(57)【要約】      （修正有）【課題】光学系内部に必要光路長が短い回転可能な反射ユニットを配置した光学系およびそれを用いた光学装置を提供する。【解決手段】入射側の第１の光軸と、第１の光軸８３と異なる出射側の第２の光軸８４と、を有する光学系４１であって、２つの反射面を有する頂角９０°のダハ面と、ダハ面の頂角の稜線に対向する反射面と、を含む反射ユニットを備え、第１の光軸８３の周りに、反射ユニットを回転可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側の第１の光軸と、前記第１の光軸と異なる出射側の第２の光軸と、を有する光学系であって、
２つの反射面を有する頂角９０°のダハ面と、
前記ダハ面の頂角の稜線に対向する反射面と、
を含む反射ユニットを備え、
前記第１の光軸の周りに、前記反射ユニットを回転可能としたことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第１の光軸と前記第２の光軸は平行であり、
前記第１の光軸と前記第２の光軸を含む面を垂直断面として、前記反射面は前記稜線と平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記反射ユニットは、前記ダハ面を備えるダハプリズムと、前記反射面を全反射面として備える三角柱プリズムと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記ダハプリズムと前記三角柱プリズムが一体化されていることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記ダハプリズムの前記ダハ面に位相跳びが発生しないコーテイングが設けられることを特徴とする請求項３または４に記載の光学系。
【請求項６】
前記ダハプリズムの前記ダハ面に金属反射膜が設けられることを特徴とする請求項３または４に記載の光学系。
【請求項７】
前記反射ユニットは、前記ダハ面を備えるダハミラーと、前記反射面を備える反射ミラーと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の前記反射ユニットと、
レンズ光学系と、
を有し、
全体として正の屈折力を有することを特徴とする光学装置。
【請求項９】
前記レンズ光学系は画像をスクリーン面に投射する正の屈折力を有する投射光学系であり、
縮小共役側に前記第１の光軸を備え、拡大共役側に前記第２の光軸を備えることを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記反射ユニットは、前記ダハ面を備えるダハプリズムと、前記反射面を全反射面として備える三角柱プリズムと、を有し、
前記ダハプリズムと前記三角柱プリズムの間に、少なくとも１枚の正レンズが配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記反射ユニットは、前記ダハ面を備えるダハプリズムと、前記反射面を全反射面として備える三角柱プリズムと、を有し、
前記レンズ光学系は、光学系内部に中間結像面を備える再結像型光学系であり、
前記ダハプリズムと前記三角柱プリズムは、前記中間結像面に配置されることを特徴とする請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記反射ユニットは、前記ダハ面を備えるダハミラーと、前記反射面を備える反射ミラーと、を有し、
前記ダハミラーと前記反射ミラーの間には、少なくとも１枚の正レンズが配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載の光学装置。
【請求項１３】
光源と、変調可能な画像表示素子と、前記光源から発せられた光を前記画像表示素子に導くための照明光学系と、を備え、
前記反射ユニットおよび前記反射ユニットより前記スクリーン面に近い光路側の光学部材を前記第１の光軸を中心に回転したとき、前記反射ユニットおよび前記反射ユニットより前記スクリーン面に近い光路側の光学部材を前記表示素子に対して平行移動させるためのシフト機構を有することを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記反射ユニットおよび前記反射ユニットより前記スクリーン面に近い光路側の光学部材の回転後のシフトを補正するように前記シフト機構を駆動制御する駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコンなどの画像をスクリーン上に拡大投影するプロジェクターに好適なもので、特にスクリーン上の投影像を回転させることが可能な光学系およびそれを用いた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターのスクリーン上の画像を回転させるための投射光学系が提案されている。特許文献１では、投射レンズと表示素子の間に光軸回りに回転可能な３回反射のダブプリズムより構成される画像回転プリズム（ダブプリズム）を配置することで、スクリーン上の投影像を回転さえることが可能な投射型画像表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２では、投射レンズとリレーレンズ部の間に５回反射のぺシャンプリズムを配置して、スクリーン上の画像回転を可能としている。また、特許文献３では、プロジェクターの外部に配置された２枚の反射ミラーの一方を投射レンズの光軸まわりに回転させることにより、スクリーン上の画像回転を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７８６１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２４８５号公報
【特許文献３】特開２００５−２４５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術のように、スクリーン上の画像を回転させるための投射光学系は提案されているが、投射光学系の内部に投影画像を光軸を中心として回転させる画像回転プリズムを内像させる場合、画像回転プリズムを配置させるための光路長が非常に長かった。
【０００６】
即ち、特許文献１においては、ダブプリズムを配置する必要光路長が、プリズムの入射面あるいは出射面の有効径の大きい方の４．４倍程度である。また、特許文献２においては、ぺシャンプリズムの必要光路長は、ぺシャンプリズムの入射面あるいは出射面の有効径の大きい方の４．６倍必要である。
【０００７】
画像回転プリズムを配置するために必要な光路長が長いと、投射光学系の全長が長くなり、それに伴って投射光学系の前玉径が大きくなってしまう問題が発生する。また、投射光学系の設計上、光学系内にレンズのない空間を確保しなければならず、設計時に大きな制約となり良好な光学性能を実現することが困難となる問題も発生する。
【０００８】
また、特許文献３においては、投射光学系が広角である場合、反射ミラーが非常に大きくなってしまう問題があった。反射ミラーが非常に大きくなってしまうと、スクリーンに対して、プロジェクターとスクリーン上の投影像を観察する観察者が同じ側に配置されるフロント投影の場合、反射ミラーがスクリーンをかくしてしまって邪魔になる問題が発生する。
【０００９】
以上のように従来提案されている光学系は、具体的に応用しようとした場合に必要光路長が長かったため、実用化に至らなかった。
【００１０】
本発明の目的は、光学系内部に必要光路長が短い回転可能な反射ユニットを配置した光学系およびそれを用いた光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る光学系は、入射側の第１の光軸と、前記第１の光軸と異なる出射側の第２の光軸と、を有する光学系であって、２つの反射面を有する頂角９０°のダハ面と、前記ダハ面の頂角の稜線に対向する反射面と、を含む反射ユニットを備え、前記第１の光軸の周りに、前記反射ユニットを回転可能としたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光学装置は、上記第１の光軸の周りに回転可能な反射ユニットと、レンズ光学系と、を有し、全体として正の屈折力を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学系内部に必要光路長が短い回転可能な反射ユニットを配置した光学系およびそれを用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の光学系を用いた画像投射装置の構成図（断面図）
【図２】第１の実施形態に使用されているプリズムの正面図、側面図、裏面図
【図３】第１の実施形態に使用されているプリズムと従来のプリズムの光路長比較図
【図４】第２の実施形態の光学系を用いた画像投射装置の構成図（側面図）
【図５】第２の実施形態の光学系を用いた画像投射装置の構成図（正面図）
【図６】第２の実施形態の電気回路ブロック図
【図７】第１および第２の実施形態のスクリーン上の投影像と光軸の位置関係、液晶パネル表示位置と光軸の位置関係、プリズムの光軸回りの回転状態の対応図
【図８】第３の実施形態（第１数値実施例）の光学系を用いた画像投射装置の構成図（断面図）
【図９】第３の実施形態に使用されているプリズムの正面図、側面図、裏面図
【図１０】第４の実施形態（第２数値実施例）の光学系を用いた画像投射装置の構成図（断面図）
【図１１】（ａ）は第５の実施形態（第３数値実施例）の光学系を用いた画像投射装置の構成図（断面図）、（ｂ）は本実施形態のダハミラーの側面図、裏面図
【図１２】第６の実施形態（第４数値実施例）の光学系を用いた画像投射装置の構成図（断面図）
【図１３】第６の実施形態に使用されているプリズムの正面図、側面図、裏面図
【図１４】第１数値実施例の収差図
【図１５】第２数値実施例の収差図
【図１６】第３数値実施例の収差図
【図１７】第４数値実施例の収差図
【図１８】変形例の構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
《第１の実施形態》
（光学装置）
図１は、本発明の第１の実施形態の後述する光学系を用いた光学装置としての画像投射装置の構成図（断面図）を示す。光源５７から発せられた照明光学系における照明光は放物鏡５６により平行光として第１レンズアレイ５５に入射され、第２レンズアレイ５４のそれぞれのレンズセルに集光され、偏光変換素子５３により、偏光方向が揃えられる。
【００１７】
偏光変換素子５３から発せられた照明光は、正レンズ５２、５１を介してダイクロイックミラー５０に入射する。ダイクロイックミラー５０を透過する光は緑色光、ダイクロイックミラー５０で反射される光は青色光と赤色光が合成されたマゼンタ光、として色分離される。ダイクロイックミラー５０を透過した緑色の照明光は、偏光ビームスプリッター４４に入射し偏光分離面４４aで反射した後、λ/４板４６aに入射し、変調可能な画像表示素子としての反射型液晶パネル４６で変調されて反射される。
【００１８】
反射型液晶パネル４６で変調され、反射された光は、再びλ/４板４６aに入射し、偏光分離面４４aを透過して偏光ビームスプリッター４３に入射する。そして、偏光ビームスプリッター４３に入射した緑色光は、偏光分離膜４３aで反射して第２レンズ群４２に入射する。
【００１９】
一方、ダイクロイックミラー５０で反射したマゼンタ光は、ある特定の波長帯域のみの光の位相を変化させる波長選択性位相板４９に入射して、偏光ビームスプリッター４５に入射する。偏光ビームスプリッター４５に入射したマゼンタ光は、偏光分離面４５aで青色光は透過し、赤色光が反射する。
【００２０】
偏光ビームスプリッター４５の偏光分離面４５aを透過した青色光は、λ/４板４７aに入射し、反射型液晶パネル４７で変調されて反射する。反射型液晶パネル４７で変調され、反射した光は、再びλ/４板４７aに入射した後、偏光分離面４５aで反射して偏光ビームスプリッター４３に入射する。そして、偏光分離面４５aで反射して偏光ビームスプリッター４３に入射した青色光は、偏光分離面４３aを透過し、第２レンズ群４２に入射する。
【００２１】
また、偏光ビームスプリッター４５の偏光分離面４５aで反射した赤色光は、λ/４板４８aに入射し、反射型液晶パネル４８で変調されて反射する。反射型液晶パネル４８で変調され、反射した光は、再びλ/４板４８aに入射した後、偏光分離面４５aを透過し偏光ビームスプリッター４３に入射する。そして、偏光分離面４５aを透過して偏光ビームスプリッター４３に入射した赤色光は、偏光分離面４３aを透過し、第２レンズ群４２に入射する。
【００２２】
第２レンズ群４２に入射した緑色光、青色光、赤色光は、プリズム内で３回反射するプリズム４１に入射し、第１レンズ群４０を介して、不図示のスクリーンに投影（投射）される。
【００２３】
（内部に必要光路長が短い回転可能な反射ユニットを配置した光学系）
ここで、第１レンズ群４０、反射ユニットとしてのプリズム４１および第２レンズ群４２より構成される投射光学系は、縮小共役側（入射側、液晶パネル側）の光軸（第１の光軸）８３を中心として、第１の光軸８３の周りに回転可能なように構成されている。これにより、第１の光軸８３から平行に変位した出射側（拡大共役側）の光軸（第２の光軸）８４を中心として、第２の光軸８４の周りに投影像のスクリーン上での回転が可能となる。図２の紙面左側より順に、本実施形態のプリズム４１の正面図、側面図、背面図を示す。
【００２４】
本実施形態のプリズム４１は、上方側を第１の光軸８３と第２の光軸８４を含む断面の形状が三角形でかつ真上から見たとき四角形となる三角柱プリズムとする。また、下方側をダハ面の頂角が９０°（稜線を挟む両側の反射面の為す角度が９０°）の真上から見たとき三角形となるダハプリズム（アミチプリズム）とする。そして、両者を接合し一体化している。
【００２５】
第２レンズ群４２から入射する光は、プリズム４１の入射面４１eから入射し、ダハ面４１ｂと４１ｃで２回反射し、１回反射面４１ｄでもう1回反射して、合計３回反射した後にプリズム４１の出射面４１ｆから出射する。ここで、第１の光軸と第２の光軸は平行であり、第１の光軸と第２の光軸を含む面を垂直断面として、１回反射面４１ｄはダハ面の稜線と平行に設けられる。
【００２６】
プリズム４１のダハ面４１ｂ、４１ｃは、全反射により発生する位相跳びの影響で解像力が低下する。そのため、ダハ面を全反射面として位相跳びが発生しないフェイズコートとするか、位相跳びが生じない金属反射膜（高反射アルミコート）をコーテイングすることが望ましい。
【００２７】
図３は、本実施形態で使用されている奇数回反射（３回反射）のプリズム４１と、従来の奇数回反射のプリズムのプリズム内の光路長の比較を示したものである。本実施形態で使用されているプリズム４１は、プリズム内の光路長が出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をLとした場合に、２Ｌである。空気換算した光路長は、プリズムの屈折率をＮｄｐとした場合、２Ｌ／Ｎｄｐとなる。
【００２８】
それに対して、従来の光軸まわりの像回転を実現する奇数回反射のプリズムは、本実施形態のプリズム４１に対して、いずれもプリズム内光路長が長い。３回反射のプリズム６０と２回反射のプリズム６１で構成されるぺシャンプリズムは、プリズムの出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をＬとしたとき、プリズム内光路長は４．６Ｌとなる。
【００２９】
また、２回反射のプリズム６２と1回反射のプリズム６３と２回反射のプリズム６４より構成されるプリズムでは、プリズム内の光路長が、プリズムの出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をＬとしたとき、４．４Ｌとなる。また、1回反射のプリズム６５と２回反射のプリズム６６で構成されるプリズムでは、プリズムの出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をＬとしたとき、５．２Ｌとなる。
【００３０】
プリズム面での反射回数が1回のダブプリズム６７で、屈折率が１．５１６３３の場合には、プリズム内の光路長が、プリズムの出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をＬとしたとき、３．４Ｌとなる。しかし、ダブプリズム使用の場合、入射面および出射面が光軸に対して４５°傾いているので、プリズム前後に配置するレンズと干渉してしまうため、入射面および出射面に０．５Ｌずつ間隔を空ける必要があり、必要光路長は４．４Ｌとなる。
【００３１】
プリズム面での反射回数が1回のダブプリズム６７で、屈折率が１．７７２５の場合には、プリズム内の光路長が、プリズムの出射面の長さ（第１の光軸８３と第２の光軸８４を結ぶ方向の長さ）をＬとしたとき、２．７Ｌとなる。しかし、ダブプリズム使用の場合、入射面および出射面が光軸に対して４５°傾いているので、プリズム前後に配置するレンズと干渉してしまうため、入射面および出射面に０．５Ｌずつ間隔を空ける必要があり、必要光路長は３．７Ｌとなる。
【００３２】
尚、ダブプリズムは、入射面および出射面が光軸に対して４５°傾いているため、偏芯倍率色（光軸上の色ずれ）が発生してしまうのと、非点収差が発生してしまう問題があり、光学系の内部に配値するのは適さない。
【００３３】
本実施形態では、画像回転を行うために必要な奇数回反射のプリズムのプリズム内光路長を従来より大幅に短くできるので、具体的に投射レンズを含めた設計を行う場合に、設計上有利となる。そして、本実施形態によれば、光学系内部に必要光路長が短い像回転プリズムを配置することが可能となるので、スクリーン上の投影像が回転可能な光学系でありながら、非常に小型で、投射光学系の光学性能を出し易い投射光学系が実現できる。
【００３４】
《第２の実施形態》
図４および図５は、本発明の第２の実施形態の構成図を示す。本実施形態において、第１の実施形態における３回反射のプリズム４１（図１および図２）を内像した投射レンズ７０が同様に設けられる。そして、本実施形態においては、図５に示すように、投射レンズ７０は、マウント部７１を介して、上下方向に移動可能な板７２、左右方向に移動可能な板７３により固定板７４に連結されている。これにより、投射レンズ７０は、光軸に垂直な面内でシフト可能である。
【００３５】
そして、投射レンズ７０は、縮小共役側の光軸（第１の光軸）８３を中心にしてその周りに以下の駆動系で回転可能なように構成されている。即ち、図５において、投射レンズ７０の縮小共役側のレンズ鏡筒周辺にウオームホイール８１が形成されており、ウオームホイール８１と噛み合うウオームギヤ８０をモーター７９により回転させる。このようにして、投射レンズ７０を、光軸８３を中心に回転可能な構成としている。
【００３６】
ここで、本実施形態においては、投射レンズ７０（プリズム４１および少なくともプリズム４１よりスクリーン面に近い光路側の光学部材を含む）の回転後の投射画像のシフトを補正するように、平行移動させるシフト機構を駆動制御する駆動制御手段を有する。
【００３７】
図６は、本実施形態におけるシフト機構を駆動制御する駆動制御手段に関する電気回路のブロック図を示す。投射レンズ７０の回転後の投射画像のシフトに関しては、以下のように行う。即ち、上下方向のシフト位置情報を出力するエンコーダー７７と、左右方向のシフト位置情報を出力するエンコーダー７８と、投射レンズの現状の回転位置情報を出力するエンコーダー８２の情報から、演算回路７９で計算を行う。
【００３８】
そして、演算回路７９の計算結果を受けて、駆動制御手段としての制御回路８０は、以下のようにシフト機構を駆動制御する。即ち、画像回転前と画像回転後のスクリーン上の投影像中心位置が移動しないように、レンズシフトの上下方向のアクチエーター７６、左右方向のアクチエーター７５を移動させる。
【００３９】
本実施形態によれば、画像回転後の投影像の中心が移動しないよう、シフト機構を駆動制御するため、横長画面投影と縦長画面投影を交互に切り替えても、常にスクリーン上の投影像中心は不動にでき、投影像の縦長、横長切替毎にシフト調整を行う手間が省ける。
【００４０】
このシフト機構の駆動制御については、画像回転プリズムを備えた光学系の回転前のシフト情報（第１の光軸と画像表示素子の表示部中心とのずれ量）と、回転情報と、第１の光軸と第２の光軸のずれ量を基に行う。さらに、投射レンズ７０の前端からスクリーンまでの距離を測定する距離測定装置を追加して、投射レンズ７０の投影倍率を算出し、補正を行っても良い。
【００４１】
図７は、上側より順に、本実施形態のスクリーン上における投影像の回転状態、液晶パネルの画像表示範囲、第１及び第２の光軸とプリズムの回転状態の関係を示す。液晶パネルの画像表示範囲の大きさは、９．６ｍｍ（縦方向）ｘ１５．３６ｍｍ（横方向）である。
【００４２】
図７で、紙面左側の投影像９０は横長に投影されており、投射レンズ７０の光軸（第２の光軸）８４は投影像９０の下端に位置するように投射レンズ７０がシフトしているものとする。また、そのとき、液晶パネルの画像表示範囲４８に対して、投影レンズ７０の光軸（第１の光軸）８３は液晶パネルの画像表示範囲４８の下端に位置する。このような紙面左側の状態は、プリズム４１が傾いていない状態である。液晶パネルの画像表示範囲４８の中心を座標（０、０）とした場合、投射レンズ７０の縮小共役側（液晶パネル側）の光軸（第１の光軸）８３の座標は（０、−４．８）となる（横長表示で上シフト５０％の状態）。
【００４３】
図７の紙面中央は、プリズム４１を時計方向に４５°傾けた場合にあるべき姿を示し、スクリーン上の投影像は時計方向に９０°回転している。これより、液晶パネルの画像表示範囲４８に対して投射レンズ７０の光軸（第１の光軸）８３は液晶パネルの画像表示範囲４８の中心に対して右側に位置させるようレンズシフト機構を動かせば良いこととなる。即ち、スクリーン上の投影像の中心を移動することなく投影像９０を回転させることが可能となる。
【００４４】
液晶パネルの画像表示範囲４８の中心を座標（０、０）とした場合、投射レンズ７０の縮小共役側（液晶パネル側）の光軸８３の座標は（４．８、０）となる（縦長表示で上シフト３１．２５％の状態）。
【００４５】
図７の紙面右側は、プリズム４１を時計方向に２２．５°傾けた場合にあるべき姿を示し、スクリーン上の投影像は時計方向に４５°回転している。これより、液晶パネルの画像表示範囲４８に対して投射レンズの光軸８３が液晶パネルの画像表示範囲４８の中心に対して右下側に位置させるようレンズシフト機構を動かせば良いこととなる。即ち、スクリーン上の投影像の中心を移動することなく投影像９０を回転させることが可能となる。液晶パネルの画像表示範囲４８の中心を座標（０、０）とした場合、投射レンズ７０の縮小共役側（液晶パネル側）の光軸８３の座標は（３．３９、−３．３９）となる（４５°傾いた状態の投影）。
【００４６】
《第３の実施形態》
図８は、本発明の第３の実施形態であり、かつ数値実施例１であるレンズ断面図を示す。第１の数値実施例は、スクリーン側より正屈折力の第１レンズ群１、頂角９０°のダハプリズム（アミチプリズム）３と三角柱プリズム４とを接合した画像回転プリズム５、正屈折力の第２レンズ群２、色合成プリズム６、７より構成される再結像型光学系である。本実施形態においては、中間結像面として中間像ＭＰが画像回転プリズム内に形成されている。
【００４７】
液晶パネル４８の表示部で表示された画像は、第２レンズ群２で画像回転プリズム内に中間像ＭＰとして結像される。そして、画像回転プリズム５内で合計３回反射され、第１レンズ群１により、紙面不図示の紙面左側のスクリーンに再結像される。
【００４８】
画像回転プリズム５のプリズム内で奇数回反射されるので、第２レンズ群２の光軸（第１の光軸）を中心に、この周りに第１レンズ群１、画像回転プリズム５および第２レンズ群２を一体的に光軸周りに回転することにより、投影像の回転を行うことができる。
【００４９】
図９に、左側より順に、画像回転プリズムのスクリーン側から見た正面図、側面図、裏面図（液晶パネル側）を示す。画像回転プリズム５は、頂角９０°のダハプリズム（アミチプリズム）３と三角柱プリズム４により形成（接合）され、ダハプリズム（アミチプリズム）３ではダハ面の稜線３ａ（図９）を境に反射面３ｂおよび３ｃが形成されている。
また、三角プリズム４には、反射面４ａが全反射面として形成されている。
【００５０】
この画像回転プリズム５を、第１レンズ群１と第２レンズ群２の間に配置することにより、第１レンズ群１の光軸（第２の光軸）と第２レンズ群２の光軸（第１の光軸）の間には３５ｍｍのずれが発生する。しかし、プロジェクターに使用する場合、投影像の大きさが通常１００インチ（２．５４ｍ）程度あるので、第１及び第２の光軸のずれ量３５ｍｍは問題となる量ではない。
【００５１】
なお、本実施形態で、中間像ＭＰ付近に画像回転プリズム５を配置しているのは、再結像型光学系の場合、設計上中間像付近に大きなレンズ間隔を形成し易いためである。
【００５２】
《第４の実施形態》
図１０は、本発明の第４の実施形態であり、かつ数値実施例２であるレンズ断面図を示す。数値実施例２は、スクリーン側より負屈折力の第１レンズ群１０、三角柱プリズム１４、正屈折力の第２レンズ群１１、ダハプリズム（アミチプリズム）１５、正屈折力の第３レンズ群１３、色合成プリズム１６、１７より構成される。本実施形態は再結像型光学系ではなく、全体としてレトロフォーカス型のレンズ系である。
【００５３】
本実施形態では、三角プリズム１４で１回反射、ダハプリズム１５のダハ面で２回反射され、光学系内で計３回反射（奇数回反射）される。そして、第１レンズ群１０、三角柱プリズム１４、第２レンズ群１１、ダハプリズム１５および第３レンズ群１３を、第３レンズ群１３の光軸（第１の光軸）を中心として、その周りに回転させる。これにより、紙面左側の不図示のスクリーンの投影像を回転することが可能となる。
【００５４】
このように、画像回転プリズムを２つに分割してレンズ群（少なくとも１枚の正レンズ）を挟んで配値（別体として配置）することも可能なので、レンズ系の中で、大きなレンズ間隔を形成しにくい場合でも応用が可能である。
【００５５】
なお、本実施形態における三角柱プリズム１４とダハプリズム１５の間に配置する第２レンズ群１１は、光路中その前後の２つのプリズム内での光路の拡がりを抑えるため、正の屈折力を有することが望ましい。
【００５６】
《第５の実施形態》
図１１（ａ）は、本発明の第５の実施形態であり、かつ数値実施例３であるレンズ断面図を示す。数値実施例３は、スクリーン側より負屈折力の第１レンズ群２０、反射ミラー２３、正屈折力の第２レンズ群２１、ダハミラー２４、正屈折力の第３レンズ群２２、色合成プリズム２５、２６より構成される。
【００５７】
本実施形態では、光学系内で反射ミラー２３で１回反射、ダハミラー２４で２回反射（図１１（ｂ）に示す反射面２４ｂ、２４ｃでの反射）し、合計３回反射（奇数回反射）となるので、画像回転が可能となる。即ち、負屈折力の第１レンズ群２０、反射ミラー２３、正屈折力の第２レンズ群２１、ダハミラー２４、正屈折力の第３レンズ群２２を一体にして、第３レンズ群２２の光軸（第１の光軸）を中心にその周りに回転させる。これにより、紙面左側の不図示のスクリーンの投影像を回転することが可能となる。
【００５８】
以上、本実施形態のように、光学系内のレンズ間隔に余裕がある場合には、プリズムではなく、反射ミラーおよびダハミラーの構成でも、本発明を適用できる。なお、本実施形態も第４の実施形態と同様に、再結像型光学系ではなく、全体としてレトロフォーカス型のレンズ系である。
【００５９】
《第６の実施形態》
図１２は、本発明の第６の実施形態であり、かつ数値実施例４であるレンズ断面図を示す。数値実施例４は、負屈折力の第１レンズ群３０、頂角９０°のダハ反射面３２ｂ、３２ｃ（図１３）と１回反射面３２ｄとをプリズム内に有する像回転プリズム３２、正屈折力の第２レンズ群３１、色合成プリズム３３、３４より構成される。
【００６０】
本実施形態では、像回転プリズム３２内で合計３回反射されるので、画像回転が可能となる。即ち、負屈折力の第１レンズ群３０、頂角９０°のダハ反射面と反射面をプリズム内に有する像回転プリズム３２、正屈折力の第２レンズ群３１を一体として、第２レンズ群３１の光軸（第１の光軸）を中心として、その周りに回転させる。これにより、紙面左側の不図示のスクリーンの投影像を回転することが可能となる。
【００６１】
本実施形態のように、像回転プリズム３２を一つのプリズムで形成することでプリズムコストを安くできる。なお、本実施形態も第４、第５の実施形態と同様に、再結像型光学系ではなく、全体としてレトロフォーカス型のレンズ系である。
【００６２】
（数値実施例）
投射レンズの設計データを含んだ、数値実施例を以下に示す。面番号の右側に※が付記されている面（面１乃至４）は、以下の関数に従った非球面形状であることを示す。ｋはコーニック系数、ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標を示す。Rは近軸曲率半径を示す。A４、A６、A８、A１０、A１２は、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面系数を示す。
ｚ＝（ｙ＾２/R）/((1+(1-y^2・ｋ/R^2)^0.5)+A４・ｙ＾４＋A６・ｙ^６＋A８・ｙ^８＋
A１０・ｙ^１０＋A１２・ｙ^１２
（数値実施例１）
面番号        Ri            Di          Ni                Vi
１※        ９９．９４６    ２．１７５  １．６５０４４    ５７．３
２※        １８．９５２    ４．１８０  １
３※        ４３．６２９    ２．４９５  １．７７３００    ４９．６
４※        ２４．０５５    ６．７８３  １
５      −１１４．９６７    １．０      １．５３６０３    ６５．０
６          ２０．５８９  １１．６４５  １
７          ４２．６５８    ３．８４１  １．７５２４１    ５０．９６
８        −３２．６３５    ０．５１６  １
９          ２０．３２９    ２．９０    １．９２２８６    １８．９
１０      １５６．７９２    １．２６    １．７０４０１    ２９．０８
１１        １５．８２５    ９．０９    １
１２      −２２．６９１    ３．２８    １．７０１２２    ５５．１
１３      −１０．３６４    １．０      １．８４７００    ２３．８
１４    −１２８．９０８    ０．５      １
１５        １５．７８７    １．０      １．８４７００    ２３．８
１６      −１８．３２６    １．５３    １
１７      −１２．１２７    １．００    １．７３１３０    ２７．７２
１８        ２９．５２１    ７．６０２  １．７７２９２    ４９．６
１９      −１９．７４３  １５．０７５  １
２０        ４１．８５３    ５．６６２  １．９２２８６    １８．９
２１      ４７４．３２８    ３          １
２２      ∞                ７０        １．７７２５０    ４９．６
２３      ∞                １０．６２  １
２４    −５１５．４２５    ４．９      １．８１０３８    ４０．９９
２５      −４２．３１５  １９．９２３  １
２６        ３６．８８１    ３．２７９  １．７７３１３    ４９．５６
２７      １２０．４９２  １８．５１７  １
２８        ２６．８１７    ２．７      １．７６７２７    ４９．９６
２９      −１５．２２３    １．０９３  １．６５９５８    ３３．５２
３０        １８．０８９    １．４３５  １
３１      ∞（絞り）        ３．５３８  １
３２      −１１．２６２    １．５９４  １．８３５１７    ３５．３９
３２        ３９．９５４    ５．０      １．７０５０４  ５４．７４
３３      −１９．０６０    ６．８２８  １
３４    −３０１．１７７    ６．２９    １．７８８５７  ４５．５１
３５      −２９．５５８    ０．５      １
３６        ６７．４００    ３．２８６  １．８０８１０  ２２．７６
３７    −５４１．０２５    ２．３          
３８    ∞                  ２２．４    １．５１６３３  ６４．１４
４０    ∞                    ７．６    １．５１６３３  ６４．１４
４１    ∞                    １．８７  １
４２    ∞                  １７．７    １．８０５１８  ２５．４３
４３    ∞                    ２．９８  １
４４    ∞                    １．３２  １．５１６３３  ６４．１４
４５    ∞                    ２．０    １
４６    ∞                    １．０    １．５１６３３  ６４．１４
４７    ∞
非球面系数
１面
K=0
A4=1.815099e-5
A6=3.183436e-9
A8=2.009031e-11
A10=4.995699e-14
A12=1.46296e-19
A14=-3.315863e-20
２面
K=0
A4=-8.04228e-5
A6=1.53768e-7
A8=-4.580296e-11
A10=3.000607e-13
A12=-2.211947e-15
A14=-2.381162e-19
3面
K=0
A4=2.680325e-5
A6=-1.091556e-7
A8=-1.91768e-11
A10=8.651281e-13
A12=-8.8009e-16
A14=-5.234045e-19
４面
K=0
A4=1.567771e-4
A6=-3.476058e-7
A8=8.56741e-9
A10=-7.787345e-11
A12=3.074148e-13
A14=7.961727e-17
焦点距離  12.3mm
Fナンバー  2.8
（数値実施例２）
面番号        Ri            Di          Ni                Vi
１※      ４８７．２８９    ３．０      １．５１６３３    ６４．１４
２          ５２．６４１    １３．５６  １
３※      １８０．１２８    ３．０      １．７７２５０    ４９．６
４          ２９．８９３  １５．６７    １
５        −３２．６６０    １．８      １．４９７００    ８１．５４
６          ７２．６０８    ５．７４６  １
７        １２５．０８２    １．９      １．９２２８６    １８．９
８          ７４．２７６    ８．６      １．７２０４７    ３４．７
９        −４６．８７２  １０．０      １
１０      ∞              ４１          １．７７２５０    ４９．６
１１      ∞                ８．０１６  １
１２        ５９．３６０    ３．３      １．５４８１４    ４５．７９
１３  −２４８５．０１４    ２．００５  １
１４      １０１．２３２    ４．１      １．６９８９５    ３０．１３
１５    ２４３５．３０３    ２．７６８  １
１６    ∞                  ３４        １．７７２５０    ４９．６
１７    ∞                  ２．０      １
１８      ９９０．０１２    ４．７      １．５１６３３    ６４．１４
１９      −２３．４２３    ４．９      １．８８３００    ４０．７６
２０      −３４．１１７    １．５０５  １
２１    ∞（絞り）          ０．６      １
２２      −７２．７２５    １．１      １．８５０２６    ３２．２７
２３        ２２．７７９    ５．９      １．５１６３３    ６４．１４
２４      −４９．４４８    ４．６１６  １
２５      −２０．４３１    １．３      １．８５０２６    ３２．２７
２６      １０６．８５７    ６．９      １．５１６３３    ６４．１４
２７      −２６．８７２    １．７１    １
２８      ２９２．２４７  １０．５      １．４３８７５    ９４．９３
２９      −２９．０００    １．０      １
３０        ８２．０７５    ５．３      １．８０８１０    ２２．７６
３１    −１９７．９９４    ２．７５１  １
３２    ∞                ２８．０      １．５１６３３    ６４．１４
３３    ∞                  ７．８２    １．５１６３３    ６４．１４
３４    ∞                  ２．０４４  １
３５    ∞                １９．５      １．８０５１８    ２５．４３
３６    ∞                  ３．１      １
３７    ∞                  １．３２    １．５１６３３    ６４．１４
３８    ∞                  ２．０８    １
３９    ∞                  ０．７      １．５１６３３    ６４．１４
４０    ∞
非球面系数
１面
K=0
A4=7.466424e-6
A6=-5.685039e-9
A8=6.27502e-12
A10=-4.073371e-15
A12=1.543664e-18
2面
K=0
A4=-5.422423e-6
A6=5.410367e-9
A8=-1.21441e-12
A10=-6.57542e-15
A12=6.975096e-18
焦点距離  17.5ｍｍ
Fナンバー  2.1
（数値実施例３）
面番号        Ri            Di          Ni                Vi
１        １７４．３９２    ４．２      １．５１６３３    ６４．１４
２          ６２．８５６  １７．０      １
３          ６４．８７９    ２．６      １．７１３        ５３．８７
４          ２６．７４７  １５．６      １
５        −４６．１７１    ２．０      １．４９７００    ８１．５４
６          ５２．３４０  １１．４０８  １
７      −１５０．６００    ２．０      １．７４４００    ４４．７８
８        ３４６．８５１    ４．７８２  １
９          ９９．２８７    ２．３      １．９２２８６    ２０．８８
１０        ５６．１９３  １１．５      １．６７３００    ３８．１５
１１      −５６．１９３  ６９．８１３  １
１２        ７１．９４７    ３．３      １．５８９１３    ６１．１４
１３      １４１．３７５    ２．１１９  １
１４        ８０．９４０    ３．５５    １．８０５１８    ２５．４６
１５  −５６０６．３５６  １５．１５４  １
１６    ∞  （絞り）        ９．５３４  １
１７      ３６８．７６３    ３．７      １．５１６３３    ６４．１４
１８      −３８．６２０    １．３      １．９０３６６    ３１．３２
１９      −６３．５５１    ２．９５２  １
２０    −１５５．３４３    １．２      １．９０３３６    ３１．３２
２１        ２８．７７６    ５．９      １．５１６３３    ６４．１４
２２      −４１．８７５    ３．３０５  １
２３      −２４．１４６    １．３      １．９０３６６    ３１．３２
２４        ９６．００４    ５．７５    １．５１６３３    ６４．１４
２５      −４１．８６８    １．３      １
２６      ５６２．４５１    ８．７５    １．４９７００    ８１．５４
２７      −２９．１０９    ２．６８２  １
２８        ９３．２１４    ５．０      １．８０８１０    ２２．７６
２９    −１９６．８９      ４．３９２  １
３０    ∞                ２８．０      １．５１６３３    ６４．１４
３１    ∞                  ６．８２    １．５１６３３    ６４．１４
３２    ∞                  ３．４３    １
３３    ∞                １９．５      １．８０５１８    ２５．４３
３４    ∞                  ２．９      １
３５    ∞                  ２．０８    １．５１６３３    ６４．１４
３６    ∞                  ２．９２    １
３７    ∞                  ０．７      １．４６          ４６．６８
３８    ∞                  １．１      １．５１          ５１．６２
３９    ∞
非球面系数
１面
K=0
A4=2.74724e-6
A6=-8.766462e-10
A8=6.150328e-13
A10=-2.654043e-16
A12=7.683658e-20
3面
K=0
A4=-2.13015e-6
A6=-5.750979e-11
A8=1.458415e-12
A10=-1.127914e-15
A12=-2.566706e-19
焦点距離  17.1ｍｍ
Fナンバー  2.6
（数値実施例４）
面番号        Ri            Di          Ni                Vi
１        １７４．３９３    ４．２      １．５１６３３    ６４．１４
２          ６５．１９５  １７．０      １
３          ５５．８７９    ２．６      １．７１３        ５３．８７
４          ２７．２０９  １５．６      １
５        −４５．７８９    ２．０      １．４９７００    ８１．５４
６          ６６．４０６  １１．４０８  １
７      −１３８．７８２    ２．０      １．７４４００    ４４．７８
８        １７３．７９４    ４．７８２  １
９        １１８．９０２    ２．３      １．９２２８６    ２０．８８
１０        ６０．５９４  １１．５      １．６７３００    ３８．１５
１１      −５４．００５    ６．５      １
１２    ∞                ８６．０      １．５１６３３    ６４．１４
１３    ∞                ６．５９７    １
１２        ７１．６１２    ３．３      １．５８９１３    ６１．１４
１３      １３５．９５１    ２．１１９  １
１４        ７２．９２３    ３．５５    １．８０５１８    ２５．４６
１５−１０２２４．８３２  １５．１５４  １
１６    ∞  （絞り）        ９．５３４  １
１７      ２９１．１７０    ３．７      １．５１６３３    ６４．１４
１８      −３７．０８７    １．３      １．９０３６６    ３１．３２
１９      −６２．５５０    ２．９５２  １
２０    −１５５．３４３    １．２      １．９０３３６    ３１．３２
２１        ２７．８１７    ５．９      １．５１６３３    ６４．１４
２２      −４１．０４１    ３．３０５  １
２３      −２５．５００    １．３      １．９０３６６    ３１．３２
２４        ７７．１３７    ５．７５    １．５１６３３    ６４．１４
２５      −５０．７１３    １．３      １
２６      ２８１．１９６    ８．７５    １．４９７００    ８１．５４
２７      −２９．７３９    ２．６８２  １
２８        ８５．２４３    ５．０      １．８０８１０    ２２．７６
２９    −２４９．０４９    ４．３９２  １
３０    ∞                ２８．０      １．５１６３３    ６４．１４
３１    ∞                  ６．８２    １．５１６３３    ６４．１４
３２    ∞                  ３．４３    １
３３    ∞                １９．５      １．８０５１８    ２５．４３
３４    ∞                  ２．９      １
３５    ∞                  ２．０８    １．５１６３３    ６４．１４
３６    ∞                  ２．９２    １
３７    ∞                  ０．７      １．４６          ４６．６８
３８    ∞                  １．１      １．５１          ５１．６２
３９    ∞
非球面系数
１面
K=0
A4=2.74724e-6
A6=-8.766462e-10
A8=6.150328e-13
A10=-2.654043e-16
A12=7.683658e-20
3面
K=0
A4=-2.13015e-6
A6=-5.750979e-11
A8=1.458415e-12
A10=-1.127914e-15
A12=-2.566706e-19
焦点距離  17.1ｍｍ
Fナンバー  2.6
なお、図１４、図１５、図１６、図１７は、夫々第１、第２、第３、第４数値実施例の収差図である。
【００６３】
（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００６４】
（変形例１）
上述した実施形態では、ダハ面の頂角の稜線に対向し、稜線と平行な１回反射の反射面を示したが、本発明はこれに限られない。この反射面を入射光軸の周りに回転させた、稜線と垂直あるいは捩じれの関係となる１回反射の反射面としても良い。
【００６５】
これについて、図１８を用いてより詳しく説明する。図１８（ａ）（ｂ）では、便宜上、ダハ面を反射面Ｍ１、Ｍ２、ダハ面に対向する反射面をＭ３と簡略化して表記している。図１８（ａ）においては、第１の光軸の周りに反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が一体的に回転可能な構成となっている。そして、図１８（ｂ）では、図１８（ａ）に対し、反射面Ｍ３の入射光軸Ｚの周りに反射面Ｍ３が回転変位（回転変位角は１８０°）し、出射側の第２の光軸の方向が図１８（ａ）とは異なる。そして、図１８（ｂ）においても、第１の光軸の周りに反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が一体的に回転可能な構成となっている。
【００６６】
ここで、図１８（ｂ）で入射光軸Ｚの周りに反射面Ｍ３が回転変位するときの回転変位角が１８０°の場合は、反射面Ｍ３は反射面Ｍ１、Ｍ２（ダハ面の稜線）と垂直の関係となるが、回転変位角は１８０°に限られない。例えば回転変位角が９０°の場合、反射面Ｍ３は反射面Ｍ１、Ｍ２（ダハ面の稜線）と捩じれの関係となる。
【００６７】
（変形例２）
また、上述した実施形態では、光学装置としてレンズ光学系が投射光学系である画像投射装置（プロジェクタ）を説明したが、本発明は全体として正の屈折力を備えるレンズ光学系を有する任意の光学装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６８】
３・・ダハプリズム（アミチプリズム）、４・・三角柱プリズム、４１ｂ、４１ｃ・・ダハ面、４１ｄ・・１回反射面
【図１】
2016206528.tif 000003
【図２】
2016206528.tif 000004
【図３】
2016206528.tif 000005
【図４】
2016206528.tif 000006
【図５】
2016206528.tif 000007
【図６】
2016206528.tif 000008
【図７】
2016206528.tif 000009
【図８】
2016206528.tif 000010
【図９】
2016206528.tif 000011
【図１０】
2016206528.tif 000012
【図１１】
2016206528.tif 000013
【図１２】
2016206528.tif 000014
【図１３】
2016206528.tif 000015
【図１４】
2016206528.tif 000016
【図１５】
2016206528.tif 000017
【図１６】
2016206528.tif 000018
【図１７】
2016206528.tif 000019
【図１８】
2016206528.tif 000020