JP7135298B2 - 投射光学系、画像投射装置 - Google Patents
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Description
本発明は、画像投射装置に用いられる投射光学系に関する。
近年、プロジェクション技術は、フロント投射型プロジェクタのみならず、サイネージや車載に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）など様々な技術分野に展開されており、市場分野は拡大している。
また、レーザー走査型プロジェクタを除き、使用されている画像素子としては、液晶表示素子と反射型表示素子（ＭＥＭＳ、ＤＬＰ）に大別でき、いずれの場合も、近年は小型・軽量・高輝度化が進んでいる。
このような画像投射装置について、サイズを小型化する場合には、局所的に光量が集光される為、収差等の光学系に求められる一般的な性能の他、レンズ自体に高い耐光性と温度変化時に光学性能が変化しにくいことが求められている。
また、レーザー走査型プロジェクタを除き、使用されている画像素子としては、液晶表示素子と反射型表示素子（ＭＥＭＳ、ＤＬＰ）に大別でき、いずれの場合も、近年は小型・軽量・高輝度化が進んでいる。
このような画像投射装置について、サイズを小型化する場合には、局所的に光量が集光される為、収差等の光学系に求められる一般的な性能の他、レンズ自体に高い耐光性と温度変化時に光学性能が変化しにくいことが求められている。
さて、光学系の小型化を図るときには、光学系を構成するレンズに非球面レンズや接合レンズを用いることで、所望の光学性能を求めつつ小型化を図る方法が知られている（例えば特許文献１～６等参照）。
しかしながら、非球面等の特殊なレンズ面の形状を選択すると、光学特性は向上する一方で、微小な製造誤差や使用条件の変動に弱いという問題があった。
しかしながら、非球面等の特殊なレンズ面の形状を選択すると、光学特性は向上する一方で、微小な製造誤差や使用条件の変動に弱いという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、諸条件の変動による性能劣化を抑制可能な新規な投射光学系の提供を目的とする。
本発明の投射光学系は、複数のレンズのうちで最も弱い屈折力を有するレンズと、前記最も弱い屈折力を有するレンズよりも拡大側に配置されたすべてのレンズで構成される拡大側レンズ群と、前記最も弱い屈折力を有するレンズよりも縮小側に配置されたすべてのレンズで構成される縮小側レンズ群と、を有し、前記拡大側レンズ群と前記最も弱い屈折力を有するレンズの合計の屈折力が負であり、前記縮小側レンズ群の屈折力が正であり、前記最も弱い屈折力を有するレンズの形状は、拡大側に凹形状で縮小側に凸形状であり、前記最も弱い屈折力を有するレンズは、当該レンズの焦点距離：ｆｗ、投射光学系全系での焦点距離：ｆとしたとき、条件式（１）：（１）０．０１≦｜ｆ／ｆｗ｜≦０．３４を満足し、前記最も弱い屈折力を有するレンズの拡大側に、前記レンズのうちで最も屈折力の強い負のレンズを隣接して配することを特徴とする。
本発明の投射光学系によれば、小型化を行いながらも諸条件の変動による性能劣化を抑制可能である。
以下、本発明に係る画像投射装置用の投射光学系、画像投射装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
第１の実施形態
以下、本発明に係る投射光学系の実施形態について説明する。
本実施形態おいて、画像投射装置１００は、図１に示すように、光源１０２からの光を均質に照射するための照明光学系１０１と、投射光学系１０４と、光変調素子としての画像表示素子２０１と、を有している。
なお、図１の破線は光軸を示す。また、画像投射装置１００のうち本発明と関連の薄い構成については適宜説明を省略するが、電源、冷却装置、信号処理等を搭載し、外部信号を入力することで画像投射装置として機能する。
画像投射装置１００は、折り返しミラーなどの反射鏡やアタッチメントとして拡大縮小光学系を取り付けることにより、ヘッドアップディスプレイなどにも応用展開可能な画像投射装置となっている。例えば、自動車、バイクや航空機などに搭載することもできる。
以下、本発明に係る投射光学系の実施形態について説明する。
本実施形態おいて、画像投射装置１００は、図１に示すように、光源１０２からの光を均質に照射するための照明光学系１０１と、投射光学系１０４と、光変調素子としての画像表示素子２０１と、を有している。
なお、図１の破線は光軸を示す。また、画像投射装置１００のうち本発明と関連の薄い構成については適宜説明を省略するが、電源、冷却装置、信号処理等を搭載し、外部信号を入力することで画像投射装置として機能する。
画像投射装置１００は、折り返しミラーなどの反射鏡やアタッチメントとして拡大縮小光学系を取り付けることにより、ヘッドアップディスプレイなどにも応用展開可能な画像投射装置となっている。例えば、自動車、バイクや航空機などに搭載することもできる。
照明光学系１０１は、光源１０２とリレー光学系１０３とを有している。
光源１０２は、本実施形態ではＬＥＤのＲＧＢ光源である。
光源１０２からの光線は、折り返しミラーやダイクロイックミラーなどを介して、ＲＧＢ光源が合わさり、リレー光学系１０３に入射される。
なお、本実施形態では光源１０２をＲＧＢ光源としているが、かかる構成に限定されるものではなく、光源１０２はハロゲンランプやレーザー光源でも良い。
光源１０２からの光線は、折り返しミラーやダイクロイックミラーなどを介して、ＲＧＢ光源が合わさり、リレー光学系１０３に入射される。
なお、本実施形態では光源１０２をＲＧＢ光源としているが、かかる構成に限定されるものではなく、光源１０２はハロゲンランプやレーザー光源でも良い。
リレー光学系１０３は、フライアイレンズ、コンデンサーレンズ、フィールドレンズ、折り返しミラーを含んでいる。
光源１０２からの光線は、リレー光学系１０３においてＲＧＢ光源ムラが均一になり、その後、プリズムを通過し画像表示素子２０１に向けて照射される。かかる構成により、照明光学系１０１は、光源１０２からの光を画像表示素子２０１に向けて均質に照射することができる。なお画像表示素子２０１は図１においては反射型の画像表示素子となっているが、レイアウトによっては透過型画像表示素子でも良い。
光源１０２からの光線は、リレー光学系１０３においてＲＧＢ光源ムラが均一になり、その後、プリズムを通過し画像表示素子２０１に向けて照射される。かかる構成により、照明光学系１０１は、光源１０２からの光を画像表示素子２０１に向けて均質に照射することができる。なお画像表示素子２０１は図１においては反射型の画像表示素子となっているが、レイアウトによっては透過型画像表示素子でも良い。
照明光学系１０１からＲＧＢの３色の光が照射されると、それぞれの色が照射されるタイミングで、個々の画素に対応するように画像表示素子２０１を制御することで、画像表示素子２０１からの反射光が投射光学系１０４によって拡大されて、被投射面であるスクリーン１０５に画像として投影され、映し出される。
また、画像投射装置１００は、上述の構成に加えてさらに光量検出素子２０２と、マイクロコンピュータ等を配置することで、射出される光量や色の自動制御を行うとしても良い。
また、画像投射装置１００は、上述の構成に加えてさらに光量検出素子２０２と、マイクロコンピュータ等を配置することで、射出される光量や色の自動制御を行うとしても良い。
画像投射装置は、一般に照明光学系のコリメータレンズや、フィールドレンズ等を備えており、比較的配置場所も大きく確保する必要がある。
したがって、投射装置１００の投射光学系１０４と照明光学系１０１のスペースの関係上、投射光学系１０４のバックフォーカスをある程度確保し、画像表示素子２０１側のレンズ径を小さくすることが求められている。
したがって、投射装置１００の投射光学系１０４と照明光学系１０１のスペースの関係上、投射光学系１０４のバックフォーカスをある程度確保し、画像表示素子２０１側のレンズ径を小さくすることが求められている。
さて、従来レンズ径の小型化を図るときには、非球面レンズや接合レンズを用いることで、所望の光学性能を求めつつ小型化を図る方法が知られている。
他方、特に車載用のヘッドアップディスプレイ等に応用する場合には、フロントガラスの近傍や、車両前方等、外気や熱源に近い部位に配置されることも有り得るために、画像投射装置１００は、温度変化による性能の劣化を極力抑えることが望ましい。
しかしながら、非球面レンズや接合レンズ等のレンズ面形状を選択すると、光学特性は向上する一方で、微小な製造誤差や温度変化によるレンズ面形状の変動に弱いという問題があった。
逆に、単に球面形状の単レンズのみを用いて投射光学系を構成する場合には、接合レンズや非球面レンズを用いる場合よりも収差補正が困難となり、小型化が難しいという問題がある。
しかしながら、非球面レンズや接合レンズ等のレンズ面形状を選択すると、光学特性は向上する一方で、微小な製造誤差や温度変化によるレンズ面形状の変動に弱いという問題があった。
逆に、単に球面形状の単レンズのみを用いて投射光学系を構成する場合には、接合レンズや非球面レンズを用いる場合よりも収差補正が困難となり、小型化が難しいという問題がある。
そこで、本実施形態では、後述の条件を満たす投射光学系１０４を用いることで、高性能、耐光性を確保しながらも温度変化時の光学性能の変化を抑制することができる。
投射光学系１０４は、ＤＭＤなどの反射型画像表示素子を光変調素子として用いた画像投射装置（プロジェクタ装置）に適した投射光学系であり、図２に示すように複数のレンズＬ１～Ｌ７を有している。
図２は、後述する数値実施例１に対応する投射光学系１０４の光学配置図を示している。
投射光学系１０４は、拡大側（図２の左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成された投射光学系であり、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。
プリズムＰｚは、光路を折り曲げる機能を有し、画像表示素子２０１からの画像情報を含んだ光線をプリズムＰｚで折り返すことで投射光学系１０４から射出させる。
プリズムＰｚはクロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを用いて良く、画像表示素子２０１の種類や特性に応じて選択可能である。
図２は、後述する数値実施例１に対応する投射光学系１０４の光学配置図を示している。
投射光学系１０４は、拡大側（図２の左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成された投射光学系であり、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。
プリズムＰｚは、光路を折り曲げる機能を有し、画像表示素子２０１からの画像情報を含んだ光線をプリズムＰｚで折り返すことで投射光学系１０４から射出させる。
プリズムＰｚはクロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを用いて良く、画像表示素子２０１の種類や特性に応じて選択可能である。
なお、以降の説明においては投射光学系１０４の開口絞り３０を含む光学部材の各面番号を、拡大側から順にＳ１～Ｓ２０として説明する。
プリズムＰｚよりも縮小側（図２の右側）には、カバーガラスＣＧと、光変調素子たる画像表示素子２０１が配置されている。図３～１９を用いて説明する各数値実施例においても同様である。
プリズムＰｚよりも縮小側（図２の右側）には、カバーガラスＣＧと、光変調素子たる画像表示素子２０１が配置されている。図３～１９を用いて説明する各数値実施例においても同様である。
投射光学系１０４を構成する複数のレンズＬ１～Ｌ７のうちで、『最も弱い屈折力を有するレンズ』は、本実施形態では、レンズＬ４である。
投射光学系１０４は、レンズＬ４の焦点距離：ｆｗ、投射光学系１０４全系での焦点距離：ｆとしたとき、条件式（１）を満足する。
投射光学系１０４は、レンズＬ４の焦点距離：ｆｗ、投射光学系１０４全系での焦点距離：ｆとしたとき、条件式（１）を満足する。
条件式（１）は、投射光学系１０４全系の焦点距離に対する『最も弱い屈折力を有するレンズ』の焦点距離の比を表している。
条件式（１）の下限値を下回ると、レンズＬ４の屈折力がレンズ全系に対して弱くなりすぎるため、投射光学系１０４の収差補正が難しくなり、所望の光学性能を満たせない虞があるため適さない。
条件式（１）の上限値を上回ると、レンズＬ４の屈折力がレンズ全系に対して強くなりすぎるために、色収差の補正が十分に行われず、また十分な小型化が難しくなる。
条件式（１）の下限値を下回ると、レンズＬ４の屈折力がレンズ全系に対して弱くなりすぎるため、投射光学系１０４の収差補正が難しくなり、所望の光学性能を満たせない虞があるため適さない。
条件式（１）の上限値を上回ると、レンズＬ４の屈折力がレンズ全系に対して強くなりすぎるために、色収差の補正が十分に行われず、また十分な小型化が難しくなる。
本実施形態では、かかる条件式（１）を満足することにより、小型化を行いながらも諸条件の変動による性能劣化を抑制可能である。
本実施形態の投射光学系１０４は、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３のレンズを合計したレンズ群を拡大側レンズ群Ｇ１としている。すなわち拡大側レンズ群Ｇ１は、『最も弱い屈折力を有するレンズよりも拡大側に配置されたレンズ群』である。
また、拡大側レンズ群Ｇ１と、『最も弱い屈折力を有するレンズＬ４』とを合わせたレンズ群を、『最も拡大側のレンズＬ１から最も弱い屈折力を有するレンズＬ４までのレンズ群』とする。
同様に、レンズＬ５、Ｌ６、Ｌ７のレンズを合計したレンズ群を縮小側レンズ群Ｇ２としている。すなわち縮小側レンズ群Ｇ２は、『最も弱い屈折力を有するレンズＬ４よりも縮小側のレンズ群』である。
また、拡大側レンズ群Ｇ１と、『最も弱い屈折力を有するレンズＬ４』とを合わせたレンズ群を、『最も拡大側のレンズＬ１から最も弱い屈折力を有するレンズＬ４までのレンズ群』とする。
同様に、レンズＬ５、Ｌ６、Ｌ７のレンズを合計したレンズ群を縮小側レンズ群Ｇ２としている。すなわち縮小側レンズ群Ｇ２は、『最も弱い屈折力を有するレンズＬ４よりも縮小側のレンズ群』である。
図２において、投射光学系１０４を構成するレンズＬ１～Ｌ７は、何れもその表面が球面形状の単レンズである。
ここで『単レンズ』とは、接合レンズではないことを指している。
かかる構成により、温度変化による接合部分の歪みを抑制することができるから、投射光学系１０４の温度変化による光学性能の低下を抑制することができる。
ここで『単レンズ』とは、接合レンズではないことを指している。
かかる構成により、温度変化による接合部分の歪みを抑制することができるから、投射光学系１０４の温度変化による光学性能の低下を抑制することができる。
また、本実施形態に係る投射光学系１０４は、当該投射光学系１０４を構成する全レンズはガラスで出来ており、かつ、球面形状である。
かかる構成により、単レンズで構成することで耐光性を向上させるとともに、球面レンズのみとすることで、温度変化時での面形状の変化における性能変化を抑制することができる。
かかる構成により、単レンズで構成することで耐光性を向上させるとともに、球面レンズのみとすることで、温度変化時での面形状の変化における性能変化を抑制することができる。
また、本実施形態にかかる投射光学系１０４は、画像投射装置用の投射光学系において、『レンズ全系で最も弱い屈折力を有するレンズ』であるレンズＬ４の形状が、拡大側に凹形状で縮小側に凸形状のレンズである。
かかる構成により、収差補正を適切な範囲に制御しつつ、広角で高性能な投射光学系を提供できる。
また、本実施形態では、最も拡大側のレンズＬ１から最も弱い屈折力を有するレンズＬ４までのレンズ群の合計の屈折力は負、最も弱い屈折力を有するレンズＬ４よりも縮小側の縮小側レンズ群Ｇ２の屈折力は正を有する。かかる構成とすることで、広角で高性能な投射光学系を達成することができる。
かかる構成により、収差補正を適切な範囲に制御しつつ、広角で高性能な投射光学系を提供できる。
また、本実施形態では、最も拡大側のレンズＬ１から最も弱い屈折力を有するレンズＬ４までのレンズ群の合計の屈折力は負、最も弱い屈折力を有するレンズＬ４よりも縮小側の縮小側レンズ群Ｇ２の屈折力は正を有する。かかる構成とすることで、広角で高性能な投射光学系を達成することができる。
また、負の屈折力を有する拡大側レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する縮小側レンズ群Ｇ２との間に、最も弱い屈折力を有するレンズＬ４を配置し、レンズＬ４の形状を拡大側に凹形状で縮小側に凸形状のレンズであるとすることで、より高性能な収差補正を可能とする。
また、本実施形態では、最も弱い屈折力を有するレンズＬ４の焦点距離：ｆｗとしたとき、条件式（２）を満足する。
条件式（２）の範囲外であると、『最も弱い屈折力を有するレンズ』であるレンズＬ４の屈折力が強くなりすぎるために、０℃～６０℃程度の室温付近の環境における光学性能は確保されるが、温度が－４０℃～１１０℃程度まで温度変化が大きく振れる環境下においては球面収差が大きくなり、像面湾曲の発生要因となるので望ましくない。
かかる条件式（２）を満足する範囲内で『最も弱い屈折力を有するレンズ』であるレンズＬ４の屈折力を制限することにより、室温時にはもちろん、温度変化の大きい環境下においても適切な収差補正を可能とする。
また本実施形態では、レンズＬ４の焦点距離：ｆｗ、同レンズＬ４のレンズ厚：Ｔｗとしたとき、条件式（３）を満足する。
条件式（３）の上限値以上の値であると、肉厚が厚くなりすぎるため、屈折力と収差とのバランスを欠いてしまい十分な性能を発揮することが困難となる。
条件式（３）の範囲内でレンズＬ４のレンズ厚と焦点距離とを設定することによって、温度変化が大きく振れる環境下での光学性能の変化を抑制しつつも高性能な投射光学系となる。
条件式（３）の範囲内でレンズＬ４のレンズ厚と焦点距離とを設定することによって、温度変化が大きく振れる環境下での光学性能の変化を抑制しつつも高性能な投射光学系となる。
また本実施形態では、レンズＬ４の拡大側の曲率半径：Ｒｗ、レンズＬ４の焦点距離：ｆｗとして、条件式（４）を満足する。
条件式（４）の上限値以上の値であると、曲率半径ＲｗまたはレンズＬ４の屈折力が大きくなりすぎてしまうため、屈折力と収差補正のバランスが崩れてしまい、十分な性能を発揮することが困難である。
条件式（４）の範囲内でレンズＬ４の拡大側の曲率半径と焦点距離とを設定することによって、温度変化が大きく振れる環境下での光学性能の変化を抑制しつつも高性能な投射光学系となる。
条件式（４）の範囲内でレンズＬ４の拡大側の曲率半径と焦点距離とを設定することによって、温度変化が大きく振れる環境下での光学性能の変化を抑制しつつも高性能な投射光学系となる。
また本実施形態では、レンズＬ４を含みレンズＬ４よりも拡大側にある拡大側レンズ群Ｇ１と最も弱い屈折力を有するレンズＬ４との合成焦点距離：ＦＸ、レンズＬ４よりも縮小側にある縮小側レンズ群Ｇ２の焦点距離：ＦＹとしたとき、条件式（５）を満足することが望ましい。
かかる条件式（５）は、投射光学系１０４をレンズＬ４を中心に見たときの拡大側と縮小側のパワーのバランスを示しており、条件式（５）の範囲外であると、拡大側レンズ群Ｇ１と縮小側レンズ群Ｇ２の屈折力配分が崩れて、光学性能に影響が出てしまうので望ましくない。
かかる構成において、焦点距離：ＦＸは、『最も拡大側のレンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４までの合成焦点距離』である。
かかる構成において、焦点距離：ＦＸは、『最も拡大側のレンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４までの合成焦点距離』である。
また、本実施形態では、最も弱い屈折力を有するレンズＬ４の拡大側に、レンズＬ１～Ｌ７のうちで最も強い負の屈折力を有するレンズＬ３が配置されている。
かかる構成により、投射光学系１０４は収差補正を十分に行いつつ偏心感度を低く抑制する。
なお、かかる構成によらず、仮に負の屈折力が大きいレンズＬ３の縮小側に、正の屈折力が大きいレンズを配置してしまうと、収差補正は十分に行われる一方で、レンズ間の偏心感度が高くなってしまうため、製造上高い精度が必要となるため好ましくない。
かかる構成により、投射光学系１０４は収差補正を十分に行いつつ偏心感度を低く抑制する。
なお、かかる構成によらず、仮に負の屈折力が大きいレンズＬ３の縮小側に、正の屈折力が大きいレンズを配置してしまうと、収差補正は十分に行われる一方で、レンズ間の偏心感度が高くなってしまうため、製造上高い精度が必要となるため好ましくない。
また、本実施形態では、投射光学系１０４は複数の単レンズを用いて構成され、開口絞り３０よりも拡大側のレンズＬ１～Ｌ３は全体として負の屈折力を有し、開口絞り３０よりも縮小側のレンズＬ４～Ｌ７は全体として正の屈折力を有する。
また、開口絞り３０よりも拡大側もしくは縮小側のどちらか一方のレンズ群には、投射光学系１０４のうち最も弱い屈折力を有するレンズＬ４が配置されており、レンズＬ４の形状は、拡大側に凹で縮小側に凸の形状である。
かかる構成により、温度変化時において周辺の光線が通過するときの収差の変化を抑制することができる。
また、開口絞り３０よりも拡大側もしくは縮小側のどちらか一方のレンズ群には、投射光学系１０４のうち最も弱い屈折力を有するレンズＬ４が配置されており、レンズＬ４の形状は、拡大側に凹で縮小側に凸の形状である。
かかる構成により、温度変化時において周辺の光線が通過するときの収差の変化を抑制することができる。
なお、レンズ総数を６枚、もしくは７枚とした数値実施例のみ記載したが、製造誤差を考慮し、最大９枚以内で投射光学系１０４を構成することが望ましい。
また、本実施形態では、開口絞り３０よりも拡大側のレンズ群、すなわちレンズＬ１～Ｌ３の合成焦点距離：ＦＦが条件式（６）を満足することが望ましい。
条件式（６）が上限値以上であると、レンズ群の偏心感度が高くなってしまうため、製造時に要求される精度が高くなってしまうため望ましくない。
条件式（６）を満足することで、レンズ群の偏心感度が低く抑えられて、製造誤差範囲内で偏心が生じたとしても光学性能の劣化を抑制できる。
条件式（６）を満足することで、レンズ群の偏心感度が低く抑えられて、製造誤差範囲内で偏心が生じたとしても光学性能の劣化を抑制できる。
また本実施形態では、開口絞り３０よりも拡大側のレンズ群、すなわちレンズＬ１～Ｌ３の合成焦点距離：ＦＦ、開口絞り３０よりも縮小側のレンズ群すなわちレンズＬ４～Ｌ７の合成焦点距離：ＦＲとしたとき、条件式（７）を満足することが望ましい。
かかる条件式（７）は、投射光学系１０４を開口絞り３０を中心に拡大側、縮小側として分けた２群構成の光学系として考えたとき、拡大側と縮小側の屈折力の比を表すものである。
かかる条件式（７）の範囲外になると、偏心感度が高くなる傾向にあるため、偏心による収差変動が大きくなるため好ましくない。
条件式（７）を満足するように開口絞り３０の両側での屈折力の比を設定することにより、投射光学系１０４の収差補正を良好に保ちつつも偏心感度を低減できるから、開口絞り３０前後での偏心が生じたときにも、収差の変動を抑えて歩留まりの向上に寄与する。
かかる条件式（７）の範囲外になると、偏心感度が高くなる傾向にあるため、偏心による収差変動が大きくなるため好ましくない。
条件式（７）を満足するように開口絞り３０の両側での屈折力の比を設定することにより、投射光学系１０４の収差補正を良好に保ちつつも偏心感度を低減できるから、開口絞り３０前後での偏心が生じたときにも、収差の変動を抑えて歩留まりの向上に寄与する。
また本実施形態では、投射光学系１０４を構成する光学部材のうち、屈折力を有する光学部材のうち最も拡大側のレンズＬ１の拡大側の面Ｓ１から、最も縮小側のレンズＬ７の縮小側の面Ｓ１５までの物理的な距離をレンズ全長：ＯＡＬ、投射光学系１０４の全系の焦点距離：ｆとしたとき、条件式（８）を満足することが望ましい。
かかる条件式（８）を満足することで、レンズ全系の焦点距離：ｆとレンズ全長：ＯＡＬとを適切な範囲に収めて、投射光学系１０４の小型化を達成しながらも、適切な収差補正を行うことができる。
また、本実施形態では、最も拡大側のレンズＬ１の、１００℃～３００℃の使用範囲内における線膨張係数：ＬＰα（×１０-７／℃）が、条件式（９）を満足することが望ましい。
投射光学系１０４の最も厳しい温度変化に晒されるレンズは、外気の影響を受けやすい拡大側に配置されたレンズＬ１である。さらに一般的な投射光学系においては最も拡大側のレンズが最も大径化されることが多い。
そのため、少なくともレンズＬ１は条件式（９）を満足する光学材料を用いることが望ましい。
そのため、少なくともレンズＬ１は条件式（９）を満足する光学材料を用いることが望ましい。
条件式（９）を満足するようなガラス材料を用いることで、非常に厳しい温度変化環境下においても、レンズの温度変化による歪みや光学特性の変化を抑制することができるから、小型化を行いながらも諸条件の変動による性能劣化を抑制可能である。
また本実施形態では、画像投射装置１００は、投射光学系１０４の全系を光軸方向に繰り出すことでフォーカス調整を行う。
かかる構成により、投射距離の変化による光学性能の劣化を最も適切に低減可能であるが、かかる構成に限定されるものではなく、例えばレンズＬ１～レンズＬ７を所定の数のレンズ群に分けてそれぞれ独立して動作させることでフォーカスを行うとしても良い。
かかる構成により、投射距離の変化による光学性能の劣化を最も適切に低減可能であるが、かかる構成に限定されるものではなく、例えばレンズＬ１～レンズＬ７を所定の数のレンズ群に分けてそれぞれ独立して動作させることでフォーカスを行うとしても良い。
また、フロントフォーカス方式、インナーフォーカス方式、リアフォーカス方式等のフォーカス調整方法によって投射光学系１０４の一部のレンズのみを動かす方式を用いても良い。
以下、上述したような実施形態に対応する各レンズ構成の具体的な数値例と収差図とを記載する。
なお、以下の数値実施例においては、条件式（１）～条件式（９）を何れも満足する。
なお、以下の数値実施例においては、条件式（１）～条件式（９）を何れも満足する。
各実施例における記号は以下の通りである。
ｆ：光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｌ：レンズ
Ｆ：レンズの焦点距離
ｆＧ：レンズ群としたときの焦点距離
ｆ：光学系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：開口数
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｌ：レンズ
Ｆ：レンズの焦点距離
ｆＧ：レンズ群としたときの焦点距離
（数値実施例１）
図２は、実施例１に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はＬ３とＬ４の間に設置され、Ｌ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。
縮小側（紙面右側）の端であるＳ２０には光変調素子を配置している。なお、プリズムＰｚに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図２は、実施例１に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はＬ３とＬ４の間に設置され、Ｌ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。
縮小側（紙面右側）の端であるＳ２０には光変調素子を配置している。なお、プリズムＰｚに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例１に係る投射光学系１０４は、既に述べたようにフォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整を可能としているが、それに限ったものではない。
開口絞り３０よりも拡大側にはＬ１からＬ３が配され、Ｌ１からＬ３の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３から構成されている。
開口絞りよりも縮小側にはＬ４からＬ７が配され、Ｌ４からＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹で縮小側に凸面の正メニスカスレンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のＬ４であり、Ｌ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いＬ３が配されている。また、Ｌ１から最も屈折力の弱いＬ４まで合計した屈折力は負、Ｌ５からＬ７まで合計した屈折力は正で構成されている。
Ｌ７の縮小側は、プリズムＰｚ、表示素子用のカバーガラス、表示素子面（Ｓ２０）で構成されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、表示素子からの画像情報をプリズムＰｚで折り返すことにより投射光学系から射出させることが可能である。プリズムＰｚはクロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを想定しており、表示素子の種類に応じていずれの表示素子も設置可能である。
Ｌ１からＬ７は全て球面で、レンズ単体からできており、接合レンズは無い。
図３は、実施例１に係る投射光学系の収差図を示しており、左側から順番に球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒ．（ＳＡ））、非点収差（Ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｃｕｒｖｅｓ（ＡＳ））、歪曲収差（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を示している。球面収差（ＳＡ）において、符号Ｒは赤（波長が６２５ｎｍ）、符号Ｇは緑（波長が５５０ｎｍ）が、符号Ｂは青（波長が４６０ｎｍ）の球面収差を示している。また、非点収差（ＡＳ）において、符号Ｓはサジタル像面、符号Ｔはタンジェンシャル像面の非点収差を示している。図３に示す通り、収差補正は良好な状態を示している。
なお、収差図の説明については、実施例２乃至９についても同様の符号を付しているので詳細な説明は省略する。
なお、収差図の説明については、実施例２乃至９についても同様の符号を付しているので詳細な説明は省略する。
実施例１の各数値を表１に示す。なおＳは面番号である（以下、同様）。
投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。なお、表１中の「ＩＮＦ」は無限大を表し、上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表２に示す通りである。Ｅは指数表記のＥであり、１０のべき乗であることを示す。
（数値実施例２）
図４は、実施例２に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞りはレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、光変調素子のレンズＬ７に対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
図４は、実施例２に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞りはレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、光変調素子のレンズＬ７に対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
実施例２に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはＬ１からＬ３が配され、Ｌ１からＬ３の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３から構成されている。
開口絞りよりも縮小側にはＬ４からＬ７が配され、Ｌ４からＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹の負メニスカスレンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸の負メニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは、拡大側に凹で縮小側に凸の形状のレンズＬ４であり、レンズＬ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ３が配されている。また、最も拡大側のレンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４までを合計した屈折力は負、Ｌ５からＬ７まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ７は全て球面で、また、全レンズ単体からできており、接合レンズは無い。
図５は、実施例２に係る投射光学系の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例２の各数値を表３に示す。
表３に記した間隔は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表４に示す通りである。
（数値実施例３）
図６は、実施例３に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
図６は、実施例３に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
実施例３に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、レンズＬ１からレンズＬ３の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、両凹の負レンズＬ２から構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ７が配され、レンズＬ４からレンズＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹の負のメニスカスレンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸の負のメニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ４であり、レンズＬ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ３が配されている。 また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４まで合計した屈折力は負、レンズＬ５からレンズＬ７まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ７は全て球面で、また、全てのレンズが単レンズであり、接合レンズは無い。
図７は、実施例３に係る投射光学系の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例３の各数値を表５に示す。
表５は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。各条件式（１）～（９）に関する数値は、表６に示す通りである。
（数値実施例４）
図８は、実施例４に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図８は、実施例４に係る投射光学系の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例４に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、レンズＬ１からレンズＬ３の合計した屈折力は負となっている。
レンズＬ１～Ｌ３は最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３で構成されている。
レンズＬ１～Ｌ３は最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３で構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ７が配され、レンズＬ４からレンズＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹の負メニスカスレンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸の負メニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
投射光学系１０４のレンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは、拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ４であり、レンズＬ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ３が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４まで合計した屈折力は負、レンズＬ５からレンズＬ７まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ７の縮小側は、プリズムＰｚ、表示素子用のカバーガラス、表示素子面（Ｓ２０）で構成されている。プリズムＰｚは、光路を折り曲げる役目を果たしており、表示素子からの画像情報をプリズムＰｚで折り返すことにより投射光学系から射出させることが可能である。プリズムＰｚはクロスプリズム、ＴＩＲプリズム、ＲＴＩＲプリズムなどを想定しており、表示素子の種類に応じていずれの表示素子も設置可能である。
レンズＬ１からレンズＬ７は全て球面で、また、全て単レンズであり、接合レンズは無い。
図９は、実施例４に係る投射光学系の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例４の各数値を表７に示す。
表７は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式に関する数値は、表８に示す通りである。
（数値実施例５）
図１０は、実施例５に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図１０は、実施例５に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例５に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、レンズＬ１からレンズＬ３の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３から構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ７が配され、レンズＬ４からレンズＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ４、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ４であり、レンズＬ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ３が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４まで合計した屈折力は負、レンズＬ５からレンズＬ７まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ７は全て球面で、また、全て単レンズであり、接合レンズは無い。
図１１は、実施例５に係る投射光学系１０４の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例５の各数値を表９に示す。
表９は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表１０に示す通りである。
（数値実施例６）
図１２は、実施例６に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ２とレンズＬ３の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
図１２は、実施例６に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ２とレンズＬ３の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラス（ＣＧ）を配置している。
実施例６に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ６を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ２が配され、レンズＬ１からレンズＬ２の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に両凸の正レンズＬ１、両凹の負レンズＬ２から構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ３からレンズＬ６が配され、レンズＬ３からレンズＬ６の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面で縮小側に凸面の負メニスカスレンズＬ３、両凸の正レンズＬ４、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ５、両凸の正レンズＬ６で構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ３であり、レンズＬ３の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ２が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いＬ３まで合計した屈折力は負、Ｌ４からＬ６まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ６は全て球面で、また、全レンズ単体からできており、接合レンズは無い。
図１３は、実施例６に係る投射光学系の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例６の各数値を表１１に示す。
表１１は、投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表１２に示す通りである。
（数値実施例７）
図１４は、実施例７に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ１とレンズＬ２の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図１４は、実施例７に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ１とレンズＬ２の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例７に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ６を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側には屈折力が正のレンズＬ１が配される。レンズＬ１は拡大側に両凸の正レンズである。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ２からレンズＬ６が配され、レンズＬ２からレンズＬ６の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、両凹の負レンズＬ２、拡大側に凹面の負メニスカスレンズＬ３、両凸の正レンズＬ４、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ５、両凸の正レンズＬ６から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ３であり、レンズＬ３の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ２が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ３まで合計した屈折力は負、レンズＬ４からレンズＬ６まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ６は全て球面で、また、全て単レンズであり、接合レンズは無い。
図１５は、実施例５に係る投射光学系１０４の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例７の各数値を表１３に示す。
表１３は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表１４に示す通りである。
（数値実施例８）
図１６は、実施例８に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ４とレンズＬ５の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図１６は、実施例８に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ７で構成され、開口絞り３０はレンズＬ４とレンズＬ５の間に設置され、レンズＬ７の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ２０には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例８に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ７を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ４が配され、レンズＬ１からレンズＬ４の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、拡大側に凹面の正メニスカスレンズＬ１、拡大側に凸面の正メニスカスレンズＬ２、両凹の負レンズＬ３、拡大側に凹面の屈折力の弱い負メニスカスレンズＬ４から構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ５からレンズＬ７が配され、レンズＬ５からレンズＬ７の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、両凸の正レンズＬ５、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ６、両凸の正レンズＬ７から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ４であり、レンズＬ４の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ３が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ４まで合計した屈折力は負、レンズＬ５からレンズＬ７までを合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ７は全て球面で、また、全て単レンズであり、接合レンズは無い。
図１７は、実施例８に係る投射光学系１０４の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例８の各数値を表１５に示す。
表１５は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式（１）～（９）に関する数値は、表１６に示す通りである。
（数値実施例９）
図１８は、実施例９に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
図１８は、実施例９に係る投射光学系１０４の光学配置図を示している。拡大側（紙面左側）から順番に、レンズＬ１からレンズＬ６で構成され、開口絞り３０はレンズＬ３とレンズＬ４の間に設置され、レンズＬ６の縮小側にはプリズムＰｚが設置されている。縮小側（紙面右側）のＳ１８には光変調素子を配置している。なお、レンズに対向する面には光変調素子のカバーガラスＣＧを配置している。
実施例９に係る投射光学系１０４は、フォーカスする際、レンズ全系Ｌ１からＬ６を一体として同時に移動させる事でピント調整が可能である。
開口絞り３０よりも拡大側にはレンズＬ１からレンズＬ３が配され、レンズＬ１からレンズＬ３の合計した屈折力は負となっており、最も拡大側から順番に、両面凸の正レンズＬ１、両凹の負レンズＬ２、拡大側に凹面の屈折力の弱い負メニスカスレンズＬ３で構成されている。
開口絞り３０よりも縮小側にはレンズＬ４からレンズＬ６が配され、レンズＬ４からレンズＬ６の合計した屈折力は正となっており、最も拡大側から順番に、両凸の正レンズＬ４、拡大側に凸面の負メニスカスレンズＬ５、両凸の正レンズＬ６から構成されている。
レンズ全系で最も屈折力の弱いレンズは拡大側に凹で縮小側に凸形状のレンズＬ３であり、レンズＬ３の拡大側にはレンズ全系で最も屈折力の強いレンズＬ２が配されている。また、レンズＬ１から最も屈折力の弱いレンズＬ３まで合計した屈折力は負、レンズＬ４からレンズＬ６まで合計した屈折力は正で構成されている。
レンズＬ１からレンズＬ６は全て球面で、また、全て単レンズからできており、接合レンズは無い。
図１９は、実施例９に係る投射光学系の収差図、球面収差、非点収差、歪曲収差を示しており、いずれも収差補正は良好な状態を示している。
実施例９の各数値を表１７に示す。
表１７は投射距離が３０３ｍｍ時のレンズ間隔である。上記に示した各条件式に関する数値は、表１８に示す通りである。
以上の通りに、本発明に係る投射光学系１０４は、数値実施例１乃至９に示した具体的な構成において、球面収差、非点収差、像面湾曲、色収差は十分に補正されており、歪曲収差も-2.0％以内と十分に補正されている。良好な光学性能を確保し得ることは、各実施例より明らかである。
また、以上述べた実施例において、拡大側レンズ群Ｇ１を構成するレンズ及び縮小側レンズ群Ｇ２を構成するレンズの材料は全てガラス材であり、かつ、球面形状である。
しかしながら、『最も弱い屈折力を有するレンズ』のみについては、屈折力が弱いというその特性上、非球面レンズ形状を用いたとしても、温度変化による歪みにおける光学性能の影響は非常に小さいと考えられるため、非球面レンズであるとしても構わない。
また、以上述べた実施例において、拡大側レンズ群Ｇ１を構成するレンズ及び縮小側レンズ群Ｇ２を構成するレンズの材料は全てガラス材であり、かつ、球面形状である。
しかしながら、『最も弱い屈折力を有するレンズ』のみについては、屈折力が弱いというその特性上、非球面レンズ形状を用いたとしても、温度変化による歪みにおける光学性能の影響は非常に小さいと考えられるため、非球面レンズであるとしても構わない。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態や変形例を適宜に組み合わせてもよい。
１００ 画像投射装置
１０１ 照明光学系
１０２ 光源
１０３ リレー光学系
１０４ 投射光学系
１０５ スクリーン
２０１ 画像表示素子
２０１ 光変調素子制御部
２０２ 光量検出素子
１０１ 照明光学系
１０２ 光源
１０３ リレー光学系
１０４ 投射光学系
１０５ スクリーン
２０１ 画像表示素子
２０１ 光変調素子制御部
２０２ 光量検出素子
Claims (13)
- 画像投射装置用の投射光学系において、
当該投射光学系は
複数のレンズのうちで最も弱い屈折力を有するレンズと、
前記最も弱い屈折力を有するレンズよりも拡大側に配置されたすべてのレンズで構成される拡大側レンズ群と、
前記最も弱い屈折力を有するレンズよりも縮小側に配置されたすべてのレンズで構成される縮小側レンズ群と、を有し、
前記拡大側レンズ群と前記最も弱い屈折力を有するレンズの合計の屈折力が負であり、前記縮小側レンズ群の屈折力が正であり、
前記最も弱い屈折力を有するレンズの形状は、拡大側に凹形状で縮小側に凸形状であり、
前記最も弱い屈折力を有するレンズは、当該レンズの焦点距離：ｆｗ、投射光学系全系での焦点距離：ｆとしたとき、条件式（１）：
（１）０．０１≦｜ｆ／ｆｗ｜≦０．３４
を満足し、
前記最も弱い屈折力を有するレンズの拡大側に、前記レンズのうちで最も屈折力の強い負のレンズを隣接して配することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１に記載の投射光学系において、
前記複数のレンズは何れも単レンズであることを特徴とする投射光学系。 - 請求項１または２に記載の投射光学系において、
前記拡大側レンズ群を構成するレンズ及び前記縮小側レンズ群を構成するレンズの材料は全てガラス材であり、かつ、球面形状であることを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至３の何れか１つに記載の投射光学系において、
前記屈折力の最も弱いレンズの焦点距離：ｆｗとしたとき、条件式（２）：
（２）１／｜ｆｗ｜＜１．３Ｅ－０２
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至４の何れか１つに記載の投射光学系において、
前記最も弱いレンズの焦点距離：ｆｗ、当該レンズの肉厚：Ｔｗとしたとき、条件式（３）：
（３）Ｔｗ／｜ｆｗ｜＜８．０Ｅ－０２
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至５の何れか１つに記載の投射光学系において、
前記屈折力の最も弱いレンズの焦点距離：ｆｗ、当該レンズの拡大側の曲率半径：Ｒｗとしたとき、条件式（４）：
（４）｜Ｒｗ／ｆｗ｜＜１．６Ｅ－０１
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至６の何れか１つに記載の投射光学系において、
前記拡大側レンズ群と前記最も弱い屈折力を有するレンズの合成焦点距離：ＦＸ、前記縮小側レンズ群の焦点距離：ＦＹ、としたとき、条件式（５）：
（５）２．０＜｜ＦＸ／ＦＹ｜＜８．５
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 画像投射装置用の投射光学系において、
複数のレンズから構成され、前記レンズは全て単レンズからなり、
固定開口絞りよりも拡大側に配置されたすべてのレンズから構成されるレンズ群は正または負の屈折力を有し、
前記固定開口絞りよりも縮小側に配置されたすべてのレンズから構成されるレンズ群は正の屈折力を有し、
前記固定開口絞りの拡大側もしくは縮小側のどちらか１方の前記レンズ群には、当該レンズ群において最も前記固定開口絞り側に、前記レンズのうちで屈折力の最も弱いレンズが配置され、
当該屈折力の最も弱いレンズの形状は、拡大側に凹で縮小側に凸であり、
前記固定開口絞りよりも拡大側に配置されたすべてのレンズの合成焦点距離：ＦＦ、前記固定開口絞りよりも縮小側に配置されたすべてのレンズの合成焦点距離：ＦＲ、としたとき条件式（７）：
（７）１．５＜｜ＦＦ／ＦＲ｜＜２１．０
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項８に記載の投射光学系において、
前記固定開口絞りよりも拡大側に配置されたすべてのレンズの合成焦点距離：ＦＦ、が条件式（６）：
（６）１／｜ＦＦ｜（１／ｍｍ） ＜ ２．５Ｅ－０２
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至９の何れか１つに記載の投射光学系において、
当該投射光学系を構成する光学部材のうち、屈折力を有さない光学部材は除く最も拡大側のレンズの拡大側の面から最も縮小側のレンズの縮小側の面までの距離：ＯＡＬ、レンズ全系の焦点距離：ｆとしたとき、条件式（８）：
（８）１．０＜ＯＡＬ／ｆ＜３．０
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至１０の何れか１つに記載の投射光学系において、
最も拡大側のレンズの１００～３００℃での線膨張係数：ＬＰα（１０ －７ ／℃）、が条件式（９）：
（９）ＬＰα ＜ １００ （１０ －７ ／℃）
を満足することを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至１１の何れか１つに記載の投射光学系において、
当該投射光学系全系を光軸方向に繰り出すことによりフォーカス調整を行うことを特徴とする投射光学系。 - 請求項１乃至１２の何れか１つに記載の投射光学系と、
光源と、画像表示素子と、前記画像表示素子に光源からの光線を均一に照射させるための照明光学系と、を有することを特徴とする画像投射装置。
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