JP2021117276A - 投写光学系、およびプロジェクター - Google Patents

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博隆 柳澤
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Abstract

【課題】投写距離を短くすることができる投写光学系を提供すること。【解決手段】投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、を備える。第２光学系３２は、縮小側から順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する光学素子３３を備える。第２反射面４３は、第１光学系３２の第１光軸Ｎに沿ったＺ軸方向において、第１光学系３１の最も前記拡大側に位置するレンズＬ１４の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。第２透過面４４は、第１光学系３２の第１光軸Ｎに沿ったＺ軸方向において、第２反射面４３に対して第１光学系３１が位置する側とは反対側に位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、投写光学系、およびプロジェクターに関する。
画像形成部が形成した投写画像を、投写光学系により拡大して投写するプロジェクターは特許文献１に記載されている。同文献の投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に第１光学系と、第２光学系と、からなる。第１光学系は屈折光学系を備える。第２光学系は凹形状の反射面を有する反射ミラーからなる。画像形成部は、光源とライトバルブとを備える。画像形成部は、投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する。投写光学系は、第１光学系と反射面との間に中間像を形成し、拡大側結像面に配置されたスクリーンに最終像を投写する。
特開２０１０−２０３４４号公報
投写光学系およびプロジェクターには、投写距離を短くすることが要求されている。しかしながら、特許文献１の投写光学系を用いて、投写距離をさらに短縮しようとする場合、投写光学系の設計が困難になるという課題があった。
上記の課題を解決するために、本発明は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系と、第２光学系と、を備える投写光学系において、前記第２光学系は、縮小側から順に、第１透過面、第１反射面、第２反射面、および第２透過面を有する光学素子を備え、前記第２反射面は、前記第１光学系の第１光軸に沿った方向において、前記第１光学系の最も前記拡大側に位置する第１レンズの前記拡大側の第１面と、前記第１反射面との間に位置し、前記第２透過面は、前記第１光軸に沿った方向において、前記第２反射面に対して前記第１光学系が位置する側とは反対側に位置することを特徴とする。
次に、本発明のプロジェクターは、上記の投写光学系と、前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
投写光学系を備えるプロジェクターの概略構成図である。 実施例１の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 実施例１の投写光学系の光線図である。 実施例１の投写光学系の第２光学系の光線図である。 実施例１の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。 実施例２の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 実施例２の投写光学系の光線図である。 実施例２の投写光学系の第２光学系の光線図である。 実施例２の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。 実施例３の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 実施例３の投写光学系の光線図である。 実施例３の投写光学系の第２光学系の光線図である。 実施例３の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。 実施例４の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 実施例４の投写光学系の光線図である。 実施例４の投写光学系の第２光学系の光線図である。 実施例４の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投写光学系およびこれを備えるプロジェクターについて詳細に説明する。
（プロジェクター）
図１は本発明の投写光学系３を備えるプロジェクターの概略構成図である。図１に示すように、プロジェクター１は、スクリーンＳに投写する投写画像を生成する画像形成部２と、投写画像を拡大してスクリーンＳに拡大像を投写する投写光学系３と、画像形成部２の動作を制御する制御部４と、を備える。
（画像生成光学系および制御部）
画像形成部２は、光源１０、第１インテグレーターレンズ１１、第２インテグレーターレンズ１２、偏光変換素子１３、重畳レンズ１４を備える。光源１０は、例えば、超高圧水銀ランプ、固体光源等で構成される。第１インテグレーターレンズ１１および第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子をそれぞれ有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２の各レンズ素子の近傍に集光させる。
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２を介して、後述する液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および、液晶パネル１８Ｂの表示領域上で重畳させる。
また、画像形成部２は、第１ダイクロイックミラー１５、反射ミラー１６およびフィールドレンズ１７Ｒ、および、液晶パネル１８Ｒを備える。第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射した光線の一部であるＲ光を反射させ、重畳レンズ１４から入射した光線の一部であるＧ光およびＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射されたＲ光は、反射ミラー１６およびフィールドレンズ１７Ｒを経て、液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８Ｒは光変調素子である。液晶パネル１８ＲはＲ光を画像信号に応じて変調することにより、赤色の投写画像を形成する。
さらに、画像形成部２は、第２ダイクロイックミラー２１、フィールドレンズ１７Ｇ、および、液晶パネル１８Ｇを備える。第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からの光線の一部であるＧ光を反射させ、第１ダイクロイックミラー１５からの光線の一部であるＢ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射されたＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは光変調素子である。液晶パネル１８ＧはＧ光を画像信号に応じて変調することにより、緑色の投写画像を形成する。
また、画像形成部２は、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４、反射ミラー２５、およびフィールドレンズ１７Ｂ、および、液晶パネル１８Ｂを備える。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４、反射ミラー２５、およびフィールドレンズ１７Ｂを経て、液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは光変調素子である。液晶パネル１８ＢはＢ光を画像信号に応じて変調することにより、青色の投写画像を形成する。
液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および、液晶パネル１８Ｂは、クロスダイクロイックプリズム１９を３方向から囲んでいる。クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成した投写画像を生成する。
ここで、クロスダイクロイックプリズム１９は投写光学系３の一部分を構成する。投写光学系３は、クロスダイクロイックプリズム１９が合成した投写画像（各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが形成した画像）をスクリーンＳに拡大して投写する。スクリーンＳは、投写光学系３の拡大側結像面である。
制御部４は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部６と、画像処理部６から出力される画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂを駆動する表示駆動部７と、を備える。
画像処理部６は、外部の機器から入力された画像信号を各色の階調等を含む画像信号に変換する。表示駆動部７は、画像処理部６から出力された各色の投写画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂを動作させる。これにより、画像処理部６は、画像信号に対応した投写画像を液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂに表示する。
（投写光学系）
次に、投写光学系３を説明する。以下では、プロジェクター１に搭載される投写光学系３の構成例として実施例１〜４を説明する。なお、各実施例１〜４において、投写光学系の光線図では、液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、液晶パネル１８Ｂを、液晶パネル１８として表す。
（実施例１）
図２は、実施例１の投写光学系３Ａの全体を模式的に表す光線図である。図２では、本例の投写光学系３ＡからスクリーンＳに到達する光束を、光束Ｆ１〜Ｆ３により模式的に示す。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ３は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２は光束Ｆ１と光束Ｆ３との間の位置に達する光束である。図３は、実施例１の投写光学系３Ａの光線図である。図４は、第２光学系の光線図である。
本例の投写光学系３Ａは、図３に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１、および第２光学系３２からなる。第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２は、１つの光学素子３３である。光学素子３３は、縮小側から光線通過の順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する。第１透過面４１は、縮小側に突出する凸形状を備える。第１反射面４２は、凹形状である。第２反射面４３は、平面形状である。すなわち、第２反射面４３は平面ミラーである。第２透過面４４は、拡大側に突出する凸形状を備える。
投写光学系３Ａの縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８が配置されている。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎに垂直な面内に、第１光軸Ｎに対して一方側に投写画像を形成する。投写光学系の拡大側結像面には、スクリーンＳが配置されている。第１光学系３１と光学素子３３の第１反射面４２との間には、縮小側結像面と共役な中間像３５が結像される。中間像３５は拡大側結像面とも共役である。本例では、中間像３５は、光学素子３３の内側に形成される。すなわち、中間像３５は、光学素子３３の第１透過面４１と第１反射面４２との間に形成される。また、中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎを間に挟んでスクリーンＳとは反対側に形成される。
以下の説明では、便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。また、拡大側結像面であるスクリーンＳの幅方向をＸ軸方向、スクリーンＳの上下方向をＹ軸方向、スクリーンＳに垂直な方向をＺ軸方向とする。また、第１光学系３１の第１光軸Ｎおよび光学素子３３の第１反射面４２の第２光軸Ｍを含む平面をＹＺ平面とする。
本例では、第１光学系３１の第１光軸Ｎは、Ｚ軸方向に延びる。図２、図３、図４は、ＹＺ平面上の光線図である。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの下方Ｙ２に結像する。スクリーンは、第１光学系の光軸の上方Ｙ１に配置される。
図３に示すように、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９と、１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４を有する。レンズＬ１〜レンズＬ１４は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、レンズＬ２とレンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。レンズＬ４とレンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。レンズＬ９とレンズＬ１０は接合された第３接合レンズＬ２３である。レンズＬ７とレンズＬ８との間には、絞りＯが配置されている。
光学素子３３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。言い換えれば、第２光軸Ｍは、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４の設計上の光軸である。図４に示すように、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、第１光学系３１の第１光軸Ｎと一致する。従って、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、Ｙ軸に沿って延びる。第１透過面４１および第１反射面４２は、第２光軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２反射面４３および第２透過面４４は、第２光軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。光学素子３３の第１透過面４１、第１反射面４２、および第２透過面４４は、いずれも非球面である。
第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍに垂直である。第２反射面４３は、Ｚ軸方向において、第１光学系３１の最も拡大側に位置するレンズＬ１４（第１レンズ）の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。本例では、第２反射面４３は、第２光軸Ｍ上において、第１透過面４１と第１反射面４２との中央に位置する。第２透過面４４は、Ｚ軸方向において、第２反射面４３よりも第１反射面４２の側に位置する。ここで、第１反射面４２は、光学素子３３の拡大側の面に設けた反射コーティング層である。第２反射面４３は、光学素子３３において第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１で第１光学系３１の側を向く平面に設けた反射コーティング層である。なお、非球面は、自由曲面の場合がある。この場合でも、自由曲面は、第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。
第２光学系３２の瞳Ｐは、光学素子３３の内側に位置する。ＹＺ平面における第２光学系３２の瞳Ｐは、第２透過面４４の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４とを結ぶ線で規定されるものである。瞳Ｐは、第２反射面４３と第２透過面４４との間に形成される。瞳Ｐは、ＹＺ平面上で第１反射面４２の第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。
（レンズデータ）
投写光学系３Ａのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面の符号である。レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面に対応しない面番号のデータはダミーデータである。Ｒは曲率半径である。Ｄは軸上面間隔である。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
18 0 球 無限 5.0771 屈折 0.0000
19 1 球 無限 21.5089 SBSL7_OHARA 屈折 7.7311
2 球 無限 3.0000 屈折 9.7594
3 球 無限 0.0000 屈折 10.1914
4 球 無限 0.0000 屈折 10.1914
5 球 無限 0.0000 屈折 10.1914
L1 6 球 41.7981 5.3869 454494.8186 屈折 10.3800
7 球 -22.2835 0.1000 屈折 10.4038
L2 8 球 54.2754 5.0410 451333.7958 屈折 9.5636
L3 9 球 -17.1845 1.0000 836974.3715 屈折 9.2343
10 球 -52.9270 0.1000 屈折 9.1678
L4 11 球 47.9808 4.5785 449429.8119 屈折 8.8285
L5 12 球 -17.2585 1.0000 836389.3853 屈折 8.5373
13 球 -421.1997 0.1070 屈折 8.4692
L6 14 球 63.7304 2.3863 846663.2378 屈折 8.4268
15 球 -108.4486 0.1539 屈折 8.4135
L7 16 球 -74.2437 2.5285 445852.8468 屈折 8.4133
17 球 -24.0570 8.6940 屈折 8.3803
O 18 球 無限 14.8700 屈折 6.3565
L8 19 球 -12.0396 1.0000 754999.5232 屈折 6.6849
20 球 -15.1143 8.3927 屈折 7.0797
L9 21 球 20.7081 6.3849 632937.3259 屈折 9.0259
L10 22 球 -17.4743 1.0000 846630.2381 屈折 9.2980
23 球 22.2176 1.3175 屈折 9.7120
L11 24 球 51.7320 6.4418 705847.283 屈折 9.7143
25 球 -14.8667 0.1000 屈折 10.1684
L12 26 球 -15.5940 1.0000 754950.5233 屈折 10.1267
27 球 -164.6925 0.1000 屈折 11.3760
L13 28 非球面 15.7262 3.8897 E48R_ZEON 屈折 13.0487
29 非球面 21.7673 11.6983 屈折 13.2604
L14 30 非球面 -162.8890 3.5584 E48R_ZEON 屈折 15.2088
31 非球面 19.2386 1.9369 屈折 15.9296
32 球 無限 0.0000 屈折 14.7153
41 33 非球面 11.4271 18.6477 Z330R_ZEON 屈折 13.6440
34 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 屈折 9.1508
42 35 非球面 -10.9153 0.0000 Z330R_ZEON 反射 10.3679
36 球 無限 -9.3261 Z330R_ZEON 屈折 17.9355
43 37 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 反射 10.2826
38 球 無限 9.3261 Z330R_ZEON 屈折 10.2826
44 39 非球面 -22.7753 65.8130 屈折 14.8869
40 球 無限 56.8385 屈折 283.7433
41 球 無限 180.0883 屈折 496.0674
S 42 球 無限 0.0000 屈折 1169.4532
各非球面の非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S28 S29 S30 S31
Y曲率半径 15.72616326 21.7672795 -162.8889779 19.23858641
コーニック定数(K) -0.34070695 -7.775047152 90 0
4次の係数(A) -1.44445E-04 -1.26419E-04 -4.65331E-05 -3.29684E-04
6次の係数(B) 8.97377E-08 5.74077E-08 -4.32930E-07 5.68427E-07
8次の係数(C) 6.20294E-10 1.51258E-09 1.40636E-09 -8.11882E-10
10次の係数(D)
12次の係数(E)
面番号 S33 S35 S39
Y曲率半径 11.42713731 -10.91528586 -22.77526913
コーニック定数(K) -0.407326241 -3.984142888 1.077443753
4次の係数(A) -4.02438E-05 -6.19674E-05 1.78454E-05
6次の係数(B) -4.67907E-07 8.46203E-07 -1.11659E-07
8次の係数(C) 1.27376E-09 -2.18754E-09 -4.18094E-10
10次の係数(D) -4.47766E-12 2.01334E-12 4.22966E-12
12次の係数(E) -5.64150E-16 -9.89579E-15
また、投写光学系３Ａの最大物体高、開口数、ミラー半径、レンズ全長、ＴＲは、以下のとおりである。最大物体高は、液晶パネル１８面上において画像形成領域の中で、投写光学系３Ａの第１光軸Ｎから最も離れた点までの寸法である。最大物体高の単位はｍｍである。開口数はＮＡで示す。ミラー半径は、第１反射面の半径であり、単位はｍｍである。最終レンズ半径は、第２透過面のレンズ半径であり、単位はｍｍである。投写光学系３Ａのレンズ全長は、Ｚ軸方向における液晶パネル１８から第２透過面までの距離であり、単位はｍｍである。ＴＲは、スローレシオであり、投写距離を、投写画像をスクリーンＳへ投写した時のＸ軸方向の寸法で除算した値である。
最大物体高 7.0
ＮＡ 0.2742
ミラー半径 10.4
最終レンズ半径 14.9
レンズ全長 141
TR（0.37”16:9) 0.22
（作用効果）
本例の投写光学系３Ａは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、を備える。第２光学系３２は、縮小側から順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する光学素子３３を備える。また、第２反射面４３は、第１光学系３１の第１光軸Ｎに沿ったＺ軸方向において、第１光学系３１の最も前記拡大側に位置するレンズＬ１４の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。さらに、第２透過面４４は、第１光学系３２の第１光軸Ｎに沿ったＺ軸方向において、第２反射面４３に対して第１光学系３１が位置する側とは反対側に位置する。
本例の投写光学系３Ａによれば、第２光学系３２において、第１反射面４２で反射した光束を、第２透過面４４で屈折させることができる。よって、第２光学系が、第１反射面のみを備える場合と比較して、投写光学系の投写距離を短くすることが容易である。言い換えれば、本例の投写光学系３Ａは、第２光学系が第１反射面のみを備える場合と比較して、投写光学系を短焦点化することができる。
また、本例の投写光学系３Ａは、第２反射面４３を備えるので、第２光学系３２から射出される光束を、Ｚ軸方向で第１光学系３１とは反対側に射出できる。従って、第２光学系３２から射出される光束の向きを、第１光学系３１と干渉しない方向に向けることが容易である。
さらに、本例では、一つの光学素子３３に第１反射面４２および第２反射面４３を備えるので、第２光学系３２の内側に２つの反射面を設けた場合でも、第２光学系３２をコンパクトにすることができる。
また、本例では、光学素子３３が拡大側に突出する凸形状の第２透過面４４を備えるので、投写距離を短くする場合でも、中間像３５の拡大側に配置された第１反射面４２が大型化することを抑制できる。すなわち、第２透過面４４において光束を屈折させることができるので、スクリーンＳと共役となる中間像３５が、第１反射面４２の第２光軸Ｍに沿って傾斜して大きくなることを抑制できる。従って、中間像３５の拡大側に位置する第１反射面４２が大型化することを抑制できる。
さらに、本例では、中間像３５は、光学素子３３における第１透過面４１と第１反射面４２との間に位置する。従って、中間像が第１光学系と光学素子との間に形成される場合と比較して、第１光学系と光学素子とを接近させることができる。これにより、投写光学系をコンパクトにすることができる。
ここで、第２光学系３２の瞳Ｐは、第１反射面４２の第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜している。従って、第２光学系３２の瞳Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上方Ｙ１の周辺部の光量が低下することを抑制できる。すなわち、瞳Ｐが第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜すれば、瞳Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上部へ達する光束Ｆ１の光量が多くなる。また、スクリーンＳの上部へ達する光束Ｆ１の光量が多くなれば、スクリーンＳの下部へ達する光束Ｆ３の光量との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上部の周辺部の光量が、下部と比較して低下することを抑制できる。
また、本例では、光学素子３３において、中間像３５の縮小側に位置する第１透過面４１が非球面なので、中間像３５における収差の発生を抑制しやすい。また、光学素子３３の第１反射面４２、および第２透過面４４は、非球面である。従って、拡大側結像面において、収差の発生を抑制しやすい。
図５は、投写光学系３Ａの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦを示す図５の横軸は空間周波数である。縦軸はコントラスト再現比である。図中において、黒色のグラフは、タンジェンシャル光線（T）を示し、灰色のグラフは、ラジアル光線（R）を示す。また、タンジェンシャル光線（T）およびラジアル光線（R）のそれぞれにおいて、実線は、光束Ｆ１であり、間隔の長い破線は、光束Ｆ２であり、破線は、光束Ｆ３である。図５に示すように、本例の投写光学系３Ａは、高い解像度を有する。
（実施例２）
図６は、実施例２の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。図６では、本例の投写光学系３ＢからスクリーンＳに到達する光束を、光束Ｆ１〜Ｆ３により模式的に示す。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ３は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２は光束Ｆ１と光束Ｆ３との間の位置に達する光束である。図７は、実施例２の投写光学系３Ｂの光線図である。図８は、実施例２の第２光学系の光線図である。
実施例２は、実施例１の投写光学系において、第１光学系は光路を折り曲げる第１偏向素子および第２偏向素子を備える。本例の投写光学系３Ｂは、図６に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１、および第２光学系３２からなる。第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２は、１つの光学素子３３である。光学素子３３は、縮小側から光線通過の順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する。第１透過面４１は、縮小側に突出する凸形状を備える。第１反射面４２は、凹形状である。第２反射面４３は、平面形状である。すなわち、第２反射面４３は平面ミラーである。第２透過面４４は、拡大側に突出する凸形状を備える。
投写光学系３Ｂの縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８が配置されている。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎに垂直な面内に、第１光軸Ｎに対して一方側に投写画像を形成する。投写光学系の拡大側結像面には、スクリーンＳが配置されている。第１光学系３１と光学素子３３の第１反射面４２との間には、縮小側結像面と共役な中間像３５が結像される。中間像３５は拡大側結像面とも共役である。本例では、中間像３５は、光学素子３３の内側に形成される。すなわち、中間像３５は、光学素子３３の第１透過面４１と第１反射面４２との間に形成される。また、中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎを間に挟んでスクリーンＳとは反対側に形成される。
本例では、第１光学系３１の第１光軸Ｎは、Ｚ軸方向に延びる。図６、図７、図８は、ＹＺ平面上の光線図である。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの下方Ｙ２に結像する。スクリーンは、第１光学系の光軸の上方Ｙ１に配置される。
図７に示すように、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５を有する。レンズＬ１〜レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、レンズＬ２とレンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。レンズＬ４とレンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。レンズＬ１０とレンズＬ１１は接合された第３接合レンズＬ２３である。レンズＬ７とレンズＬ８との間には、絞りが配置されている。
また、第１光学系３１は、光路を折り曲げる第１偏向素子３６および第２偏向素子３７を備える。第１偏向素子３６および第２偏向素子３７は、いずれも平面ミラーである。第１偏向素子３６は、絞りＯの縮小側の隣に配置されている。すなわち、第１偏向素子３６は、レンズＬ７と絞りＯとの間に配置されている。第２偏向素子３７は、絞りＯよりも拡大側に配置されている。すなわち、第２偏向素子３７は、レンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。第１光学系３１の第１光軸Ｎのうち、第１偏向素子３６よりも縮小側を第１光軸の第１部分Ｎ１、第１偏向素子３６よりも拡大側で第２偏向素子３７に至るまでを第１光軸の第２部分Ｎ２、第２偏向素子３７よりも拡大側を第１光軸の第３部分Ｎ３とした場合に、第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第２部分Ｎ２とがなす角は９０°である。第１光軸の第２部分Ｎ２と第１光軸の第３部分Ｎ３とがなす角は９０°である。第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第３部分Ｎ３とは平行である。本例では、第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第３部分Ｎ３とは並列に延びている。
すなわち、第１偏向素子３６は第１光軸の第１部分Ｎ１に対して４５°傾斜して配置され、第１光学系３１の光路を上方Ｙ１に向かって９０°折り曲げている。第２偏向素子３７は第１光軸の第２部分Ｎ２に対して４５°傾斜して配置され、第１光学系３１の光路を１８０°折り返している。
光学素子３３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。第２光軸Ｍは、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４の設計上の光軸である。図７に示すように、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、第１光学系３１の第１光軸Ｎの第１光軸の第３部分Ｎ３と一致する。従って、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、Ｚ軸に沿って延びる。第１透過面４１および第１反射面４２は、第２光軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２反射面４３および第２透過面４４は、第２光軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。光学素子３３の第１透過面４１、第１反射面４２、および第２透過面４４は、いずれも非球面である。
第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍに垂直である。第２反射面４３は、Ｚ軸方向において、第１光学系３１の最も拡大側に位置するレンズＬ１５（第１レンズ）の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。第２透過面４４は、Ｚ軸方向において、第２反射面４３よりも第１反射面４２の側に位置する。本例において、第２光軸Ｍ上において、第２反射面４３は、第１透過面４１と第１反射面４２との中央に位置する。ここで、第１反射面４２および第２反射面４３は、それぞれ光学素子に設けた反射コーティング層からなる。
第２光学系３２の瞳Ｐは、光学素子３３の内側に位置する。ＹＺ平面における第２光学系３２の瞳Ｐは、第２透過面４４の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４とを結ぶ線で規定されるものである。瞳Ｐは、第２反射面４３と第２透過面４４との間に形成される。瞳Ｐは、ＹＺ平面上で第１反射面４２の第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。
（レンズデータ）
投写光学系３Ｂのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、レンズ、第１偏向素子、第２偏向素子、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面の符号である。レンズ、第１偏向素子、第２偏向素子、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面に対応しない面番号のデータはダミーデータである。Ｒは曲率半径である。Ｄは軸上面間隔である。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
18 0 球 無限 5.0771 屈折 0.0000
19 1 球 無限 21.5089 SBSL7_OHARA 屈折 7.4708
2 球 無限 3.0000 屈折 8.7816
3 球 無限 0.0000 屈折 9.0598
4 球 無限 0.0000 屈折 9.0598
5 球 無限 0.0000 屈折 9.0598
L1 6 球 41.3496 4.1237 446651.8387 屈折 9.1550
7 球 -26.9374 0.1000 屈折 9.1443
L2 8 球 89.6635 4.5978 446750.8377 屈折 8.7601
L3 9 球 -14.9472 1.0000 840356.3106 屈折 8.5284
10 球 -43.6281 0.3597 屈折 8.6292
L4 11 球 29.8223 4.7512 446800.8372 屈折 8.3726
L5 12 球 -17.1008 1.0000 840969.3016 屈折 8.1291
13 球 28.4021 1.4530 屈折 8.1133
L6 14 球 39.1659 3.4875 844039.2384 屈折 8.4268
15 球 -35.3277 0.1648 屈折 8.6257
L7 16 球 -30.8256 2.5591 446338.8419 屈折 8.6258
17 球 -18.0277 9.1800 屈折 8.7935
36 18 球 無限 0.0000 反射 12.0764
O 19 球 無限 -9.1465 屈折 7.7989
20 球 無限 -0.1000 屈折 7.0058
L8 21 球 -53.7469 -3.2787 846663.2378 屈折 7.1341
22 球 -144.6175 -2.8947 屈折 7.1246
L9 23 球 18.1268 -7.7925 437001.951 屈折 7.1697
24 球 29.7047 -11.8968 屈折 8.4056
37 25 球 無限 0.0000 反射 12.4527
26 球 無限 11.1365 屈折 9.6230
L10 27 球 23.0802 7.8965 654825.3106 屈折 10.9116
L11 28 球 -17.4354 1.0000 846622.2382 屈折 10.7166
29 球 21.4510 1.0262 屈折 10.5247
L12 30 球 32.8585 7.2937 624493.3325 屈折 10.5222
31 球 -16.5063 0.1000 屈折 10.8679
L13 32 球 -17.7085 1.0000 834805.4272 屈折 10.7882
33 球 813.6714 0.1000 屈折 12.0073
L14 34 非球面 19.6512 5.0554 E48R_ZEON 屈折 13.4091
35 非球面 34.5313 8.4068 屈折 13.7758
L15 36 非球面 -164.5336 2.1887 E48R_ZEON 屈折 14.7352
37 非球面 17.2276 3.3469 屈折 15.4006
38 球 無限 0.0000 屈折 14.1562
41 39 非球面 14.4228 17.7240 Z330R_ZEON 屈折 13.2267
40 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 屈折 9.5197
42 41 非球面 -10.7312 0.0000 Z330R_ZEON 反射 14.0000
42 球 無限 -8.8620 Z330R_ZEON 屈折 20.7085
43 43 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 反射 11.2439
44 球 無限 8.8620 Z330R_ZEON 屈折 11.2439
44 45 非球面 -14.7968 65.8130 屈折 12.8655
46 球 無限 56.8385 屈折 284.6883
47 球 無限 180.0883 屈折 496.7180
S 48 球 無限 0.0000 屈折 1169.3933
各非球面の非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S34 S35 S36 S37
Y曲率半径 19.65123164 34.5312867 -164.5336138 17.22758865
コーニック定数(K) -0.333991433 -11.96552678 90 0
4次の係数(A) -8.71972E-05 -1.25254E-04 -1.01206E-04 -3.66229E-04
6次の係数(B) 8.53981E-08 9.52603E-08 -3.26852E-07 6.33006E-07
8次の係数(C) -5.25436E-11 6.50366E-10 1.78778E-09 -8.64204E-10
10次の係数(D)
12次の係数(E)
面番号 S39 S41 S45
Y曲率半径 14.42275259 -10.73124706 -14.79675506
コーニック定数(K) -0.645055449 -4.75889166 0.254686622
4次の係数(A) 1.36567E-04 -1.33100E-04 5.41180E-05
6次の係数(B) -2.55668E-06 1.56580E-06 -3.37407E-08
8次の係数(C) 2.31755E-08 -7.35602E-09 -2.99909E-09
10次の係数(D) -1.17497E-10 1.63491E-11 2.13109E-11
12次の係数(E) 2.43317E-13 -4.63800E-14
また、投写光学系３Ｂの最大物体高、開口数、ミラー半径、レンズ全長、ＴＲは、以下のとおりである。最大物体高は、液晶パネル１８面上において画像形成領域の中で、投写光学系３Ｂの第１光軸Ｎから最も離れた点までの寸法である。最大物体高の単位はｍｍである。開口数はＮＡで示す。ミラー半径は、第１反射面の半径であり、単位はｍｍである。最終レンズ半径は、第２透過面のレンズ半径であり、単位はｍｍである。投写光学系３Ｂのレンズ全長は、Ｚ軸方向における液晶パネル１８から第２透過面までの距離であり、単位はｍｍである。ＴＲは、スローレシオであり、投写距離を、投写画像をスクリーンＳへ投写した時のＸ軸方向の寸法で除算した値である。
最大物体高 7.0
ＮＡ 0.2742
ミラー半径 14.0
最終レンズ半径 12.9
レンズ全長 164
TR（0.37”16:9) 0.22
（作用効果）
本例の投写光学系は、実施例１の投写光学系と同様の作用効果を得ることができる。また、本例では、第１偏向素子および第２偏向素子を備えることにより、第１光学系の光路を折り返している。これにより、Ｚ軸方向から見た場合に第１光学系が占める専有面積を小さくすることができる。
図９は、投写光学系３Ｂの拡大側のＭＴＦを示す図である。図９に示すように、本例の投写光学系３Ｂは、高い解像度を有する。
（実施例３）
図１０は、実施例３の投写光学系３Ｃの全体を模式的に表す光線図である。図１０では、本例の投写光学系３ＣからスクリーンＳに到達する光束を、光束Ｆ１〜Ｆ３により模式的に示す。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ３は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２は光束Ｆ１と光束Ｆ３との間の位置に達する光束である。図１１は、実施例３の投写光学系３Ｃの光線図である。図１２は、第２光学系の光線図である。
本例の投写光学系３Ｃは、図１１に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１、および第２光学系３２からなる。第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２は、１つの光学素子３３である。光学素子３３は、縮小側から光線通過の順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する。第１透過面４１は、縮小側に突出する凸形状を備える。第１反射面４２は、凹形状である。第２反射面４３は、平面形状である。すなわち、第２反射面４３は平面ミラーである。第２透過面４４は、拡大側に突出する凸形状を備える。
投写光学系３Ｃの縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８が配置されている。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎに垂直な面内に、第１光軸Ｎに対して一方側に投写画像を形成する。投写光学系の拡大側結像面には、スクリーンＳが配置されている。第１光学系３１と光学素子３３の第１反射面４２との間には、縮小側結像面と共役な中間像３５が結像される。中間像３５は拡大側結像面とも共役である。本例では、中間像３５は、光学素子３３の内側に形成される。すなわち、中間像３５は、光学素子３３の第１透過面４１と第１反射面４２との間に形成される。また、中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎを間に挟んでスクリーンＳとは反対側に形成される。
本例では、第１光学系３１の第１光軸Ｎは、Ｚ軸方向に延びる。図１０、図１１、図１２は、ＹＺ平面上の光線図である。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの下方Ｙ２に結像する。スクリーンは、第１光学系の光軸の上方Ｙ１に配置される。
図１１に示すように、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９と、１４枚のレンズＬ１〜Ｌ１４を有する。レンズＬ１〜レンズＬ１４は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、レンズＬ２とレンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。レンズＬ４とレンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。レンズＬ９とレンズＬ１０は接合された第３接合レンズＬ２３である。レンズＬ７とレンズＬ８との間には、絞りＯが配置されている。
光学素子３３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。言い換えれば、第２光軸Ｍは、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４の設計上の光軸である。図１２に示すように、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、第１光学系３１の第１光軸Ｎと一致する。従って、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、Ｚ軸に沿って延びる。第１透過面４１および第１反射面４２は、第２光軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２反射面４３および第２透過面４４は、第２光軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。光学素子３３の第１透過面４１、第１反射面４２、および第２透過面４４は、いずれも非球面である。
第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍに垂直である。第２反射面４３は、Ｚ軸方向において、第１光学系３１の最も拡大側に位置するレンズＬ１４（第１レンズ）の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。第２透過面４４は、Ｚ軸方向において、第２反射面４３よりも第１反射面４２の側に位置する。本例において、第２反射面４３は、第２光軸Ｍ上において、第２透過面４４よりも第１透過面４１に近い側に位置する。これにより、第１反射面４２と第２反射面４３との間は、実施例１の光学素子と比較して、肉厚である。ここで、第１反射面４２は、光学素子３３の拡大側の面に設けた反射コーティング層である。第２反射面４３は、光学素子３３において第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１で第１光学系３１の側を向く平面に設けた反射コーティング層である。なお、非球面は、自由曲面の場合がある。この場合でも、自由曲面は、第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。
第２光学系３２の瞳Ｐは、光学素子３３の内側に位置する。ＹＺ平面における第２光学系３２の瞳Ｐは、第２透過面４４の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４とを結ぶ線で規定されるものである。瞳Ｐは、第２反射面４３と第２透過面４４との間に形成される。瞳Ｐは、ＹＺ平面上で第１反射面４２の第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。
（レンズデータ）
投写光学系３Ｃのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面の符号である。レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面に対応しない面番号のデータはダミーデータである。Ｒは曲率半径である。Ｄは軸上面間隔である。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
18 0 球 無限 5.0771 屈折 0.0000
19 1 球 無限 21.5089 SBSL7_OHARA 屈折 7.7696
2 球 無限 3.0000 屈折 9.9034
3 球 無限 0.0000 屈折 10.3582
4 球 無限 0.0000 屈折 10.3582
5 球 無限 0.0000 屈折 10.3582
L1 6 球 51.9891 5.4678 447563.8297 屈折 10.5212
7 球 -20.7689 0.1000 屈折 10.5781
L2 8 球 47.0330 5.2695 474127.7576 屈折 9.6545
L3 9 球 -17.0528 1.0000 839457.3249 屈折 9.3191
10 球 -61.1505 0.1000 屈折 9.2209
L4 11 球 35.0321 4.7004 450743.7999 屈折 8.8455
L5 12 球 -18.5944 1.0000 836125.392 屈折 8.5243
13 球 56.4354 0.1000 屈折 8.3464
L6 14 球 44.8397 2.6819 846663.2378 屈折 8.3561
15 球 -85.8255 0.0999 屈折 8.2553
L7 16 球 -69.7944 2.4898 484473.799 屈折 8.2535
17 球 -23.2247 11.0686 屈折 8.1000
O 18 球 無限 12.7667 屈折 6.2883
L8 19 球 -13.1733 1.0000 453684.8876 屈折 6.4000
20 球 -17.7632 7.4374 屈折 6.8563
L9 21 球 19.5630 8.4166 622385.3342 屈折 10.8178
L10 22 球 -17.6036 1.0000 844312.2605 屈折 10.6915
23 球 26.6261 1.3846 屈折 10.8498
L11 24 球 63.4332 6.8516 646760.316 屈折 10.8549
25 球 -16.4143 0.1000 屈折 11.1821
L12 26 球 -18.0275 1.0000 755000.5232 屈折 10.9805
27 球 -387.9993 0.2271 屈折 11.8487
L13 28 非球面 15.0316 3.5898 E48R_ZEON 屈折 13.0139
29 非球面 22.1622 12.2378 屈折 13.3100
L14 30 非球面 -158.5708 3.5898 E48R_ZEON 屈折 14.8708
31 非球面 26.6506 3.9888 屈折 15.4374
32 球 無限 0.0000 屈折 13.8441
41 33 非球面 33.1970 13.7460 Z330R_ZEON 屈折 13.1435
34 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 屈折 11.2461
42 35 非球面 -12.0743 0.0000 Z330R_ZEON 反射 12.0727
36 球 無限 -11.5403 Z330R_ZEON 屈折 21.2807
43 37 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 反射 12.4316
38 球 無限 11.5403 Z330R_ZEON 屈折 12.4316
44 39 非球面 -30.1417 65.8130 屈折 18.6612
40 球 無限 56.8385 屈折 290.7946
41 球 無限 180.0883 屈折 501.5129
S 42 球 無限 0.0000 屈折 1169.2503
各非球面の非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S28 S29 S30 S31
Y曲率半径 15.03160626 22.16222606 -158.5707752 26.65059873
コーニック定数(K) -0.287849533 -5.127826903 90 0
4次の係数(A) -9.67981E-05 -5.29067E-05 -6.81685E-06 -2.59755E-04
6次の係数(B) -4.42544E-08 -1.31491E-07 -4.06211E-07 4.52246E-07
8次の係数(C) -5.89956E-10 4.28438E-10 1.02189E-09 -5.02946E-10
10次の係数(D)
12次の係数(E)
面番号 S33 S35 S39
Y曲率半径 33.19697456 -12.07434298 -30.14166617
コーニック定数(K) 4.972124815 -3.121620834 1.293584918
4次の係数(A) 2.76176E-04 -3.58655E-05 3.82767E-06
6次の係数(B) -2.88016E-06 4.64911E-07 -1.23652E-08
8次の係数(C) 7.00498E-09 -1.70318E-09 -1.08795E-10
10次の係数(D) 3.51383E-11 3.09745E-12 4.28198E-13
12次の係数(E) -1.86786E-13 -5.48275E-16
また、投写光学系３Ｃの最大物体高、開口数、ミラー半径、レンズ全長、ＴＲは、以下のとおりである。最大物体高は、液晶パネル１８面上において画像形成領域の中で、投写光学系３Ｃの第１光軸Ｎから最も離れた点までの寸法である。最大物体高の単位はｍｍである。開口数はＮＡで示す。ミラー半径は、第１反射面の半径であり、単位はｍｍである。最終レンズ半径は、第２透過面のレンズ半径であり、単位はｍｍである。投写光学系３Ｃのレンズ全長は、Ｚ軸方向における液晶パネル１８から第２透過面までの距離であり、単位はｍｍである。ＴＲは、スローレシオであり、投写距離を、投写画像をスクリーンＳへ投写した時のＸ軸方向の寸法で除算した値である。
最大物体高 7.0
ＮＡ 0.2742
ミラー半径 12.1
最終レンズ半径 18.7
レンズ全長 141
TR（0.37”16:9) 0.22
（作用効果）
本例の投写光学系は、実施例１の投写光学系と同様の作用効果を得ることができる。図１３に示すように、本例の投写光学系３Ｃは、高い解像度を有する。
（実施例４）
図１４は、実施例４の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。図１４では、本例の投写光学系３ＤからスクリーンＳに到達する光束を、光束Ｆ１〜Ｆ３により模式的に示す。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ３は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２は光束Ｆ１と光束Ｆ３との間の位置に達する光束である。図１５は、実施例４の投写光学系３Ｄの光線図である。図１６は、実施例４の第２光学系の光線図である。
実施例４は、実施例３の投写光学系において、第１光学系は光路を折り曲げる第１偏向素子および第２偏向素子を備える。本例の投写光学系３Ｄは、図１５に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１、および第２光学系３２からなる。第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２は、１つの光学素子３３である。光学素子３３は、縮小側から光線通過の順に、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４を有する。第１透過面４１は、縮小側に突出する凸形状を備える。第１反射面４２は、凹形状である。第２反射面４３は、平面形状である。すなわち、第２反射面４３は平面ミラーである。第２透過面４４は、拡大側に突出する凸形状を備える。
投写光学系３Ｄの縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８が配置されている。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎに垂直な面内に、第１光軸Ｎに対して一方側に投写画像を形成する。投写光学系の拡大側結像面には、スクリーンＳが配置されている。第１光学系３１と光学素子３３の第１反射面４２との間には、縮小側結像面と共役な中間像３５が結像される。中間像３５は拡大側結像面とも共役である。本例では、中間像３５は、光学素子３３の内側に形成される。すなわち、中間像３５は、光学素子３３の第１透過面４１と第１反射面４２との間に形成される。また、中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎを間に挟んでスクリーンＳとは反対側に形成される。
本例では、第１光学系３１の第１光軸Ｎは、Ｚ軸方向に延びる。図１４、図１５、図１６は、ＹＺ平面上の光線図である。液晶パネル１８は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３５は、第１光学系３１の第１光軸Ｎの下方Ｙ２に結像する。スクリーンは、第１光学系の光軸の上方Ｙ１に配置される。
図１５に示すように、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズＬ１〜Ｌ１５を有する。レンズＬ１〜レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、レンズＬ２とレンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。レンズＬ４とレンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。レンズＬ１０とレンズＬ１１は接合された第３接合レンズＬ２３である。レンズＬ７とレンズＬ８との間には、絞りＯが配置されている。
また、第１光学系３１は、光路を折り曲げる第１偏向素子３６および第２偏向素子３７を備える。第１偏向素子３６および第２偏向素子３７は、いずれも平面ミラーである。第１偏向素子３６は、絞りＯの縮小側の隣に配置されている。すなわち、第１偏向素子３６は、レンズＬ７と絞りＯとの間に配置されている。第２偏向素子３７は、絞りＯよりも拡大側に配置されている。すなわち、第２偏向素子３７は、レンズＬ９とレンズＬ１０との間に配置されている。第１光学系３１の第１光軸Ｎのうち、第１偏向素子３６よりも縮小側を第１光軸の第１部分Ｎ１、第１偏向素子３６よりも拡大側で第２偏向素子３７に至るまでを第１光軸の第２部分Ｎ２、第２偏向素子３７よりも拡大側を第１光軸の第３部分Ｎ３とした場合に、第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第２部分Ｎ２とがなす角は９０°である。第１光軸の第２部分Ｎ２と第１光軸の第３部分Ｎ３とがなす角は９０°である。第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第３部分Ｎ３とは平行である。本例では、第１光軸の第１部分Ｎ１と第１光軸の第３部分Ｎ３とは並列に延びている。
すなわち、第１偏向素子３６は第１光軸の第１部分Ｎ１に対して４５°傾斜して配置され、第１光学系３１の光路を上方Ｙ１に向かって９０°折り曲げている。第２偏向素子３７は第１光軸の第２部分Ｎ２に対して４５°傾斜して配置され、第１光学系３１の光路を１８０°折り返している。
光学素子３３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍを設計軸として設計されている。第２光軸Ｍは、第１透過面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および第２透過面４４の設計上の光軸である。図１６に示すように、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、第１光学系３１の第１光軸Ｎの第１光軸の第３部分Ｎ３と一致する。従って、第１反射面４２の第２光軸Ｍは、Ｚ軸に沿って延びる。第１透過面４１および第１反射面４２は、第２光軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２反射面４３および第２透過面４４は、第２光軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。光学素子３３の第１透過面４１、第１反射面４２、および第２透過面４４は、いずれも非球面である。
第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍに垂直である。第２反射面４３は、Ｚ軸方向において、第１光学系３１の最も拡大側に位置するレンズＬ１５（第１レンズ）の拡大側の第１面７１と、第１反射面４２との間に位置する。第２透過面４４は、Ｚ軸方向において、第２反射面４３よりも第１反射面４２の側に位置する。本例では、第２光軸Ｍ上において、第２反射面４３と第１透過面４１との間隔を、第２反射面４３と第１反射面４２との間隔より短くしている。これにより、第１透過面４１と第２反射面４３との間隔が、実施例２と比較して、薄くなり、光学素子３３を薄くすることができる。ここで、第１反射面４２は、光学素子３３の拡大側の面に設けた反射コーティング層である。第２反射面４３は、光学素子３３において第１光学系３１の第１光軸Ｎの上方Ｙ１で第１光学系３１の側を向く平面に設けた反射コーティング層である。
第２光学系３２の瞳Ｐは、光学素子３３の内側に位置する。ＹＺ平面における第２光学系３２の瞳Ｐは、第２透過面４４の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４とを結ぶ線で規定されるものである。瞳Ｐは、第２反射面４３と第２透過面４４との間に形成される。瞳Ｐは、ＹＺ平面上で第１反射面４２の第２光軸Ｍと垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。
（レンズデータ）
投写光学系３Ｄのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、レンズ、第１偏向素子、第２偏向素子、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面の符号である。レンズ、第１偏向素子、第２偏向素子、第１透過面、第１反射面、第２反射面および第２透過面に対応しない面番号のデータはダミーデータである。Ｒは曲率半径である。Ｄは軸上面間隔である。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。
符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
18 0 球 無限 5.0771 屈折 0.0000
19 1 球 無限 21.5089 SBSL7_OHARA 屈折 7.4346
2 球 無限 3.0000 屈折 8.6451
3 球 無限 0.0000 屈折 8.9019
4 球 無限 0.0000 屈折 8.9019
5 球 無限 0.0000 屈折 8.9019
L1 6 球 50.8270 4.0115 452420.7925 屈折 8.9702
7 球 -24.1345 0.1000 屈折 8.9736
L2 8 球 82.7471 4.5650 450435.8328 屈折 8.5449
L3 9 球 -14.3543 1.0000 839787.3159 屈折 8.3060
10 球 -52.4674 0.1000 屈折 8.4024
L4 11 球 26.6631 4.7662 449711.8160 屈折 8.2403
L5 12 球 -17.1101 1.0000 839871.3159 屈折 8.0156
13 球 27.0915 1.7962 屈折 8.0120
L6 14 球 40.6115 3.1258 846663.2378 屈折 8.4268
15 球 -50.7121 0.2725 屈折 8.6393
L7 16 球 -37.4115 3.0025 449116.8148 屈折 8.6396
17 球 -16.9048 8.6396 屈折 8.8686
36 18 球 無限 0.0000 反射 12.3749
O 19 球 無限 -13.5202 屈折 8.3195
20 球 無限 -0.9153 屈折 7.6538
L8 21 球 -65.6525 -4.8780 846663.2378 屈折 8.0997
22 球 3125.4509 -3.3613 屈折 8.1397
L9 23 球 19.1947 -3.0000 437001.9510 屈折 8.1626
24 球 26.7008 -10.9971 屈折 8.6686
37 25 球 無限 0.0000 反射 12.5974
26 球 無限 14.0273 屈折 9.5102
L10 27 球 21.9033 8.2387 586943.3682 屈折 10.7976
L11 28 球 -17.5180 1.0000 842194.2851 屈折 10.5369
29 球 21.0633 0.1025 屈折 10.4819
L12 30 球 21.5211 8.1655 547640.4223 屈折 10.5222
31 球 -17.0182 0.1000 屈折 10.7793
L13 32 球 -22.5505 1.0000 834805.4272 屈折 10.5036
33 球 -107.8245 1.4331 屈折 10.9110
L14 34 非球面 39.4785 3.4869 E48R_ZEON 屈折 10.9930
35 非球面 34.6629 8.0645 屈折 11.8775
L15 36 非球面 -131.3226 1.2273 E48R_ZEON 屈折 12.6633
37 非球面 14.4444 3.4778 屈折 12.9917
38 球 無限 0.0000 屈折 12.6374
41 39 非球面 113.9278 15.9511 Z330R_ZEON 屈折 12.4079
40 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 屈折 11.1300
42 41 非球面 -11.6460 0.0000 Z330R_ZEON 反射 14.0000
42 球 無限 -10.2667 Z330R_ZEON 屈折 22.4385
43 43 球 無限 0.0000 Z330R_ZEON 反射 9.8921
44 球 無限 10.2667 Z330R_ZEON 屈折 9.8921
44 45 非球面 -14.6388 65.8130 屈折 14.6645
46 球 無限 56.8385 屈折 290.0373
47 球 無限 180.0883 屈折 500.8317
S 48 球 無限 0.0000 屈折 1169.3698
各非球面の非球面係数は以下のとおりである。
面番号 S34 S35 S36 S37
Y曲率半径 39.4785 34.6629 -131.3226 14.4444
コーニック定数(K) -77.63737 -87.96154 90 0
4次の係数(A) -1.26038E-04 -1.91858E-04 -1.39226E-04 -3.49637E-04
6次の係数(B) 3.91946E-08 1.04516E-08 -2.46009E-07 1.53444E-08
8次の係数(C) -2.57161E-09 3.06405E-10 4.13902E-09 1.02093E-09
10次の係数(D)
12次の係数(E)
面番号 S39 S41 S45
Y曲率半径 113.9278 -11.6460 -14.6388
コーニック定数(K) 74.15390 -2.29917 -0.13158
4次の係数(A) 4.55967E-04 2.02380E-05 1.19216E-04
6次の係数(B) -5.82578E-06 -2.93184E-07 -5.95649E-07
8次の係数(C) 3.89927E-08 2.00740E-09 9.55740E-10
10次の係数(D) -1.48682E-10 -3.47341E-12 3.73030E-12
12次の係数(E) 2.43491E-13 -1.12163E-14
また、投写光学系３Ｄの最大物体高、開口数、ミラー半径、レンズ全長、ＴＲは、以下のとおりである。最大物体高は、液晶パネル１８面上において画像形成領域の中で、投写光学系３Ｄの第１光軸Ｎから最も離れた点までの寸法である。最大物体高の単位はｍｍである。開口数はＮＡで示す。ミラー半径は、第１反射面の半径であり、単位はｍｍである。最終レンズ半径は、第２透過面のレンズ半径であり、単位はｍｍである。投写光学系３Ｄのレンズ全長は、Ｚ軸方向における液晶パネル１８から第２透過面までの距離であり、単位はｍｍである。ＴＲは、スローレシオであり、投写距離を、投写画像をスクリーンＳへ投写した時のＸ軸方向の寸法で除算した値である。
最大物体高 7.0
ＮＡ 0.2742
ミラー半径 14.0
最終レンズ半径 14.7
レンズ全長 165
TR（0.37”16:9) 0.22
（作用効果）
本例の投写光学系は、実施例１の投写光学系と同様の作用効果を得ることができる。また、本例では、第１偏向素子３６および第２偏向素子３７を備えることにより、第１光学系３１の光路を折り返している。これにより、ＸＺ平面で見た場合に第１光学系３１が占める専有面積を小さくすることができる。
図１７は、投写光学系３Ｄの拡大側のＭＴＦを示す図である。図１７に示すように、本例の投写光学系３Ｄは、高い解像度を有する。
なお、上記の投写光学系では、第２光学系の拡大側に、更に、レンズを配置してもよい。
また、実施例１〜４の投写光学系において、第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍに垂直であったが、垂直でなくてもよい。すなわち、第２反射面４３は、第１反射面４２の第２光軸Ｍと交差していればよい。
また、実施例２、４の投写光学系において、第１偏向素子および第２偏向素子のいずれか一方を省略してもよい。
さらに、実施例２、４では、第１偏向素子および第２偏向素子を配置することにより、縮小側結像面からの光線の光路を１８０°折り返しているが、折り返す角度、および折り返す方向は、上記の例に限られるものではない。
１…プロジェクター、２…画像形成部、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ…投写光学系、４…制御部、６…画像処理部、７…表示駆動部、１０…光源、１１…第１インテグレーターレンズ、１２…第２インテグレーターレンズ、１３…偏光変換素子、１４…重畳レンズ、１５…第１ダイクロイックミラー、１６…反射ミラー、１７Ｒ…フィールドレンズ、１７Ｇ…フィールドレンズ、１７Ｂ…フィールドレンズ、１８Ｒ…液晶パネル、１８Ｇ…液晶パネル、１８Ｂ…液晶パネル、１８Ｒ…各液晶パネル、１９…クロスダイクロイックプリズム、２１…第２ダイクロイックミラー、２２…リレーレンズ、２３…反射ミラー、２４…リレーレンズ、２５…反射ミラー、３１…第１光学系、３２…第２光学系、３３…光学素子、３５…中間像、３６…第１偏向素子、３７…第２偏向素子、４１…第１透過面、４２…第１反射面、４３…第２反射面、４４…第２透過面、５０…有効光線範囲、５１…上端光束、５１ａ…上周辺光線、５１ｂ…下周辺光線、５２…下端光束、５２ａ…上周辺光線、５２ｂ…下周辺光線、５３…上側交点、５４…下側交点、７１…第１面、Ｆ１〜Ｆ３…光束、Ｌ１〜Ｌ１５…レンズ、Ｌ２１〜Ｌ２３…接合レンズ、Ｎ…第１光軸、Ｎ１…第１光軸の第１部分、Ｎ２…第１光軸の第２部分、Ｎ３…第１光軸の第３部分、Ｍ…第２光軸、Ｐ…瞳、Ｓ…スクリーン、Ｖ…仮想垂直線。

Claims (19)

  1. 縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系と、第２光学系と、を備える投写光学系において、
    前記第２光学系は、縮小側から順に、第１透過面、第１反射面、第２反射面、および第２透過面を有する光学素子を備え、
    前記第２反射面は、前記第１光学系の第１光軸に沿った方向において、前記第１光学系の最も前記拡大側に位置する第１レンズの前記拡大側の第１面と、前記第１反射面との間に位置し、
    前記第２透過面は、前記第１光軸に沿った方向において、前記第２反射面に対して前記第１光学系が位置する側とは反対側に位置することを特徴とする投写光学系。
  2. 前記第１反射面は、凹形状であることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
  3. 前記第２透過面は、拡大側に突出する凸形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の投写光学系。
  4. 前記第１透過面は、縮小側に突出する凸形状であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の投写光学系。
  5. 前記第２反射面は、平面であることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の投写光学系。
  6. 前記第１反射面は、非球面であることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  7. 前記第２透過面は、非球面であることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  8. 前記第１透過面は、非球面であることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  9. 前記第１透過面および前記第１反射面は、前記第１反射面の第２光軸に対して一方側に位置し、
    前記第２反射面および前記第２透過面は、前記第２光軸に対して他方側に位置することを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  10. 互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、拡大側結像面の幅方向をＸ、前記拡大側結像面の上下方向をＹ軸方向、前記拡大側結像面に垂直な方向をＺ軸方向、前記第１光軸および前記第２光軸を含む平面をＹＺ平面とした場合に、
    前記第２透過面の有効光線範囲のＹ軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および前記有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がＹＺ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記ＹＺ平面上で交差する下側交点とを結ぶ瞳は、前記ＹＺ平面で前記第２光軸と垂直な仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする請求項９に記載の投写光学系。
  11. 前記第１光学系は、光路を折り曲げる第１偏向素子を備えることを特徴とする請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  12. 前記第１偏向素子は、平面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の投写光学系。
  13. 前記第１光学系において、前記第１光軸のうち、前記第１偏向素子よりも前記縮小側の光軸を第１光軸の第１部分、前記第１偏向素子よりも前記拡大側の光軸を第１光軸の第２部分とした場合に、前記第１光軸の第１部分と前記第１光軸の第２部分とがなす角は、９０°であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の投写光学系。
  14. 前記第１光学系は、前記第１偏向素子の前記拡大側に光路を折り曲げる第２偏向素子を備えることを特徴とする請求項１３に記載の投写光学系。
  15. 前記第２偏向素子は、平面ミラーであることを特徴とする請求項１４に記載の投写光学系。
  16. 前記第１光学系において、前記第１光軸のうち、前記第２偏向素子よりも前記拡大側の光軸を第１光軸の第３部分とした場合に、前記第１光軸の第２部分と前記第１光軸の第３部分とがなす角は、９０°であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の投写光学系。
  17. 前記第１光学系において、前記第１光軸の第１部分と前記第１光軸の第３部分とは、平行であることを特徴とする請求項１６に記載の投写光学系。
  18. 前記第１光学系と前記第１反射面との間に中間像が結像されることを特徴とする請求項１から１７のうちいずれか一項に記載の投写光学系。
  19. 請求項１から１８のうちのいずれか一項に記載の投写光学系と、
    前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、
    を有することを特徴とするプロジェクター。
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