JP2022156602A - アタッチメント光学系、および投写表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーンに向かう投写光を投写表示装置の投写光学系の光軸の延長上に到達させることができるアタッチメント光学系を提供すること。
【解決手段】アタッチメント光学系１０Ａは、投写光学系の３拡大側に着脱可能に取り付けられ、出射された投写光を投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写する。アタッチメント光学系は、投写光学系の第１光軸Ｎの延長上に配置された第２光軸Ｍを備える光学素子２１を有する。光学素子は、第２光軸上に配置された入射面４１、入射面から出射された光を反射する第１反射面４２、第１反射面により反射された光を反射する第２反射面４３および第２反射面により反射された光を透過させる出射面４４を備える。第１反射面と出射面とは、光が第２光軸および第１光軸を通過する軸上領域内で連続し、アタッチメント光学系の結像面は、投写表示装置が備える光変調素子が投写画像を形成する縮小側結像面と略平行である。
【選択図】図４

Description

本発明は、アタッチメント光学系、および投写表示システムに関する。

プロジェクターの投写光学系に着脱可能に取り付けられるアタッチメント光学系は特許文献１に記載されている。同文献のアタッチメント光学系は、中心軸の周りで回転対称な２面の反射面と２面の透過面からなる前群と、中心軸の周りで回転対称であって正パワーを有する後群と、を備える。前群は、透明媒体からなる一つの光学素子である。前群は、光線の進む順に、遠方から前群に入射する正のパワーを有する第１透過面と、第１透過面と中心軸をはさんで後群側に配置されている正のパワーを有する第１反射面と、第１反射面と同じ側に配置され、第１反射面より後群から離れて配置されている第２反射面と、最も後群側に配置されている負のパワーを有する第２透過面からなる。

アタッチメント光学系は、その中心軸を投写光学系の光軸に一致させてプロジェクターに取り付けられる。アタッチメント光学系がプロジェクターに取り付けられた状態では、第１透過面は、投写光学系の光軸の延長上に位置する。第１反射面および第２反射面は、投写光学系の光軸の一方側に位置する。第２透過面は、投写光学系の光軸を挟んで第１反射面および第２反射面と他方側に位置し、投写光学系の光軸の延長線から、離間している。従って、同文献では、プロジェクターから出射され、アタッチメント光学系を介してスクリーンに向かう投写光は、プロジェクターの投写光学系の光軸の延長線と重ならない方向に出射される。

特開２０１１－２５７３６０号公報

プロジェクターの投写光学系にアタッチメント光学系を取り付けたときに、アタッチメント光学系を介してスクリーンに向かう投写光をプロジェクターの投写光学系の光軸の延長上に到達させたいという要求がある。

上記の課題を解決するために、本発明は、投写表示装置が備える投写光学系の拡大側に着脱可能に取り付けられて、前記投写光学系から出射された投写光を前記投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写するアタッチメント光学系において、前記投写光学系の第１光軸の延長上に配置された第２光軸を備える光学素子を有し、前記光学素子は、前記第２光軸上に配置された入射面、前記入射面から出射された光を反射する第１反射面、前記第１反射面により反射された光を反射する第２反射面、および前記第２反射面により反射された光を透過させる出射面を備え、前記第１反射面と前記出射面とは、光が前記第２光軸および前記第１光軸を通過する軸上領域内で連続し、前記アタッチメント光学系の前記結像面は、前記投写表示装置が備える光変調素子が投写画像を形成する前記投写光学系の縮小側結像面と略平行であることを特徴とする。

また、本発明の投写表示システムは、上記のアタッチメント光学系と、投写光学系を備える投写表示装置と、を有し、前記アタッチメント光学系が前記投写光学系に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。

実施例１のアタッチメント光学系が装着可能なプロジェクターの全体を模式的に表す光線図である。 プロジェクターの投写光学系の光線図である。 実施例１のプロジェクターシステムの全体を模式的に表す光線図である。 プロジェクターの投写光学系および実施例１のアタッチメント光学系の光線図である。 実施例１のアタッチメント光学系の構成図である。 実施例１のプロジェクターシステムの拡大側のＭＴＦを示す図である。 実施例２のプロジェクターシステムの全体を模式的に表す光線図である。 プロジェクターの投写光学系および実施例２のアタッチメント光学系の光線図である。 実施例２のアタッチメント光学系の構成図である。 実施例２のプロジェクターシステムの拡大側のＭＴＦを示す図である。

以下に図面を参照して、本発明の投写表示システムの実施の形態であるプロジェクターシステムを詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、アタッチメント光学系１０Ａが装着可能なプロジェクター１の全体を模式的に表す光線図である。図２は、プロジェクター１の投写光学系３の光線図である。図３は、プロジェクターシステム１００Ａの全体を模式的に表す光線図である。図４は、プロジェクター１の投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａの光線図である。図５は、アタッチメント光学系１０Ａの構成図である。図１～５では、プロジェクター１およびプロジェクターシステム１００Ａから出射される光束を、光束Ｆ０～Ｆ１０により模式的に示す。光束Ｆ０は、プロジェクター１およびプロジェクターシステム１００Ａから出射されて、投写光学系３の第１光軸Ｎ上通過する光束である。光束Ｆ１０は最も像高が高い位置に達する光束である。光束Ｆ１からＦ９は、それぞれ光束Ｆ０と光束Ｆ１０との中間の位置に達する光束である。

本例のプロジェクターシステム１００Ａは、投写表示装置であるプロジェクター１と、プロジェクター１が備える投写光学系３の拡大側に着脱可能に取り付けられたアタッチメント光学系１０Ａと、を備える。以下では、まず、プロジェクター１を説明し、次に、アタッチメント光学系１０Ａを説明する。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源からの光を変調して投写画像を形成する光変調素子２と、光変調素子２が形成した投写画像を拡大して投写する投写光学系３と、投写光学系３を支持する筐体４と、を備える。光変調素子２は、筐体４の内部に収容されている。

図２に示すように、投写光学系３は、複数枚のレンズを備える屈折光学系である。光変調素子２は、液晶パネルである。光変調素子２は、投写光学系３の縮小側結像面に配置されている。縮小側結像面は、投写光学系３の第１光軸Ｎと垂直である。光変調素子２は、第１光軸Ｎに対して下方に投写画像を形成する。図１に示すように、投写光学系３から出射された第１投写光Ｂ１は、第１光軸Ｎに対して左右方向および上側に広がる。図１に示すように、プロジェクター１を単体で用いる場合には、投写光学系３の拡大側結像面にスクリーンＳ１が配置される。拡大側結像面は、投写光学系３の第１光軸Ｎと垂直である。

次に、アタッチメント光学系１０Ａは、図３に示すように、プロジェクター１の投写光学系３の先端部分に取り付けられる。本例では、プロジェクター１にアタッチメント光学系１０Ａが取り付けられる前後において投写光が広がる方向を合わせるために、プロジェクター１の上下を逆転させた後に、投写光学系３にアタッチメント光学系１０Ａを取り付ける。従って、アタッチメント光学系１０Ａが取り付けられる時点では、図４に示すように、プロジェクター１の光変調素子２は、投写光学系３の第１光軸Ｎに対して上側に投写画像を形成する。プロジェクター１の第１投写光Ｂ１は、第１光軸Ｎに対して左右方向および下側に広がる。

アタッチメント光学系１０Ａは、前群１１と、後群１２（レンズ群）と、を備える。本例では、前群１１は、１枚の光学素子２１からなる。後群１２は、１枚の正レンズ３１（第１レンズ）からなる。正レンズ３１は、光学素子２１に対して投写光学系３の側に配置され、正のパワーを有する。後群１２は、前群１１と投写光学系３との間に位置する。アタッチメント光学系１０Ａの第２光軸Ｍは、投写光学系３の第１光軸Ｎの延長上に位置する。第２光軸Ｍは、光学素子２１の光軸であり、かつ、正レンズ３１の光軸である。

プロジェクターシステム１００Ａの結像面、すなわち投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａの結像面は、第１光軸Ｎと垂直である。すなわち、アタッチメント光学系１０Ａの結像面は、第１光軸Ｎおよび第２光軸Ｍと直交する平面である。本例において、アタッチメント光学系１０Ａの結像面は、プロジェクター１が備える光変調素子２が投写画像を形成する投写光学系３の縮小側結像面と略平行である。プロジェクターシステム１００Ａの結像面は、投写光学系３の拡大側結像面よりも投写光学系３に近い位置にある。言い換えれば、投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａからなるプロジェクターシステム１００Ａの光学系は、投写光学系３よりも焦点距離が短い。すなわち、アタッチメント光学系１０Ａの結像面と投写光学系３との間の距離は、投写光学系３の拡大側結像面と投写光学系３との距離よりも小さい。プロジェクターシステム１００Ａを使用する場合には、投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａの結像面にスクリーンＳ２が配置される。アタッチメント光学系１０Ａから出射された第２投写光Ｂ２は、第２光軸Ｍに対して左右方向および上側に広がる。

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、投写光学系３の第１光軸Ｎおよびアタッチメント光学系１０Ａの第２光軸Ｍに沿った光軸方向をＺ方向とする。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａの結像面であるスクリーンＳ２の幅方向をＸ軸方向とし、スクリーンＳ２の上下方向をＹ方向とする。さらに、Ｚ方向において、投写光学系３が位置する側をＺ１方向、アタッチメント光学系１０Ａが位置する側をＺ２方向とする。また、下側および下方をＹ１方向、上側および上方をＹ２方向とする。

（投写光学系およびアタッチメント光学系の詳細）
図４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、レンズＬ１からレンズＬ１４を備える。投写光学系３の縮小側結像面には、光変調素子２が配置されている。光変調素子２は、投写光学系３の第１光軸ＮのＹ２方向に投写画像を形成する。光変調素子２と投写光学系３との間には、プリズム５が配置されている。投写光学系３からの第１投写光Ｂ１は、レンズＬ１４からＺ２方向に向かってＹ１方向に出射される。

アタッチメント光学系１０Ａは、投写光学系３の側から、後群１２と、前群１１とを備える。本例では、後群１２は１枚の正レンズ３１（第１レンズ）であり、前群１１は１つの光学素子２１である。光学素子２１は、部分的に反射コーティングが施された透明な光学部材からなる。光学素子２１は、正レンズ３１からの光を透過させる入射面４１、入射面４１を透過した光を反射する第１反射面４２、第１反射面４２からの光を反射する第２
反射面４３、および第２反射面４３からの光を透過させる出射面４４を備える。すなわち、光学素子２１は、入射面４１と、入射面４１から出射された光を反射する第１反射面４２と、第１反射面４２により反射された光を反射する第２反射面４３と、第２反射面４３から反射された光を透過させる出射面４４を有する。入射面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および出射面４４は、いずれも第２光軸Ｍ回りで回転対称の形状を備える。

入射面４１は、第２光軸Ｍ上に位置する。入射面４１は、Ｚ２方向に窪む凹面形状を備える。すなわち、入射面４１は、第２光軸Ｍに沿う光軸方向において光学素子２１に対して投写光学系３が位置するＺ１方向（第１方向）とは反対のＺ２方向（第２方向）に窪む凹面形状を有する。第１反射面４２は、入射面４１のＺ２方向に位置する。また、第１反射面４２は、第２光軸Ｍに対してＹ１方向に配置されている。第１反射面４２は、Ｚ１方向に突出する凸面形状を備える。第２反射面４３は、第１反射面４２のＺ１方向に位置する。また、第２反射面４３は、第１反射面４２と同様に、第２光軸Ｍに対してＹ１方向に配置されている。第２反射面４３は、Ｚ１方向に窪む凹面形状を備える。出射面４４は、第２反射面４３のＺ２方向に位置する。また、出射面４４は、第２光軸Ｍに対してＹ２方向に配置されている。出射面４４は、Ｚ２方向に突出する凸面形状を備える。

図５に示すように、第１反射面４２と出射面４４とは、Ｙ方向において、第２光軸Ｍを通過する軸上光束の軸上光束通過領域（軸上領域）４０内で連続する。すなわち、軸上光束通過領域４０は、第１反射面４２の一部分であり、かつ、出射面４４の一部分である。軸上光束は、アタッチメント光学系１０Ａがプロジェクター１に取り付けられたときに、第１光軸Ｎ上および第２光軸Ｍ上を通過する光である。すなわち、軸上光束通過領域４０は、光が第１光軸Ｎおよび第２光軸Ｍを通過する光学素子２１の領域である。ここで、第２光軸Ｍは、光学素子２１の設計軸である。軸上光束通過領域４０は、光学素子２１の設計に際して、一義に規定される領域である。

第１反射面４２は、光学素子２１のＹ２方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第１反射面４２において、軸上光束通過領域４０と重なる部分には、反射コーティング層として、ハーフミラーコーティング層が設けられている。ハーフミラーコーティング層は、第２光軸Ｍと交差する光をＺ１方向に反射し、第２光軸Ｍと平行な光をＺ２方向に透過させる。これにより、第２光軸Ｍ上をＺ２方向に向かう光を、スクリーンＳ２に到達させる。

また、第１反射面４２、第２反射面４３、および出射面４４は、Ｚ方向から見た場合に、第２光軸Ｍに近い側の部分が、入射面４１と重なる。ここで、第２反射面４３において、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重ならない第１反射部４３１は、光学素子２１のＺ１方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第２反射面４３において、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重なる第２反射部４３２は、反射コーティング層として、Ｚ２方向に向かう光を透過し、Ｚ１方向に向かう光を反射するハーフミラーコーティング層を設けることにより、形成される。なお、光学素子２１は、ハーフミラーコーティング層を設けるために、Ｚ１方向の外側面に第２反射面４３の表面形状を転写した凸面形状の第１外側面部分２６を備える第１部材２２と、Ｚ２方向の外側面に第２反射面４３の表面形状に対応する凹形状の第２外側面部分２７を備える第２部材２３との２つの光学部材から構成されている。第１部材２２は、第１外側面部分２６において、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重ならない部分に反射コーティング層を備え、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重なる部分にハーフミラーコーティング層を備える。第２部材２３は、反射コーティング層およびハーフミラーコーティング層が設けられた第１部材２２に、Ｚ１方向の側から接合される。

ここで、光学素子２１の内側には、結像面に投写される拡大像と共役な中間像２０が形
成される。中間像２０は、投写光学系３の縮小側結像面に形成される投写画像とも、共役である。本例において、中間像２０は、第１反射面４２と第２反射面４３との間に形成される。

（レンズデータ）
投写光学系３の投写距離は、３７７６ｍｍである。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａからなるプロジェクターシステム１００Ａの投写距離は、２９５ｍｍである。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ａからなるプロジェクターシステム１００Ａの光学系の開口数は、０．２９１である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面、第２透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面、第２透過面およびスクリーン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。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に１０の６乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に１０の２乗を乗算した値を表している。

符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
0 球 無限 0.0000 屈折 0.0000
2 1 球 無限 1.0000 屈折 11.8500
5 2 球 無限 31.5200 BSC7_HOYA 屈折 12.0421
3 球 無限 10.5830 屈折 15.9895
L1 4 球 63.4927 6.2427 755201.2758 屈折 18.5302
5 球 -86.6504 0.1500 屈折 18.4984
L2 6 球 113.0626 8.0000 620410.6032 屈折 17.7500
7 球 -322.2162 3.8537 屈折 16.8468
L3 8 球 29.6639 9.0000 620410.6032 屈折 14.0876
L4 9 球 -28.7525 1.0000 711636.2959 屈折 13.1654
10 球 21.2205 2.3261 屈折 10.8328
L5 11 非球面 28.0983 4.8956 'L-LAL13F' 屈折 10.6417
12 非球面 447.7671 2.5509 屈折 9.9002
L6 13 球 -52.7374 1.0000 735228.2844 屈折 9.3272
14 球 32.6763 9.2757 屈折 8.9481
L7 15 球 60.2596 7.1276 519962.6714 屈折 15.8500
16 球 -39.0610 0.1500 屈折 16.2786
L8 17 球 -131.7368 1.0000 693899.3057 屈折 16.9386
18 球 49.3667 13.6163 屈折 17.9406
L9 19 球 -984.6296 18.5194 590527.6197 屈折 27.2300
20 球 -35.2783 0.1500 屈折 28.5130
L10 21 球 57.1056 8.2723 752255.3064 屈折 30.6227
L11 22 球 244.1650 6.6541 755201.2758 屈折 30.3546
23 球 -132.2814 0.8497 屈折 29.9636
L12 24 球 -133.3243 1.0000 516699.5867 屈折 28.7785
25 球 486.4311 13.5653 屈折 27.4481
L13 26 球 -48.8600 1.0000 664422.3250 屈折 24.0641
27 球 42.0940 9.8949 屈折 24.4204
L14 28 非球面 63.6758 4.4911 'Z-330R' 屈折 26.1091
29 非球面 48.1826 1.3014 屈折 27.1984
30 球 無限 3.0576 屈折 28.1190
31 31 非球面 -160.2731 9.2093 'Z-330R' 屈折 29.5260
32 非球面 -45.8891 86.7907 屈折 30.2123
41 33 非球面 -54.2363 154.0000 'Z-330R' 屈折 41.8092
42 34 非球面 94.4167 -154.0000 'Z-330R' 反射 101.6996
43 35 非球面 110.7354 154.0000 'Z-330R' 反射 123.1516
44 36 非球面 -31.7063 0.0000 屈折 63.1950
37 球 無限 295.0820 屈折 281.8608
S 38 球 無限 0.0000 屈折 1423.7700

各非球面係数は以下のとおりである。

面番号 S11 S12 S28 S29
R 28.0983 447.7671 63.6758 48.1826
K 0.0853 0 0.458034063 -10.5596866
A 1.03173E-06 8.65677E-06 -2.95275E-05 -2.24766E-05
B 5.91211E-09 3.23916E-08 4.67141E-08 3.60983E-08
C 4.00552E-10 -2.16413E-11 -7.44314E-11 -6.44200E-11
D -4.28051E-12 -1.69783E-12 1.41620E-13 1.06499E-13
E 1.53605E-14 2.52965E-14 -2.19886E-16 -1.39771E-16
F 1.89586E-16 1.11658E-17 2.18119E-19 1.12686E-19
G -1.63865E-18 -8.64798E-19 -9.05008E-23 -3.94115E-23
H 4.90367E-21 4.22411E-21

面番号 S31 S32 S33 S34
R -160.2731 -45.8891 -54.2363 94.4167
K 21.52137195 -0.967500303 -1.093881002 -42.5734219741
A -6.26964E-07 -1.78504E-06 -2.54783E-06 -1.22116E-07
B -4.17354E-10 -1.25470E-09 1.41619E-09 5.26590E-12
C 1.83771E-12 1.53496E-12 -1.77705E-13 -9.35969E-17

面番号 S35 S36
R 110.7354 -31.7063
K -7.0217115764 -0.7414668010
A 2.54912E-07 4.18339E-06
B -1.16574E-11 -6.72357E-10
C 4.92398E-16 -3.86472E-14
D -1.89694E-20 2.69393E-17

（作用効果）
本例によれば、プロジェクター１の投写光学系３の拡大側にアタッチメント光学系１０Ａを取り付けることにより、投写光学系３からの第１投写光Ｂ１を当該投写光学系３の拡大側結像面とは異なる結像面に投写できる。本例では、プロジェクターシステム１００Ａの結像面は、投写光学系３の第１光軸Ｎと垂直な平面である。また、かかる結像面は、投写光学系３の拡大側結像面よりも、投写光学系３に近い位置にある。具体的には、投写光学系３の投写距離は、３７７６ｍｍであるのに対し、プロジェクター１の投写光学系３の拡大側にアタッチメント光学系１０Ａを取り付けたプロジェクターシステム１００Ａの投写距離は、２９５ｍｍである。従って、アタッチメント光学系１０Ａをプロジェクター１に取り付けることにより、プロジェクター１を短焦点化できる。

ここで、アタッチメント光学系１０Ａは、入射面４１、入射面４１を透過した光を反射
する第１反射面４２、第１反射面４２からの光を反射する第２反射面４３、および第２反射面４３からの光を透過させる出射面４４を備える光学素子２１を有する。アタッチメント光学系１０Ａが投写光学系３に取り付けられたときに、光学素子２１の第２光軸Ｍは、投写光学系３の第１光軸Ｎの延長上に位置し、第１反射面４２と出射面４４とは、第２光軸Ｍおよび第１光軸Ｎを通過する軸上光束の軸上光束通過領域４０内で連続する。従って、アタッチメント光学系１０Ａを介してスクリーンＳ２に向かう第２投写光Ｂ２を、投写光学系３の第１光軸Ｎの延長上に到達させることができる。

また、アタッチメント光学系１０Ａは、Ｚ２方向に窪む凹面形状を備える入射面４１、Ｚ１方向に突出する凸面形状を備える第１反射面４２、Ｚ１方向に窪む凹面形状を備える第２反射面４３、およびＺ２方向に突出する凸面形状を備える出射面４４を備える。これらの構成を備えるので、アタッチメント光学系１０Ａは、投写光学系３からの第１投写光Ｂ１を、より広角に投写するとともに、短焦点で結像させることが容易である。

さらに、本例では、一つの光学素子２１が、２つの反射面である第１反射面４２および第２反射面４３と、２つの透過面である入射面４１および出射面４４を備える。従って、アタッチメント光学系１０Ａにおける光学部材の点数を抑制できる。

また、本例では、光学素子２１の内側に、結像面に投写される拡大像と共役な中間像２０が形成される。すなわち、光学素子２１は、内部で中間像２０を形成し、この中間像２０を結像面に再結像させる。従って、アタッチメント光学系１０Ａでは、投写画像の結像性能が向上する。また、光学素子２１の内側に中間像２０が形成されていれば、光学素子２１によって、投写画像を投写する投写方向を変換しやすい。

さらに、本例では、アタッチメント光学系１０Ａは、光学素子２１の投写光学系３の側に配置された正レンズ３１を有する。かかる正レンズ３１を備えるので、アタッチメント光学系１０Ａの結像性能を向上させることができる。

図６はプロジェクターシステムの拡大側のＭＴＦを示す図である。図６の横軸は空間周波数であり、縦軸はコントラスト再現比である。図６に示すように、本例のプロジェクターシステム１００Ａは、高い解像度を有する。

ここで、本例では、プロジェクター１の上下を逆転させた後に、投写光学系３にアタッチメント光学系１０Ａを取り付ける。これにより、図３に示すように、プロジェクター１の光変調素子２は、投写光学系３の第１光軸Ｎに対して上側に投写画像を形成する。投写光学系３からの第１投写光Ｂ１は、第１光軸Ｎから当該第１光軸Ｎに対して下側に広がる。一方、アタッチメント光学系１０Ａの出射面４４が第２光軸Ｍに対して上側に位置し、第１反射面４２および第２反射面４３が第２光軸Ｍに対して下側に位置する。これにより、アタッチメント光学系１０Ａからの第２投写光Ｂ２は、第２光軸Ｍから当該第２光軸Ｍに対して上側に広がる。このようにすれば、プロジェクター１にアタッチメント光学系１０Ａが取り付けられる前後において投写光が広がる方向を合わせることができる。

なお、プロジェクター１が、例えば、光変調素子２を投写光学系３の縮小側結像面でＹ方向に沿って移動可能に支持するシフト機構を備える場合には、プロジェクター１の上下を逆転させずに、投写光学系３にアタッチメント光学系１０Ａを取り付けることができる。この場合には、プロジェクター１の上下を逆転させる代わりに、シフト機構によって光変調素子２を第１光軸Ｎと直交する方向に沿って移動させて、光変調素子２が第１光軸Ｎに対して上側に投写画像を形成するものとする。これにより、投写光学系３から出射された第１投写光Ｂ１は、第１光軸Ｎから当該第１光軸Ｎに対して左右および下側に広がる。従って、アタッチメント光学系１０Ａを投写光学系３に取り付ける際に、出射面４４を第
２光軸Ｍに対して上側に位置させ、第１反射面４２および第２反射面４３が第２光軸Ｍに対して下側に位置させれば、アタッチメント光学系１０Ａから出射された第２投写光Ｂ２は、第２光軸Ｍから当該第２光軸Ｍに対して上側に広がる。

（実施例２）
図７は、実施例２のプロジェクターシステム１００Ｂの全体を模式的に表す光線図である。図８は、プロジェクター１の投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ｂの光線図である。図９は、アタッチメント光学系１０Ｂの構成図である。

図７に示すように、実施例２の本例のプロジェクターシステム１００Ｂは、プロジェクター１と、プロジェクター１の投写光学系３に着脱可能に取り付けられたアタッチメント光学系１０Ｂと、からなる。プロジェクター１にアタッチメント光学系１０Ｂが取り付けられたときに、投写光学系３の第１光軸Ｎの延長上にアタッチメント光学系１０Ｂの第２光軸Ｍが位置する。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ｂからなるプロジェクターシステム１００Ｂの光学系の結像面は、投写光学系３の第１光軸Ｎと垂直な平面である。プロジェクターシステム１００Ｂの光学系の結像面、すなわち、アタッチメント光学系１０Ｂの結像面は、プロジェクター１の投写光学系３の拡大側結像面よりも、投写光学系３に近い位置にある。すなわち、アタッチメント光学系１０Ｂの結像面は、第１光軸Ｎおよび第２光軸Ｍと直交する平面であり、結像面と投写光学系３との間の距離は、投写光学系３の拡大側結像面と投写光学系３との距離よりも小さい。本例において、アタッチメント光学系１０Ｂの結像面は、プロジェクター１が備える光変調素子２が投写画像を形成する投写光学系３の縮小側結像面と略平行である。本例において、プロジェクター１は、実施例１と同一である。

図８に示すように、アタッチメント光学系１０Ｂは、前群１１と、後群１２（レンズ群）と、を備える。本例では、前群１１は、１枚の光学素子２１からなる。後群１２は、縮小側から拡大側に向かって順に、正レンズ３１、正レンズ３２（第２レンズ）および負レンズ３３（第３レンズ）を備える。正レンズ３２および負レンズ３３は、光学素子２１に対して投写光学系３の側に配置されている。正レンズ３２は、正のパワーを有する。負レンズ３３は、正レンズ３２の拡大側に配置され、負のパワーを有する。正レンズ３２と負レンズ３３とは、アッベ数が異なる。本例において、正レンズ３２および負レンズ３３は、接合された１枚の接合レンズ３４である。

図９に示すように、光学素子２１は、接合レンズ３４からの光を透過させる入射面４１、入射面４１を透過した光を反射する第１反射面４２、第１反射面４２からの光を反射する第２反射面４３、および第２反射面４３からの光を透過させる出射面４４を備える。すなわち、光学素子２１は、入射面４１と、入射面４１から出射された光を反射する第１反射面４２と、第１反射面４２により反射された光を反射する第２反射面４３と、第２反射面４３から反射された光を透過させる出射面４４を有する。入射面４１、第１反射面４２、第２反射面４３、および出射面４４は、いずれも第２光軸Ｍ回りで回転対称の形状を備える。入射面４１は、第２光軸Ｍ上に位置する。入射面４１は、Ｚ２方向に窪む凹面形状を備える。すなわち、入射面４１は、第２光軸Ｍに沿う光軸方向において光学素子２１に対して投写光学系３が位置するＺ１方向（第１方向）とは反対のＺ２方向（第２方向）に窪む凹面形状を有する。第１反射面４２は、入射面４１のＺ２方向に位置する。また、第１反射面４２は、第２光軸Ｍに対してＹ１方向に配置されている。第１反射面４２は、Ｚ１方向に突出する凸面形状を備える。第２反射面４３は、第１反射面４２のＺ１方向に位置する。また、第２反射面４３は、第１反射面４２と同様に、第２光軸Ｍに対してＹ１方向に配置されている。第２反射面４３は、Ｚ１方向に窪む凹面形状を備える。出射面４４は、第２反射面４３のＺ２方向に位置する。また、出射面４４は、第２光軸Ｍに対してＹ２方向に配置されている。出射面４４は、Ｚ２方向に突出する凸面形状を備える。

図９に示すように、第１反射面４２と出射面４４とは、Ｙ方向において、第２光軸Ｍを通過する軸上光束の軸上光束通過領域（軸上領域）４０内で連続する。すなわち、軸上光束通過領域４０は、第１反射面４２の一部分であり、かつ、出射面４４の一部分である。軸上光束は、アタッチメント光学系１０Ｂがプロジェクター１に取り付けられたときに、第１光軸Ｎ上および第２光軸Ｍ上を通過する光である。すなわち、軸上光束通過領域４０は、光が第１光軸Ｎおよび第２光軸Ｍを通過する光学素子２１の領域である。ここで、第２光軸Ｍは、光学素子２１の設計軸である。軸上光束通過領域４０は、光学素子２１の設計に際して、一義に規定される領域である。

第１反射面４２は、光学素子２１のＺ２方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第１反射面４２において、軸上光束通過領域４０と重なる部分には、反射コーティング層として、ハーフミラーコーティング層が設けられている。これにより、第２光軸Ｍ上をＺ２方向に向かう光を、スクリーンＳ２に到達させる。また、第１反射面４２、第２反射面４３、および出射面４４は、Ｚ方向から見た場合に、第２光軸Ｍに近い側の部分が、入射面４１と重なる。第２反射面４３において、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重ならない第１反射部４３１は、光学素子２１のＺ１方向の外側面に反射コーティング層を設けることにより形成される。第２反射面４３において、Ｚ方向から見た場合に入射面４１と重なる第２反射部４３２には、反射コーティング層として、Ｚ２方向に向かう光を透過し、Ｚ１方向に向かう光を反射するハーフミラーコーティング層を設けることにより、形成される。

ここで、光学素子２１の内部には、結像面に投写される拡大像と共役な中間像２０が形成される。中間像２０は、投写光学系３の縮小側結像面に形成される投写画像とも、共役である。本例において、中間像２０は、第１反射面４２と第２反射面４３との間に形成される。

（レンズデータ）
投写光学系３の投写距離は、３７７６ｍｍである。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ｂからなるプロジェクターシステム１００Ｂの投写距離は、２９５ｍｍである。投写光学系３およびアタッチメント光学系１０Ｂからなるプロジェクターシステム１００Ｂの光学系の開口数は、０．２９１である。かかる光学系のレンズデータは以下のとおりである。面番号は、縮小側から拡大側に順番に付してある。符号は、液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面、第２透過面およびスクリーンの符号である。液晶パネル、プリズム、レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、第１透過面、第１反射面、第２反射面、第２透過面およびスクリーン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。Ｃはアパーチャー半径である。Ｒ、Ｄ、Ｃの単位はｍｍである。なお、硝材において示される数値の整数部分は、屈折率に１０の６乗を乗算した値を表しており、小数部分は、アッベ数に１０の２乗を乗算した値を表している。

符号 面番号 形状 R D 硝材 屈折/反射 C
0 球 無限 0.0000 屈折 0.0000
2 1 球 無限 1.0000 屈折 11.8500
5 2 球 無限 31.5200 BSC7_HOYA 屈折 12.0421
3 球 無限 10.5830 屈折 15.9895
L1 4 球 63.4927 6.2427 755201.2758 屈折 18.5302
5 球 -86.6504 0.1500 屈折 18.4984
L2 6 球 113.0626 8.0000 620410.6032 屈折 17.7500
7 球 -322.2162 3.8537 屈折 16.8468
L3 8 球 29.6639 9.0000 620410.6032 屈折 14.0876
L4 9 球 -28.7525 1.0000 711636.2959 屈折 13.1654
10 球 21.2205 2.3261 屈折 10.8328
L5 11 非球面 28.0983 4.8956 'L-LAL13F' 屈折 10.6417
12 非球面 447.7671 2.5509 屈折 9.9002
L6 13 球 -52.7374 1.0000 735228.2844 屈折 9.3272
14 球 32.6763 9.2757 屈折 8.9481
L7 15 球 60.2596 7.1276 519962.6714 屈折 15.8500
16 球 -39.0610 0.1500 屈折 16.2786
L8 17 球 -131.7368 1.0000 693899.3057 屈折 16.9386
18 球 49.3667 13.6163 屈折 17.9406
L9 19 球 -984.6296 18.5194 590527.6197 屈折 27.2300
20 球 -35.2783 0.1500 屈折 28.5130
L10 21 球 57.1056 8.2723 752255.3064 屈折 30.6227
L11 22 球 244.1650 6.6541 755201.2758 屈折 30.3546
23 球 -132.2814 0.8497 屈折 29.9636
L12 24 球 -133.3243 1.0000 516699.5867 屈折 28.7785
25 球 486.4311 14.0443 屈折 27.4481
L13 26 球 -48.8600 1.0000 664422.3250 屈折 24.0641
27 球 42.0940 9.8949 屈折 24.4204
L14 28 非球面 63.6758 4.4911 'Z-330R' 屈折 26.1091
29 非球面 48.1826 0.8324 屈折 27.1984
30 球 無限 6.5446 屈折 27.9236
31 31 球 -65.0778 6.0652 BK7_SCHOTT 屈折 28.0042
32 球 -45.1776 34.8592 屈折 30.2455
32 33 球 74.0561 40.9792 563944.6367 屈折 44.5791
33 34 球 -50.2699 13.4768 592429.5950 屈折 44.1768
35 球 150.8414 28.1248 屈折 40.1403
41 36 非球面 -35.5750 154.0000 'Z-330R' 屈折 40.1407
42 37 非球面 136.8952 -154.0000 'Z-330R' 反射 108.6154
43 38 非球面 117.4779 154.0000 'Z-330R' 反射 122.2696
44 39 非球面 -34.0536 0.0000 屈折 65.2586
40 球 無限 295.0820 屈折 302.8489
S 41 球 無限 0.0000 屈折 1421.9277

各非球面係数は以下のとおりである。

面番号 S11 S12 S28 S29
R 28.0983 447.7671 63.6758 48.1826
K 0.0853 0 0.458034063 -10.5596866
A 1.03173E-06 8.65677E-06 -2.95275E-05 -2.24766E-05
B 5.91211E-09 3.23916E-08 4.67141E-08 3.60983E-08
C 4.00552E-10 -2.16413E-11 -7.44314E-11 -6.44200E-11
D -4.28051E-12 -1.69783E-12 1.41620E-13 1.06499E-13
E 1.53605E-14 2.52965E-14 -2.19886E-16 -1.39771E-16
F 1.89586E-16 1.11658E-17 2.18119E-19 1.12686E-19
G -1.63865E-18 -8.64798E-19 -9.05008E-23 -3.94115E-23
H 4.90367E-21 4.22411E-21

面番号 S36 S37 S38 S39
R -35.5750 136.8952 117.4779 -34.0536
K -1.194781095 -69.64270173 -1.013592364 -0.7150019510
A -3.70737E-06 -1.18711E-07 -6.12974E-08 2.80685E-06
B 1.30118E-09 5.93873E-12 1.29269E-11 -3.19369E-10
C 8.60165E-14 -1.53636E-16 -8.09145E-16 -4.61825E-14
D 1.15686E-20 1.64220E-17

正レンズ３２および負レンズ３３のアッベ数νｄは以下のとおりである。

符号 面番号 vd
32 33 63.67
33 34 59.50

（作用効果）
本例のプロジェクターシステム１００Ｂによれば、上記のプロジェクターシステム１００Ａと同様の作用効果を得ることができる。本例では、投写光学系３の投写距離は、３７７６ｍｍであるのに対し、プロジェクター１の投写光学系３の拡大側にアタッチメント光学系１０Ｂを取り付けたプロジェクターシステム１００Ｂの投写距離は、２９５ｍｍである。

また、本例では、アタッチメント光学系１０Ｂは、光学素子２１のＺ１方向に配置された正のパワーを備える後群１２を有する。従って、アタッチメント光学系１０Ｂの結像性能を向上させることができる。

また、後群１２を構成する正レンズ３２と負レンズ３３とは、アッベ数が異なる。従って、本例のプロジェクターシステム１００Ｂによれば、色収差を補正することが容易となる。

図１０はプロジェクターシステム１００Ｂの拡大側のＭＴＦを示す図である。図１０の横軸は空間周波数であり、縦軸はコントラスト再現比である。図１０に示すように、本例のプロジェクターシステム１００Ｂは、高い解像度を有する。

１…プロジェクター、２…光変調素子、３…投写光学系、４…筐体、５…プリズム、１０Ａ，１０Ｂ…アタッチメント光学系、１１…前群、１２…後群、２０…中間像、２１…光学素子、２２…第１部材、２３…第２部材、２６…第１外側面部分、２７…第２外側面部分、３１…正レンズ、３２…正レンズ、３３…負レンズ、３４…接合レンズ、４０…軸上光束通過領域、４１…入射面、４２…第１反射面、４３…第２反射面、４４…出射面、１００Ａ，１００Ｂ…プロジェクターシステム、４３１…第１反射部、４３２…第２反射部、Ｂ１…第１投写光、Ｂ２…第２投写光、Ｆ０～Ｆ１０…光束、Ｌ１～Ｌ１４…レンズ、Ｎ…第１光軸、Ｍ…第２光軸、Ｓ１，Ｓ２…スクリーン。

Claims (8)

1. 投写表示装置が備える投写光学系の拡大側に着脱可能に取り付けられて、前記投写光学系から出射された投写光を前記投写光学系の拡大側結像面とは異なる結像面に投写するアタッチメント光学系において、
   前記投写光学系の第１光軸の延長上に配置された第２光軸を備える光学素子を有し、
   前記光学素子は、前記第２光軸上に配置された入射面、前記入射面から出射された光を反射する第１反射面、前記第１反射面により反射された光を反射する第２反射面、および前記第２反射面により反射された光を透過させる出射面を備え、
   前記第１反射面と前記出射面とは、光が前記第２光軸および前記第１光軸を通過する軸上領域内で連続し、
   前記アタッチメント光学系の前記結像面は、前記投写表示装置が備える光変調素子が投写画像を形成する前記投写光学系の縮小側結像面と略平行であることを特徴とするアタッチメント光学系。
2. 前記入射面は、前記第２光軸に沿う光軸方向において前記光学素子に対して前記投写光学系が位置する第１方向とは反対の第２方向に窪む凹面形状を備え、
   前記第１反射面は、前記第１方向に突出する凸面形状を備え、
   前記第２反射面は、前記第１方向に窪む凹面形状を備え、
   前記出射面は、前記第２方向に突出する凸面形状を備えることを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント光学系。
3. 前記光学素子の内部に、前記結像面に投写される拡大像と共役な中間像が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のアタッチメント光学系。
4. 前記光学素子に対して前記投写光学系の側に配置された正のパワーを備える第１レンズを有することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。
5. 前記光学素子に対して前記投写光学系の側に配置された正のパワーを備えるレンズ群を有し、
   前記レンズ群は、正のパワーを備える第２レンズおよび負のパワーを備える第３レンズを備え、
   前記第２レンズと前記第３レンズとは、アッベ数が異なることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。
6. 前記結像面は、前記第１光軸および前記第２光軸と直交する平面であり、
   前記結像面と前記投写光学系との間の距離は、前記拡大側結像面と前記投写光学系との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系。
7. 請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のアタッチメント光学系と、
   投写光学系を備える投写表示装置と、を有し、
   前記アタッチメント光学系が前記投写光学系に着脱可能に取り付けられることを特徴とする投写表示システム。
8. 前記投写表示装置は、光源から出射された光を変調して投写画像を形成する光変調素子を備え、
   前記光変調素子は、前記投写光学系の縮小側結像面に配置され、前記投写光学系の前記第１光軸に対して一方側に前記投写画像を形成し、
   前記投写光学系から出射された第１投写光は、前記第１光軸に対して他方側に広がり、
   前記第１反射面および前記第２反射面は、前記第２光軸に対して他方側に配置され、
   前記出射面は、前記第２光軸に対して一方側に配置され、
   前記アタッチメント光学系から出射された第２投写光は、前記第２光軸に対して一方側に広がることを特徴とする請求項７に記載の投写表示システム。
   

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