(57)【要約】【課題】投写距離を短くする場合でも、中間像の拡大側に配置された凹形状の反射面の大型化を抑制できる投写光学系を提供すること。【解決手段】投写光学系３Ａは、縮小側から順に第１光学系３１と第２光学系３２とからなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。第２光学系３２はレンズ３５である。レンズ３５は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。第１透過面４１と反射面４２とは、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｍの下方に位置し、第２透過面４３は仮想軸Ｍの上方に位置する。反射面４２は凹形状を備え、第２透過面４３は拡大側に突出する凸形状を備える。レンズ３５内に規定される仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して傾斜しており、中間像３３は、レンズ３５における第１透過面４１と反射面４２との間に位置する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系と、第２光学系と、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、
前記第２光学系は、レンズであり、
前記レンズは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有し、
互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、前記第１透過面および前記反射面が配列されている方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸の一方側を上方、前記Ｙ軸の他方側を下方、前記Ｘ軸と垂直で前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を含む面をＹＺ平面とした場合に、
前記第１透過面と前記反射面とは、前記Ｚ軸方向に延びる仮想軸の下方に位置し、
前記第２透過面は、前記仮想軸の上方に位置し、
前記反射面は、凹形状を備え、
前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸形状を備え、
前記第２透過面の有効光線範囲のＹ軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がＹＺ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記ＹＺ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記ＹＺ平面で前記仮想軸に垂直な仮想垂直線に対して傾斜しており、
前記中間像は、前記レンズにおける前記第１透過面と前記反射面との間に位置することを特徴とする投写光学系。
【請求項２】
前記第１光学系は、屈折光学系であることを特徴とする請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
前記仮想軸は、前記第１光学系の光軸と一致することを特徴とする請求項２に記載の投写光学系。
【請求項４】
前記第１光学系と前記第２光学系の間では、主光線同士の間隔が前記第２光学系に接近するのに伴って狭くなることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項５】
前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面のうちのいずれかは、非球面であることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項６】
前記第１透過面は、非球面であることを特徴とする請求項５に記載の投写光学系。
【請求項７】
前記中間像は、拡大側結像面に形成される最終像の台形歪みが小さくなる形状であることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項８】
前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面は、前記仮想軸に対し回転対称な面を持つ共軸光学系であり、
前記仮想軸は、設計基準軸であることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
【請求項９】
前記仮想垂直線に対して前記仮想線の前記上側交点の側が当該仮想垂直線と当該仮想線との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度をθ、前記下端光束の下周辺光線が前記仮想軸に交差する当該仮想軸からの角度をγとした場合に、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
【請求項１０】
以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項９に記載の投写光学系。
９０°＜  θ              ・・（２）
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の投写光学系と、
前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、
を有することを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像形成部は、第１光学系の光軸よりも上方に前記投写画像を形成することを特徴とする請求項１１に記載の投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間像の拡大側に凹形状の反射面を備える投写光学系、および当該投写光学系を備える投写型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成部が形成した投写画像を、投写光学系により拡大して投射する投写型画像表示装置は特許文献１に記載されている。同文献の投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に第１光学系と第２光学系とからなる。第１光学系は屈折光学系を備える。第２光学系は凹形状の反射面を備える反射ミラーからなる。画像形成部は、光源とライトバルブとを備える。画像形成部は、投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する。投写光学系は、第１光学系と反射面との間に中間像を形成し、拡大側結像面に配置されたスクリーンに最終像を投写する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の投写光学系では、投写距離を短くすると、反射面の縮小側に位置する中間像が第１光学系の光軸に沿う方向に傾斜する。
【０００５】
ここで、中間像は、傾斜するのに伴って、大きくなる。中間像が大きくなると、中間像の拡大側に位置する反射面を大きくする必要が生じる。従って、中間像の拡大側に凹形状の反射面のみを備える投写光学系では、投写距離を短くする場合に、反射面が大型化しやすいという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、投写距離を短くする場合でも、中間像の拡大側に配置された凹形状の反射面の大型化を抑制できる投写光学系を提供することにある。また、このような投写光学系を備える投写型画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系と、第２光学系と、からなり、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像を形成する投写光学系において、前記第２光学系は、レンズであり、前記レンズは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面、反射面、および第２透過面を有し、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とし、前記第１透過面および前記反射面が配列されている方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸の一方側を上方、前記Ｙ軸の他方側を下方、前記Ｘ軸と垂直で前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を含む面をＹＺ平面とした場合に、前記第１透過面と前記反射面とは、前記Ｚ軸方向に延びる仮想軸の下方に位置し、前記第２透過面は、前記仮想軸の上方に位置し、前記反射面は、凹形状を備え、前記第２透過面は、前記拡大側に突出する凸形状を備え、前記第２透過面の有効光線範囲のＹ軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のＹ軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がＹＺ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記ＹＺ平面上で交差する下側交点とを結ぶ仮想線は、前記ＹＺ平面で前記仮想軸に垂直な仮想垂直線に対して傾斜しており、前記中間像は、前記レンズにおける前記第１透過面と前記反射面との間に位置することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、前記第１光学系は、屈折光学系とすることができる。
【０００９】
本発明において、前記仮想軸は、前記第１光学系の光軸と一致するものとすることができる。
【００１０】
本発明において、前記第１光学系と前記第２光学系の間では、主光線同士の間隔が前記第２光学系に接近するのに伴って狭くなることが望ましい。
【００１１】
本発明において、前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面のうちのいずれかは、非球面であることが望ましい。
【００１２】
本発明において、前記第１透過面は、非球面であることが望ましい。
【００１３】
本発明において、前記中間像は、拡大側結像面に形成される最終像の台形歪みが小さくなる形状であるものとすることができる。
【００１４】
本発明において、前記第１透過面、前記反射面、および前記第２透過面は、前記仮想軸に対し回転対称な面を持つ共軸光学系であり、前記仮想軸は、設計基準軸であるものとすることができる。
【００１５】
本発明において、前記仮想垂直線に対して前記仮想線の前記上側交点の側が当該仮想垂直線と当該仮想線との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度をθ、前記下端光束の下周辺光線が前記仮想軸に交差する当該仮想軸からの角度をγとした場合に、以下の条件式を満たすことが望ましい。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
【００１６】
本発明において、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
９０°＜  θ              ・・（２）
【００１７】
次に、本発明の投写型画像表示装置は、上記の投写光学系と、前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記画像形成部は、前記光軸よりも上方に前記投写画像を形成するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の投写光学系を備える投写型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】実施例１の投写光学系の全体を表す光線図である。
【図３】図２のＡ部分の部分拡大図である。
【図４】図２のＢ部分の部分拡大図である。
【図５】実施例１の投写光学系の光線図である。
【図６】実施例１の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。
【図７】第２光学系が反射面のみを備える場合の倍率の説明図である。
【図８】第２光学系が反射面および第２透過面を備える場合の倍率の説明図である。
【図９】実施例１の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図１０】実施例１の投写光学系のスポットダイアグラムである。
【図１１】比較例の投写光学系の全体を表す光線図である。
【図１２】比較例の投写光学系の光線図である。
【図１３】比較例の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図１４】比較例の投写光学系のスポットダイアグラムである。
【図１５】実施例２の投写光学系の全体を表す光線図である。
【図１６】実施例２の投写光学系の光線図である。
【図１７】実施例２の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。
【図１８】実施例２の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図１９】実施例２の投写光学系のスポットダイアグラムである。
【図２０】実施例３の投写光学系の全体を表す光線図である。
【図２１】実施例３の投写光学系の光線図である。
【図２２】実施例３の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。
【図２３】実施例３の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図２４】実施例３の投写光学系のスポットダイアグラムである。
【図２５】実施例４の投写光学系の全体を表す光線図である。
【図２６】実施例４の投写光学系の光線図である。
【図２７】実施例４の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。
【図２８】実施例４の投写光学系の拡大側のＭＴＦを示す図である。
【図２９】実施例４の投写光学系のスポットダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投写光学系およびこれを備える投写型画像表示装置について詳細に説明する。
【００２１】
（投写型画像表示装置）
図１は本発明の投写光学系を備える投写型画像表示装置の概略構成図である。図１に示すように、投写型画像表示装置１は、スクリーンＳに投写する画像光を生成する画像形成部２と、画像光を拡大して投写する投写光学系３と、画像形成部２の動作を制御する制御部４とを備える。
【００２２】
（画像光生成光学系および制御部）
画像形成部２は、光源１０、第１インテグレーターレンズ１１、第２インテグレーターレンズ１２、偏光変換素子１３、重畳レンズ１４を備える。光源１０は、例えば、超高圧水銀ランプ、固体光源等で構成される。第１インテグレーターレンズ１１および第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子をそれぞれ有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２の各レンズ素子の近傍に集光させる。
【００２３】
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を、第２インテグレーターレンズ１２を介して、後述する液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および、液晶パネル１８Ｂの表示領域上で重畳させる。
【００２４】
また、画像形成部２は、第１ダイクロイックミラー１５、反射ミラー１６およびフィールドレンズ１７Ｒ、および、液晶パネル１８Ｒを備える。第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射した光線の一部であるＲ光を反射させ、重畳レンズ１４から入射した光線の一部であるＧ光およびＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射されたＲ光は、反射ミラー１６およびフィールドレンズ１７Ｒを経て、液晶パネル１８Ｒへ入射する。液晶パネル１８ＲはＲ光を画像信号に応じて変調することにより、赤色の投写画像を形成する。
【００２５】
さらに、画像形成部２は、第２ダイクロイックミラー２１、フィールドレンズ１７Ｇ、および、液晶パネル１８Ｇを備える。第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からの光線の一部であるＧ光を反射させ、第１ダイクロイックミラー１５からの光線の一部であるＢ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射されたＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、液晶パネル１８Ｇへ入射する。液晶パネル１８Ｇは画像表示素子である。液晶パネル１８ＧはＧ光を画像信号に応じて変調することにより、緑色の投写画像を形成する。
【００２６】
また、画像形成部２は、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４、反射ミラー２５、およびフィールドレンズ１７Ｂ、および、液晶パネル１８Ｂを備える。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４、反射ミラー２５、およびフィールドレンズ１７Ｂを経て、液晶パネル１８Ｂへ入射する。液晶パネル１８Ｂは画像表示素子である。液晶パネル１８ＢはＢ光を画像信号に応じて変調することにより、青色の投写画像を形成する。
【００２７】
液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および、液晶パネル１８Ｂは、クロスダイクロイックプリズム１９を３方向から囲んでいる。クロスダイクロイックプリズム１９は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して画像光を生成する。
【００２８】
ここで、クロスダイクロイックプリズム１９は投写光学系３の一部分を構成する。投写光学系３は、クロスダイクロイックプリズム１９が合成した画像光（各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂが形成した投写画像）をスクリーンＳに拡大して投写する。
【００２９】
制御部４は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部６と、画像処理部６から出力される画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂを駆動する表示駆動部７とを備える。
【００３０】
画像処理部６は、外部の機器から入力された画像信号を各色の諧調等を含む画像信号に変換する。表示駆動部７は、画像処理部６から出力された各色の投写画像信号に基づいて液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および液晶パネル１８Ｂを動作させる。これにより、画像処理部６は、画像信号に対応した投写画像を液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂに表示する。
【００３１】
（投写光学系）
次に、投写光学系３を説明する。以下では、投写型画像表示装置１に搭載される投写光学系３の構成例として実施例１から４を説明する。
【００３２】
（実施例１）
図２は本発明の実施例１の投写光学系の全体を表す光線図である。図３は図２のＡ部分の部分拡大図である。図４は図２のＢ部分の部分拡大図である。図５は実施例１の投写光学系の光線図である。図６は実施例１の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。図２では、投写光学系３ＡからスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１〜Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。
【００３３】
図２に示すように、本例の投写光学系３Ａは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、からなる。図５に示すように、投写光学系３Ａは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。
【００３４】
第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。本例では、第１光学系３１は１５枚のレンズを備える。第２光学系３２は１枚のレンズ３５からなる。縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、および液晶パネル１８Ｂが配置されている。図２および図５では３枚の液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂのうちの一枚である液晶パネル１８Ｇを示す。液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂは、縮小側結像面における第１光学系３１の光軸Ｎの一方側に投写画像を形成する。拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。
【００３５】
中間像３３は第２光学系３２の内側、すなわち、レンズ３５の内側に形成される。中間像３３は第１光学系３１の光軸Ｎの他方側に形成される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【００３６】
第１光学系３１は、図５に示すように、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズである第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５を有する。第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２は接合された第３接合レンズＬ２３である。第１３レンズＬ１３と第１４レンズＬ１４は接合された第４接合レンズＬ２４である。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８との間には絞りＯが配置されている。また、本例では、第６レンズＬ６、第９レンズＬ９、第１５レンズＬ１５の３枚は、両面が非球面とされた非球面レンズである。
【００３７】
第１光学系３１において、最も拡大側に位置する第１５レンズＬ１５は、正のパワーを有する。また、第１光学系３１において、最も第２光学系３２に近い位置に配置された拡大側レンズ群ＬＧ２５は正のパワーを有する。拡大側レンズ群ＬＧ２５は、第２光学系３２の側から３枚のレンズである。すなわち、第１３レンズＬ１３、第１４レンズＬ１４、および第１５レンズＬ１５は拡大側レンズ群ＬＧ２５を構成する。第１光学系３１は、拡大側レンズ群ＬＧ２５が正のパワーを有するので、図５に示すように、第１光学系３１と第２光学系３２との間の主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って狭くなる。
【００３８】
第２光学系３２を構成するレンズ３５は樹脂製である。レンズ３５は、図６に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。レンズ３５を樹脂製とした場合には、当該レンズ３５を射出成型で作ることができる。従って、複雑な形状を備えるレンズ３５の製造が容易である。
【００３９】
ここで、以下の説明では、便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。そして、第１透過面４１および反射面４２が配列されている方向をＺ軸方向、Ｙ軸の一方側を上方Ｙ１、Ｙ軸の他方側を下方Ｙ２、Ｘ軸と垂直でＹ軸およびＺ軸を含む面をＹＺ平面とする。従って、図１から図６の各図はＹＺ平面を示している。第１光学系３１の光軸ＮはＺ軸方向に延びる。画像形成部２は、第１光学系３１の光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３３は、第１光学系３１の光軸Ｎの下方Ｙ２に形成される。スクリーンＳの横方向はＸ軸方向である。また、以下の説明では、ＹＺ平面上に、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｍを設定する。仮想軸Ｍはレンズ３５の設計基準軸である。また、仮想軸Ｍは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｍは、スクリーンＳに対して略垂直の場合もある。
【００４０】
第１透過面４１と反射面４２とは、仮想軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２透過面４３は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。反射面４２は、凹形状を備える。従って、反射面４２は正のパワーを有する。反射面４２はレンズ３５に外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面４３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面４３は正のパワーを有する。ここで、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、仮想軸Ｍに対し回転対称な面を持つ共軸光学系である。従って、仮想軸Ｍは、レンズ３５の設計基準軸であり、かつ、レンズ３５の光軸である。本例では、仮想軸Ｍは、第１光学系３１の光軸Ｎと一致する。なお、仮想軸Ｍは、必ずしも、第１光学系３１の光軸Ｎと一致しなくてもよい。
【００４１】
レンズ３５は、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｍを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、図６に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｍを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、いずれも非球面である。
【００４２】
図６に示すように、第２光学系３２のレンズ３５には、第２透過面４３の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して９８．７７°傾斜している。また、第２光学系３２のレンズ３５において、上端光束５１の上周辺光線５１ａを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、上周辺光線５１ａが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第１交点とし、下端光束５２の下周辺光線５２ｂを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、下周辺光線５２ｂが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第２交点とするとき、第１交点と第２交点とを結ぶ線を瞳４４と規定する。本例において、瞳４４は、ＹＺ平面で仮想垂直線Ｖに対して１０３．３１５°傾斜している。
【００４３】
ここで、中間像３３は最終像に対して上下が反転した画像である。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んだ画像である。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【００４４】
（レンズデータ）
投写光学系３Ａのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号２は拡大側の面である。面番号２０の欄はダミーのデータである。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。また、符号は、第２光学系３２では第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号である。すなわち、面番号３１はレンズ３５の第１透過面４１である。面番号３３はレンズ３５の反射面４２である。面番号３５はレンズ３５の第２透過面４３である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００４５】
【表１】
2020024377.tif 000003
【００４６】
レンズデータに示すように、レンズ３５の屈折率ｎｄは１．５３１１３２である。レンズ３５のアッベ数νｄは５５．７５である。面番号３５の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳとレンズ３５の第２透過面４３との間の距離である。従って、面番号３５の欄の軸上面間距離ｄは、投写光学系３Ａの投写距離fである。本例では、ｆ＝４６６．７５ｍｍである。また、本例では、反射面４２の有効半径はＹ＝２１．２２ｍｍであり、Ｘ＝２１．２２ｍｍである。
【００４７】
第１１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -4.291852E-01
４次の係数        -2.147243E-04
６次の係数         6.917248E-07
８次の係数        -6.424421E-10
１０次の係数       0
【００４８】
第１２面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -2.985186E-01
４次の係数        -2.429582E-04
６次の係数         6.907024E-07
８次の係数        -1.68077E-09
１０次の係数       5.472176E-13
【００４９】
第１８面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数        -9.067839E-05
６次の係数         0 
８次の係数         0
１０次の係数       0
【００５０】
第１９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -8.8E-01
４次の係数        -5.124337E-05
６次の係数         8.250618E-08
８次の係数        -8.04982E-11
１０次の係数       0
【００５１】
第２９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -7.854261E+01
４次の係数         1.117938E-05
６次の係数        -4.392964E-09
８次の係数        -1.552816E-11
１０次の係数      -1.508818E-15
１２次の係数       2.210216E-17
１４次の係数      -8.140301E-21
【００５２】
第３０面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     2.047967E+00
４次の係数        -3.292408E-05
６次の係数         3.055446E-08
８次の係数        -2.077281E-11
１０次の係数       2.14935E-14
１２次の係数      -2.539946E-17
１４次の係数       2.403648E-20
【００５３】
第３１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数         1.258824E-05
６次の係数         3.935005E-09
８次の係数        -1.154515E-11
１０次の係数       2.202788E-14
１２次の係数       0
１４次の係数       0
【００５４】
第３３面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数         4.920678E-06
６次の係数        -5.820738E-09
８次の係数         6.336457E-12
１０次の係数       1.339523E-14
１２次の係数      -3.33883E-17
１４次の係数       2.827146E-20
【００５５】
第３５面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -1.223012E-06
６次の係数        -3.111316E-08
８次の係数         9.115488E-11
１０次の係数      -8.917847E-14
１２次の係数       0
１４次の係数       0
【００５６】
（効果）
本例の投写光学系３Ａでは、第２光学系３２を構成するレンズ３５は、凹形状の反射面４２と、拡大側に突出する凸形状の第２透過面４３と、を備える。従って、レンズ３５は、反射面４２で反射した光束を、第２透過面４３で屈折させることができる。よって、第２光学系３２が、反射面４２のみを備える場合と比較して、投写光学系３Ａの短焦点化、すなわち投写距離を短くすることが容易である。
【００５７】
また、本例では、投写距離を短くする場合でも、中間像３３の拡大側に配置された凹形状の反射面４２が大型化することを抑制できる。
【００５８】
かかる効果について、図７および図８を参照して詳細に説明する。図７は、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２のみを備える場合の倍率の説明図である。図８は、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２および凸形状の第２透過面４３を備える場合の倍率の説明図である。
【００５９】
図７に示すように、第２光学系３２が中間像３３の拡大側に反射面４２のみを備える場合には、投写光学系の倍率Ｑは、中間像３３からスクリーンＳに至る特定の光線の光路において中間像３３と反射面４２との距離Ｒに対する、反射面４２からスクリーンＳとの距離Ｔの比である。すなわち、Ｑ＝Ｔ／Ｒである。従って、拡大側結像面であるスクリーンＳと共役となる中間像３３は、倍率Ｑを合わせるために、仮想軸Ｍに沿う方向に大きく傾斜して、像面湾曲を発生させたものとなる。ここで、中間像３３は、傾斜すると、大きくなる。また、中間像３３が大きくなると、中間像３３の拡大側に位置する反射面４２を大きくする必要が生じる。従って、中間像３３の拡大側に凹形状の反射面４２のみを備える投写光学系では、投写距離を短くする場合に、反射面４２が大型化しやすい。また、中間像３３は、傾斜すると、大きくなる。従って、第１光学系３１と第２光学系３２との間の距離が必要になり、投写光学系３Ａの全長が長くなる。
【００６０】
これに対して、本例では、第２光学系３２が反射面４２の拡大側に凸形状の第２透過面４３を備えるので、中間像３３が大きくなることを抑制できる。すなわち、図８に示すように、本例では、投写光学系３Ａの倍率Ｑは、中間像３３からスクリーンＳに至る特定の光線の光路において中間像３３と反射面４２との間の距離Ｒ１と反射面４２と第２透過面４３との間の距離Ｒ２との合計に対する、第２透過面４３とスクリーンＳとの間の距離Ｔ´の比である。すなわち、Ｑ＝Ｔ´／（Ｒ１＋Ｒ２）である。これにより、拡大側結像面であるスクリーンＳと共役となる中間像３３は、倍率を合わせるために仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することがなく、像面湾曲が減少したものとなる。よって、中間像３３が大きくなることを抑制できる。従って、中間像３３の拡大側に位置する反射面４２が大型化することを抑制できる。また、最外周の上端光束５１が第１透過面４１を通過するときに内側に屈折させることができれば、さらに反射面４２を小型化することが可能になる。また、第２透過面４３が凸のパワーを持っているので、第２透過面４３がない場合と比較して、光束を集光させる作用が働き、反射面４２が大型化することを抑制できる。
【００６１】
また、本例では、図５に示すように、第１光学系３１の最も拡大側に位置する拡大側レンズ群ＬＧ２５が正のパワーを備える。これにより、第１光学系３１と第２光学系３２の間において、主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って狭くなる。従って、中間像３３の形成が容易であり、かつ、中間像３３を小さくできる。よって、中間像３３の拡大側に位置する反射面４２をより小型化できる。
【００６２】
さらに、本例では、中間像３３は、レンズ３５における第１透過面４１と反射面４２との間に位置する。従って、中間像３３が第１光学系３１とレンズ３５との間に形成される場合と比較して、第１光学系３１とレンズ３５とを接近させることができる。これにより、投写光学系３Ａをコンパクトにすることができる。
【００６３】
また、本例では、第１光学系３１に３枚の非球面レンズを備える。さらに、第２光学系３２の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３が非球面である。従って、本例の投写光学系３Ａでは、収差の発生を抑制できる。
【００６４】
さらに、本例では、中間像３３の縮小側の隣に位置する第１透過面４１が非球面なので、中間像３３での収差の発生を抑制できる。また、本例では、第２光学系３２が反射面４２の拡大側に凸形状の第２透過面４３を備えるので、中間像３３が仮想軸Ｍに沿って大きく傾斜することはない。換言すれば、本例では、中間像３３が仮想軸Ｍに対して垂直な方向に立っている。従って、本例によれば、第１透過面４１と中間像３３とをＺ軸方向で接近させることが容易であり、非球面を中間像３３に近い位置に配置できる。従って、中間像３３で発生する収差を効率よく補正できる。
【００６５】
また、本例では、図６に示すように、第２光学系３２のレンズ３５が以下の条件式（１）から条件式（４）を満たす。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
９０°  ＜  θ            ・・（２）
０°＜  η  ＜９０°＋γ  ・・（３）
９０°  ＜  η            ・・（４）
θ：仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点５３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
η：仮想垂直線Ｖに対して瞳４４の第１交点の側が仮想垂直線Ｖと瞳４４との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
γ：第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端光束５２の下周辺光線５２ｂが仮想軸Ｍに交差する当該仮想軸Ｍからの角度
【００６６】
すなわち、本例では、仮想線Ｐは、仮想垂直線Ｖに対して９８．７７°傾斜している。
従って、θ＝９８．７７°であり、条件式（１）および条件式（２）を満たす。また、本例では、レンズの瞳４４が仮想垂直線Ｖに対して１０３．３１５°傾斜している。従って、η＝１０３．３１５°であり、条件式（３）および条件式（４）を満たす。
【００６７】
ここで、本例は、条件式（１）を満たすので、仮想線Ｐは仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。条件式（１）が０°となると、仮想線Ｐは仮想軸Ｍに対して垂直となる。すなわち、仮想線Ｐは設計基準軸に対して垂直となる。また、本例は、条件式（３）を満たすので、瞳４４は仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。条件式（３）が０°となると、瞳４４は仮想軸Ｍに対して垂直となる。条件式（１）または条件式（３）の少なくとも一方が上限値を上回ると下端光束５２が遮光される。本例は、条件式（１）および条件式（３）を満たすので、第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端を通過する下端光束５２が遮光されずにスクリーンＳまで到達する。
【００６８】
また、本例のレンズ３５は、条件式（１）を満たすので、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖと平行な場合と比較して、スクリーンＳの上側の周辺部の光量が低下することを抑制できる。
【００６９】
すなわち、仮想線Ｐが仮想軸Ｍに対して垂直、すなわち、θ＝０°の場合には、拡大側の画角を大きくするのに伴って、スクリーンＳの上部へ達する光束の開き角度θ０が小さくなる。開き角度θ０は、図３、および図４に示す。また、スクリーンＳの上部へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下部へ達する光束の開き角度θ０の差が大きくなる。この結果、スクリーンＳの上部の周辺部の光量が、下部と比較して低下する。
【００７０】
一方、本例は、条件式（１）を満たすので、仮想線Ｐが仮想垂直線Ｖに対して傾斜する。この結果、スクリーンＳの上部へ達する光束の開き角度θ０が大きくなる。これにより、スクリーンＳの上部へ達する光量が多くなる。また、スクリーンＳの上部へ達する光束の開き角度θが大きくなれば、結像面の下部へ達する光束の開き角度θ０との差が小さくなる。従って、スクリーンＳの上部の周辺部の光量が、下部と比較して低下することを抑制できる。
【００７１】
これに加えて本例のレンズ３５は、条件式（２）を満たすので、スクリーンＳの下部へ達する光束の開き角度θ０が小さくなる。これにより、スクリーンＳの上部へ達する光束の開き角度θ０と、スクリーンＳの下部へ達する光線の開き角度θ０との差が小さくなるので、スクリーンＳで発生する上部と下部との間の光量の差を抑制できる。
【００７２】
図９は投写光学系３Ａの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは、結像面をＹ軸で分割した半分の領域を１１分割して算出した。ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。ＭＴＦを示す図９の横軸は空間周波数である。空間周波数０．２４ｃｙｃｌｅは解像力１６．７ｕｍに相当する。縦軸はコントラスト再現比である。図９に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。図１０は投写光学系３Ａのスポットダイアグラムである。図１０に示すように、本例では、スポットのばらつきが抑制されている。
【００７３】
（比較例）
ここで、投写距離を短くする場合でも、中間像３３の拡大側に配置された凹形状の反射面４２が大型化することを抑制できるという投写光学系３Ａの効果について、比較例と対比して、その効果を示す。
【００７４】
比較例は、第２光学系が反射面を備える反射ミラーのみからなる投写光学系である。図１１は比較例の投写光学系の全体を表す光線図である。図１２は比較例の投写光学系の光線図である。図１１では、比較例の投写光学系１００からスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１〜Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。ここで、比較例の投写光学系１００は、先行技術文献として説明した特開２０１０−２０３４４号公報に記載の投写光学系に対応する構成を備える。また、比較例の投写光学系１００は、上記の例の投写光学系３Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。
【００７５】
図１１に示すように、本例の投写光学系１００は、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、からなる。図１２に示すように、投写光学系１００は、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２は反射面を備える反射ミラー１０１である。縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂが配置されている。図１１および図１２では３枚の液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂのうちの一枚である液晶パネル１８Ｇを示す。液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂは、縮小側結像面における第１光学系３１の光軸Ｎの一方側に投写画像を形成する。拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。中間像３３は第１光学系３１の光軸Ｎの他方側に形成される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【００７６】
第１光学系３１は、図１２に示すように、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズである第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５を有する。第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２は接合された第３接合レンズＬ２３である。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８との間には絞りＯが配置されている。本例では、第６レンズＬ６、第９レンズＬ９、および第１５レンズＬ１５の３枚は、両面が非球面とされた非球面レンズである。
【００７７】
第１光学系３１において、最も拡大側に位置する第１５レンズＬ１５は、負のパワーを有する。第１光学系３１と第２光学系３２との間の主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って広くなる。
【００７８】
第２光学系３２は反射面４２を備える反射ミラー１０１からなる。反射面４２は、第１光学系３１の光軸Ｎの下方Ｙ２に位置する。反射面４２は、図１２に示すＹＺ平面の断面形状を、光軸Ｎを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。反射面４２は非球面である。
【００７９】
中間像３３は、第１光学系３１の第１５レンズＬ１５と、第２光学系３２の反射ミラー１０１との間に形成される。図１２に示すように、拡大側結像面であるスクリーンＳと共役となる中間像３３は、倍率Ｑを合わせるために、光軸Ｎに沿う方向に大きく傾斜している。ここで、中間像３３は最終像に対して上下が反転した共役像ある。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んでいる。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【００８０】
（レンズデータ）
投写光学系１００のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。面番号１はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号２は拡大側の面である。面番号２０の欄はダミーのデータである。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。また、符号は、第２光学系３２では反射面４２の符号である。すなわち、面番号３２は反射ミラー１０１の反射面４２である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【００８１】
【表２】
2020024377.tif 000004
【００８２】
レンズデータに示すように、面番号３２の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳと反射面４２との間の距離である。従って、面番号３２の欄の軸上面間距離ｄは、投写光学系１００の投写距離fである。本例では、ｆ＝５０１ｍｍである。また、本例では、反射面４２の有効半径はＹ＝５９．７２３ｍｍであり、Ｘ＝５９．７２３ｍｍである。
【００８３】
第１１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    1.891766E+00
４次の係数       -3.21888E-04
６次の係数        1.748382E-06
８次の係数       -4.334786E-09
１０次の係数      0
【００８４】
第１２面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1.715462E+00
４次の係数        -2.456905E-04
６次の係数         2.077486E-06
８次の係数        -8.095391E-09
１０次の係数       1.652912E-11
【００８５】
第１８面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数        -9E-05
６次の係数         0
８次の係数         0
１０次の係数       0
【００８６】
第１９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -5.793922E-01
４次の係数        -5.29339E-05
６次の係数         1.037748E-07
８次の係数        -1.806724E-10
１０次の係数       0
【００８７】
第３０面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     9E+01
４次の係数        -6.930833E-06
６次の係数         2.131125E-08
８次の係数        -4.144247E-11
１０次の係数       3.842719E-14
１２次の係数      -1.672012E-17
【００８８】
第３１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -2.83341E-05
６次の係数         3.95412E-08
８次の係数        -6.268725E-11
１０次の係数       5.533984E-14
１２次の係数      -2.65766E-17
１４次の係数       2.765817E-21
【００８９】
第３２面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -9.858117E-01
４次の係数         1.107991E-07
６次の係数         3.623153E-11
８次の係数        -6.165432E-14
１０次の係数       2.288554E-17
１２次の係数      -4.232985E-21
１４次の係数       3.064401E-25
【００９０】
次に、図１３は比較例の投写光学系１００の拡大側のＭＴＦを示す図である。図１４は比較例の投写光学系１００のスポットダイアグラムである。
【００９１】
ここで、レンズデータに示すように、比較例の投写光学系１００の投写距離はｆ＝５０１ｍｍである。また、比較例の投写光学系１００では、反射面４２の有効半径はＹ＝５９．７２３ｍｍ、Ｘ＝５９．７２３ｍｍである。これに対して、実施例１の投写光学系３Ａでは、投写距離は、ｆ＝４６６．７５ｍｍである。一方、実施例１の投写光学系３Ａでは、反射面４２の有効半径は、Ｘ＝２１．２２であり、Ｙ＝２１．２２である。従って、実施例１の投写光学系３Ａによれば、投写距離を短くした場合でも、反射面４２が大型化することが抑制されている。
【００９２】
（実施例２）
図１５は本発明の実施例２の投写光学系の全体を表す光線図である。図１６は実施例２の投写光学系の光線図である。図１７は実施例２の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。図１５では、投写光学系３ＢからスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１〜Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。なお、本例の投写光学系３Ｂは、上記の例の投写光学系３Ａと対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。
【００９３】
図１５に示すように、本例の投写光学系３Ｂは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、からなる。図１６に示すように、投写光学系３Ｂは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。
【００９４】
第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２はレンズ３５である。縮小側結像面には、画像形成部２の液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂが配置されている。図１５および図１６では３枚の液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂのうちの一枚である液晶パネル１８Ｇを示す。液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇおよび液晶パネル１８Ｂは、縮小側結像面における第１光学系３１の光軸Ｎの一方側に投写画像を形成する。拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。
【００９５】
中間像３３は第２光学系３２の内側、すなわち、レンズ３５の内側に形成される。中間像３３は第１光学系３１の光軸Ｎの他方側に形成される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【００９６】
第１光学系３１は、図１６に示すように、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズである第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５を有する。第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２は接合された第３接合レンズＬ２３である。第１３レンズＬ１３と第１４レンズＬ１４は接合された第４接合レンズＬ２４である。本例では、第１光学系３１を構成する第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５の全てが球面レンズである。
【００９７】
第１光学系３１において、最も拡大側に位置する第１５レンズＬ１５は、正のパワーを有する。また、第１光学系３１において、最も第２光学系３２に近い位置に配置された拡大側レンズ群ＬＧ２５は正のパワーを有する。拡大側レンズ群ＬＧ２５は、第２光学系３２の側から３枚のレンズである。すなわち、第１３レンズＬ１３、第１４レンズＬ１４、および第１５レンズＬ１５は拡大側レンズ群ＬＧ２５を構成する。第１光学系３１は、拡大側レンズ群ＬＧ２５が正のパワーを有するので、第１光学系３１と第２光学系３２との間の主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って狭くなる。
【００９８】
第２光学系３２を構成するレンズ３５は樹脂製である。レンズ３５は、図１７に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。レンズ３５を樹脂製とした場合には、当該レンズ３５を射出成型で作ることができる。従って、複雑な形状を備えるレンズ３５の製造が容易である。
【００９９】
ここで、本例の説明においても、便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。そして、第１透過面４１および反射面４２が配列されている方向をＺ軸方向、Ｙ軸の一方側を上方Ｙ１、Ｙ軸の他方側を下方Ｙ２、Ｘ軸と垂直でＹ軸およびＺ軸を含む面をＹＺ平面とする。従って、図１５から図１７の各図はＹＺ平面を示している。第１光学系３１の光軸ＮはＺ軸方向に延びる。画像形成部２は、第１光学系３１の光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３３は、第１光学系３１の光軸Ｎの下方Ｙ２に形成される。スクリーンＳの横方向はＸ軸方向である。また、以下の説明では、ＹＺ平面上に、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｍを設定する。仮想軸Ｍはレンズ３５の設計基準軸である。また、仮想軸Ｍは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｍは、スクリーンＳに対して略垂直の場合もある。
【０１００】
第１透過面４１と反射面４２とは、仮想軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２透過面４３は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。反射面４２は、凹形状を備える。従って、反射面４２は正のパワーを有する。反射面４２はレンズ３５に外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面４３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面４３は正のパワーを有する。ここで、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、仮想軸Ｍに対し回転対称な面を持つ共軸光学系である。従って、仮想軸Ｍは、レンズ３５の設計基準軸であり、かつ、レンズ３５の光軸である。本例では、仮想軸Ｍは、第１光学系３１の光軸Ｎと一致する。なお、仮想軸Ｍは、必ずしも、第１光学系３１の光軸Ｎと一致しなくてもよい。
【０１０１】
レンズ３５は、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｍを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、図１７に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｍを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、いずれも非球面である。
【０１０２】
図１７に示すように、第２光学系３２のレンズ３５には、第２透過面４３の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して９６．６４°傾斜している。また、第２光学系３２のレンズ３５において、上端光束５１の上周辺光線５１ａを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、上周辺光線５１ａが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第１交点とし、下端光束５２の下周辺光線５２ｂを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、下周辺光線５２ｂが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第２交点とするとき、第１交点と第２交点とを結ぶ線を瞳４４と規定する。本例において、瞳４４は、ＹＺ平面で仮想垂直線Ｖに対して１００．３４８°傾斜している。なお、仮想線Ｐの中心をレンズ３５の光軸である仮想軸Ｍが通過しなくてもよい。
【０１０３】
ここで、中間像３３は最終像に対して上下が反転した画像である。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んだ画像である。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される最終像の台形歪みが小さくなる形状である。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【０１０４】
（レンズデータ）
投写光学系３Ｂのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。面番号１はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号２は拡大側の面である。面番号２０の欄はダミーのデータである。面番号３１と面番号３３との間に中間像３３が形成される。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。また、符号は、第２光学系３２では第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号である。すなわち、面番号３１はレンズ３５の第１透過面４１である。面番号３３はレンズ３５の反射面４２である。面番号３５はレンズ３５の第２透過面４３である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【０１０５】
【表３】
2020024377.tif 000005
【０１０６】
レンズデータに示すように、レンズ３５の屈折率ｎｄは１．５３１１３２である。レンズ３５のアッベ数νｄは５５．７５である。面番号３５の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳとレンズ３５の第２透過面４３との間の距離である。従って、面番号３５の欄の軸上面間距離ｄは、投写光学系３Ｂの投写距離fである。本例では、ｆ＝２９０ｍｍである。
【０１０７】
第３１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数         2.54685E-04
６次の係数        -8.580888E-07
８次の係数         2.19535E-09
１０次の係数      -2.461316E-12
１２次の係数       0
１４次の係数       0
【０１０８】
第３３面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数         2.969055E-05
６次の係数        -1.565091E-07
８次の係数         1.255633E-09
１０次の係数      -5.109606E-12
１２次の係数       1.345092E-14
１４次の係数      -1.73251E-17
【０１０９】
第３５面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -2.946854E-05
６次の係数        -2.297529E-07
８次の係数         2.645623E-09
１０次の係数      -1.009952E-11
１２次の係数       0
１４次の係数       0
【０１１０】
（効果）
本例においても、上記の例と同様の効果を得ることできる。
【０１１１】
また、本例において、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐが傾斜する傾斜角度θは９６．６４°傾斜している。従って、θ＝９６．６４°であり、以下の条件式（１）および条件式（２）を満たす。また、仮想垂直線Ｖに対して瞳４４が傾斜する傾斜角度ηは１００．３４８°である。従って、η＝１００．３４８°であり、以下の条件式（３）、条件式（４）を満たす。よって、本例の投写光学系３Ｂによれば、スクリーンＳで発生する上部と下部との間の光量の差を抑制できる。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
９０°  ＜  θ            ・・（２）
０°＜  η  ＜９０°＋γ  ・・（３）
９０°  ＜  η            ・・（４）
θ：仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点５３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐとの交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
η：仮想垂直線Ｖに対して瞳４４の第１交点の側が仮想垂直線Ｖと瞳４４との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
γ：第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端光束５２の下周辺光線５２ｂが仮想軸Ｍに交差する当該仮想軸Ｍからの角度
【０１１２】
ここで、本例の投写光学系３Ｂでは、投写距離は、ｆ＝２９０ｍｍである。また、本例の投写光学系３Ｂでは、反射面４２の有効半径は、Ｘ＝１２．６７８であり、Ｙ＝１２．６７８である。従って、本例の投写光学系３Ｂによれば、投写距離を短くした場合でも、反射面４２が大型化することが抑制されている。
【０１１３】
図１８は投写光学系３Ｂの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは、結像面をＹ軸で分割した半分の領域を１１分割して算出した。ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。ＭＴＦを示す図１８の横軸は空間周波数である。空間周波数０．２４ｃｙｃｌｅは解像力１６．７ｕｍに相当する。縦軸はコントラスト再現比である。図１８に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。図１９は投写光学系３Ｂのスポットダイアグラムである。図１９に示すように、本例では、スポットのばらつきが抑制されている。
【０１１４】
本例では、第１光学系３１を構成する第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５の全てが球面レンズであるが、光学特性が良好である。すなわち、本例では、屈折光学系である第１光学系３１に非球面レンズを備えていないのにも拘わらず、収差の発生を良好に抑制できる。
【０１１５】
（実施例３）
図２０は本発明の実施例３の投写光学系の全体を表す光線図である。図２１は実施例３の投写光学系の光線図である。図２２は実施例３の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。図２０では、投写光学系３ＣからスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１〜Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。なお、本例の投写光学系３Ｃは、上記の各実施例と対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。また、上記の各実施例と同様の構成については、説明を省略する。
【０１１６】
図２０に示すように、本例の投写光学系３Ｃは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、からなる。図２１に示すように、投写光学系３Ｃは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。
【０１１７】
中間像３３は第２光学系３２の内側、すなわち、レンズ３５の内側に形成される。中間像３３は第１光学系３１の光軸Ｎの他方側に形成される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【０１１８】
第１光学系３１は、図２１に示すように、クロスダイクロイックプリズム１９と、１５枚のレンズである第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５を有する。第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は接合された第３接合レンズＬ２３である。第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３は接合された第４接合レンズＬ２４である。本例では、第１光学系３１を構成するレンズのうち、第６レンズＬ６、第９レンズＬ９、および第１５レンズＬ１５が非球面レンズであり、それ以外のレンズは球面レンズである。なお、第１光学系３１は、全てのレンズが球面レンズで構成されていてもよい。
【０１１９】
第１光学系３１において、最も拡大側に位置する第１５レンズＬ１５は、正のパワーを有する。また、第１光学系３１において、最も第２光学系３２に近い位置に配置された拡大側レンズ群ＬＧ２５は正のパワーを有する。拡大側レンズ群ＬＧ２５は、第１４レンズＬ１４、および第１５レンズＬ１５で構成される。第１光学系３１は、拡大側レンズ群ＬＧ２５が正のパワーを有するので、第１光学系３１と第２光学系３２との間の主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って狭くなる。
【０１２０】
第２光学系３２を構成するレンズ３５は樹脂製である。レンズ３５は、図２２に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。レンズ３５を樹脂製とした場合には、当該レンズ３５を射出成型で作ることができる。従って、複雑な形状を備えるレンズ３５の製造が容易である。
【０１２１】
ここで、本例においても、座標軸の設定は、上記の各実施例と同様である。また、以下の説明においても、仮想軸Ｍはレンズ３５の設計基準軸である。また、仮想軸Ｍは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｍは、スクリーンＳに対して略垂直の場合もある。
【０１２２】
第１透過面４１と反射面４２とは、仮想軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２透過面４３は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。反射面４２は、凹形状を備える。従って、反射面４２は正のパワーを有する。反射面４２はレンズ３５に外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面４３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面４３は正のパワーを有する。ここで、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、仮想軸Ｍに対し回転対称な面を持つ共軸光学系である。従って、仮想軸Ｍは、レンズ３５の設計基準軸であり、かつ、レンズ３５の光軸である。本例では、仮想軸Ｍは、第１光学系３１の光軸Ｎと一致する。なお、仮想軸Ｍは、必ずしも、第１光学系３１の光軸Ｎと一致しなくてもよい。
【０１２３】
レンズ３５は、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｍを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、図２２に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｍを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、いずれも非球面である。
【０１２４】
図２２に示すように、第２光学系３２のレンズ３５には、第２透過面４３の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。本例において、仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して９７．７４°傾斜している。また、第２光学系３２のレンズ３５において、上端光束５１の上周辺光線５１ａを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、上周辺光線５１ａが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第１交点とし、下端光束５２の下周辺光線５２ｂを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、下周辺光線５２ｂが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第２交点とするとき、第１交点と第２交点とを結ぶ線を瞳４４と規定する。本例において、瞳４４は、ＹＺ平面で仮想垂直線Ｖに対して１０３．９３°傾斜している。
【０１２５】
ここで、中間像３３は最終像に対して上下が反転した画像である。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んだ画像である。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される最終像の台形歪みが小さくなるように、第２光学系３２において生じる歪みを打ち消すように歪んでいる。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【０１２６】
（レンズデータ）
投写光学系３Ｃのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１はクロスダイクロイックプリズム１９の縮小側の面であり、面番号２は拡大側の面である。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。また、符号は、第２光学系３２では第１透過面４１、反射面４２、仮想線Ｐ、および第２透過面４３の符号である。すなわち、面番号２９はレンズ３５の第１透過面４１である。面番号３１はレンズ３５の反射面４２である。面番号３３はレンズ３５の第２透過面４３である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【０１２７】
【表４】
2020024377.tif 000006
【０１２８】
レンズデータに示すように、レンズ３５の屈折率ｎｄは１．５０９３９８である。レンズ３５のアッベ数νｄは５６．４７である。面番号３５の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳとレンズ３５の第２透過面４３との間の距離である。従って、面番号３３の欄の軸上面間距離ｄは、投写光学系３Ａの投写距離fである。本例では、ｆ＝４４４ｍｍである。また、本例では、反射面４２の有効半径はＹ＝１６．００８ｍｍであり、Ｘ＝１６．００８ｍｍである。
【０１２９】
第１１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.568E+00
４次の係数        -1.223449E-05
６次の係数         4.897519E-07
８次の係数        -9.903867E-10
【０１３０】
第１２面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1.3E+00
４次の係数         1.916784E-05
６次の係数         2.58057E-07
８次の係数        -4.731664E-10
【０１３１】
第１７面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数        -2.948697E-05
６次の係数         2.641744E-09
８次の係数         2.077529E-13
１０次の係数      -1.336104E-14
【０１３２】
第１８面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -8.8E-01
４次の係数        -3.854004E-05
６次の係数         2.313839E-08
８次の係数        -1.744829E-11
１０次の係数       7.544078E-15
【０１３３】
第２７面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     9E+01
４次の係数         1.180085E-05
６次の係数        -6.121714E-09
８次の係数         8.493511E-12
【０１３４】
第２８面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -3.50673E-05
６次の係数         3.700765E-08
８次の係数        -2.816039E-12
１０次の係数      -1.810892E-14
【０１３５】
第２９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数         4.37256E-05
６次の係数        -4.402619E-08
８次の係数         3.628378E-11
１０次の係数       8.44907E-15
【０１３６】
第３１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1.192647E+00
４次の係数         1.333695E-05
６次の係数        -3.524652E-08
８次の係数         1.148378E-10
１０次の係数      -1.100817E-13
【０１３７】
第３３面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -2.192121E-05
６次の係数         8.458547E-08
８次の係数        -1.888281E-10
１０次の係数       1.917352E-13
【０１３８】
（効果）
本例においても、上記の各実施例と同様の効果を得ることできる。
【０１３９】
また、本例において、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐが傾斜する傾斜角度θは９７．７４°傾斜している。従って、θ＝９７．７４°であり、以下の条件式（１）および条件式（２）を満たす。また、仮想垂直線Ｖに対して瞳４４が傾斜する傾斜角度ηは１０３．９３°である。従って、η＝１０３．９３°であり、以下の条件式（３）、条件式（４）を満たす。よって、本例の投写光学系３Ｃによれば、スクリーンＳで発生する上部と下部との間の光量の差を抑制できる。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
９０°  ＜  θ            ・・（２）
０°＜  η  ＜９０°＋γ  ・・（３）
９０°  ＜  η            ・・（４）
θ：仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点５３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐを延長した線分との交点を軸として、仮想線Ｐが反時計周りに回る傾斜角度
η：仮想垂直線Ｖに対して瞳４４の第１交点の側が仮想垂直線Ｖと瞳４４との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
γ：第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端光束５２の下周辺光線５２ｂが仮想軸Ｍに交差する当該仮想軸Ｍからの角度
【０１４０】
ここで、本例の投写光学系３Ｃでは、反射面４２の有効半径は、Ｘ＝１６．００８であり、Ｙ＝１６．００８である。従って、本例の投写光学系３Ｃにおいても、反射面４２が大型化することが抑制されている。
【０１４１】
図２３は投写光学系３Ｃの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは、結像面をＹ軸で分割した半分の領域を１１分割して算出した。ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。ＭＴＦを示す図２３の横軸は空間周波数である。空間周波数０．２４ｃｙｃｌｅは解像力１６．７ｕｍに相当する。縦軸はコントラスト再現比である。図２３に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。図２４は投写光学系３Ｃのスポットダイアグラムである。図２４に示すように、本例では、スポットのばらつきが抑制されている。
【０１４２】
（実施例４）
以下に、本発明の実施例４について説明する。本例は、画像形成部２が、１枚の光変調装置１８を備える、という点で上記の各実施例と相違する。光変調装置１８として、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルが挙げられる。この場合、画像形成部２は、光変調装置１８の前段に、赤色光、緑色光、青色光の各色光を順次射出するためのカラーホイールや、各色光を液晶パネルの各画素にそれぞれ集光させるための光学系を備える。また、本例の場合、上記の各実施例のように各色の投写画像を合成する必要がない。従って、本例の場合、投写光学系にクロスダイクロイックプリズムは不要となる。
【０１４３】
図２５は本発明の実施例４の投写光学系の全体を表す光線図である。図２６は実施例４の投写光学系の光線図である。図２７は実施例４の投写光学系の第２光学系の部分を拡大した光線図である。図２５では、投写光学系３ＤからスクリーンＳに到達する１１本の光束Ｆ１〜Ｆ１１を模式的に示している。光束Ｆ１は最も像高が低い位置に達する光束である。光束Ｆ１１は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ２から光束Ｆ１０は、光束Ｆ１と光束Ｆ１１との間の各高さ位置に到達する光束である。なお、本例の投写光学系３Ｄは、上記の各実施例と対応する構成を備えるので、対応する構成には同一の符号を付して説明する。また、上記の各実施例と同様の構成については、説明を省略する。
【０１４４】
図２５に示すように、本例の投写光学系３Ｄは、縮小側から拡大側に向かって順に、第１光学系３１と、第２光学系３２と、からなる。図２６に示すように、投写光学系３Ｄは、縮小側結像面と拡大側結像面との間に中間像３３を形成する。
【０１４５】
第１光学系３１は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第２光学系３２はレンズ３５である。縮小側結像面には、画像形成部２の光変調装置１８が配置されている。光変調装置１８は、縮小側結像面における第１光学系３１の光軸Ｎの一方側に投写画像を形成する。拡大側結像面にはスクリーンＳが配置されている。
【０１４６】
中間像３３は第２光学系３２の内側、すなわち、レンズ３５の内側に形成される。中間像３３は第１光学系３１の光軸Ｎの他方側に形成される。スクリーンＳに投写される最終像は横方向に長い長方形である。本例では、最終像のアスペクト比は１６：１０である。
【０１４７】
第１光学系３１は、図２６に示すように、１５枚のレンズである第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５を有する。また、本例では、第１光学系３１は、クロスダイクロイックプリズムを備えない。第１レンズＬ１〜第１５レンズＬ１５は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３は接合された第１接合レンズＬ２１である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された第２接合レンズＬ２２である。第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１は接合された第３接合レンズＬ２３である。第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３は接合された第４接合レンズＬ２４である。本例では、第１光学系３１を構成するレンズのうち、第６レンズＬ６、第９レンズＬ９、および第１５レンズＬ１５が非球面レンズであり、それ以外のレンズは球面レンズである。なお、第１光学系３１は、全てのレンズが球面レンズで構成されていてもよい。
【０１４８】
第１光学系３１において、最も拡大側に位置する第１５レンズＬ１５は、正のパワーを有する。また、第１光学系３１において、最も第２光学系３２に近い位置に配置された拡大側レンズ群ＬＧ２５は正のパワーを有する。拡大側レンズ群ＬＧ２５は、第１４レンズＬ１４、および第１５レンズＬ１５で構成される。第１光学系３１は、拡大側レンズ群ＬＧ２５が正のパワーを有するので、第１光学系３１と第２光学系３２との間の主光線同士の間隔が第２光学系３２に接近するのに伴って狭くなる。
【０１４９】
第２光学系３２を構成するレンズ３５は樹脂製である。レンズ３５は、図２７に示すように、縮小側から拡大側に向かって順に、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３を有する。レンズ３５を樹脂製とした場合には、当該レンズ３５を射出成型で作ることができる。従って、複雑な形状を備えるレンズ３５の製造が容易である。
【０１５０】
ここで、本例の説明においても、便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸とする。そして、第１透過面４１および反射面４２が配列されている方向をＺ軸方向、Ｙ軸の一方側を上方Ｙ１、Ｙ軸の他方側を下方Ｙ２、Ｘ軸と垂直でＹ軸およびＺ軸を含む面をＹＺ平面とする。従って、図２５から図２７の各図はＹＺ平面を示している。第１光学系３１の光軸ＮはＺ軸方向に延びる。画像形成部２は、第１光学系３１の光軸Ｎの上方Ｙ１に投写画像を形成する。中間像３３は、第１光学系３１の光軸Ｎの下方Ｙ２に形成される。スクリーンＳの横方向はＸ軸方向である。また、以下の説明では、ＹＺ平面上に、Ｚ軸方向に延びる仮想軸Ｍを設定する。仮想軸Ｍはレンズ３５の設計基準軸である。また、仮想軸Ｍは、拡大側結像面であるスクリーンＳに垂直である。なお、仮想軸Ｍは、スクリーンＳに対して略垂直の場合もある。
【０１５１】
第１透過面４１と反射面４２とは、仮想軸Ｍの下方Ｙ２に位置する。第２透過面４３は、仮想軸Ｍの上方Ｙ１に位置する。反射面４２は、凹形状を備える。従って、反射面４２は正のパワーを有する。反射面４２はレンズ３５に外側から反射コートを施すことにより設けられている。第２透過面４３は拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第２透過面４３は正のパワーを有する。ここで、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、仮想軸Ｍに対し回転対称な面を持つ共軸光学系である。従って、仮想軸Ｍは、レンズ３５の設計基準軸であり、かつ、レンズ３５の光軸である。本例では、仮想軸Ｍは、第１光学系３１の光軸Ｎと一致する。なお、仮想軸Ｍは、必ずしも、第１光学系３１の光軸Ｎと一致しなくてもよい。
【０１５２】
レンズ３５は、上半分、下半分が、それぞれ仮想軸Ｍを中心とする回転対称に構成されている。すなわち、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、図２７に示すＹＺ平面の断面形状を、仮想軸Ｍを中心としてＸ軸方向の一方側および他方側にそれぞれ９０°の角度範囲で回転させた形状を備える。本例では、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は、いずれも非球面である。
【０１５３】
図２７に示すように、本例においても、第２光学系３２のレンズ３５には、第２透過面４３の有効光線範囲５０のＹ軸方向の上端を通過する上端光束５１の上周辺光線５１ａおよび当該有効光線範囲５０のＹ軸方向の下端を通過する下端光束５２の上周辺光線５２ａがＹＺ平面上で交差する上側交点５３と、上端光束５１の下周辺光線５１ｂおよび下端光束５２の下周辺光線５２ｂがＹＺ平面上で交差する下側交点５４と、を結ぶ仮想線Ｐを規定することができる。本例において、仮想線Ｐは、ＹＺ平面で仮想軸Ｍに垂直な仮想垂直線Ｖに対して１００．０３°傾斜している。また、第２光学系３２のレンズ３５において、上端光束５１の上周辺光線５１ａを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、上周辺光線５１ａが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第１交点とし、下端光束５２の下周辺光線５２ｂを第２透過面４３から反射面４２に向かって辿ったときに、下周辺光線５２ｂが、反射面４２で反射された別の光線と最初に交わる点を第２交点とするとき、第１交点と第２交点とを結ぶ線を瞳４４と規定する。本例において、瞳４４は、ＹＺ平面で仮想垂直線Ｖに対して１０４．３４°傾斜している。
【０１５４】
ここで、中間像３３は最終像に対して上下が反転した画像である。また、中間像３３は、拡大側結像面であるスクリーンＳに長方形の最終像が投写されるように、歪んだ画像である。より具体的には、中間像３３は、スクリーンＳに形成される最終像の台形歪みが小さくなるように、第２光学系３２において生じる歪みを打ち消すように歪んでいる。すなわち、中間像３３は、最終像の台形歪みに対して逆に歪む。従って、中間像３３は、スクリーンＳにおける像高が最も高い辺が最も短い。
【０１５５】
（レンズデータ）
投写光学系３Ｄのレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。＊を付した面番号の面は非球面である。面番号１は投写光学系３Ｄの縮小側の面である。符号は、第１光学系３１では各レンズの符号である。また、符号は、第２光学系３２では第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の符号である。すなわち、面番号２７はレンズ３５の第１透過面４１である。面番号２９はレンズ３５の反射面４２である。面番号３１はレンズ３５の第２透過面４３である。ｒは曲率半径であり、単位はｍｍである。ｄは軸上面間隔であり、単位はｍｍである。ｎｄは屈折率である。νｄはアッベ数である。ＹはＹ軸方向の有効半径である。ＸはＸ軸方向の有効半径である。
【０１５６】
【表５】
2020024377.tif 000007
【０１５７】
レンズデータに示すように、レンズ３５の屈折率ｎｄは１．５０９３９８である。レンズ３５のアッベ数νｄは５６．４７である。面番号３１の欄の軸上面間距離ｄは、スクリーンＳとレンズ３５の第２透過面４３との間の距離である。従って、面番号３１の欄の軸上面間距離ｄは、投写光学系３Ｄの投写距離fである。本例では、ｆ＝４４４ｍｍである。また、本例では、反射面４２の有効半径はＹ＝１６．２４３ｍｍであり、Ｘ＝１６．２４３ｍｍである。
【０１５８】
第９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     1.568E+00
４次の係数        -1.009992E-04
６次の係数         3.513449E-07
８次の係数         1.167873E-10
【０１５９】
第１０面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1.3E+00
４次の係数        -5.044473E-05
６次の係数         4.666818E-07
８次の係数        -8.772887E-10
【０１６０】
第１５面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1E+00
４次の係数        -2.682649E-05
６次の係数        -1.226436E-08
８次の係数        -5.685428E-12
１０次の係数      -1.521922E-14
【０１６１】
第１６面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -8.8E-01
４次の係数        -3.377957E-05
６次の係数         1.703745E-09
８次の係数        -3.308662E-12
１０次の係数       1.385218E-14
【０１６２】
第２５面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     9E+01
４次の係数         1.231931E-05
６次の係数        -2.697087E-09
８次の係数         9.407508E-12
【０１６３】
第２６面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -3.942288E-05
６次の係数         4.592455E-08
８次の係数         2.39597E-11
１０次の係数      -5.310071E-14
【０１６４】
第２７面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数         4.369855E-05
６次の係数        -3.679881E-08
８次の係数         4.239583E-11
１０次の係数       5.34966E-15
【０１６５】
第２９面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数    -1.029701E+00
４次の係数         1.198257E-05
６次の係数        -2.370324E-08
８次の係数         7.902733E-11
１０次の係数      -6.397751E-14
【０１６６】
第３１面の非球面データは以下のとおりである。
コーニック定数     0
４次の係数        -2.293837E-05
６次の係数         1.062271E-07
８次の係数        -2.666016E-10
１０次の係数       3.255388E-13
【０１６７】
（効果）
本例においても、上記の各実施例と同様の効果を得ることできる。
【０１６８】
また、本例において、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐが傾斜する傾斜角度θは１００．０３°傾斜している。従って、θ＝１００．０３°であり、以下の条件式（１）および条件式（２）を満たす。また、仮想垂直線Ｖに対して瞳４４が傾斜する傾斜角度ηは１０４．３４°である。従って、η＝１０４．３４°であり、以下の条件式（３）、条件式（４）を満たす。よって、本例の投写光学系３Ｄによれば、スクリーンＳで発生する上部と下部との間の光量の差を抑制できる。
０°＜  θ  ＜９０°＋γ  ・・（１）
９０°  ＜  θ            ・・（２）
０°＜  η  ＜９０°＋γ  ・・（３）
９０°  ＜  η            ・・（４）
θ：仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐの上側交点５３の側が仮想垂直線Ｖと仮想線Ｐを延長した線分との交点を軸として、仮想線Ｐが反時計周りに回る傾斜角度
η：仮想垂直線Ｖに対して瞳４４の第１交点の側が仮想垂直線Ｖと瞳４４との交点を軸として反時計周りに回る傾斜角度
γ：第２透過面４３の有効光線範囲５０の下端光束５２の下周辺光線５２ｂが仮想軸Ｍに交差する当該仮想軸Ｍからの角度
【０１６９】
ここで、本例の投写光学系３Ｄでは、投写距離ｆ＝４４４ｍｍである。従って、本例の投写光学系３Ｄでは、第１光学系にダイクロイックプリズムを含むことなく、実施例３の投写光学系３Ｃと同じ投写距離を実現している。また、反射面４２の有効半径は、Ｘ＝１６．２４３であり、Ｙ＝１６．２４３である。従って、本例の投写光学系３Ｄにおいても、反射面４２が大型化することが抑制されている。
【０１７０】
図２８は投写光学系３Ｄの拡大側のＭＴＦを示す図である。ＭＴＦは、結像面をＹ軸で分割した半分の領域を１１分割して算出した。ＭＴＦの計算に用いた光線は、６２０ｎｍの波長の光線と、５５０ｎｍの波長の光線と、４７０ｎｍの波長の光線との比が２：７：１に重み付けされている。ＭＴＦを示す図２８の横軸は空間周波数である。空間周波数０．２４ｃｙｃｌｅは解像力１６．７ｕｍに相当する。縦軸はコントラスト再現比である。図２８に示すように、本例では、解像度の低下は抑制されている。図２９は投写光学系３Ｄのスポットダイアグラムである。図２９に示すように、本例では、スポットのばらつきが抑制されている。
【０１７１】
（その他の実施の形態）
なお、上記の実施例１から４では、レンズ３５は樹脂製であるが、ガラス製とすることもできる。レンズ３５をガラス製とした場合には、レンズ３５を樹脂製とした場合と比較して、高精度に加工できる。また、レンズ３５をガラス製とした場合には、レンズ３５を樹脂製とした場合と比較して、内部吸収により温度が上昇した場合に、形状の膨張量を抑えることができる。従って、レンズ３５をガラス製とすれば、熱によるレンズ３５の変形が抑えられるので、高輝度の光束が入射した場合でも光学性能を維持できる。また、レンズ３５をガラス製とすれば、樹脂製よりも耐熱性が向上するため、レンズ３５の信頼性も向上させることができる。
【０１７２】
さらに、レンズ３５を複数の部材に分けて形成してもよい。このとき、複数の部材をそれぞれ異なる材質で形成してもよい。例えば、レンズ３５のうち、温度が上昇しやすい瞳４４の近傍を含む領域をガラスで構成し、残りの部分を樹脂で構成してもよい。これにより、第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３は樹脂で構成されるので、複雑な非球面形状を容易に形成でき、レンズ３５の光学性能を向上させることができる。さらに、温度が上昇しやすい領域はガラスで構成されるので、レンズ３５の耐熱性も向上できる。従って、より光学性能が高く、信頼性も向上したレンズ３５を備えた投写光学系を実現できる。
【０１７３】
また、上記の例では、レンズ３５の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３の全てを非球面としているが、これらのうちの少なくとも一面を非球面とすれば、スクリーンＳに投写される最終像に発生する収差を抑制できる。
【０１７４】
さらに、上記の例では、仮想垂直線Ｖに対して仮想線Ｐが傾斜する傾斜角度θが条件式（１）および条件式（２）を満たしているが、少なくとも条件式（１）を満たせば、スクリーンＳの上部の周辺部の光量が、下部と比較して低下することを抑制できる。
【０１７５】
また、上記の実施例１から４において、レンズ３５に遮光部を設けてもよい。この場合、遮光部は、仮想線Ｐに沿って傾斜して当該仮想線Ｐ上の有効光線範囲５０から外れた光線を遮光する。このようにすれば、レンズ３５内で、迷い光が発生することを防止できる。
【０１７６】
さらに、レンズ３５の第１透過面４１、反射面４２、および第２透過面４３のうちのいずれかを自由曲面としてもよい。このようにすれば、投写光学系の投写距離を、より短縮化することが容易となる。
【０１７７】
加えて、上記の各実施例における投写光学系は、光変調装置１８や、液晶パネル１８Ｒ、液晶パネル１８Ｇ、液晶パネル１８Ｂの位置に撮像素子を配置することで、レンズ３５の第２透過面４３から入射する外光を撮像する撮像光学系としても利用可能である。
【符号の説明】
【０１７８】
１…投写型画像表示装置、２…画像形成部、３,３Ａ,３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…投写光学系、４…制御部、６…画像処理部、７…表示駆動部、１０…光源、１１…第１インテグレーターレンズ、１２…第２インテグレーターレンズ、１３…偏光変換素子、１４…重畳レンズ、１５…第１ダイクロイックミラー、１６…反射ミラー、１７Ｂ…フィールドレンズ、１７Ｇ…フィールドレンズ、１７Ｒ…フィールドレンズ、１８…光変調装置、１８Ｂ…液晶パネル、１８Ｇ…液晶パネル、１８Ｒ…液晶パネル、１９…クロスダイクロイックプリズム、２１…第２ダイクロイックミラー、２２…リレーレンズ、２３…反射ミラー、２４…リレーレンズ、２５…反射ミラー、３１…第１光学系、３２…第２光学系、３３…中間像、３５…レンズ、４１…第１透過面、４２…反射面、４３…第２透過面、４４…瞳、５０…有効光線範囲、５１…上端光束、５１ａ…上周辺光線、５１ｂ…下周辺光線、５２…下端光束、５２ａ…上周辺光線、５２ｂ…下周辺光線、５３…上側交点、５４…下側交点、１０１…反射ミラー、Ｆ１〜Ｆ１１…光束、Ｌ１〜Ｌ１５…レンズ、Ｌ２１〜Ｌ２４…接合レンズ、ＬＧ２５…拡大側レンズ群、Ｎ…第１光学系の光軸、Ｍ…仮想軸、Ｏ…絞り、Ｐ…仮想線。
.
【図１】
2020024377.tif 000008
【図２】
2020024377.tif 000009
【図３】
2020024377.tif 000010
【図４】
2020024377.tif 000011
【図５】
2020024377.tif 000012
【図６】
2020024377.tif 000013
【図７】
2020024377.tif 000014
【図８】
2020024377.tif 000015
【図９】
2020024377.tif 000016
【図１０】
2020024377.tif 000017
【図１１】
2020024377.tif 000018
【図１２】
2020024377.tif 000019
【図１３】
2020024377.tif 000020
【図１４】
2020024377.tif 000021
【図１５】
2020024377.tif 000022
【図１６】
2020024377.tif 000023
【図１７】
2020024377.tif 000024
【図１８】
2020024377.tif 000025
【図１９】
2020024377.tif 000026
【図２０】
2020024377.tif 000027
【図２１】
2020024377.tif 000028
【図２２】
2020024377.tif 000029
【図２３】
2020024377.tif 000030
【図２４】
2020024377.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2020024377.tif 000034
【図２８】
2020024377.tif 000035
【図２９】
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