WO2014103324A1 - 投射光学系およびプロジェクタ装置 - Google Patents

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WO2014103324A1
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optical system
projection
refractive
refractive optical
intermediate image
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PCT/JP2013/007653
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恭彦 松尾
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日東光学株式会社
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    • G03B21/28—Reflectors in projection beam

Definitions

  • the present invention relates to a projection optical system of a projector apparatus.
  • Japanese Patent Publication No. 2004-258620 (Reference 1) employs an imaging optical system including a reflecting surface in order to reduce the projection space outside the projection apparatus while increasing the size of the projection screen. Further, it is described that a projection optical system capable of correcting chromatic aberration and an image projection apparatus using such a projection optical system are realized. Therefore, in this document 1, the first and second optical systems are arranged in the above order from the light valve side to the projection side of the light valve, and the first optical system includes one or more refractive optical systems.
  • the second optical system includes at least one reflecting surface having power, has a positive power, and an image formed by the light valve is intermediate on the optical paths of the first and second optical systems. It is described that an image is formed as an image, and the intermediate image is further enlarged and projected onto a screen.
  • the projection optical system includes a first refractive optical system that forms a first intermediate image on the enlargement side by light incident from the reduction side, and a second intermediate image on the enlargement side that forms the first intermediate image on the reduction side.
  • a second refractive optical system that forms an image as a first reflective optical system that includes a first reflective surface that has a positive refractive power and that is located closer to the magnification side than the second intermediate image.
  • the refractive optical system includes a first focus lens group that moves when performing focusing, and the first focus lens group includes at least one lens included in the second refractive optical system.
  • the first refractive optical system forms a first intermediate image
  • the first intermediate image is formed on the enlargement side as a second intermediate image by the second refractive optical system.
  • the second intermediate image is reflected by the first reflecting surface being enlarged.
  • the second refractive optical system forms a second intermediate image in which the curvature of field generated by the first reflecting surface is corrected, and the first refractive optical system performs the second refraction. It is easy to form a first intermediate image in which coma generated by the optical system is corrected. Therefore, it is easy to project an enlarged and clear image.
  • the first focus lens group including at least one lens of the second refractive optical system is moved when performing focusing. For this reason, it is easy to form the second intermediate image in which the aberration variation accompanying the change in the projection distance or the like is corrected, and it is easy to suppress the variation in the imaging performance of the projection image.
  • the first focus lens group includes a first distance correction lens group that moves when focusing is performed with respect to a change in the optical distance between the first reflecting surface and the second image surface. . It is easy to project a clear magnified image in which fluctuations in curvature of field due to changes in the projection distance are corrected.
  • the first distance correcting lens group includes a first lens located closest to the reduction side of the second refractive optical system.
  • the first focus lens group includes a second temperature correction lens group that moves when focusing is performed on a change in ambient temperature of the projection optical system. It is easy to project a clear magnified image in which the focus variation due to the change in the refractive index of the lens accompanying the change in the ambient temperature where the projection optical system is installed is corrected.
  • the first refractive optical system preferably includes a second focus lens group that moves when performing focusing, and the second focus lens group preferably includes at least one lens included in the first refractive optical system.
  • the moving distance of the first focus lens group can be shortened by moving the second focus lens group including at least one lens of the first refractive optical system. For this reason, interference between the first focus lens group and the first intermediate image can be suppressed, and focusing can be performed with little movement of the imaging position of the first intermediate image. Therefore, it is possible to provide a compact projection optical system that can easily suppress fluctuations in the imaging performance of the projected image.
  • the second focus lens group includes a second distance correction lens group that moves when focusing is performed with respect to a change in the optical distance between the first reflecting surface and the second image surface. It is easy to project a clear enlarged image in which focus fluctuations associated with changes in a wide range of projection distance are suppressed.
  • the second focus lens group preferably includes a second temperature correction lens group that moves when focusing is performed on a change in ambient temperature of the projection optical system.
  • the first reflecting surface does not move when focusing on a change in optical distance between the first reflecting surface and the second image surface. Focusing can be performed without changing the optical distance between the first image surface and the first reflecting surface by not moving the first reflecting surface with respect to the change in the projection distance. For this reason, the influence (tolerance sensitivity) which the attachment tolerance of a 1st reflective surface has on the imaging performance of a projection image can be reduced.
  • the first refractive optical system includes a meniscus negative lens having a convex surface facing the enlargement side
  • the second refractive optical system has a convex surface on the reduction side located closest to the reduction side of the second refractive optical system. It is desirable to include a directed meniscus type positive lens. By sandwiching the first intermediate image between the convex surface of the negative lens located closer to the reduction side than the first intermediate image and the convex surface of the positive lens located closer to the magnification side than the first intermediate image, coma aberration and Generation of spherical aberration can be suppressed. It is desirable that the negative lens is located on the most enlargement side of the first refractive optical system.
  • the convex surface of the negative lens and the convex surface of the positive lens aspherical, it is possible to effectively correct off-axis aberrations such as field curvature, astigmatism and distortion.
  • the Petzval sum PTZ1 of the first refractive optical system, the third-order aberration coefficient DST1 of distortion of the first refractive optical system, and the third-order aberration coefficient TCO1 of coma aberration of the first refractive optical system satisfy the following condition (1 It is desirable to satisfy () to (3).
  • the correction effect of the field curvature of the second refractive optical system is made larger than that of the first refractive optical system according to the condition (1), and the first refractive optical system is satisfied according to the condition (2).
  • the correction effect of the distortion of the second refractive optical system is made larger than that of the first refractive optical system, and the correction effect of the coma aberration of the first refractive optical system and the second refractive optical system is made almost equal by the condition (3). For this reason, the correction burden of the second refractive optical system can be reduced. Therefore, it is easy to simplify the configuration of the second refractive optical system and make the second refractive optical system compact.
  • the field curvature amount FC1 of the first intermediate image and the field curvature amount FC2 of the second intermediate image satisfy the following conditions (4) and (5). 0 ⁇ FC1 ⁇ FC2 (4) 0.03 ⁇
  • the chief ray emitted from the first intermediate image is directed to the optical axis side of the second refractive optical system.
  • Another aspect of the present invention is a projector apparatus having the above-described projection optical system and a light modulator that forms an image on a first image plane.
  • the projection optical system of the projection system includes a first refractive optical system that forms a first intermediate image on the enlargement side by light incident from the reduction side, and a second intermediate image on the reduction side on the enlargement side.
  • a second refractive optical system that forms an intermediate image and a first reflective optical system that includes a first reflecting surface having a positive refractive power and located closer to the magnification side than the second intermediate image.
  • the mechanism includes a mechanism for moving at least one lens included in the second refractive optical system.
  • the projection optical system includes a first refractive optical system that forms a first intermediate image on the enlargement side by light incident from the reduction side, and a first intermediate image on the reduction side as a second intermediate image on the enlargement side.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection optical system according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a ray diagram of the projection optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating lens data of the projection optical system according to the first embodiment.
  • It is a figure which shows various numerical values of the projection optical system which concerns on 1st Embodiment, (a) shows the lens space
  • FIG. 6 is a distortion diagram at a second projection position of the projection optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a distortion diagram at a first projection position of the projection optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a distortion aberration diagram at a second projection position of the projection optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a ray diagram of a projection optical system according to a third embodiment. The light ray figure of the projection optical system which concerns on 4th Embodiment.
  • FIG. 10 is a ray diagram of a projection optical system according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a projector apparatus using a projection optical system according to the present invention.
  • the projector (projector apparatus) 6 projects a light modulator (light valve) 7, an illumination optical system 8 for irradiating the light valve 7 with illumination light for modulation, and an image formed by the light valve 7 on a screen 9.
  • Projection system 150 uses the image plane of the light valve 7 as the first image plane on the reduction side, and enlarges and projects the image of the light valve 7 onto the screen 9 as the second image plane on the enlargement side as the projection light 90.
  • a focusing mechanism (focusing unit) 80 that performs the focusing of the projection optical system 1.
  • the light valve 7 is not limited as long as it can form an image such as an LCD (liquid crystal panel), a digital mirror device (DMD), or an organic EL. Also good.
  • the light valve 7 may be a reflective LCD or a transmissive LCD.
  • the illumination optical system 8 is connected to the optical axis 100 of the projection optical system 1 with respect to the light valve 7. Located on the opposite side of the direction.
  • a typical light valve 7 is a single-plate video projector that employs DMD.
  • An illumination optical system 8 includes a white light source such as a halogen lamp and a disk-shaped rotating color dividing filter (color wheel). However, the image of the three primary colors of red, green and blue is formed in a time division manner.
  • DMD 7 indicates the position of the first image plane of the DMD.
  • the screen 9 may be a wall surface or a white board, and the projector 6 may be a front projector or a rear projector including a screen.
  • the projection optical system 1 is a projection optical system that projects from the DMD 7 that is the first image surface on the reduction side to the screen 9 that is the second image surface on the enlargement side.
  • the projection optical system 1 includes a plurality of lenses, includes a first refractive optical system 10 that forms a first intermediate image 51 on the enlargement side by light incident from the reduction side, and a plurality of lenses.
  • a second refractive optical system 20 that forms the first intermediate image 51 as a second intermediate image 52 on the enlargement side, and a first refractive power first lens located on the enlargement side with respect to the second intermediate image 52
  • a first reflecting optical system 30 including a reflecting surface 31a.
  • a focusing unit 80 that performs focusing of the projection optical system 1 includes a distance detection unit 81 that detects an optical distance (projection distance) between the first reflecting surface 31a and the screen 9, and a temperature that detects the ambient temperature of the projection optical system 1. And a detection unit 82.
  • the focusing unit 80 detects at least one of the first refractive optical system 10, the second refractive optical system 20, and the first reflective optical system 30 with respect to the change in the projection distance detected by the distance detection unit 81.
  • a first mechanism for moving the lens and / or reflecting surface may be provided. Further, the focusing unit 80 is included in at least the first refractive optical system 10, the second refractive optical system 20, and the first reflective optical system 30 with respect to a change in ambient temperature detected by the temperature detection unit 82.
  • a second mechanism for moving one lens and / or the reflecting surface may be provided.
  • the projection optical system 1 an image formed by the first intermediate image 51, the second intermediate image 52, and the first reflecting surface 31 a is converted into the first refractive optical system 10 and the second refractive optical system.
  • Each of the 20 common optical axes 100 is inverted.
  • the projection optical system 1 can be designed such that a light beam (principal light beam) 90 from the center of the DMD 7 to the center of the screen 9 intersects the optical axis 100 three times and reaches the screen 9. That is, the light beam 90 intersects the optical axis 100 twice between the DMD 7 and the first reflecting surface 31a.
  • the DMD 7 and the first reflecting surface 31a are in the same direction with respect to the optical axis 100, that is, the first direction 101a in the same direction with respect to the first surface 101 including the optical axis 100 (downward in FIG. 1). ).
  • the illumination optical system 8 that illuminates the DMD 7 in the first direction (downward) 101a the same space in the first direction 101a with the illumination optical system 8 and the first surface 101 is provided. 1 reflective surface 31a. Therefore, the height (thickness) of the projector 6 including the projection optical system 1 and the illumination optical system 8 can be reduced.
  • FIG. 2 shows the projection optical system 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a ray diagram of the projection optical system 1.
  • the projection optical system 1 is a fixed focus (single focus) type projection optical system in which the incident side (reduction side) does not perform non-telecentric scaling.
  • the projection optical system 1 includes a first refractive optical system 10 including six lenses L1 to L6 and a second refractive optical system including five lenses L7 to L11, which are arranged in order from the DMD 7 on the reduction side.
  • the system 20 includes a first reflecting optical system 30 including a single mirror (concave mirror) 31 having a first reflecting surface 31a.
  • an image formed on the DMD 7 that is the first image plane is converted into a second image by the first refractive optical system 10, the second refractive optical system 20, and the first reflective optical system 30.
  • the image is enlarged and projected on the screen 9 which is the image plane.
  • the first refractive optical system 10 and / or the second refractive optical system 20 may include a prism or mirror (mirror surface) for bending the optical axis 100 at an appropriate position.
  • the first refractive optical system 10 is a lens system having a positive refractive power as a whole, and is arranged in order from the DMD 7 side, a biconvex positive lens L1, and a cemented lens (balsam lens, Doublet) LB1, a biconvex positive lens L4, a biconvex positive lens L5, and a meniscus negative lens L6 having a convex surface S11 on the enlargement side.
  • the cemented lens LB1 includes a biconvex positive lens L2 and a biconcave negative lens L3, which are sequentially arranged from the DMD 7 side.
  • the convex surface S3 on the DMD 7 side (reduction side) of the positive lens L2 is an aspherical surface.
  • both surfaces of the negative lens L6, that is, the concave surface S10 on the DMD7 side and the convex surface S11 on the mirror 31 side (enlargement side) are also aspherical surfaces.
  • a DMD 7 is disposed on the reduction side of the first refractive optical system 10 with a cover glass CG interposed therebetween.
  • the first refractive optical system 10 converts an image formed by the DMD 7 that is the first image plane into the space 41 between the first refractive optical system 10 and the second refractive optical system 20 as a first intermediate.
  • An image 51 is formed.
  • the second refractive optical system 20 is a lens system having a positive refractive power as a whole, arranged in order from the DMD 7 side, a meniscus type positive lens L7 having a convex surface S12 on the reduction side, and a biconvex type It is composed of a positive lens L8, a meniscus type positive lens L9 having a convex surface S16 on the reduction side, and a cemented lens LB2 bonded with two sheets.
  • the cemented lens LB2 includes a meniscus negative lens L10 having a convex surface S18 facing the reduction side, and a biconvex positive lens L11.
  • Both surfaces of the positive lens L7, that is, the convex surface S12 on the DMD7 side and the concave surface S13 on the mirror 31 side are aspherical surfaces.
  • the second refractive optical system 20 forms a first intermediate image 51 as a second intermediate image 52 in a space 42 between the second refractive optical system 20 and the first reflecting surface 31a.
  • the first reflecting optical system 30 is a mirror system having a positive refractive power as a whole, and includes a mirror (concave mirror) 31 including a first reflecting surface (mirror surface) 31a.
  • the first reflecting surface 31a of the mirror 31 is aspheric.
  • the first reflective optical system 30 projects the image of the DMD 7 on the screen 9 by projecting the second intermediate image 52 onto the screen 9 that is the second image plane.
  • the lens surface and the mirror surface (reflection surface) included in the projection optical system 1 are rotationally symmetric spherical surfaces or aspherical surfaces, but may be rotationally asymmetric surfaces such as free-form surfaces. The same applies to the following embodiments.
  • the first intermediate image 51 and the second intermediate image 52 are imaged (reversed) on the opposite side with respect to the optical axis 100. For this reason, the light flux from the first intermediate image 51 to the second intermediate image 52 is concentrated around the optical axis 100 toward the enlargement side. Therefore, the lens diameter on the enlargement side of the second refractive optical system 20 can be made smaller than the lens diameter on the reduction side. For this reason, the second refractive optical system 20 can be made compact. Further, since the lens diameter on the enlargement side of the second refractive optical system 20 can be reduced, interference between the light beam (projected light) reflected by the first reflecting surface 31a and the second refractive optical system 20 can be suppressed. For this reason, the optical distance (air interval) between the second refractive optical system 20 and the first reflecting surface 31a can be easily shortened, and the first reflecting surface 31a can be reduced in size.
  • the second lens from the most magnifying side of the second refractive optical system 20 has a positive refractive power. Furthermore, it is desirable that the third lens from the most magnifying side of the second refractive optical system 20 has a positive refractive power. Furthermore, it is more desirable that the most magnified lens (final lens) of the second refractive optical system 20 is a cemented lens with convex surfaces facing both sides.
  • the projection optical system 1 of the present example has all of the above conditions, and a positive lens L9 having positive refractive power as the second and third lenses from the most magnifying side of the second refractive optical system 20.
  • a positive lens L8 is disposed, and a cemented lens LB2 having convex surfaces S18 and S20 directed on both sides is disposed as the final lens on the most magnifying side of the second refractive optical system 20.
  • the light beam reaching the second intermediate image 52 can be effectively converged without disposing a lens having a negative refractive power immediately before the final lens. Therefore, the lens diameter on the enlargement side of the second refractive optical system 20 can be further reduced. For this reason, interference between the light beam reflected by the first reflecting surface 31a and the second refractive optical system 20 can be suppressed, and there is no need to cut the lens on the enlargement side of the second refractive optical system 20.
  • the second refractive optical system 20 is constituted by a lens having a positive refractive power, except for or including the final lens.
  • the light flux from the first intermediate image 51 to the second intermediate image 52 can be easily concentrated around the optical axis 100, and projection light closer to the optical axis 100 can be emitted from the first reflecting surface 31a. Therefore, an area close to the optical axis 100 of the first reflecting surface 31a can be used effectively, and an image having a small elevation angle and a large angle of view with respect to the optical axis 100 can be enlarged and projected on the screen 9.
  • the first refractive optical system 10 forms a first intermediate image 51
  • the second intermediate optical system 20 forms a second intermediate image 51 on the enlargement side.
  • An image 52 is formed, and the second intermediate image 52 is enlarged and reflected by the first reflecting surface 31a.
  • the light path from the second intermediate image 52 to the screen 9 changes abruptly.
  • a large field curvature and distortion occur. It is difficult to design the first reflecting surface 31a to correct various aberrations such as field curvature and distortion (trapezoidal distortion).
  • the first reflecting surface 31a includes curvature of field and distortion
  • the second refractive optical system 20 mainly includes various aberrations generated by the first reflecting surface 31a.
  • a second intermediate image 52 in which field curvature and distortion are corrected is formed.
  • the first refractive optical system 10 corrects the coma generated by the correction of the second refractive optical system 20 and the field curvature and distortion left by the correction of the second refractive optical system 20.
  • the intermediate image 51 is formed. For this reason, it is possible to provide the projection optical system 1 capable of projecting a clear image with a super wide angle onto the screen 9.
  • the second refractive optical system 20 of the projection optical system 1 is a first focus lens that moves when performing focusing (focus adjustment) with respect to changes in the projection environment such as the projection distance, ambient temperature, and ambient humidity.
  • Group 61 is included.
  • the first focus lens group 61 of this example is a distance correction lens group (first lens) that moves when focusing is performed on a change in the optical distance (projection distance) V3 between the first reflecting surface 31a and the screen 9.
  • Distance correction lens group) 71 includes a first lens (positive lens) L7 located on the most reduction side among the five lenses L7 to L11 included in the second refractive optical system 20.
  • the projection optical system 1 is a pan-focus type optical system having an ultra-wide angle, an extremely short focal length, and a deep depth of field on the first image plane side. For this reason, when the distance between the projection optical system 1 and the screen 9 is changed, the range in which the image is not seen blurred, that is, the depth of focus on the second image plane side is also deep. Therefore, the focus fluctuation near the center of the projection image due to the change in the projection distance V3 is likely to be within the focal depth range, whereas the aberration fluctuation (image plane fluctuation) around the projection image tends to be large. In the projection optical system 1, the first lens L 7 of the distance correction lens group 71 is moved when performing focusing.
  • the first refractive optical system 10 and the first reflecting surface 31a do not move, and the first lens L7 of the second refractive optical system 20 has the first intermediate image 51 on the reduction side and the second lens on the enlargement side. And the intermediate image 52 in the direction of the optical axis 100. Therefore, focusing can be performed without changing the optical distance between the first intermediate image 51 and the first reflecting surface 31a. Therefore, it is possible to prevent the imaging position and imaging performance of the first intermediate image 51 from fluctuating. For this reason, by moving the first lens L7, it is easy to form the second intermediate image 52 in which the curvature of field and the variation in distortion associated with the change in the projection distance V3 are corrected.
  • the double-sided convex surface S12 and the concave surface S13 of the first lens L7 are aspheric. For this reason, the aberration variation accompanying the change of the projection distance V3 can be corrected more effectively.
  • the first lens L 7 is the lens closest to the first intermediate image 51 in the second refractive optical system 20.
  • the first intermediate image 51 In the vicinity of the imaging position of the first intermediate image 51, that is, on the enlargement side of the first intermediate image 51, the light beam 90 diverges, and the light flux for each angle of view is easily separated.
  • the first intermediate image 51 is formed substantially perpendicularly to the optical axis 100 so that the image plane slightly falls to the reduction side as the distance from the optical axis 100 increases. For this reason, the light beam 90 in the vicinity of the first intermediate image 51 is dispersed so as not to concentrate the light beam in a state of being nearly telecentric.
  • the first lens L7 that performs focusing at a position closest to the first intermediate image 51, it is possible to suppress aberration fluctuations associated with focusing without abruptly changing the light path when performing focusing. Fine adjustment for focusing can be performed while suppressing the lateral magnification (image magnification). For this reason, it is possible to project a clear enlarged image in which the focus fluctuation accompanying the change in the projection distance V3 is further suppressed.
  • the focusing unit 80 of this example includes a first mechanism that moves the first lens L7 included in the second refractive optical system 20 in response to a change in the projection distance V3 detected by the distance detection unit 81. .
  • the first mechanism moves the first lens L7. Is moved by about 0.64 mm from the reduction side to the enlargement side, that is, from the first intermediate image 51 side to the second intermediate image 52 side.
  • the first reflecting surface 31a does not move when focusing is performed on the change in the projection distance V3. If the mirror 31 is moved during focusing, eccentricity is likely to occur, and the imaging performance at near and far points tends to be unbalanced.
  • focusing can be completed in the second refractive optical system 20 by fixing the mirror 31 and moving the first lens L7 with respect to the change in the projection distance V3. For this reason, the influence (tolerance sensitivity) which the attachment tolerance (error) of the mirror 31 has on the imaging performance of the projected image can be reduced.
  • the first focus lens group 61 may include a distance correction lens group that moves when focusing is performed on the change in the projection distance V3.
  • the correction lens group is preferably composed of four lenses L8 to L11. Variations in curvature of field due to changes in the projection distance V3 can be corrected more satisfactorily.
  • Each of the distance correction lens groups may move independently or in conjunction with each other.
  • the first focus lens group 61 may include a temperature correction lens group (first temperature correction lens group) that moves when focusing is performed on a change in ambient temperature of the projection optical system 1.
  • the temperature correction lens group is preferably composed of five lenses L7 to L11. It is possible to project a clear magnified image in which a focus variation (back focus variation) due to a change in the refractive index of the lens accompanying a change in ambient temperature where the projection optical system 1 is installed is corrected.
  • the first refractive optical system 10 may include a second focus lens group that moves when focusing is performed with respect to a change in the projection environment.
  • the second focus lens group may include several distance correction lens groups (second distance correction lens groups) that move when performing focusing with respect to a change in the projection distance V3.
  • the distance correcting lens group includes those composed of four lenses L1 to L4 and those composed of two lenses L5 and L6.
  • the second focus lens group may include a temperature correction lens group (second temperature correction lens group) that moves when focusing is performed with respect to a change in ambient temperature.
  • the lens group is preferably composed of four lenses L1 to L4. That is, the four lenses L1 to L4 that move as the distance correction lens group may be moved as the temperature correction lens group.
  • Each of the temperature correction lens groups may move independently or in conjunction with each other.
  • the light flux for each angle of view is easily separated before and after the imaging position of the first intermediate image 51, that is, on the reduction side and the enlargement side of the first intermediate image 51.
  • a double-sided aspherical negative lens L 6 is arranged on the reduction side with only the air interval interposed between the first intermediate image 51 and only the air interval is set with respect to the first intermediate image 51.
  • a double-sided aspherical positive lens L7 is disposed on the enlarging side. Therefore, the first intermediate image 51 can be sandwiched between the aspherical convex surface S11 and the convex surface S12.
  • the DMD 7 and the first reflecting surface 31 a are disposed in a first direction 101 a that is the same direction with respect to the optical axis 100, and the principal ray 91 from the DMD 7 passes through the first intermediate image 51 to the first direction.
  • the reflection surface 31a is folded back. For this reason, the lens diameters of the negative lens L6 and the positive lens L7 before and after the first intermediate image 51 tend to be large. Therefore, by making the negative lens L6 and the positive lens L7 made of resin, various aberrations can be effectively corrected and cost can be easily reduced.
  • the refractive index optical system 20 can be designed such that the Petzval sum PTZ2, the third-order aberration coefficient DST2 of distortion, and the third-order aberration coefficient TCO2 of coma aberration satisfy the following conditions (1) to (3).
  • the effect of correcting the field curvature of the second refractive optical system 20 is made larger than that of the first refractive optical system 10 by the condition (1), and the first effect is obtained by the condition (2).
  • the distortion correction effect of the second refractive optical system 20 is made larger than that of the refractive optical system 10, and the coma aberration correction effect of the first refractive optical system 10 and the second refractive optical system 20 according to the condition (3).
  • the upper limit of condition (3) is preferably 0.25, and more preferably 0.1. Further, the lower limit of the condition (3) is preferably ⁇ 0.25, and more preferably ⁇ 0.1. The coma aberration can be canceled by the first refractive optical system 10 and the second refractive optical system 20.
  • the curvature of field FC1 of the first intermediate image 51 and the curvature of field FC2 of the second intermediate image 52 satisfy the following conditions (4) and (5).
  • the first intermediate image 51 and the second intermediate image 52 have the same curvature of field (symbol) according to the condition (4), and the condition (5)
  • the curvature of field FC1 of the intermediate image 51 is made larger than a predetermined amount, and the remaining curvature of field by the correction of the second refractive optical system 20 is corrected by the first refractive optical system 10.
  • each of the first intermediate image 51 and the second intermediate image 52 has a concave shape on the reduction side (convex shape on the enlargement side) by the first refractive optical system 10 and the second refractive optical system 20.
  • the image is formed so that the image plane faces.
  • Each of the first intermediate image 51 and the second intermediate image 52 may be formed so that an image surface having a convex shape on the reduction side (concave shape on the enlargement side) is directed.
  • the first refractive optical system 10 forms an image such that the image plane of the first intermediate image 51 tilts toward the reduction side as it moves away from the optical axis 100.
  • it can be designed such that the principal ray 91 emitted from the first intermediate image 51 is directed toward the optical axis 100, that is, inclined downward rather than telecentric toward the enlargement side. That is, it can be designed such that the ray angle ANG1 of the principal ray 91 emitted from the first intermediate image 51 satisfies the following condition (6).
  • the ray angle ANG1 of the principal ray 91 in the first intermediate image 51 is negative when the divergence direction is positive, that is, parallel to the optical axis 100. It can be designed to be a depression angle with respect to the first axis 111. For this reason, it is not necessary to increase the power of the second refractive optical system 20. Therefore, the lens diameter of the second refractive optical system 20 can be reduced.
  • FIG. 4 shows lens data of the projection optical system 1.
  • FIG. 5 shows various numerical values of the projection optical system 1.
  • Ri is a radius of curvature (mm) of each lens (each lens surface) arranged in order from the DMD (light valve) 7 side
  • di is a distance (mm) between each lens surface arranged in order from the DMD 7 side.
  • Nd represents the refractive index (d line) of each lens arranged in order from the DMD 7 side
  • ⁇ d represents the Abbe number (d line) of each lens arranged in order from the DMD 7 side.
  • “Flat” indicates a plane.
  • “En” means “10 to the power of n”, for example, “E-05” means “10 to the power of ⁇ 5”. The same applies to the following embodiments.
  • the air gap (optical distance, projection distance) V3 between the first reflecting surface 31a and the screen 9 is ⁇ 550 mm at the first projection position P1, and the second -700 mm at the projection position P2.
  • the air interval V1 (d11) between the negative lens L6 and the positive lens L7 The focusing is performed by changing the air gap V2 (d13) between the positive lens L7 and the positive lens L8.
  • the convex surface S3 of the positive lens L2, the concave surface S10 and the convex surface S11 of the negative lens L6, the convex surface S12 and the concave surface S13 of the positive lens L7, and the first reflecting surface 31a of the mirror 31 are aspherical surfaces.
  • the aspherical surface has a coefficient K in FIG. 5C, where X is a coordinate in the direction of the optical axis 100, Y is a coordinate perpendicular to the optical axis 100, the light traveling direction is positive, and R is a paraxial radius of curvature.
  • FIG. 6 shows a coma aberration diagram of the projection optical system 1 at the first projection position P1.
  • FIG. 7 shows a coma aberration diagram of the projection optical system 1 at the second projection position P2.
  • FIG. 8 shows a distortion diagram of the projection optical system 1 at the first projection position P1.
  • FIG. 9 shows a distortion diagram of the projection optical system 1 at the second projection position P2.
  • the coma aberration indicates a wavelength of 620 nm (dotted line), a wavelength of 550 nm (solid line), and a wavelength of 460 nm (dashed line).
  • FIG. 10 shows the projection optical system 2 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 shows a ray diagram of the projection optical system 2.
  • the projection optical system 2 is a fixed focus (single focus) type projection optical system in which the incident side (reduction side) does not perform telecentric magnification.
  • the projection optical system 2 includes a first refractive optical system 10 including 12 lenses L1 to L12 and a second refractive optical system including six lenses L13 to L18, which are arranged in order from the DMD 7 on the reduction side.
  • the system 20 includes a first reflecting optical system 30 including a single mirror (concave mirror) 31 having a first reflecting surface 31a.
  • an image formed on the DMD 7 that is the first image plane is converted into a second image by the first refractive optical system 10, the second refractive optical system 20, and the first reflective optical system 30.
  • the image is enlarged and projected on the screen 9 which is the image plane.
  • symbol is attached
  • the first refractive optical system 10 is a lens system having a positive refractive power as a whole, arranged in order from the DMD 7 side, a meniscus type positive lens L1 having a convex surface S2 on the enlargement side, and a convex surface on the reduction side.
  • the cemented lens LB1 is arranged in order from the DMD 7 side, the meniscus type negative lens L3 having the convex surface S5 facing the reduction side, the biconvex type positive lens L4, and the meniscus type having the convex surface S8 facing the magnification side. It comprises a negative lens L5.
  • the cemented lens LB2 includes a biconcave negative lens L6 and a biconvex positive lens L7, which are sequentially arranged from the DMD7 side.
  • the cemented lens LB3 includes a biconcave negative lens L11 and a biconvex positive lens L12, which are sequentially arranged from the DMD7 side.
  • a DMD 7 is arranged with a prism (TIR prism) Pr and a cover glass CG arranged in order from the enlargement side. Both surfaces of the negative lens L10, that is, the concave surface S16 on the DMD7 side and the convex surface S17 on the mirror 31 side are aspheric.
  • a diaphragm St is disposed on the mirror 31 side of the cemented lens LB2, that is, in the space between the cemented lens LB2 and the positive lens L8.
  • the second refractive optical system 20 is a lens system having a positive refractive power as a whole, arranged in order from the DMD 7 side, a meniscus type positive lens L13 having a convex surface S21 on the reduction side, and a convex surface on the enlargement side. Joining a meniscus type positive lens L14 facing S24, a meniscus type positive lens L15 having a convex surface S26 on the enlargement side, a meniscus type positive lens L16 having a convex surface S28 on the enlargement side, and bonding two pieces It consists of a lens LB4.
  • the cemented lens LB4 includes a meniscus negative lens L17 having a convex surface S29 on the reduction side, and a biconvex positive lens L18. Both surfaces of the positive lens L13, that is, the convex surface S21 on the DMD7 side and the concave surface S22 on the mirror 31 side are aspherical surfaces.
  • the second refractive optical system 20 of the projection optical system 2 includes a first focus lens group 61 that moves when performing focusing (focus adjustment) with respect to changes in the projection environment.
  • the first focus lens group 61 of this example is a distance correction lens group (first lens) that moves when focusing is performed on a change in the optical distance (projection distance) V5 between the first reflecting surface 31a and the screen 9.
  • Distance correction lens group) 71 is constituted by a first lens (positive lens) L13 located on the most reduction side among the six lenses L13 to L18 included in the second refractive optical system 20.
  • a positive lens L16 and a positive lens L15 having positive refractive power are arranged as the second and third lenses from the most magnifying side of the second refractive optical system 20, and the second As the most magnified lens (final lens) of the refractive optical system 20, a cemented lens LB4 having convex surfaces S29 and S31 directed on both sides is disposed. For this reason, the light beam reaching the second intermediate image 52 can be effectively converged without disposing a lens having a negative refractive power immediately before the final lens. Therefore, the lens diameter on the enlargement side of the second refractive optical system 20 can be further reduced.
  • the second refractive optical system 20 is constituted by a lens having a positive refractive power, except for or including the final lens.
  • the first lens L 13 of the distance correcting lens group 71 closest to the first intermediate image 51 in the second refractive optical system 20 is moved during focusing. . For this reason, it is possible to finely adjust the focus while suppressing aberration fluctuations accompanying focusing. Therefore, it is possible to project a clear enlarged image in which the variation in the curvature of field accompanying the change in the projection distance V5 is corrected.
  • the focusing unit 80 of this example includes a first mechanism that moves the first lens L13 included in the second refractive optical system 20 in response to a change in the projection distance V5 detected by the distance detection unit 81. .
  • the first mechanism moves the first lens L13. Focusing is performed by moving approximately 1.77 mm from the reduction side to the enlargement side.
  • the first refractive optical system 10 of the projection optical system 2 includes a second focus lens group 62 that moves when performing focusing with respect to a change in the projection environment.
  • the second focus lens group 62 of this example includes a distance correction lens group (second distance correction lens group) 72 that moves when focusing is performed with respect to a change in the projection distance V5.
  • the distance correcting lens group 72 includes seven lenses L2 to L8 included in the first refractive optical system 10.
  • the lenses L2 to L8 of the distance correction lens group 72 are moved in addition to the first lens L13 of the distance correction lens group 71 when performing focusing. That is, the lenses L2 to L8 move in the direction of the optical axis 100 between the reduction-side DMD 7 and the enlargement-side first intermediate image 51. Therefore, the moving distance of the first lens L13 can be shortened by moving the lenses L2 to L8. Therefore, interference between the first lens L13 and the first intermediate image 51 can be suppressed, and focusing can be performed without moving the image forming position of the first intermediate image 51 almost. For this reason, it is possible to project a clear magnified image in which focus variation accompanying a change in a wide range of the projection distance V5 is suppressed.
  • the first focus lens group 61 may include a distance correction lens group that moves when focusing is performed on the change in the projection distance V5.
  • the correction lens group is preferably composed of five lenses L14 to L18.
  • the first focus lens group 61 may include a temperature correction lens group (first temperature correction lens group) that moves when focusing is performed on a change in ambient temperature of the projection optical system 2.
  • the temperature correction lens group is preferably composed of six lenses L13 to L18.
  • the second focus lens group 62 may include a distance correction lens group that moves when focusing on a change in the projection distance V5.
  • the correction lens group is preferably composed of four lenses L9 to L12.
  • the second focus lens group 62 includes several temperature correction lens groups (second temperature correction lens groups) that move when focusing is performed on a change in the ambient temperature of the projection optical system 2.
  • Some of the temperature correcting lens groups may include one composed of one lens L1 and one composed of twelve lenses L1 to L12.
  • FIG. 12 shows lens data of the projection optical system 2.
  • FIG. 13 shows various numerical values of the projection optical system 2.
  • the air gap (optical distance, projection distance) V5 between the first reflecting surface 31a and the screen 9 is ⁇ 469 mm at the first projection position P1, and the second -1449 mm at the projection position P2.
  • the air gap V1 (d2) between the positive lens L1 and the positive lens L2
  • FIG. 14 shows a coma aberration diagram of the projection optical system 2 at the first projection position P1.
  • FIG. 15 shows a coma aberration diagram of the projection optical system 2 at the second projection position P2.
  • FIG. 16 shows a distortion diagram of the projection optical system 2 at the first projection position P1.
  • FIG. 17 shows a distortion diagram of the projection optical system 2 at the second projection position P2.
  • the coma aberration indicates a wavelength of 650 nm (dotted line), a wavelength of 550 nm (solid line), and a wavelength of 440 nm (dashed line).
  • FIG. 18 shows the projection optical system 3 according to the third embodiment.
  • the projection optical system 3 is a type of projection optical system in which the projection optical system 2 is bent in the middle of the first refractive optical system 10.
  • the first refractive optical system 10 of the projection optical system 3 includes a mirror 95 for bending the optical axis 100 substantially at a right angle in the space between the positive lens L8 and the positive lens L9.
  • the total length of the projection optical system 3 can be shortened by the mirror 95 bending the first refractive optical system 10.
  • the illumination optical system 8 and the focusing mechanism 80 in a space 99 formed by bending the first refractive optical system 10, the projector 6 including the projection optical system 3, the illumination optical system 8, and the like. Can be miniaturized.
  • FIG. 19 shows the projection optical system 4 according to the fourth embodiment.
  • the projection optical system 4 is a type of projection optical system in which the projection optical system 2 is bent in the middle of the second refractive optical system 20.
  • FIG. 20 shows a projection optical system 5 according to the fifth embodiment.
  • the projection optical system 5 is a type of projection optical system in which the projection optical system 2 is bent between the second refractive optical system 20 and the mirror 31.
  • the second refractive optical system 20 and the mirror 31 can be reduced in size, so that the projection direction of the projection light is changed in the vicinity of the mirror 31.
  • projection optical systems 3 to 5 may include a plurality of prisms and mirrors (mirror surfaces) for bending a plurality of optical paths at appropriate positions.
  • this invention is not limited to these embodiment, What was prescribed
  • the entire refractive optical system of the first refractive optical system and the second refractive optical system may be moved, and the second refractive optical system and The first reflective optical system may be moved, the entire projection optical system of the first refractive optical system, the second refractive optical system, and the first reflective optical system may be moved. Only the system may be moved.
  • the present optical system having the first refractive optical system, the second refractive optical system, and the first reflective optical system can be used for various applications including not only for projection but also for photographing.
  • the lens surface and the mirror surface (reflection surface) included in the projection optical system may be a rotationally symmetric spherical surface or an aspherical surface, or may be a rotationally asymmetric surface, for example, a free-form surface.
  • the optical axis of the first refractive optical system and the optical axis of the second refractive optical system may be common or may be decentered (shifted).
  • the projection optical system may be a fixed focus type that does not perform zooming or a variable focus (zoom) type that performs zooming.
  • at least one of the lenses included in the first refractive optical system and the second refractive optical system and / or the reflective surface included in the first reflective optical system may be decentered from the optical axis.
  • the optical axis of each optical system includes the optical axis of the main optical element.
  • the optical axis of the first refractive optical system and the optical axis of the second refractive optical system may be common or may be decentered (shifted).
  • a refractive optical system may be further provided on the enlargement side of the first reflective optical system. It is also possible to use an anamorphic optical element for the lens and / or reflecting surface included in the projection optical system.

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Abstract

　縮小側のＤＭＤ（７）から拡大側のスクリーン（９）へ投射する投射光学系（２）であって、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像（５１）を結像する第１の屈折光学系（１０）と、縮小側の第１の中間像（５１）を拡大側に第２の中間像（５２）として結像する第２の屈折光学系（２０）と、第２の中間像（５２）よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面（３１ａ）を含む第１の反射光学系（３０）とを有し、第２の屈折光学系（２０）は、フォーカシングを行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群（６１）を含み、第１のフォーカスレンズ群（６１）は、第２の屈折光学系（２０）に含まれる第１のレンズ（Ｌ１３）を含む。

Description

投射光学系およびプロジェクタ装置
　本発明は、プロジェクタ装置の投射光学系に関するものである。
　日本国特許公開２００４－２５８６２０号公報（文献１）には、投射画面の大画面化を図りつつ、投射装置外の投影空間を縮小するために、反射面を含む結像光学系を採用しつつ、色収差も補正可能な投射光学系およびこのような投射光学系を用いる画像投射装置を実現することが記載されている。そのため、この文献１には、ライトバルブの投影側にライトバルブの側から第１、第２の光学系を上記順序に配し、第１の光学系は１以上の屈折光学系を含み、正のパワーを有し、第２の光学系はパワーを有する反射面を１以上含み、正のパワーを有し、ライトバルブにより形成された画像を第１及び第２の光学系の光路上に中間像として結像させ、中間像をさらに拡大してスクリーン上に投射することが記載されている。
　プレゼンテーション用や学校教育用などの様々な用途において、広角で鮮明な画像を投射する投射光学系が求められている。
　本発明の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系である。この投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを有し、第２の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群を含み、第１のフォーカスレンズ群は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む。
　この投射光学系においては、第１の屈折光学系が第１の中間像を結像し、その第１の中間像を第２の屈折光学系が拡大側に第２の中間像として結像し、その第２の中間像を第１の反射面が拡大して反射させている。このため、第２の中間像を拡大反射する際に発生する収差を第１の反射面において補正するように設計することは容易ではない。この投射光学系においては、第２の屈折光学系が第１の反射面により発生する像面湾曲などを補正した第２の中間像を結像させ、第１の屈折光学系が第２の屈折光学系により発生するコマ収差などを補正した第１の中間像を結像させやすい。したがって、拡大された鮮明な画像を投射しやすい。さらに、この投射光学系においては、フォーカシングを行う際に、第２の屈折光学系の少なくとも１つのレンズを含む第１のフォーカスレンズ群を移動させている。このため、投射距離などの変化に伴う収差変動を補正した第２の中間像を結像させやすく、投射画像の結像性能の変動も抑制しやすい。
　広角で焦点距離が短い投射光学系においては被写界深度が深く、焦点深度も深くなりやすい。このため、第１の反射面および第２の像面の光学的距離（投射距離）の変化に伴う、投射画像の中心近傍におけるピント変動を抑制しやすいのに対して、投射画像の周辺における像面湾曲の変動は大きくなりやすい。したがって、第１のフォーカスレンズ群は、第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の距離補正用レンズ群を含むことが望ましい。投射距離の変化に伴う像面湾曲の変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。
　第１の中間像の結像位置の近傍においては画角ごとの光束が分離しやすい。このため、第１の距離補正用レンズ群は、第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する第１のレンズを含むことが望ましい。フォーカシングを行う際に、第１の中間像に最も近い第１のレンズを動かすことにより、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながら、ピントの微調整を行うことができる。したがって、投射距離の変化に伴うピント変動をいっそう抑制した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。
　第１のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含むことが望ましい。投射光学系を設置する周辺温度の変化に伴う、レンズの屈折率の変化によるピント変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。
　第１の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を含み、第２のフォーカスレンズ群は、第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含むことが望ましい。フォーカシングを行う際に、第１の屈折光学系の少なくとも１つのレンズを含む第２のフォーカスレンズ群を移動させることにより、第１のフォーカスレンズ群の移動距離を短くできる。このため、第１のフォーカスレンズ群と第１の中間像との干渉を抑制でき、第１の中間像の結像位置をほとんど動かすことなくフォーカシングを行うことができる。したがって、投射画像の結像性能の変動を抑制しやすい、コンパクトな投射光学系を提供できる。
　第２のフォーカスレンズ群は、第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の距離補正用レンズ群を含むことが望ましい。広範囲の投射距離の変化に伴うピント変動を抑制した、鮮明な拡大画像を投射しやすい。第２のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含むことが望ましい。
　第１の反射面は第１の反射面および第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に動かないことが望ましい。投射距離の変化に対して第１の反射面を動かさないことにより、第１の像面および第１の反射面の光学的距離を変えずにフォーカシングを行うことができる。このため、第１の反射面の取り付け公差が投射画像の結像性能に与える影響（公差感度）を低減できる。
　第１の屈折光学系は、拡大側に凸面を向けたメニスカスタイプの負レンズを含み、第２の屈折光学系は、当該第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する縮小側に凸面を向けたメニスカスタイプの正レンズを含むことが望ましい。第１の中間像を、第１の中間像よりも縮小側に位置する負レンズの凸面と、第１の中間像よりも拡大側に位置する正レンズの凸面とにより挟むことにより、コマ収差および球面収差の発生を抑制できる。負レンズは第１の屈折光学系の最も拡大側に位置することが望ましい。第１の中間像の結像位置の近傍においては画角ごとの光束が分離しやすい。したがって、負レンズの凸面および正レンズの凸面を非球面とすることにより、像面湾曲、非点収差および歪曲収差などの軸外収差を効果的に補正できる。
　この投射光学系においては、第１の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ１と、第１の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１と、第１の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、第２の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ２と、第２の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２と、第２の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件（１）～（３）を満たすことが望ましい。
　｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜　　　　　　　　　・・・・・（１）
　｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜　　　　　　　　　・・・・・（２）
　－０．５＜｜ＴＣＯ１｜－｜ＴＣＯ２｜＜０．５・・・・・（３）
　この投射光学系においては、条件（１）により、第１の屈折光学系よりも第２の屈折光学系の像面湾曲の補正効果を大きくし、条件（２）により、第１の屈折光学系よりも第２の屈折光学系の歪曲収差の補正効果を大きくし、条件（３）により、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系のコマ収差の補正効果をほぼ等しくしている。このため、第２の屈折光学系の補正負担を軽減できる。したがって、第２の屈折光学系の構成を簡素化し、第２の屈折光学系をコンパクトにしやすい。
　さらに、第１の中間像の像面湾曲量ＦＣ１と、第２の中間像の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件（４）および（５）を満たすことが望ましい。
　０＜ＦＣ１×ＦＣ２　　　　　　　　　　　　　・・・・・（４）
　０．０３＜｜ＦＣ１｜　　　　　　　　　　　　・・・・・（５）
　この投射光学系においては、第１の中間像から出射する主光線は第２の屈折光学系の光軸の側を向いていることが望ましい。
　本発明の他の態様の１つは、上記の投射光学系と、第１の像面に画像を形成する光変調器とを有するプロジェクタ装置である。
　本発明の他の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系と、投射光学系のフォーカシングを行うフォーカシング機構とを有する投射システムである。この投射システムの投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、フォーカシング機構は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構を含む。
　本発明の他の態様の１つは、縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系のフォーカシングを行う方法である。投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、縮小側の第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、当該方法は、第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かすことを含む。
本発明に係る投射光学系を用いたプロジェクタ装置の概略構成を示す図。 第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成を示す図。 第１の実施形態に係る投射光学系の光線図。 第１の実施形態に係る投射光学系のレンズデータを示す図。 第１の実施形態に係る投射光学系の諸数値を示す図であり、（ａ）は第１および第２の投射位置におけるレンズ間隔を示し、（ｂ）は基本データを示し、（ｃ）は非球面データを示す。 第１の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置におけるコマ収差図。 第１の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置におけるコマ収差図。 第１の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置における歪曲収差図。 第１の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置における歪曲収差図。 第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成を示す図。 第２の実施形態に係る投射光学系の光線図。 第２の実施形態に係る投射光学系のレンズデータを示す図。 第２の実施形態に係る投射光学系の諸数値を示す図であり、（ａ）は第１および第２の投射位置におけるレンズ間隔を示し、（ｂ）は基本データを示し、（ｃ）は非球面データを示す。 第２の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置におけるコマ収差図。 第２の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置におけるコマ収差図。 第２の実施形態に係る投射光学系の第１の投射位置における歪曲収差図。 第２の実施形態に係る投射光学系の第２の投射位置における歪曲収差図。 第３の実施形態に係る投射光学系の光線図。 第４の実施形態に係る投射光学系の光線図。 第５の実施形態に係る投射光学系の光線図。
　図１に、本発明に係る投射光学系を用いたプロジェクタ装置の概略構成を示している。プロジェクタ（プロジェクタ装置）６は、光変調器（ライトバルブ）７と、ライトバルブ７に変調用の照明光を照射する照明光学系８と、ライトバルブ７により形成された画像をスクリーン９へ投射する投射システム１５０とを有する。この投射システム１５０は、ライトバルブ７の像面を縮小側の第１の像面とし、ライトバルブ７の画像を投影光９０として拡大側の第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射する投射光学系１と、投射光学系１のフォーカシングを行うフォーカシング機構（フォーカシングユニット）８０とを含む。
　ライトバルブ７は、ＬＣＤ（液晶パネル）、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）または有機ＥＬなどの画像を形成できるものであればよく、単板式であっても、各色の画像をそれぞれ形成する方式であってもよい。また、ライトバルブ７は、反射型のＬＣＤであっても透過型のＬＣＤであってもよく、透過型の場合の照明光学系８はライトバルブ７に対して投射光学系１の光軸１００の方向の反対側に配置される。典型的なライトバルブ７はＤＭＤを採用した単板式のビデオプロジェクタであり、照明光学系８は、ハロゲンランプなどの白色光源と、円盤型の回転色分割フィルタ（カラーホイール）とを備えて、ＤＭＤ７が、赤、緑、青の３原色の画像を時分割で形成するものである。なお、図１において、ＤＭＤ７はＤＭＤの第１の像面の位置を示す。スクリーン９は壁面やホワイトボードなどであってもよく、プロジェクタ６はフロントプロジェクタであっても、スクリーンを含むリアプロジェクタであってもよい。
　この投射光学系１は、縮小側の第１の像面であるＤＭＤ７から拡大側の第２の像面であるスクリーン９へ投射する投射光学系である。投射光学系１は、複数のレンズを含み、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像５１を結像する第１の屈折光学系１０と、複数のレンズを含み、縮小側の第１の中間像５１を拡大側に第２の中間像５２として結像する第２の屈折光学系２０と、第２の中間像５２よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面３１ａを含む第１の反射光学系３０とを有する。
　投射光学系１のフォーカシングを行うフォーカシングユニット８０は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）を検出する距離検出ユニット８１と、投射光学系１の周辺温度を検出する温度検出ユニット８２とを有する。フォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離の変化に対して、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０に含まれる少なくとも１つのレンズおよび／または反射面を動かす第１の機構を備えていてもよい。さらに、フォーカシングユニット８０は、温度検出ユニット８２により検出された周辺温度の変化に対して、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０に含まれる少なくとも１つのレンズおよび／または反射面を動かす第２の機構を備えていてもよい。
　この投射光学系１においては、第１の中間像５１、第２の中間像５２および第１の反射面３１ａにより結像される像が、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０の共通する光軸１００に対してそれぞれ反転する。このため、ＤＭＤ７の中心からスクリーン９の中心に至る光線（主光線）９０が光軸１００と３回交差してスクリーン９に至るように投射光学系１を設計できる。すなわち、ＤＭＤ７と第１の反射面３１ａとの間では光線９０が光軸１００と２回交差する。このため、ＤＭＤ７と第１の反射面３１ａとを光軸１００に対して同じ方向、すなわち光軸１００を含む第１の面１０１に対して同方向の第１の方向１０１ａ（図１において下方向）に配置できる。このため、ＤＭＤ７を照明する照明光学系８を第１の方向（下方向）１０１ａに配置することにより、第１の面１０１に対して同じ第１の方向１０１ａのスペースを照明光学系８と第１の反射面３１ａとで共有できる。したがって、投射光学系１および照明光学系８を含めたプロジェクタ６の高さ（厚さ）を薄型化できる。
　図２に、第１の実施形態に係る投射光学系１を示している。図３に、投射光学系１の光線図を示している。この投射光学系１は、入射側（縮小側）が非テレセントリックの変倍を行わない固定焦点（単焦点）タイプの投射光学系である。投射光学系１は、縮小側のＤＭＤ７の側から順に配置された、６枚のレンズＬ１～Ｌ６を含む第１の屈折光学系１０と、５枚のレンズＬ７～Ｌ１１を含む第２の屈折光学系２０と、第１の反射面３１ａを備えた１枚のミラー（凹面鏡）３１を含む第１の反射光学系３０とを有する。この投射光学系１においては、第１の像面であるＤＭＤ７に形成された画像が、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０により、第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射される。なお、第１の屈折光学系１０および／または第２の屈折光学系２０は、適当な位置で光軸１００を折り曲げるためのプリズムやミラー（鏡面）を備えていてもよい。
　第１の屈折光学系１０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ１と、２枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ、ダブレット）ＬＢ１と、両凸タイプの正レンズＬ４と、両凸タイプの正レンズＬ５と、拡大側に凸面Ｓ１１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ６とから構成されている。接合レンズＬＢ１は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ２と、両凹タイプの負レンズＬ３とから構成されている。正レンズＬ２のＤＭＤ７の側（縮小側）の凸面Ｓ３は非球面である。さらに、負レンズＬ６の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凹面Ｓ１０およびミラー３１の側（拡大側）の凸面Ｓ１１も非球面である。第１の屈折光学系１０の縮小側には、カバーガラスＣＧを挟んでＤＭＤ７が配置されている。第１の屈折光学系１０は、第１の屈折光学系１０と第２の屈折光学系２０との間の空間４１に、第１の像面であるＤＭＤ７により形成された画像を第１の中間像５１として結像する。
　第２の屈折光学系２０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ１２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ７と、両凸タイプの正レンズＬ８と、縮小側に凸面Ｓ１６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ９と、２枚貼合の接合レンズＬＢ２とから構成されている。接合レンズＬＢ２は、縮小側に凸面Ｓ１８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０と、両凸タイプの正レンズＬ１１とから構成されている。正レンズＬ７の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凸面Ｓ１２およびミラー３１の側の凹面Ｓ１３は非球面である。第２の屈折光学系２０は、第２の屈折光学系２０と第１の反射面３１ａとの間の空間４２に、第１の中間像５１を第２の中間像５２として結像する。
　第１の反射光学系３０は、全体が正の屈折力のミラー系であり、第１の反射面（鏡面）３１ａを含むミラー（凹面鏡）３１から構成されている。ミラー３１の第１の反射面３１ａは非球面である。第１の反射光学系３０は、第２の像面であるスクリーン９に第２の中間像５２を投影することにより、ＤＭＤ７の画像をスクリーン９に拡大投射する。なお、投射光学系１に含まれるレンズ面および鏡面（反射面）は回転対称の球面または非球面であるが、回転非対称の面、たとえば自由曲面であってもよい。以降の実施形態においても同様である。
　この投射光学系１においては、第１の中間像５１と第２の中間像５２とが光軸１００に対して反対側に結像（逆転）する。このため、第１の中間像５１から第２の中間像５２に至る光束は拡大側に向かうにつれて光軸１００の周りに集中する。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径を縮小側のレンズ径に対して小さくできる。このため、第２の屈折光学系２０をコンパクトにできる。さらに、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径を小さくできるため、第１の反射面３１ａにより反射された光束（投影光）と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制できる。このため、第２の屈折光学系２０と第１の反射面３１ａとの光学的距離（空気間隔）を短くしやすく、第１の反射面３１ａを小型化できる。
　この投射光学系１においては、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目のレンズが正の屈折力を備えていることが好ましい。さらに、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から３つ目のレンズが正の屈折力を備えていることが望ましい。さらに、第２の屈折光学系２０の最も拡大側のレンズ（最終レンズ）が両側に凸面を向けた接合レンズであることがいっそう望ましい。本例の投射光学系１は、上記の条件を全て備えており、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目および３つ目のレンズとして正の屈折力を備えた正レンズＬ９および正レンズＬ８が配置され、第２の屈折光学系２０の最も拡大側の最終レンズとして両側に凸面Ｓ１８およびＳ２０を向けた接合レンズＬＢ２が配置されている。このため、最終レンズの直前に負の屈折力のレンズを配置することなく、第２の中間像５２に至る光束を効果的に収束させることができる。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径をいっそう小型化できる。このため、第１の反射面３１ａにより反射された光束と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制でき、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズをカットする必要もない。したがって、第２の屈折光学系２０は、最終レンズを除いてまたは含めて全て正の屈折力のレンズにより構成されていることが望ましい。第１の中間像５１から第２の中間像５２に至る光束を光軸１００の周りに集中させやすく、第１の反射面３１ａから、より光軸１００に近い投影光を射出できる。したがって、第１の反射面３１ａの光軸１００に近い領域まで有効に利用でき、光軸１００に対し仰角は小さく、画角が大きな像をスクリーン９に拡大投影できる。
　この投射光学系１においては、第１の屈折光学系１０が第１の中間像５１を結像し、その第１の中間像５１を第２の屈折光学系２０が拡大側に第２の中間像５２として結像し、その第２の中間像５２を第１の反射面３１ａが拡大して反射させている。このため、第１の反射面３１ａにおいて第２の中間像５２を拡大反射する際、第２の中間像５２からスクリーン９に至る光線経路が急激に変化するので、ＤＭＤ７の画像を超広角化（広画角化）できる反面、大きな像面湾曲および歪曲収差が発生する。第１の反射面３１ａにおいて像面湾曲および歪曲収差（台形歪み）などの諸収差を補正するように設計することは困難である。したがって、この投射光学系１においては、第１の反射面３１ａは像面湾曲および歪曲収差を含むものとし、第２の屈折光学系２０が第１の反射面３１ａにより発生する諸収差の内、主に像面湾曲および歪曲収差を補正した第２の中間像５２を結像させている。さらに、第１の屈折光学系１０が第２の屈折光学系２０の補正により発生するコマ収差と、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲および歪曲収差とを補正した第１の中間像５１を結像させている。このため、超広角の鮮明な画像をスクリーン９に投射可能な投射光学系１を提供できる。
　さらに、この投射光学系１の第２の屈折光学系２０は、投射距離、周辺温度、周辺湿度などの投射環境の変化に対してフォーカシング（焦点調整）を行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群６１を含む。本例の第１のフォーカスレンズ群６１は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第１の距離補正用レンズ群）７１を含む。距離補正用レンズ群７１は、第２の屈折光学系２０に含まれる５枚のレンズＬ７～Ｌ１１の内の最も縮小側に位置する第１のレンズ（正レンズ）Ｌ７により構成されている。
　この投射光学系１は、超広角で焦点距離が極めて短く、第１の像面の側の被写界深度が深いパンフォーカスタイプの光学系である。このため、投射光学系１とスクリーン９との距離を変化させたときに像がぼやけて見えない範囲、すなわち第２の像面の側の焦点深度も深い。したがって、投射距離Ｖ３の変化に伴う、投射画像の中心近傍におけるピント変動を焦点深度の範囲に収めやすいのに対して、投射画像の周辺における収差変動（像面変動）は大きくなりやすい。この投射光学系１においては、フォーカシングを行う際に、距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ７を移動させている。すなわち、第１の屈折光学系１０および第１の反射面３１ａは動かず、第２の屈折光学系２０の第１のレンズＬ７が、縮小側の第１の中間像５１と拡大側の第２の中間像５２との間を光軸１００の方向に移動する。このため、第１の中間像５１および第１の反射面３１ａの光学的距離を変えずにフォーカシングを行うことができる。したがって、第１の中間像５１の結像位置および結像性能が変動することを防止できる。このため、第１のレンズＬ７を移動させることにより、投射距離Ｖ３の変化に伴う像面湾曲および歪曲収差の変動を補正した第２の中間像５２を結像させやすい。したがって、投射距離Ｖ３の変化に伴う収差変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。さらに、第１のレンズＬ７の両面凸面Ｓ１２および凹面Ｓ１３は非球面である。このため、投射距離Ｖ３の変化に伴う収差変動をいっそう効果的に補正できる。
　さらに、第１のレンズＬ７は第２の屈折光学系２０の中で最も第１の中間像５１に近いレンズである。第１の中間像５１の結像位置の近傍、すなわち第１の中間像５１の拡大側においては光線９０が発散し、画角ごとの光束が分離しやすい。さらに、第１の中間像５１は、光軸１００から離れるにつれて像面が縮小側に僅かに倒れるように、光軸１００に対し略垂直に結像されている。このため、第１の中間像５１の近傍の光線９０は略テレセントリックに近い状態で光束が集中しないように分散している。したがって、フォーカシングを行う第１のレンズＬ７を第１の中間像５１に最も近い位置に配置することにより、フォーカシングを行う際に光線経路を急激に変化させることなく、フォーカシングに伴う収差変動を抑えるとともに横倍率（像倍率）を抑えながら、ピント合わせの微調整を行うことができる。このため、投射距離Ｖ３の変化に伴うピント変動をいっそう抑制した、鮮明な拡大画像を投射できる。
　本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ３の変化に対して、第２の屈折光学系２０に含まれる第１のレンズＬ７を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ３＝－５５０ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ３＝－７００ｍｍ）へ投射距離Ｖ３が変化すると、第１の機構が第１のレンズＬ７を縮小側から拡大側へ、すなわち第１の中間像５１の側から第２の中間像５２の側へ約０．６４ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。
　さらに、第１の反射面３１ａは投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に動かない。フォーカシングを行う際にミラー３１を動かすと偏芯が発生しやすく、近点および遠点の結像性能が不均衡となりやすい。この投射光学系１においては、投射距離Ｖ３の変化に対してミラー３１を固定し、第１のレンズＬ７を移動させることにより、第２の屈折光学系２０の中でフォーカシングを完結できる。このため、ミラー３１の取り付け公差（誤差）が投射画像の結像性能に与える影響（公差感度）を低減できる。
　なお、第１のフォーカスレンズ群６１は、距離補正用レンズ群７１の他に、投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ８～Ｌ１１から構成されていることが好ましい。投射距離Ｖ３の変化に伴う像面湾曲の変動をさらに良好に補正できる。距離補正用レンズ群のそれぞれは、独立または連動して移動してもよい。
　また、第１のフォーカスレンズ群６１は、投射光学系１の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第１の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、５枚のレンズＬ７～Ｌ１１から構成されていることが好ましい。投射光学系１を設置する周辺温度の変化に伴う、レンズの屈折率の変化によるピント変動（バックフォーカス変動）を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。
　また、第１の屈折光学系１０は、投射環境の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を備えていてもよい。第２のフォーカスレンズ群は、投射距離Ｖ３の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する幾つかの距離補正用レンズ群（第２の距離補正用レンズ群）を備えていてもよく、幾つかの距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ１～Ｌ４から構成されているものや、２枚のレンズＬ５およびＬ６から構成されているものを含む。さらに、第２のフォーカスレンズ群は、周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第２の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ１～Ｌ４から構成されていることが好ましい。すなわち、距離補正用レンズ群として移動する４枚のレンズＬ１～Ｌ４を、温度補正用レンズ群として移動させてもよい。温度補正用レンズ群のそれぞれは、独立または連動して移動してもよい。
　この投射光学系１においては、第１の中間像５１の結像位置の前後、すなわち第１の中間像５１の縮小側および拡大側において画角ごとの光束が分離しやすい。この投射光学系１においては、第１の中間像５１に対して空気間隔のみを挟んだ縮小側に両面非球面の負レンズＬ６を配置し、第１の中間像５１に対して空気間隔のみを挟んだ拡大側に両面非球面の正レンズＬ７を配置している。このため、第１の中間像５１を、非球面形状の凸面Ｓ１１および凸面Ｓ１２により挟むことができる。したがって、コマ収差および球面収差の発生を抑制できるとともに、像面湾曲、非点収差および歪曲収差などの軸外収差も効果的に補正できる。さらに、ＤＭＤ７および第１の反射面３１ａは光軸１００に対して同方向の第１の方向１０１ａに配置されており、ＤＭＤ７からの主光線９１は第１の中間像５１を経由して第１の反射面３１ａへ折り返される。このため、第１の中間像５１の前後の負レンズＬ６および正レンズＬ７のレンズ径は大きくなりやすい。したがって、負レンズＬ６および正レンズＬ７を樹脂製とすることにより、諸収差を効果的に補正するとともに低コスト化を図りやすい。
　この投射光学系１においては、第１の屈折光学系１０のペッツバール和（像面湾曲の三次収差係数）ＰＴＺ１、歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１、およびコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、第２の屈折光学系２０のペッツバール和ＰＴＺ２、歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２、およびコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件（１）～（３）を満たすように設計できる。
　｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜　　　　　　　　　・・・・・（１）
　｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜　　　　　　　　　・・・・・（２）
　－０．５＜｜ＴＣＯ１｜－｜ＴＣＯ２｜＜０．５・・・・・（３）
　この投射光学系１においては、条件（１）により、第１の屈折光学系１０よりも第２の屈折光学系２０の像面湾曲の補正効果を大きくし、条件（２）により、第１の屈折光学系１０よりも第２の屈折光学系２０の歪曲収差の補正効果を大きくし、条件（３）により、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０のコマ収差の補正効果をほぼ等しくしている。すなわち、第１の反射面３１ａにより発生する像面湾曲および歪曲収差の大部分を第２の屈折光学系２０が補正し、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲および歪曲収差を第１の屈折光学系１０が補正することにより、第２の屈折光学系２０の補正負担を軽減している。したがって、第２の屈折光学系２０の構成を簡素化でき、第２の屈折光学系２０をコンパクトにできる。条件（３）の上限は、０．２５であることが望ましく、０．１であることがさらに望ましい。また、条件（３）の下限は、－０．２５であることが望ましく、－０．１であることがさらに望ましい。第１の屈折光学系１０と第２の屈折光学系２０とでコマ収差をキャンセルできる。
　この投射光学系１においては、第１の中間像５１の像面湾曲量ＦＣ１と、第２の中間像５２の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件（４）および（５）を満たすように設計できる。
　０＜ＦＣ１×ＦＣ２　　　　　　　　　　　　　・・・・・（４）
　０．０３＜｜ＦＣ１｜　　　　　　　　　　　　・・・・・（５）
　この投射光学系１においては、条件（４）により、第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれの像面湾曲の向き（符号）を同じにし、条件（５）により、第１の中間像５１の像面湾曲量ＦＣ１を所定の量よりも大きくし、第２の屈折光学系２０の補正により残った像面湾曲を第１の屈折光学系１０により補正している。本例では、第１の屈折光学系１０および第２の屈折光学系２０により、第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれが縮小側に凹形状（拡大側に凸形状）の像面を向けるように結像されている。第１の中間像５１および第２の中間像５２のそれぞれは、縮小側に凸形状（拡大側に凹形状）の像面を向けるように結像されていてもよい。
　さらに、第１の屈折光学系１０は、第１の中間像５１の像面が光軸１００から離れるにつれて縮小側に倒れるように傾けて結像させている。このため、第１の中間像５１から出射する主光線９１が光軸１００の側を向くように、すなわち拡大側に向けてテレセントリックよりも下り傾斜するように設計できる。すなわち、第１の中間像５１から出射する主光線９１の光線角度ＡＮＧ１が以下の条件（６）を満たすように設計できる。
　ＡＮＧ１＜０　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（６）
　この投射光学系１においては、条件（６）により、第１の中間像５１における主光線９１の光線角度ＡＮＧ１が、発散方向を正としたときに負となるように、すなわち光軸１００と平行な第１の軸１１１に対して俯角となるように設計できる。このため、第２の屈折光学系２０のパワーを強くする必要がない。したがって、第２の屈折光学系２０のレンズ径を小さくできる。
　図４に、投射光学系１のレンズデータを示している。図５に、投射光学系１の諸数値を示している。レンズデータにおいて、ＲｉはＤＭＤ（ライトバルブ）７の側から順に並んだ各レンズ（各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、ｎｄはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄはＤＭＤ７の側から順に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。図４において、Ｆｌａｔは平面を示している。図５（ｃ）において、「Ｅｎ」は「１０のｎ乗」を意味し、たとえば「Ｅ－０５」は「１０の－５乗」を意味する。以降の実施形態においても同様である。
　図５（ａ）に示すように、第１の反射面３１ａとスクリーン９との間の空気間隔（光学的距離、投射距離）Ｖ３は、第１の投射位置Ｐ１において－５５０ｍｍであり、第２の投射位置Ｐ２において－７００ｍｍである。この投射光学系１においては、第１の投射位置Ｐ１と第２の投射位置Ｐ２との間で投射距離Ｖ３が変化すると、負レンズＬ６と正レンズＬ７との間の空気間隔Ｖ１（ｄ１１）と、正レンズＬ７と正レンズＬ８との間の空気間隔Ｖ２（ｄ１３）とを変化させることによりフォーカシングを行う。
　また、正レンズＬ２の凸面Ｓ３と、負レンズＬ６凹面Ｓ１０および凸面Ｓ１１と、正レンズＬ７の凸面Ｓ１２および凹面Ｓ１３と、ミラー３１の第１の反射面３１ａとは、非球面である。非球面は、Ｘを光軸１００の方向の座標、Ｙを光軸１００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５（ｃ）の係数Ｋ、Ａ３、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２およびＡ１４を用いて次式で表わされる。以降の実施形態においても同様である。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ２／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（１／Ｒ）２Ｙ２｝１／２］
＋Ａ３Ｙ３＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋Ａ８Ｙ８＋Ａ１０Ｙ１０＋Ａ１２Ｙ１２＋Ａ１４Ｙ１４
　図６に、投射光学系１の第１の投射位置Ｐ１におけるコマ収差図を示している。図７に、投射光学系１の第２の投射位置Ｐ２におけるコマ収差図を示している。図８に、投射光学系１の第１の投射位置Ｐ１における歪曲収差図を示している。図９に、投射光学系１の第２の投射位置Ｐ２における歪曲収差図を示している。図６～図９に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な拡大画像を投射することができる。なお、コマ収差は、波長６２０ｎｍ（点線）と、波長５５０ｎｍ（実線）と、波長４６０ｎｍ（一点鎖線）とを示している。
　図１０に、第２の実施形態に係る投射光学系２を示している。図１１に、投射光学系２の光線図を示している。この投射光学系２は、入射側（縮小側）がテレセントリックの変倍を行わない固定焦点（単焦点）タイプの投射光学系である。投射光学系２は、縮小側のＤＭＤ７の側から順に配置された、１２枚のレンズＬ１～Ｌ１２を含む第１の屈折光学系１０と、６枚のレンズＬ１３～Ｌ１８を含む第２の屈折光学系２０と、第１の反射面３１ａを備えた１枚のミラー（凹面鏡）３１を含む第１の反射光学系３０とを有する。この投射光学系２においても、第１の像面であるＤＭＤ７に形成された画像が、第１の屈折光学系１０、第２の屈折光学系２０および第１の反射光学系３０により、第２の像面であるスクリーン９に拡大して投射される。なお、上記の実施形態と共通の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。以降の実施形態においても同様である。
　第１の屈折光学系１０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、拡大側に凸面Ｓ２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１と、縮小側に凸面Ｓ３を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２と、３枚貼合の接合レンズ（バルサムレンズ、トリプレット）ＬＢ１と、２枚貼合の接合レンズＬＢ２と、拡大側に凸面Ｓ１３を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ８と、両凸タイプの正レンズＬ９と、拡大側に凸面Ｓ１７を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０と、２枚貼合の接合レンズＬＢ３とから構成されている。接合レンズＬＢ１は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ５を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ３と、両凸タイプの正レンズＬ４と、拡大側に凸面Ｓ８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ５とから構成されている。接合レンズＬＢ２は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ６と、両凸タイプの正レンズＬ７とから構成されている。接合レンズＬＢ３は、ＤＭＤ７の側から順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ１１と、両凸タイプの正レンズＬ１２とから構成されている。第１の屈折光学系１０の縮小側には、拡大側から順に配置された、プリズム（ＴＩＲプリズム）Ｐｒと、カバーガラスＣＧとを挟んでＤＭＤ７が配置されている。負レンズＬ１０の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凹面Ｓ１６よびミラー３１の側の凸面Ｓ１７は非球面である。接合レンズＬＢ２のミラー３１の側、すなわち接合レンズＬＢ２および正レンズＬ８の間の空間には、絞りＳｔが配置されている。
　第２の屈折光学系２０は、全体が正の屈折力のレンズ系であり、ＤＭＤ７の側から順に配置された、縮小側に凸面Ｓ２１を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１３と、拡大側に凸面Ｓ２４を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１４と、拡大側に凸面Ｓ２６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１５と、拡大側に凸面Ｓ２８を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１６と、２枚貼合の接合レンズＬＢ４とから構成されている。接合レンズＬＢ４は、縮小側に凸面Ｓ２９を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１７と、両凸タイプの正レンズＬ１８とから構成されている。正レンズＬ１３の両面、すなわちＤＭＤ７の側の凸面Ｓ２１およびミラー３１の側の凹面Ｓ２２は非球面である。
　さらに、この投射光学系２の第２の屈折光学系２０は、投射環境の変化に対してフォーカシング（焦点調整）を行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群６１を含む。本例の第１のフォーカスレンズ群６１は、第１の反射面３１ａおよびスクリーン９の光学的距離（投射距離）Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第１の距離補正用レンズ群）７１を含む。距離補正用レンズ群７１は、第２の屈折光学系２０に含まれる６枚のレンズＬ１３～Ｌ１８の内の最も縮小側に位置する第１のレンズ（正レンズ）Ｌ１３により構成されている。
　この投射光学系２においては、第２の屈折光学系２０の最も拡大側から２つ目および３つ目のレンズとして正の屈折力を備えた正レンズＬ１６および正レンズＬ１５が配置され、第２の屈折光学系２０の最も拡大側のレンズ（最終レンズ）として両側に凸面Ｓ２９およびＳ３１を向けた接合レンズＬＢ４が配置されている。このため、最終レンズの直前に負の屈折力のレンズを配置することなく、第２の中間像５２に至る光束を効果的に収束させることができる。したがって、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズ径をいっそう小型化できる。このため、第１の反射面３１ａにより反射された光束と第２の屈折光学系２０との干渉を抑制でき、第２の屈折光学系２０の拡大側のレンズをカットする必要もない。したがって、第２の屈折光学系２０は、最終レンズを除いてまたは含めて全て正の屈折力のレンズにより構成されていることが望ましい。
　この投射光学系２においては、フォーカシングを行う際に、第２の屈折光学系２０の中で最も第１の中間像５１に近い距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ１３を移動させている。このため、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながら、ピントの微調整を行うことができる。したがって、投射距離Ｖ５の変化に伴う像面湾曲の変動を補正した、鮮明な拡大画像を投射できる。
　本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ５の変化に対して、第２の屈折光学系２０に含まれる第１のレンズＬ１３を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ５＝－４６９ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ５＝－１４４９ｍｍ）へ投射距離Ｖ５が変化すると、第１の機構が第１のレンズＬ１３を縮小側から拡大側へ約１．７７ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。
　さらに、この投射光学系２の第１の屈折光学系１０は、投射環境の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群６２を含む。本例の第２のフォーカスレンズ群６２は、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群（第２の距離補正用レンズ群）７２を含む。距離補正用レンズ群７２は、第１の屈折光学系１０に含まれる７枚のレンズＬ２～Ｌ８から構成されている。
　この投射光学系２においては、フォーカシングを行う際に、距離補正用レンズ群７１の第１のレンズＬ１３の他に、距離補正用レンズ群７２のレンズＬ２～Ｌ８を移動させている。すなわち、レンズＬ２～Ｌ８は、縮小側のＤＭＤ７と拡大側の第１の中間像５１との間を光軸１００の方向に移動する。このため、レンズＬ２～Ｌ８を移動させることにより、第１のレンズＬ１３の移動距離を短くできる。したがって、第１のレンズＬ１３と第１の中間像５１との干渉を抑制でき、第１の中間像５１の結像位置をほとんど動かすことなくフォーカシングを行うことができる。このため、広範囲の投射距離Ｖ５の変化に伴うピント変動を抑制した、鮮明な拡大画像を投射できる。
　本例のフォーカシングユニット８０は、距離検出ユニット８１により検出された投射距離Ｖ５の変化に対して、第１の屈折光学系１０に含まれるレンズＬ２～Ｌ８を動かす第１の機構を備えている。このため、第１の投射位置Ｐ１（投射距離Ｖ５＝－４６９ｍｍ）から第２の投射位置Ｐ２（投射距離Ｖ５＝－１４４９ｍｍ）へ投射距離Ｖ５が変化すると、第１の機構がレンズＬ２～Ｌ８を縮小側から拡大側へ約０．９６ｍｍ動かすことによりフォーカシングを行う。
　なお、第１のフォーカスレンズ群６１は、距離補正用レンズ群７１の他に、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、５枚のレンズＬ１４～Ｌ１８から構成されていることが好ましい。
　また、第１のフォーカスレンズ群６１は、投射光学系２の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する温度補正用レンズ群（第１の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、その温度補正用レンズ群は、６枚のレンズＬ１３～Ｌ１８から構成されていることが好ましい。
　また、第２のフォーカスレンズ群６２は、距離補正用レンズ群７２の他に、投射距離Ｖ５の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する距離補正用レンズ群を備えていてもよく、その距離補正用レンズ群は、４枚のレンズＬ９～Ｌ１２から構成されていることが好ましい。
　また、第２のフォーカスレンズ群６２は、投射光学系２の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する幾つかの温度補正用レンズ群（第２の温度補正用レンズ群）を備えていてもよく、幾つかの温度補正用レンズ群は、１枚のレンズＬ１から構成されているものや、１２枚のレンズＬ１～Ｌ１２から構成されているものを含む。
　図１２に、投射光学系２のレンズデータを示している。図１３に、投射光学系２の諸数値を示している。図１３（ａ）に示すように、第１の反射面３１ａとスクリーン９との間の空気間隔（光学的距離、投射距離）Ｖ５は、第１の投射位置Ｐ１において－４６９ｍｍであり、第２の投射位置Ｐ２において－１４４９ｍｍである。この投射光学系２においては、第１の投射位置Ｐ１と第２の投射位置Ｐ２との間で投射距離Ｖ５が変化すると、正レンズＬ１と正レンズＬ２との間の空気間隔Ｖ１（ｄ２）と、正レンズＬ８と正レンズＬ９との間の空気間隔Ｖ２（ｄ１３）と、正レンズＬ１２と正レンズＬ１３との間の空気間隔Ｖ３（ｄ２０）と、正レンズＬ１３と正レンズＬ１４との間の空気間隔Ｖ４（ｄ２２）とを変化させることによりフォーカシングを行う。
　図１４に、投射光学系２の第１の投射位置Ｐ１におけるコマ収差図を示している。図１５に、投射光学系２の第２の投射位置Ｐ２におけるコマ収差図を示している。図１６に、投射光学系２の第１の投射位置Ｐ１における歪曲収差図を示している。図１７に、投射光学系２の第２の投射位置Ｐ２における歪曲収差図を示している。図１４～図１７に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な拡大画像を投射することができる。なお、コマ収差は、波長６５０ｎｍ（点線）と、波長５５０ｎｍ（実線）と、波長４４０ｎｍ（一点鎖線）とを示している。
　図１８に、第３の実施形態に係る投射光学系３を示している。この投射光学系３は、投射光学系２を、第１の屈折光学系１０の途中で屈曲させたタイプの投射光学系である。投射光学系３の第１の屈折光学系１０は、正レンズＬ８と正レンズＬ９との間の空間で光軸１００をほぼ直角に折り曲げるためのミラー９５を含む。この投射光学系３においては、ミラー９５が第１の屈折光学系１０を屈曲させることにより、投射光学系３の全長を短くできる。さらに、第１の屈折光学系１０を屈曲させることにより形成されたスペース９９に、照明光学系８やフォーカシング機構８０を配置することにより、投射光学系３および照明光学系８などを含めたプロジェクタ６を小型化できる。
　図１９に、第４の実施形態に係る投射光学系４を示している。この投射光学系４は、投射光学系２を、第２の屈折光学系２０の途中で屈曲させたタイプの投射光学系である。さらに、図２０に、第５の実施形態に係る投射光学系５を示している。この投射光学系５は、投射光学系２を、第２の屈折光学系２０とミラー３１との間で屈曲させたタイプの投射光学系である。図１９および図２０に示すように、投射光学系４および５においては、第２の屈折光学系２０およびミラー３１を小型化できるため、投影光の投射方向をミラー３１の近傍で変化させたとしても、第１の反射面３１ａにより反射された投影光と、第２の屈折光学系２０やミラー３１との干渉を抑制できる。これらの投射光学系３ないし５は、適当な位置で光路を複数回折り曲げるための複数のプリズムやミラー（鏡面）を備えていてもよい。
　なお、本発明はこれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際には、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系の屈折光学系全体を移動させてもよく、第２の屈折光学系および第１の反射光学系を移動させてもよく、第１の屈折光学系、第２の屈折光学系および第１の反射光学系の投射光学系全体を移動させてもよく、第１の反射光学系だけを移動させてもよい。また、第１の屈折光学系、第２の屈折光学系および第１の反射光学系を有する本光学系は、投射用だけでなく撮影用を含む種々の用途に用いることが可能である。また、投射光学系に含まれるレンズ面および鏡面（反射面）は回転対称の球面または非球面であってもよく、回転非対称の面、たとえば自由曲面であってもよい。また、第１の屈折光学系の光軸および第２の屈折光学系の光軸は共通であってもよく、偏心（シフト）していてもよい。また、投射光学系は、変倍を行わない固定焦点タイプであってもよく、変倍を行う可変焦点（ズーム）タイプであってもよい。また、第１の屈折光学系および第２の屈折光学系に含まれるレンズの少なくとも何れかおよび／または第１の反射光学系に含まれる反射面は、光軸から偏心していてもよい。その場合、各光学系の光軸は主たる光学素子の光軸を含む。また、第１の屈折光学系の光軸および第２の屈折光学系の光軸は共通であってもよく、偏心（シフト）していてもよい。また、第１の反射光学系の拡大側にさらに屈折光学系を備えていてもよい。また、投射光学系に含まれるレンズおよび／または反射面にアナモフィックな光学素子を用いることも可能である。

Claims (17)

  1. 　縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系であって、
    　縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
    　縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
    　前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを有し、
    　前記第２の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第１のフォーカスレンズ群を含み、
    　前記第１のフォーカスレンズ群は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む、投射光学系。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１のフォーカスレンズ群は、前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の距離補正用レンズ群を含む、投射光学系。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１の距離補正用レンズ群は、前記第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する第１のレンズを含む、投射光学系。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    　前記第１のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第１の温度補正用レンズ群を含む、投射光学系。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系は、フォーカシングを行う際に移動する第２のフォーカスレンズ群を含み、
    　前記第２のフォーカスレンズ群は、前記第１の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを含む、投射光学系。
  6. 　請求項５において、
    　前記第２のフォーカスレンズ群は、前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の距離補正用レンズ群を含む、投射光学系。
  7. 　請求項５または６において、
    　前記第２のフォーカスレンズ群は、当該投射光学系の周辺温度の変化に対してフォーカシングを行う際に移動する第２の温度補正用レンズ群を含む、投射光学系。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかにおいて、
    　前記第１の反射面は前記第１の反射面および前記第２の像面の光学的距離の変化に対してフォーカシングを行う際に動かない、投射光学系。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系は、拡大側に凸面を向けたメニスカスタイプの負レンズを含み、
    　前記第２の屈折光学系は、当該第２の屈折光学系の最も縮小側に位置する縮小側に凸面を向けたメニスカスタイプの正レンズを含む、投射光学系。
  10. 　請求項９において、
    　前記負レンズは前記第１の屈折光学系の最も拡大側に位置する、投射光学系。
  11. 　請求項９または１０において、
    　前記負レンズの前記凸面および前記正レンズの前記凸面は非球面である、投射光学系。
  12. 　請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
    　前記第１の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ１と、前記第１の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ１と、前記第１の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ１と、前記第２の屈折光学系のペッツバール和ＰＴＺ２と、前記第２の屈折光学系の歪曲収差の三次収差係数ＤＳＴ２と、前記第２の屈折光学系のコマ収差の三次収差係数ＴＣＯ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
    　｜ＰＴＺ１｜＜｜ＰＴＺ２｜
    　｜ＤＳＴ１｜＜｜ＤＳＴ２｜
    　－０．５＜｜ＴＣＯ１｜－｜ＴＣＯ２｜＜０．５
  13. 　請求項１ないし１２のいずれかにおいて、
    　前記第１の中間像の像面湾曲量ＦＣ１と、前記第２の中間像の像面湾曲量ＦＣ２とが以下の条件を満たす、投射光学系。
    　０＜ＦＣ１×ＦＣ２
    　０．０３＜｜ＦＣ１｜
  14. 　請求項１ないし１３のいずれかにおいて、
    　前記第１の中間像から出射する主光線は前記第２の屈折光学系の光軸の側を向いている、投射光学系。
  15. 　請求項１ないし１４のいずれかに記載の投射光学系と、
    　前記第１の像面に画像を形成する光変調器とを有する、プロジェクタ装置。
  16. 　縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系と、
    　前記投射光学系のフォーカシングを行うフォーカシング機構とを有し、
    　前記投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
    　縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
    　前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、
    　前記フォーカシング機構は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かす機構を含む、投射システム。
  17. 　縮小側の第１の像面から拡大側の第２の像面へ投射する投射光学系のフォーカシングを行う方法であって、
    　前記投射光学系は、縮小側から入射した光により拡大側に第１の中間像を結像する第１の屈折光学系と、
    　縮小側の前記第１の中間像を拡大側に第２の中間像として結像する第２の屈折光学系と、
    　前記第２の中間像よりも拡大側に位置する正の屈折力の第１の反射面を含む第１の反射光学系とを含み、
    　当該方法は、前記第２の屈折光学系に含まれる少なくとも１つのレンズを動かすことを含む、方法。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016059890A1 (ja) * 2014-10-15 2016-04-21 日東光学株式会社 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
WO2016068269A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 日東光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置
JP2017227927A (ja) * 2012-12-28 2017-12-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系
JP2018101102A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2018101104A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2018101103A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2019056929A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056930A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056927A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056928A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2020106640A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ装置
CN111971605A (zh) * 2018-04-09 2020-11-20 索尼公司 光学系统和投影仪
CN112444945A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 富士胶片株式会社 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
JP2021117279A (ja) * 2020-01-23 2021-08-10 セイコーエプソン株式会社 投写光学系およびプロジェクター
WO2021241297A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02 ソニーグループ株式会社 画像表示装置及び投射光学系
US11320635B2 (en) 2019-08-30 2022-05-03 Fujifilm Corporation Imaging optical system, projection type display device, and imaging apparatus
US11762176B2 (en) 2020-10-12 2023-09-19 Ricoh Industrial Solutions Inc. Projection optical system and image projection apparatus

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6604090B2 (ja) 2015-08-27 2019-11-13 株式会社リコー 投射光学系および投射装置および投射システム
WO2017126028A1 (ja) * 2016-01-19 2017-07-27 日立マクセル株式会社 投写型映像表示装置
CN109073869B (zh) * 2016-05-09 2021-08-06 柯尼卡美能达株式会社 投影光学系统以及投影仪
JP6639358B2 (ja) * 2016-08-30 2020-02-05 富士フイルム株式会社 ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置
JP6556106B2 (ja) * 2016-08-30 2019-08-07 富士フイルム株式会社 ズームレンズ、投写型表示装置、および、撮像装置
NZ763020A (en) * 2017-12-18 2022-04-29 Raytheon Canada Ltd Illumination system for light projection
JP7154769B2 (ja) 2018-01-29 2022-10-18 キヤノン株式会社 結像光学系および画像投射装置
KR102230577B1 (ko) * 2018-04-27 2021-03-23 한국광기술원 프로젝터
US10996448B2 (en) * 2018-07-26 2021-05-04 Fujifilm Corporation Imaging optical system, projection display device, and imaging apparatus having a catoptric system and a dioptric system
JP7133398B2 (ja) * 2018-08-29 2022-09-08 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 投射光学系および画像投射装置
JP2020086174A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 富士フイルム株式会社 結像光学系、投写型表示装置、および撮像装置
WO2020152941A1 (ja) * 2019-01-25 2020-07-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学系、画像投写装置および撮像装置
JP7252617B2 (ja) * 2019-06-25 2023-04-05 株式会社nittoh 投射光学系およびプロジェクタ装置
JP7222543B2 (ja) * 2019-06-25 2023-02-15 株式会社nittoh 投射光学系およびプロジェクタ装置
CN113835290A (zh) * 2020-06-08 2021-12-24 华为技术有限公司 一种投影设备的镜头组件及投影设备
WO2022185306A1 (en) 2021-03-01 2022-09-09 Lumus Ltd. Optical system with compact coupling from a projector into a waveguide
JP7168021B2 (ja) * 2021-03-26 2022-11-09 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004258620A (ja) 2003-02-06 2004-09-16 Ricoh Co Ltd 投射光学系、拡大投射光学系、拡大投射装置及び画像投射装置
JP2007011248A (ja) * 2005-05-31 2007-01-18 Victor Co Of Japan Ltd 投射型表示装置
JP2007241260A (ja) * 2006-02-09 2007-09-20 Canon Inc 投射型表示装置
JP2009086315A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Ricoh Co Ltd 投射光学装置
JP2010244017A (ja) * 2009-03-18 2010-10-28 Mitsubishi Electric Corp 投写光学系及び画像表示装置
US20110267687A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical system and image projecting apparatus using the same
JP2011237482A (ja) * 2010-05-06 2011-11-24 Canon Inc 画像投射装置
JP2012108267A (ja) * 2010-11-16 2012-06-07 Samsung Yokohama Research Institute Co Ltd 投射光学系および画像投射装置
WO2013005444A1 (ja) * 2011-07-05 2013-01-10 日東光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3394592B2 (ja) * 1994-05-02 2003-04-07 オリンパス光学工業株式会社 望遠レンズ
JP4224938B2 (ja) 2000-10-17 2009-02-18 コニカミノルタオプト株式会社 斜め投影光学系
US6702442B2 (en) * 2002-03-08 2004-03-09 Eastman Kodak Company Monocentric autostereoscopic optical apparatus using resonant fiber-optic image generation
JP4233081B2 (ja) * 2002-06-14 2009-03-04 フジノン株式会社 投映用ズームレンズおよびこれを用いた投写型表示装置
KR100677134B1 (ko) * 2004-09-24 2007-02-02 삼성전자주식회사 박형 투사 광학계 및 이를 채용한 화상 표시 장치
US7227682B2 (en) 2005-04-08 2007-06-05 Panavision International, L.P. Wide-range, wide-angle compound zoom with simplified zooming structure
JP2006330410A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Hitachi Ltd 投写光学ユニット及びそれを用いた投写型映像表示装置
US20070182940A1 (en) 2006-02-09 2007-08-09 Hiromi Asai Projection display apparatus
JP2008096983A (ja) 2006-09-15 2008-04-24 Ricoh Co Ltd 投射光学系及び画像投射装置
JP5374848B2 (ja) 2006-09-15 2013-12-25 株式会社リコー 投射光学系
US8425044B2 (en) * 2007-03-01 2013-04-23 Konica Minolta Opto, Inc. Projection optical system
JPWO2009116510A1 (ja) * 2008-03-18 2011-07-21 コニカミノルタオプト株式会社 投射型画像表示装置
US20090257117A1 (en) * 2008-04-09 2009-10-15 Tomoyuki Baba Projection optical system and projection type display using the same
JP5359607B2 (ja) * 2008-09-02 2013-12-04 株式会社リコー 変倍光学系、プロジェクタ
FR2955673B1 (fr) * 2010-01-22 2012-07-27 Optinvent Dispositif de projection courte distance raisonnablement grand angle avec zoom et mise au point
JP5703591B2 (ja) 2010-05-18 2015-04-22 株式会社リコー 投射光学系及び画像投射装置
WO2013001759A1 (ja) * 2011-06-27 2013-01-03 富士フイルム株式会社 投写用変倍光学系および投写型表示装置
JP5849613B2 (ja) * 2011-10-31 2016-01-27 株式会社リコー 画像表示装置
US20140002802A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Young Optics Inc. Projection apparatus and projection lens thereof
EP2835677B1 (en) * 2012-12-28 2020-05-27 Nittoh Inc. Projection optical system and projector device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004258620A (ja) 2003-02-06 2004-09-16 Ricoh Co Ltd 投射光学系、拡大投射光学系、拡大投射装置及び画像投射装置
JP2007011248A (ja) * 2005-05-31 2007-01-18 Victor Co Of Japan Ltd 投射型表示装置
JP2007241260A (ja) * 2006-02-09 2007-09-20 Canon Inc 投射型表示装置
JP2009086315A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Ricoh Co Ltd 投射光学装置
JP2010244017A (ja) * 2009-03-18 2010-10-28 Mitsubishi Electric Corp 投写光学系及び画像表示装置
US20110267687A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical system and image projecting apparatus using the same
JP2011237482A (ja) * 2010-05-06 2011-11-24 Canon Inc 画像投射装置
JP2012108267A (ja) * 2010-11-16 2012-06-07 Samsung Yokohama Research Institute Co Ltd 投射光学系および画像投射装置
WO2013005444A1 (ja) * 2011-07-05 2013-01-10 日東光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置

Cited By (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017227927A (ja) * 2012-12-28 2017-12-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系
WO2016059890A1 (ja) * 2014-10-15 2016-04-21 日東光学株式会社 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2016080823A (ja) * 2014-10-15 2016-05-16 日東光学株式会社 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
US10754120B2 (en) 2014-10-15 2020-08-25 Nittoh Inc. Projection lens barrel and projection display device
US10222576B2 (en) 2014-10-15 2019-03-05 Nittoh Inc. Projection lens barrel and projection display device
CN110632747B (zh) * 2014-10-31 2021-12-03 株式会社日东 投射光学系统和投影仪装置
US10375363B2 (en) 2014-10-31 2019-08-06 Nittoh Inc. Projection optical system and projector
EP3214476A4 (en) * 2014-10-31 2018-05-30 Nittoh Inc. Projection optical system and projector device
CN107148588B (zh) * 2014-10-31 2020-05-15 株式会社日东 投射光学系统和投影仪装置
US10645353B2 (en) 2014-10-31 2020-05-05 Nittoh Inc. Projection optical system and projector
CN110632747A (zh) * 2014-10-31 2019-12-31 株式会社日东 投射光学系统和投影仪装置
CN110618523A (zh) * 2014-10-31 2019-12-27 株式会社日东 投射光学系统和投影仪装置
JP2018060231A (ja) * 2014-10-31 2018-04-12 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ装置
WO2016068269A1 (ja) * 2014-10-31 2016-05-06 日東光学株式会社 投射光学系およびプロジェクタ装置
US10063819B2 (en) 2014-10-31 2018-08-28 Nittoh Inc. Projection optical system and projector
CN107148588A (zh) * 2014-10-31 2017-09-08 株式会社日东 投射光学系统和投影仪装置
EP3454104A1 (en) * 2014-10-31 2019-03-13 Nittoh Inc. Projection optical system and projector
JPWO2016068269A1 (ja) * 2014-10-31 2017-08-10 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ装置
US10884326B2 (en) 2016-12-21 2021-01-05 Nittoh Inc. Projection optical system and projector
WO2018117210A1 (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
WO2018117209A1 (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2018101103A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2018101104A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
WO2018117208A1 (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
JP2018101102A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ
CN111971605B (zh) * 2018-04-09 2023-09-12 索尼公司 光学系统和投影仪
CN111971605A (zh) * 2018-04-09 2020-11-20 索尼公司 光学系统和投影仪
JP2019056928A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056930A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056927A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2019056929A (ja) * 2018-12-19 2019-04-11 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射レンズ鏡筒、投射表示装置
JP2020106640A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 株式会社ｎｉｔｔｏｈ 投射光学系およびプロジェクタ装置
JP7149587B2 (ja) 2018-12-27 2022-10-07 株式会社nittoh 投射光学系およびプロジェクタ装置
US10948699B1 (en) 2019-08-30 2021-03-16 Fujifilm Corporation Imaging optical system, projection type display device, and imaging apparatus
US11320635B2 (en) 2019-08-30 2022-05-03 Fujifilm Corporation Imaging optical system, projection type display device, and imaging apparatus
CN112444945A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 富士胶片株式会社 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
CN112444945B (zh) * 2019-08-30 2024-03-12 富士胶片株式会社 成像光学系统、投射型显示装置及摄像装置
JP2021117279A (ja) * 2020-01-23 2021-08-10 セイコーエプソン株式会社 投写光学系およびプロジェクター
US11586104B2 (en) 2020-01-23 2023-02-21 Seiko Epson Corporation Projection system and projector
WO2021241297A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02 ソニーグループ株式会社 画像表示装置及び投射光学系
US11762176B2 (en) 2020-10-12 2023-09-19 Ricoh Industrial Solutions Inc. Projection optical system and image projection apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
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JP6243353B2 (ja) 2017-12-06
US10761415B2 (en) 2020-09-01
JPWO2014103324A1 (ja) 2017-01-12
US20170363944A1 (en) 2017-12-21
JP2019049755A (ja) 2019-03-28
JP2017227927A (ja) 2017-12-28
JP6530795B2 (ja) 2019-06-12
JP2017227926A (ja) 2017-12-28

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