞り(第１フォーカス群) G9 …第９レンズ(第２フォーカス群) CL …コンデンサーレンズ AXF …前群の光軸 AXR …後群の光軸 CP …前群の回転中心 SC …スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/13357 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 ＥＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＡＦ (72)発明者林宏太郎大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H087 KA06 KA07 LA03 MA09 NA02 NA15 PA07 PA08 PA09 PA10 PA18 PA19 PB09 PB10 PB11 PB12 QA02 QA07 QA17 QA22 QA25 QA26 QA33 QA34 QA41 QA45 QA46 RA05 RA12 RA13 RA32 RA41 RA42 RA43 TA01 TA03 UA01 UA06 2H088 EA13 EA18 HA24 MA03 MA07 2H091 FA21X FA26X LA11 LA16 LA19 5C058 BA06 BA08 BA17 BA25 BA27 EA01 EA12 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ライトバルブから略テレセントリックに
射出した映像光でその表示画像をスクリーン上に拡大投
影するリアプロジェクション用の投射光学系であって、拡大共役側から順に、非球面を有しかつ負のパワーを有
する前群と、反射面で光路を折り曲げる光路折り曲げ手
段と、非球面を有しかつ正のパワーを有する後群と、を
備え、前記前群を構成している最も拡大共役側の第１レ
ンズとそれに続く第２レンズとが共に負のパワーを有
し、異常分散材料から成り正のパワーを有するレンズを
前記後群に有し、前記後群の光軸上にライトバルブ中心
が位置せず、ライトバルブとの間に照明光と投影光との
分離又は異なる色光の合成を行う投影光準備手段が配置
され、更に以下の条件式(1)〜(4)を満たすことを特徴と
する投射光学系； 48＜ω＜60 …(1) 3＜D1／f＜7 …(2) Vd＞75 …(3) 0.52＜(Ng-Nf)／(Nf-Nc)＜0.56 …(4) ただし、 ω：最大画角(°)、 D1：折り返し空気長(前群の最も縮小共役側の面から後
群の最も拡大共役側の面までの空気換算光路長)、 f：全系の焦点距離、 Vd：異常分散材料のアッベ数、 Ng：異常分散材料のｇ線に対する屈折率、 Nf：異常分散材料のｆ線に対する屈折率、 Nc：異常分散材料のｃ線に対する屈折率、である。
【請求項２】更に以下の条件式(5)を満たすことを特
徴とする請求項１記載の投射光学系； -0.5＜-ffa／fra＜0.5 …(5) ただし、 ffa：前群の非球面を有するレンズの焦点距離、 fra：後群の非球面を有するレンズの焦点距離、である。
【請求項３】ライトバルブから略テレセントリックに
射出した映像光でその表示画像をスクリーン上に拡大投
影するリアプロジェクション用の投射光学系であって、
拡大共役側から順に、非球面を有しかつ負のパワーを有
する前群と、反射面で光路を折り曲げる光路折り曲げ手
段と、非球面を有しかつ正のパワーを有する後群と、を
備え、前記前群を構成している最も拡大共役側の第１レ
ンズとそれに続く第２レンズとが共に負のパワーを有
し、前記後群の光軸上にライトバルブ中心が位置せず、
ライトバルブとの間に照明光と投影光との分離又は光路
の合成を行う投影光準備手段が配置され、更に以下の条
件式(1)，(2)及び(5)を満たすことを特徴とする投射光
学系； 48＜ω＜60 …(1) 3＜D1／f＜7 …(2) -0.5＜-ffa／fra＜0.5 …(5) ただし、 ω：最大画角(°)、 D1：折り返し空気長(前群の最も縮小共役側の面から後
群の最も拡大共役側の面までの空気換算光路長)、 f：全系の焦点距離、 ffa：前群の非球面を有するレンズの焦点距離、 fra：後群の非球面を有するレンズの焦点距離、である。
【請求項４】さらに前記投影光準備手段とライトバル
ブとの間にコンデンサーレンズを有することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項５】前記後群に有する非球面が、前記後群の
最も縮小共役側のレンズ以外のレンズに設けられている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
投射光学系。
【請求項６】前記第１レンズ及び第２レンズが共に負
のパワーを有するメニスカスレンズであることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項７】前記非球面を有するレンズがプラスチッ
クレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の投射光学系。
【請求項８】前記前群の光軸が前記後群の光軸に対し
て、ストレート系とみなしたときに光学的に平行偏芯し
ていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に
記載の投射光学系。
【請求項９】前記光路折り曲げ手段がプリズムから成
り、その透過面の少なくとも１面が前記後群の光軸に対
して傾いていることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
か１項に記載の投射光学系。
【請求項１０】前記前群の光軸が前記後群の光軸に対
して、ストレート系とみなしたときに光学的に傾いてい
ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載
の投射光学系。
【請求項１１】異なるスクリーンサイズのリアプロジ
ェクション装置に搭載可能で、スクリーンサイズの切り
替えに対応しうるように構成された投射光学ユニットで
あって、スクリーンサイズの切り替えに際し、前記後群
内の絞り近辺で光軸に沿って移動することによりフォー
カシングを行う正パワーの第１フォーカス群と、光軸に
沿って移動することにより微小なフォーカスずれを補正
する正パワーの第２フォーカス群と、を前記後群が有す
ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記
載の投射光学系。
【請求項１２】スクリーンサイズの切り替えに際し、
前記第１フォーカス群内の少なくとも１個のレンズが、
そのレンズとは曲率の異なる面を少なくとも１面有する
別のレンズと置き換えられることを特徴とする請求項１
１記載の投射光学系。
【請求項１３】スクリーンサイズの切り替えに際し、
前記前群内の少なくとも１個のレンズが、そのレンズと
は曲率の異なる面を少なくとも１面有する別のレンズと
置き換えられることを特徴とする請求項１１又は１２記
載の投射光学系。
【請求項１４】前記前群の光軸上に中心を持つ球に沿
って前記前群が回転可能に構成されていることを特徴と
する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の投射光学
系。