JP5374848B2

JP5374848B2 - 投射光学系

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Publication number: JP5374848B2
Application number: JP2007229442A
Authority: JP
Inventors: 一成安部; 和弘藤田; 淳高浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: EP2073050B8; EP1901106A3; EP2073050A1; EP2073050B1; CN101256273A; EP1901106A2; US20080068563A1; CN101256273B; JP2008096984A; US7946717B2

Description

本発明の少なくとも一つの態様は、投射光学系に関する。

近年、透過型、反射型ドットマトリクス液晶、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等を用いた表示装置（以下ライトバルブと称する）を用い、このライトバルブに表示される画像をスクリーンに拡大投射して大画面として見せる拡大投射方式が着目されている。

しかし大画面を投射するに当たり、ライトバルブ自体を大面積化するには、製作のうえで欠陥のない大型液晶表示装置を得ることは容易でなく、仮に得られたとしてもきわめて高価になる。

このようなことから、透過型（または反射型）液晶、ＤＭＤのライトバルブを用いてこれに表示される画像を拡大投射すれば、画面の大きさに制約を受けず、迫力のある大画面を得ることが可能なので、オフィスや、学校、家庭においても、より広く画像拡大投射装置（プロジェクター）が利用されている。

しかし、実際にプロジェクターを利用する場面を想定すると、プロジェクターの設置場所が問題になる。

たとえば、オフィスにて前方に画像を投影するフロント型プロジェクターを例に挙げると、少人数で比較的小さな会議室で利用する場合、投影画面サイズ、投射距離、ＰＣとの接続、議論しやすい机のレイアウトなどから、プロジェクターの設置場所の制約が少なからず発生し、使い勝手が悪い問題点が発生していた。また、特にプロジェクターにプレゼンテーション資料を投影し説明をする場合に、説明者はプロジェクターとスクリーンの間に立たざるを得ない場合もでてくるが、そのときに説明者の影がスクリーンに映り込んでしまって聴講者には投影画面が一部分見えなくなる問題が生じてしまう。

最近は、ますます、大画面で、投射距離を縮める工夫が種々なされているが、たとえば、対角５０〜６０インチの画面サイズを得るためには、従来の技術ではフロント型で最低１ｍ程度の投射距離が必要であり、この距離では、説明者の陰がスクリーン上に写り込み問題になる場合が多々生じていた。

また、プロジェクターをキャビネット内に納め、キャビネットの前面に設けたスクリーンに背面投射して、キャビネットの前面から拡大画像を見ることができるようにしたリア型の表示装置、リアプロジェクターが提供されるに至っているが、奥行き方向の省スペース化を実現するため薄型が求められている中、筐体のなかにおいて平面ミラー等で何度か折り曲げても、装置自体の小型化に限界があるため、光学系の投射距離を縮めることがますます求められている。

特開２００２−４０３２６号公報（特許文献１）においては、反射型結像光学系に関する従来技術が開示されており、結像光学系の大型化を抑え且つ広画角化を図ることのできる反射型の結像光学系を提供することを目的として、その実施例としては、第一から第四の四つの反射鏡を備えた反射型結像光学系であって、第一反射鏡：凹状曲面、第二〜四反射鏡：凸状からなる、反射光学系を採用している。また、前記各反射鏡の内の少なくとも一つの反射鏡の反射面を、自由曲面形状に形成し、所望の投射性能を確保している。

特開２００２−１７４８５３号公報（特許文献２）においては、背面投射型ディスプレイに関する従来技術が開示されており、スクリーンまでの投射距離を短くして、背面投射型ディスプレイに限定しているが、装置の奥行を薄くする方法として、一対の凹面鏡と発散作用を有する凸面鏡を、表示光学ユニットから背面反射ミラーへの光路上に、表示光学ユニット側から凹面鏡、凸面鏡の順で配置するなどして、投射距離をより短くする従来技術がある。

特公平６−９１６４１号公報（特許文献３）においては、ビデオプロジエクタに関する従来技術が開示されており、テレビジョン受像機において、第１番目の鏡を凸面状に構成し、薄型化を図ったリアプロジェクション方式のビデオプロジェクタが記載されている。

以上従来技術の共通の問題点としては、自由曲面等、非球面を多用し、結像性能を保ちながら、広角化を実現しているが、面形状精度はもちろん、各面の間隔の精度を厳しくする必要があった。特許文献１の反射鏡で構成したタイプでは、反射面の精度誤差による影響度が大きくなる。これらの従来の投射光学系での公差設定より一段厳しくなる問題点があった。

また、反射鏡だけで構成した場合、色収差が原理的に発生しない特徴があるが、逆に、複数の色を合成しカラー画像を形成した作像系では、クロスプリズムや、フィリップスプリズムといった色合成ブリズム等を介在させる必要があり、色収差が発生するが、反射ミラーだけで投射光学系を構成すると、色収差補正ができなくなるといったデメリットが生じる。

よって、特開２００４−６１９５９号公報（特許文献４）に開示される投射光学系、投射型画像表示装置および画像表示システムでは、レンズ系と複数のパワーを持った反射面を用いた投射光学系なので、色合成プリズム等で発生する色収差をレンズ系で補正することが可能であるが、実施例によると、３〜５枚の非球面ミラーを使用しているためコストも高く、また前出の公知例と同じく反射面の面精度や位置精度を極めて高く設定する必要があり、光学系の組付け精度が厳しくなるという問題点がある。また、画像形成素子から射出する光束がテレセントリックではないため、像面での明るさが不均一になってしまったり、色合成プリズムの膜の角度特性をライトバルブからの射出光の発散角よりも広く取らなくてはいけないため分離特性が悪くなってしまう。

また、特開２００４−２５８６２０号公報（特許文献５）に開示される投射光学系、拡大投射光学系、拡大投射装置及び画像投射装置では、レンズ系と複数のパワーを持った反射面を用いた投射光学系だが、回転非対称反射面１面を用いて拡大しているため特許文献４に比べコストが抑えられ組付け精度も全体としてゆるくなる。しかしながら実施例１〜５では、レンズ系が光軸に対し平行偏心、チルト偏心しているため、その調芯を行うのが非常に困難である。また、実施例６では偏心のないレンズ系を採用しているが、そのレンズ構成のため、スクリーン側に最も近いレンズの径が大きいものになってしまっており、またそのレンズに自由曲面を用いているためコストが高くなってしまっている。より具体的には、実施例６では、レンズ系は共軸系であるが、レンズ系と凹面ミラーの関係に関する記述が無く最終レンズが自由曲面レンズであったり、径が大きくなってしまったりしてコストアップの要因となっている。

また、特許第３７２７５４３号公報（特許文献６）に開示される画像表示装置では、レンズ部に反射部の像面湾曲を補償するレンズを備えることで全体系の像面湾曲を打ち消しているが、画像形成素子からスクリーンまで中間像を結ぶことなくひとつの系となっているため通常のレンズシステムと大差なくスクリーン上の像面湾曲をなくす手段としては当然のことであった。また、前絞りに言及しているため、画像形成素子にたとえばＤＭＤしか対応できず、透過型、反射型液晶を用いた画像形成素子への対応は出来なかった。
特開２００２−４０３２６号公報特開２００２−１７４８５３号公報特公平６−９１６４１号公報特開２００４−６１９５９号公報特開２００４−２５８６２０号公報特許第３７２７５４３号公報

本発明の第一の目的は、より良好な解像性能を備えた画像を投射することが可能な投射光学系を提供することである。

本発明の第二の目的は、より良好な解像性能を備えた拡大画像を形成することが可能な投射光学系を提供することである。

本発明の第一の態様は、第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系を含む、投射光学系において、前記第一の光学系は、絞り、前記絞りに対して前記第一の画像側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して前記第三の画像側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して前記第三の画像側における第３群で構成され、前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して前記第三の画像側における非球面レンズを含み、前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有すると共に、前記第三の画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、前記反射光学素子のサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、前記第一の光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第二の態様は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系のみで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、前記第１光学系は、絞りを含み、前記第１光学系の前記レンズ系は、前記絞りに対して共役面Ａ側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して共役面Ｂ側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して共役面Ｂ側における第３群で構成され、前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して共役面Ｂ側における非球面レンズを含み、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていると共に、前記拡大画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、前記反射ミラーのサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、前記第１光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第三の態様は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系と第１光学系の光軸に回転対称の負の屈折力を持った反射ミラーで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、前記第１光学系は、絞りを含み、前記第１光学系の前記レンズ系は、前記絞りに対して共役面Ａ側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して共役面Ｂ側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して共役面Ｂ側における第３群で構成され、前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して共役面Ｂ側における非球面レンズを含み、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていると共に、前記拡大画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、前記正の屈折力を持った反射ミラーのサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、前記第１光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第一の態様によれば、より良好な解像性能を備えた画像を投射することが可能な投射光学系を提供することが可能になる。

本発明の第二の又は第三の態様によれば、より良好な解像性能を備えた拡大画像を形成することが可能な投射光学系を提供することが可能になる。

（投射光学系及び画像投射装置）
本発明の実施形態は、投射光学系及び画像投射装置に関する。

本発明の実施形態の第一の目的は、像面湾曲が低減された投射光学系を提供することである。

本発明の実施形態の第二の目的は、像面湾曲が低減された投射光学系を含む画像投射装置を提供することである。

本発明の実施形態の第一の態様は、第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系を含む、投射光学系において、前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有することを特徴とする投射光学系である。

本発明の実施形態の第二の態様は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系のみで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系である。

本発明の実施形態の第三の態様は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系と第１光学系の光軸に回転対称の負の屈折力を持った反射ミラーで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系である。

本発明の実施形態の第四の態様は、本発明の実施形態の第一、第二、及び第三の態様のいずれかである投射光学系を搭載したことを特徴とする画像投射装置である。

本発明の実施形態の第一、第二、又は第三の態様によれば、像面湾曲が低減された投射光学系を提供することができる。

本発明の実施形態の第四の態様によれば、像面湾曲が低減された投射光学系を含む画像投射装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態（実施形態）を図面と共に説明する。

本発明の第一の実施形態は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系のみで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第一の実施形態によれば、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーでのペッツバール和成分を第１光学系で補償することにより、像面であるスクリーン面での像面湾曲を小さく出来、解像性能を向上させることが出来る。

本発明の第二の実施形態は、共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系と第１光学系の光軸に回転対称の負の屈折力を持った反射ミラーで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第二の実施形態によれば、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーでのペッツバール和成分を第１光学系で補償することにより、像面であるスクリーン面での像面湾曲を小さく出来、解像性能を向上させることが出来る。

本発明の第三の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、第１光学系の光軸と交わる点から周辺に向かうにしたがって曲率がゆるくなるような曲面形状を持つことを特徴とする投射光学系である。

本発明の第三の実施形態によれば、スクリーン上の拡大像の歪曲収差、像面湾曲を補正することが出来、解像性能を向上させることが出来る。

本発明の第四の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、画像形成素子の短軸方向と長軸方向とでパワーが異なるアナモフィックな多項式自由曲面形状であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第四の実施形態によれば、設計自由度が多くなるため、収差補正能力がさらに高くなり、解像性能を向上させることが出来る。

本発明の第五の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、回転対称な非球面形状であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第五の実施形態によれば、ある軸に対し回転対称の形状であるため正の屈折力を持ったミラーの加工がしやすく形状誤差が小さくできるし、加工時間も短くできるためコストダウンとなる。

本発明の第六の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第１光学系のレンズは、少なくとも１面は非球面形状を有していることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第六の実施形態によれば、第１光学系に非球面を採用することにより、拡大像の解像性能が良くなる。

本発明の第七の実施形態は、本発明の第六の実施形態である投射光学系において、第１光学系の非球面は、少なくとも１箇所は第３群中に位置していることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第七の実施形態によれば、第１光学系第３群は全群の中で最も光束の画角が離れている群なので、そこに非球面を採用することにより、各画角の光束を独立に補正できるため、拡大像の解像性能がさらに良くなる。

本発明の第八の実施形態は、本発明の第七の実施形態である投射光学系において、第１光学系の第３群の非球面は、少なくとも１箇所は正の屈折力を持ったレンズ上に位置していることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第八の実施形態によれば、第３群の正のパワーを持ったレンズは、第３群中で良く光束の画角が離れているレンズのため、各画角の光束を独立に補正できるため、拡大像の解像性能がさらに良くなる。

本発明の第九の実施形態は、本発明の第六の実施形態である投射光学系において、第１光学系の非球面は、少なくとも１箇所は最も共役面Ｂに近いレンズ系の面であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第九の実施形態によれば、第３群の最も共役面Ｂに近い面は、第３群中で最も光束の画角が離れているレンズのため、各画角の光束を独立に補正できるため、拡大像の解像性能がさらに良くなる。

本発明の第十の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、前記中間像は第１光学系の光軸に垂直な面に対して傾斜湾曲していることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十の実施形態によれば、スクリーン上の拡大像の像面湾曲を、物体側（中間像）で逆補正することが出来、解像性能を向上させることが出来る。

本発明の第十一の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、前記画像形成素子から前記透過屈折光学系の第一面までが略テレセントリックであることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十一の実施形態によれば、画像形成素子から射出する光束を全画角ほぼ同じ角度で第１光学系に取り込むため、スクリーン上の拡大像の明るさをほぼ均一化できる。また、画像形成素子と第１光学系の間に入射角特性を持った膜が配置されている場合、その取り込み角分のみを考慮すればよいので入射角を狭くすることが出来、コストダウンできる。

本発明の第十二の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第１光学系のレンズの間に、反射ミラーを配置したことを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十二の実施形態によれば、第１光学系のレンズ内に折り返しミラーを配置することにより、画像形成素子からその折り返しミラーまでの光路を、スペースが空いている空間に折り返すことが出来るため、光学系の空間占有率が小さくなる。

本発明の第十三の実施形態は、本発明の第一の又は第二の実施形態である投射光学系において、第１光学系のペッツバール和成分は負であることを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十三の実施形態によれば、第１光学系のペッツバール和を負にすることで、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーで発生する像面湾曲を打ち消すことが出来るため、解像性能が向上する。

本発明の第十四の実施形態は、本発明の第十三の実施形態である投射光学系において、第１光学系のペッツバール和成分をＰＴＺとした時に下記条件
ＰＴＺ＜ −０．０１１５
を満たすことを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十四の実施形態によれば、第１光学系のペッツバール和を−０．０１１５以下とすることで、中間像にあらかじめ正の屈折力を持った反射ミラーでの拡大の際に発生する像面湾曲を大きく補正する形で発生させることが出来るため、その拡大倍率を大きくすることが出来、物体である中間像を小さくすることが出来る。しいてはその正の屈折力を持った反射ミラーをも小さくすることが出来る。また、解像性能も向上できる。

本発明の第十五の実施形態は、本発明の第一〜第十四の実施形態のいずれかである投射光学系を搭載したことを特徴とする画像投射装置である。

本発明の第十五の実施形態によれば、拡大倍率が高く解像性能が高くてもレンズサイズやミラーサイズが大きくならない投射光学系を採用した投影装置を実現したため、所望の拡大倍率が得られ、かつ至近距離投射が可能でコストを抑えた投影装置を実現できる。また、リアプロジェクションへ本発明の実施形態の投射光学系を採用することによって従来よりもコストを下げ、かつ薄型化も可能な装置を実現できる。

本発明の第十六の実施形態は、第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系を含む、投射光学系において、前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有することを特徴とする投射光学系である。

本発明の第十六の実施形態によれば、像面湾曲が低減された投射光学系を提供することができる。

本発明の第十七の実施形態は、本発明の第十六の実施形態である投射光学系を搭載したことを特徴とする画像投射装置である。

本発明の第十七の実施形態によれば、像面湾曲が低減された投射光学系を含む画像投射装置を提供することができる。

図１に本発明の実施形態の実施例１を示す。

なお、本発明の実施形態の説明図における座標系は、共役面Ｂ上のスクリーンの長軸方向をＸ、短軸方向をＹ、スクリーンの法線方向をＺとする。

共役面Ａ上の画像形成素子で形成された画像を共役面Ｂ上のスクリーンに投射するための投射光学系であって、屈折力を持った光学系は光束を透過するレンズ系のみで構成された共軸系の第１光学系、正のパワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ第２光学系で構成され、画像形成素子から第１光学系、第２光学系を配置し、第１光学系と第２光学系の間に、画像形成素子で形成された画像の中間像を一旦形成させて、全体で拡大投射させる。なお、折返しミラーは光路を折り返し、光学系をコンパクトにまとめるために配置されており、画像形成素子にて作られた画像をスクリーンに投射することに関しては寄与していない。

図４は図１の上方から、つまりＸＺ平面で系を見た図であり、折り返しミラーの光路折り曲げ方向を変更したものである。図１では折り返しミラーの光路折り曲げ方向は第１光学系以下をＹ方向に折り曲げているが、第１光学系を図４のようなＸ方向に折り曲げるような向きにするなど、光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。さらに、第２光学系は正のパワーを持った反射ミラーの後にスクリーンと平行な折り返しミラーを配置してもよく、図４のように一つの筐体内に本光学系を設置した場合、筐体の奥行き方向を薄くすることが出来る。このことは以下実施例すべてにおいて同様である。

なお、図では簡単のため画像形成素子を１枚のみ示したが、図１２のように赤、緑、青等の複数枚の画像形成素子を用い、各素子により変調された光束を公知のダイクロイックプリズム等の色合成手段により色合成した後に投射光学系へ入射させることによりスクリーン上にカラー画像を投射することが出来ることは言うまでもない。

また、画像形成素子から第１光学系第１面までの光束が略テレセントリックであれば（本発明の第十一の実施形態）、スクリーンでの画像形成素子の拡大像の明るさを均一化できると共に、前述のような複数枚の素子を用いたカラー画像投射の場合に用いる色合成手段のダイクロイック膜の角度特性も画像形成素子からの射出光の発散角のみ考慮すればいいので狭く、膜自体が作りやすくなる。さらに偏光分離手段を用いる画像形成装置の場合、その偏光分離膜も角度特性が狭く出来るためよい（図１２参照）。もちろんテレセントリックではない光学系でも本発明の実施形態は適用可能である。

図２は実施例１の第１光学系の拡大図である。

図２のように、第１光学系に非球面レンズを用いることにより設計の自由度が多くなり、スクリーン上での結像性能が上がる（本発明の第六の実施形態）。さらに第１光学系は、絞りの前後と、絞りよりも共役面Ｂ側にあるレンズ群の中で最もレンズ間隔の空いた箇所の前後で分けたときに、もっとも共役面Ｂ側にある第３群は各画角の光束が最も分離している群なので、その位置に非球面形状を用いることにより各画角を独立に収差補正することが出来（本発明の第七の実施形態）、その中でも図２のように負のレンズ後の正のレンズは良く各画角の光束が分離しているため非球面形状の収差補正能力が効果的である（本発明の第八の実施形態）。このことは以下の各実施例でも同様である。

次に、ペッツバール和の補償について説明する。

図３は実施例１の第１光学系、第２光学系の拡大図である。

第１光学系を射出した光束は折り返しミラーにより光路を曲げられ第２光学系に入射し、第２光学系の正のパワーを持った反射ミラーにより拡大投射される。第１光学系と第２光学系の間には、光束が略収束化され画像形成素子の中間像を形成する。

第２光学系の正のパワーにより共役面Ｂ上に拡大投影される画像形成素子の像の歪曲収差は一般に、入射する画角の３乗に比例して大きくなってしまう。同様に像面湾曲は、入射する画角の２乗に比例してしまう。つまり、画像形成素子上に等間隔に並んだ物点から射出する光線が投射光学系によって共役面Ｂ上に像を作るとき、出来た像は等間隔ではなく、光軸から離れた像点ほどズレ量は大きくなる。本光学系では第２光学系の曲面が球面であった場合、投射される像は画角が大きい光束、つまり光軸から離れれば離れるほど像点の間隔が広がり、かつ、物点側に湾曲してしまう。以上のような拡大投射系における歪曲収差、像面湾曲を補正するため、第２光学系の正のパワーを持つ反射ミラーは、光軸から離れれば離れるほど正のパワーがゆるくなるような曲面形状をしている（本発明の第三の実施形態）。また第２光学系の正のパワーを持つ反射ミラーがアナモフィックな多項式自由曲面形状であれば、設計自由度が高くなるので、上記歪曲収差を含めた収差補正性能がよくなる（本発明の第四の実施形態）。なお本説明では凹面状の反射面を採用しているが、フレネル反射鏡であったり、ホログラム反射鏡であったり、集光パワーを有する反射光学素子であればこの限りでない。

なお、上の説明における「アナモフィックな多項式自由曲面」は投射画像を基準として短軸方向をＹ方向、長軸方向をＸ方向、曲面のデプスをＺ方向、「Ｘ２、Ｙ２、Ｘ２Ｙ、Ｙ３、Ｘ２Ｙ２など」を係数として
Ｚ＝Ｘ２・ｘ^２＋Ｙ２・ｙ^２＋Ｘ２Ｙ・ｘ^２ｙ＋Ｙ３・ｙ^３＋Ｘ４・ｘ^４＋Ｘ２Ｙ２・ｘ^２ｙ^２＋Ｙ４・ｙ^４＋Ｘ４Ｙ・ｘ^４ｙ＋Ｘ２Ｙ３・ｘ^２ｙ^３＋Ｙ５・ｙ^５＋Ｘ６・ｘ^６＋Ｘ４Ｙ２・ｘ^４ｙ^２＋Ｘ２Ｙ４・ｘ^２ｙ^４＋Ｙ６・ｙ^６＋・・（１）
で表される形状である。

さらに光軸から離れるほど正のパワーがゆるくなるということは光軸から離れるほど焦点距離が伸びるわけで、第２光学系の正のパワーを持った反射ミラーにより形成される拡大像に共役な前記中間像は、光軸から離れるにつれて焦点距離が伸びるため、第２光学系の正のパワーを持った反射ミラーとの光路長が光軸から離れた光線ほど伸びる方向に傾斜湾曲する（本発明の第十の実施形態）。

ここで、ペッツバール和について説明する。ペッツバール和ＰＴＺは、図３３のように、あるＳ面での像側の屈折率をｎｓ、物体側の屈折率をｎｓ−１、曲率半径をｒｓとし、光学系がｋ面までの屈折面で構成されているとすると

と表される。

一般に、ペッツバール和は像面湾曲と関係があり、平面の物体に対して平面の像を得る、つまり像面湾曲の小さい像面を得るためにはペッツバール和を０に近づけることが求められる。

ここで本実施例にこのことを当てはめると、上記説明のように、スクリーン上で像面湾曲が小さくなるように、第２光学系の正のパワーを持つ反射ミラー（ＰＴＺは正の値となる）は光軸から離れるほど正のパワーがゆるくなるような曲面形状をし、中間像も光軸から離れた光線ほど第１光学系側に傾斜湾曲する。そのような傾斜湾曲する中間像を形成するためには、中間像の状態を作り出している第１光学系を、通常の平面物体を平面像に投射する光学系全体のＰＴＺ値よりもマイナス側に大きなＰＴＺ値にし、わざと像面を物体側に倒す必要がある（本発明の第十四の実施形態）。

以上のように、第１光学系のペッツバール和は、第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成されている（本発明の第一の実施形態、本発明の第二の実施形態）。

また、このことは以下他の実施例においても同様である。

また、実施例１では図２のように第１光学系に第１群が６枚、第２群が２枚、第３群が３枚の計１１枚のレンズを用いているが本発明の実施形態はそのレンズ枚数によらないし、レンズの間に反射ミラーを配置し光路を折り曲げることによって光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。（本発明の第十三の実施形態）
実施例１の諸元を表１に示す。

表１においてシフトとあるのはシフト偏心量、チルトとあるのはチルト偏心量である。ここで分散はアッベ数として表し、屈折率と共にｄ線での値である。曲率半径、面間隔及びシフト偏心量の単位は「ｍｍ」、チルト偏心量の単位は「度」である。以下の各実施例においても同様である。

［表１］

１４、２２、２３面に用いられている非球面は回転対称非球面であるが、非対称の非球面でも良い。

回転対称非球面は周知のとおり、Ｚを光軸方向のデプス、ｃを近軸曲率半径、ｒを光軸からの光軸直交方向の距離、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・等を高次の非球面係数とすると、
Ｚ＝ｃ・ｒ^２／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ^２ｒ^２｝］＋Ａｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８・・・
という非球面式となり、ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・の値を与えて形状を特定する。以下他の実施例においても同様である。

表２に実施例１の非球面の係数を与える。

［表２］

表３に実施例１の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表３］

実施例１の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図５に、解像性能を図６に示す。どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約８５．７倍である。図５のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図６のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も７９％以上と解像性能が非常に高いことが分かる。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは最もスクリーンに近いレンズで、その直径は８０ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例２について説明する。

図７に本発明の実施形態の実施例２、図８に実施例２の第１光学系拡大図を示す。

本発明の第一の実施形態同様、共役面Ａ上の画像形成素子で形成された画像を共役面Ｂ上のスクリーンに投射するための投射光学系であって、屈折光学系を少なくとも一つ含んだ共軸系の第１光学系、正のパワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ第２光学系で構成され、画像形成素子から第１光学系、第２光学系を配置し、第１光学系と第２光学系の間に、画像形成素子で形成された画像を一旦中間像形成させて、全体で拡大投射させる光学系であるが、第１光学系と第２光学系の間に回転対象の負の屈折力を持った反射ミラーを配置することにより、第１光学系第３群の負の屈折力を軽減できかつ、折り返しミラーと兼ねることが出来るため空間占有率を小さくすることが出来る。またその方向は、図７では第１光学系を共役面Ｂの高さ方向、つまりＹ方向に折り曲げているが、第１光学系を図の奥行き方向、つまりＸ方向に折り曲げるような向きにするなど、光学系の空間占有率をより小さく出来ることは当然である。

実施例２の諸元を表４に示す。

［表４］

表５に実施例２の非球面の係数を与える。

［表５］

表６に実施例２の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表６］

実施例２の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図９に、解像性能を図１０に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約８５．７倍である。図８のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図９のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も７５％以上と解像性能が良いが、実施例１と比べて落ちている。これは、前述のとおり実施例２は実施例１に対しレンズ（非球面レンズ）を１枚抜いた構成になっているため、設計自由度が少なくなったからだと考えられる。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは最もスクリーンに近いレンズで、その直径は８０ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例３について説明する。

図１３に本発明の実施形態の実施例３、図１４に実施例３の第１光学系拡大図を示す。

実施例２と同様に本発明の実施形態に即した光学系となっているが、第１光学系に第１群が６枚、第２群が２枚、第３群が３枚の計１１枚のレンズを用いている。実施例１同様、本発明の実施形態はそのレンズ枚数によらないし、反射ミラーを配置し光路を折り曲げることによって光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。

また実施例１と同様に、図１３では第２光学系の光路折り曲げ方向は第１光学系を共役面Ｂの高さ方向、つまりＹ方向に折り曲げているが、第１光学系を図の奥行き方向、つまりＸ方向に折り曲げるような向きにするなど、光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。このことはその他実施例でも同様である。

また本実施例では、第１光学系１３２のペッツバール和ＰＴＺを
ＰＴＺ＜ −０．０１１５ ......．（２）
とすることにより、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラー１３４の大きさ（面積）を小さくすることが出来る。（本発明の第十四の実施形態）
これは、正の屈折力を持った反射ミラーは、その拡大倍率が大きくなるにつれて画角に起因する像面湾曲が大きくなるので、それを小さくするために、像の大きさを一定とすると、中間像（正の屈折力を持った反射ミラーにとっては物体）を大きくし正の屈折力を持った反射ミラーの持つ拡大倍率を小さくしなければならなかった。しかし、条件式（２）のように第１光学系のペッツバール和を大きなマイナスの値にすることにより、第１光学系が作る像、中間像の像面湾曲を大きく物体側に湾曲することができ、正の屈折力を持った反射ミラーで発生する像面湾曲を大きく打ち消すことが出来るため、正の屈折力を持った反射ミラーの拡大倍率を大きくすることが出来る。このことにより中間像を小さくすることが出来、それに伴い正の屈折力を持った反射ミラー自体も小さくすることができる。
また表２２に各実施例の第１光学系のペッツバール和と正の第２光学系の屈折力を持った反射ミラーサイズの表を示す。

［表２２］

表２２をみるとペッツバール和と反射ミラーサイズには図３４のような相関関係があることが分かる。

ここで、正の屈折力を持った反射ミラーは、特にアナモフィックな多項式自由曲面を用いる場合、一般にミラーサイズが２００００ｍｍ^２を超えると、温度変化によるミラーのたわみが大きく発生し投射画像性能に大きく影響してしまう。また、製作も困難でコストアップとなってしまう。よってペッツバール和は図３４から導き出される条件式（２）のように−０．０１１５以下が望ましい。また条件式（２）を満たすためには第１光学系の正のパワーを持ったレンズのｄ線における屈折率の平均値を凸ＡＶＥ、負のパワーを持ったレンズのｄ線における屈折率の平均値を凹ＡＶＥとすると、光学系全体における各収差の発生と打ち消しのバランスの関係から凸ＡＶＥ＜１．５５７、凹ＡＶＥ＞１．７４９であることが望ましい（表２２参照）。また、一般にレンズに使われる光学ガラスのｄ線における屈折率の最小値は１．４５７（ＨＯＹＡ社製ＦＣＤ１０）、最大値は１．９２３（ＨＯＹＡ社製Ｅ−ＦＤＳ１）のため、先述の屈折率の条件は、１．４５７＜凸ＡＶＥ＜１．５５７、１．７４９＜凹ＡＶＥ＜１．９２３となるのは当然である。

実施例３の諸元を表７に示す。

［表７］

表８に実施例３の非球面の係数を与える。

［表８］

表９に実施例３の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表９］

実施例３の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図１５に、解像性能を図１６に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約８５．７倍である。図１５のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図１６のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も７７％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは最もスクリーンに近いレンズで、その直径は８０ｍｍとなっており、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１３０．８ｍｍ×１２０．８ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例４について説明する。

図１７に本発明の実施形態の実施例４、図１８に実施例４の第１光学系拡大図を示す。

実施例３と同様に本発明の実施形態に即した光学系となっているが、第１光学系１７２に第１群が５枚、第２群が２枚、第３群が３枚の計１０枚のレンズを用いており、実施例３に比べてレンズが１枚少なくコストダウンした系となっている。ただ、実施例１同様、本発明の実施形態はそのレンズ枚数によらないし、反射ミラーを配置し光路を折り曲げることによって光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。

また本実施例も前述の条件式（２）を満たしているため正の屈折力を持った反射ミラーを小さくすることが出来ている。

実施例４の諸元を表１０に示す。

［表１０］

表１１に実施例４の非球面の係数を与える。

［表１１］

表１２に実施例４の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している
［表１２］

実施例４の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図１９に、解像性能を図２０に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約８５．７倍である。図１９のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図２０のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も８０％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは最もスクリーンに近いレンズで、その直径は８０ｍｍとなっており、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１２９．１ｍｍ×１１９．６ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例５について説明する。

図２１に本発明の実施形態の実施例５、図２２に実施例５の第１光学系拡大図を示す。

実施例４と同様に本発明の実施形態に即した光学系となっているが、第１光学系に第１群が５枚、第２群が２枚、第３群が２枚の計９枚のレンズを用いており、実施例４に比べてレンズが１枚少なくコストダウンした系となっている。ただ、実施例１同様、本発明の実施形態はそのレンズ枚数によらないし、反射ミラーを配置し光路を折り曲げることによって光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。

また、本実施例では第１光学系の最終レンズ、つまり最も共役面Ｂに近い面に非球面を採用しているが、その位置は第１光学系の中で最も各画角の光線が分離しているので非球面により最も良く各画角の光線をコントロールできる（本発明の第九の実施形態）。そのため解像性能を上げることが出来る。本実施例では、第１光学系のレンズ枚数９枚ながら、実施例４（レンズ枚数１０枚）に対しＭＴＦ解像性能が同等であることで示されている（図２４参照）。このことは以下実施例６，７でも同様である。

実施例５の諸元を表１３に示す。

［表１３］

表１４に実施例５の非球面の係数を与える。

［表１４］

表１５に実施例５の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表１５］

実施例５の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図２３に、解像性能を図２４に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約８５．７倍である。図２３のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図２４のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も８０％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは第２群中のレンズで、その直径は８０ｍｍとなっており、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１３０．１ｍｍ×１２０．２ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例６について説明する。

図２５に本発明の実施形態の実施例６、図２６に実施例６の第１光学系拡大図を示す。

また本実施例では、拡大倍率を約７７．１倍とし実施例１〜５に比べ小さくしているためＭＴＦ解像性能が評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対し８４％以上と良くなっている（図２８参照）。

実施例６の諸元を表１６に示す。

［表１６］

表１７に実施例６の非球面の係数を与える。

［表１７］

表１８に実施例６の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表１８］

実施例６の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図２７に、解像性能を図２８に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約７７．１倍である。図２７のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図２８のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も８４％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは第２群中のレンズで、その直径は８０ｍｍとなっており、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１３０．４ｍｍ×１１９．２ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例７について説明する。

図２９に本発明の実施形態の実施例７、図３０に実施例７の第１光学系拡大図を示す。

また本実施例では、拡大倍率を約６８．６倍とし実施例１〜５に比べ小さくしているためＭＴＦ解像性能が評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対し８８％以上と良くなっている（図３２参照）。

実施例７の諸元を表１９に示す。

［表１９］

表２０に実施例７の非球面の係数を与える。

［表２０］

表２１に実施例７の多項式自由曲面の係数を与える。多項式自由曲面の係数は前述の式（１）に対応している。

［表２１］

実施例７の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図３１に、解像性能を図３２に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．７インチ、縦横比が３：４のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約６８．６倍である。図３１のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図３２のように評価周波数０．５ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も８８％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．８で、奥行き方向の厚みは３００ｍｍとなっている。また第１光学系の最大の径を持ったレンズは第２群中のレンズで、その直径は８０ｍｍとなっており、第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１３１．２ｍｍ×１１８．４ｍｍとなっている。

次に本発明の別の実施形態の実施例８について説明する。

図３５に本発明の実施形態の実施例８、図３６に実施例８の第１光学系拡大図を示す。

実施例４と同様に本発明の実施形態に即した光学系となっているが、第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは回転対称の非球面である。多項式自由曲面形状のミラーに比べて加工がしやすいため加工誤差が少なく、加工時間も少ないため、コストダウンできるモデルとなっている。（本発明の第五の実施形態）ただ、実施例１同様、本発明の実施形態はそのレンズ枚数によらないし、反射ミラーを配置し光路を折り曲げることによって光学系の空間占有率を小さく出来ることは当然である。

実施例８の諸元を表２３に示す。

［表２３］

表２４に実施例８の非球面の係数を与える。

［表２４］

実施例８の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を図３７に、解像性能を図３８に示す。

どちらも画像形成素子として対角０．６インチ、縦横比が９：１６のパネルを想定した結果となっている。拡大率は約１００倍である。図３７のようにグリッドの像を略等間隔に形成でき、歪が良好に補正されていることが分かる。また、図３８のように評価周波数０．７３ｃ／ｍｍに対するＭＴＦ値も６０％以上と解像性能も良い。なお、画像形成素子からの射出光のＦナンバーはＦ２．４５で、奥行き方向の厚みは３８７ｍｍとなっている。また第２光学系の正の屈折力を持った反射ミラーのサイズも短軸方向のもっとも長い長さと長軸方向の最も長い長さで１７８．４ｍｍ×１０１．２ｍｍとなっている。

本発明の実施形態の投射光学系を投射装置に採用して画像投射装置とすることも出来る（本発明の第十五の実施形態）。

図１１のように、この投射光学系を投射装置に適用する場合は、画像形成素子への照明光源が用いられる。照明光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤなどが用いられる。高効率な照明効率を得られるように通常は照明光学系を搭載する。照明光学系の具体例としては、光源近傍に配置されたリフレクター（光源と一体となっている）や、このリフレクターにより反射されて指向性を持った光束をインテグレータ光学系といわれる照度均一化手段で画像形成素子面上へと均一に照明分布を得られるようにした光学系を搭載してもよいし、カラーホイールを用いて照明光をカラー化してそれと同期して画像形成素子の画像をコントロールすることによりカラー画像を投射できるようにしてもよい。反射型タイプの液晶画像形成素子を用いる場合は、ＰＢＳと組み合わせた照明光路と投射光路の偏光分離手段を用いるなどでより効率よい照明が可能となる。また、ＤＭＤパネルを搭載する場合は、全反射プリズムを使った光路分離などが採用される。このように、ライトバルブの種類に応じて適切な光学系を採用すればよい。

なお、図１２のように画像形成素子を、赤、緑、青等の複数枚用いて、照明光を色分離手段により分離された各色の照明光を当てて、色合成手段により合成された光を投射光学系に入射させることによりスクリーン上にカラー画像を投射することが出来ることは言うまでもない。

その際、画像形成素子から投射光学系の第１光学系第一面までの距離は、照明光路と投射光路の偏光分離手段とカラー化するための色合成手段により、長い距離をとらなければならないが、実施例では空気換算長で６８．７ｍｍ以上あるため、前述のカラー手段によりカラー画像を投射することが出来る。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。

［付記］
付記（１）：第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系を含む、投射光学系において、前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有することを特徴とする投射光学系。

なお、"前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有すること"は、例えば、本発明の第一の実施形態における"前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていること"、及び、本発明の第二の実施形態における"前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていること"、を含む。

付記（２）：前記反射光学素子は、正の屈折力を備えたミラーを含み、且つ、前記第一の光学系は、光軸を有する共軸光学系であることを特徴とする付記（１）に記載の投射光学系。

付記（３）：前記第一の光学系は、レンズのみで構成される、屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子を含むことを特徴とする付記（２）に記載の投射光学系。

付記（４）：前記第一の光学系は、前記光軸まわりに回転対称な且つ負の屈折力を備えたミラーを含むことを特徴とする付記（２）に記載の投射光学系。

付記（５）：前記正の屈折力を備えたミラーのミラー面は、該ミラー面と該光軸との交点から該ミラー面の周辺に向かって減少する曲率を備えた面であることを特徴とする付記（２）、（３）又は（４）に記載の投射光学系。

付記（６）：前記正の屈折力を備えたミラーのミラー面は、第一の方向における第一の屈折力と該第一の方向と直交する第二の方向における該第一の屈折力と異なる第二の屈折力を備えたアナモフィックな多項式自由曲面であることを特徴とする付記（２）乃至（５）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（７）：前記正の屈折力を備えたミラーのミラー面は、回転対称な非球面であることを特徴とする付記（２）乃至（５）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（８）：前記第一の光学系は、非球面を有する光学素子を含むことを特徴とする付記（１）乃至（７）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（９）：前記第一の光学系は、絞り、並びに、該絞りと前記第二の画像との間に設けられる、正の屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子及び負の屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子を含み、該正の屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子における最も強い正の屈折力を備えた光学素子は、該絞りと該負の屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子における最も強い負の屈折力を備えた光学素子との間に設けられ、前記非球面を有する光学素子は、前記正の屈折力を備えた少なくとも一つの光学素子における最も強い正の屈折力を備えた光学素子と前記第二の画像との間に設けられることを特徴とする付記（８）に記載の投射光学系。

付記（１０）：前記非球面を有する光学素子は、正の屈折力を備えたレンズを含むことを特徴とする付記（８）又は（９）に記載の投射光学系。

付記（１１）：前記非球面を有する光学素子は、前記第二の画像に最も近い前記第一の光学系における光学素子を含むことを特徴とする付記（８）乃至（１０）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（１２）：前記第二の画像は、前記光軸に対して傾斜した且つ湾曲した画像であることを特徴とする付記（２）乃至（１１）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（１３）：前記第一の光学系は、前記第一の画像に対して略テレセントリックな光学系であることを特徴とする付記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（１４）：前記第一の光学系は、第一のレンズ及び第二のレンズ並びに該第一のレンズと該第二のレンズとの間に設けられたミラーを含む付記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（１５）：前記第一の光学系のペッツバール和は、負であることを特徴とする付記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の投射光学系。

付記（１６）：前記第一の光学系のペッツバール和は、−０．０１１５よりも小さいことを特徴とする付記（１５）に記載の投射光学系。

付記（１７）：画像を被投射面に投射する画像投射装置において、付記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の投射光学系を含むことを特徴とする画像投射装置。

本発明の実施形態は、投影装置などの画像投射装置の投射光学系に適用することができる。本発明の実施形態は、とくに、フロントプロジェクタにおける投射光学系、リアプロジェクションにおける薄型化を達成させる投射光学系に適用することができる。

本発明の少なくとも一つの態様を投射光学系に利用することができる可能性がある。

構成（１）：
第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、
該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系
を含む、投射光学系において、
前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有することを特徴とする投射光学系。

構成（２）：
共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、
少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、
第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、
第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系のみで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、
第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、
前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系。

構成（３）：
共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、
少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、
第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、
第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系と第１光学系の光軸に回転対称の負の屈折力を持った反射ミラーで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、
第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、
前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていることを特徴とする投射光学系。

構成（４）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、第１光学系の光軸と交わる点から周辺に向かうにしたがって曲率がゆるくなるような曲面形状を持つことを特徴とする投射光学系。

構成（５）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、画像形成素子の短軸方向と長軸方向とでパワーが異なるアナモフィックな多項式自由曲面形状であることを特徴とする投射光学系。

構成（６）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第２光学系の正の屈折力を持ったミラーは、回転対称の非球面形状であることを特徴とする投射光学系。

構成（７）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第１光学系のレンズは、少なくとも１面は非球面形状を有していることを特徴とする投射光学系。

構成（８）：
構成（７）に記載の投射光学系において、
第１光学系の非球面は、少なくとも１箇所は第３群中に位置していることを特徴とする投射光学系。

構成（９）：
構成（８）に記載の投射光学系において、
第１光学系の第３群の非球面は、少なくとも１箇所は正の屈折力を持ったレンズ上に位置していることを特徴とする投射光学系。

構成（１０）：
構成（７）に記載の投射光学系において、
第１光学系の非球面は、少なくとも１箇所は最も共役面Ｂに近いレンズ系の面であることを特徴とする投射光学系。

構成（１１）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
前記中間像は第１光学系の光軸に垂直な面に対して傾斜湾曲していることを特徴とする投射光学系。

構成（１２）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
前記画像形成素子から前記透過屈折光学系の第一面までが略テレセントリックであることを特徴とする投射光学系。

構成（１３）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第１光学系のレンズの間に、反射ミラーを配置したことを特徴とする投射光学系。

構成（１４）：
構成（２）又は（３）に記載の投射光学系において、
第１光学系のペッツバール和成分は負であることを特徴とする投射光学系。

構成（１５）：
構成（１４）に記載の投射光学系において、
第１光学系のペッツバール和成分をＰＴＺとした時に下記条件
ＰＴＺ＜ −０．０１１５
を満たすことを特徴とする投射光学系。

構成（１６）：
構成（１）乃至（１５）のいずれかに記載の投射光学系を搭載したことを特徴とする画像投射装置。

図１は、本発明の実施形態の実施例１を示す図である。図２は、実施例１の第１光学系の拡大図である。図３は、実施例１の第１光学系、第２光学系の拡大図である。図４は、図１の上方から、つまりＸＺ平面で系を見た図である。図５は、実施例１の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図６は、実施例１の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図７は、本発明の実施形態の実施例２を示す図である。図８は、本発明の実施形態の実施例２の第１光学系拡大図である。図９は、実施例２の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図１０は、実施例２の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図１１は、投射光学系を投射装置に適用する図である。図１２は、投射光学系を投射装置に適用する図である。図１３は、本発明の実施形態の実施例３を示す図である。図１４は、本発明の実施形態の実施例３の第１光学系拡大図である。図１５は、実施例３の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図１６は、実施例３の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図１７は、本発明の実施形態の実施例４を示す図である。図１８は、本発明の実施形態の実施例４の第１光学系拡大図である。図１９は、実施例４の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図２０は、実施例４の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図２１は、本発明の実施形態の実施例５を示す図である。図２２は、本発明の実施形態の実施例５の第１光学系拡大図である。図２３は、実施例５の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図２４は、実施例５の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図２５は、本発明の実施形態の実施例６を示す図である。図２６は、本発明の実施形態の実施例６の第１光学系拡大図である。図２７は、実施例６の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図２８は、実施例６の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図２９は、本発明の実施形態の実施例７を示す図である。図３０は、本発明の実施形態の実施例７の第１光学系拡大図である。図３１は、実施例７の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図３２は、実施例７の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。図３３は、ペッツバール和について説明する図である。図３４は、ペッツバール和と反射ミラーサイズのような相関関係を示す図である。図３５は、本発明の実施形態の実施例８を示す図である。図３６は、本発明の実施形態の実施例８の第１光学系拡大図である。図３７は、実施例８の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の歪の状況を示す図である。図３８は、実施例８の最終的な共役面Ｂ上での拡大像の解像性能を示す図である。

０１１，０２１，０３１，０４１，０７１，０８１，１３１，１４１，１７１，１８１，２１１，２２１，２５１，２６１，２９１，３０１，３５１，３６１，１１０７，１２０７画像形成素子
０１２，０２２，０３２，０８２，１４２，１８２，２２２，２６２，３０２，３６２絞り
０１３，０３３，０４２，０７２，１３２，１７２，２１２，２５２，２９２，３５３第１光学系
０１４，０３４，０４３，１３３，１７３，２５３折り返しミラー
０１５，０３５，３５５第２光学系
０１６，０４６，０７６，１３６，１７６，２１６，２５６，２９６，３５６，１１１０，１２１１スクリーン
０２３，０８３，１４３，１８３，２２３，２６３，３０３，３６３第１群
０２４，０８４，１４４，１８４，２２４，２６４，３０４，３６４第２群
０２５，０８５，１４５，１８５，２２５，２６５，３０５，３６５第３群
０３６中間像
０３７光軸
０４４，０７４，１３４，１７４，２１４，２５４，２９４第２光学系−１
０４５，０７５，１３５，１７５，２１５，２５５，２９５第２光学系−２（折り返しミラー）
０４７筐体
０７３，２１３，２９３回転対称反射ミラー
１１０１，１２０１光源
１１０２，１２０２リフレクター
１１０３，１２０３リレーレンズ
１１０４，１２０４偏光変換素子
１１０５，１２０５照明均一化手段
１１０６カラーホイール
１１０８，１２０８偏光分離手段
１１０９，１２１０投射光学系
１２０６色分離手段
１２０９色合成手段

Claims

第一の画像と共役な第二の画像を形成する第一の光学系、及び、
該第二の画像からの光を反射する反射光学素子を含むと共に該第二の画像と共役な第三の画像を被投射面に投射する第二の光学系
を含む、投射光学系において、
前記第一の光学系は、絞り、前記絞りに対して前記第一の画像側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して前記第三の画像側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して前記第三の画像側における第３群で構成され、
前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して前記第三の画像側における非球面レンズを含み、
前記第一の光学系は、前記第二の光学系のペッツバール和の符号と反対の符号を備えたペッツバール和を有すると共に、
前記第三の画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、
前記反射光学素子のサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、
前記第一の光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満である
ことを特徴とする投射光学系。
共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、
少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、
第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、
第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系のみで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、
前記第１光学系は、絞りを含み、
前記第１光学系の前記レンズ系は、前記絞りに対して共役面Ａ側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して共役面Ｂ側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して共役面Ｂ側における第３群で構成され、
前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して共役面Ｂ側における非球面レンズを含み、
第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、
前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていると共に、
前記拡大画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、
前記反射ミラーのサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、
前記第１光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満である
ことを特徴とする投射光学系。
共役面Ａ上にある画像情報を表示する画像形成素子から射出した複数の光束を、共役面Ｂに斜めから入射させて共役面Ｂ上に前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な投射光学系において、
少なくとも第１光学系と第２光学系とを有し、
第１光学系と第２光学系の間に前記複数の光束が略収束化された画像形成素子の中間像を有し、
第１光学系の屈折力を持った光学系は前記光束を透過するレンズ系と第１光学系の光軸に回転対称の負の屈折力を持った反射ミラーで構成され、第１光学系の屈折力のみで前記中間像を形成し、
前記第１光学系は、絞りを含み、
前記第１光学系の前記レンズ系は、前記絞りに対して共役面Ａ側における第１群、前記絞りと前記絞りに対して共役面Ｂ側における最大の間隔との間における第２群、及び、前記間隔に対して共役面Ｂ側における第３群で構成され、
前記第３群は、負レンズ及び前記負レンズのうち最も強い負の屈折力を備えた負レンズに対して共役面Ｂ側における非球面レンズを含み、
第２光学系は前記中間像の直後に前記光束を反射させる正の屈折力を持った反射ミラーを含んだ反射光学系で、
前記第１光学系は、前記第２光学系で発生するペッツバール和成分を補償するように構成させていると共に、
前記拡大画像のサイズは、４８インチ以上であると共に、
前記正の屈折力を持った反射ミラーのサイズは、２００００ｍｍ^２以下であると共に、
前記第１光学系のペッツバール和は、−０．０１１５未満である
ことを特徴とする投射光学系。