【手続補正書】
【提出日】平成17年3月28日(2005.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】斜め投影光学系及び画像投影装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、
前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を少なくとも３面有するとともに、ライトバルブ側から数えて１番目と２番目の反射光学面の間に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有することを特徴とする斜め投影光学系。
【請求項２】
前記斜め投影光学系の光学的パワーを持つ反射光学面が４面であることを特徴とする請求項１に記載の斜め投影光学系。
【請求項３】
光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、
前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有し、そのうちライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であり、ライトバルブ側から数えて１番目と２番目の反射光学面の間に屈折レンズ面を有することを特徴とする斜め投影光学系。
【請求項４】
光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、
前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有し、そのうちライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であり、最もライトバルブ側に位置する反射光学面よりもスクリーン側の光路中に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有し、前記自由曲面は面対称の対称面を多くとも１面しか持たないこと特徴とする斜め投影光学系。
【請求項５】
光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、
前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有するとともに、最もライトバルブ側に位置する反射光学面よりもスクリーン側の光路中に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有し、前記反射光学面のうち多くとも２面が偏心した回転対称光学面であり、残りが回転非対称な自由曲面であることを特徴とする斜め投影光学系。
【請求項６】
前記斜め投影光学系の光学的パワーを持つ反射光学面は、ライトバルブ側から順に正、負、正の光学的パワーを有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の斜め投影光学系。
【請求項７】
前記屈折レンズ面の自由曲面は面対称の対称面を１面しか持たないことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の斜め投影光学系。
【請求項８】
前記ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、前記ライトバルブの画面中心を原点とし、スクリーン法線方向をＸ方向とし、スクリーンがＹＺ平面に対して平行とし、前記中心主光線が形成する平面をＸＹ平面とするとき、前記屈折レンズ面の自由曲面の面対称な面はＸＹ平面であることを特徴とする請求項７に記載の斜め投影光学系。
【請求項９】
前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、ライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であることを特徴とする請求項２又は請求項５乃至８のいずれかに記載の斜め投影光学系。
【請求項１０】
前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、最もライトバルブ側に位置する反射光学面が球面であることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の斜め投影光学系。
【請求項１１】
前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、ライトバルブ側から数えて２番目の反射光学面が球面であることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の斜め投影光学系。
【請求項１２】
前記光学的パワーを持つ光学面のうち最もライトバルブ側に位置する光学面が、正パワーを持つ反射光学面であってミラーで構成されており、温度変化により光学系全体又はその一部が膨張又は収縮した際に、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項２乃至１１のいずれかに記載の斜め投影光学系；
｜２ΔＬ／ΔＲ｜＜１０ …（１）
ただし、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、その中心主光線が前記正パワーを持つ反射光学面と交わる点を「第１反射中心点」とするとき、
Ｌ：第１反射中心点からライトバルブの画面中心までの距離、
ΔＬ：温度変化による距離Ｌの変化量、
Ｒ：第１反射中心点近傍における正パワーを持つ反射光学面の曲率半径、
ΔＲ：温度変化による曲率半径Ｒの変化量、
である。
【請求項１３】
前記光学的パワーを持つ光学面のうち最もライトバルブ側に位置する光学面が、正パワーを持つ反射光学面であり、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項２乃至１２のいずれかに記載の斜め投影光学系；
−１．５＜Ｒ／Ｌ＜−０．５  …（２）
ただし、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、その中心主光線が前記正パワーを持つ反射光学面と交わる点を「第１反射中心点」とするとき、
Ｌ：第１反射中心点からライトバルブの画面中心までの距離、
Ｒ：第１反射中心点近傍における正パワーを持つ反射光学面の曲率半径、
であり、Ｌは常に正の値をとり、Ｒは集光作用のある凹面の場合を負とする。
【請求項１４】
前記自由曲面から成る屈折レンズ面が以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項２、４又は７に記載の斜め投影光学系；
１０＜｜１／（ρ・Ｌｍ）｜ …（３）
ただし、
ρ：屈折レンズ面を構成する自由曲面の曲率｛ここで、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とするとき、中心主光線が自由曲面と交わる点Ｐ近傍で、点Ｐから任意の点Ｐ'における自由曲面の面法線ベクトルを含む平面による自由曲面の断面上で曲率ρは定義される（１／ρ＝∞の場合を含む。）。｝、
Ｌｍ：ライトバルブの画面最大寸法、
である。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の斜め投影光学系と、
ライトバルブと、
光源と、
光源からの光をライトバルブに導く照明光学系と、
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は斜め投影光学系及び画像投影装置に関するものであり、更に詳しくは、反射光学面と屈折光学面をリアプロジェクションに好適な光学構成で有する斜め投影光学系に関する。またそのような斜め投影光学系を有する画像投影装置に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、良好な光学性能を保持しつつ量産性やコスト面で有利であり、しかも薄型で光学部品もコンパクトな大画面投影用の斜め投影光学系と画像投影装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の斜め投影光学系は、光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を少なくとも３面有するとともに、ライトバルブ側から数えて１番目と２番目の反射光学面の間に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有することを特徴とする。
第２の発明の斜め投影光学系は、上記第１の発明の構成において、前記斜め投影光学系の光学的パワーを持つ反射光学面が４面であることを特徴とする。
第３の発明の斜め投影光学系は、光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有し、そのうちライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であり、ライトバルブ側から数えて１番目と２番目の反射光学面の間に屈折レンズ面を有することを特徴とする。
第４の発明の斜め投影光学系は、光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有し、そのうちライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であり、最もライトバルブ側に位置する反射光学面よりもスクリーン側の光路中に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有し、前記自由曲面は面対称の対称面を多くとも１面しか持たないこと特徴とする。
第５の発明の斜め投影光学系は、光を変調することにより画像を形成するライトバルブにより形成された画像をスクリーンに対して斜め方向から拡大投影する斜め投影光学系であって、前記斜め投影光学系が、光学的パワーを持つ反射光学面を４面有するとともに、最もライトバルブ側に位置する反射光学面よりもスクリーン側の光路中に回転非対称な自由曲面を持つ屈折レンズ面を有し、前記反射光学面のうち多くとも２面が偏心した回転対称光学面であり、残りが回転非対称な自由曲面であることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第６の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至５のいずれかの発明の構成において、前記斜め投影光学系の光学的パワーを持つ反射光学面は、ライトバルブ側から順に正、負、正の光学的パワーを有することを特徴とする。
第７の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至６のいずれかの発明の構成において、前記屈折レンズ面の自由曲面は面対称の対称面を１面しか持たないことを特徴とする。
第８の発明の斜め投影光学系は、上記第７の発明の構成において、前記ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、前記ライトバルブの画面中心を原点とし、スクリーン法線方向をＸ方向とし、スクリーンがＹＺ平面に対して平行とし、前記中心主光線が形成する平面をＸＹ平面とするとき、前記屈折レンズ面の自由曲面の面対称な面はＸＹ平面であることを特徴とする請求項７に記載の斜め投影光学系。
第９の発明の斜め投影光学系は、上記第２又は第５乃至８のいずれかの発明の構成において、前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、ライトバルブ側から数えて３番目と４番目の反射光学面は回転非対称な自由曲面であることを特徴とする。
第１０の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至９のいずれかの発明の構成において、前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、最もライトバルブ側に位置する反射光学面が球面であることを特徴とする。
第１１の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至９のいずれかの発明の構成において、前記光学的パワーを持つ反射光学面のうち、ライトバルブ側から数えて２番目の反射光学面が球面であることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第１２の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至１１のいずれかの発明の構成において、前記光学的パワーを持つ光学面のうち最もライトバルブ側に位置する光学面が、正パワーを持つ反射光学面であってミラーで構成されており、温度変化により光学系全体又はその一部が膨張又は収縮した際に、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする。
｜２ΔＬ／ΔＲ｜＜１０ …（１）  
ただし、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、その中心主光線が前記正パワーを持つ反射光学面と交わる点を「第１反射中心点」とするとき、
Ｌ：第１反射中心点からライトバルブの画面中心までの距離、
ΔＬ：温度変化による距離Ｌの変化量、
Ｒ：第１反射中心点近傍における正パワーを持つ反射光学面の曲率半径、
ΔＲ：温度変化による曲率半径Ｒの変化量、
である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１３の発明の斜め投影光学系は、上記第２乃至１２のいずれかの発明の構成において、前記光学的パワーを持つ光学面のうち最もライトバルブ側に位置する光学面が、正パワーを持つ反射光学面であり、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする。
−１．５＜Ｒ／Ｌ＜−０．５  …（２） 
ただし、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とし、その中心主光線が前記正パワーを持つ反射光学面と交わる点を「第１反射中心点」とするとき、
Ｌ：第１反射中心点からライトバルブの画面中心までの距離、
Ｒ：第１反射中心点近傍における正パワーを持つ反射光学面の曲率半径、
であり、Ｌは常に正の値をとり、Ｒは集光作用のある凹面の場合を負とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第１４の発明の斜め投影光学系は、上記第２、第４又は第７の発明の構成において、前記自由曲面から成る屈折レンズ面が以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする。
１０＜｜１／（ρ・Ｌｍ）｜ …（３）
ただし、
ρ：屈折レンズ面を構成する自由曲面の曲率｛ここで、ライトバルブの画面中心，入射瞳中心及びスクリーンの画面中心を通過する光線を「中心主光線」とするとき、中心主光線が自由曲面と交わる点Ｐ近傍で、点Ｐから任意の点Ｐ'における自由曲面の面法線ベクトルを含む平面による自由曲面の断面上で曲率ρは定義される（１／ρ＝∞の場合を含む。）。｝、
Ｌｍ：ライトバルブの画面最大寸法、
である。
第１５の発明の画像投影装置は、上記第１乃至１４のいずれかの斜め投影光学系と、ライトバルブと、光源と、光源からの光をライトバルブに導く照明光学系と、を備えたことを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
条件式（２）の上限を越えると、ライトバルブ（ＬＶ）から最もライトバルブ（ＬＶ）側に位置する正パワーの反射光学面（Ｓ３）までの光路と、その反射光学面（Ｓ３）以降の光学面と、の干渉を避けるために、中心主光線を反射光学面（Ｓ３）で折り曲げる角度が大きくなる。このため、非対称性の収差が大きくなり、高性能化が困難になる。条件式（２）の下限を越えると、反射光学面（Ｓ３）による集光力が低下し、斜め投影光学系全体での光路長や光学素子サイズが大きくなり、小型化に不向きとなる。