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(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】P2024107938
(43)【公開日】2024-08-09
(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 20060101AFI20240802BHJP
G02B 13/04 20060101ALI20240802BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240802BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20240802BHJP
【ＦＩ】
G02B13/16
G02B13/04
G03B21/00 D
G03B21/14 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023012146
(22)【出願日】2023-01-30
(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】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】永利 由紀子
(72)【発明者】
【氏名】川名 正直
【テーマコード（参考）】
2H087
2K203
【Ｆターム（参考）】
2H087KA06
2H087KA07
2H087LA03
2H087LA27
2H087MA07
2H087PA13
2H087PA15
2H087PA18
2H087PA19
2H087PA20
2H087PB16
2H087PB17
2H087PB19
2H087PB20
2H087QA03
2H087QA06
2H087QA17
2H087QA22
2H087QA26
2H087QA32
2H087QA34
2H087QA41
2H087QA45
2H087QA46
2H087RA04
2H087RA05
2H087RA12
2H087RA13
2H087RA32
2H087RA41
2H087RA42
2H087RA43
2H087RA45
2K203FA03
2K203FA06
2K203FA23
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA34
2K203FA43
2K203FA62
2K203GC04
2K203GC05
2K203GC20
2K203HA02
2K203HA82
2K203HB22
2K203HB25
2K203MA04
2K203MA27
2K203MA32
(57)【要約】
【課題】明るく大きな投写像をスクリーン近傍から投写可能な小型の投写用光学系、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、縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写し、パワーを有する反射面を含まず、光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含む。投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、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、ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ、および１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜を満足する。
【選択図】図１
【解決手段】投写用光学系は、縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写し、パワーを有する反射面を含まず、光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含む。投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、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、ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ、および１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜を満足する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写する投写用光学系であって、
パワーを有する反射面を含まず、
前記投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、
前記表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、
前記投写用光学系の焦点距離をｆ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｆを広角端における値とし、
ｍｍを長さの単位のミリメートルとした場合、
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する投写用光学系。
パワーを有する反射面を含まず、
前記投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、
前記表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、
前記投写用光学系の焦点距離をｆ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｆを広角端における値とし、
ｍｍを長さの単位のミリメートルとした場合、
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する投写用光学系。
【請求項2】
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面から縮小側の前記光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１、
縮小側の前記光路偏向面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｄ１およびｄ２を広角端における値とした場合、
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
拡大側の前記光路偏向面から縮小側の前記光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１、
縮小側の前記光路偏向面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｄ１およびｄ２を広角端における値とした場合、
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項3】
前記表示素子における前記画像を表示可能な最大領域の最長の径をＤＬとした場合、
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項4】
前記投写面における最大有効光線の光軸からの高さをＹｍａｘ、
拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の前記投写用光学系の近軸像倍率をβ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はβを広角端における値とした場合、
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の前記投写用光学系の近軸像倍率をβ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はβを広角端における値とした場合、
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項5】
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｐｗ、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８とした場合、
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８とした場合、
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項6】
前記投写用光学系の内部に中間像が形成される請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項7】
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面と、縮小側の前記光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に前記中間像が形成される請求項６に記載の投写用光学系。
拡大側の前記光路偏向面と、縮小側の前記光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に前記中間像が形成される請求項６に記載の投写用光学系。
【請求項8】
前記中間像より縮小側に開口絞りを含み、
前記開口絞りの実像が前記中間像より拡大側の前記投写用光学系の内部に存在し、
縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい前記開口絞りの中心を通過した光線が前記中間像より拡大側で光軸と交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）、
前記開口絞りの近軸像の位置をＥｎｐ（０）、
Ｅｎｐ（０）からＥｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥ、
ＤｉｆＥの符号は、Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とし、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はＤｉｆＥを広角端における値とした場合、
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足する請求項６に記載の投写用光学系。
前記開口絞りの実像が前記中間像より拡大側の前記投写用光学系の内部に存在し、
縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい前記開口絞りの中心を通過した光線が前記中間像より拡大側で光軸と交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）、
前記開口絞りの近軸像の位置をＥｎｐ（０）、
Ｅｎｐ（０）からＥｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥ、
ＤｉｆＥの符号は、Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とし、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はＤｉｆＥを広角端における値とした場合、
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足する請求項６に記載の投写用光学系。
【請求項9】
最も拡大側のレンズは、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項10】
前記光路偏向面の少なくとも１つは反射ミラーの面である請求項２に記載の投写用光学系。
【請求項11】
前記光路偏向面の少なくとも１つはプリズムの面である請求項２に記載の投写用光学系。
【請求項12】
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
で表される条件式（１－１）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項13】
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
で表される条件式（２－１）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
で表される条件式（２－１）を満足する請求項１に記載の投写用光学系。
【請求項14】
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
で表される条件式（３－１）を満足する請求項２に記載の投写用光学系。
で表される条件式（３－１）を満足する請求項２に記載の投写用光学系。
【請求項15】
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
で表される条件式（４－１）を満足する請求項２に記載の投写用光学系。
で表される条件式（４－１）を満足する請求項２に記載の投写用光学系。
【請求項16】
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足する請求項３に記載の投写用光学系。
で表される条件式（５－１）を満足する請求項３に記載の投写用光学系。
【請求項17】
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足する請求項４に記載の投写用光学系。
で表される条件式（６－１）を満足する請求項４に記載の投写用光学系。
【請求項18】
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足する請求項５に記載の投写用光学系。
で表される条件式（７－１）を満足する請求項５に記載の投写用光学系。
【請求項19】
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
で表される条件式（８－１）を満足する請求項８に記載の投写用光学系。
で表される条件式（８－１）を満足する請求項８に記載の投写用光学系。
【請求項20】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の投写用光学系を備えた投写型表示装置。
【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】
投写型表示装置に適用可能な光学系として下記の特許文献１および特許文献２に記載の光学系が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６９３９４６９号明細書
【特許文献2】特開２０２２－１２４９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
スクリーン近傍から大画面を投写可能な投写用光学系が要望されている。大画面を投写するためには、明るい投写型表示装置であることが求められる。また、様々な場所で投写可能なように、小型に構成されて携帯性に優れた投写型表示装置が求められている。
【0005】
本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、明るく大きな投写像をスクリーン近傍から投写可能な小型の投写用光学系、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】
本開示の一態様は、縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写する投写用光学系であって、パワーを有する反射面を含まず、投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、投写用光学系の焦点距離をｆ、投写用光学系が変倍光学系の場合はｆを広角端における値とし、ｍｍを長さの単位のミリメートルとした場合、
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する。
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する。
【0007】
上記態様の投写用光学系は、
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
で表される条件式（１－１）および（２－１）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
で表される条件式（１－１）および（２－１）の少なくとも一方を満足することが好ましい。
【0008】
上記態様の投写用光学系は、投写用光学系の光路内に光路偏向面を２つのみ含み、拡大側の光路偏向面から縮小側の光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１、縮小側の光路偏向面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２、投写用光学系が変倍光学系の場合はｄ１およびｄ２を広角端における値とした場合、
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。
【0009】
上記態様の投写用光学系は、条件式（３）および（４）を満足した上で
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
で表される条件式（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。
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
で表される条件式（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。
【0010】
表示素子における画像を表示可能な最大領域の最長の径をＤＬとした場合、上記態様の投写用光学系は、
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足することが好ましく、
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足することがより好ましい。
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足することが好ましく、
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足することがより好ましい。
【0011】
投写面における最大有効光線の光軸からの高さをＹｍａｘ、拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の投写用光学系の近軸像倍率をβ、投写用光学系が変倍光学系の場合はβを広角端における値とした場合、上記態様の投写用光学系は、
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足することが好ましく、
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足することが好ましく、
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
【0012】
投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｐｗ、投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８とした場合、上記態様の投写用光学系は、
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足することが好ましく、
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足することが好ましく、
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
【0013】
投写用光学系の内部に中間像が形成されることが好ましい。
【0014】
上記態様の投写用光学系は、投写用光学系の光路内に光路偏向面を２つのみ含み、拡大側の光路偏向面と、縮小側の光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に中間像が形成されることが好ましい。
【0015】
上記態様の投写用光学系は、中間像より縮小側に開口絞りを含み、開口絞りの実像が中間像より拡大側の投写用光学系の内部に存在し、縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい開口絞りの中心を通過した光線が中間像より拡大側で光軸と交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）、開口絞りの近軸像の位置をＥｎｐ（０）、Ｅｎｐ（０）からＥｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥ、ＤｉｆＥの符号は、Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とし、投写用光学系が変倍光学系の場合はＤｉｆＥを広角端における値とした場合、
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足することが好ましく、
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
で表される条件式（８－１）を満足することが好ましい。
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足することが好ましく、
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
で表される条件式（８－１）を満足することが好ましい。
【0016】
最も拡大側のレンズは、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有するように構成してもよい。
【0017】
光路偏向面の少なくとも１つは反射ミラーの面であるように構成してもよい。光路偏向面の少なくとも１つはプリズムの面であるように構成してもよい。
【0018】
本開示の別の態様は、上記態様の投写用光学系を備える投写型表示装置である。
【0019】
なお、本明細書の「～からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、マスク、フィルタ、カバーガラス、平面ミラー、およびプリズム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。
【0020】
複合非球面レンズ（レンズ（例えば球面レンズ）と、そのレンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として１つの非球面レンズとして機能するレンズ）は、接合レンズとは見なさず、１枚のレンズとして扱う。非球面を含むレンズに関する屈折力の符号および面形状は、特に断りが無い限り、近軸領域のものを用いる。条件式で用いている「光軸上の距離」は、特に断りが無い限り、幾何学的距離である。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、ｄ線を基準とした場合の値である。条件式で用いている「ｍｍ」は、長さの単位のミリメートルである。
【0021】
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）として扱う。
【発明の効果】
【0022】
本開示によれば、明るく大きな投写像をスクリーン近傍から投写可能な小型の投写用光学系、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】
【0023】
【図1】実施例１の投写用光学系に対応し、一実施形態に係る投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図2】ＩｍａｘおよびＤＬの例を示す図である。
【図6】実施例１の投写用光学系の各収差図である。
【図7】実施例２の投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図8】実施例２の投写用光学系の各収差図である。
【図9】実施例３の投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図11】実施例３の投写用光学系の各収差図である。
【図12】実施例４の投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図13】実施例４の投写用光学系の各収差図である。
【図14】実施例５の投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図15】実施例５の投写用光学系の各収差図である。
【図16】実施例６の投写用光学系の構成および光束を示す断面図である。
【図17】実施例６の投写用光学系の各収差図である。
【図18】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19】別の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】さらに別の実施形態に係る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】
【0024】
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について説明する。
【0025】
【0026】
図１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、およびライトバルブの表示面Ｓｉｍを配置した例を示す。ライトバルブは光学像を出力する表示素子であり、この光学像は表示面Ｓｉｍに画像として表示される。ライトバルブとしては、例えば、液晶表示素子、又はＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）等の画像表示素子を用いることができる。光学部材ＰＰは、フィルタ、カバーガラス、および色合成プリズム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る。光学部材ＰＰの材料、長さ、および部品数を適宜変更することは可能であり、また、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。
【0027】
投写用光学系は、例えば、投写型表示装置に搭載されて、縮小側の表示素子の表示面Ｓｉｍに表示される画像を拡大側の投写面に投写する。投写型表示装置においては、表示面Ｓｉｍで画像情報を与えられた光束が光学部材ＰＰを介して投写用光学系に入射され、投写用光学系により投写面であるスクリーンＳｃｒに投写される。すなわち、表示面ＳｉｍとスクリーンＳｃｒとは光学的に共役な位置にある。表示面Ｓｉｍが縮小側共役面に対応し、スクリーンＳｃｒが拡大側共役面に対応する。なお、本明細書において「スクリーンＳｃｒ」は、投写用光学系が形成する投写像が投写される対象物を意味する。スクリーンＳｃｒとしては、専用のスクリーンの他、部屋の壁面、床面、天井、および建物の外壁等でもよい。
【0028】
また、本明細書の説明において、「拡大側」は光路上でのスクリーンＳｃｒ側を意味し、「縮小側」は光路上での表示面Ｓｉｍ側を意味する。本明細書では、「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る。また、構成要素の配置に関する「隣接」は、光路上における並び順として隣り合っていることを意味する。以下では、説明が冗長になるのを避けるため、「拡大側から縮小側へ光路に沿って順に」を「拡大側から縮小側へ順に」と記すことがある。
【0029】
一例として、図１の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１２と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１３と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１４～Ｌ１７と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１８～Ｌ２１とを含む。図１に示す開口絞りＳｔは、大きさおよび形状を示すのではなく、光軸方向の位置を示す。
【0030】
反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２は、光路を折り曲げる光路偏向部材である。反射ミラーＭｒ１は平面状の反射面Ｒ１を有する。反射ミラーＭｒ２は平面状の反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面である。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２それぞれにおいて光路が９０度折り曲げられる。
【0031】
本開示の投写用光学系は、パワーを有する反射面を含まないように構成される。パワーを有する反射面を含む投写用光学系では一般に、この反射面で反射された光軸近傍の光束が投写型表示装置によって遮光されて投写像の形成に用いることができない。そこで、この遮光を避けるべく表示面Ｓｉｍの画像の中心位置を投写用光学系の光軸Ｚからシフトさせるように構成することになり、このシフト量が大きくなることが多い。そのため、パワーを有する反射面を含む投写用光学系では、パワーを有する反射面のサイズが大きくなりがちであり、小型化が困難である。これに対して、本開示の投写用光学系は、パワーを有する反射面を含まないため、光軸近傍の光束も投写像の形成に使用可能となり、上記シフトを行う場合でもシフト量を小さくすることができる。シフト量を小さくすることによって各光学素子の小型化が可能となるため、光学系全体の小型化に繋げることができる。
【0032】
本開示の投写用光学系は、投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含む。光路を折り曲げることによって光学系をコンパクトに構成することができるため、小型化に寄与することができる。なお、上記の「９０度」は、本開示の技術が属する技術分野で実用上許容される誤差を含む。誤差は例えば－１度以上かつ＋１度以下となる範囲とすることができる。
【0033】
光路偏向面の少なくとも１つは反射ミラーの面であってもよい。このようにした場合は、軽量化に有利となる。反射ミラーは、金属ミラーでもよく、誘電体多層膜ミラーでもよい。光路偏向面の少なくとも１つはプリズムの面であってもよい。このようにした場合は、組立の際の性能確保に有利となる。反射膜が形成されたプリズムの面を光路偏向面としてもよく、全反射を用いることによってプリズムの面を光路偏向面としてもよい。
【0034】
【0035】
本開示の投写用光学系は、投写用光学系の内部に中間像ＭＩが形成されることが好ましい。投写用光学系の焦点距離を短くして広角化をする場合、投写用光学系に必要なバックフォーカスを確保しつつ要求される光学性能を実現しようとすると、拡大側のレンズが巨大になりやすい。内部に中間像ＭＩが形成されるリレー光学系にすることによって、中間像ＭＩより拡大側の光学系のバックフォーカスを短くすることが可能になり、また、拡大側のレンズ径を小さくすることができるので、小型化に有利となる。
【0036】
図１の例では、レンズＬ１３と反射ミラーＭｒ２との間に中間像ＭＩが形成されている。表示面Ｓｉｍ上の画像と、中間像ＭＩと、スクリーンＳｃｒ上の投写像とは光学的に共役な関係にある。なお、図１では中間像ＭＩを概念的に点線で示しており、図１の中間像ＭＩの形状は正確ではない。
【0037】
投写用光学系がその光路内に光路偏向面を２つのみ含む場合、拡大側の光路偏向面と、縮小側の光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に中間像ＭＩが形成されることが好ましい。このようにした場合は、互いに垂直な２つの方向における投写用光学系のサイズを抑制することに有利となる。ここでいう「互いに垂直な２つの方向」とは例えば、図１の上下方向と左右方向である。
【0038】
次に、本開示の投写用光学系の条件式に関する好ましい構成および可能な構成について述べる。以下の条件式に関する説明では、冗長な説明を避けるため、定義が同じものには同じ記号を用いて記号の重複説明を省略する。また、以下では、冗長な説明を避けるため「本開示の投写用光学系」を単に「投写用光学系」ともいう。
【0039】
投写用光学系は、下記条件式（１）を満足することが好ましい。ここでは、投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅとしている。投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までにレンズ以外の光学素子、例えばプリズムが配置されている場合は、上記の「全ての光学素子」は、このプリズムも含む。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、投写用光学系の光学素子の材料の内部吸収に起因する透過率が低くなり過ぎないため、光学エンジンの明るさ確保が容易になる。本開示の投写用光学系は、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましい。条件式（１－１）の下限以下とならないようにすることによって、各光学素子の厚みが薄くなり過ぎないため、超広角の光学系における収差補正、特に歪曲収差の補正および像面湾曲の補正、が容易になる。
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
【0040】
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。ここでは、表示面Ｓｉｍにおける最大有効光線の光軸Ｚからの高さをＩｍａｘとしている。投写用光学系の焦点距離をｆとしている。投写用光学系が変倍光学系の場合は、ｆは広角端における値とする。有効光線は投写像の形成に用いられる光線である。最大有効光線は、投写像の形成に用いられる光線のうち、径方向において最も光軸Ｚから離れた光線である。縮小側を像側とした場合、上記の高さＩｍａｘは、投写用光学系の最大像高である。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、投写用光学系とスクリーンＳｃｒとの距離が短い状態で大画面の投写像を投写することが可能になる。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（２－１）を満足することがより好ましい。条件式（２－１）の上限以上とならないようにすることによって、投写型表示装置の小型化と、投写性能との両立が容易になる。
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
【0041】
投写用光学系がその光路内に光路偏向面を２つのみ含む場合、投写用光学系は下記条件式（３）を満足することが好ましい。ここでは、拡大側の光路偏向面から縮小側の光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１としている。投写用光学系が変倍光学系の場合は、距離ｄ１は広角端における値とする。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、距離ｄ１の方向（図１では上下方向）における投写用光学系の長大化を抑制できるため、小型化が容易となる。距離ｄ１の方向を投写型表示装置の厚さ方向とした場合は、投写型表示装置の薄型化に有利となる。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（３－１）を満足することがより好ましい。条件式（３－１）の下限以下とならないようにすることによって、投写型表示装置本体と投写像との干渉を抑制でき、また、最も拡大側の光学素子から拡大側の光路偏向面までの光学素子と、表示素子から縮小側の光路偏向面までの光学素子との干渉を抑制できる。
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
【0042】
投写用光学系がその光路内に光路偏向面を２つのみ含む場合、投写用光学系は下記条件式（４）を満足することが好ましい。ここでは、縮小側の光路偏向面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２としている。投写用光学系が変倍光学系の場合は、距離ｄ２は広角端における値とする。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、距離ｄ２の方向（図１では左右方向）における投写用光学系の長大化を抑制できるため、小型化が容易となる。距離ｄ２の方向を投写型表示装置の設置面に平行な方向とした場合は、投写型表示装置の設置に必要な面積をより小さく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（４－１）を満足することがより好ましい。条件式（４－１）の下限以下とならないようにすることによって、光学系の全長を極度に短縮しなくてもよいため、広角化の際に像面湾曲の補正に有利となる。
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
【0043】
投写用光学系がその光路内に光路偏向面を２つのみ含む場合、投写用光学系は条件式（３）および（４）を満足することが好ましい。投写用光学系は条件式（３）および（４）を満足することによって、投写型表示装置の小型化を促進することができる。また、さらなる小型化および良好な特性のためには、投写用光学系は、条件式（３）および（４）を満足した上で条件式（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。
【0044】
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。ここでは、表示素子における画像を表示可能な最大領域の最長の径をＤＬとしている。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、光学系全体が大きくなることを抑制でき、特に、拡大側のレンズが大きくなることを抑制できるため、小型化が容易となる。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。条件式（５－１）の下限以下とならないようにすることによって、投写像が投写型表示装置本体によって遮光されることを防止することが容易になる。
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
【0045】
以下に、ＤＬについて説明する。以下のＤＬの説明では、説明の便宜上、「表示素子における画像を表示可能な最大領域」を表示最大領域という。本明細書におけるＤＬは、光軸Ｚに垂直な面内において、表示最大領域の重心と、この重心から最も離れた表示最大領域内の点との距離の２倍の値を意味する。例えば、表示最大領域が矩形の場合は、この矩形の対角線の長さがＤＬとなる。例えば、表示最大領域が正円の場合は、この正円の直径がＤＬとなる。例えば、表示最大領域が楕円の場合は、この楕円の長径がＤＬとなる。
【0046】
一例として図２に、矩形の表示最大領域ＤＡと、この表示最大領域ＤＡの最長の径ＤＬを示す。図２の例では、表示最大領域ＤＡの対角線長が最長の径ＤＬとなる。図２は、光軸Ｚに垂直な面における図であり、一例として、縮小側の有効像円ＩＣ、および上記の高さＩｍａｘも示している。
【0047】
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。ここでは、投写面における最大有効光線の光軸Ｚからの高さをＹｍａｘとしている。拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の投写用光学系の近軸像倍率をβとしている。投写用光学系が変倍光学系の場合は、βは広角端における値とする。拡大側を物体側とした場合、上記の高さＹｍａｘは、投写用光学系の最大物体高である。投写型表示装置には目視レベルにおいて歪みの無い投写像を投写することが要望される。条件式（６）を満足することによって、歪曲収差を抑制できるため、上記要望に対応することができる。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（６－１）を満足することがより好ましい。
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
【0048】
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。ここでは、投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｐｗとしている。投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８としている。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、上記のパワーを有する全ての光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の光学素子が占める割合が低くなり過ぎないため、小型化を図りながら球面収差等の諸収差を良好に補正することに有利となる。但し、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の光学材料は透過率が低いものが多い。そこで、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、上記割合が高くなり過ぎないため、透過率の低下を抑制できる。これによって、光学エンジンの明るさ確保に有利となる。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。
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
【0049】
投写用光学系の内部に中間像ＭＩが形成される場合、投写用光学系は中間像ＭＩより縮小側に開口絞りＳｔを含み、開口絞りＳｔの実像が中間像ＭＩより拡大側の投写用光学系の内部に存在し、投写用光学系が下記条件式（８）を満足することが好ましい。ここでは、縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい開口絞りＳｔの中心を通過した光線が中間像ＭＩより拡大側で光軸Ｚと交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）としている。中間像ＭＩより拡大側の投写用光学系の内部における、開口絞りＳｔの近軸像の位置をＥｎｐ（０）としている。位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）および位置Ｅｎｐ（０）は光軸方向における位置である。位置Ｅｎｐ（０）から位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥとしている。上記の空気換算距離ＤｉｆＥの符号は、位置Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とする。投写用光学系が変倍光学系の場合は、上記の空気換算距離ＤｉｆＥは広角端における値とする。条件式（８）の下限以下とならないようにすることによって、投写用光学系の全長の短縮に有利となる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることによって、最も拡大側のレンズの大径化を抑制できる。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（８－１）を満足することがより好ましい。
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
【0050】
一例として、図３および図４に図１の投写用光学系における位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）および位置Ｅｎｐ（０）を示す。なお、図３では理解を容易にするために直線状の光路になるように光路を展開した図を示す。図４には、位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）および位置Ｅｎｐ（０）を含む部分の拡大図を示し、上記の空気換算距離ＤｉｆＥも示す。一例として、図１の投写用光学系では、レンズＬ７とレンズＬ８との間に位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）および位置Ｅｎｐ（０）が存在する。図３および図４では、位置Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ）および位置Ｅｎｐ（０）をそれぞれ点線および二点鎖線で示し、縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい開口絞りＳｔの中心を通過した光線２を一点鎖線で示す。
【0051】
本開示の投写用光学系は、最も拡大側から縮小側へ光路に沿って順に連続して、３枚の負レンズを含むことが好ましい。このようにした場合は、広角化に有利となる。より広角化を図るためには、本開示の投写用光学系は、最も拡大側から縮小側へ光路に沿って順に連続して、４枚の負レンズを含むことが好ましい。
【0052】
本開示の投写用光学系においては、拡大側から２番目および３番目のレンズは、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズであることが好ましい。このようにした場合は、広角化と良好な収差補正との両立に有利となる。
【0053】
本開示の投写用光学系においては、光軸上で中間像ＭＩに最も近いレンズは正レンズであることが好ましい。このようにした場合は、小型化に有利となる。
【0054】
本開示の投写用光学系は、縮小側がテレセントリックに構成されていることが好ましい。近年、小型で高精細な投写型表示装置を実現するために画素をシフトさせて表示素子の画素数の２倍又は４倍の解像度を達成する、いわゆる画素シフト方式が増えており、その際の解像度を確保する目的でテレセントリック光学系とすることが望ましい。
【0055】
なお、上記の「縮小側がテレセントリックに構成されている」は、本開示の技術が属する技術分野で実用上許容される誤差を含む。誤差は例えば、拡大側から縮小側へ光線追跡した場合に表示面Ｓｉｍに入射する主光線と光軸Ｚとのなす角度が、－３度以上かつ＋３度以下となる範囲としてもよい。開口絞りＳｔを含まない系では、拡大側から縮小側へ向かう方向に光束を見た場合に、表示面Ｓｉｍ上の点に集光する光束の断面において上側の最大光線と下側の最大光線との二等分角線を主光線の代用としてテレセントリック性を判断してもよい。
【0056】
本開示の投写用光学系の最も拡大側のレンズは、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有するように構成してもよい。広角の画像を投写する投写用光学系では、通常、有効径が最大になるのは最も拡大側のレンズである。よって、投写用光学系内でレンズ径が最大になりやすい最も拡大側のレンズのうち、投写像の形成に使用されない部分を欠落部分とすれば、小型化が可能になる。図１のレンズＬ１は、光軸Ｚより下方において回転対称な形状の一部が欠落した形状を有しており、図１ではこの欠落部分を点線で示している。
【0057】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）に、回転対称な形状の一部が欠落したレンズの光軸Ｚに垂直な面における形状の例を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）の例はいずれも、光軸Ｚに垂直な面において非円形形状とされている。このような非円形形状とすることによって、小型化および軽量化を図ることができる。なお、回転対称な形状の一部が欠落したレンズの形状は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）に示す例に限定されず、他の形状としてもよい。
【0058】
本開示の投写用光学系においては、合焦の際に光軸Ｚに沿って移動する合焦群を含むことが好ましい。合焦群が光軸Ｚに沿って移動することによって合焦が行われる。合焦群は、複数のレンズからなる構成に限らず、１枚のみのレンズからなる構成としてもよい。一例として、図１の例では、合焦群はレンズＬ４～Ｌ６からなる。図１のレンズＬ４～Ｌ６の下の括弧と光軸Ｚに平行な方向の両矢印は、レンズＬ４～Ｌ６が合焦群を構成することを示す。
【0059】
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。本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形が可能である。例えば、本開示の技術においては、投写用光学系に含まれるレンズの枚数およびレンズの形状は図１の例と異なっていてもよく、光路偏向面が配置される箇所も図１の例と異なっていてもよい。
【0060】
一例として、本開示の好ましい一態様は、縮小側の表示素子の表示面Ｓｉｍに表示される画像を拡大側の投写面に投写する投写用光学系であって、パワーを有する反射面を含まず、投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、上記条件式（１）および（２）を満足する。
【0061】
次に、本開示の投写用光学系の実施例について図面を参照して説明する。なお、各実施例の断面図に付された参照符号は、参照符号の桁数の増大に伴う説明および図面の煩雑化を避けるため、実施例ごとに独立して用いている。従って、異なる実施例の図面において共通の参照符号が付されていても、必ずしも共通の構成ではない。
【0062】
［実施例１］
実施例１の投写用光学系の構成と光束の断面図は図１に示しており、その図示方法と構成は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１２と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１３と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１４～Ｌ１７と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１８～Ｌ２１とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩはレンズＬ１３と反射ミラーＭｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ４～Ｌ６からなる。
実施例１の投写用光学系の構成と光束の断面図は図１に示しており、その図示方法と構成は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１２と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１３と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１４～Ｌ１７と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１８～Ｌ２１とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩはレンズＬ１３と反射ミラーＭｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ４～Ｌ６からなる。
【0063】
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１に、諸元を表２に、可変面間隔を表３に、非球面係数を表４に示す。
【0064】
基本レンズデータの表は以下のように記載されている。Ｓｎの列には、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す。ｒの列には、各面の曲率半径を示す。ｄの列には、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。ｎｄの列には、各構成要素のｄ線に対する屈折率を示す。νｄの列には、各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。
【0065】
基本レンズデータの表では、拡大側に凸形状を向けた面の曲率半径の符号を正、縮小側に凸形状を向けた面の曲率半径の符号を負としている。面番号の欄のうち、拡大側の光路偏向面に相当する面、縮小側の光路偏向面に相当する面、および開口絞りＳｔに相当する面にはそれぞれ、（Ｒ１）、（Ｒ２）、および（Ｓｔ）という語句も記載している。基本レンズデータの表では、合焦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。
【0066】
表２に、焦点距離の絶対値｜ｆ｜、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、ならびに上記条件式で用いたＩｍａｘおよびＤＬをｄ線基準で示す。２ωの欄の［°］は単位が度であることを示す。
【0067】
表３に、各投写距離における可変面間隔を示す。投写距離は、拡大側共役面（図１ではスクリーンＳｃｒに対応）から最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離である。
【0068】
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曲率半径の値を記載している。表４において、Ｓｎの行には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍ（ｍ＝３、４、５、６、・・・、２０）の行には各非球面についての非球面係数の数値を示す。表４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×ｈ２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ２×ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ×ｈｍ
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Ｚに垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸Ｚからレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
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。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ２／｛１＋（１－ＫＡ×Ｃ２×ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ×ｈｍ
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Ｚに垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸Ｚからレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
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。
【0069】
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。
【0070】
【表1】
【0071】
【表2】
【0072】
【表3】
【0073】
【表4】
【0074】
図６に、投写距離が０．２５ｍ（メートル）の状態における実施例１の投写用光学系の各収差図を示す。図６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。球面収差図では「ＦＮｏ．＝」の後にＦナンバーの値を示す。その他の収差図では「ω＝」の後に最大半画角の値を示す。
【0075】
上記の実施例１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、特に断りが無い限り以下の実施例にお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。なお、以下の実施例の断面図ではスクリーンＳｃｒの図示を省略している。
【0076】
［実施例２］
実施例２の投写用光学系の構成と光束の断面図を図７に示す。実施例２の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ７と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ８～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１２～Ｌ１４と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１５～Ｌ１７とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ２とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。
実施例２の投写用光学系の構成と光束の断面図を図７に示す。実施例２の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ７と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ８～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１２～Ｌ１４と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１５～Ｌ１７とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ２とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。
【0077】
実施例２の投写用光学系について、基本レンズデータを表５に、諸元を表６、可変面間隔を表７に、非球面係数を表８に、各収差図を図８に示す。各収差図は、投写距離が０．２７９ｍ（メートル）の状態におけるものである。
【0078】
【表5】
【0079】
【表6】
【0080】
【表7】
【0081】
【表8】
【0082】
［実施例３］
実施例３の投写用光学系の構成と光束の断面図を図９に示す。光路が直線状になるように実施例３の投写用光学系の光路を展開した図を図１０に示す。実施例３の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１０と、プリズムＰｒと、レンズＬ１１～Ｌ１３と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１４～Ｌ１６とを含む。プリズムＰｒは光路を折り曲げる光路偏向部材である。プリズムＰｒは２つの反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。レンズＬ１～Ｌ４は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図９ではこの欠落部分の図示は省略しており、図１０ではこの欠落部分を点線で示している。
実施例３の投写用光学系の構成と光束の断面図を図９に示す。光路が直線状になるように実施例３の投写用光学系の光路を展開した図を図１０に示す。実施例３の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１０と、プリズムＰｒと、レンズＬ１１～Ｌ１３と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１４～Ｌ１６とを含む。プリズムＰｒは光路を折り曲げる光路偏向部材である。プリズムＰｒは２つの反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。レンズＬ１～Ｌ４は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図９ではこの欠落部分の図示は省略しており、図１０ではこの欠落部分を点線で示している。
【0083】
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９に、諸元を表１０に、可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に、各収差図を図１１に示す。各収差図は、投写距離が０．２３７ｍ（メートル）の状態におけるものである。
【0084】
【表9】
【0085】
【表10】
【0086】
【表11】
【0087】
【表12】
【0088】
［実施例４］
実施例４の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１２に示す。実施例４の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１２と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１３と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１４～Ｌ１７と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１８～Ｌ２１とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩはレンズＬ１３と反射ミラーＭｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ４～Ｌ６からなる。レンズＬ１は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図１２ではこの欠落部分の図示は省略している。
実施例４の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１２に示す。実施例４の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１２と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１３と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１４～Ｌ１７と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１８～Ｌ２１とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩはレンズＬ１３と反射ミラーＭｒ２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ４～Ｌ６からなる。レンズＬ１は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図１２ではこの欠落部分の図示は省略している。
【0089】
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１３に、諸元を表１４に、可変面間隔を表１５に、非球面係数を表１６に、各収差図を図１３に示す。各収差図は、投写距離が０．２１２ｍ（メートル）の状態におけるものである。
【0090】
【表13】
【0091】
【表14】
【0092】
【表15】
【0093】
【表16】
【0094】
［実施例５］
実施例５の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１４に示す。実施例５の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１２と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１３～Ｌ１５と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１６～Ｌ１９とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ１とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ７～Ｌ８からなる。レンズＬ１は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図１４ではこの欠落部分の図示は省略している。
実施例５の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１４に示す。実施例５の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ１２と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１３～Ｌ１５と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１６～Ｌ１９とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ１とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ７～Ｌ８からなる。レンズＬ１は、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する。図１４ではこの欠落部分の図示は省略している。
【0095】
実施例５の投写用光学系について、基本レンズデータを表１７に、諸元を表１８に、可変面間隔を表１９に、非球面係数を表２０に、各収差図を図１５に示す。各収差図は、投写距離が０．２７９ｍ（メートル）の状態におけるものである。
【0096】
【表17】
【0097】
【表18】
【0098】
【表19】
【0099】
【表20】
【0100】
［実施例６］
実施例６の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１６に示す。実施例６の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ７と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ８～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１２～Ｌ１４と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１５～Ｌ１７とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ２とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。
実施例６の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１６に示す。実施例６の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ光路に沿って順に、レンズＬ１～Ｌ７と、反射ミラーＭｒ１と、レンズＬ８～Ｌ１１と、反射ミラーＭｒ２と、レンズＬ１２～Ｌ１４と、開口絞りＳｔと、レンズＬ１５～Ｌ１７とを含む。反射ミラーＭｒ１および反射ミラーＭｒ２はそれぞれ反射面Ｒ１および反射面Ｒ２を有する。反射面Ｒ１および反射面Ｒ２は、パワーを有しない面であり、それぞれが光路を９０度折り曲げる光路偏向面として機能する。光軸近傍の中間像ＭＩは反射ミラーＭｒ２とレンズＬ１２との間に形成されている。合焦群はレンズＬ５からなる。
【0101】
実施例６の投写用光学系について、基本レンズデータを表２１に、諸元を表２２に、可変面間隔を表２３に、非球面係数を表２４に、各収差図を図１７に示す。各収差図は、投写距離が０．２７９ｍ（メートル）の状態におけるものである。
【0102】
【表21】
【0103】
【表22】
【0104】
【表23】
【0105】
【表24】
【0106】
表２５に実施例１～６の投写用光学系について、条件式（１）～（８）の対応値、条件式（６）の対応値の計算に用いたβ、および各βの値におけるＹｍａｘの値を示す。
【表25】
【0107】
実施例１～６の投写用光学系は、広角端における全画角が１２０度以上あり、広い画角を有している。実施例１～６の投写用光学系は、Ｆナンバーが２．１以下であり、小さなＦナンバーを有している。また、実施例１～６の投写用光学系は、小型に構成されながらも、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。
【0108】
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１８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１８に示す投写型表示装置１００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系１０と、光源１５と、各色光に対応し光学像を出力するライトバルブとしての透過型表示素子１１ａ～１１ｃとを有する。また、投写型表示装置１００は、色分解のためのダイクロイックミラー１２、１３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム１４と、コンデンサレンズ１６ａ～１６ｃと、光路を偏向するための全反射ミラー１８ａ～１８ｃとを有する。なお、図１８では、投写用光学系１０は概略的に図示している。また、光源１５とダイクロイックミラー１２の間にはインテグレーターが配されているが、図１８ではその図示を省略している。
【0109】
光源１５からの白色光は、ダイクロイックミラー１２、１３で３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解された後、それぞれコンデンサレンズ１６ａ～１６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型表示素子１１ａ～１１ｃに入射して変調され、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成された後、投写用光学系１０に入射する。投写用光学系１０は、透過型表示素子１１ａ～１１ｃにより変調された変調光に基づく光学像をスクリーン１０５上に投写する。
【0110】
図１９は、本開示の別の実施形態に係る投写型表示装置の概略構成図である。図１９に示す投写型表示装置２００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系２１０と、光源２１５と、各色光に対応し光学像を出力するライトバルブとしてのＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）素子２１ａ～２１ｃとを有する。また、投写型表示装置２００は、色分解および色合成のためのＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム２４ａ～２４ｃと、照明光と投写光を分離する偏光分離プリズム２５とを有する。なお、図１９では投写用光学系２１０を概略的に図示している。また、光源２１５と偏光分離プリズム２５の間にはインテグレーターが配されているが、図１９ではその図示を省略している。
【0111】
光源２１５からの白色光は、偏光分離プリズム２５内部の反射面で反射された後、ＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃにより３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に分解される。分解後の各色光光束はそれぞれ対応するＤＭＤ素子２１ａ～２１ｃに入射して変調され、再びＴＩＲプリズム２４ａ～２４ｃを逆向きに進行して色合成された後、偏光分離プリズム２５を透過して、投写用光学系２１０に入射する。投写用光学系２１０は、ＤＭＤ素子２１ａ～２１ｃにより変調された変調光に基づく光学像をスクリーン２０５上に投写する。
【0112】
図２０は、本開示のさらに別の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６００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系６６と、光源６１と、各色光に対応し光学像を出力するライトバルブとしてのＤＭＤ素子６４とを有する。また、投写型表示装置６００は、カラーホイール６２と、導光光学系６３と、ＴＩＲプリズム６５とを有する。なお、図２０では、投写用光学系６６は概略的に図示している。
【0113】
カラーホイール６２は、円周上に緑色、青色、および赤色の３色のフィルタが設けられており、カラーホイール６２が回転すると光路上に各色のフィルタが順次挿入される。光源６１からの白色光は、回転するカラーホイール６２に入射することにより３つの色光光束（Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光、Ｒｅｄ光）に時分割される。時分割後の各色光光束は導光光学系６３およびＴＩＲプリズム６５を経由した後、ＤＭＤ素子６４に入射して変調され、再びＴＩＲプリズム６５を経由して、投写用光学系６６に入射する。投写用光学系６６は、ＤＭＤ素子６４により変調された変調光に基づく光学像をスクリーン６７上に投写する。
【0114】
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、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【0115】
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、およびライトバルブは、種々の態様の変更が可能である。ライトバルブは、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。ライトバルブは３板方式に限らず、単板方式であってもよく、ライトバルブが単板方式のものに対応するように構成することによって、光学エンジンの小型化が可能である。
【0116】
以上の実施形態および実施例に関し、さらに以下の付記項を開示する。
［付記項１］
縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写する投写用光学系であって、
パワーを有する反射面を含まず、
前記投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、
前記表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、
前記投写用光学系の焦点距離をｆ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｆを広角端における値とし、
ｍｍを長さの単位のミリメートルとした場合、
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する投写用光学系。
［付記項２］
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面から縮小側の前記光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１、
縮小側の前記光路偏向面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｄ１およびｄ２を広角端における値とした場合、
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足する付記項１に記載の投写用光学系。
［付記項３］
前記表示素子における前記画像を表示可能な最大領域の最長の径をＤＬとした場合、
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足する付記項１又は付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項４］
前記投写面における最大有効光線の光軸からの高さをＹｍａｘ、
拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の前記投写用光学系の近軸像倍率をβ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はβを広角端における値とした場合、
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足する付記項１から付記項３のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項５］
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｐｗ、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８とした場合、
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足する付記項１から付記項４のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項６］
前記投写用光学系の内部に中間像が形成される付記項１から付記項５のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項７］
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面と、縮小側の前記光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に前記中間像が形成される付記項６に記載の投写用光学系。
［付記項８］
前記中間像より縮小側に開口絞りを含み、
前記開口絞りの実像が前記中間像より拡大側の前記投写用光学系の内部に存在し、
縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい前記開口絞りの中心を通過した光線が前記中間像より拡大側で光軸と交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）とし、
前記開口絞りの近軸像の位置をＥｎｐ（０）とし、
Ｅｎｐ（０）からＥｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥとし、
ＤｉｆＥの符号は、Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とし、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はＤｉｆＥを広角端における値とした場合、
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足する付記項６又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項９］
最も拡大側のレンズは、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する付記項１から付記項８のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１０］
前記光路偏向面の少なくとも１つは反射ミラーの面である付記項２又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項１１］
前記光路偏向面の少なくとも１つはプリズムの面である付記項２又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項１２］
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する付記項１から付記項１１のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１３］
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
で表される条件式（２－１）を満足する付記項１から付記項１２のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１４］
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
で表される条件式（３－１）を満足する付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項１５］
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
で表される条件式（４－１）を満足する付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項１６］
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足する付記項３に記載の投写用光学系。
［付記項１７］
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足する付記項４に記載の投写用光学系。
［付記項１８］
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足する付記項５に記載の投写用光学系。
［付記項１９］
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
で表される条件式（８－１）を満足する付記項８に記載の投写用光学系。
［付記項２０］
付記項１から付記項１９のいずれか１項に記載の投写用光学系を備えた投写型表示装置。
［付記項１］
縮小側の表示素子の表示面に表示される画像を拡大側の投写面に投写する投写用光学系であって、
パワーを有する反射面を含まず、
前記投写用光学系の光路内に光路を９０度折り曲げる光路偏向面を少なくとも１つ含み、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれる全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｅ、
前記表示面における最大有効光線の光軸からの高さをＩｍａｘ、
前記投写用光学系の焦点距離をｆ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｆを広角端における値とし、
ｍｍを長さの単位のミリメートルとした場合、
ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１）
１．７＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜ （２）
で表される条件式（１）および（２）を満足する投写用光学系。
［付記項２］
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面から縮小側の前記光路偏向面までの光軸上の距離をｄ１、
縮小側の前記光路偏向面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ２、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はｄ１およびｄ２を広角端における値とした場合、
ｄ１＜７０ｍｍ （３）
ｄ２＜１００ｍｍ （４）
で表される条件式（３）および（４）を満足する付記項１に記載の投写用光学系。
［付記項３］
前記表示素子における前記画像を表示可能な最大領域の最長の径をＤＬとした場合、
Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７８ （５）
で表される条件式（５）を満足する付記項１又は付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項４］
前記投写面における最大有効光線の光軸からの高さをＹｍａｘ、
拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の前記投写用光学系の近軸像倍率をβ、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はβを広角端における値とした場合、
－０．０５＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０５ （６）
で表される条件式（６）を満足する付記項１から付記項３のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項５］
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨｐｗ、
前記投写用光学系の最も拡大側のレンズ面から前記投写用光学系の最も縮小側のレンズ面までに含まれるパワーを有する光学素子のうち、ｄ線に対する屈折率が１．８以上の全ての光学素子の光軸上の厚みの和をΣＴＨ１８とした場合、
０．２７＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．５ （７）
で表される条件式（７）を満足する付記項１から付記項４のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項６］
前記投写用光学系の内部に中間像が形成される付記項１から付記項５のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項７］
前記投写用光学系の光路内に前記光路偏向面を２つのみ含み、
拡大側の前記光路偏向面と、縮小側の前記光路偏向面の縮小側に隣接する面との間の光路に前記中間像が形成される付記項６に記載の投写用光学系。
［付記項８］
前記中間像より縮小側に開口絞りを含み、
前記開口絞りの実像が前記中間像より拡大側の前記投写用光学系の内部に存在し、
縮小側の有効像円の最外周から発して拡大側へ向かい前記開口絞りの中心を通過した光線が前記中間像より拡大側で光軸と交差する位置をＥｎｐ（Ｉｍａｘ）とし、
前記開口絞りの近軸像の位置をＥｎｐ（０）とし、
Ｅｎｐ（０）からＥｎｐ（Ｉｍａｘ）までの光軸上の空気換算距離をＤｉｆＥとし、
ＤｉｆＥの符号は、Ｅｎｐ（０）を基準として縮小側の距離を正、拡大側の距離を負とし、
前記投写用光学系が変倍光学系の場合はＤｉｆＥを広角端における値とした場合、
－３＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．２ （８）
で表される条件式（８）を満足する付記項６又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項９］
最も拡大側のレンズは、回転対称な形状の一部が欠落した形状を有する付記項１から付記項８のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１０］
前記光路偏向面の少なくとも１つは反射ミラーの面である付記項２又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項１１］
前記光路偏向面の少なくとも１つはプリズムの面である付記項２又は付記項７に記載の投写用光学系。
［付記項１２］
３０ｍｍ＜ΣＴＨｅ＜７０ｍｍ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する付記項１から付記項１１のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１３］
２＜Ｉｍａｘ／｜ｆ｜＜３．５ （２－１）
で表される条件式（２－１）を満足する付記項１から付記項１２のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項１４］
１０ｍｍ＜ｄ１＜５０ｍｍ （３－１）
で表される条件式（３－１）を満足する付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項１５］
２０ｍｍ＜ｄ２＜７５ｍｍ （４－１）
で表される条件式（４－１）を満足する付記項２に記載の投写用光学系。
［付記項１６］
０．６５＜Ｉｍａｘ／ＤＬ＜０．７２ （５－１）
で表される条件式（５－１）を満足する付記項３に記載の投写用光学系。
［付記項１７］
－０．０３＜（Ｉｍａｘ－β×Ｙｍａｘ）／（β×Ｙｍａｘ）＜０．０３ （６－１）
で表される条件式（６－１）を満足する付記項４に記載の投写用光学系。
［付記項１８］
０．３＜ΣＴＨ１８／ΣＴＨｐｗ＜０．４ （７－１）
で表される条件式（７－１）を満足する付記項５に記載の投写用光学系。
［付記項１９］
－２．５＜ＤｉｆＥ／Ｉｍａｘ＜－０．５ （８－１）
で表される条件式（８－１）を満足する付記項８に記載の投写用光学系。
［付記項２０］
付記項１から付記項１９のいずれか１項に記載の投写用光学系を備えた投写型表示装置。
【符号の説明】
【0117】
２ 光線
１０ 投写用光学系
１１ａ～１１ｃ 透過型表示素子
１２ ダイクロイックミラー
１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１５ 光源
１６ａ～１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ～１８ｃ 全反射ミラー
２１ａ～２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ～２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５ 偏光分離プリズム
６１ 光源
６２ カラーホイール
６３ 導光光学系
６４ ＤＭＤ素子
６５ ＴＩＲプリズム
６６ 投写用光学系
６７ スクリーン
１００ 投写型表示装置
１０５ スクリーン
２００ 投写型表示装置
２０５ スクリーン
２１０ 投写用光学系
２１５ 光源
６００ 投写型表示装置
ｄ１ 距離
ｄ２ 距離
ＤＡ 表示最大領域
ＤｉｆＥ 空気換算距離
ＤＬ 最長の径
Ｅｎｐ（０） 位置
Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ） 位置
ＩＣ 有効像円
Ｉｍａｘ 高さ
Ｌ１～Ｌ２１ レンズ
ＭＩ 中間像
Ｍｒ１ 反射ミラー
Ｍｒ２ 反射ミラー
ＰＰ 光学部材
Ｐｒ プリズム
Ｒ１ 反射面
Ｒ２ 反射面
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｙｍａｘ 高さ
Ｚ 光軸
１０ 投写用光学系
１１ａ～１１ｃ 透過型表示素子
１２ ダイクロイックミラー
１３ ダイクロイックミラー
１４ クロスダイクロイックプリズム
１５ 光源
１６ａ～１６ｃ コンデンサレンズ
１８ａ～１８ｃ 全反射ミラー
２１ａ～２１ｃ ＤＭＤ素子
２４ａ～２４ｃ ＴＩＲプリズム
２５ 偏光分離プリズム
６１ 光源
６２ カラーホイール
６３ 導光光学系
６４ ＤＭＤ素子
６５ ＴＩＲプリズム
６６ 投写用光学系
６７ スクリーン
１００ 投写型表示装置
１０５ スクリーン
２００ 投写型表示装置
２０５ スクリーン
２１０ 投写用光学系
２１５ 光源
６００ 投写型表示装置
ｄ１ 距離
ｄ２ 距離
ＤＡ 表示最大領域
ＤｉｆＥ 空気換算距離
ＤＬ 最長の径
Ｅｎｐ（０） 位置
Ｅｎｐ（Ｉｍａｘ） 位置
ＩＣ 有効像円
Ｉｍａｘ 高さ
Ｌ１～Ｌ２１ レンズ
ＭＩ 中間像
Ｍｒ１ 反射ミラー
Ｍｒ２ 反射ミラー
ＰＰ 光学部材
Ｐｒ プリズム
Ｒ１ 反射面
Ｒ２ 反射面
Ｓｃｒ スクリーン
Ｓｉｍ 表示面
Ｓｔ 開口絞り
Ｙｍａｘ 高さ
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】
