(57)【要約】  投写光学系は、画像表示素子に形成された画像光束をスクリーンに投写するための投写光学系であって、画像表示素子の出射面側に位置し、複数のレンズを含む透過光学系と、透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、第１ミラーの反射光をスクリーンに反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備える。スクリーンは、透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、第１ミラーは、光軸方向において、第２ミラーと投写面との間に位置する。
2018008199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、
前記画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、
前記透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、前記第１ミラーの反射光を前記投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、
前記投写面は、前記透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、
前記第１ミラーは、前記光軸方向において、前記第２ミラーと前記投写面との間に位置する、
投写光学系。
【請求項２】
条件式（１）を満足する、請求項１に記載の投写光学系。
０＜ＴＬ／ｆｔ＜１０  ・・・（１）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ＴＬ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写装置側に投写される光束の主光線の第１ミラーで反射する位置から画像表示素子までの光軸ＡＺに平行な距離
【請求項３】
条件式（２）を満足する、請求項１または２のいずれかに記載の投写光学系。
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ６０  ・・・（２）
ただし、
ｆｍｘ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラー位置のＸ方向（画像長辺方向）の焦点距離
【請求項４】
以下の条件式（３）を満足する、請求項１から３のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ６０  ・・・（３）
ただし、
ｆｍｙ：画像表示素子の長辺の中心を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラーの位置のＹ方向（画像短辺方向）の焦点距離
【請求項５】
以下の条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ５  ・・・（４）
ただし、
Ｔ１：第１ミラーの反射する光束の画像短手方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーの反射する光束の画像短手方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光線において最も投写面に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
【請求項６】
以下の条件式（５）を満足する、請求項１から５のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（５）
【請求項７】
以下の条件式（６）を満足する、請求項１から６のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）
【請求項８】
以下の条件式（７）を満足する、請求項１から７のいずれかに記載の投写光学系。
０.００５  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  １  ・・・（７）
ただし、
Ｔｒ：投写光学系のスローレシオ
【請求項９】
以下の条件式（８）を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  １０  ・・（８）
ただし、
ｆｍｍａｘ：第１ミラー面上における最大の焦点距離
【請求項１０】
以下の条件式（９）を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の投写光学系。
０.００１  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０.１  ・・・（９）
ただし、
ｆｍｍｉｎ：第１ミラー面上における最小の焦点距離
【請求項１１】
曲率を有する投写面に投写する画像投写装置に用いられる、請求項１から１０のいずれかに記載の投写光学系。
【請求項１２】
投写面に画像を投写するための画像投写装置であって、
投写画像を形成する画像表示素子と、
前記画像表示素子の出射面側に位置し、複数のレンズを含む透過光学系と、
前記透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、前記第１ミラーの反射光を前記投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、
前記投写面は、前記透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域である、
画像投写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像表示素子が生成した画像を投写光学系を介して投写する画像投写装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、反射面を含む投写光学系を用いた投写装置を開示する。この投写装置は、ライトバルブに形成された画像を投影面に拡大投影するための投写光学系であって、複数のレンズからなり、投影面とライトバルブとの間に、画像の中間像を形成するための正のパワーを有するレンズ光学系と、中間像を結像した後の発散する光束を反射し、投影面上に結像させるための正のパワーを有する第１反射面と、レンズ光学系からの射出光を第１反射面に入射させるための第２反射面と、からなる。これにより、色収差および歪みが低減された大画面を投写することができる。【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された投写装置は、第１反射面から第２反射面までの距離が大きく、投写装置の大型化（高背化）を招いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７４８８６号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、小型でありながら画像歪みの低減された投写光学系及び画像投写装置を提供する。
【０００６】
本開示にかかる投写光学系は、画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、第１ミラーの反射光を投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備える。投写面は、透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、第１ミラーは、光軸方向において、第２ミラーと投写面との間に位置する。
【０００７】
また、本開示に係る画像投写装置は、投写面に画像を投写するための画像投写装置であって、投写画像を形成する画像表示素子と、画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、第１ミラーの反射光を投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備える。投写面は、透過光学系の絞りの中心と最も投写側に位置するレンズの中心とを結ぶ線を光軸としたとき、光軸の延長線と交差する点を含む領域である。
【０００８】
本開示における投写光学系によれば、光学系の小型化と画像歪みを低減することができる。
【０００９】
また、本開示の画像投写装置によれば、装置を小型化できるとともに、画像歪みの低減された投写画像を投写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の画像投写装置を説明する構成図である。
【図２】図２は、本開示の画像投写装置を拡大した構成図である。
【図３】図３は、数値実施例１における透過光学系の構成図である。
【図４】図４は、数値実施例２における透過光学系の構成図である。
【図５】図５は、数値実施例３における透過光学系の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１２】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１３】
（実施の形態）
以下、本開示の画像投写装置１０を図１から図５を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本開示の画像投写装置１０を説明する断面構成図である。画像投写装置１０は、投写光学系１００と画像表示素子１３０と、透過素子１４０とから構成される。画像投写装置１０は、画像表示素子１３０で形成された画像を正対しない方向（斜めの方向）にあるスクリーンＳＣに投写する。ここで、正対しない方向とは、投写する画像の中心が到達するスクリーンＳＣの点における法線の方向と、投写光学系１００の最終面から出射する光線の内、画像の中心の光路の方向とが一致しない場合を言う。なお、本開示にかかる画像投写装置１０は、透過光学系１１０の絞りＡの中心と最も投写側に位置するレンズの中心とを結ぶ線を光軸ＡＺとする。しかしながら、光軸ＡＺは、最も多くのレンズ中心を共有する軸としてもよいし、画像表示パネル位置に対し、出射光の光路（画像表示素子１３０からスクリーンＳＣに至る光路における、画像表示パネルの中心からスクリーンＳＣ上の拡大像の中心に至る主光線の光路）を含む面内で偏心して設定してもよい。
【００１５】
また、画像投写装置１０は、光軸ＡＺの延長線とスクリーンＳＣとが交差する点を含む領域に画像を投写する。ここで、画像投写装置１０は、透過光学系１１０内にプリズムやミラーなどの反射面を有する場合には、当該反射面で反射して曲げられた後の光学系の光軸の延長線とスクリーンＳＣとが交差する点を含む領域に画像を投写する。
【００１６】
また、本開示にかかる画像投写装置１０は曲率を有するスクリーンＳＣに投写する。
【００１７】
図２は、本開示の画像投写装置１０を拡大した断面構成図である。投写光学系１００は、全体として正のパワーの透過光学系１１０と、全体として正のパワーの反射光学系１２０とを備える。
【００１８】
透過光学系１１０は、画像表示素子１３０からスクリーンＳＣまでの順に、正のパワーの第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーの第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーの第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーの第４レンズ群Ｇ４から構成されており、画像表示素子１３０と第１レンズ群Ｇ１との間にプリズムＰＢを備える。
【００１９】
第１レンズ群Ｇ１は、１枚の両凸レンズから構成される。
【００２０】
第２レンズ群Ｇ２は、４枚のレンズ素子から構成される。
【００２１】
第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りＡを備える。また、第３レンズ群Ｇ３は、この開口絞りＡよりも投写側に５枚のレンズ素子を有し全体として正のパワーを有する。
【００２２】
透過光学系１１０の内、最もスクリーンＳＣ側にある第４レンズ群Ｇ４は、スクリーンＳＣから画像表示素子１３０までの順に、投写側に凸を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、画像表示素子１３０側に凸を向けた正のメニスカスレンズが配置される。最投写側の第４レンズ群Ｇ４において、正メニスカス形状の最投写側レンズと正メニスカス形状の接合レンズは、互いに凹面を向かい合わせるように配置される。
【００２３】
また、第４レンズ群Ｇ４は、最もスクリーンＳＣ側に、透過光学系１１０において最も偏肉比が大きい形状を有する最投写側レンズを有する。これにより、透過する光束の中心と周辺との屈折力差を大きくできるため、像面湾曲の補正に有効である。
【００２４】
最投写側レンズの画像表示素子１３０側に隣接するレンズは、両凹形状を有している。この両凹形状のレンズの少なくとも一方の面が非球面形状を有することが望ましい。具体的には、レンズの中心から径方向に離れるに従って、曲率が小さくなる形状を有する。すなわち、レンズの中心側に比べてレンズの外側のパワーが小さい形状となっている。
【００２５】
なお、投写光学系１００は、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４の２つのレンズ群でフォーカスしている。第４レンズ群Ｇ４には非球面形状を少なくとも１面含み、フォーカス時に発生する像の歪みや解像度の劣化を抑制している。これにより、投写距離が変わっても良好な光学性能を満たせる。
【００２６】
透過光学系１１０とスクリーンＳＣとの間に中間像が結像される。こうすることで、透過光学系１１０から射出された光線と最もスクリーンＳＣ側の第１ミラー１２１との共役位置が離れるため、第１ミラー１２１に入射する光線角度が緩くなり、反射光学系の小型化に有利となる。
【００２７】
反射光学系１２０は、透過光学系１１０が出射する光束を反射し、スクリーンＳＣに投写する。反射光学系１２０は、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２の２枚のミラーから構成される。第１ミラー１２１はその反射面が凹面の自由曲面形状をしており全体として正のパワーを有する。なお、反射光学系１２０は、１枚以上のミラーから構成されればよく、２枚に限定されるものではない。
【００２８】
画像表示素子１３０は、画像信号を基にスクリーンＳＣに投写する画像を形成する。画像表示素子としては、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）や透過型や反射型の液晶パネル等の空間変調素子を用いることができる。本開示における画像表示素子１３０は、図２のＸ軸方向（紙面垂直方向）が長辺、Ｙ軸方向が短辺の矩形である。
【００２９】
透過素子１４０は、反射光学系１２０とスクリーンＳＣとの間に配置される。反射光学系１２０が反射した光束は、透過素子１４０を透過してスクリーンＳＣに投写される。また、透過素子１４０は、画像表示素子１３０の長辺方向と短辺方向に対応した方向で異なる曲率の面を有するトロイダル形状であり、スクリーンＳＣ側に凸面を向けた形状である。すなわち、透過素子１４０の入射面における画像表示素子１３０の長辺方向に対応するＸ軸方向（図２の紙面垂直方向）の曲率は、短辺方向に対応するＹ軸方向の曲率よりも大きい。
【００３０】
また、反射光学系１２０は、画像表示素子１３０側の第１ミラー１２１に自由曲面形状を設けることが望ましい。第１ミラー１２１に正パワーを有する自由曲面を配置することで、像歪み補正をしつつ、第２ミラー１２２に入射する光線高を抑制できるため小型化に有利である。
【００３１】
最もスクリーンＳＣ側に配置されるレンズ第１４レンズＬ１４から自由曲面の反射面を有する第１ミラー１２１までの距離は、第１ミラー１２１から第２ミラー１２２までの距離よりも長い。これにより、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２の間隔を短縮でき、投写光学系１００のＹ軸方向の低背化ができる。
【００３２】
また、第２ミラー１２２の最も透過光学系１１０の光軸ＡＺから離れた反射位置から第１４レンズＬ１４の最も近い最外殻までを結ぶ線と光軸ＡＺとがなす角は、第１ミラー１２１の最も外側の反射位置から最も近い第１レンズＬ１の最外殻までを結ぶ線と光軸ＡＺとがなす角に比べて小さい。
【００３３】
以下、実施の形態に係る投写光学系が満足することが好ましい条件を説明する。なお、各実施の形態に係る投写光学系に対して、複数の条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足する投写光学系の構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏する投写光学系を得ることも可能である。
【００３４】
図３は、数値実施例１における透過光学系の構成図である。図４は、数値実施例２における透過光学系の構成図である。図５は、数値実施例３における透過光学系の構成図である。
【００３５】
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
【００３６】
０＜ＴＬ／ｆｔ＜１０  ・・・（１）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ＴＬ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写装置側に投写される光束の主光線の第１ミラーで反射する位置から画像表示素子までの光軸ＡＺに平行な距離である。
【００３７】
条件式（１）は、透過光学系１１０の焦点距離と全長との好適な範囲を規定している。条件式（１）を満足することで、小型でありながら画像歪みの低減された投写光学系とすることが可能である。条件式（１）上限を超えると透過光学系に対する全長が長くなり、透過光学系１１０の小型化が困難となる。反対に、条件式（１）の下限を下回ると、透過光学系に対する全長が短くなり過ぎ、諸収差の発生を抑制することが困難となる。
【００３８】
さらに、以下の条件式（１）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００３９】
０．０５＜ＴＬ／ｆｔ＜７．５  ・・・（１）’
さらに、以下の条件式（１）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００４０】
０．０７＜ＴＬ／ｆｔ＜５．０  ・・・（１）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００４１】
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ６０  ・・・（２）
ただし、
ｆｍｘ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラー位置のＸ方向（画像長辺方向）の焦点距離
である。
【００４２】
条件式（２）は、第１ミラーの形状の好適な範囲を規定している。下限を下回ると、投写画像の画像表示素子の長辺方向における歪みが大きくなる。反対に、上限を超えると、第１ミラーと第２ミラーとの間隔が大きくなり過ぎ、小型化に不利になるとともに、透過光学系のパワーが強くなりすぎるため、透過光学系でコマ収差および像面湾曲が発生する。
【００４３】
なお、画像表示素子１３０の長辺方向の中心を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラー１２１の位置におけるＸ軸方向の焦点距離ｆｍｘは、第１ミラー１２１の反射面のＸ軸方向のサグ量の変化（傾き）をｄｚ／ｄｘ、第１ミラー１２１のＸ軸方向の傾きの変化をｄ２ｚ／ｄｘ２とした場合、ｆｍｘ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｘ２））で表すことができる。
【００４４】
さらに、以下の条件式（２）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００４５】
３  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ５０  ・・・（２）’
さらに、以下の条件式（２）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００４６】
５  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ４０  ・・・（２）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００４７】
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ６０  ・・・（３）
ただし、
ｆｍｙ：画像表示素子の長辺の中心を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラーの位置のＹ方向（画像短辺方向）の焦点距離
である。
【００４８】
条件式（３）は、第１ミラー１２１の形状の好適な範囲を規定している。下限を下回ると、画像表示素子の短手方向における像の歪みが大きくなる。反対に、上限を超えると、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２との間隔が大きくなり過ぎ、小型化に不利になるとともに、透過光学系のパワーが強くなりすぎるため、透過光学系でコマ収差および像面湾曲が発生する。
【００４９】
なお、画像表示素子１３０の長辺方向の中心断面を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光束の主光線が反射する第１ミラー１２１の位置におけるＹ軸方向の焦点距離ｆｍｙは、第１ミラー面のＹ方向のサグ量変化（傾き）をｄｚ／ｄｙ、また、Ｙ方向の傾きの変化をｄ２ｚ／ｄｙ２で定義した場合、ｆｍｙ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｙ２））で表すことができる。
【００５０】
さらに、以下の条件式（３）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００５１】
３  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ５０  ・・・（３）’
さらに、以下の条件式（３）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００５２】
５  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ４５  ・・・（３）’’
本開示にかかる投写光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
【００５３】
０  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ５  ・・・（４）
ただし、
Ｔ１：第１ミラーの反射する光束の画像短手方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーの反射する光束の画像短手方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も画像投写装置側に投写される光線において最も投写面に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
である。
【００５４】
条件式（４）は、透過光学系と反射光学系との間隔と第２ミラーが反射する光束のサイズに起因する投写エリアの大きさの好適な範囲を規定している。下限を下回ると、最投写側レンズと第１ミラー１２１との間隔が狭くなり、収差性能が良好な中間像を形成することができず、投写面で像面湾曲を適切に補正できなくなる。反対に、上限を超えると、最投写側レンズと第１ミラー１２１との間隔が広くなり、反射光学系１２０に入射する光線が広がり過ぎて投写光学系１００全体のサイズが大きくなる。
【００５５】
さらに、以下の条件式（４）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００５６】
０．２  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ４  ・・・（４）’
さらに、以下の条件式（４）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００５７】
０．４  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ２  ・・・（４）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
【００５８】
０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（５）
条件式（５）は、透過光学系の焦点距離と、透過光学系と反射光学系との間隔の好適な範囲を規定している。下限を下回ると、透過光学系に対する最投写側レンズと第１ミラーとの間隔が狭くなり、スクリーンにおいて歪みのない画像を投写できる中間像を形成することが困難となる。反対に、上限を超えると、最投写側レンズと第１ミラーとの間隔が広くなることで、反射光学系に入射する光線の広がりが大きくなり光学系全体のサイズが大きくなる。
【００５９】
さらに、以下の条件式（５）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００６０】
０．０５  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（５）’
さらに、以下の条件式（５）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００６１】
０．１０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ２  ・・・（５）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
【００６２】
０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）
条件式（６）は、透過光学系１１０と第２ミラー１２２とから投写光学系の大きさの好適な範囲を規定している。下限を下回ると、第２ミラー１２２のサイズが小さくなり、投写エリアを大きくすることができない。反対に、上限を超えることで、第２ミラー１２２のサイズが大きくなり過ぎ、光軸ＡＺからの距離（高さ）方向で投写光学系１００のサイズが大きくなる。
【００６３】
さらに、以下の条件式（６）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００６４】
０．０５  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）’
さらに、以下の条件式（６）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００６５】
０．１０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ２  ・・・（６）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
【００６６】
０．００５  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  １  ・・・（７）
ただし、
Ｔｒ：投写光学系のスローレシオ
である。
【００６７】
条件式（７）は、投写光学系１００のスローレシオと反射光学系１２０のサイズの好適な範囲を規定している。なお、スローレシオは、投写光学系の投写距離をスクリーンＳＣに投写された画像の長手方向のサイズで除した値である。また投写距離とは、第２ミラー１２２の上端位置からスクリーンＳＣまでの距離である。下限を下回ると、投写面における歪曲収差を適切に補正することが困難となる。反対に、上限を超えることで、透過光学系１１０の射出瞳位置が反射光学系１２０側に近接し、透過光学系１１０から反射光学系１２０に入射する光線角度が広がるため、投写光学系１００の低背化には向かない。
【００６８】
さらに、以下の条件式（７）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００６９】
０．０１０  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  ０．５０  ・・・（７）’
さらに、以下の条件式（７）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００７０】
０．０２０  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  ０．３０  ・・・（７）’’
本開示に係る投写光学系は、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
【００７１】
０．１  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  １０  ・・・（８）
ただし、
ｆｍｍａｘ：第１ミラー面上における最大の焦点距離
である。
【００７２】
条件式（８）は、第１ミラー１２１面で最大となる焦点距離と透過光学系１１０の焦点距離との関係の好適な範囲を規定している。下限を下回ると、投写面のうち画像投写装置側の中央付近の非点収差を良好に補正することが困難となる。反対に、上限を超えると、投写面のうちの周辺領域における歪みを補正することが困難となる。
【００７３】
なお、画像表示素子１３０から出射される光線を反射する第１ミラー１２１の位置において、ｆｍｍａｘは、ｆｍｘ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｘ２））、ｆｍｙ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｙ２））の中で最大となる焦点距離をいう。
【００７４】
さらに、以下の条件式（８）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００７５】
０．１３０  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（８）’
さらに、以下の条件式（８）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００７６】
０．１６０  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（８）’’
実施の形態に係る投写光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
【００７７】
０．００１  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０．１  ・・・（９）
ただし、
ｆｍｍｉｎ：第１ミラーの反射面上における各光線が反射する位置での最小の焦点距離
である。
【００７８】
条件式（９）は、画像表示素子から出射される各光線が第１ミラー反射面上で反射する位置から求まる焦点距離のうち、第１ミラー面上で最小となる焦点距離の好適な範囲を規定している。下限を下回ると、投写面の画像投写装置側の中央付近の非点収差を適切に補正することが困難となる。反対に、上限を超えることで、投写面の中央付近における歪みを適切に補正することが困難となる。
【００７９】
なお、画画像表示素子から出射される各光線が反射する第１ミラー位置において、ｆｍｍｉｎはｆｍｘ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｘ２））、ｆｍｙ＝−１／（２×（ｄ２ｚ／ｄｙ２））の中で最小となる焦点距離をいう。
【００８０】
さらに、以下の条件式（９）’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００８１】
０．０１０  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０．０９  ・・・（９）’
さらに、以下の条件式（９）’’を満足することで、上記した効果をより奏功することができる。
【００８２】
０．０１５  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０．０８  ・・・（９）’’
表１に、数値実施例１から３に係る投射光学系について求めた各条件式の対応値を示す。
【００８３】
（条件式の対応値）
【００８４】
【表１】
2018008199.tif 000003
【００８５】
以下、上記各実施の形態に係る投写光学系を具体的に実施した数値実施例を説明する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。また、各数値実施例において、＊印を付した面は非球面または自由曲面であり、非球面形状は次式で定義している。
【００８６】
【数１】
2018008199.tif 000004
【００８７】
ここで、
ｚ：ｚ軸に平行な面のサグ量、
ｒ：半径方向の距離（＝√（ｘ２＋ｙ２））、
ｃ：面頂点における曲率
ｋ：コーニック係数、
である。
【００８８】
なお、非球面係数は、円錐常数Ｋ以外は０でない係数のみ記す。また、レンズ群データにおいて、レンズ構成長は、第１面から終面までの間隔、前側主点位置は、第１面からの距離、後側主点位置は、第１面からの距離である。
【００８９】
また、自由曲面形状は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた次式で定義している。
【００９０】
【数２】
2018008199.tif 000005
【００９１】
【数３】
2018008199.tif 000006
【００９２】
ここで、
ｚ：ｚ軸に平行な面のサグ両
ｒ：半径方向の距離（＝√（ｘ２＋ｙ２））
ｃ：面頂点における曲率
ｋ：コーニック係数
Ｃｊ：単項式ｘｍｙｎの係数
なお、以下の各データにおいて、便宜的に、多項式における自由曲面係数であるｘのｉ次の項、ｙのｊ次の項を、ｘｉｙｊというように記載する。例えば、「Ｘ２Ｙ」とは、多項式におけるｘの２次、ｙの１次の項の自由曲面係数であることを示す。
【００９３】
（数値実施例１）
以下の表２から表７に、数値実施例１の透過光学系の具体的なデータを示す。なお、数値実施例１におけるスローレシオは、０．１７５である。また、投写倍率は１１１．７９から２１７．０９である。また、使用する画像表示素子のサイズは、長辺方向が９．８５６ｍｍ、短辺方向が６．１６２ｍｍである。
【００９４】
実施例１の各光学素子の面データを以下の表２に示す。
【００９５】
【表２】
2018008199.tif 000007
【００９６】
以下、非球面データを表３に示す。
【００９７】
【表３】
2018008199.tif 000008
【００９８】
以下、自由曲面データを表４に示す。
【００９９】
【表４】
2018008199.tif 000009
【０１００】
以下、ズームデータを表５に示す。
【０１０１】
【表５】
2018008199.tif 000010
【０１０２】
以下、単レンズデータを表６に示す。
【０１０３】
【表６】
2018008199.tif 000011
【０１０４】
以下、レンズ群データを表７に示す。
【０１０５】
【表７】
2018008199.tif 000012
【０１０６】
（数値実施例２）
以下の表８から表１３に、数値実施例２の透過光学系の具体的なデータを示す。なお、数値実施例２におけるスローレシオは、０．１７６である。また、投写倍率は１１３．２３から２１７．５９である。また、使用する画像表示素子のサイズは、長辺方向が９．８５６ｍｍ、短辺方向が６．１６２ｍｍである。
【０１０７】
実施例２の各光学素子の面データを以下の表８に示す。
【０１０８】
【表８】
2018008199.tif 000013
【０１０９】
以下、非球面データを表９に示す。
【０１１０】
【表９】
2018008199.tif 000014
【０１１１】
以下、自由曲面データを表１０に示す。
【０１１２】
【表１０】
2018008199.tif 000015
【０１１３】
以下、ズームデータを表１１に示す。
【０１１４】
【表１１】
2018008199.tif 000016
【０１１５】
以下、単レンズデータを表１２に示す。
【０１１６】
【表１２】
2018008199.tif 000017
【０１１７】
以下、レンズ群データを表１３に示す。
【０１１８】
【表１３】
2018008199.tif 000018
【０１１９】
（数値実施例３）
以下の表１４から表１９に、数値実施例３の透過光学系の具体的なデータを示す。なお、数値実施例１におけるスローレシオは、０．１８４である。また、投写倍率は１１２．８５から２１７．１２倍である。また、使用する画像表示素子のサイズは、長辺方向が９．８５６ｍｍ、短辺方向が６．１６２ｍｍである。
【０１２０】
実施例３の各光学素子の面データを以下の表１４に示す。
【０１２１】
【表１４】
2018008199.tif 000019
【０１２２】
以下、非球面データを表１５に示す。
【０１２３】
【表１５】
2018008199.tif 000020
【０１２４】
以下、自由曲面データを表１６に示す。
【０１２５】
【表１６】
2018008199.tif 000021
【０１２６】
以下、ズームデータを表１７に示す。
【０１２７】
【表１７】
2018008199.tif 000022
【０１２８】
以下、単レンズデータを表１８に示す。
【０１２９】
【表１８】
2018008199.tif 000023
【０１３０】
以下、レンズ群データを表１９に示す。
【０１３１】
【表１９】
2018008199.tif 000024
【０１３２】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【０１３３】
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本開示は、画像表示素子に表示された画像を投写する投写に適用可能である。具体的には、プロジェクターやヘッドアップディスプレイなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０  画像投写装置
１００  投写光学系
１１０  透過光学系
１２０  反射光学系
１２１  第１ミラー
１２２  第２ミラー
１３０  画像表示素子
１４０  透過素子
Ａ  開口絞り
ＰＢ  プリズム
ＳＣ  スクリーン
【図１】
2018008199.tif 000025
【図２】
2018008199.tif 000026
【図３】
2018008199.tif 000027
【図４】
2018008199.tif 000028
【図５】
2018008199.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月9日(2017.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、
前記画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、
前記透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、前記第１ミラーの反射光を前記投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、
条件式（１）を満足する、
投写光学系。
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ＴＬ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置から画像表示素子までの透過光学系の光軸に平行な距離
【請求項２】
前記画像光束が前記投写面に投写される領域は、前記透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、
前記第１ミラーは、前記光軸方向において、前記第２ミラーと前記投写面との間に位置する、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
条件式（２）を満足する、請求項１または２のいずれかに記載の投写光学系。
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ６０  ・・・（２）
ただし、
ｆｍｘ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の長辺方向の焦点距離
【請求項４】
以下の条件式（３）を満足する、請求項１から３のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ６０  ・・・（３）
ただし、
ｆｍｙ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の短辺方向の焦点距離
【請求項５】
以下の条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ５  ・・・（４）
ただし、
Ｔ１：第１ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光線において最も投写面側に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
【請求項６】
以下の条件式（５）を満足する、請求項５に記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（５）
【請求項７】
以下の条件式（６）を満足する、請求項５または６のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）
【請求項８】
以下の条件式（７）を満足する、請求項５から７のいずれかに記載の投写光学系。
０.００５  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  １  ・・・（７）
ただし、
Ｔｒ：投写光学系のスローレシオ
【請求項９】
以下の条件式（８）を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  １０  ・・（８）
ただし、
ｆｍｍａｘ：第１ミラー面上における最大の焦点距離
【請求項１０】
以下の条件式（９）を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の投写光学系。
０.００１  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０.１  ・・・（９）
ただし、
ｆｍｍｉｎ：第１ミラー面上における最小の焦点距離
【請求項１１】
前記投写面は、曲率を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の投写光学系。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の投写光学系と、
前記画像表示素子とを備える、
画像投写装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月26日(2018.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本開示にかかる投写光学系は、画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、第１ミラーの反射光を投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、条件式（１）を満足する、投写光学系。０＜ＴＬ／ｆｔ＜１０ ・・・（１）、ただし、ｆｔ：透過光学系の焦点距離、ＴＬ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置から画像表示素子までの透過光学系の光軸に平行な距離。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、
前記画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、
前記透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、前記第１ミラーの反射光を前記投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、
条件式（１）を満足する、
投写光学系。
０＜ＴＬ／ｆｔ＜１０ ・・・（１）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ＴＬ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置から画像表示素子までの透過光学系の光軸に平行な距離
【請求項２】
前記画像光束が前記投写面に投写される領域は、前記透過光学系の光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、
前記第１ミラーは、前記光軸方向において、前記第２ミラーと前記投写面との間に位置する、請求項１に記載の投写光学系。
【請求項３】
条件式（２）を満足する、請求項１または２のいずれかに記載の投写光学系。
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ６０  ・・・（２）
ただし、
ｆｍｘ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の長辺方向の焦点距離
【請求項４】
以下の条件式（３）を満足する、請求項１から３のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ６０  ・・・（３）
ただし、
ｆｍｙ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の短辺方向の焦点距離
【請求項５】
以下の条件式（４）を満足する請求項１から４のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ５  ・・・（４）
ただし、
Ｔ１：第１ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光線において最も投写面側に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
【請求項６】
以下の条件式（５）を満足する、請求項５に記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（５）
【請求項７】
以下の条件式（６）を満足する、請求項５または６のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）
【請求項８】
以下の条件式（７）を満足する、請求項５から７のいずれかに記載の投写光学系。
０.００５  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  １  ・・・（７）
ただし、
Ｔｒ：投写光学系のスローレシオ
【請求項９】
以下の条件式（８）を満足する、請求項１から８のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  １０  ・・（８）
ただし、
ｆｍｍａｘ：第１ミラー面上における最大の焦点距離
【請求項１０】
以下の条件式（９）を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の投写光学系。
０.００１  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０.１  ・・・（９）
ただし、
ｆｍｍｉｎ：第１ミラー面上における最小の焦点距離
【請求項１１】
前記投写面は、曲率を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の投写光学系。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の投写光学系と、
前記画像表示素子とを備える、
画像投写装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月9日(2018.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に形成された画像光束を投写面に投写するための投写光学系であって、
前記画像表示素子の出射面側に位置し、絞りと複数のレンズを含む透過光学系と、
前記透過光学系の出射光を反射する正のパワーを有する第１ミラーと、前記第１ミラーの反射光を前記投写面に反射する第２ミラーとを含む反射光学系と、を備え、
前記透過光学系の絞りの中心と最も投写側に位置するレンズの中心とを結ぶ線を光軸とし、
前記画像光束が前記投写面に投写される領域は、前記光軸の延長線と交差する点を含む領域であり、
以下の条件式（４）を満足する投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／Ｔ１  ＜  ５  ・・・（４）
ただし、
Ｔ１：第１ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光線において最も投写面側に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
【請求項２】
条件式（２）を満足する、請求項１に記載の投写光学系。
０．１  ＜  ｆｔ／ｆｍｘ  ＜  ６０  ・・・（２）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ｆｍｘ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の長辺方向の焦点距離
【請求項３】
以下の条件式（３）を満足する、請求項１または２のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｔ／ｆｍｙ  ＜  ６０  ・・・（３）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ｆｍｙ：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光束の主光線を第１ミラーが反射する位置の画像表示素子の短辺方向の焦点距離
【請求項４】
以下の条件式（５）を満足する、請求項１に記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ２／ｆｔ  ＜  ５  ・・・（５）
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
Ｔ２：画像表示素子の長辺方向の中心を通り投写面の最も投写光学系側に投写される光線において最も投写面側に位置するレンズから第１ミラーまでの光路長
【請求項５】
以下の条件式（６）を満足する、請求項１または４のいずれかに記載の投写光学系。
０  ＜  Ｔ１／ｆｔ  ＜  ３  ・・・（６）
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
Ｔ１：第１ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
【請求項６】
以下の条件式（７）を満足する、請求項１、４、または５のいずれかに記載の投写光学系。
０.００５  ＜  Ｔｒ×（Ｔ１／ｆｔ）  ＜  １  ・・・（７）
ただし、
Ｔｒ：第２ミラーが反射する光束のうち光軸から最も離れて反射する位置から投写面までの距離を、投写面に投写された画像の長手方向のサイズで除した値
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
Ｔ１：第１ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離と、第２ミラーが反射する光束の画像表示素子の短辺方向に最も光軸から離れた位置から光軸までの距離の合計
【請求項７】
以下の条件式（８）を満足する、請求項１から６のいずれかに記載の投写光学系。
０.１  ＜  ｆｍｍａｘ／ｆｔ  ＜  １０  ・・（８）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ｆｍｍａｘ：第１ミラー面上における最大の焦点距離
【請求項８】
以下の条件式（９）を満足する、請求項１から７のいずれかに記載の投写光学系。
０.００１  ＜  ｆｍｍｉｎ／ｆｔ  ≦  ０.１  ・・・（９）
ただし、
ｆｔ：透過光学系の焦点距離
ｆｍｍｉｎ：第１ミラー面上における最小の焦点距離
【請求項９】
前記投写面は、曲率を有する、請求項１から８のいずれかに記載の投写光学系。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の投写光学系と、
前記画像表示素子とを備える、
画像投写装置。
【国際調査報告】
2018008199.tif 000030
2018008199.tif 000031
2018008199.tif 000032