JPWO2020008942A1 - 投射光学系およびプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ装置用の投射光学系において、色消しレンズでのフレネル損失を抑えて透過率の低下を防止する。【解決手段】縮小側の第１の像面（１）から拡大側の第２の像面へ光学像を投射する投射光学系（Ｇ１、Ｇ２、３、４）において、縮小側から拡大側に向かって正レンズ（Ｌ２）および負レンズ（Ｌ３）がこの順に個別に配置されてなる色消しレンズを設け、上記負レンズ（Ｌ３）のうち、屈折率が１．７以上で、かつアッベ数が５５以下であるレンズについて、光入射面の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、以下の式（１）３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（１）を満足させる。【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタ装置および、それに用いられる投射光学系に関するものである。

従来、投射画面を大画面化すると共に、投影空間の縮小化を図ったプロジェクタ装置が種々提案されている。例えば特許文献１には、ライトバルブから投影画面に向かって、つまり縮小側から拡大側に向かって、屈折光学系からなる第１の光学系、反射面を含む第２の光学系を配置してなるプロジェクタ装置用の投射光学系が示されている。この特許文献１に示される投射光学系において、典型的に第１の光学系は、第１および第２の屈折光学系を縮小側から拡大側に向かってこの順に配置して構成され、第２の光学系は、第１の光学系の拡大側に凹面ミラーを配置して構成される。

特許文献１に示された投射光学系は、ライトバルブによる像を、第１の光学系により第１、２の光学系の光路上に中間像として結像させ、その中間像を第２の光学系により拡大反射させてスクリーン上に投射する。それにより、投射画面の大画面化および投影空間の縮小化が実現される。また、このような構成の投射光学系は、第１、２の光学系による各ディストーションを相互間で補償して、全体として低減可能である。

特開２００４−２５８６２０号公報

上述した投射光学系においては、第１の光学系に屈折光学系を含むので色収差が生じ得るが、この色収差は、屈折光学系に適宜色消しレンズを設けることにより抑制可能である。ただし、その色消しレンズは、プロジェクタ装置特有の熱発生に対処できるものであることが望まれる。特に最近のプロジェクタ装置は、高輝度化の要求に対応するために光源が高出力化して発熱量も多くなっているため、投射光学系が高温になりやすくなっている。そこで色消しレンズとしては、貼り合わせ部材が熱および光による化学変化で変色、剥離等の損傷を起こしやすい、いわゆる貼り合わせレンズではなく、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズが個別に配置されてなるものを用いることが望ましい。なお以下では、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズをそれぞれ、単に正レンズおよび負レンズと称することもある。

以上の通り、投射光学系の耐熱性および耐光性を考えると、色消しレンズは、正レンズおよび負レンズが個別に配置されてなるものが好適と言えるが、その種の色消しレンズは別の問題を招きやすいものとなっている。すなわち、そのような色消しレンズにおいては、拡大側に配置されるレンズの光入射面においてフレネル損失（フレネル反射による損失）が生じ得るので、貼り合わせレンズと比べると透過率が低下しがちである。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、色消しレンズにおけるフレネル損失を抑えて透過率の低下を防止し得るプロジェクタ装置、およびプロジェクタ装置用の投射光学系を提供することを目的とする。

本発明による投射光学系は、
縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ光学像を投射する投射光学系であって、
縮小側から拡大側に向かって正レンズおよび負レンズがこの順に個別に配置されてなり、対向面の曲率を同極とする色消しレンズを含み、
上記負レンズのうち、屈折率が１．７以上で、かつアッベ数が５５以下であるレンズについて、光入射面の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、以下の式（１）
３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（１）
を満足することを特徴とするものである。なお上記の「個別に配置され」とは、正レンズおよび負レンズが互いに完全に離れた状態で配置されていること、あるいは一部は接し、それ以外の部分は離れた、いわゆる当てつけの状態で配置されていることの双方を含むものとする。

上記の構成を有する本発明の投射光学系において、特に上記負レンズの屈折率が１．８以上で、かつアッベ数が４０以下である場合は、
以下の式（２）
４．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（２）
を満足していることがより望ましい。

さらに、上記構成を有する本発明の投射光学系において、特に上記負レンズの屈折率が１．８５以上で、かつアッベ数が３５以下である場合は、
以下の式（３）
５．０≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（３）
を満足していることがさらに望ましい。

また、上記構成を有する本発明の投射光学系においては、式（１）を満たす負レンズと共に色消しレンズを構成する正レンズの出射側の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、以下の式（４）
３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（４）
を満足することが望ましい。

さらに、負レンズが上記（１）式を満たす本発明の投射光学系において、上記正レンズの屈折率を１．７５以下とすることがより望ましい。

また、上記構成を有する本発明の投射光学系においては、
色消しレンズを含む屈折光学系によって該屈折光学系内に結像される中間像（第１中間像）が結像される位置よりも縮小側の直前位置に、負の屈折力を有する第１のメニスカスレンズおよび正の屈折力を有する第２のメニスカスレンズが、それぞれ上記中間像（第１中間像）の側に凸面を向けた状態で該中間像（第１中間像）から縮小側に向かってこの順に配置されていることが望ましい。

なお上記の「直前」とは、中間像形成位置から第１および第２のメニスカスレンズに至るまでの間に、他のレンズが配置されていないことを意味する。これは、以下でも同様とする。

上述の第１および第２のメニスカスレンズを有する構成においては、第２のメニスカスレンズよりも縮小側の直前位置に、正の屈折力を有する第３のメニスカスレンズが配置されていることが望ましい。

さらに、上述の第１、第２および第３のメニスカスレンズを有する構成においては、
第２および第３のメニスカスレンズの屈折率およびアッベ数が互いに略等しく、
第１、第２および第３のメニスカスレンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２およびｆ３として、以下の式（５）
｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜＜｜ｆ３｜・・・・（５）
を満足していることが望ましい。なお上記の「略等しく」とは、両者間の差が±５％以内であることを意味する。

他方、本発明によるプロジェクタ装置は、光源と、この光源からの光を変調する光変調器と、この光変調器によって変調された光による光学像を投射する投射光学系とを備えたプロジェクタ装置において、投射光学系として上記の本発明による投射光学系が用いられたことを特徴とするものである。

本発明による投射光学系は、色消しレンズを構成する拡大側の負レンズが前記式（１）を満足しているので、この拡大側の負レンズの光入射面におけるフレネル損失を抑えることができる。そこで、フレネル損失に起因する投射光学系の透過率低下を防止することができる。また、色消しレンズを構成するこの負レンズと正レンズとが個別に配置されているので、色消しレンズを貼り合わせレンズとしないことで本来得られる投射光学系の耐熱性および耐光性も、そのまま得られることになる。

また、本発明によるプロジェクタ装置は、上述の効果を奏する投射光学系を用いているので、明るい投射像が得られ、さらに耐熱性および耐光性も高いものとなる。

実施例１の投射光学系のレンズ構成を、主な光束と共に示す断面図 実施例１の投射光学系のレンズ構成を示す断面図 実施例１の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図 実施例１の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図 実施例１の投射光学系における各部の焦点距離を示す図 実施例１の投射光学系におけるコマ収差を示す図 実施例１の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図 実施例２の投射光学系のレンズ構成を、主な光束と共に示す断面図 実施例２の投射光学系のレンズ構成を示す断面図 実施例２の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図 実施例２の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図 実施例２の投射光学系における各部の焦点距離を示す図 実施例２の投射光学系におけるコマ収差を示す図 実施例２の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図 実施例３の投射光学系のレンズ構成を、主な光束と共に示す断面図 実施例３の投射光学系のレンズ構成を示す断面図 実施例３の投射光学系を構成する光学要素の基本データを示す図 実施例３の投射光学系を構成する光学要素の非球面データを示す図 実施例３の投射光学系における各部の焦点距離を示す図 実施例３の投射光学系におけるコマ収差を示す図 実施例３の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る投射光学系の構成を、主な光束と合わせて示す断面図である。図１に示す構成例は、後述する実施例１の投射光学系の構成と共通である。上記の光束は、軸上光束と最大画角の光束、並びにそれらの中間的な光束である。また図２は、図１の投射光学系の構成を、光束を除いて詳しく示す断面図である。図１および図２において、光変調器の画像表示面１側が縮小側、レンズ光学系の最終レンズＬ２３側が拡大側である。

この投射光学系は、例えばプロジェクタ装置に搭載されて、ＤＭＤ、透過型液晶表示装置、あるいは反射型液晶表示装置等の光変調器（ライトバルブ）に表示された画像情報をスクリーンへ投射するものとして使用可能である。図１では、プロジェクタ装置に搭載される場合を想定して、色合成部または照明光分離部に用いられるプリズム２と、このプリズム２の縮小側の面に位置する光変調器の画像表示面１も合わせて図示している。プロジェクタ装置においては、図示外の光源から発せられ、画像表示面１で画像情報を与えられた光束が、プリズム２を介して図示の投射光学系に入射され、この投射光学系内の屈折光学系により中間像が結像される。そして、上記光束はプリズム３を介してミラー４に入射され、上記中間像がミラー４によって反射されて不図示のスクリーン上に拡大投射される。なおプリズム３はガラスブロックとも称されるものであり、その作用については例えば再表２０１６-６８２６９号公報に記載がなされている。

図２に明示されるように、この投射光学系はより詳しくは、光軸Ｚに沿って縮小側から拡大側に向かって順に配された複数のレンズＬ１〜Ｌ１７から構成され、第１の像面１上の画像を第１中間像５１として結像させる第１屈折系Ｇ１と、同様に配された複数のレンズＬ１８〜Ｌ２３から構成され、プリズム３とミラー４との間に第２中間像５２を結像させる第２屈折系Ｇ２とを有している。第１屈折系Ｇ１および第２屈折系Ｇ２は、屈折光学系を含む第１の光学系１０を構成する。さらにこの投射光学系は、上記第２中間像５２を反射、拡大させる、正の屈折力を有するミラー４を有する。このミラー４は、反射光学系を含む第２の光学系２０を構成する。なお、レンズＬ１１とレンズＬ１２との間には、視野絞り（フレアカッタ）Ｓｔが配置されている。図示されている視野絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を厳密に表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

上述のように、屈折光学系を含む第１の光学系１０と、反射光学系を含む第２の光学系２０とからなる投射光学系によれば、投射画面の大画面化および投影空間の縮小化が実現される。また、このような構成の投射光学系は、第１の光学系１０、第２の光学系２０による各ディストーションを相互間で補償して、全体として低減できるものとなる。

第１の光学系１０は、後述するように複数の色消しレンズを含んでいる。それらの色消しレンズはいずれも、多くの色消しレンズと同様に、正レンズと負レンズとから構成されている。特に本実施形態では、先に述べたプロジェクタ装置における熱発生に対処するために、貼り合わせレンズは適用しないで、正レンズと負レンズとが個別に配置されてなる色消しレンズが適用されている。以下、これらの色消しレンズについて詳しく説明する。

ここでは、図１および図２に示す正レンズＬ２と負レンズＬ３とから構成された色消しレンズを例に取って説明する。これらの正レンズＬ２および負レンズＬ３は、縮小側から拡大側に向かってこの順に個別に配置されている。より詳しくは、正レンズＬ２と負レンズＬ３とは、一例として微小間隔を置いて互いに離して配置されている。ここで負レンズＬ３は後述する通り、屈折率が１．７以上で、アッベ数が５５以下である。そしてこの負レンズＬ３の光入射面の曲率半径Ｒ＝−６３．６５ｍｍであり、投射光学系の全焦点距離ｆ＝−７．２４ｍｍである（図５参照）。よって、｜Ｒ｜／｜ｆ｜＝８．８０である。なお、曲率半径Ｒと全焦点距離ｆの符号については後に詳述する。

したがって、この負レンズＬ３に関しては、前述した
３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（１）
式が満足されている。それにより、先に説明した通り、この拡大側の負レンズＬ３の光入射面におけるフレネル損失を抑えることができる。そこで、フレネル損失に起因する投射光学系の透過率低下を防止することができる。また、この負レンズＬ３と縮小側の正レンズＬ２とが個別に配置されているので、投射光学系の耐熱性および耐光性も良好なものとなる。

なお、上記（１）式が満足される場合、特に負レンズＬ３の屈折率が１．８以上で、アッベ数が４０以下であるならば、前述した
４．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（２）
式を満足していると、上記のフレネル損失を抑えて投射光学系の透過率低下を防止する効果がより顕著になる。負レンズＬ３は上記の式（２）も満足しているので、上記の効果をより顕著に奏するものとなる。

さらに、上記（１）式が満足される場合、特に負レンズＬ３の屈折率が１．８５以上で、アッベ数が３５以下であるならば、前述した
５．０≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（３）
式を満足していると、上記のフレネル損失を抑えて投射光学系の透過率低下を防止する効果がよりさらに顕著になる。負レンズＬ３は上記の式（３）も満足しているので、上記の効果をよりさらに顕著に奏するものとなる。

そこで、光源と、この光源からの光を変調する光変調器と、この光変調器によって変調された光による光学像を投射する投射光学系とを備えてなるプロジェクタ装置において、本実施形態による投射光学系が用いられた場合は、明るい投射像が得られ、さらにプロジェクタ装置の耐熱性および耐光性も高いものとなる。

次に、本発明の投射光学系の実施例について説明する。まず、実施例１の投射光学系について説明する。実施例１の投射光学系の構成は、先に説明した通り、図１および図２の断面図に示されている。なお図１、２と、それらの図に対応した、実施例２を示す図８、９、並びに実施例３を示す図１５、１６においては、光変調器の画像表示面１側が縮小側、第２屈折系Ｇ２の最終レンズＬ２３（実施例１）あるいはＬ２４（実施例２、３）側が拡大側である。

実施例１の投射光学系は、縮小側から順に、第１屈折系Ｇ１および第２屈折系Ｇ２からなる第１の光学系１０と、反射光学系を含む第２の光学系２０とを配置して構成されている。実施例１では、第１屈折系Ｇ１は一例として１７枚のレンズＬ１〜Ｌ１７から構成され、第２屈折系Ｇ２は一例として６枚のレンズＬ１８〜Ｌ２３から構成されている。

実施例１の投射光学系について、構成要素の基本データを図３に、非球面係数に関するデータを図４に、そして各部の焦点距離を図５に示す。以下では、それらの図中の記号の意味について、実施例１のものを例にとって説明するが、実施例２および３についても基本的に同様である。

図３の基本データにおいて、面番号Ｎｏ．の欄には最も縮小側の構成要素の面を１番目として拡大側に向かうに従い順次増加する面番号を示している。曲率半径Ｒの欄には各面の曲率半径を示している。曲率半径Ｒの符号は、面形状が縮小側に凸の場合を正、拡大側に凸の場合を負としている。面間隔Ｄｉの欄には面番号＝ｉの面と面番号＝ｉ＋１の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。焦点距離ｆは、正の屈折力を有する場合を正、負の屈折力を有する場合を負としている。以上の曲率半径Ｒ、面間隔Ｄｉおよび焦点距離ｆ、並びに有効径の単位はｍｍである。「Ｒ／７．２４」の欄には、曲率半径Ｒを投射光学系全体の焦点距離（図５参照）で除した値を示す。なお図５に示す焦点距離は後述のように正負の符号を有するものであるが、ここでは、符号は無視した絶対値を示す。また、ｎｄの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄの欄には各光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。図３には、光変調器の画素表示面１である第１の像面、プリズム２、結像される中間像、プリズム３、ミラー４、投射スクリーン上の位置となる第２の像面も含めて示している。第１の像面、第２の像面については、面間隔Ｄｉの欄にそれぞれ「ＯＢＪ」、「ＩＭＧ」と表記している。中間像については、面番号Ｎｏ．の欄に（Image）の表記をすると共に、備考欄に図２中の番号「５１」、「５２」を記入して示している。非球面形状の面は、面番号Ｎｏ．の欄に＊の表記を付して示し、非球面の曲率半径は近軸の曲率半径の数値を示している。

図４に示す非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、非球面に関する非球面係数を示す。非球面の形状は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図４に示した係数Ｋ、Ａ３、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、およびＡ１２を用いて次式で表わされる。なお、「ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）^２Ｙ^２｝１／２］
＋Ａ３Ｙ^３＋Ａ４Ｙ^４＋Ａ６Ｙ^６＋Ａ８Ｙ^８＋Ａ１０Ｙ^１０＋Ａ１２Ｙ^１２

図５には、第１屈折系Ｇ１、第２屈折系Ｇ２、および第２屈折系Ｇ２とミラー４とを合わせた系の焦点距離を示す。それらの焦点距離は、正の屈折力を有する場合を正、負の屈折力を有する場合を負として示し、単位はｍｍである。

なお、図３〜図５に示す数値データには、適宜所定の桁でまるめた値も示してある。

図３に示す基本データにおいては、前述した負レンズＬ３と同様に、その縮小側に配された正レンズと共に色消しレンズを構成して、前記式（１）を満足する負レンズについて、背景を濃くして明示している。この実施例１では、先に述べた通り負レンズＬ３が式（１）〜（３）の全てを満足している。それに加えて、負レンズＬ６、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１３およびＬ１７も式（１）を満足しており、特に負レンズＬ６およびＬ８は、式（２）と（３）も満足し、また負レンズＬ１７は式（２）も満足している。

負レンズが上記（１）から（３）式を満たす上述の色消しレンズにおいて、上記（１）式を満たす負レンズと共に色消しレンズを構成する正レンズの出射側の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、
３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（４）
を満足させることで、正レンズから出射する光の出射角を小さくすることができる。これにより、負レンズに入射する光のフレネル反射を抑えることができる。この場合、正レンズの屈折率を１．７５以下とすることで、正レンズから出射する光の出射角をより小さくすることができる。

また、上記（２）式を満たす負レンズと共に色消しレンズを構成する正レンズの出射側の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、
４．０≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（６）
を満足させることで、正レンズから出射する光の出射角をより小さくすることができる。これにより、負レンズに入射する光のフレネル反射を抑えることができる。この場合、正レンズの屈折率を１．７０以下とすることで、正レンズから出射する光の出射角をさらに小さくすることができる。

またさらに、上記（３）式を満たす負レンズと共に色消しレンズを構成する正レンズの出射側の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、
５．０≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（７）
を満足させることで、正レンズから出射する光の出射角をよりさらに小さくすることができる。これにより、負レンズに入射する光のフレネル反射を抑えることができる。この場合、正レンズの屈折率を１．６０以下とすることで、正レンズから出射する光の出射角をさらに小さくすることができる。

実施例１では、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１３およびＬ１７が式（１）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１２およびＬ１６について式（４）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１２およびＬ１６の屈折率は１．７５以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８およびＬ１７が式（２）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１６について式（６）を満足させている。レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１６の屈折率は１．７０以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８が式（３）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７について式（７）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７の屈折率は１．６０以下である。

以上、実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する

次に、実施例１の投射光学系における収差について図６および図７を参照して説明する。図６には、５通りの像高における各横収差図を示している。同図に示されるように、コマ収差は良好に補正されており、鮮明な像をスクリーン投写可能である。なお、コマ収差は、波長６２０．０ｎｍ、波長５４６．０ｎｍ、波長４５０．０ｎｍに関する収差をそれぞれ短破線、実線、長破線で示し、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示している。

図７には、実施例１の投射光学系の各収差図を示す。各収差図は左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）を示す。球面収差図では、波長６２０．０ｎｍ、波長５４６．０ｎｍ、波長４５０．０ｎｍに関する収差をそれぞれ短破線、実線、長破線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向の波長５４６．０ｎｍに関する収差をそれぞれ実線、鎖線で示しており、それぞれ（Ｓ）、（Ｔ）の表記を付している。歪曲収差図では、波長５４６．０ｎｍに関する収差を実線で示す。同図に示されるように、球面収差、非点収差、歪曲収差も良好に補正されている。

次に、実施例２の投射光学系について説明する。実施例２の投射光学系は、図８および図９の断面図に示される通り、縮小側から順に、第１屈折系Ｇ１および第２屈折系Ｇ２を含む第１の光学系１０と、反射光学系を含む第２の光学系２０とを配置して構成されている。第１屈折系Ｇ１は一例として１８枚のレンズＬ１〜Ｌ１８から構成され、第２屈折系Ｇ２は一例として６枚のレンズＬ１９〜Ｌ２４から構成されている。この実施例２では、第１屈折系Ｇ１において第１中間像５１が結像され、プリズム３とミラー４との間に第２中間像５２が結像される。第２中間像５２は、ミラー４を含む第２の光学系２０によって反射、拡大して投射される。なお、レンズＬ９とレンズＬ１０との間と、レンズＬ１１とレンズＬ１２との間には、それぞれ視野絞り（フレアカッタ）Ｓｔが配置されている。図示されている視野絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を厳密に表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例２の投射光学系について、構成要素の基本データを図１０に、非球面係数に関するデータを図１１に、そして各部の焦点距離を図１２に示す。

図１０の基本データにおいて、「Ｒ／７．４８」の欄には、曲率半径Ｒを投射光学系全体の焦点距離（図１２参照）で除した値を示す。この焦点距離は、図３におけるのと同様に絶対値を示している。

図１０に示す基本データにおいても、前述した式（１）を満足する負レンズについて、背景を濃くして明示している。この実施例２では、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１３およびＬ１８が式（１）を満足しており、特に負レンズＬ３、Ｌ６およびＬ８は式（２）と（３）も満足し、また負レンズＬ１８は式（２）も満足している。

また、実施例２においては、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１３およびＬ１８が式（１）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ１２およびＬ１７について式（４）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ１２およびＬ１７の屈折率は１．７５以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８およびＬ１８が式（２）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１７について式（６）を満足させている。レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１７の屈折率は１．７０以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８が式（３）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７について式（７）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７の屈折率は１．６０以下である。

さらに、実施例２では、屈折光学系である第１の光学系１０によって該第１の光学系１０内に結像される第１中間像５１が結像される位置よりも縮小側の直前位置に、負の屈折力を有する第１のメニスカスレンズ（負レンズＬ１８）および正の屈折力を有する第２のメニスカスレンズ（正レンズＬ１７）が、それぞれ第１中間像５１の側に凸面を向けた状態で、第１中間像５１から縮小側に向かってこの順に配置されている。

以上のように負の第１メニスカスレンズＬ１８の縮小側に正の第２メニスカスレンズＬ１７を配置することにより、負の第１メニスカスレンズＬ１８の凹面に入射する光線の入射角を小さくすることができる。そこで、この凹面における光の反射を低減させて、フレネル損失を低下させることが可能になる。また、第１中間像５１の直前に、組み合わせたときに同心同球のコンセントリックに近い形状となるレンズを配置することにより、球面収差、コマ収差、像面湾曲等の幾何収差を増大させることなく、第２屈折系Ｇ２で発生する倍率色収差と逆の位相の倍率色収差を、第１屈折系Ｇ１において発生させることができる。コンセントリックに近い形状は、例えば、曲率半径の差が２０％以内であることが好ましい。さらに、負の第１メニスカスレンズＬ１８および正の第２メニスカスレンズＬ１７が、光軸近くよりも周辺で互いに離れる形状となるように両レンズＬ１８、Ｌ１７の曲率半径を定めたことにより、軸外光のアッパー光線のコマ収差を効果的に補正可能となる。

またこの実施例２では、正の第２メニスカスレンズＬ１７よりも縮小側の直前位置に、正の屈折力を有する第３のメニスカスレンズ（正レンズＬ１６）が配置されている。このように正の第２メニスカスレンズＬ１７の直前位置に、正パワーの第３メニスカスレンズＬ１６を配置することにより、テレセントリック性をプラス（光線束が縮小側に傾斜する方向）とすることができる。これにより、製造が難しい部品である非球面の負メニスカスレンズＬ１５をより小径のものとすることができ、その製造を容易化できる。

さらにこの実施例２では、第１のメニスカスレンズＬ１８、第２のメニスカスレンズＬ１７および第３のメニスカスレンズＬ１６の各焦点距離をｆ１、ｆ２およびｆ３とすると、それらは各々−９３．３０ｍｍ、１５４．０５ｍｍ、１８４．５５ｍｍであって、前述した式（５）
｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜＜｜ｆ３｜・・・・（５）
を満足している。また、第２のメニスカスレンズＬ１７と第３のメニスカスレンズＬ１６は共通の硝材から形成されて、屈折率およびアッベ数が互いに等しいものとなっている。

第１のメニスカスレンズＬ１８と第２のメニスカスレンズＬ１７は、組み合わせたときに、外側の面同士が同心同球のコンセントリック形状となっていることが、倍率色収差の観点から好ましい。また、それら２枚のメニスカスレンズＬ１８、Ｌ１７の合成焦点距離は−２１２．７ｍｍであるが、このように負の値である方が、第３のメニスカスレンズＬ１６の屈折力を強めることができるので、製造が難しい部品である非球面の負メニスカスレンズＬ１５をより小径のものとすることができる。

図１３に示される通り、この実施例２でもコマ収差は良好に補正されている。また、図１４に示されるように、球面収差、非点収差、歪曲収差も良好に補正されている。

次に、実施例３の投射光学系の構成について説明する。実施例３の投射光学系は、図１５および図１６の断面図に示される通り、縮小側から順に、第１屈折系Ｇ１および第２屈折系Ｇ２を含む第１の光学系１０と、反射光学系を含む第２の光学系２０とを配置して構成されている。第１屈折系Ｇ１は一例として１８枚のレンズＬ１〜Ｌ１８から構成され、第２屈折系Ｇ２は一例として６枚のレンズＬ１９〜Ｌ２４から構成されている。この実施例３では、第１屈折系Ｇ１において第１中間像５１が結像され、プリズム３とミラー４との間に第２中間像５２が結像される。第２中間像５２は、ミラー４を含む第２の光学系２０によって反射、拡大して投射される。

なお、レンズＬ９１とレンズＬ１０との間には、縮小側から拡大側に向かって順に、視野絞り（フレアカッタ）絞りＳｔ、開口絞りＳｔ、視野絞りＳｔが配置されている。図示されている各絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を厳密に表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例３の投射光学系について、構成要素の基本データを図１７に、非球面係数に関するデータを図１８に、そして各部の焦点距離を図１９に示す。

図１７の基本データにおいて、「Ｒ／７．４４」の欄には、曲率半径Ｒを投射光学系全体の焦点距離（図１９参照）で除した値を示す。この焦点距離は、図３におけるのと同様に絶対値を示している。図１７では、各絞りＳｔに相当する面の面番号の欄において、備考欄に「Ｓｔ」の表示をしている。

図１７に示す基本データにおいても、前述した式（１）を満足する負レンズについて、背景を濃くして明示している。この実施例３では、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１１、Ｌ１３およびＬ１８が式（１）を満足しており、特に負レンズＬ３およびＬ６は式（２）と（３）も満足し、また負レンズＬ１８は式（２）も満足している。

また、実施例３においては、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１３およびＬ１８が式（１）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ１２およびＬ１７について式（４）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ１２およびＬ１７の屈折率は１．７５以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８およびＬ１８が式（２）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１７について式（６）を満足させている。レンズＬ２、Ｌ５、Ｌ７およびＬ１７の屈折率は１．７０以下である。

また、負レンズＬ３、Ｌ６、Ｌ８が式（３）を満たし、正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７について式（７）を満足させている。正レンズＬ２、Ｌ５およびＬ７の屈折率は１．６０以下である。

また実施例３では実施例２と同様に、第１中間像５１が結像される位置よりも縮小側の直前位置に、負の第１メニスカスレンズＬ１８および正の第２メニスカスレンズＬ１７が、それぞれ第１中間像５１の側に凸面を向けた状態で、第１中間像５１から縮小側に向かってこの順に配置されている。この構成により実施例２におけるのと同様の効果を奏することができる。

さらに実施例３では、第１のメニスカスレンズＬ１８と第２のメニスカスレンズＬ１７の合成焦点距離は−１４８．４ｍｍであり、このように負の値となっていることにより、実施例２におけるのと同様の効果を奏することができる。

図２０に示される通り、この実施例３でもコマ収差は良好に補正されている。また、図２１に示されるように、球面収差、非点収差、歪曲収差も良好に補正されている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明の投射光学系は、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を適宜変更することが可能である。

また、本発明のプロジェクタ装置も、例えば、用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材について種々の態様の変更が可能である。

１ 光変調器の画像表示面
２、３ プリズム
４ ミラー
１０ 第１の光学系
２０ 第２の光学系
５１ 第１中間像
５２ 第２中間像
Ｇ１ 第１屈折系
Ｇ２ 第２屈折系
Ｌ１〜Ｌ２４ レンズ

Claims (9)

1. 縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ光学像を投射する投射光学系であって、
   縮小側から拡大側に向かって正レンズおよび負レンズがこの順に個別に配置されてなり、対向面の曲率を同極とする色消しレンズを含み、
   前記負レンズのうち、屈折率が１．７以上で、かつアッベ数が５５以下であるレンズについて、光入射面の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、以下の式（１）を満足する投射光学系。
   ３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（１）
2. 前記負レンズの屈折率が１．８以上で、かつ前記アッベ数が４０以下であり、
   以下の式（２）を満足する請求項１に記載の投射光学系。
   ４．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（２）
3. 前記負レンズの屈折率が１．８５以上で、かつ前記アッベ数が３５以下であり、
   以下の式（３）を満足する請求項１に記載の投射光学系。
   ５．０≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（３）
4. 前記式（１）を満たす負レンズと共に前記色消しレンズを構成する前記正レンズの出射側の曲率半径をＲ、投射光学系の全焦点距離をｆとして、以下の式（４）を満足する請求項１に記載の投射光学系。
   ３．５≦｜Ｒ｜／｜ｆ｜・・・・（４）
5. 前記正レンズの屈折率を１．７５以下とする請求項４に記載の投射光学系。
6. 前記色消しレンズを含む屈折光学系によって該屈折光学系内に結像される中間像が結像される位置よりも縮小側の直前位置に、負の屈折力を有する第１のメニスカスレンズおよび正の屈折力を有する第２のメニスカスレンズが、それぞれ前記中間像の側に凸面を向けた状態で、該中間像から縮小側に向かってこの順に配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の投射光学系。
7. 前記第２のメニスカスレンズよりも縮小側の直前位置に、正の屈折力を有する第３のメニスカスレンズが配置されている請求項６に記載の投射光学系。
8. 前記第２および第３のメニスカスレンズの屈折率およびアッベ数が互いに略等しく、
   前記第１、第２および第３のメニスカスレンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２およびｆ３として、以下の式（５）を満足する請求項７に記載の投射光学系。
   ｜ｆ１｜＜｜ｆ２｜＜｜ｆ３｜・・・・（５）
9. 光源と、この光源からの光を変調する光変調器と、この光変調器によって変調された光による光学像を投射する請求項１から８のいずれか１項に記載の投射光学系とを備えてなるプロジェクタ装置。

Images