JP6496977B2

JP6496977B2 - 投射光学系、およびプロジェクタ装置

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Publication number: JP6496977B2
Application number: JP2014040214A
Authority: JP
Inventors: 洋平 ▲高▼野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2019-04-10
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Also published as: JP2015172608A; CN104049339A; EP2778737A1; CN104049339B; US20160091700A1; US9244257B2; CN105988207B; US20140268073A1; US9645371B2; CN105988207A; EP2778737B1

Description

本発明は、投射光学系、およびプロジェクタ装置に関する。

近年、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)または液晶パネルで生成した画像をスクリーン上に投影する画像表示装置が広く用いられている。特に最近では、短い投射距離で、大画面を可能とする超短投射距離のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。また、超短投射距離だけではなく、より小型化した装置の開発が求められている。

特許文献１(特開２００８−２５０２９６号)に開示されている投射光学系は、屈折光学系で中間像を形成し、凹面ミラーで拡大投影する。これにより、ミラーの小型化を通じて装置の小型化を図ることができると共に、超短投射距離を実現することができる。

特許文献１に開示されている投射光学系では、中間像の大きさに関して最適化が図られておらず、十分にミラーを小型化するには至っていない。また、特許文献１に開示されている投射光学系は、投射距離も十分に短いものとは言いがたい。さらに、特許文献１に開示されている投射光学系は、ミラーの小型化が不十分であるため、筐体が大型化する問題もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で高性能な投射光学系、およびプロジェクタ装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像を形成する画像形成部と、画像をスクリーン上に拡大して投影する複数のレンズを備えた屈折光学系と、反射面と、をこの順で備え、屈折光学系と反射面との間に中間像を形成し、投影画像が最大となる合焦状態での中間像の近軸最大像高を「Ｄｉｄ」、屈折光学系による近軸像面と開口絞りの中心を通る光線との交点のうち、光軸からの距離の最大値を「Ｄ」、投影画像が最大となる合焦状態での屈折光学系の焦点距離を「Ｆ」としたときに、「０．６５＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８」、「２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜６」の条件を満たし、屈折光学系は、画像形成部から拡大側へ向かって順に、合焦時に移動しない第１レンズ群と、合焦時に隣接するレンズ群との間隔が変化する複数のレンズ群と、を有し、複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群は、負レンズと非球面レンズとを有することを特徴とする。

本発明によれば、小型で高性能な投射光学系、およびプロジェクタ装置を提供することができるという効果を奏する。

図１は、一般的なプロジェクタ装置の断面図である。図２は、ストレート系の投射光学系を小型化する際に生ずる問題点を説明するための図である。図３は、折り返し系の投射光学系を小型化する際に生ずる問題点を説明するための図である。図４は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の概要を説明するための図である。図５は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図６は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置において、光軸と画像形成部との位置関係を説明するための図である。図７は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系を形成する際に用いる条件式の各条件を説明するための図である。図８は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図９は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離（６０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図１０は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図１１は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系のレンズ構成を示す図である。図１２は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図１３は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図１４は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図１５は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図１６は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図１７は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図１８は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置のブロック図である。図１９は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図２０は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系のレンズ構成を示す図である。図２１は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図２２は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離（６０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図２３は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図２４は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図２５は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図２６は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図２７は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図２８は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図２９は、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図３０は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図３１は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系のレンズ構成を示す図である。図３２は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図３３は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離（６０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図３４は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図３５は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図３６は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図３７は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図３８は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図３９は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図４０は、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図４１は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図４２は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系のレンズ構成を示す図である。図４３は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図４４は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離（６０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図４５は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図４６は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図４７は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図４８は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置を示す図である。図４９は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図５０は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図５１は、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図５２は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図５３は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系に設けられている屈折光学系のレンズ構成を示す図である。図５４は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図５５は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離（６０インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図５６は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図５７は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す図である。図５８は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す図である。図５９は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す図である。図６０は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図６１は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図６２は、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示したスポットダイアグラムである。図６３は、各実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系の「高さ」および「奥行」を説明するための図である。図６４は、各実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系の「横幅」を説明するための図である。

（概要）
まず、図１〜図４を用いて実施の形態のプロジェクタ装置の概要を説明する。図１は、一般的なプロジェクタ装置の断面図である。図１の断面図には、プロジェクタ装置の主要部のみ図示してある。図１において、プロジェクタ装置は、ハウジング部材Ｈ内に、画像形成部Ｇ、平行平板Ｆ、屈折光学系Ｋ、折り返し平面ミラーＭ１、および凹面ミラーＭ２を備えた投射光学系ＴＫを有している。屈折光学系Ｋには、開口絞りＳが設けられている。

投射光学系ＴＫの小型化を図る場合、図１に点線で囲んで示す折り返し平面ミラーＭ１と凹面ミラーＭ２との間の空間サイズを小さくすることが重要となる。図２は、画像形成部Ｇで形成された画像を凹面ミラーＭ２で１回反射してスクリーン等に投射する、いわゆるストレート系の投射光学系を小型化する際に生ずる問題を説明するための図である。図２に示すように、ストレート系の投射光学系においては、共役点ＫＰを縮める、つまり例えばレンズの焦点距離を小さくすることで(広角化することで)、プロジェクタ装置の全長方向の小型化を図ることができる。しかし、上記方法により、全長方向には小さくなるが、広角化に伴って射出角が大きくなるため、凹面ミラーＭ２が大型化し、プロジェクタ装置を十分に小型化するには至らない。

図３は、画像形成部Ｇで形成された画像を折り返し反射ミラーＭ１および凹面ミラーＭ２で２回反射してスクリーン等に投射する、いわゆる折り返し系の投射光学系を小型化する際に生ずる問題を説明するための図である。図３に示す折り返し系の投射光学系において、ストレート系と同じように単純に焦点距離を縮めると、広角化により、凹面ミラーＭ２のトップ(Ｔｏｐ)の部分が下がる。しかし、同時に、折り返し平面ミラーＭ１のボトム(Ｂｏｔｔｏｍ)の部分も下がる。このため、折り返し平面ミラーＭ１と凹面ミラーＭ２との間の空間サイズは小さくならない。しかも、広角化に伴い、凹面ミラーＭ２のミラーサイズが大きくなる。このため、凹面ミラーＭ２と屈折光学系Ｋのレンズとの干渉が発生する。

図４は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の概要を説明するための図である。第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系Ｋの焦点距離を縮めると共に、負の歪曲(樽型歪曲)を発生させた中間像を形成している。これにより、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、図４に示すように凹面ミラーＭ２のトップ(Ｔｏｐ)の部分を下げると同時に、折り返し平面ミラーＭ１のボトム(Ｂｏｔｔｏｍ)の部分を上げることができる。従って、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、折り返し平面ミラーＭ１と凹面ミラーＭ２との間の空間サイズの小型化を図ることができる。また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、中間像に樽型歪曲を発生させることで、中間像を小型化(圧縮)することができる。このため、凹面ミラーＭ２を小さくすることができ、プロジェクタ装置の小型化を図ることができる。また、凹面ミラーＭ２を小さくすることができるため、凹面ミラーＭ２と屈折光学系Ｋのレンズとの干渉を防止することができる。

(第１の実施の形態)
以下、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の説明をする。図５は、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図である。図５の断面図には、第１の実施の形態のプロジェクタ装置の主要部のみ図示してある。図５において、プロジェクタ装置は、ハウジング部材１内に、画像形成部２、平行平板３、屈折光学系４、折り返し平面ミラー５(折り返しミラーの一例)、および凹面ミラー６(反射面の一例)を備えた投射光学系７を有している。また、屈折光学系４には、開口絞り８が設けられている。

画像形成部２としては、例えばＤＭＤ(Digital Mirror Device)、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを用いることができる。画像形成部２が、ＤＭＤ等のように自ら発光する機能を持たない場合には、照明光学系９からの照明光を画像形成部２に照射して投影画像を形成することとなる。照明光学系９としては、画像形成部２を効率よく照明する機能を有するものが好ましい。また、照明光学系９としては、照明をより均一にするため、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを用いることができる。また、照明の光源としては、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などの白色光源を用いることができる。さらには、単色発光ＬＥＤ、ＬＤ(Laser Diode)などの単色光源も用いることができる。なお、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、画像形成部２としてＤＭＤを用いた場合の例である。また、画像形成部２の近傍に配設される平行平板３は、画像形成部２のカバーガラス（シールガラス）を想定している。

第１の実施の形態、および後述する第２〜第４の実施の形態の説明で用いる記号の意味は、以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
ＮＡ：開口効率
ω：半画角（ｄｅｇ）
Ｒ：曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
Ｃｊ：自由曲面係数

非球面形状は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、以下の(１)の数式で表される。非球面形状は、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状を特定する。

また、自由曲面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記自由曲面係数を用い、Ｘを光軸方向における自由曲面量として、以下の(２)の数式で表される。自由曲面形状は、近軸曲率半径、円錐定数、および自由曲面係数を与えて形状を特定する。また、開口絞り８の中心と投影画像の中心とを結ぶ光線を含む面において、光軸に対して垂直となる方向をＹ方向とする。

ただし、「ｊ」は、以下の(３)の数式の条件を満たすものとする。

図５の実線で示す軌跡は、屈折光学系４のフォーカシングの差異に対応する各軌跡を示している。なお、図５に示すように、光軸方向をＺ軸、画面中心と絞り中心、スクリーン中心を通る光線を含む面上、光軸と垂直方向をＹ軸とする。また、画面中心、絞り中心、スクリーン中心を通る光線を含む面上で、＋Ｚ方向から＋Ｙ方向への回転を＋α回転とする。

画像情報により画像形成部２(例えば、ＤＭＤ）で２次元的に強度変調された光束は、物体光としての投射光束となる。画像形成部２からの投射光束は、少なくとも一枚の非球面レンズを含む屈折光学系４、折り返し平面ミラー５、凹面ミラー６を介して結像光束とされる。つまり、画像形成部２上に形成された画像が、投射光学系７によりスクリーンに拡大投影され投射画像となる。

ここで、図６は、光軸と画像形成部２との位置関係を示す図である。また、図７は、投射光学系を形成する際に用いる条件式の各条件を説明するための図である。画像形成部２で画像が形成される面を画像形成面とする。屈折光学系４の各光学素子はそれぞれ光軸を共有しており、画像形成部２は図６に示すように、光軸に対してＹ方向にシフトして設けられている。画像形成部２の画像形成面を含む平面と、光軸との交点をＢ０としたときに、交点Ｂ０の屈折光学系４による共役点をＢとする。共役点Ｂを含み、光軸に対して垂直な面を近軸像面とする。図７に示すように、この近軸像面と絞りの中心を通る光線（以下、主光線と呼ぶ）との交点のうち、光軸と近軸像面の交点Ｂからの距離が最大となる距離をＤとする。また、光軸と画像形成部２の端部との距離が最大となる点（図６の符号Ｌ０）に、屈折光学系４による近軸倍率をかけたものを近軸最大像高Ｄｉｄとする。

第１の実施の形態においては、屈折光学系４と、一枚の凹面ミラー６を用いて投射光学系７を構成している。なお、投射光学系７のミラーを増設し、また、折り返し平面ミラー５にパワーを持たせてもよい。

屈折光学系４を介した光は、画像形成部２に形成された画像情報に共役な中間像を、折り返し平面ミラー５よりも画像形成部２側に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はない。屈折光学系４には、少なくとも１枚の非球面レンズが設けられている。非球面レンズの過補正により、樽型の歪曲を発生させた中間像を形成する。第１の実施の形態および後述する他の実施の形態においても、中間像をこのような曲面像として形成している。中間像は、最も拡大側に配置された自由曲面の凹面ミラー６により、スクリーンに拡大投影される。中間像には像面湾曲(樽型の歪曲)が発生しているが、自由曲面の凹面ミラー６を用いることで、像面湾曲と樽型の歪曲を同時に補正する。これにより、高品質の投影画像を得ることができる。また、中間像には樽型の歪曲を発生させることで、中間像を小型化することができる。このため、必要とする凹面ミラー６のミラーサイズを小さくすることができ、プロジェクタ装置の小型化を図ることができる。また、中間像に発生している像面湾曲と樽型の歪曲の補正は、自由曲面の凹面ミラー６で行うため、屈折光学系４と投写光学系の設計の自由度を増すことができ、プロジェクタ装置の小型化等に大きく貢献することができる。例えば、屈折光学系により、像面湾曲と歪曲のバランスをとることにより、自由曲面の凹面ミラー６の負担を減らし、より小型化することもできる。

図８、図９、および図１０は、それぞれ遠距離（８０インチ）、中間距離（６０インチ）、近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図である。図８、図９、および図１０において、黒い点が各画角の主光線と近軸像面との交点の座標を示しており、点線が近軸像を示している。図８、図９、および図１０から、各画面サイズにおいて、樽型の歪曲が発生していることがわかる。つまり、これは中間像が圧縮され小型化されていることを意味している。中間像の小型化により、自由曲面の凹面ミラー６を小型化することができる。このため、プロジェクタ装置の小型化を図ることができ、また、プロジェクタ装置のコストダウンを図ることができる。

遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、第１の実施の形態においては、屈折光学系４の正のレンズ群（＝図１１の第１のレンズ群１５）、折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６は、画像形成部２の画像形成面に対し固定とされる。これに対し、屈折光学系４の正のレンズ群（＝図１１の第２のレンズ群１６）と負のレンズ群（＝図１１の第３のレンズ群１７）は、画像形成部２側に移動される。また、屈折光学系４の正のレンズ群(図１１の第４のレンズ群１８)は拡大側に移動される。つまり、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、いわゆるフローティングフォーカスが行われる。これにより、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することが可能となっている。また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように移動されるレンズ群内に非球面レンズを用いることにより、非球面レンズの過補正により、中間像に樽型の歪曲を発生させ、中間像の小型化を図っている。

図１１は、屈折光学系４のレンズ構成を示す図である。図１１に示すように、屈折光学系４は、画像形成部２側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群１５と、正の屈折力を有する第２のレンズ群１６とを有する。また、屈折光学系４は、負の屈折力を有し、１枚の非球面レンズを含む第３のレンズ群１７と、正の屈折力を有し２枚の非球面レンズを含む第４のレンズ群１８とを有する。また、屈折光学系４は、折り返し平面ミラー５と、最も拡大側に設けられた自由曲面の凹面ミラー６とを有する。屈折光学系４は、投射距離の変動に対する遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、正の第２のレンズ群１６と負の第３のレンズ群１７とを画像形成部２側に移動し、正の第４のレンズ群１８を拡大側に移動する。

第１のレンズ群１５は、画像形成部２側から順に、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ２１と、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ２２とを備える。また、第１のレンズ群１５は、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズ２３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ２４と、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ２５とを備える。また、第１のレンズ群１５は、拡大側が、より強い凹面となる両凹レンズ２６と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ２７と、スクリーン側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ２８と、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ２９とを備える。

第２のレンズ群１６は、画像形成部２側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３０を備える。第３のレンズ群１７は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ３１と、画像形成部２側に、より強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ３２を備える。第４のレンズ群１８は、画像形成部２側に、より強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ３３と、拡大側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ３４を備える。

以下の表１〜表５に、第１の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系４のデータを示す。なお、表１における「ｉ」は、画像形成部２側から数えて第ｉ番目の面(プリズム面、レンズ面、絞り面、反射面)を示している。

開口数：０．１９５

フォーカシング

非球面係数

自由曲面係数

ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：１０．８ｕｍ
横方向長さ：１３．８２４ｍｍ
縦方向長さ：８．６４ｍｍ
光軸〜素子中心：５．６３ｍｍ

最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６の位置座標を以下の表５に示す。なお、回転に関しては面法線と光軸とのなす角度を示している。

図１２は、遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図１３は、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図１４は、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図１２〜図１４からわかるように、第１の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系４は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射することができることがわかる。また、図１５から図１７にスポットダイアグラムを示す。図１５から図１７の各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示しており、各スポットのフィールドポジションは画像形成部２上の座標(ｘ，ｙ)を示している。

図１８に、第１の実施の形態のプロジェクタ装置のブロック図を示す。第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、図１８に示すように、ハウジング部材１の正面（前面）１ａがスクリーン（投射面）４２と対向するように設置される。プロジェクタ装置は、例えば専用ケーブルまたはＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等の汎用ケーブルを介して、パーソナルコンピュータ装置(ＰＣ)４３等の外部の情報処理装置と、双方向に通信可能に接続される。なお、プロジェクタ装置は、既知の無線通信プロトコルに従った無線通信により、パーソナルコンピュータ装置４３と双方向に通信可能に接続されてもよい。また、プロジェクタ装置には、上述の投射光学系７、制御装置４４、記憶装置４５、および通信装置４６が設けられている。また、プロジェクタ装置は、図示しない画像処理部、電源部、および冷却用のファン等を、上記投射光学系７と共にハウジング部材１内に収納して形成されている。

投射光学系７は、制御装置４４による制御のもとで、スクリーン４２に投影画像を投射する。投射光学系７がスクリーン４２に投射する投影画像は、例えばパーソナルコンピュータ装置４３からプロジェクタ装置に送られた画像である。つまり、一例ではあるが、この場合は、パーソナルコンピュータ装置４３の表示部に表示されている画像が、投射光学系７によって投影画像としてスクリーン４２に投射されることとなる。

以上の説明をまとめると、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、投影画像が最大となる合焦状態での中間像の近軸最大像高を「Ｄｉｄ」とする。また、プロジェクタ装置は、屈折光学系４による近軸像面と絞りの中心を通る光線との交点の光軸からの距離の最大値を「Ｄ」とする。また、プロジェクタ装置は、投影画像が最大となる合焦状態での屈折光学系４の焦点距離を「Ｆ」とする。そして、プロジェクタ装置は、「０．６＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８（条件式１）」および「２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜５（条件式２）」の各条件式を満たすように投射光学系７を形成する。条件式１および条件式２は、それぞれ中間像の歪曲量、中間像の大きさの適切な範囲を規定した式である。なお、「０．６５＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８０(条件式３)」、「３＜Ｄｉｄ／Ｆ＜４．５(条件式４)」を満たすように投射光学系７を形成すると、より好ましいものとなる。

ミラーを用いた投射光学系の小型化は、屈折光学系と凹面ミラーとの間の空間を小さくすることが特に重要である(図１参照)。このために、屈折光学系から凹面ミラーまでの距離を短くする、凹面ミラー自体を小さくすることが考えられる。通常、屈折光学系を用いて中間像を形成する投射光学系においては、凹面ミラーの手前に中間像を形成する制約がある。このため、全長を抑えるべく、画像形成部と中間像の共役長を短くする必要がある。屈折光学系の焦点距離を短くすることで、共役長を抑えることができる。しかし、焦点距離を短くすることで凹面ミラーへの射出角が大きくなり、凹面ミラーが大型化し、プロジェクタ装置が大型化する不都合を生ずる。

特に、投射光学系においては、照明系との兼ね合いからバックフォーカスを稼ぐためにレトロフォーカスタイプにすることが多い。この場合、中間像が糸巻き型に歪曲するため、より凹面ミラーの大型化を招く。また、逆に凹面ミラーの小型化を図るべく、凹面ミラーへの射出角を小さくする場合、中間像の歪曲収差を適切にコントロールしないと、屈折光学系の焦点距離が長くなる。そして、画像形成部と中間像の共役長が長くなり、プロジェクタ装置が大型化する。つまり、全長を短くしつつ、凹面ミラーの小型化を図るには、中間像の歪曲収差のコントロール、および、中間像自体の大きさも最適にコントロールすることが重要である。

画像形成部と中間像、凹面ミラーの小型化を両立するためには、屈折光学系の焦点距離と中間像の歪曲量との間に最適な関係がある。条件式１の上限を上回ると、凹面ミラーが大きくなり、結果、プロジェクタ装置が大型化する。また、条件式１の下限値を下回ると、ミラーでの負担が大きくなり、製造誤差感度の上昇、およびスクリーンでの歪曲補正不足を招く。条件式２の上限値を上回ると、中間像が大きくなり、凹面ミラーの負担が減るため、製造誤差感度が下がり有利となる。しかし、凹面ミラーが大型化し、結果、プロジェクタ装置が大型化する。条件式２の下限値を下回ると、中間像が小さくなることで、凹面ミラーを小型化でき、プロジェクタ装置の小型化にも有利となる。しかし、この場合、凹面ミラーの負担が大きくなるため、製造誤差感度が上がる不都合を生ずる。

このようなことから、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、条件式１および条件式２を満たすように投射光学系７を形成する。これにより、中間像を圧縮して小型化することができるため、凹面ミラー６を小型化することができる。そして、凹面ミラー６の小型化により、プロジェクタ装置の小型化を図ることができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、投影画像が最大となる時の屈折光学系４の近軸横倍率をβとするときに、「５＜ β ＜８(条件式５)」の条件式を満たすようにプロジェクタ装置を形成する。なお、「６＜ β ＜７(条件式６)」の条件式を満たすようにプロジェクタ装置を形成すると、より好ましいものとなる。条件式５および条件式６は、中間像高の適切な範囲を規定した式である。投影画像が最大となる時の屈折光学系４の近軸横倍率βの値が、条件式５(または条件式６)の上限値を上回ると、凹面ミラーのパワーを小さくでき、製造誤差感度を低減することができる。しかし、凹面ミラーのミラーサイズが大きくなり、プロジェクタ装置が大型化する不都合を生ずる。また、投影画像が最大となる時の屈折光学系４の近軸横倍率βの値が、条件式５(または条件式６)の下限値を下回ると、プロジェクタ装置の小型化には有利となる。しかし、所望のサイズの投影画像を得るため、凹面ミラーのパワーを大きくする必要があり、製造誤差感度の上昇を招く不都合を生ずる。

このようなことから、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、投影画像が最大となる時の屈折光学系４の近軸横倍率βの値が、条件式５(または条件式６)で規定される値となるように投射光学系７を形成する。これにより、中間像高を適切なものとすることができ、凹面ミラー６を小型化して、プロジェクタ装置の小型化を図ることができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、光軸と画像形成部２の端部との距離の最大値をＹとしたときに、「０．４＜Ｙ／Ｆ＜０．７(条件式７)」の条件式を満足するようにプロジェクタ装置を形成する。なお、「０．４５＜Ｙ／Ｆ＜０．６５(条件式８)」の条件式を満足するようにプロジェクタ装置を形成すると、より好ましいものとなる。条件式７および条件式８は、屈折光学系４の焦点距離の適切な範囲を示した式である。屈折光学系４の焦点距離が、条件式７(または条件式８)の下限を下回った場合、凹面ミラー６に入射する光線角度が小さくなるため、凹面ミラー６の小型化には有利となる。しかし、共役長が伸びてしまうため、ハウジング部材１を全長方向に伸ばす必要があり好ましくはない。また、屈折光学系４の焦点距離が、条件式７(または条件式８)の上限を上回ると、共役長を小さくできるため、ハウジング部材１を全長方向に伸ばす必要はない。しかし、この場合、凹面ミラー６に入射する光線角度が大きくなるため、凹面ミラー６の大型化につながり、プロジェクタ装置が大型化する不都合を生ずる。

このようなことから、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系４の焦点距離が、条件式７(または条件式８)で規定される値となるように投射光学系７を形成する。これにより、屈折光学系４の焦点距離を適切なものとすることができ、プロジェクタ装置を小型化することができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、合焦時において、開口絞り８が画像形成部２に対して固定となっている。これにより、合焦による中間像の歪曲量の変動を小さくすることができ、スクリーンでの拡大像の歪曲の変動を小さくすることができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、反射面の一例である凹面ミラー６を最も拡大側に配置して、プロジェクタ装置を形成している。投射光学系７の構成を、屈折光学系４で形成された中間像を凹面ミラー６で拡大投影する構成とすることで、凹面ミラー６を小型化できるため、プロジェクタ装置を小型化することができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、凹面ミラー６が自由曲面形状となっている。このため、中間像に発生している樽型の歪曲を、凹面ミラー６の自由曲面で十分に補正することができる。このため、歪みの無い高品質な投影画像を得ることができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系４を構成する複数のレンズのうち、少なくとも一つのレンズを非球面レンズとしている。一般的な投射光学系においては、中間像が糸巻き型になることが多い。しかし、非球面レンズを用いることにより、非球面レンズの過補正により、中間像に対して樽型の歪曲を発生させることができる。このため、中間像を小型化することができ、凹面ミラー６の小型化を通じて、プロジェクタ装置の小型化を図ることができる。

また、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系４と反射面の一例である凹面ミラー６との間に、折り返し平面ミラー５を設け、屈折光学系４と凹面ミラー６との間の空間の小型化を図っている。

単に折り返し平面ミラー５を設けただけでは、屈折光学系４と凹面ミラー６との間の空間を小さくすることは困難である。このため、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、上述の条件式１〜条件式８で規定される条件を満たしたうえで、折り返し平面ミラー５を設けている。図１〜図３を用いて説明したように、屈折光学系と凹面ミラーとの間に折り返し平面ミラーを入れた投射光学系の小型化は、折り返しミラーの端と凹面ミラーの端との距離を縮めることが重要である。しかし、単純に共役長を縮めようとして、屈折光学系の焦点距離を小さくすると、屈折光学系から凹面ミラーへの射出角が大きくなり、折り返しミラーのサイズが大きくなる。また、屈折光学系と光線との干渉が避けられず、結果、プロジェクタ装置(ハウジング部材１)を、全長方向に伸ばさざるを得なくなる。

しかし、折り返し平面ミラー５を設けると共に、条件式１〜条件式８で規定される条件を満たすようにプロジェクタ装置を形成する。これにより、折り返し平面ミラー５から凹面ミラー６までの距離となっている共役長を縮めると共に、屈折光学系４のレンズから折り返し平面ミラー５への光線の射出角も抑えることができる。このため、屈折光学系４と光線との干渉を防止して、屈折光学系４と凹面ミラー６との間の空間を小さくすることができ、プロジェクタ装置を小型化することができる。

このように、第１の実施の形態のプロジェクタ装置は、投射距離が非常に短く、小型で高性能なプロジェクタ装置を提供することができる。

(第２の実施の形態)
次に、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の説明をする。なお、第１の実施の形態のプロジェクタ装置と第２の実施の形態のプロジェクタ装置とでは、屈折光学系の構成のみが異なる。このため、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の説明に用いる図面に対しては、上述の第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同様の動作または機能を示す箇所には、第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以下の第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態との差異となっている屈折光学系を中心に説明を行う。

図１９に、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図を示す。図１９の実線は、フォーカスによる移動の軌跡を示している。図２０に、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系５０に設けられている屈折光学系５１を示す。図１９および図２０において、画像情報によりＤＭＤ等の画像形成部２で２次元的に強度変調された光束は、物体光としての投射光束となる。画像形成部２からの投射光束は、少なくとも一枚の非球面レンズを含む屈折光学系５１、折り返し平面ミラー５、および凹面ミラー６を介して結像光束とされる。つまり、ＤＭＤ等の画像形成部２上に形成された画像は、投射光学系５０によりスクリーンに拡大投影され投射画像となる。なお、ミラーを増設し、折り返し平面ミラー５にパワーを持たせてもよい。

屈折光学系５１を介した光は、画像形成部２に形成された画像情報に共役な中間像を、凹面ミラー６よりも画像形成部２側に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はない。第２の実施の形態においても、後述する第３、第４の実施の形態においても、中間像を曲面像として形成している。中間像は、最も拡大側に配置された自由曲面の凹面ミラー６を介してスクリーンに拡大投影される。中間像の像面湾曲と歪曲は、凹面ミラー６の自由曲面により補正される。凹面ミラー６の自由曲面で中間像に発生している像面湾曲と歪曲を補正しているため、屈折光学系５１および投射光学系５０の設計の自由度を増すことができ、プロジェクタ装置の小型化等に大きく貢献することができる。

図２１、図２２および図２３に、遠距離（８０インチ）、中間距離（６０インチ）、近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図を示す。図２１〜図２３の黒い点は、各画角の主光線と近軸像面との交点の座標を示しており、点線が近軸像を示している。図２１〜図２３からわかるように、どの画面サイズにおいても、樽型の歪曲が発生していることがわかる。これは中間像が圧縮され、小型化されていることを意味している。第２の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように中間像を小型化することができるため、自由曲面の凹面ミラー６を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。

また、第２の実施の形態のプロジェクタ装置においては、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、図２０に示す屈折光学系５１の第１のレンズ群５５、折り返し平面ミラー５、および自由曲面の凹面ミラー６は画像形成面に対し固定される。また、第２のレンズ群５６および第３のレンズ群５７は、画像形成部２側に移動し、第４のレンズ群５８は、拡大側に移動する。つまり、第２の実施の形態のプロジェクタ装置は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、フローティングフォーカスをする。これにより、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することができる。また、第２の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように移動するレンズ群内に非球面レンズを用いている。この非球面レンズの過補正により、中間像に対して樽型の歪曲を発生させている。なお、プロジェクタ装置の全体的な構成および動作は、図１８を用いて上述したとおりである。

屈折光学系５１は、図２０に示すように画像形成部２側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群５５と、正の屈折力を有する第２のレンズ群５６とを有している。また、屈折光学系５１は、負の屈折力を有し、１枚の非球面レンズを含む第３のレンズ群５７と、正の屈折力を有し２枚の非球面レンズを含む第４のレンズ群５８とを有している。そして、このような屈折光学系５１と、図１９に示す折り返し平面ミラー５と、最も拡大側に自由曲面の凹面ミラー６とを備えることで投射光学系５０が形成されている。投射距離の変動に対する遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、第２のレンズ群５６と第３のレンズ群５７は画像形成部２側に移動し、第４のレンズ群５８は拡大側に移動する。

図２０に示す第１のレンズ群５５は、画像形成部２側から順に、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ６１と、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ６２とを備えている。また、第１のレンズ群５５は、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ６３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ６４と、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ６５とを有している。また、第１のレンズ群５５は、拡大側がより強い凹面となる両凹レンズ６６と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ６７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ６８と、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ６９とを有している。

第２のレンズ群５６は、画像形成部２側に凸面を向けた正メニスカスレンズ７０を有している。第３のレンズ群５７は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ７１と、画像形成部２側に、より強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ７２を有する。第４のレンズ群５８は、拡大側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズ７３と、拡大側により強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ７４を有している。

以下の表６〜表１０に、第２の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系５１のデータを示す。なお、表６における「ｉ」は、画像形成部２側から数えて第ｉ番目の面(プリズム面、レンズ面、絞り面、反射面)を示している。

開口数：０．１９５

フォーカシング

非球面係数

自由曲面係数

最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６の位置座標を以下の表１０に示す。なお、回転に関しては面法線と光軸とのなす角度を示している。

図２４は、遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図２５は、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図２６は、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０nm)を示している。図２４〜図２６から、第２の実施の形態のプロジェクタ装置の屈折光学系５１は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射可能であることがわかる。また、図２７〜図２９にスポットダイアグラムを示す。図２７〜図２９に示す各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示しており、各スポットのフィールドポジションは画像形成部２上の座標(ｘ，ｙ)を示している。

以上の説明から明らかなように、第２の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系５１に設けられた非球面レンズにより、中間像に対して樽型の歪曲を発生させることで、中間像を圧縮して小型化する。これにより、凹面ミラー６を小型化することができ、凹面ミラー６の小型化を通じてプロジェクタ装置の小型化を図ることができる。また、中間像に発生させた樽型の歪曲は、自由曲面の凹面ミラー６で補正してスクリーン等に投射する。これにより、高品質な投影画像を得られる他、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

(第３の実施の形態)
次に、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の説明をする。なお、上述の各実施の形態のプロジェクタ装置と第３の実施の形態のプロジェクタ装置とでは、屈折光学系の構成のみが異なる。このため、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の説明に用いる図面に対しては、上述の第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同様の動作または機能を示す箇所には、第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以下の第３の実施の形態の説明では、各実施の形態との差異となっている屈折光学系を中心に説明を行う。

図３０に、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図を示す。図３０の実線は、フォーカスによる移動の軌跡を示している。図３１に、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系８０に設けられている屈折光学系８１のレンズ構成を示す。図３０および図３１において、画像情報によりＤＭＤ等の画像形成部２で２次元的に強度変調された光束は、物体光としての投射光束となる。画像形成部２からの投射光束は、少なくとも一枚の非球面レンズを含む屈折光学系８１、折り返し平面ミラー５、および凹面ミラー６を介して結像光束とされる。つまり、ＤＭＤ等の画像形成部２上に形成された画像は、投射光学系８０によりスクリーンに拡大投影され投射画像となる。なお、ミラーを増設し、折り返し平面ミラー５にパワーを持たせてもよい。

屈折光学系８１を介した光は、画像形成部２に形成された画像情報に共役な中間像を、凹面ミラー６よりも画像形成部２側に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はない。第３の実施の形態においても、後述する第４の実施の形態においても、中間像を曲面像として形成している。中間像は、最も拡大側に配置された自由曲面の凹面ミラー６により拡大されスクリーンに投影される。中間像には、像面湾曲と歪曲が発生しているが、凹面ミラー６の自由曲面により、中間像に発生している像面湾曲と歪曲を補正してスクリーンに投影する。凹面ミラー６の自由曲面で中間像に発生している像面湾曲と歪曲を補正しているため、屈折光学系８１および投射光学系８０の設計の自由度を増すことができ、プロジェクタ装置の小型化等に大きく貢献することができる。

図３２、図３３および図３４に、遠距離（８０インチ）、中間距離（６０インチ）、近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図を示す。図３２〜図３４の黒い点は、各画角の主光線と近軸像面との交点の座標を示しており、点線が近軸像を示している。図３２〜図３４からわかるように、どの画面サイズにおいても、樽型の歪曲が発生していることがわかる。これは中間像が圧縮され、小型化されていることを意味している。第３の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように中間像を小型化することができるため、自由曲面の凹面ミラー６を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。

また、第３の実施の形態のプロジェクタ装置においては、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、図３１に示す屈折光学系８１の第１のレンズ群８５、折り返し平面ミラー５、および自由曲面の凹面ミラー６は画像形成面に対し固定される。また、第２のレンズ群８６および第３のレンズ群８７は、画像形成部２側に移動し、第４のレンズ群８８は、拡大側に移動する。つまり、第３の実施の形態のプロジェクタ装置は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、フローティングフォーカスをする。これにより、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することができる。また、第３の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように移動するレンズ群内に非球面レンズを用いている。この非球面レンズの過補正により、中間像に対して樽型の歪曲を発生させている。なお、プロジェクタ装置の全体的な構成及び動作は、図１８を用いて上述したとおりである。

屈折光学系８１は、図３１に示すように画像形成部２側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群８５と、正の屈折力を有する第２のレンズ群８６とを有する。また、屈折光学系８１は、負の屈折力を有し、１枚の非球面レンズを含む第３のレンズ群８７と、正の屈折力を有し２枚の非球面レンズを含む第４のレンズ群８８とを有する。そして、投射光学系８０は、このような屈折光学系８１と、折り返し平面ミラー５と、最も拡大側に配置された自由曲面の凹面ミラー６とを有している。屈折光学系８１は、投射距離の変動に対する遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、正の第２のレンズ群８６および負の第３のレンズ群８７を画像形成部２側に移動させ、正の第４のレンズ群８８を拡大側に移動させる。

第１のレンズ群８５は、画像形成部２側から順に、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ９１と、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ９２とを有する。また、第１のレンズ群８５は、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ９３と、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズ９４と、拡大側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ９５とを有する。また、第１のレンズ群８５は、拡大側が、より強い凹面となる両凹レンズ９６と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ９７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ９８と、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズ９９とを有する。

第２のレンズ群８６は、画像形成部２側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１００を有する。第３のレンズ群８７は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１０１と、画像形成部２側に、より強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ１０２とを有する。第４レンズ群８８は、拡大側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズ１０３と、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズ１０４とを有する。

以下の表１１〜表１５に、第３の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系８１のデータを示す。なお、表１１における「ｉ」は、画像形成部２側から数えて第ｉ番目の面(プリズム面、レンズ面、絞り面、反射面)を示している。

開口数：０．１９５

フォーカシング

非球面係数

自由曲面係数

ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：１０．８ｕｍ
横方向長さ：１３．８２４ｍｍ
縦方向長さ：８．６４ｍｍ
光軸〜素子中心：５．６２ｍｍ

最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６の位置座標を以下の表１５に示す。なお、回転に関しては面法線と光軸とのなす角度を示している。

図３５は、遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図３６は、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図３７は、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図３５〜図３７から、第３の実施の形態のプロジェクタ装置の屈折光学系８１は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射可能であることがわかる。また、図３８〜図４０にスポットダイアグラムを示す。図３８〜図４０の各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示しており、各スポットのフィールドポジションは画像形成部２上の座標(ｘ，ｙ)を示している。

以上の説明から明らかなように、第３の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系８１に設けられた非球面レンズにより、中間像に対して樽型の歪曲を発生させることで、中間像を圧縮して小型化する。これにより、凹面ミラー６を小型化することができ、凹面ミラー６の小型化を通じてプロジェクタ装置の小型化を図ることができる。また、中間像に発生させた樽型の歪曲は、自由曲面の凹面ミラー６で補正してスクリーン等に投射する。これにより、高品質な投影画像を得られる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

(第４の実施の形態)
次に、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の説明をする。なお、上述の各実施の形態のプロジェクタ装置と第４の実施の形態のプロジェクタ装置とでは、屈折光学系の構成のみが異なる。このため、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の説明に用いる図面に対しては、上述の第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同様の動作または機能を示す箇所には、第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以下の第４の実施の形態の説明では、各実施の形態との差異となっている屈折光学系を中心に説明を行う。

図４１に、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図を示す。図４１の実線は、フォーカスによる移動の軌跡を示している。図４２に、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系１１０に設けられている屈折光学系１１１を示す。図４１および図４２において、画像情報によりＤＭＤ等の画像形成部２で２次元的に強度変調された光束は、物体光としての投射光束となる。画像形成部２からの投射光束は、少なくとも一枚の非球面レンズを含む屈折光学系１１１、折り返し平面ミラー５、および凹面ミラー６を介して結像光束とされる。つまり、ＤＭＤ等の画像形成部２上に形成された画像は、投射光学系１１０によりスクリーンに拡大投影され投射画像となる。なお、ミラーを増設し、折り返し平面ミラー５にパワーを持たせてもよい。

屈折光学系１１１を介した光は、画像形成部２に形成された画像情報に共役な中間像を、凹面ミラー６よりも画像形成部２側に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はない。第４の実施の形態において、中間像を曲面像として形成している。最も拡大側に配置した自由曲面の凹面ミラー６により中間像を拡大しスクリーンに投影する。中間像には、像面湾曲と歪曲が発生しているが、凹面ミラー６の自由曲面により、中間像に発生している像面湾曲と歪曲を補正してスクリーンに投影する。凹面ミラー６の自由曲面で中間像に発生している像面湾曲と歪曲を補正しているため、屈折光学系１１１および投射光学系１１０の設計の自由度を増すことができ、プロジェクタ装置の小型化等に大きく貢献することができる。

図４３、図４４および図４５に、遠距離（８０インチ）、中間距離（６０インチ）、近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図を示す。図４３〜図４５の黒い点は、各画角の主光線と近軸像面との交点の座標を示しており、点線が近軸像を示している。図４３〜図４５からわかるように、どの画面サイズにおいても、樽型の歪曲が発生していることがわかる。これは中間像が圧縮され、小型化されていることを意味している。第４の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように中間像を小型化することができるため、自由曲面の凹面ミラー６を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。

また、第４の実施の形態のプロジェクタ装置においては、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、図４２に示す屈折光学系１１１の第１のレンズ群１１５、折り返し平面ミラー５、および自由曲面の凹面ミラー６は画像形成面に対し固定される。また、第２のレンズ群１１６および第３のレンズ群１１７は、画像形成部２側に移動し、第４のレンズ群１１８は、拡大側に移動する。つまり、第４の実施の形態のプロジェクタ装置は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、フローティングフォーカスをする。これにより、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することができる。また、第４の実施の形態のプロジェクタ装置は、このように移動するレンズ群内に非球面レンズを用いている。この非球面レンズの過補正により、中間像に対して樽型の歪曲を発生させている。なお、プロジェクタ装置の全体的な構成および動作は、図１８を用いて上述したとおりである。

屈折光学系１１１は、図４２に示すように画像形成部２側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群１１５と、正の屈折力を有する第２のレンズ群１１６とを有する。また、屈折光学系１１１は、負の屈折力を有し、１枚の非球面レンズを含む第３のレンズ群１１７と、正の屈折力を有し２枚の非球面レンズを含む第４のレンズ群１１８とを有する。そして、投射光学系１１０は、このような屈折光学系１１１と、折り返し平面ミラー５と、最も拡大側に配置された自由曲面の凹面ミラー６とを有している。屈折光学系１１１は、投射距離の変動に対する遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、正の第２のレンズ群１１６および負の第３のレンズ群１１７を画像形成部２側に移動させ、正の第４のレンズ群１１８を拡大側に移動させる。

第１のレンズ群１１５は、画像形成部２側から順に、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ１２１と、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１２２とを有する。また、第１のレンズ群１１５は、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１２３と、画像形成部２側に、より強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズ１２４とを有する。また、第１のレンズ群１１５は、拡大側に、より強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ１２５と、拡大側が、より強い凹面となる両凹レンズ１２６と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１２７とを有する。また、第１のレンズ群１１５は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズ１２８と、拡大側に、より強い凸面を向けた両凸レンズ１２９とを有する。

第２のレンズ群１１６は、画像形成部２側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１３０を有する。第３のレンズ群１１７は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１３１と、画像形成部２側に、より強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ１３２を有する。第４のレンズ群１１８は、拡大側に凸面を向けた両面非球面負メニスカスレンズ１３３と、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズ１３４とを有する。

以下の表１６〜表２０に、第４の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系１１１のデータを示す。なお、表１６における「ｉ」は、画像形成部２側から数えて第ｉ番目の面(プリズム面、レンズ面、絞り面、反射面)を示している。

開口数：０．１９５

フォーカシング

非球面係数

自由曲面係数

ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：１０．８ｕｍ
横方向長さ：１３．８２４ｍｍ
縦方向長さ：８．６４ｍｍ
光軸〜素子中心：５．６４ｍｍ

最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６の位置座標を以下の表２０に示す。なお、回転に関しては面法線と光軸とのなす角度を示している。

図４６は、遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図４７は、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図４８は、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示している。図４６〜図４８から、第４の実施の形態のプロジェクタ装置の屈折光学系１１１は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射可能であることがわかる。また、図４９〜図５１にスポットダイアグラムを示す。図４９〜図５１の各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示しており、各スポットのフィールドポジションは画像形成部２上の座標(ｘ，ｙ)を示している。

以上の説明から明らかなように、第４の実施の形態のプロジェクタ装置は、屈折光学系１１１に設けられた非球面レンズにより、中間像に対して樽型の歪曲を発生させることで、中間像を圧縮して小型化する。これにより、凹面ミラー６を小型化することができ、凹面ミラー６の小型化を通じてプロジェクタ装置の小型化を図ることができる。また、中間像に発生させた樽型の歪曲は、自由曲面の凹面ミラー６で補正してスクリーン等に投射する。これにより、高品質な投影画像を得られる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の説明をする。なお、上述の各実施の形態のプロジェクタ装置と第５の実施の形態のプロジェクタ装置とでは、屈折光学系の構成のみが異なる。このため、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の説明に用いる図面に対しては、上述の第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同様の動作または機能を示す箇所には、第１の実施の形態のプロジェクタ装置と同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、以下の第５の実施の形態の説明では、各実施の形態との差異となっている屈折光学系を中心に説明を行う。

図５２に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の断面図を示す。また、図５３に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系１４０に設けられている屈折光学系１４１のレンズ構成を示す。なお、図５２には、レンズ群のフォーカシングによる移動の軌跡が実線で図示されている。この第５の実施の形態のプロジェクタ装置は、「２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜６（条件式９）」、「０．４＜Ｙ／Ｆ＜０．７５（条件式１０）」を満たすように形成された投射光学系１４０を備えている。これにより、画像形成部２として、より大型で、より高解像度のＤＭＤ等を用いることが可能となっている。

図５２および図５３において、画像情報によりＤＭＤ等の画像形成部２で２次元的に強度変調された光束は、物体光としての投射光束となる。画像形成部２からの投射光束は、少なくとも一枚の非球面レンズを含む屈折光学系１４１、折り返し平面ミラー５、凹面ミラー６を介して結像光束とされる。つまり、画像形成部２上に形成された画像が投射光学系１４０によりスクリーンに拡大投影され、投射画像となる。

屈折光学系１４１を介した光は、画像形成部２に形成された画像情報に共役な中間像を折り返し平面ミラー５よりも画像形成部２側に空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はなく、曲面像として形成している。これは、上述の各実施の形態も同様である。中間像は、最も拡大側に配置した凹面ミラー６（自由曲面凹面ミラー）により拡大され、スクリーンに投影される。中間像には、像面湾曲および歪曲を生じているが、自由曲面の凹面ミラー６を用いているため、中間像に生じている像面湾曲および歪曲を補正できる。このため、レンズ系への収差補正の負担を軽減でき、設計の自由度を増し、プロジェクタ装置の小型化等を図りやすくすることができる。

図５４、図５５、図５６に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離（８０インチ）、中間距離（６０インチ）、および近距離（４８インチ）における近軸像面と主光線との交点をプロットした図を示す。図５４〜図５６において、黒い点は、各画角の主光線と近軸像面との交点の座標を示しており、点線は、近軸像を示している。図５４〜図５６から、各画面サイズにおいても、樽型の歪曲をしていることがわかる。これは、中間像が圧縮されていることを示している。このため、第５の実施の形態のプロジェクタ装置は、中間像の小型化により、自由曲面の凹面ミラー６を小型化できるため、コストダウンおよび装置の小型化を図ることができる。

第５の実施の形態のプロジェクタ装置は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、正レンズ群１５１（図５３参照）、折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６は、画像形成面に対し固定となる。これに対し、正レンズ群１５２（図５３参照）および負のレンズ群１５３（図５３参照）は、画像形成部２側に移動し、正のレンズ群１５４（図５３参照）は、拡大側に移動する。つまり、フローティングフォーカスにより、像面湾曲および歪曲収差を高度に制御することが可能となっている。また、第５の実施の形態のプロジェクタ装置は、移動するレンズ群１５２、１５３、１５４内に非球面レンズを用いることにより、補正の効果を高めている。なお、図５２には図示されていないが、画像処理部、電源部、および冷却用のファン等の画像形成に必要な部分は、投射光学系１４０と共にハウジング部材１に収納されている。

投射光学系１４０の屈折光学系１４１は、図５３に示すように、画像形成部２側から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１５１と、正の屈折力を有する第２レンズ群１５２とを有する。また、屈折光学系１４１は、負の屈折力を有し、１枚の非球面レンズを含む第３レンズ群１５３と、正の屈折力を有し、１枚の非球面レンズからなる第４レンズ群１５４とを有する。

第１レンズ群１５１は、画像形成部２側から順に、画像形成部２側に強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ１６１と、拡大側に強い凹面を向けた両凹レンズ１６２とを有する。また、第１レンズ群１５１は、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１６３、および画像形成部側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１６４の接合レンズ１６５と、開口絞り８とを有する。また、第１レンズ群１５１は、画像形成部２側に強い凸面を向けた両面非球面両凸レンズ１６６と、画像形成部２側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１６７とを有する。また、第１レンズ群１５１は、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズ１６８、および画像形成部２側に強い凹面を向けた両凹レンズ１６９の接合レンズ１７０と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１７１とを有する。

第２レンズ群１５２は、拡大側に強い凸面を向けた両凸レンズ１７２と、画像形成部２側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１７３とを有する。第３レンズ群１５３は、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１７４と、画像形成部２側に強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズ１７５とを有する。第４レンズ群１５４は、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズ１７６を有する。

このような屈折光学系１４１において、例えば遠距離側から近距離側へのフォーカシングの場合、正の第２レンズ群１５２と負の第３レンズ群１５３は画像形成部２側に移動し、正の第４レンズ群１５４は拡大側に移動する。

以下の表２１〜表２４に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置に設けられている屈折光学系１４１のデータを示す。なお、表２１における「ｉ」は、画像形成部２側から数えて第ｉ番目の面(プリズム面、レンズ面、絞り面、反射面)を示している。

開口数：０．２００

フォーカシング

非球面係数

自由曲面係数

ＤＭＤサイズ
ドットサイズ：７．５６ｕｍ（ＷＵＸＧＡ）
横方向長さ：１４．５１５２ｍｍ
縦方向長さ：９．０７２ｍｍ
光軸〜素子中心：５．９１ｍｍ

最も反射面側に位置するレンズの投影画像が最大となる合焦状態での頂点からの折り返し平面ミラー５、自由曲面の凹面ミラー６の位置座標を、以下の表２５に示す。なお、回転に関しては、面法線と光軸とのなす角度を示している。

図５４に、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す。また、図５５に、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す。また、図５６に、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す。図５４〜図５６から、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の屈折光学系１４１は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射可能であることがわかる。

また、図５７に、遠距離(８０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す。また、図５８に、中間距離(６０インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０ｎｍ)を示す。また、図５９に、近距離(４８インチ)の投射距離における、スクリーンでの各画角のスポット位置(波長５５０nm)を示す。図５７〜図５９から、第５の実施の形態のプロジェクタ装置の屈折光学系１４１は、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投影画像を投射可能であることがわかる。

また、図６０〜図６２にスポットダイアグラムを示す。図６０〜図６２に示す各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性(ｍｍ)を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示しており、各スポットのフィールドポジションは画像形成部２上の座標(ｘ，ｙ)を示している。

このような第５の実施の形態のプロジェクタ装置は、ＤＭＤ等の画像形成部２として高解像度のものを用いることができる。このため、高解像度の画像をスクリーン等に投射可能とすることができる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

最後に、表２６に、上述の各実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系７、５０、８０、１１０、１４０における、上述の条件式１、条件式２、条件式５、条件式７、条件式９および条件式１０に対応するパラメータの値を示す。

投影画像が最大となる合焦状態での中間像の近軸最大像高を「Ｄｉｄ」
屈折光学系４による近軸像面と絞りの中心を通る光線との交点の光軸からの距離の最大値を「Ｄ」
投影画像が最大となる合焦状態での屈折光学系４の焦点距離を「Ｆ」
「０．６＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８（条件式１）」
「２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜５（条件式２）」
投影画像が最大となる時の屈折光学系４の近軸横倍率を「β」
「５＜ β ＜８(条件式５)」
光軸と画像形成部２の端部との距離の最大値を「Ｙ」
「０．４＜Ｙ／Ｆ＜０．７(条件式７)」
「２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜６（条件式９）」
「０．４＜Ｙ／Ｆ＜０．７５（条件式１０）」

表２６からわかるように、各実施の形態のプロジェクタ装置の投射光学系７、５０、８０、１１０、１４０のパラメータの値は、条件式１、条件式２、条件式５、条件式７、条件式９および条件式１０で規定される範囲内である。これにより、各実施の形態のプロジェクタ装置は、中間像の大きさおよび歪曲量を、適切な大きさおよび歪曲量とすることができる。このため、凹面ミラー６の小型化等により、プロジェクタ装置の大幅な小型化を図ることができる。また、各実施の形態のプロジェクタ装置は、自由曲面の凹面ミラー６で中間像の歪曲を補正して投射しているため、高品質な投射画像を得ることができる。

表２７に、各実施の形態における、投射光学系７、５０、８０、１１０、１４０のサイズ（単位はｍｍ）の一例を示す。

図６３に示す折り返し平面ミラー５と光線との交点のうち、画像形成部２からのＺ軸方向の最大距離が、表２７に示す「高さ」となっている。また、図６３に示す折り返し平面ミラー５および自由曲面の凹面ミラー６と光線との交点のＹ軸方向の距離の最大値が、表２７に示す「奥行」となっている。また、図６４に示す自由曲面の凹面ミラー６と光線との交点のＸ軸方向の距離の最大値が、表２７に示す「横幅」となっている。

表２７からわかるように、各実施の形態のプロジェクタ装置は、大幅な小型化を図ることができる。そして、自由曲面の凹面ミラー６で中間像の歪曲を補正して投射することで、高品質な投射画像を得ることができる。

なお、上述の各実施の形態は、例としての提示であり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述の新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。例えば、上述の各実施の形態は、本発明をプロジェクタ装置に適用した例であったが、本発明を撮像装置の光学系等に適用してもよい。各実施の形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｍ１折り返し平面ミラー
Ｍ２凹面ミラー
Ｋ屈折光学系
ＴＫ投射光学系
Ｈハウジング部材
Ｆ平行平板
Ｇ画像形成部
ＫＰ共役点
１ハウジング部材
１ａハウジング部材の正面（前面）
２画像形成部
３平行平板
４屈折光学系
５折り返し平面ミラー
６凹面ミラー
７投射光学系
８開口絞り
９照明光学系
１５第１のレンズ群
１６第２のレンズ群
１７第３のレンズ群
１８第４のレンズ群
２１両面非球面両凸レンズ
２２負メニスカスレンズ
２３両凸レンズ
２４接合レンズ
２５両凸レンズ
２６両凹レンズ
２７正メニスカスレンズ
２８接合レンズ
２９両凸レンズ
３０正メニスカスレンズ
３１負メニスカスレンズ
３２両面非球面両凹レンズ
３３両面非球面両凹レンズ
３４両面非球面両凸レンズ
４２スクリーン
４３パーソナルコンピュータ装置
４４制御装置
４５記憶装置
４６通信装置
５０投射光学系
５１屈折光学系
５５第１のレンズ群
５６第２のレンズ群
５７第３のレンズ群
５８第４のレンズ群
６１両面非球面両凸レンズ
６２負メニスカスレンズ
６３両凸レンズ
６４接合レンズ
６５両凸レンズ
６６両凹レンズ
６７正メニスカスレンズ
６８接合レンズ
６９両凸レンズ
７０正メニスカスレンズ
７１負メニスカスレンズ
７２両面非球面両凹レンズ
７３両面非球面負メニスカスレンズ
７４両面非球面両凸レンズ
８０投射光学系
８１屈折光学系
８５第１のレンズ群
８６第２のレンズ群
８７第３のレンズ群
８８第４のレンズ群
９１両面非球面両凸レンズ
９２負メニスカスレンズ
９３負メニスカスレンズ
９４接合レンズ
９５両面非球面両凸レンズ
９６両凹レンズ
９７正メニスカスレンズ
９８接合レンズ
９９両凸レンズ
１００正メニスカスレンズ
１０１負メニスカスレンズ
１０２両面非球面両凹レンズ
１０３両面非球面負メニスカスレンズ
１０４両面非球面正メニスカスレンズ
１１０投射光学系
１１１屈折光学系
１１５第１のレンズ群
１１６第２のレンズ群
１１７第３のレンズ群
１１８第４のレンズ群
１２１両面非球面両凸レンズ
１２２負メニスカスレンズ
１２３負メニスカスレンズ
１２４接合レンズ
１２５両面非球面両凸レンズ
１２６両凹レンズ
１２７正メニスカスレンズ
１２８接合レンズ
１２９両凸レンズ
１３０正メニスカスレンズ
１３１負メニスカスレンズ
１３２両面非球面両凹レンズ
１３３両面非球面負メニスカスレンズ
１３４両面非球面正メニスカスレンズ

特開２００８−２５０２９６号公報

Claims

画像を形成する画像形成部と、前記画像をスクリーン上に拡大して投影する複数のレンズを備えた屈折光学系と、反射面と、をこの順で備え、
前記屈折光学系と前記反射面との間に中間像を形成し、
投影画像が最大となる合焦状態での前記中間像の近軸最大像高を「Ｄｉｄ」、
前記屈折光学系による近軸像面と開口絞りの中心を通る光線との交点のうち、光軸からの距離の最大値を「Ｄ」、
前記投影画像が最大となる合焦状態での前記屈折光学系の焦点距離を「Ｆ」としたときに、
０．６５＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８
２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜６
の条件を満たし、
前記屈折光学系は、前記画像形成部から拡大側へ向かって順に、合焦時に移動しない第１レンズ群と、合焦時に隣接するレンズ群との間隔が変化する複数のレンズ群と、を有し、
前記複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群は、負レンズと非球面レンズとを有すること
を特徴とする投射光学系。
画像を形成する画像形成部と、前記画像をスクリーン上に拡大して投影する複数のレンズを備えた屈折光学系と、反射面と、をこの順で備え、
前記屈折光学系と前記反射面との間に中間像を形成し、
投影画像が最大となる合焦状態での前記中間像の近軸最大像高を「Ｄｉｄ」、前記屈折光学系による近軸像面と開口絞りの中心を通る光線との交点のうち、光軸からの距離の最大値を「Ｄ」、前記投影画像が最大となる合焦状態での前記屈折光学系の焦点距離を「Ｆ」としたときに、
０．６＜Ｄ／Ｄｉｄ＜０．８
２．５＜Ｄｉｄ／Ｆ＜６
の条件を満たし、
前記屈折光学系は、前記画像形成部から拡大側へ向かって順に、合焦時に移動しない第１レンズ群と、合焦時に隣接するレンズ群との間隔が変化する複数のレンズ群と、を有し、
前記複数のレンズ群のうち拡大側から２番目のレンズ群は、負レンズと非球面レンズとを有し、
前記屈折光学系のレンズのうち、最も拡大側のレンズの拡大側レンズ面は非球面であること
を特徴とする投射光学系。
前記複数のレンズ群のうち最も前記第１レンズ群に近いレンズ群は、正の屈折力を有すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射光学系。
前記屈折光学系は、前記画像形成部から拡大側へ向かって順に、合焦時に移動しない第１レンズ群と、合焦時に隣接するレンズ群との間隔が変化する第２レンズ群、第３レンズ群及び第４レンズ群を備えること
を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
前記第４レンズ群の最も拡大側のレンズ面は非球面であり、前記第４レンズ群は合焦時に移動することを特徴とする請求項４に記載の投射光学系。
投影画像が最大となる合焦状態において、前記屈折光学系の近軸倍率を「β」としたときに、
５＜β＜８
の条件を満たすこと
を特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
前記光軸と、前記画像形成部の端部との距離の最大値を「Ｙ」としたときに、
０．４＜Ｙ／Ｆ＜０．７５
の条件を満たすこと
を特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
合焦時において、前記画像形成部に対する絞りが固定であること
を特徴とする請求項１から請求項７のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
前記反射面は最も拡大側に位置する凹面ミラーであること
を特徴とする請求項１から請求項８のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
前記凹面ミラーは自由曲面であること
を特徴とする請求項９に記載の投射光学系。
前記屈折光学系と前記反射面との間に折り返しミラーを有すること
を特徴とする請求項１から請求項１０のうち、いずれか一項に記載の投射光学系。
請求項１から請求項１１のうち、いずれか一項に記載の投射光学系を備えること
を特徴とするプロジェクタ装置。