投射光学系および投射型画像表示装置
【課題】広角性を損なうことなく、小さいミラーを搭載し、なおかつ良好な画像が得られる安価且つコンパクトなミラー型の投射光学系を実現する。
【解決手段】縮小側の共役面上にある原画像を拡大側の共役面であるスクリーンに拡大投射する投射光学系において、縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配し、第１光学群中に開口絞りＳを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズＰＭＬが配され、第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する１本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値を：Ｙｉ、上記第２光学群の凹反射面内の最大値を：Ｙｍとするとき、Ｙｉ、Ｙｍが、条件：（１）３．５＜ Ｙｍ／Ｙｉ ＜５．０を満足する。
【解決手段】縮小側の共役面上にある原画像を拡大側の共役面であるスクリーンに拡大投射する投射光学系において、縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配し、第１光学群中に開口絞りＳを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズＰＭＬが配され、第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する１本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値を：Ｙｉ、上記第２光学群の凹反射面内の最大値を：Ｙｍとするとき、Ｙｉ、Ｙｍが、条件：（１）３．５＜ Ｙｍ／Ｙｉ ＜５．０を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投射光学系および、この投射光学系を搭載した投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子、ＤＭＤ等に表示された「小さい原画像」をスクリーンに拡大投射するプロジェクタは、その画像が高精細であり、大きい画像を手軽に得られることから広く普及しているが、従来の屈折光学系のみで構成されているものは「広画角タイプ」でも、半画角は６０度程度であった。
【０００３】
近来、屈折光学系に対して「反射光学系であるミラー」を付加して、７０度を越す半画角を持つ広画角な「ミラータイプのプロジェクタ」が登場し、普及が期待されている。
【０００４】
「ミラータイプのプロジェクタ」は、付加するミラーのサイズが大きく高価であり、より小さいミラーを付加して、コンパクトで安価な投射光学系の実現が期待される。
【０００５】
反射光学系を用いた投射光学系は、従来、特許文献１、２記載のものが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は「ミラータイプのプロジェクタ」の特徴である「広角」性を損なうことなく、小さいミラーを搭載し、なおかつ良好な画像が得られる安価且つコンパクトな投射光学系の実現、および、この投射光学系を用いたコンパクトで安価な投射型画像表示装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の投射光学系は、図２に例示するように、縮小側（図２の左方）から正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配し、第１光学群Ｇ１内に開口絞りＳを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬが配され、第１光学群Ｇ１を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する一本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値；Ｙｉ、第２光学群の凹反射面内の最大値Ｙｍが、条件：
（１） ３．５ ＜Ｙｍ／Ｙｉ＜ ５．０
を満足することを特徴とする。
【０００８】
「拡大側」は、縮小側の共役面上にある原画像から最初に光線が進んでゆく側である。
【０００９】
「光軸から、光線までの距離」とは所謂「光線高さ」であり、その符号は方向に係わらず常に正とする。
図１は、投射型画像表示装置の実施の１形態を表し、符号ＭＤは「画像表示素子」、符号Ｐは「プリズム」を、符号ＳＣは「スクリーン」を示している。
【００１０】
請求項１記載の投射光学系は、第１光学群の焦点距離ｆ１、上記レンズ：ＰＭＬの焦点距離ｆPMLが条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足することが好ましい（請求項２）。
請求項１、２の任意の１に記載の投射光学系のレンズ：ＰＭＬは、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましく（請求項３）、請求項１〜３の任意の１に記載の投射光学系は、レンズ：ＰＬＭのアッベ数νPMLが、条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足することが好ましい（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の投射光学系は、開口絞りが第１光学群内に配される開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に「非球面を有するレンズ」が配されていることが好ましい（請求項５）。
請求項１〜５の任意の１に記載の投射光学系において、レンズ：ＰＭＬは「少なくとも１面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることが好ましい（請求項６）。
【００１１】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射光学系は、スクリーンにフォーカスを合わせるとき「開口絞りより拡大側に配される一部のレンズ」を移動して行うことができる（請求項７）。
請求項１〜７の任意の１に記載の投射光学系は、第２光学群の凹反射面が回転対称軸を持つことが好ましく（請求項８）、請求項１〜８の任意の１に記載の投射光学系は、開口絞りとレンズ：ＰＭＬとの間に配された全ての非球面レンズの面形状が「共通の回転対称軸」を持つことができる（請求項９）。この場合、第２光学群の凹反射面の回転対称軸と、第１光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群に含まれる全ての球面レンズの光軸が一致していることができる（請求項１０）。
【００１２】
この発明の投射型画像表示装置は、上記請求項１〜１０の任意の１に記載の投射光学系を搭載してなる（請求項１１）。
【００１３】
この発明の投射光学系は、原画像からの光線を正の屈折力を持つ第１光学群で集光して一度「中間像」を生成し、この中間像を「第２光学群の凹面形状のミラー」でスクリーンに向けて反射し、結像している。
第１光学群の「最も拡大側」である光線射出位置に、正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬを配することで、第１光学群と第２光学群との間に結像される中間像の大きさ（光軸に垂直な方向の大きさ）を小さくすることにより、中間像結像後の光束を受ける第２光学群の凹面ミラーのサイズを小さいものとしている。
条件（１）は、原画像を表示する画像表示素子の「配置可能な範囲」の大きさと、第２光学群の凹面ミラーの大きさの比を規定したもので、良好な像性能を保ちつつ、十分小さい凹面ミラーを搭載して、コンパクトな投射光学系を実現するための条件である。
【００１４】
パラメータ：Ｙｍ／Ｙｉが、条件（１）の下限を超えると、凹面ミラーは十分に小さいものとすることができるが、凹面ミラーの反射面上における各像高の主光線密度が高くなり、該反射面で主に補正しているディストーションをはじめとする諸収差が増加してしまう。
【００１５】
条件（１）の上限を超えると、凹面ミラーが大きくなり、安価な凹面ミラーを実現することが困難となる。
【００１６】
条件（２）は、第１光学群中におけるレンズ：ＰＭＬの「光学的パワー」を適切に保つためのものである。
【００１７】
パラメータ：ｆ１／ｆPMLが、条件（２）の上限を超えるとレンズ：ＰＭＬの光学的パワーが大きくなりすぎてコマ収差、非点収差等の諸収差が大きく発生し、像性能が損なわれる。逆に、下限を超えるとレンズ：ＰＭＬの光学的パワーが小さくなりすぎて「凹面ミラーの小型化」を十分に達成することが困難となる。
【００１８】
レンズ：ＰＭＬは、請求項３のように「縮小側に凸面を向けたメニスカス形状」とすることによりコマ収差の発生を小さくでき、良好な光学性能を実現するのに有利である。
【００１９】
また、レンズ：ＰＭＬの材質のアッベ数を、条件（３）の下限で規定することにより、倍率色収差、コマ収差の発生を小さく抑えることができる。
条件（３）のパラメータの上限は９５となっているが、これ以上のアッベ数を持つ光学材質はあまり知られておらず、また有っても高価で「安価な投射光学系の実現」に十分応えられなくなる。
レンズ：ＰＭＬは、第２光学群の凹面ミラーの小型化に効果的であるが、画像性能、特に画像周辺部に与える影響が大きい。
かかる観点からして、レンズ：ＰＭＬの縮小側に少なくとも１枚以上の非球面を有するレンズを配することが好ましく、このようにすることにより、画像の周辺まで良好な光学性能を維持できる。
【００２０】
請求項６のように、レンズ：ＰＭＬをプラスチックの成型レンズとし、少なくとも１面を非球面とすることで、より安価で性能の高い投射光学系とすることが可能である。
【００２１】
投射画面サイズの変更は、凹面ミラーからスクリーンまでの投射距離を変えることで行われるが、投射光学系が広画角になると投射距離の変動に対し、像面の湾曲やディストーションを良好に保つことが困難になってくる。
【００２２】
一般的に、高い物体高の光線は、開口絞りより拡大側にあるレンズの面上を「光軸から離れて通過」しているので、このように「高い物体高の光線が通る領域にあるレンズ」は、像面の湾曲やディストーションの補正に与える影響が大きい。
【００２３】
この発明の投射光学系では、開口絞りよりも拡大側のレンズを「１乃至３群に分けて移動」させることで、像面の湾曲とディストーションを良好に保ちながらピントを合わせることが可能である。
【００２４】
第２光学群は、１つの凹面形状の反射面を持つものであるが、第２光学群を「１つの凹面形状のミラーのみ」で構成することが低コスト化の面から好ましく、さらに反射面が回転対称軸を持っていると、軸に垂直な面内における方向性が等しいので、凹面ミラーを組み付ける際の調整工程が楽になる。
もちろん、回転対称軸を持たない所謂自由曲面とすることも可能であり、諸収差のより少ない投射光学系とする観点からは有効である。
【００２５】
開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に配された非球面レンズの面形状も回転対称軸を持っていると同じ理由で、組み付け作業は楽になる。
【００２６】
なお、上記「回転対称」は、設計上の面形状に関するものであり、実際の反射面形状やレンズ面形状は、回転対称な形状の一部を切り欠いた非対称な形状であることができる。
【００２７】
この発明の投射光学系は、請求項９のように、第１光学群の非球面レンズと第２光学群の反射面が共通の回転対称軸を持ち、さらに請求項１０のように、第１光学群を構成するすべての球面レンズの光軸が上記回転対称軸と一致することで、メカニカルな構造が簡素となって低コスト化が可能であり、組み付け調整も容易なものにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、この発明によれば、第２光学群の凹面ミラーの大きさを小さく抑えて投射光学系を安価かつコンパクト化に実現でき、後述する実施例に示すように、良好な性能を実現できる。従って、かかる投射光学系を搭載することにより、コンパクトで安価な投射型画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】投射型画像表示装置を説明するための図である。
【図２】実施例１の投射光学系の構成を示す図である。
【図３】実施例１の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図４】実施例１の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図５】実施例１の投射距離８０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図６】実施例１の投射距離８０５ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図７】実施例１の投射距離５０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図８】実施例１の投射距離５０５ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図９】実施例２の投射光学系の構成を示す図である。
【図１０】実施例２の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１１】実施例２の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１２】実施例３の投射光学系の構成を示す図である。
【図１３】実施例３の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１４】実施例３の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１５】実施例４の投射光学系の構成を示す図である。
【図１６】実施例４の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１７】実施例４の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１８】実施例５の投射光学系の構成を示す図である。
【図１９】実施例５の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図２０】実施例５の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施の形態を説明する。
図２、図９、図１２、図１５、図１８に投射光学系の実施の形態を５例示す。これらの実施の形態は、上記順序で後述の実施例１〜５に対応するものである。繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。先に説明したように、符号ＭＤは「画像表示素子」、符号Ｐは「プリズム」を示す。プリズムＰは「色合成」を行なうための周知の光学素子である。
【００３１】
符号Ｇ１は第１光学群、符号Ｇ２は第２光学群、符号Ｓは開口絞りである。また、レンズ：ＰＭＬにおけるＰＭＬを符号として用いて、レンズＰＭＬとも言う。
【００３２】
上記各図に実施の形態を示す投射光学系は、縮小側（画像表示素子ＭＤの側）から第１光学群Ｇ１、第２光学群Ｇ２を配し、開口絞りＳが第１光学群Ｇ１中に配置されている。
【００３３】
投射光学系と表示素子ＭＤの間には、色合成系であるプリズムＰが挿入されている。
【００３４】
第２光学群Ｇ２は「１枚の凹面形状の反射ミラー（以下、凹面ミラーとも言う。）」で構成され、第１光学群Ｇ１の非球面レンズはレンズＰＭＬの縮小側に２枚配されている。
【００３５】
反射ミラーの反射面を含む「全ての非球面」は同一の回転対称軸を持ち、第１光学群Ｇ１中の全ての球面レンズの光軸は、回転対称軸と一致して配されている。
【００３６】
画像表示素子ＭＤの中心は、回転対称軸上にはなく、図の上方にシフトして配置されており、画像表示素子ＭＤから射出した光線は、第１光学群Ｇ１により中間像を作った後、第２光学群Ｇ２を構成する凹面ミラーによって反射され、図の左上方側へ進み図示されないスクリーン上に結像する。
【００３７】
画像表示素子ＭＤは「回転対称軸に対してシフト」しているので、光線は、第１光学群Ｇ１中に配された開口絞りＳより拡大側の領域では図の下方に偏って通過している。
【００３８】
従って、第１光学群Ｇ１の「開口絞りＳよりも拡大側の領域にあるレンズ」は、図の上方の部分を大きく切り取って重量を減ずることができ、また凹面ミラーで反射した後、第１光学群側に戻る光線との干渉を避けることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、具体的な実施例を５例挙げる。
【００４０】
各実施例において、面番号は縮小側（原画像側）から拡大側に数えた数字で表し、原画像である画像表示素子の画像表示面が物面、スクリーンが像面となっている。
【００４１】
「Ｒ」により各面（開口絞りＳの面および、色合成用であるプリズムＰ、を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表し、「Ｄ」により光軸上の面間隔を表す。 「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率とアッべ数を示す。
「有効径」は、光軸からの「光線の通る最大高さ」を示す。
【００４２】
「焦点距離」は、ｄ線における投射光学系の焦点距離、「ＮＡ」は縮小側の開口数である。
「物体高」は、画像表示素子の画像表示面上における「光軸からの最大光線高さ」であり、請求項１の条件（１）のＹｉに相当する。
「ミラー光線高」は、凹面ミラーの反射面上における最大光線高さで、条件（１）におけるＹｍに相当する。
【００４３】
「レンズ全長」は、画像表示面から「最も拡大側に配された凹面ミラー」までの光軸上で計った距離を表す。
【００４４】
非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、ｎ次項の非球面係数：Ａn、として、周知の式
Ｚ＝（１/Ｒ）・ｈ２/［１＋√{１−(１＋Ｋ)・（１/Ｒ）２・ｈ２}］
+Ａ4・ｈ4+Ａ６・ｈ6+Ａ８・ｈ8+・・・+Ａn・ｈn
で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａn、を与えて特定する。
長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００４５】
図２に示す実施例１の場合、凹面ミラーからスクリーンまでの距離は６２０ｍｍであるが、第１光学群Ｇ１中の開口絞りＳより拡大側にある２枚の非球面レンズを独立に光軸方向に移動してフォーカスを合わせた状態となっている。
投射距離が６２０ｍｍより遠距離である８０５ｍｍ、近距離の５０５ｍｍの２つの状態を加え、移動群の位置を可変データとして実施例１に示す。
【００４６】
「実施例１」
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.230
2 ∞ 1.300 17.530
3 143.25 7.892 1.76200 40.1 18.010
4 −39.290 0.300 18.133
5 49.282 5.155 1.49700 81.6 15.570
6 −332.040 0.300 14.772
7 33.832 4.993 1.58913 61.3 12.866
8 −439.104 1.764 11.656
9 −38.707 1.400 1.90366 31.3 11.429
10 14.409 4.069 1.70154 41.2 9.966
11 22.175 5.199 1.49700 81.6 9.678
12 −65.015 0.300 9.500
13 25.536 5.515 1.62004 36.3 9.517
14 −30.828 0.583 9.181
15 −73.181 1.400 1.91082 35.3 8.513
16 23.507 1.617 8.039
17(絞り) ∞ 11.957 8.050
18 131.644 5.946 1.60562 43.7 12.515
19 −29.299 27.825 13.000
20 65.560 6.186 1.80518 25.5 20.553
21 −384.103 7.017 20.476
22 −32.333 1.800 1.84666 23.8 20.448
23 −115.765 （可変） 22.516
24* −36.133 4.700 1.53159 55.7 23.215
25* −75.773 （可変） 24.782
26* 386.187 4.700 1.53159 55.7 25.466
27* 60.253 （可変） 28.792
28 56.722 8.368 1.51680 64.2 34.482
29 106.225 115.653 34.339
30* −54.817 （620.000） 54.840
像面 ∞ 。
【００４７】
投射距離 805.000 620.000 505.000
Ｄ23 3.781 4.455 5.008
Ｄ25 3.433 1.585 0.373
Ｄ27 0.500 1.674 2.333 。
【００４８】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.853029、
Ａ4＝6.32786×10−7、
Ａ6＝9.10284×10−9、
Ａ8＝8.32955×10−12、
Ａ10＝−2.4294×10−15、
Ａ12＝−2.94625×10−18 。
【００４９】
第２５面
Ｋ＝3.857177、
Ａ4＝−2.18836×10−6、
Ａ6＝−7.4613×10−9、
Ａ8＝2.80902×10−11、
Ａ10＝−2.59161×10−14、
Ａ12＝1.69065×10−17 。
【００５０】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.86384×10−5、
Ａ6＝1.86485×10−8、
Ａ8＝−2.61818×10−11、
Ａ10＝2.63849×10−14、
Ａ12＝−2.67807×10−17、
Ａ14＝1.33992×10−20 。
【００５１】
第２７面
Ｋ＝−22.908611、
Ａ4＝−1.57367×10−5、
Ａ6＝1.82045×10−8、
Ａ8＝−2.29808×10−11、
Ａ10＝1.64983×10−14、
Ａ12＝−7.49827×10−18、
Ａ14＝1.53702×10−21 。
【００５２】
第３０面
Ｋ＝−1.913779、
Ａ4＝−5.56122×10−7、
Ａ6＝6.57452×10−11、
Ａ8＝−1.86375×10−14、
Ａ10＝2.10045×10−18、
Ａ12＝3.24829×10−22、
Ａ14＝−1.9179×10−25、
Ａ16＝2.42357×10−29 。
【００５３】
「各種データ」
焦点距離 ４．７５４
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５４．８４０
レンズ全長 ２７５．６５３ 。
【００５４】
「条件式のパラメータの値」
（１） Ｙm／Ｙi ＝４．２２
（２） ｆ１／ｆPML＝０．１０
（３） νPML ＝６４．２ 。
【００５５】
実施例１の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図３に、コマ収差の図を図４に示す。
各収差図は、スクリーンを物体として縮小側を評価した状態を示している。
【００５６】
波長は緑色光である波長：５５０ｎｍを代表として収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光である波長：６２０ｎｍと４７０ｎｍの収差も併せて表示している。非点収差図におけるＳはサジタル像、Ｍはメリディオナル像の収差を示す。
投射距離：８０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図５に、コマ収差の図を図６に、投射距離：５０５ｍｍにおけるにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図７に、コマ収差の図を図８に示す。
【００５７】
これら収差図から、実施例１の投射光学系は凹面ミラーが小さくコンパクトでありながらも、遠距離から近距離の幅広い投射距離に渡って、良好な光学性能を維持していることが分かる。
【００５８】
「実施例２」
実施例２の投射光学系は、図９に示すものである。
【００５９】
以下に、データを示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.000 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.248
2 ∞ 1.300 17.732
3 92.771 8.491 1.74400 44.9 18.385
4 −41.786 0.300 18.450
5 50.473 5.355 1.49700 81.6 15.785
6 −220.931 0.300 14.953
7 37.679 4.770 1.56883 56.0 12.939
8 −399.490 2.038 11.697
9 −35.018 1.400 1.90366 31.3 11.295
10 13.963 4.633 1.74400 44.9 9.932
11 26.528 4.938 1.49700 81.6 9.664
12 −56.219 1.665 9.500
13 30.434 5.441 1.62588 35.7 9.547
14 −28.051 0.300 9.353
15 −55.714 1.400 1.91082 35.3 8.555
16 27.092 1.548 8.442
17(絞り) ∞ 8.497 8.425
18 74.443 6.422 1.59551 39.2 10.227
19 −34.222 （可変） 10.500
20 55.281 7.027 1.76182 26.6 21.739
21 −2411.632 9.061 21.618
22 −31.799 1.800 1.84666 23.8 21.548
23 −119.210 （可変） 24.212
24* −37.220 4.700 1.53159 55.7 24.935
25* −73.783 （可変） 26.107
26* 224.419 4.700 1.53159 55.7 26.836
27* 55.024 （可変） 30.512
28 53.313 12.903 1.49700 81.6 38.240
29 115.222 93.875 37.789
30* −51.742 （620.000） 47.017
像面 ∞ 。
【００６０】
投射距離 803.000 620.000 501.000
Ｄ19 36.506 36.371 36.357
Ｄ23 3.169 3.681 4.426
Ｄ25 3.708 2.857 1.257
Ｄ27 0.500 0.974 1.843 。
【００６１】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.760374、
Ａ4＝3.0145×10−7、
Ａ6＝9.49943×10−9、
Ａ8＝8.7325×10−12、
Ａ10＝−1.26727×10−15、
Ａ12＝−3.89552×10−18 。
【００６２】
第２５面
Ｋ＝3.671736、
Ａ4＝−2.22476×10−6、
Ａ6＝−7.96294×10−9、
Ａ8＝2.8062×10−11、
Ａ10＝−2.53194×10−14、
Ａ12＝1.82728×10−17 。
【００６３】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.60995×10−5、
Ａ6＝1.73789×10−8、
Ａ8＝−2.7448×10−11、
Ａ10＝2.37593×10−14、
Ａ12＝−2.89674×10−17、
Ａ14＝1.63469×10−20 。
【００６４】
第２７面
Ｋ＝−19.580709、
Ａ4＝−1.37036×10−5、
Ａ6＝1.64967×10−8、
Ａ8＝−2.42562×10−11、
Ａ10＝1.66244×10−14、
Ａ12＝−7.135×10−18、
Ａ14＝1.18622×10−21 。
【００６５】
第３０面
Ｋ＝−1.736604、
Ａ4＝−6.03036×10−7、
Ａ6＝5.71299×10−11、
Ａ8＝−2.17322×10−14、
Ａ10＝1.14666×10−18、
Ａ12＝1.01979×10−22、
Ａ14＝−1.45271×10−25、
Ａ16＝6.04342×10−29 。
【００６６】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２３
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ４７．０１７
レンズ全長 ２６８．４９７ 。
【００６７】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝３．６２
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１１
（３）νPML ＝８１．６ 。
【００６８】
実施例２の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１０に、コマ収差の図を図１１に示す。
【００６９】
条件（１）のパラメータに示される値は３．６２と、条件（１）の下限値：３．５に、実施例中で一番近い値になっており、凹面ミラーは「とても小さくコンパクト」である。
【００７０】
「実施例３」
実施例３の投射光学系は、図１２に示したものである。
【００７１】
実施例３では、フォーカスは、第１光学群Ｇ１中の「拡大側から４乃至６枚目の計３枚のレンズで構成される１つのレンズ群」を移動しておこなっている。
【００７２】
実施例３のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.508
2 ∞ 2.000 17.992
3 79.165 7.847 1.76200 40.1 18.883
4 −56.894 1.532 18.897
5 46.274 6.110 1.52855 77.0 16.666
6 −184.082 0.300 15.930
7 32.811 5.454 1.62299 58.1 13.563
8 −354.322 2.032 12.310
9 −42.821 1.400 1.90366 31.3 11.335
10 15.403 6.463 1.49700 81.6 9.749
11 −65.938 0.477 9.500
12 21.925 5.792 1.59270 35.4 9.400
13 −29.913 0.300 8.960
14 −64.442 1.400 1.91082 35.3 8.254
15 21.835 1.580 7.639
16(絞り) ∞ 13.636 7.643
17 203.538 6.940 1.58144 40.9 14.341
18 −29.253 （可変） 15.000
19 −224.726 4.435 1.80000 29.9 21.283
20 −108.337 0.462 21.826
21 59.640 6.239 1.80518 25.5 22.829
22 417.874 7.751 22.575
23 −40.155 4.000 1.84666 23.8 22.542
24 −1217.905 （可変） 24.918
25* −100.668 5.000 1.53159 55.7 25.183
26* −614.895 3.561 27.214
27* −132.946 5.200 1.53159 55.7 27.483
28* 59.574 2.417 31.011
29 62.550 13.917 1.48749 70.4 38.833
30 290.082 109.424 38.759
31* −57.719 （620.000） 54.560
像面 ∞ 。
【００７３】
投射距離 806.000 620.000 505.000
Ｄ18 24.296 23.905 23.480
Ｄ24 3.242 3.633 4.058 。
【００７４】
「非球面データ」
第２５面
Ｋ＝−0.871528、
Ａ4＝−5.87195×10−6、
Ａ6＝9.88606×10−9、
Ａ8＝1.82782×10−12、
Ａ10＝−5.5613×10−15、
Ａ12＝2.95017×10−18
Ａ14＝4.96529×10−21、
Ａ16＝−4.7372×10−24 。
【００７５】
第２６面
Ｋ＝116.518118、
Ａ4＝1.16286×10−6、
Ａ6＝−1.14133×10−8、
Ａ8＝2.66831×10−11、
Ａ10＝−2.77162×10−14、
Ａ12＝1.61103×10−17、
Ａ14＝−1.67132×10−21、
Ａ16＝−1.31354×10−24 。
【００７６】
第２７面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−8.19901×10−6、
Ａ6＝1.80696×10−8、
Ａ8＝−2.80447×10−11、
Ａ10＝2.83652×10−14、
Ａ12＝−2.26645×10−17、
Ａ14＝1.35467×10−20、
Ａ16＝−3.92438×10−24 。
【００７７】
第２８面
Ｋ＝−19.777242、
Ａ4＝−1.24874×10−5、
Ａ6＝1.81732×10−8、
Ａ8＝−2.20002×10−11、
Ａ10＝1.66633×10−14、
Ａ12＝−7.76666×10−18、
Ａ14＝1.64118×10−21、
Ａ16＝−1.16361×10−26 。
【００７８】
第３１面
Ｋ＝−1.819849、
Ａ4＝−4.94959×10−7、
Ａ6＝6.86379×10−11、
Ａ8＝−2.39878×10−14、
Ａ10＝2.38355×10−18、
Ａ12＝6.89994×10−22、
Ａ14＝−2.21071×10−25、
Ａ16＝1.36462×10−29、
Ａ18＝−8.38896×10−34、
Ａ20＝3.378×10−37 。
【００７９】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２６
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５４．５６０
レンズ全長 ２８６．２０７ 。
【００８０】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．２０
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１３
（３）νPML ＝７０．４ 。
【００８１】
実施例３の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１３に、コマ収差の図を図１４に示す。
【００８２】
「実施例４」
実施例４の投射光学系は、図１５にしましたものである。
【００８３】
第１光学群の最も拡大側に配された正の屈折力を持つレンズＰＭＬは、拡大側の１面が非球面を有しており、プラスチック(ＰＭＭＡ)で成型されている。
【００８４】
実施例４のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.477
2 ∞ 2.000 17.892
3 88.591 7.972 1.74400 44.9 18.707
4 −48.813 0.300 18.750
5 53.919 5.667 1.48749 70.4 16.680
6 −166.702 0.300 15.971
7 31.516 5.542 1.62299 58.1 13.578
8 −356.042 2.231 12.366
9 −40.560 1.400 1.90366 31.3 11.219
10 15.520 6.382 1.49700 81.6 9.715
11 −64.395 1.524 9.500
12 24.834 5.774 1.59270 35.4 9.459
13 −28.103 0.300 9.083
14 −68.840 1.400 1.91082 35.3 8.469
15 23.356 1.595 7.962
16(絞り) ∞ 11.458 7.969
17 123.228 7.071 1.58144 40.9 14.404
18 −29.964 （可変） 15.000
19 51.867 7.360 1.80518 25.5 23.168
20 707.663 8.224 22.914
21 −37.823 1.400 1.84666 23.8 22.888
22 1752.371 （可変） 25.181
23* −133.385 5.000 1.53159 55.7 25.918
24* −757.892 （可変） 27.245
25* −118.556 5.200 1.53159 55.7 27.549
26* 61.122 1.725 31.561
27 60.664 15.000 1.49154 57.8 39.482
28* 205.808 98.000 39.222
29* −57.087 （620.000） 53.387
像面 ∞ 。
【００８５】
投射距離 806.000 620.000 505.000
Ｄ18 28.865 28.636 28.405
Ｄ22 2.269 2.831 3.446
Ｄ24 5.330 4.996 4.612 。
【００８６】
「非球面データ」
第２３面
Ｋ＝−13.580798、
Ａ4＝−5.24879×10−6、
Ａ6＝1.01437×10−8、
Ａ8＝1.85289×10−12、
Ａ10＝−5.27055×10−15、
Ａ12＝3.66609×10−18
Ａ14＝5.50458×10−21、
Ａ16＝−6.03996×10−24 。
【００８７】
第２４面
Ｋ＝626.122698、
Ａ4＝4.0193×10−7、
Ａ6＝−1.15183×10−8、
Ａ8＝2.7235×10−11、
Ａ10＝−2.6901×10−14、
Ａ12＝1.68504×10−17、
Ａ14＝−1.20429×10−21、
Ａ16＝−1.13471×10−24 。
【００８８】
第２５面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−9.11451×10−6、
Ａ6＝1.74705×10−8、
Ａ8＝−2.85714×10−11、
Ａ10＝2.7931×10−14、
Ａ12＝−2.28492×10−17、
Ａ14＝1.37924×10−20、
Ａ16＝−3.06604×10−24 。
【００８９】
第２６面
Ｋ＝−15.743776、
Ａ4＝−1.26869×10−5、
Ａ6＝1.75523×10−8、
Ａ8＝−2.23814×10−11、
Ａ10＝1.65816×10−14、
Ａ12＝−7.69941×10−18、
Ａ14＝1.6987×10−21、
Ａ16＝−6.95113×10−26 。
【００９０】
第２８面
Ｋ＝1.101557、
Ａ4＝1.70853×10−8、
Ａ6＝−7.26155×10−13、
Ａ8＝−3.62731×10−15、
Ａ10＝−2.81198×10−18、
Ａ12＝−1.74181×10−21 。
【００９１】
第２９面
Ｋ＝−1.777299、
Ａ4＝−5.2614×10−7、
Ａ6＝6.30213×10−11、
Ａ8＝−2.44073×10−14、
Ａ10＝2.39709×10−18、
Ａ12＝7.53016×10−22、
Ａ14＝−2.31393×10−25、
Ａ16＝9.67987×10−30、
Ａ18＝−1.49347×10−33、
Ａ20＝7.16445×10−37 。
【００９２】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２１
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５３．３８７
レンズ全長 ２７２．２８９ 。
【００９３】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．１１
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１１
（３）νPML ＝５７．８ 。
【００９４】
実施例４の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１６に、コマ収差の図を図１７に示す。
【００９５】
「実施例５」
実施例５の投射光学系は、図１８に示したものである。
実施例５のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.243
2 ∞ 1.300 17.578
3 83.397 8.013 1.76200 40.1 18.237
4 −47.278 0.300 18.263
5 52.157 5.550 1.49700 81.6 16.035
6 −162.576 0.300 15.260
7 31.977 4.888 1.60738 56.7 12.912
8 501.751 2.068 11.640
9 −38.343 1.400 1.90366 31.3 11.409
10 13.586 4.297 1.70154 41.2 9.901
11 21.527 5.185 1.49700 81.6 9.641
12 −73.352 1.190 9.500
13 27.021 5.674 1.61293 37.0 9.611
14 −27.690 0.300 9.327
15 −66.183 1.400 1.91082 35.3 8.671
16 24.592 1.616 8.225
17(絞り) ∞ 8.409 8.239
18 91.838 6.058 1.60562 43.7 12.510
19 −30.684 （可変） 13.000
20 44.682 6.726 1.80518 25.5 22.443
21 149.086 9.448 22.125
22 −36.212 1.800 1.84666 23.8 22.091
23 −135.999 （可変） 24.053
24* −36.135 4.700 1.53159 55.7 24.615
25* −74.906 （可変） 25.837
26* 155.020 4.700 1.53159 55.7 26.611
27* 38.310 （可変） 30.977
28 −103.696 10.105 1.53996 59.5 31.369
29 −47.543 100.493 32.237
30* −53.313 （620.000） 56.211
像面 ∞ 。
【００９６】
投射距離 808.000 620.000 505.000
Ｄ19 30.368 30.210 29.969
Ｄ23 4.129 5.042 5.712
Ｄ25 2.868 1.103 0.300
Ｄ27 5.208 6.218 6.592 。
【００９７】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.833528、
Ａ4＝6.59839×10−7、
Ａ6＝7.30577×10−9、
Ａ8＝8.04665×10−12、
Ａ10＝−9.00101×10−16、
Ａ12＝−2.55875×10−18 。
【００９８】
第２５面
Ｋ＝4.195775、
Ａ4＝−3.18532×10−6、
Ａ6＝−7.26032×10−9、
Ａ8＝2.92675×10−11、
Ａ10＝−2.46817×10−14、
Ａ12＝1.56916×10−17 。
【００９９】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.63028×10−5、
Ａ6＝1.89149×10−8、
Ａ8＝−2.64832×10−11、
Ａ10＝2.55583×10−14、
Ａ12＝−2.70829×10−17、
Ａ14＝1.02614×10−20 。
【０１００】
第２７面
Ｋ＝−9.805033、
Ａ4＝−1.31802×10−5、
Ａ6＝1.74345×10−8、
Ａ8＝−2.30911×10−11、
Ａ10＝1.65949×10−14、
Ａ12＝−7.66821×10−18、
Ａ14＝1.59523×10−21 。
【０１０１】
第３０面
Ｋ＝−1.853706、
Ａ4＝−5.24432×10−7、
Ａ6＝7.14411×10−11、
Ａ8＝−1.98352×10−14、
Ａ10＝1.15139×10−18、
Ａ12＝4.92367×10−22、
Ａ14＝−1.14941×10−25、
Ａ16＝7.58089×10−30 。
【０１０２】
「各種データ」
焦点距離 ４．７７５
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５６．２１１
レンズ全長 ２７０．４９３ 。
【０１０３】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．３２
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１６
（３）νPML ＝５９．５ 。
【０１０４】
実施例５の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１９に、コマ収差の図を図２０に示す。
なお、上記各実施例における非球面の表記における例えば「×10−25」は「×10−25」を意味する。
【０１０５】
上に挙げた実施例１〜５の投射光学系は何れも、縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズＰＭＬが配され、開口絞りＳが第１光学群Ｇ１中に配置され、第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する一本の光軸から光線までの距離が原画像表示範囲において最大の値であるＹｉ、凹反射面で最大の値であるＹｍが、条件：
（１） ３．５ ＜ Ｙm ／Ｙi ＜ ５．０
を満足し、第１光学群の焦点距離：ｆ１、上記レンズ：ＰＭＬの焦点距離：ｆPML、が条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足している。
【０１０６】
実施例１〜４の投射光学系においては、レンズＰＭＬが「縮小側に凸面を向けたメニスカス形状」であり、実施例１〜５の投射光学系においては、レンズＰＭＬのアッベ数：νPMLは条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足している。
【０１０７】
また、実施例１〜５の投射光学系は、開口絞りＳとレンズＰＭＬの間に「非球面を有するレンズ」が２枚配されている。実施例４の投射光学系におけるレンズＰＭＬはプラスチック（ＰＭＭＡ）で成型され、拡大側の面が非球面となっている。
【０１０８】
実施例１〜５の投射光学系とも、投射距離に応じてフォーカスを合わせるときは「開口絞りより拡大側のレンズ」を移動して行なう。
【０１０９】
実施例１〜５の投射光学系における第２光学群Ｇ２の凹反射面は回転対称軸を持ち、第１光学群Ｇ１の「開口絞りＳとレンズＰＭＬの間に配された非球面レンズ」も、共通の回転対称軸を持ち、凹反射面の回転対称軸と、非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群内のすべての球面レンズの光軸は一致している。
【０１１０】
即ち、実施例１〜５に示す投射光学系は何れも、コンパクトでありながら良好な性能を有しており、これら実施例の任意のものを、図１に示す如くに用いて、性能良好な投射型は像表示装置を実現できる。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｇ１ 第１光学群
Ｇ２ 第２光学群
ＰＭＬ 第１光学群の最も拡大側に配された正レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｐ プリズム
ＭD 表示素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】特開２００８−１１６６８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５０２９６号公報
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投射光学系および、この投射光学系を搭載した投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子、ＤＭＤ等に表示された「小さい原画像」をスクリーンに拡大投射するプロジェクタは、その画像が高精細であり、大きい画像を手軽に得られることから広く普及しているが、従来の屈折光学系のみで構成されているものは「広画角タイプ」でも、半画角は６０度程度であった。
【０００３】
近来、屈折光学系に対して「反射光学系であるミラー」を付加して、７０度を越す半画角を持つ広画角な「ミラータイプのプロジェクタ」が登場し、普及が期待されている。
【０００４】
「ミラータイプのプロジェクタ」は、付加するミラーのサイズが大きく高価であり、より小さいミラーを付加して、コンパクトで安価な投射光学系の実現が期待される。
【０００５】
反射光学系を用いた投射光学系は、従来、特許文献１、２記載のものが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は「ミラータイプのプロジェクタ」の特徴である「広角」性を損なうことなく、小さいミラーを搭載し、なおかつ良好な画像が得られる安価且つコンパクトな投射光学系の実現、および、この投射光学系を用いたコンパクトで安価な投射型画像表示装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の投射光学系は、図２に例示するように、縮小側（図２の左方）から正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配し、第１光学群Ｇ１内に開口絞りＳを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬが配され、第１光学群Ｇ１を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する一本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値；Ｙｉ、第２光学群の凹反射面内の最大値Ｙｍが、条件：
（１） ３．５ ＜Ｙｍ／Ｙｉ＜ ５．０
を満足することを特徴とする。
【０００８】
「拡大側」は、縮小側の共役面上にある原画像から最初に光線が進んでゆく側である。
【０００９】
「光軸から、光線までの距離」とは所謂「光線高さ」であり、その符号は方向に係わらず常に正とする。
図１は、投射型画像表示装置の実施の１形態を表し、符号ＭＤは「画像表示素子」、符号Ｐは「プリズム」を、符号ＳＣは「スクリーン」を示している。
【００１０】
請求項１記載の投射光学系は、第１光学群の焦点距離ｆ１、上記レンズ：ＰＭＬの焦点距離ｆPMLが条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足することが好ましい（請求項２）。
請求項１、２の任意の１に記載の投射光学系のレンズ：ＰＭＬは、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましく（請求項３）、請求項１〜３の任意の１に記載の投射光学系は、レンズ：ＰＬＭのアッベ数νPMLが、条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足することが好ましい（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の投射光学系は、開口絞りが第１光学群内に配される開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に「非球面を有するレンズ」が配されていることが好ましい（請求項５）。
請求項１〜５の任意の１に記載の投射光学系において、レンズ：ＰＭＬは「少なくとも１面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることが好ましい（請求項６）。
【００１１】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射光学系は、スクリーンにフォーカスを合わせるとき「開口絞りより拡大側に配される一部のレンズ」を移動して行うことができる（請求項７）。
請求項１〜７の任意の１に記載の投射光学系は、第２光学群の凹反射面が回転対称軸を持つことが好ましく（請求項８）、請求項１〜８の任意の１に記載の投射光学系は、開口絞りとレンズ：ＰＭＬとの間に配された全ての非球面レンズの面形状が「共通の回転対称軸」を持つことができる（請求項９）。この場合、第２光学群の凹反射面の回転対称軸と、第１光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群に含まれる全ての球面レンズの光軸が一致していることができる（請求項１０）。
【００１２】
この発明の投射型画像表示装置は、上記請求項１〜１０の任意の１に記載の投射光学系を搭載してなる（請求項１１）。
【００１３】
この発明の投射光学系は、原画像からの光線を正の屈折力を持つ第１光学群で集光して一度「中間像」を生成し、この中間像を「第２光学群の凹面形状のミラー」でスクリーンに向けて反射し、結像している。
第１光学群の「最も拡大側」である光線射出位置に、正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬを配することで、第１光学群と第２光学群との間に結像される中間像の大きさ（光軸に垂直な方向の大きさ）を小さくすることにより、中間像結像後の光束を受ける第２光学群の凹面ミラーのサイズを小さいものとしている。
条件（１）は、原画像を表示する画像表示素子の「配置可能な範囲」の大きさと、第２光学群の凹面ミラーの大きさの比を規定したもので、良好な像性能を保ちつつ、十分小さい凹面ミラーを搭載して、コンパクトな投射光学系を実現するための条件である。
【００１４】
パラメータ：Ｙｍ／Ｙｉが、条件（１）の下限を超えると、凹面ミラーは十分に小さいものとすることができるが、凹面ミラーの反射面上における各像高の主光線密度が高くなり、該反射面で主に補正しているディストーションをはじめとする諸収差が増加してしまう。
【００１５】
条件（１）の上限を超えると、凹面ミラーが大きくなり、安価な凹面ミラーを実現することが困難となる。
【００１６】
条件（２）は、第１光学群中におけるレンズ：ＰＭＬの「光学的パワー」を適切に保つためのものである。
【００１７】
パラメータ：ｆ１／ｆPMLが、条件（２）の上限を超えるとレンズ：ＰＭＬの光学的パワーが大きくなりすぎてコマ収差、非点収差等の諸収差が大きく発生し、像性能が損なわれる。逆に、下限を超えるとレンズ：ＰＭＬの光学的パワーが小さくなりすぎて「凹面ミラーの小型化」を十分に達成することが困難となる。
【００１８】
レンズ：ＰＭＬは、請求項３のように「縮小側に凸面を向けたメニスカス形状」とすることによりコマ収差の発生を小さくでき、良好な光学性能を実現するのに有利である。
【００１９】
また、レンズ：ＰＭＬの材質のアッベ数を、条件（３）の下限で規定することにより、倍率色収差、コマ収差の発生を小さく抑えることができる。
条件（３）のパラメータの上限は９５となっているが、これ以上のアッベ数を持つ光学材質はあまり知られておらず、また有っても高価で「安価な投射光学系の実現」に十分応えられなくなる。
レンズ：ＰＭＬは、第２光学群の凹面ミラーの小型化に効果的であるが、画像性能、特に画像周辺部に与える影響が大きい。
かかる観点からして、レンズ：ＰＭＬの縮小側に少なくとも１枚以上の非球面を有するレンズを配することが好ましく、このようにすることにより、画像の周辺まで良好な光学性能を維持できる。
【００２０】
請求項６のように、レンズ：ＰＭＬをプラスチックの成型レンズとし、少なくとも１面を非球面とすることで、より安価で性能の高い投射光学系とすることが可能である。
【００２１】
投射画面サイズの変更は、凹面ミラーからスクリーンまでの投射距離を変えることで行われるが、投射光学系が広画角になると投射距離の変動に対し、像面の湾曲やディストーションを良好に保つことが困難になってくる。
【００２２】
一般的に、高い物体高の光線は、開口絞りより拡大側にあるレンズの面上を「光軸から離れて通過」しているので、このように「高い物体高の光線が通る領域にあるレンズ」は、像面の湾曲やディストーションの補正に与える影響が大きい。
【００２３】
この発明の投射光学系では、開口絞りよりも拡大側のレンズを「１乃至３群に分けて移動」させることで、像面の湾曲とディストーションを良好に保ちながらピントを合わせることが可能である。
【００２４】
第２光学群は、１つの凹面形状の反射面を持つものであるが、第２光学群を「１つの凹面形状のミラーのみ」で構成することが低コスト化の面から好ましく、さらに反射面が回転対称軸を持っていると、軸に垂直な面内における方向性が等しいので、凹面ミラーを組み付ける際の調整工程が楽になる。
もちろん、回転対称軸を持たない所謂自由曲面とすることも可能であり、諸収差のより少ない投射光学系とする観点からは有効である。
【００２５】
開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に配された非球面レンズの面形状も回転対称軸を持っていると同じ理由で、組み付け作業は楽になる。
【００２６】
なお、上記「回転対称」は、設計上の面形状に関するものであり、実際の反射面形状やレンズ面形状は、回転対称な形状の一部を切り欠いた非対称な形状であることができる。
【００２７】
この発明の投射光学系は、請求項９のように、第１光学群の非球面レンズと第２光学群の反射面が共通の回転対称軸を持ち、さらに請求項１０のように、第１光学群を構成するすべての球面レンズの光軸が上記回転対称軸と一致することで、メカニカルな構造が簡素となって低コスト化が可能であり、組み付け調整も容易なものにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、この発明によれば、第２光学群の凹面ミラーの大きさを小さく抑えて投射光学系を安価かつコンパクト化に実現でき、後述する実施例に示すように、良好な性能を実現できる。従って、かかる投射光学系を搭載することにより、コンパクトで安価な投射型画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】投射型画像表示装置を説明するための図である。
【図２】実施例１の投射光学系の構成を示す図である。
【図３】実施例１の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図４】実施例１の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図５】実施例１の投射距離８０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図６】実施例１の投射距離８０５ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図７】実施例１の投射距離５０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図８】実施例１の投射距離５０５ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図９】実施例２の投射光学系の構成を示す図である。
【図１０】実施例２の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１１】実施例２の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１２】実施例３の投射光学系の構成を示す図である。
【図１３】実施例３の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１４】実施例３の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１５】実施例４の投射光学系の構成を示す図である。
【図１６】実施例４の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１７】実施例４の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【図１８】実施例５の投射光学系の構成を示す図である。
【図１９】実施例５の投射距離６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図２０】実施例５の投射距離６２０ｍｍにおけるコマ収差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施の形態を説明する。
図２、図９、図１２、図１５、図１８に投射光学系の実施の形態を５例示す。これらの実施の形態は、上記順序で後述の実施例１〜５に対応するものである。繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。先に説明したように、符号ＭＤは「画像表示素子」、符号Ｐは「プリズム」を示す。プリズムＰは「色合成」を行なうための周知の光学素子である。
【００３１】
符号Ｇ１は第１光学群、符号Ｇ２は第２光学群、符号Ｓは開口絞りである。また、レンズ：ＰＭＬにおけるＰＭＬを符号として用いて、レンズＰＭＬとも言う。
【００３２】
上記各図に実施の形態を示す投射光学系は、縮小側（画像表示素子ＭＤの側）から第１光学群Ｇ１、第２光学群Ｇ２を配し、開口絞りＳが第１光学群Ｇ１中に配置されている。
【００３３】
投射光学系と表示素子ＭＤの間には、色合成系であるプリズムＰが挿入されている。
【００３４】
第２光学群Ｇ２は「１枚の凹面形状の反射ミラー（以下、凹面ミラーとも言う。）」で構成され、第１光学群Ｇ１の非球面レンズはレンズＰＭＬの縮小側に２枚配されている。
【００３５】
反射ミラーの反射面を含む「全ての非球面」は同一の回転対称軸を持ち、第１光学群Ｇ１中の全ての球面レンズの光軸は、回転対称軸と一致して配されている。
【００３６】
画像表示素子ＭＤの中心は、回転対称軸上にはなく、図の上方にシフトして配置されており、画像表示素子ＭＤから射出した光線は、第１光学群Ｇ１により中間像を作った後、第２光学群Ｇ２を構成する凹面ミラーによって反射され、図の左上方側へ進み図示されないスクリーン上に結像する。
【００３７】
画像表示素子ＭＤは「回転対称軸に対してシフト」しているので、光線は、第１光学群Ｇ１中に配された開口絞りＳより拡大側の領域では図の下方に偏って通過している。
【００３８】
従って、第１光学群Ｇ１の「開口絞りＳよりも拡大側の領域にあるレンズ」は、図の上方の部分を大きく切り取って重量を減ずることができ、また凹面ミラーで反射した後、第１光学群側に戻る光線との干渉を避けることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、具体的な実施例を５例挙げる。
【００４０】
各実施例において、面番号は縮小側（原画像側）から拡大側に数えた数字で表し、原画像である画像表示素子の画像表示面が物面、スクリーンが像面となっている。
【００４１】
「Ｒ」により各面（開口絞りＳの面および、色合成用であるプリズムＰ、を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表し、「Ｄ」により光軸上の面間隔を表す。 「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率とアッべ数を示す。
「有効径」は、光軸からの「光線の通る最大高さ」を示す。
【００４２】
「焦点距離」は、ｄ線における投射光学系の焦点距離、「ＮＡ」は縮小側の開口数である。
「物体高」は、画像表示素子の画像表示面上における「光軸からの最大光線高さ」であり、請求項１の条件（１）のＹｉに相当する。
「ミラー光線高」は、凹面ミラーの反射面上における最大光線高さで、条件（１）におけるＹｍに相当する。
【００４３】
「レンズ全長」は、画像表示面から「最も拡大側に配された凹面ミラー」までの光軸上で計った距離を表す。
【００４４】
非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、ｎ次項の非球面係数：Ａn、として、周知の式
Ｚ＝（１/Ｒ）・ｈ２/［１＋√{１−(１＋Ｋ)・（１/Ｒ）２・ｈ２}］
+Ａ4・ｈ4+Ａ６・ｈ6+Ａ８・ｈ8+・・・+Ａn・ｈn
で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａn、を与えて特定する。
長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００４５】
図２に示す実施例１の場合、凹面ミラーからスクリーンまでの距離は６２０ｍｍであるが、第１光学群Ｇ１中の開口絞りＳより拡大側にある２枚の非球面レンズを独立に光軸方向に移動してフォーカスを合わせた状態となっている。
投射距離が６２０ｍｍより遠距離である８０５ｍｍ、近距離の５０５ｍｍの２つの状態を加え、移動群の位置を可変データとして実施例１に示す。
【００４６】
「実施例１」
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.230
2 ∞ 1.300 17.530
3 143.25 7.892 1.76200 40.1 18.010
4 −39.290 0.300 18.133
5 49.282 5.155 1.49700 81.6 15.570
6 −332.040 0.300 14.772
7 33.832 4.993 1.58913 61.3 12.866
8 −439.104 1.764 11.656
9 −38.707 1.400 1.90366 31.3 11.429
10 14.409 4.069 1.70154 41.2 9.966
11 22.175 5.199 1.49700 81.6 9.678
12 −65.015 0.300 9.500
13 25.536 5.515 1.62004 36.3 9.517
14 −30.828 0.583 9.181
15 −73.181 1.400 1.91082 35.3 8.513
16 23.507 1.617 8.039
17(絞り) ∞ 11.957 8.050
18 131.644 5.946 1.60562 43.7 12.515
19 −29.299 27.825 13.000
20 65.560 6.186 1.80518 25.5 20.553
21 −384.103 7.017 20.476
22 −32.333 1.800 1.84666 23.8 20.448
23 −115.765 （可変） 22.516
24* −36.133 4.700 1.53159 55.7 23.215
25* −75.773 （可変） 24.782
26* 386.187 4.700 1.53159 55.7 25.466
27* 60.253 （可変） 28.792
28 56.722 8.368 1.51680 64.2 34.482
29 106.225 115.653 34.339
30* −54.817 （620.000） 54.840
像面 ∞ 。
【００４７】
投射距離 805.000 620.000 505.000
Ｄ23 3.781 4.455 5.008
Ｄ25 3.433 1.585 0.373
Ｄ27 0.500 1.674 2.333 。
【００４８】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.853029、
Ａ4＝6.32786×10−7、
Ａ6＝9.10284×10−9、
Ａ8＝8.32955×10−12、
Ａ10＝−2.4294×10−15、
Ａ12＝−2.94625×10−18 。
【００４９】
第２５面
Ｋ＝3.857177、
Ａ4＝−2.18836×10−6、
Ａ6＝−7.4613×10−9、
Ａ8＝2.80902×10−11、
Ａ10＝−2.59161×10−14、
Ａ12＝1.69065×10−17 。
【００５０】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.86384×10−5、
Ａ6＝1.86485×10−8、
Ａ8＝−2.61818×10−11、
Ａ10＝2.63849×10−14、
Ａ12＝−2.67807×10−17、
Ａ14＝1.33992×10−20 。
【００５１】
第２７面
Ｋ＝−22.908611、
Ａ4＝−1.57367×10−5、
Ａ6＝1.82045×10−8、
Ａ8＝−2.29808×10−11、
Ａ10＝1.64983×10−14、
Ａ12＝−7.49827×10−18、
Ａ14＝1.53702×10−21 。
【００５２】
第３０面
Ｋ＝−1.913779、
Ａ4＝−5.56122×10−7、
Ａ6＝6.57452×10−11、
Ａ8＝−1.86375×10−14、
Ａ10＝2.10045×10−18、
Ａ12＝3.24829×10−22、
Ａ14＝−1.9179×10−25、
Ａ16＝2.42357×10−29 。
【００５３】
「各種データ」
焦点距離 ４．７５４
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５４．８４０
レンズ全長 ２７５．６５３ 。
【００５４】
「条件式のパラメータの値」
（１） Ｙm／Ｙi ＝４．２２
（２） ｆ１／ｆPML＝０．１０
（３） νPML ＝６４．２ 。
【００５５】
実施例１の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図３に、コマ収差の図を図４に示す。
各収差図は、スクリーンを物体として縮小側を評価した状態を示している。
【００５６】
波長は緑色光である波長：５５０ｎｍを代表として収差を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光である波長：６２０ｎｍと４７０ｎｍの収差も併せて表示している。非点収差図におけるＳはサジタル像、Ｍはメリディオナル像の収差を示す。
投射距離：８０５ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図５に、コマ収差の図を図６に、投射距離：５０５ｍｍにおけるにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図７に、コマ収差の図を図８に示す。
【００５７】
これら収差図から、実施例１の投射光学系は凹面ミラーが小さくコンパクトでありながらも、遠距離から近距離の幅広い投射距離に渡って、良好な光学性能を維持していることが分かる。
【００５８】
「実施例２」
実施例２の投射光学系は、図９に示すものである。
【００５９】
以下に、データを示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.000 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.248
2 ∞ 1.300 17.732
3 92.771 8.491 1.74400 44.9 18.385
4 −41.786 0.300 18.450
5 50.473 5.355 1.49700 81.6 15.785
6 −220.931 0.300 14.953
7 37.679 4.770 1.56883 56.0 12.939
8 −399.490 2.038 11.697
9 −35.018 1.400 1.90366 31.3 11.295
10 13.963 4.633 1.74400 44.9 9.932
11 26.528 4.938 1.49700 81.6 9.664
12 −56.219 1.665 9.500
13 30.434 5.441 1.62588 35.7 9.547
14 −28.051 0.300 9.353
15 −55.714 1.400 1.91082 35.3 8.555
16 27.092 1.548 8.442
17(絞り) ∞ 8.497 8.425
18 74.443 6.422 1.59551 39.2 10.227
19 −34.222 （可変） 10.500
20 55.281 7.027 1.76182 26.6 21.739
21 −2411.632 9.061 21.618
22 −31.799 1.800 1.84666 23.8 21.548
23 −119.210 （可変） 24.212
24* −37.220 4.700 1.53159 55.7 24.935
25* −73.783 （可変） 26.107
26* 224.419 4.700 1.53159 55.7 26.836
27* 55.024 （可変） 30.512
28 53.313 12.903 1.49700 81.6 38.240
29 115.222 93.875 37.789
30* −51.742 （620.000） 47.017
像面 ∞ 。
【００６０】
投射距離 803.000 620.000 501.000
Ｄ19 36.506 36.371 36.357
Ｄ23 3.169 3.681 4.426
Ｄ25 3.708 2.857 1.257
Ｄ27 0.500 0.974 1.843 。
【００６１】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.760374、
Ａ4＝3.0145×10−7、
Ａ6＝9.49943×10−9、
Ａ8＝8.7325×10−12、
Ａ10＝−1.26727×10−15、
Ａ12＝−3.89552×10−18 。
【００６２】
第２５面
Ｋ＝3.671736、
Ａ4＝−2.22476×10−6、
Ａ6＝−7.96294×10−9、
Ａ8＝2.8062×10−11、
Ａ10＝−2.53194×10−14、
Ａ12＝1.82728×10−17 。
【００６３】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.60995×10−5、
Ａ6＝1.73789×10−8、
Ａ8＝−2.7448×10−11、
Ａ10＝2.37593×10−14、
Ａ12＝−2.89674×10−17、
Ａ14＝1.63469×10−20 。
【００６４】
第２７面
Ｋ＝−19.580709、
Ａ4＝−1.37036×10−5、
Ａ6＝1.64967×10−8、
Ａ8＝−2.42562×10−11、
Ａ10＝1.66244×10−14、
Ａ12＝−7.135×10−18、
Ａ14＝1.18622×10−21 。
【００６５】
第３０面
Ｋ＝−1.736604、
Ａ4＝−6.03036×10−7、
Ａ6＝5.71299×10−11、
Ａ8＝−2.17322×10−14、
Ａ10＝1.14666×10−18、
Ａ12＝1.01979×10−22、
Ａ14＝−1.45271×10−25、
Ａ16＝6.04342×10−29 。
【００６６】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２３
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ４７．０１７
レンズ全長 ２６８．４９７ 。
【００６７】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝３．６２
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１１
（３）νPML ＝８１．６ 。
【００６８】
実施例２の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１０に、コマ収差の図を図１１に示す。
【００６９】
条件（１）のパラメータに示される値は３．６２と、条件（１）の下限値：３．５に、実施例中で一番近い値になっており、凹面ミラーは「とても小さくコンパクト」である。
【００７０】
「実施例３」
実施例３の投射光学系は、図１２に示したものである。
【００７１】
実施例３では、フォーカスは、第１光学群Ｇ１中の「拡大側から４乃至６枚目の計３枚のレンズで構成される１つのレンズ群」を移動しておこなっている。
【００７２】
実施例３のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.508
2 ∞ 2.000 17.992
3 79.165 7.847 1.76200 40.1 18.883
4 −56.894 1.532 18.897
5 46.274 6.110 1.52855 77.0 16.666
6 −184.082 0.300 15.930
7 32.811 5.454 1.62299 58.1 13.563
8 −354.322 2.032 12.310
9 −42.821 1.400 1.90366 31.3 11.335
10 15.403 6.463 1.49700 81.6 9.749
11 −65.938 0.477 9.500
12 21.925 5.792 1.59270 35.4 9.400
13 −29.913 0.300 8.960
14 −64.442 1.400 1.91082 35.3 8.254
15 21.835 1.580 7.639
16(絞り) ∞ 13.636 7.643
17 203.538 6.940 1.58144 40.9 14.341
18 −29.253 （可変） 15.000
19 −224.726 4.435 1.80000 29.9 21.283
20 −108.337 0.462 21.826
21 59.640 6.239 1.80518 25.5 22.829
22 417.874 7.751 22.575
23 −40.155 4.000 1.84666 23.8 22.542
24 −1217.905 （可変） 24.918
25* −100.668 5.000 1.53159 55.7 25.183
26* −614.895 3.561 27.214
27* −132.946 5.200 1.53159 55.7 27.483
28* 59.574 2.417 31.011
29 62.550 13.917 1.48749 70.4 38.833
30 290.082 109.424 38.759
31* −57.719 （620.000） 54.560
像面 ∞ 。
【００７３】
投射距離 806.000 620.000 505.000
Ｄ18 24.296 23.905 23.480
Ｄ24 3.242 3.633 4.058 。
【００７４】
「非球面データ」
第２５面
Ｋ＝−0.871528、
Ａ4＝−5.87195×10−6、
Ａ6＝9.88606×10−9、
Ａ8＝1.82782×10−12、
Ａ10＝−5.5613×10−15、
Ａ12＝2.95017×10−18
Ａ14＝4.96529×10−21、
Ａ16＝−4.7372×10−24 。
【００７５】
第２６面
Ｋ＝116.518118、
Ａ4＝1.16286×10−6、
Ａ6＝−1.14133×10−8、
Ａ8＝2.66831×10−11、
Ａ10＝−2.77162×10−14、
Ａ12＝1.61103×10−17、
Ａ14＝−1.67132×10−21、
Ａ16＝−1.31354×10−24 。
【００７６】
第２７面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−8.19901×10−6、
Ａ6＝1.80696×10−8、
Ａ8＝−2.80447×10−11、
Ａ10＝2.83652×10−14、
Ａ12＝−2.26645×10−17、
Ａ14＝1.35467×10−20、
Ａ16＝−3.92438×10−24 。
【００７７】
第２８面
Ｋ＝−19.777242、
Ａ4＝−1.24874×10−5、
Ａ6＝1.81732×10−8、
Ａ8＝−2.20002×10−11、
Ａ10＝1.66633×10−14、
Ａ12＝−7.76666×10−18、
Ａ14＝1.64118×10−21、
Ａ16＝−1.16361×10−26 。
【００７８】
第３１面
Ｋ＝−1.819849、
Ａ4＝−4.94959×10−7、
Ａ6＝6.86379×10−11、
Ａ8＝−2.39878×10−14、
Ａ10＝2.38355×10−18、
Ａ12＝6.89994×10−22、
Ａ14＝−2.21071×10−25、
Ａ16＝1.36462×10−29、
Ａ18＝−8.38896×10−34、
Ａ20＝3.378×10−37 。
【００７９】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２６
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５４．５６０
レンズ全長 ２８６．２０７ 。
【００８０】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．２０
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１３
（３）νPML ＝７０．４ 。
【００８１】
実施例３の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１３に、コマ収差の図を図１４に示す。
【００８２】
「実施例４」
実施例４の投射光学系は、図１５にしましたものである。
【００８３】
第１光学群の最も拡大側に配された正の屈折力を持つレンズＰＭＬは、拡大側の１面が非球面を有しており、プラスチック(ＰＭＭＡ)で成型されている。
【００８４】
実施例４のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 7.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.477
2 ∞ 2.000 17.892
3 88.591 7.972 1.74400 44.9 18.707
4 −48.813 0.300 18.750
5 53.919 5.667 1.48749 70.4 16.680
6 −166.702 0.300 15.971
7 31.516 5.542 1.62299 58.1 13.578
8 −356.042 2.231 12.366
9 −40.560 1.400 1.90366 31.3 11.219
10 15.520 6.382 1.49700 81.6 9.715
11 −64.395 1.524 9.500
12 24.834 5.774 1.59270 35.4 9.459
13 −28.103 0.300 9.083
14 −68.840 1.400 1.91082 35.3 8.469
15 23.356 1.595 7.962
16(絞り) ∞ 11.458 7.969
17 123.228 7.071 1.58144 40.9 14.404
18 −29.964 （可変） 15.000
19 51.867 7.360 1.80518 25.5 23.168
20 707.663 8.224 22.914
21 −37.823 1.400 1.84666 23.8 22.888
22 1752.371 （可変） 25.181
23* −133.385 5.000 1.53159 55.7 25.918
24* −757.892 （可変） 27.245
25* −118.556 5.200 1.53159 55.7 27.549
26* 61.122 1.725 31.561
27 60.664 15.000 1.49154 57.8 39.482
28* 205.808 98.000 39.222
29* −57.087 （620.000） 53.387
像面 ∞ 。
【００８５】
投射距離 806.000 620.000 505.000
Ｄ18 28.865 28.636 28.405
Ｄ22 2.269 2.831 3.446
Ｄ24 5.330 4.996 4.612 。
【００８６】
「非球面データ」
第２３面
Ｋ＝−13.580798、
Ａ4＝−5.24879×10−6、
Ａ6＝1.01437×10−8、
Ａ8＝1.85289×10−12、
Ａ10＝−5.27055×10−15、
Ａ12＝3.66609×10−18
Ａ14＝5.50458×10−21、
Ａ16＝−6.03996×10−24 。
【００８７】
第２４面
Ｋ＝626.122698、
Ａ4＝4.0193×10−7、
Ａ6＝−1.15183×10−8、
Ａ8＝2.7235×10−11、
Ａ10＝−2.6901×10−14、
Ａ12＝1.68504×10−17、
Ａ14＝−1.20429×10−21、
Ａ16＝−1.13471×10−24 。
【００８８】
第２５面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−9.11451×10−6、
Ａ6＝1.74705×10−8、
Ａ8＝−2.85714×10−11、
Ａ10＝2.7931×10−14、
Ａ12＝−2.28492×10−17、
Ａ14＝1.37924×10−20、
Ａ16＝−3.06604×10−24 。
【００８９】
第２６面
Ｋ＝−15.743776、
Ａ4＝−1.26869×10−5、
Ａ6＝1.75523×10−8、
Ａ8＝−2.23814×10−11、
Ａ10＝1.65816×10−14、
Ａ12＝−7.69941×10−18、
Ａ14＝1.6987×10−21、
Ａ16＝−6.95113×10−26 。
【００９０】
第２８面
Ｋ＝1.101557、
Ａ4＝1.70853×10−8、
Ａ6＝−7.26155×10−13、
Ａ8＝−3.62731×10−15、
Ａ10＝−2.81198×10−18、
Ａ12＝−1.74181×10−21 。
【００９１】
第２９面
Ｋ＝−1.777299、
Ａ4＝−5.2614×10−7、
Ａ6＝6.30213×10−11、
Ａ8＝−2.44073×10−14、
Ａ10＝2.39709×10−18、
Ａ12＝7.53016×10−22、
Ａ14＝−2.31393×10−25、
Ａ16＝9.67987×10−30、
Ａ18＝−1.49347×10−33、
Ａ20＝7.16445×10−37 。
【００９２】
「各種データ」
焦点距離 ４．７２１
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５３．３８７
レンズ全長 ２７２．２８９ 。
【００９３】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．１１
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１１
（３）νPML ＝５７．８ 。
【００９４】
実施例４の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１６に、コマ収差の図を図１７に示す。
【００９５】
「実施例５」
実施例５の投射光学系は、図１８に示したものである。
実施例５のデータを以下に示す。
面番号 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 有効径
物面 ∞ 6.250 13.000
1 ∞ 25.750 1.51680 64.2 14.243
2 ∞ 1.300 17.578
3 83.397 8.013 1.76200 40.1 18.237
4 −47.278 0.300 18.263
5 52.157 5.550 1.49700 81.6 16.035
6 −162.576 0.300 15.260
7 31.977 4.888 1.60738 56.7 12.912
8 501.751 2.068 11.640
9 −38.343 1.400 1.90366 31.3 11.409
10 13.586 4.297 1.70154 41.2 9.901
11 21.527 5.185 1.49700 81.6 9.641
12 −73.352 1.190 9.500
13 27.021 5.674 1.61293 37.0 9.611
14 −27.690 0.300 9.327
15 −66.183 1.400 1.91082 35.3 8.671
16 24.592 1.616 8.225
17(絞り) ∞ 8.409 8.239
18 91.838 6.058 1.60562 43.7 12.510
19 −30.684 （可変） 13.000
20 44.682 6.726 1.80518 25.5 22.443
21 149.086 9.448 22.125
22 −36.212 1.800 1.84666 23.8 22.091
23 −135.999 （可変） 24.053
24* −36.135 4.700 1.53159 55.7 24.615
25* −74.906 （可変） 25.837
26* 155.020 4.700 1.53159 55.7 26.611
27* 38.310 （可変） 30.977
28 −103.696 10.105 1.53996 59.5 31.369
29 −47.543 100.493 32.237
30* −53.313 （620.000） 56.211
像面 ∞ 。
【００９６】
投射距離 808.000 620.000 505.000
Ｄ19 30.368 30.210 29.969
Ｄ23 4.129 5.042 5.712
Ｄ25 2.868 1.103 0.300
Ｄ27 5.208 6.218 6.592 。
【００９７】
「非球面データ」
第２４面
Ｋ＝−0.833528、
Ａ4＝6.59839×10−7、
Ａ6＝7.30577×10−9、
Ａ8＝8.04665×10−12、
Ａ10＝−9.00101×10−16、
Ａ12＝−2.55875×10−18 。
【００９８】
第２５面
Ｋ＝4.195775、
Ａ4＝−3.18532×10−6、
Ａ6＝−7.26032×10−9、
Ａ8＝2.92675×10−11、
Ａ10＝−2.46817×10−14、
Ａ12＝1.56916×10−17 。
【００９９】
第２６面
Ｋ＝−100、
Ａ4＝−1.63028×10−5、
Ａ6＝1.89149×10−8、
Ａ8＝−2.64832×10−11、
Ａ10＝2.55583×10−14、
Ａ12＝−2.70829×10−17、
Ａ14＝1.02614×10−20 。
【０１００】
第２７面
Ｋ＝−9.805033、
Ａ4＝−1.31802×10−5、
Ａ6＝1.74345×10−8、
Ａ8＝−2.30911×10−11、
Ａ10＝1.65949×10−14、
Ａ12＝−7.66821×10−18、
Ａ14＝1.59523×10−21 。
【０１０１】
第３０面
Ｋ＝−1.853706、
Ａ4＝−5.24432×10−7、
Ａ6＝7.14411×10−11、
Ａ8＝−1.98352×10−14、
Ａ10＝1.15139×10−18、
Ａ12＝4.92367×10−22、
Ａ14＝−1.14941×10−25、
Ａ16＝7.58089×10−30 。
【０１０２】
「各種データ」
焦点距離 ４．７７５
ＮＡ ０．２７８
物体高 １３．０００
ミラー光線高 ５６．２１１
レンズ全長 ２７０．４９３ 。
【０１０３】
「条件式のパラメータの値」
（１）Ｙm／Ｙi ＝４．３２
（２）ｆ１／ｆPML＝０．１６
（３）νPML ＝５９．５ 。
【０１０４】
実施例５の投射光学系の投射距離：６２０ｍｍにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１９に、コマ収差の図を図２０に示す。
なお、上記各実施例における非球面の表記における例えば「×10−25」は「×10−25」を意味する。
【０１０５】
上に挙げた実施例１〜５の投射光学系は何れも、縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群Ｇ１と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群Ｇ２を配してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズＰＭＬが配され、開口絞りＳが第１光学群Ｇ１中に配置され、第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する一本の光軸から光線までの距離が原画像表示範囲において最大の値であるＹｉ、凹反射面で最大の値であるＹｍが、条件：
（１） ３．５ ＜ Ｙm ／Ｙi ＜ ５．０
を満足し、第１光学群の焦点距離：ｆ１、上記レンズ：ＰＭＬの焦点距離：ｆPML、が条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足している。
【０１０６】
実施例１〜４の投射光学系においては、レンズＰＭＬが「縮小側に凸面を向けたメニスカス形状」であり、実施例１〜５の投射光学系においては、レンズＰＭＬのアッベ数：νPMLは条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足している。
【０１０７】
また、実施例１〜５の投射光学系は、開口絞りＳとレンズＰＭＬの間に「非球面を有するレンズ」が２枚配されている。実施例４の投射光学系におけるレンズＰＭＬはプラスチック（ＰＭＭＡ）で成型され、拡大側の面が非球面となっている。
【０１０８】
実施例１〜５の投射光学系とも、投射距離に応じてフォーカスを合わせるときは「開口絞りより拡大側のレンズ」を移動して行なう。
【０１０９】
実施例１〜５の投射光学系における第２光学群Ｇ２の凹反射面は回転対称軸を持ち、第１光学群Ｇ１の「開口絞りＳとレンズＰＭＬの間に配された非球面レンズ」も、共通の回転対称軸を持ち、凹反射面の回転対称軸と、非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群内のすべての球面レンズの光軸は一致している。
【０１１０】
即ち、実施例１〜５に示す投射光学系は何れも、コンパクトでありながら良好な性能を有しており、これら実施例の任意のものを、図１に示す如くに用いて、性能良好な投射型は像表示装置を実現できる。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｇ１ 第１光学群
Ｇ２ 第２光学群
ＰＭＬ 第１光学群の最も拡大側に配された正レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｐ プリズム
ＭD 表示素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】特開２００８−１１６６８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５０２９６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側の共役面上にある原画像を拡大側の共役面であるスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群を配し、第１光学群中に開口絞りを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬが配され、
第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する１本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値を：Ｙｉ、上記第２光学群の凹反射面内の最大値を：Ｙｍとするとき、Ｙｉ、Ｙｍが、条件：
（１） ３．５ ＜ Ｙｍ／Ｙｉ ＜ ５．０
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
請求項１記載の投射光学系において、
第１光学群の焦点距離：ｆ１、レンズ：ＰＭＬの焦点距離：ｆPMLが、条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬが、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであることを特徴とする投射光学系。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬのアッベ数：νPMLが、条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の投射光学系において、
第１光学群内に配された開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に、非球面を有するレンズが１枚以上配されていることを特徴とする投射光学系。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬは少なくとも１面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることを特徴とする投射光学系。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射光学系において、
スクリーンにフォーカスを合わせるとき、開口絞りより拡大側に配置された一部のレンズを移動して行うことを特徴とする投射光学系。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の投射光学系において、
第２光学群の凹反射面は回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の投射光学系において、
開口絞りとレンズＰＭＬの間に配されたすべての非球面レンズの面形状が、共通の回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。
【請求項１０】
請求項９記載の投射光学系において、
第２光学群の凹反射面の回転対称軸と、第１光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群内のすべての球面レンズの光軸が一致していることを特徴とする投射光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０の任意の１に記載の投射光学系を搭載してなる投射型画像表示装置。
【請求項１】
縮小側の共役面上にある原画像を拡大側の共役面であるスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
縮小側から順に、複数のレンズで構成され正の屈折力を持つ第１光学群と、１つの凹面形状の反射面を持つ第２光学群を配し、第１光学群中に開口絞りを有してなり、第１光学群の最も拡大側には正の屈折力を持つレンズ：ＰＭＬが配され、
第１光学群を構成するレンズの中で最も多くのレンズが共有する１本の光軸から光線までの距離で原画像表示範囲内の最大値を：Ｙｉ、上記第２光学群の凹反射面内の最大値を：Ｙｍとするとき、Ｙｉ、Ｙｍが、条件：
（１） ３．５ ＜ Ｙｍ／Ｙｉ ＜ ５．０
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
請求項１記載の投射光学系において、
第１光学群の焦点距離：ｆ１、レンズ：ＰＭＬの焦点距離：ｆPMLが、条件：
（２） ０．０８ ＜ ｆ１／ｆPML ＜ ０．２
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬが、縮小側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであることを特徴とする投射光学系。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬのアッベ数：νPMLが、条件：
（３） ４５ ＜ νPML ＜ ９５
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の投射光学系において、
第１光学群内に配された開口絞りとレンズ：ＰＭＬの間に、非球面を有するレンズが１枚以上配されていることを特徴とする投射光学系。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の投射光学系において、
レンズ：ＰＭＬは少なくとも１面が非球面を有し、プラスチックで成型されていることを特徴とする投射光学系。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の投射光学系において、
スクリーンにフォーカスを合わせるとき、開口絞りより拡大側に配置された一部のレンズを移動して行うことを特徴とする投射光学系。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の投射光学系において、
第２光学群の凹反射面は回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の投射光学系において、
開口絞りとレンズＰＭＬの間に配されたすべての非球面レンズの面形状が、共通の回転対称軸を持つことを特徴とする投射光学系。
【請求項１０】
請求項９記載の投射光学系において、
第２光学群の凹反射面の回転対称軸と、第１光学群内の非球面レンズの回転対称軸と、第１光学群内のすべての球面レンズの光軸が一致していることを特徴とする投射光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０の任意の１に記載の投射光学系を搭載してなる投射型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２０３１３９（Ｐ２０１２−２０３１３９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６５９６（Ｐ２０１１−６６５９６）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１１５７２８）リコー光学株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１１５７２８）リコー光学株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
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