(57)【要約】【課題】空間光変調素子側でテレセントリックを確保でき、しかも口径を大きく明るくできて、スクリーン上に光強度の均一な画像を投影できる投影光学系を提供する。【解決手段】スクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズと両凹レンズとを含む負の屈折力を持つ第１レンズ群16G1と、スクリーン側に凹面を向けたメニスカスレンズと少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズとを含む正の屈折力を持つ第２レンズ群16G2と、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズと少なくとも２つの負の屈折力を持つレンズとを含む正の屈折力を持つ第３レンズ群16G3と、スクリーン側に凸面を向けて配置した単レンズからなる正の屈折力を持つ第４レンズ群16G4とを、スクリーン側から順に配置してなり、第４レンズ群16G4の単レンズは、第３レンズ群16G3との間において、空間光変調素子15側で光軸Oと平行な軸外光線が光軸Oを横切るように構成する。【選択図】図２
2010134343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調素子により変調された光源からの光をスクリーン上に画像として投射する投影光学系において、
前記スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、正の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ単レンズからなる第４レンズ群を有し、
前記第１レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズと、両凹レンズとを含み、
前記第２レンズ群は、前記スクリーン側に凹面を向けたメニスカスレンズと、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズとを含み、
前記第３レンズ群は、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズと、少なくとも２つの負の屈折力を持つレンズとを含み、
前記第４レンズ群を構成する単レンズは、前記スクリーン側に凸面を向けて配置し、
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間において、前記空間光変調素子側で光軸と平行な軸外光線が前記光軸を横切るように構成した、ことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１レンズ群の前記スクリーンに最も近いレンズの前記スクリーン側の頂点から前記空間光変調素子までの距離をTL、前記第４レンズ群の焦点距離をfg4とするとき、0.18<fg4/TL<0.31、を満足する、ことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ群の前記空間光変調素子に最も近いレンズのアッベ数をνd1、前記第３レンズ群の前記少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズのアッベ数の平均値をνd3とするとき、νd1>70、νd3>70、を満足する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第４レンズ群を構成する単レンズは、前記スクリーン側の曲率半径をrg41、前記空間光変調素子側の曲率半径をrg42とするとき、|rg41|<|rg42|、を満足する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第１レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けた少なくとも２つのメニスカスレンズを含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投影光学系を用いる投影装置であって、
照明光を放射する光源と、
該光源から放射された照明光に含まれる異なる色光を、表示画像に応じて空間変調する複数の反射型の空間光変調素子と、
前記投影光学系の前記第３レンズ群に関してスクリーン側と反対側に配置され、前記光源から放射された照明光を前記異なる色光に分離して前記複数の空間変調素子に入射させるとともに、前記複数の空間変調素子で変調された前記異なる色光の変調光を合成して、前記投影光学系の前記第３レンズ群に入射させる色分離合成手段とを有し、
前記投影光学系を構成する前記第４レンズ群は、前記複数の空間変調素子と、前記色分離合成手段との間にそれぞれ配置し、
前記空間光変調素子の各々に対して、対応する前記第４レンズ群を経て前記色分離合成手段で分離された対応する色光を入射させるとともに、当該空間光変調素子で空間変調された変調光を対応する前記第４レンズ群に入射させて、前記色分離合成手段で合成された変調光を、前記投影光学系の前記第３レンズ群、前記第２レンズ群および前記第１レンズ群を経て、前記スクリーンに投射して画像を表示するように構成した、ことを特徴とする投影装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投影光学系を用いる投影装置であって、
照明光を放射する光源と、
該光源からの照明光を異なる色光に順次分離する色分離手段と、
前記投影光学系の前記第４レンズ群に関してスクリーン側と反対側に配置された反射型の空間光変調素子とを有し、
前記色分離手段で順次分離される色光を、前記第４レンズ群を経て前記空間光変調素子に入射させて表示画像に応じて空間変調し、該空間変調された変調光を、前記投影光学系の前記第４レンズ群、前記第３レンズ群、前記第２レンズ群および前記第１レンズ群を経て、前記スクリーンに投射して画像を表示するように構成した、ことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影光学系、およびこれを用いた投影装置に関し、特に、光の反射方向を変更して照明光を空間変調するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型の空間光変調素子を有するライトバルブからの変調光を画像として投射するのに好適な投影光学系、およびこれを用いる投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像を拡大表示するものとして、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、マイクロミラーアレイなどの空間光変調素子を用いた投影装置が知られている。その中で近年、反射型ミラーデバイスが注目されている。この反射型ミラーデバイスとして、照明系からの光の反射方向を変えることにより画像を生成する複数の微小ミラー（マイクロミラー）を配列したＤＭＤが実用化されている。ＤＭＤは、液晶表示素子（ＬＣＤ）と比較して、応答速度が速く、かつ、光量損失が少なくて発熱量が少ない。したがって、明るい画像が得られるとともに、冷却装置を比較的小さくできることから、小型、高輝度、高画質の投影装置を実現するのに適している。
【０００３】
現在、知られているＤＭＤは、画像を生成するマイクロミラーの振れ角度が、±１０°であり、これにより投影光学系に入射して投影される反射光（有効光）と、投影光学系には入射しない反射光（無効光）とを切り替えて画像を生成する。具体的には、例えば、マイクロミラーが＋１０°に振れたＯＮ状態で、照明光はマイクロミラーで反射されて投影光学系に入射し、マイクロミラーが−１０°に振れたＯＦＦ状態で、照明光は投影光学系に入射されない。したがって、ＤＭＤを用いる投影装置では、投影光学系に入射する光束のＮＡは、マイクロミラーの振れ角によって制限されることになる。
【０００４】
図２３は、ＤＭＤを構成する一つのマイクロミラーの動作を示す図である。図２３において、マイクロミラー１１０は、表示する画像に応じて、実線で示すＤＭＤ基板に対してフラットな状態から、破線で示す＋１０°振れたＯＮ状態と、一点鎖線で示す−１０°振れたＯＦＦ状態とに選択的に駆動される。
【０００５】
なお、図２３において、符号１１１は、マイクロミラー１１０に入射する照明光束を示す。符号１１２は、マイクロミラー１１０がＯＮ状態のときに、照明光束１１１がマイクロミラー１１０で反射されて、図示しない投影光学系を経てスクリーンに投影される投影光束（有効光）を示す。符号１１３は、ＤＭＤの表面に配置された保護用のガラスで照明光束１１１が反射される光束（無効光）およびマイクロミラー１１０がフラットな状態のときに、照明光束１１１がマイクロミラー１１０で反射される光束（無効光）を示す。符号１１４は、マイクロミラー１１０がＯＦＦ状態のときに、照明光束１１１がマイクロミラー１１０で反射される光束（無効光）を示す。また、符号１２１，１２２，１２３および１２４は、光束１１１，１１２，１１３および１１４のそれぞれの光軸を示す。なお、投影光束１１２の光軸１２２は、投影光学系の光軸と一致し、かつ、ＤＭＤ基板の法線方向と一致している。
【０００６】
図２３において、ＤＭＤは、有効光である投影光束１１２と、照明光束１１１とが重ならないように、フラットな状態のマイクロミラー１１０に対して、照明光束１１１の光軸１２１を設定する必要がある。また、投影光束１１２に対して光束１１３が重なると、投影光学系に不要な光束が入射することになるため、投影光束１１２と光束１１３とが重ならないように、照明光束１１１の光軸１２１に対してマイクロミラー１１０のフラットな状態の角度を設定してＤＭＤを配置する必要がある。このことから、投影光学系に入射する投影光束のＮＡ（開口数）が規定される。
【０００７】
ここで、図２３の場合、マイクロミラー１１０は、±１０°傾くため、フラットな状態での反射光束１１３の光軸１２３に対して、ＯＮ状態の投影光束１１２の光軸１２２がなす角度、およびＯＦＦ状態の反射光束１１４の光軸１２４がなす角度は、それぞれ２０°となる。したがって、投影光束１１２、反射光束１１３および反射光束１１４が見張る角度（半角）は、それぞれ１０°となる。このことから、投影光学系に入射する最大の傾斜をもつ光線は、１０°となるので、投影光学系は、１／ｓｉｎ１０°／２＝２．８８、のＦナンバ（Ｆ値）が必要となる。
【０００８】
また、投影表示装置に使用される投影光学系に要求される性能としては、画面周辺まで歪曲が小さいこと、色にじみがないように倍率の色収差が補正されていること、が必要である。さらに、画面上の光強度を均一にするためには、ライトバルブ側でテレセントリックであることが望ましい。このため、図２３のように、照明光束１１１と投影光束１１２とが隣り合っている場合は、投影光学系を配置するのが困難となるため、投影光束１１２を縮小するレンズ系を設けるのが好ましい。このような投影光学系の構成として、例えば、特許文献１に開示のように、ライトバルブ近傍にフィールドレンズと呼ばれる正レンズを配置したものが知られている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示の投影光学系は、Ｆ値が２．８である。このため、後述のように、十分な明るさの投影画像を得るには、高出力の光源が必要になるとともに、それに伴って高出力の冷却機構を要することになり、投影装置のコストアップを招くことが懸念される。
【００１０】
一方、ＤＭＤを用いる投影装置では、マイクロミラーのフラット状態およびＯＦＦ状態で、投影光学系に不要光が入り込むと、フレアが発生して、投影画像の色再現性が低下し、画質が低下する要因となる。その対策としては、例えば、特許文献２に開示されているように、照明光学系の瞳と投影光学系の入射瞳とが離れるように、投影光束の主光線を、ＤＭＤ基板の法線方向である投影光学系の光軸からずらした、いわゆる斜め投影にする、という方法が知られている。この斜め投影においては、投影光束の主光線を、投影光学系の光軸に対して、照明光束の入射方向とは反対側に３°程度傾けるのが望ましいと言われている。
【００１１】
また、近年、振れ角が±１３°のＤＭＤが実用化されつつある。このように、振れ角が大きくなると、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とにおける光線の開き角を大きくできるので、ＤＭＤ面における光束の開口数を大きくとることができ、投影画像の明るさを向上できる利点がある。
【００１２】
ここで、振れ角が±１３°のＤＭＤを用い、かつ、不要光が投影光学系に入らないように、投影光束の主光線を、投影光学系の光軸に対して、照明光束の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影の場合について検討する。図２４は、この場合のマイクロミラーの動作を示す図である。図２４において、マイクロミラー１３０は、表示する画像に応じて、実線で示すフラットな状態から、破線で示す＋１３°振れたＯＮ状態と、一点鎖線で示す−１３°振れたＯＦＦ状態とに選択的に駆動される。
【００１３】
なお、図２４において、符号１４５は、投影光学系の光軸を示す。符号１３１は、照明光束を示す。符号１３２は、マイクロミラー１３０がＯＮ状態のときに、マイクロミラー１３０で反射されて、投影光学系を通りスクリーンに投影される投影光束を示す。符号１３３は、ＤＭＤの表面に配置された保護用のガラスで照明光束１３１が反射される光束およびマイクロミラー１３０がフラットな状態のときに、照明光束１３１がマイクロミラー１３０で反射される光束を示す。符号１３４は、マイクロミラー１３０がＯＦＦ状態のときに、照明光束１３１がマイクロミラー１３０で反射される光束を示す。また、符号１４１，１４２，１４３および１４４は、光束１３１，１３２，１３３および１３４のそれぞれの光軸を示す。なお、光軸１４２は、投影光束１３２の主光線とする。また、符号１５０は、投影光束１３２と、フラット状態での反射光束１３３との境界を示す。
【００１４】
図２４において、マイクロミラー１３０は、±１３°傾くため、フラットな状態での反射光束１３３の光軸１４３に対して、ＯＮ状態の投影光束１３２の光軸１４２がなす角度、およびＯＦＦ状態の反射光束１３４の光軸１４４がなす角度は、それぞれ２６°となる。したがって、投影光束１３２、反射光束１３３および反射光束１３４が見張る角度（半角）は、それぞれ１３°となる。また、上述したように、投影光束１３２の主光線１４２と、投影光学系の光軸１４５すなわちＤＭＤ基板の法線とのなす角は、３°であるから、光軸１４５と境界１５０とのなす角度は、１６°となる。また、照明光束１３１の光軸１４１と、投影光学系の光軸１４５とのなす角は、２９°である。このことから、投影光学系に入射する最大の傾斜をもつ光線は、１６°となり、結局、投影光学系は、１／ｓｉｎ１６°／２＝１．８１、のＦ値が必要となる。
【００１５】
このような、Ｆ１．８の明るさを有する投影光学系は、例えば、特許文献３に開示されているものが知られている。しかし、この特許文献３に開示の投影光学系は、ライトバルブ側はテレセントリックであるが、ライトバルブ近傍にフィールドレンズが配置されていないため、投影光学系に入射する投影光束の径が大きくなっている。このため、ＤＭＤを用いた投影装置に用いようすると、照明光束と投影光束とを分離するための全反射プリズムが必要となって、コストアップを招くことが懸念される。なお、ライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置した投影光学系としては、例えば、特許文献４に開示のものが知られている。しかし、この投影光学系は、最も小さいＦ値でも２．０であるため、十分な明るさの投影画像を得るには、高出力の光源が必要になるとともに、それに伴って高出力の冷却機構を要することになって、投影装置の大型化やコストアップを招くことが懸念される。
【００１６】
【特許文献１】特許第３０４９６７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２４９２号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７８９６号公報
【特許文献４】特開平１０−１４２５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、上記の事情に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、空間光変調素子側でテレセントリックを確保でき、しかも口径を大きく明るくできて、スクリーン上に光強度の均一な画像を投影できる投影光学系を提供することにある。
【００１８】
さらに、本発明の第２の目的は、上記の投影光学系を用いて、小型かつ安価な構成で投影光と照明光とを簡単に分離できる投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記第１の目的を達成する請求項１に係る投影光学系の発明は、空間光変調素子により変調された光源からの光をスクリーン上に画像として投射する投影光学系において、
前記スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、正の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ単レンズからなる第４レンズ群を有し、
前記第１レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズと、両凹レンズとを含み、
前記第２レンズ群は、前記スクリーン側に凹面を向けたメニスカスレンズと、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズとを含み、
前記第３レンズ群は、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズと、少なくとも２つの負の屈折力を持つレンズとを含み、
前記第４レンズ群を構成する単レンズは、前記スクリーン側に凸面を向けて配置し、
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間において、前記空間光変調素子側で光軸と平行な軸外光線が前記光軸を横切るように構成した、ことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群の前記スクリーンに最も近いレンズの前記スクリーン側の頂点から前記空間光変調素子までの距離をTL、前記第４レンズ群の焦点距離をfg4とするとき、0.18<fg4/TL<0.31、を満足する、ことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群の前記空間光変調素子に最も近いレンズのアッベ数をνd1、前記第３レンズ群の前記少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズのアッベ数の平均値をνd3とするとき、νd1>70、νd3>70、を満足する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投影光学系において、
前記第４レンズ群を構成する単レンズは、前記スクリーン側の曲率半径をrg41、前記空間光変調素子側の曲率半径をrg42とするとき、|rg41|<|rg42|、を満足する、ことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の投影光学系において、
前記第１レンズ群は、前記スクリーン側に凸面を向けた少なくとも２つのメニスカスレンズを含む、ことを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、上記第２の目的を達成する請求項６に係る投影装置の発明は、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投影光学系を用いる投影装置であって、
照明光を放射する光源と、
該光源から放射された照明光に含まれる異なる色光を、表示画像に応じて空間変調する複数の反射型の空間光変調素子と、
前記投影光学系の前記第３レンズ群に関してスクリーン側と反対側に配置され、前記光源から放射された照明光を前記異なる色光に分離して前記複数の空間変調素子に入射させるとともに、前記複数の空間変調素子で変調された前記異なる色光の変調光を合成して、前記投影光学系の前記第３レンズ群に入射させる色分離合成手段とを有し、
前記投影光学系を構成する前記第４レンズ群は、前記複数の空間変調素子と、前記色分離合成手段との間にそれぞれ配置し、
前記空間光変調素子の各々に対して、対応する前記第４レンズ群を経て前記色分離合成手段で分離された対応する色光を入射させるとともに、当該空間光変調素子で空間変調された変調光を対応する前記第４レンズ群に入射させて、前記色分離合成手段で合成された変調光を、前記投影光学系の前記第３レンズ群、前記第２レンズ群および前記第１レンズ群を経て、前記スクリーンに投射して画像を表示するように構成した、ことを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、上記第２の目的を達成する請求項７に係る投影装置の発明は、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投影光学系を用いる投影装置であって、
照明光を放射する光源と、
該光源からの照明光を異なる色光に順次分離する色分離手段と、
前記投影光学系の前記第４レンズ群に関してスクリーン側と反対側に配置された反射型の空間光変調素子とを有し、
前記色分離手段で順次分離される色光を、前記第４レンズ群を経て前記空間光変調素子に入射させて表示画像に応じて空間変調し、該空間変調された変調光を、前記投影光学系の前記第４レンズ群、前記第３レンズ群、前記第２レンズ群および前記第１レンズ群を経て、前記スクリーンに投射して画像を表示するように構成した、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る投影光学系によれば、空間光変調素子側でテレセントリックを確保でき、しかも口径を大きく明るくできるので、スクリーン上に光強度の均一な画像を投影することができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る投影装置によれば、上記の投影光学系を用いるので、全体を小型かつ安価にできるとともに、投影光と照明光とを簡単に分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る投影装置の概略構成を示す図で、図１（ａ）および（ｂ）は、互いに直交する方向から見た図である。この投影装置は、反射型の空間光変調素子を３枚用いる３板式のもので、白色光源１１と、ロッドインテグレータ１２と、コンデンサレンズ１３と、色分離合成手段である色分離合成プリズム１４と、反射型の空間光変調素子としての３枚のＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、投影光学系１６とを有する。なお、図１（ｂ）には、白色光源１１、ロッドインテグレータ１２、および、コンデンサレンズ１３の図示を省略している。
【００３０】
投影光学系１６は、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂで空間変調された画像を図示しないスクリーンに投影表示するもので、スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群１６Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群１６Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群１６Ｇ３と、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対応し、それぞれ正の屈折力を持つ単レンズからなる第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂとからなる。なお、第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂは、色分離合成プリズム１４と、対応するＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂとの間に配置する。また、色分離合成プリズム１４と第３レンズ群１６Ｇ３との間には、絞り１６ＡＰを配置する。
【００３１】
図１において、白色光源１１から放射された白色照明光は、ロッドインテグレータ１２により強度分布が均一に変換された後、コンデンサレンズ１３により集光されて色分離合成プリズム１４に入射される。色分離合成プリズム１４は、光学特性の異なる２つのダイクロイック膜１４Ｂおよび１４Ｒを有する公知のダイクロイックプリズムからなる。色分離合成プリズム１４に入射した白色照明光は、先ず、ダイクロイック膜１４Ｂで、青色（Ｂ）照明光が分離され、次に、ダイクロイック膜１４Ｒで赤色（Ｒ）照明光と緑色（Ｇ）照明光とが分離されて、それぞれ出射される。
【００３２】
色分離合成プリズム１４から分離して出射されるＢ照明光は、投影光学系１６を構成する対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｂを経てＤＭＤ１５Ｂに入射され、該ＤＭＤ１５Ｂにより、投影表示する画像のＢ信号に応じて、Ｂ照明光の入射方向とは異なる方向に反射されて空間変調される。同様に、色分離合成プリズム１４から分離して出射されるＲ光は、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｒを経てＤＭＤ１５Ｒに入射されて、投影表示する画像のＲ信号に応じて、Ｒ照明光の入射方向とは異なる方向に反射されて空間変調され、Ｇ光は、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｇを経てＤＭＤ１５Ｇに入射されて、投影表示する画像のＧ信号に応じて、Ｇ照明光の入射方向とは異なる方向に反射されて空間変調される。
【００３３】
ＤＭＤ１５Ｂにより空間変調されたＢ変調光は、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｂを経て色分離合成プリズム１４に入射される。同様に、ＤＭＤ１５Ｒにより空間変調されたＲ変調光は、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｒを経て色分離合成プリズム１４に入射され、ＤＭＤ１５Ｇにより空間変調されたＧ変調光は、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｒを経て色分離合成プリズム１４に入射される。
【００３４】
色分離合成プリズム１４は、ＤＭＤ１５ＧからのＧ変調光と、ＤＭＤ１５ＲからのＲ変調光とをダイクロイック膜１４Ｒで合成し、さらにそのＧＲの合成変調光とＤＭＤ１５ＢからのＢ変調光とをダイクロイック膜１４Ｂで合成して、ＲＢＧの変調光が合成された投影光として出射する。色分離合成プリズム１４から出射される投影光は、第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂの各々とともに投影光学系１６を構成する、絞り１６ＡＰ、第３レンズ群１６Ｇ３、第２レンズ群１６Ｇ２および第１レンズ群１６Ｇを経て、図示しないスクリーンに結像される。
【００３５】
なお、本実施の形態に係る投影装置では、投影光学系１６への不要光の入り込みを防止して、投影画像の色再現性および画質の向上を図るため、投影光学系１６の光軸Ｏに対して、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各々からの変調光の出射方向を、対応する照明光の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影としている。
【００３６】
次に、図１に示した投影装置で使用される投影光学系１６の数値実施例について、図２〜図１１を参照して説明する。
【００３７】
図２〜図５は、投影光学系１６の第１数値実施例〜第４数値実施例におけるレンズ断面図である。図１に示したように、投影光学系１６は、スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群１６Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群１６Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群１６Ｇ３と、それぞれ正の屈折力を持つ単レンズからなる第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂと、第３レンズ群１６Ｇ３の投影光の入力側に配置した絞り１６ＡＰとを有する。そして、第１レンズ群１６Ｇ１、第２レンズ群１６Ｇ２、第３レンズ群１６Ｇ３および絞り１６ＡＰは、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対して共通に用いられ、第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂは、対応するＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに対してのみ用いられる。
【００３８】
したがって、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各々に注目すると、投影光学系１６は、第１レンズ群１６Ｇ１、第２レンズ群１６Ｇ２、第３レンズ群１６Ｇ３、絞り１６ＡＰ、および、対応する第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇまたは１６Ｇ４Ｂで構成されるので、以下の説明では、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを、代表してＤＭＤ１５として、第４レンズ群１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ、１６Ｇ４Ｂは、代表して第４レンズ群１６Ｇ４として説明する。
【００３９】
図２〜図５において、第１レンズ群１６Ｇ１は、スクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズと、両凹レンズとを含む。第２レンズ群１６Ｇ２は、スクリーン側に凹面を向けたメニスカスレンズと、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズとを含む。第３レンズ群１６Ｇ３は、少なくとも２つの正の屈折力を持つレンズと、少なくとも２つの負の屈折力を持つレンズとを含む。第４レンズ群１６Ｇ４は、スクリーン側に凸面を向けた正の屈折力を持つ単レンズからなる。そして、第４レンズ群１６Ｇ４のＤＭＤ１５側は、テレセントリックとなっており、このＤＭＤ１５側において投影光学系１６の光軸Ｏに平行となる光線が、第４レンズ群１６Ｇ４のスクリーン側の焦点位置において、光軸Ｏを横切るように設定されている。なお、図２〜図５には、第３レンズ群１６Ｇ３と第４レンズ群１６Ｇ４との間に配置される色分離合成プリズム１４と、ＤＭＤ１５の表面に設けられるカバーガラス１５ａとを示している。
【００４０】
本実施の形態では、第１レンズ群１６Ｇ１の最もスクリーン側に位置するレンズのスクリーン側の頂点からＤＭＤ１５（像面）までの距離（投影光学系１６の全長）をTL、第４レンズ群１６Ｇ４の焦点距離をfg4とするとき、
0.18<fg4/TL<0.31    ・・・（１）
の条件を満足する。
【００４１】
さらに、第１レンズ群１６Ｇ１の最もＤＭＤ１５側に位置するレンズのアッベ数をνd1、第３レンズ群１６Ｇ３の正の屈折力を持つ複数のレンズのアッベ数の平均値をνd3とするとき、
νd1>70    ・・・（２）
νd3>70    ・・・（３）
の条件を満足する。
【００４２】
また、第４レンズ群１６Ｇ４を構成する単レンズのスクリーン側の曲率半径をrg41、ＤＭＤ１５側の曲率半径をrg42とするとき、
|rg41|<|rg42|    ・・・（４）
の条件を満足する。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、軸外の収差をバランスよく補正するため、第１レンズ群１６Ｇ１に、スクリーン側に凸面を向けたメニスカスレンズを２つ以上設けている。
【００４４】
次に、上記の条件式（１）〜（４）の技術的意義について説明する。条件式（１）は、第４レンズ群１６Ｇ４のパワーと、投影光学系１６の全長TLとの関係を規定するものである。第４レンズ群１６Ｇ４は、第３レンズ群１６Ｇ３のＤＭＤ１５側に配置された絞り１６ＡＰの位置において、絞り中心を通る軸外光線をＤＭＤ１５側で光軸Ｏに平行にする働きを持っている。このため、fg4/TLが、下限の0.18を下回ると、パワーが強くなり過ぎて、第１レンズ群１６Ｇ１から第３レンズ群１６Ｇ３における収差補正の負担が大きくなり、歪曲収差や非点収差を補正することが困難となる。また、fg4/TLが、上限の0.31を上回ると、投影光学系１６の全長TLが長くなり過ぎて、投影装置全体が大型化することになる。以上のことから、第４レンズ群１６Ｇ４のパワーと投影光学系１６の全長TLとの関係は、条件式（１）を満たすようにし、より好ましくは、0.20<fg4/TL<0.30、を満足するように構成する。
【００４５】
条件式（２）は、第１レンズ群１６Ｇ１の最もＤＭＤ１５側に位置するレンズのアッベ数νd1を規定するものである。このアッベ数νd1は、70を下回ると、倍率の色収差の補正が困難となる。したがって、アッベ数νd1はνd1>70、より好ましくは、νd1>75を満足するように、当該レンズを構成する。
【００４６】
条件式（３）は、第３レンズ群１６Ｇ３の正の屈折力を持つ複数のレンズのアッベ数の平均値νd3を規定するものである。この平均値νd3は、70を下回ると、軸上の色収差を補正することが困難となる。したがって、平均値νd3はνd3>70、より好ましくは、νd3>75を満足するように、該当するレンズを構成する。
【００４７】
条件式（４）は、第４レンズ群１６Ｇ４を構成する単レンズの曲率半径を規定するものである。第４レンズ群１６Ｇ４は、この条件を満足しないと、非点収差、特にサジタル方向の非点収差の補正が困難となる。
【００４８】
図６〜図１１は、投影光学系１６の第１数値実施例〜第４数値実施例における、球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示す収差図である。図６〜図１１において、球面収差については、波長620nm、546.07nm、470nmの各々の場合を示し、非点収差については、波長546.07nmの場合のサジタル像面湾曲ΔＳおよびメリジオナル像面湾曲ΔＭを示し、歪曲収差については、波長546.07nmの場合を示し、倍率色収差は、波長620nm、470nmの各々の場合を示す。
【００４９】
以下、第１数値実施例〜第４数値実施例の各々について説明する。なお、以下に説明する数値実施例において、面番号は、スクリーン面を物面とし、ＤＭＤ１５の反射面を像面として、物面から像面までの間に順次位置する面を示す。ｒは各面の曲率半径を示し、ｄは各面を形成する光学部材の厚さ、または隣接する面の空気間隔を示す。ｎｄおよびνｄは、対応する面を構成する光学部材の屈折率およびアッベ数を示す。また、各種データにおけるレンズ全長は、第１レンズ群１６Ｇ１の最もスクリーン側に位置するレンズのスクリーン側の頂点からカバーガラス１５ａの像面側の表面までの距離を示す。なお、距離や長さの単位は、［ｍｍ］である。
【００５０】
［第１数値実施例］
表１は、第１数値実施例に係る投影光学系１６の諸数値を示し、表２は、同じく各種データを示し、図６〜図８は、同じく収差図を示す。この投影光学系１６は、図２に示すように、第１レンズ群１６Ｇ１が５枚のレンズからなり、第２レンズ群１６Ｇ２が３枚のレンズからなる。また、第３レンズ群１６Ｇ３は、５枚のレンズからなり、そのうちの２枚のレンズ（表１において、面21〜23を形成する２枚のレンズ）は接合されている。したがって、面３２の曲率半径ｒ32が、カバーガラス１５ａの像面側の曲率半径を示し、カバーガラス１５ａの厚さｄ31が、0.5000mmとなっている。この投影光学系１６は、第３レンズ群１６Ｇ３を光軸Ｏに沿って移動することによりフォーカシングする機能を有し、図６は物点距離１３００ｍｍの場合の収差図、図７は物点距離２５００ｍｍの場合の収差図、図８は物点距離１２０００ｍｍの場合の収差図、をそれぞれ示している。
【００５１】
【表１】
2010134343.tif 000003
【００５２】
【表２】
2010134343.tif 000004
【００５３】
［第２数値実施例］
表３は、第２数値実施例に係る投影光学系１６の諸数値を示し、表４は、同じく各種データを示し、図９は、同じく収差図を示す。この投影光学系１６は、図３に示すように、第１レンズ群１６Ｇ１が５枚のレンズからなり、第２レンズ群１６Ｇ２が３枚のレンズからなり、第３レンズ群１６Ｇ３は、５枚のレンズからなる。したがって、面３３の曲率半径ｒ33が、カバーガラス１５ａの像面側の曲率半径を示す。なお、本数値実施例では、カバーガラス１５ａの厚さｄ32が、0.3000mmとなっている。
【００５４】
【表３】
2010134343.tif 000005
【００５５】
【表４】
2010134343.tif 000006
【００５６】
［第３数値実施例］
表５は、第３数値実施例に係る投影光学系１６の諸数値を示し、表６は、同じく各種データを示し、図１０は、収差図を示す。この投影光学系１６は、図４に示すように、第１レンズ群１６Ｇ１が４枚のレンズからなり、第２レンズ群１６Ｇ２が３枚のレンズからなる。また、第３レンズ群１６Ｇ３は、５枚のレンズからなり、そのうちの２枚のレンズ（表５において、面19〜21を形成する２枚のレンズ）は接合されている。したがって、面３０の曲率半径ｒ30が、カバーガラス１５ａの像面側の曲率半径を示す。なお、カバーガラス１５ａの厚さｄ29は、第２数値実施例と同様に、0.3000mmとなっている。
【００５７】
【表５】
2010134343.tif 000007
【００５８】
【表６】
2010134343.tif 000008
【００５９】
［第４数値実施例］
表７は、第４数値実施例に係る投影光学系１６の諸数値を示し、表８は、同じく各種データを示し、図１１は、同じく収差図を示す。この投影光学系１６は、図５に示すように、第１レンズ群１６Ｇ１が４枚のレンズからなり、そのうちの１枚のレンズ（表７において、＊を付した面５および面６を形成するレンズ）が非球面形状となっている。第２レンズ群１６Ｇ２は、３枚のレンズからなる。また、第３レンズ群１６Ｇ３は、５枚のレンズからなり、そのうちの４枚のレンズが２枚ずつ接合されている（表７において、面17〜19を形成する２枚のレンズ、および、面20〜22を形成する２枚のレンズ）。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向として、下記の数１で表される。ただし、数１において、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、各非球面係数において、「E−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
【００６０】
［数１］
ｘ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）２｝１／２］
＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０
【００６１】
【表７】
2010134343.tif 000009
【００６２】
【表８】
2010134343.tif 000010
【００６３】
以上のように、本実施の形態によれば、撮影光学系１６を、各ＤＭＤ１５側でテレセントリックを確保でき、しかもＦ値が１．８で、口径が大きく、明るくできる。したがって、スクリーン上に均一な光強度で画像を投影できるとともに、小型かつ安価な構成で投影光と照明光とを簡単に分離できる。しかも、本実施の形態に係る投影装置では、投影光学系１６の光軸Ｏに対して、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各々からの変調光の出射方向を、対応する照明光の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影としたので、投影光学系１６への不要光の入り込みをより有効に防止でき、投影画像の画質をより向上することができる。
【００６４】
（第２実施の形態）
図１２は、本発明の第２実施の形態に係る投影装置の概略構成を示す図で、図１２（ａ）および（ｂ）は、互いに直交する方向から見た図である。この投影装置は、反射型の空間光変調素子を１枚用いる単板式のもので、白色光源５１と、ロッドインテグレータ５２と、カラーホイール５３と、コンデンサレンズ５４と、反射型の空間光変調素子としての１枚のＤＭＤ５５と、投影光学系５６とを有する。なお、図１２（ｂ）には、白色光源５１、ロッドインテグレータ５２、カラーホイール５３、および、コンデンサレンズ５４の図示を省略している。
【００６５】
カラーホイール５３は、周方向に分割して配置されたＲＧＢの３原色の色フィルタを有し、図示しないモータにより回転駆動されて、ＲＧＢの各色フィルタが、白色光源５１からの白色照明光の光路中に順次位置するようになっている。投影光学系５６は、第１実施の形態と同様に、ＤＭＤ１５で空間変調された画像を図示しないスクリーンに投影表示するもので、スクリーン側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群５６Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群５６Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群５６Ｇ３と、正の屈折力を持つ単レンズからなる第４レンズ群５６Ｇ４とからなる。なお、第３レンズ群５６Ｇ３の第４レンズ群５６Ｇ４側には、絞り５６ＡＰを配置する。
【００６６】
図１２において、白色光源５１から放射された白色照明光は、ロッドインテグレータ１２により強度分布が均一に変換された後、カラーホイール５３によりＲ光、Ｇ光およびＢ光が順次抽出される。このカラーホイール５３で順次抽出されるＲ光、Ｇ光およびＢ光は、投影光学系５６を構成する第４レンズ群５６Ｇ４を経てＤＭＤ５５に入射される。ＤＭＤ５５は、入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光に同期して、投影表示する画像を面順次で入射方向とは異なる方向に反射されて空間変調する。このＤＭＤ５５により面順次で変調される各色の変調光は、投影光学系５６を経て図示しないスクリーンに結像される。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る投影装置では、第１実施の形態と同様に、投影光学系５６への不要光の入り込みを防止して、投影画像の色再現性および画質の向上を図るため、投影光学系５６の光軸Ｏに対して、ＤＭＤ１５からの変調光の出射方向を、照明光の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影としている。
【００６８】
次に、図１２に示した投影装置で使用される投影光学系５６の数値実施例について説明する。
【００６９】
図１３〜図１６は、投影光学系５６の第１数値実施例〜第４数値実施例におけるレンズ断面図である。図１３〜図１６に示す数値実施例は、図２〜図５に示した数値実施例において、色分離合成プリズム１４を省いたものである。なお、図１３〜図１６において、符号５５ａは、ＤＭＤ５５の表面に設けられるカバーガラスを示している。
【００７０】
図１７〜図２２は、投影光学系５６の第１数値実施例〜第４数値実施例における、球面収差、非点収差、歪曲収差、および、倍率色収差を示す収差図である。図６〜図１１と同様に、球面収差については、波長620nm、546.07nm、470nmの各々の場合を示し、非点収差については、波長546.07nmの場合のサジタル像面湾曲ΔＳおよびメリジオナル像面湾曲ΔＭを示し、歪曲収差については、波長546.07nmの場合を示し、倍率色収差は、波長620nm、470nmの各々の場合を示す。また、以下の表中に示す符号等は、第１実施の形態の数値実施例を示した表中の符号等と同じ意味を示す。
【００７１】
［第１数値実施例］
表９は、第１数値実施例に係る投影光学系５６の諸数値を示し、表１０は、同じく各種データを示し、図１７〜図１９は、それぞれ物点距離１３００ｍｍ、２５００ｍｍ、１２０００ｍｍの場合の収差図を示す。
【００７２】
【表９】
2010134343.tif 000011
【００７３】
【表１０】
2010134343.tif 000012
【００７４】
【表１１】
2010134343.tif 000013
【００７５】
【表１２】
2010134343.tif 000014
【００７６】
［第３数値実施例］
表１３は、第３数値実施例に係る投影光学系５６の諸数値を示し、表１４は、同じく各種データを示し、図２１は、収差図を示す。
【００７７】
【表１３】
2010134343.tif 000015
【００７８】
【表１４】
2010134343.tif 000016
【００７９】
［第４数値実施例］
表１５は、第４数値実施例に係る投影光学系５６の諸数値を示し、表１６は、同じく各種データを示し、図２２は、同じく収差図を示す。
【００８０】
【表１５】
2010134343.tif 000017
【００８１】
【表１６】
2010134343.tif 000018
【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に、撮影光学系５６を、ＤＭＤ５５側でテレセントリックを確保でき、しかもＦ値が１．８で、口径が大きく、明るくできるので、スクリーン上に均一な光強度で画像を投影できるとともに、小型かつ安価な構成で投影光と照明光とを簡単に分離できる。また、第１実施の形態と同様に、投影光学系５６の光軸Ｏに対して、ＤＭＤ５５からの変調光の出射方向を、照明光の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影としたので、投影光学系５６への不要光の入り込みをより有効に防止でき、投影画像の画質をより向上することができる。
【００８３】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記各実施の形態では、ＤＭＤからの変調光の出射方向を、投影光学系の光軸に対して、照明光の入射方向とは反対側に３°傾けた斜め投影としているので、投影光学系を構成する第３レンズ群の投影光の入射側に配置する絞りを、投影光の中心光線が絞りの中心を通過するように、投影光学系の光軸に対して偏心して配置することも可能である。このように構成すれば、投影光の利用効率をより高めることができるとともに、投影光への不要光の混入をより確実に防止して画質をより向上することができる。もちろん、本発明は、反射型の空間光変調素子からの変調光の出射方向を、投影光学系の光軸方向とする場合にも有効に適用することができる。したがって、反射型の空間光変調素子は、ＤＭＤに限らず、反射型の液晶表示素子を用いることもできる。さらに、上記各実施の形態において、投影光学系を構成する第３レンズ群の入射側に配置した絞りは、省略することもできる。さらに、投影装置を構成する白色光源は、ランプに限らず、白色発光ダイオードや、ＲＧＢの各色光の発光ダイオード等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る投影装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した投影光学系の第１数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図３】図１に示した投影光学系の第２数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図４】図１に示した投影光学系の第３数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図５】図１に示した投影光学系の第４数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図６】図２に示した第１数値実施例における収差図である。
【図７】図２に示した第１数値実施例における収差図である。
【図８】図２に示した第１数値実施例における収差図である。
【図９】図３に示した第２数値実施例における収差図である。
【図１０】図４に示した第３数値実施例における収差図である。
【図１１】図５に示した第４数値実施例における収差図である。
【図１２】本発明の第２実施の形態に係る投影装置の概略構成を示す図である。
【図１３】図１２に示した投影光学系の第１数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図１４】図１２に示した投影光学系の第２数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図１５】図１２に示した投影光学系の第３数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図１６】図１２に示した投影光学系の第４数値実施例におけるレンズ断面図である。
【図１７】図１３に示した第１数値実施例における収差図である。
【図１８】図１３に示した第１数値実施例における収差図である。
【図１９】図１３に示した第１数値実施例における収差図である。
【図２０】図１４に示した第２数値実施例における収差図である。
【図２１】図１５に示した第３数値実施例における収差図である。
【図２２】図１６に示した第４数値実施例における収差図である。
【図２３】ＤＭＤを構成する一つのマイクロミラーの動作を示す図である。
【図２４】振れ角が±１３°のＤＭＤによる斜め投影の場合の一つのマイクロミラーの動作を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１１  白色光源
１２  ロッドインテグレータ
１３  コンデンサレンズ
１４  色分離合成プリズム
１４Ｂ，１４Ｒ  ダイクロイック膜
１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５  ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）
１５ａ  カバーガラス
１６  投影光学系
１６Ｇ１  第１レンズ群
１６Ｇ２  第２レンズ群
１６Ｇ３  第３レンズ群
１６Ｇ４Ｒ，１６Ｇ４Ｇ，１６Ｇ４Ｂ、１６Ｇ４  第４レンズ群
１６ＡＰ  絞り
５１  白色光源
５２  ロッドインテグレータ
５３  カラーホイール
５４  コンデンサレンズ
５５  ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）
５５ａ  カバーガラス
５６  投影光学系
５６Ｇ１  第１レンズ群
５６Ｇ２  第２レンズ群
５６Ｇ３  第３レンズ群
５６Ｇ４  第４レンズ群
５６ＡＰ  絞り
【図１】
2010134343.tif 000019
【図２】
2010134343.tif 000020
【図３】
2010134343.tif 000021
【図４】
2010134343.tif 000022
【図５】
2010134343.tif 000023
【図６】
2010134343.tif 000024
【図７】
2010134343.tif 000025
【図８】
2010134343.tif 000026
【図９】
2010134343.tif 000027
【図１０】
2010134343.tif 000028
【図１１】
2010134343.tif 000029
【図１２】
2010134343.tif 000030
【図１３】
2010134343.tif 000031
【図１４】
2010134343.tif 000032
【図１５】
2010134343.tif 000033
【図１６】
2010134343.tif 000034
【図１７】
2010134343.tif 000035
【図１８】
2010134343.tif 000036
【図１９】
2010134343.tif 000037
【図２０】
2010134343.tif 000038
【図２１】
2010134343.tif 000039
【図２２】
2010134343.tif 000040
【図２３】
2010134343.tif 000041
【図２４】
2010134343.tif 000042