JP2018180238A - 投射光学系および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の強さと温度変化に対して耐性を有する新規な投射光学系を提供する。
【解決手段】本発明の投射光学系は、画像投射装置用の投射光学系であって、レンズ全系で７乃至９枚のレンズ（Ｌ１〜Ｌ９）と開口絞りから構成され、前記７乃至９枚のレンズは全て単一レンズであり、開口絞りよりも拡大側は負レンズ１枚Ｌ３と正レンズ１乃至２枚（Ｌ１、Ｌ２）を有し、開口絞りよりも縮小側は負レンズ２枚（Ｌ４、Ｌ７）と正レンズ３乃至４枚（Ｌ５、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ９）を有し、開口絞りの拡大側に隣接するレンズＬ３と縮小側に隣接するレンズＬ４は、共に負レンズである。
【選択図】図２

Description

本発明は、投射光学系および画像投射装置に関する。

近年、プロジェクション技術は、フロント投射型プロジェクタのみならず、サイネージや車載に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）などに広く展開され、市場分野も拡大し、画像投射装置の小型化、高輝度化が進んでいる。

画像投射装置の小型化のために、投射光学系の小型化も進み（特許文献１〜５）、投射すべき画像を表示する画像表示素子として用いられる反射型表示素子（ＤＭＤ等）や液晶表示素子も、小型・軽量・高輝度化が進んでいるが、画像表示素子を小型化すると、光量が局所的に集中する為、投射光学系を構成するレンズにも高い耐光性が求められ、また光学特性が温度変化により大きく変化しないことが求められる。

本発明は、光の強さと温度変化に対して耐性を有する新規な投射光学系の実現を課題とする。

本発明の投射光学系は、画像投射装置用の投射光学系であって、レンズ全系で７乃至９枚のレンズと開口絞りから構成され、前記７乃至９枚のレンズは全て単一レンズであり、前記開口絞りよりも拡大側は負レンズ１枚と正レンズ１乃至２枚を有し、前記開口絞りよりも縮小側は負レンズ２枚と正レンズ３乃至４枚を有し、前記開口絞りの前記拡大側に隣接するレンズと前記縮小側に隣接するレンズは、共に負レンズである。

本発明によれば、光の強さと温度変化に対して耐性を有する新規な投射光学系を実現できる。

本発明に係る画像投射装置の実施の形態を示す構成図である。 実施例１の投射光学系の構成を示す光学配置図である。 実施例１の投射光学系の、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示す収差曲線図である。 実施例２の投射光学系の構成を示す光学配置図である。 実施例２の投射光学系の、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示す収差曲線図である。 実施例３の投射光学系の構成を示す光学配置図である。 実施例３の投射光学系の、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示す収差曲線図である。 実施例４の投射光学系の構成を示す光学配置図である。 実施例４の投射光学系の、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示す収差曲線図である。 実施例５の投射光学系の構成を示す光学配置図である。 実施例５の投射光学系の、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示す収差曲線図である。

以下、本発明に係る投射光学系、画像投射装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●画像投射装置●
図１に示すように、投射装置１００は、照明光学系１０１、投射光学系１０４、画像表示素子２０１を備えている。図中の破線は光軸を表わす。電源、冷却装置、信号処理等が搭載され、外部信号の入力により画像投射を行う画像投射装置となっている。

また、この画像投射装置に、折り返しミラーなどの反射鏡や拡大縮小光学系をアタッチメントとして取り付けることにより、ＨＵＤなどにも応用展開可能な画像投射装置となっている。例えば、自動車、オートバイや航空機などに搭載することもできる。

照明光学系１０１は光源１０２とリレー光学系１０３からなる。光源１０２はＬＥＤのＲＧＢ光源としているが、ハロゲンランプやレーザー光源を用いることもできる。

ＲＧＢ光源である光源１０２の各光源からの光線は折り返しミラーやダイクロイックミラーなどを介して合成されて単一の光束となり、リレー光学系１０３に入射する。

リレー光学系１０３は、フライアイレンズ、コンデンサーレンズ、フィールドレンズ、折り返しミラーを含み、光源１０２から入射される光束におけるＲＧＢ光源ムラを均一化する。リレーレンズ系１０３から射出した光束は、投射光学系１０４のプリズムを通過し画像表示素子２０１に入射する。

説明中の例において、画像表示素子２０１はＤＭＤ等の反射型の画像表示素子としているが、これに限らず、レイアウトによっては透過型の画像表示素子とすることもできる。

画像表示素子２０１に照明光学系１０１からＲＧＢ光源の各色がナノ秒から数ミリ秒の単位でオン／オフして照射される。それぞれの色の光束が照射されるタイミングで、画像表示素子２０１に表示される画像を制御する。そして、画像表示素子２０１により反射されたカラー画像の反射光束が、投射光学系１０４によって拡大されて、被投射面であるスクリーン１０５に投影される。

ＲＧＢの３光源を用いたが、光源を１つとしてカラーホイールを用いた方式でも同様にカラー画像の色再現が可能となる。

光量検出素子２０２は射出される光量や色を検出する素子である。光量検出素子２０２を、マイクロコンピュータ等に接続して、検出される情報に応じて、スクリーン１０５に投影される光量や色を自動で制御することも可能である。

画像投射装置１００は、照明光学系のコリメータレンズや、フィールドレンズ等を備えており、配置場所も比較的大きく確保する必要がある。画像投射装置１００の投射光学系１０４と照明光学系１０１の配置スペースの関係上、投射光学系１０４のバックフォーカスをある程度確保し、画像表示素子側のレンズ径を小さくする必要がある。

投射光学系１０４として本発明の投射光学系を用いることにより、高性能、耐光性、温度変化時の光学性能の変化を抑制できる画像投射装置を得ることができる。

●投射光学系●
●第１の実施形態
第１の実施形態に係る投射光学系は、画像投射装置用の投射光学系であって、レンズ全系で７乃至９枚のレンズと開口絞りから構成されている。

これら７乃至９枚のレンズは全て単一レンズであり、接合レンズを含んでいない。

開口絞りよりも拡大側は負レンズ１枚と正レンズ１乃至２枚を有する。開口絞りよりも縮小側は負レンズ２枚と正レンズ３乃至４枚を有する。

開口絞りの拡大側に隣接するレンズと縮小側に隣接するレンズは、共に負レンズである。

このように本発明の投射光学系では、レンズ全系が単一レンズで構成され、レンズ系中に接合レンズが含まれていない。接合レンズを用いる場合には、レンズを接合する接合樹脂の耐光性が問題となるが、本発明の投射光学系は接合レンズを含まないので、耐光性が高い。

開口絞りよりも拡大側は負レンズ１枚と正レンズ１乃至２枚を有し、開口絞りよりも縮小側に負レンズ２枚と正レンズ３枚乃至４枚を配することで、球面収差、非点収差を効果的に小さく制御することが可能となっている。

開口絞りに隣接するレンズを拡大側、縮小側ともに負レンズとしているが、これら負レンズの形状を対称形状（開口絞りに向かって凹形状）とすることで、倍率色収差とディストーションを効果的に小さくすることが可能である。

さらに、開口絞りよりも縮小側に負レンズを２枚配することで、負レンズ１枚だけではカバーが困難な「温度変化時のレンズ間隔変化に伴い発生する焦点位置変動」を小さく抑制させることを可能としている。

●第２の実施形態
第２の実施形態に係る投射光学系は、第１の実施形態に係る投射光学系において、最も拡大側のレンズの拡大側から被投射面すなわちスクリーンまでの距離Ｔ（ｍｍ）、および被投射面に投射された投射画像の対角のサイズＳ（ｍｍ）について、以下の条件式（１）を満たす。
０．２＜Ｓ／Ｔ＜０．６ （１）
条件式（１）の下限を超えると投射サイズが大きくなり、光学性能が低下する傾向がある。条件式（１）の上限を超えると、光学性能は向上するが投射サイズが小さくなる。条件（１）が満足される範囲では、投射距離と投射サイズとがバランスして、適正サイズの投射画像を適正な投射距離で投射することが可能である。

●第３の実施形態
第３の実施形態に係る投射光学系は、第１又は第２の実施形態に係る投射光学系における拡大側の画角ωについて、以下の条件式（２）を満たす。
２ω＜２５度 （２）
条件（２）は、高い光学性能を実現できる条件である。条件（２）を満足することにより、特にディストーションを小さく補正することが可能となる。条件（２）の範囲外では、ディストーションが大きくなり易い。

●第４の実施形態
第４の実施形態に係る投射光学系は、第１乃至第３の実施形態に係る投射光学系において、開口絞りよりも拡大側のレンズ群の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）について、以下の条件式（３）を満たす。
１／｜Ｆ１｜（１／ｍｍ）＜２．０Ｅ−２ （３）

開口絞りよりも拡大側は正または負、開口絞りよりも縮小側は正のパワーを有する場合、条件（３）を満足させることにより、製造誤差感度の低減が可能となる。

条件（３）が満足される状況では、開口絞りよりも拡大側のパワーは弱く、焦点距離の絶対値｜Ｆ１｜（ｍｍ）にして５０ｍｍ以上あり、投射光学系が高温度の環境になった場合も含め、開口絞りよりも拡大側のレンズ群と開口絞りよりも縮小側のレンズ群とが偏芯したとしても光学性能の劣化は小さく、組み立て上においても歩留まりが良くなり、コストメリットがある。

条件（３）が満足されない場合は、偏芯誤差感度が高くなり易く、組み立て上の歩留まりを高くすることが困難になり易い。

●第５の実施形態
第５の実施形態に係る投射光学系は、第１乃至第４の実施形態に係る投射光学系において、最も拡大側のレンズが拡大側に凹形状のレンズである。最も拡大側のレンズの拡大側の面を凹形状とすると、投射光学系の組み立ての際や、ユーザが投射光学系を取り扱う際に、拡大側のレンズに直接手で触れて汚したり傷をつけたりする恐れが減少する。また、投射光学系を水平に設置した際に、最も拡大側のレンズ面に埃が堆積するのを防ぐ効果もある。

投射光学系は、最も拡大側に凹面を有する正メニスカスレンズを有する。投射光学系において、この正メニスカスレンズは、倍率色収差と歪曲収差を効果的に補正する。仮にこのレンズを凸の正メニスカスレンズや両凸レンズとすると、球面収差や非点収差の発生を抑制できるが、光学系全体の収差補正のバランスや、収差の残存を考慮する必要がある。

●第６の実施形態
第６の実施形態に係る投射光学系は、開口絞りよりも縮小側の、最も縮小側の負レンズの拡大側の曲率半径２ＧＮＲ１、開口絞りよりも縮小側の、最も縮小側の負レンズの拡大側に位置する正レンズの縮小側の曲率半径２ＧＰＲ２について、以下の条件式（４）を満たす。
１．１＜２ＧＰＲ２／２ＧＮＲ１、または
０．９＞２ＧＰＲ２／２ＧＮＲ１ （４）

開口絞りよりも縮小側において、最も縮小側の負レンズの拡大側の面と該負レンズの拡大側に隣接する正レンズの縮小側の面は、曲率半径の値が互いに接近する傾向となり易い。条件（４）の範囲外では、これらの面の曲率半径が近接しすぎて、これらのレンズ面の間での面間反射が、投射画像にゴースト像を発生させる原因となり易い。条件（４）を満足させることにより、ゴースト像の発生を有効に抑制可能である。

●第７の実施形態
第７の実施形態に係る投射光学系は、第１乃至第６の実施形態に係る投射光学系において、最も拡大側のレンズＬ１の１００から３００℃における屈折率の線膨張係数ＬＰα（１０^−７／℃）、最も縮小側のレンズの１００から３００℃における屈折率の線膨張係数ＬＣα（１０^−７／℃）について、以下の条件式（５）および条件式（６）を満たす。
ＬＰα＜１００（１０^−７／℃） （５）
ＬＣα＜１００（１０^−７／℃） （６）

投射光学系を構成するレンズは、鏡筒内に配置されるが、一般に、最も拡大側のレンズと最も縮小側のレンズとは、外気や結像光束から熱の影響を受け易い。最も縮小側のレンズは、結像光束の光束密度が高くなり易く、レンズ温度も高温になり易く、熱膨張量が大きいと、レンズに割れやクラックが発生する可能性がある。

また、最も拡大側のレンズは、一般にレンズ系が大きいため、熱膨張量も大きくなり易く、投射光学系の使用環境温度が高くなると、やはりレンズに割れやクラックが発生する可能性がある。

厳しい温度変化を伴う使用環境に耐える為には、条件（５）、（６）の少なくとも一方が満足されることが好ましい。

なお、以下に説明する具体的な実施例において、最も拡大側のレンズを「拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズ」とすることにより、倍率色収差と歪曲収差を効果的に補正させている。

最も拡大側のレンズは、拡大側に凸の正メニスカスレンズとすることも両凸レンズとすることも可能であり、このようにすると球面収差や非点収差の発生を抑制できるが、光学系全体の収差補正のバランスや、収差の残存を考慮する必要がある。

●第８の実施形態
第８の実施形態に係る投射光学系は、第１乃至第７の実施形態に係る投射光学系において、フォーカス調整が光学系全系を光軸方向に繰り出すことによりなされる。

本発明の投射光学系において「フォーカス調整」には、光学系の一部のレンズを移動させて合焦させるインナーフォーカス方式やフロントフォーカス方式、リアフォーカス方式が可能である。

しかし、光学系全体を光軸方向に移動させて合焦させるフォーカス調整は、距離が変動した際の性能変化が最も小さいので、本発明の投射光学系のフォーカス調整方式として最適である。

●実施例
以下に、この発明の投射光学系の具体的な実施例を５例挙げる。図２、図４、図６、図８、図１０において、図の左方が拡大側であり、右方が縮小側である。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。

即ち、符号Ｐｚによりプリズム、符号ＣＧにより画像表示素子のカバーガラスを示し、拡大側から数えて第ｉ番目のレンズを符号Ｌｉ（図２、図４においてｉ＝１〜９、図６、図８においてｉ＝１〜８、図１０においてｉ＝１〜７）で表す。

また、拡大側から数えて第ｊ番目の面（開口絞り、プリズムＰｚ、カバーガラスＣＧ、画像表示素子の画像表示面を含む。）の面番号をＳｊ（図２、図４においてｊ＝１〜２２、図６、図８においてｊ＝１〜２２、図１０においてｊ＝１〜２０）で表す。

各実施例における記号の意味は、以下の通りである。
Ｆ：光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｌ：レンズ
ｆ：レンズの焦点距離
ＦＦ：レンズ群としたときの焦点距離

図２に示すように、拡大側から縮小側に向かって順に、レンズＬ１からレンズＬ９が配置され、レンズＬ３とレンズＬ４との間に開口絞りが設置されている。レンズＬ９の縮小側にはプリズムＰｚが設置され、プリズムＰｚの縮小側にカバーガラスＣＧを介して画像表示素子の画像表示面Ｓ２４が位置している。

フォーカス調整は、開口絞りを含み、レンズＬ１からレンズＬ９を一体として同時に移動させて行う。

開口絞りよりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、これらレンズＬ１ないしＬ３の合成屈折力は正となっている。

即ち、開口絞りの拡大側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３を配して構成されている。

開口絞りよりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ９が配され、これらレンズＬ４からレンズＬ９の合成屈折力は正となっている。

即ち、開口絞りの縮小側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ５、両凸の正レンズＬ６、両凹の負レンズＬ７、両凸の正レンズＬ８、両凸の正レンズＬ９を配して構成されている。

レンズＬ９の縮小側には、プリズムＰｚ、画像表示素子のカバーガラスＣＧ、画像表示面（Ｓ２４）が配置されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、画像表示素子からの結像光束をプリズムＰｚで折り返し、投射光学系に入射・射出させることが可能である。プリズムＰｚは、クロスプリズム、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム、ＲＴＩＲ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムなどを、表示素子の種類に応じて設置可能である。

レンズＬ１ないしレンズＬ９は全て単体の球面レンズであり、接合レンズは無い。

実施例１の各数値を表１に示す。なおＳは面番号である。

なお、レンズ間の面間隔は「投射距離が３０３ｍｍ」の時のレンズ間隔である。表中の「ＩＮＦ」は無限大を表す。

実施例１における各条件に関する数値を表２に示す。

実施例１の投射光学系の収差図を図３に示す。図３の左側から順に球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（Ｄｉｓｔ）を示している。球面収差（ＳＡ）の図において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。非点収差（ＡＳ）の図において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図３に示す通り、収差は補正に補正されている。

図４に示すように、拡大側（紙面左側）から縮小側に向かって順に、レンズＬ１乃至レンズＬ９が配置され、開口絞りはレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置されている。
レンズＬ９の縮小側にはプリズムＰｚが設置され、プリズムＰｚの縮小側にカバーガラスＣＧを介して画像表示素子の画像表示面Ｓ２４が位置している。

フォーカス調整は、開口絞りを含み、レンズＬ１からレンズＬ９を一体として同時に移動させて行う。

開口絞りよりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、これらレンズＬ１ないしＬ３の合成屈折力は負となっている。

即ち、開口絞りの拡大側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３を配して構成されている。

開口絞りよりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ９が配され、これらレンズＬ４からレンズＬ９の合成屈折力は正となっている。
即ち、開口絞りの縮小側は、最も拡大側から順番に、両凹の負レンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、両凸の正レンズＬ６、両凹の負レンズＬ７、両凸の正レンズＬ８、拡大側に凸
面を向けた正メニスカスレンズＬ９を配して構成されている。

レンズＬ９の縮小側には、プリズムＰｚ、画像表示素子のカバーガラスＣＧ、画像表示面（Ｓ２４）が配置されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、画像表示素子からの結像光束をプリズムＰｚで折り返し、投射光学系に入射・射出させることが可能である。プリズムＰｚは、クロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを、表示素子の種類に応じて設置可能である。

レンズＬ１ないしレンズＬ９は全て単体の球面レンズであり、接合レンズは無い。

実施例２の各数値を表１に倣って表３に示す。

レンズ間の面間隔は「投射距離が３０３ｍｍ」の時のレンズ間隔である。

実施例２における各条件に関する数値を表４に示す。

実施例２の投射光学系の収差図を、図３に倣って図５に示す。

図６に示すように、拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１乃至レンズＬ８を配して構成され、開口絞りはレンズＬ２とレンズＬ３との間に設置されている。
レンズＬ８の縮小側にはプリズムＰｚが設置され、プリズムＰｚの縮小側にカバーガラスＣＧを介して画像表示素子の画像表示面Ｓ２２が位置している。

フォーカス調整は、開口絞りを含み、レンズＬ１からレンズＬ８を一体として同時に移動させて行う。

開口絞りよりも拡大側にはレンズＬ１、レンズＬ２が配され、これらレンズＬ１、レンズＬ２の合成屈折力は負となっている。
即ち、開口絞りの拡大側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、両凹の負レンズＬ２を配して構成されている。

開口絞りよりも縮小側にはレンズＬ３からレンズＬ８が配され、これらレンズＬ３からレンズＬ８の合成屈折力は正となっている。
即ち、開口絞りの縮小側は、最も拡大側から順番に、両凹の負レンズＬ３、両凸の正レンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、両凹の負レンズＬ６、両凸の正レンズＬ７、拡大側に凸
面を向けた正メニスカスレンズＬ８を配して構成されている。

レンズＬ８の縮小側には、プリズムＰｚ、画像表示素子のカバーガラスＣＧ、画像表示面（Ｓ２２）が配置されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、画像表示素子からの結像光束をプリズムＰｚで折り返し、投射光学系に入射・射出させることが可能である。プリズムＰｚは、クロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを、表示素子の種類に応じて設置可能である。

レンズＬ１ないしレンズＬ８は全て単体の球面レンズであり、接合レンズは無い。

実施例３の各数値を表１に倣って表５に示す。

レンズ間の面間隔は「投射距離が３０３ｍｍ」の時のレンズ間隔である。

実施例３における各条件に関する数値を表６に示す。

実施例３の投射光学系の収差図を、図３に倣って図７に示す。

図８に示すように、拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１ないしレンズＬ８を配して構成れ、開口絞りはレンズＬ３とレンズＬ４との間に設置され、レンズＬ８の縮小側にはプリズムＰｚが設置され、プリズムＰｚの縮小側にカバーガラスＣＧを介して画像表示素子の画像表示面Ｓ２２が位置している。

フォーカス調整は、開口絞りを含み、レンズＬ１からレンズＬ８を一体として同時に移動させて行う。

開口絞りよりも拡大側にはレンズＬ１ないしレンズＬ３が配され、これらレンズＬ１ないしレンズＬ３の合成屈折力は負となっている。
即ち、開口絞りの拡大側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた正メニスカＬ１、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３により構成されている。

開口絞りよりも縮小側にはレンズＬ４ないしレンズＬ８が配され、これらレンズＬ４ないしレンズＬ８の合成屈折力は正となっている。
即ち、開口絞りよりも縮小側は、最も拡大側から順番に、両凹の負レンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、両凸の正レンズＬ６、両凹の負レンズＬ７、両凸の正レンズＬ８により構成されている。

レンズＬ８の縮小側には、プリズムＰｚ、画像表示素子のカバーガラスＣＧ、画像表示面（Ｓ２２）が配置されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、画像表示素子からの結像光束をプリズムＰｚで折り返し、投射光学系に入射・射出させることが可能である。プリズムＰｚは、クロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを、表示素子の種類に応じて設置可能である。

レンズＬ１からレンズＬ８は全て単体の球面レンズであり、接合レンズは無い。

実施例４の各数値を表１に倣って表７に示す。

レンズ間の面間隔は「投射距離が３０３ｍｍ」の時のレンズ間隔である。

実施例４における各条件に関する数値を表８に示す。

実施例４の投射光学系の収差図を、図３に倣って図９に示す。

図１０に示すように、拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１ないしレンズＬ７を配して構成れ、開口絞りはレンズＬ２とレンズＬ３との間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置され、プリズムＰｚの縮小側にカバーガラスＣＧを介して画像表示素子の画像表示面Ｓ２０が位置している。

フォーカス調整は、開口絞りを含み、レンズＬ１からレンズＬ７を一体として同時に移動させて行う。

開口絞りよりも拡大側にはレンズＬ１とレンズＬ２が配され、これらレンズＬ１とレンズＬ２との合成屈折力は負となっている。
即ち、開口絞りよりも縮小側は、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、両凹の負レンズＬ２を配して構成されている。

開口絞りよりも縮小側にはレンズＬ３ないしレンズＬ７が配され、これらレンズＬ３ないしレンズＬ７の合成屈折力は正となっている。
即ち、開口絞よりも縮小側は、最も拡大側から順番に、両凹の負レンズＬ３、両凸の正レンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、両凹の負レンズＬ６、両凸の正レンズＬ７を配して構成されている。

レンズＬ８の縮小側には、プリズムＰｚ、画像表示素子のカバーガラスＣＧ、画像表示面（Ｓ２０）が配置されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、画像表示素子からの結像光束をプリズムＰｚで折り返し、投射光学系に入射・射出させることが可能である。プリズムＰｚは、クロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを、表示素子の種類に応じて設置可能である。

レンズＬ１ないしレンズＬ７は全て単体の球面レンズであり、接合レンズは無い。

実施例５の各数値を表１に倣って表９に示す。

レンズ間の面間隔は「投射距離が３０３ｍｍ時」のレンズ間隔である。
実施例４における各条件に関する数値を表１０に示す。

実施例５の投射光学系の収差図を、図３に倣って図１１に示す。

以上に説明したように、本発明に係る投射光学系は、実施例１乃至５に示した具体的な構成において各収差図に示すように、球面収差、非点収差、像面湾曲、軸上色収差は十分に補正されており、歪曲収差も−２．０％以内と十分に補正されている。良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態や変形例を適宜に組み合わせてもよい。

１００ 画像投射装置
１０１ 照明光学系
１０２ 光源
１０３ リレー光学系
１０４ 投射光学系
１０５ スクリーン
２０１ 画像表示素子
２０１ 光変調素子制御部
２０２ 光量検出素子
Ｌ１〜Ｌ９ レンズ
Ｐｚ プリズム
ＣＧ 画像表示素子のカバーガラス

特許５１９９１４８ 特許５２１０１９６ 特開２０１１−１７０３０９ 特開２０１０−２４９９４６ 特開２０１４−０２１３０９

Claims (9)

1. 画像投射装置用の投射光学系であって、
   レンズ全系で７乃至９枚のレンズと開口絞りから構成され、
   前記７乃至９枚のレンズは全て単一レンズであり、
   前記開口絞りよりも拡大側は負レンズ１枚と正レンズ１乃至２枚を有し、
   前記開口絞りよりも縮小側は負レンズ２枚と正レンズ３乃至４枚を有し、
   前記開口絞りの前記拡大側に隣接するレンズと前記縮小側に隣接するレンズは、共に負レンズである投射光学系。
2. 請求項１に記載の投射光学系において、
   最も拡大側のレンズの拡大側の面からスクリーン面までの距離：Ｔ（ｍｍ）、スクリーンに投射された投射画像の対角のサイズ：Ｓ（ｍｍ）、が条件
   （１） ０．２ ＜ Ｓ／Ｔ ＜ ０．６
   を満足する投射光学系。
3. 請求項１または２に記載の投射光学系において、
   拡大側の画角：ω、が条件
   （２） ２ω ＜ ２５度
   を満足する投射光学系。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の投射光学系において、
   前記開口絞りよりも拡大側は正または負のパワー、前記開口絞りよりも縮小側は正のパワーを有し、前記開口絞りよりも拡大側のレンズ群の焦点距離：Ｆ１、が条件
   （３） １／｜Ｆ１｜（１／ｍｍ） ＜ ２．０Ｅ−２
   を満足する投射光学系。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の投射光学系において、
   最も拡大側のレンズは拡大側に凹形状のレンズである投射光学系。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の投射光学系において、
   開口絞りよりも縮小側における最も縮小側の負レンズの拡大側の曲率半径：２ＧＮＲ１、該負レンズの拡大側に隣接する正レンズの縮小側の曲率半径：２ＧＰＲ２、が条件
   （４） １．１ ＜ ２ＧＰＲ２／２ＧＮＲ１、または
   ０．９ ＞ ２ＧＰＲ２／２ＧＮＲ１
   を満足する投射光学系。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の投射光学系において、
   最も拡大側のレンズの１００〜３００℃における線膨張係数：ＬＰα（１０^−７／℃）、最も縮小側のレンズの１００〜３００℃における線膨張係数：ＬＣα（１０^−７／℃）、が条件
   （５） ＬＰα ＜ １００（１０^−７／℃）
   （６） ＬＣα ＜ １００（１０^−７／℃）
   の少なくとも一方を満足する投射光学系。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の投射光学系において、
   フォーカス調整は、光学系全系を光軸方向に繰り出すことによりなされる投射光学系。
9. 光源と、画像表示素子と、該画像表示素子に光源からの光線を均一に照明させる照明光学系と、請求項１乃至８の何れか１項に記載した投射光学系を備える画像投射装置。

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