JP7476074B2

JP7476074B2 - 投射光学系および画像投射装置

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Publication number: JP7476074B2
Application number: JP2020171907A
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Inventors: 健二宮
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Description

この発明は投射光学系および画像投射装置に関する。

「画像投射装置」はプロジェクタ装置等として広く知られ、種々のものが提案されている。
画像投射装置に用いられ、画像表示素子に表示された画像を被投射面上に拡大画像として投射する投射光学系も種々のものが提案されているが、その１タイプとして、屈折光学系と屈折力を持つ反射光学系とを含み、画像表示素子側に配した屈折光学系から射出する結像光束を反射光学系により反射させて被投射面上に結像させるものが知られている（特許文献１等）。

さらに、上記屈折光学系と反射光学系に加え、反射光学系の拡大側に「弱い屈折力をもつ第２の屈折光学系」を配するものを知られている（特許文献２）。

この発明は、縮小側に第１屈折系、拡大側に第２屈折系を配し、これら第１及び第２の屈折系の間に反射光学系を配する新規な投射光学系の実現を課題とする。

この発明の投射系は、縮小側の画像表示素子の画像表示面に表示された画像を拡大側の被投射面上に拡大して投射する投射光学系であって、前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第１屈折系、反射光学系、第２屈折系を配してなり、前記第１屈折系は、前記縮小側から前記拡大側へ向かって順に、第１レンズ群、第２レンズ群を配してなり、前記第１レンズ群は複数のレンズを有し、前記画像表示素子から射出した光線を第１の中間像として形成し、前記第２レンズ群は１以上のレンズを有し、前記第１の中間像からの光線を第２の中間像として形成し、前記反射光学系は、光学的パワーを持ち、前記第２の中間像からの光線を反射させる１枚のミラーを有し、前記第２屈折系は、前記反射光学系で反射した光線を屈折させる光学的パワーを持つレンズを有し、全系の焦点距離：ｆと、空気換算されたバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
（１）１．５＜Ｂｆ／ｆ＜２５
を満足する。

この発明によれば、縮小側に第１屈折系、拡大側に第２屈折系を配し、これらの屈折系の間に反射光学系を配する新規な投射光学系を実現できる。

実施例１の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。実施例２の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。実施例３の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。実施例４の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。実施例５の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。実施例６の投射光学系のレンズ構成を説明するための図である。投射光学系の比較例のレンズ構成を説明するための図である。実施例１のデータを示す図である。実施例１の非球面データを示す図である。実施例１の収差図である。実施例２のデータを示す図である。実施例２の非球面データを示す図である。実施例２の収差図である。実施例３のデータを示す図である。実施例３の非球面データを示す図である。実施例３の収差図である。実施例４のデータを示す図である。実施例４の非球面データを示す図である。実施例４の収差図である。実施例５のデータを示す図である。実施例５の非球面データを示す図である。実施例５の収差図である。実施例６のデータを示す図である。実施例６の非球面データを示す図である。実施例６の収差図である。比較例のデータを示す図である。比較例の非球面データを示す図である。比較例の収差図である。画像投射装置の実施の１形態を説明するための図である。Ｙｉを説明するための図である。

以下、実施の形態に即して説明する。
図１ないし図６に、この発明の投射光学系の実施の形態を６例示す。後述するように、これらは、図の順番に具体的な実施例１ないし６に対応する。
繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。
即ち、符号ＲＩにより画像表示素子の「画像表示面」を、符号ＰＲにより「色合成用のプリズム」を示す。符号ＲＩＦ１により「第１屈折系」、符号ＲＩＦ２により「第２屈折系」を示す。
また、符号ＬＧ１により「第１レンズ群」、符号ＬＧ２により「第２レンズ群」を示し、符号Ｍにより反射光学系の「ミラー」を、符号ＭＩ１により「第１中間像」、符号ＭＩ２により「第２中間像」をそれぞれ示し、符号Ｓにより［絞り］を示す。
図１において、符号ＡＸは「光軸」を示す。

図１ないし図６において、画像表示面ＲＩを有する画像表示素子は、例えば液晶パネルやＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等であり、投射されるべき画像は、画像表示面ＲＩに表示される。画像表示面ＲＩの側（図で左方）が「縮小側」である。
図１ないし図６に示す実施の形態においては、カラー画像の表示が意図されている。画像表示面ＲＩには、例えば「緑色画像成分」が表示され、緑色光で照明される。赤色画像成分を表示する赤色画像用の画像表示面、青色画像成分を表示する青色表示用の画像表示面は図示されていないが、色合成用プリズムＰＲに関して画像表示面ＲＩと「光学的に等価な位置」に配置されている。

縮小側の画像表示面ＲＩからの画像光は、色合成用のプリズムＰＲにより図示されない他の２つの画像表示面からの画像光と合成されて「カラー画像光」となる。
カラー画像光は、第１屈折系ＲＩＦ１を透過し、反射光学系のミラーＭにより反射されて第２屈折系ＲＩＦ２に入射し、第２屈折系ＲＦＩ２を透過し、図示を省略されているスクリーン等の被投射面上に、拡大されたカラー画像として結像投射される。
即ち、この発明の投射光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１屈折系ＲＩＦ１、反射光学系、第２屈折系ＲＩＦ２を配してなり、第１屈折系ＲＩＦ１は、縮小側から拡大側へ向かって順に、第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２を配してなる。
カラー画像光は、第１レンズ群ＬＧ１の作用により、第２レンズ群ＬＧ２の縮小側に第１中間像ＭＩ１を結像した後、第２レンズ群ＬＧ２に入射し、ミラーＭの縮小側に第２中間像ＭＩ２を結像する。

第１レンズ群ＬＧ１は複数のレンズを有し、画像表示面ＲＩからの光線を第１の中間像ＭＩ１として形成する。第２レンズ群ＬＧ２は１以上のレンズを有し、第１の中間像ＭＩ１を結像した光線を第２の中間像ＭＩ２として形成する。
反射光学系は、光学的パワーを持ち、第２の中間像ＭＩ２からの光線を反射させる１枚のミラーＭを有し、第２屈折系ＲＩＦ２は、反射光学系で反射した光線を屈折させる光学的パワーを持つレンズを有する。
図１ないし図６に示す例では、ミラーＭは「正のパワー」を有するが、ミラーＭに代えて「負のパワーを持つミラー」を用いることも可能である。

図１ないし図６において図示を省略されている被投射面に結像される「投射画像」は、第２の中間像ＭＩ２を物体とするミラーＭと第２屈折系ＲＩＦ２とによる像である。
反射光学系はミラーＭ以外の反射ミラーを有することもできる。
第２屈折系ＲＩＦ２は、図１ないし図６に示す例では「１枚のレンズ」で構成されているが、２枚以上のレンズで構成されることもできる。

この発明の投射用光学系は、全系の焦点距離：ｆと、空気換算されたバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
（１）１．５＜Ｂｆ／ｆ＜２５
を満足する。
「バックフォーカス」は、第１レンズ群ＬＧ１における最も縮小側のレンズ（色合成用のプリズムＰＲの拡大側面に隣接するレンズの縮小側のレンズ面）から、画像表示面ＲＩに至る距離である。前記レンズと画像表示面ＲＩとの間に色合成用のプリズムＰＲが存在するので、プリズムＰＲを空気換算して得られる距離である。
上記の如く、第１レンズ群ＬＧ１と第２レンズ群ＬＧ２との間に第１の中間像ＭＩ１を形成することにより、第２レンズ群ＬＧ２の小型化が可能になる。また、第２レンズ群ＬＧ２により、第１レンズ群ＬＧ１における像面湾曲、歪曲収差等を補正した第２の中間像ＭＩ２を容易に形成でき、第１屈折系ＲＩＦ１における収差補正量の低減が可能となり、第１屈折系ＲＩＦ１全体のサイズの小型化も可能となる。

さらに、反射光学系の拡大側に光学的パワーを持つ第２屈折系ＲＩＦ２を配置することにより、第１屈折系ＲＩＦ１および反射光学系における残存収差を第２屈折系ＲＩＦ２で補正することができる。従って、第１屈折系ＲＩＦ１および反射光学系における収差補正に対する要求度を緩和でき、これらの設計難度を低減できる。
そして、画像投射装置全体の容積の低減も可能であり、反射光学系における収差補正量も低減でき、ミラーＭの小型化にも寄与可能である。

条件（１）は、長いバックフォーカスと広角性を両立させる条件である。
条件（１）のパラメータ：Ｂｆ／ｆは、全系の焦点距離：ｆが小さくなるにつれて、また、バックフォーカス：Ｂｆが大きくなるにつれて大きくなる。全系の焦点距離：ｆが小さくなるほど「広角」になり易い。
条件（１）の上限に近いほど、バックフォーカスが長く、広角な光学系となる。

上限を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎて、投射光学系を用いる画像投射装置の小型化が困難となる。あるいは、焦点距離：ｆが小さくなり、投射光学系の屈折力が大きくなりすぎて、収差の補正が難しくなる。
下限を超えると、長いバックフォーカスと広角とを実現することが困難である。
投射光学系は、上記条件（１）とともに、以下の条件：
（２）５＜ＬＴＴ／Ｙｉ＜２５．０
（５）５．０＜｜ｆ１－１｜／ｆ
（６）１．５＜｜ｆ１－２｜／ｆ＜７．０
の任意の１以上を満足することが好ましい。
条件（２）、（５）、（６）における記号の意味は以下の通りである。
「ＬＴＴ」は、画像表示面ＲＩに最も近いレンズの縮小側面からミラーＭの反射面までの前記レンズの光軸ＡＸ上における距離である。
「Ｙｉ」は、画像表示面ＲＩに最も近いレンズの光軸ＡＸから画像表示面ＲＩの有効画像表示範囲内の位置までの「有効画像表示領域の中心」を介した最大距離である。
「ｆ１－１」は、第１レンズ群ＬＧ１の合成焦点距離である。
「ｆ１―２」は、第２レンズ群ＬＧ２の合成焦点距離である。第２レンズ群は、前述の如く「１枚以上のレンズ」により構成されるので、第２レンズ群が１枚のレンズで構成される場合には、当該１枚のレンズの焦点距離が上に謂う「合成焦点距離である。

条件（２）における「Ｙｉ」につき、図３０を参照して説明する。
図３０において、符号ＥＲＩは、画像表示面ＲＩにおける「有効画像表示領域」を示している。投射光学系により投射される画像は、有効画像表示領域ＥＲＩに表示される。
有効画像表示領域ＥＲＩは矩形形状であり、その４隅を頂点Ａ、頂点Ｂ、頂点Ｃ、頂点Ｄとする。また、有効画像表示領域ＥＲＩの中心ＣＴから頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに至る距離を、図の如く距離：ａ、ｂ、ｃ、ｄとする。さらに、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを通る、有効画像表示領域ＥＲＩの外接円を外接円ＣＲとし、その半径を半径：Ｒとする。

画像表示面ＲＩに最も近いレンズの光軸ＡＸと中心ＣＴを結ぶ直線は、頂点Ａ、Ｂを結ぶ直線と直交する。光軸ＡＸと中心ＣＴの距離を距離：Ｘとする。

このとき、「画像表示面ＲＩに最も近いレンズの光軸ＡＸから有効画像表示範囲ＥＲＩ内の位置までの有効画像表示領域の中心ＣＴを介した最大距離：Ｙｉ」は、距離：Ｘと半径：Ｒの和：Ｘ＋Ｒであり、この距離はまた、Ｘ＋ａ＝Ｘ＋ｂ＝Ｘ＋ｃ＝Ｘ＋ｄである。

画像表示面ＲＩに最も近いレンズの「縮小側面」からミラーＭの反射面までの前記レンズの光軸ＡＸ上における距離：ＬＴＴは、図１ないし図６に示すように投射光学系の全長に対応する。

条件（２）の下限を超えると、表示された画像のサイズ（距離：Ｙｉに対応する。）に対する投射光学系の全長：ＬＴＴが短くなり収差補正が難しくなり易い。
条件（２）の上限を超えると、収差補正には有利になるが、投射光学系のサイズの増大を招き易い。

条件（５）の下限を超えると、投射光学系全系のパワーに相対的に第１レンズ群ＬＧ１のパワーが強くなりすぎて、特に歪曲収差が大きく発生し易く、良好な画質を達成することが難しくなる。
条件（６）の下限を超えると、投射光学系全系のパワーに相対的に第２レンズ群ＬＧ２のパワーが強くなり過ぎて像面湾曲、コマ収差等の収差補正が難しくなり易い。
条件（６）の上限を超えると、第２レンズ群ＬＧ２のパワーが、投射光学系全系のパワーに相対的に弱くなり過ぎ、像面湾曲、コマ収差等の収差補正は容易になるが、歪曲収差の補正が難しくなり易い。

第２屈折系ＲＩＦ２は、前述の如く「２枚以上のレンズ」で構成することも可能であるが、図１ないし図６に示す例のように、１枚のレンズで構成することは、投射光学系の構造を簡略化でき、投射光学系のコンパクト化の面でも好ましい。

投射光学系は、第１屈折系ＲＩＦ１の光軸、第２屈折系ＲＩＦ２の光軸が互いに偏芯した構成とすることも可能である。しかし、第１屈折系ＲＩＦ１、反射光学系、第２屈折系ＲＩＦ２に含まれる全てのレンズが光軸を共有するようにすることは、投射光学系の製造を容易にする点で好ましい。図１ないし図６に示す例でも、光軸（図１に符号ＡＸで示している。）は、第１屈折系ＲＩＦ１、反射光学系、第２屈折系ＲＩＦ２に含まれる全てのレンズに共有されている。

このように、光軸ＡＸが、第１屈折系ＲＩＦ１、反射光学系、第２屈折系ＲＩＦ２に含まれる全てのレンズに共有される場合は、第２屈折系ＲＩＦ２を構成するレンズの中の１枚は、レンズ光軸（即ち光軸ＡＸ）から軸外に向かうにつれ、正または負のパワーが単調増加する形状の非球面を有することが好ましい。

第２屈折系ＲＩＦ２に非球面形状を採用すると、像面湾曲や歪曲収差などの収差の効率的な補正が可能であり、レンズ光軸から軸外に向かうにつれて「正または負のパワーが単調に増加する」ようにすることにより、軸外で多く発生する、歪曲収差、像面湾曲をより効率良く補正することが可能となる。

第１屈折系ＲＩＦ１、反射光学系、第２屈折系ＲＩＦ２に含まれる全てのレンズが光軸を共有する場合は、条件（１）と共に、又は条件（１）及び「条件（５）および／または（６）」と共に以下の条件（３）、（４）の少なくとも一方が満足されるのが好ましい。（３）０．８＜Ｌ１Ｄ／ＭＤ＜２．０
（４）１．５＜ＭＤ／Ｙｉ＜８．０
条件（３）における「Ｌ１Ｄ」は、第２屈折系ＲＩＦ２の射出側レンズ面の有効範囲における光軸ＡＸからの光軸直交方向の最大距離である。
また「ＭＤ」は、ミラーＭの反射面における有効範囲における前記光軸からの光軸直交方向の最大距離：ＭＤである。
図１を例にとって説明すると、「Ｌ１Ｄ」は第２屈折系ＦＩＲ２の射出側の面において、図１で「最も上方から射出する光線」の射出位置と光軸ＡＸとの「光軸ＡＸに直交する方向」の距離である。
また「ＭＤ」は、図１において、ミラーＭの反射面の「図で最も下方に入射する光線」の入射位置と光軸ＡＸとの「光軸ＡＸに直交する方向」の距離である。
条件（４）における「Ｙｉ」は、先に図３０を参照して説明した距離である。

条件（３）の下限を超えると、ミラーＭの反射面の有効範囲に対して第２屈折系ＲＩＦ２の有効範囲が過小となり、反射面で補正しきれなかった像面湾曲、歪曲収差などの収差の補正が難しくなり易い。
条件（３）の上限を超えると、ミラーＭの反射面の有効範囲に対して第２屈折系ＲＩＦの有効範囲が過大となり、像面湾曲、歪曲収差等の補正には有利となるが、投射光学系全体のコンパクト性を保つことが困難になり易い。

条件（４）の下限を超えると、有効画像表示領域に関する前記距離：Ｙｉに対して、ミラーＭの反射面の有効範囲が過小となり、前記コンパクト性には有利となるが、反射面で補正できる収差量が小さくなり像面湾曲や歪曲収差の補正が難しくなり易い。

条件（４）の上限を超えると、前記距離：Ｙｉに対して、ミラーＭの反射面の有効範囲が過大となり、像面湾曲や歪曲収差などの収差補正には有利となり良好な性能が得られるがミラーＭが大きくなり、投射光学系全体のコンパクト性を保つことが困難になり易い。

投射光学系は、第１中間像ＭＩ１に隣接して非球面レンズが配置されていることが好ましい。
第1中間像ＭＩ１に隣接して非球面レンズを配置することで、コマ収差を効率的に補正することができ、良好な性能を得ることが可能となる。
投射光学系の第２レンズ群ＬＧ２は、１枚以上の非球面レンズと１枚以上の正レンズとにより構成されていることが好ましい。

第２レンズ群ＬＧ２は、全体として正パワーを有することが好ましいが、正レンズ1枚のみでは、コマ収差、像面湾曲等の良好な収差補正が容易ではない。１枚以上の非球面レンズと１枚以上の正レンズとを組み合わせることによって、諸収差のより効率的な補正が可能となる。

上に説明した投射用光学系を用いることにより性能良好な画像投射装置を実現できる。

「実施例」
以下、図１ないし図６に実施の形態を示した投射光学系の具体的な実施例を挙げる。以下の実施例において、長さの次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。

「実施例１」
実施例１は、図１にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例１における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．６Ｆｎｏ＝２．６ ω＝６９.６Ｂｆ=２６．１
実施例１に関するデータを図８に示す。
図８において、最上行における「ｉ」は、縮小側から数えた面の番号（面番号）で、面の中には、画像表示面ＲＩ（ｉ＝０）、絞りＳ（ｉ＝１２）、およびスクリーン等の被投射面（ｉ＝ＩＭＧ）を含む。
また、「Ｒ」は面番号ｉの面の曲率半径、「Ｄ」は面番号：ｉとｉ＋１の面の面間隔を示す。また「ｊ」は縮小側から数えたレンズの番号であるが、色合成用のプリズム「ＰＲ」、ミラー「ＭＲ」を含む。「Ｎｄ」は、前記レンズ、プリズムの材質のｄ線に対する屈折率、「νｄ」は前記材質のｄ線に対するアッベ数である。

また、図８の左から３列目における「※印」は、当該面番号の面が「非球面」であることを示す。非球面を持つレンズ面において曲率半径：Ｒは「近軸曲率半径」である。
以下の実施例において「非球面」は、周知の次式で表す。
Ｚ＝（ｈ^２/Ｒ）/［１＋√（１―（１＋Ｋ）(ｈ/Ｒ)^２］＋ΣＥｉ・ｈ^ｎ（ｎ＝３～２０）
この式において、「Ｚ」は非球面量、「Ｒ」は近軸曲率半径、「ｈ」は非球面における光軸からの距離であり、「Ｋ」は円錐定数、「Ｅｎ（ｎ＝３～２０）」は３次ないし２０次の非球面係数である。

「非球面データ」
実施例１における非球面のデータを図９に示す。図９において、最上の行は、非球面を有するレンズ面の面番号を示す。
実施例１の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝２６．１
ｆ＝４．６
ＬＴＴ＝２８９．４
Ｙｉ＝１２．５
Ｌ１Ｄ＝１０９．９
ＭＤ＝６４．３
ｆ１－１＝－４３
ｆ１－２＝２３．０。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）５．６
（２）２３．２
（３）１．７
（４）５．１
（５）９．２
（６）４．９。

実施例１の投射光学系に関する収差図を図１０に示す。図１０において、（ａ）は球面収差図、（ｂ）は非点収差図、（ｃ）は歪曲収差図、（ｄ）はコマ収差図である。球面収差、およびコマ収差図は、波長：Ｒ＝６２０ｎｍ、Ｇ＝５５０ｎｍ、Ｂ＝４５０ｎｍの３波長の光について示されている。非点収差図における実線は「サジタル光線」、破線は「メリディオナル光線」を表す。各収差とも良好に補正され、実施例１の投射光学系は良好な性能を有する。

「実施例２」
実施例２は、図２にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例２における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．６Ｆｎｏ＝２．０ ω＝６９.９Ｂｆ=３５．１
実施例２に関するデータを図８に倣って図１１に示す。
「非球面データ」
実施例２における非球面のデータを図９に倣って図１２に示す。
実施例２の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝３５．１
ｆ＝４．６
ＬＴＴ＝２６５．０
Ｙｉ＝１２．５
Ｌ１Ｄ＝７５．０
ＭＤ＝６６．５
ｆ１－１＝－１１４
ｆ１－２＝２３．３。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）７．６
（２）２１．２
（３）１．１
（４）５．３
（５）２４．６
（６）５．０。

実施例２の投射光学系に関する収差図を図１０に倣って図１３に示す。各収差とも良好に補正され、実施例２の投射光学系は良好な性能を有する。

「実施例３」
実施例３は、図３にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例３における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．１Ｆｎｏ＝１．６ ω＝７３．２Ｂｆ＝２６．７
実施例３に関するデータを図８に倣って図１４に示す。
「非球面データ」
実施例３における非球面のデータを図９に倣って図１５に示す。
実施例３の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝２６．７
ｆ＝４．１
ＬＴＴ＝２７０．０
Ｙｉ＝１３．２
Ｌ１Ｄ＝８０．０
ＭＤ＝６９．１
ｆ１－１＝－３６５
ｆ１－２＝２３．６。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）６．６
（２）２０．５
（３）１．２
（４）５．２
（５）９０．０
（６）６．３。

実施例３の投射光学系に関する収差図を図１０に倣って図１６に示す。各収差とも良好に補正され、実施例３の投射光学系は良好な性能を有する。

「実施例４」
実施例４は、図４にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例４における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝３．９Ｆｎｏ＝２．６ ω＝７２．８Ｂｆ＝７７．８
実施例４に関するデータを図８に倣って図１７に示す。
「非球面データ」
実施例４における非球面のデータを図９に倣って図１８に示す。
実施例４の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝７７．８
ｆ＝３．９
ＬＴＴ＝２８０．０
Ｙｉ＝１２．５
Ｌ１Ｄ＝７９．６
ＭＤ＝７０．０
ｆ１－１＝－１３１１．５
ｆ１－２＝２０．３。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）１９．７
（２）２２．４
（３）１．１
（４）５．６
（５）３３２．９
（６）５．２。

実施例４の投射光学系に関する収差図を図１０に倣って図１９に示す。各収差とも良好に補正され、実施例４の投射光学系は良好な性能を有する。

「実施例５」
実施例５は、図５にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例５における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．２Ｆｎｏ＝２．４ ω＝７２．３Ｂｆ＝３２．５
実施例５に関するデータを図８に倣って図２０に示す。
「非球面データ」
実施例５における非球面のデータを図９に倣って図２１に示す。
実施例５の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝３２．５
ｆ＝４．２
ＬＴＴ＝１９５．０
Ｙｉ＝１３．０
Ｌ１Ｄ＝７８．２
ＭＤ＝５９．５
ｆ１－１＝－２５３
ｆ１－２＝１５．７。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）７．７
（２）１５．０
（３）１．３
（４）４．６
（５）６０．１
（６）３．７。

実施例５の投射光学系に関する収差図を図１０に倣って図２２に示す。各収差とも良好に補正され、実施例５の投射光学系は良好な性能を有する。

「実施例６」
実施例６は、図６にレンズ構成を示した実施形態の具体的な実施例である。
実施例６における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．３Ｆｎｏ＝２．４ ω＝７２．１Ｂｆ＝３０．５
実施例６に関するデータを図８に倣って図２３に示す。
「非球面データ」
実施例６における非球面のデータを図９に倣って図２４に示す。
実施例５の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、以下の通りである。
Ｂｆ＝３０．５
ｆ＝４．３
ＬＴＴ＝１９５．０
Ｙｉ＝１３．２
Ｌ１Ｄ＝８５．０
ＭＤ＝４８．９
ｆ１－１＝２０６０
ｆ１－２＝１８．２。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。
（１）７．１
（２）１４．８
（３）１．７
（４）３．７
（５）４８１．４
（６）４．３。

実施例６の投射光学系に関する収差図を図１０に倣って図２５に示す。各収差とも良好に補正され、実施例６の投射光学系は良好な性能を有する。

「比較例」
上に説明した如く、この発明の投射光学系の特徴の一端は、反射光学系の拡大側に「光学的パワーを持つレンズを有する第２屈折系」を有する点にある。
第２屈折系の存在により、収差の補正が容易になり、投射光学系の性能を高めることができる。
第２屈折系が無い投射光学系を１比較例として以下に示す。
図７に、比較例のレンズ構成を、図１ないし図６に倣って示す。図１ないし図６におけると同様、符号ＲＩは「画像表示面」、符号ＰＲは色合成用のプリズム、符号ＲＩＦ１は「第１屈折系」、符号Ｍは反射光学系の「ミラー」を示す。また、符号ＭＩ１は「第１中間像」、符号ＭＩ２は第２中間像をそれぞれ示し、符号Ｓは［絞り］を示す。
比較例の投射光学系は、第１屈折系ＲＩＦ１と反射光学系のミラーＭで構成され、第１屈折系ＲＩＦ１は、第１レンズ群ＬＧ１と第２レンズ群ＬＧ２とにより構成されている。

色合成用のプリズムＰＲから射出するカラー画像光は、第１レンズ群ＬＧ１の作用により、第２レンズ群ＬＧ２の縮小側に第１中間像ＭＩ１を結像した後、第２レンズ群ＬＧ２に入射し、ミラーＭの縮小側に第２中間像ＭＩ２を結像する。
第２中間像ＭＩ２を結像したカラー画像光は、ミラーＭにより反射され、図示を省略された被投射面上にカラーの投射画像として結像する。

この比較例は、図２に示す実施例２のレンズ構成から第２屈折系を除いた部分、即ち、第１屈折系ＲＩＦ１とミラーＭとにおける第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２のレンズ構成（レンズ構成枚数およびレンズ形状）を同一としたものである。第１レンズ群ＬＧ１および第２レンズ群ＬＧ２は勿論、光軸を共有している。
比較例における焦点距離：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、画角：ω（単位：度）、バックフォーカス：Ｂｆは、以下の通りである。
ｆ＝４．６Ｆｎｏ＝２．０ ω＝６９．９Ｂｆ＝３７．１
図２６に、比較例のデータを図８に倣って示し、非球面データを図９に倣って図２７に示す。この発明の投射光学系の条件（１）ないし（６）に関連した量の値は、比較例においては以下の通りである。
Ｂｆ＝３７．１
ｆ＝４．６
ＬＴＴ＝３３０．７
Ｙｉ＝１２．５
Ｌ１Ｄ＝０．０
ＭＤ＝７１．０
ｆ１－１＝-１３７
ｆ１－２＝２５．８。

「条件式のパラメータの値」
条件（１）ないし（６）のパラメータの値は以下の通りである。

（１）８．０
（２）２６．５
（３）
（４）５．７
（５）２９．６
（６）５．６。

比較例においては、条件（２）のパラメータは、条件（２）の上限値を超えており、条件（２）を満足していない。また、第２屈折系が無いので、条件（３）は存在しない。

比較例の収差図を、図１０に倣って図２８に示す。
図２８に示す比較例の収差図と、図１３に示す実施例２の収差図を対比すると明らかなように、球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）は、両者共に良好に補正されている。しかし、歪曲収差（ｃ）およびコマ収差（ｄ）についてみると、比較例の投射光学系に対して実施例２の投射光学系は顕著に改善されていることが分かる。
即ち、第２屈折系を有することにより、球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差が、何れも、バランスよく良好に補正され、投射光学系の性能を高めることが分かる。

以上、この発明の投射光学系につき、好ましい実施例と１比較例を示した。

図２９は、この発明の投射光学系を用いる画像投射装置（プロジェクタ装置）の実施の１形態を説明図的に示している。
プロジェクタ装置本体のケーシング１内には、投射光学系ＰＬと、液晶パネル等の「画像表示素子」を用いる画像生成装置ＩＳＲ、ＩＳＢ、ＩＳＧと、色合成用のプリズムＰＲが装荷されている。

画像生成装置ＩＳＲは、投射されるべきカラー画像の「赤色成分画像」を画像表示素子の画像表示面に表示し「赤色成分画像光ＬＲ」を生成してプリズムＰＲに向けて放射する。

画像生成装置ＩＳＧは、カラー画像の「緑色成分画像」を画像表示素子の画像表示面に表示し「緑色成分画像光ＬＧ」を生成してプリズムＰＲに向けて放射する。

画像生成装置ＩＳＢは、カラー画像の「青色成分画像」を画像表示素子の画像表示面に表示し「青色成分画像光ＬＢ」を生成してプリズムＰＲに向けて放射する。

色合成のプリズムＰＲは、赤色成分画像光ＬＲ、緑色成分画像光ＬＧ、青色成分画像光ＬＢを合成して「カラー画像光ＩＭＬ」とし、投射用ズームレンズＰＬに入射させる。

投射用ズームレンズＰＬは、入射してくるカラー画像光ＩＭＬを、投射用結像光ＰＲＬとして、図示を省略された被投射面（スクリーン）に向けて投射する。

投射用光学系ＰＬとしては、実施例１ないし実施例６等、上述のものを用いることができる。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

ＲＩ画像表示面
ＰＲ色合成用のプリズム
ＲＩＦ１第１屈折系
ＬＧ１第１レンズ群
ＬＧ２第２レンズ群
Ｍ反射光学系のミラー
ＲＩＦ２第２屈折系
ＭＩ１第１中間像
ＭＩ２第２中間像
ＡＸ光軸

特願２０１４－８０５０９号公報特許第４３９６７６９号公報

Claims

縮小側の画像表示素子の画像表示面に表示された画像を拡大側の被投射面上に拡大して投射する投射光学系であって、
前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第１屈折系、反射光学系、第２屈折系を配してなり、
前記第１屈折系は、前記縮小側から前記拡大側へ向かって順に、第１レンズ群、第２レンズ群を配してなり、
前記第１レンズ群は複数のレンズを有し、前記画像表示素子から射出した光線を第１の中間像として形成し、
前記第２レンズ群は１以上のレンズを有し、前記第１の中間像からの光線を第２の中間像として形成し、
前記反射光学系は、光学的パワーを持ち、前記第２の中間像からの光線を反射させる１枚のミラーを有し、
前記第２屈折系は、前記反射光学系で反射した光線を屈折させる光学的パワーを持つレンズを有し、
全系の焦点距離：ｆと、空気換算されたバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
（１）１．５＜Ｂｆ／ｆ＜２５
を満足する投射光学系。
請求項１記載の投射光学系であって、
前記画像表示面に最も近いレンズの縮小側面から前記ミラーの反射面までの前記レンズの光軸上における距離：ＬＴＴと、前記レンズの光軸から前記画像表示面の有効画像表示範囲内の位置までの前記有効画像表示領域の中心を介した最大距離：Ｙｉが、条件：
（２）５＜ＬＴＴ／Ｙｉ＜２５．０
を満足する投射光学系。
請求項１または２記載の投射光学系であって、
前記第２屈折系が１枚のレンズで構成されている投射光学系。
請求項１ないし３の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記第１屈折系、前記反射光学系、前記第２屈折系に含まれる全てのレンズが光軸を共有している投射光学系。
請求項４記載の投射光学系であって、
前記第２屈折系を構成するレンズの１枚は、レンズ光軸から軸外に向かうにつれ、正または負のパワーが単調増加する形状の非球面を有する投射光学系。
請求項４または５記載の投射光学系であって、
前記第２屈折系の射出側レンズ面の有効範囲における前記光軸からの光軸直交方向の最大距離：Ｌ１Ｄと、前記反射光学系内の前記ミラーの反射面における有効範囲における前記光軸からの前記光軸直交方向の最大距離：ＭＤが、条件：
（３）０．８＜Ｌ１Ｄ／ＭＤ＜２．０
を満足する投射光学系。
請求項４ないし６の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記画像表示面に最も近いレンズの光軸から前記画像表示面の有効画像表示範囲内の位置までの前記有効画像表示領域の中心を介した最大距離：Ｙｉ、前記反射光学系内の前記ミラーの反射面の有効範囲における前記光軸からの最大距離：ＭＤが、条件：
（４）１．５＜ＭＤ／Ｙｉ＜８．０
を満足する投射光学系。
請求項１ないし７の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記第１レンズ群の合成焦点距離：ｆ１－１、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（５）５．０＜｜ｆ１－１｜／ｆ
を満足する投射光学系。
請求項１ないし８の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ１―２、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（６）１．５＜｜ｆ１－２｜／ｆ＜７．０
を満足する投射光学系。
請求項１ないし９の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記第１中間像に隣接して非球面レンズが配置されている投射光学系。
請求項１ないし１０の何れか１項に記載の投射光学系であって、
前記第２レンズ群は、１枚以上の非球面レンズと１枚以上の正レンズとにより構成されている投射光学系。
請求項１ないし１１の何れか１に記載の投射光学系を有する画像投射装置。