特開 2024-33600 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】P2024033600

(43)【公開日】2024-03-13

(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 20060101AFI20240306BHJP

   G02B 15/06 20060101ALI20240306BHJP

   G02B 15/20 20060101ALI20240306BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20240306BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240306BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20240306BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20240306BHJP

【ＦＩ】

G02B13/16

G02B15/06

G02B15/20

G03B21/14 Z

G03B21/00 D

H04N5/74 A

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137266

(22)【出願日】2022-08-30

(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】古林 琢

【テーマコード（参考）】

2H087

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2H087KA06

2H087KA07

2H087LA01

2H087LA27

2H087LA30

2H087PA07

2H087PA09

2H087PA10

2H087PA12

2H087PA13

2H087PA15

2H087PA16

2H087PA17

2H087PA18

2H087PA19

2H087PA20

2H087PB08

2H087PB09

2H087PB11

2H087PB13

2H087PB14

2H087PB15

2H087PB17

2H087PB18

2H087PB19

2H087PB20

2H087QA02

2H087QA03

2H087QA06

2H087QA12

2H087QA14

2H087QA17

2H087QA19

2H087QA21

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA26

2H087QA32

2H087QA33

2H087QA37

2H087QA38

2H087QA39

2H087QA41

2H087QA42

2H087QA45

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA36

2H087SA23

2H087SA26

2H087SA29

2H087SA32

2H087SA43

2H087SA46

2H087SA47

2H087SA49

2H087SA50

2H087SA52

2H087SA53

2H087SA55

2H087SA56

2H087SA63

2H087SA64

2H087SA65

2H087SA66

2H087SA72

2H087SA76

2H087SA83

2H087SB01

2H087SB03

2H087SB04

2H087SB12

2H087SB14

2H087SB21

2H087SB25

2H087SB26

2H087SB32

2H087SB33

2H087SB42

2H087SB43

2K203GC06

2K203GC20

2K203HA55

2K203HB22

2K203HB25

2K203HB26

2K203HB28

2K203MA02

2K203MA04

5C058EA02

5C058EA12

5C058EA26

5C058EA27

(57)【要約】

【課題】中間像を形成するタイプの投写用光学系において、明るさ、およびコントラスト比を良好に調整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】縮小側の画像表示面に表示される画像を拡大側に投写する投写用光学系であって、投写用光学系の内部に少なくとも１つの中間像が形成され、最も縮小側の中間像より縮小側に、開口径が可変である第１の絞りを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

縮小側の画像表示面に表示される画像を拡大側に投写する投写用光学系であって、
前記投写用光学系の内部に少なくとも１つの中間像が形成され、
最も縮小側の前記中間像より縮小側に、開口径が可変である第１の絞りを含む投写用光学系。

【請求項2】

前記第１の絞りより拡大側に、交換可能な光学系を含む請求項１に記載の投写用光学系。

【請求項3】

前記交換可能な光学系は開口径が可変である第２の絞りを含み、
前記投写用光学系のＦナンバーは前記第１の絞りにより決定される請求項２に記載の投写用光学系。

【請求項4】

前記交換可能な光学系とは異なる部分に、変倍の際に隣り合う群との間隔を変化させて移動する群を含む請求項２に記載の投写用光学系。

【請求項5】

拡大側のレンズ面が最も縮小側の前記中間像より縮小側に位置するレンズのうち最も拡大側のレンズから、前記投写用光学系の最も縮小側のレンズまでの合成横倍率をβとし、
βは、拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の値とし、
前記投写用光学系が変倍光学系を含む場合はβは広角端における値とした場合、
０．２５＜｜β｜＜２ （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6】

０．４＜｜β｜＜１．５ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する請求項５に記載の投写用光学系。

【請求項7】

前記第１の絞りが含む絞り羽根は金属製である請求項１に記載の投写用光学系。

【請求項8】

前記第１の絞りが含む絞り羽根は耐熱性樹脂製である請求項１に記載の投写用光学系。

【請求項9】

前記画像を出力するライトバルブと、
請求項１から８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。

【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】

下記特許文献１には、投写型表示装置に使用可能なレトロフォーカス型レンズが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２９８１４９７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、リレー光学系を含み、中間像を形成するタイプの投写用光学系が増加している。リレー光学系は、中間像より縮小側に配置されて、像のリレーを行う。このタイプの投写用光学系は、投写型表示装置において求められる長いバックフォーカスの確保に有利であり、かつ、超広角のレンズであってもレンズの大径化を抑制できるという長所を有する。さらに、このタイプの投写用光学系であれば、バックフォーカスおよび／又は光学系の瞳の条件がプロジェクターエンジンと適合しない結像レンズを、交換レンズとして使用可能にできるという利点もある。

【0005】

一方、投写型表示装置では、明るさ、およびコントラスト比を調整したいという要望がある。この要望に応えるために開口径が可変の絞りを設けることが考えられるが、中間像より拡大側にこのような絞りを配置することは、コントラスト比の改善に効果的ではない。

【0006】

本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、中間像を形成するタイプの投写用光学系において、明るさ、およびコントラスト比を良好に調整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】

【0007】

本開示の一態様は、縮小側の画像表示面に表示される画像を拡大側に投写する投写用光学系であって、投写用光学系の内部に少なくとも１つの中間像が形成され、最も縮小側の中間像より縮小側に、開口径が可変である第１の絞りを含む投写用光学系である。

【0008】

上記態様において、第１の絞りより拡大側に、交換可能な光学系を含むことが好ましい。その場合、交換可能な光学系は開口径が可変である第２の絞りを含み、投写用光学系のＦナンバーは第１の絞りにより決定されることが好ましい。また、交換可能な光学系とは異なる部分に、変倍の際に隣り合う群との間隔を変化させて移動する群を含むことが好ましい。

【0009】

また、拡大側のレンズ面が最も縮小側の中間像より縮小側に位置するレンズのうち最も拡大側のレンズから、投写用光学系の最も縮小側のレンズまでの合成横倍率をβとし、βは、拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の値とし、投写用光学系が変倍光学系を含む場合はβは広角端における値とした場合、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、条件式（１－１）を満足することがさらに好ましい。
０．２５＜｜β｜＜２ （１）
０．４＜｜β｜＜１．５ （１－１）

【0010】

上記態様において、第１の絞りが含む絞り羽根は金属製であるように構成してもよい。もしくは、第１の絞りが含む絞り羽根は耐熱性樹脂製であるように構成してもよい。

【0011】

ｎ
本開示の別の態様は、画像を出力するライトバルブと、上記態様の投写用光学系とを備えた投写型表示装置である。

【0012】

なお、本明細書の「～からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、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。また、「レンズ群」は、レンズ以外に、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を含んでもよい。「～レンズ群」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。

【0013】

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】

【0014】

本開示によれば、中間像を形成するタイプの投写用光学系において、明るさ、およびコントラスト比を良好に調整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】

【0015】

【図1】実施例１の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図2】開口径が可変の絞りの一例を示す図である。

【図3】実施例２の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図4】実施例３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４の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図6】実施例５の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図7】実施例５の変形例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６の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図9】実施例７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８の投写用光学系の構成と光束を示す断面図である。

【図11】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12】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13】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】

【0016】

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。

【0017】

図１に、本開示の一実施形態に係る投写用光学系の構成および光束の断面図を示す。図１では、光束として、軸上光束、および最大画角の光束を示す。図１に示す例は後述の実施例１の投写用光学系に対応している。図１では、左側が拡大側、右側が縮小側である。

【0018】

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画像表示面５ａを配置した例を示す。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はパワー（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。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。ライトバルブは光学像を出力し、この光学像は画像表示面５ａに画像として表示される。

【0019】

投写用光学系は、例えば、投写型表示装置に搭載されて、縮小側の画像表示面５ａに表示される画像を拡大側に投写する。投写型表示装置においては、画像表示面５ａで画像情報を与えられた光束が投写用光学系に入射され、投写用光学系により拡大側の不図示のスクリーン上に投写される。画像表示面５ａに表示される画像と、投写用光学系によってスクリーン上に形成される投写像とは光学的に共役の関係にある。なお、本明細書において「スクリーン」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。

【0020】

また、本明細書において、「拡大側」は光路上でのスクリーン側を意味し、「縮小側」は光路上での画像表示面５ａ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り、この点は折り曲げられた光路を形成する光学系の場合も同様である。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。

【0021】

本開示の投写用光学系は、リレー光学系を含み、投写用光学系の内部に少なくとも１つの中間像ＭＩが形成される。本開示では、中間像ＭＩより縮小側に配置されて像のリレーを行う光学系を「リレー光学系」と呼んでいる。図１では、中間像ＭＩを簡略的に点線で示す。図１の中間像ＭＩは、位置を示しており、必ずしも正確な形状を示すものではない。

【0022】

一例として、図１の投写用光学系は、光軸ＡＸ１に沿って、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなり、第２光学系Ｕ２がリレー光学系に対応し、第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２との間に中間像ＭＩが形成されている。このような中間像ＭＩを形成する光学系では、第２光学系Ｕ２の縮小側に光学部材ＰＰを配置できるだけの十分な長さのバックフォーカスを確保しながら、第１光学系Ｕ１の拡大側のレンズ径を小さくすることができるという長所を有する。

【0023】

本開示の投写用光学系は、最も縮小側の中間像ＭＩより縮小側に、開口径が可変である絞りＳｔＡを含む。以下では、開口径が可変である絞りを「可変絞り」という。図１の例では、リレー光学系である第２光学系Ｕ２が可変絞りである絞りＳｔＡを含む。絞りＳｔＡは、本開示の技術の「第１の絞り」に対応する。絞りＳｔＡの開口径を変化させることによって、明るさ、およびコントラスト比の調整が可能である。コントラスト比の改善は、不要な光線がレンズ面又は部品枠等に当たることを極力抑えるため、光源に近い側で光線を遮光することが有効である。このため、本開示では、図１に示すように、第１光学系Ｕ１ではなく、第２光学系Ｕ２の内部に絞りＳｔＡが配置されている。

【0024】

また、中間像ＭＩを形成するタイプの光学系において、中間像ＭＩより縮小側に可変絞りを含むことによって、下記事情による利点も得ることができる。可変絞りを用いて光量を調整する際は、投写像全体の明るさが均一になることが望ましい。特に、可変絞りを絞った状態で、投写像における周辺光量比が極力均一であることが望ましい。一般に、中間像ＭＩを形成するタイプの光学系では、リレー光学系の瞳位置で瞳収差が良好に補正されているため、リレー光学系内に可変絞りを配置して、このリレー光学系内の可変絞りを絞った状態で周辺光量比を均一にすることに適している。これに対して、中間像ＭＩより拡大側の瞳位置では、瞳収差が大きいことが多い。従って、仮に、中間像ＭＩより拡大側に可変絞りが配置されていて、この可変絞り以外で光線が遮光されていることが無いとしても、この中間像ＭＩより拡大側に配置された可変絞りを絞った状態で周辺光量比を一定にすることは難しい。

【0025】

本開示の投写用光学系は、絞りＳｔＡより拡大側に、交換可能な光学系を含むことが好ましい。この構成によれば、様々な状態に対応する場合に、全体を取り替えるのではなく、投写用光学系の一部のみを交換し、他部を共通とする交換方式が可能となる。特に、開口径を変化させる駆動部と連結されている絞りＳｔＡを含む部分を共通とすることによって、交換される部分の構造を簡素化できる。

【0026】

例えば、図１の例では、第１光学系Ｕ１として、デジタルカメラ用の交換レンズのような一般的な市販レンズを用い、第１光学系Ｕ１を交換可能な光学系としてもよい。上記のような市販レンズは、様々な仕様のものがあり、安価であり、入手性が良いという長所を有する。

【0027】

投写用光学系が、絞りＳｔＡより拡大側に交換可能な光学系を含む場合は、この交換可能な光学系と、投写用光学系内のその他の光学系とは互いに異なる鏡筒に収納されていることが好ましい。このようにした場合は、その他の光学系は固定されたまま、交換可能な光学系のみを簡便に交換することができる。図１の例においては、第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２とが互いに異なる鏡筒（不図示）に収納されていてもよい。例えば、第１光学系Ｕ１がレンズを含む場合は、第１光学系Ｕ１用の鏡筒の内部に鏡枠が設けられ、第１光学系Ｕ１の各レンズ又は各レンズ群はこの鏡枠内に配置される。第１光学系Ｕ１の各レンズ又は各レンズ群が複数存在する場合は、その数の分だけ鏡枠も複数存在する。第１光学系Ｕ１用の鏡筒は、これらの鏡枠を一括して収納し、第１光学系Ｕ１全体を保持する。第２光学系Ｕ２についても同様に、第２光学系Ｕ２用の鏡筒が鏡枠を一括して収納し、第２光学系Ｕ２全体を保持する。第１光学系Ｕ１用の鏡筒と第２光学系Ｕ２用の鏡筒とは互いに異なる別個の部材である。第１光学系Ｕ１用の鏡筒および第２光学系Ｕ２用の鏡筒はそれぞれ、個々の光学系を収納する部材である。なお、第１光学系Ｕ１用の鏡筒および第２光学系Ｕ２用の鏡筒が各レンズ又は各レンズ群を直接保持するように構成することによって、各鏡枠を省略することも可能である。

【0028】

上記の交換可能な光学系は開口径が可変である絞りＳｔＢを含んでいてもよく、交換可能な光学系が絞りＳｔＢを含む場合、投写用光学系のＦナンバーは絞りＳｔＡにより決定されることが好ましい。絞りＳｔＢは、本開示の技術の「第２の絞り」に対応する。投写型表示装置では、外光又は明るい照明光がある環境でも鮮明な投写像が得られるように、投写光の強度を強くしたり、高輝度光源を用いたりしているものが多い。一般的な市販レンズは内部に絞りを有するが、この絞りは通常、投写型表示装置の強い光が当たっても問題が無いような耐熱性を確保していないため、投写型表示装置の強い光が当たると不具合が生じる虞がある。そこで、投写型表示装置の強い光が当たっても問題が無いように絞りＳｔＡの耐熱性を確保しておき、絞りＳｔＢではなく、絞りＳｔＡによってＦナンバーを決定するように絞りＳｔＡで光線を遮光すれば、上記不具合を回避でき、一般的な市販レンズを交換可能な光学系として用いることができる。

【0029】

例えば、絞りＳｔＡは、一例として図２に示すように、光軸ＡＸ１を中心とした円周上に間隔をもって配置された複数の絞り羽根８を有し、全体として円環状の遮光部を形成するように構成することができる。この遮光部より径方向内側の部分が開口部であり、光が通る部分である。開口部は略円形であり、この円形の直径が開口径９である。複数の絞り羽根８を開閉方向に移動させることにより、図２に示すように開口径９が変化する。なお、図２の絞りＳｔＡは８枚の絞り羽根８を有するが、図の煩雑化を避けるため、図２では１つの絞り羽根８にのみ参照符号を付している。絞りＳｔＢも絞りＳｔＡと同様の構成とすることができる。

【0030】

上記の耐熱性の観点から、絞りＳｔＡが含む絞り羽根８は金属製であることが好ましい。金属としては、例えばアルミを用いることができる。絞り羽根８を金属製とすることによって、投写型表示装置の強い光が当たっても問題が無いような耐熱性を確保することができる。もしくは、絞りＳｔＡが含む絞り羽根８は耐熱性樹脂製であるように構成してもよい。このようにした場合は、耐熱性を確保しつつ、コストを抑えることができる。耐熱性樹脂製としては、例えば、ソマブラックフィルム（ソマール株式会社製、登録商標）を用いることができる。上記の絞り羽根８の材料に関する構成は、絞りＳｔＢについても同様である。

【0031】

本開示の投写用光学系は、交換可能な光学系とは異なる部分に、変倍の際に隣り合う群との間隔を変化させて移動する群を含むように構成してもよい。このようにした場合は、交換可能な光学系が固定焦点光学系であっても、投写像のサイズ変更が容易となり、利便性の高い装置を提供することができる。

【0032】

例えば、図１の例では、第２光学系Ｕ２は変倍光学系である。図１の第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の４つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。図１では、変倍の際に固定されているレンズ群の下には接地記号を示し、変倍の際に移動するレンズ群の下には広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズの移動方向を概略的に矢印で示す。

【0033】

本開示の投写用光学系は、拡大側のレンズ面が最も縮小側の中間像ＭＩより縮小側に位置するレンズのうち最も拡大側のレンズから、投写用光学系の最も縮小側のレンズまでの合成横倍率をβとした場合、下記条件式（１）を満足することが好ましい。βは拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の値である。また、投写用光学系が変倍光学系を含む場合は、βは広角端における値とする。例えば、図１の例では、拡大側のレンズ面が中間像ＭＩより縮小側に位置するレンズのうち最も拡大側のレンズは、第１レンズ群Ｇ１の最も拡大側のレンズである。条件式（１）の対応値が下限以下とならないようにすることによって、小型化に有利となる。条件式（１）の対応値が上限以上とならないようにすることによって、中間像ＭＩより拡大側の光学系に求められる屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができ、また、中間像ＭＩより拡大側の光学系に求められるＦナンバーが小さくなり過ぎないため、良好な性能の確保に有利となる。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（１－１）を満足することがより好ましい。
０．２５＜｜β｜＜２ （１）
０．４＜｜β｜＜１．５ （１－１）

【0034】

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、本開示の投写用光学系が満足することが好ましい条件式は、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全ての条件式を含む。

【0035】

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。各実施例および変形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。

【0036】

［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順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２との間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はリレー光学系に対応する。

【0037】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＢと、８枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、１０枚のレンズと、絞りＳｔＡと、３枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。第２光学系Ｕ２は変倍光学系である。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の４つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0038】

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、諸元と可変面間隔を表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つの表に分けて示している。

【0039】

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。最も右の欄には投写用光学系を構成する各光学系の符号を示す。例えば、Ｕ１と示された欄は第１光学系Ｕ１に対応し、Ｕ２と示された欄は第２光学系Ｕ２に対応する。

【0040】

基本レンズデータでは、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。絞りＳｔＡに相当する面の面番号の欄には面番号と（ＳｔＡ）という語句を記載している。絞りＳｔＢに相当する面の面番号の欄には面番号と（ＳｔＢ）という語句を記載している。基本レンズデータには、光学部材ＰＰも示している。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５ａとの間隔である。基本レンズデータの表では、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。

【0041】

表２に、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、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示す。表２では、広角端状態および望遠端状態における各値をそれぞれ、「wide」および「tele」の列に示す。

【0042】

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記載している。表３において、Ｓｎの行には非球面の面番号を示し、ＫＡおよびＡｍの行には各非球面についての非球面係数の数値を示す。なお、Ａｍのｍは３以上の整数であり、面により異なる。例えば実施例１の第２０面ではｍ＝３、４、５、・・・、１４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。

【0043】

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。

【0044】

【表1A】

【0045】

【表1B】

【0046】

【表2】

【0047】

【表3】

【0048】

上記の実施例１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。

【0049】

［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３に示す。実施例２の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、および第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２との間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はリレー光学系に対応する。

【0050】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＢと、８枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、９枚のレンズと、絞りＳｔＡと、４枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。第２光学系Ｕ２は、変倍光学系である。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の３つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0051】

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４Ａおよび表４Ｂに、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に示す。

【0052】

【表4A】

【0053】

【表4B】

【0054】

【表5】

【0055】

【表6】

【0056】

［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４に示す。実施例３の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２と、第３光学系Ｕ３とからなる。第２光学系Ｕ２の内部に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はフィールドレンズの機能を有する。第３光学系Ｕ３はリレー光学系に対応する。

【0057】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＢと、８枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、５枚のレンズからなる。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、９枚のレンズと、絞りＳｔＡと、３枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。第３光学系Ｕ３は、変倍光学系である。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の３つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0058】

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、諸元と可変面間隔を表８に、非球面係数を表９に示す。

【0059】

【表7A】

【0060】

【表7B】

【0061】

【表8】

【0062】

【表9】

【0063】

［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５に示す。実施例４の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２と、第３光学系Ｕ３とからなる。第２光学系Ｕ２の内部に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はフィールドレンズの機能を有する。第３光学系Ｕ３はリレー光学系に対応する。

【0064】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＢと、８枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、６枚のレンズからなる。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＡと、７枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。第３光学系Ｕ３は、変倍光学系である。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５の５つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の３つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0065】

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、諸元と可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に示す。

【0066】

【表10A】

【0067】

【表10B】

【0068】

【表11】

【0069】

【表12】

【0070】

［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６に示す。実施例５の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２と、第３光学系Ｕ３とからなる。第２光学系Ｕ２の内部に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はフィールドレンズの機能を有する。第３光学系Ｕ３はリレー光学系に対応する。

【0071】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、６枚のレンズと、絞りＳｔＢと、７枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、５枚のレンズからなる。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、５枚のレンズと、絞りＳｔＡと、６枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。

【0072】

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１３Ａおよび表１３Ｂに、諸元を表１４に、非球面係数を表１５に示す。

【0073】

【表13A】

【0074】

【表13B】

【0075】

【表14】

【0076】

【表15】

【0077】

［実施例５の変形例］
図７に、実施例５の変形例に係る投写用光学系の構成と光束を示す。図７の変形例の第３光学系Ｕ３は、光路折り曲げ部材であるミラーＭｒを含み、ミラーＭｒによって光路を折り曲げている点が実施例５の投写用光学系の第３光学系Ｕ３と異なる。図７の投写用光学系のその他の構成は、実施例５の投写用光学系と同様である。第４１面とミラーＭｒとの光軸上の間隔は４０ｍｍ（ミリメートル）である。光路を折り曲げることによって、コンパクトな構成が可能になる。

【0078】

［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８に示す。実施例６の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２と、第３光学系Ｕ３とからなる。第２光学系Ｕ２の内部に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はフィールドレンズの機能を有する。第３光学系Ｕ３はリレー光学系に対応する。

【0079】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、７枚のレンズと、絞りＳｔＢと、８枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、６枚のレンズからなる。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、５枚のレンズと、絞りＳｔＡと、７枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径および絞りＳｔＢの開口径は可変である。第３光学系Ｕ３は、変倍光学系である。第３光学系Ｕ３は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の３つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0080】

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１６Ａおよび表１６Ｂに、諸元と可変面間隔を表１７に、非球面係数を表１８に示す。

【0081】

【表16A】

【0082】

【表16B】

【0083】

【表17】

【0084】

【表18】

【0085】

［実施例７］
実施例７の投写用光学系の構成と光束の断面図を図９に示す。実施例７の投写用光学系は、光学系として、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２との間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はリレー光学系に対応する。

【0086】

第１光学系Ｕ１は、１１枚のレンズからなる。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、４枚のレンズと、絞りＳｔＡと、４枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径は可変である。

【0087】

実施例７の投写用光学系について、基本レンズデータを表１９Ａおよび表１９Ｂに、諸元を表２０に、非球面係数を表２１に示す。実施例７のこれらのデータは、焦点距離の絶対値が１となるように正規化した場合のものである。

【0088】

【表19A】

【0089】

【表19B】

【0090】

【表20】

【0091】

【表21】

【0092】

［実施例８］
実施例８の投写用光学系の構成と光束の断面図を図１０に示す。実施例８の投写用光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２との間に中間像ＭＩが形成される。第１光学系Ｕ１は交換可能である。第２光学系Ｕ２はリレー光学系に対応する。

【0093】

第１光学系Ｕ１は、拡大側から縮小側へ順に、８枚のレンズと、ミラーＭｒと、６枚のレンズとからなる。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、ミラーＭｒと、５枚のレンズと、絞りＳｔＡと、４枚のレンズとからなる。絞りＳｔＡの開口径は可変である。第２光学系Ｕ２は、変倍光学系である。第２光学系Ｕ２は、拡大側から縮小側へ順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、および第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群からなる。変倍の際、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は画像表示面５ａに対して固定されており、その他の２つのレンズ群は隣り合う群との間隔を変化させて移動する。

【0094】

実施例８の投写用光学系について、基本レンズデータを表２２Ａおよび表２２Ｂに、諸元と可変面間隔を表２３に、非球面係数を表２４に示す。基本レンズデータでは、ミラーＭｒに相当する面の面番号の欄にＭｒという語句を記載している。実施例８のこれらのデータは、焦点距離の絶対値が１となるように正規化した場合のものである。

【0095】

【表22A】

【0096】

【表22B】

【0097】

【表23】

【0098】

【表24】

【0099】

表２５に、ｄ線を基準とした場合の実施例１～８の条件式（１）の対応値を示す。表２５に示す実施例の対応値を条件式の上限又は下限として用いて、条件式の好ましい範囲を設定してもよい。

【0100】

【表25】

【0101】

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１１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１１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１１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１１ではその図示を省略している。

【0102】

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。

【0103】

図１２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１２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１２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１２ではその図示を省略している。

【0104】

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。

【0105】

図１３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１３に示す投写型表示装置３００は、本開示の実施形態に係る投写用光学系３１０と、光源３１５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反射型表示素子３１ａ～３１ｃとを有する。また、投写型表示装置３００は、色分離のためのダイクロイックミラー３２、３３と、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４と、光路偏向のための全反射ミラー３８と、偏光分離プリズム３５ａ～３５ｃとを有する。なお、図１３では、投写用光学系３１０は概略的に図示している。また、光源３１５とダイクロイックミラー３２の間にはインテグレーターが配されているが、図１３ではその図示を省略している。

【0106】

光源３１５からの白色光はダイクロイックミラー３２、３３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偏光分離プリズム３５ａ～３５ｃを経て、各色光光束それぞれに対応する反射型表示素子３１ａ～３１ｃに入射して変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、投写用光学系３１０に入射する。投写用光学系３１０は、反射型表示素子３１ａ～３１ｃにより変調された変調光に基づく光学像をスクリーン３０５上に投写する。

【0107】

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、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、各光学系が含むレンズの枚数、変倍光学系が含むレンズ群の数、各レンズ群が含むレンズの枚数は上記例と異なる数にしてもよい。また、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。

【0108】

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。

【0109】

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］
縮小側の画像表示面に表示される画像を拡大側に投写する投写用光学系であって、
前記投写用光学系の内部に少なくとも１つの中間像が形成され、
最も縮小側の前記中間像より縮小側に、開口径が可変である第１の絞りを含む投写用光学系。
［付記項２］
前記第１の絞りより拡大側に、交換可能な光学系を含む請求項１に記載の投写用光学系。
［付記項３］
前記交換可能な光学系は開口径が可変である第２の絞りを含み、
前記投写用光学系のＦナンバーは前記第１の絞りにより決定される請求項２に記載の投写用光学系。
［付記項４］
前記交換可能な光学系とは異なる部分に、変倍の際に隣り合う群との間隔を変化させて移動する群を含む請求項２又は３に記載の投写用光学系。
［付記項５］
拡大側のレンズ面が最も縮小側の前記中間像より縮小側に位置するレンズのうち最も拡大側のレンズから、前記投写用光学系の最も縮小側のレンズまでの合成横倍率をβとし、
βは、拡大側を物体側、縮小側を像側とした場合の値とし、
前記投写用光学系が変倍光学系を含む場合はβは広角端における値とした場合、
０．２５＜｜β｜＜２ （１）
で表される条件式（１）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。
［付記項６］
０．４＜｜β｜＜１．５ （１－１）
で表される条件式（１－１）を満足する請求項５に記載の投写用光学系。
［付記項７］
前記第１の絞りが含む絞り羽根は金属製である請求項１から６のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項８］
前記第１の絞りが含む絞り羽根は耐熱性樹脂製である請求項１から６のいずれか１項に記載の投写用光学系。
［付記項９］
前記画像を出力するライトバルブと、
請求項１から８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。

【符号の説明】

【0110】

５ａ 画像表示面
８ 絞り羽根
９ 開口径
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
３１ａ～３１ｃ 反射型表示素子
３２ ダイクロイックミラー
３３ ダイクロイックミラー
３４ クロスダイクロイックプリズム
３５ａ～３５ｃ 偏光分離プリズム
３８ 全反射ミラー
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
３００ 投写型表示装置
３０５ スクリーン
３１０ 投写用光学系
３１５ 光源
ＡＸ１ 光軸
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
ＭＩ 中間像
Ｍｒ ミラー
ＰＰ 光学部材
ＳｔＡ 絞り
ＳｔＢ 絞り
Ｕ１ 第１光学系
Ｕ２ 第２光学系
Ｕ３ 第３光学系

【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】