投写型表示装置
【課題】投写型表示装置において、装置の筐体とスクリーンとの距離を短縮可能とし、低コスト化、小型化、簡素化を図り、良好な投写性能を有する。
【解決手段】投写型表示装置は、４つのレンズ群からなる屈折光学系１と、屈折光学系１と共軸系で負のパワーを持つ反射光学系２とを有する投写光学系１０を備える。画像表示素子３の表示面の中心が光軸Ｚに対して偏心配置され、表示面の中心の拡大側共役位置が光軸Ｚに対して鉛直上方に位置するとき、共役像の下端中央に結像する光束１１の下光線１１ｓと、共役像の上端中央に結像する光束１３の上光線１３ｕとの交点１４が、屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置する。屈折光学系１の縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行う。
【解決手段】投写型表示装置は、４つのレンズ群からなる屈折光学系１と、屈折光学系１と共軸系で負のパワーを持つ反射光学系２とを有する投写光学系１０を備える。画像表示素子３の表示面の中心が光軸Ｚに対して偏心配置され、表示面の中心の拡大側共役位置が光軸Ｚに対して鉛直上方に位置するとき、共役像の下端中央に結像する光束１１の下光線１１ｓと、共役像の上端中央に結像する光束１３の上光線１３ｕとの交点１４が、屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置する。屈折光学系１の縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置に関し、特に、画像表示素子に表示された画像を屈折光学系および反射光学系を用いてスクリーン上に結像させる投写光学系を備えた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像表示素子で表示された画像を、投写光学系によりスクリーン上に拡大投写する投写型の画像表示装置が使用されている。このような投写型表示装置に使用可能な投写光学系としては、例えば下記特許文献１、２に記載のような、複数枚のレンズからなる屈折光学系と、ミラーを含む反射光学系とを組み合わせたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５８７５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−７２３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投写型表示装置の分野においては開発競争が進んでおり、装置の小型化および低コスト化が望まれている。さらに近年では、スクリーン上で十分な大きさの拡大映像を得つつ、投写距離を短くできることが要求されるようになってきている。そのためには、投写光学系が搭載される装置の筐体とスクリーンとの距離の短縮化が必要となる。
【０００５】
上記特許文献１、２に記載の屈折光学系は回転対称な同軸系レンズと回転非対称な自由曲面を有する複数のレンズからなり、反射光学系は回転非対称な自由曲面を有するミラーからなる。上記特許文献１、２に記載の光学系では、投写距離が変化したときのフォーカス調整は、レンズを同軸系レンズの光軸の方向に移動させるだけでなく、回転非対称な自由曲面を有するレンズを同軸系レンズの光軸と異なる方向にも移動させて行うように構成されている。しかしながら、このようなフォーカス調整方法では、光学部材を移動させるための装置構成が複雑となる上に装置の大型化を招きコストアップの要因となる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、装置の筐体とスクリーンとの距離を短縮可能で、低コスト化が図られ、小型で簡素な構成でありながら、良好な投写性能を有する投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の投写型表示装置は、縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子と、該画像を拡大側の共役面上に共役像として投写する投写光学系とを具備する投写型表示装置であって、投写光学系は、縮小側から順に、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備え、屈折光学系と反射光学系とは共通の光軸を有し、画像表示素子の画像を表示する表示面の中心が光軸に対して偏心して配置され、表示面の中心の拡大側共役位置が光軸に対して鉛直上方に位置しているとき、共役像の下端中央に結像する光束の下光線と、共役像の上端中央に結像する光束の上光線との交点が、屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置し、屈折光学系の４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも拡大側に配置された２枚以上の非球面レンズとを有することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも縮小側に配置された１枚以上の非球面レンズとを有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系および反射光学系を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系の最も縮小側のレンズ群が２面以上の接合面を含み、該レンズ群に含まれる接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることが好ましい。
【００１２】
なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
【００１３】
なお、上記「実質的に４つのレンズ群からなる該屈折光学系」とは、該屈折光学系が、４つのレンズ群以外に、実質的にパワーを有さないレンズやレンズ群、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つ場合も含むものとする。
【００１４】
なお、上記「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
【００１５】
なお、上記「屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面」における「最も〜近い」は、光軸上における並び順で考えるものとする。
【００１６】
なお、上記「回転対称面」とは、回転対称軸を中心とした回転面（一部が欠けたものを含む）で構成された面を意味する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の投写型表示装置は、複数のレンズからなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備えた投写光学系を用いており、折り返し光路を形成できるため、良好な投写性能を実現しながら、装置の筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。また、本発明の投写型表示装置では、共役像に結像する２つの光線の交点と屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面の面頂点との位置関係を好適に設定しているため、結像に用いられる光束と光学部材が干渉しないように構成しながら、全系のコンパクト化を図り、筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。
【００１８】
さらに、本発明の投写型表示装置は、レンズ群の光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されているので、光軸と異なる方向に移動させなくてもフォーカス調整が可能であり、装置構成を小型で簡素なものとすることができる。さらにまた、本発明の投写型表示装置は、屈折光学系の縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを用いてフォーカス調整を行うインナーフォーカス方式を採っているため、フォーカス調整時の屈折光学系の全長を不変とすることができる。これにより、最も拡大側のレンズの近傍で、異なる方向に進行する複数の光束が交わるような光線密度が高い構成を採ったとしても、フォーカス調整時における光束と部材との干渉の回避が容易になり、小型化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置の主要部の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例１にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図３】スポットダイヤグラムの座標を説明するための図
【図４Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が４６５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図４Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が４６５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図５Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が５７５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図５Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が５７５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図６Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が６８０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図６Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が６８０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図７】本発明の実施例２にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図８Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図８Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図９Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図９Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１０Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１０Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１１】本発明の実施例３にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図１２Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１２Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１３Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１４Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１４Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１５】本発明の実施例４にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図１６Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１６Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１７Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１７Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１８Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１８Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１９】本発明の実施例５にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２０Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２０Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２１Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２１Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２２Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２２Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２３】本発明の実施例６にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２４Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２４Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２５Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２５Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２６Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２６Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２７】本発明の実施例７にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２８Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２８Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２９Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２９Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３０Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３０Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３１】本発明の実施例８にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図３２Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３２Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３３Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３３Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３４Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３４Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３５】本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置の概略的な構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置１００の主要部の構成を示す断面図である。図２は、投写型表示装置１００に用いられる投写光学系１０の構成を示す断面図である。図１および図２に示す構成例は、後述の実施例１の投写光学系に対応するものである。他の実施例についても基本的な構成は同様のため、ここでは図１および図２に示す例を参照しながら説明する。
【００２１】
投写型表示装置１００は、縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子３と、該画像を拡大側の共役面であるスクリーン５上に共役像として投写する投写光学系１０とを備える。投写光学系１０は、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系１と、負のパワーを有する反射光学系２とを備える。
【００２２】
屈折光学系１は、縮小側から拡大側へ向かって順に配置された第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４からなる。図２に示す例では、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１〜Ｌ７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ８からなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ９、Ｌ１０からなり、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ１１、Ｌ１２からなる。ただし、本発明の屈折光学系の各レンズ群を構成するレンズの枚数は必ずしも図１、図２に示す例に限定されない。
【００２３】
屈折光学系１は内部に絞り８を有する。図２に示す例では絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されているが、絞り８の位置はこれに限定されない。また、絞り８は仮想絞りも含めて考えるものとする。なお、図では絞り８は概念的に図示されている。
【００２４】
反射光学系２は、例えば図２に示す例のように、凸面の非球面形状をなす１枚の反射ミラー４により構成することができる。
【００２５】
投写光学系を屈折光学系のみで構成したものは、投写光学系を内蔵する筐体とスクリーンとの距離を長くする必要があるが、本実施形態のように、投写光学系を屈折光学系と反射光学系を組み合わせて構成したものは、光路が折り返し光路となるため筐体とスクリーンとの距離を短くすることができる。
【００２６】
また、屈折光学系のみからなる投写光学系では、焦点距離を短く、つまり広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうのに対し、屈折光学系と反射光学系を組み合わせた投写光学系では、拡大側のレンズを小さくすることが可能なため、焦点距離を短くすることができ、広角化するのに適しているという特長がある。
【００２７】
本実施形態の屈折光学系１と反射光学系２とは、共通の光軸Ｚを有するものである。屈折光学系１と反射光学系２とを同軸に配置することにより、投写光学系１０の組立精度を高めることができ、組立作業も容易となり、高性能、低コスト化に貢献することができる。
【００２８】
屈折光学系１の縮小側には、カバーガラス６と、色合成プリズムおよび光偏向プリズム等を想定したガラスブロック７が配されている。図１、図２では、カバーガラス６の拡大側の面が、画像表示素子３の表示面と同一面上にあるように配置した例を示しているが、カバーガラス６と画像表示素子３の表示面の間に空気間隔があるように配置してもよい。なお、図１、図２においては、画像表示素子３と、画像表示素子３の画像を表示する表示面とを一体的に図示している。
【００２９】
なお、以下では、図１に示すように、ｘ、ｙ、ｚ軸からなる直交座標系を考え、紙面鉛直方向をｙ方向とし、紙面水平方向をｚ方向とし、このｚ方向が光軸Ｚと同方向になる配置としたときについて説明するものとする。
【００３０】
投写型表示装置１００では、画像表示素子３の表示面の中心は、光軸Ｚよりも鉛直下方となるように光軸Ｚに対して偏心して配置されている。図３に、画像表示素子３の表示面上をＸＹ平面としたときの画像表示領域内の各位置の座標の一例を示す。ここで、Ｘ方向、Ｙ方向は前述のｘ方向、ｙ方向と同方向である。図３に示すＸ軸とＹ軸の交点が光軸Ｚの位置に対応する。
【００３１】
図３に示す最大の矩形が画像表示素子３の表示面である。すなわち、図３に示す丸付きの数字１、５、１５、１１の位置を４隅とする矩形は画像表示素子３の表示面の半分の領域となる。図３の丸付きの数字の３の位置が、画像表示面の中心である。図３の丸付きの数字の１〜１５の各位置のＸＹ座標を図３１の右側の表に示す。
【００３２】
図３に示す丸付きの数字の１、３、５の位置から射出した光束はそれぞれ、スクリーン５上に拡大投写された共役像の下端中央に結像する光束１１、共役像の中心に結像する光束１２、共役像の上端中央に結像する光束１３となる。図１および図２に、これらの光束１１〜１３を示す。
【００３３】
画像表示素子３の表示面の中心の拡大側共役位置は光軸Ｚに対して鉛直上方に位置している。上述したような位置関係において、投写型表示装置１００では、光束１１の下光線１１ｓと、光束１３の上光線１３ｕとが交差する交点１４が、屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置するように構成される。なお、ここでいう「屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面」とは、屈折光学系１が有するレンズのうち光軸Ｚ上の並び順における最も拡大側のレンズの拡大側のレンズ面であり、図２に示す例では、レンズＬ１２の拡大側のレンズ面となる。
【００３４】
図２に示すような、屈折光学系１と、負のパワーを有する反射光学系２とからなる投写光学系１０では、反射光学系２で反射された光束は屈折光学系１の最も反射光学系に近い位置にあるレンズＬ１２の上方を通ることになる。このとき、共役像の下端中央に結像する光束１１の下光線１１ｓと、共役像の上端中央に結像する光束１３の上光線１３ｕとの交点１４に注目し、その位置を上記のように好適に設定することにより、結像に用いられる光束と光学部材が干渉しないように構成しながら、屈折光学系１と反射光学系２を接近させて全系のコンパクト化を図り、筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。
【００３５】
なお、光束１１の下光線１１ｓとは、光束１１に含まれる光線のうち屈折光学系１とスクリーン５との間において最も光軸に近い光線のことを意味する。光束１３の上光線１３ｕとは、光束１３に含まれる光線のうち屈折光学系１とスクリーン５との間において最も光軸から遠い光線のことを意味する。また、図２に示す例では、光束１１、１３の光束径は絞り８の開口径により決定されているが、光束径の決定方法は必ずしもこれに限定されず、別途設けられた遮光部材や、投写型表示装置の仕様等に基づいてもよい。
【００３６】
さらに、投写光学系１０は、屈折光学系１を構成する４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群である第２レンズ群および第３レンズ群Ｇ３のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されている。本実施形態の投写光学系１０によれば、フォーカス調整の際に、レンズ群を移動させる方向は光軸方向のみであり、光軸と異なる方向に移動させなくてもよいため、装置構成を簡素なものとすることができ、装置の小型化に有利となる。
【００３７】
また、フォーカス調整の際に、屈折光学系１を構成するレンズ群のうち、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群は固定されているインナーフォーカス方式を採用しているため、屈折光学系の全長を変えずにフォーカス調整を行うことができる。
【００３８】
本実施形態では、図２に示すように、最も拡大側のレンズの近傍で、反射光学系２への入射光束と反射光学系２からの反射光束が交わるような幾何学的配置を採っている。このような光線密度が高い構成は光束と光学部材・メカ部材が干渉しやすいが、上記のようなインナーフォーカス方式を採用することにより、光束と部材の干渉の回避が容易になり、装置の小型化を促進することができる。
【００３９】
なお、屈折光学系１は、絞り８よりも拡大側に２枚以上の非球面レンズを有することが好ましい。これにより、軸外収差の補正に有利になり、非点収差や像面湾曲を良好に補正することが容易になる。
【００４０】
また、屈折光学系１は、絞り８よりも縮小側に１枚以上の非球面レンズを有することが好ましい。これにより、球面収差やコマ収差を良好に補正することが容易になる。
【００４１】
また、屈折光学系１および反射光学系２を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることが好ましい。これにより、回転非対称面で構成する場合に比べて製造性が向上し、低コスト化を図ることができる。また、前述のように屈折光学系１と反射光学系２とは同軸に配置されていることから、光学系の全長を短くしたり反射ミラーのサイズを小さくしたりした場合に懸念される歪曲収差等の諸収差を良好に補正することが可能となる。
【００４２】
さらに、屈折光学系１の最も縮小側のレンズ群となる第１レンズ群Ｇ１は、負レンズと正レンズが接合された接合レンズを含むことが好ましく、２面以上の接合面を含むことが好ましい。また、第１レンズ群Ｇ１中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることが好ましく、さらには、８０以上であることがより好ましい。屈折光学系１の最も縮小側のレンズ群が有する接合面と接合レンズを構成する正レンズとを上記のように構成することにより、軸上色収差と倍率の色収差を良好に補正することが容易になる。
【００４３】
次に、図３５を参照しながら、投写型表示装置１００の概略的な構成について説明する。図３５に、投写光学系１０と、光源１０と、照明光学系３０とを備えた投写型表示装置１００の概略的な構成例を示す。なお、図３５では、投写光学系１０は、概念的に図示されている。照明光学系３０は、色分解のためのダイクロイックミラー３２、３３と、全反射ミラー３８ａ〜３８ｃと、コンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃと、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４とを備えている。コンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃと、クロスダイクロイックプリズム３４との間には、ライトバルブとしての透過型液晶パネル３１ａ〜３１ｃが配置されている。なお、図３５では光源２０とダイクロイックミラー３２の間の構成は図示を省略している。
【００４４】
光源２０からの白色光は、ダイクロイックミラー３２、３３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれ全反射ミラー３８ａ〜３８ｃにより光路を偏向されてコンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型液晶パネル３１ａ〜３１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、投写光学系１０に入射して、投写光学系１０によりスクリーン５に投写される。
【００４５】
なお、図３５に示す構成では、ライトバルブとして透過型液晶パネルを用いているが、本発明の投写型表示装置に使用可能なライトバルブはこれに限定されない。本発明の投写型表示装置に使用可能なライトバルブとしては、透過型液晶パネル以外の透過型表示素子を用いることも可能であり、また、照明光学系の構成を適宜設定することにより、反射型表示素子を用いることも可能であり、その場合は例えば、反射型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）等を用いることができる。
【００４６】
次に、本発明の投写型表示装置に用いられる投写光学系の具体的な実施例１〜８について説明する。
＜実施例１＞
実施例１の投写光学系の構成は図２に示したとおりである。実施例１の投写光学系の屈折光学系１は、縮小側から拡大側へ向かって順に配置された第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群からなる。第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、両凹形状のレンズＬ５および両凸形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００４７】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ８から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ９と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１１、レンズＬ１２は両側の面が非球面である。
【００４８】
実施例１の投写光学系は、レンズ群としては第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されている。実施例１の投写光学系の反射光学系２は、非球面形状の１枚の反射ミラー４からなる。実施例１の投写光学系の屈折光学系１および反射光学系２を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されている。
【００４９】
表１の上段の表に実施例１の投写光学系の基本レンズデータを示す。この表では、Ｓｉの欄には最も縮小側の構成要素の縮小側の面を１番目として拡大側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｊの欄には最も縮小側の構成要素を１番目として拡大側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）のレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。
【００５０】
この表には、カバーガラス６から反射ミラー４までの基本レンズデータを示しており、反射ミラー４のＮｄｊの欄には「反射面」と記載している。曲率半径の符号は、面形状が縮小側に凸の場合を正、拡大側に凸の場合を負としている。
【００５１】
表１のＤｉの欄の最下欄の可変４と記載された間隔は、反射ミラー４とスクリーンとの間隔であり、投写距離に対応するものである。投写距離に応じて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が変化するため、表１のこれらの間隔に相当する欄にはそれぞれ可変１、可変２、可変３と記入している。表１の下段の表に、投写距離に対応する可変４の値と、そのときの可変１、可変２、可変３の値を示す。反射ミラー４により光の進行方向が変わるため可変４は負の値で示している。なお、実施例１の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ３１．１ｍｍである。
【００５２】
なお、基本レンズデータの長さの単位としてここではｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることも可能である。表１において、面番号に＊印が付いた面は非球面であり、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示している。
【００５３】
表２に実施例１の投写光学系の各非球面の非球面係数を示す。表２の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。なお、下記各表では、所定の桁でまるめた数値を記載している。
【数１】
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍の曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…）
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
図４Ａに投写距離が４６５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラムを示す。図４Ａの各スポットダイヤグラムの枠の横幅が５０００μｍに対応する。各スポットダイヤグラムの図の左側に記載された丸付きの数字は、前述したように図３に示す画像表示素子３の表示面上での位置に対応している。図３のＸ、Ｙ座標値の単位はｍｍである。また、図４Ｂに投写距離が４６５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上での歪曲格子（Distortion Grid）を示す。
【００５７】
同様に、図５Ａ、図５Ｂにそれぞれ、投写距離が５７５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図６Ａ、図６Ｂにそれぞれ、投写距離が６８０ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂはいずれも波長５５０ｎｍに関するものである。
【００５８】
なお、以下の実施例２〜８の説明において、実施例１のものと略同様のものについては重複説明を省略する。例えば、以下の実施例２〜８の投写光学系の構成図において、レンズの符号とレンズ群の符号を除き、実施例１のものと同一符号のものは、実施例１のものと略同一の機能および構成を有するものである。また、以下の実施例２〜８の投写光学系の表、スポットダイヤグラムにおける記号とその意味は実施例１のものと基本的に同様であり、スポットダイヤグラムと歪曲格子が波長５５０ｎｍに関するものである点についても、実施例１のものと同様である。
【００５９】
＜実施例２＞
図７に実施例２の投写光学系の構成を示す。実施例２にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００６０】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００６１】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ７と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００６２】
第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００６３】
表３、表４にそれぞれ、実施例２の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例２の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２６．５ｍｍである。
【００６４】
【表３】
【００６５】
【表４】
【００６６】
図８Ａ、図８Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図９Ａ、図９Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１０Ａ、図１０Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００６７】
＜実施例３＞
図１１に実施例３の投写光学系の構成を示す。実施例３にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、絞り８と、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００６９】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９を縮小側からこの順に貼り合わせた接合レンズから構成されている。
【００７０】
第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００７１】
表５、表６にそれぞれ、実施例３の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例３の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２７．１ｍｍである。
【００７２】
【表５】
【００７３】
【表６】
【００７４】
図１２Ａ、図１２Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１３Ａ、図１３Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１４Ａ、図１４Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００７５】
＜実施例４＞
図１５に実施例４の投写光学系の構成を示す。実施例４にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００７６】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００７７】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ７と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１とが配列されて構成されている。
【００７８】
第３レンズ群Ｇ３は、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００７９】
表７、表８にそれぞれ、実施例４の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例４の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２９．９ｍｍである。
【００８０】
【表７】
【００８１】
【表８】
【００８２】
図１６Ａ、図１６Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１７Ａ、図１７Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１８Ａ、図１８Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００８３】
＜実施例５＞
図１９に実施例５の投写光学系の構成を示す。実施例５にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００８４】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００８５】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。
【００８６】
第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００８７】
表９、表１０にそれぞれ、実施例５の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例５の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２７．６ｍｍである。
【００８８】
【表９】
【００８９】
【表１０】
【００９０】
図２０Ａ、図２０Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２１Ａ、図２１Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２２Ａ、図２２Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００９１】
＜実施例６＞
図２３に実施例６の投写光学系の構成を示す。実施例６にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００９２】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、両凹形状のレンズＬ５および両凸形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、絞り８と、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００９３】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凹形状のレンズＬ９から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。レンズＬ４、レンズＬ１１、レンズＬ１２は両側の面が非球面である。
【００９４】
表１１、表１２にそれぞれ、実施例６の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例６の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ３０．０４ｍｍである。
【００９５】
【表１１】
【００９６】
【表１２】
【００９７】
図２４Ａ、図２４Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２５Ａ、図２５Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２６Ａ、図２６Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００９８】
＜実施例７＞
図２７に実施例７の投写光学系の構成を示す。実施例７にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００９９】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で両凸形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【０１００】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状のレンズＬ８および両凹形状のレンズＬ９を縮小側からこの順に貼り合わせた接合レンズから構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０および拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２と、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３とが配列されて構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【０１０１】
表１３、表１４にそれぞれ、実施例７の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例７の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２６．０ｍｍである。
【０１０２】
【表１３】
【０１０３】
【表１４】
【０１０４】
図２８Ａ、図２８Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２９Ａ、図２９Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３０Ａ、図３０Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【０１０５】
＜実施例８＞
図３１に実施例８の投写光学系の構成を示す。実施例８にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【０１０６】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ３および両凸形状のレンズＬ４の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で両凸形状のレンズＬ５と、両凹形状のレンズＬ６および両凸形状のレンズＬ７の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【０１０７】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ８と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ９とが配列されて構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１０と、両凹形状のレンズＬ１１および両凸形状のレンズＬ１２の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１３とが配列されて構成されている。
【０１０８】
第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１４と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１５と、近軸領域で拡大側に平面を向けた平凹形状のレンズＬ１６とが配列されて構成されている。レンズＬ２、レンズＬ５、レンズＬ１５、レンズＬ１６は両側の面が非球面である。絞り８はレンズＬ９の縮小側の面と一致している。
【０１０９】
表１５、表１６にそれぞれ、実施例８の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例８の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２９．９ｍｍである。
【０１１０】
【表１５】
【０１１１】
【表１６】
【０１１２】
図３２Ａ、図３２Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３３Ａ、図３３Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３４Ａ、図３４Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【０１１３】
上述の実施例１〜８は、各実施例のスポットダイヤグラム、歪曲格子からわかるように、諸収差が良好に補正されて、高性能な投写光学系となっている。
【０１１４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の投写光学系の各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、適宜変更することが可能である。本発明の屈折光学系はレンズのみからなるものに限定されず、レンズ群が反射素子や回折光学素子を含むものであってもよい。また、本発明の投写型表示装置に用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 屈折光学系
２ 反射光学系
３ 画像表示素子
４ 反射ミラー
５ スクリーン
６ カバーガラス
７ ガラスブロック
８ 絞り
１０ 投写光学系
１１、１２、１３ 光束
１１ｓ 下光線
１３ｕ 上光線
１４ 交点
２０ 光源
３０ 照明光学系
３１ａ〜３１ｃ 透過型液晶パネル
３２、３３ ダイクロイックミラー
３４ クロスダイクロイックプリズム
３６ａ〜３６ｃ コンデンサレンズ
３８ａ〜３８ｃ 全反射ミラー
１００ 投写型表示装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１６ レンズ
Ｚ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置に関し、特に、画像表示素子に表示された画像を屈折光学系および反射光学系を用いてスクリーン上に結像させる投写光学系を備えた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像表示素子で表示された画像を、投写光学系によりスクリーン上に拡大投写する投写型の画像表示装置が使用されている。このような投写型表示装置に使用可能な投写光学系としては、例えば下記特許文献１、２に記載のような、複数枚のレンズからなる屈折光学系と、ミラーを含む反射光学系とを組み合わせたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５８７５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−７２３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投写型表示装置の分野においては開発競争が進んでおり、装置の小型化および低コスト化が望まれている。さらに近年では、スクリーン上で十分な大きさの拡大映像を得つつ、投写距離を短くできることが要求されるようになってきている。そのためには、投写光学系が搭載される装置の筐体とスクリーンとの距離の短縮化が必要となる。
【０００５】
上記特許文献１、２に記載の屈折光学系は回転対称な同軸系レンズと回転非対称な自由曲面を有する複数のレンズからなり、反射光学系は回転非対称な自由曲面を有するミラーからなる。上記特許文献１、２に記載の光学系では、投写距離が変化したときのフォーカス調整は、レンズを同軸系レンズの光軸の方向に移動させるだけでなく、回転非対称な自由曲面を有するレンズを同軸系レンズの光軸と異なる方向にも移動させて行うように構成されている。しかしながら、このようなフォーカス調整方法では、光学部材を移動させるための装置構成が複雑となる上に装置の大型化を招きコストアップの要因となる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、装置の筐体とスクリーンとの距離を短縮可能で、低コスト化が図られ、小型で簡素な構成でありながら、良好な投写性能を有する投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の投写型表示装置は、縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子と、該画像を拡大側の共役面上に共役像として投写する投写光学系とを具備する投写型表示装置であって、投写光学系は、縮小側から順に、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備え、屈折光学系と反射光学系とは共通の光軸を有し、画像表示素子の画像を表示する表示面の中心が光軸に対して偏心して配置され、表示面の中心の拡大側共役位置が光軸に対して鉛直上方に位置しているとき、共役像の下端中央に結像する光束の下光線と、共役像の上端中央に結像する光束の上光線との交点が、屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置し、屈折光学系の４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも拡大側に配置された２枚以上の非球面レンズとを有することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも縮小側に配置された１枚以上の非球面レンズとを有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系および反射光学系を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の投写型表示装置においては、屈折光学系の最も縮小側のレンズ群が２面以上の接合面を含み、該レンズ群に含まれる接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることが好ましい。
【００１２】
なお、上記「拡大側」とは、被投写側（スクリーン側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にスクリーン側を拡大側と称するものとする。一方、上記「縮小側」とは、原画像表示領域側（ライトバルブ側）を意味し、縮小投写する場合も、便宜的にライトバルブ側を縮小側と称するものとする。
【００１３】
なお、上記「実質的に４つのレンズ群からなる該屈折光学系」とは、該屈折光学系が、４つのレンズ群以外に、実質的にパワーを有さないレンズやレンズ群、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分等を持つ場合も含むものとする。
【００１４】
なお、上記「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
【００１５】
なお、上記「屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面」における「最も〜近い」は、光軸上における並び順で考えるものとする。
【００１６】
なお、上記「回転対称面」とは、回転対称軸を中心とした回転面（一部が欠けたものを含む）で構成された面を意味する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の投写型表示装置は、複数のレンズからなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備えた投写光学系を用いており、折り返し光路を形成できるため、良好な投写性能を実現しながら、装置の筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。また、本発明の投写型表示装置では、共役像に結像する２つの光線の交点と屈折光学系の最も反射光学系に近いレンズ面の面頂点との位置関係を好適に設定しているため、結像に用いられる光束と光学部材が干渉しないように構成しながら、全系のコンパクト化を図り、筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。
【００１８】
さらに、本発明の投写型表示装置は、レンズ群の光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されているので、光軸と異なる方向に移動させなくてもフォーカス調整が可能であり、装置構成を小型で簡素なものとすることができる。さらにまた、本発明の投写型表示装置は、屈折光学系の縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを用いてフォーカス調整を行うインナーフォーカス方式を採っているため、フォーカス調整時の屈折光学系の全長を不変とすることができる。これにより、最も拡大側のレンズの近傍で、異なる方向に進行する複数の光束が交わるような光線密度が高い構成を採ったとしても、フォーカス調整時における光束と部材との干渉の回避が容易になり、小型化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置の主要部の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例１にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図３】スポットダイヤグラムの座標を説明するための図
【図４Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が４６５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図４Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が４６５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図５Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が５７５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図５Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が５７５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図６Ａ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が６８０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図６Ｂ】本発明の実施例１にかかる投写光学系の投写距離が６８０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図７】本発明の実施例２にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図８Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図８Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図９Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図９Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１０Ａ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１０Ｂ】本発明の実施例２にかかる投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１１】本発明の実施例３にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図１２Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１２Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１３Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１４Ａ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１４Ｂ】本発明の実施例３にかかる投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１５】本発明の実施例４にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図１６Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１６Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１７Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１７Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１８Ａ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図１８Ｂ】本発明の実施例４にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図１９】本発明の実施例５にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２０Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２０Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２１Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２１Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２２Ａ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２２Ｂ】本発明の実施例５にかかる投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２３】本発明の実施例６にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２４Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２４Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２５Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２５Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２６Ａ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２６Ｂ】本発明の実施例６にかかる投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２７】本発明の実施例７にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図２８Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２８Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図２９Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図２９Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３０Ａ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３０Ｂ】本発明の実施例７にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３１】本発明の実施例８にかかる投写光学系の構成を示す断面図
【図３２Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３２Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３３Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３３Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３４Ａ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラムを示す図
【図３４Ｂ】本発明の実施例８にかかる投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときの歪曲格子を示す図
【図３５】本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置の概略的な構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる投写型表示装置１００の主要部の構成を示す断面図である。図２は、投写型表示装置１００に用いられる投写光学系１０の構成を示す断面図である。図１および図２に示す構成例は、後述の実施例１の投写光学系に対応するものである。他の実施例についても基本的な構成は同様のため、ここでは図１および図２に示す例を参照しながら説明する。
【００２１】
投写型表示装置１００は、縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子３と、該画像を拡大側の共役面であるスクリーン５上に共役像として投写する投写光学系１０とを備える。投写光学系１０は、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系１と、負のパワーを有する反射光学系２とを備える。
【００２２】
屈折光学系１は、縮小側から拡大側へ向かって順に配置された第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４からなる。図２に示す例では、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１〜Ｌ７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ８からなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ９、Ｌ１０からなり、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ１１、Ｌ１２からなる。ただし、本発明の屈折光学系の各レンズ群を構成するレンズの枚数は必ずしも図１、図２に示す例に限定されない。
【００２３】
屈折光学系１は内部に絞り８を有する。図２に示す例では絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されているが、絞り８の位置はこれに限定されない。また、絞り８は仮想絞りも含めて考えるものとする。なお、図では絞り８は概念的に図示されている。
【００２４】
反射光学系２は、例えば図２に示す例のように、凸面の非球面形状をなす１枚の反射ミラー４により構成することができる。
【００２５】
投写光学系を屈折光学系のみで構成したものは、投写光学系を内蔵する筐体とスクリーンとの距離を長くする必要があるが、本実施形態のように、投写光学系を屈折光学系と反射光学系を組み合わせて構成したものは、光路が折り返し光路となるため筐体とスクリーンとの距離を短くすることができる。
【００２６】
また、屈折光学系のみからなる投写光学系では、焦点距離を短く、つまり広角化をしようとすると、どうしても拡大側のレンズが大きくなりすぎてしまうのに対し、屈折光学系と反射光学系を組み合わせた投写光学系では、拡大側のレンズを小さくすることが可能なため、焦点距離を短くすることができ、広角化するのに適しているという特長がある。
【００２７】
本実施形態の屈折光学系１と反射光学系２とは、共通の光軸Ｚを有するものである。屈折光学系１と反射光学系２とを同軸に配置することにより、投写光学系１０の組立精度を高めることができ、組立作業も容易となり、高性能、低コスト化に貢献することができる。
【００２８】
屈折光学系１の縮小側には、カバーガラス６と、色合成プリズムおよび光偏向プリズム等を想定したガラスブロック７が配されている。図１、図２では、カバーガラス６の拡大側の面が、画像表示素子３の表示面と同一面上にあるように配置した例を示しているが、カバーガラス６と画像表示素子３の表示面の間に空気間隔があるように配置してもよい。なお、図１、図２においては、画像表示素子３と、画像表示素子３の画像を表示する表示面とを一体的に図示している。
【００２９】
なお、以下では、図１に示すように、ｘ、ｙ、ｚ軸からなる直交座標系を考え、紙面鉛直方向をｙ方向とし、紙面水平方向をｚ方向とし、このｚ方向が光軸Ｚと同方向になる配置としたときについて説明するものとする。
【００３０】
投写型表示装置１００では、画像表示素子３の表示面の中心は、光軸Ｚよりも鉛直下方となるように光軸Ｚに対して偏心して配置されている。図３に、画像表示素子３の表示面上をＸＹ平面としたときの画像表示領域内の各位置の座標の一例を示す。ここで、Ｘ方向、Ｙ方向は前述のｘ方向、ｙ方向と同方向である。図３に示すＸ軸とＹ軸の交点が光軸Ｚの位置に対応する。
【００３１】
図３に示す最大の矩形が画像表示素子３の表示面である。すなわち、図３に示す丸付きの数字１、５、１５、１１の位置を４隅とする矩形は画像表示素子３の表示面の半分の領域となる。図３の丸付きの数字の３の位置が、画像表示面の中心である。図３の丸付きの数字の１〜１５の各位置のＸＹ座標を図３１の右側の表に示す。
【００３２】
図３に示す丸付きの数字の１、３、５の位置から射出した光束はそれぞれ、スクリーン５上に拡大投写された共役像の下端中央に結像する光束１１、共役像の中心に結像する光束１２、共役像の上端中央に結像する光束１３となる。図１および図２に、これらの光束１１〜１３を示す。
【００３３】
画像表示素子３の表示面の中心の拡大側共役位置は光軸Ｚに対して鉛直上方に位置している。上述したような位置関係において、投写型表示装置１００では、光束１１の下光線１１ｓと、光束１３の上光線１３ｕとが交差する交点１４が、屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置するように構成される。なお、ここでいう「屈折光学系１の最も反射光学系２に近いレンズ面」とは、屈折光学系１が有するレンズのうち光軸Ｚ上の並び順における最も拡大側のレンズの拡大側のレンズ面であり、図２に示す例では、レンズＬ１２の拡大側のレンズ面となる。
【００３４】
図２に示すような、屈折光学系１と、負のパワーを有する反射光学系２とからなる投写光学系１０では、反射光学系２で反射された光束は屈折光学系１の最も反射光学系に近い位置にあるレンズＬ１２の上方を通ることになる。このとき、共役像の下端中央に結像する光束１１の下光線１１ｓと、共役像の上端中央に結像する光束１３の上光線１３ｕとの交点１４に注目し、その位置を上記のように好適に設定することにより、結像に用いられる光束と光学部材が干渉しないように構成しながら、屈折光学系１と反射光学系２を接近させて全系のコンパクト化を図り、筐体とスクリーンとの距離を短縮することができる。
【００３５】
なお、光束１１の下光線１１ｓとは、光束１１に含まれる光線のうち屈折光学系１とスクリーン５との間において最も光軸に近い光線のことを意味する。光束１３の上光線１３ｕとは、光束１３に含まれる光線のうち屈折光学系１とスクリーン５との間において最も光軸から遠い光線のことを意味する。また、図２に示す例では、光束１１、１３の光束径は絞り８の開口径により決定されているが、光束径の決定方法は必ずしもこれに限定されず、別途設けられた遮光部材や、投写型表示装置の仕様等に基づいてもよい。
【００３６】
さらに、投写光学系１０は、屈折光学系１を構成する４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群である第２レンズ群および第３レンズ群Ｇ３のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されている。本実施形態の投写光学系１０によれば、フォーカス調整の際に、レンズ群を移動させる方向は光軸方向のみであり、光軸と異なる方向に移動させなくてもよいため、装置構成を簡素なものとすることができ、装置の小型化に有利となる。
【００３７】
また、フォーカス調整の際に、屈折光学系１を構成するレンズ群のうち、最も拡大側のレンズ群と最も縮小側のレンズ群は固定されているインナーフォーカス方式を採用しているため、屈折光学系の全長を変えずにフォーカス調整を行うことができる。
【００３８】
本実施形態では、図２に示すように、最も拡大側のレンズの近傍で、反射光学系２への入射光束と反射光学系２からの反射光束が交わるような幾何学的配置を採っている。このような光線密度が高い構成は光束と光学部材・メカ部材が干渉しやすいが、上記のようなインナーフォーカス方式を採用することにより、光束と部材の干渉の回避が容易になり、装置の小型化を促進することができる。
【００３９】
なお、屈折光学系１は、絞り８よりも拡大側に２枚以上の非球面レンズを有することが好ましい。これにより、軸外収差の補正に有利になり、非点収差や像面湾曲を良好に補正することが容易になる。
【００４０】
また、屈折光学系１は、絞り８よりも縮小側に１枚以上の非球面レンズを有することが好ましい。これにより、球面収差やコマ収差を良好に補正することが容易になる。
【００４１】
また、屈折光学系１および反射光学系２を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることが好ましい。これにより、回転非対称面で構成する場合に比べて製造性が向上し、低コスト化を図ることができる。また、前述のように屈折光学系１と反射光学系２とは同軸に配置されていることから、光学系の全長を短くしたり反射ミラーのサイズを小さくしたりした場合に懸念される歪曲収差等の諸収差を良好に補正することが可能となる。
【００４２】
さらに、屈折光学系１の最も縮小側のレンズ群となる第１レンズ群Ｇ１は、負レンズと正レンズが接合された接合レンズを含むことが好ましく、２面以上の接合面を含むことが好ましい。また、第１レンズ群Ｇ１中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることが好ましく、さらには、８０以上であることがより好ましい。屈折光学系１の最も縮小側のレンズ群が有する接合面と接合レンズを構成する正レンズとを上記のように構成することにより、軸上色収差と倍率の色収差を良好に補正することが容易になる。
【００４３】
次に、図３５を参照しながら、投写型表示装置１００の概略的な構成について説明する。図３５に、投写光学系１０と、光源１０と、照明光学系３０とを備えた投写型表示装置１００の概略的な構成例を示す。なお、図３５では、投写光学系１０は、概念的に図示されている。照明光学系３０は、色分解のためのダイクロイックミラー３２、３３と、全反射ミラー３８ａ〜３８ｃと、コンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃと、色合成のためのクロスダイクロイックプリズム３４とを備えている。コンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃと、クロスダイクロイックプリズム３４との間には、ライトバルブとしての透過型液晶パネル３１ａ〜３１ｃが配置されている。なお、図３５では光源２０とダイクロイックミラー３２の間の構成は図示を省略している。
【００４４】
光源２０からの白色光は、ダイクロイックミラー３２、３３で３つの色光光束（Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光）に分解された後、それぞれ全反射ミラー３８ａ〜３８ｃにより光路を偏向されてコンデンサレンズ３６ａ〜３６ｃを経て各色光光束にそれぞれ対応する透過型液晶パネル３１ａ〜３１ｃに入射して光変調され、クロスダイクロイックプリズム３４により色合成された後、投写光学系１０に入射して、投写光学系１０によりスクリーン５に投写される。
【００４５】
なお、図３５に示す構成では、ライトバルブとして透過型液晶パネルを用いているが、本発明の投写型表示装置に使用可能なライトバルブはこれに限定されない。本発明の投写型表示装置に使用可能なライトバルブとしては、透過型液晶パネル以外の透過型表示素子を用いることも可能であり、また、照明光学系の構成を適宜設定することにより、反射型表示素子を用いることも可能であり、その場合は例えば、反射型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標）等を用いることができる。
【００４６】
次に、本発明の投写型表示装置に用いられる投写光学系の具体的な実施例１〜８について説明する。
＜実施例１＞
実施例１の投写光学系の構成は図２に示したとおりである。実施例１の投写光学系の屈折光学系１は、縮小側から拡大側へ向かって順に配置された第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群からなる。第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、両凹形状のレンズＬ５および両凸形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００４７】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ８から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ９と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１１、レンズＬ１２は両側の面が非球面である。
【００４８】
実施例１の投写光学系は、レンズ群としては第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されている。実施例１の投写光学系の反射光学系２は、非球面形状の１枚の反射ミラー４からなる。実施例１の投写光学系の屈折光学系１および反射光学系２を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されている。
【００４９】
表１の上段の表に実施例１の投写光学系の基本レンズデータを示す。この表では、Ｓｉの欄には最も縮小側の構成要素の縮小側の面を１番目として拡大側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｊの欄には最も縮小側の構成要素を１番目として拡大側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）のレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。
【００５０】
この表には、カバーガラス６から反射ミラー４までの基本レンズデータを示しており、反射ミラー４のＮｄｊの欄には「反射面」と記載している。曲率半径の符号は、面形状が縮小側に凸の場合を正、拡大側に凸の場合を負としている。
【００５１】
表１のＤｉの欄の最下欄の可変４と記載された間隔は、反射ミラー４とスクリーンとの間隔であり、投写距離に対応するものである。投写距離に応じて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が変化するため、表１のこれらの間隔に相当する欄にはそれぞれ可変１、可変２、可変３と記入している。表１の下段の表に、投写距離に対応する可変４の値と、そのときの可変１、可変２、可変３の値を示す。反射ミラー４により光の進行方向が変わるため可変４は負の値で示している。なお、実施例１の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ３１．１ｍｍである。
【００５２】
なお、基本レンズデータの長さの単位としてここではｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることも可能である。表１において、面番号に＊印が付いた面は非球面であり、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示している。
【００５３】
表２に実施例１の投写光学系の各非球面の非球面係数を示す。表２の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。なお、下記各表では、所定の桁でまるめた数値を記載している。
【数１】
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍の曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…）
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
図４Ａに投写距離が４６５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラムを示す。図４Ａの各スポットダイヤグラムの枠の横幅が５０００μｍに対応する。各スポットダイヤグラムの図の左側に記載された丸付きの数字は、前述したように図３に示す画像表示素子３の表示面上での位置に対応している。図３のＸ、Ｙ座標値の単位はｍｍである。また、図４Ｂに投写距離が４６５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上での歪曲格子（Distortion Grid）を示す。
【００５７】
同様に、図５Ａ、図５Ｂにそれぞれ、投写距離が５７５ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図６Ａ、図６Ｂにそれぞれ、投写距離が６８０ｍｍのときの実施例１の投写光学系によるスクリーン上でのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂはいずれも波長５５０ｎｍに関するものである。
【００５８】
なお、以下の実施例２〜８の説明において、実施例１のものと略同様のものについては重複説明を省略する。例えば、以下の実施例２〜８の投写光学系の構成図において、レンズの符号とレンズ群の符号を除き、実施例１のものと同一符号のものは、実施例１のものと略同一の機能および構成を有するものである。また、以下の実施例２〜８の投写光学系の表、スポットダイヤグラムにおける記号とその意味は実施例１のものと基本的に同様であり、スポットダイヤグラムと歪曲格子が波長５５０ｎｍに関するものである点についても、実施例１のものと同様である。
【００５９】
＜実施例２＞
図７に実施例２の投写光学系の構成を示す。実施例２にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００６０】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００６１】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ７と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００６２】
第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００６３】
表３、表４にそれぞれ、実施例２の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例２の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２６．５ｍｍである。
【００６４】
【表３】
【００６５】
【表４】
【００６６】
図８Ａ、図８Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図９Ａ、図９Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１０Ａ、図１０Ｂにそれぞれ、実施例２の投写光学系の投写距離が６９０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００６７】
＜実施例３＞
図１１に実施例３の投写光学系の構成を示す。実施例３にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、絞り８と、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００６９】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９を縮小側からこの順に貼り合わせた接合レンズから構成されている。
【００７０】
第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００７１】
表５、表６にそれぞれ、実施例３の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例３の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２７．１ｍｍである。
【００７２】
【表５】
【００７３】
【表６】
【００７４】
図１２Ａ、図１２Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１３Ａ、図１３Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１４Ａ、図１４Ｂにそれぞれ、実施例３の投写光学系の投写距離が７００ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００７５】
＜実施例４＞
図１５に実施例４の投写光学系の構成を示す。実施例４にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００７６】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００７７】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ７と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１とが配列されて構成されている。
【００７８】
第３レンズ群Ｇ３は、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００７９】
表７、表８にそれぞれ、実施例４の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例４の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２９．９ｍｍである。
【００８０】
【表７】
【００８１】
【表８】
【００８２】
図１６Ａ、図１６Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１７Ａ、図１７Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図１８Ａ、図１８Ｂにそれぞれ、実施例４の投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００８３】
＜実施例５＞
図１９に実施例５の投写光学系の構成を示す。実施例５にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００８４】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および両凸形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【００８５】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８および縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ９の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１０と、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。
【００８６】
第４レンズ群Ｇ４は、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３から構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【００８７】
表９、表１０にそれぞれ、実施例５の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例５の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２７．６ｍｍである。
【００８８】
【表９】
【００８９】
【表１０】
【００９０】
図２０Ａ、図２０Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２１Ａ、図２１Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２２Ａ、図２２Ｂにそれぞれ、実施例５の投写光学系の投写距離が６８５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００９１】
＜実施例６＞
図２３に実施例６の投写光学系の構成を示す。実施例６にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００９２】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ４と、両凹形状のレンズＬ５および両凸形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズと、絞り８と、両凸形状のレンズＬ７とが配列されて構成されている。
【００９３】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ８から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凹形状のレンズＬ９から構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１２とが配列されて構成されている。レンズＬ４、レンズＬ１１、レンズＬ１２は両側の面が非球面である。
【００９４】
表１１、表１２にそれぞれ、実施例６の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例６の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ３０．０４ｍｍである。
【００９５】
【表１１】
【００９６】
【表１２】
【００９７】
図２４Ａ、図２４Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が４６０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２５Ａ、図２５Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が５８０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２６Ａ、図２６Ｂにそれぞれ、実施例６の投写光学系の投写距離が６９５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【００９８】
＜実施例７＞
図２７に実施例７の投写光学系の構成を示す。実施例７にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【００９９】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で両凸形状のレンズＬ４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ５および縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【０１００】
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状のレンズＬ７から構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状のレンズＬ８および両凹形状のレンズＬ９を縮小側からこの順に貼り合わせた接合レンズから構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１０および拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１１の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２と、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３とが配列されて構成されている。絞り８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。レンズＬ４、レンズＬ１２、レンズＬ１３は両側の面が非球面である。
【０１０１】
表１３、表１４にそれぞれ、実施例７の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例７の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２６．０ｍｍである。
【０１０２】
【表１３】
【０１０３】
【表１４】
【０１０４】
図２８Ａ、図２８Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が４４０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図２９Ａ、図２９Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が５３５ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３０Ａ、図３０Ｂにそれぞれ、実施例７の投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【０１０５】
＜実施例８＞
図３１に実施例８の投写光学系の構成を示す。実施例８にかかる投写光学系は、実施例１にかかる投写用変倍光学系と略同様の構成とされているが、屈折光学系の各レンズ群が有するレンズの構成が以下に述べるように実施例１のものと相違している。
【０１０６】
第１レンズ群Ｇ１は、縮小側から順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、近軸領域で縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ２と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ３および両凸形状のレンズＬ４の貼り合わせからなる接合レンズと、近軸領域で両凸形状のレンズＬ５と、両凹形状のレンズＬ６および両凸形状のレンズＬ７の貼り合わせからなる接合レンズとが配列されて構成されている。
【０１０７】
第２レンズ群Ｇ２は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ８と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ９とが配列されて構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、縮小側から順に、両凸形状のレンズＬ１０と、両凹形状のレンズＬ１１および両凸形状のレンズＬ１２の貼り合わせからなる接合レンズと、両凹形状のレンズＬ１３とが配列されて構成されている。
【０１０８】
第４レンズ群Ｇ４は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１４と、近軸領域で拡大側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１５と、近軸領域で拡大側に平面を向けた平凹形状のレンズＬ１６とが配列されて構成されている。レンズＬ２、レンズＬ５、レンズＬ１５、レンズＬ１６は両側の面が非球面である。絞り８はレンズＬ９の縮小側の面と一致している。
【０１０９】
表１５、表１６にそれぞれ、実施例８の投写光学系の基本レンズデータ、各非球面の非球面係数を示す。実施例８の投写光学系の絞り８の開口部の直径はφ２９．９ｍｍである。
【０１１０】
【表１５】
【０１１１】
【表１６】
【０１１２】
図３２Ａ、図３２Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が４５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３３Ａ、図３３Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が５５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示し、図３４Ａ、図３４Ｂにそれぞれ、実施例８の投写光学系の投写距離が６５０ｍｍのときのスポットダイヤグラム、歪曲格子を示す。
【０１１３】
上述の実施例１〜８は、各実施例のスポットダイヤグラム、歪曲格子からわかるように、諸収差が良好に補正されて、高性能な投写光学系となっている。
【０１１４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の投写光学系の各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、適宜変更することが可能である。本発明の屈折光学系はレンズのみからなるものに限定されず、レンズ群が反射素子や回折光学素子を含むものであってもよい。また、本発明の投写型表示装置に用いられるライトバルブや、光束分離または光束合成に用いられる光学部材は、上記構成に限定されず、種々の態様の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 屈折光学系
２ 反射光学系
３ 画像表示素子
４ 反射ミラー
５ スクリーン
６ カバーガラス
７ ガラスブロック
８ 絞り
１０ 投写光学系
１１、１２、１３ 光束
１１ｓ 下光線
１３ｕ 上光線
１４ 交点
２０ 光源
３０ 照明光学系
３１ａ〜３１ｃ 透過型液晶パネル
３２、３３ ダイクロイックミラー
３４ クロスダイクロイックプリズム
３６ａ〜３６ｃ コンデンサレンズ
３８ａ〜３８ｃ 全反射ミラー
１００ 投写型表示装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１６ レンズ
Ｚ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子と、該画像を拡大側の共役面上に共役像として投写する投写光学系とを具備する投写型表示装置であって、
前記投写光学系は、縮小側から順に、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備え、
前記屈折光学系と前記反射光学系とは共通の光軸を有し、
前記画像表示素子の前記画像を表示する表示面の中心が前記光軸に対して偏心して配置され、前記表示面の中心の拡大側共役位置が前記光軸に対して鉛直上方に位置しているとき、前記共役像の下端中央に結像する光束の下光線と、前記共役像の上端中央に結像する光束の上光線との交点が、前記屈折光学系の最も前記反射光学系に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置し、
前記屈折光学系の前記４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも拡大側に配置された２枚以上の非球面レンズとを有することを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも縮小側に配置された１枚以上の非球面レンズとを有することを特徴とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記屈折光学系および前記反射光学系を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記屈折光学系の最も縮小側のレンズ群が２面以上の接合面を含み、該レンズ群に含まれる接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の投写型表示装置。
【請求項１】
縮小側の共役面上に画像を表示させる画像表示素子と、該画像を拡大側の共役面上に共役像として投写する投写光学系とを具備する投写型表示装置であって、
前記投写光学系は、縮小側から順に、実質的に４つのレンズ群からなる屈折光学系と、負のパワーを持つ反射光学系とを備え、
前記屈折光学系と前記反射光学系とは共通の光軸を有し、
前記画像表示素子の前記画像を表示する表示面の中心が前記光軸に対して偏心して配置され、前記表示面の中心の拡大側共役位置が前記光軸に対して鉛直上方に位置しているとき、前記共役像の下端中央に結像する光束の下光線と、前記共役像の上端中央に結像する光束の上光線との交点が、前記屈折光学系の最も前記反射光学系に近いレンズ面の面頂点よりも縮小側に位置し、
前記屈折光学系の前記４つのレンズ群のうち、縮小側から２番目および３番目のレンズ群のみを光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うように構成されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも拡大側に配置された２枚以上の非球面レンズとを有することを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記屈折光学系は、絞りと、該絞りよりも縮小側に配置された１枚以上の非球面レンズとを有することを特徴とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記屈折光学系および前記反射光学系を構成する全ての光学面が、回転対称面で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記屈折光学系の最も縮小側のレンズ群が２面以上の接合面を含み、該レンズ群に含まれる接合レンズを構成する正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値が７０以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の投写型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図７】
【図１１】
【図１５】
【図１９】
【図２３】
【図２７】
【図３１】
【図３５】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０Ａ】
【図３０Ｂ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図２】
【図３】
【図７】
【図１１】
【図１５】
【図１９】
【図２３】
【図２７】
【図３１】
【図３５】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２９Ａ】
【図２９Ｂ】
【図３０Ａ】
【図３０Ｂ】
【図３２Ａ】
【図３２Ｂ】
【図３３Ａ】
【図３３Ｂ】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−２９７８８（Ｐ２０１３−２９７８８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７６７３（Ｐ２０１１−１６７６７３）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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