(57)【要約】      （修正有）【課題】明るく且つ広角で、諸収差を良好に補正し、画像表示素子に近いレンズ群の小型化および低コスト化を図り、照明光学系等との干渉懸念を抑制する。【解決手段】投射光学系は、画像表示素子ＬＶに表示された画像をスクリーンに拡大投射し、Ｆ１．７７以下で且つ半画角ωが３５．０°以上で、縮小側に非テレセントリックである。光学系の中間部に配置した絞りＳＴよりも拡大側の第１のレンズ群Ｇ１と、縮小側の第２のレンズ群Ｇ２とを有する。第１のレンズ群Ｇ１は少なくとも２枚の非球面レンズＬａおよびＬｂを含み、第２のレンズ群Ｇ２は少なくとも１枚の非球面レンズＬｃを含む。第１のレンズ群Ｇ１の合成焦点距離をｆ１、第２のレンズ群Ｇ２の合成焦点距離をｆ２、そして全系の合成焦点距離をｆとして、条件式：〔１〕４．５＜ｆ１／ｆ＜９．５、〔２〕３．１＜ｆ２／ｆ＜４．４を満足する。【選択図】図２
2016142882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大投射するレンズ系で、像側ＦナンバＦＮｏが
ＦＮｏ  ≦  １．７７
で且つ半画角ωが
ω  ≧  ３５．０°
であり、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる投射光学系であって、
最多数の光学素子に共有される光軸を全系の光軸とし、当該光学系の中間部に絞りを配置して、前記絞りよりもスクリーン側の第１のレンズ群Ｇ１と、前記絞りよりも画像表示素子側の第２のレンズ群Ｇ２とから構成され、
前記第１のレンズ群Ｇ１は少なくとも２枚の非球面レンズを含み、前記第２のレンズ群Ｇ２は少なくとも１枚の非球面レンズを含み、そして前記第１のレンズ群Ｇ１と前記第２のレンズ群Ｇ２は、前記第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ１、前記第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ２、ｅ線の波長における全系の合成焦点距離をｆとして、
条件式：
〔１〕４．５  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ９．５
〔２〕３．１  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  ４．４
を満足することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記第１のレンズ群Ｇ１に含まれる非球面レンズのうちの１枚は、光軸方向において最も絞りに近い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項３】
前記第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズは、光軸方向において最も前記画像表示素子に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記第１のレンズ群Ｇ１に含まれる非球面レンズにおける少なくとも１つの面の形状は、前記画像表示素子の表示画面の短辺と平行で且つ光軸を含む断面において、少なくとも３つの変曲点を持つことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズにおける少なくとも１つの面の形状は、前記画像表示素子の表示画面の短辺と平行で且つ光軸を含む断面において、少なくとも３つの変曲点を持つことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記画像表示素子は、ライトバルブであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項７】
前記画像表示素子に表示される画像を、請求項１〜請求項６のいずれか１項の投射光学系を用いて、スクリーンに拡大投影し、画像を投射表示することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像をスクリーンに拡大投射して表示する、いわゆるプロジェクタ等の画像表示装置に係り、特に、画像表示素子に表示される画像をスクリーンに拡大投射するための投射光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ等と称される投射型の画像表示装置が、広く用いられている。一般に、この種の投射型の画像表示装置においては、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)または液晶表示パネル等のライトバルブ（light valve〜光弁）と称される画像表示素子の表示画像の拡大像を投射光学系によってスクリーンに投影して画像表示を行う。
ライトバルブ、すなわち画像表示素子としてしばしば用いられるＤＭＤは、多数の微小ミラーを有し、これら各微小ミラーの角度を個別に例えば、＋１２°〜−１２°の範囲で電子的に制御することができるデバイスである。例えば、今、１つの微小ミラーの角度が、−１２°のときに照明光の微小ミラーによる反射光が投射光学系内に入射し、そして＋１２°のときに照明光の反射光が投射光学系に入射しないように、照明光がＤＭＤに入射する角度を設定しておけば、ＤＭＤの各微小ミラーの傾斜角度を制御することによって、ＤＭＤの表示画面上にディジタル画像を形成することができる。
最近では、投射空間を小さくして、しかも大画面を表示することが可能な広角なフロント投射型プロジェクタ装置の需要が高くなってきている。
【０００３】
そのような要求を満足する投射光学系としては、次の三種の構成が考えられる。
［１］レンズ投射光学系
［２］ミラー投射光学系
［３］レンズとミラーの混成投射光学系
従来のこの種の投射光学系については、例えば特許文献１（特許第４２２２４０８号）、特許文献２（特許第５０９４２３９号）および特許文献３（特開２０１４−８５６７７号）等に記載されている。
すなわち、特許文献１と特許文献２には、レンズ投射光学系の構成が開示されている。
例えば、特許文献１に実施例１として記載されたレンズ投射光学系は、半画角が４２．５°で、像側ＦナンバがＦ１．７と、広角で且つ明るい光学系として示されている。
また、特許文献２の実施例３として記載されたレンズ投射光学系は、半画角が３８．５°で、像側ＦナンバがＦ１．７４と、広角で且つ明るい光学系として示されている。
そして、特許文献３には、レンズとミラーの混成投射光学系の構成が開示されている。この特許文献３に示された構成においては、投影比（投射距離／画面対角線）が０．２７４〜０．２７８と広角であり、さらに、像側ＦナンバはＦ１．６７と大口径である。
これらいずれの構成においても、広角で且つ明るい投射光学系を実現することができると考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１、特許文献２および特許文献３等に示された従来の技術は、次に述べるような点で改善の余地があると考えられる。
まず、特許文献１に示されたレンズ投射光学系は、性能面では充分であるが、画像表示素子側すなわちいわゆる縮小側にテレセントリックな投射光学系であり、ライトバルブ等の画像表示素子に近いレンズ群の外径が大型化し易いという傾向がある。そのため、レンズ自体のコストが嵩んだり照明光学系との干渉が発生したりするという懸念がある。
次に、特許文献２に示されたレンズ投射光学系は、歪曲収差が２．５％も発生しており、レンズ性能の面で充分であるとはいえない。
そして、特許文献３に示された投射光学系は、レンズとミラーの混成投射光学系であるので、レンズのパワーとミラーのパワーを最適に配分することで、収差の補正が行われる。つまり、ミラーを含んだ投射光学系（［３］レンズとミラー混成投射光学系）と、レンズのみによる投射光学系（［１］レンズ投射光学系）とでは、レンズの果たす役割が大きく異なる。例えば、ミラーを含んだ投射光学系では、歪曲収差の補正についてはミラーが支配的となるため、その他の収差補正をレンズが担うことになる。これに対して、レンズのみによる投射光学系では、ミラーが存在しないため、歪曲収差を含めて、すべての収差の補正をレンズ系内で行わなければならない。そのため、特許文献３に示された技術をレンズ投射光学系に適用したとしても、諸収差を充分に補正することはできない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、レンズ投射光学系であって、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７７以下（ＦＮｏ≦１．７７）と明るく、半画角ωが３５．０°以上（ω≧３５．０°）と広角でありながら、諸収差を良好に補正することを可能とし、縮小側に非テレセントリックな光学系を採用してライトバルブ等の画像表示素子に近いレンズ群の小型化および低コスト化を可能とし、照明光学系等との干渉懸念を抑制することを可能とする投射光学系を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る投射光学系は、上述した目的を達成するために、
画像表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大投射するレンズ系で、像側ＦナンバＦＮｏが
ＦＮｏ  ≦  １．７７
で且つ半画角ωが
ω  ≧  ３５．０°
であり、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる投射光学系であって、
最多数の光学素子に共有される光軸を全系の光軸とし、当該光学系の中間部に絞りを配置して、前記絞りよりもスクリーン側、いわゆる拡大側、の第１のレンズ群Ｇ１と、前記絞りよりも画像表示素子側、いわゆる縮小側、の第２のレンズ群Ｇ２とから構成され、
前記第１のレンズ群Ｇ１は少なくとも２枚の非球面レンズを含み、前記第２のレンズ群Ｇ２は少なくとも１枚の非球面レンズを含み、そして前記第１のレンズ群Ｇ１と前記第２のレンズ群Ｇ２は、前記第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ１、前記第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ２、そしてｅ線の波長における全系の合成焦点距離をｆとして、
条件式：
〔１〕４．５  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ９．５
〔２〕３．１  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  ４．４
を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レンズ投射光学系であって、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７７以下（ＦＮｏ≦１．７７）と明るく、半画角ωが３５．０°以上（ω≧３５．０°）と広角でありながら、諸収差を良好に補正することを可能とし、縮小側に非テレセントリックな光学系を採用してライトバルブ等の画像表示素子に近いレンズ群の小型化および低コスト化を可能とし、照明光学系等との干渉懸念を抑制することを可能とする投射光学系を提供することができる。
【０００８】
すなわち本発明に係る投射光学系によれば、
画像表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大投射するレンズ系で、像側ＦナンバＦＮｏが
ＦＮｏ  ≦  １．７７
で且つ半画角ωが
ω  ≧  ３５．０°
であり、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる投射光学系であって、
最多数の光学素子に共有される光軸を全系の光軸とし、当該光学系の中間部に絞りを配置して、前記絞りよりもスクリーン側、いわゆる拡大側、の第１のレンズ群Ｇ１と、前記絞りよりも画像表示素子側、いわゆる縮小側、の第２のレンズ群Ｇ２とから構成され、
前記第１のレンズ群Ｇ１は少なくとも２枚の非球面レンズを含み、前記第２のレンズ群Ｇ２は少なくとも１枚の非球面レンズを含み、そして前記第１のレンズ群Ｇ１と前記第２のレンズ群Ｇ２は、前記第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ１、前記第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ２、そしてｅ線の波長における全系の合成焦点距離をｆとして、
条件式：
〔１〕４．５  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ９．５
〔２〕３．１  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  ４．４
を満足することにより、
明るく且つ広角でありながら、諸収差を良好に補正することを可能とし、ライトバルブ等の画像表示素子に近いレンズ群における小型化および低コスト化、並びに照明光学系等との干渉懸念の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る投射光学系の特徴を説明するために投射光学系全体の概略的な構成概念を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であり且つ実施例１に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図３】図２の投射光学系における光路を説明するための光路図である。
【図４】図２の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す縦収差図である。
【図５】図２の投射光学系におけるコマ収差を示す横収差図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態であり且つ実施例２に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図７】図６の投射光学系における光路を説明するための光路図である。
【図８】図６の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す縦収差図である。
【図９】図６の投射光学系におけるコマ収差を示す横収差図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態であり且つ実施例３に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図１１】図１０の投射光学系における光路を説明するための光路図である。
【図１２】図１０の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す縦収差図である。
【図１３】図１０の投射光学系におけるコマ収差を示す横収差図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態であり且つ実施例４に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図１５】図１４の投射光学系における光路を説明するための光路図である。
【図１６】図１４の投射光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差を示す縦収差図である。
【図１７】図１４の投射光学系におけるコマ収差を示す横収差図である。
【図１８】本発明に係る投射光学系を用いた本発明の第５の実施の形態に係る画像表示装置の主要構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔原理的な構成〕
まず、本発明に係る投射光学系および画像表示装置を詳細に説明する前に、本発明に係る投射光学系の原理的な構成について説明する。
本発明に係る投射光学系は、ライトバルブ等の画像表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大投射し、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７７以下、
つまり
ＦＮｏ  ≦  １．７７
で且つ半画角ωが３５．０°以上、
つまり
ω  ≧  ３５．０°
であり、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる投射光学系であって、
最多数の光学素子に共有される光軸を全系の光軸とし、当該光学系の中間部に絞りを配置して、前記絞りよりもスクリーン側、いわゆる拡大側、の第１のレンズ群Ｇ１と、前記絞りよりも画像表示素子側、いわゆる縮小側、の第２のレンズ群Ｇ２とから構成され、
前記第１のレンズ群Ｇ１は、少なくとも２枚の非球面レンズを含む。前記第２のレンズ群Ｇ２は、少なくとも１枚の非球面レンズを含む。そして前記第１のレンズ群Ｇ１と前記第２のレンズ群Ｇ２は、前記第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ１、前記第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ２、そしてｅ線の波長における全系の合成焦点距離をｆとして、
条件式：
〔１〕４．５  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ９．５
〔２〕３．１  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  ４．４
を満足する投射光学系である（請求項１に対応する）。
【００１１】
すなわち、このレンズ投射光学系では、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７７以下と明るく、半画角ωが３５．０°以上と広角に構成する。
次に、条件式〔１〕および条件式〔２〕の範囲について説明する。
条件式〔１〕のｆ１／ｆが条件式〔１〕の上限を超え、条件式〔２〕のｆ２／ｆが条件式〔２〕の下限を下回ると、レンズ全長を短くすることができるが、レンズを通過する光線の高さが高くなるため、高画角側でコマ収差が発生してしまう。
条件式〔１〕のｆ１／ｆが条件式〔１〕の下限を下回り、条件式〔２〕のｆ２／ｆが条件式〔２〕の上限を超えると、球面収差が補正不足となり、全画角にわたってコマ収差が発生してしまう。
ここで、大口径とすることにより発生する収差について説明する。
球面収差は、口径の３乗に比例し、コマ収差は、口径の２乗に比例して、収差の発生量が大きくなることが知られている。例えば、一般的な像側ＦナンバＦＮｏの範囲：Ｆ２．４〜Ｆ２．７からＦ１．６７〜Ｆ１．７７のように大口径化すると、上述した球面収差およびコマ収差等の収差の発生量が大きくなるため、良好な結像性能を得るためには、これらの収差を取り除かなければならなくなる。
【００１２】
そこで、像側ＦナンバＦＮｏをＦ１．７７以下と大口径とすることに起因して発生する収差を良好に補正するためのレンズの構成要件を次に検討する。
すなわち、本発明に係る投射光学系は、上述した投射光学系において、第１のレンズ群Ｇ１に含まれる非球面レンズのうちの１枚を、光軸方向において最も絞りに近い位置に配置することが望ましい（請求項２に対応する）。
後に説明する光路図を見てもわかるように、絞り近傍のレンズを通過する光は、軸上の光束が他のレンズに比べて相対的に太くなっている。したがって、このような位置に非球面レンズを配置することにより、コマ収差を良好に補正することができる。
そして、本発明に係る投射光学系は、上述した投射光学系において、第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズを、光軸方向において最もライトバルブ等の画像表示素子に近い位置に配置することが望ましい（請求項３に対応する）。
大口径にすると、投射光学系に入射する光の角度が大きくなる。ここで、球面レンズを用いた場合には、軸付近に入射する光の角度と、軸外に入射する光の角度とが大きく異なってしまう。つまり、球面レンズを用いると、軸付近の光の屈折力と軸外の光の屈折力が異なるので、球面収差が発生してしまう。
したがって、光軸方向において最もライトバルブに近い位置に非球面レンズを配置することにより、球面収差を良好に補正することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る投射光学系は、上述した投射光学系において、第１のレンズ群Ｇ１に含まれる非球面レンズの少なくとも１つの面の形状を、前記ライトバルブ等の画像表示素子の表示画面の短辺と平行で且つ光軸を含む断面において、少なくとも３つの変曲点を持つようにすることが望ましい（請求項４に対応する）。
ここで、変曲点とは、レンズ形状の微分値が、正の符号と負の符号で切りかわる点のことをいう。
このような変曲点を持たせることにより、挟画角から広画角までコマ収差を良好に補正することができる。
また、本発明に係る投射光学系は、上述した投射光学系において、第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズの少なくとも１つの面の形状を、前記ライトバルブ等の画像表示素子の表示画面の短辺と平行で光軸を含む断面において、少なくとも３つの変曲点を持つようにすることが望ましい（請求項５に対応する）。
このような変曲点を持たせることにより、像高（瞳高さ）の低い位置から高い位置まで球面収差を良好に補正することができる。
【００１４】
また、本発明に係る投射光学系で、拡大投射する画像を表示する画像表示素子は、ライトバルブであっても良い（請求項６に対応する）。
この種の投射光学系においては、典型的には、画像表示素子としてライトバルブが用いられる。
さらに、本発明に係る画像表示装置は、前記画像表示素子に表示される画像を上述した投射光学系を用いて、スクリーンに拡大投影し、画像を投射表示することが望ましい（請求項７に対応する）。
【００１５】
〔基本的な概念〕
次に、本発明に係る投射光学系の基本的な概念について、図１に示す本発明に係る投射光学系の原理的な構成を示す概念図を参照して説明する。
図１に示すように、本発明に係る投射光学系は、画像表示素子としてのライトバルブＬＶに表示された画像をスクリーン（図示されていない）に拡大投射し、像側ＦナンバＦＮｏが、
ＦＮｏ  ≦  １．７７
つまりＦ１．７７以下で且つ半画角ωが、
ω  ≧  ３５．０°
つまり３５．０°以上
であり、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる投射光学系として構成する。
【００１６】
さらに、この投射光学系は、最多数の光学素子に共有される光軸を全系の光軸とし、当該光学系の中間部に絞りＳＴを配置しており、絞りＳＴよりもスクリーン側、いわゆる拡大側、の第１のレンズ群Ｇ１と、絞りＳＴよりも画像表示素子側、いわゆる縮小側、の第２のレンズ群Ｇ２とを有して構成する。なお、この投射光学系は、画像表示素子であるライトバルブＬＶを保護するためのカバーガラスＣＧを含んでいてもよい。
第１のレンズ群Ｇ１は、少なくとも２枚の非球面レンズＬａおよびＬｂを含み、第２のレンズ群Ｇ２は、少なくとも１枚の非球面レンズＬｃを含んで構成する。そしてこれら第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２は、第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ１、第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離をｆ２、そしてｅ線の波長における全系の合成焦点距離をｆとして、
条件式：
〔１〕４．５  ＜  ｆ１／ｆ  ＜  ９．５
〔２〕３．１  ＜  ｆ２／ｆ  ＜  ４．４
を満足する。
【００１７】
画像表示素子としてのライトバルブＬＶに表示された画像をスクリーンに拡大投射する投射光学系を、像側ＦナンバＦＮｏが、
ＦＮｏ  ≦  １．７７
つまりＦ１．７７以下で且つ半画角ωが、
ω  ≧  ３５．０°
つまり３５．０°以上
で、縮小側に非テレセントリックなレンズ系からなる構成とする。このように構成した投射光学系が、条件式〔１〕および条件式〔２〕を満足することにより、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７７以下と明るく、半画角ωが３５．０°以上と広角でありながら、諸収差を良好に補正することを可能とし、照明光学系との干渉懸念を抑制した投射光学系を実現することができる。
【００１８】
なお、画像表示素子としては、ライトバルブＬＶを例示しており、ライトバルブＬＶとしては、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)が代表的であるが、ライトバルブＬＶの種類としてもＤＭＤに限定されることはなく、透過型液晶を用いたＬＣＤ（liquid crystal display〜液晶ディスプレイ）や反射型液晶を用いたＬＣＯＳ(Liquid crystal on silicon)ディスプレイを用いても良い。
このような、本発明に係る投射光学系におけるいくつかの望ましい特徴を図１の概念図を参照してさらに詳細に説明する。
図１に示す投射光学系においては、第１のレンズ群Ｇ１に含まれる非球面レンズＬｂの少なくとも１面と、第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズＬｃの少なくとも１面とが、画像表示素子であるライトバルブＬＶの表示画面の短辺に平行で且つ光軸を含む断面において、少なくとも３つの変曲点を持っている。非球面レンズＬｂの少なくとも１面と、非球面レンズＬｃの少なくとも１面とが、このような変曲点を持つことにより、非球面レンズＬｂではコマ収差の補正を、そして非球面レンズＬｃでは球面収差の補正を良好に行うことができる。なお、非球面レンズＬａは、歪曲収差と非点収差の補正に寄与している。
【００１９】
また、第１のレンズ群Ｇ１に含まれる一つの非球面レンズＬｂが、光軸方向において、最も絞りＳＴに近い位置に配置されている。非球面レンズＬｂを、このような位置に配置することにより、コマ収差を良好に補正することができる。
また、第２のレンズ群Ｇ２に含まれる非球面レンズＬｃが、光軸方向において、最もライトバルブＬＶに近い位置に配置されている。非球面レンズＬｃを、このような位置に配置することにより、球面収差を良好に補正することができる。
次に、本発明に係る投射光学系およびそれを用いた画像表示装置のさらに具体的な実施の形態および実施例について説明する。なお、ここでは、本発明の実施の形態および具体的な実施例として、本発明の投射光学系に係る第１の実施の形態としての具体的な実施例１、第２の実施の形態としての具体的な実施例２、第３の実施の形態としての具体的な実施例３、第４の実施の形態としての具体的な実施例４および本発明の画像表示装置に係る第５の実施の形態について説明する。
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
【実施例１】
【００２１】
まず、上述した本発明の第１の実施の形態であり且つ具体的な実施例１を詳細に説明する。
実施例１は、本発明の第１の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図２は、本発明の第１の実施の形態であり且つ実施例１に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図２には、実施例１に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺に平行な断面、すなわち画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図として示している。
まず、以下における投射光学系に係る第１の実施の形態であり且つ具体的な実施例１、第２の実施の形態であり且つ具体的な実施例２、第３の実施の形態であり且つ具体的な実施例３および第４の実施の形態であり且つ具体的な実施例４に共通して用いる主要な構成要素について説明する。
【００２２】
先に述べた通り、画像表示素子としてのライトバルブ（light valve〜光弁）として、具体的には、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いている。画像表示素子であるライトバルブとして、ＤＭＤの他には、例えば、透過型液晶を用いたＬＣＤ（liquid crystal display〜液晶ディスプレイ）や反射型液晶を用いたＬＣＯＳ(Liquid crystal on silicon)ディスプレイ等を用いることもでき、本発明は、画像表示素子の種類には特に限定されるものではない。
ちなみに、ここで画像表示素子として用いられるＤＭＤは、多数の微小ミラーを有し、これら各微小ミラーの角度を個別に例えば、＋１２°〜−１２°の範囲で電子的に制御することができるデバイスである。例えば、今、１つの微小ミラーの角度が、−１２°のときに照明光の微小ミラーによる反射光が投射光学システムに入射し、そして＋１２°のときに照明光の反射光が投射光学システムに入射しないように、照明光がＤＭＤに入射する角度を設定しておけば、ＤＭＤの各微小ミラーの傾斜角度を制御することによって、ＤＭＤの表示画面上にディジタル画像を形成することができる。
なお、図２に画像表示素子としてのライトバルブＬＶとして示しているのは、ライトバルブにおいて投射すべき画像を形成表示する画像形成部の表示画面部分である。
ライトバルブＬＶの表示画面の近傍に画像形成部のカバーガラス（シールガラス）ＣＧが配設され、このカバーガラスＣＧは、例えば透明光学ガラスからなる平行平板として形成されている。
【００２３】
実施例１〜実施例４の各実施例に共通に用いられる記号の意味は、次の通りである。
【００２４】
ｆ：全系の焦点距離
ＦＮｏ：Ｆナンバ(Ｆ値)
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎｄ：ｄ線の屈折率
νｄ：ｄ線のアッベ数
また、
Ｘ：光軸から高さＹにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離
Ｙ：光軸からの高さ
Ｒ：非球面の近軸曲率半径
Ｋ：円錐乗数
Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８：非球面係数
として、
非球面は次式であらわされる。
【００２５】
【数１】
2016142882.tif 000003
【００２６】
また、各実施例の数値例におけるＥ−ＸＹは、１０−ＸＹを意味している。
そして、レンズデータに記載される光学恒数の意味は、次の通りである。
ｆ：ｅ線の波長における全系の合成焦点距離
ｆ１：絞りよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群のｅ線の波長における合成焦点距離
ｆ２：絞りよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群のｅ線の波長における合成焦点距離
ＦＮｏ：像側Ｆナンバ（像側Ｆ値）
ω：半画角
ＯＡＬ：レンズ全長（画像表示素子の表示画面〜光学系先端の光軸上の距離）
各実施例における収差図について説明する。
各実施例における収差図は、縦収差および横収差を示した。球面収差と非点収差とコマ収差については、６２５ｎｍ、５５０ｎｍおよび４６０ｎｍの各波長の収差曲線を描画した。
【００２７】
また、非点収差の収差図において、実線はサジタル光線、点線はメリディオナル光線を示している。
なお、図１に示した本発明に係る投射光学系の原理的な構成、並びに図２、図６、図１０および図１４にそれぞれ示す本発明の第１の実施の形態である実施例１、第２の実施の形態である実施例２、第３の実施の形態である実施例３および第４の実施の形態である実施例４に係る投射光学系の構成における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実質的に共通の参照符号を各実施例毎に独立に用いている。そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは他の実施例とはかならずしも共通の構成ではない。
【００２８】
図２および図３は、本発明の第１の実施の形態であり且つ実施例１に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図２は、実施例１に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺に平行な断面（長辺が垂直に交わる断面）に沿って示す断面図、そして図３は、図２の投射光学系における光線の通過軌跡を示す光路図である。
図２および図３において、投射光学系は、図示していないスクリーンから、画像表示素子であるライトバルブＬＶに向かって、順次、第１のレンズ群Ｇ１、絞りＳＴ、第２のレンズ群Ｇ２およびカバーガラスＣＧを配置して構成する。ライトバルブ（画像表示素子）ＬＶの表示画面の画像は、カバーガラスＣＧから第２のレンズ群Ｇ２および第１のレンズ群Ｇ１を順次介して図示していないスクリーンに拡大投射される。
第１のレンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９を、スクリーン側(いわゆる拡大側)から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側〜いわゆる縮小側）に向かって、順次配置して構成している。
【００２９】
すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、全体としてスクリーン側に凸形状をなして両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側により強い凹面（曲率のより大きな凹面。以下同じ）を向けた両凹レンズを形成してなる第３レンズＬ３と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５と、画像表示素子側により強い凸面（曲率のより大きな凸面。以下同じ）を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ６と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、そして両面に非球面を形成し、光軸近傍においてスクリーン側に凸形状をなし画像表示素子側に凹面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第９レンズＬ９とを配置している。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第３レンズＬ３が非球面レンズＬａに相当し、非球面レンズである第９レンズＬ９が非球面レンズＬｂに相当する。
【００３０】
絞りＳＴは、第２のレンズ群Ｇ２のスクリーン側にほぼ近接して配置している。
第２のレンズ群Ｇ２は、第１０レンズＬ１０〜第１４レンズＬ１４を、スクリーン側から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ１０と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、スクリーン側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２と、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ１３と、両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側に凸面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第１４レンズＬ１４とを配置している。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第１４レンズＬ１４が非球面レンズＬｃに相当する。
【００３１】
そして、第２のレンズ群Ｇ２の画像表示素子側に第１４レンズＬ１４に密接して画像表示素子であるライトバルブＬＶのカバーガラスＣＧを配置し、さらにカバーガラスＣＧの、いわゆる縮小側（画像表示素子側）にライトバルブ（画像表示素子）ＬＶを配置している。
実施例１は、実施例１〜実施例４の４つの実施例の中で、実施例２と並んで、最良の結像性能が得られるレンズ構成である。
図２に示すように、実施例１の投射光学系は、絞りＳＴよりもスクリーン側(拡大側）の第１のレンズ群Ｇ１が、７枚の球面レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、と、２枚の非球面レンズＬ３（Ｌａ）およびＬ９（Ｌｂ）とで構成され、絞りＳＴよりも画像表示素子側（縮小側）の第２のレンズ群Ｇ２が、４枚の球面レンズとＬ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、１枚の非球面レンズＬ１４（Ｌｃ）とで構成されている。
【００３２】
この実施例１における光学恒数は、ｅ線の波長における全系の合成焦点距離ｆが、９．８７ｍｍ、絞りＳＴよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ１が５５．８４ｍｍ、絞りＳＴよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群Ｇ２のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ２が３９．４６ｍｍ、像側Ｆナンバ（像側Ｆ値）ＦＮｏが１．７０、半画角ωが４１．０°、そしてレンズ全長（画像表示素子の表示画面〜光学系先端の光軸上の距離）ＯＡＬが、１６０．１９ｍｍである。この実施例１における各光学要素の光学特性は、次表１の通りである。
【００３３】
【表１】
2016142882.tif 000004
【００３４】
また、表１において「＊」が付された第５面、第６面、第１７面、第１８面、第２８面および第２９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは次表の通りである。これら各非球面は、いずれも光軸を含む縦断面において３個以上の変曲点を有している。
なお、先に述べたように、この非球面係数等の数値例において、
「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」すなわち「×１０ｎ」をあらわし、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０−５」をあらわしている。つまり、Ｅ−ＸＹは、１０−ＸＹを意味し、Ｅ＋ＸＹは、１０＋ＸＹを意味している。これらは、他の実施例についても同様である。
【００３５】
【表２】
2016142882.tif 000005
【００３６】
光学恒数に関しては、先に述べたように、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．７０、半画角ωが４１．０°と明るく広角な投射光学系が実現できている。
図４に示す縦収差図および図５に示す横収差図によれば、充分に収差が補正されており、結像性能が良好であることが判る。
【００３７】
〔第２の実施の形態〕
【実施例２】
【００３８】
上述した本発明の第２の実施の形態であり且つ具体的な実施例２を詳細に説明する。
実施例２は、本発明の第２の実施の形態であり且つ投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図６および図７は、本発明の第２の実施の形態である実施例２に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図６は、実施例２に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺に平行な断面（長辺が垂直に交わる断面）に沿って示す断面図、そして図７は、図６の投射光学系における光線の通過軌跡を示す光路図である。
図６および図７において、投射光学系は、図示していないスクリーンから、画像表示素子であるライトバルブＬＶに向かって、順次、第１のレンズ群Ｇ１、絞りＳＴ、第２のレンズ群Ｇ２およびカバーガラスＣＧを配置して構成する。ライトバルブ（画像表示素子）ＬＶの表示画面の画像は、カバーガラスＣＧから第２のレンズ群Ｇ２および第１のレンズ群Ｇ１を順次介して図示していないスクリーンに拡大投射される。
【００３９】
第１のレンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９を、スクリーン側(いわゆる拡大側)から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側〜いわゆる縮小側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、全体としてスクリーン側に凸形状をなして両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側により強い凹面を向けた両凹レンズを形成してなる第３レンズＬ３と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５と、画像表示素子側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ６と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、画像表示素子側に凸形状をなしスクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、そして両面に非球面を形成し、光軸近傍においてスクリーン側に凸形状をなし画像表示素子側に凹面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第９レンズＬ９とを配置している。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第３レンズＬ３が非球面レンズＬａに相当し、非球面レンズである第９レンズＬ９が非球面レンズＬｂに相当する。
【００４０】
絞りＳＴは、第２のレンズ群Ｇ２のスクリーン側にほぼ近接して配置している。
第２のレンズ群Ｇ２は、第１０レンズＬ１０〜第１４レンズＬ１４を、スクリーン側から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ１０と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、スクリーン側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２と、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ１３と、両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側に凸面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第１４レンズＬ１４とを配置している。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第１４レンズＬ１４が非球面レンズＬｃに相当する。
【００４１】
そして、第２のレンズ群Ｇ２の画像表示素子側に第１４レンズＬ１４に密接して画像表示素子であるライトバルブＬＶのカバーガラスＣＧを配置し、さらにカバーガラスＣＧの、いわゆる縮小側（画像表示素子側）にライトバルブ（画像表示素子）ＬＶを配置している。
実施例２は、実施例１〜実施例４の４つの実施例の中で、実施例１と並んで、最良の結像性能が得られるレンズ構成である。
図６に示すように、実施例２の投射光学系も、実施例１の場合と同様に、絞りＳＴよりもスクリーン側(拡大側）の第１のレンズ群Ｇ１が、７枚の球面レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、と、２枚の非球面レンズＬ３（Ｌａ）およびＬ９（Ｌｂ）とで構成され、絞りＳＴよりも画像表示素子側（縮小側）の第２のレンズ群Ｇ２が、４枚の球面レンズとＬ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、１枚の非球面レンズＬ１４（Ｌｃ）とで構成されている。
【００４２】
この実施例２における光学恒数は、ｅ線の波長における全系の合成焦点距離ｆが、１０．１４ｍｍ、絞りＳＴよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ１が５８．９９ｍｍ、絞りＳＴよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ２が３９．５５ｍｍ、像側Ｆナンバ（像側Ｆ値）ＦＮｏが１．６７、半画角ωが４０．２°、そしてレンズ全長（画像表示素子の表示画面〜光学系先端の光軸上の距離）ＯＡＬが、１６６．４８ｍｍである。この実施例２における各光学要素の光学特性は、次表３の通りである。
【００４３】
【表３】
2016142882.tif 000006
【００４４】
また、表３において「＊」が付された第５面、第６面、第１７面、第１８面、第２８面および第２９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表４の通りである。これら各非球面は、いずれも光軸を含む縦断面において３個以上の変曲点を有している。
【００４５】
【表４】
2016142882.tif 000007
【００４６】
光学恒数に関しては、先に述べたように、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．６７、半画角ωが４０．２°と明るく広角な投射光学系が実現できている。
図８に示す縦収差図および図９に示す横収差図によれば、充分に収差が補正されており、結像性能が良好であることが判る。
【００４７】
〔第３の実施の形態〕
【実施例３】
【００４８】
上述した本発明の第３の実施の形態としての具体的な実施例３を詳細に説明する。
実施例３は、本発明の第３の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図１０および図１１は、本発明の第３の実施の形態である実施例３に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図１０は、実施例３に係る投射光学系の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺に平行な断面（長辺が垂直に交わる断面）に沿って示す断面図、そして図１１は、図１０の投射光学系における光線の通過軌跡を示す光路図である。
図１０および図１１において、投射光学系は、図示していないスクリーンから、画像表示素子であるライトバルブＬＶに向かって、順次、第１のレンズ群Ｇ１、絞りＳＴ、第２のレンズ群Ｇ２およびカバーガラスＣＧを配置して構成する。ライトバルブ（画像表示素子）ＬＶの表示画面の画像は、カバーガラスＣＧから第２のレンズ群Ｇ２および第１のレンズ群Ｇ１を順次介して図示していないスクリーンに拡大投射される。
【００４９】
第１のレンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９を、スクリーン側(いわゆる拡大側)から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側〜いわゆる縮小側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、全体としてスクリーン側に凸形状をなして両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側により強い凹面を向けた両凹レンズを形成してなる第３レンズＬ３と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５と、画像表示素子側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ６と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、画像表示素子側に凸形状をなしスクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、そして両面に非球面を形成し、光軸近傍においてスクリーン側に凸形状をなし画像表示素子側に凹面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第９レンズＬ９とを配置している。第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。
【００５０】
また、非球面レンズである第３レンズＬ３が非球面レンズＬａに相当し、非球面レンズである第９レンズＬ９が非球面レンズＬｂに相当する。
絞りＳＴは、第２のレンズ群Ｇ２のスクリーン側にほぼ近接して配置している。
第２のレンズ群Ｇ２は、第１０レンズＬ１０〜第１４レンズＬ１４を、スクリーン側から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ１０と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、スクリーン側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２と、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ１３と、両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側に凸面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第１４レンズＬ１４とを配置している。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第１４レンズＬ１４が非球面レンズＬｃに相当する。
【００５１】
そして、第２のレンズ群Ｇ２の画像表示素子側に第１４レンズＬ１４に密接して画像表示素子であるライトバルブＬＶのカバーガラスＣＧを配置し、さらにカバーガラスＣＧの、いわゆる縮小側（画像表示素子側）にライトバルブ（画像表示素子）ＬＶを配置している。
この実施例３は、先に説明した条件式〔１〕の上限と条件式〔２〕の下限を決めるレンズ構成である。すなわち、このレンズ構成よりも条件式〔１〕のｆ１／ｆの数値が高く、条件式〔２〕のｆ２／ｆの数値が低いレンズ構成では、良好な結像性能が得られない。
図１０に示すように、実施例３の投射光学系も、実施例１および実施例２の場合と同様に、絞りＳＴよりもスクリーン側(拡大側）の第１のレンズ群Ｇ１が、７枚の球面レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、と、２枚の非球面レンズＬ３（Ｌａ）およびＬ９（Ｌｂ）とで構成され、絞りＳＴよりも画像表示素子側（縮小側）の第２のレンズ群Ｇ２が、４枚の球面レンズとＬ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、１枚の非球面レンズＬ１４（Ｌｃ）とで構成されている。
【００５２】
この実施例３における光学恒数は、ｅ線の波長における全系の合成焦点距離ｆが、１０．１４ｍｍ、絞りＳＴよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ１が９５．１６ｍｍ、絞りＳＴよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ２が３２．０１ｍｍ、像側Ｆナンバ（像側Ｆ値）ＦＮｏが１．６７、半画角ωが４０．２°、レンズ全長（画像表示素子の表示画面〜光学系先端の光軸上の距離）ＯＡＬが、１３９．３９ｍｍである。この実施例３における各光学要素の光学特性は、次表５の通りである。
【００５３】
【表５】
2016142882.tif 000008
【００５４】
また、表５において「＊」が付された第５面、第６面、第１７面、第１８面、第２８面および第２９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表６の通りである。これら各非球面は、いずれも光軸を含む縦断面において３個以上の変曲点を有している。
【００５５】
【表６】
2016142882.tif 000009
【００５６】
光学恒数に関しては、先に述べたように、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．６７、半画角ωが４０．２°と明るく広角な投射光学系を実現することができている。また、実施例１に比べて、絞りＳＴよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群Ｇ１のパワーが弱まり、絞りＳＴよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群Ｇ２のパワーが強まることによって、レンズ全長ＯＡＬ自体は短くすることができる。
図１２に示す縦収差図によれば、非点収差が図４に示す実施例１の非点収差に比べて大きくなっている。また、図１３に示す横収差図によれば、高画角側（ω＝４０．２°）で図５に示す実施例１のコマ収差に比べて大きくなっている。
すなわち、図１２に示す縦収差図および図１３に示す横収差図によれば、実施例３では非点収差とコマ収差が悪化しているが、結像性能としては許容できる範囲である。
【００５７】
〔第４の実施の形態〕
【実施例４】
【００５８】
上述した本発明の第４の実施の形態としての具体的な実施例４を詳細に説明する。
実施例４は、本発明の第４の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図１４および図１５は、本発明の第４の実施の形態である実施例４に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図１４は、実施例４に係る投射光学系の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺に平行な断面（長辺が垂直に交わる断面）に沿って示す断面図、そして図１５は、図１４の投射光学系における光線の通過軌跡を示す光路図である。
図１４および図１５において、投射光学系は、図示していないスクリーンから、画像表示素子であるライトバルブＬＶに向かって、順次、第１のレンズ群Ｇ１、絞りＳＴ、第２のレンズ群Ｇ２およびカバーガラスＣＧを配置して構成する。ライトバルブ（画像表示素子）ＬＶの表示画面の画像は、カバーガラスＣＧから第２のレンズ群Ｇ２および第１のレンズ群Ｇ１を順次介して図示していないスクリーンに拡大投射される。
【００５９】
第１のレンズ群Ｇ１は、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９を、スクリーン側(いわゆる拡大側)から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側〜いわゆる縮小側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２と、全体としてスクリーン側に凸形状をなし、両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側により強い凹面を向けてスクリーン側に凸形状をなす負メニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、スクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第５レンズＬ５と、画像表示素子側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ６と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、画像表示素子側に凸形状をなしスクリーン側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、そして光軸近傍においてスクリーン側に凸形状をなし、画像表示素子側に凹面を向けて両面に非球面を形成した正メニスカスレンズからなる第９レンズＬ９とを配置している。
【００６０】
第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第３レンズＬ３が非球面レンズＬａに相当し、非球面レンズである第９レンズＬ９が非球面レンズＬｂに相当する。
絞りＳＴは、第２のレンズ群Ｇ２のスクリーン側にほぼ近接して配置している。
第２のレンズ群Ｇ２は、第１０レンズＬ１０〜第１４レンズＬ１４を、スクリーン側から、画像表示素子側(ライトバルブＬＶ側）に向かって、順次配置して構成している。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は、スクリーン側(拡大側)から、画像表示素子側(縮小側）に向かって、順次、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ１０と、画像表示素子側に凸形状をなし、スクリーン側に凹面を向けた正メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、スクリーン側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２と、スクリーン側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ１３と、両面に非球面を形成し、光軸近傍において画像表示素子側に凸面を向けた正メニスカスレンズを形成してなる第１４レンズＬ１４とを配置している。第１１レンズＬ１１と第１２レンズＬ１２の２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、２枚接合レンズを形成している。また、非球面レンズである第１４レンズＬ１４が非球面レンズＬｃに相当する。
【００６１】
そして、第２のレンズ群Ｇ２の画像表示素子側に第１４レンズＬ１４に密接して画像表示素子であるライトバルブＬＶのカバーガラスＣＧを配置し、さらにカバーガラスＣＧの、いわゆる縮小側（画像表示素子側）にライトバルブ（画像表示素子）ＬＶを配置している。
実施例４は、先に説明した条件式〔１〕の下限と条件式〔２〕の上限を決めるレンズ構成である。すなわち、このレンズ構成よりも条件式〔１〕のｆ１／ｆの数値が低く、条件式〔２〕のｆ２／ｆの数値が高いレンズ構成では、良好な結像性能が得られない。
図１４に示すように、実施例４の投射光学系も、実施例１〜実施例３の場合と同様に、絞りＳＴよりもスクリーン側(拡大側）の第１のレンズ群Ｇ１が、７枚の球面レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、と、２枚の非球面レンズＬ３（Ｌａ）およびＬ９（Ｌｂ）とで構成されている。絞りＳＴよりも画像表示素子側（縮小側）の第２のレンズ群Ｇ２が、４枚の球面レンズとＬ１０、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、１枚の非球面レンズＬ１４（Ｌｃ）とで構成されている。
【００６２】
この実施例４における光学恒数は、ｅ線の波長における全系の合成焦点距離ｆが、１０．１４ｍｍ、絞りＳＴよりも拡大側（スクリーン側）の第１のレンズ群Ｇ１のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ１が４５．９８ｍｍ、絞りＳＴよりも縮小側（画像表示素子側）の第２のレンズ群のｅ線の波長における合成焦点距離ｆ２が４４．０２ｍｍ、像側Ｆナンバ（像側Ｆ値）ＦＮｏが１．６７、半画角ωが４０．２°、そしてレンズ全長（画像表示素子の表示画面〜光学系先端の光軸上の距離）ＯＡＬが、１６７．９５ｍｍである。この実施例４における各光学要素の光学特性は、次表７の通りである。
【００６３】
【表７】
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【００６４】
また、表７において、「＊」で示された第５面、第６面、第１７面、第１８面、第２８面および第２９面の各光学面が非球面であり、式〔３〕における各非球面のパラメータは、次表８の通りである。これら各非球面は、いずれも光軸を含む縦断面において３個以上の変曲点を有している。
【００６５】
【表８】
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【００６６】
光学恒数に関しては、先に述べたように、像側ＦナンバＦＮｏがＦ１．６７、半画角ωが４０．２°と明るく広角な投射光学系を実現することができている。
図１６に示す縦収差図によれば、球面収差が図４に示した実施例１の球面収差に比べて大きくなっており、非点収差もオーバー側に倒れている。
図１７に示す横収差図によれば、低画角側（０．０ω）から高画角側（ω＝４０．２°）にわたって、図５に示した実施例１のコマ収差に比べて大きくなっている。
すなわち、図１６に示す縦収差図および図１７に示す横収差図によれば、実施例４では球面収差と非点収差とコマ収差が悪化しているが、結像性能としては許容できる範囲である。
上述した実施例１〜実施例４の各実施例における条件式の数値を整理してまとめると次表９のようになる。
【００６７】
【表９】
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【００６８】
〔第５の実施の形態〕
上述した本発明の第５の実施の形態を詳細に説明する。
実施例５は、本発明の第５の実施の形態に係る画像表示装置の具体的な構成の実施例である。
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る画像表示装置の全体の概略構成を示す模式図である。
図１８に示す画像表示装置は、投射光学系１００、照明部１０１および回路部１０２を具備している。
投射光学系１００は、上述した本発明の第１〜第４の実施の形態に係る投射光学系であり、具体的には、実施例１〜実施例４のように構成した投射光学系を用いることができ、この場合は、ライトバルブ等の画像表示素子を含んでいる。照明部１０１は、照明光源および照明光源の照明光を導く照明光学系等を備えており、投射光学系１００におけるライトバルブ等の画像表示素子を照明する。回路部１０２は、投射光学系１００のライトバルブ等の画像表示素子および照明部１０１の照明光源等を駆動するための電気回路を構成している。
画像表示素子としてのライトバルブとして、具体的には、例えばＤＭＤが用いられる。画像表示素子であるライトバルブとして、ＤＭＤの他には、例えば、透過型液晶を用いたＬＣＤパネルや反射型液晶を用いたＬＣＯＳディスプレイパネル等を用いることもでき、本発明は、画像表示素子に用いるライトバルブの種類には特に限定されるものではない。
【００６９】
画像表示素子が自ら発光する機能を持たないＤＭＤ等のような素子である場合には、画像表示画面は、照明部１０１からの照明光により照明される。照明部１０１としては、画像表示素子の表示画面を効率よく照明する機能を有するものが望ましく、また、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いた照明光学系を用いることができる。また、照明光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプおよび（白色）ＬＥＤ（発光ダイオード）などの白色光源を用いることができ、また単色発光ＬＥＤおよびＬＤ（レーザダイオード）などの単色光源も用いることができる。また、この実施の形態では、自ら発光する機能を持たない画像表示素子を前提としているが、生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式のものを利用することもでき、そのような場合には照明部１０１および回路部１０２における照明部１０１を駆動するための構成は不要となる場合もある。
図１８に示す本発明に係る画像表示装置は、上述した実施例１〜実施例４に係る投射光学系１００を備えることにより、明るく広角でありながら、諸収差が良好に補正された画像をスクリーン（図示されていない）に投影することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｇ１  第１のレンズ群
ＳＴ  絞り
Ｇ２  第２のレンズ群
ＣＧ  カバーガラス
ＬＶ  ライトバルブ（画像表示素子）
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ
Ｌ４  第４レンズ
Ｌ５  第５レンズ
Ｌ６  第６レンズ
Ｌ７  第７レンズ
Ｌ８  第８レンズ
Ｌ９  第９レンズ
Ｌ１０  第１０レンズ
Ｌ１１  第１１レンズ
Ｌ１２  第１２レンズ
Ｌ１３  第１３レンズ
Ｌ１４  第１４レンズ
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ  非球面レンズ
１００  投射光学系
１０１  照明部
１０２  回路部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特許第４２２２４０８号公報
【特許文献２】特許第５０９４２３９号公報
【特許文献３】特開２０１４−８５６７７号公報
【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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【図１７】
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【図１８】
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