JP7259411B2 - 投写光学系、投写型画像表示装置、および撮像装置 - Google Patents

投写光学系、投写型画像表示装置、および撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、中間像の拡大側に凹形状の反射面を備える投写光学系、投写光学系を備える投写型画像表示装置、および投写光学系を備える撮像装置に関する。
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射する投写型画像表示装置は特許文献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光学系は凹曲面形状の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
特許文献１の投写光学系では、投写距離を短くすると、反射ミラーの縮小側に位置する中間像が第１光学系の光軸に沿う方向に傾斜する。ここで、中間像は、傾斜するのに伴って、大きくなる。中間像が大きくなると、中間像の拡大側に位置する反射ミラーを大きくする必要が生じる。従って、中間像の拡大側に反射ミラーのみを備える投写光学系では、投写距離を短くする場合に、反射ミラーが大型化しやすいという問題がある。
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、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、前記第２光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有する光学素子であり、前記第１透過面と前記反射面とは、予め設定した仮想軸の一方側に位置し、前記第２透過面は、前記仮想軸の他方側に位置し、前記反射面は、凹曲面形状を備え、前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸曲面形状を備え、前記光学素子は、当該光学素子を通過する光線の光路上に第１部材部分と、前記第１部材部分とは材質の異なる第２部材部分と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る投写光学系は、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、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、前記第２光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有する光学素子であり、前記第１透過面と前記反射面とは、予め設定した仮想軸の一方側に位置し、前記第２透過面は、前記仮想軸の他方側に位置し、前記反射面は、凹曲面形状を備え、前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸曲面形状を備え、前記光学素子は、当該光学素子を通過する光線の光路上に、第１部材部分と、前記第１部材部分とは材質の異なる第２部材部分と、を備え、前記第２部材部分は、前記第１部材部分よりも耐熱性が高く、前記第２部材部分には、前記光学素子に入射した光線の光束径が最も小さくなる領域の少なくとも一部分が重なることを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、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、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、前記第２光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有する光学素子であり、前記第１透過面と前記反射面とは、予め設定した仮想軸の一方側に位置し、前記第２透過面は、前記仮想軸の他方側に位置し、前記反射面は、凹曲面形状を備え、前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸曲面形状を備え、前記光学素子は、当該光学素子を通過する光線の光路上に、第１部材部分と、前記第１部材部分とは材質の異なる第２部材部分と、を備えている投写光学系と、前記縮小側結像面に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする。
投写光学系を備える投写型画像表示装置の概略構成図である。 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。 第２光学系の光線図である。 第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。 中間像の拡大側に反射面のみを備える場合の倍率の説明図である。 中間像の拡大側に反射面と第２透過面を備える場合の倍率の説明図である。 スクリーンの上方に達する光束の開き角度の説明図である。 スクリーンの下方に達する光束の開き角度の説明図である。 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の投写光学系の光線図である。 実施例２の第２光学系の光線図である。 実施例２の第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。 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の投写光学系の光線図である。 実施例３の第２光学系の光線図である。 実施例３の第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。 実施例３の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。 光学素子の変形例の説明図である。
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投写型画像表示装置について詳細に説明する。
（投写型画像表示装置）
図１は本発明の投写光学系を備える投写型画像表示装置の概略構成図である。図１に示すように、投写型画像表示装置１は、スクリーンＳに投写する画像光を生成する画像形成部２と、画像光を拡大して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。
（画像光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は画像表示素子である。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は画像表示素子である。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て画像光を生成する。
投写光学系３は、クロスダイクロイックプリズム１９が合成した画像光（各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが形成した投写画像）をスクリーンＳに拡大して投写する。
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諧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、投写型画像表示装置１に搭載される投写光学系３の構成例として実施例１から４を説明する。
（実施例１）
図２は本発明の投写光学系３の全体を模式的に表す光線図である。図２では、投写光学系３からスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１～Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。図３は、実施例１の投写光学系の光線図である。図４は第２光学系の光線図である。図５は第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。
本例の投写光学系３Ａは、図２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と、第２光学系３２と、からなる。図３、図４に示すように、投写光学系３Ａは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。本例では、中間像３３は第２光学系３２の内側に形成される。なお、中間像３３は、第２光学系３２の内側に形成されなくてもよい。
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。本例では、第１光学系３１は１５枚のレンズを備える。第２光学系３２は１枚の光学素子３５Ａからなる。中間像３３は、光学素子３５Ａの内側に形成される。
縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂが配置されている。図２、図３では３枚の液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂのうちの一枚である液晶パネル１８Ｇを示す。液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂは、縮小側結像面における第１光学系３１の光軸Ｎの一方側に投写画像を形成する。拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。
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、１５枚のレンズＬ１～Ｌ１５を有する。第１レンズＬ１～第１５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、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２は接合された第３接合レンズＬ２３である。第１３レンズＬ１３および第１４レンズＬ１４は接合された第４接合レンズＬ２４である。第６レンズＬ６と第７レンズＬ７との間には絞りＯ１が配置されている。なお、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９を備えていない場合がある。
図４に示すように、光学素子３５Ａは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。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。そして、第１透過面４１および反射面４２が配列されている方向をＺ軸方向、Ｙ軸の一方側を上方Ｙ１、Ｙ軸の他方側を下方Ｙ２、Ｘ軸と垂直でＹ軸およびＺ軸を含む面をＹＺ平面とする。従って、図１から図５の各図はＸ軸と平行な方向から見た場合を示す。図２に示すように、第１光学系３１の光軸ＮはＺ軸方向に延びる。画像形成部２は、第１光学系３１の光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。
中間像３３は、第１光学系３１の光軸Ｎの下方Ｙ２に形成される。スクリーンＳは、第１光学系３１の光軸Ｎの上方Ｙ１に位置する。スクリーンＳの横方向はＸ軸方向である。中間像３３はスクリーンＳに形成される投写画像に対して上下が反転した画像である。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んだ画像である。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される理想の長方形の最終像に対して最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
また、以下の説明では、ＹＺ平面上に、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｍを設定する。仮想軸Ｍは光学素子３５Ａの設計基準軸である。仮想軸Ｍは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。
第１透過面４１と反射面４２とは、仮想軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２透過面４３は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。反射面４２は、第１透過面４１または第２透過面４３から見て凹曲面形状を備える。従って、反射面４２は正のパワーを有する。反射面４２は光学素子３５Ａに外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面４３は拡大側に突出する凸曲面形状を備える。従って、第２透過面４３は正のパワーを有する。ここで、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、仮想軸Ｍに対し回転対称な面を持つ共軸光学系である。従って、仮想軸Ｍは、光学素子３５Ａの設計基準軸である。本例では、仮想軸Ｍは、第１光学系３１の光軸Ｎと一致する。
光学素子３５Ａは、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｍを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、図３に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｍを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、いずれも非球面である。
第２光学系３２の光学素子３５Ａには、第２透過面４３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、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。
仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜している。また、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する傾斜角度θは９０°以上である。すなわち、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点５３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度θは、９０°を超える。仮想線Ｐは、ＹＺ平面上における投写光学系３Ａの瞳ということもできる。従って、投写光学系３Ａの瞳は、仮想軸Ｍに垂直な面に対して傾斜している。光学素子に入射した光線は、仮想線Ｐ、或いは仮想線Ｐの近傍において、集光される。光学素子に入射した光線は、仮想線Ｐの近傍の領域Ａにおいて、光束径が最も小さくなる。
ここで、図５に示すように、光学素子３５Ａは、当該光学素子３５Ａを通過する光線の光路上に第１領域６１、第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４の４つの領域を定義することができる。第１領域６１は、Ｚ軸方向で第１透過面４１と反射面４２との間に位置するとともに、Ｚ軸方向で反射面４２と第２透過面４３との間に位置する。第１領域６１は、Ｚ軸方向の厚みが一定である。本例では、第１領域６１は円盤形状をしている。なお、第１領域６１は直方体形状でもよい。中間像３３は、光学素子３５Ａの内側に形成される。図４に示すように、光学素子３５Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、少なくとも一部分が第１領域６１の内側にある。
第２領域６２は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の一方側に隣り合う。第２領域６２は、第１透過面４１を備える。第１領域６１と第２領域６２との仮想の境界面７１は平坦面である。境界面７１は、後述するレンズデータの面番号３３である。
第３領域６３は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の第２領域６２とは反対側に位置する。第３領域６３と第１領域６１とは、Ｚ軸方向で隣り合う。第３領域６３は、反射面４２を備える。第３領域６３と第１領域６１との仮想の境界面７２は平坦面である。境界面７２は、後述するレンズデータの面番号３４、面番号３６である。第２領域６２と第３領域６３とは第１領域６１をＺ軸方向の両側から挟む。
第４領域６４は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１において、第１領域６１の一方側に隣り合う。また、第４領域６４は第２領域６２の上方Ｙ１に隣り合う。第４領域６４は、第２透過面４３を備える。また、第４領域６４と第１領域６１との仮想の境界面７３は平坦面である。境界面接合面７３は、後述するレンズデータの面番号３７である。
本例において、第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４は、樹脂からなる。すなわち、光学素子３５Ａの第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４は、樹脂からなる第１部材部分６５である。一方、第１領域６１は、カラスからなる。すなわち、光学素子３５Ａの第１領域６１は、ガラスからなる第２部材部分６６である。本例では、第１領域６１は、石英ガラスからなる。
第１部材部分６５は、Ｚ軸方向における第２部材部分６６の一方側で第２領域６２および第４領域６４を備える第１の第１部材部分６５（１）と、第２部材部分６６の他方側で第３領域６３を備える第２の第１部材部分６５（２）と、を有する。第２部材部分６６には、Ｚ軸方向の一方側に第１の第１部材部分６５（１）が密着し、Ｚ軸方向の他方側に第２の第１部材部分６５（２）が密着する。従って、第１の第１部材部分６５（１）の接合面と、第２部材部分６６の第１の第１部材部分６５（１）に対する接合面とは、対応する形状を備える。よって、第１の第１部材部分６５（１）の接合面と、第２部材部分６６の第１の第１部材部分６５（１）に対する接合面とは、いずれも平坦面である。また、第２部材部分６６の第２の第１部材部分６５（２）に対する接合面と第２の第１部材部分６５（２）の接合面とは、対応する形状を備える。従って、第２部材部分６６の第２の第１部材部分６５（２）に対する接合面と、第２の第１部材部分６５（２）の接合面とは、いずれも平坦面である。
第１部材部分６５と第２部材部分６６とは、材質が相違するので、耐熱性が異なる。すなわち、ガラスからなる第２部材部分６６は、樹脂からなる第１部材部分６５と比較して、短波長の光線の透過率が高い。これにより、第２部材部分６６では、短波長の光線を吸収による温度上昇が抑制される。よって、第２部材部分６６は、第１部材部分６５と比較して、発熱しにくく、耐熱性が高い。
なお、光学素子３５Ａには、図４に点線で示すように、絞りＯ２が設けられている場合がある。絞りＯ２は、光学素子３５Ａを仮想線Ｐに沿って分割して、分割面に遮光用の墨を塗布し、しかる後に、分割した光学素子３５Ａを一つに接合することなどによって、設けられる。なお、絞りＯ２は、光束の一部を遮光できる部材を用いて形成すればよく、墨を用いて形成されるものに限られない。
（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。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１は、液晶パネル１８であり、縮小側結像面である。面番号２はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号３は拡大側の面である。面番号２１の欄はダミーのデータである。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。
また、符号は、第２光学系３２においては、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号と、第１の第１部材部分６５（１）、第２部材部分６６、第２の第１部材部分６５（２）を示す。すなわち、面番号３２は、第１透過面４１である。面番号３３は、第１の第１部材部分６５（１）と、第２部材部分６６との接合面である。面番号３４は、第２部材部分６６と第２の第１部材部分６５（２）との接合面である。面番号３５は、反射面４２である。面番号３６は、第２の第１部材部分６５（２）と第２部材部分６６との接合面である。面番号３７は、第２部材部分６６と、第１の第１部材部分６５（１）との接合面である。面番号３８は、第２透過面４３である。従って、面番号３３、面番号３４、面番号３６、および面番号３７は、平面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。Ｅは有効径である。
面番号 符号 r d nd.vd E
1 18 1.000000E+18 7.125000E+00
2 19 1.000000E+18 1.943250E+01 SBSL7_OHARA 10.2460
3 1.000000E+18 6.122123E-01 12.9994
4 L1 -1.389956E+02 3.125229E+00 814032.2838 13.0000
5 -3.305925E+01 1.500000E-01 13.1616
6 L2 1.868799E+02 6.811206E+00 440669.9044 13.0781
7 L3 -1.856159E+01 9.000000E-01 846631.2381 13.0432
8 -4.418858E+01 1.500000E-01 13.7738
9 L4 8.133758E+01 6.797193E+00 SBSL7_OHARA 13.9799
10 L5 -2.483403E+01 9.000000E-01 TAFD25_HOYA 13.9518
11 -1.246978E+02 -2.186868E-18 14.4662
12 L6 5.811725E+01 5.807587E+00 450186.8998 14.7963
13 -4.346780E+01 3.090529E+01 14.7947
14 絞り 1.000000E+18 6.000000E+00 9.0000
15 L7 1.397540E+01 1.819399E+00 439307.9210 10.1136
16 1.454779E+01 5.748176E+00 9.8154
17 L8 2.013485E+01 3.798571E+00 846663.2378 10.0580
18 2.088220E+02 1.092626E+00 9.7652
19 L9 2.775553E+01 1.300000E+00 605966.6170 8.8797
20 1.373656E+01 2.572574E+00 8.0004
21 dummy 1.000000E+18 1.897183E+00 8.0000
22 L10 -1.783750E+01 1.300000E+00 834497.4275 8.0000
23 -3.554577E+01 5.570724E-01 8.4858
24 L11 4.396420E+01 6.728590E+00 578240.6451 9.0046
25 L12 -1.173764E+01 1.003692E+01 844962.2531 9.0774
26 -6.391509E+01 3.633947E+01 11.7469
27 L13 3.048211E+01 1.098635E+01 808760.4525 23.0000
28 L14 5.418506E+01 1.098030E+01 554704.6736 20.2039
29 -7.764110E+01 1.508594E-01 18.7525
30 L15 -8.321115E+01 1.000000E+01 846259.2415 18.4445
31 3.708265E+01 4.321518E+00 15.1106
32* 41 -2.621787E+01 1.000000E+01 E48R_ZEON 14.9862
33 66 1.000000E+18 5.000000E+00 EFEL2_HOYA 13.1505
34 65(2) 1.000000E+18 5.000000E+00 E48R_ZEON 12.8395
35* 42 -1.735729E+01 -5.000000E+00 E48R_ZEON 12.6777
36 66 1.000000E+18 -5.000000E+00 EFEL2_HOYA 10.7282
37 65(1) 1.000000E+18 -1.000000E+01 E48R_ZEON 10.9751
38* 43 1.233420E+01 -2.900000E+02 12.1912
39 S 1.000000E+18 869.3374
面番号３２、３５、３８の非球面データは、以下のとおりである。
面番号 32 35 38
Y曲率半径 -26.21787155 -17.35729427 12.33419785
コーニック定数(K) 0 -1 0
4次の係数(A) 0.000266042 1.8591E-05 -2.60214E-05
6次の係数(B) -9.37226E-07 -8.94005E-08 -3.02228E-07
8次の係数(C) 2.41928E-09 9.68681E-10 3.26249E-09
10次の係数(D) -2.73361E-12 -5.18053E-12 -1.17872E-11
12次の係数(E) 0 1.70617E-14 0
14次の係数(F) 0 -2.1489E-17 0
16次の係数(G) 0 0 0
18次の係数(H) 0 0 0
20次の係数(J) 0 0 0
（効果）
本例の投写光学系３Ａでは、第２光学系３２を構成する光学素子３５Ａは、凹曲面形状の反射面４２と、拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３と、を備える。従って、光学素子３５Ａは、反射面４２で反射した光束を、第２透過面４３で屈折させることができる。よって、第２光学系３２が、反射面４２のみを備える場合と比較して、投写光学系３Ａの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。また、光学素子３５Ａが拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３を備えるので、投写距離を短くする場合でも、中間像３３の拡大側に配置された凹曲面形状の反射面４２が大型化することを抑制できる。
かかる効果について、図６および図７を参照して説明する。図６は、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２のみを備える場合の倍率の説明図である。図７は、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２を備え、さらに、反射面４２の拡大側に凸曲面形状の第２透過面４３を備える場合の倍率の説明図である。
図６に示すように、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２のみを備える場合には、投写光学系３Ａの倍率Ｑは、中間像３３からスクリーンＳに至る特定の光線の光路において中間像３３と反射面４２との距離Ｒに対する、反射面４２からスクリーンＳとの距離Ｔの比である。すなわち、Ｑ＝Ｔ／Ｒである。従って、拡大側結像面であるスクリーンＳと共役となる中間像３３は、倍率Ｑを合わせるために、仮想軸Ｍに沿う方向に大きく傾斜して、像面湾曲を発生させたものとなる。ここで、中間像３３は、傾斜すると、大きくなる。また、中間像３３が大きくなると、中間像３３の拡大側に位置する反射面４２を大きくする必要が生じる。従って、中間像３３の拡大側に凹曲面形状の反射面４２のみを備える投写光学系３Ａでは、投写距離を短くする場合に、反射面４２が大型化しやすい。また、中間像３３が大きくなると、第１光学系３１と第２光学系３２との間の距離が必要になり、投写光学系３Ａの全長が長くなる。
これに対して、本例では、第２光学系３２が反射面４２の拡大側に凸曲面形状の第２透過面４３を備えるので、中間像３３が大きくなることを抑制できる。すなわち、図７に示すように、本例では、投写光学系３Ａの倍率Ｑは、中間像３３からスクリーンＳに至る特定の光線の光路において中間像３３と反射面４２との間の距離Ｒ１と反射面４２と第２透過面４３との間の距離Ｒ２との合計に対する、第２透過面４３とスクリーンＳとの間の距離Ｔ´の比である。すなわち、Ｑ＝Ｔ´／（Ｒ１＋Ｒ２）である。これにより、拡大側結像面であるスクリーンＳと共役となる中間像３３は、スクリーンＳの上方と下方とで倍率を合わせるために仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することがなく、像面湾曲が減少したものとなる。よって、中間像３３が大きくなることを抑制できる。従って、中間像３３の拡大側に位置する反射面４２が大型化することを抑制できる。また、最外周の光線５１が第１透過面４１を通過するときに内側に屈折させることができれば、さらに反射面４２を小型化することが可能になる。また、第２透過面４３が凸曲面形状であり、正のパワーを持っているので、第２透過面４３がない場合と比較して、光束を集光させる作用が働き、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３３は、光学素子３５Ａにおける第１透過面４１と反射面４２との間に位置する。従って、中間像３３が第１光学系３１と光学素子３５Ａとの間に形成される場合と比較して、第１光学系３１と光学素子３５Ａとを接近させることができる。これにより、投写光学系３Ａをコンパクトにすることができる。
また、本例では、第２光学系３２の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３が非球面である。従って、本例の投写光学系３Ａでは、収差の発生を抑制できる。
さらに、本例では、中間像３３の縮小側の隣に位置する第１透過面４１が非球面なので、中間像３３での収差の発生を抑制できる。また、本例では、中間像３３が仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することはなく、中間像３３が仮想軸Ｍに対して垂直な方向に立っている。従って、第１透過面４１と中間像３３とをＺ軸方向で接近させることが容易であり、非球面を中間像３３に近い位置に配置できる。従って、中間像３３で発生する収差を効率よく補正できる。
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端を通過する下端光束５２を遮光せずにスクリーンＳまで到達させることができる
さらに、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線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の上方の周辺部の光量が低下することを抑制できる。すなわち、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜すれば、仮想線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の上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなる。これにより、スクリーンＳの上方へ達する光量が多くなる。ここで、図８は、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度の説明図である。図８は図２のＡ部分の部分拡大図である。スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０とは、スクリーンＳと上端光束５１の上周辺光線５１ａとが成す角度θ１と、スクリーンＳと上端光束５１の下周辺光線５１ｂとが成す角度θ２と、の差分である。
また、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。ここで、図９は、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度の説明図である。図９は図２のＢ部分の部分拡大図である。スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０とは、スクリーンＳと下端光束５２の上周辺光線５２ａとが成す角度θ１と、スクリーンＳと下端光束５２の下周辺光線５２ｂとが成す角度θ２と、の差分である。
さらに、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する傾斜角度が９０°以上である。これにより、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下方へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上方と下方との間の光量の差を抑制できる。
次に、本例では、光学素子３５Ａを通過する光線は、凹曲面形状の反射面４２によって光学素子３５Ａの内部で集光される。従って、光学素子３５Ａの内部で光密度が高くなり、光学素子３５Ａの一部分が高温となることがある。この場合、高温となった光学素子３５Ａの一部分が熱膨張して、投写光学系３Ａの光学性能の劣化を招く可能性がある。
これに対して、光学素子３５Ａは、当該光学素子３５Ａを通過する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分６５と、ガラスからなる第２部材部分６６と、を備える。そして、第２部材部分６６に、光学素子３５Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａを位置させる。これにより、光学素子３５Ａの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成される。従って、高温となった光学素子３５Ａの一部分が熱膨張して、投写光学系３Ａの光学性能の劣化を招くことを抑制、或いは回避できる。
また、ガラスからなる第２部材部分６６は、両面が平坦である。従って、第２部材部分６６の製造が容易である。この一方、光学素子３５Ａにおいて、非球面の第１透過面４１を備える第２領域６２、非球面の反射面４２を備える第３領域６３、および、非球面の第２透過面４３を備える第４領域６４は、いずれも、第１部材部分６５であり、樹脂からなる。従って、第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４をガラス製とした場合と比較して、光学素子３５Ａに、非球面を設けやすい。
さらに、中間像３３は、第２部材部分６６に形成されるので、中間像３３が第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面を横断することがない。従って、第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面に中間像３３が位置することに起因して、投写画像が劣化することを防止できる。
また、本例では、第２部材部分６６のＺ軸方向の一方側に位置する第１の第１部材部分６５（１）に、第１透過面４１および第２透過面４３の２面を設けることができる。従って、光学素子３５Ａの製造が容易となる。
図１０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１０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１０に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。
（実施例２）
図１１は、実施例２の投写光学系の光線図である。図１２は実施例２の投写光学系の第２光学系の光線図である。図１３は第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。本例の投写光学系３Ｂは、図２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と、第２光学系３２と、からなる。図１１、図１２に示すように、投写光学系３Ｂは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。本例では、中間像３３は第２光学系３２の内側に形成される。なお、中間像３３は、第２光学系３２の内側でなくてもよい。また、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９を備えていない場合がある。ここで、投写光学系３Ｂは、実施例１の投写光学系３Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して、説明を省略する。
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。本例では、第１光学系３１は１５枚のレンズを備える。第２光学系３２は１枚の光学素子３５Ｂからなる。中間像３３は、光学素子３５Ｂの内側に形成される。
図１３に示すように、光学素子３５Ｂにおいても、当該光学素子３５Ｂを通過する光線の光路上に第１領域６１、第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４の４つの領域を定義することができる。第１領域６１は、Ｚ軸方向で第１透過面４１と反射面４２との間に位置するとともに、Ｚ軸方向で反射面４２と第２透過面４３との間に位置する。第１領域６１は、Ｚ軸方向の厚みが一定である。本例では、第１領域６１は円盤形状をしている。中間像３３は、光学素子３５Ａの内側に形成される。図４に示すように、光学素子３５Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、少なくとも一部分が第１領域６１の内側にある。第２領域６２は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の一方側に隣り合う。第２領域６２は、第１透過面４１を備える。第３領域６３は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の第２領域６２とは反対側に位置する。第３領域と第１領域とは、Ｚ軸方向で隣り合う。第３領域６３は、反射面４２を備える。第２領域６２と第３領域６３とは第１領域６１をＺ軸方向の両側から挟む。第４領域６４は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１において、第１領域６１の一方側に隣り合う。また、第４領域６４は第２領域６２の上方Ｙ１に隣り合う。第４領域６４は、第２透過面４３を備える。
本例では、第２領域６２および第４領域６４は、樹脂からなる。すなわち、図１３に示すように、光学素子３５Ｂの第２領域６２および第４領域６４は、樹脂からなる第１部材部分６５である。一方、第１領域６１および第３領域６３は、石英ガラスからなる。すなわち、光学素子３５Ｂの第１領域６１および第３領域６３は、ガラスからなる第２部材部分６６である。第１部材部分６５は、第２領域６２および第４領域６４を一体に備える。第２部材部分６６は、第１領域６１および第３領域６３を一体に備える。
第２部材部分６６には、Ｚ軸方向の一方側に第１部材部分６５が密着する。従って、第１部材部分６５の接合面と、第２部材部分６６の第１部材部分６５に対する接合面とは、対応する形状を備える。よって、第１部材部分６５の接合面、および第２部材部分６６の第１部材部分６５に対する接合面は、いずれも平坦面である。
ここで、第２部材部分６６はガラス製なので、樹脂製の第１部材部分６５と比較して、発熱しにくく、耐熱性が高い。なお、光学素子３５Ｂには、図１２に点線で示すように、絞りＯ２が設けられている場合がある。絞りＯ２は、光学素子３５Ｂを仮想線Ｐに沿って分割して、分割面に遮光用の墨を塗布し、しかる後に、分割した光学素子３５Ｂを一つに接合することなどによって、設けられる。なお、絞りＯ２は、光束の一部を遮光できる部材を用いて形成すればよく、墨を用いて形成されるものに限られない。
（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。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１は、液晶パネル１８であり、縮小側結像面である。面番号２はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号３は拡大側の面である。面番号２１の欄はダミーのデータである。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。
また、符号は、第２光学系３２においては、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号と、第１部材部分６５、および第２部材部分６６を示す。すなわち、面番号３２は、第１透過面４１である。面番号３３は、第１部材部分６５と、第２部材部分６６との接合面である。面番号３４は、第１領域６１と第３領域６３との間の仮想の境界面である。面番号３５は、反射面４２である。面番号３６は、第３領域６３と第１領域６１との間の仮想の境界面である。面番号３７は、第２部材部分６６と、第１部材部分６５との接合面である。面番号３８は、第２透過面４３である。面番号３３、面番号３４、面番号３６、および面番号３７は、平面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。Ｅは有効径である。
面番号 符号 r d nd.vd E
1 18 1.000000E+18 7.125000E+00
2 19 1.000000E+18 1.943250E+01 SBSL7_OHARA 10.8540
3 1.000000E+18 1.000000E-01 14.6393
4 L1 -2.182215E+03 4.822720E+00 834805.4272 13.0000
5 -3.028955E+01 1.500000E-01 14.8178
6 L2 7.956298E+01 6.390268E+00 491175.7833 13.9167
7 L3 -2.476253E+01 9.000000E-01 842686.2770 13.7430
8 -5.951605E+01 1.500000E-01 13.7379
9 L4 3.368854E+01 6.264058E+00 SBSL7_OHARA 12.8196
10 L5 -4.120156E+01 9.000000E-01 TAFD25_HOYA 12.4756
11 3.611656E+01 -3.870300E-18 12.1151
12 L6 2.922427E+01 5.324238E+00 446256.8644 12.2285
13 -8.867741E+01 3.544122E+01 12.1973
14 絞り 1.000000E+18 6.000000E+00 9.0000
15 L7 4.599757E+01 2.147463E+00 716279.2784 9.8163
16 6.737324E+01 1.000000E-01 9.7701
17 L8 4.480886E+01 3.283564E+00 846663.2378 9.7994
18 -1.174937E+02 4.598734E+00 9.6739
19 L9 4.637311E+01 1.800000E+00 632729.5055 8.5200
20 1.804972E+01 1.872167E+00 8.0000
21 dummy 1.000000E+18 1.944532E+00 8.0000
22 L10 -1.745039E+01 1.800000E+00 814729.4395 8.0005
23 -2.335179E+01 5.637605E+00 8.7067
24 L11 2.635738E+01 1.000000E+01 596577.6260 11.6879
25 L12 -2.387527E+01 1.296403E+01 846663.2378 11.6023
26 1.402851E+02 3.554280E+01 12.5704
27 L13 2.887653E+01 4.028096E+00 551520.6778 23.0000
28 L14 3.084711E+01 1.139258E+01 754649.5234 23.6478
29 1.812929E+02 1.000000E-01 22.8619
30 L15 1.349890E+02 1.000000E+01 846663.2378 22.4608
31 2.598188E+01 2.261108E+00 16.3109
32* 41 -6.290446E+01 1.000000E+01 E48R_ZEON 14.9862
33 66 1.000000E+18 5.000000E+00 450720.6720 14.4627
34 1.000000E+18 5.000000E+00 450720.6720 12.8395
35* 42 -1.727674E+01 -5.000000E+00 450720.6720 12.6777
36 1.000000E+18 -5.000000E+00 450720.6720 11.8454
37 65 1.000000E+18 -1.000000E+01 E48R_ZEON 5.0555
38* 43 1.603858E+01 -2.900000E+02 12.6156
39 S 1.000000E+18 870.1604
面番号３２、３５、３８の非球面データは、以下のとおりである。
面番号 32 35 38
Y曲率半径 -62.90445989 -17.2767367 16.0385788
コーニック定数 (K) 0 -1 0
4次の係数(A) 0.000162374 2.48539E-05 -2.76633E-05
6次の係数(B) -5.39335E-07 -1.08737E-07 1.85418E-07
8次の係数(C) 1.57435E-09 1.15451E-09 -6.04999E-10
10次の係数(D) -2.68081E-12 -3.59291E-12 2.12972E-14
12次の係数(E) 0 -3.4373E-15 0
14次の係数(F) 0 4.11518E-17 0
16次の係数(G) 0 0 0
18次の係数(H) 0 0 0
20次の係数(J) 0 0 0
（効果）
本例の投写光学系３Ｂでは、第２光学系３２を構成する光学素子３５Ｂは、凹曲面形状の反射面４２と、拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３と、を備える。従って、光学素子３５Ｂは、反射面４２で反射した光束を、第２透過面４３で屈折させることができる。よって、第２光学系３２が、反射面４２のみを備える場合と比較して、投写光学系３Ｂの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。また、光学素子３５Ｂが拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３を備えるので、投写距離を短くする場合でも、中間像３３の拡大側に配置された凹曲面形状の反射面４２が大型化することを抑制できる。
また、本例では、中間像３３は、光学素子３５Ｂにおける第１透過面４１と反射面４２との間に位置する。従って、中間像３３が第１光学系３１と光学素子３５Ｂとの間に形成される場合と比較して、第１光学系３１と光学素子３５Ｂとを接近させることができる。これにより、投写光学系３Ｂをコンパクトにすることができる。
また、本例では、第２光学系３２の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３が非球面である。従って、本例の投写光学系３Ｂでは、収差の発生を抑制できる。
さらに、本例では、中間像３３の縮小側の隣に位置する第１透過面４１が非球面なので、中間像３３での収差の発生を抑制できる。また、本例では、中間像３３が仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することはなく、中間像３３が仮想軸Ｍに対して垂直な方向に立っている。従って、第１透過面４１と中間像３３とをＺ軸方向で接近させることが容易であり、非球面を中間像３３に近い位置に配置できる。従って、中間像３３で発生する収差を効率よく補正できる。
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端を通過する下端光束５２を遮光せずにスクリーンＳまで到達させることができる
さらに、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線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の上方の周辺部の光量が低下することを抑制できる。さらに、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する傾斜角度が９０°以上である。これにより、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下方へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上方と下方との間の光量の差を抑制できる。
次に、本例では、光学素子３５Ｂは、当該光学素子３５Ｂを通過する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分６５と、ガラスからなる第２部材部分６６と、を備える。そして、第２部材部分６６に、光学素子３５Ｂに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａを位置させる。これにより、光学素子３５Ｂの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成される。従って、高温となった光学素子３５Ｂの一部分が熱膨張して、投写光学系３Ｂの光学性能の劣化を招くことを抑制、或いは回避できる。
また、本例では、反射面４２を備える第３領域６３が、ガラスからなる第２部材部分６６とされている。ここで、第３領域６３では、縮小側から反射面４２に向かう光線および反射面４２により反射して拡大側に向かう光線が重なるので、光密度が高くなり、高温となりやすい。これに対して、本例では、第３領域６３をガラスからなる第２部材部分６６としたので、高温となった第３領域６３が熱膨張して、投写光学系３Ｂの光学性能の劣化を招くことを抑制、或いは回避できる。
さらに、中間像３３は、第２部材部分６６に形成されるので、中間像３３が第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面を横断することがない。従って、第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面に起因して、投写画像が劣化することを防止できる。
また、本例では、第２部材部分６６のＺ軸方向の一方側に位置する第１部材部分６５に第１透過面４１と第２透過面４３との２面が設けられている。また、本例の光学素子３５Ｂは、一つの第１部材部分６５と第２部材部分６６とからなる。従って、第１部材部分６５が光学素子３５Ｂの離間する２か所に設けられた場合と比較して、光学素子３５Ｂの製造が容易である。
さらに、非球面の第１透過面４１を備える第２領域６２、および非球面の第２透過面４３を備える第４領域６４は、いずれも、樹脂からなる。従って、第２領域６２、および第４領域６４をガラス製とした場合と比較して、光学素子３５Ｂに、非球面の第１透過面４１および非球面の第２透過面４３を設けやすい。
図１４は投写光学系３Ｂの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦを示す図１４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１４に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。
（実施例３）
図１５は、実施例３の投写光学系の光線図である。図１６は第２光学系の光線図である。図１７は第２光学系を構成する光学素子の材質の説明図である。本例の投写光学系３Ｃは、図２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と、第２光学系３２と、からなる。図１５、図１６に示すように、投写光学系３Ｃは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。本例では、中間像３３は第２光学系３２の内側に形成される。なお、中間像３３は、第２光学系３２の内側に形成されなくてもよい。また、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズム１９を備えていない場合がある。ここで、投写光学系３Ｃは、実施例１の投写光学系３Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して、説明を省略する。
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。本例では、第１光学系３１は１５枚のレンズを備える。第２光学系３２は１枚の光学素子３５Ｃからなる。中間像３３は、光学素子３５Ｃの内側に形成される。
図１７に示すように、光学素子３５Ｃにおいても、当該光学素子３５Ｃを通過する光線の光路上に第１領域６１、第２領域６２、第３領域６３、および第４領域６４の４つの領域を定義することができる。第１領域６１は、Ｚ軸方向で第１透過面４１と反射面４２との間に位置するとともに、Ｚ軸方向で反射面４２と第２透過面４３との間に位置する。第１領域６１は、Ｚ軸方向の厚みが一定である。本例では、第１領域６１は円盤形状をしている。中間像３３は、光学素子３５Ａの内側に形成される。図４に示すように、光学素子３５Ａに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａは、少なくとも一部分が第１領域６１の内側にある。第２領域６２は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の一方側に隣り合う。第２領域６２は、第１透過面４１を備える。第３領域６３は、仮想軸Ｍの下方Ｙ２において第１領域６１の第２領域６２とは反対側に位置する。第３領域と第１領域とは、Ｚ軸方向で隣り合う。第３領域６３は、反射面４２を備える。第２領域６２と第３領域６３とは第１領域６１をＺ軸方向の両側から挟む。第４領域６４は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１において、第１領域６１の一方側に隣り合う。また、第４領域６４は第２領域６２の上方Ｙ１に隣り合う。第４領域６４は、第２透過面４３を備える。
本例では、第２領域６２および第３領域６３は、樹脂からなる。すなわち、図１７に示すように、光学素子３５Ｃの第２領域６２および第３領域６３は、樹脂からなる第１部材部分６５である。一方、第１領域６１および第４領域６４は、石英ガラスからなる。すなわち、光学素子３５Ｃの第１領域６１および第４領域６４は、ガラスからなる第２部材部分６６である。第１部材部分６５は、第２領域６２を備える第１の第１部材部分６５（１）と、第３領域６３を備える第２の第１部材部分６５（２）と、を有する。
第２部材部分６６には、Ｚ軸方向の一方側に第１の第１部材部分６５（１）が密着し、Ｚ軸方向の他方側に第２の第１部材部分６５（２）が密着する。従って、第１の第１部材部分６５（１）の接合面と、第２部材部分６６の第１の第１部材部分６５（１）に対する接合面とは、対応する形状を備える。第１の第１部材部分６５（１）の接合面、および第２部材部分６６の第１の第１部材部分６５（１）に対する接合面は、いずれも平坦面である。また、第２部材部分６６の第２の第１部材部分６５（２）に対する接合面と第２の第１部材部分６５（２）の接合面とは、対応する形状を備える。第２部材部分６６の第２の第１部材部分６５（２）に対する接合面、および第２の第１部材部分６５（２）の接合面は、いずれも平坦面である。
ここで、第２部材部分６６はガラス製なので、樹脂製の第１部材部分６５と比較して、発熱しにくく、耐熱性が高い。なお、光学素子３５Ｃには、図１６に点線で示すように、絞りＯ２が設けられている場合がある。絞りＯ２は、光学素子３５Ｃを仮想線Ｐに沿って分割して、分割面に遮光用の墨を塗布し、しかる後に、分割した光学素子３５Ｃを一つに接合することなどによって、設けられる。なお、絞りＯ２は、光束の一部を遮光できる部材を用いて形成すればよく、墨を用いて形成されるものに限られない。
（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。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１は、液晶パネル１８であり、縮小側結像面である。面番号２はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号３は拡大側の面である。面番号２１の欄はダミーのデータである。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。
また、符号は、第２光学系３２においては、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号と、第１の第１部材部分６５（１）、第２部材部分６６、第２の第１部材部分６５（２）を示す。すなわち、面番号３２は、第１透過面４１である。面番号３３は、第１の第１部材部分６５（１）と第２部材部分６６との接合面である。面番号３５は、反射面４２である。面番号３６は、第２の第１部材部分６５（２）と第２部材部分６６との接合面である。面番号３７は、第１領域６１と第４領域６４との間の仮想の境界面である。面番号３８は、第２透過面４３である。面番号３３、面番号３４、面番号３６、および面番号３７は、平面形状を備える。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。Ｅは有効径である。
面番号 符号 r d nd.vd E
1 18 1.000000E+18 7.125000E+00
2 19 1.000000E+18 1.943250E+01 SBSL7_OHARA 10.2460
3 1.000000E+18 4.691589E-01 12.9995
4 L1 -1.812632E+02 3.609720E+00 833122.4287 13.0000
5 -2.989524E+01 1.500000E-01 13.2104
6 L2 1.706382E+02 6.085524E+00 455055.8550 13.1558
7 L3 -2.108995E+01 9.000000E-01 845501.2485 13.1217
8 -4.926623E+01 1.500000E-01 13.6111
9 L4 5.976424E+01 6.647001E+00 SBSL7_OHARA 13.6591
10 L5 -2.903433E+01 9.000000E-01 TAFD25_HOYA 13.5651
11 1.392889E+03 -2.091294E-17 13.8433
12 L6 5.881683E+01 5.696279E+00 444740.8584 14.0604
13 -4.445917E+01 3.583482E+01 14.0835
14 絞り 1.000000E+18 9.635853E-01 9.0000
15 L7 1.495582E+01 2.244218E+00 438075.9368 9.8959
16 1.616764E+01 2.714631E+00 9.6532
17 L8 2.400762E+01 3.726822E+00 846663.2378 9.8467
18 5.358274E+02 2.255573E+00 9.6049
19 L9 2.728590E+01 1.700000E+00 755000.5232 8.6954
20 1.576844E+01 2.183000E+00 8.0001
21 dummy 1.000000E+18 1.822460E+00 8.0000
22 L10 -1.849842E+01 1.700000E+00 834805.4272 8.0003
23 -3.615641E+01 1.000000E-01 8.6740
24 L11 5.735115E+01 7.577326E+00 576367.4539 9.2374
25 L12 -1.098129E+01 1.016853E+01 846110.2428 9.4137
26 -4.957545E+01 1.579306E+01 13.4811
27 L13 2.961997E+01 1.200000E+01 523929.4689 22.0747
28 L14 1.979866E+01 1.921839E+01 540746.6929 18.8332
29 -4.643698E+01 1.485181E-01 18.4518
30 L15 -4.486200E+01 1.200000E+01 809560.3393 18.4495
31 4.185301E+01 1.353667E+00 16.4364
32* 41 -3.056962E+01 1.000000E+01 E48R_ZEON 16.6729
33 66 1.000000E+18 7.000000E+00 525326.7170 15.3310
34 65(2) 1.000000E+18 8.000000E+00 E48R_ZEON 14.6819
35* 42 -1.847144E+01 -8.000000E+00 E48R_ZEON 14.7923
36 66 1.000000E+18 -7.000000E+00 525326.7170 10.3444
37 1.000000E+18 -1.000000E+01 525326.7170 28.7306
38* 43 1.537007E+01 -2.900000E+02 15.3409
39 S 1.000000E+18 870.0402
面番号３２、３５、３８の非球面データは、以下のとおりである。
面番号 32 35 38
Y曲率半径 -30.56961551 -18.47143653 15.3700684
コーニック定数 (K) 0 -1 0
4次の係数(A) 0.000201869 1.64149E-05 -1.05561E-05
6次の係数(B) -5.54505E-07 -8.59042E-08 -9.8238E-08
8次の係数(C) 1.00734E-09 6.00656E-10 5.0539E-10
10次の係数(D) -7.83761E-13 -2.76177E-12 -1.07879E-12
12次の係数(E) 0 7.88392E-15 0
14次の係数(F) 0 -9.87253E-18 0
16次の係数(G) 0 0 0
18次の係数(H) 0 0 0
（効果）
本例の投写光学系３Ｃでは、第２光学系３２を構成する光学素子３５Ｃは、凹曲面形状の反射面４２と、拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３と、を備える。従って、光学素子３５Ｃは、反射面４２で反射した光束を、第２透過面４３で屈折させることができる。よって、第２光学系３２が、反射面４２のみを備える場合と比較して、投写光学系３Ｃの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。また、光学素子３５Ｃが拡大側に突出する凸曲面形状の第２透過面４３を備えるので、投写距離を短くする場合でも、中間像３３の拡大側に配置された凹曲面形状の反射面４２が大型化することを抑制できる。
また、本例では、中間像３３は、光学素子３５Ｃにおける第１透過面４１と反射面４２との間に位置する。従って、中間像３３が第１光学系３１と光学素子３５Ｃとの間に形成される場合と比較して、第１光学系３１と光学素子３５Ｃとを接近させることができる。これにより、投写光学系３Ｃをコンパクトにすることができる。
また、本例では、第２光学系３２の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３が非球面である。従って、本例の投写光学系３Ｃでは、収差の発生を抑制できる。
さらに、本例では、中間像３３の縮小側の隣に位置する第１透過面４１が非球面なので、中間像３３での収差の発生を抑制できる。また、本例では、中間像３３が仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することはなく、中間像３３が仮想軸Ｍに対して垂直な方向に立っている。従って、第１透過面４１と中間像３３とをＺ軸方向で接近させることが容易であり、非球面を中間像３３に近い位置に配置できる。従って、中間像３３で発生する収差を効率よく補正できる。
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端を通過する下端光束５２を遮光せずにスクリーンＳまで到達させることができる
さらに、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜しているので、仮想線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の上方の周辺部の光量が低下することを抑制できる。さらに、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０が大きくなれば、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方の周辺部の光量が、下方と比較して低下することを抑制できる。
また、本例では、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する傾斜角度が９０°以上である。これにより、スクリーンＳの下方へ達する光束の開き角度θ０が小さくなる。従って、スクリーンＳの上方へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下方へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上方と下方との間の光量の差を抑制できる。
次に、本例では、光学素子３５Ｃは、当該光学素子３５Ｃを通過する光線の光路上に、樹脂からなる第１部材部分６５と、ガラスからなる第２部材部分６６と、を備える。そして、第２部材部分６６に、光学素子３５Ｃに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域Ａを位置させる。これにより、光学素子３５Ｃの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域Ａが、耐熱性の高い材質から構成される。従って、高温となった光学素子３５Ｃの一部分が熱膨張して、投写光学系３Ｃの光学性能の劣化を招くことを抑制、或いは回避できる。
また、中間像３３は、第２部材部分６６に形成されるので、中間像３３が第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面を横断することがない。従って、第１部材部分６５と第２部材部分６６との接合面に起因して、投写画像が劣化することを防止できる。
また、本例では、非球面の第１透過面４１を備える第２領域６２、および非球面の反射面４２を備える第３領域６３は、いずれも、樹脂からなる。従って、第２領域６２、および第３領域６３をガラス製とした場合と比較して、光学素子３５Ｃに、非球面の第１透過面４１および非球面の反射面４２を設けやすい。
図１８は投写光学系３Ｃの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦを示す図１８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１８に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。
（その他の実施の形態）
図１９は、投写光学系３の第２光学系３２に採用可能な光学素子３５の変形例を示す。図１９に示す変形例の光学素子３５Ｄでは、第１領域６１および第２領域６２を、ガラスからなる第２部材部分６６とし、第３領域６３および第４領域６４を樹脂からなる第１部材部分６５とする。第１部材部分６５は、第３領域６３を備える第１の第１部材部分６５（１）と、第４領域６４を備える第２の第１部材部分６５（２）と、を有する。
このようにしても、第２部材部分６６に、光学素子３５Ｄに入射した光線の光束径が最も小さくなる領域を位置させることができる。従って、光学素子３５Ｄの内部で光密度が高くなり、高温となりやすい領域が、耐熱性の高い材質から構成される。従って、高温となった光学素子３５Ｄの一部分が熱膨張して、投写光学系の光学性能の劣化を招くことを抑制、或いは回避できる。
なお、投写光学系３を用いて撮像装置を構成する場合には、図２に示すように、投写光学系３の縮小側結像面に撮像素子１００を配置する。
１…投写型画像表示装置、２…画像形成部、３,３Ａ,３Ｂ,３Ｃ…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、１７Ｂ…フィールドレンズ、１７Ｇ…フィールドレンズ、１７Ｒ…フィールドレンズ、１８…液晶パネル、１８Ｂ…液晶パネル、１８Ｇ…液晶パネル、１８Ｒ…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…中間像、３５…光学素子、４１…第１透過面、４２…反射面、４３…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、６１…第１領域、６２…第２領域、６３…第３領域、６４…第４領域、６５…第１部材部分、６５（１）…第１の第１部材部分、６５（２）…第２の第１部材部分、６６…第２部材部分、７１，７２，７３…仮想の境界面、１００…撮像素子、Ｌ１～Ｌ１５…レンズ、Ｌ２１～Ｌ２４…接合レンズ、Ｏ１,Ｏ２…絞り。

Claims (18)

  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、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、
    前記第２光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有する光学素子であり、
    前記第１透過面と前記反射面とは、予め設定した仮想軸の一方側に位置し、
    前記第２透過面は、前記仮想軸の他方側に位置し、
    前記反射面は、凹曲面形状を備え、
    前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸曲面形状を備え、
    前記光学素子は、当該光学素子を通過する光線の光路上に、第１部材部分と、前記第１部材部分とは材質の異なる第２部材部分と、
    を備え、
    前記第２部材部分は、前記第１部材部分よりも耐熱性が高く、
    前記第２部材部分には、前記光学素子に入射した光線の光束径が最も小さくなる領域の少なくとも一部分が重なることを特徴とする投写光学系。
  2. 前記中間像は、前記光学素子における前記第１透過面と前記反射面との間に位置す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部材部分は、前記第１部材部分よりも光線の透過率が高い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. 互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、前記仮想軸が延びる方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸の一方側を上方、前記Ｙ軸の他方側を下方、前記Ｘ軸と垂直で前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を含む面を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仮想線は、前記ＹＺ平面で前記仮想軸に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１から３のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  5. 瞳は、前記光学素子の内側で、前記仮想軸に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  6. 前記中間像は、前記第２部材部分に形成され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１透過面、前記反射面、および前記第２透過面は、前記第１部材部分に設けられてい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透過面および前記第２透過面は、前記第１部材部分に設けられており、
    前記反射面は、前記第２部材部分に設けられてい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。
  9. 前記第１透過面および前記反射面は、前記第１部材部分に設けられており、
    前記第２透過面は、前記第２部材部分に設けられてい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。
  10. 前記第２部材部分の材質は、ガラスであることを特徴とする請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  11. 前記第１部材部分の材質は、樹脂であ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部材部分と前記第２部材部分との接合面は、互いに対応する面形状を備えることを特徴とする請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  13. 前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面のうちのいずれかは、非球面であることを特徴とする請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  14. 前記光学素子は、前記反射面よりも拡大側に絞りを備えることを特徴とする請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  15. 前記第１光学系は、屈折光学系であることを特徴とする請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  16. 請求項１から１５のうちのいずれか一項に記載の投写光学系と、
    前記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型画像表示装置。
  17. 請求項１から１６のうちのいずれか一項に記載の投写光学系と、
    前記縮小側結像面に配置された撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  18. 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、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、
    前記第２光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有する光学素子であり、
    前記第１透過面と前記反射面とは、予め設定した仮想軸の一方側に位置し、
    前記第２透過面は、前記仮想軸の他方側に位置し、
    前記反射面は、凹曲面形状を備え、
    前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸曲面形状を備え、
    前記光学素子は、当該光学素子を通過する光線の光路上に、第１部材部分と、前記第１部材部分とは材質の異なる第２部材部分と、
    を備えている投写光学系と、
    前記縮小側結像面に配置された撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
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