JP6713639B2 - 投射光学系及び投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、投射光学系及び投影装置に関する。

従来、被投影面からの投影光をドーム状のスクリーンに内側から投射する投射光学系及び投影装置（以下、従来の投射光学系及び投影装置という。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の投影装置は、被投影面に形成された被投影画像を、投射光学系によりドーム状のスクリーンの形状に合わせて像面湾曲させ、スクリーンに投影画像として投影する投影装置である。被投影画像は、液晶パネルやネガ／ポジフィルム等で構成される投影画像生成部により生成される。
図１０は、従来の投射光学系９３０を説明するために示す図である。図１１は、従来の投影装置９１０を説明するために示す図である。図１２は、従来の投影装置９１０を薄型のアミューズメント機器１００（例えば、パチンコ機器、スロットマシーン機器。）に組み入れた例を示す図である。

従来の投射光学系９３０は、図１０及び図１１に示すように、被投影面９２０からの投影光をドーム状のスクリーン９４０に内側から投射する投射光学系である。そして、被投影面９２０の側からスクリーン９４０の側に向かって順に配置された、正の屈折力の第１レンズＬ１と、正の屈折力の第２レンズＬ２と、開口絞り９８０と、負の屈折力の第３レンズＬ３とから構成されている。第１レンズＬ１は、物体側及び投射側に凸面を向けた両凸レンズであり、第２レンズＬ２は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、第３レンズＬ３は、投射側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである。

そして、従来の投射光学系９３０においては、第３レンズＬ３は、両面が非球面であり、光軸から周辺に向かって増大する負の屈折力を含み、開口絞り９８０と第３レンズＬ３との間の距離は、開口絞り９８０と第２レンズＬ２との間の距離よりも小さい。なお、本明細書において、「投射側」とは「投影光が進行する方向の側」という意味であり、「スクリーン側」ということもできる。また、「物体側」とは「投影光が進行する方向とは逆の方向の側」という意味であり、「被投影面側」ということもできる。

従来の投射光学系９３０においては、第３レンズＬ３が投射側に凹面を有し、第２レンズＬ２が物体側に凸面を有する。このため、第１レンズＬ１の両凸面と第２レンズＬ２の凸面により集光された投影光は、開口絞り９８０を通過した後、第３レンズの凹面により拡大投射され、ドーム状のスクリーンに結像する際に、十分な歪曲収差を発生させながら球面収差やコマ収差を良好に補正できる。したがって、従来の投射光学系９３０によれば、コンパクトな３枚構成でありながら、ドーム状のスクリーンに対して明るく鮮明な画像を結像させる投影装置を提供できる。

また、従来の投射光学系９３０においては、第３レンズＬ３が、光軸から周辺に向かって増大する負の屈折力を含むことから、湾曲したスクリーンに沿ってより鮮明に結像するように投影光を投射できる。このため、従来の投射光学系９３０によれば、半球状のスクリーンに対しても被投影面の像が鮮明に結像されるように投影光を投影できる。

特開２０１３−９７２５８号公報

ところで、投影装置９１０は、スクリーン９４０を所望の大きさとしながら、アミューズメント機器１００の奥行き寸法の増加を抑えることができる構成であることが要求されている。

そこで、本発明は、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる構成の投射光学系及びそのような投射光学系を備える投影装置を提供することを目的の一つとする。

［１］本発明の投射光学系は、被投影面からの投影光をドーム状のスクリーンに内側から投射する投射光学系であって、光路を屈曲させるための反射部材と、前記反射部材の前記被投影面側に配置される正のレンズ群と、前記反射部材の前記スクリーン側に配置される負のレンズ群と、前記正のレンズ群と前記反射部材との間に配置される開口絞りとを備えることを特徴とする。

本発明の投射光学系によれば、被投影面からの投影光が反射部材で反射されて光路が屈曲されるため、後述する図１に示すように、奥行き方向に沿った投射光学系の長さＣ、及び、奥行き方向に沿った投影装置の長さＢを短くすることができる。このため、本発明の投射光学系によれば、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる。

また、本発明の投射光学系によれば、正のレンズ群と反射部材との間に開口絞りが配置されているため、負のレンズ群と反射部材との間に開口絞りが配置されている場合に比べて、反射部材と負のレンズ群との間の光路長を短くでき、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加をより一層抑えることができる。

なお、本発明の投射光学系においては、後述するように、投影光の主光線が光軸と交差する位置（光軸に沿った位置）に開口絞りが配置されていることが好ましい。このように構成することで、ドーム状のスクリーンの形状に合わせて像面湾曲された投影画像について、各種の収差を好適に補正できる。

［２］本発明の投射光学系においては、前記開口絞りは、前記反射部材の反射面に配置されていることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、開口絞りを配置する位置を、反射部材が配置される位置と共有することができるため、投射光学系の小型化を図ることができる。

なお、本態様の投射光学系においては、後述する図８に示すように、主光線が光軸と交差する位置に反射部材を配置することが好ましい。このように構成することで反射部材の小型化を図ることができる。

［３］本発明の投射光学系においては、前記開口絞りは、前記反射部材よりも前記正のレンズ群の側に配置されていることが好ましい。

本態様の投写光学系によれば、後述する図２に示すように、上記［２］に記載の投射光学系の場合よりも、正のレンズ群のより一層の小型化を図ることができるとともに、ドーム状のスクリーンの形状に合わせた像面湾曲を発生させながら、各種収差を補正し易くなる。

［４］本発明の投射光学系においては、前記正のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも物体側に配置されるレンズは、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズからなり、前記第１メニスカスレンズの凹面は、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、正のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも物体側に配置される第１メニスカスレンズの凹面が、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることから、投影画像にドーム状のスクリーンの形状に合わせた像面湾曲を適切に発生させることができる。

［５］本態様の投射光学系においては、前記第１メニスカスレンズの凹面は、周辺部において凸面となる変曲点を有することが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、第１メニスカスレンズの凹面が、周辺部において凸面となる変曲点を有することから、投影画像に発生させる像面湾曲の最適化を図ることができる。

［６］本態様の投射光学系においては、前記第１メニスカスレンズの凹面における、光軸から周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（１）を満足することが好ましい。

−0.1 ≦ (Sag(r_１)−Sag(0.9r_１))／(Sag(0.6r_１)−Sag(0.5r_１)) ≦ 0.4 …（１）

但し、式（１）中、符号「r_１」は前記第１メニスカスレンズの有効半径であり、記号「Sag(r_１)」は前記第１メニスカスレンズの有効半径r_１の半径位置におけるサグ量であり、記号「Sag(0.9r_１)」は前記第１メニスカスレンズの有効半径r_１の９０％半径位置におけるサグ量であり、符号「Sag(0.6r_１)」は前記第１メニスカスレンズの有効半径r_１の６０％半径位置におけるサグ量であり、符号「Sag(0.5r_１)」は前記第１メニスカスレンズの有効半径r_１の５０％半径位置におけるサグ量である。

本態様の投射光学系によれば、上記式（１）の条件を満たすことにより、ドーム状のスクリーンの形状に合わせて投影画像に発生させる像面湾曲の最適化を図ることができる。なお、上記式（１）の値が−０．１よりも小さい場合には、メニスカス面のサグ量が小さくなるため、第１メニスカスレンズのメニスカス面の周辺側のパワーが中心側に比べて正の側に大きくなり、投影画像の像面湾曲が過剰になり易い。また、上記式（１）の値が０．４よりも大きい場合には、第１メニスカスレンズのメニスカス面の周辺側のパワーが全体的に弱くなり、投影画像に像面湾曲を発生させ難くなる。

［７］本発明の投射光学系においては、前記正のレンズ群は、物体側の第１レンズ群及び投射側の第２レンズ群からなることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との間で屈折力が分散し、投影画像の球面収差を小さくできるともに、ドーム状のスクリーンの形状に合わせて像面湾曲の最適化を図ることができる。

［８］本態様の投射光学系においては、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズからなり、前記第２レンズ群は、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズからなることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズからなり、第２レンズ群が、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズからなることから、第１レンズと第２レンズとの間で屈折力が分散し、投影画像の球面収差を小さくできる。

［９］本態様の投射光学系においては、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材が配置されていることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材が配置されていることから、フレアーの発生を抑えることができる。また、第１レンズ群と第２レンズ群のうち第２レンズ群の径を小さくすることができ、投射光学系の小型化を図ることができる。

［１０］本発明の投射光学系においては、前記負のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも投射側に配置されるレンズは、投射側に凸面を向けた負の第３メニスカスレンズからなり、前記第３メニスカスレンズの凸面は、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、負のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも投射側に配置される第３メニスカスレンズの凸面は、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることから、正のレンズ群で生じた歪曲収差を適切な値にすることができる。

［１１］本態様の投射光学系においては、前記第３メニスカスレンズの凸面は、周辺部において凹面となる変曲点を有することが好ましい。

本態様の投射光学系によれば、第３メニスカスレンズの凸面が、周辺部において凹面となる変曲点を有することから、正のレンズ群で生じた歪曲収差の最適化を図ることができる。

［１２］本態様の投射光学系においては、前記第３メニスカスレンズの凸面における、光軸から周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（２）を満足することが好ましい。

Sag(0.7r₂)／Sag(r₂) ≧ 0.7 … （２）

但し、式（２）中、符号「r₂」は前記第３メニスカスレンズの有効半径であり、記号「Sag(0.7r₂)」は前記第３メニスカスレンズの有効半径r₂の７０％半径位置におけるサグ量であり、記号「Sag(r₂)」は前記第３メニスカスレンズの有効半径r₂の半径位置におけるサグ量である。

本態様の投射光学系によれば、上記式（２）の条件を満たしつつ、光学系の性能（ドーム状のスクリーンの形状に合わせて発生させる投影画像の像面湾曲の最適化、小型化等）を良好にすることができる。なお、「Sag(0.7r₂)／Sag(r₂)」が０．７よりも小さい場合には、投影画像にドーム状のスクリーンの形状に合わせた像面湾曲を適切に発生させることができない。

［１３］本発明の投射光学系においては、前記負のレンズ群の有効径をＤとし、前記被投影面の光軸から最も離間した部分における前記光軸からの距離をＩとしたとき、以下の式（３）を満足することが好ましい。

3.0≧D／(2・I)≧2.0 … （３）

本態様の投射光学系によれば、上記式（３）の条件を満たすことにより、投影画像の球面収差を適切に補正できる。すなわち、「D／(2・I)」が２．０よりも小さい場合には、投影画像の球面収差の補正を十分できず好ましくない。また、「D／(2・I)」が３．０よりも大きい場合には、反射部材と負のレンズ群との間の光路長が長くなり、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を招く。また、負のレンズ群の外径も大きくなるため、投射光学系が大型化してしまう。

［１４］本発明の投射光学系においては、前記正のレンズ群の合成焦点距離をｆ_１とし、前記投射光学系の合成焦点距離をｆ_２としたとき、以下の式（４）を満足することが好ましい。

1.1≦f₁／f₂≦1.9 … （４）

本態様の投射光学系によれば、上記式（４）の条件を満たすことにより、投射光学系の大型化を抑えながら諸収差の補正を行い易いものとすることができる。

［１５］本発明の投影装置は、投射光学系と、ドーム状のスクリーンとを備える投影装置であって、前記投射光学系が本発明の投射光学系であることを特徴とする。

本発明の投影装置によれば、上記したように、被投影面からの投影光が反射部材で反射されて光路が屈曲されるため、後述する図１に示すように、奥行き方向に沿った投射光学系の長さＣ、及び、奥行き方向に沿った投影装置の長さＢを短くすることができる。このため、本発明の投影装置によれば、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる。

また、本発明の投影装置によれば、正のレンズ群と反射部材との間に開口絞りが配置されているため、負のレンズ群と反射部材との間に開口絞りが配置されている場合に比べて、反射部材と負のレンズ群との間の光路長を短くでき、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加をより一層抑えることができる。

実施形態１に係る投影装置１０及び比較例に係る投影装置１１を説明するために示す図である。但し、開口絞り８０及び遮光部材９０は図示を省略している。 実施形態１に係る投射光学系３０を説明するために示す図である。 式（１）の条件を説明するために示す図である。 式（２）の条件を説明するために示す図である。 式（３）の条件を説明するために示す図である。 実施形態１に係る投影装置１０を薄型のアミューズメント機器１００に組み入れた例を示す図である。 実施形態２に係る投影装置１０ａを説明するために示す図である。但し、開口絞り８０ａ及び遮光部材９０ａは図示を省略している。 実施形態２に係る投射光学系３０ａを説明するために示す図である。 変形例に係る投影装置１０ｂを薄型のアミューズメント機器１００に組み入れた例を示す図である。 従来の投射光学系９３０を説明するために示す図である。 従来の投影装置９１０を説明するために示す図である。 従来の投影装置９１０を薄型のアミューズメント機器１００に組み入れた例を示す図である。

以下、本発明の投射光学系及び投影装置を、図に示す実施形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
１．実施形態１の構成
図１は、実施形態１に係る投影装置１０及び比較例に係る投影装置１１を説明するために示す図である。図２は、実施形態１に係る投射光学系３０を説明するために示す図である。図３は、式（１）の条件を説明するために示す図である。図４は、式（２）の条件を説明するために示す図である。図５は、式（３）の条件を説明するために示す図である。図６は、実施形態１に係る投影装置１０を薄型のアミューズメント機器１００に組み入れた例を示す図である。

なお、図１中、実施形態１に係る投影装置１０における被投影面２０、投影画像生成部２１、スクリーン４０及び光線は実線で示し、比較例に係る投影装置１１における被投影面２２、投影画像生成部２３、スクリーン４１及び光線は破線で示している。すなわち、光軸Ａｘに対して負のレンズ群７０側に被投影面２０を配置したものが実施形態１に係る投影装置１０であり、光軸Ａｘに対して負のレンズ群７０の反対側に被投影面２２を配置したものが比較例に係る投影装置１１である。

実施形態１に係る投射光学系３０は、図１及び図２に示すように、被投影面２０からの投影光をドーム状のスクリーン４０に内側から投射する投射光学系である。そして、光路を屈曲させる反射部材としての反射ミラー５０と、反射ミラー５０の被投影面２０側に配置される正のレンズ群６０と、反射ミラー５０のスクリーン４０側に配置される負のレンズ群７０と、正のレンズ群６０と反射ミラー５０との間に配置される開口絞り８０とを備える。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、開口絞り８０は、反射ミラー５０よりも正のレンズ群６０の側に配置されている。

正のレンズ群６０は、第１レンズ群としての正の第１メニスカスレンズ６１と、第２レンズ群としての正の第２メニスカスレンズ６２とを有する。正のレンズ群６０に含まれるレンズのなかでもっとも物体側に配置されるレンズは、第１メニスカスレンズ６１であり、この第１メニスカスレンズ６１は、物体側に凸面をを向ける凸面Ｒ１と、投影側に凹面を向ける凹面Ｒ２を有する。第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２は、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面である。正のレンズ群６０に含まれるレンズのなかでもっとも投影側に配置されるレンズは、第２メニスカスレンズ６２であり、この第２メニスカスレンズ６２は、物体側に凸面を向ける凸面Ｒ３と、投影側に凹面を向ける凹面Ｒ４を有する。

被投影面２０は、投影画像生成部２１の画像が形成される表示面である。投影画像生成部２１は、液晶表示素子、ネガフィルムあるいはポジフィルム等により構成することができる。被投影面２０は、光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０側に配置される。すなわち、被投影面２０は、正のレンズ群６０の光軸Ａｘを含み反射ミラー５０の反射面との交差線が負のレンズ群７０の光軸Ａｘと直交する平面（以下、軸上平面）よりも負のレンズ群７０側に配置される。つまり、投影光の被投影面２０からの出射位置は、軸上平面よりも負のレンズ群７０側とされている。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２は、周辺部において凸面となる変曲点を有する。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、図３に示すように、第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２における、光軸から周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（１）を満足する。

−0.1 ≦ (Sag(r_１)−Sag(0.9r_１))／(Sag(0.6r_１)−Sag(0.5r_１)) ≦ 0.4 …（１）

但し、式（１）中、符号「r_１」は第１メニスカスレンズ６１の有効半径であり、記号「Sag(r_１)」は第１メニスカスレンズ６１の有効半径r_１の半径位置におけるサグ量であり、記号「Sag(0.9r_１)」は第１メニスカスレンズ６１の有効半径r_１の９０％半径位置におけるサグ量であり、符号「Sag(0.6r_１)」は第１メニスカスレンズ６１の有効半径r_１の６０％半径位置におけるサグ量であり、符号「Sag(0.5r_１)」は第１メニスカスレンズ６１の有効半径r_１の５０％半径位置におけるサグ量である。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、第１メニスカスレンズ６１と第２メニスカスレンズ６２との間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材９０が配置されている。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、負のレンズ群７０は、第３レンズ群としての負の第３メニスカスレンズ７１を有する。第３メニスカスレンズ７１は、物体側に凹面を向けた凹面Ｒ５と、投射側に凸面を向けた凸面Ｒ６とを有する。凸面Ｒ６は、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面である。実施形態１に係る投射光学系３０においては、第３メニスカスレンズ７１の凸面Ｒ６は、周辺部において凹面となる変曲点を有する。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、図４に示すように、第３メニスカスレンズ７１の凸面Ｒ６における、光軸Ａｘから周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（２）を満足する。

Sag(0.7r₂)／Sag(r₂) ≧ 0.7 … （２）

但し、式（２）中、符号「r₂」は第３メニスカスレンズ７１の有効半径であり、記号「Sag(0.7r₂)」は第３メニスカスレンズ７１の有効半径r₂の７０％半径位置におけるサグ量であり、記号「Sag(r₂)」は第３メニスカスレンズ７１の有効半径r₂の半径位置におけるサグ量である。

実施形態１に係る投射光学系３０においては、図５に示すように、第３メニスカスレンズ７１の有効径をＤとし、被投影面２０の光軸Ａｘから最も離間した部分における光軸Ａｘからの距離をＩとしたとき、以下の式（３）を満足する。

3.0≧D／(2・I)≧2.0 … （３）

実施形態１に係る投射光学系３０においては、正のレンズ群６０の合成焦点距離をｆ_１とし、投射光学系３０の合成焦点距離をｆ_２としたとき、以下の式（４）を満足する。

1.0≦f₁／f₂≦1.9 … （４）

実施形態１に係る投影装置１０は、投射光学系と、ドーム状のスクリーン４０とを備える投影装置である。そして、実施形態１に係る投影装置１０においては、投射光学系が実施形態１に係る投射光学系３０である。

２．実施形態１の作用・効果
実施形態１に係る投射光学系３０によれば、被投影面２０からの投影光が反射ミラー５０で反射されて光路が屈曲されるため、図１に示すように、奥行き方向に沿った投射光学系の長さＣ、及び、奥行き方向に沿った投影装置の長さＢを短くすることができる。このため、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、正のレンズ群６０と反射ミラー５０との間に開口絞り８０が配置されているため、負のレンズ群７０と反射ミラー５０との間に開口絞りが配置されている場合に比べて、反射ミラー５０と負のレンズ群７０との間の光路長を短くでき、アミューズメント機器１００の奥行き寸法の増加をより一層抑えることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、開口絞り８０が反射ミラー５０よりも正のレンズ群６０の側に配置されていることから、図２に示すように、後述する実施形態２に係る投射光学系３０ａの場合よりも、正のレンズ群６０のより一層の小型化を図ることができるとともに、ドーム状のスクリーンの形状に合わせた像面湾曲を発生させながら、各種収差を補正し易くなる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、正のレンズ群６０に含まれるレンズのなかでもっとも物体側に配置される第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２が、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることから、投影画像にドーム状のスクリーン４０の形状に合わせた像面湾曲を適切に発生させることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２が、周辺部において凸面となる変曲点を有することから、投影画像に発生させる像面湾曲の最適化を図ることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第１メニスカスレンズ６１の凹面Ｒ２における、光軸Ａｘから周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（１）を満足することから、ドーム状のスクリーン４０の形状に合わせて投影画像に発生させる像面湾曲の最適化を図ることができる。

−0.1 ≦ (Sag(r_１)−Sag(0.9r_１))／(Sag(0.6r_１)−Sag(0.5r_１)) ≦ 0.4 …（１）

なお、上記式（１）の値が−０．１よりも小さい場合には、メニスカス面のサグ量が小さくなるため、第１メニスカスレンズ６１のメニスカス面の周辺側のパワーが中心側に比べて正の側に大きくなり、投影画像の像面湾曲が過剰になり易い。また、上記式（１）の値が０．４よりも大きい場合には、第１メニスカスレンズ６１のメニスカス面の周辺側のパワーが全体的に弱くなり、投影画像に像面湾曲を発生させ難くなる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、正のレンズ群６０が、物体側の第１メニスカスレンズ６１及び投射側の第２メニスカスレンズ６２からなることから、第１メニスカスレンズ６１と第２メニスカスレンズ６２との間で屈折力が分散し、投影画像の球面収差を小さくできるともに、ドーム状のスクリーン４０の形状に合わせて像面湾曲の最適化を図ることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、正のレンズ群６０が、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズ６１と、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズ６２とを有することから、第１メニスカスレンズ６１と第２メニスカスレンズ６２との間で屈折力が分散し、投影画像の球面収差を小さくできる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第１メニスカスレンズ６１と第２メニスカスレンズ６２との間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材９０が配置されていることから、フレアーの発生を抑えることができる。また、第１メニスカスレンズ６１と第２メニスカスレンズ６２のうち第２メニスカスレンズ６２の径を小さくすることができ、投射光学系３０の小型化を図ることができる。また、第２メニスカスレンズ６２の径を小さくすることにより、反射ミラー５０と第３メニスカスレンズ７１との間隔を狭くしても、反射ミラー５０で反射した投影光に、第２メニスカスレンズ６２が干渉し難くなる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、負のレンズ群７０に含まれるレンズのなかでもっとも投射側に配置されるレンズが、投射側に凸面を向けた負の第３メニスカスレンズ７１からなり、第３メニスカスレンズ７１の凸面Ｒ６が、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることから、正のレンズ群で生じた歪曲収差を適切な値にすることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第３メニスカスレンズ７１の凸面Ｒ６が、周辺部において凹面となる変曲点を有することから、正のレンズ群で生じた歪曲収差の最適化を図ることができる。

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第３メニスカスレンズ７１の凸面Ｒ６における、光軸Ａｘから周辺に向かって所定の距離ｒだけ離間した半径位置におけるサグ量をSag(r)としたとき、以下の式（２）を満足することから、光学系の性能（ドーム状のスクリーンの形状に合わせて発生させる投影画像の像面湾曲の最適化、小型化等）を良好にすることができる。

Sag(0.7r₂)／Sag(r₂) ≧ 0.7 … （２）

なお、「Sag(0.7r₂)／Sag(r₂)」が０．７よりも小さい場合には、投影画像にドーム状のスクリーンの形状に合わせた像面湾曲を適切に発生させることができない。

実施形態１に係る投射光学系３０によれば、第３メニスカスレンズ７１の有効径をＤとし、被投影面２０の光軸Ａｘから最も離間した部分における光軸Ａｘからの距離をＩとしたとき、以下の式（３）を満足することから、投影画像の球面収差を適切に補正できる。「D／(2・I)」が２．０よりも小さい場合には、投影画像の球面収差の補正を十分できず好ましくない。また、「D／(2・I)」が３．０よりも大きい場合には、反射ミラー５０と負のレンズ群７０との間の光路長が長くなり、アミューズメント機器１００の奥行き寸法の増加を招く。また、負のレンズ群７０の外径も大きくなるため、投射光学系３０が大型化してしまう。

3.0≧D／(2・I)≧2.0 … （３）

また、実施形態１に係る投射光学系３０によれば、正のレンズ群６０の合成焦点距離をｆ_１とし、投射光学系３０の合成焦点距離をｆ_２としたとき、以下の式（４）を満足することから、投射光学系３０の大型化を抑えながら諸収差の補正を行い易いものとすることができる。

1.1≦f₁／f₂≦1.9 … （４）

実施形態１に係る投影装置１０は、投射光学系と、ドーム状のスクリーン４０とを備える投影装置であって、投射光学系が実施形態１に係る投射光学系３０であることから、上記したように、被投影面２０からの投影光が反射ミラー５０で反射されて光路が折曲されるため、図１に示すように、奥行き方向に沿った投射光学系の長さＣ、及び、奥行き方向に沿った投影装置の長さＢを短くすることができる。このため、実施形態１に係る投影装置１０によれば、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる。

また、実施形態１に係る投影装置１０によれば、正のレンズ群６０と反射ミラー５０との間に開口絞り８０が配置されているため、負のレンズ群７０と反射ミラー５０との間に開口絞りが配置されている場合に比べて、反射ミラー５０と負のレンズ群６０との間の光路長を短くでき、アミューズメント機器１００の奥行き寸法の増加をより一層抑えることができる。

また、実施形態１に係る投影装置１０によれば、以下の理由により、アミューズメント機器１００の高さ寸法の増加を抑えることもできる。
すなわち、比較例に係る投影装置１１のように、仮に、被投影面２２が、正のレンズ群６０の光軸Ａｘ（軸上平面）よりも負のレンズ群７０の反対側に配置された場合には、投影光は、反射ミラー５０により、負のレンズ群７０の光軸Ａｘに対して正のレンズ群６０と反対側に向けて反射される（図１参照。）。
これに対して、実施形態１に係る投影装置１０にように、被投影面２０が、正のレンズ群６０の光軸Ａｘ（軸上平面）よりも負のレンズ群７０側（光軸Ａｘが屈曲される側）に配置された場合には、投影光は、反射ミラー５０により、負のレンズ群７０の光軸Ａｘに対して正のレンズ群６０の側に向けて反射される。

従って、正のレンズ群６０の光軸Ａｘ方向における投影装置１０の寸法について、次のことが言える。つまり、被投影面２０を光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０側に配置した場合の投影装置（実施形態１に係る投影装置１０）の寸法Ｅ（図１参照。）は、被投影面２０を光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０の反対側に配置した場合の投影装置（比較例に係る投影装置１１）の寸法Ｆ（図１参照。）に比べて短い。
その結果、実施形態１に係る投影装置１０によれば、被投影面２０を光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０側に配置することで、アミューズメント機器１００の高さ寸法の増加を抑えることができる。

また、実施形態１に係る投影装置１０によれば、以下の理由によっても、アミューズメント機器１００の高さ寸法の増加を抑えることができる。
すなわち、実施形態１に係る投影装置１０においては、被投影面２０（投影画像生成部２１）の後方（反射ミラー５０が配置される側と反対の方向）に、被投影面２０を照明するための光源（図示省略）等が備えられる。このため、投影装置１０をアミューズメント機器１００の上部に配置する場合（図６参照。）には、被投影面２０を光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０側に配置することで、該光源等を被投影面２０の下側に配置することができる。そのため、投射光学系がアミューズメント機器１００の上方に出っ張ることがなくなり、アミューズメント機器１００の高さ寸法の増加を抑えることができる。

すなわち、比較例に係る投影装置１１のように、仮に、被投影面２２を、光軸Ａｘを挟んで負のレンズ群７０の反対側に配置する構成とした場合には、正のレンズ群６０、被投影面２２及び光源（図示省略）は、下方から上方に向かって、正のレンズ群６０、被投影面２２そして光源（図示省略）の順でアミューズメント機器１００の内部に配置されることとなる。つまり、アミューズメント機器１００を上方に向けて拡長する必要が生じてしまう。
これに対して、実施形態１に係る投影装置１０のように、被投影面２０を、光軸Ａｘを挟んで負のレンズ群７０側に配置する構成とした場合には、正のレンズ群６０、被投影面２０及び光源（図示省略）は、下方から上方に向かって、光源（図示省略）、被投影面２０そして正のレンズ群６０の順でアミューズメント機器１００の内部に配置されることとなる。つまり、アミューズメント機器１００を上方に向けて拡長する必要が生じない。

その結果、実施形態１に係る投影装置１０によれば、このような理由によっても、アミューズメント機器１００の高さ寸法の増加を抑えることができる。

また、実施形態１に係る投影蔵置１０によれば、以下のような効果も得られる。すなわち、比較例に係る投影装置１１のように、被投影面２２を、光軸Ａｘを挟んで負のレンズ群７０の反対側に配置する構成とした場合には、反射ミラー５０を第３メニスカスレンズ７１側に長くする必要がある。これに対して、実施形態１に係る投影装置１０のように、被投影面２０を、光軸Ａｘを挟んで負のレンズ群７０側に配置する構成とした場合には、反射ミラー５０を第３メニスカスレンズ７１側に長くする必要がない。その結果、実施形態１に係る投影蔵置１０によれば、比較例に係る投影装置１１の場合に比べて、反射ミラーの大きさを小さくすることができる。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る投影装置１０ａを説明するために示す図である。図８は、実施形態２に係る投射光学系３０ａを説明するために示す図である。

実施形態２に係る投射光学系３０ａは、図７及び図８に示すように、被投影面２０からの投影光をドーム状のスクリーン４０に内側から投射する。
正のレンズ群６０ａは、物体側の第１レンズ群及び投射側の第２レンズ群を有する。第１レンズ群は、物体側に凸面を向ける凸面Ｒ１を有する正の第１メニスカスレンズ６１ａを有し、第１メニスカスレンズ６１aの凹面Ｒ２は、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面である。第２レンズ群は、物体側及び投影側に凸面を向ける凸面Ｒ３と凸面Ｒ４を有する両凸の正のレンズ６２ａを有する。正のレンズ６２ａは、凸面Ｒ４の周辺部において凹面となる変曲点を有する。

負のレンズ群７０ａは、第３レンズ群として第３メニスカスレンズ７１ａを有する。第３メニスカスレンズ７１ａは、物体側に凹面を向けた凹面Ｒ５と、投射側に凸面を向けた凸面Ｒ６とを有する。凸面Ｒ６は、光軸Ａｘから周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面である。
第１メニスカスレンズ６１ａと正のレンズ６２ａとの間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材９０ａが配置されている。

実施形態２に係る投射光学系３０ａは、開口絞りの配置位置が実施形態１に係る投射光学系３０の場合と異なる。すなわち、実施形態２に係る投射光学系３０ａにおいては、図８に示すように、開口絞り８０ａが、反射ミラー５０ａの反射面上に配置されている。

このように実施形態２に係る投射光学系３０ａは、開口絞りの配置位置が実施形態１に係る投射光学系３０の場合と異なるが、被投影面２０からの投影光が反射ミラー５０ａで反射されるため、実施形態１に係る投射光学系３０の場合と同様に、奥行き方向に沿った投射光学系の長さＣ、及び、奥行き方向に沿った投影装置の長さＢを短くすることができる（図７参照。）。その結果、実施形態２に係る投射光学系３０ａは、実施形態１に係る投射光学系３０の場合と同様に、スクリーンを所望の大きさとしながら、アミューズメント機器の奥行き寸法の増加を抑えることができる。

また、実施形態２に係る投射光学系３０ａによれば、正のレンズ群６０ａと反射ミラー５０ａとの間に開口絞り８０ａが配置されているため、負のレンズ群７０ａと反射ミラー５０ａとの間に開口絞りが配置されている場合に比べて、反射ミラー５０ａと負のレンズ群６０ａとの間の光路長を短くでき、アミューズメント機器１００の奥行き寸法の増加をより一層抑えることができる。

また、実施形態２に係る投射光学系３０ａによれば、開口絞り８０ａが反射ミラー５０ａの反射面に配置されていることから、開口絞り８０ａを配置する位置を、反射ミラー５０ａが配置される位置と共有することができるようになり、投射光学系３０ａの小型化を図ることができる。

なお、開口絞り８０ａを反射ミラー５０ａの反射面に配置する場合には、主光線が光軸Ａｘと交差する位置に反射ミラー５０ａの反射面を配置することが好ましい。このように構成することで反射ミラー５０ａの小型化を図ることができる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記した各実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記した各実施形態においては、反射部材として反射ミラー５０，５０ａを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。反射部材として直角反射プリズム等の光学要素を用いることもできる。

（３）上記した各実施形態においては、光軸Ａｘよりも負のレンズ群７０，７０ａ側に被投影画像を配置するとともに、ドーム状のスクリーン４０として四半球のスクリーンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例に係る投影装置１０ｂを薄型のアミューズメント機器１００に応用した例を示す図である。図９に示すように、光軸Ａｘを挟んで負のレンズ群７０，７０ａ側からその反対側にまたがるように被投影画像を配置するとともに、ドーム状のスクリーン４０として半球のスクリーンを用いてもよい。

１…視者、１０，１０ａ，１０ｂ，１１，９１０…投影装置、２０，２２…被投影面、２１，２３…投影画像生成部、３０，３０ａ，９３０…投射光学系、４０，４１…ドーム状のスクリーン、５０，５０ａ…反射ミラー、６０，６０ａ…正のレンズ群、６１，６１ａ…第１メニスカスレンズ、６２，６２ａ…第２メニスカスレンズ、７０，７０ａ…負のレンズ群、７１，７１ａ…第３メニスカスレンズ、８０，８０ａ…開口絞り、９０，９０ａ…遮光部材

Claims (10)

1. 被投影面からの投影光をドーム状のスクリーンに内側から投射する投射光学系であって、
   光路を屈曲させるための反射部材と、
   前記反射部材の前記被投影面側に配置される正のレンズ群と、
   前記反射部材の前記スクリーン側に配置される負のレンズ群と、
   前記正のレンズ群と前記反射部材との間に配置される開口絞りとを備え、
   前記正のレンズ群は、物体側の第１レンズ群及び投射側の第２レンズ群からなり、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズからなり、前記第２レンズ群は、物体側に凸面を向けた正の第２メニスカスレンズからなることを特徴とする投射光学系。
2. 請求項１に記載の投射光学系において、
   前記開口絞りは、前記反射部材の反射面に配置されていることを特徴とする投射光学系。
3. 請求項１に記載の投射光学系において、
   前記開口絞りは、前記反射部材よりも前記正のレンズ群の側に配置されていることを特徴とする投射光学系。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の投射光学系において、
   前記正のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも物体側に配置されるレンズは、物体側に凸面を向けた正の第１メニスカスレンズからなり、
   前記第１メニスカスレンズの凹面は、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることを特徴とする投射光学系。
5. 請求項４に記載の投射光学系において、
   前記第１メニスカスレンズの凹面は、周辺部において凸面となる変曲点を有することを特徴とする投射光学系。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の投射光学系において、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間には、投影光の光束の周囲の光を遮光する遮光部材が配置されていることを特徴とする投射光学系。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の投射光学系において、
   前記負のレンズ群に含まれるレンズのなかでもっとも投射側に配置されるレンズは、投射側に凸面を向けた負の第３メニスカスレンズからなり、
   前記第３メニスカスレンズの凸面は、光軸から周辺に向かうにしたがって曲率が小さくなる曲面であることを特徴とする投射光学系。
8. 請求項７に記載の投射光学系において、
   前記第３メニスカスレンズの凸面は、周辺部において凹面となる変曲点を有することを特徴とする投射光学系。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の投射光学系において、
   前記負のレンズ群の有効径をＤとし、前記被投影面の光軸から最も離間した部分における前記光軸からの距離をＩとしたとき、以下の式（３）を満足することを特徴とする投射光学系。
   
   3.0≧D／(2・I)≧2.0 … （３）
   
10. 投射光学系と、
    ドーム状のスクリーンとを備える投影装置であって、
    前記投射光学系は、請求項１〜９のいずれかに記載の投射光学系であることを特徴とする投影装置。

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