(57)【要約】  表示素子から射出される光の像をスクリーンに投影する投影光学系であって、表示素子側から順に、正のパワーを持つ第１光学系と、正もしくは負のパワーを持つ反射面を有する第２光学系と、正のパワーを持つ反射面を有する第３光学系とを有する構成とし、該第１光学系、第２光学系、および第３光学系の各光学系を所定の条件を満たすように配置した。
2009107744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子から射出される光の像をスクリーンに投影する投影光学系において、
前記表示素子側から順に、
正のパワーを持つ第１光学系と、
正もしくは負のパワーを持つ反射面を有する第２光学系と、
正のパワーを持つ反射面を有する第３光学系と、
を有し、
前記第１光学系、前記第２光学系、および前記第３光学系は、該第２光学系と該第３光学系との間に前記表示素子から射出された光の共役点が位置するように構成、配置されており、
前記表示素子の射出面から前記第２光学系の反射面までの前記第１光学系の光軸に沿った距離をＤ１と定義し、
前記第２光学系の反射面から前記第３光学系の反射面までの該第２光学系の光軸に沿った距離をＤ２と定義した場合に、
次の条件式
０．４＜｜Ｄ１／Ｄ２｜＜１．０
を満たすことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１光学系はレンズ系を含むことを特徴とする、請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
最大画角に対応する主光線が前記第１光学系から射出されたときに該第１光学系の光軸となす射出角度をθ１と定義し、
最大画角に対応する主光線が前記第２光学系から射出されたときに該第２光学系の光軸となす射出角度をθ２と定義した場合に、
さらに次の条件式
−２．０＜θ１／θ２＜−１．０
を満たすことを特徴とする、請求項１または請求項２の何れかに記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第１光学系の絞りから該第１光学系の最終面までの距離をＤＳＬと定義し、
前記第１光学系の焦点距離をＦ１と定義した場合に、
さらに次の条件式
ＤＳＬ／Ｆ１＜０．８
を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第２光学系は１枚の反射ミラーで構成されることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れかに記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第３光学系は１枚の反射ミラーで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記第２光学系の反射ミラーのミラー面は、該第２光学系の光軸を回転中心とした実質的な回転対称性を有する非球面であることを特徴とする、請求項５に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記第３光学系の反射ミラーのミラー面は、該第３光学系の光軸を回転中心とした実質的な回転対称性を有する非球面であることを特徴とする、請求項１から請求項７の何れかに記載の投影光学系。
【請求項９】
前記第２光学系の光軸は、前記投影光学系の光路を展開した状態において、前記第１光学系の光軸と略一致することを特徴とする、請求項１から請求項８の何れかに記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記第３光学系の光軸は、前記投影光学系の光路を展開した状態において、前記第１光学系の光軸と略一致することを特徴とする、請求項１から請求項９の何れかに記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記第１光学系は、前記表示素子側でテレセントリックであることを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れかに記載の投影光学系。
【請求項１２】
光源と、
前記光源からの入射光の強度を変調し、該変調された光を射出する表示素子と、
前記表示素子から射出された光が入射される請求項１から請求項１１の何れかに記載の投影光学系と、
前記投影光学系からの光束が入射されることにより、前記表示素子から射出された光の拡大像が投影されるスクリーンと、
を備え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】
この発明は、表示素子から射出される光の像をスクリーンに投影する投影光学系および該投影光学系を備える投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示素子の画像を歪みなく近距離に設置されたスクリーンに投影する投影装置が知られている。このような投影装置は、例えば、スクリーン背後から表示素子の画像を投影し、該画像をスクリーン正面から観察することができるいわゆるリアプロジェクタとしての利用に適している。このような投影装置の例が、特開２００４−２５８６２０号公報（以下、「特許文献１」と記す。）、特開２００６−２３５５１６号公報（以下、「特許文献２」と記す。）、特開２００７−７９５２４号公報（以下、「特許文献３」と記す。）などの文献に開示されている。【０００３】
特許文献１に記載の投影装置は、表示素子の画像をレンズ系と凹面ミラーとの組合せからなる投影光学系によってスクリーンに投影している。当該投影装置では、レンズ系から射出される光束の画角を凹面ミラーによって拡大することにより、色収差を発生させることなく広い画角を確保することが達成されている。このため近距離に設置されたスクリーンに十分に拡大された画像が投影される。【０００４】
しかし、特許文献１に記載の投影光学系では、凹面ミラーにより生じ得る大きな正の歪曲収差や像面湾曲を良好に補正するため、凹面ミラーを回転非対称な複雑な形状の非球面で構成したり、レンズエレメントを偏芯や傾きを与えて配置するといった複雑な調整を必要としており、歩留まり、リードタイム、コスト等の面で好ましくない。【０００５】
特許文献２に記載の投影装置も、表示素子の画像をレンズ系と凹面ミラーとの組合せからなる投影光学系によってスクリーンに投影している。当該投影装置では、光源からの発散光束を一旦収束させた後に再度発散光束として射出させるレンズ群により、該射出光に大きな負の歪曲収差を発生させている。これにより、凹面ミラーで生じる正の歪曲収差が、複雑な形状の非球面ミラーの使用やレンズエレメントの偏芯や傾けといった複雑な調整を要することなく打ち消され、歪みの生じない画像がスクリーンに投影される。【０００６】
ところが、特許文献２に記載の投影光学系では、負の歪曲収差を発生させるレンズ群を絞りから離れた凹面ミラー寄りの位置に配置する構成を採用しているため、必要な画角を確保するために当該レンズ群の大径化が避けられず、コスト面等で好ましくない。また当該投影光学系では、必要な画角の確保や良好な収差補正を達成するため、レンズ系の全長を長く、かつレンズ系から凹面ミラーまでの距離も長くとるように構成されるため、投影装置全体が大型化するといった不利な点が指摘される。【０００７】
特許文献３に記載の投影装置はレンズ系と凹面ミラーを有し、さらに、レンズ系から凹面ミラーに至る光路を折り返す凸非球面ミラーを有した投影光学系によって表示素子の画像をスクリーンに投影している。【０００８】
特許文献３に記載の投影光学系では、凸非球面ミラーから凹面ミラーまでの距離が短いことから、レンズ系と凸非球面ミラーとの間の光路が凹面ミラーからスクリーンに至る光路と横断するように各光学素子を配置する構成が採用されている。このため、例えばレンズ系から凹面ミラーに至る光路中に光路を折り返す平面ミラーを配置する空間を確保することが難しく、小型化に不向きな構成となっている。また当該投影光学系では、凸非球面ミラーの非球面形状が歪曲収差の補正に最適化されていない。このため凸非球面ミラーでは、凹面ミラーで発生する大きな正の歪曲収差を打ち消すのに十分な大きさの負の歪曲収差を発生させることができず、歪みのある画像がスクリーンに投影される虞がある。そしてこのような歪曲収差を軽減するため、負の歪曲収差を発生させるレンズ群が絞りから離れた位置に配置されており、特許文献２に記載の投影光学系と同様に当該レンズ群の大径化が避けられない構成となっている。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、十分に広い画角が確保される場合でも、低コストおよび小型化を達成することができる投影光学系、および該投影光学系を備える投影装置を提供することにある。
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る投影光学系は、表示素子から射出される光の像をスクリーンに投影する光学系であり、表示素子側から順に、正のパワーを持つ第１光学系と、正もしくは負のパワーを持つ反射面を有する第２光学系と、正のパワーを持つ反射面を有する第３光学系とを有する。該第１光学系、第２光学系、および第３光学系は、該第２光学系と該第３光学系との間に表示素子から射出された光の共役点が位置するように構成、配置されており、表示素子の射出面から第２光学系の反射面までの第１光学系の光軸に沿った距離をＤ１と定義し、第２光学系の反射面から第３光学系の反射面までの該第２光学系の光軸に沿った距離をＤ２と定義した場合に、次の条件式
０．４＜｜Ｄ１／Ｄ２｜＜１．０
を満たすことを特徴としたものである。
【００１１】
このように構成された投影光学系によれば、十分に広い画角の確保と歪曲収差等の良好な補正が達成される場合でも、第１光学系、第２光学系、および第３光学系が投影光学系の小型化に適した位置関係で配置され、また大口径のレンズ群が不要となるため低コスト化が達成される。
【００１２】
本発明に係る投影光学系は、最大画角に対応する主光線が第１光学系から射出されたときに該第１光学系の光軸となす射出角度をθ１と定義し、最大画角に対応する主光線が第２光学系から射出されたときに該第２光学系の光軸となす射出角度をθ２と定義した場合に、さらに以下の条件、
−２．０＜θ１／θ２＜−１．０
を満たす構成であることが好ましい。
【００１３】
また本発明に係る投影光学系は、第１光学系の絞りから該第１光学系の最終面までの距離をＤＳＬと定義し、第１光学系の焦点距離をＦ１と定義した場合に、さらに以下の条件、
ＤＳＬ／Ｆ１＜０．８
を満たす構成であることが好ましい。
【００１４】
このような投影光学系に備えられる第２光学系は、好ましくは１枚の反射ミラーで構成される。また第３光学系も１枚の反射ミラーで構成されることが好ましい。
【００１５】
第２光学系の反射ミラーのミラー面は、該第２光学系の光軸を回転中心とした実質的な回転対称性を有する非球面として構成されてもよい。また第３光学系の反射ミラーのミラー面は、該第３光学系の光軸を回転中心とした実質的な回転対称性を有する非球面として構成されてもよい。
【００１６】
第２光学系または第３光学系の光軸は、投影光学系の光路を展開した状態において、第１光学系の光軸と略一致することが好ましい。
【００１７】
このような投影光学系に備えられる第１光学系は、表示素子側でテレセントリックとなるように構成されてもよい。
【００１８】
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る投影装置は、光源と、該光源からの入射光の強度を変調し、該変調された光を射出する表示素子と、該表示素子から射出された光が入射される上述した何れかに記載の投影光学系と、該投影光学系からの光束が入射されることにより、表示素子から射出された光の拡大像が投影されるスクリーンとを備えたことを特徴としたものである。
【００１９】
本発明によれば、十分に広い画角の確保と歪曲収差等の良好な補正が達成される場合でも、低コストかつ小型化に好適な投影光学系および投影装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の投影装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の変形例の投影装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図７】本発明の実施例３の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図９】本発明の実施例４の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図１２】本発明の実施例５の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図１４】本発明の実施例６の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【図１５】本発明の実施例７の表示素子と投影光学系の各光学素子の配置を示す図である。
【図１６】本発明の実施例７の投影光学系に関する横収差と歪曲収差を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る投影光学系および投影装置の具体的実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態の投影装置の概略構成を示す図である。図１に示されるように、本実施形態の投影装置は、図示省略されたハウジングにより支持されたスクリーンＳ、および該ハウジング内部に支持された光源（不図示）、表示素子Ｅ、および投影光学系１０を有する。なお本明細書では、投影装置および該装置内部に設置された各構成要素を説明するにあたり、便宜上、投影装置の幅方向（図１では紙面に直交する方向）をＸ方向、投影装置の高さ方向（図１では紙面に平行な縦方向）をＹ方向、投影装置の奥行き方向（図１では紙面に平行な横方向）をＺ方向と定義する。図１は、投影装置の正面に設けられたスクリーンＳの中心を通るＹ−Ｚ平面での投影装置の断面図となっている。【００２２】
表示素子Ｅは、例えば周知のＤＭＤ（Digital Mirror Device）や透過型液晶パネルで構成され、光源から照射された光束に画像エンジン（不図示）が生成する画像信号に応じた変調をかける。表示素子Ｅの有効領域（スクリーンＳに投影される領域）の画素で変調されて該表示素子Ｅから射出された発散光束は、投影光学系１０に入射される。なお表示素子Ｅの有効領域は、図１中、以下に説明する第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１より上側に位置する。【００２３】
投影光学系１０は、第１光学系Ｌ１、第２光学系Ｌ２、および第３光学系Ｌ３を有する。第１光学系Ｌ１は複数枚のレンズからなるレンズ系で構成されており、その光軸ＡＸ１がＺ方向に平行になるように配置されている。第１光学系Ｌ１のレンズ群は前群と後群に分割されており、該前群と後群との間には絞りＡＳが配置されている。【００２４】
なお、図１では図面を明瞭化するため、光源から照射されてスクリーンＳに到達する光束のうち、画角が最大のものと最小のものの２点の光束を、それぞれ主光線、上光線、下光線の３つの光線で示している。第１光学系Ｌ１の瞳の周辺を通る光線が上光線、下光線であり、上光線と下光線の中間（瞳の中心）を通る光線が主光線である。第１光学系Ｌ１から射出されたときの光軸ＡＸ１となす射出角度が最小となる光束ＲＭＩＮは、画角が最小の光束（すなわち最終的にスクリーンＳの最下部に入射される光束）である。また第１光学系Ｌ１から射出されたときの光軸ＡＸ１となす射出角度が最大となる光束ＲＭＡＸは、画角が最大の光束（すなわち最終的にスクリーンＳの最上部に入射される光束）である。【００２５】
第１光学系Ｌ１は全体として正のパワーを持ち、表示素子Ｅから射出された発散光束を収束光束として第２光学系Ｌ２に導く。また第１光学系Ｌ１は、表示素子Ｅ側においてテレセントリックとなるように構成されている。すなわち、絞りＡＳより表示素子Ｅ側にある前群の後側焦点近傍に絞りＡＳが配置されることにより、表示素子Ｅの有効領域から射出された各主光線が、光軸ＡＸ１と略平行のまま第１光学系Ｌ１に入射されるように構成されている。第１光学系Ｌ１は、これら主光線束に比較的狭い画角を与えて、該主光線束を第２光学系Ｌ２に導く。【００２６】
第２光学系Ｌ２は、金属の基材を、光軸ＡＸ２を回転中心として旋盤で切削加工することで製作された１枚の非球面ミラーで構成されている。このように第２光学系Ｌ２の反射面は旋盤を用いて非球面加工されているため、光軸ＡＸ２を中心に実質的に回転対称性を有する非球面形状となっている。なお、第２光学系Ｌ２は、旋盤加工後に、使用しない点線で囲われた部分Ｌ２’が除去されているため、反射面の回転対称性は完全なものではない。そのため、本明細書においては「実質的に回転対称性を有する」という表現を用いる。なお第２光学系Ｌ２は、投影光学系１０の小型化のため使用しない部分Ｌ２’が除去された形状となっているが、部分Ｌ２’を除去せず完全な回転対称性を有する形状としてもよい。【００２７】
また第２光学系Ｌ２は、実質的に回転対称性を有する形状に設計されているため、三次元加工装置等の特殊な装置を用いることなく旋盤を用いて製作することができる。このため加工コストが安価に抑えられるメリットがある。【００２８】
第２光学系Ｌ２は、光軸ＡＸ２近傍では負のパワーを持ち、該光軸ＡＸ２から離れるにしたがって正のパワーに連続的に変化する非球面形状が与えられている。このため第２光学系Ｌ２は、光軸ＡＸ２から離れるにしたがって入射光束に与える収束作用が増大する。【００２９】
例えば、光束ＲＭＩＮは、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２近傍に入射して該第２光学系Ｌ２の反射面により比較的弱い収束作用を与えられた後、第３光学系Ｌ３に導かれる。一方、光束ＲＭＡＸは、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２から離れた周辺部に入射して、該第２光学系Ｌ２の反射面により比較的強い収束作用を与えられた後、第３光学系Ｌ３に導かれる。このように第２光学系Ｌ２は、光軸ＡＸ２から離れた位置に入射される光束ほどより強い収束作用を与える。つまり、第２光学系Ｌ２は、第１光学系Ｌ１から射出された収束光束を反射させて光路を折り返すとともに負の歪曲収差（特に、光軸ＡＸ２から離れた位置においては強い負の歪曲収差）を与えて、該反射光束を第３光学系Ｌ３に導く。このとき第３光学系Ｌ３に導かれる光束の画角は比較的狭い。【００３０】
このように第２光学系Ｌ２は正のパワーを有するが、本実施形態の投影光学系１０は、第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の合成パワーが正を有するように構成されていればよい。該合成パワーが正となるように第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２が構成されるのであれば、このときの第２光学系Ｌ２のパワーは負であってもよい。【００３１】
なお、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２は、投影光学系１０全体の光軸と略一致し、第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１にも略一致している。すなわち、第１光学系Ｌ１および第２光学系Ｌ２からなる光学系は、同一の軸を中心に実質的に回転対称性を有するように構成されている。このため第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１と第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２との軸ずれをコリメータやレーザー光の反射像等を利用して容易に確認し補正することができる。この結果、製造容易性が向上し、リードタイム短縮、歩留まりの向上、組み立てコストの削減等が達成される。【００３２】
第２光学系Ｌ２で反射された光束は、第３光学系Ｌ３に到達する前に一旦中間像を形成し、その後第３光学系Ｌ３に入射される。なお、第２光学系Ｌ２と第３光学系Ｌ３との間に各光束の中間像が形成されることは、物点である表示素子Ｅの射出面上の各点の共役点が第２光学系Ｌ２と第３光学系Ｌ３との間に位置することと同義である。【００３３】
第３光学系Ｌ３も第２光学系Ｌ２と同様に、基材を光軸ＡＸ３を回転中心として旋盤で切削加工することで製作された１枚の非球面ミラーで構成されている。このため第３光学系Ｌ３の表面は、光軸ＡＸ３を中心に実質的に回転対称性を有する非球面形状となっている。すなわち、第３光学系Ｌ３も、旋盤加工後に、使用しない点線で囲われた部分Ｌ３’が除去されているため、反射面の回転対称性は完全なものではない。なお第３光学系Ｌ３は、部分Ｌ３’が除去されていない完全な回転対称性のある形状としてもよい。このように第３光学系Ｌ３も実質的に回転対称性を有する形状に設計されるため、旋盤を用いた加工が可能となり、第３光学系Ｌ３の加工コストは安価に抑えられる。【００３４】
また、第３光学系Ｌ３の光軸ＡＸ３は、投影光学系１０全体の光軸と略一致し、第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１にも略一致している。つまり、第３光学系Ｌ３の光軸ＡＸ３は、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２にも略一致している。このため第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２、第３光学系Ｌ３の光軸ＡＸ３それぞれの軸ずれをコリメータやレーザー光の反射像等を利用して容易に確認し補正することができる。この結果、製造容易性が向上し、リードタイム短縮、歩留まりの向上、組み立てコストの削減等が達成される。【００３５】
第３光学系Ｌ３を構成する１枚の非球面ミラーは、光軸ＡＸ３を回転中心とした実質的な回転対称性のある凹面形状を有し、強い正のパワーを持つ。また、第３光学系Ｌ３に入射される光束は、上述したように第３光学系Ｌ３の手前で一旦中間像を結んでいる。このため、第３光学系Ｌ３は、第２光学系Ｌ２から比較的狭い画角で入射される光束に広い画角を与えて、該光束をスクリーンＳへ導く。【００３６】
ここで、スクリーンＳに導かれる光束は第３光学系Ｌ３により画角が急激に広げられるため、当該光束には強い正の歪曲収差が発生する。しかし、第３光学系Ｌ３に入射される光束には第２光学系Ｌ２の非球面作用により強い負の歪曲収差が予め与えられている。このため第３光学系Ｌ３により特に光軸ＡＸ３から離れた位置において与えられる強い正の歪曲収差は、第２光学系Ｌ２により与えられる強い負の歪曲収差によって良好に打ち消される。この結果、スクリーンＳには、歪曲収差が良好に補正された歪みのない画像が投影される。【００３７】
なお、スクリーンＳに投影された投影像を、第３光学系Ｌ３の対面側、すなわち図１の右側より観察する、いわゆるリアプロジェクタとして構成する場合、スクリーンＳは、図示しないフレネルレンズとレンチキュラーレンズを有する。スクリーンＳに斜めに入射された光束は、フレネルレンズの作用によりスクリーンＳの面に垂直な方向に偏向され、次にレンチキュラーレンズの作用によって左右に拡散されて射出される。【００３８】
このような構成によれば、第３光学系Ｌ３により特に光軸ＡＸ３から離れた位置において与えられる強い正の歪曲収差は、１枚の非球面ミラーからなる第２光学系Ｌ２により予め与えられる強い負の歪曲収差によって良好に打ち消される。このため十分な画角の確保と歪曲収差の良好な補正とを達成するために、特許文献２や３にみられるような直径の大きなレンズ群を必要としない。【００３９】
また、第２光学系Ｌ２や第３光学系Ｌ３では、非球面作用により歪曲収差をはじめとする諸収差を良好に補正するとともに、これらの光学系がミラーによって構成されることから色収差の発生もない。特に、第３光学系Ｌ３では第２光学系Ｌ２から入射される比較的画角の狭い光束に色収差を発生させることなく広い画角を与えることができるという有利な点がある。このように本実施形態では、画角の広い投影光学系をレンズ枚数を増やすことなく低コストで得ることができる。【００４０】
また、投影光学系１０は、第１光学系Ｌ１から第３光学系Ｌ３に至る光路を第２光学系Ｌ２の反射面で折り返すように構成されているため、投影光学系１０の全長を短くすることができ、投影装置の小型化に有利である。【００４１】
ところで、本実施形態のような、画角の広い投影光学系を使用することにより近距離に設置されたスクリーンに大きな画面を投影する投影装置では、奥行寸法が小さい（つまり薄型）であることが望まれる。図１に示される構成では、第２光学系Ｌ２と第３光学系Ｌ３との間の光路を比較的長くすることができるため、当該光路中に光路を折り曲げるための平面ミラーを配置することが容易である。図２に、そのような平面ミラーＭ１が配置された投影光学系１０ｚを有する、図１の投影装置の変形例を示す。【００４２】
図２は、本実施形態の変形例の投影装置の概略構成を示す斜視図である。図２においては、便宜上、図１からさらに表示素子Ｅを図示省略する。また光源から照射されてスクリーンＳに到達する光束のうち、スクリーンＳの中心に入射される光束の主光線のみを示す。【００４３】
図２の変形例では、第１光学系Ｌ１、第２光学系Ｌ２はそれぞれ、光軸ＡＸ１、ＡＸ２がスクリーンＳのスクリーン面と平行になるように配置されている。第１光学系Ｌ１は、表示素子Ｅの有効領域の画素からの入射光束を図１と同様に下向きの角度で射出して、該射出光（例えば主光線ＰＲ１）を第２光学系Ｌ２に導く。第２光学系Ｌ２に導かれた主光線ＰＲ１は、第２光学系Ｌ２の反射面で反射されて、第１光学系Ｌ１の下方に配置されている平面ミラーＭ１に導かれる（主光線ＰＲ２）。【００４４】
平面ミラーＭ１は、反射面がＸ−Ｙ平面に対して４５度傾くように配置されており、主光線ＰＲ２をＺ方向（スクリーンＳから離れる方向）に折り曲げて第３光学系Ｌ３に導く。第３光学系Ｌ３は、投影光学系１０ｚの中でスクリーンＳから最も離れた位置に設けられ、光軸ＡＸ３がＺ方向と平行になるように配置されている。平面ミラーＭ１により折り曲げられた主光線ＰＲ３は第３光学系Ｌ３の反射面で反射され、該反射光（主光線ＰＲ４）はスクリーンＳの中心に入射される。この結果、表示素子Ｅから射出された光の像がスクリーンＳ上に拡大投影される。【００４５】
図２の変形例によれば、光軸方向に大きな配置スペースを必要とする第１光学系Ｌ１および第２光学系Ｌ２がＸ方向、つまりスクリーンＳのスクリーン面と平行な方向に光軸を揃えて並べて配置されるため、投影光学系１０ｚの奥行き（Ｚ方向）を短くすることができ、投影装置のさらなる薄型化が達成される。【００４６】
ここで、本実施形態の投影光学系１０または１０ｚは、表示素子Ｅの射出面から第２光学系Ｌ２の反射面までの、第１光学系Ｌ１の光軸ＡＸ１に沿った距離をＤ１、第２光学系Ｌ２の反射面から第３光学系Ｌ３の反射面までの、第２光学系Ｌ２の光軸ＡＸ２に沿った距離をＤ２とすると、以下の条件式（１）を満たすように構成される。
０．４＜｜Ｄ１／Ｄ２｜＜１．０・・・（１）【００４７】
条件式（１）を満たすことにより、十分に広い画角の確保と歪曲収差等の良好な補正が達成される場合でも、第１光学系Ｌ１、第２光学系Ｌ２、第３光学系Ｌ３が投影光学系の小型化に適した位置関係で配置され、投影装置の小型化に有利な投影光学系が提供される。【００４８】
条件式（１）の下限値以下になる、つまり表示素子Ｅから第２光学系Ｌ２までの距離Ｄ１に対して第２光学系Ｌ２と第３光学系Ｌ３との距離Ｄ２が著しく長くなると、投影光学系が大型化するとともに第３光学系Ｌ３の大型化が避けられない。このような構成は、投影装置の大型化や大口径素子の使用に伴うコストアップ等のデメリットを招くため好ましくない。また条件式（１）の上限値以上になる、つまり第２光学系Ｌ２と第３光学系Ｌ３との距離Ｄ２より表示素子Ｅから第２光学系Ｌ２までの距離Ｄ１が長くなると、第２光学系Ｌ２等の開口を大きくする必要があり、投影装置の大型化やコストアップ等のデメリットを招く。【００４９】
また、本実施形態の投影光学系１０または１０ｚは、最大画角に対応する主光線（光束ＲＭＡＸの主光線）が第１光学系Ｌ１から射出されたときに光軸ＡＸ１となす射出角度をθ１、同じく光束ＲＭＡＸの主光線が第２光学系Ｌ２から射出されたときに光軸ＡＸ２となす射出角度θ２とすると、以下の条件式（２）を満たすように構成される。なお光軸ＡＸ１または光軸ＡＸ２から反時計回りの角度を正、時計回りの角度を負とする。
−２．０＜θ１／θ２＜−１．０・・・（２）【００５０】
条件式（２）を満たすことにより、第２光学系Ｌ２に入射される光束に最適な収束作用が与えられて、歪曲収差が良好に補正される。条件式（２）の下限値以下になると、光軸ＡＸ２から離れるにしたがって増大する第２光学系Ｌ２の収束作用が強くなりすぎて、負の歪曲収差やコマ収差が過剰に発生する。また条件式（２）の上限値以上になると、第２光学系Ｌ２の収束作用が弱くなりすぎて、第３光学系Ｌ３により発生される強い正の歪曲収差を良好に補正することができない（補正不足となる）。【００５１】
また本実施形態の投影光学系１０または１０ｚは、第１光学系Ｌ１の絞りＡＳから該第１光学系Ｌ１の最後段のレンズの最終面（つまり第２光学系Ｌ２に最も近いレンズの面）までの距離をＤＳＬ、第１光学系Ｌ１の焦点距離をＦ１とすると、以下の条件式（３）を満たすように構成される。
ＤＳＬ／Ｆ１＜０．８・・・（３）【００５２】
第１光学系Ｌ１を構成する後群の各レンズの直径は絞りＡＳから遠ざかり第２光学系Ｌ２に近づくほど大きくなるが、条件式（３）を満たすことにより、第１光学系Ｌ１の後群の各レンズの直径が小さく抑えられる。条件式（２）の上限値以上になると、第１光学系Ｌ１の後群が絞りＡＳから離れすぎるため、該後群の各レンズの直径が大きくなり、投影光学系の大型化やコストアップ等の点で好ましくない。【００５３】
これまで説明した投影光学系１０の具体的実施例を、次に７例説明する。なお、図３、５、７、９、１１、１３、１５は、各具体的実施例の投影光学系の概略構成を示す図である。これらの概略構成図においては、平面ミラーによる光路の折り返しは展開されて省略されており、例えば図２のような変形例もこれらの概略構成図によって示される投影光学系に含まれる。
【実施例１】
【００５４】
図３は実施例１の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。また表１は実施例１の各光学素子の具体的数値構成を表す。【００５５】
また、以下の説明においては、「ｆ」は投影光学系１０の焦点距離（単位：ｍｍ）、「ＮＡ」は投影光学系１０の入射側ＮＡ、「Ｈｕ」は表示素子Ｅの射出面上の最大物体高（単位：ｍｍ）、「Ｂｕ」はスクリーンＳの最上部に入射される最大画角（光束ＲＭＡＸ）の主光線と光軸とがなす最大射出角度（単位：ｄｅｇ）をそれぞれ示す。ここで、物体高は、表示素子Ｅの射出面上の各物点の光軸ＡＸ１からの高さ（距離）である。また、最大物体高は、表示素子Ｅの射出面の有効領域内の物点の物体高のうち最大のものを示す。これらの実施例１における値は次の通りである。
ｆ  ：  −３．２７
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．５９
Ｂｕ：  ７７．４０【００５６】
【表１】
2009107744.tif 000003
【００５７】
表１中、「Ｎｏ．」は面番号、「ｒ」はレンズ（又はミラー）各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、「ｄ」はレンズ厚またはレンズ間の空気間隔（単位：ｍｍ）、「ｎｄ」はｄ線（波長５８８ｎｍ）での屈折率、「νｄ」はｄ線でのアッベ数、「ＯＢＪ」は物体である表示素子Ｅの射出面、「ＳＴＯＰ」は絞りＡＳ、「ＩＭ」は像が形成されるスクリーンＳのスクリーン面である。なお、非球面素子におけるｒは、光軸上での曲率半径を示す。以下の各表においても同様である。【００５８】
表１において、面番号１〜１３までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１４〜１８までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群、面番号１９が実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第２光学系Ｌ２、面番号２０が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【００５９】
すなわち実施例１では、面番号１９および２０の面が回転対称非球面として構成される。非球面の形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をκ、４次、６次・・・の非球面係数をＡ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）として、以下の式で表される。【００６０】
【数１】
2009107744.tif 000004
【００６１】
表２に、表１における面番号１９、２０の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。なお各表における表記αＥ±β（αは有理数、βは整数）は、１０を基底とする指数表記であり、α×１０βと同義である。【００６２】
【表２】
2009107744.tif 000005
【００６３】
以上に示される実施例１の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、３７８．５８、−５６８．８０、３４．４９、５９．５７、−１２．３４、１０．９７が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．６６６
θ１／θ２＝−１．１２５
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．５７９【００６４】
図４（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例１の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。各収差図は、表示素子Ｅの射出面を評価面として、スクリーンＳ側から投影光学系１０に光を入射させた場合に当該射出面で生じるｄ線（５８８ｎｍ）、Ｆ線（４８６ｎｍ）、およびＣ線（６５６ｎｍ）における横収差（図４（ａ）〜（ｈ））と、ｄ線（５８８nm）における歪曲収差（図４（ｉ））を表している。図４（ａ）〜（ｈ）の縦軸、横軸はそれぞれ、横収差量、入射瞳座標である。また図４（ｉ）の縦軸、横軸はそれぞれ、物体高、歪曲収差量である。図４（ａ）〜（ｈ）の各図において実線がｄ線、点線がＦ線、一点鎖線がｃ線の横収差を示す。以下の各図（図６、８、１０、１２、１４、１６）においても同様である。【００６５】
より詳しくは、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．２５ｍｍとなる光線（すなわち物体高４．２５ｍｍに対応する光線）のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図４（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．０３ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図４（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１１．８８ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図４（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．５７ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【００６６】
図４（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例１の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図４（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例１によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図４（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例２】
【００６７】
図５は実施例２の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。また表３は実施例２の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例２における値は次の通りである。
ｆ  ：  −３．３３
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．５９
Ｂｕ：  ７７．３４【００６８】
【表３】
2009107744.tif 000006
【００６９】
表３において、面番号１〜１４までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１５〜１８までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群、面番号１９が実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第２光学系Ｌ２、面番号２０が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【００７０】
表４に、表３における面番号１９、２０の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【００７１】
【表４】
2009107744.tif 000007
【００７２】
以上に示される実施例２の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、３９０．８０、−５５８．００、３５．９３、６０．５５、−１２．３８、１０．７２が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．７００
θ１／θ２＝−１．１５５
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．５９３【００７３】
図６（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例２の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．２９ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図６（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．０６ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図６（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１１．９１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図６（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．６２ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【００７４】
図６（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例２の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図６（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例２によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図６（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例３】
【００７５】
図７は実施例３の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。また表５は実施例３の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例３における値は次の通りである。
ｆ  ：  −３．３４
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．５９
Ｂｕ：  ７７．１２【００７６】
【表５】
2009107744.tif 000008
【００７７】
表５において、面番号１〜１３までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１４〜１８までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群、面番号１９が実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第２光学系Ｌ２、面番号２０が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【００７８】
表６に、表５における面番号１９、２０の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【００７９】
【表６】
2009107744.tif 000009
【００８０】
以上に示される実施例３の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、３２８．６４、−５４８．００、２７．６０、５２．３１、−１４．５９、１１．６１が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．６００
θ１／θ２＝−１．２５７
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．５２８【００８１】
図８（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例３の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお、図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．３２ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図８（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．１１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図８（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１１．９４ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図８（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．６２ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【００８２】
図８（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例３の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図８（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例３によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図８（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例４】
【００８３】
図９は、実施例４の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。実施例４の投影光学系１０は、図９に示されるように第２光学系Ｌ２が一枚の非球面レンズと一枚の平面ミラーで構成されているが、それ以外の構成は図１の投影光学系１０と同様である。第２光学系Ｌ２の非球面レンズは、第１光学系Ｌ１側の面が実質的な転対称性を有する非球面で構成され、もう一方の面が球面で構成されている。表７は実施例４の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例４における値は次の通りである。
ｆ  ：  −３．２８
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．５９
Ｂｕ：  ７７．４１【００８４】
【表７】
2009107744.tif 000010
【００８５】
表７において、面番号１〜１４までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１５〜１９までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群である。また面番号２０と２１が第１光学系Ｌ１から第２光学系Ｌ２の平面ミラーに導かれる光束が第２光学系Ｌ２の非球面レンズを通過する際の該非球面レンズ、面番号２２が第２光学系Ｌ２の平面ミラー、面番号２３と２４が第２光学系Ｌ２の平面ミラーから第３光学系Ｌ３に導かれる光束が第２光学系Ｌ２の非球面レンズを通過する際の該非球面レンズ、面番号２５が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【００８６】
表８に、表７における面番号２０、２４、２５の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【００８７】
【表８】
2009107744.tif 000011
【００８８】
以上に示される実施例４の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、２９５．３５、−６００．４２、２８．３０、５８．７３、−１５．３４、１３．１２が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．４９２
θ１／θ２＝−１．１６９
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．４８２【００８９】
図１０（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例４の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．３１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１０（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．１５ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１０（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１１．７８ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１０（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．４０ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【００９０】
図１０（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例４の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図１０（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例４によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図１０（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例５】
【００９１】
図１１は、実施例５の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。また表９は実施例５の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例５における値は次の通りである。
ｆ  ：  −４．９２
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．３４
Ｂｕ：  ７０．９１【００９２】
【表９】
2009107744.tif 000012
【００９３】
表９において、面番号１〜１３までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１４〜１６までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群、面番号１７が実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第２光学系Ｌ２、面番号１８が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【００９４】
表１０に表９の面番号１７、１８の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【００９５】
【表１０】
2009107744.tif 000013
【００９６】
以上に示される実施例５の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、９０．０７、−１１８．２０、４．６６、２５．９６、−２５．１８、１４．０７が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．７６２
θ１／θ２＝−１．７８９
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．１８０【００９７】
図１２（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例５の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお、図１２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．３７ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１２（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．３１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１２（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１２．１６ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１２（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．２１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【００９８】
図１２（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例５の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図１２（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例５によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図１２（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例６】
【００９９】
図１３は実施例６の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。また、表１１は実施例６の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例６における値は次の通りである。
ｆ  ：  −４．８２
ＮＡ：  ０．２０９
Ｈｕ：  １３．３４
Ｂｕ：  ７０．９５【０１００】
【表１１】
2009107744.tif 000014
【０１０１】
表１１において、面番号１〜１３までが第１光学系Ｌ１、面番号１４が実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第２光学系Ｌ２、面番号１５が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。なお実施例６では、第１光学系Ｌ１の面番号５、６、１３のレンズ面が実質的な回転対称性を有する非球面として構成されている。【０１０２】
表１２に、表１１における面番号５、６、１３〜１５の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【０１０３】
【表１２】
2009107744.tif 000015
【０１０４】
以上に示される実施例６の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、９０．１０、−１１３．８７、０．００、２３．９２、−２６．３６、１４．８３が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．７９１
θ１／θ２＝−１．７７７
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．０００【０１０５】
図１４（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例６の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお図１４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．３３ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１４（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．２２ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１４（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１２．０７ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１４（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．１１ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【０１０６】
図１４（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例６の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図１４（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例６によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図１４（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。
【実施例７】
【０１０７】
図１５は実施例７の表示素子Ｅと投影光学系１０の各光学素子の配置を表す図である。実施例７の投影光学系１０は、図１５に示されるように第２光学系Ｌ２が一枚の非球面レンズと一枚の平面ミラーで構成されているが、それ以外の構成は図１の投影光学系１０と同様である。第２光学系Ｌ２の非球面レンズは、第１光学系Ｌ１側の面が実質的な回転対称性を有する非球面で構成され、もう一方の面が球面で構成されている。表１３は実施例７の各光学素子の具体的数値構成を表す。これらの実施例７における値は次の通りである。
ｆ  ：  −４．８７
ＮＡ：  ０．１７８
Ｈｕ：  １３．３４
Ｂｕ：  ７１．１２【０１０８】
【表１３】
2009107744.tif 000016
【０１０９】
表１３において、面番号１〜１３までが絞りＡＳより表示素子Ｅ側に配置された第１光学系Ｌ１の前群、面番号１４〜１６までが絞りＡＳより第２光学系Ｌ２側に配置された第１光学系Ｌ１の後群である。また面番号１７と１８が第１光学系Ｌ１から第２光学系Ｌ２の平面ミラーに導かれる光束が第２光学系Ｌ２の非球面レンズを通過する際の該非球面レンズ、面番号１９が第２光学系Ｌ２の平面ミラー、面番号２０と２１が第２光学系Ｌ２の平面ミラーから第３光学系Ｌ３に導かれる光束が第２光学系Ｌ２の非球面レンズを通過する際の該非球面レンズ、面番号２２が正のパワーをもつ実質的な回転対称性を有する非球面の反射面として構成される第３光学系Ｌ３である。【０１１０】
表１４に、表１３における面番号１７、２１、２２の各非球面形状を規定する円錐定数と非球面係数を示す。【０１１１】
【表１４】
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【０１１２】
以上に示される実施例７の各数値に基づいてＤ１、Ｄ２、ＤＳＬ、Ｆ１、θ１、θ２の各値を計算すると、それぞれ、９０．１３、−１０８．５７、８．７９、２８．７９、−２１．４４、１５．６０が得られる。これらの数値を各条件式（１）〜（３）に代入すると、以下の通りに全ての条件式が満たされることが分かる。
｜Ｄ１／Ｄ２｜＝０．８３０
θ１／θ２＝−１．３７５
ＤＳＬ／Ｆ１＝０．３０５【０１１３】
図１６（ａ）〜（ｉ）は、上記のように全ての条件式（１）〜（３）を満たす実施例７の投影光学系１０に関する横収差図と歪曲収差図である。なお、図１６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、主光線の評価面における光線座標が４．３６ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１６（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、該光線座標が８．２２ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１６（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ、該光線座標が１１．９８ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。図１６（ｇ）、（ｈ）はそれぞれ、該光線座標が１３．０６ｍｍとなる光線のメリジオナル面、サジタル面における横収差図である。【０１１４】
図１６（ａ）〜（ｈ）に示されるように、実施例７の投影光学系１０は非点収差をはじめとする像面湾曲、コマ収差、像面湾曲、軸上色収差、倍率色収差等の諸収差が良好に補正されている。また図１６（ｉ）に示されるように、歪曲収差も良好に補正されている。つまり、実施例７によれば、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、図１６（ａ）〜（ｉ）に示されるように光学性能を高く維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化が達成されていることが分かる。【０１１５】
このように各具体的実施例の投影光学系１０は、第３光学系Ｌ３のパワーにより広い画角を確保したうえで、非点収差、歪曲収差を始めとする諸収差を良好に補正して高い光学性能を維持しつつも、各条件式（１）〜（３）を満足することにより投影光学系１０の小型化や低コスト化を達成する。【０１１６】
本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば第２光学系Ｌ２や第３光学系Ｌ３は非球面に反射膜がコーティングされた樹脂やガラス材のモールド品としてもよい。第２光学系Ｌ２や第３光学系Ｌ３は実質的な回転対称性を有する形状に設計されるため、第２光学系Ｌ２や第３光学系Ｌ３の金型は、三次元加工装置等の特殊な装置を用いることなく旋盤を用いて製作可能である。このため金型の製作コストが安価に抑えられるメリットがある。【０１１７】
本発明は、平成１９年度「リアプロジェクションＴＶの薄型超大画面化技術の開発」（ＮＥＤＯ受託研究）の成果である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【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】
表示素子から射出される光の像をスクリーンに投影する投影光学系において、
前記表示素子側から順に、
複数枚のレンズの組合せからなり、正のパワーを持つ第１光学系と、
正もしくは負のパワーを持ち、光軸に対して実質的な回転対称性を有する非球面形状のミラー面を有する一枚の反射ミラーからなる第２光学系と、
正のパワーを持ち、光軸に対して実質的な回転対称性を有する非球面形状のミラー面を有する一枚の反射ミラーからなる第３光学系と、
を有し、
前記第１光学系、前記第２光学系、および前記第３光学系は、前記投影光学系の光路を展開した状態において、互いの光軸が一致すると共に、該第２光学系と該第３光学系との間に前記表示素子から射出された光の共役点が位置するように構成、配置されており、
前記表示素子の射出面から前記第２光学系の反射面までの前記第１光学系の光軸に沿った距離をＤ１と定義し、
前記第２光学系の反射面から前記第３光学系の反射面までの該第２光学系の光軸に沿った距離をＤ２と定義した場合に、
次の条件式
０．４＜｜Ｄ１／Ｄ２｜＜１．０
を満たすことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
最大画角に対応する主光線が前記第１光学系から射出されたときに該第１光学系の光軸となす射出角度をθ１と定義し、
最大画角に対応する主光線が前記第２光学系から射出されたときに該第２光学系の光軸となす射出角度をθ２と定義した場合に、
さらに次の条件式
−２．０＜θ１／θ２＜−１．０
を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記第１光学系の絞りから該第１光学系の最終面までの距離をＤＳＬと定義し、
前記第１光学系の焦点距離をＦ１と定義した場合に、
さらに次の条件式
ＤＳＬ／Ｆ１＜０．８
を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項３の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
前記第１光学系は、前記表示素子側でテレセントリックであることを特徴とする、請求項１、請求項３、又は請求項４の何れか一項に記載の投影光学系。
【請求項１２】
光源と、
前記光源からの入射光の強度を変調し、該変調された光を射出する表示素子と、
前記表示素子から射出された光が入射される請求項１、請求項３、請求項４、又は請求項１１の何れか一項に記載の投影光学系と、
前記投影光学系からの光束が入射されることにより、前記表示素子から射出された光の拡大像が投影されるスクリーンと、
を備えたことを特徴とする投影装置。
【国際調査報告】
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