JP2021113913A - 投写光学系およびプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】投写距離を短くすることができる投写光学系を提供する。【解決手段】投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系31と、第2光学系32と、を備える。第1光学系31は、拡大側から縮小側に向かって順にレンズL15と、レンズL14と、を備える。第2光学系32は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1透過面35、反射面36、および第2透過面37を有する光学素子33を備える。レンズL15およびレンズL14は、いずれも両面が非球面である。レンズL15およびレンズL14の少なくとも一方は、第1光学系31の第1光軸N1に沿ったZ軸方向に移動可能である。【選択図】図7

Description

本発明は、投写光学系、およびプロジェクターに関する。
画像形成部が形成した投写画像を、投写光学系により拡大して投写するプロジェクターは特許文献1に記載されている。同文献の投写光学系は、縮小側から拡大側に向かって順に第1光学系と、第2光学系と、からなる。第1光学系は複数枚のレンズを備える屈折光学系を備える。第2光学系は凹形状の反射面を備える反射ミラーからなる。画像形成部は、光源とライトバルブとを備える。画像形成部は、投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する。投写光学系は、第1光学系と反射面との間に中間像を形成し、拡大側結像面に配置されたスクリーンに最終像を投写する。
特開2010−20344号公報
投写光学系およびプロジェクターには、投写距離を短くすることが要求されている。しかしながら、特許文献1の投写光学系を用いて、投写距離をさらに短縮しようとする場合、投写光学系の設計が困難になるという課題があった。
上記の課題を解決するために、本発明は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系と、第2光学系と、を備える投写光学系において、前記第1光学系は、前記拡大側から前記縮小側に向かって順に、第1レンズと第2レンズと、を備え、前記第2光学系は、前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第1透過面、反射面、および第2透過面を有する光学素子、を備え、前記第1レンズおよび前記第2レンズは、いずれも両面が非球面であり、フォーカシングを行う際に、前記第1レンズおよび前記第2レンズの少なくとも一方を前記第1光学系の第1光軸に沿った光軸方向に移動させることを特徴とする。
また、本発明の別の形態は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系と、第2光学系と、を備える投写光学系において、前記第1光学系は、前記拡大側から前記縮小側に向かって順に、第1レンズと第2レンズと、を備え、前記第2光学系は、前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第1透過面、反射面、および第2透過面を有する光学素子、を備え、フォーカシングを行う際に、前記光学素子を前記第1光学系の第1光軸に沿った光軸方向に移動させることを特徴とする。
次に、本発明のプロジェクターは、上記の投写光学系と、前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
投写光学系を備えるプロジェクターの概略構成図である。 投写距離が基準距離の場合の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 投写距離が近距離の場合の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 投写距離が遠距離の場合の投写光学系の全体を模式的に表す光線図である。 投写光学系の光線図である。 第2光学系の光線図である。 実施例1の投写光学系の説明図である。 実施例2の投写光学系の説明図である。 実施例3の投写光学系の説明図である。 実施例4の投写光学系の説明図である。 実施例5の投写光学系の説明図である。 実施例6の投写光学系の説明図である。 実施例7の投写光学系の説明図である。 実施例8の投写光学系の説明図である。 実施例9の投写光学系の説明図である。
以下に図面を参照して、本発明の実施形態に係る投写光学系およびこれを備えるプロジェクターについて詳細に説明する。
(プロジェクター)
図1は本発明の投写光学系3を備えるプロジェクターの概略構成図である。図1に示すように、プロジェクター1は、スクリーンSに投写する投写画像を生成する画像形成部2と、投写画像を拡大してスクリーンSに拡大像を投写する投写光学系3と、画像形成部2の動作を制御する制御部4と、を備える。
(画像生成光学系および制御部)
画像形成部2は、光源10、第1インテグレーターレンズ11、第2インテグレーターレンズ12、偏光変換素子13、重畳レンズ14を備える。光源10は、例えば、超高圧水銀ランプ、固体光源等で構成される。第1インテグレーターレンズ11および第2インテグレーターレンズ12は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子をそれぞれ有する。第1インテグレーターレンズ11は、光源10からの光束を複数に分割する。第1インテグレーターレンズ11の各レンズ素子は、光源10からの光束を第2インテグレーターレンズ12の各レンズ素子の近傍に集光させる。
偏光変換素子13は、第2インテグレーターレンズ12からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ14は、第1インテグレーターレンズ11の各レンズ素子の像を、第2インテグレーターレンズ12を介して、後述する液晶パネル18R、液晶パネル18G、および、液晶パネル18Bの表示領域上で重畳させる。
また、画像形成部2は、第1ダイクロイックミラー15、反射ミラー16およびフィールドレンズ17R、および、液晶パネル18Rを備える。第1ダイクロイックミラー15は、重畳レンズ14から入射した光線の一部であるR光を反射させ、重畳レンズ14から入射した光線の一部であるG光およびB光を透過させる。第1ダイクロイックミラー15で反射されたR光は、反射ミラー16およびフィールドレンズ17Rを経て、液晶パネル18Rへ入射する。液晶パネル18Rは光変調素子である。液晶パネル18RはR光を画像信号に応じて変調することにより、赤色の投写画像を形成する。
さらに、画像形成部2は、第2ダイクロイックミラー21、フィールドレンズ17G、および、液晶パネル18Gを備える。第2ダイクロイックミラー21は、第1ダイクロイックミラー15からの光線の一部であるG光を反射させ、第1ダイクロイックミラー15からの光線の一部であるB光を透過させる。第2ダイクロイックミラー21で反射されたG光は、フィールドレンズ17Gを経て、液晶パネル18Gへ入射する。液晶パネル18Gは光変調素子である。液晶パネル18GはG光を画像信号に応じて変調することにより、緑色の投写画像を形成する。
また、画像形成部2は、リレーレンズ22、反射ミラー23、リレーレンズ24、反射ミラー25、およびフィールドレンズ17B、および、液晶パネル18Bを備える。第2ダイクロイックミラー21を透過したB光は、リレーレンズ22、反射ミラー23、リレーレンズ24、反射ミラー25、およびフィールドレンズ17Bを経て、液晶パネル18Bへ入射する。液晶パネル18Bは光変調素子である。液晶パネル18BはB光を画像信号に応じて変調することにより、青色の投写画像を形成する。
液晶パネル18R、液晶パネル18G、および、液晶パネル18Bは、クロスダイクロイックプリズム19を3方向から囲んでいる。クロスダイクロイックプリズム19は、光合成用のプリズムであり、各液晶パネル18R、18G、18Bで変調された光を合成した投写画像を生成する。
ここで、クロスダイクロイックプリズム19は投写光学系3の一部分を構成する。投写光学系3は、クロスダイクロイックプリズム19が合成した投写画像(各液晶パネル18R、18G、18Bが形成した画像)をスクリーンSに拡大して投写する。スクリーンSは、投写光学系3の拡大側結像面である。
制御部4は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部6と、画像処理部6から出力される画像信号に基づいて液晶パネル18R、液晶パネル18Gおよび液晶パネル18Bを駆動する表示駆動部7と、を備える。
画像処理部6は、外部の機器から入力された画像信号を各色の階調等を含む画像信号に変換する。表示駆動部7は、画像処理部6から出力された各色の投写画像信号に基づいて液晶パネル18R、液晶パネル18Gおよび液晶パネル18Bを動作させる。これにより、画像処理部6は、画像信号に対応した投写画像を液晶パネル18R、液晶パネル18Gおよび液晶パネル18Bに表示する。
(投写光学系)
以下では、プロジェクター1に搭載される投写光学系3の実施例を説明する。投写光学系3は、投写距離を、予め定めた基準距離J1と、基準距離J1よりも短い近距離J2と、基準距離J1よりも長い遠距離J3と、の間で変更可能である。
図2は、基準距離J1で投写する場合の投写光学系3の全体を模式的に表す光線図である。図3は、近距離J2で投写する場合の投写光学系3の全体を模式的に表す光線図である。図4は、遠距離J3で投写する場合の投写光学系3の全体を模式的に表す光線図である。図5は、基準距離J1で投写する場合の投写光学系3の光線図である。図6は、基準距離J1で投写する場合の投写光学系3の第2光学系の光線図である。図2、図3および図4では、本例の投写光学系3からスクリーンSに到達する光束を、光束F1〜F5により模式的に示す。光束F1は最も像高が低い位置に達する光束である。光束F5は最も像高が高い位置に達する光束である。光束F3は光束F1と光束F5との中間の位置に達する光束である。光束F2は光束F1と光束F3との中間の位置に達する光束である。光束F4は光束F3と光束F5との中間の位置に達する光束である。また、以下の図および説明では、液晶パネル18R、液晶パネル18G、液晶パネル18Bを、液晶パネル18として表す。
図5に示すように、投写光学系3は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系31と、第2光学系32と、からなる。第1光学系31は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。第2光学系32は、一つの光学素子33からなる。光学素子33は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1透過面35、反射面36、および第2透過面37を有する。第1透過面35は、縮小側に突出する凸形状である。反射面36は凹形状を備える。第2透過面37は、拡大側に突出する凸形状である。第2光学系32を構成する光学素子33は、第1光学系31の第1光軸N1上に配置される。第2光学系32では、反射面36の第2光軸N2が、第1光軸N1と一致する。
投写光学系3の縮小側結像面には、画像形成部2の液晶パネル18が配置されている。液晶パネル18は、第1光学系31の第1光軸N1の一方側に投写画像を形成する。図2、図3、および図4に示すように、投写光学系3の拡大側結像面には、スクリーンSが配置されている。スクリーンSには、最終像が投写される。スクリーンSは第1光軸N1に対して液晶パネル18の投写画像と同じ側に位置する。第1光学系31と光学素子33の反射面36との間には、縮小側結像面および拡大側結像面と共役な中間像40が結像される。中間像40は最終像に対して上下が反転した共役像ある。本例において、中間像40は、光学素子33の内側に形成される。より具体的には、中間像40は、光学素子33の第1透過面35と反射面36との間に形成される。
以下の説明では、便宜上、互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とする。また、拡大側結像面であるスクリーンSの左右方向をX軸方向、スクリーンSの上下方向をY軸方向、スクリーンSと垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸方向は、第1光学系31の第1光軸N1に沿った光軸方向である。Z軸方向において第1光学系31が位置する側を第1方向Z1、第2光学系32が位置する側を第2方向Z2とする。また、第1光学系31の第1光軸N1、光学素子33の反射面36の第2光軸N2、およびY軸を含む平面をYZ平面とする。図2から図6は、それぞれYZ平面上の光線図である。第1光軸N1および第2光軸N2は、Z軸方向に延びる。液晶パネル18は、第1光学系31の第1光軸N1の上方Y1に投写画像を形成する。スクリーンSは、第1光学系31の第1光軸N1の上方Y1に配置される。中間像40は、第1光軸N1の下方Y2に形成される。
図5に示すように、第1光学系31は、クロスダイクロイックプリズム19と、15枚のレンズL1〜L15を有する。レンズL1〜レンズL15は縮小側から拡大側に向かってこの順に配置されている。本例では、レンズL2とレンズL3は接合された第1接合レンズL21である。レンズL4とレンズL5は接合された第2接合レンズL22である。レンズL6とレンズL7は、接合された第3接合レンズL23である。レンズL10とレンズL11は接合された第4接合レンズL24である。レンズL12とレンズL13とは、接合された第5接合レンズL25である。第3接合レンズL23と、レンズL8との間には、絞りOが配置されている。
第1光学系31において、最も拡大側に位置するレンズL15(第1レンズ)は、拡大側および縮小側の両面が非球面である。また、第1光学系31において、最も拡大側から2番目に位置するレンズL14(第2レンズ)も、拡大側および縮小側の両面が非球面である。なお、投写距離が基準距離J1の場合のレンズL15の位置を第1基準位置P1、レンズL14の位置を第2基準位置P2とする。
ここで、第1光学系31では、レンズL14が、正のパワーを備える。また、第1光学系31は、全体として、正のパワーを備える。これにより、第1光学系31と第2光学系32の間において、主光線同士の間隔が第2光学系32に接近するのに伴って狭くなる。
光学素子33は、反射面36の第2光軸N2を設計軸として設計されている。言い換えれば、第2光軸N2は、第1透過面35、第2透過面37および反射面36の設計上の光軸である。図5、図6に示すように、第1透過面35および反射面36は、第2光軸N2の下方Y2に位置し、第2透過面37は、第2光軸N2の上方Y1に位置する。本例では、光学素子33の第1透過面35、反射面36、および第2透過面37は、第2光軸N2を中心とする回転対称な形状を備える。第1透過面35、反射面36、および第2透過面37は、それぞれ第2光軸N2を中心とする180°の角度範囲に設けられている。
光学素子33の第1透過面35、反射面36および第2透過面37は、いずれも非球面である。反射面36は、光学素子33の第1透過面35とは反対側の面に設けた反射コーティング層である。なお、第1透過面35、反射面36および第2透過面37のそれぞれは、自由曲面としてもよい。自由曲面は、非球面形状の一形態である。この場合に、各自由曲面は、第2光軸N2を設計軸として設計される。従って、投写光学系3では、第1透過面35、反射面36および第2透過面37のいずれかが自由曲面の場合でも、反射面36の第2光軸N2を光学素子33の光軸という。
図6に示すように、第2光学系32の瞳41は、光学素子33の内側に位置する。YZ平面における第2光学系32の瞳41は、第2透過面37の有効光線範囲のY軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲のY軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線がYZ平面上で交差する上側交点Q1と、上端光束の下周辺光線および下端光束の下周辺光線がYZ平面上で交差する下側交点Q2とを結ぶ線で規定される。
瞳41は、YZ平面上で第2光軸N2と垂直な仮想垂直線Vに対して傾斜している。本例では、瞳41が仮想垂直線Vに対して傾斜する傾斜角度θが90°以上である。傾斜角度θは、仮想垂直線Vから図6の図面上を時計回りに取った角度である。
(レンズデータ)
投写距離が基準距離J1の場合の投写光学系3のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、拡大側から縮小側からに順番に付してある。非球面は、面番号に*を付している。符号は、レンズおよびミラーの符号である。レンズおよびミラーに対応しない面番号のデータは、ダミーデータである。rは曲率半径である。dは軸上面間隔である。ndは、屈折率である。vdは、アッベ数である。Yは有効径である。r、d、Yの単位はmmである。
面番号 名称 r d nd vd モード Y
物体面 S 0 0 屈折
1 0 352.380866 屈折 2579.348
*2 37 80 40 1.509398 56.47 屈折 38.346
*3 36 -21.45329 -40 1.509398 56.47 反射 19.826
*4 35 80 -3.463576 屈折 24.319
*5 L15 21.86637 -10 1.531131 55.75 屈折 24.546
*6 436.34945 -14.543248 屈折 27.053
*7 L14 -1019.40089 -9.958351 1.531131 55.75 屈折 25.807
*8 56.8871 -1.298711 屈折 25.095
9 L13 359.11364 -1.55686 1.925108 25.06 屈折 21.554
10 L12 -29.75138 -16.174918 1.479539 54.04 屈折 19.577
11 33.84113 -0.2 屈折 19.519
12 L11 135.07956 -3.46457 1.804198 46.5 屈折 16.859
13 L10 -19.55005 -9.774641 1.705864 22.31 屈折 14.745
14 52.81257 -2.53405 屈折 14.5
15 L09 27.71432 -1.203892 1.7552 27.53 屈折 14.488
16 51.12883 -17.9113 屈折 14.77
17 L08 -72.93096 -15.802377 1.56732 42.84 屈折 15.182
18 50.19562 -15.600299 屈折 14.497
19 0 -6.349998 屈折 9
20 L07 -132.96998 -4.864842 1.443212 84.91 屈折 9.925
21 L06 20.09476 -0.971883 1.920189 26.24 屈折 10.012
22 -87.71137 -3.197082 屈折 10.896
23 L05 -31.57725 -1.229315 1.817534 43.38 屈折 14.759
24 L04 -22.21043 -11.924016 1.495575 47.26 屈折 14.786
25 29.3413 -0.2 屈折 15.253
26 L03 -93.55096 -1.220128 1.953747 32.32 屈折 15.591
27 L02 -24.67121 -8.605999 1.462081 84.59 屈折 15.314
28 58.24298 -0.2 屈折 15.569
29 L01 -44.76054 -5.256438 1.75211 25.05 屈折 16.641
30 132.15006 -5 屈折 16
31 19 0 -30.093 1.51633 64.14 屈折 15.557
32 0 -7.287 屈折 12.854
像面 18 0 0 屈折 11.855
各非球面の非球面係数は以下のとおりである。
面番号 2
コーニック定数 2.983141E+00
4次の係数 4.037066E-06
6次の係数 -2.814271E-09
8次の係数 1.375816E-12
10次の係数 -9.428999E-17
面番号 3
コーニック定数 -3.949636E+00
4次の係数 -1.892617E-05
6次の係数 5.345062E-08
8次の係数 -8.165052E-11
10次の係数 6.242483E-14
面番号 4
コーニック定数 2.983141E+00
4次の係数 4.037066E-06
6次の係数 -2.814271E-09
8次の係数 1.375816E-12
10次の係数 -9.428999E-17
面番号 5
コーニック定数 -3.119399E+00
4次の係数 -1.811605E-05
6次の係数 4.168208E-08
8次の係数 -7.376799E-11
10次の係数 6.173719E-14
面番号 6
コーニック定数 3.597936E+00
4次の係数 2.978469E-05
6次の係数 -3.366763E-08
8次の係数 1.632336E-11
10次の係数 2.06852E-15
面番号 7
コーニック定数 6.175424E+01
4次の係数 1.32437E-05
6次の係数 -1.018409E-08
8次の係数 -1.578957E-11
10次の係数 6.964825E-15
(投写距離の変更)
次に、投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合、および、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合のレンズ位置について説明する。なお、各実施例のシミュレーションに用いた光線は、620nmの波長の光線と、550nmの波長の光線と、470nmの波長の光線との比が2:7:1に重み付けされている。
(実施例1)
図7は、実施例1の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、第2光学系32を構成する光学素子33をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図5に矢印Gで示すとおり、光学素子33を第1方向Z1に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、光学素子33を第2方向Z2に移動させる。
投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。以下に示す軸上面間距離のデータにおいて、S1の欄の値は、図5にJ1、J2、J3で示す投写距離である。言い換えれば、S1の欄の値は、図2に示す基準距離J1、図3に示す近距離J2、および図4に示す遠距離J3である。すなわち、S1の欄の値は、Z軸方向における光学素子33の第2透過面37とスクリーンSとの間の軸上面間距離である。S4の欄の値は、図5に示すように、光学素子33の第1透過面35と第1光学系31のレンズL15との間の軸上面間距離D1である。S6の欄の値は、第1光学系31のレンズL15の縮小側の面L15aとレンズL14との軸上面間距離D2である。S8の欄の値は、第1光学系31のレンズL14の縮小側の面L14aとレンズL13との軸上面間距離D3である。S3〜S33の欄の値は、光学素子33の反射面36と液晶パネル18との軸上面間距離D4を示す。S5〜S33の欄の値は、第1光学系31のレンズL15の拡大側の面L15bと液晶パネル18との軸上面間距離D5を示す。S7〜S33の欄の値は、第1光学系31のレンズL14の拡大側の面L14bと液晶パネル18との軸上面間距離D6を示す。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -3.990511597 -3.251697307
S6(D2) -14.54324832 -14.54324832 -14.54324832
S8(D3) -1.29871095 -1.29871095 -1.29871095
S3〜S33(D4) -249.886 -250.413 -249.675
S5〜S33(D5) -206.423 -206.423 -206.423
S7〜S33(D6) -181.88 -181.88 -181.88
軸上面間距離のデータに示されるように、本例では、投写距離を変更した場合に、光学素子33のみを移動させる。第1光学系31のレンズL1〜L15は固定されている。
本例によれば、光学素子33の移動のみで、投写距離を変更可能である。従って、本例では、投写光学系3を保持する鏡筒、或いは、投写光学系3を支持するプロジェクター1のフレームに、光学素子33を移動可能に支持する支持機構を設けることによりフォーカシングを行うことができる。
(実施例2)
図8は、実施例2の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、光学素子33と、第1光学系31のレンズL14と、をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図8に矢印Gで示すとおり、光学素子33を第1方向Z1に移動させる。また、図8に矢印Hで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、光学素子33を第2方向Z2に移動させ、かつ、レンズL14を第2方向Z2に移動させる。第1光学系31のレンズL1〜L13、およびレンズL15は固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -3.978229505 -3.247264835
S6(D2) -14.54324832 -14.18086369 -14.68016204
S8(D3) -1.29871095 -1.661095584 -1.161797229
S3〜S33(D4) -249.886 -250.401 -249.67
S5〜S33(D5) -206.423 -206.423 -206.423
S7〜S33(D6) -181.88 -182.242 -181.743
本例によれば、光学素子33および第1光学系31の1枚のレンズをZ軸方向に移動させることにより、投写距離を変更可能である。本例は、実施例1と比較して、投写距離が近距離J2の場合に、非点収差の発生を、より抑制できる。
(実施例3)
図9は、実施例3の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、光学素子33、第1光学系31のレンズL14、および第1光学系31のレンズL15をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図9に矢印Gで示すとおり、光学素子33を第2方向Z2に移動させる。また、図9に矢印H、Iで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第2方向Z2に移動させるとともに、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、光学素子33を第1方向Z1に移動させる。また、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させるとともに、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z1に移動させる。第1光学系31のレンズL1〜L13は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.377873328 -3.102615287
S6(D2) -14.54324832 -14.54324832 -14.54324832
S8(D3) -1.29871095 -0.149334295 -1.739851126
S3〜S33(D4) -249.886 -249.651 -249.967
S5〜S33(D5) -206.423 -205.274 -206.864
S7〜S33(D6) -181.88 -180.73 -182.321
本例では、S6の欄の値に表されるとおり、レンズL14およびレンズL15を移動させる際に、レンズL14とレンズL15との軸上面間距離D3を変化させない。すなわち、本例では、光学素子33を所定の方向に移動させるとともに、レンズL14およびレンズL15を、光学素子33の移動方向と同一の方向に同一距離だけ、移動させる。
本例は、実施例1、2と比較して、投写距離が近距離J2の場合に、非点収差の発生を、より抑制できる。また、本例では、第1光学系31のレンズL14およびレンズL15を一体に移動させることができる。従って、1枚の光学素子33と2枚のレンズL14、レンズL15を移動させる場合でも、鏡筒やフレームに、光学素子33をZ軸方向に移動可能に支持する第1移動機構と、レンズL14およびレンズL15をZ軸方向に移動可能に支持する第2移動機構と、を設けることにより、投写距離を変更することができる。
(実施例4)
図10は、実施例4の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、光学素子33と、第1光学系31のレンズL15と、をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図10に矢印Gで示すとおり、光学素子33を第1方向Z1に移動させる。また、図10に矢印Iで示すとおり、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、光学素子33を第2方向Z2に移動させる。また、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z1に移動させる。第1光学系31のレンズL1〜L14は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.088640445 -3.201555556
S6(D2) -14.54324832 -14.22030577 -14.67882161
S8(D3) -1.29871095 -1.29871095 -1.29871095
S3〜S33(D4) -249.886 -250.189 -249.76
S5〜S33(D5) -206.423 -206.1 -206.558
S7〜S33(D6) -181.88 -181.88 -181.88
本例によれば、光学素子33および第1光学系31の1枚のレンズをZ軸方向に移動させることにより、投写距離を変更可能である。
(実施例5)
図11は、実施例5の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、光学素子33、並びに、第1光学系31のレンズL14およびレンズL15をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図11に矢印Gで示すとおり、光学素子33を第2方向Z2に移動させる。また、図11に矢印Hで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第2方向Z2に移動させ、かつ、矢印Iで示すとおり、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、光学素子33を第1方向Z1に移動させる。また、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させ、かつ、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z1に移動させる。第1光学系31のレンズL1〜L13は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.260009958 -3.120385337
S6(D2) -14.54324832 -14.35007667 -14.60329041
S8(D3) -1.29871095 -0.667594791 -1.6206495
S3〜S33(D4) -249.886 -249.859 -249.925
S5〜S33(D5) -206.423 -205.599 -206.805
S7〜S33(D6) -181.88 -181.249 -182.202
S5〜S33の欄の値と、S7からS33の値の欄と、を比較すれば分かるように、本例では、投写距離を変更した際のレンズL14とレンズL15の移動距離が異なる。すなわち、図11に矢印H、Iの長さで示すように、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合、レンズL15が第1基準位置P1から第2方向Z2に移動する第1距離は、レンズL14が第2基準位置P2から第2方向Z2に移動する第2距離よりも長い。また、投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合、レンズL15が第1基準位置P1から第1方向Z1移動する第3距離は、第2レンズが第2基準位置P2から第1方向Z1移動する第4距離よりも長い。
本例によれば、投写距離を遠距離J3とした場合でも、投写距離が基準距離J1の場合と同等の解像度を得ることができる。また、投写距離を近距離J2とした場合でも、投写距離が基準距離J1の場合と同等の解像度を得ることができる。
(実施例6)
図12は、実施例6の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、第1光学系31のレンズL14のみをZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図10に矢印Hで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、レンズL14を第2基準位置P2から第2方向Z2に移動させる。光学素子33は固定されており、光学素子33は、投写距離の変更時に移動しない。また、第1光学系31のレンズL1〜L13、およびレンズL15は固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -3.463575518 -3.463575518
S6(D2) -14.54324832 -14.22101085 -14.63638938
S8(D3) -1.2987109 5 -1.620948421 -1.205569892
S3〜S33(D4) -249.886 -249.886 -249.886
S5〜S33(D5) -206.423 -206.423 -206.423
S7〜S33(D6) -181.88 -182.202 -181.787
本例によれば、第1光学系31の1枚のレンズをZ軸方向に移動させることにより、投写距離を変更可能である。また、光学素子33を移動させる必要がないので、投写距離の変更に際して、光学素子33の第1透過面35、反射面36、および第2透過面37の位置精度が低下することを回避できる。
(実施例7)
図13は、実施例7の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、第1光学系31のレンズL15をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図13に矢印Iで示すとおり、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z1に移動させる。光学素子33は固定されており、投写距離の変更に際して、移動しない。また、第1光学系31のレンズL1〜L14は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.131132314 -3.162086617
S6(D2) -14.54324832 -13.87569152 -14.84473722
S8(D3) -1.29871095 -1.29871095 -1.29871095
S3〜S33(D4) -249.886 -249.886 -249.886
S5〜S33(D5) -206.423 -205.755 -206.724
S7〜S33(D6) -181.88 -181.88 -181.88
本例によれば、第1光学系31の1枚のレンズをZ軸方向に移動させることにより、投写距離を変更可能である。また、本例では、投写距離が遠距離J3の場合に、非点収差の発生を抑制しやすい。さらに、本例では、光学素子33を移動させる必要がないので、投写距離の変更に際して、光学素子33の第1透過面35、反射面36、および第2透過面37の位置精度が低下することを回避できる。
(実施例8)
図14は、実施例8の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、第1光学系31のレンズL14およびレンズL15をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、図14に矢印H、Iで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第2方向Z2に移動させ、かつ、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させ、かつ、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z12に移動させる。光学素子33は固定されており、投写距離の変更に際して、移動しない。また、第1光学系31のレンズL1〜L13は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.268048587 -3.141537125
S6(D2) -14.54324832 -14.54324832 -14.54324832
S8(D3) -1.29871095 -0.494237881 -1.620749344
S3〜S33(D4) -249.886 -249.886 -249.886
S5〜S33(D5) -206.423 -205.618 -206.745
S7〜S33(D6) -181.88 -181.075 -182.202
本例では、S6の欄の値に表されるとおり、レンズL14およびレンズL15を移動させる際に、レンズL14とレンズL15との軸上面間距離D3を変化させない。すなわち、本例では、投写距離の変更に際して、レンズL14およびレンズL15を、同一方向に同一距離だけ、移動させる。
本例では、投写距離かかわらず、非点収差の発生を抑制できる。また、本例によれば、第1光学系31のレンズL14およびレンズL15を一体に移動させることができる。従って、2枚のレンズL14、レンズL15を移動させる場合でも、鏡筒やフレームにレンズL14およびレンズL15をZ軸方向に移動可能に支持する移動機構を一つ設けることにより、投写距離を変更できる。さらに、本例では、光学素子33を移動させる必要がないので、投写距離の変更に際して、光学素子33の第1透過面35、反射面36、および第2透過面37の位置精度が低下することを回避できる。
(実施例9)
図15は、実施例9の説明図である。本例では、投写距離を変更した場合に、第1光学系31のレンズL14およびレンズL15をZ軸方向に移動させる。すなわち、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合には、すなわち、図15に矢印Hで示すとおり、レンズL14を第2基準位置P2から第2方向Z2に移動させ、かつ、矢印Iで示すとおり、レンズL15を第1基準位置P1から第2方向Z2に移動させる。投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合には、レンズL14を第2基準位置P2から第1方向Z1に移動させ、かつ、レンズL15を第1基準位置P1から第1方向Z12に移動させる。光学素子33は固定されており、投写距離の変更に際して、移動しない。また、第1光学系31のレンズL1〜L13は、固定されている。投写光学系3の各投写距離における軸上面間距離は以下のとおりである。
基準距離J1 近距離J2 遠距離J3
S1 352.3808657 208.7089626 487.3816571
S4(D1) -3.463575518 -4.246279979 -3.138985654
S6(D2) -14.54324832 -14.34201858 -14.61566059
S8(D3) -1.29871095 -0.717236231 -1.550888548
S3〜S33(D4) -249.886 -249.886 -249.886
S5〜S33(D5) -206.423 -205.64 -206.748
S7〜S33(D6) -181.88 -181.298 -182.132
S5〜S33の欄の値と、S7からS33の値の欄と、を比較すれば分かるように、本例では、投写距離の変更に際してレンズL14とレンズL15の移動距離が異なる。すなわち、図15に矢印H、Iの長さで示すように、投写距離を基準距離J1から遠距離J3に変更した場合、レンズL15が第1基準位置P1から第2方向Z2に移動する第1距離は、レンズL14が第2基準位置P2から第2方向Z2に移動する第2距離よりも長い。また、投写距離を基準距離J1から近距離J2に変更した場合、レンズL15が第1基準位置P1から第1方向Z1移動する第3距離は、第2レンズが第2基準位置P2から第1方向Z1移動する第4距離よりも長い。
本例によれば、投写距離を遠距離J3とした場合でも、投写距離が基準距離J1の場合と同等の解像度を得ることが可能である。また、投写距離を近距離J2とした場合でも、投写距離が基準距離J1の場合と同等の解像度を得ることが可能である。また、本例では、光学素子33を移動させる必要がないので、投写距離の変更に際して、光学素子33の第1透過面35、反射面36、および第2透過面37の位置精度が低下することを回避できる。
(作用効果)
本例の投写光学系3は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系31と、第2光学系32と、を備える。第2光学系32は、縮小側から拡大側に向かって順に、第1透過面35、反射面36、および第2透過面37を有する光学素子33を備える。第1レンズおよび第2レンズは、いずれも両面が非球面である。
従って、本例の投写光学系3は、第2光学系32において、反射面36で反射した光束を、第2透過面37で屈折させることができる。よって、第2光学系32が、反射面36のみを備える場合と比較して、投写光学系3の投写距離を短くすることが容易である。言い換えれば、本例の投写光学系3は、第2光学系32が反射面36のみを備える場合と比較して、投写光学系3を短焦点化することができる。
また、本例の投写光学系3では、第1光学系31において最も拡大側に位置するレンズL15、および最も拡大側から2枚目のレンズL14の少なくとも一方は、第1光学系31の第1光軸N1に沿ったZ軸方向に移動可能である。従って、投写光学系3の投写距離を変更した場合などに、フォーカシングを行うことができる。
また、光学素子33の第2透過面37は、拡大側に突出する凸形状を備える。従って、第2透過面37において光束を屈折させることができる。これにより、拡大側結像面であるスクリーンSと共役となる中間像40が、第2光軸N2に沿って傾斜して大きくなることを抑制できる。よって、中間像40の拡大側に位置する反射面36が大型化することを抑制できる。
また、本例では、中間像40は、光学素子33における第1透過面35と反射面36との間に位置する。従って、中間像40が第1光学系31と光学素子33との間に形成される場合と比較して、第1光学系31と光学素子33とを接近させることができる。これにより、投写光学系3をZ軸方向でコンパクトにすることができる。
さらに、光学素子33では、第1透過面35、反射面36、および第2透過面37が、第2光軸N2を中心として回転対称な形状を備える。従って、これらの面が回転対称ではない場合と比較して、光学素子33の製造が容易である。
ここで、第2光学系32の瞳41は、第2光軸N2と垂直な仮想垂直線Vに対して傾斜している。これにより、投写光学系3では、瞳41が仮想垂直線Vと平行な場合と比較して、スクリーンSの上方Y1の周辺部の光量が低下することを抑制できる。すなわち、瞳41が第2光軸N2と垂直な仮想垂直線Vに対して傾斜すれば、瞳41が仮想垂直線Vと平行な場合と比較して、スクリーンSの上部へ達する光束F1の光量が多くなる。また、スクリーンSの上部へ達する光束F1の光量が多くなれば、スクリーンSの下部へ達する光束F3の光量との差が小さくなる。従って、スクリーンSの上部の周辺部の光量が、下部と比較して低下することを抑制できる。
さらに、本例では、光学素子33において、中間像40の縮小側に位置する第1透過面35が非球面なので、中間像40での収差の発生を抑制できる。また、光学素子33の反射面36、および第2透過面37は、非球面である。従って、拡大側結像面において、収差の発生を抑制できる。
また、本例では、第1光学系31と第2光学系32の間において、主光線同士の間隔が第2光学系32に接近するのに伴って狭くなる。従って、中間像40の形成が容易であり、かつ、中間像40を小さくできる。よって、中間像40の拡大側に位置する反射面36の小型化が容易である。
なお、投写光学系3は、第2光学系32の拡大側に、レンズやミラーなどの光学部材を有する第3光学系を備えることもできる。
1…プロジェクター、2…画像形成部、3…投写光学系、4…制御部、6…画像処理部、7…表示駆動部、10…光源、11…第1インテグレーターレンズ、12…第2インテグレーターレンズ、13…偏光変換素子、14…重畳レンズ、15…第1ダイクロイックミラー、16…反射ミラー、17B…フィールドレンズ、17G…フィールドレンズ、17R…フィールドレンズ、18…液晶パネル、18B…液晶パネル、18G…液晶パネル、18R…液晶パネル、19…クロスダイクロイックプリズム、21…第2ダイクロイックミラー、22…リレーレンズ、23…反射ミラー、24…リレーレンズ、25…反射ミラー、31…第1光学系、32…第2光学系、33…光学素子、35…第1透過面、36…反射面、37…第2透過面、40…中間像、41…瞳、D1〜D7…軸上面間距離、F1〜F5…光束、J1…基準距離、J2…近距離、J3…遠距離、L1〜L14…レンズ、L21…第1接合レンズ、L22…第2接合レンズ、L23…第3接合レンズ、L24…第4接合レンズ、L25…第5接合レンズ、N1…第1光軸、N2…第2光軸、P1…第1基準位置、P2…第2基準位置、S…スクリーン。
本例では、S6の欄の値に表されるとおり、レンズL14およびレンズL15を移動さ
せる際に、レンズL14とレンズL15との軸上面間距離Dを変化させない。すなわち
、本例では、光学素子33を所定の方向に移動させるとともに、レンズL14およびレン
ズL15を、光学素子33の移動方向と同一の方向に同一距離だけ、移動させる。
本例では、S6の欄の値に表されるとおり、レンズL14およびレンズL15を移動さ
せる際に、レンズL14とレンズL15との軸上面間距離Dを変化させない。すなわち
、本例では、投写距離の変更に際して、レンズL14およびレンズL15を、同一方向に
同一距離だけ、移動させる。

Claims (20)

  1. 縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系と、第2光学系と、を備える投写光学系において、
    前記第1光学系は、前記拡大側から前記縮小側に向かって順に、第1レンズと第2レンズと、を備え、
    前記第2光学系は、前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第1透過面、反射面、および第2透過面を有する光学素子、を備え、
    前記第1レンズおよび前記第2レンズは、いずれも両面が非球面であり、
    前記第1レンズおよび前記第2レンズの少なくとも一方は、前記第1光学系の第1光軸に沿った光軸方向に移動可能であることを特徴とする投写光学系。
  2. 前記第1レンズが、前記拡大側に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の投写光学系。
  3. 前記第2レンズが、前記拡大側に移動可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の投写光学系。
  4. 前記第1レンズと前記第2レンズとの間の距離を維持した状態で、前記第1レンズおよび前記第2レンズが移動可能であることを特徴とする請求項3に記載の投写光学系。
  5. 前記第1レンズの移動距離である第1距離は、前記第2レンズの移動距離である第2距離よりも長いことを特徴とする請求項3に記載の投写光学系。
  6. 前記2レンズが、前記縮小側に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の投写光学系。
  7. 縮小側から拡大側に向かって順に、第1光学系と、第2光学系と、を備える投写光学系において、
    前記第1光学系は、前記拡大側から前記縮小側に向かって順に、第1レンズと第2レンズと、を備え、
    前記第2光学系は、前記縮小側から前記拡大側に向かって順に、第1透過面、反射面、および第2透過面を有する光学素子、を備え、
    前記光学素子は、前記第1光学系の第1光軸に沿った光軸方向に移動可能であることを特徴とする投写光学系。
  8. 前記反射面の第2光軸は、前記第1光軸と一致することを特徴とする請求項1から7のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  9. 前記第1透過面、前記反射面、および前記第2透過面は、前記第2光軸を中心とする回転対称な形状を備えることを特徴とする請求項8に記載の投写光学系。
  10. 前記第1透過面および前記反射面は、前記第2光軸の一方側に位置し、
    前記第2透過面は、前記第2光軸の他方側に位置することを特徴とする請求項8または9に記載の投写光学系。
  11. 互いに直交する3軸をX軸、Y軸、およびZ軸とし、拡大側結像面の幅方向をX、拡大側結像面の上下方向をY軸方向、前記拡大側結像面と垂直な方向をZ軸方向、前記第1光軸および前記第2光軸を含み前記Y軸方向に延びる平面をYZ平面とした場合に、
    前記第2透過面の有効光線範囲の前記Y軸方向の上端を通過する上端光束の上周辺光線および当該有効光線範囲の前記Y軸方向の下端を通過する下端光束の上周辺光線が前記YZ平面上で交差する上側交点と、前記上端光束の下周辺光線および前記下端光束の下周辺光線が前記YZ平面上で交差する下側交点とを結ぶ瞳は、前記YZ平面で前記第2光軸と垂直な仮想垂直線に対して傾斜していることを特徴とする請求項8から10のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  12. 前記反射面は、凹形状を備えることを特徴とする請求項1から11のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  13. 前記第2過面は、前記拡大側に突出する凸形状であることを特徴とする請求項1から12のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  14. 前記第1透過面は、前記縮小側に突出する凸形状であることを特徴とする請求項1から13のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  15. 前記反射面は、非球面であることを特徴とする請求項1から14のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  16. 前記第1透過面は、非球面であることを特徴とする請求項1から15のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  17. 前記第2透過面は、非球面であることを特徴とする請求項1から16のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  18. 前記第1光学系と前記第2光学系との間では、主光線同士の間隔が前記第2光学系に接近するのに伴って狭くなることを特徴とする請求項1から17のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  19. 前記反射面よりも前記縮小側に中間像が結像されることを特徴とする請求項1から18のうちのいずれか一項に記載の投写光学系。
  20. 請求項1から19のうちのいずれか一項に記載の投写光学系と、
    前記投写光学系の縮小側結像面に投写画像を形成する画像形成部と、
    を有することを特徴とするプロジェクター。
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