JP3412396B2

JP3412396B2 - 斜め投影光学系

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Publication number: JP3412396B2
Application number: JP11876596A
Authority: JP
Inventors: 聡大澤
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JPH09304732A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜め投影光学系に
関するものであり、更に詳しくは、背面投射型プロジェ
クター等に用いられる斜め投影光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】像面が物面に対して傾くように画像を投
影する斜め投影光学系では、像面の傾きによって発生す
る像の非対称な歪み(いわゆる台形歪み)を打ち消すため
に、いくつかの偏芯した共軸光学系が組み合わされてい
る。つまり、光軸(対称軸)が一致しない複数の共軸光学
系から成る軸非対称光学系を用いることによって、上記
台形歪みが発生しないようにしているのである。

【０００３】上記軸非対称光学系においても、軸対称光
学系と同様、像面を角度一定のまま所定位置(例えば、
画像投影面の位置)に調整するフォーカス機能が必要で
ある。さらに、フォーカスにおいて上記台形歪みが生じ
ないようにする必要がある。特開平５−１１３６００号
公報では、台形歪みを生じさせることなくフォーカスを
行うために、一部のレンズ群を主光線方向に移動させ、
それに連動させて他のレンズ群を回転させる投射型表示
装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フォーカスレ
ンズ群に上記のような複雑な運動をさせるためには、複
雑な機構が必要になる。フォーカスレンズ群を駆動する
機構が複雑になると、装置全体が大きくなり、コスト的
にも不利になる。

【０００５】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、フォーカスにおいて像に台形歪みが
生じず、しかも簡単な機構でフォーカスを行うことがで
きる斜め投影光学系を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の斜め投影光学系は、少なくとも１つの
偏芯した共軸光学系を含む軸非対称光学系から成り、像
面が物面に対して傾くように画像を投影する斜め投影光
学系であって、この斜め投影光学系の一部を成す共軸の
フォーカスレンズ群をフォーカスレンズ群の光軸方向に
平行移動させることによって、前記像面が前記物面に対
して傾き角度一定のまま平行移動するようにフォーカス
を行うことを特徴とする。

【０００７】第２の発明の斜め投影光学系は、第１の発
明の構成において、前記フォーカスレンズ群よりも物面
側に位置する光学系が、実質的に台形歪みのない中間像
面を形成し、前記フォーカスレンズ群及びその像面側に
位置する光学系が、前記中間像面を物面としそれに対応
する像面を最終像面とする共軸のリレー系として機能す
ることを特徴とする。第３の発明の斜め投影光学系は、
第１又は第２の発明の構成において、前記フォーカスレ
ンズ群がほぼアフォーカル系を成すことを特徴とする。
第４の発明の斜め投影光学系は、第１，第２又は第３の
発明の構成において、前記フォーカスレンズ群が最も像
面側に配置されていることを特徴とする。第５の発明の
斜め投影光学系は、第１又は第２の発明の構成におい
て、前記フォーカスレンズ群が前記共軸光学系の一部を
成し、その共軸光学系の光軸が像面に対してほぼ垂直で
あることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した斜め投影
光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１，図３，図
６は、各実施の形態のレンズ構成図である。図１は第１
の実施の形態のＸ−Ｙ断面を示しており、図３は第２，
第３の実施の形態のＸ−Ｙ断面を示しており、図６は第
４の実施の形態のＸ−Ｙ断面を示している。各実施の形
態は軸非対称光学系から成っているので、互いに独立し
た共軸光学系を成す各レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ３の光軸
(すなわち対称軸)ＡＸ１〜ＡＸ３は不一致である。な
お、各レンズ構成図において、Ｘ軸とＹ軸とは直交して
おり(Ｘ−Ｙ平面は紙面に平行である。)、第１レンズ群
Ｇｒ１の光軸ＡＸ１はＸ軸と一致している。

【０００９】図２，図４，図５，図７は、第１〜第４の
実施の形態の光路をそれぞれ示している。各光路図中、
ＯＳは、映像表示素子の表示面等に相当する物面であ
り、ＩＳは、各実施の形態により形成される像面であ
る。これらの図において、(Ａ)は基準位置に像面ＩＳが
位置するフォーカス状態での各実施の形態の光路を示し
ている。また、図２，図４，図７において、(Ｂ)は近接
位置に像面ＩＳが位置するフォーカス状態での第１，第
２，第４の実施の形態の光路をそれぞれ示しており、図
５において、(Ｃ)は近接位置に像面ＩＳが位置するフォ
ーカス状態での第３の実施の形態の光路を示している。

【００１０】各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)は物
面ＯＳ(図２，図４，図５，図７)側から数えてi番目の
面の曲率半径であり、Ｐ１〜Ｐ３は各レンズ群Ｇｒ１〜
Ｇｒ３の第１面の面頂点である。各実施の形態におい
て、第２レンズ群Ｇｒ２の面頂点Ｐ２は光軸ＡＸ１上に
位置しているが、第２〜第４の実施の形態においては、
第３レンズ群Ｇｒ３の面頂点Ｐ３は光軸ＡＸ１からＹ軸
方向に所定距離だけ離れて位置している。そして、第
２，第３レンズ群Ｇｒ２，Ｇｒ３は、面頂点Ｐ２，Ｐ３
を中心として回転した位置に配置されている。なお、光
軸ＡＸ１に対して光軸ＡＸ２，ＡＸ３が成す傾き角度は
θ2，θ3である。

【００１１】また、各光路図中、ＰＯは物面ＯＳの中心
位置、ＰＩは像面ＩＳの中心位置である。第１レンズ群
Ｇｒ１の光軸ＡＸ１は、物面ＯＳに対して垂直に位置し
ており(すなわち、物面ＯＳはＹ−Ｚ平面と一致す
る。)、この物面ＯＳの画像は、像面ＩＳが物面ＯＳに
対して傾くように投影される。各光路図中のθIは、物
面ＯＳに対する像面ＩＳの傾き角度である。

【００１２】第１の実施の形態は、第１レンズ群Ｇｒ１
と、絞りＳを含む第２レンズ群Ｇｒ２と、の２群から成
り、第２レンズ群Ｇｒ２が第１レンズ群Ｇｒ１に対して
傾き角度θ2だけ偏芯した構成をとっている。そして、
第２レンズ群Ｇｒ２のうち、絞りＳを除く部分がフォー
カスレンズ群ＧｒＦとして用いられる。フォーカスは、
図２に示すように、フォーカスレンズ群ＧｒＦが光軸Ａ
Ｘ２方向(矢印ｍＦ方向)に平行移動することによって行
われる。光軸ＡＸ２は像面ＩＳに対して垂直であり、像
面ＩＳは、フォーカスにおいて、(Ａ)基準位置から(Ｂ)
近接位置へと傾き角度θI一定のままフォーカスレンズ
群ＧｒＦの移動方向と同じ方向に平行移動する。

【００１３】第２の実施の形態は、第１レンズ群Ｇｒ１
と、絞りＳを含む第２レンズ群Ｇｒ２と、第３レンズ群
Ｇｒ３と、の３群から成り、第２レンズ群Ｇｒ２が第１
レンズ群Ｇｒ１に対して傾き角度θ2だけ偏芯し、第３
レンズ群Ｇｒ３が第１レンズ群Ｇｒ１に対して傾き角度
θ3だけ偏芯した構成をとっている。そして、第３レン
ズ群Ｇｒ３全体がフォーカスレンズ群ＧｒＦとして用い
られる。フォーカスは、図４に示すように、フォーカス
レンズ群ＧｒＦが光軸ＡＸ３方向(矢印ｍＦ方向)に平行
移動することによって行われる。光軸ＡＸ３は像面ＩＳ
に対して垂直であり、像面ＩＳは、フォーカスにおい
て、(Ａ)基準位置から(Ｂ)近接位置へと傾き角度θI一
定のままフォーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向と逆方向
に平行移動する。

【００１４】第３の実施の形態は、フォーカス方式以外
は上記第２の実施の形態と同じ構成をとっている。つま
り、第１レンズ群Ｇｒ１と、絞りＳを含む第２レンズ群
Ｇｒ２と、第３レンズ群Ｇｒ３と、の３群から成り、第
２レンズ群Ｇｒ２が第１レンズ群Ｇｒ１に対して傾き角
度θ2だけ偏芯し、第３レンズ群Ｇｒ３が第１レンズ群
Ｇｒ１に対して傾き角度θ3だけ偏芯した構成をとって
いる。そして、第３レンズ群Ｇｒ３の一部を成すレンズ
Ｇ９がフォーカスレンズ群ＧｒＦとして用いられる。フ
ォーカスは、図５に示すように、フォーカスレンズ群Ｇ
ｒＦが光軸ＡＸ３方向(矢印ｍＦ方向)に平行移動するこ
とによって行われる。光軸ＡＸ３は像面ＩＳに対して垂
直であり、像面ＩＳは、フォーカスにおいて、(Ａ)基準
位置から(Ｃ)近接位置へと傾き角度θI一定のままフォ
ーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向と同じ方向に平行移動
する。

【００１５】第４の実施の形態は、第１レンズ群Ｇｒ１
と、絞りＳを含む第２レンズ群Ｇｒ２と、ほぼアフォー
カル系から成る第３レンズ群Ｇｒ３と、の３群で構成さ
れており、第２レンズ群Ｇｒ２が第１レンズ群Ｇｒ１に
対して傾き角度θ2だけ偏芯し、第３レンズ群Ｇｒ３が
第１レンズ群Ｇｒ１に対して傾き角度θ3だけ偏芯した
構成をとっている。そして、第３レンズ群Ｇｒ３全体が
フォーカスレンズ群ＧｒＦとして用いられる。フォーカ
スは、図７に示すように、フォーカスレンズ群ＧｒＦが
光軸ＡＸ３方向(矢印ｍＦ方向)に平行移動することによ
って行われる。光軸ＡＸ３は像面ＩＳに対して傾いてお
り(つまり、垂直でない。)、像面ＩＳは、フォーカスに
おいて、(Ａ)基準位置から(Ｂ)近接位置へと傾き角度θ
I一定のままフォーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向と逆
方向に平行移動する。

【００１６】上記のように、第１〜第４の実施の形態に
係る斜め投影光学系は、少なくとも１つの偏芯した共軸
光学系を含む軸非対称光学系から成っており、像面ＩＳ
が物面ＯＳに対して傾くように画像の投影を行う。そし
て、これらの実施の形態の特徴は、フォーカスレンズ群
ＧｒＦを平行移動させることによって、像面ＩＳが物面
ＯＳに対して傾き角度θI一定のまま平行移動するよう
にフォーカスを行う点にある。

【００１７】上記のように、フォーカスにおいて像面Ｉ
Ｓが物面ＯＳに対して傾き角度θI一定のまま平行移動
するため、フォーカスレンズ群ＧｒＦの移動によって像
の台形歪みが発生することはない。これを、第２の実施
の形態を例に挙げて更に詳しく説明する。第２の実施の
形態では、フォーカスレンズ群ＧｒＦの前方に位置する
第１，第２レンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ２によって、台形歪み
のない中間像面が形成される。フォーカスレンズ群Ｇｒ
Ｆを平行移動させると、像面ＩＳの傾き角度θIは上記
中間像面の傾き角度のまま一定に保たれた状態で、像面
ＩＳの位置のみが変化することになる。つまり、フォー
カスレンズ群ＧｒＦは、上記中間像面を物面とし、それ
に対応する像面を最終像面ＩＳとする、共軸のリレー系
として機能することになる。従って、フォーカスレンズ
群ＧｒＦを平行移動させても、像に台形歪みが生じない
のである。

【００１８】また、各実施の形態において、フォーカス
はフォーカスレンズ群ＧｒＦの平行移動によって行われ
るため、フォーカスレンズ群ＧｒＦの駆動に複雑な機構
を要しない。つまり、回転移動等を含む複雑な運動をフ
ォーカスレンズ群ＧｒＦにさせるための駆動機構が不要
である。このように簡単な機構でフォーカスを行うこと
ができるため、装置全体のコンパクト化及び低コスト化
を図ることができる。

【００１９】第４の実施の形態のように、フォーカスレ
ンズ群ＧｒＦ(第３レンズ群Ｇｒ３)がほぼアフォーカル
系を成している場合には、第１，第２レンズ群Ｇｒ１，
Ｇｒ２で形成される中間像面に対してアフォーカル系の
光軸ＡＸ３が傾いていても(つまり垂直でなくても)、そ
の中間像面に台形歪みがなければ、対応する最終像面Ｉ
Ｓにも台形歪みが生じない。このように、アフォーカル
系がリレー系として機能することによって、フォーカス
に伴う台形歪みの発生はより効果的に抑えられる。これ
を更に詳しく説明する。

【００２０】フォーカスレンズ群ＧｒＦがアフォーカル
系を成している場合、アフォーカル系に入射する入力像
面(前記中間像面に相当する。)とアフォーカル系から出
射される出力像面(前記最終像面ＩＳに相当する。)とが
成す角度は、アフォーカル系への入力像面とアフォーカ
ル系の光軸(第４の実施の形態における光軸ＡＸ３に相
当する。)とが成す角度、及びアフォーカル系の倍率で
決定される。従って、アフォーカル系への入力像面とア
フォーカル系の光軸とが成す角度を一定に保ちながらア
フォーカル系を平行移動させると、アフォーカル系から
の出力像面は、傾き角度一定のまま位置だけが変化する
ことになる。アフォーカル系から成るフォーカスレンズ
群ＧｒＦを平行移動させるだけで、最終像面ＩＳを平行
移動させることができるのはこのためである。

【００２１】さらに、アフォーカル系を入力像面に対し
て適当な角度に傾ければ、出力像面ＩＳの傾きやアナモ
比を補正することが可能である。また、第４の実施の形
態のように、アフォーカル系を用いたフォーカスにおい
ては像面ＩＳ位置が変化しても像倍率は変化しない。従
って、アフォーカル系をフォーカスレンズ群ＧｒＦとし
て用いる構成は、背面投射型プロジェクター等のように
像倍率一定のまま像面ＩＳ位置の調整が必要となる装置
に好適である。

【００２２】第１，第２，第４の実施の形態のように、
フォーカスレンズ群ＧｒＦが最も像面ＩＳ側に配置され
ていることが望ましい。フォーカスレンズ群ＧｒＦを最
も像面ＩＳ側に配置すれば、フォーカスレンズ群ＧｒＦ
の後方には台形歪みの発生原因となるレンズ群は存在し
ない。従って、フォーカスレンズ群ＧｒＦの前方に位置
する光学系で像の台形歪みを補正するようにし、これと
は独立にフォーカス専用のレンズ群としてフォーカスレ
ンズ群ＧｒＦを設計することができる。

【００２３】さらに、第４の実施の形態のように、アフ
ォーカル系の光軸ＡＸ３が像面ＩＳに対して傾いている
場合でも、フォーカスレンズ群ＧｒＦの前方に位置する
光学系によって台形歪みが補正されていれば、最も像面
ＩＳ側に配置されているフォーカスレンズ群ＧｒＦを平
行移動させるだけで、像の台形歪みを発生させることな
く像面ＩＳを平行移動させることができる。また、フォ
ーカスレンズ群ＧｒＦが最も像面ＩＳ側に配置されてい
れば、前述した出力像面ＩＳの傾きやアナモ比の調整を
より簡単に行うことができる。

【００２４】フォーカスにおいて、フォーカスレンズ群
ＧｒＦの移動量が少なくても像面ＩＳの移動量が充分大
きくなるようにするためには、フォーカスレンズ群Ｇｒ
Ｆにある程度のパワーを与えることによって像倍率を大
きくする必要がある。フォーカスレンズ群ＧｒＦにパワ
ーを与えることで像倍率を大きくし、かつ、フォーカス
レンズ群ＧｒＦの移動に伴って像に台形歪みの変化が生
じないためには、第１，第２の実施の形態のように、フ
ォーカスレンズ群ＧｒＦの前方に位置する光学系で像の
台形歪みをほぼ補正しておき、かつ、フォーカスレンズ
群ＧｒＦが像面ＩＳに正対するように構成することによ
って、フォーカスレンズ群ＧｒＦに対する物面(入力像
面)と像面(出力像面)との関係をほぼ共軸関係とする(つ
まり、フォーカスレンズ群ＧｒＦの光軸に対して入・出
力像面を垂直にする)ことが望ましい。これにより、フ
ォーカスレンズ群ＧｒＦの移動に伴う像の台形歪みの変
化を抑制することができる。

【００２５】第１，第２の実施の形態のようにパワーを
持ったフォーカスレンズ群ＧｒＦが最も像面ＩＳ側に配
置されている場合だけでなく、第３の実施の形態のよう
にフォーカスレンズ群ＧｒＦであるレンズＧ９が第３レ
ンズ群Ｇｒ３の一部を成し、その第３レンズ群Ｇｒ３の
光軸ＡＸ３が像面ＩＳに対してほぼ垂直になっている場
合(つまり、フォーカスレンズ群ＧｒＦの後方にフォー
カスレンズ群ＧｒＦと共軸の光学系を配置した場合)に
ついても、上述したように、フォーカスレンズ群ＧｒＦ
に対する物面(入力像面)と像面(出力像面)との関係がほ
ぼ共軸関係となる。従って、フォーカスレンズ群ＧｒＦ
の後方に像の台形歪みを発生させる要因がないことか
ら、フォーカスにおける像の台形歪みの変動をより簡単
に補正することができるのである。

【００２６】第１〜第３の実施の形態のように、フォー
カスレンズ群ＧｒＦの移動方向がフォーカスレンズ群Ｇ
ｒＦの光軸(対称軸)方向であることが望ましい。フォー
カスレンズ群ＧｒＦをその光軸に沿って移動させた場
合、フォーカスレンズ群ＧｒＦの平行偏芯に起因する軸
外のコマ収差の発生が抑えられる。従って、フォーカス
を行っても高い光学性能を保持することができる。

【００２７】また、第１の実施の形態のように、最も像
面ＩＳ側に位置する第２レンズ群Ｇｒ２でフォーカスを
行い、かつ、ほぼ平行光(無限物点)がフォーカスレンズ
群ＧｒＦの物面ＯＳ側に入射する場合には、フォーカス
において像面ＩＳ位置が変化しても像倍率は変化しな
い。従って、この構成は、背面投影型プロジェクター等
のように像倍率一定のまま像面ＩＳ位置の調整が必要と
なる装置に好適である。

【００２８】以上、スクリーンに画像を投影する拡大投
影系として各実施の形態を説明したが、本発明は縮小投
影系(例えば、フィルムに画像を投影する撮影系，ＣＣ
Ｄ等に画像を投影する画像入力系)にも適用可能であ
る。つまり、各実施の形態において、像面ＩＳを物面Ｏ
Ｓに、物面ＯＳを像面ＩＳに置き換えた場合でも、同じ
構成でフォーカス機能を実現することができる。

【００２９】また、ＨＭＤ(head mounted display)，Ｈ
ＵＤ(headup display)等に用いられる投影光学系には、
視野の広画角化を図るために偏芯ミラーが用いられてい
るが、その偏芯ミラーが像の台形歪みを発生させる原因
となる場合がある。そこで、上述した各実施の形態をＨ
ＭＤ，ＨＵＤ用の投影光学系に応用すれば、像の台形歪
みを発生させることなくフォーカスを行うことができ
る。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施した斜め投影光学系の構
成を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的
に説明する。ここで例として挙げる実施例１〜実施例４
は、前述した第１〜第４の実施の形態(図１，図２；図
３，図４；図３，図５；図６，図７)にそれぞれ対応す
る実施例である。そして、各実施例のコンストラクショ
ンデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物面ＯＳ側から
数えてi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物面Ｏ
Ｓ側から数えてi番目の軸上面間隔を示しており、Ni(i=
1,2,3,...)は物面ＯＳ側から数えてi番目のレンズのｄ
線に対する屈折率(Ｎｄ)を示している。

【００３１】各実施例のコンストラクションにおける位
置は、絶対座標系(X,Y,Z)で表されており、各レンズ構
成図に示すようにＸ軸とＹ軸とは直交し(Ｘ−Ｙ平面は
紙面に平行である。)、Ｘ軸及びＹ軸に対して垂直方向
にＺ軸がとられている。前述したように、各レンズ群Ｇ
ｒ１〜Ｇｒ３は互いに独立した共軸光学系を成してお
り、各レンズ構成図中、ＡＸ１は第１レンズ群Ｇｒ１の
光軸(Ｘ軸と一致している。)であり、ＡＸ２は第２レン
ズ群Ｇｒ２の光軸であり、ＡＸ３は第３レンズ群Ｇｒ３
の光軸である。

【００３２】また、Ｐ１は第１レンズ群Ｇｒ１の第１面
(曲率半径r1の面)の面頂点であり、Ｐ２は第２レンズ群
Ｇｒ２の第１面(曲率半径r7の面)の面頂点であり、Ｐ３
は第３レンズ群Ｇｒ３の第１面(曲率半径r16の面)の面
頂点である。そして、面頂点Ｐ１の座標(X,Y,Z)=(X1,Y
1,Z1)であり、面頂点Ｐ２の座標(X,Y,Z)=(X2,Y2,Z2)で
あり、面頂点Ｐ３の座標(X,Y,Z)=(X3,Y3,Z3)である。な
お、面頂点Ｐ１は絶対座標系の原点になっており、面頂
点Ｐ１の座標(X1,Y1,Z1)=(0.000,0.000,0.000)である。

【００３３】前述したように、光軸ＡＸ１はＸ軸と一致
しているので、第２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ
３の光軸ＡＸ２，ＡＸ３の傾きは、第１レンズ群Ｇｒ１
の光軸ＡＸ１に対する傾き角度θ2，θ3で表されてい
る。つまり、光軸ＡＸ２，ＡＸ３の傾き角度θ2，θ3
(°)は、光軸ＡＸ１の傾き角度θ1(=0.000)に対する、
面頂点Ｐ２，Ｐ３を中心としたＺ軸回りの回転角度(時
計回りを正とする。)で表されている。

【００３４】前述したように、各光路図中、ＰＯは物面
ＯＳの中心位置であり、ＰＩは像面ＩＳの中心位置であ
る。中心位置ＰＯの座標(X,Y,Z)=(XO,YO,ZO)であり、中
心位置ＰＩの座標(X,Y,Z)=(XI,YI,ZI)である。物面ＯＳ
は映像表示素子の表示面等に相当するので、そのサイズ
を座標で表す必要がある。そこで、物面ＯＳでの映像表
示素子のＹ軸方向の最大座標をYmaxとし、物面ＯＳでの
映像表示素子のＹ軸方向の最小座標をYminとする。ま
た、物面ＯＳでの映像表示素子のＺ軸方向の最大座標を
Zmaxとし、物面ＯＳでの映像表示素子のＺ軸方向の最小
座標をZminとする。

【００３５】また、前述したように光軸ＡＸ１は物面Ｏ
Ｓに対して垂直に位置している(すなわち、物面ＯＳは
Ｙ−Ｚ平面と一致する。)ので、像面ＩＳの傾きは物面
ＯＳに対する傾き角度で表されている。つまり、像面Ｉ
Ｓの傾き角度θI(°)は、物面ＯＳの傾き角度θO(=0.00
0)に対する、中心位置ＰＩを中心としたＺ軸回りの回転
角度(時計回りを正とする。)で表されている。

【００３６】各実施例のコンストラクションデータにお
いて、フォーカスレンズ群ＧｒＦの移動に伴って変化す
る、軸上面間隔，レンズ群の位置，像面の位置に関する
データについては、各実施例の光路図におけるフォーカ
ス状態と対応させて示す。つまり、各実施例において、
像面ＩＳが基準位置に位置するフォーカス状態でのデー
タの末尾に(Ａ)を付し、像面ＩＳが近接位置に位置する
フォーカス状態でのデータの末尾に(Ｂ)，(Ｃ)を付して
示す。

【００３７】《実施例１》

【００３８】《実施例２，３》〈物面ＯＳ〉ＰＯ…XO=-129.700 YO=0.000 ZO=0.000 θO=0.000 Ymax=20.000，Ymin=-20.000 Zmax=20.000，Zmin=-20.000 〈Ｇｒ１〉Ｐ１…X1=0.000 Y1=0.000 Z1=0.000 θ1=0.000 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] r1= 80.622 d1= 12.702 N1= 1.76500 r2= -207.716 d2= 0.544 r3= 57.486 d3= 9.073 N2= 1.76500 r4= 137.219 d4= 4.536 r5= -227.078 d5= 7.349 N3= 1.51100 r6= 33.679 〈Ｇｒ２〉Ｐ２…X2=77.754 Y2=0.000 Z2=0.000 θ2=-20.000 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] r7= ∞(絞りＳ，絞り半径=10.000) d7= 39.982 r8= -90.695 d8= 9.796 N4= 1.75600 r9= -82.199 d9= 6.357 r10= -77.101 d10= 9.596 N5= 1.75600 r11= -469.473 d11= 4.878 r12= -415.372 d12=20.991 N6= 1.75600 r13= -107.691 d13= 1.639 r14= 2557.741 d14=18.752 N7= 1.75600 r15= -349.002 〈Ｇｒ３〉Ｐ３…X3=214.009(Ａ)〜232.803(Ｂ),〜214.009(Ｃ) Y3= 4.593(Ａ)〜 11.433(Ｂ),〜 4.593(Ｃ) Z3= 0.000(Ａ)〜 0.000(Ｂ),〜 0.000(Ｃ) θ3=-20.000 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] r16= -905.289 d16=20.000 N8= 1.70000 r17= 404.173 d17=50.000(Ａ)〜50.000(Ｂ),〜40.000(Ｃ) r18= 381.401 d18=35.000 N9= 1.70000 r19= 5254.50 d19=40.000(Ａ)〜40.000(Ｂ),〜50.000(Ｃ) r20=-12228.736 d20=50.000 N10=1.70000 r21= 2421.366 〈像面ＩＳ〉ＰＩ…XI=1277.750(Ａ)〜1218.040(Ｂ),〜1263.260(Ｃ) YI= 166.647(Ａ)〜 153.767(Ｂ),〜 161.213(Ｃ) ZI= 0.000(Ａ)〜 0.000(Ｂ),〜 0.000(Ｃ) θI=-20.000

【００３９】《実施例４》

【００４０】実施例１におけるフォーカスは、図２に示
すように、第２レンズ群Ｇｒ２の一部を成すフォーカス
レンズ群ＧｒＦ(第２レンズ群Ｇｒ２のうち絞りＳを除
く部分)が、矢印ｍＦ方向(光軸ＡＸ２方向)へ移動する
ことによって行われる。フォーカスにおける(Ａ)基準位
置から(Ｂ)近接位置への像面ＩＳの移動量は９．１８９
ｍｍであり、移動方向はフォーカスレンズ群ＧｒＦの移
動方向(矢印ｍＦ)と同方向である。

【００４１】実施例２におけるフォーカスは、図４に示
すように、最も像面ＩＳ側に位置する第３レンズ群Ｇｒ
３全体が、フォーカスレンズ群ＧｒＦとして矢印ｍＦ方
向(光軸ＡＸ３方向)へ移動することによって行われる。
フォーカスにおける(Ａ)基準位置から(Ｂ)近接位置への
像面ＩＳの移動量は６０．５１４ｍｍであり、移動方向
はフォーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向(矢印ｍＦ)と逆
方向である。

【００４２】実施例３におけるフォーカスは、図５に示
すように、第３レンズ群Ｇｒ３の一部を成すレンズＧ９
が、フォーカスレンズ群ＧｒＦとして矢印ｍＦ方向(光
軸ＡＸ３方向)へ移動することによって行われる。フォ
ーカスにおける(Ａ)基準位置から(Ｃ)近接位置への像面
ＩＳの移動量は１５．４７５ｍｍであり、移動方向はフ
ォーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向(矢印ｍＦ)と同方向
である。

【００４３】実施例４におけるフォーカスは、図７に示
すように、最も像面ＩＳ側に位置する第３レンズ群Ｇｒ
３全体が、フォーカスレンズ群ＧｒＦとして矢印ｍＦ方
向(光軸ＡＸ３方向)へ移動することによって行われる。
フォーカスにおける(Ａ)基準位置から(Ｂ)近接位置への
像面ＩＳの移動量は３１．６５４ｍｍであり、移動方向
はフォーカスレンズ群ＧｒＦの移動方向(矢印ｍＦ)と逆
方向である。

【００４４】実施例１の結像特性を、像面ＩＳが(Ａ)基
準位置にあるとき{図２(Ａ)}、(Ｂ)近接位置にあるとき
{図２(Ｂ)}、のそれぞれについて図８のスポットダイア
グラムに示す。実施例２の結像特性を、像面ＩＳが(Ａ)
基準位置にあるとき{図４(Ａ)}、(Ｂ)近接位置にあると
き{図４(Ｂ)}、のそれぞれについて図１０のスポットダ
イアグラムに示す。実施例３の結像特性を、像面ＩＳが
(Ａ)基準位置にあるとき{図５(Ａ)}、(Ｃ)近接位置にあ
るとき{図５(Ｃ)}、のそれぞれについて図１０のスポッ
トダイアグラムに示す。実施例４の結像特性を、像面Ｉ
Ｓが(Ａ)基準位置にあるとき{図７(Ａ)}、(Ｂ)近接位置
にあるとき{図７(Ｂ)}、のそれぞれについて図１２のス
ポットダイアグラムに示す。なお、各スポットダイアグ
ラムは、物高(Y,Z)=(-20,0),(0,0),(20,0),(-20,20),
(0,20),(20,20)に対応するものである。

【００４５】実施例１の歪曲を、像面ＩＳが(Ａ)基準位
置にあるとき{図２(Ａ)}、(Ｂ)近接位置にあるとき{図
２(Ｂ)}、のそれぞれについて図９に実線で示す。物面
ＯＳに位置する映像表示素子は４０ｍｍ角であり、破線
は歪みの無い理想像を示している。理想像面サイズは、
像面ＩＳが(Ａ)基準位置にあるとき160.1×163.4mm、
(Ｂ)近接位置にあるとき160.3×163.6mmである。

【００４６】実施例２の歪曲を、像面ＩＳが(Ａ)基準位
置にあるとき{図４(Ａ)}、(Ｂ)近接位置にあるとき{図
４(Ｂ)}、のそれぞれについて図１１に実線で示す。物
面ＯＳに位置する映像表示素子は４０ｍｍ角であり、破
線は歪みの無い理想像を示している。理想像面サイズ
は、像面ＩＳが(Ａ)基準位置にあるとき325.7×334.4m
m、(Ｂ)近接位置にあるとき312.9×321.3mmである。

【００４７】実施例３の歪曲を、像面ＩＳが(Ａ)基準位
置にあるとき{図５(Ａ)}、(Ｃ)近接位置にあるとき{図
５(Ｃ)}、のそれぞれについて図１１に実線で示す。物
面ＯＳに位置する映像表示素子は４０ｍｍ角であり、破
線は歪みの無い理想像を示している。理想像面サイズ
は、像面ＩＳが(Ａ)基準位置にあるときは実施例２と同
じであり、(Ｃ)近接位置にあるときは327.5×335.2mmで
ある。

【００４８】実施例４の歪曲を、像面ＩＳが(Ａ)基準位
置にあるとき{図７(Ａ)}、(Ｂ)近接位置にあるとき{図
７(Ｂ)}、のそれぞれについて図１３に実線で示す。物
面ＯＳに位置する映像表示素子は２０ｍｍ角であり、破
線は歪みの無い理想像を示している。理想像面サイズ
は、像面ＩＳが(Ａ)基準位置にあるとき269.2×266.7m
m、(Ｂ)近接位置にあるとき269.2×266.8mmである。

【００４９】次に、各実施例の歪曲率を説明する。物面
ＯＳはＹ−Ｚ平面上にあるので、物高は物面ＯＳの中心
位置ＰＯから座標(Y,Z)までの距離で表される。これに
対し、像面ＩＳは物面ＯＳに対してＺ軸回りにθIだけ
傾いているので、像高は像面ＩＳ上の座標で表される。
そこで、Ｚ軸と同方向にｚ軸をとり、ｚ軸に対して垂直
で、かつ、像面ＩＳに対して平行な方向にｙ軸をとり、
像面ＩＳの中心位置ＰＩを原点とすることによって、像
面ＩＳ上の座標(y,z)で像高を表す。

【００５０】物高の座標(Y',Z')と対応する理想像高の
座標を(y',z')とすれば、像面ＩＳ上での実際の像高の
座標は(y'+dy,z'+dz)で表される(ここで、+dy：ｙ軸方
向に発生した歪曲，+dz：ｚ軸方向に発生した歪曲であ
る。)。理想像高は像面ＩＳの中心位置ＰＩから座標
(y',z')までの距離で表されるので、理想像高Rは式：R=
(y'²+z'²)^1/2で表される。そこで、ｙ軸方向の歪曲率を
dy/Rで定義し、ｚ軸方向の歪曲率をdz/Rで定義する。表
１〜表３に、各実施例の歪曲率を示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように第１〜第５の発明に
よれば、共軸のフォーカスレンズ群がその光軸方向へ平
行移動することによって、像面が物面に対して傾き角度
一定のまま平行移動するようにフォーカスが行われるた
め、フォーカスにおいて像に台形歪みが生じず、しかも
簡単な機構でフォーカスを行うことができる。そして、
フォーカスレンズ群を駆動する機構が簡単になるため、
装置全体のコンパクト化及び低コスト化を達成すること
ができる。

【００５５】第３の発明によれば、フォーカスレンズ群
の光軸が像面に対して傾いていても、像の台形歪みの発
生をより効果的に抑えながらフォーカスを行うことがで
きる。第４の発明によれば、フォーカスレンズ群を独立
に設計することができる。さらに、フォーカスレンズ群
としてアフォーカル系を用いた場合には、フォーカスレ
ンズ群の光軸が像面に対して傾いていても、フォーカス
レンズ群の前方に位置する光学系によって台形歪みが補
正されていれば、フォーカスレンズ群を平行移動させる
だけで、像の台形歪みを発生させることなくフォーカス
を行うことができる。第５の発明によれば、フォーカス
レンズ群の後方に像の台形歪みを発生させる要因がない
ため、フォーカスにおける像の台形歪みの変動をより簡
単に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態(実施例１)を示すレンズ構成
図。

【図２】第１の実施の形態(実施例１)において基準位
置，近接位置に像面が位置する各フォーカス状態での光
路図。

【図３】第２，第３の実施の形態(実施例２，３)を示す
レンズ構成図。

【図４】第２の実施の形態(実施例２)において基準位
置，近接位置に像面が位置する各フォーカス状態での光
路図。

【図５】第３の実施の形態(実施例３)において基準位
置，近接位置に像面が位置する各フォーカス状態での光
路図。

【図６】第４の実施の形態(実施例４)を示すレンズ構成
図。

【図７】第４の実施の形態(実施例４)において基準位
置，近接位置に像面が位置する各フォーカス状態での光
路図。

【図８】実施例１において基準位置，近接位置に像面が
位置する各フォーカス状態でのスポットダイアグラム。

【図９】実施例１において基準位置，近接位置に像面が
位置する各フォーカス状態での歪曲を示す図。

【図１０】実施例２，３において基準位置，近接位置に
像面が位置する各フォーカス状態でのスポットダイアグ
ラム。

【図１１】実施例２，３において基準位置，近接位置に
像面が位置する各フォーカス状態での歪曲を示す図。

【図１２】実施例４において基準位置，近接位置に像面
が位置する各フォーカス状態でのスポットダイアグラ
ム。

【図１３】実施例４において基準位置，近接位置に像面
が位置する各フォーカス状態での歪曲を示す図。

【符号の説明】

Ｇｒ１ …第１レンズ群Ｇｒ２ …第２レンズ群Ｇｒ３ …第３レンズ群ＡＸ１ …第１レンズ群の光軸(対称軸) ＡＸ２ …第２レンズ群の光軸(対称軸) ＡＸ３ …第２レンズ群の光軸(対称軸) Ｐ１ …第１レンズ群の第１面の面頂点Ｐ２ …第２レンズ群の第１面の面頂点Ｐ３ …第３レンズ群の第１面の面頂点Ｓ …絞りＯＳ …物面ＩＳ …像面 θ2 …第２レンズ群の傾き角度 θ3 …第３レンズ群の傾き角度 θI …像面の傾き角度ｍＦ …フォーカスレンズ群の移動方向

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの偏芯した共軸光学系を
含む軸非対称光学系から成り、像面が物面に対して傾く
ように画像を投影する斜め投影光学系であって、この斜め投影光学系の一部を成す共軸のフォーカスレン
ズ群をフォーカスレンズ群の光軸方向に平行移動させる
ことによって、前記像面が前記物面に対して傾き角度一
定のまま平行移動するようにフォーカスを行うことを特
徴とする斜め投影光学系。
【請求項２】前記フォーカスレンズ群よりも物面側に
位置する光学系が、実質的に台形歪みのない中間像面を
形成し、前記フォーカスレンズ群及びその像面側に位置
する光学系が、前記中間像面を物面としそれに対応する
像面を最終像面とする共軸のリレー系として機能するこ
とを特徴とする請求項１に記載の斜め投影光学系。
【請求項３】前記フォーカスレンズ群がほぼアフォー
カル系を成すことを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の斜め投影光学系。
【請求項４】前記フォーカスレンズ群が最も像面側に
配置されていることを特徴とする請求項１，請求項２又
は請求項３に記載の斜め投影光学系。
【請求項５】前記フォーカスレンズ群が前記共軸光学
系の一部を成し、その共軸光学系の光軸が像面に対して
ほぼ垂直であることを特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の斜め投影光学系。