▶ リコーインダストリアルソリューションズ株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-27
(45)【発行日】2022-10-05
(54)【発明の名称】投射光学系及び画像投射装置
(51)【国際特許分類】
G02B 17/08 20060101AFI20220928BHJP
G02B 13/16 20060101ALI20220928BHJP
G02B 13/18 20060101ALI20220928BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20220928BHJP
【ＦＩ】
G02B17/08 A
G02B13/16
G02B13/18
G03B21/14 D
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018168117
(22)【出願日】2018-09-07
(65)【公開番号】P2020042103
(43)【公開日】2020-03-19
【審査請求日】2021-04-19
(73)【特許権者】
【識別番号】514274487
【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(74)【代理人】
【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
(72)【発明者】
【氏名】石亀 貴幸
【審査官】岡田 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１８６４８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ９／００－１７／０８
Ｇ０２Ｂ ２１／０２－２１／０４
Ｇ０２Ｂ ２５／００－２５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面上に投射画像として拡大投射する投射光学系であって、前記画像表示面の側から前記被投射面の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配してなり、
前記屈折光学系は複数枚のレンズにより構成され、
前記屈折反射光学素子は、反射面を有する反射面部材と、前記反射面に密接して配置される屈折媒質部とを有し、前記反射面部材と前記屈折媒質部とが境界面で接合された単一の光学素子として構成され、前記屈折媒質部に前記屈折光学系から射出した結像光束の入射面と射出面が形成され、前記反射面は屈折力を有する曲面であり、
前記屈折光学系と前記屈折反射光学素子とにおいて、前記画像表示面に表示された画像の中間像が１以上結像され、
前記屈折反射光学素子の前記入射面と前記反射面との間において、前記画像表示面に表示された画像の中間像を１以上結像する投射光学系。
【請求項2】
請求項１に記載の投射光学系であって、前記境界面が平面であることを特徴とする投射光学系。
【請求項3】
請求項１に記載の投射光学系であって、前記境界面が曲面であることを特徴とする投射光学系。
【請求項4】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の投射光学系であって、前記中間像が、前記境界面とは重複しない位置において結像されることを特徴とする投射光学系。
【請求項5】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の投射光学系であって、前記屈折反射光学素子は、前記屈折光学系のレンズの光軸と平行な方向に伸びた第２反射面を有することを特徴とする投射光学系。
【請求項6】
画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面上に投射画像として拡大投射する投射光学系であって、前記画像表示面の側から前記被投射面の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配してなり、
前記屈折光学系は複数枚のレンズにより構成され、
前記屈折反射光学素子は、第１反射面と、第２反射面と、前記反射面に密接して配置される屈折媒質部とを有する単一の光学素子として構成され、
前記屈折媒質部に前記屈折光学系から射出した結像光束の入射面と射出面が形成され、前記第１反射面は屈折力を有する曲面であり、前記第２反射面は平面形状であって、前記屈折反射光学素子の前記入射面と前記反射面との間において、前記画像表示面に表示された画像の中間像を１以上結像することを特徴とする投射光学系。
【請求項7】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の投射光学系と、光源と、
画像表示面に画像を表示する画像表示素子と、
を有する画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、投射光学系及び画像投射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
カメラやプロジェクタに代表される、反射型の投射光学系を使用した画像投射装置などの光学装置において、更なる小型化を求めて、ミラーの小型化が課題となっている。
このような問題を解決する手段として、例えば屈折力を備えるレンズと、曲面ミラーとの性質を併せ備えた屈折反射素子が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
しかしながら、このような屈折反射素子は、一般に、曲面ミラーの反射面は非球面であり、レンズ側である入射面及び出射面側は同一球面で構成されるため、両面で異なる製造工程となってしまい、コストの上昇を招いてしまうという課題が生じている。
このような問題を解決する手段として、例えば屈折力を備えるレンズと、曲面ミラーとの性質を併せ備えた屈折反射素子が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
しかしながら、このような屈折反射素子は、一般に、曲面ミラーの反射面は非球面であり、レンズ側である入射面及び出射面側は同一球面で構成されるため、両面で異なる製造工程となってしまい、コストの上昇を招いてしまうという課題が生じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、生産が容易で安価な屈折反射素子を用いた投射光学系の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上述した課題を解決するため、本発明にかかる投射光学系は、画像表示素子の画像表示面に表示された画像を被投射面上に投射画像として拡大投射する投射光学系であって、前記画像表示面の側から前記被投射面の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配してなり、前記屈折光学系は複数枚のレンズにより構成され、前記屈折反射光学素子は、反射面を有する反射面部材と、前記反射面に密接して配置される屈折媒質部とを有し、前記反射面部材と前記屈折媒質部とが境界面で接合された単一の光学素子として構成され、前記屈折媒質部に前記屈折光学系から射出した結像光束の入射面と射出面が形成され、前記反射面は屈折力を有する曲面であり、前記屈折光学系と前記屈折反射光学素子とにおいて、前記画像表示面に表示された画像の中間像が１以上結像され、前記屈折反射光学素子の前記入射面と前記反射面との間において、前記画像表示面に表示された画像の中間像を１以上結像する。
【発明の効果】
【0005】
本発明によれば、容易で安価な屈折反射素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の実施形態における画像投射装置の構成の一例を示す図である。
【図2】本発明の第１の実施例におけるレンズユニットの構成の一例を示す図である。
【図3】本発明の第１の実施例における収差図である。
【図4】本発明の第１の実施例におけるコマ収差図である。
【図5】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図6】本発明の第３の実施例を示す図である。
【図7】本発明の第４の実施例を示す図である。
【図8】本発明の第５の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明の実施形態の１つとして、画像投射装置の構成の一例を図１に示す。
画像投射装置１００は、結像光束となる光束Ｌ０を射出する光源１０１と、画像表示面に投射すべき画像を表示して、透過する光束に画像情報を付与する画像表示素子１０２と、を有している。
画像投射装置１００はまた、画像を被投射面たる投射面１０４に投影するための投射光学系を備えるレンズユニット２００と、投射面１０４に投影するべき画像を表示するために画像表示素子１０２を制御する制御部と、を有している。
画像投射装置１００は、結像光束となる光束Ｌ０を射出する光源１０１と、画像表示面に投射すべき画像を表示して、透過する光束に画像情報を付与する画像表示素子１０２と、を有している。
画像投射装置１００はまた、画像を被投射面たる投射面１０４に投影するための投射光学系を備えるレンズユニット２００と、投射面１０４に投影するべき画像を表示するために画像表示素子１０２を制御する制御部と、を有している。
【0008】
光源１０１は、光線を出射する発光源たるハロゲンランプを用いて、白色光を略並行に出射する。ここで光源としてはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤを用いても良い。
光源１０１は白色光源であるが、レーザー光源のような単色光源を複数用い、R、G、B等の１つまたは複数の基本色に対応する波長へ、変換された光を組み合わせた光源、または変換された光とそのレーザー光源の単色光とを組み合わせた光源であっても良い。
光源１０１は白色光源であるが、レーザー光源のような単色光源を複数用い、R、G、B等の１つまたは複数の基本色に対応する波長へ、変換された光を組み合わせた光源、または変換された光とそのレーザー光源の単色光とを組み合わせた光源であっても良い。
【0009】
画像表示素子１０２は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段であり、本実施形態においてはＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子である。なお、画像表示素子１０２は、液晶パネルであっても良いし、自発光性の発光素子アレイのようなものを用いるとしても良い。また、画像表示素子１０２は、コンピュータなどの外部機器から入力された画像を表示するものであっても良いし、画像投射装置内部に配置された制御部によって構成された画像データを表示するものであっても良い。
【0010】
レンズユニット２００の構成について説明する。
レンズユニット２００への入射光の光軸すなわちレンズ光軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な方向のうち、図２における紙面上下方向に平行な軸をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な軸をＸ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図２に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。
レンズユニット２００への入射光の光軸すなわちレンズ光軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な方向のうち、図２における紙面上下方向に平行な軸をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な軸をＸ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図２に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。
【0011】
レンズユニット２００は、図２に示すように、Ｚ軸上に配置されて屈折光学系１０を構成する複数のレンズＬＮ１～ＬＮ１１と、レンズＬＮ１１よりもＺ方向下流側にあって結像光束を投射面１０４へ向かって投射するための屈折反射光学素子たる接合レンズ２０と、を有している。
すなわち本実施形態において、レンズユニット２００は「画像表示面の側から投射面１０４の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配して」なる投射光学系を構成している。
すなわち本実施形態において、レンズユニット２００は「画像表示面の側から投射面１０４の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配して」なる投射光学系を構成している。
【0012】
屈折光学系１０は、複数枚のレンズＬＮ１～ＬＮ１１で構成された屈折光学系であって、これらレンズのうち２枚以上が互いに接合された接合レンズであっても良い。また、本実施形態においては、レンズを１１枚用いた構成について述べるが、屈折光学系１０を構成するレンズの枚数を限定するものではなく、種々の光学設計条件に合わせて適切な枚数を用いればよい。
【0013】
接合レンズ２０は、屈折光学系１０からの結像光束Ｌ１が入射される入射面２０Ａと、凹面ミラーとして機能する反射面２０Ｂと、反射面２０Ｂで反射された結像光束Ｌ１が投射光束Ｌ２として出射される出射面２０Ｃと、を有している。
接合レンズ２０は、反射面部材２１と、屈折媒質部２２とが境界面２３において互いに密接して儲けられており、反射面部材２１と屈折媒質部２２とが一体に形成されて「単一の光学素子」として構成されている。
接合レンズ２０は、反射面部材２１と、屈折媒質部２２とが境界面２３において互いに密接して儲けられており、反射面部材２１と屈折媒質部２２とが一体に形成されて「単一の光学素子」として構成されている。
【0014】
屈折光学系１０から出射された結像光束Ｌ１は、接合レンズ２０の入射面２０Ａから入射し、屈折媒質部２２から反射面部材２１を経て反射面２０Ｂによって反射されると、出射面２０Ｃから被投射面たる投射面１０４へ向けて射出される。
ここで接合レンズ２０の入射面２０Ａ、反射面２０Ｂ、出射面２０Ｃのうち、少なくとも反射面２０Ｂは「屈折力を持つ曲面」であり、入射面２０Ａ，出射面２０Ｃのうち、少なくとも一方は屈折力を持つことができる。なお、ここで屈折力を持つ場合には正、負何れの屈折力を持っていても良い。またかかる屈折力を持つ面の形状は。凸球面や凹球面等の球面形状の他、非球面形状やシリンダ面のようなアナモルフィック形状、自由曲面であっても良い。
画像表示素子１０２の画像表示面と、投射面１０４に拡大投射された投射画像とは、投射光学系により共役な関係にある。また、かかる投射光学系は、接合レンズ２０の内部において、言い換えると入射面２０Ａに入射してから出射面２０Ｃで出射するまでの光路のうち少なくとも１以上の位置において、画像表示面に表示された画像の「中間像」を結像する。
また、このとき接合レンズ２０の内部において中間像を１以上結像しているために、屈折光学系１０の中でも一旦結像する場合がある。従って、中間像は投射光学系全体の中で１以上結像している。
ここで接合レンズ２０の入射面２０Ａ、反射面２０Ｂ、出射面２０Ｃのうち、少なくとも反射面２０Ｂは「屈折力を持つ曲面」であり、入射面２０Ａ，出射面２０Ｃのうち、少なくとも一方は屈折力を持つことができる。なお、ここで屈折力を持つ場合には正、負何れの屈折力を持っていても良い。またかかる屈折力を持つ面の形状は。凸球面や凹球面等の球面形状の他、非球面形状やシリンダ面のようなアナモルフィック形状、自由曲面であっても良い。
画像表示素子１０２の画像表示面と、投射面１０４に拡大投射された投射画像とは、投射光学系により共役な関係にある。また、かかる投射光学系は、接合レンズ２０の内部において、言い換えると入射面２０Ａに入射してから出射面２０Ｃで出射するまでの光路のうち少なくとも１以上の位置において、画像表示面に表示された画像の「中間像」を結像する。
また、このとき接合レンズ２０の内部において中間像を１以上結像しているために、屈折光学系１０の中でも一旦結像する場合がある。従って、中間像は投射光学系全体の中で１以上結像している。
【0015】
反射面部材２１は、内面側に凹面で非球面形状の反射面２０Ｂを有し、屈折媒質部２２の＋Ｚ方向側に配置されている。なお本実施形態においては屈折媒質部２２との境界面２３はＸＹ平面と平行な面としているが、かかる構成に限定されるものではない。
屈折媒質部２２は、ガラスやプラスチック等の光学材料によって構成され、－Ｚ方向側の図２における下部分に入射面２０Ａが、同上部分に出射面２０Ｃが同一球面上に形成されている。
かかる反射面部材２１と、屈折媒質部２２とを境界面２３で接合することによって、接合レンズ２０は、－Ｚ方向側の面が球面で、＋Ｚ方向側の面が非球面となるような屈折反射光学素子として機能する。
屈折媒質部２２は、ガラスやプラスチック等の光学材料によって構成され、－Ｚ方向側の図２における下部分に入射面２０Ａが、同上部分に出射面２０Ｃが同一球面上に形成されている。
かかる反射面部材２１と、屈折媒質部２２とを境界面２３で接合することによって、接合レンズ２０は、－Ｚ方向側の面が球面で、＋Ｚ方向側の面が非球面となるような屈折反射光学素子として機能する。
【0016】
一般に、光学素子においては、レンズ研磨や金型による成型等が用いられている。
しかしながら、このように屈折とともに反射を行うような場合には、レンズ厚が増大するために困難である。
本実施例のように、反射面部材２１と屈折媒質部２２とを一体に形成することにより、より作りやすく安価な屈折反射光学素子を製造することができる。
しかしながら、このように屈折とともに反射を行うような場合には、レンズ厚が増大するために困難である。
本実施例のように、反射面部材２１と屈折媒質部２２とを一体に形成することにより、より作りやすく安価な屈折反射光学素子を製造することができる。
【0017】
しかしながら、単に２つの光学素子を一体に接合するのみでは、境界面２３上に付着する異物などにより、光学性能の低下をもたらす虞がある。
そこで、本実施例においては、図２中に主要な光路図を示すように、中間像Ｉｍ１が、接合レンズ２０内部に、具体的には接合レンズ２０の入射面２０Ａと反射面２０Ｂとの間に少なくとも１つ形成される。
そこで、本実施例においては、図２中に主要な光路図を示すように、中間像Ｉｍ１が、接合レンズ２０内部に、具体的には接合レンズ２０の入射面２０Ａと反射面２０Ｂとの間に少なくとも１つ形成される。
【0018】
このように、中間像Ｉｍ１が接合レンズ２０内部に配置されることにより、境界面２３に入ってしまう異物等の欠陥の影響を抑制することができる。
【0019】
さて、このようなレンズユニット２００において、具体的な光学系データとともに数値実施例を示す。
【0020】
数値実施例における屈折光学系１０は、図２に既に示したように、物体側から像側に向かって、１１枚のレンズＬＮ１～ＬＮ１１を順次配列して構成されている。レンズＬＮ２～ＬＮ４の３枚は接合され、レンズＬＮ４とレンズＬＮ５との間に開口絞りＳが配置されている。
開口絞りＳの像側には、７枚のレンズＬＮ５～ＬＮ１１が配置されている。
接合レンズ２０は「両凸レンズ形状」で、入射面２０Ａと射出面２０Ｃとが同一のレンズ面であり、反射面２０Ｂはレンズ面に蒸着形成された反射膜を「反射面部材」として形成されている。
開口絞りＳの像側には、７枚のレンズＬＮ５～ＬＮ１１が配置されている。
接合レンズ２０は「両凸レンズ形状」で、入射面２０Ａと射出面２０Ｃとが同一のレンズ面であり、反射面２０Ｂはレンズ面に蒸着形成された反射膜を「反射面部材」として形成されている。
【0021】
また数値実施例においては、「斜光束」が結像光束Ｌ１として用いられている。即ち、図２に示すように、画像表示素子１０２に表示される画像は、投射光学系のレンズ光軸に対して＋Ｙ方向側にずれている。結像光束Ｌ１としての斜光束は、屈折光学系１０と接合レンズ２０の入射面２０Ａの正の屈折力とによって、屈折媒質部２２の内部に中間像Ｉｍ１を倒立像として結像する。
中間像Ｉｍ１を物体として、反射面２０Ｂと出射面２０Ｃとの正の屈折力によって、投射画像が投射面１０４へ向かって拡大投射される。なお、以降の実施例について、投射面１０４の図示は省略する。
開口絞りＳよりも像側に位置するレンズＬＮ５～ＬＮ１１のうち、レンズＬＮ９～ＬＮ１１は、反射面２０Ｂによって反射される結像光束Ｌ１を「ケラない」ように、使用しないレンズ部分を切除された形状（例えば、Ｄカットレンズのような形状）としても良い。
中間像Ｉｍ１を物体として、反射面２０Ｂと出射面２０Ｃとの正の屈折力によって、投射画像が投射面１０４へ向かって拡大投射される。なお、以降の実施例について、投射面１０４の図示は省略する。
開口絞りＳよりも像側に位置するレンズＬＮ５～ＬＮ１１のうち、レンズＬＮ９～ＬＮ１１は、反射面２０Ｂによって反射される結像光束Ｌ１を「ケラない」ように、使用しないレンズ部分を切除された形状（例えば、Ｄカットレンズのような形状）としても良い。
【0022】
第１の実施例の投射光学系は、画素数：１９２０×１０８０で、ピッチ：５．４μｍの画像表示面をもつ画像表示素子１０４の画像表示面に表示された画像を、９４．７インチの対角長を有する投射面１０４上に拡大投射する態様を想定している。
結像における物体高は１０ｍｍ、焦点距離：４．２８ｍｍである。また、開口数ＮＡ：０．２７７８で、光学系全長：１９３．２８ｍｍであり、結像倍率は２０１．６倍である。投射距離は「－８５５ｍｍ」で投射倍率は「２０１．６倍」である。
結像における物体高は１０ｍｍ、焦点距離：４．２８ｍｍである。また、開口数ＮＡ：０．２７７８で、光学系全長：１９３．２８ｍｍであり、結像倍率は２０１．６倍である。投射距離は「－８５５ｍｍ」で投射倍率は「２０１．６倍」である。
【0023】
以下に示す光学系データにおいて、「面番号」は縮小側（画像表示面側）から拡大側に向かって数えた数字で表し、画像表示面を物面として「Ｓ０」、被投射面であるスクリーンの面を「Ｓｉ」としている。
「Ｒ」は、開口絞りＳの面や色合成プリズムＰを含む各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表わす。
「Ｄ」は、光軸上の面間隔を表す。
「Ｎｄ」および「Ｖｄ」は、各レンズの材質のｄ線での屈折率とアッペ数を表す。
「有効径」は、各面の光学有効径を表す。長さの次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。
曲率半径：Ｒの欄で（※）の記号を付した面は「非球面」である。
非球面は、非球面量：Ｚ、光軸からの高さ：ｒ、円錐定数：ｋ、２次～２０次の偶数次の非球面係数：Ａ、Ｂ、・・・、Ｇ、Ｈ、Ｊを用いて、周知の次式により表す。
「Ｒ」は、開口絞りＳの面や色合成プリズムＰを含む各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表わす。
「Ｄ」は、光軸上の面間隔を表す。
「Ｎｄ」および「Ｖｄ」は、各レンズの材質のｄ線での屈折率とアッペ数を表す。
「有効径」は、各面の光学有効径を表す。長さの次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。
曲率半径：Ｒの欄で（※）の記号を付した面は「非球面」である。
非球面は、非球面量：Ｚ、光軸からの高さ：ｒ、円錐定数：ｋ、２次～２０次の偶数次の非球面係数：Ａ、Ｂ、・・・、Ｇ、Ｈ、Ｊを用いて、周知の次式により表す。
【0024】
【数1】
【0025】
実施例の光学系データを表１に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
「非球面のデータ」
非球面データを表２に示す。
非球面のデータにおいて例えば「－1.392830E-17」とあるのは「－1.392830×10-17」を意味する。
「表１」に示されたように、反射屈折光学素子の入射面（Ｓ２８）、射出面（Ｓ３０）は同一面で「凸球面」であり、反射面（Ｓ２９）は「光軸に対して回転対称な非球面」である。
非球面データを表２に示す。
非球面のデータにおいて例えば「－1.392830E-17」とあるのは「－1.392830×10-17」を意味する。
「表１」に示されたように、反射屈折光学素子の入射面（Ｓ２８）、射出面（Ｓ３０）は同一面で「凸球面」であり、反射面（Ｓ２９）は「光軸に対して回転対称な非球面」である。
【0028】
【表2】
【0029】
【0030】
【0031】
図５に、図２に示した実施の形態の第２の実施例を説明図として示す。なお、以降の実施例において混同の恐れが無いと思われるものについては、図２におけるものと同一の符号を付して適宜説明を省略する。特に、屈折光学系１０の各レンズ面の形状は、表１、表２等に示した構成に従うものとする。
【0032】
図５に示した第２の実施例においては、中間像Ｉｍ１の形成される位置が、境界面２３に重複しない位置にあるとともに、結像光束Ｌ１のうち、主たる光線の集中する位置が、何れも接合レンズ２０のうち屈折媒質部２２の内部に配置されるように構成されている。
かかる構成により、中間像Ｉｍ１が境界面２３を跨がないので、より容易で安価な屈折反射素子を製造することができる。
このように、接合レンズ２０の境界面２３と、中間像Ｉｍ１の形成される位置とが重複しないように配置することにより、境界面２３における汚れや異物等の影響を更に低減することができる。
また、中間像Ｉｍ１の結像位置は、光線が集中することとなるため、高温となることが予想される。このような温度上昇によって、接合レンズ２０の屈折媒質部２２と反射面部材２１との間の熱膨張差が生じてしまうと、光学性能に対して影響が大きい。しかしながら、接合レンズ２０の内部であって、かつ境界面２３に重複しない位置とすることによれば、かかる光線の集中及びそれに伴う温度上昇の影響をより低減し易く、好ましい。また、レンズユニット２００を組み立てる際等にも、集光位置付近に触れる虞が無くなるため好ましい。
かかる構成により、中間像Ｉｍ１が境界面２３を跨がないので、より容易で安価な屈折反射素子を製造することができる。
このように、接合レンズ２０の境界面２３と、中間像Ｉｍ１の形成される位置とが重複しないように配置することにより、境界面２３における汚れや異物等の影響を更に低減することができる。
また、中間像Ｉｍ１の結像位置は、光線が集中することとなるため、高温となることが予想される。このような温度上昇によって、接合レンズ２０の屈折媒質部２２と反射面部材２１との間の熱膨張差が生じてしまうと、光学性能に対して影響が大きい。しかしながら、接合レンズ２０の内部であって、かつ境界面２３に重複しない位置とすることによれば、かかる光線の集中及びそれに伴う温度上昇の影響をより低減し易く、好ましい。また、レンズユニット２００を組み立てる際等にも、集光位置付近に触れる虞が無くなるため好ましい。
【0033】
【0034】
図６に示した第３の実施例においては、境界面２３はＸＹ平面に対して湾曲した曲面形状を有している。
かかる構成により、境界面２３の屈折力をも考慮して調整することができ、また境界面２３の形状により、屈折媒質部２２の形状や、反射面部材２１の形状を考慮することで、接合レンズ２０の更なる小型化や、より容易で安価に製造することができる。
かかる構成により、境界面２３の屈折力をも考慮して調整することができ、また境界面２３の形状により、屈折媒質部２２の形状や、反射面部材２１の形状を考慮することで、接合レンズ２０の更なる小型化や、より容易で安価に製造することができる。
【0035】
本発明の第４の実施例として、図７にレンズユニット３００を示す。なおレンズユニット３００のうち、既に説明した第１の実施例と同様の構成については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
レンズユニット３００においては、接合レンズ３０は、入射面３０Ａと出射面３０Ｄとの間に、第１反射面３０Ｂと第２反射面３０Ｃと、を有している。
接合レンズ３０は、第１反射面３０Ｂを有する反射面部材３１と、反射面部材３１に密接して配置される屈折媒質部３２とを有し、反射面部材３１と屈折媒質部３２とが境界面３３で接合された単一の光学素子として構成される。
また、「屈折媒質部３２に屈折光学系１０から射出した結像光束Ｌ１の入射面３０Ａと射出面３０Ｄが形成され、接合レンズ３０の入射面３０Ａと反射面３０Ｂとの間において、画像表示面に表示された画像の中間像Ｉｍ１を１以上結像」する。
レンズユニット３００においては、接合レンズ３０は、入射面３０Ａと出射面３０Ｄとの間に、第１反射面３０Ｂと第２反射面３０Ｃと、を有している。
接合レンズ３０は、第１反射面３０Ｂを有する反射面部材３１と、反射面部材３１に密接して配置される屈折媒質部３２とを有し、反射面部材３１と屈折媒質部３２とが境界面３３で接合された単一の光学素子として構成される。
また、「屈折媒質部３２に屈折光学系１０から射出した結像光束Ｌ１の入射面３０Ａと射出面３０Ｄが形成され、接合レンズ３０の入射面３０Ａと反射面３０Ｂとの間において、画像表示面に表示された画像の中間像Ｉｍ１を１以上結像」する。
【0036】
すなわち言い換えると本実施例における接合レンズ３０は、複数の反射面を有している。また、かかる２つの反射面のうち、第１反射面３０Ｂは図７から明らかなように、曲面形状を有しており、屈折力を備えている。他方、第２反射面３０Ｃは、ＺＸ平面に平行な平面形状を有しており、屈折力を持たない。
すなわち本実施例において、『屈折反射光学素子は、屈折光学系のレンズの光軸と平行な方向に伸びた第２反射面を有する』。
すなわち本実施例において、『屈折反射光学素子は、屈折光学系のレンズの光軸と平行な方向に伸びた第２反射面を有する』。
【0037】
このように、接合レンズ３０が複数の反射面を有することで、屈折媒質部３２を透過する光路の距離が伸びるので、屈折媒質部３２に屈折率の小さい材料を用いたとしても、接合レンズ３０全体の屈折力を維持しながら小型化することができる。すなわち、レンズユニット３００の低コスト化と小型化に寄与する。
また、接合レンズ３０の有する複数の反射面のうち、少なくとも１つの反射面をレンズの光軸と平行な方向に伸びた第２反射面３０Ｃとすることによれば、接合レンズ３０における第２反射面３０Ｃのパワーの影響を抑えることができるためより望ましい。
また、接合レンズ３０の有する複数の反射面のうち、少なくとも１つの反射面をレンズの光軸と平行な方向に伸びた第２反射面３０Ｃとすることによれば、接合レンズ３０における第２反射面３０Ｃのパワーの影響を抑えることができるためより望ましい。
【0038】
さて、本発明の第５の実施例として、図８に示すような構成について説明する。
かかる第５の実施例においては、第４の実施例で用いた接合レンズ３０に替えて、屈折反射光学素子としてのＤカットレンズ４０を用いている。なお、屈折光学系１０については、説明の煩雑化を避けるため、第１の実施形態と同様の構成として説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態におけるＤカットレンズ４０は、単一の光学素子として構成される。すなわち、境界面を有していない単一の光学素子としている。
また、Ｄカットレンズ４０は、入射面４０Ａと、出射面４０Ｄとを有し、入射面４０Ａと出射面４０Ｄとの光路上に配置され、曲面形状を有する第１反射面４０Ｂと、ＸＺ平面に平行な平面形状を有する第２反射面４０Ｃと、をそれぞれ有している。
かかる第５の実施例においては、第４の実施例で用いた接合レンズ３０に替えて、屈折反射光学素子としてのＤカットレンズ４０を用いている。なお、屈折光学系１０については、説明の煩雑化を避けるため、第１の実施形態と同様の構成として説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態におけるＤカットレンズ４０は、単一の光学素子として構成される。すなわち、境界面を有していない単一の光学素子としている。
また、Ｄカットレンズ４０は、入射面４０Ａと、出射面４０Ｄとを有し、入射面４０Ａと出射面４０Ｄとの光路上に配置され、曲面形状を有する第１反射面４０Ｂと、ＸＺ平面に平行な平面形状を有する第２反射面４０Ｃと、をそれぞれ有している。
【0039】
かかる構成においては、Ｄカットレンズ４０の材質は、例えば第１の実施形態において屈折媒質部２２として用いられた光学材料などを用いることが望ましい。
また、本実施形態においては、Ｄカットレンズ４０の＋Ｚ方向側の表面が第１反射面４０Ｂとしての機能を有しており、かかる構成により、容易で安価な屈折反射素子を製造することができる。
また、本実施形態においては、第１反射面４０Ｂは、Ｄカットレンズ４０の＋Ｚ方向側の面に形成された金属薄膜であるが、かかる構成に限定されるものではない。
本実施形態においては、第２反射面４０Ｃは、ＸＺ平面に平行な平面状の屈折力を有さない反射面であるが、かかる構成に限定されるものではなく、第１反射面４０Ｂあるいは第２反射面４０Ｃのうち何れか１方が屈折力を有していればよい。
また、本実施形態においては、Ｄカットレンズ４０の＋Ｚ方向側の表面が第１反射面４０Ｂとしての機能を有しており、かかる構成により、容易で安価な屈折反射素子を製造することができる。
また、本実施形態においては、第１反射面４０Ｂは、Ｄカットレンズ４０の＋Ｚ方向側の面に形成された金属薄膜であるが、かかる構成に限定されるものではない。
本実施形態においては、第２反射面４０Ｃは、ＸＺ平面に平行な平面状の屈折力を有さない反射面であるが、かかる構成に限定されるものではなく、第１反射面４０Ｂあるいは第２反射面４０Ｃのうち何れか１方が屈折力を有していればよい。
【0040】
第３の実施形態においては、『画像表示面の側から被投射面の側に向かって、順次、屈折光学系と屈折反射光学素子とを配してなり、前記屈折光学系は複数枚のレンズにより構成され、前記屈折反射光学素子は、第１反射面と、第２反射面と、前記反射面に密接して配置される屈折媒質部とを有する単一の光学素子として構成され、前記屈折媒質部に前記屈折光学系から射出した結像光束の入射面と射出面が形成され、前記第１反射面と第２反射面とのうち少なくとも１方は屈折力を有する曲面であり、前記屈折光学系と前記屈折反射光学素子とにおいて、前記画像表示面に表示された画像の中間像が１以上結像され、前記屈折反射光学素子の前記入射面と前記反射面との間において、前記画像表示面に表示された画像の中間像を１以上結像する』構成を有している。
一般に、光学材料は高屈折率の材料ほど、要求される屈折力を小型のレンズで実現できるために望ましいが、こうした高屈折率の光学材料は高価であったり、加工が難しい等の課題があることが知られている。しかしながら、本実施形態においては、第１反射面４０Ｂと第２反射面４０Ｃとの間で結像光束Ｌ１を反射し、屈折反射光学素子のサイズを変えることなく内部における光路長を長くすることができるから、更なる小型化や、比較的低屈折率の光学材料を用いても、レンズユニット３００に所望の光学性能を与えることができる。
かかる構成によれば、屈折反射光学素子の内部において中間像Ｉｍ１が形成されるとともに、複数回反射されるから、光路長を長く確保することができてＤカットレンズ４０の低コスト化と小型化とに寄与する。
一般に、光学材料は高屈折率の材料ほど、要求される屈折力を小型のレンズで実現できるために望ましいが、こうした高屈折率の光学材料は高価であったり、加工が難しい等の課題があることが知られている。しかしながら、本実施形態においては、第１反射面４０Ｂと第２反射面４０Ｃとの間で結像光束Ｌ１を反射し、屈折反射光学素子のサイズを変えることなく内部における光路長を長くすることができるから、更なる小型化や、比較的低屈折率の光学材料を用いても、レンズユニット３００に所望の光学性能を与えることができる。
かかる構成によれば、屈折反射光学素子の内部において中間像Ｉｍ１が形成されるとともに、複数回反射されるから、光路長を長く確保することができてＤカットレンズ４０の低コスト化と小型化とに寄与する。
【0041】
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、屈折反射光学素子は「単一の光学素子」であるが、「単一」は形態上のものである。上には、屈折媒質部が単一構造の場合を説明したが、屈折媒質部の構造としてはこれに限らず、例えば、接合レンズ形態のように、２以上の異なる光学媒質の複合的な構造であってもよい。屈折媒質部をこのように複数の光学媒質で構成すると、投射光学系の性能を調整するパラメータが増えるので、投射光学系の設計が容易になる。
例えば、屈折反射光学素子は「単一の光学素子」であるが、「単一」は形態上のものである。上には、屈折媒質部が単一構造の場合を説明したが、屈折媒質部の構造としてはこれに限らず、例えば、接合レンズ形態のように、２以上の異なる光学媒質の複合的な構造であってもよい。屈折媒質部をこのように複数の光学媒質で構成すると、投射光学系の性能を調整するパラメータが増えるので、投射光学系の設計が容易になる。
【0042】
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0043】
１０２ 画像表示素子
１０ 屈折光学系
２０ 屈折反射光学素子（接合レンズ）
２０Ａ 屈折反射光学素子の入射面
２０Ｂ 屈折反射光学素子の反射面
２０Ｃ 屈折反射光学素子の射出面
２１ 反射面部材
２２ 屈折媒質部
２３ 境界面
３０ 屈折反射光学素子（接合レンズ）
３０Ａ 屈折反射光学素子の入射面
３０Ｂ 屈折反射光学素子の第１反射面
３０Ｃ 屈折反射光学素子の第２反射面
３０Ｄ 屈折反射光学素子の射出面
３１ 反射面部材
３２ 屈折媒質部
３３ 境界面
４０ 屈折反射光学素子（Ｄカットレンズ）
ＬＮ１～ＬＮ１１ 屈折光学系を構成するレンズ
Ｓ 開口絞り
Ｉｍ１ 中間像
１０ 屈折光学系
２０ 屈折反射光学素子（接合レンズ）
２０Ａ 屈折反射光学素子の入射面
２０Ｂ 屈折反射光学素子の反射面
２０Ｃ 屈折反射光学素子の射出面
２１ 反射面部材
２２ 屈折媒質部
２３ 境界面
３０ 屈折反射光学素子（接合レンズ）
３０Ａ 屈折反射光学素子の入射面
３０Ｂ 屈折反射光学素子の第１反射面
３０Ｃ 屈折反射光学素子の第２反射面
３０Ｄ 屈折反射光学素子の射出面
３１ 反射面部材
３２ 屈折媒質部
３３ 境界面
４０ 屈折反射光学素子（Ｄカットレンズ）
ＬＮ１～ＬＮ１１ 屈折光学系を構成するレンズ
Ｓ 開口絞り
Ｉｍ１ 中間像
【先行技術文献】
【特許文献】
【0044】
【文献】特許第５２７４０３０号公報
【文献】特許第５６３２７８２号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】