JP2022080857A - 投影レンズアセンブリ及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体積が小さく、かつ台形歪みを改善できる投影レンズアセンブリ及び投影装置を提供する。
【解決手段】第１のレンズセットは縮小側と拡大側との間に配置される。第２のレンズセットは第１のレンズセットと拡大側との間に配置される。第２のレンズセットは入光面、反射面及び出光面を有し、入光面が第１のレンズセットに向けられ、出光面が投影面に向けられ、入光面、出光面及び第１のレンズセットが反射面の同一側に配置され、かつ、入光面、反射面及び出光面の少なくとも一つが自由曲面である。絞りは第１のレンズセット与第２のレンズセットの間に配置される。ライトバルブは画像光束を提供する。第１のレンズセットの第１の光軸が画像光束の中心と重ならない。
【選択図】図１

Description

本発明は光学レンズアセンブリ及び光学装置に関し、特に投影レンズアセンブリ及び投影装置に関する。

プロジェクターは家電製品、オフィス設備、ゲーム機器等に幅広く応用されている。プロジェクターの需要が次第に軽量小型へ進んでいる。例を挙げると、従来型光源を用いたプロジェクターに比べると、発光ダイオードを用いたポケット型プロジェクターは体積が小さくて重量が軽いため、空間要求が低くなり、携帯も便利である。

実際の応用において、プロジェクターの使用空間を縮小するには、プロジェクターの機構を変える必要があり、従来の垂直式投影を斜め投影に変更し、反射鏡により投影画面を屈折させ、屈折後の投影画面を必要に応じて投影面（例えば、テーブル面、地面、壁面、スクリーン等）に投射することができる。斜め投影構造において、プロジェクターの出射光の基準光線を投影面に対し垂直にすることができず、即ち、斜め入射（ｏｂｌｉｑｕｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）であるため、投影画面に台形歪み（ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が発生する原因になる。従来、台形歪みを改善するために、ソフトウェアを利用して投影画面の歪み領域を剪断し、歪みのないものにすることができるが、このソフトウェア補正方法により解像度が低下し、輝度損失が発生する。また、台形歪みを改善する別の方法として、ハードウェア補正、即ち、投影レンズアセンブリを移動させる方法があるが、この方法ではプロジェクターの体積が大きくなる。

本発明は、体積が小さく、かつ台形歪みを改善できる投影レンズアセンブリ及び投影装置を提供する。

本発明の投影レンズアセンブリは、縮小側に配置されたライトバルブが提供した画像光束を拡大側に配置された投影面に結像させるものである。ライトバルブと投影面が角度を有する。投影レンズアセンブリは第１のレンズセット、第２のレンズセット及び絞りを含む。第１のレンズセットは縮小側と拡大側との間に配置され、かつ第１の光軸を有する。第２のレンズセットは第１のレンズセットと拡大側との間に配置され、第２のレンズセットが少なくとも入光面、反射面及び出光面を有し、入光面が第１のレンズセットに向けられ、出光面が投影面に向けられ、入光面、出光面及び第１のレンズセットが反射面の同一側に配置され、かつ、入光面、反射面及び出光面の少なくとも一つが自由曲面である。絞りは第１のレンズセットと第２のレンズセットとの間に配置される。ライトバルブは画像光束を提供する。画像光束は順に第１のレンズセットを透過し、絞りを通過し、第２のレンズセットの入光面を透過して、第２のレンズセットの反射面に反射され、かつ第２のレンズセットの出光面を透過し、投影面まで伝達される。第１のレンズセットの第１の光軸が画像光束の中心と重ならない。

本発明の投影装置は照明光源、ライトバルブ、投影面及び前記投影レンズアセンブリを含む。照明光源は照明光束を提供する。ライトバルブは縮小側に配置され、かつ、照明光束を画像光束に変換する。投影面は拡大側に配置され、ライトバルブと投影面が角度を有する。

以上により、本発明の一実施例の投影装置及び投影レンズアセンブリにおいて、投影レンズアセンブリの第２のレンズセットの入光面、反射面及び出光面の少なくとも一つが自由曲面であり、かつ、第１のレンズセットの第１の光軸が画像光束の中心と重ならない。そのため、往復共通光路設計を実現することができ、さらに、投影レンズアセンブリ全体の厚さを低減することができる。また、第２のレンズセットの入光面、反射面及び出光面の少なくとも一つが自由曲面であるため、投影レンズアセンブリにおいて、各視角が対応する画像光束の焦点距離を異なるものにすることができ、台形歪み現象をさらに改善することができる。

本発明の一実施例の投影装置の側面概略図。 図１の投影装置のライトバルブ、保護蓋、光合成素子、平板ガラスアクチュエータ及び投影レンズアセンブリの拡大概略図。 本発明の一実施例の投影装置の概略図。 本発明の一実施例の画像光束が投影面において形成した投影画面を概略的に示す図。 図２の投影レンズアセンブリの変調伝達関数図。 図１の投影装置の投影面における投影画面を概略的に示す図。

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴と効果について、以下は参照図面に基づき、好ましい実施例の詳細説明において明確に示すとする。以下の実施例で言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後等は図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明を目的とし、本発明を制限するものではない。

以下は本発明の代表的な実施例を詳細に参照し、図面を用いて代表的な実施例の実例を説明する。図面と説明における同じまたは類似する部分は、なるべく同じ素子符号で示す。

図１は本発明の一実施例の投影装置の側面概略図である。図２は図１の投影装置のライトバルブ、保護蓋、光合成素子、平板ガラスアクチュエータ及び投影レンズアセンブリの拡大概略図である。

図１及び図２を参照すると、図中の方向ｚは例えば投影面ＰＳに垂直な方向であり、方向ｙは例えば投影面ＰＳに平行な方向であり、また、方向ｘは例えば投影面ＰＳに平行であるとともに、方向ｙに垂直な方向である。

図１を参照すると、投影装置１００は照明光源ＩＬＳ、ライトバルブＬＶ、投影レンズアセンブリＰＬ及び投影面ＰＳを含む。投影レンズアセンブリＰＬは縮小側及び拡大側を有する。ライトバルブＬＶは縮小側に配置される。投影面ＰＳは拡大側に配置される。照明光源ＩＬＳは照明光束ＩＬＢを提供する。ライトバルブＬＶは照明光束ＩＬＢを画像光束ＩＭＢに変換する。投影レンズアセンブリＰＬは、ライトバルブＬＶからの画像光束ＩＭＢを拡大側に位置する投影面ＰＳ上に結像させる。特に、投影面ＰＳとライトバルブＬＶが夾角θを有する。言い換えれば、投影装置１００は斜め投影装置である。投影面ＰＳとライトバルブＬＶの夾角θが０°＜θ＜９０°を満たす。例を挙げると、夾角θが２５°＜θ＜９０°を満たすとしてもよいが、本発明はこれに限定されない。

投影面ＰＳはその上に投影画面を形成することが可能な物体表面一般を指す。例を挙げると、本実施例において、投影面ＰＳはテーブル面であってもよい。しかし、本発明はこれに限定されず、別の実施例において、投影面ＰＳは地面、壁面、スクリーン等であってもよい。

本実施例において、ライトバルブＬＶは、選択的に、反射式光変調器、例えば、デジタルマイクロミラー素子（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）、シリコン液晶パネル（ｌｉｑｕｉｄ－ｃｒｙｓｔａｌ－ｏｎ－ｓｉｌｉｃｏｎ ｐａｎｅｌ，ＬＣＯＳ ｐａｎｅｌ）等であってもよい。しかし、本発明はこれに限定されず、別の実施例において、ライトバルブＬＶは透過型光変調器、例えば、透過液晶パネル（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐａｎｅｌ）、電気光学変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、磁気光学変調器（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＡＯＭ）等であってもよい。

本実施において、投影装置１００は、選択的に、光合成素子ＰＲを含んでもよい。照明システムＩＬＳは光合成素子ＰＲに対し照明光束ＩＬＢを発し、照明光束ＩＬＢが光合成素子ＰＲを経由してライトバルブＬＶまで伝達され、照明光束ＩＬＢがライトバルブＬＶに反射されて画像光束ＩＭＢとなり、画像光束ＩＭＢが光合成素子ＰＲを経由して投影レンズアセンブリＰＬまで伝達される。例を挙げると、本実施において、光合成素子ＰＲが全内反射プリズム（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｓｍ，ＴＩＲ Ｐｒｉｓｍ）であってもよい。しかし、本発明はこれに限定されず、別の実施例において、光合成素子ＰＲがビームスプリッタ（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、フィールドレンズ（ｆｉｌｅｄ ｌｅｎｓ）またはその他の光学素子であってもよく、投影装置１００に必要な分光または導光設計によって決めるとし、本発明はこれについて限定しない。

図１及び図２を参照すると、本実施において、投影装置１００は、選択的に、ライトバルブＬＶの受光面ＬＶａ（図２が示す）上に配置され、かつライトバルブＬＶと光合成素子ＰＲとの間に位置する保護蓋ＣＧ（図２が示す）を含んでもよい。保護蓋ＣＧはライトバルブＬＶを保護する。また、本実施において、投影装置１００は、選択的に、平板ガラスアクチュエータＡＣを含み、光フィルタ機能を備えることができる。

投影レンズアセンブリＰＬは第１のレンズセットＬＧ１、絞りＡＳ及び第２のレンズセットＬＧ２を含む。第１のレンズセットＬＧ１は縮小側と拡大側との間に配置され、かつ、第１の光軸Ｘ１を有する。第２のレンズセットＬＧ２は第１のレンズセットＬＧ１と拡大側との間に配置される。絞りＡＳは第１のレンズセットＬＧ１と第２のレンズセットＬＧ２との間に配置される。第２のレンズセットＬＧ２は少なくとも入光面ＲＰ３、反射面ＲＰ２及び出光面ＲＰ１を有し、入光面ＲＰ３が第１のレンズセットＬＧ１に向けられ、出光面ＲＰ１が投影面ＰＳに向けられ、かつ、入光面ＲＰ３、出光面ＲＰ１及び第１のレンズセットＬＧ１が反射面ＲＰ２の同一側に配置される。

図２を参照すると、第１のレンズセットＬＧ１は、拡大側から縮小側へ順に配列された複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を含み、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５がそれぞれ第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１、Ｌ５１、及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ４２、Ｌ５２を有する。

例を挙げると、本実施において、第１のレンズセットＬＧ１は拡大側から縮小側へ順に配列されたレンズＬ１、レンズＬ２、レンズＬ３、レンズＬ４及びレンズＬ５を含み、レンズＬ１が第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ１１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ１２を有し、レンズＬ２が第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ２１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ２２を有し、レンズＬ３が第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ３１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ３２を有し、レンズＬ４が第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ４１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ４２を有し、レンズＬ５が第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ５１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ５２を有する。本実施において、第１のレンズセットＬＧ１の複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の数が例えば５である。しかし、本発明はこれに限定されず、第１のレンズセットＬＧ１のレンズ数を実際のニーズによって変えることが可能である。別の実施例において、第１のレンズセットＬＧ１のレンズ数が２、３、４、６また６より大きい正数であってもよい。本実施において、第１のレンズセットＬＧ１の焦点距離が負であってもよいが、本発明はこれに限定されない。

絞りＡＳは、投影レンズアセンブリＰＬにおいて画像光束ＩＭＢに対し制限機能を有する実体を意味し、光束が絞りＡＳを通過する時に最小断面積を有し、絞りASがレンズのエッジ、フレームまたは特別に設定された穴付きパネルであってもよい。例を挙げると、本実施において、絞りＡＳは例えば第１のレンズセットＬＧ１と第２のレンズセットＬＧ２との間に設置された穴付きパネルであるが、本発明はこれに限定されない。本実施において、第１のレンズセットＬＧ１の複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のうち、絞りＡＳに最も近い一つのレンズＬ１の第１の表面Ｌ１１が自由曲面であってもよい。

本実施において、第２のレンズセットＬＧ２は屈折プリズムＲＰを含むことが可能で、かつ、屈折プリズムＲＰが入光面ＲＰ３、反射面ＲＰ２及び出光面ＲＰ１を有する。本実施において、屈折プリズムＲＰの入光面ＲＰ３が凹面であり、かつ屈折プリズムＲＰの出光面ＲＰ１が凸面であってよい。

なお、第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３、反射面ＲＰ２及び出光面ＲＰ１の少なくとも一つが自由曲面であり、かつ、第１のレンズセットＬＧ１の第１の光軸Ｘ１が画像光束ＩＭＢの中心ＩＭＢｃと重ならない。従って、往復共通光路（ｃｏｍｍｏｎ ｐａｔｈ）設計を実現することができ、即ち、第１のレンズセットＬＧ１から第２のレンズセットＬＧ２へ伝達された画像光束ＩＭＢの光経路と、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２に反射されて第１のレンズセットＬＧ１まで戻された画像光束ＩＭＢの光経路とが重なることになり、かつ、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２に反射された画像光束ＩＭＢを第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３から射出させるのに十分な空間を有する。投影レンズアセンブリＰＬが共通光路設計を有することで、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２に反射されて第１のレンズセットＬＧ１に戻された画像光束ＩＭＢが干渉を起こし難く、そのため、絞りＡＳと第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２が第１の光軸Ｘ１に平行な方向ｄ１における最大距離Ｄを短縮することができる。最大距離Ｄが短縮すれば、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２の光学有効経（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）ＣＡも過大にならない。これにより、投影レンズアセンブリＰＬ全体の厚さＨをさらに削減することができる。

図２を参照すると、画像光束ＩＭＢは第１のエッジ光線ＩＭＢ１及び第２のエッジ光線ＩＭＢ２を含み、第１のエッジ光線ＩＭＢ１はライトバルブＬＶのエッジＬＶｅ上の一点ＬＶｐから第１の光軸Ｘ１を離れる方向へ出射され、第２のエッジ光線ＩＭＢ２はライトバルブＬＶのエッジＬＶｅ上の点ＬＶｐから第１の光軸Ｘ１に向かう方向へ出射され、第１のレンズセットＬＧ１中の第１のエッジ光線ＩＭＢ１と第１の光軸Ｘ１は、第１の光軸Ｘ１に垂直な方向ｄ２において最大距離Ｈ１を有し、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１上の第２のエッジ光線ＩＭＢ２と第１の光軸Ｘ１は、第１の光軸Ｘ１に垂直な方向ｄ２において最大距離Ｈ２を有し、前記投影レンズアセンブリＰＬ全体の厚さＨは最大距離Ｈ１と最大距離Ｈ２の和である。例を挙げると、本実施において、投影レンズアセンブリＰＬ全体の厚さＨが１２ｍｍ未満であってもよいが、本発明はこれに限定されない。

絞りＡＳと第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２は、第１の光軸Ｘ１に平行な方向ｄ１において最大距離Ｄを有する。本実施において、Ｈ／Ｄ＜３である。また、本実施において、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１が光学有効経ＣＡを有し、かつ、ＣＡ／Ｄ＜３である。言い換えれば、投影レンズアセンブリＰＬ全体の厚さＨと絞りＡＳ及び反射面ＲＰ２の最大距離Ｄとの比率、また、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１の光学有効経ＣＡと絞りＡＳ及び反射面ＲＰ２の最大距離Ｄとの比率は何れも適切な数値以下であり、この設計方式により、投影レンズアセンブリＰＬの体積を縮小することができる。

また、第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３、反射面ＲＰ２及び出光面ＲＰ１の少なくとも一つが自由曲面であるため、第２のレンズセットＬＧ２は各視角に対応する画像光束ＩＭＢの焦点距離を異なるものにして、台形歪み現象をさらに改善することができる。本実施において、第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３、反射面ＲＰ２及び出光面ＲＰ１がすべて自由曲面であってもよく、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１及び反射面ＲＰ２が自由曲面であり、入光面ＲＰ３が自由曲面ではないとしてもよい。さらに別の実施例において、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２及び入光面ＲＰ３が自由曲面であり、出光面ＲＰ１が自由曲面ではないとしてもよい。本実施において、第２のレンズセットＬＧ２の焦点距離が例えば正値である。

本実施において、画像光束ＩＭＢが第１のレンズセットＬＧ１の第１の光軸Ｘ１に対し偏移値Ｏを有する。以下は図３を参照しながら偏移（オフセット）量Ｏの測定方法を説明する。

図３は本発明の一実施例の投影装置の概略図である。図１及び図３を参照すると、図３のプロジェクターＰＪＴは少なくとも図１の照明光源ＩＬＳ、ライトバルブＬＶ及び投影レンズアセンブリＰＬを含み、プロジェクターＰＪＴは投射面ＰＳ上に投影画面ＩＭを形成する。図３を参照すると、偏移量Ｏの測定方法において、まず、プロジェクターＰＪＴの水平度を補正し、プロジェクターＰＪＴの第１の光軸Ｘ１が地面ＧＤと水平になるようにする。続いて、プロジェクターＰＪＴの第１の光軸Ｘ１と地面ＧＤを水平に保った状態で、プロジェクターＰＪＴにより投影面ＰＳ上に投影画面ＩＭを投射させる。そして、投影画面ＩＭの高さｈ、投影画面ＩＭの地面ＧＤより離れているエッジＩＭｅから地面ＧＤまでの距離ａ、及びプロジェクターＰＪＴの第１の光軸Ｘ１から地面ＧＤまでの距離ｂを測定する。最後に、式：Ｏ＝［（ａ－ｂ）／ｈ］１００％に基づき、画像光束ＩＭＢが第１のレンズセットＬＧ１の第１の光軸Ｘ１に対する偏移値Ｏを算出する。例を挙げると、本実施において、Ｏが５０％より大きいとしてもよいが、本発明はこれに限定されない。

図４は本発明の一実施例の画像光束が投影面に形成する投影画面を概略的に示す図である。図１、図２及び図４を参照すると、本実施において、ライトバルブＬＶは照明光束ＩＬＢを画像光束ＩＭＢに変換し、画像光束ＩＭＢが順に第１のレンズセットＬＧ１を透過し、絞りＡＳを通過し、第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３を透過し、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２に反射されて、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１を透過し、投影面ＰＳ（即ち、図４の紙面）上に投影画面ＩＭを形成する。投影画面ＩＭの対向する二つの辺ＩＭａ、ＩＭｂが互いに平行であり、かつ方向ｘにおいてそれぞれ長さＡ及び長さＢを有し、投影画面ＩＭが方向ｘにおいて最大幅Ｗを有し、［（Ｂ－Ａ）／Ｗ］１００％＝Ｔ、かつ｜Ｔ｜＜１％である。簡単に言えば、本実施において、投影画面ＩＭの台形歪みが１％未満である。

以下は投影装置１００の一実施例を挙げて説明する。なお、以下の表１ないし表３に記載のデータ資料は本発明を限定するものではなく、当業者が本発明を参照したうえ、そのパラメータまたは設定を適宜変更することが可能であり、その変更も本発明の範囲内に属する。

表１は本発明の一実施例の投影装置１００の各種パラメータを示している。図２及び表１を参照すると、表１の間隔とは、隣接する二つの表面間の光軸Ｘにおける直線距離である。例を挙げると、第１の表面Ｌ１１の間隔は、第１の表面Ｌ１１と第２の表面Ｌ１２の間の第１の光軸Ｘ１における直線距離である。表１の各表面／素子が対応する曲率半径、間隔、屈折率、アッベ数及び材質について、同列の各曲率半径、間隔、屈折率、アッベ数及び材質に対応する数値及び内容を参照されたい。また、表１において、ＲＰ１は第２のレンズセットＬＧ２の出光面であり、ＲＰ２は第２のレンズセットＬＧ２の反射面であり、ＲＰ３は第２のレンズセットＬＧ２の入光面であり、Ｌ１１は第１のレンズＬ１において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、Ｌ１２は第１のレンズＬ１においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、ＡＳａは絞りＡＳの光通過断面であり、Ｌ２１は第２のレンズＬ２において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、Ｌ２２は第２のレンズＬ２においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、Ｌ３１は第３のレンズＬ３において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、Ｌ４１は第４のレンズＬ４において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、Ｌ４２は第４のレンズＬ４においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、Ｌ５１は第５のレンズＬ５において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、Ｌ５２は第５のレンズＬ５においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、Ｌ６１は第６のレンズＬ６において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、ＡＣ１は平板ガラスアクチュエータＡＣにおいて第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、ＡＣ２は平板ガラスアクチュエータＡＣにおいてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、ＰＲ１は光合成素子ＰＲにおいて第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、ＰＲ２は光合成素子ＰＲにおいてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、ＣＧ１は保護蓋ＣＧにおいて第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面であり、ＣＧ２は保護蓋ＣＧにおいてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面であり、かつ、ＬＶａはライトバルブＬＶの受光面である。

図２及び表１を参照すると、本実施において、第１のレンズＬ１が自由曲面レンズであってもよい。詳しく言うと、第１のレンズＬ１において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ１１が自由曲面であり、かつ、第１のレンズＬ１においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ１２が非球面であってもよい。本実施において、第２のレンズＬ２が球面レンズであってもよい。第２のレンズＬ２において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ２１、及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ２２がすべて球面であってもよい。

本実施において、第３のレンズＬ３が球面レンズであってもよい。第３のレンズＬ３において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ３１及び第３のレンズＬ３においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ３２がすべて球面であってもよい。本実施において、第４のレンズＬ４が球面レンズであってもよい。第４のレンズＬ４において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ４１、及び第４のレンズＬ４においてライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ４２が全て球面であってもよい。また、本実施において、第３のレンズＬ３の第２の表面Ｌ３２と第４のレンズＬ４の第１の表面Ｌ４１を貼り合わせて、第３のレンズＬ３と第４のレンズＬ４により複合レンズを形成することができる。

本実施において、第５のレンズＬ５が非球面レンズであってもよい。詳しく言うと、第５のレンズＬ５において第２のレンズセットＬＧ２に向けられた第１の表面Ｌ５１及びライトバルブＬＶに向けられた第２の表面Ｌ５２が全て非球面であってもよい。

前記の第１のレンズＬ１の第２の表面Ｌ１２、第５のレンズＬ５の第１の表面Ｌ５１及び第５のレンズＬ５の第２の表面Ｌ５２が偶数次非球面であり、偶数次非球面を下記式で示すことができる：

ここで、Ｚは光軸Ｘ方向の偏移量（ｓａｇ）、ｃは接触球面（ｏｓｃｕｌａｔｉｎｇ ｓｐｈｅｒｅ）の半径の逆数、つまり、光軸Ｘに接近した曲率半径（表１の曲率半径）の逆数である。ｋは二次曲面係数（ｃｏｎｉｃ）であり、ｒは非球面の高さであり、即ち、レンズの中心からレンズエッジまでの高さであり、Ａ_２、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、・・・非球面係数（ａｓｐｈｅｒｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。表２は第１のレンズＬ１の第２の表面Ｌ１２、第５のレンズＬ５の第１の表面Ｌ５１、及び第５のレンズＬ５の第２の表面Ｌ５２の二次曲面係数及び各非球面係数を示している。

図２及び表１を参照すると、本実施において、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１、第２のレンズセットＬＧ２の反射面ＲＰ２、第２のレンズセットＬＧ２の入光面ＲＰ３及び第１のレンズＬ１の第１の表面Ｌ１１は自由曲面であり、自由曲面を下記式で示すことができる：

ここで、Ｚは光学面深さであり、ｒは曲率半径であり、ｋは円錐定数（ｃｏｎｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、Φはレンズ口径であり、Ｃ_ｍｎはｘｙ多項式の係数である。表１中の曲率半径、表３中のｘ^ｍｙ^ｎ多項式係数、及び前記対応する展開式により、対応する自由曲面が確立される。

本実施において、投影レンズアセンブリＰＬは大きな半画角（ｈａｌｆ ｆｉｅｌｄ
ａｎｇｌｅ）を有し、つまり、投影レンズアセンブリＰＬは小さい投影比（ｔｈｒｏｗ ｒａｔｉｏ）を有し、短い投影距離内に広い投影画面を投射することができる。例を挙げると、本実施において、投影レンズアセンブリＰＬの半画角が４５°より大きいとしてもよいが、本発明はこれに限定されない。

図５は図２の投影レンズアセンブリの変調伝達関数図である。図５の光学伝達関数の係数（Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＭＴＦ）は、投影レンズアセンブリＰＬの性能評価に用いられ、図５が示す図形は何れも標準範囲内にある。このように、本実施例の投影レンズアセンブリＰＬが良好な結像効果を実現できることは検証されている。

図６は図１の投影装置の投影面における投影画面を概略的に示す図である。図６が示す投影画面ＩＭの形状が矩形に近い。図６の通り、投影装置１００は投影レンズアセンブリＰＬの光学素子の非対称な自由曲面（例えば、第２のレンズセットＬＧ２の出光面ＲＰ１、反射面ＲＰ２及び入光面ＲＰ３の少なくとも一つ）を利用して、台形歪みを確実に、有効に改善できることが検証されている。

以上を纏めると、本発明の一実施例の投影装置及び投影レンズアセンブリは、縮小側と拡大側との間に配置された第１のレンズセット、第１のレンズセットと拡大側との間に配置された第２のレンズセット、及び第１のレンズセットと第２のレンズセットとの間に配置された絞りを含む。第２のレンズセットは入光面、反射面及び出光面を有し、入光面が第１のレンズセットに向けられ、出光面が投影面に向けられ、かつ、入光面、出光面及び第１のレンズセットが反射面の同一側に配置されている。ライトバルブは画像光束を提供する。画像光束は順に第１のレンズセットを透過し、絞りを通過し、第２のレンズセットの入光面を透過して、第２のレンズセットの反射面に反射され、かつ、第２のレンズセットの出光面を透過し、投影面まで伝達される。特に、第２のレンズセットの入光面、反射面及び出光面の少なくとも一つが自由曲面であり、かつ、第１のレンズセットの第１の光軸が画像光束の中心と重ならない。これにより、投影レンズアセンブリが共通光路設計を有する構成を実現できる。投影レンズアセンブリが共通光路設計を有するため、第２のレンズセットの反射面に反射されて第１のレンズセットに戻された画像光束が干渉を起こし憎く、絞りと第２のレンズセットの反射面の距離を短縮することができる。絞りと第２のレンズセットの反射面の距離を短縮しても、第２のレンズセットの反射面の光学有効経が過大になることない。これにより、投影レンズアセンブリ全体の厚さ及び体積を有効に低減することができる。

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を制限するものではない。即ち、本発明の請求の範囲及び発明内容を基に行われた簡単、等価の変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は、必ずしも本発明のすべての目的または利点または特徴を達成するものとは限らない。さらに、要約書と発明の名称は特許検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、請求の範囲で言及される「第１の」、「第２の」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示し、または異なる実施例及び範囲を区別するものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

１００ 投影装置
Ａ、Ｂ 長さ
ａ、ｂ 距離
ＡＣ１、ＣＧ１、Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１、Ｌ５１、ＰＲ１ 第１の表面
ＡＣ２、ＣＧ２、Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２、Ｌ４２、Ｌ５２、ＰＲ２ 第２の表面
ＡＣ 平板ガラスアクチュエータ
ＡＳ 絞り
Ａｓａ 光通過断面
ＣＧ 保護蓋
ＣＡ 光学有効経
Ｄ 最大距離
ＧＤ 地面
Ｈ 厚さ
ｈ 高さ
Ｈ１、Ｈ２ 最大距離
ＩＭ 投影画面
ＩＭａ、ＩＭｂ 辺
ＩＭｅ エッジ
ＩＭＢ 画像光束
ＩＭＢ１ 第１のエッジ光線
ＩＭＢ２ 第２のエッジ光線
ＩＭＢｃ 中心
ＩＬＢ 照明光束
ＩＬＳ 照明システム
ＬＧ１ 第１のレンズセット
ＬＧ２ 第２のレンズセット
ＬＶ ライトバルブ
ＬＶａ 受光面
ＬＶｅ エッジ
ＬＶｐ 点
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ レンズ
ＰＪＴ プロジェクター
ＰＬ 投影レンズアセンブリ
ＰＲ 光合成素子
ＰＳ 投影面
ＲＰ１ 出光面
ＲＰ２ 反射面
ＲＰ３ 入光面
Ｗ 最大幅
Ｘ１ 第１の光軸
ｘ、ｙ、ｚ、ｄ１、ｄ２ 方向
θ 夾角

Claims (14)

1. 投影レンズアセンブリであって、
   縮小側に配置されたライトバルブが提供する画像光束を拡大側に配置された投影面に結像させ、かつ、前記ライトバルブと前記投影面が角度を有し、
   前記投影レンズアセンブリは第１のレンズセット、第２のレンズセット及び絞りを含み、
   前記第１のレンズセットは前記縮小側と前記拡大側との間に配置され、かつ第１の光軸を有し、
   前記第２のレンズセットは前記第１のレンズセットと前記拡大側との間に配置され、前記第２のレンズセットは少なくとも入光面、反射面及び出光面を有し、前記入光面が前記第１のレンズセットに向けられ、前記出光面が前記投影面に向けられ、前記入光面、前記出光面及び前記第１のレンズセットが前記反射面の同一側に配置され、
   前記入光面、前記反射面及び前記出光面の少なくとも一つが自由曲面であり、
   前記絞りは前記第１のレンズセットと前記第２のレンズセットとの間に配置され、
   前記画像光束が順に前記第１のレンズセットを透過し、前記絞りを通過し、前記第２のレンズセットの前記入光面を透過して、前記第２のレンズセットの前記反射面に反射され、かつ、前記第２のレンズセットの前記出光面を透過し、前記投影面まで伝達され、
   前記第１のレンズセットの前記第１の光軸が前記画像光束の中心と重ならないことを特徴とする、投影レンズアセンブリ。
2. 前記第２のレンズセットは屈折プリズムを含み、かつ、前記屈折プリズムが前記入光面、前記反射面及び前記出光面を有することを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
3. 前記第１のレンズセットは前記拡大側から前記縮小側へ順に配列された複数のレンズを含み、
   前記複数のレンズはそれぞれ、前記第２のレンズセットに向けられた第１の表面、及び前記ライトバルブに向けられた第２の表面を有し、
   前記複数のレンズのうち前記絞りに最も近いレンズの第１の表面が自由曲面であることを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
4. 前記絞りと前記第２のレンズセットの前記反射面が、前記第１の光軸に平行な方向において最大距離Ｄを有し、
   前記画像光束は第１のエッジ光線及び第２のエッジ光線を含み、前記第１のエッジ光線が前記ライトバルブのエッジ上の一点から前記第１の光軸を離れる方向へ出射され、前記第２のエッジ光線が前記ライトバルブの前記エッジ上の前記一点から前記第１の光軸に向かう方向へ出射され、
   前記第１のレンズセット中の前記第１のエッジ光線と前記第１の光軸が前記第１の光軸に垂直な方向において最大距離Ｈ１を有し、前記第２のレンズセットの前記出光面上の前記第２のエッジ光線と前記第１の光軸が前記第１の光軸に垂直な方向において最大距離Ｈ２を有し、かつ、（Ｈ１＋Ｈ２）／Ｄ＜３であることを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
5. 前記絞りと前記第２のレンズセットの前記反射面が、前記第１の光軸に平行な方向において最大距離Ｄを有し、前記第２のレンズセットの前記出光面が光学有効経ＣＡを有し、かつ、ＣＡ／Ｄ＜３であることを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
6. 前記画像光束が前記第１のレンズセットの前記第１の光軸に対し偏移値を有することを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
7. 前記角度はθであり、かつ２５°＜θ＜９０°であることを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
8. 前記画像光束は前記投影面において投影画面を形成し、
   前記投影画面の対向する二つの辺が平行であり、かつ、一方向においてそれぞれ長さＡ及び長さＢを有し、前記投影画面が前記一方向において最大幅Ｗを有し、［（Ｂ－Ａ）／Ｗ］１００％＝Ｔ、かつ、｜Ｔ｜＜１％であることを特徴とする、請求項１に記載の投影レンズアセンブリ。
9. 投影装置であって、照明光源、ライトバルブ、投影面及び投影レンズアセンブリを含み、
   前記照明光源が照明光束を提供し、
   前記ライトバルブは縮小側に配置され、かつ前記照明光束を画像光束に変換し、
   前記投影面は拡大側に配置され、前記ライトバルブと前記投影面が角度を有し、
   前記投影レンズアセンブリは第１のレンズセット、第２のレンズセット及び絞りを含み、
   前記第１のレンズセットが前記縮小側と前記拡大側との間に配置され、かつ第１の光軸を有し、
   前記第２のレンズセットが前記第１のレンズセットと前記拡大側との間に配置され、前記第２のレンズセットが少なくとも入光面、反射面及び出光面を有し、前記入光面が前記第１のレンズセットに向けられ、前記出光面が前記投影面に向けられ、前記入光面、前記出光面及び前記第１のレンズセットが前記反射面の同一側に配置され、
   前記入光面、前記反射面及び前記出光面の少なくとも一つが自由曲面であり、
   前記絞りは前記第１のレンズセットと前記第２のレンズセットとの間に配置され、前記画像光束が順に前記第１のレンズセットを透過し、前記絞りを通過し、前記第２のレンズセットの前記入光面を透過して、前記第２のレンズセットの前記反射面に反射され、かつ前記第２のレンズセットの前記出光面を透過し、前記投影面まで伝達され、
   前記第１のレンズセットの前記第１の光軸が前記画像光束の中心と重ならないことを特徴とする、投影装置。
10. 前記第２のレンズセットは屈折プリズムを含み、かつ、前記屈折プリズムが前記入光面、前記反射面及び前記出光面を有することを特徴とする、請求項９に記載の投影装置。
11. 前記第１のレンズセットは前記拡大側から前記縮小側へ順に配列された複数のレンズを含み、前記複数のレンズはそれぞれ、前記第２のレンズセットに向けられた第１の表面、及び前記ライトバルブに向けられた第２の表面を有し、
    前記複数のレンズのうち前記絞りに最も近いレンズの第１の表面が自由曲面であることを特徴とする、請求項９に記載の投影装置。
12. 前記絞りと前記第２のレンズセットの前記反射面が、前記第１の光軸に平行な方向において最大距離Ｄを有し、
    前記画像光束は第１のエッジ光線及び第２のエッジ光線を含み、前記第１のエッジ光線が前記ライトバルブのエッジ上の一点から前記第１の光軸を離れる方向へ出射され、前記第２のエッジ光線が前記ライトバルブの前記エッジ上の前記一点から前記第１の光軸に向かう方向へ出射され、前記第１のレンズセット中の前記第１のエッジ光線と前記第１の光軸が前記第１の光軸に垂直な方向において最大距離Ｈ１を有し、前記第２のレンズセットの前記出光面上の前記第２のエッジ光線と前記第１の光軸が前記第１の光軸に垂直な方向において最大距離Ｈ２を有し、かつ、（Ｈ１＋Ｈ２）／Ｄ＜３であることを特徴とする、請求項９に記載の投影装置。
13. 前記絞りと前記第２のレンズセットの前記反射面が、前記第１の光軸に平行な方向において最大距離Ｄを有し、前記第２のレンズセットの前記出光面が光学有効経ＣＡを有し、かつ、ＣＡ／Ｄ＜３であることを特徴とする、請求項９に記載の投影装置。
14. 前記画像光束が前記第１のレンズセットの前記第１の光軸に対し偏移値を有することを特徴とする、請求項９に記載の投影装置。
    

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