JP2016009037A - 投射装置および投射システム - Google Patents

Abstract

【課題】 投射距離が非常に短く、高輝度化が可能であり、小型、高性能な投射装置を提供する。
【解決手段】 屈折光学系１１は、画像形成部ＬＶから順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズＧ４を、配置している。
この投射装置は、屈折光学系１１と、折り返しミラー１２、自由曲面ミラー１３とを有する。屈折光学系１１において、
４０−６０度の範囲のＤ線における相対屈折率の温度係数をｄｎＴとし、アッベ数をνｄとする。
正レンズと負レンズを少なくとも１枚ずつ含み、前記正レンズ、前記負レンズが、
下記の条件式（１）、（２）：
−６＜ｄｎＴ （１）
７０＜νｄ （２）
を満足するものとしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像表示素子に表示される画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射するための投射装置およびその投射装置と前記スクリーンを含む投射システムに関するものである。

投射装置は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅの略称）や液晶表示パネル等のライトバルブと称される画像表示素子の表示画面を照明し、画像表示素子の表示画像の拡大像を投射光学系によって、被投射面を形成するスクリーンに投影するように構成されている。
特に最近では、投射距離を短く、大画面を表示できる超短投射距離のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。小型で超短投射距離を実現する手段として、屈折光学系と曲面ミラーを組み合わせたものが、例えば、特許文献１（特開２００７−０７９５２４号公報）、特許文献２（特開２００９−２５１４５８号公報）、特許文献３（特開２０１１−２４２６０６号公報）、特許文献４（特開２００９−２１６８８３号公報）等で提案されている。
近年、超短投射プロジェクタにおいても、高輝度化の要望は強くなってきていることから、同時にランプや電源からの熱、光線を吸収することによって発生する熱により、温度特性を十分考慮した光学系が求められる。

特に、超短投射距離のプロジェクタにおいては、投射角度が大きいため、周辺部、特に屈折光学系が共有する軸である光軸から最も離れた点での焦点深度が数センチ程度しかなく、従来のフロントプロジェクタに比べて非常に狭くなっている。このことから、従来のプロジェクタでは大きな問題にならなかった前記温度上昇による像面湾曲の発生で、画面周辺部の焦点位置が大きくズレてしまい、解像劣化が著しくなるという大きな問題が顕在してきた。
しかしながら、特許文献１から４においては、温度上昇による像面湾曲の補正については、何ら記載されておらず、昨今のプロジェクタの仕様を考えた場合不十分である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、投射距離が短く、高輝度化が可能であり、小型、高性能な投射装置を提供することを目的としている。

本発明は、上述した目的を達成するために、画像表示素子に表示される画像をスクリーンに拡大投影するための投射装置であって、屈折光学系と、少なくとも１つの反射光学素子を有する反射光学系とを有し、前記屈折光学系において、
４０−６０度の範囲のＤ線における相対屈折率の温度係数をｄｎＴとし、アッベ数をνｄとして、
正レンズＰ１と負レンズＮ１を少なくとも１枚ずつ含み、前記正レンズＰ１、前記負レンズＮ１が、
下記の条件式（１）、（２）：
−６＜ｄｎＴ （１）
７０＜νｄ （２）
を満足することを特徴としている。

本発明によれば、画像表示素子に表示される画像をスクリーンに拡大投影するための投射装置であって、屈折光学系と、少なくとも１つの反射光学素子を有する反射光学系とを有し、
前記屈折光学系において、
４０−６０度の範囲のＤ線における相対屈折率の温度係数をｄｎＴとし、アッベ数をνｄとして、
正レンズＰ１と負レンズＮ１を、少なくとも１枚ずつ含み、前記正レンズＰ１、前記負レンズＮ１が、
下記の条件式（１）、（２）：
−６＜ｄｎＴ （１）
７０＜νｄ （２）
を満足することにより、小型で高性能且つ温度特性に優れた超短投射距離の投射装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態であって且つ実施例１に係る投射装置の構成を光路と共に示す断面図である。 画像が形成される画像形成部の中心と光軸との配置関係を示す説明図であり、画像形成部は、光軸に対しＹ方向に所定量シフトしている。 本発明の第１の実施の形態であって且つ実施例１に係る投射装置に用いている投射光学系の投射サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す断面図であり、このうち（ａ）は、投射サイズが遠距離側（８０ｉｎｃｈ）の場合であり、（ｂ）は、投射サイズが近距離側（４８ｉｎｃｈ）の場合を示す。 本発明の実施例１に係る投射光学系のうち、屈折光学系のレンズ光軸を原点として、画像表示素子上に仮想表示される画像表示領域の画角番号（評価点）を表す説明図である。 図４に示す各評価点から発した光のスクリーン（８０インチの場合）上におけるスポットダイアグラムを示す図である。 図４に示す各評価点から発した光のスクリーン（６０インチの場合）上におけるスポットダイアグラムを示す図である。 図４に示す各評価点から発した光のスクリーン（４８インチの場合）上におけるスポットダイアグラムを示す図である。 本発明の第２の実施の形態であって且つ実施例２に係る投射装置の構成を光路と共に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態であって且つ実施例２に係る投射装置に用いている投射光学系の投射サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す断面図であり、このうち、（ａ）は、遠距離（１００インチ）の場合であり、（ｂ）は、投射サイズが近距離（６０インチ）の場合を示す。 実施例２に係る投射装置において、図４に示した各評価点（各画角）に対応する１００インチのスクリーン上におけるスポットダイアグラムを示す図である。 実施例２に係る投射装置において、図４に示した各評価点（各画角）に対応する８０インチのスクリーン上におけるスポットダイアグラムを示す図である。 実施例２に係る投射装置において、図４に示した各評価点（各画角）に対応する６０インチのスクリーン上におけるスポットダイアグラムを示す図である。

以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る投射装置およびその投射装置を含む投射システムを詳細に説明する。
具体的な実施例について、説明する前に本発明の概念的あるいは、原理的な実施の形態を説明する。
本発明は、画像表示素子に表示される画像をスクリーンに拡大投影するための投射装置であって、屈折光学系と、少なくとも１つの反射光学素子を有する反射光学系とを有し、前記屈折光学系において、
４０−６０度の範囲のＤ線における相対屈折率の温度係数をｄｎＴとし、アッベ数をνｄとして、
正レンズＰ１と負レンズＮ１を少なくとも１枚ずつ含み、前記正レンズＰ１、前記負レンズＮ１が、
下記の条件式（１）、（２）：
−６＜ｄｎＴ （１）
７０＜νｄ （２）
を満足することを特徴としている（請求項１に対応する）。

前記正レンズＰ１、前記負レンズＮ１の硝材が、上記の条件式（１）を満足することにより、温度上昇による焦点距離の変化を前記２枚のレンズで補正できるだけでなく、特に像面湾曲の変化も高度に調整することができ、超短投射プロジェクタにおいて、温度上昇があっても隅々まで良好な解像度を得られる。条件式（１）を満たすことにより、温度補償を行い得るが、それだけでは、収差補正、特に色の補正に対して不十分であり、条件式（２）を同時に満たすことにより、初めて光学性能と温度特性を両立することが可能となる。更に好ましくは、以下の条件式（１′）、（２′）：
−５＜ｄｎＴ （１′）
７２＜νｄ （２′）
を満たすことが望ましい。
更に望ましくは、前記正レンズＰ１は、開口絞りよりも画像表示素子側、前記負レンズＮ１は開口絞りよりも拡大側に配置されていることが望ましい（請求項２に対応する）。前記のような配置とすることで、収差補正を効果的に行うことができる。ここで「開口絞り」とは、屈折光学系を通る画像表示素子全域からの光線の束(全体光束)の太さが最も細くなるところのことをいう。

更に望ましくは、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、白画像表示時に最も高温となるレンズを含む群に含まれていることが好ましい（請求項３に対応する）。前記レンズを上記レンズ群に配置することにより、温度特性の良好な投射光学系を得ることができる。
更に望ましくは、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、最も画像表示素子側の群、例えば、第１レンズ群に含まれていることが好ましい（請求項４に対応する）。前記レンズを前記レンズ群に配置することにより、温度特性の良好な投射光学系を得ることができる。
更に好ましくは、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、フォーカス時に移動しない群に含まれていることが望ましい（請求項５に対応する）。各画像サイズにおいても良好な温度特性を得ることが可能となるからである。
更に好ましくは、前記屈折光学系には、樹脂レンズを含んでも良く、該樹脂レンズは、白画像表示時に最も温度が低いレンズを含む群に含まれていることが望ましい（請求項６に対応する）。上記の如き配置とすることで、温度変化に伴う像面湾曲を効果的に抑えることが可能となる。

更に望ましくは、前記反射光学素子が、凹面ミラーであり、自由曲面を有することが好ましい（請求項７に対応する）。自由曲面を用いることにより、像面湾曲の補正を効果的に行うことができる。
更に好ましくは、前記凹面ミラーと前記屈折光学系の光軸との交点から前記スクリーンまでの距離／スクリーン横幅の比をＴＲとして、下記条件式（３）：
ＴＲ＜０．３０ （３）
を満たすことが望ましい（請求項８に対応する）。
上記条件式を満たすことにより、投射距離の非常に短い投射装置を得ることができる。更に好ましくは下記条件式（３′）：
ＴＲ＜０．２５ （３′）
を満たすことが望ましい。
更に好ましくは、前記画像表示素子を含む面と前記光軸との交点と、最も前記画像表示素子側のレンズの前記画像表示素子側面頂点との距離をＢＦとし、前記光軸と画像形成部端部との距離の最大値をＹとし、
前記屈折光学系の軸対称の複数レンズが共有している軸を光軸とするときに、下記条件式（４）：
ＢＦ／Ｙ＜４．０ （４）
を満たすことが望ましい（請求項９に対応する）。

上記条件式（４）を満たすことにより、投射光学系をより小型化することができる。また更に好ましくは、以下の条件式（４′）：
ＢＹ／Ｙ＜３．５ （４′）
を満たすことが望ましい。
更に好ましくは、前記投射光学系がノンテレセントリック光学系であることが望ましい（請求項１０に対応する）。ノンテレセントリック光学系とすることで、小型化に有利となる。
本発明の投射光学系は、上記のごとき構成により、投射距離が非常に短く、高輝度化が可能であり、小型、高性能で温度特性が良好な投射装置を提供することが可能となる。
次に、上述した本発明の投射装置の投射光学系の構成を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態であって且つ実施例１に係る投射装置の構成を光路と共に示す断面図である。
図２は、画像が形成される画像形成部の中心と光軸との配置関係を示す説明図であり、画像形成部は、光軸に対しＹ方向に所定量シフトしている。

図３は、本発明の第１の実施の形態であって且つ実施例１に係る投射装置に用いている投射光学系の投射サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す断面図であり、このうち（ａ）は、投射サイズが遠距離側（８０インチ）の場合であり、（ｂ）は、投射サイズが近距離側（４８インチ）の場合を示す。
図１において、符号ＬＶは、画像形成部を示す。画像形成部ＬＶは、具体的には、例えば「ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）」、「透過型液晶パネル」、「反射型液晶パネル」等のライトバルブであり、符号ＬＶで示している部分は「投射すべき画像を形成する部分」である。画像形成部ＬＶが、ＤＭＤ等のように自ら発光する機能を持たない場合には、画像形成部ＬＶに形成された画像情報が照明光学系ＬＳからの照明光により照明される。照明光学系ＬＳとしては、画像形成部ＬＶを効率よく照明する機能を有するものが好ましい。また、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることができる。また照明の光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの白色光源を用いることができる。また単色発光ＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）などの単色光源も用いることができる。照明光学系については、周知技術であるので、具体的な例については、ここでは省略する。

本実施の形態においては、画像形成部ＬＶとしてＤＭＤを想定している。また、本実施の形態では前記自ら「発光する機能を持たない画像形成部」を前提としているが、「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものを利用することもできる。
画像形成部ＬＶの近傍に配設される平行平板Ｆは、画像形成部ＬＶのカバーガラス（シールガラス）を想定している。Ｈは投射装置外装部、Ｓは絞り位置（開口絞り）を示している。また、図１のＳＣは、スクリーンを示している。
図１において、前玉が最も繰り出す４８インチの場合の光路図を示している。図１に示すように、複数の軸対称レンズが共有する軸を軸Ａ、軸Ａに平行な方向をＺ軸方向、画像表示素子の中心から射出され、絞りＳの中心を通る光線を含む面内で、軸Ａに垂直な軸をＹ軸、軸Ａ、Ｙ軸に垂直な軸をＸとする。図１において、時計回りの回転方向を＋α方向とする。
画像情報によりＤＭＤで２次元的に強度変調された光束が物体光としての投射光束となる。画像形成部ＬＶからの投射光束は、屈折光学系１１、折り返しミラー１２，自由曲面凹面ミラー１３を通って結像光束とされる。つまり、ＤＭＤ(画像形成部ＬＶ)上に形成された画像が投射光学系によりスクリーンＳＣに拡大投影され、投射画像となる。ここで、前記画像が形成される面を、画像形成面とする。前記屈折光学系１１の各光学素子は、それぞれ光軸を共有しており、画像形成部ＬＶは、図２に示す通り、該光軸Ａに対してＹ方向にシフトしている。

この第１の実施の形態においては、屈折光学系１１と、折り返しミラー１２、一枚の自由曲面凹面ミラー１３を用いて系を構成している。ミラーを増やしたりしてもよいが、構成が複雑になり、また大型化、コストアップにもつながってしまうため、あまり好ましくない。
高輝度化に伴って、照明光学系ＬＳにおいては、電源、ランプからの熱、光を吸収することで発生した熱が大きくなる。特にノンテレセントリック光学系を用いたプロジェクタにおいては、小型化のためにバックフォーカスを短くすることにより、鏡胴部への光の吸収量が大きく増加するため、最も画像表示側のレンズ群は、温度が上昇しやすく、このレンズ群内で温度補償する必要がある。
そこで、この第１の実施の形態における実施例１においては、最も画像表示素子側の正レンズと、絞りを挟んだ正レンズ、負レンズにそれぞれ条件式（１）（２）を満たす硝材（例えばＯＨＡＲＡ社のＳ−ＦＰＭ３ ｎｄ：１．５３７７５ νｄ：７４．７０３１ ＤｎＴ：−４．４）を用いることで、焦点距離の変動と、メカ保持部の熱による膨張とのバランスをとっている。また、上記に加え、最も画像表示素子側の正レンズを非球面レンズとすることで、像面湾曲の温度変化をより高度に調整することが可能となっている。

また、冷却機構を適切に配置することで、非球面レンズを含むフォーカス時に移動する群に関しては、温度変化を抑えることができ、像面湾曲の温度変化を抑えることができる。
前記屈折光学系１１を通った光は、画像形成部LVに形成された画像情報に共役な中間像を反射ミラーよりも画像形成部LV側に空間像として形成する。中間像は、平面像として結像する必要はなく、この第１の実施の形態においても、他の実施の形態においても曲面像として形成している。中間像を最も拡大側に配置した自由曲面凹面ミラー１３により拡大投影し、スクリーンに映写する。中間像は、像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラーに自由曲面凹面ミラー１３を用いることにより、これを補正することが出来る。そのため、レンズ系への収差補正の負担が減ることにより、設計の自由度が増し、小型化等に有利となる。また、ここで自由曲面とは、任意のＹ方向の位置にてＸ方向の位置に応じたＸ方向の曲率が一定ではなく、任意のＸ方向の位置にてＹ方向の位置に応じたＹ方向の曲率が一定でないアナモフィック面のことを言う。
自由曲面凹面ミラー１３とスクリーンＳＣとの間に防塵ガラス１４を設置することが望ましい。本第１の実施の形態においては防塵ガラス１４として平板ガラスを用いているが、曲率がついていてもよく、またレンズ等パワーを持った光学素子でもよい。また、軸Ａに対して垂直ではなく傾けて配置しているが、この角度は任意でよく、軸Ａに対して垂直でもよい。

次に、図３を参照しつつ、本発明の実施例１について詳しく説明する。
実施例１および後述する実施例２における記号の意味は、以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
ＮＡ：開口数
ω：半画角(deg)
Ｒ：曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
Ｃｊ：自由曲面係数
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をＣ、光軸からの高さをＨ、円錐定数をＫ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の下記の式（５）：

で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。
また、自由曲面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をＣ、光軸からの高さをＨ、円錐定数をＫとし、上記自由曲面係数を用い、Ｘを光軸方向における自由曲面量として、周知の下記の式（６）

ただし、

で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、自由曲面係数を与えて形状を特定する。
図１に示すように、画像形成部法線方向であり、軸対称レンズが共有する軸である軸Ａと平行な軸をＺ軸、画像表示素子の中心から射出され、絞りの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、軸Ａに垂直な軸をＹ軸、軸Ａ、Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とし、図１において、時計回りの回転方向を＋α方向とする。
図３に、本発明の第１の実施の形態であって、且つ実施例１に係る屈折光学系のレンズ構成と、フォーカスの様子を示す。この屈折光学系は、画像形成部側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。投射距離の変動に対するフォーカシングは、遠距離（８０インチ）側から近距離（４８インチ）側へのフォーカシングに際し、正の第２レンズ群Ｇ２と負の第３レンズ群Ｇ３が画像形成部側に移動し、正の第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、画像形成部ＬＶ側から順に、画像形成部側に拡大側より曲率の大きな凸面を向けた両面非球面両凸レンズからなる第１レンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５との接合レンズと、開口絞りＳと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第６レンズＬ６と、拡大側に画像形成部側より曲率の大きな凸面を向けた両面非球面両凸レンズからなる第７レンズＬ７と、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、拡大側に画像形成部より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９と画像形成部側に拡大側より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第１０レンズＬ１０とでなる接合レンズと、拡大側に画像形成部側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第１１レンズＬ１１とをもって構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１２レンズＬ１２の一枚から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、拡大側に画像形成部側より曲率の大きい凹面を向けた両凹レンズからなる第１３レンズＬ１３と、拡大側が平面である平凹レンズからなる第１４レンズＬ１４と、画像形成部側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズからなる第１５レンズＬ１５とをもって構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズからなる第１６レンズＬ１６とをもって構成されている。

上記レンズ群により屈折光学系が構成されており、その拡大側に折り返し用の平面ミラー１２（面３４）、自由曲面凹面ミラー１３（面３５）が設置されている。
尚、第１レンズＬ１と第５レンズＬ５をもって正レンズＰ１と称し、第７レンズＬ７をもって負レンズＮ１と称することとする。
以下、表１にレンズデータを示す。表中、面番号に＊が付いているものは非球面、＊＊がついているものは自由曲面を示している。

すなわち、表１においては、「＊」が付された第４面、第５面、第１５面、第１６面、第３０面、第３１面、第３２面、第３３面の各光学面が非球面であり、式（５）における各非球面のパラメータは、次表２の通りである。
なお、非球面係数において、「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」、すなわち「×１０ｎ」をあらわし、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０−５」をあらわしている。

表１におけるＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥは、それぞれ可変間隔である。
このうち、可変間隔ＤＡは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、即ち、面２３と面２４との可変間隔である。可変間隔ＤＢは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔、即ち、面２５と面２６との可変間隔である。可変間隔ＤＣは、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔、即ち、面３１と面３２の可変間隔である。 可変間隔ＤＤは、第４レンズ群Ｇ４と折り返しミラー１２との間隔、ＤＥは、自由曲面凹面ミラー１３とスクリーン面ＳＣとの間の可変間隔である。
このように、投射光学系は、投射距離の変動に対するフォーカシングにおいて、遠距離から近距離側へのフォーカシングに際し、図３において、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３が画像形成部側に移動し、第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。このように、拡大率を変更することで、投射画像の対角線サイズが、４８インチ、６０インチ、８０インチまで、投射サイズに合わせて、フォーカス調整される。
フォーカス調整の際に、レンズ群間隔が変化する面間隔ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥは、表１に「可変ＤＡ」、「可変ＤＢ」、「可変ＤＣ」、「可変ＤＤ」、「可変ＤＥ」と記載され、これら面間隔ＤＡ〜ＤＥを、投射画像対角線サイズ８０、６０、４８インチに対し、次表３に示すように変化する。

また、自由曲面形状は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲線）Ｃ、光軸から高さＨ、円錐定数Ｋ、次表４に示す自由曲面係数を与えて、Ｘを光軸方向における自由曲面量として、上記式（６）により、形状を特定する。

尚、投射距離とＴＲは、近距離、基準、遠距離に応じて、次表５に示すような値となる。ここで、ＴＲとは、［自由曲面凹面ミラー１３と軸Ａとの交点からスクリーンまでの距離］／［スクリーン横幅］で表される。

以下、本実施例１の画像形成部ＬＶに用いられているＤＶＤその他の具体的数値を示す。
ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：７．５６μｍ
横方向長さ：１４．５１５２ｍｍ
縦方向長さ：８．１６４８ｍｍ
光軸〜素子中心：５．３１ｍｍ
ＢＦ／Ｙ：３．４５
最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返しミラー１２、自由曲面凹面ミラー１３の位置座標を次表６に示す。なお回転に関しては、面法線と光軸とのなす角度を示している。

また、図４に示した各画角に対応したスポットダイアグラムを図５から図７に示す。これらの各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性（ｍｍ）を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示している。良好な結像をしていることがわかる。
室温（２０度）と温度が２０度上昇時の全系、第１レンズ群の焦点距離を、次表７に示す。

温度変化時の焦点距離の変動が抑えられることがわかる。
この実施例１の場合、条件式（１）〜条件式（４）に対応する値は、下記の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（４）を満足している。
条件式（１） ｄｎＴ＝−４．４
条件式（２） νｄ＝７４．７０３１
条件式（３） ＴＲ＝０．２１９〜０．２３２
条件式（４） ＢＦ／Ｙ＝３．４５

次に、図８を参照にして、実施例２に係る投射装置について、説明する。
図８に示すように、画像形成部法線方向であり、軸対称レンズが共有する軸である軸Ａと平行な軸をＺ軸、画像表示素子の中心から射出され、絞りＳの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、軸Ａに垂直な軸をＹ軸、軸Ａ、Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とし、図８において、時計回りの回転方向を＋α方向とする。
図９に、本発明の第２の実施の形態であって、且つ実施例２に係る屈折光学系のレンズ構成と、フォーカスの様子を示す。この屈折光学系は、画像形成部側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを配置している。図８に示すように、最も拡大側に自由曲面凹面ミラー１３を有し、投射距離の変動に対するフォーカシングは、遠距離（１００インチ）側から近距離（６０インチ）側へのフォーカシングに際し、正の第２レンズ群Ｇ２と負の第３レンズ群Ｇ３が画像形成部側に移動し、正の第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、画像形成部ＬＶ側から順に、画像形成部側に拡大側より曲率の大きな凸面を向けた両面非球面両凸レンズからなる第１レンズＬ１と、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４との接合レンズと、開口絞りＳと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５と、拡大側に画像形成部側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ６と、画像形成部側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、拡大側に画像形成面より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第８レンズＬ８と画像形成部側に拡大側より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第９レンズＬ９とでなる接合レンズと、拡大側に画像形成部側より曲率の大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ１０とで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１の一枚から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、画像形成部側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１２レンズＬ１２と、画像形成部側に拡大側より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第１３レンズＬ１３と、画像形成部側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズからなる第１４レンズＬ１４とをもって構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズからなる第１５レンズＬ１５の一枚をもって構成されている。

上記レンズ群により屈折光学系が構成されており、その拡大側に折り返し用の平面ミラー１２（面３２）、自由曲面凹面ミラー１３（面３３）が設置されている。
尚、第３レンズＬ３をもって正レンズＰ１と称し、第５レンズＬ５をもって負レンズＮ１と称することとする。
以下、表８にレンズデータを示す。表中、面番号に＊が付いているものは、非球面、＊＊がついているものは、自由曲面を示している。

すなわち、表８においては、「＊」が付された第４面、第５面、第１５面、第１６面、第２８面、第２９面、第３０面、第３１面の各光学面が非球面であり、式（５）における各非球面のパラメータは、次表９の通りである。
なお、非球面係数において、「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」、すなわち「×１０ｎ」をあらわし、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０−５」をあらわしている。

表８におけるＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥは、それぞれ可変間隔である。
このうち、可変間隔ＤＡは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔、即ち、面２１と面２２との可変間隔である。可変間隔ＤＢは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔、即ち、面２３と面２４との可変間隔である。可変間隔ＤＣは、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔、即ち、面２９と面３０の可変間隔である。
可変間隔ＤＤは、第４レンズ群Ｇ４と折り返しミラー１２との間隔、ＤＥは、自由曲面凹面ミラー１３とスクリーン面ＳＣとの間の可変間隔である。
このように、投射光学系は、投射距離の変動に対するフォーカシングは遠距離から近距離側へのフォーカシングに際し、図９において、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３が画像形成部側に移動し、第４レンズ群Ｇ４が拡大側に移動する。このように、拡大率を変更することで、投射画像の対角線サイズが、６０インチ、８０インチ、１００インチまで、投射サイズに合わせて、フォーカス調整される。
フォーカス調整の際に、レンズ群間隔が変化する面間隔ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ、ＤＥは、表１０に「可変ＤＡ」、「可変ＤＢ」、「可変ＤＣ」、「可変ＤＤ」、「可変ＤＥ」と記載され、これら面間隔ＤＡ〜ＤＥを、投射画像対角線サイズ６０、８０、１００インチに対し、次表１０に示すように変化する。

また、自由曲面形状は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲線）Ｃ、光軸から高さＨ、円錐定数Ｋ、次表１１に示す自由曲面係数を与えて、Ｘを光軸方向における自由曲面量として、上記式（６）により、形状を特定する。

尚、投射距離とＴＲは、近距離、基準、遠距離に応じて、次表１２に示すような値となる。ここで、ＴＲとは、［自由曲面凹面ミラー１３と軸Ａとの交点からスクリーンまでの距離］／［スクリーン横幅］で表される。

以下、本実施例２の画像形成部ＬＶに用いられているＤＶＤその他の具体的数値を示す。
ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：７．５６μｍ
横方向長さ：１４．５１５２ｍｍ
縦方向長さ：８．１６４８ｍｍ
光軸〜素子中心：５．３０ｍｍ
ＢＦ／Ｙ：３．４５
最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返しミラー１２、自由曲面凹面ミラー１３の位置座標を次表１３に示す。なお回転に関しては、面法線と光軸とのなす角度を示している。

また、図４に示した各画角に対応したスポットダイアグラムを図１０から図１２に示す。これらの各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性（ｍｍ）を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示している。良好な結像をしていることがわかる。
即ち、実施例２に係る投射装置において、図４に示した各画角（評価点）に対応するスクリーン上におけるスポットダイアグラムは、１００インチの場合は、図１０に、８０インチの場合は、図１１に、６０インチの場合は、図１２にそれぞれ示す如くである。
これら、図１０〜図１２に見られるように、良好な結像をしていることがわかる。
次に室温（２０度）と温度が２０度上昇した４０度時の全系の焦点距離、第１レンズ群の焦点距離を、次表１４に示す。

温度変化時の焦点距離の変動が抑えられることがわかる。
この実施例２の場合、条件式（１）〜条件式（４）に対応する値は、下記の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜（４）を満足している。
条件式（１） ｄｎＴ＝−４．４
条件式（２） νｄ＝７４．７０３１
条件式（３） ＴＲ＝０．２１５〜０．２２６
条件式（４） ＢＦ／Ｙ＝３．４５
以上のような具体的な数値例によって特定される投射装置によれば、固定群内の正レンズ、負レンズそれぞれに、適切な硝材を指定することにより、小型で高性能かつ温度特性に優れた超短投射距離の画像投射装置を得ることができる。なお、上述した第１および第２の実施例の形態では、本発明の好適な実施形態例を示したが、本発明はその内容に限定されるものではない。
特に実施例１および実施例２で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。

１１ 屈折光学系
１２ 折り返しミラー
１３ 自由曲面凹面ミラー
１４ 防塵ガラス
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１６ 第１レンズ〜第１６レンズ
ＬＶ 画像形成部
Ｎ１ 負レンズ
Ｐ１ 正レンズ

特開２００７−０７９５２４号公報 特開２００９−２５１４５８号公報 特開２０１１−２４２６０６号公報 特開２００９−２１６８８３号公報

Claims (10)

1. 画像表示素子に表示される画像をスクリーンに拡大投影するための投射装置であって、投射装置は、屈折光学系と、少なくとも１つの反射光学素子を有する反射光学系とを有し、前記屈折光学系において、
   ４０−６０度の範囲のＤ線における相対屈折率の温度係数をｄｎＴとし、アッベ数をνｄとして、
   正レンズＰ１と負レンズＮ１が少なくとも１枚ずつを含み、前記正レンズＰ１、前記負レンズＮ１が、
   下記の条件式（１）、（２）：
   −６＜ｄｎＴ （１）
   ７０＜νｄ （２）
   を満足することを特徴とする投射装置。
2. 請求項１に記載の投射装置において、前記正レンズＰ１は開口絞りよりも画像表示素子側に配置され、前記負レンズＮ１は開口絞りよりも拡大側に配置されていることを特徴とする投射装置。
3. 請求項１または２の投射装置において、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、白画像表示時に最も高温となるレンズを含む群に含まれていることを特徴とする投射装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射装置において、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、最も画像表示素子側の群に含まれていることを特徴とする投射装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射装置において、前記正レンズＰ１と前記負レンズＮ１は、フォーカス時に移動しない群に含まれていることを特徴とする投射装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射装置において、前記屈折光学系は樹脂レンズを含み、該樹脂レンズは白画像表示時に最も温度が低い群に含まれていることを特徴とする投射装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射装置において、前記反射光学素子は、凹面ミラーであり、且つ自由曲面を有することを特徴とする投射装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投射装置において、前記凹面ミラーと前記屈折光学系の光軸との交点から前記スクリーンまでの距離／スクリーン横幅の比をＴＲとして、下記条件式（３）：
   ＴＲ＜０．３０ （３）
   を満たすことを特徴とする前記スクリーンを含む投射システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投射装置において、前記画像表示素子を含む面と前記光軸との交点と、最も前記画像表示素子側のレンズの前記画像表示素子側面頂点との距離をＢＦとし、前記光軸と画像形成部端部との距離の最大値をＹとし、
   前記屈折光学系の軸対称の複数レンズが共有している軸を光軸とするときに、下記条件式（４）：
   ＢＦ／Ｙ＜４．０ （４）
   を満たすことを特徴とする投射装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投射装置において、前記投射光学系がノンテレセントリック光学系であることを特徴とする投射装置。

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