特開 2022-36667 投写用光学系および投写型表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022036667

(43)【公開日】2022-03-08

(54)【発明の名称】投写用光学系および投写型表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/16 20060101AFI20220301BHJP

   G02B 13/04 20060101ALI20220301BHJP

   G02B 15/177 20060101ALI20220301BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20220301BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

G02B13/16

G02B13/04 D

G02B15/177

G02B13/18

G03B21/14 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020140987

(22)【出願日】2020-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永利 由紀子

【テーマコード（参考）】

2H087

2K203

【Ｆターム（参考）】

2H087KA06

2H087LA03

2H087LA27

2H087NA02

2H087PA15

2H087PA16

2H087PB20

2H087QA03

2H087QA07

2H087QA12

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA26

2H087QA37

2H087QA41

2H087QA46

2H087RA05

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA37

2H087SA24

2H087SA26

2H087SA30

2H087SA32

2H087SA62

2H087SA63

2H087SA64

2H087SA65

2H087SB03

2H087SB15

2H087SB26

2H087SB31

2K203FB09

2K203GC03

2K203GC14

2K203HA02

2K203HA62

2K203MA01

(57)【要約】

【課題】小型で、レンズシフト機能を備え、良好な投写像を形成可能な投写用光学系、およびこの投写用光学系を備えた投写型表示装置を提供する。
【解決手段】投写用光学系は、画像表示面に表示される画像の中間像を形成し、中間像を投写して拡大像を形成する。投写用光学系は、縮小側から拡大側へ順に、第１光学系と、第２光学系とからなる。第１光学系は、拡大側にテレセントリックであり、共通の第１光軸を有する共軸系であり、縮小側に非テレセントリックである。第２光学系は、共通の第２光軸を有する共軸系であり、縮小側にテレセントリックである。第１光軸と第２光軸とは平行である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像表示面に表示される画像の中間像を形成し、前記中間像を投写して拡大像を形成する投写用光学系であって、
縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、
前記第１光学系は拡大側にテレセントリックであり、かつ、前記投写用光学系内の最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな複数の光学系が存在する場合は、前記複数の光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系が第１光学系であり、
前記第１光学系は、共通の第１光軸を有する共軸系であり、縮小側に非テレセントリックであり、
前記第２光学系は、共通の第２光軸を有する共軸系であり、縮小側にテレセントリックであり、
前記第１光軸と前記第２光軸とは平行である投写用光学系。

【請求項2】

前記投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした前記投写用光学系の縮小側瞳位置までの前記第１光軸上の距離をＥｘｐ、
前記投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘとし、
Ｅｘｐについて、前記基点より拡大側の距離の符号を負、前記基点より縮小側の距離の符号を正とした場合、
－５＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－０．５ （１）
で表される条件式（１）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。

【請求項3】

前記第１光学系の最も縮小側の面を基点とした前記第１光学系の縮小側焦点位置までの前記第１光軸上の空気換算距離をＢｆ１、
前記投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした前記投写用光学系の縮小側焦点位置までの前記第１光軸上の空気換算距離をＢｆ、
前記投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした前記投写用光学系の縮小側瞳位置までの前記第１光軸上の距離をＥｘｐとし、
Ｂｆ１、ＢｆおよびＥｘｐについて、各々の前記基点より拡大側の距離の符号を負、各々の前記基点より縮小側の距離の符号を正とした場合、
－１．５＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１．５ （２）
で表される条件式（２）を満足する請求項１又は２に記載の投写用光学系。

【請求項4】

前記投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘ、
前記第２光学系の焦点距離をｆ２、
前記投写用光学系の焦点距離をｆ、
前記拡大像が無限遠に位置する状態での、前記第２光学系の縮小側の近軸結像位置を基点とした前記第２光学系の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのサジタル像面までの前記第２光軸の方向の距離をＳｒ、
前記拡大像が無限遠に位置する状態での、前記第２光学系の縮小側の近軸結像位置を基点とした前記第２光学系の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのタンジェンシャル像面までの前記第２光軸の方向の距離をＴｒとし、
ＳｒおよびＴｒについて、各々の前記基点より拡大側の距離の符号を負、各々の前記基点より縮小側の距離の符号を正とし、
ｆ２およびｆについて各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とした場合、
０．４７＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３）
０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．１ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項に記載の投写用光学系。

【請求項5】

前記第２光学系の焦点距離をｆ２、
前記投写用光学系の焦点距離をｆとし、
ｆ２およびｆについて各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とした場合、
０．６＜｜ｆ２／ｆ｜＜４ （５）
で表される条件式（５）を満足する請求項１から４のいずれか１項に記載の投写用光学系。

【請求項6】

前記第２光学系の最も縮小側の面を基点とした前記第２光学系の縮小側焦点位置までの前記第２光軸上の空気換算距離をＢｆ２、
前記投写用光学系の焦点距離をｆとし、
Ｂｆ２について、前記基点より拡大側の距離の符号を負、前記基点より縮小側の距離の符号を正とし、
ｆについて前記投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とした場合、
－５＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜５ （６）
で表される条件式（６）を満足する請求項１から５のいずれか１項に記載の投写用光学系。

【請求項7】

前記投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした前記投写用光学系の縮小側焦点位置までの前記第１光軸上の空気換算距離をＢｆ、
前記投写用光学系の焦点距離をｆとし、
Ｂｆについて、前記基点より拡大側の距離の符号を負、前記基点より縮小側の距離の符号を正とし、
ｆについて前記投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とした場合、
０．５＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１０ （７）
で表される条件式（７）を満足する請求項１から６のいずれか１項に記載の投写用光学系。

【請求項8】

前記第１光学系と前記第２光学系との間に前記中間像が形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の投写用光学系。

【請求項9】

－４＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－１ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する請求項２に記載の投写用光学系。

【請求項10】

０＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１ （２－１）
で表される条件式（２－１）を満足する請求項３に記載の投写用光学系。

【請求項11】

０．８４＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３－１）
で表される条件式（３－１）を満足する請求項４に記載の投写用光学系。

【請求項12】

０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．０５ （４－１）
で表される条件式（４－１）を満足する請求項４に記載の投写用光学系。

【請求項13】

１＜｜ｆ２／ｆ｜＜３ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足する請求項５に記載の投写用光学系。

【請求項14】

－３＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足する請求項６に記載の投写用光学系。

【請求項15】

０．８＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜５ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足する請求項７に記載の投写用光学系。

【請求項16】

前記画像を出力する画像表示素子と、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の投写用光学系とを備えた投写型表示装置。

【請求項17】

画像を出力する画像表示素子と、
前記画像の中間像を形成し、前記中間像を投写して拡大像を形成する投写用光学系とを備え、
前記投写用光学系は、縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、
前記第１光学系は拡大側にテレセントリックであり、かつ、前記投写用光学系内の最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな複数の光学系が存在する場合は、前記複数の光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系が第１光学系であり、
前記第１光学系は、共通の第１光軸を有する共軸系であり、縮小側に非テレセントリックであり、
前記第２光学系は、共通の第２光軸を有する共軸系であり、縮小側にテレセントリックであり、
前記第１光軸と前記第２光軸との相対位置が可変である投写用光学系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、投写用光学系、および投写型表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

投写用光学系として、中間像を形成する光学系が用いられることがある。従来知られている中間像を形成する光学系としては、例えば下記特許文献１に記載のレンズシステムがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１７９２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、小型に構成されながらも有用性の高い投写型表示装置が求められている。例えば、投写型表示装置においては、画像表示素子に対して投写用光学系を光軸に垂直な方向にシフトさせることによりスクリーン上での投写像の位置を調整可能にした機能、いわゆるレンズシフト機能を備えることが望ましい。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型で、レンズシフト機能を備え、良好な投写像を形成可能な投写用光学系、およびこの投写用光学系を備えた投写型表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の技術の一態様に係る投写用光学系は、画像表示面に表示される画像の中間像を形成し、中間像を投写して拡大像を形成する投写用光学系であって、縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、第１光学系は拡大側にテレセントリックであり、かつ、投写用光学系内の最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな複数の光学系が存在する場合は、複数の光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系が第１光学系であり、第１光学系は、共通の第１光軸を有する共軸系であり、縮小側に非テレセントリックであり、第２光学系は、共通の第２光軸を有する共軸系であり、縮小側にテレセントリックであり、第１光軸と第２光軸とは平行である。

【0007】

投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした投写用光学系の縮小側瞳位置までの第１光軸上の距離をＥｘｐ、投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘとし、Ｅｘｐについて、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（１）を満足することが好ましく、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましい。
－５＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－０．５ （１）
－４＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－１ （１－１）

【0008】

第１光学系の最も縮小側の面を基点とした第１光学系の縮小側焦点位置までの第１光軸上の空気換算距離をＢｆ１、投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした投写用光学系の縮小側焦点位置までの第１光軸上の空気換算距離をＢｆ、投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした投写用光学系の縮小側瞳位置までの第１光軸上の距離をＥｘｐとし、Ｂｆ１、ＢｆおよびＥｘｐについて、各々の基点より拡大側の距離の符号を負、各々の基点より縮小側の距離の符号を正とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。
－１．５＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１．５ （２）
０＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１ （２－１）

【0009】

投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘ、第２光学系の焦点距離をｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆ、拡大像が無限遠に位置する状態での、第２光学系の縮小側の近軸結像位置を基点とした第２光学系の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのサジタル像面までの第２光軸の方向の距離をＳｒ、拡大像が無限遠に位置する状態での、第２光学系の縮小側の近軸結像位置を基点とした第２光学系の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのタンジェンシャル像面までの第２光軸の方向の距離をＴｒとし、ＳｒおよびＴｒについて、各々の基点より拡大側の距離の符号を負、各々の基点より縮小側の距離の符号を正とし、ｆ２およびｆについて各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。また、条件式（３）および（４）を満足した上で、下記条件式（３－１）および（４－１）の少なくとも一方を満足することがより好ましい。
０．４７＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３）
０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．１ （４）
０．８４＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３－１）
０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．０５ （４－１）

【0010】

第２光学系の焦点距離をｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆとし、ｆ２およびｆについて各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５－１）を満足することがより好ましい。
０．６＜｜ｆ２／ｆ｜＜４ （５）
１＜｜ｆ２／ｆ｜＜３ （５－１）

【0011】

第２光学系の最も縮小側の面を基点とした第２光学系の縮小側焦点位置までの第２光軸上の空気換算距離をＢｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆとし、Ｂｆ２について、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とし、ｆについて投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
－５＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜５ （６）
－３＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜３ （６－１）

【0012】

投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした投写用光学系の縮小側焦点位置までの第１光軸上の空気換算距離をＢｆ、投写用光学系の焦点距離をｆとし、Ｂｆについて、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とし、ｆについて投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とした場合、上記態様の投写用光学系は、下記条件式（７）を満足することが好ましく、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
０．５＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１０ （７）
０．８＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜５ （７－１）

【0013】

上記態様の投写用光学系においては、第１光学系と第２光学系との間に中間像が形成されていることが好ましい。

【0014】

本開示の技術の別の態様に係る投写型表示装置は、画像を出力する画像表示素子と、上記態様の投写用光学系とを備える。

【0015】

本開示の技術のさらに別の態様に係る投写型表示装置は、画像を出力する画像表示素子と、画像の中間像を形成し、中間像を投写して拡大像を形成する投写用光学系とを備え、投写用光学系は、縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、第１光学系と、第２光学系とからなり、第１光学系は拡大側にテレセントリックであり、かつ、投写用光学系内の最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな複数の光学系が存在する場合は、複数の光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系が第１光学系であり、第１光学系は、共通の第１光軸を有する共軸系であり、縮小側に非テレセントリックであり、第２光学系は、共通の第２光軸を有する共軸系であり、縮小側にテレセントリックであり、第１光軸と第２光軸との相対位置が可変である。

【0016】

なお、本明細書の「～からなり」、「～からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

【0017】

非球面を含むレンズに関するパワーの符号および面形状は、特に断りが無い限り近軸領域で考えることにする。条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、特に断りが無い限り、無限遠物体に合焦した状態においてｄ線を基準とした場合の値であり、投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端における値である。本明細書に記載の「ｄ線」、「Ｃ線」、および「Ｆ線」は輝線であり、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）である。

【発明の効果】

【0018】

本開示の技術によれば、小型で、レンズシフト機能を備え、良好な投写像を形成可能な投写用光学系、およびこの投写用光学系を備えた投写型表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一実施形態に係る投写用光学系の構成を説明するための概念図である。

【図2】別の実施形態に係る投写用光学系の構成を説明するための概念図である。

【図3】さらに別の実施形態に係る投写用光学系の構成を説明するための概念図である。

【図4】実施例１－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図5】実施例１－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図6】変形例１－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図7】変形例１－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図8】実施例１の投写用光学系の各収差図である。

【図9】実施例２－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図10】実施例２－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図11】変形例２－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図12】変形例２－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図13】実施例２の投写用光学系の各収差図である。

【図14】実施例３－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図15】実施例３－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図16】実施例３の投写用光学系の各収差図である。

【図17】実施例４－１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図18】実施例４－２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図19】実施例４の投写用光学系の各収差図である。

【図20】一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。

【図21】参考例としての従来の投写型表示装置の概略構成図である。

【図22】参考例としての従来の別の投写型表示装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本開示の一実施形態に係る投写用光学系は、例えば、投写型表示装置に搭載されて、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）等の画像表示素子が出力する画像をスクリーン等の投写面に投写する光学系である。

【0021】

図１に、本開示の一実施形態に係る投写用光学系１０の構成を説明するための概念図を示す。図１の投写用光学系１０は、画像表示素子の画像表示面Ｓｉｍに表示される画像２の中間像４を形成し、中間像４をスクリーンＳｃｒに投写して投写像６を形成する。すなわち、画像２、中間像４、および投写像６は全て光学的に共役の関係にある。投写像６は本開示の技術における拡大像に対応する。図１に関する説明において、「拡大側」はスクリーンＳｃｒ側を意味し、「縮小側」は画像表示面Ｓｉｍ側を意味する。図１では、左側を拡大側、右側を縮小側としている。

【0022】

投写用光学系１０は、縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。実際には、第１光学系Ｇ１は複数の光学素子からなることが多く、後述の実施例では第１光学系Ｇ１は複数のレンズを含んで構成されるが、図１では理解を容易にするため第１光学系Ｇ１を概念的に図示している。この点は第２光学系Ｇ２についても同様である。

【0023】

第１光学系Ｇ１は、共通の第１光軸ＡＸ１を有する共軸系である。すなわち、第１光学系Ｇ１内の全ての光学素子が第１光軸ＡＸ１を共通の光軸として有する。第２光学系Ｇ２は、共通の第２光軸ＡＸ２を有する共軸系である。すなわち、第２光学系Ｇ２内の全ての光学素子が第２光軸ＡＸ２を共通の光軸として有する。以下では、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを総括して光軸ということがある。

【0024】

図１に示すように、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行であり、同一直線上には無い。いわば、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行にずれた関係にある。なお、本明細書における「平行」は、完全な平行の他に、本開示の技術が属する技術分野で一般的に許容される誤差が含まれる略平行も含む。許容される誤差とは例えば、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのなす角度が－１度以上かつ＋１度以下の範囲内である。

【0025】

第１光学系Ｇ１は、縮小側に非テレセントリックである。第１光学系Ｇ１は投写用光学系１０内で最も縮小側に位置する光学系であるから、投写用光学系１０は、縮小側に非テレセントリックである。投写用光学系１０を縮小側に非テレセントリックな光学系とすることによって、投写用光学系１０内のレンズ等の光学素子の径を小さくすることが容易となり、小型化に有利となる。

【0026】

第１光学系Ｇ１は、拡大側にテレセントリックである。さらに第１光学系Ｇ１は、投写用光学系１０内の最も縮小側に配置されて拡大側にテレセントリックな光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系として定義される。すなわち、投写用光学系１０内の最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな複数の光学系が存在する場合は、これら複数の光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系が第１光学系Ｇ１となる。これによって、第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２の境界が定まる。

【0027】

上記定義について、投写用光学系１０が、縮小側から拡大側へ光路に沿って順に、レンズＬ１、レンズＬ２、レンズＬ３、レンズＬ４、レンズＬ５、レンズＬ６、レンズＬ７、レンズＬ８、レンズＬ９、レンズＬ１０の１０個のレンズからなる例を挙げて説明する。この例において、最も縮小側の光学素子はレンズＬ１である。最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな光学系として、レンズＬ１とレンズＬ２との２枚のレンズからなる光学系Ａ、レンズＬ１とレンズＬ２とレンズＬ３とレンズＬ４との４枚のレンズからなる光学系Ｂ、レンズＬ１とレンズＬ２とレンズＬ３とレンズＬ４とレンズＬ５とレンズＬ６とレンズＬ７との７枚のレンズからなる光学系Ｃの３つの光学系がある場合を考える。この場合では、最も縮小側の光学素子を含み拡大側にテレセントリックな３つの光学系が存在することになり、これら３つの光学系のうち、含まれる光学素子の数が最小となる光学系は、２枚のレンズからなる光学系Ａである。従って、この場合は、光学系Ａが第１光学系Ｇ１となり、レンズＬ２とレンズＬ３との間が第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２の境界となる。

【0028】

なお、「第１光学系Ｇ１が拡大側にテレセントリック」とは、図１に示すように、第１光学系Ｇ１から拡大側へ出射する主光線８が光軸と平行な状態を指す。本明細書における「平行」は上述したように、完全な平行の他に、許容される誤差が含まれる略平行も含む。許容される誤差とは、光軸に対する主光線８の傾きが－３度以上かつ＋３度以下の範囲内である。「非テレセントリック」は、光軸に対する主光線８の傾きが－３度以上かつ＋３度以下の範囲外にある状態を指す。なお、主光線が定まらない光学系においては、光束の上側の最大光線と下側の最大光線との２等分角線を主光線の代用としてもよい。

【0029】

第１光学系Ｇ１が拡大側にテレセントリックであることから、第２光学系Ｇ２は、縮小側にテレセントリックである。ここで、「第２光学系Ｇ２は縮小側にテレセントリック」は、上記の「第１光学系Ｇ１が拡大側にテレセントリック」と同様であり、縮小側から第２光学系Ｇ２へ入射する主光線８の光軸に対する傾きが－３度以上かつ＋３度以下の範囲内にある状態を指す。

【0030】

上記のテレセントリックの構成は、画像表示素子に対して投写用光学系１０を光軸に垂直な方向にシフトさせる場合に非常に有効である。以下、画像表示素子に対して投写用光学系１０を光軸に垂直な方向にシフトさせることを便宜的に「レンズシフト」という。第１光学系Ｇ１の拡大側および第２光学系Ｇ２の縮小側が非テレセントリックな構成では、レンズシフトをすると、結像用の光束の一部が遮光される、いわゆるケラレが生じてしまうことがある。ケラレが生じた状態では、投写像６の一部が欠落してしまい良好な投写像６が得られないため、実質、レンズシフト機能を備えているとは言えない。これに対して、投写用光学系１０では第１光学系Ｇ１の拡大側および第２光学系Ｇ２の縮小側をテレセントリックにしているため、レンズシフトをしてもケラレが生じることがなく、画像の欠落が無い良好な投写像６を得ることができる。

【0031】

また、投写用光学系１０では、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを平行にずれた関係にしているため、第２光軸ＡＸ２を含む領域に投写像６を形成することが可能である。この点について図２および図３を参照しながら説明する。図２の例は、図１の例と比べて投写用光学系１０の構成は同一に保ったまま、画像２２のみ異なる。図２の画像２２は、図１の画像２の上半分のみを残し下半分を削除したものである。縮小側が非テレセントリックな投写用光学系１０では、光源と画像表示素子との間に配置される照明系の構成のために、縮小側のイメージサークル内の光軸近傍に画像を配置できないことが多いという事情がある。図２では、この事情を考慮し、第１光軸ＡＸ１から離れた領域に画像２２を位置させている。

【0032】

投写用光学系１０とは異なり、縮小側が非テレセントリックに構成され、かつ第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とが同一直線上にある従来の投写用光学系において、光軸から離れた位置にある画像の投写像を形成すると、その投写像もまた光軸から離れた位置にしか形成できない。すなわち、上記のような従来の投写用光学系では光軸を含む領域に投写像を得ることができない。

【0033】

これに対して、図２に示す投写用光学系１０では、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを平行にずれた関係にしているため、第２光軸ＡＸ２上に投写像２６の下端が位置するように投写することが可能である。

【0034】

図３の例は、図２の例と比べて、画像２２の大きさと第１光軸ＡＸ１に対する位置は同一に保ったまま、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を大きくしている。図３の例では、投写像２６の中心が第２光軸ＡＸ２上に位置する。

【0035】

図２および図３からわかるように、投写用光学系１０では、第２光軸ＡＸ２を含む領域に投写像２６を形成することが可能である。また、投写用光学系１０では、画像表示素子と第１光学系Ｇ１との相対位置を固定したまま、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を変化させることにより、スクリーンＳｃｒ上での投写像２６の位置を調整することが可能である。画像表示素子に対して投写用光学系全体をシフトさせて投写像２６の位置を調整する構成に比べて、投写用光学系１０では一部の光学系のみシフトさせればよいため装置の小型化を図ることができる。

【0036】

参考例として図２１および図２２に従来の投写用光学系を含む投写型表示装置の概略構成図を示す。図２１および図２２に示す投写型表示装置はともに単板ＤＭＤを用いたタイプである。図２１に示す投写型表示装置５００は、光源５１と、カラーホイール５２と、導光光学系５３と、ＤＭＤ５４と、投写用レンズ５５とを備える。投写用レンズ５５は、ＤＭＤ５４で表示された画像の拡大像をスクリーン５６に投写する。投写用レンズ５５は縮小側が非テレセントリックな光学系であり、縮小側のレンズ径の小型化には有利である。しかしながら、投写型表示装置５００は、レンズシフトをするとケラレが生じてしまう。また、投写型表示装置５００は、投写用レンズ５５の光軸を含む領域に投写像を形成することができない。

【0037】

図２２に示す投写型表示装置６００は、光源６１と、カラーホイール６２と、導光光学系６３と、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム６４と、ＤＭＤ６５と、投写用レンズ６６とを備える。投写用レンズ６６は、ＤＭＤ６５で表示された画像の拡大像をスクリーン６７に投写する。投写用レンズ６６は、レンズシフトをしてもケラレが生じることがなく、かつ、光軸を含む領域に投写像を形成するように構成することが可能である。しかしながら、ＴＩＲプリズム６４と併用される投写用レンズ６６は、縮小側のレンズ径が大きくなるため小型化に不利である。また、投写型表示装置６００は、ＴＩＲプリズム６４を含む分、装置が大型化してしまう。

【0038】

図２１および図２２の従来例に比べて、本開示の一実施形態に係る投写用光学系１０は、ＴＩＲプリズムを含まないため小型化に有利である。また、投写用光学系１０は、レンズシフトさせてもケラレが生じることがなく、かつ、光軸を含む領域に投写像を形成することができる。

【0039】

次に、本開示の一実施形態に係る投写用光学系の具体的な構成例について説明する。図４に、本開示の一実施形態に係る投写用光学系の具体的な構成例の断面図を示す。図４に示す例は後述の実施例１－１に対応する。図４では、左側を拡大側、右側を縮小側とし、光束と画像表示素子の画像表示面Ｓｉｍも合わせて示している。図４では光束として、最小像高の光束、中間像高の光束、および最大像高の光束を示す。

【0040】

図４の投写用光学系は、縮小側から拡大側へ順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ１ａ～Ｌ１ｆと、開口絞りＳｔと、レンズＬ１ｇ～Ｌ１ｌとからなる。第２光学系Ｇ２は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ａ～Ｌ２ｓからなる。

【0041】

図４では投写用光学系が投写型表示装置に搭載されることを想定して、投写用光学系の縮小側に光学部材ＰＰを配置した例を示している。光学部材ＰＰは、各種フィルタ、および／又はカバーガラス等を想定した部材である。光学部材ＰＰは屈折力を有しない部材であり、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

【0042】

図４の投写用光学系は、その内部に２つの中間像を形成する。レンズＬ２ａとレンズＬ２ｂとの間に第１中間像ＭＩ１が形成され、レンズＬ２ｇとレンズＬ２ｈとの間に第２中間像ＭＩ２が形成される。なお、図４では、第１中間像ＭＩ１および第２中間像ＭＩ２は光軸近傍のみ図示している。第１光学系Ｇ１は共軸系であり、第１光学系Ｇ１の全てのレンズは第１光軸ＡＸ１を共通に有する。第２光学系Ｇ２は共軸系であり、第２光学系Ｇ２の全てのレンズは第２光軸ＡＸ２を共通に有する。第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行である。なお、図４の第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２の境界に、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２を連結する線が描かれているが、この連決する線は仮想的なものであり正確な構成を示すものではない。

【0043】

図４の画像表示面Ｓｉｍの上方に描かれた円は第１光学系Ｇ１の縮小側のイメージサークルＣ１を示す。イメージサークルＣ１の中心は第１光軸ＡＸ１上にある。図４のイメージサークルＣ１内の長方形の斜線部はイメージサークルＣ１に対する使用範囲ＥＡ１を示す。使用範囲ＥＡ１は、画像表示面Ｓｉｍに表示される画像の領域である。使用範囲ＥＡ１はイメージサークルＣ１の中心より下方で中心から離れた位置にある。すなわち、使用範囲ＥＡ１は第１光軸ＡＸ１より下方に位置する。

【0044】

図４のレンズＬ２ａの上方に描かれた円は第２光学系Ｇ２の縮小側のイメージサークルＣ２を示す。イメージサークルＣ２の中心は第２光軸ＡＸ２上にある。図４のイメージサークルＣ２内の長方形の斜線部はイメージサークルＣ２に対する使用範囲ＥＡ２を示す。使用範囲ＥＡ２は、投写像の形成に用いられる有効光束の領域である。使用範囲ＥＡ２はイメージサークルＣ２の上半分に位置し、使用範囲ＥＡ２の下端は第２光軸ＡＸ２上に位置する。つまり、図２の概念図と同様に、図４に示す例では、画像２が第１光軸ＡＸ１上に位置していないが、投写像は第２光軸ＡＸ２上に位置する。

【0045】

図５に、図４の例から第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を大きくした構成例を示す。図５に示す例は後述の実施例１－２に対応する。図５の基本的な図示方法は図４と同様である。

【0046】

図５の例のイメージサークルＣ１内における使用範囲ＥＡ１の位置は図４の例と同様である。しかし、図５の例の使用範囲ＥＡ２はその中心がイメージサークルＣ２の中心と一致している。つまり、図３の概念図と同様に、図５に示す例では、画像が第１光軸ＡＸ１上に位置していないが、投写像の中心は第２光軸ＡＸ２上に位置する。

【0047】

図４および図５の例に示すように、本開示の一実施形態に係る投写用光学系では、画像表示面Ｓｉｍに表示される画像が第１光軸ＡＸ１を含まない領域に配置されていても、第２光軸ＡＸ２を含む領域に投写像を形成することが可能である。

【0048】

なお、本開示の一実施形態に係る投写用光学系では、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量も含め、種々の変形が可能である。例えば、図４および図５の例では第１中間像ＭＩ１および第２中間像ＭＩ２は第２光学系Ｇ２の内部に形成されているが、中間像の１つは、第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２との間に形成されていてもよい。第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２との間に中間像が形成される場合は、第１光学系Ｇ１のみ、および第２光学系Ｇ２のみで性能の確認ができるため、製造上有利である。また、第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２との間であり、かつレンズから離れた空気間隔に中間像を形成できる場合は、レンズ面の傷および／又はレンズ内部の不純物が存在する場合にこれらが投写像に映り込んで画質が低下するのを抑制することができる。

【0049】

また、図４および図５の投写用光学系は直線状の光路を有するが、屈曲光路を有する構成にしてもよい。屈曲光路を有することによって小型化に有利な構成にすることができる。図６および図７にそれぞれ変形例１－１および変形例１－２として、屈曲光路を有する投写用光学系の例を示す。図６の例は、図４の例に対して、レンズＬ１ｊとレンズＬ１ｋとの間にミラーＲ１を追加し、レンズＬ２ｇとレンズＬ２ｈとの間にミラーＲ２を追加して、光路を２回折り曲げた屈曲光路を構成したものである。図７の例は、図５の例に対して、レンズＬ１ｊとレンズＬ１ｋとの間にミラーＲ１を追加し、レンズＬ２ｇとレンズＬ２ｈとの間にミラーＲ２を追加して、光路を２回折り曲げた屈曲光路を構成したものである。

【0050】

図６および図７の例のミラーＲ１およびミラーＲ２は、光路を９０度折り曲げているが、光路を折り曲げる角度はこれに限定されない。光路を折り曲げる角度は厳密な９０度に限らず、例えば－３度以上かつ＋３度以下の範囲の誤差を含む角度としてもよい。折り曲げる角度を９０度とすることが組み立て、製造上簡単な構成となるため好ましいが、必ずしも９０度である必要はない。

【0051】

また、光路を折り曲げる回数および方向も図６および図７の例に限定されない。光路の折り曲げに適した箇所があれば、その箇所の数に応じて光路を折り曲げる回数は任意に設定可能である。光路を折り曲げる回数が２回ある場合は、２回とも同じ方向に光路を折り曲げるように構成してもよいし、１回目と２回目は互いに反対の方向に光路を折り曲げるようにしてもよい。また、図６および図７に示す例と異なり、紙面に垂直な方向に光路を折り曲げてもよい。折り曲げる方向は任意に設定可能であるが、イメージサークルの使用可能領域を考慮して適宜設定することが好ましい。

【0052】

なお、本開示の技術に係る「拡大側」および「縮小側」は、光路に沿って決められるものであり、これは屈曲光路を有する投写用光学系についても同様である。例えば屈曲光路を有する投写用光学系における「レンズＬＡはレンズＬＢより拡大側にある」は「レンズＬＡはレンズＬＢより拡大側の光路にある」と同じ意味である。よって、屈曲光路を有する投写用光学系における「最も拡大側の～」は、光路上における並び順として最も拡大側という意味であり、距離的にスクリーンＳｃｒに最も近いということを意味するものではない。

【0053】

次に、本開示の一実施形態に係る投写用光学系の好ましい構成について説明する。投写用光学系は、投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした投写用光学系の縮小側瞳位置までの第１光軸ＡＸ１上の距離をＥｘｐ、投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘとした場合、下記条件式（１）を満足することが好ましい。ただし、Ｅｘｐについては、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とする。縮小側瞳位置は、投写用光学系の拡大側および縮小側をそれぞれ物体側および像側に見立て、物体側から光が投写用光学系に入射した場合の射出瞳位置に相当する。Ｙｍａｘは投写用光学系の縮小側のイメージサークル（いわゆる最大有効像円）の半径に対応する。また、本明細書においてはＹｍａｘは正の値をとるものとする。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、第１光学系Ｇ１内の縮小側の光学素子の小型に有利となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、像面湾曲および非点収差等の諸収差の補正が容易になる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましい。
－５＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－０．５ （１）
－４＜Ｅｘｐ／Ｙｍａｘ＜－１ （１－１）

【0054】

第１光学系Ｇ１の最も縮小側の面を基点とした第１光学系Ｇ１の縮小側焦点位置までの第１光軸ＡＸ１上の空気換算距離をＢｆ１、投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした投写用光学系の縮小側焦点位置までの第１光軸ＡＸ１上の空気換算距離をＢｆ、投写用光学系の縮小側焦点位置を基点とした投写用光学系の縮小側瞳位置までの第１光軸ＡＸ１上の距離をＥｘｐとした場合、投写用光学系は下記条件式（２）を満足することが好ましい。ただし、Ｂｆ１、ＢｆおよびＥｘｐについて、各々の基点より拡大側の距離の符号を負、各々の基点より縮小側の距離の符号を正とする。条件式（２）を満足することによって、第２光学系Ｇ２を画像表示素子に対して第２光軸ＡＸ２に垂直な方向にシフトさせた場合でもケラレが生じないように構成することができる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましい。条件式（２－１）の下限以下とならないようにすることによって、画像表示面Ｓｉｍから第１光学系Ｇ１へ向かう光束の広がりを抑制できるため、投写用光学系全体の小型化に有利となる。
－１．５＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１．５ （２）
０＜（Ｂｆ１－Ｂｆ－Ｅｘｐ）／Ｙｍａｘ＜１ （２－１）

【0055】

投写用光学系の縮小側の最大像高をＹｍａｘ、第２光学系Ｇ２の焦点距離をｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆ、拡大像が無限遠に位置する状態での、第２光学系Ｇ２の縮小側の近軸結像位置を基点とした第２光学系Ｇ２の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのサジタル像面までの第２光軸ＡＸ２の方向の距離をＳｒ、拡大像が無限遠に位置する状態での、第２光学系Ｇ２の縮小側の近軸結像位置を基点とした第２光学系Ｇ２の縮小側のＹｍａｘ×｜ｆ２／ｆ｜×０．８の像高でのタンジェンシャル像面までの第２光軸ＡＸ２の方向の距離をＴｒとした場合、投写用光学系は下記条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。ただし、ＳｒおよびＴｒについて、各々の基点より拡大側の距離の符号を負、各々の基点より縮小側の距離の符号を正とする。また、ｆ２およびｆについて、各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とする。条件式（３）を満足することによって広い画角を確保することができる。｜｛（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｝／Ｙｍａｘ｜は絶対値であるから０＜｜｛（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｝／Ｙｍａｘ｜となる。条件式（４）は像面湾曲に関する式である。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とが平行な構成において像面湾曲が良好に補正された状態を保持することが容易となる。条件式（３）および（４）を満足することによって、像面湾曲が良好に補正された広角の光学系の実現に有利となる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、条件式（３）および（４）を満足したうえで、下記条件式（３－１）、（３－２）、（３－３）、および（４－１）の少なくとも１つを満足することがより好ましい。条件式（３－３）の上限以上とならないようにすることによって、第２光学系Ｇ２の光学素子の大径化を抑制しながら収差補正を行うことが容易となる。
０．４７＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３）
０．８４＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３－１）
１．２＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜ （３－２）
１．７３＜Ｙｍａｘ／｜ｆ｜＜５ （３－３）
０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．１ （４）
０＜｜（Ｓｒ＋Ｔｒ）／２｜／Ｙｍａｘ＜０．０５ （４－１）

【0056】

第２光学系Ｇ２の焦点距離をｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆとした場合、投写用光学系は下記条件式（５）を満足することが好ましい。ただし、ｆ２およびｆについて各光学系が変倍光学系の場合は広角端での各値とする。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、第２光学系Ｇ２の収差補正に有利となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、光学系の大型化を抑制することに有利となる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、下記条件式（５－１）を満足することがより好ましい。
０．６＜｜ｆ２／ｆ｜＜４ （５）
１＜｜ｆ２／ｆ｜＜３ （５－１）

【0057】

第２光学系Ｇ２の最も縮小側の面を基点とした第２光学系Ｇ２の縮小側焦点位置までの第２光軸ＡＸ２上の空気換算距離をＢｆ２、投写用光学系の焦点距離をｆとした場合、投写用光学系は下記条件式（６）を満足することが好ましい。ただし、Ｂｆ２について、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とする。また、ｆについて投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とする。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、第２光学系Ｇ２の最も縮小側の光学素子と中間像との距離が大きくなり過ぎないため、第２光学系Ｇ２の最も縮小側の光学素子の小径化に有利となる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、第２光学系Ｇ２のバックフォーカスが長くなり過ぎないため、光学系の大型化を抑制することに有利となる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、下記条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
－５＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜５ （６）
－３＜Ｂｆ２／｜ｆ｜＜３ （６－１）

【0058】

投写用光学系の最も縮小側の面を基点とした投写用光学系の縮小側焦点位置までの第１光軸ＡＸ１上の空気換算距離をＢｆ、投写用光学系の焦点距離をｆとした場合、投写用光学系は下記条件式（７）を満足することが好ましい。ただし、Ｂｆについて、基点より拡大側の距離の符号を負、基点より縮小側の距離の符号を正とする。また、ｆについて投写用光学系が変倍光学系の場合は広角端での値とする。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、照明系部材との干渉を避けることに有利となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、投写用光学系のバックフォーカスが長くなり過ぎないため、光学系の大型化を抑制することに有利となる。より良好な特性を得るためには投写用光学系は、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
０．５＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜１０ （７）
０．８＜Ｂｆ／｜ｆ｜＜５ （７－１）

【0059】

また、投写用光学系は例えば以下のように構成してもよい。第２光学系Ｇ２は最も拡大側に負メニスカスレンズを備えてもよく、このようにした場合は、広角化に有利となる。第２光学系Ｇ２は最も拡大側から順に連続して複数枚の負メニスカスレンズを備えてもよく、このようにした場合は、広角化により有利となる。第２光学系Ｇ２の最も縮小側のレンズは正レンズとしてもよく、このようにした場合は、レンズの小径化およびテレセントリック性の確保に有利となる。第１光学系Ｇ１の最も拡大側のレンズは正レンズであってもよく、このようにした場合は、レンズの小径化に有利となる。第１光学系Ｇ１の最も拡大側のレンズ面は凹面であってもよく、このようにした場合はテレセントリック性の確保に有利となる。

【0060】

第１光学系Ｇ１および第２光学系Ｇ２に含まれるレンズの枚数は、図４に示す例と異なる枚数にしてもよい。投写用光学系に含まれるパワーを持つ光学素子は全てレンズであるように構成してもよく、もしくは、パワーを持つ光学素子として曲率を有する反射部材を含むように構成してもよい。投写用光学系に含まれる全てのレンズはｄ線に対する屈折率が２．２以下であることが好ましく、現在のレンズ材料の入手性を考慮すると２以下であることがより好ましい。投写用光学系は、回折光学面を含むように構成してもよい。投写用光学系は、Ｆナンバーが３以下であることが好ましい。投写用光学系は、歪曲収差が－３％以上かつ＋３％以下の範囲内に抑えられていることが好ましい。

【0061】

条件式に関する構成も含め上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。なお、可能な条件式の範囲としては、式の形式で記載された条件式に限定されず、好ましい、およびより好ましいとされた条件式の中から下限と上限とを任意に組み合わせて得られる範囲を含む。

【0062】

次に、本開示の技術に係る投写用光学系の実施例とその変形例について述べる。

【0063】

実施例１－１および実施例１－２の投写用光学系は直線状の光路を有する。実施例１－１の投写用光学系のレンズ構成と光束は図４に示したものである。図４に示す構成は上述しているため、ここでは重複説明を省略する。

【0064】

実施例１－２の投写用光学系のレンズ構成と光束は図５に示したものである。実施例１－２の各レンズは実施例１－１の各レンズと同一である。実施例１－２の投写用光学系は、実施例１－１の投写用光学系から第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を大きくした光学系である。図５に示す構成は上述しているため、ここでは重複説明を省略する。

【0065】

変形例１－１および変形例１－２の投写用光学系は屈曲光路を有する。変形例１－１の投写用光学系のレンズ構成と光束は図６に示したものである。変形例１－２の投写用光学系のレンズ構成と光束は図７に示したものである。図６および図７に示す構成は上述しているため、ここでは重複説明を省略する。

【0066】

次に、数値データについて説明する。以下では説明の便宜上、実施例１－１の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系を「実施例１の投写用光学系」として示す。実施例１の投写用光学系は、実施例１－２の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系でもある。

【0067】

実施例１の投写用光学系について、基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂに、諸元を表２に、非球面係数を表３に示す。ここでは、１つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表１Ａおよび表１Ｂの２つの表に分けて表示している。表１Ａには第２光学系Ｇ２を示し、表１Ｂには第１光学系Ｇ１および光学部材ＰＰを示す。

【0068】

表１Ａおよび表１Ｂにおいて、Ｓｎの欄には最も拡大側の面を第１面とし縮小側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Ｒの欄には各面の曲率半径を示し、Ｄの欄には各面とその縮小側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。また、Ｎｄの欄には各構成要素のｄ線に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

【0069】

表１Ａおよび表１Ｂでは、拡大側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、縮小側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１Ｂでは開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。表１ＢのＤの最下欄の値は表中の最も縮小側の面と画像表示面Ｓｉｍとの間隔である。

【0070】

表２に、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および最大像高Ｙｍａｘの値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。

【0071】

基本レンズデータでは、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示している。表３において、Ｓｎの欄には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍの欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。ｍは３以上の整数であり、面により異なる。例えば第１面ではｍ＝３、４、５、・・・２０である。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。ＫＡおよびＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Ｚｄ＝Ｃ×Ｈ^２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ^２×Ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ×Ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＨの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
Ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。

【0072】

各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

【0073】

【表1A】

【0074】

【表1B】

【0075】

【表2】

【0076】

【表3】

【0077】

図８に、実施例１の投写用光学系の各収差図を示す。図８では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、ｄ線、Ｃ線、およびＦ線に関する収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、およびＦ線に関する収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。図８には投写面から最も拡大側のレンズ面までの距離が７５２．７の場合のデータを示す。

【0078】

上記の実施例および変形例に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても基本的に同様であるので、以下では重複説明を省略する。

【0079】

実施例２－１および実施例２－２の投写用光学系は直線状の光路を有する。実施例２－１の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図９に示す。実施例２－１の投写用光学系は、縮小側から拡大側へ順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ１ａ～Ｌ１ｆと、開口絞りＳｔと、レンズＬ１ｇ～Ｌ１ｌとからなる。第２光学系Ｇ２は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ａ～Ｌ２ｓからなる。

【0080】

実施例２－１の投写用光学系は、その内部に２つの中間像を形成する。レンズＬ１ｌとレンズＬ２ａとの間に第１中間像ＭＩ１が形成され、レンズＬ２ｇとレンズＬ２ｈとの間に第２中間像ＭＩ２が形成される。第１光学系Ｇ１は共軸系であり、第１光学系Ｇ１の全てのレンズは第１光軸ＡＸ１を共通に有する。第２光学系Ｇ２は共軸系であり、第２光学系Ｇ２の全てのレンズは第２光軸ＡＸ２を共通に有する。第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行である。

【0081】

実施例２－２の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図１０に示す。実施例２－２の各レンズは実施例２－１の各レンズと同一である。実施例２－２の投写用光学系は、実施例２－１の投写用光学系から第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を大きくした光学系である。

【0082】

変形例２－１および変形例２－２の投写用光学系は屈曲光路を有する。変形例２－１のレンズ構成と光束を図１１に示す。変形例２－１は、実施例２－１の投写用光学系に３つの光路偏向部材を追加して光路を３回折り曲げた構成を有する。変形例２－２のレンズ構成と光束を図１２に示す。変形例２－２は、実施例２－２の投写用光学系に３つの光路偏向部材を追加して光路を３回折り曲げた構成を有する。変形例２－１および変形例２－２のいずれも、レンズＬ１ｊとレンズＬ１ｋとの間に光路を９０度折り曲げるミラーＲ１が配置され、レンズＬ２ａとレンズＬ２ｂとの間に光路を９０度折り曲げるミラーＲ２が配置され、レンズＬ２ｇとレンズＬ２ｈとの間に光路を９０度折り曲げるミラーＲ３が配置されている。

【0083】

次に、数値データについて示す。以下では説明の便宜上、実施例２－１の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系を「実施例２の投写用光学系」として示す。実施例２の投写用光学系は、実施例２－２の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系でもある。

【0084】

実施例２の投写用光学系について、表４Ａおよび表４Ｂに、諸元を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図１３に示す。表４Ａには第２光学系Ｇ２を示し、表４Ｂには第１光学系Ｇ１および光学部材ＰＰを示す。図１３には投写面から最も拡大側のレンズ面までの距離が７５２．７の場合のデータを示す。

【0085】

【表4A】

【0086】

【表4B】

【0087】

【表5】

【0088】

【表6】

【0089】

実施例３－１の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図１４に示す。実施例３－１の投写用光学系は、縮小側から拡大側へ順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ１ａ～Ｌ１ｆと、開口絞りＳｔと、レンズＬ１ｇ～Ｌ１ｌとからなる。第２光学系Ｇ２は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ａ～Ｌ２ｎからなる。

【0090】

実施例３－１の投写用光学系は、その内部に１つの中間像ＭＩを形成する。レンズＬ１ｌとレンズＬ２ａとの間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｇ１は共軸系であり、第１光学系Ｇ１の全てのレンズは第１光軸ＡＸ１を共通に有する。第２光学系Ｇ２は共軸系であり、第２光学系Ｇ２の全てのレンズは第２光軸ＡＸ２を共通に有する。第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行である。

【0091】

図１４においても図４と同様に、第１光学系Ｇ１のイメージサークルＣ１、使用範囲ＥＡ１、第２光学系Ｇ２のイメージサークルＣ２、使用範囲ＥＡ２を示す。図１４の使用範囲ＥＡ１はイメージサークルＣ１の中心より上方で中心から離れた位置にある。すなわち、使用範囲ＥＡ１は第１光軸ＡＸ１より上方に位置する。使用範囲ＥＡ２はイメージサークルＣ２の下半分に位置し、使用範囲ＥＡ２の上端は第２光軸ＡＸ２上に位置する。つまり、図１４に示す例では、画像表示面に表示される画像は第１光軸ＡＸ１上に位置していないが、投写像は第２光軸ＡＸ２上に位置する。

【0092】

実施例３－２の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図１５に示す。実施例３－２の各レンズは実施例３－１の各レンズと同一である。実施例３－２の投写用光学系は、実施例３－１の投写用光学系から第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２との相対的なずれ量を大きくした光学系である。

【0093】

図１５においても図４と同様に、第１光学系Ｇ１のイメージサークルＣ１、使用範囲ＥＡ１、第２光学系Ｇ２のイメージサークルＣ２、使用範囲ＥＡ２を示す。図１５の使用範囲ＥＡ１は第１光軸ＡＸ１より上方に位置する。使用範囲ＥＡ２はイメージサークルＣ２の下半分に位置し、使用範囲ＥＡ２はその中心がイメージサークルＣ２の中心と一致している。つまり、図１５に示す例では、画像表示面に表示される画像は第１光軸ＡＸ１上に位置していないが、投写像の中心は第２光軸ＡＸ２上に位置する。

【0094】

次に、数値データについて示す。以下では説明の便宜上、実施例３－１の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系を「実施例３の投写用光学系」として示す。実施例３の投写用光学系は、実施例３－２の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系でもある。

【0095】

実施例３の投写用光学系について、基本レンズデータを表７Ａおよび表７Ｂに、諸元を表８に、非球面係数を表９に、各収差図を図１６に示す。図１６には投写面から最も拡大側のレンズ面までの距離が９７０．０の場合のデータを示す。

【0096】

【表7A】

【0097】

【表7B】

【0098】

【表8】

【0099】

【表9】

【0100】

実施例４－１の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図１７に示す。実施例４－１の投写用光学系は変倍光学系である。図１７では「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端の構成を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端の構成を示す。実施例４－１の投写用光学系は、縮小側から拡大側へ順に、第１光学系Ｇ１と、第２光学系Ｇ２とからなる。第１光学系Ｇ１は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ１ａ～Ｌ１ｆと、開口絞りＳｔと、レンズＬ１ｇ～Ｌ１ｌとからなる。第２光学系Ｇ２は、縮小側から拡大側へ順に、第１レンズ群Ｇ２１と、第２レンズ群Ｇ２２と、第３レンズ群Ｇ２３と、第４レンズ群Ｇ２４と、第５レンズ群Ｇ２５とからなり、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化する。第１レンズ群Ｇ２１はレンズＬ２ａからなる。第２レンズ群Ｇ２２は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ｂ～Ｌ２ｆからなる。第３レンズ群Ｇ２３はレンズＬ２ｇからなる。第４レンズ群Ｇ２４は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ｈ～Ｌ２ｉからなる。第５レンズ群Ｇ２５は、縮小側から拡大側へ順に、レンズＬ２ｊ～Ｌ２ｋからなる。

【0101】

実施例４－１の投写用光学系は、その内部に１つの中間像ＭＩを形成する。レンズＬ１ｌとレンズＬ２ａとの間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｇ１は共軸系であり、第１光学系Ｇ１の全てのレンズは第１光軸ＡＸ１を共通に有する。第２光学系Ｇ２は共軸系であり、第２光学系Ｇ２の全てのレンズは第２光軸ＡＸ２を共通に有する。第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行である。

【0102】

実施例４－２の投写用光学系のレンズ構成と光束の断面図を図１８に示す。実施例４－２の各レンズは実施例４－１の各レンズと同一である。実施例４－２の投写用光学系は、実施例４－１の投写用光学系から第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を大きくした光学系である。

【0103】

次に、数値データについて示す。以下では説明の便宜上、実施例４－１の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系を「実施例４の投写用光学系」として示す。実施例４の投写用光学系は、実施例４－２の第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とを同一直線上にした投写用光学系でもある。

【0104】

実施例４の投写用光学系について、基本レンズデータを表１０Ａおよび表１０Ｂに、諸元を表１１に、非球面係数を表１２に、各収差図を図１９に示す。表１０Ａでは、変倍の際の可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の拡大側の面番号を付してＤの欄に記入している。表１１には、変倍比Ｚｒ、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、最大像高Ｙｍａｘ、および、変倍の際の可変面間隔をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表１１では、広角端、および望遠端の各値をそれぞれＷＩＤＥ、およびＴＥＬＥと表記した欄に示している。図１９では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端における各収差図を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端における各収差図を示す。図１９には投写面から最も拡大側のレンズ面までの距離が１６３０．０の場合のデータを示す。

【0105】

【表10A】

【0106】

【表10B】

【0107】

【表11】

【0108】

【表12】

【0109】

表１３に実施例１～４の投写用光学系の条件式（１）～（７）の対応値を示す。表１４には、第１光学系Ｇ１の焦点距離ｆ１、第２光学系Ｇ２の焦点距離の絶対値｜ｆ２｜、および条件式に関する数値を示す。実施例１～４はｄ線を基準波長としており、表１３および表１４にはｄ線基準での値を示す。

【0110】

【表13】

【0111】

【表14】

【0112】

以上のデータからわかるように、実施例１～４の投写用光学系は小型に構成されながらも各収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。特に、実施例１、２の投写用光学系は全画角で１３０度以上という広い画角を確保しながらも小型に構成されて高い光学性能を実現している。

【0113】

次に、本開示の実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図２０は、本開示の一実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図２０に示す投写型表示装置１００は、光源１０１と、照明光学系１０２と、画像表示素子としてのＤＭＤ１０３と、本開示の一実施形態にかかる投写用光学系１０４と、光軸制御部１０６と、レンズシフト機構１０７とを備えている。図２０では、第１光学系Ｇ１および第２光学系Ｇ２を概念的に図示している。投写型表示装置１００では、図１を参照して上記で説明したように第１光学系Ｇ１の第１光軸ＡＸ１と第２光学系Ｇ２の第２光軸ＡＸ２との相対位置が可変に構成されている。図２０では、図の煩雑化を避けるため第１光軸ＡＸ１および第２光軸ＡＸ２の符号の図示を省略している。光軸制御部１０６は、第１光軸ＡＸ１および第２光軸ＡＸ２の少なくとも一方を制御して第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を変化させる。ずれ量が０の場合は第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは同一直線上にあり、ずれ量が０以外の場合は第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とは平行である。

【0114】

投写型表示装置１００において、光源１０１より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、赤色光、緑色光、青色光の３原色光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸Ｚと垂直な断面における光量分布の均一化が図られた後、ＤＭＤ１０３に入射する。ＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われる。ＤＭＤ１０３により光変調された光は、投写用光学系１０４に入射する。投写用光学系１０４により、この光変調された光による光学像がスクリーン１０５に投写される。レンズシフト機構１０７は、不図示のプロセッサによって制御され、ＤＭＤ１０３に対して投写用光学系１０４を光軸に垂直な方向にシフトさせる。これによって、スクリーン１０５に投写される投写像の位置を調整することができる。また、光軸制御部１０６は第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２とのずれ量を変化させることができる。これによっても、スクリーン１０５に投写される投写像の位置を調整することができる。

【0115】

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術について説明したが、本開示の技術は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

【0116】

また、本開示の技術に係る投写型表示装置も、上記構成のものに限定されず、例えば、光束分離又は光束合成に用いられる光学部材、および画像表示素子は、種々の態様の変更が可能である。画像表示素子は、光源からの光を画像表示素子により空間変調して、画像データに基づく光学像を画像として出力する態様に限定されず、自発光型の画像表示素子から出力された光自体を、画像データに基づく光学像を画像として出力する態様であってもよい。自発光型の画像表示素子としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子が２次元配列された画像表示素子が挙げられる。

【0117】

また、上記実施形態では、第１光学系Ｇ１および第２光学系Ｇ２がともに共軸系の場合について説明したが、第１光学系Ｇ１および第２光学系Ｇ２の一方もしくは両方を共軸系にしない構成にしてもよい。そのように構成する場合は、第１光学系の最も拡大側の光学素子の光軸を第１光軸とし、第２光学系の最も縮小側の光学素子の光軸を第２光軸として考える。

【符号の説明】

【0118】

２、２２ 画像
４、２４ 中間像
６、２６ 投写像
８ 主光線
１０、１０４ 投写用光学系
５１、６１ 光源
５２、６２ カラーホイール
５３、６３ 導光光学系
５４、６５ ＤＭＤ
５５、６６ 投写用レンズ
５６、６７、１０５ スクリーン
６４ ＴＩＲプリズム
１００、５００、６００ 投写型表示装置
１０１ 光源
１０２ 照明光学系
１０３ ＤＭＤ
１０６ 光軸制御部
１０７ レンズシフト機構
ＡＸ１ 第１光軸
ＡＸ２ 第２光軸
Ｃ１、Ｃ２ イメージサークル
ＥＡ１、ＥＡ２ 使用範囲
Ｇ１ 第１光学系
Ｇ２ 第２光学系
Ｇ２１ 第１レンズ群
Ｇ２２ 第２レンズ群
Ｇ２３ 第３レンズ群
Ｇ２４ 第４レンズ群
Ｇ２５ 第５レンズ群
Ｌ１ａ～Ｌ１ｌ、Ｌ２ａ～Ｌ２ｓ レンズ
ＭＩ 中間像
ＭＩ１ 第１中間像
ＭＩ２ 第２中間像
ＰＰ 光学部材
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ ミラー
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 画像表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｙｍａｘ 最大像高
Ｚ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】