JP2014235414A - 投射光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ系と凹面鏡を用いる投射光学系で、レンズ系の大径化と凹面鏡の鏡面の大面積化を有効に抑制できる投射光学系を実現する。
【解決手段】投射光学系は、画像表示素子の画像表示面に表示された投射用画像を、斜光線により被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射光学系であって、レンズ系１０と、凹面鏡２０と、略平面状の反射面を持つ反射鏡３０とを有し、画像表示面からの投射用光を順次、レンズ系１０、凹面鏡２０、反射鏡３０の順序で被投射面へ導光し、主としてレンズ系１０と凹面鏡２０の結像作用により、被投射面上に結像させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、投射光学系に関する。

より詳しくは、画像表示素子の画像表示面に表示された投射用画像を、斜光線により被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射光学系に関する。

画像表示素子の画像表示面に表示された投射用画像を被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置は、プロジェクタ装置等として広く普及している。

このような画像表示装置において、投射用画像を被投射面（通常はスクリーンである。）上に「投射画像」として結像させる投射光学系も種々のものが提案されている。

投射光学系の１ジャンルとして「レンズ系と曲面ミラーを含む構成のもの」が知られている（特許文献１〜４）。

これら特許文献に記載された投射光学系では、画像表示面からの光束をレンズ系に入射させ、レンズ系から射出した光束を曲面ミラーにより反射させて被投射面に導いている。

このような構成だと、曲面ミラーにも結像機能を分担させることが出来るので、レンズ系の設計が容易になる。

また、鏡面面積の大きい曲面ミラーを用いることにより、無理なく投射光の画角を大きくでき、投射光学系の配置位置を被投射面に近づけることができる。

特許文献４の図１２に開示された投射光学系では、レンズ系から射出した光束を「略平面状の反射面」を持つ反射鏡により反射させて凹面鏡に入射させている。

特許文献１〜３に記載の投射光学系では、被投射面はレンズ系の光軸に直交的であるが、特許文献４の上記投射光学系では被投射面はレンズ系光軸と略平行である。

このため、特許文献４の上記投射光学系は、レンズ系を「被投射面により近接させて配置」できる。

ところで、被投射面と投射光学系とを近接させ、且つ、投射画像のサイズを大きくするには、投射光学系が広角であることが必要である。

特許文献１〜４に記載の投射光学系は、広角を実現するため、レンズ系の最も曲面ミラー側のレンズ径を大きくして、該レンズから射出する光束の発散性を大きくしている。

また、上記レンズから射出する光束の発散性が大きいため、曲面ミラーの鏡面面積も大きくなっており、投射光学系や画像表示装置のコンパクト化を困難にしている。

この発明は上述した事情に鑑み、レンズ系と凹面鏡を用いる投射光学系で、レンズ系の大径化と凹面鏡の鏡面の大面積化を有効に抑制できる投射光学系の実現を課題とする。

この発明の投射光学系は、画像表示素子の画像表示面に表示された投射用画像を、斜光線により被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射光学系であって、レンズ系と、凹面鏡と、略平面状の反射面を持つ反射鏡とを有し、画像表示面からの投射用光を順次、前記レンズ系、前記凹面鏡、前記反射鏡の順序で被投射面へ導光し、主として前記レンズ系と前記凹面鏡の結像作用により、被投射面上に結像させることを特徴とする。

この発明の投射光学系では、レンズ系から射出する光束が先ず凹面鏡に反射されて、反射鏡に入射する。

このため、レンズ系と凹面鏡との間の距離を、レンズ系の光軸方向に大きく取ることができ、レンズ系から射出する光束の発散性を抑制でき、凹面鏡の大面積化も抑制できる。

投射光学系の実施の１形態を説明するための図である。 実施例１の投射光学系の構成を示す図である。 実施例１の投射光学系のスポットダイアグラムを示す図である。 実施例２の投射光学系の構成を示す図である。 実施例２の投射光学系のスポットダイアグラムを示す図である。

以下、発明の実施の形態を説明する。

図１は、画像表示装置用の投射光学系の実施の１形態を説明するための図である。

図１において、符号１０はレンズ系、符号２０は凹面鏡、符号３０は反射鏡を示す。

図示されない画像表示素子は、図においてレンズ系１０の左方（縮小側とも言う。）に配置され、その画像表示面はレンズ系１０の光軸ＡＸに対して図の下方へシフトしている。

画像表示素子としては、１枚または３枚の液晶パネルを有する液晶ライトバルブや、ＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）等を適宜に用いることができる。

投射用画像は、上記画像表示面に表示される。例えばＤＭＤの場合には、２次元配列した微小ミラーが投射用画像に応じて傾けられることにより表示される。

画像表示面からの投射用光を「投射光束」と呼ぶ。

投射光束は、図１に示すように、その主光線がレンズ系光軸ＡＸに対して「右斜め上がりの斜光線」となっている。

投射光束は、レンズ系１０から光軸ＡＸに対して「右上がりの発散性の光束」となって射出し、先ず、凹面鏡２０に入射する。

図において光束ＦＬ１、ＦＬ２は、スクリーン上の投射画像の両端に結像する光束であり、符号：θは、光束ＦＬ１、ＦＬ２のなす角で「投射光束の発散角」である。

凹面鏡２０により反射された投射光束は、凹面鏡２０の正のパワーにより集束されつつ反射鏡３０の反射面に入射する。

そして、図の上方へ反射されて図示されない被投射面であるスクリーンへ向かい、投射用画像を投射画像として拡大表示する。

即ち、投射用光である投射光束は、レンズ系１０、凹面鏡２０、反射鏡３０により、この順序で順次にスクリーン側へ導光される。

説明中の実施の形態にいて、反射鏡３０は「平面鏡」であって、反射面の形状は「実質的な平面」である。

従って、スクリーン上に投射される投射画像は「レンズ系１０と凹面鏡２０とによる結像作用」によって結像する。

図の如く、レンズ系１０の最も拡大側（図の右方）の投射光束の射出面から、凹面鏡２０までの光軸ＡＸ上の距離をＬ１とする。

また、凹面鏡２０の「光軸ＡＸに直交する方向のサイズ」を図の如くＬ２とする。また、反射鏡３０の光軸ＡＸ方向の長さをＬ３とする。

これら長さの次元を持つ３つの量：Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３について考察する。

図１に示された投射光学系の、図の上下方向（光軸ＡＸに直交する方向）におけるサイズを決定するものは凹面鏡２０のサイズ：Ｌ２である。

また、投射光学系の光軸ＡＸ方向のサイズを決定するものは、上記距離：Ｌ１である。

これら両方向のサイズを小さくして投射光学系をコンパクトにすることを考えると、距離：Ｌ１、サイズ：Ｌ２を共に小さくすることが考えられる。

先ず、距離：Ｌ１を小さくすることを考えると、この場合、凹面鏡２０がレンズ系１０に近づくことになる。

この状況で、レンズ系１０から射出する投射光束の発散角：θを変えないとすれば、凹面鏡２０に該投射光束が入射する部分も小さくなる。

従って、凹面鏡２０の鏡面面積のサイズ：Ｌ２も小さくすることができ、投射光学系はコンパクトになる。

しかし、その場合、投射光学系に要求される「広角性」を確保しようとすれば、凹面鏡２０に課せられる「投射光学系の広角性を確保する光学機能」が厳しいものになる。

このため、凹面鏡２０の鏡面形状が複雑になり、この複雑な鏡面形状を小さい鏡面面積で実現するのは極めて困難となりやすい。

これを避ける方策としては、凹面鏡２０のサイズ：Ｌ２は小さくせず、レンズ系１０から射出する投射光束の発散角：θを大きくすることが考えられる。

しかし、このようにすると、レンズ系１０に「広角化の機能」を付与する必要があり、レンズ系１０の拡大側のレンズのレンズ径が大きくなり易い。

距離：Ｌ１を「ある程度大きく設定」することにより、発散角：θの増大を押さえ、凹面鏡２０に課される光学機能の複雑化も抑えることができる。

また、距離：Ｌ１が「ある程度大きい」ことにより、反射鏡３０の配置も容易になる。

発散角：θの増大が抑制されることにより、レンズ系１０の設計条件も緩やかになる。

特許文献１〜４に記載された投射光学系では、曲面ミラーに反射された投射光束がそのままスクリーンに向かっており、曲面ミラーとスクリーンとの距離が大きい。

この発明の投射光学系では、凹面鏡２０に反射された投射光束が反射鏡３０を介して、スクリーンに向かう。

このため、凹面鏡２０とスクリーンとの間の距離を「投射光学系の内部で稼ぐ」ことができ、投射光学系の「スクリーンからの設置距離」を小さくすることが可能である。

図１の例においては、反射鏡３０は前述の如く平面鏡であるが、これに限らず、反射鏡３０の鏡面形状を「略平面状の曲面」としても良い。

このようにすると、反射鏡３０にも、弱いながらパワーが生じるが、この弱いパワーを投射光学系全体の結像機能に対して補助的もしくは補正的に利用することができる。

即ち、反射鏡３０に弱いパワーを付与して、結像倍率の調整や、各種収差の補正に供することができる。必要とあれば、反射鏡３０の面形状を非球面や自由曲面としてもよい。

反射鏡３０は、図の例では、反射面を「レンズ系１０の光軸ＡＸと平行」にして配置されている。

反射鏡３０の配置は、このような配置態位に限定されるものではないが「レンズ系１０の光軸ＡＸと略平行もしくは平行に近い状態」は、位置調整も容易で好ましい。

また、図の例では、スクリーンとレンズ系１０の光軸ＡＸが互いに平行となる場合を想定しているが、これに限定されるものではない。

レンズ系１０と凹面鏡２０と反射鏡３０との配置を調整することにより、レンズ系１０の光軸ＡＸとスクリーンとの成す角は、適宜に設定できる。

しかし、スクリーンとレンズ系１０の光軸ＡＸが互いに平行となるようにすると、投射光学系をスクリーンに近接させて設置することが出来好ましい。

図示の例では、反射鏡３０は、反射面をレンズ系１０の光軸ＡＸに合致させて配置されている。反射鏡３０の配置は勿論、これに限らない。

反射鏡３０は、反射面を光軸ＡＸに平行とする場合、図の位置より下方もしくは上方へシフトさせた位置に配置することができる。

反射鏡３０を、図１の位置よりも上方へシフトさせる場合は、反射鏡３０により光束ＦＬ２が「ケラれない」ようにしなければ成らない。

反射鏡３０は、凹面鏡２０により反射された光束ＦＬ１、ＦＬ２が交差する位置に配置するとき、その長さ：Ｌ３を最も小さくできる。

反射鏡３０を、図１の位置より下方へシフトさせ、長さ：Ｌ３を小さくできるが、シフト量が大きくなると、投射光学系のサイズが図の上下方向において増大する虞がある。

従って、反射鏡３０の配置位置は、長さ：Ｌ３の短縮と、投射光学系全体のサイズ増大とをバランスさせて設定するのがよい。

図に示した、レンズ系１０の光軸ＡＸに反射面を一致させる配置態位は、組み付け位置の精度を出しやすい点で好適である。

レンズ系１０から射出する投射光束の発散角：θの増大を抑制するのに、図１の実施の形態では以下のようにしている。

即ち、レンズ系１０の最も拡大側のレンズを「凹面を拡大側に向けた正メニスカスレンズ」とし、レンズ系１０から射出する投射光束の発散性を抑制している。

凹面を拡大側に向けた正メニスカスレンズは、両面とも、透過する光線を光軸ＡＸ側へ屈折させる機能をもち、この機能により発散角：θの増大が抑制される。

「実施例」
以下、図１に即して説明した投射光学系の具体的な実施例を２例挙げる。

レンズ系１０は何れも複数のレンズで構成される。

即ち、具体的には、図示のように、レンズ系１０は、１２枚のレンズにより構成されている。
これらの１２枚のレンズを縮小側から数えて、第１レンズ、第２レンズ、・・第１２レンズとする。

第２レンズ（両凸レンズ）と第３レンズ（両凹レンズ）は互いに接合され、第４レンズと第５レンズも互いに接合されている。

また、第５レンズと第６レンズとの間に開口絞りが配置されている。

以下、縮小側から数えて第ｉ番目の面（開口絞りの面および凹面鏡２０の面を含む）の曲率半径をＲｉ、第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔をＤｉとする。
また、縮小側から数えて第ｊ番目（ｊ＝１〜１２）のレンズの材質の屈折率およびアッベ数を、それぞれＮｊ、νｊとする。

なお、レンズ系１０を構成する１２枚のレンズには非球面レンズが含まれ、凹面鏡２０の鏡面形状は「自由曲面」であるが、簡単のため以下では「近軸曲率半径」のみを示す。

また、投射光学系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、半画角をω（度）、ＦナンバをＦで示す。

「実施例１」
実施例１の投射光学系の構成を図２に示す。各部の符号の意味は、図１に示したものと同じである。

ｆ＝１７．２８ 、Ｆ＝２．２７ 、ω＝６７．８
実施例１のデータを以下に示す。

ｉ ｊ Ｒｉ Ｄｉ Ｎｊ νｊ
１＊ １ １９３．５９ ４．８７ １．７３９ ４９．０
２＊ −２４．９２ ０．２
３ ２ １７．０９ ６．９１ １．４９７ ８１．５
４ ３ −２４．８７ ０．９７ １．９０４ ３１．３
５ ２４．７６ ０．３
６ ４ １２．５１ ５．７９ １．４９７ ８１．５
７ −３３．６４ ０．２
８ ５ −８０．２５ ５．４７ １．８４７ ２３．８
９ ６ −１３．２３ ２．９７ １．８８１ ４０．１
１０ ３９．９２ ２．４２
１１ ∞ １．８９
１２＊ ７ −６６．８７ ３．２６ １．７３９ ４９．０
１３＊ −２２．１７ ３．９９
１４ ８ ５７．９ ０．８０ １．６８９ ３１．１
１５ ２２．８５ ０．３４
１６ ９ ２６．９２ ４．０７ １．５８３ ４６．４
１７ −１７．８１ ２．３７
１８＊ １０ ３４．９８ ２．４１ １．５３０ ５５．９
１９＊ ２６．０５ １．７０
２０＊ １１ −３３．９３ ２．２０ １．５３０ ５５．７
２１＊ １２．９３ １．５４
２２ １２ ２６．７４ ３．０３ １．４８７ ７０．２
２３ ２７９．９４ ７０．３９
２４† ７２．１５ −５７７．１７
２５ ∞
「非球面データ」
上記のデータにおいて「＊印」を付した面は、非球面形状である。

非球面形状は、周知の次式でするものとする。

Ｚ＝（Ｈ^２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２｝］
＋Σ（Ａ_２ｍＨ^２ｍ）（ｍ＝２〜９） 。

この式において、Ｚは非球面の面形状である。

Ｈは光軸からの距離、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ_２ｍは、２ｍ次の非球面係数であり、和は「ｍについて１〜９まで」取る。

従って、非球面形状は上記Ｋ、Ａ、Ｒ（第ｉ番目のレンズ面の近軸曲率半径）を与えて特定する。

上記近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：ｋ、非球面係数：Ａ_２ｍの表記において、レンズ面の番号（「＊印」を付した面の番号）をｉとしてＲｉ、ｋｉ、Ａｉを用いる。

非球面のデータを以下に示す。

「第１面」
ｋ１＝０
Ａ１_４＝１．０２１３１３×１０^−５
Ａ１_６＝−１．７７７０４０×１０^−７
Ａ１_８＝１．３４６９７８×１０^−１０
Ａ１_１０＝−７．９７０６８５×１０^−１２
Ａ１_１２＝−１．８８３９６８×１０^−１５
Ａ１_１４＝２．５６６８３３×１０^−１６
Ａ１_１６＝−５．３７６４２８×１０^−１９
Ａ１_１８＝０ 。

「第２面」
ｋ２＝０
Ａ２_４＝１．３３２９５６×１０^−５
Ａ２_６＝−７．３４５７９８×１０^−８
Ａ２_８＝−７．０５４１１６×１０^−１０
Ａ２_１０＝−１．２２８１８４×１０^−１２
Ａ２_１２＝−４．０７５５１３×１０^−１６
Ａ２_１４＝８．５７０５７３×１０^−１７
Ａ２_１６＝−２．２８８６６６×１０^−１９
Ａ２_１８＝０ 。

「第１２面」
ｋ１２＝０
Ａ１２_４＝−３．５４４９４１×１０^−４
Ａ１２_６＝−７．７７７４８１×１０^−６
Ａ１２_８＝４．７７７１１４×１０^−８
Ａ１２_１０＝−４．０３７１７９×１０^−８
Ａ１２_１２＝１．３９５５３３×１０^−９
Ａ１２_１４＝−２．０５８１２０×１０^−１１
Ａ１２_１６＝０
Ａ１２_１８＝０ 。

「第１３面」
ｋ１３＝０
Ａ１３_４＝−２．３０９１３７×１０^−４
Ａ１３_６＝−４．３１２５５６×１０^−６
Ａ１３_８＝１．６６５０１８×１０^−７
Ａ１３_１０＝−８．７７８１１０×１０^−９
Ａ１３_１２＝１．９７１５６９×１０^−１０
Ａ１３_１４＝−１．９２２２５８×１０^−１２
Ａ１３_１６＝０ 。

Ａ１３_１８＝０
「第１８面」
ｋ１８＝０
Ａ１８_４＝−６．２４２１２４×１０^−４
Ａ１８_６＝−１．８０４８８３×１０^−６
Ａ１８_８＝２．４７８６７９×１０^−８
Ａ１８_１０＝８．２３１６２８×１０^−１０
Ａ１８_１２＝−４．４１４１０６×１０^−１１
Ａ１８_１４＝９．１５７３１６×１０^−１３
Ａ１８_１６＝−７．４７３１８７×１０^−１５
Ａ１８_１８＝１．９６５６６４×１０^−１７ 。

「第１９面」
ｋ１９＝０
Ａ１９_４＝−６．９６７４５２×１０^−４
Ａ１９_６＝２．０３７９１４×１０^−６
Ａ１９_８＝−１．９７２４２４×１０^−８
Ａ１９_１０＝７．７５４８８６×１０^−１０
Ａ１９_１２＝−３．８７６０２０×１０^−１２
Ａ１９_１４＝−１．６５９２３１×１０^−１３
Ａ１９_１６＝３．４３７７８７×１０^−１５
Ａ１９_１８＝−１．８９２７５６×１０^−１７ 。

「第２０面」
ｋ２０＝０
Ａ２０_４＝１．４０５５３２×１０^−４、
Ａ２０_６＝−１．９７０５０３×１０^−６
Ａ２０_８＝５．２４３８４６×１０^−９
Ａ２０_１０＝１．２８８４２８×１０^−１０
Ａ２０_１２＝１．６５３５３４×１０^−１２
Ａ２０_１４＝−２．７０１８７２×１０^−１４
Ａ２０_１６＝１．１６６８３０×１０^−１６
Ａ２０_１８＝−４．４２７９９２×１０^−１９ 。

「第２１面」
ｋ２１＝０
Ａ２１_４＝−６．２０８１９２×１０^−５
Ａ２１_６＝−１．２２２９８６×１０^−６
Ａ２１_８＝６．１２５８４５×１０^−９
Ａ２１_１０＝６．１３２９１３×１０^−１２
Ａ２１_１２＝−３．７４０１８３×１０^−１３
Ａ２１_１４＝２．４１４９１０×１０^−１５
Ａ２１_１６＝４．３６１７１０×１０^−１８
Ａ２１_１８＝−９．１００１８０×１０^−２０ 。

「自由曲面形状のデータ」
「†印」を付した面は、自由曲面であり、以下の式で形状を表現する。

Ｚ＝｛（ｘ^２＋ｙ^２）／Ｒ｝／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｘ^２＋ｙ^２）／Ｒ^２｝］
＋Σ（Ａ_ｍ，ｎ・ｘ^ｍ・ｙ^ｎ） （ｍ＝１〜１０、ｎ＝１〜１０）
Ｚは自由曲面の形状、ｘ、ｙは原点からの座標、Ｒは原点近傍の曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ_ｍ，ｎは（ｘ^ｍ・ｙ^ｎ）の係数である。

従って、これらＲ、ｋ、Ａ_ｍ，ｎを与えて形状を特定する。

実施例１においては第２４面（ｉ＝２４）が自由曲面形状であるので、ｋ、Ａ_ｍ，ｎを、ｋ２４、Ａ２４_ｍ，ｎと表記する。

自由面形状のデータを以下に示す。

ｋ２４＝０
Ａ２４_１，０＝０
Ａ２４_０，１＝０
Ａ２４_２，０＝−１.８７７７９１×１０^−２
Ａ２４_１，１＝０
Ａ２４_０，２＝−１．５８０５０２×１０^−２
Ａ２４_３，０＝０
Ａ２４_２，１＝１．２７７２５５×１０^−４
Ａ２４_１，２＝０
Ａ２４_０，３＝７．６５３７２２×１０^−５
Ａ２４_４，０＝−５．１３９７６６×１０^−７
Ａ２４_３，１＝０
Ａ２４_２，２＝−３．９２２１８１×１０^−６
Ａ２４_１，３＝０
Ａ２４_０，４＝−２．２７９２８６×１０^−６
Ａ２４_５，０＝０
Ａ２４_４，１＝−１．７７５９２５×１０^−８
Ａ２４_３，２＝０
Ａ２４_２，３＝３．２５８３４５×１０^−８
Ａ２４_１，４＝０
Ａ２４_０，５＝４．０１９２９１×１０^−８
Ａ２４_６，０＝−５．５９４６８４×１０^−１０
Ａ２４_５，１＝０
Ａ２４_４，２＝９．０７４９９６×１０^−１０
Ａ２４_３，３＝０
Ａ２４_２，４＝３．２３１７２９×１０^−９
Ａ２４_１，５＝０
Ａ２４_０，６＝−５．６１８９６５×１０^−１０
Ａ２４_７，０＝０
Ａ２４_６，１＝１．６２６３９１×１０^−１１
Ａ２４_５，２＝０
Ａ２４_４，３＝−２．５８６６４０×１０^−１１
Ａ２４_３，４＝０
Ａ２４_２，５＝−１．６９７４２８×１０^−１０
Ａ２４_１，６＝０
Ａ２４_０，７＝−１．５２０８９７×１０^−１１
Ａ２４_８，０＝４．５３８１３８×１０^−１３
Ａ２４_７，１＝０
Ａ２４_６，２＝−７．８４９５７６×１０^−１３
Ａ２４_５，３＝０
Ａ２４_４，４＝−２．５１８４４７×１０^−１２
Ａ２４_３，５＝０
Ａ２４_２，６＝−６．３１３７６１×１０^−１２
Ａ２４_１，７＝０
Ａ２４_０，８＝５．２４９７５４×１０^−１２
Ａ２４_９，０＝０
Ａ２４_８，１＝−３．９１３０４７×１０^−１５
Ａ２４_７，２＝０
Ａ２４_６，３＝２．０９９５２７×１０^−１４
Ａ２４_５，４＝０
Ａ２４_４，５＝２．１７７８１７×１０^−１３
Ａ２４_３，６＝０
Ａ２４_２，７＝５．７６８２０４×１０^−１３
Ａ２４_１，８＝０
Ａ２４_０，９＝−３．３５４０１４×１０^−１３
Ａ２４_１０，０＝−２．３６１８５４×１０^−１６
Ａ２４_９，１＝０
Ａ２４_８，２＝１．５２３４４３×１０^−１６
Ａ２４_７，３＝０
Ａ２４_６，４＝−２．６６６２１４３８０８７９７２×１０^−１６
Ａ２４_５，５＝０
Ａ２４_４，６＝−４．６７４０８６×１０^−１５
Ａ２４_３，７＝０
Ａ２４_２，８＝−９．９７９３０７×１０^−１５
Ａ２４_１，９＝０
Ａ２４_０，１０＝６．２３８１０７×１０^−１５ 。

実施例１の投射光学系のスポットダイアグラムを図３に示す。この図は、スクリーン上に表示される拡大画像の中央部から片側の部分のスポットダイアグラムを示している。

図の上下は、拡大画像の上下に対応し、右側の端部のスポット列が左右方向の中央部のスポット列である。

「実施例２」
実施例２の投射光学系の構成を図４に示す。各部の符号の意味は、図１に示したものと同じである。

ｆ＝１７．６１ 、Ｆ＝２．２７ 、ω＝６９．５
実施例２のデータを以下に示す。

ｉ ｊ Ｒｉ Ｄｉ Ｎｊ νｊ
１＊ １ ３４．９０ ４．９３ １．６７０ ５５．４
２＊ −３８．２９ ０．２
３ ２ １５．６０ ４．９３ １．４９７ ８１．５
４ ３ ２７２．６０ １．０３ １．９０４ ３１．３
５ ４ １３．０３ ５．７１ １．４９７ ８１．５
６ −３２．６５ １．０７
７ ５ ２９．６２ ４．０２ １．８０５ ２５．４
８ ６ −１４．５５ ２．７１ １．８３４ ３７．２
９ １１．３１ ４．２７
１０ ∞ ０．７２
１１＊ ７ ５１．３１ ２．６４ １．５４２ ６２．９
１２＊ −１７．７１ ４．２５
１３ ８ ３１．９７ ０．７５ １．８４７ ２３．８
１４ １６．１２ ０．７３
１５ ９ ２７．４３ ３．２７ １．５９６ ３９．２
１６ −２１．９７ ５．６７
１７＊ １０ ５３．０１ ２．２０ １．５３０ ５５．９
１８＊ １９．２４ ５．０６
１９＊ １１ ４６．９５ ２．２ １．５３０ ５５．９
２０＊ １４．６６ ２．３
２１ １２ ４２．７４ ２．１３ １．７４０ ２８．３
２２ １５９．３３ ６７．２６
２３† １４９．２３ ５２９．９５
２４ ∞ 。

「非球面データ」
非球面のデータを以下に示す。

「第１面」
ｋ１＝−１０．３９４０５６
Ａ１_４＝７．５９８１６４×１０^−６
Ａ１_６＝−１．１０８１６５×１０^−７
Ａ１_８＝１．２９００６３×１０^−１０
Ａ１_１０＝−７．３４８５９１×１０^−１３
Ａ１_１２＝７．１７３９３７×１０^−１５
Ａ１_１４＝１．１６１７５５×１０^−１６
Ａ１_１６＝−２．１１７５３７×１０^−１９
Ａ１_１８＝０ 。

「第２面」
ｋ２＝０．６７０１５８
Ａ２_４＝８．９３７１６１×１０^−６
Ａ２_６＝−１．０９３３０６×１０^−８
Ａ２_８＝−４．０１０２５６×１０^−１０
Ａ２_１０＝５．６３７３２４×１０^−１３
Ａ２_１２＝２．９５７１２８×１０^−１４
Ａ２_１４＝−１．４６１４６９×１０^−１６
Ａ２_１６＝５．８２１８２９×１０^−１９
Ａ２_１８＝０ 。

「第１１面」
ｋ１１＝−２１．９６０７３６
Ａ１１_４＝−１．１１７７６３×１０^−４
Ａ１１_６＝−５．１７３８３８×１０^−６
Ａ１１_８＝３．９８９８２７×１０^−７
Ａ１１_１０＝−３．８０４５１０×１０^−８
Ａ１１_１２＝１．４３１４０１×１０^−９
Ａ１１_１４＝−２．２７１０１３×１０^−１１
Ａ１１_１６＝０
Ａ１１_１８＝０ 。

「第１２面」
ｋ１２＝１．９２３８４１
Ａ１２_４＝−９．３４４７１８×１０^−５
Ａ１２_６＝−７．４９６３６０×１０^−６
Ａ１２_８＝５．７１４６０４×１０^−７
Ａ１２_１０＝−３．７５７８７７×１０^−８
Ａ１２_１２＝１．０９９７６１×１０^−９
Ａ１２_１４＝−１．３９２１８１×１０^−１１
Ａ１２_１６＝０
Ａ１２_１８＝０ 。

「第１７面」
ｋ１７＝６．４４０７２８
Ａ１７_４＝−５．５１１６６８９１３９２５９×１０^−４
Ａ１７_６＝５．００８８０６×１０^−６
Ａ１７_８＝−７．８７９３３４０８６０８６５６×１０^−８
Ａ１７_１０＝２．０６９２７１×１０^−９
Ａ１７_１２＝−４．８１７８４５×１０^−１１
Ａ１７_１４＝６．９５２９６７×１０^−１３
Ａ１７_１６＝−５．６８５０５７×１０^−１５
Ａ１７_１８＝１．９９６５６３×１０^−１７ 。

「第１８面」
ｋ１８＝−０．０９１８８５
Ａ１８_４＝−６．４９３１９１６４４１６２４７×１０^−４
Ａ１８_６＝５．８１５７３７×１０^−６
Ａ１８_８＝−６．４２１６２８×１０^−８
Ａ１８_１０＝３．６７４３４５×１０^−１０
Ａ１８_１２＝３．７３４８７３×１０^−１２
Ａ１８_１４＝−１．１３９６１０×１０^−１３
Ａ１８_１６＝９．８１９５８０×１０^−１６
Ａ１８_１８＝−３．０２２１４２１１６３１９８２×１０^−１８ 。

「第１９面」
ｋ１９＝１１．５０３８０６
Ａ１９_４＝１．１２９６２９×１０^−５
Ａ１９_６＝−１．６０９６６９×１０^−６
Ａ１９_８＝１．５３７３８０×１０^−８
Ａ１９_１０＝−５．６５２２５２×１０^−１１
Ａ１９_１２＝−３．９５１３７１×１０^−１３
Ａ１９_１４＝１．５６５３４８×１０^−１５
Ａ１９_１６＝２．９２２００１×１０^−１７
Ａ１９_１８＝−１．６８４３９５×１０^−１９ 。

「第２０面」
ｋ２０＝０．３１６７２４
Ａ２０_４＝−７．５９９６３４×１０^−５
Ａ２０_６＝−７．８９５３１２×１０^−７
Ａ２０_８＝５．８６２４６８×１０^−９
Ａ２０_１０＝−１．４７５９９９×１０^−１２
Ａ２０_１２＝−３．０１９７０１×１０^−１３
Ａ２０_１４＝−１．８２０２６３×１０^−１５
Ａ２０_１６＝３．９１２６６６×１０^−１７
Ａ２０_１８＝−１．４９８６００×１０^−１９ 。

「自由曲面形状のデータ」
実施例２では、第２３面（ｉ＝２３）が自由曲面であるので、ｋ、Ａ_ｍ，ｎを、ｋ２３、Ａ２３_ｍ，ｎと表記する。

自由面形状のデータを以下に示す。

ｋ２３＝０、
Ａ２３_１，０＝０
Ａ２３_０，１＝０
Ａ２３_２，０＝−１．５４６４４５×１０^−２
Ａ２３_１，１＝０
Ａ２３_０，２＝−１．１８７７８９×１０^−２
Ａ２３_３，０＝０
Ａ２３_２，１＝１．４８６０１３×１０^−４
Ａ２３_１，２＝０
Ａ２３_０，３＝８．２２９９４５×１０^−５
Ａ２３_４，０＝−１．０３９５９４×１０^−７
Ａ２３_３，１＝０
Ａ２３_２，２＝−３．５３１０２９×１０^−６
Ａ２３_１，３＝０
Ａ２３_０，４＝−１．８４５３１０×１０^−６
Ａ２３_５，０＝０
Ａ２３_４，１＝−２．７６８６９３×１０^−８
Ａ２３_３，２＝０
Ａ２３_２，３＝３．０２４８６６×１０^−８
Ａ２３_１，４＝０
Ａ２３_０，５＝１．９７０５９２×１０^−８
Ａ２３_６，０＝−５．５９８６７５×１０^−１０
Ａ２３_５，１＝０
Ａ２３_４，２＝５．６９６４８９×１０^−１０
Ａ２３_３，３＝０
Ａ２３_２，４＝１．０４８６４１×１０^−９
Ａ２３_１，５＝０
Ａ２３_０，６＝−４．３８９０２１×１０^−１０
Ａ２３_７，０＝０
Ａ２３_６，１＝２．３４８９４２×１０^−１１
Ａ２３_５，２＝０
Ａ２３_４，３＝１．６４５４３１×１０^−１１
Ａ２３_３，４＝０
Ａ２３_２，５＝−３．４１５４６８×１０^−１１
Ａ２３_１，６＝０
Ａ２３_０，７＝３．９３６６８１×１０^−１１
Ａ２３_８，０＝３．９７０４７２×１０^−１３
Ａ２３_７，１＝０
Ａ２３_６，２＝２．１８３９７７７８７１０６４６×１０^−１４
Ａ２３_５，３＝０
Ａ２３_４，４＝−１．３１２９９８×１０^−１２
Ａ２３_３，５＝０
Ａ２３_２，６＝−２．１５９９４８×１０^−１２
Ａ２３_１，７＝０
Ａ２３_０，８＝５．５５８０４５×１０^−１３
Ａ２３_９，０＝０
Ａ２３_８，１＝−６．３０９２７８×１０^−１５
Ａ２３_７，２＝０
Ａ２３_６，３＝−８．９６５２３８×１０^−１５
Ａ２３_５，４＝０
Ａ２３_４，５＝４．７１３４８９×１０^−１５
Ａ２３_３，６＝０
Ａ２３_２，７＝１．６０９６４６×１０^−１３
Ａ２３_１，８＝０
Ａ２３_０，９＝−１．２３１８８９×１０^−１３
Ａ２３_１０，０＝−１．４８８５３２×１０^−１６
Ａ２３_９，１＝０
Ａ２３_８，２＝−３．３５７２１９×１０^−１６
Ａ２３_７，３＝０
Ａ２３_６，４＝３．３６４２５５×１０^−１６
Ａ２３_５，５＝０
Ａ２３_４，６＝６．５５４６０１×１０^−１６
Ａ２３_３，７＝０
Ａ２３_２，８＝−３．０５１０７２×１０^−１５
Ａ２３_１，９＝０
Ａ２３_０，１０＝２．６６２８０６×１０^−１５ 。

実施例２の投射光学系のスポットダイアグラムを図５に示す。この図は、スクリーン上に表示される拡大画像の中央部から片側の部分のスポットダイアグラムを示している。

図の上下は、拡大画像の上下に対応し、右側の端部のスポット列が左右方向の中央部のスポット列である。

図１に示した距離：Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および投射光束の発散角：θの値は、実施例１、２に対して以下の通りである。

実施例１ Ｌ１＝７５ｍｍ、Ｌ２＝４０ｍｍ、Ｌ３＝２１ｍｍ、θ＝２１．３度
実施例２ Ｌ１＝７３ｍｍ、Ｌ２＝４１ｍｍ、Ｌ３＝２５ｍｍ、θ＝２３．３度
また、レンズ系における第１２レンズのレンズ径は、実施例１において２３ｍｍ、実施例２において２５ｍｍである。

実施例１、２とも、反射鏡３０は「平面鏡」である。

反射鏡３０は、前記自由曲面形状を持つ凹面鏡（実施例１でｉ＝２４の面、実施例２においてｉ＝２３の面）とスクリーンとの間の光路上に配置されている。

反射鏡３０は、反射面をレンズ系の光軸に合致させて、スクリーンに対向するように配置されている。

このようにして、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、θの関係がよくバランスし「レンズ系の大径化と凹面鏡の鏡面の大面積化が有効に抑制された投射光学系」を実現できた。

レンズ系における拡大側から３番目のレンズである第１０レンズと、拡大側から第２番目のレンズである第１１レンズは「共軸の非球面」を有するレンズである。

第１１レンズは拡大側が凹面である。
第１０レンズの縮小側の面は「光軸近傍が凸面で、周辺部は凹面」となっている。

また、最も拡大側に配される第１２レンズは「凹面を拡大側に向けた正メニスカスレンズ」である。

第１０レンズ〜第１２レンズの形状を上記の如くすることにより、第１０レンズ、第１１レンズで投射光束の発散性を高めつつ、第１２レンズで発散角：θを抑制している。

また、第１０、第１１レンズの上記形状は「ディストーションを良好にする」ことに寄与している。

レンズ系に含まれる非球面レンズ、凹面鏡の自由曲面形状は、上記データに示すように最適化されている。

そして、図３、図５に示すスポットダイアグラムに示すように、実施例１、２とも良好な性能を実現している。

１０ レンズ系
２０ 凹面鏡
３０ 反射鏡

特開２００９−１３４２５４号公報 特開２０１０−１８１６７２号公報 特開２０１１− ３３７３７号公報 特開２００４−２５８６２０号公報

Claims (6)

1. 画像表示素子の画像表示面に表示された投射用画像を、斜光線により被投射面に投射して拡大表示させる画像表示装置に用いられる投射光学系であって、
   レンズ系と、凹面鏡と、略平面状の反射面を持つ反射鏡とを有し、
   画像表示面からの投射用光を順次、前記レンズ系、前記凹面鏡、前記反射鏡の順序で被投射面へ導光し、主として前記レンズ系と前記凹面鏡の結像作用により、被投射面上に結像させることを特徴とする投射光学系。
2. 請求項１記載の投射光学系において、
   略平面状の反射面を持つ反射鏡の反射面が平面であることを特徴とする投射光学系。
3. 請求項１または２記載の投射光学系において、
   反射鏡が、反射面を、レンズ系の光軸と平行もしくは平行に近い状態として配置されていることを特徴とする投射光学系。
4. 請求項１または２または３記載の投射光学系において、
   被投射面が、レンズ系の光軸と略平行となるように、前記レンズ系、凹面鏡、反射鏡の配置が定められていることを特徴とする投射光学系。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の投射光学系において、
   レンズ系を構成する複数のレンズのうち、最も拡大側のレンズが、凹面を拡大側に向けた正メニスカスレンズであり、前記レンズ系から射出する投射光束の発散性を抑制することを特徴とする投射光学系。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の投射光学系において、
   レンズ系を構成する複数のレンズのうち、拡大側から２番目と３番目のレンズが、共軸の非球面を有するレンズであり、２番目のレンズの拡大側の面は凹面で、かつ、３番目のレンズの縮小側の面は、光軸近傍が凸面で周辺部が凹面であることを特徴とする投射光学系。

Images