JP6558093B2

JP6558093B2 - 投写光学系及びプロジェクター

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Publication number: JP6558093B2
Application number: JP2015124488A
Authority: JP
Inventors: 直人竹花
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-06-22
Also published as: US10146109B2; JP2017009779A; US20160370691A1

Description

本発明は、画像表示素子の画像を拡大投影するプロジェクターへの組み込みに適した投写光学系及びプロジェクターに関する。

プロジェクターやプロジェクターへの組み込みに適した投写光学系として、例えば、近距離から広画角で投写（近距離投写）するために、固定レンズ部と可動レンズ部と凹面鏡とを用いて斜め投写における斜め光束の光軸に対する傾きを小さくしつつ、鏡筒による結像光束のケラレを有効に防止するものが知られている（特許文献１参照）。

一般に、プロジェクターにおいて、バックフォーカス（パネル面から投写光学系まで）の距離変動によりスクリーン側の像面が倒れることを防止するために、バックフォーカスの調整を精度よく行うことが重要である。特に、近距離投写の場合、像面が大きく倒れる傾向にあり、いわゆる投写光学系の後玉を含む固定レンズ部側のレンズ群の位置調整によるバックフォーカス調整が重要となる。バックフォーカス調整については、例えばヘリコイドネジ等による回転調整が一般的に用いられており、固定レンズ部を回転させることでバックフォーカス調整がなされる。
一方で、光学性能に影響を及ぼすものとして各レンズの調芯も重要な作業である。特に、非球面レンズに関しては、偏芯の度合が光学性能に大きな影響を及ぼすことから調芯が非常に重要な作業になる。
プロジェクター用の投写光学系において、高解像度の要請等から、非球面レンズが採用されることがあり、近年、通常のプロジェクターに限らず近距離投写のプロジェクターにおいても非球面レンズが採用され、近距離投写のプロジェクターを構成する投写光学系において例えば可動レンズ部だけでなく固定レンズ部すなわちバックフォーカス調整を行う側において非球面レンズを採用することも考えられる。
しかしながら、上記のように、固定レンズ部を回転させてバックフォーカス調整を行うに際して回転動作がなされると、バックフォーカス調整とともに固定レンズ部において調芯を行うことは必ずしも容易ではない。

特開２０１１−８５９２２号公報

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、プロジェクターへの適用において、バックフォーカス調整と調芯とを容易に行える投写光学系及び当該投写光学系を用いたプロジェクターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る投写光学系は、最も縮小側に設けられた縮小側レンズ群と、回転繰り出し動作によって縮小側レンズ群と物体面との距離を調整する繰り出し機構と、繰り出し機構に組み合わされ、かつ、回転繰り出し動作とは独立した回転動作によって少なくとも縮小側レンズ群の一部について回転角度を調整する回転角調整機構とを備える。

上記投写光学系では、繰り出し機構によって縮小側レンズ群と物体面との距離を調整することでバックフォーカス調整を行うことができる。さらに、バックフォーカス調整に伴う回転動作とは独立した回転角調整機構によって、少なくとも縮小側レンズ群の一部について回転角度を調整することができる。すなわち、バックフォーカス調整と調芯とを容易に行える。

本発明の具体的な側面によれば、回転角調整機構は、縮小側レンズ群と前記物体面との間の距離を維持して回転角度を調整する。この場合、回転角調整機構の動作がバックフォーカス調整に影響しないようにできる。

本発明の別の側面によれば、縮小側から順に、縮小側レンズ群を含むとともにフォーカスに際して光軸方向に関して固定された固定レンズ群と、フォーカスに際して光軸方向に関して移動可能な可動レンズ群と、凹面非球面形状の反射面を有する非球面ミラーとを備える。この場合、例えば近距離投写に適した光学系を構成することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、縮小側レンズ群は、非球面レンズを含み、回転角調整機構は、少なくとも当該非球面レンズの回転角度を調整する。この場合、非球面レンズを含むことで、高解像度化や収差補正等を図ることができ、かつ、非球面レンズの回転角度を調整することで、当該非球面レンズの光学性能の維持を図ることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、繰り出し機構と回転角調整機構とは、各レンズを収納するための外側の枠と内側の枠とを含む二重枠構造で構成されている。この場合、二重枠構造により、繰り出し機構での回転繰り出し動作によるバックフォーカス調整と回転角調整機構での回転動作による調芯とを簡易かつ確実に行える。

本発明のさらに別の側面によれば、回転角調整機構は、繰り出し機構に対して付勢部材によって付勢されつつ回転可能に組み合わされている。この場合、付勢部材による付勢力を利用して回転角調整機構を繰り出し機構と組み合わせ、かつ、回転角調整機構による回転動作を維持できる。また、例えばバックフォーカスの再調整が必要となった場合、回転角調整機構による回転角度の再調整が可能である。

本発明のさらに別の側面によれば、付勢部材は、繰り出し機構の繰り出し方向の端面に形成されたフランジ部に取り付けられたバネ材であり、回転角調整機構は、当該バネ材により繰り出し機構側に押さえつけられながら回転可能に配置されている。この場合、バネ材により、回転角調整機構を繰り出し機構と組み合わせ、かつ、回転角調整機構による回転動作を維持できる。

本発明のさらに別の側面によれば、回転角調整機構は、繰り出し機構に対して固定部材によって固定されている。この場合、調整後も回転角度が変化しにくいため、再調整が必要とならない。

上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクターは、光源からの光を変調して画像光を形成する光変調素子と、光変調素子からの画像光を投射する上記いずれかの投写光学系とを備える。この場合、上記いずれかの投写光学系を備えることで、バックフォーカス調整と調芯とを容易に行える。

実施形態の投写光学系を組み込んだプロジェクターの概略構成を示す図である。（Ａ）は、投写光学系の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、斜視断面図である。図２（Ｂ）の一部を拡大した斜視断面図である。投写光学系を分解した状態で示す斜視断面図である。フレアの発生の様子について概念的に示す図である。回転角調整機構の動作について説明するための概念的な図である。一実施例の投写光学系における物体面から投射面までの構成および光線図である。図７のうち、物体面から凹面反射ミラーまでの一部拡大図である。（Ａ）は、偏芯していない状態での投写光学系のＭＴＦを示すグラフであり、（Ｂ）は、非球面レンズが偏芯した状態での投写光学系のＭＴＦ示すグラフである。（Ａ）は、球面レンズが偏芯した状態での投写光学系のＭＴＦを示すグラフであり、（Ｂ）は、貼り合せレンズが偏芯した状態での投写光学系のＭＴＦを示すグラフである。回転角調整機構の一変形例について説明するための概念的な図である。回転角調整機構の他の一変形例について説明するための概念的な図である。

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について詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る投写光学系を組み込んだプロジェクター２は、画像光を投射する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。

光学系部分５０において、光源１０は、例えば超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を含む光を射出する。ここで、光源１０は、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、ＬＥＤやレーザーのような固体光源であってもよい。第１インテグレーターレンズ１１及び第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のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、重畳レンズ１４と協働して、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。このような構成により、光源１０からの光が液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域の全体を略均一な明るさで照明する。

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を介して液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの表示領域上で重畳させる。

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Ｒ光を反射させ、Ｇ光及び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及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｒへ入射する。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、Ｒ色の画像を形成する。

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Ｇ光を反射させ、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、光変調素子である液晶パネル１８Ｇへ入射する。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、Ｇ色の画像を形成する。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、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、光変調素子である液晶パネル１８Ｂへ入射する。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、Ｂ色の画像を形成する。

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で形成されたＲ色の画像とＧ色の画像とＢ色の画像とを合成して画像光とし、投写光学系４０へ進行させる。

投写光学系４０は、クロスダイクロイックプリズム１９で形成された画像光を不図示のスクリーン上に拡大投射する投射用ズームレンズである。

回路装置８０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８１と、画像処理部８１の出力に基づいて光学系部分５０に設けた液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを駆動する表示駆動部８２と、投写光学系４０に設けた駆動機構（不図示）を動作させて投写光学系４０の状態を調整するレンズ駆動部８３と、これらの回路部分８１，８２，８３等の動作を統括的に制御する主制御部８８とを備える。

画像処理部８１は、入力された外部画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。なお、画像処理部８１は、外部画像信号に対して歪補正や色補正等の各種画像処理を行うこともできる。

表示駆動部８２は、画像処理部８１から出力された画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂを動作させることができ、当該画像信号に対応した画像又はこれに画像処理を施したものに対応する画像を液晶パネル１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂに形成させることができる。

レンズ駆動部８３は、主制御部８８の制御下で動作し、投写光学系４０を構成する一部の光学要素をアクチュエータＡＣを介して光軸ＯＡに沿って適宜移動させることにより、投写光学系４０によるスクリーン上への画像の投射において、投写距離を変更した時のフォーカスを行うことができる。なお、レンズ駆動部８３は、投写光学系４０全体を光軸ＯＡに垂直な上下方向に移動させるアオリの調整により、スクリーン上に投射される画像の縦位置を変化させることもできる。

以下、図２等を参照して、実施形態の投写光学系４０の構造について具体的に説明する。なお、図２等で例示した投写光学系４０は、後述する一実施例（図７，８参照）の投写光学系４０と同一の構成となっている。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３及び図４に示すように、投写光学系４０は、複数の屈折レンズやミラーレンズで構成される光学系部分（光学的作用を及ぼす主要部分）のほか、レンズ等の各光学部材を収納するための複数の円筒型の枠構造体で構成される鏡筒部３９と、プロジェクター２（図１参照）の本体部分へ取り付けるための取付部３８と、レンズやミラーを保護するための光透過性のカバー部材ＣＶとを有する。

例えば図２（Ｂ）に示すように、投写光学系４０の光学系部分は、縮小側から順に、複数のレンズからなり正のパワーを有する第１光学群４０ａと、１枚の凹面非球面形状の反射面を有するミラーＭＲ（非球面ミラー）で構成される第２光学群４０ｂとからなる。第１光学群４０ａは、レンズＬ１〜Ｌ１５で構成されており、正のパワーを有する第１−１レンズ群４１（レンズＬ１〜Ｌ９）と、正のパワーを有する第１−２レンズ群４２（レンズＬ１０〜Ｌ１５）とからなる。第１−１レンズ群４１は、投写距離の変更に伴うフォーカスに際して光軸方向（図２（Ｂ）のＡ１方向）に関して固定された固定レンズ群である。また、第１−１レンズ群４１は、投写光学系４０を構成するレンズ群のうち最も縮小側に設けられた縮小側レンズ群であるとも言える。第１−２レンズ群４２は、フォーカスに際して光軸方向に関して移動可能な可動レンズ群である。

また、第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴよりも縮小側に配置されるレンズ群Ｅ１（レンズＬ１〜Ｌ７）と、開口絞りＳＴよりも拡大側に配置されるレンズ群Ｅ２（レンズＬ８，Ｌ９）とからなる。

鏡筒部３９は、第１−１レンズ群４１を収納している。鏡筒部３９は、第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２とを含む二重枠構造で構成されている。第２枠体ＦＦ２は、第１枠体ＦＦ１の外側に設けられて、第１枠体ＦＦ１と嵌合している。第１枠体ＦＦ１は、レンズ群Ｅ１を収納している。言い換えると、鏡筒部３９において、相対的に内側の枠である第１枠体ＦＦ１は、相対的に外側の枠である第２枠体ＦＦ２に収納されている。さらに、鏡筒部３９は、レンズ群Ｅ２を収納するとともに第１枠体ＦＦ１に接着される第３枠体ＦＦ３と、取付部３８に接続するとともに第２枠体ＦＦ２の外側に設けられて第２枠体ＦＦ２とヘリコイド構造ＨＥを形成する第４枠体ＦＦ４とを備えている。

また、ここでは、例えば図３に示すように、第１枠体ＦＦ１の外側面において光軸方向に対して垂直な面内方向に延びる鍔状部ＢＲを設ける一方、第２枠体ＦＦ２の端面に形成されたフランジ部ＦＢに複数のバネ材ＳＳを取り付けられている。第１−１レンズ群４１の製造の過程すなわち各部の組付けの過程において、バネ材ＳＳが第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２とを挟んで第１枠体ＦＦ１の鍔状部ＢＲに対して第２枠体ＦＦ２側への付勢力を与える付勢部材（弾性部材）として機能する。これにより、第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２との嵌合が確実となる。かつ、第１枠体ＦＦ１が第２枠体ＦＦ２側に押さえつけられながら接触しつつ回転のみ可能に組み合わされた状態が維持される。言い換えると、第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２との間に嵌合構造を設けることにより、第１−１レンズ群４１を構成する各レンズの位置決めに際して、第２枠体ＦＦ２に対する第１枠体ＦＦ１の回転動作が確保されて、少なくとも縮小側レンズ群である第１−１レンズ群４１の一部について回転角度を調整する回転角調整機構ＲＡが構成されている。第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２とによって構成された上記のような回転角調整機構ＲＡによって、後述するバックフォーカス調整の如何を問わず、第１−１レンズ群４１と物体面との間の距離を維持しつつ回転角度を調整することで光学系の調芯を可能としている。なお、レンズ群Ｅ２（レンズＬ８，Ｌ９）を収納する第３枠体ＦＦ３は、第１枠体ＦＦ１に対して調芯しながら嵌合できる構造になっている。第３枠体ＦＦ３は、第１枠体ＦＦ１に嵌合された後、第１枠体ＦＦ１に接着固定されることで、例えば接着後においては第１枠体ＦＦ１とともに一体的に回転可能となっている。したがって、この場合、第１−１レンズ群４１を構成するレンズＬ１〜Ｌ９の全体が一体となる。そして、上記回転角調整機構ＲＡにより、レンズ群の組み付け固定に際して、第１枠体ＦＦ１が第２枠体ＦＦ２に対して回転可能な状態が維持されている。

一方、第２枠体ＦＦ２と第４枠体ＦＦ４とは、当接箇所である第２枠体ＦＦ２の外側面と第４枠体ＦＦ４の内側面とにおいて対応する雄雌のネジ構造ＴＨを有することにより、回転繰り出し動作を可能とするヘリコイド構造ＨＥを構成している。すなわち、第２枠体ＦＦ２と第４枠体ＦＦ４とにより、回転繰り出し動作によって縮小側レンズ群である第１−１レンズ群４１の全体と物体面との距離を調整する繰り出し機構ＦＥが構成され、バックフォーカス調整を行うことが可能となる。言い換えると、第２枠体ＦＦ２と第４枠体ＦＦ４とで構成される上記のような繰り出し機構ＦＥが設けられているため、第２枠体ＦＦ２は、ネジ構造ＴＨのネジに沿って動くことで繰り出すことが可能となっている。これにより、第１−１レンズ群４１は、光軸方向に沿って移動してバックフォーカス調整が行われる。この場合、回転角調整機構ＲＡは、繰り出し機構ＦＥのヘリコイド構造ＨＥによる第１−１レンズ群４１の回転動作とは独立して、第１−１レンズ群４１を回転させることができる。すなわち、回転角調整機構ＲＡは、第１枠体ＦＦ１に収納されているレンズ群Ｅ１と物体面との間の距離を維持しつつ回転角度を調整することができる。

以上のように、第２枠体ＦＦ２と第４枠体ＦＦ４とによって繰り出し機構ＦＥが構成され、第１枠体ＦＦ１と第２枠体ＦＦ２とによって回転角調整機構ＲＡが構成され、繰り出し機構ＦＥと回転角調整機構ＲＡとは、互いに独立に回転動作可能なものとなっている。これにより、バックフォーカス調整と調芯とを容易に行える。

以下、上記のような構成を有する投写光学系４０の製造工程のうち、第１−１レンズ群４１（固定レンズ群）の製造工程の一例について説明する。まず、枠体ＦＦ１にレンズ群Ｅ１を収納し、枠体ＦＦ３にレンズ群Ｅ２を収納する。次に、枠体ＦＦ１〜枠体ＦＦ４を組み合わせる。そして、繰り出し機構ＦＥの回転を伴う繰り出し動作によりバックフォーカス調整が行われ、最適なバックフォーカス距離となった状態で位置決めがなされる。すなわち、第４枠体ＦＦ４に対する第２枠体ＦＦ２の繰り出し量が接着等により固定される。次に、回転角調整機構ＲＡの回転動作によりレンズ群Ｅ１と物体面との間の距離を維持しつつ第１−１レンズ群４１の調芯が行われ、最適な回転角で位置決めがなされる。すなわち、第２枠体ＦＦ２に対する第１枠体ＦＦ１（第１枠体ＦＦ３を付随する）の回転角が接着等により固定される。この際、既述のように、回転角調整機構ＲＡは、レンズ群Ｅ１と物体面との間の距離を維持しつつ回転角度を調整するので、回転角調整機構ＲＡの動作は既になされたバックフォーカス調整に影響しない。以上によりバックフォーカス調整と調芯とが最適化された状態で第１−１レンズ群４１が構成される。この場合、例えば第２枠体ＦＦ２に対する第１枠体ＦＦ１の回転角を固定するために塗布された接着剤が硬化して形成される固定部材（接着部）によって回転角調整機構ＲＡが繰り出し機構ＦＥに対して固定された状態となる。このような接着固定により、接着後の相対的な位置関係に狂いが生じないようにすることができる。

また、詳細な説明を省略するが、鏡筒部３９は、フォーカスに際して可動な可動レンズ群である第１−２レンズ群４２を構成する各レンズを、フォーカスの際に独立して移動するレンズ群ごとに収納するための複数の円筒型の枠構造体（枠体）を有している。これにより、フォーカスの際には、例えばアクチュエータ等により、これら枠体の単位で光軸に沿って移動させるものとなっている。なお、各レンズ群（すなわち各枠体）の移動のさせ方については、フォーカスのさせ方により種々の態様が可能であり、例えばカム機構等を利用して独立して動くもの同士が連動して動いてもよい。

ここで、一般に、近距離から広画角で投写（近距離投写）する投写光学系では（図７参照）、バックフォーカス（パネル面から後玉）の距離変動により、スクリーン側の像面が大きく倒れる傾向にあるため、少なくとも製造過程において、精度よくバックフォーカスを調整する必要がある。このため、一般的に、投写光学系の製造工程おいて、投写光学系のうち縮小側に配置される固定レンズ群をヘリコイドネジ等により回転移動しつつ前後に移動可能として、最も縮小側のいわゆる後玉とパネル面との寸法調整をしている。しかしながら、この場合、バックフォーカス機構だけでなく調芯も回転によって行なわれるため、調芯のための回転機構をバックフォーカス機構と共用すると、調芯の際、バックフォーカスも変動してしまう。したがって、バックフォーカスの調整と調芯とを確実に行なうことは容易ではなかった。これに対して、本実施形態では、上記のような繰り出し機構ＦＥ及び回転角調整機構ＲＡを有することでバックフォーカスの調整と調芯とを容易に行える。

図５は、偏芯に伴うフレアの発生の様子について画素ＰＸの単位（例えばスクリーン上での表示画素）で概念的に示した図である。各レンズの配置が設計通りあるいはそれに近ければ、図示のような画素ＰＸごとのフレアが発生しないか発生してもわずかなものとなる。しかしながら、現実には設計上の位置に対する製造誤差等に起因するズレの大きさとそのずれ方によって、図示のような種々の形状のフレアＦＲが発生してしまう可能性がある。特に、非球面レンズを用いた場合、偏芯によって光学性能が大きく劣化するため、調芯が非常に重要な作業である。本実施形態では、回転角調整機構ＲＡによる第１−１レンズ群４１の回転動作を、繰り出し機構ＦＥによるバックフォーカス調整のための回転動作とは独立に行うことで、非球面レンズ（レンズＬ６）を含むレンズ群の性能が低下することを防いでいる。

図６は、回転角調整機構ＲＡ（図３等参照）の動作について説明するための概念的な図である。実線で描かれた円は、回転角調整機構ＲＡにより回転されるレンズ群（例えばレンズＬ６を含む第１−１レンズ群４１）の実際の配置を示している。点線で描かれた円は、光学設計上のレンズ位置ＤＡ（理想的な位置）を示している。交点ＸＸが光学設計上の光軸の位置である。図示のように、第１−１レンズ群４１の光軸ＯＡの位置が回転動作により調芯され交点ＸＸに近づくと、図５に例示したようなフレアＦＲが小さくなり、投写光学系４０延いてはプロジェクター２の性能を高めることができる。

以上のように、本実施形態に係る投写光学系４０では、繰り出し機構ＦＥによって縮小側レンズ群である第１−１レンズ群４１と物体面である液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）のパネル面との距離を調整することでバックフォーカス調整を行うことができる。また、バックフォーカス調整に伴う回転動作とは独立した回転動作が可能な回転角調整機構ＲＡによって、第１−１レンズ群４１を構成するレンズＬ１〜Ｌ９の回転角度を調整することができる。すなわち、バックフォーカス調整と調芯とを容易に行える。延いては、歩留まり向上と組立による光学性能劣化の防止とを図ることができる。

なお、上記では、製造過程において、枠体ＦＦ１，ＦＦ２は、固定レンズ群である第１−１レンズ群４１の調整後、互いに接着固定される。しかし本実施形態はこれに限らない。製造後（プロジェクター等に組み込まれた投写光学系として使用開始後）に再度調整できるようにしてもよい。すなわち、バックフォーカス調整及び調芯をした後、枠体ＦＦ１，ＦＦ２を接着固定せず、例えば付勢部材等の弾性部材によって、位置は固定された状態で回転可能な状態に維持してもよい。これによれば、調芯を再度可能である。

また、上記では、第１枠体ＦＦ１と、第１枠体ＦＦ１に嵌合された第２枠体ＦＦ２とを備えた二重枠構造において、相対的に外側に繰り出し機構ＦＥを設け、相対的に内側に回転角調整機構ＲＡを設けるものとしているが、例えば以上の構成とは逆に相対的に内側に繰り出し機構ＦＥを設け、相対的に外側に回転角調整機構ＲＡを設けるものとしてもよい。具体的に説明すると、例えば第１枠体ＦＦ１の外側面とを第２枠体ＦＦ２の内側面との間にネジ構造を設けることで繰り出し機構を構成し、レンズ群Ｅ１と物体面との間の距離を維持しつつ回転角度を調整する嵌合機構を第２枠体ＦＦ２の外側面に設けることで回転角調整機構を構成するものとしてもよい。

〔実施例〕
以下、図７及び図８を参照して、上記実施形態に対応する一実施例の投写光学系４０について具体的に説明する。

図７及び図８に示す実施例の投写光学系４０は、液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）の表示領域に形成された画像を不図示のスクリーン上に投射する。ここで、投写光学系４０と液晶パネル１８Ｇ（１８Ｒ，１８Ｂ）との間には、図１のクロスダイクロイックプリズム１９に相当するプリズムＰＲが配置されている。

投写光学系４０は、縮小側から順に、第１光学群４０ａを構成する第１−１レンズ群４１及び第１−２レンズ群４２と、第２光学群４０ｂとからなる。第１−１レンズ群４１は、開口絞りＳＴよりも縮小側のレンズ群Ｅ１（レンズＬ１〜Ｌ７）と、開口絞りＳＴよりも拡大側のレンズ群Ｅ２（レンズＬ８，Ｌ９）とからなる。レンズＬ６は、ガラス製の非球面形状のレンズであり、他のレンズは、ガラス製の球面形状のレンズである。なお、正レンズであるレンズＬ２と負レンズであるレンズＬ３とが接合レンズとなっており、また、レンズＬ４とレンズＬ５とが接合レンズとなっている。

第１−２レンズ群４２は、縮小側から順に、３枚のレンズ（レンズＬ１０〜Ｌ１２）からなる正の第１可動レンズ群Ｆ１と、２枚のレンズ（レンズＬ１３，Ｌ１４）からなる第２可動レンズ群Ｆ２と、１枚の負レンズ（レンズＬ１５）からなる第３可動レンズ群Ｆ３との３つのレンズ群を有する。これらのレンズ群Ｆ１〜Ｆ３は、鏡筒部の複数の枠体にそれぞれ収納されている。フォーカス合わせをするときは、アクチュエータＡＣにより、当該枠体ごとに互いに独立して光軸ＯＡに沿った方向Ａ１に移動させるものとなっている。なお、レンズＬ１５は、負のパワーを有する両面に非球面が施された樹脂レンズ（非球面レンズ）である。円形の非球面レンズのうち、光線が通過しない部分を切断した様な形状となっている。また、第２可動レンズ群Ｆ２を構成するレンズＬ１３，Ｌ１４は、貼合せガラスレンズである。レンズＬ１３，Ｌ１４は、ミラーレンズで構成される第２光学群４０ｂからスクリーンへ出射された光を蹴らないように、レンズの上部が切断された形状になっている。つまり、レンズＬ１３〜Ｌ１５は、光軸ＯＡについて軸対称な円形の状態から上部側（画像光が投射される側）の一部を切り欠いたような形状になっている。なお、上記以外のレンズＬ１０〜Ｌ１３は、ガラス製の球面レンズであり、光軸ＯＡについて軸対称な円形状となっている。

第２光学群４０ｂは、既述のように、１枚の凹面非球面形状を有するミラーＭＲで構成されており、ミラーＭＲは、第１光学群４０ａから射出された画像光をスクリーンに向けて反射する。

以下、本実施例における諸元の意義をまとめた。
ｆ全系の焦点距離
ω 半画角
ＮＡ開口数
Ｒ曲率半径
Ｄ軸上面間隔（レンズ厚又はレンズ間隔）
Ｎｄｄ線の屈折率
Ｖｄｄ線のアッベ数
非球面は、以下の多項式（非球面式）によって特定される。

ただし、
ｃ：曲率（１／Ｒ）
ｈ：光軸からの高さ
ｋ：非球面の円錐係数
Ａｉ：非球面の高次非球面係数

上記実施例のレンズ面のデータを以下の表１に示す。なお、ＯＢＪは、パネル面ＰＩを意味し、ＳＴＯは開口絞りＳＴを意味する。また、面番号の後に「＊」が記載されている面は、非球面形状を有する面である。

〔表１〕
f 3.753
ω 72.7
NA 0.313
R D Nd Vd
OBJ Infinity 9.500
1 Infinity 25.970 1.51633 64.14
2 Infinity 0.000
3 29.749 9.200 1.61800 63.33
4 -90.854 0.200
5 31.147 8.000 1.49700 81.54
6 -46.319 1.200 1.80518 25.42
7 115.301 0.200
8 21.01 10.500 1.48749 70.24
9 -18.367 1.200 1.90366 31.31
10 40.142 0.400
*11 22.722 1.400 1.58913 61.15
*12 14.117 0.300
13 19.166 4.000 1.48749 70.24
14 223.258 0.671
STO Infinity 3.142
16 26.258 4.600 1.84666 23.78
17 -52.237 2.067
*18 -101.023 1.800 1.74320 49.29
*19 20.505 可変間隔
20 198.906 4.200 1.64769 33.79
21 -105.554 0.200
22 82.236 10.800 1.62004 36.26
23 -32.21 2.000 1.80518 25.42
24 -127.875 可変間隔
25 47.079 11.500 1.58144 40.75
26 -83.369 2.000 1.80518 25.42
27 83.369 可変間隔
*28 -146.264 2.800 1.53116 56.04
*29 35.005 可変間隔
*30 -54.303 可変間隔反射面
31 Infinity
以上の表１及び以下の表において、１０のべき乗数（例えば１．００×１０^＋１８）をＥ（例えば１．００Ｅ＋１８）を用いて表すものとする。

以下の表２は、実施例のレンズ面の非球面係数である。
〔表２〕
非球面係数
K A04 A06 A08 A10
A12 A14
11 -1.4162 -3.1275E-04 2.1480E-06 -4.7918E-09 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
12 -1.9911 -2.5613E-04 2.3305E-06 -9.6210E-09 1.5979E-11
0.0000E+00 0.0000E+00
18 -1.0000 -8.9299E-05 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
19 0.6743 -7.5262E-05 1.0469E-07 -5.4544E-10 0.0000E+00
0.0000E+00 0.0000E+00
28 -104.8836 -1.3716E-05 2.6918E-08 -3.8636E-11 2.1555E-14
-6.2068E-18 0.0000E+00
29 0.0000 -3.3687E-05 4.9222E-08 -7.9903E-11 7.8149E-14
-4.7186E-17 1.2130E-20
30 -0.9865 5.6413E-08 3.8062E-11 -5.3064E-14 1.7923E-17
-3.1309E-21 2.1598E-25

以下の表３は、投射倍率１２５倍、投射倍率１００倍及び投射倍率１６９倍において、表２中の可変間隔１９，２４，２７，２９，３０の値を示している。
〔表３〕
可変間隔
125x 100x 169x
19 13.506 13.945 13.203
24 6.445 4.000 8.916
27 16.200 17.836 14.500
29 110.000 110.369 109.532
30 -501.000 -409.990 -666.138

以下、図９等を参照して、上述した投写光学系４０における構成レンズの偏芯による光学性能への影響に関して説明する。

図９（Ａ）は、偏芯していない状態での投写光学系４０のＭＴＦを示すグラフである。すなわち、図９（Ａ）は、設計値通りに構成された状態の投写光学系４０について示すグラフである。一方、図９（Ｂ）は、非球面レンズ（レンズＬ６）を設計値から２０μｍだけ偏芯させた状態での投写光学系４０のＭＴＦを示すグラフである。いわば、図９（Ｂ）は、非球面レンズ（レンズＬ６）の位置が設計値からずれて、図５等を参照して説明したフレアが発生した状態に相当するものを示すグラフである。なお、グラフの横軸は、デフォーカス量を示しており、縦軸は、投写光学系４０の性能の高さ（解像度の高さ）を示している。ここでは、一例として、波長５５０ｎｍの光についての各像高での性能を示している。図９（Ａ）と９（Ｂ）とを比較して分かるように、非球面レンズ（レンズＬ６）が設計値からずれると投写光学系４０の光学性能が著しく低下することが分かる。数値的には、図９（Ａ）の状態では、各像高の全域において６０％以上のＭＴＦが確保されているのに対して、図９（Ｂ）の状態では、ＭＴＦのピーク位置が下がり、各像高の全域において４０％以下まで低下している。

さらなる例を図１０に示す。図１０は、非球面レンズ（レンズＬ６）以外のレンズを設計値から偏芯させた状態での投写光学系４０のＭＴＦを示すグラフである。

図１０（Ａ）は、球面レンズであるレンズＬ７を設計値から２０μｍだけ偏芯させた状態での投写光学系４０のＭＴＦを示すグラフである。この場合、図９（Ｂ）に示した場合ほどのＭＴＦの低下がみられないことが分かる。このことから、投写光学系４０のうち特に非球面レンズ（レンズＬ６）の調芯を行うことが重要であることが分かる。

図１０（Ｂ）は、球面レンズの貼り合せレンズであるレンズＬ４，Ｌ５を設計値から２０μｍだけ偏芯させた状態での投写光学系４０のＭＴＦを示すグラフである。この場合、ＭＴＦピーク位置の低下や像面のバラツキは見られるが、やはり図９（Ｂ）に示した場合ほどのバラツキは見られない。本実施形態において、回転角調整機構ＲＡにより非球面レンズ（レンズＬ６）またはこれを含むレンズ群の調芯を可能とすることで、光学性能劣化の防止を図ることができる。

この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

上記において、回転角調整機構ＲＡにおける回転動作すなわち、レンズ群の回転のさせ方については、種々の態様が可能である。例えば図１１に一変形例として概念的に示す回転角調整機構ＲＡのように、回転させる直接の対象である第１枠体ＦＦ１に歯車状の複数の突起部ＴＰを設ける（すなわち凹凸を設ける）とともに、突起部ＴＰを押すための棒状部分ＢＰを有する治具ＪＧを設けるものとしてもよい。この構成によれば、例えば直接手を入れることのできないような箇所にレンズ群を配置するような場合であっても、治具ＪＧを用いて第１枠体ＦＦ１を回転させることによって調芯を確実に行うことができる。なお、既述のように二重枠構造を嵌合させつつ、一部に上記のような凹凸を設けるものとしてもよい。

また、回転角調整機構ＲＡの構成については、繰り出し機構ＦＥでの回転動作から独立した回転動作を維持するものであって、かつ、レンズ群Ｅ１と物体面との間の距離を維持しつつ回転角度を調整できれば、種々の態様が適用可能である。例えば、図１２に示すように、例えばレンズＬ６を収納した第１枠体ＦＦ１を、バネＳＰで第２枠体ＦＦ２側に押し付けつつ枠体の縁に沿った環状の押え環ＰＲで押える構造としてもよい。

また、上記では、回転角調整機構ＲＡにより縮小側レンズ群を含む固定レンズ群である第１−１レンズ群４１全体を回転させるものとしているが、第１−１レンズ群４１のうちの一部のみを回転させるものとしてもよい。例えば回転角調整機構ＲＡが非球面レンズであるレンズＬ６のみを回転させるものであったり、レンズＬ６及びレンズＬ６の近傍のレンズを回転させるものであったりしてもよい。

また、上記では、固定レンズ群である第１−１レンズ群４１が、投写光学系４０を構成するレンズ群のうち最も縮小側に設けられた縮小側レンズ群でもあるものとしているが、例えば、第１−１レンズ群４１を構成するレンズ群Ｅ１，Ｅ２のうち、縮小側に設けられたレンズ群Ｅ１のみを縮小側レンズ群と捉えることもできる。

また、例えば上記実施例において、各レンズ群を構成するレンズの前後又は間に１つ以上の実質的にパワーを持たないレンズを追加することができる。

また、デジタル・マイクロミラー・デバイス等の各種光変調素子によって形成された画像光を投写光学系４０によって拡大投射してもよい。

２…プロジェクター、１０…光源、１１，１２…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…ダイクロイックミラー、１６…反射ミラー、１７Ｇ，１７Ｒ，１７Ｂ…フィールドレンズ、１８Ｇ，１８Ｒ，１８Ｂ…液晶パネル、１９…クロスダイクロイックプリズム、２１…ダイクロイックミラー、２２…リレーレンズ、２３…反射ミラー、３８…取付部、３９…鏡筒部、４０…投写光学系、４０ａ…第１光学群、４０ｂ…第２光学群、４１…第１−１レンズ群（固定レンズ群、縮小側レンズ群）、４２…第１−２レンズ群（可動レンズ群）、５０…光学系部分、８０…回路装置、８１…画像処理部、８１，８２，８３…回路部分、８２…表示駆動部、８３…レンズ駆動部、８８…主制御部、Ａ１…方向、ＡＣ…アクチュエータ、ＢＰ…棒状部分、ＢＲ…鍔状部、ＣＶ…カバー部材、ＤＡ…レンズ位置、Ｅ１…レンズ群、Ｅ２…レンズ群、Ｆ１-Ｆ３…第１〜第３可動レンズ群、ＦＢ…フランジ部、ＦＥ…繰り出し機構、ＦＦ１…第１枠体、ＦＦ２…第２枠体、ＦＦ３…第３枠体、ＦＦ４…第４枠体、ＦＲ…フレア、ＨＥ…ヘリコイド構造、ＪＧ…治具、Ｌ１-Ｌ１５…レンズ、ＭＲ…ミラー、ＯＡ…光軸、ＰＩ…パネル面、ＰＲ…プリズム、ＰＲ…押え環、ＰＸ…画素、ＲＡ…回転角調整機構、ＳＳ…バネ材、ＴＨ…ネジ構造、ＴＰ…突起部、ＸＸ…交点

Claims

最も縮小側に設けられた縮小側レンズ群と、
回転繰り出し動作によって前記縮小側レンズ群と物体面との距離を調整し、繰り出し方向の端面にフランジ部を有する繰り出し機構と、
前記フランジ部に取り付けられたバネ材と、
前記繰り出し機構に組み合わされ、かつ、前記回転繰り出し動作とは独立した回転動作によって少なくとも前記縮小側レンズ群の一部について回転角度を調整する回転角調整機構と、を備え、
前記回転角調整機構は、前記バネ材により前記繰り出し機構側に押さえつけられながら回転可能に配置されている投写光学系。
前記回転角調整機構は、前記縮小側レンズ群と前記物体面との間の距離を維持して前記回転角度を調整する、請求項１に記載の投写光学系。
縮小側から順に、前記縮小側レンズ群を含むとともにフォーカスに際して光軸方向に関して固定された固定レンズ群と、フォーカスに際して光軸方向に関して移動可能な可動レンズ群と、凹面非球面形状の反射面を有する非球面ミラーとを備える、請求項１または２に記載の投写光学系。
前記縮小側レンズ群は、非球面レンズを含み、
前記回転角調整機構は、少なくとも前記非球面レンズの回転角度を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の投写光学系。
前記繰り出し機構と前記回転角調整機構とは、各レンズを収納するための外側の枠と内側の枠とを含む二重枠構造で構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の投写光学系。
光源からの光を変調して画像光を形成する光変調素子と、
前記光変調素子からの画像光を投射する請求項１〜５のいずれか一項に記載の投写光学系と、を備えるプロジェクター。