JP6252974B2 - 投射光学系、それを備えた画像表示装置および画像表示装置の調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系、それを備えた画像表示装置および画像表示装置の調整方法に関する。
近年、表示パネルの画像を投射光学系により、スクリーンに拡大投射する画像表示装置として、プロジェクタ装置が広く知られている。特に最近では、投射空間を小さくしつつも大画面を表示できる超広角なフロント投射型プロジェクタ装置の需要が高まってきている。超広角に対応する場合、像面湾曲を補正するためにフローティングフォーカスが用いられる。
プロジェクタ装置を長時間使用すると、温度上昇に伴う光学素子の経時変化や光学素子を保持する部材の変化による。解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、温度上昇に応じてバックフォーカスのずれを解消する手段としては、例えば、特許文献１（特開２０１０−２５６３９４号公報）、特許文献２（特開２００４−２６４５７０号公報）および特許文献３（特開２００８−２６８６４号公報）等に開示されている。
このうち、特許文献１では、投射レンズの光軸方向に関する伸縮部材の伸縮量の温度係数を、投射レンズの焦点距離の増減の温度係数に対応させることで、温度変動に伴う投射レンズの焦点距離の増減を伸縮部材の伸縮によって相殺している。
プロジェクタ装置を長時間使用すると、温度上昇に伴う光学素子の経時変化や光学素子を保持する部材の変化による。解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、温度上昇に応じてバックフォーカスのずれを解消する手段としては、例えば、特許文献１（特開２０１０−２５６３９４号公報）、特許文献２（特開２００４−２６４５７０号公報）および特許文献３（特開２００８−２６８６４号公報）等に開示されている。
このうち、特許文献１では、投射レンズの光軸方向に関する伸縮部材の伸縮量の温度係数を、投射レンズの焦点距離の増減の温度係数に対応させることで、温度変動に伴う投射レンズの焦点距離の増減を伸縮部材の伸縮によって相殺している。
また、特許文献２では、レンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と該カム環の光軸方向の位置を決める補正筒との温度係数を異ならせて、カム環を移動させることでレンズの温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消すようにしている。
さらに、特許文献３では、プロジェクタに組み込まれる投射レンズユニットとして、光軸方向に移動可能な可動鏡筒を有し、バイメタルの熱変形によって可動鏡筒を画像形成光学素子から離れるように移動させて、バックフォーカスのずれを解消している。
さらに、特許文献３では、プロジェクタに組み込まれる投射レンズユニットとして、光軸方向に移動可能な可動鏡筒を有し、バイメタルの熱変形によって可動鏡筒を画像形成光学素子から離れるように移動させて、バックフォーカスのずれを解消している。
しかしながら、上述した特許文献１〜３に記載の従来技術には、次に述べるような課題がある。
即ち、上述した従来の投射光学系においては、バックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまうという課題が残る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる投射光学系を提供することを目的としている。
即ち、上述した従来の投射光学系においては、バックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまうという課題が残る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる投射光学系を提供することを目的としている。
本発明に係る投射光学系は、上述した目的を達成するために、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることを特徴としている。
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることを特徴としている。
本発明によれば、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
特に、前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることにより、
前記補正レンズ群を移動させることで、投射光学系内において軸上収差には寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正をすることができ、よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができ、さらには、温度上昇に伴って生じた像面湾曲を調整することが可能となる。
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
特に、前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることにより、
前記補正レンズ群を移動させることで、投射光学系内において軸上収差には寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正をすることができ、よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができ、さらには、温度上昇に伴って生じた像面湾曲を調整することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る投射光学系、それを備えた画像表示装置および画像表示装置の調整方法を詳細に説明する。
具体的な実施例について説明する前に、本発明の概念的あるい原理的な実施の形態を説明する。
先ず、投射光学系において、温度上昇時での像面湾曲の発生要因並びに調整方法の原理的な説明を、図３の概念的なグラフを用いて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す各グラフは、横軸を光軸方向の変位量、縦軸を画角としたときの投射光学系における像面湾曲をそれぞれ表している。
このうち、（ａ）は、設計値での像面湾曲の様子を示しており、像面湾曲が良好に補正されている。
（ｂ）は、温度上昇時の像面湾曲の様子を示しており、光軸方向のずれと軸外で大きな像面湾曲が発生している。
（ｃ）は、温度上昇時にバックフォーカス（レンズの先端と表示パネルの間隔）のみを調整したときの像面湾曲の様子を示しており、この状態では、光軸方向のずれは解消できているが、軸外に大きく発生した像面湾曲は、残ったままである。
具体的な実施例について説明する前に、本発明の概念的あるい原理的な実施の形態を説明する。
先ず、投射光学系において、温度上昇時での像面湾曲の発生要因並びに調整方法の原理的な説明を、図３の概念的なグラフを用いて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す各グラフは、横軸を光軸方向の変位量、縦軸を画角としたときの投射光学系における像面湾曲をそれぞれ表している。
このうち、（ａ）は、設計値での像面湾曲の様子を示しており、像面湾曲が良好に補正されている。
（ｂ）は、温度上昇時の像面湾曲の様子を示しており、光軸方向のずれと軸外で大きな像面湾曲が発生している。
（ｃ）は、温度上昇時にバックフォーカス（レンズの先端と表示パネルの間隔）のみを調整したときの像面湾曲の様子を示しており、この状態では、光軸方向のずれは解消できているが、軸外に大きく発生した像面湾曲は、残ったままである。
（ｄ）は、本発明に係る投射光学系における像面湾曲の様子を示しており、温度上昇時におけるバックフォーカスの調整は、公知の温度上昇に伴うバックフォーカスのずれを解消する手段と共に、本発明に係る投射光学系の補正レンズを移動させることで、軸外に大きく発生した像面湾曲を良好に調整することができる。
尚、全実施例共、温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造を有している。具体的には、特許文献１の図２等に記載の構造である。投射光学系を保持し、プロジェクタ装置のハウジング（筐体）に保持する投射光学系保持部材（フレーム部材９１に相当）と表示パネルを保持するホルダ部材（ホルダ部材９２に相当）と、投射光学系保持部材とホルダ部材を繋ぐ伸縮部材（伸縮部材９４に相当）を備えている。この伸縮部材は、温度変動により伸張し、温度上昇によりバックフォーカスが、光路下流側にずれた場合、この伸張部材により、表示パネルを光路下流側にずらすよう、伸張部材の伸縮量の温度係数が決められている。
温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造は、上記に限られるものではなく、特許文献２および特許文献３等に開示された構造でも良い。
尚、全実施例共、温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造を有している。具体的には、特許文献１の図２等に記載の構造である。投射光学系を保持し、プロジェクタ装置のハウジング（筐体）に保持する投射光学系保持部材（フレーム部材９１に相当）と表示パネルを保持するホルダ部材（ホルダ部材９２に相当）と、投射光学系保持部材とホルダ部材を繋ぐ伸縮部材（伸縮部材９４に相当）を備えている。この伸縮部材は、温度変動により伸張し、温度上昇によりバックフォーカスが、光路下流側にずれた場合、この伸張部材により、表示パネルを光路下流側にずらすよう、伸張部材の伸縮量の温度係数が決められている。
温度変化によるバックフォーカスのずれを打ち消す構造は、上記に限られるものではなく、特許文献２および特許文献３等に開示された構造でも良い。
特に、超広角な投射光学系の場合、上記（ｄ）で示す像面湾曲の調整効果は大きい。
以上を踏まえ、温度が上昇しても解像を良好に保つためには、以下の構成が必要不可欠である。プロジェクタ装置を長時間使用すると、経時での温度上昇に伴う光学素子の変化や光学素子を保持する部材の変化により、解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、バックフォーカスのずれを解消することで、画面全体に亘り解像劣化を抑制することができる。しかしながら、たとえバックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまう。
以上を踏まえ、温度が上昇しても解像を良好に保つためには、以下の構成が必要不可欠である。プロジェクタ装置を長時間使用すると、経時での温度上昇に伴う光学素子の変化や光学素子を保持する部材の変化により、解像が劣化する。その一因は、バックフォーカスのずれによるものであり、バックフォーカスのずれを解消することで、画面全体に亘り解像劣化を抑制することができる。しかしながら、たとえバックフォーカスのずれを解消できたとしても、フォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を調整することはできないので、画面中央部に対して画面周辺部の解像が急激に劣化してしまう。
そのため、本発明ではフォーカス群の温度変化により発生した像面湾曲を良好に調整するため、
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞り（開口絞り）が配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることを特徴としている（請求項１に対応する）。
表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞り（開口絞り）が配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることを特徴としている（請求項１に対応する）。
尚、前記表示パネル全域からの光束が投射光学系を通過するとき、光軸方向の任意の位置での光束の太さ（ここでは、前記表示パネルの短辺方向と平行な長さ）をφと定義する。
上記条件式（１）は、像面湾曲を良好に調整するための条件式であり、条件式（１）の上限を超えると像面湾曲が調整過剰となり、条件式（１）の下限を下回ると像面湾曲が調整不足となり、どちらの場合も像面湾曲を良好に調整することができない。
このような構成とすることにより、温度の変化に伴って、生ずる像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制し得る投射光学系を実現することができる。
普通、レンズを移動させることで、像面湾曲を補正できたとしても、その他の収差（球面収差、コマ収差）を悪化させてしまう。それに伴い、画面中央部の解像も劣化する筈である。ところが、上述のように絞りより、拡大側で上記条件式（１）を満足する位置に配置されている補正レンズを移動させるように構成したことにより、投射光学系内において、軸上収差には、寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正ができるのである。
よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
上記条件式（１）は、像面湾曲を良好に調整するための条件式であり、条件式（１）の上限を超えると像面湾曲が調整過剰となり、条件式（１）の下限を下回ると像面湾曲が調整不足となり、どちらの場合も像面湾曲を良好に調整することができない。
このような構成とすることにより、温度の変化に伴って、生ずる像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制し得る投射光学系を実現することができる。
普通、レンズを移動させることで、像面湾曲を補正できたとしても、その他の収差（球面収差、コマ収差）を悪化させてしまう。それに伴い、画面中央部の解像も劣化する筈である。ところが、上述のように絞りより、拡大側で上記条件式（１）を満足する位置に配置されている補正レンズを移動させるように構成したことにより、投射光学系内において、軸上収差には、寄与せず、軸外収差にだけ寄与する補正ができるのである。
よって、画面中央部の解像を保ちつつ、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
更に、像面湾曲を良好に調整するためには、前記絞りは、前記屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置することが望ましい（請求項２に対応する）。
このように、絞りが、屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されることにより、補正レンズを通過する光線の高さを高くすることができ、像面湾曲の調整効果を向上させることができる。
上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群を、前記屈折光学系の温度が上昇したとき、前記表示パネルから遠ざかる方向に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成することが望ましい（請求項３に対応する）。
これは、補正レンズ群の移動方向を規定したもので、温度上昇時にも温度下降時にも像面湾曲を良好に調整することができる。
このように、絞りが、屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されることにより、補正レンズを通過する光線の高さを高くすることができ、像面湾曲の調整効果を向上させることができる。
上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群を、前記屈折光学系の温度が上昇したとき、前記表示パネルから遠ざかる方向に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成することが望ましい（請求項３に対応する）。
これは、補正レンズ群の移動方向を規定したもので、温度上昇時にも温度下降時にも像面湾曲を良好に調整することができる。
上記のように構成された投射光学系において、前記補正レンズ群の焦点距離（２枚以上のレンズで構成される場合にあっては、その合成焦点距離）をｆ１とし、前記屈折光学系の合成焦点距離をｆ２としたとき、
以下の条件式（２）：
（２） １．６ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ ２．０
を満足することが望ましい（請求項４に対応する）。
上記条件式（２）は、補正レンズ群のパワーを定めたもので、条件式（２）の上限を超えるとパワーが強くなりすぎ、像面湾曲が調整過剰となる。一方、上記条件式（２）の下限を下回るとパワーが弱くなりすぎ、像面湾曲が調整不足となる。
前記補正レンズ群を、光軸方向に移動させることができる最大移動量をΔｄとし、前記屈折光学系の近軸横倍率をＭとしたとき、
以下の条件式（３）：
（３） ０．０６ ＜ Δｄ／Ｍ ＜ ０．０９
を満足することが望ましい（請求項５に対応する）。
以下の条件式（２）：
（２） １．６ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ ２．０
を満足することが望ましい（請求項４に対応する）。
上記条件式（２）は、補正レンズ群のパワーを定めたもので、条件式（２）の上限を超えるとパワーが強くなりすぎ、像面湾曲が調整過剰となる。一方、上記条件式（２）の下限を下回るとパワーが弱くなりすぎ、像面湾曲が調整不足となる。
前記補正レンズ群を、光軸方向に移動させることができる最大移動量をΔｄとし、前記屈折光学系の近軸横倍率をＭとしたとき、
以下の条件式（３）：
（３） ０．０６ ＜ Δｄ／Ｍ ＜ ０．０９
を満足することが望ましい（請求項５に対応する）。
上記条件式（３）は、補正レンズ群を動かすことのできる最大移動量を規定したものであり、条件式（３）の上限を超えると移動量が大きくなりすぎ、像面湾曲が調整過剰となる。また、上記条件式（３）の下限を下回ると移動量が小さくなりすぎ、像面湾曲が調整不足となる。
また、前記投射光学系において、前記補正レンズは、すべて球面レンズで構成されることが望ましい（請求項６に対応する）。
このように、補正レンズに非球面を形成することなく、球面レンズのみで構成することで、像面湾曲の抑制を図りつつ、コストの低減化を実現することができる。
また、上述のような投射光学系を用いることにより、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる画像表示装置を提供することができる（請求項７に対応する）。
また、表示パネルに形成された画像を屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系を備えた画像表示装置の調整方法として、望ましくは、次のような方法がよい。
また、前記投射光学系において、前記補正レンズは、すべて球面レンズで構成されることが望ましい（請求項６に対応する）。
このように、補正レンズに非球面を形成することなく、球面レンズのみで構成することで、像面湾曲の抑制を図りつつ、コストの低減化を実現することができる。
また、上述のような投射光学系を用いることにより、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる画像表示装置を提供することができる（請求項７に対応する）。
また、表示パネルに形成された画像を屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系を備えた画像表示装置の調整方法として、望ましくは、次のような方法がよい。
即ち、前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置されており、
温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を、前記補正レンズ群を光軸方向に移動させるように調整すればよい（請求項８に対応する）。
尚、補正レンズの移動によって調整されるのは、像面湾曲の調整であって、光軸方向のずれは、既知の方法、例えば、上述した特許文献１〜３に示された方法によって、調整すればよい。
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置されており、
温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を、前記補正レンズ群を光軸方向に移動させるように調整すればよい（請求項８に対応する）。
尚、補正レンズの移動によって調整されるのは、像面湾曲の調整であって、光軸方向のずれは、既知の方法、例えば、上述した特許文献１〜３に示された方法によって、調整すればよい。
〔第１の実施の形態〕
次に、本発明に係る投射光学系の複数の実施の形態について、順次説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る投射光学系の構成を説明するための図であり、このうち（ａ）は、投射光学系のＺ−Ｙ断面図、（ｂ）は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図１（ａ）において、屈折光学系２は、表示パネル１が配置された縮小側から拡大側に至る光路上に、順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒより構成される。
前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと後側第２レンズ群Ｇ２Ｒとから、第２レンズ群Ｇ２が構成される。
第１レンズ群Ｇ１は、絞り３を含んでいる。この絞り３は、屈折光学系２の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されるものとする。
第１レンズ群Ｇ１には、絞り３より拡大側に像面湾曲を補正するための補正レンズＣＬ（第３レンズＬ３と称することがある）が配置されている。
次に、本発明に係る投射光学系の複数の実施の形態について、順次説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る投射光学系の構成を説明するための図であり、このうち（ａ）は、投射光学系のＺ−Ｙ断面図、（ｂ）は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図１（ａ）において、屈折光学系２は、表示パネル１が配置された縮小側から拡大側に至る光路上に、順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒより構成される。
前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと後側第２レンズ群Ｇ２Ｒとから、第２レンズ群Ｇ２が構成される。
第１レンズ群Ｇ１は、絞り３を含んでいる。この絞り３は、屈折光学系２の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されるものとする。
第１レンズ群Ｇ１には、絞り３より拡大側に像面湾曲を補正するための補正レンズＣＬ（第３レンズＬ３と称することがある）が配置されている。
第１レンズ群Ｇ１は、フォーカス時に固定であり、第２レンズ群Ｇ２は、フォーカス時に移動する。
第２レンズ群Ｇ２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと後側第２レンズ群Ｇ２Ｒとは、図１（ｂ）に示すように、遠距離側から近距離側にフォーカシングするとき、光軸上をそれぞれ光軸上を異なる移動軌跡をもって移動する。
補正レンズＣＬは、光軸方向に移動させることにより、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整するように機能する。より具体的には、補正レンズ群ＣＬは、屈折光学系２の温度が上昇したとき、表示パネル１から遠ざかる方向（図１において右方向）に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成されている。
投射光学系１００は、屈折光学系２の最も縮小側端に、表示パネル１が配置されており、表示パネル１に形成された画像を、屈折光学系２を介して、図示しないスクリーンに拡大投射するものである。
表示パネル１は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等を利用すれば小型軽量な投射光学系が実現できる。
第２レンズ群Ｇ２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆと後側第２レンズ群Ｇ２Ｒとは、図１（ｂ）に示すように、遠距離側から近距離側にフォーカシングするとき、光軸上をそれぞれ光軸上を異なる移動軌跡をもって移動する。
補正レンズＣＬは、光軸方向に移動させることにより、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整するように機能する。より具体的には、補正レンズ群ＣＬは、屈折光学系２の温度が上昇したとき、表示パネル１から遠ざかる方向（図１において右方向）に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成されている。
投射光学系１００は、屈折光学系２の最も縮小側端に、表示パネル１が配置されており、表示パネル１に形成された画像を、屈折光学系２を介して、図示しないスクリーンに拡大投射するものである。
表示パネル１は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等を利用すれば小型軽量な投射光学系が実現できる。
表示パネル１を、赤、緑、青、等のものを複数個用いて、それぞれにカラーフィルタを透過した照明光を当てて、色合成手段により合成された光を投射光学系に入射させることにより、スクリーン上にカラー画像を投射することができる。
表示パネル１の直前に配置されているのは、薄厚（例えば、１ｍｍ程度）の透明パネルである。
尚、図１において、Ｚ方向は光軸方向、Ｙ方向は光軸に垂直で表示パネル１の短辺と平行な方向である。また、αは、Ｚ−Ｙ断面に直交したＸ軸回りの回転角である。
上述のように構成された第１の実施の形態に係る投射光学系１００によれば、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
表示パネル１の直前に配置されているのは、薄厚（例えば、１ｍｍ程度）の透明パネルである。
尚、図１において、Ｚ方向は光軸方向、Ｙ方向は光軸に垂直で表示パネル１の短辺と平行な方向である。また、αは、Ｚ−Ｙ断面に直交したＸ軸回りの回転角である。
上述のように構成された第１の実施の形態に係る投射光学系１００によれば、温度上昇時にも像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、図２（ａ）、（ｂ）を用いて、第２の実施の形態に係る投射光学系について説明する。
このうち、図２（ａ）は、投射光学系のＺ−Ｙ断面図であり、（ｂ）は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図２（ａ）に示す投射光学系１００は、図１に示す第１の実施の形態に加えて、屈折光学系２よりも拡大側に反射光学系４、即ち、反射光学系４Ａおよび反射光学系４Ｂと、防塵ガラス５を備えた点が異なっている。尚、屈折光学系２については、図１に示す第１の実施の形態とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図２において、反射光学系４Ａは、平面ミラー（または自由曲面ミラー）であり、反射光学系４Ｂは、自由曲面からなる凹面ミラーである。屈折光学系２では、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２で、表示パネル１の中間像を一度結像する。その中間像は、非光軸光学系である反射光学系４Ａおよび反射光学系４Ｂにより大きく跳ね上げて、透明部材である防塵ガラス５を透過して、図示しないスクリーンに投射するように構成されている。
次に、図２（ａ）、（ｂ）を用いて、第２の実施の形態に係る投射光学系について説明する。
このうち、図２（ａ）は、投射光学系のＺ−Ｙ断面図であり、（ｂ）は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図２（ａ）に示す投射光学系１００は、図１に示す第１の実施の形態に加えて、屈折光学系２よりも拡大側に反射光学系４、即ち、反射光学系４Ａおよび反射光学系４Ｂと、防塵ガラス５を備えた点が異なっている。尚、屈折光学系２については、図１に示す第１の実施の形態とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図２において、反射光学系４Ａは、平面ミラー（または自由曲面ミラー）であり、反射光学系４Ｂは、自由曲面からなる凹面ミラーである。屈折光学系２では、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２で、表示パネル１の中間像を一度結像する。その中間像は、非光軸光学系である反射光学系４Ａおよび反射光学系４Ｂにより大きく跳ね上げて、透明部材である防塵ガラス５を透過して、図示しないスクリーンに投射するように構成されている。
〔第３の実施の形態〕
次に、図４（ａ）、（ｂ）を用いて、第３の実施の形態に係る画像表示装置について説明する。
図４の（ａ）は、画像表示装置のＺ−Ｙ断面図であり、（ｂ）は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡である。
図４（ａ）に示す画像表示装置２００は、図２（ａ）に示す第２の実施の形態に係る投射光学系１００に加えて、照明部１０１と各種回路部１０２を備えた点が異なっている。
尚、屈折光学系２については、図１に示す第１の実施の形態とほぼ共通であり、反射光学系４Ａ、４Ｂについては、図２（ａ）に示す第２の実施の形態に係る屈折光学系１００に係る屈折光学系とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図４（ａ）において、第３の実施の形態に係る画像表示装置２００は、装置内部に、表示パネル１を照明するための照明部１０１や、各種回路部１０２を備えている。
上記照明部１０１は、表示パネル１を照明するものであり、光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤ等を用いることができる。これらの光源は、例えば、インテグレータロッドや照明用レンズを適宜介して表示パネル１を一様な照度分布で照射することが望ましい。
次に、図４（ａ）、（ｂ）を用いて、第３の実施の形態に係る画像表示装置について説明する。
図４の（ａ）は、画像表示装置のＺ−Ｙ断面図であり、（ｂ）は、投射光学系が遠距離から近距離にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡である。
図４（ａ）に示す画像表示装置２００は、図２（ａ）に示す第２の実施の形態に係る投射光学系１００に加えて、照明部１０１と各種回路部１０２を備えた点が異なっている。
尚、屈折光学系２については、図１に示す第１の実施の形態とほぼ共通であり、反射光学系４Ａ、４Ｂについては、図２（ａ）に示す第２の実施の形態に係る屈折光学系１００に係る屈折光学系とほぼ共通であるので、重複した説明は、省略する。
図４（ａ）において、第３の実施の形態に係る画像表示装置２００は、装置内部に、表示パネル１を照明するための照明部１０１や、各種回路部１０２を備えている。
上記照明部１０１は、表示パネル１を照明するものであり、光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ＬＥＤ等を用いることができる。これらの光源は、例えば、インテグレータロッドや照明用レンズを適宜介して表示パネル１を一様な照度分布で照射することが望ましい。
このように構成された画像表示装置によれば、照明部１０１から出射された一様な照度で照射された表示パネル１の画像は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２から共軸光学系で中間像として一度結像され、その中間像は、非共軸光学系である反射光学系４Ａと反射光学系４Ｂにより拡大されて、拡大像としてスクリーン（図示せず）に投射される。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１は、移動せず、フォーカシングレンズ群としての前側レンズ群Ｇ２Ｆと後側レンズ群Ｇ２Ｒは、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングされる場合には、表示パネル１から共に遠ざかる方向に且つ異なる移動量をもって移動する。
また、補正レンズＣＬは、フォーカシングレンズ群としての第２レンズ群Ｇ２の温度変化により発生した像面湾曲を良好に補正するため、固定レンズ群としての第１レンズ群Ｇ１の絞り３より拡大側に位置する補正レンズ群ＣＬを光軸方向に移動させる。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１は、移動せず、フォーカシングレンズ群としての前側レンズ群Ｇ２Ｆと後側レンズ群Ｇ２Ｒは、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングされる場合には、表示パネル１から共に遠ざかる方向に且つ異なる移動量をもって移動する。
また、補正レンズＣＬは、フォーカシングレンズ群としての第２レンズ群Ｇ２の温度変化により発生した像面湾曲を良好に補正するため、固定レンズ群としての第１レンズ群Ｇ１の絞り３より拡大側に位置する補正レンズ群ＣＬを光軸方向に移動させる。
以下に、本発明の投射光学系の実施の形態および具体的な実施例（数値実施例）について説明する。
以下に説明する実施例１および実施例２における共通の記号の意味は、下記の通りである。
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎｄ：ｄ線の屈折率
νｄ：ｄ線のアッベ数
α：−３０℃〜７０℃での線膨張係数（単位は×１０−7／℃）
β：２０℃以上でのｅ線の相対屈折率温度係数（単位は×１０−6／℃）
ここで用いられる非球面形状は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ、光軸からの高さをＹ、そして円錐定数をＫとし、上述した各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、式（４）に、近軸曲率半径および円錐定数、並びに非球面係数を与えて形状を特定する。
以下に説明する実施例１および実施例２における共通の記号の意味は、下記の通りである。
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎｄ：ｄ線の屈折率
νｄ：ｄ線のアッベ数
α：−３０℃〜７０℃での線膨張係数（単位は×１０−7／℃）
β：２０℃以上でのｅ線の相対屈折率温度係数（単位は×１０−6／℃）
ここで用いられる非球面形状は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ、光軸からの高さをＹ、そして円錐定数をＫとし、上述した各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、式（４）に、近軸曲率半径および円錐定数、並びに非球面係数を与えて形状を特定する。
ここで、非球面を表す式（４）に用いられる記号の意味は、下記の通りである。
Ｘ：光軸から高さＹにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離
Ｙ：光軸からの高さ
ｒ：非球面の近軸曲率半径
Ｋ：円錐乗数
Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２：非球面係数
また、数値例の中で、E−XYは、１０−ＸＹの意味であり、E+XYは、１０+ＸＹの意味である。
Ｙ：光軸からの高さ
ｒ：非球面の近軸曲率半径
Ｋ：円錐乗数
Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２：非球面係数
また、数値例の中で、E−XYは、１０−ＸＹの意味であり、E+XYは、１０+ＸＹの意味である。
また、多項式自由曲面は、次式（５）で表す。
多項式自由曲面からなる面は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を用いた以下の式（５）で定義される。
ただし、上記式（５）に用いられる記号の意味は、下記の通りである。
Ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝Ｘ２＋Ｙ２）
ｃ：近軸曲率
ｋ：円錐係数
Ｃｊ：多項式自由曲面係数
であり、自由曲面項は、以下の式（６）で表される。
Ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ２＝Ｘ２＋Ｙ２）
ｃ：近軸曲率
ｋ：円錐係数
Ｃｊ：多項式自由曲面係数
であり、自由曲面項は、以下の式（６）で表される。
図５の（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る投射光学系の実施例（数値実施例）１の構成を示すと共に、レンズを透過する光線状態および反射光学系で反射する光線の反射状態を示す光路を示すＺ−Ｙ断面図である。図５の（ｂ）は、投射光学系が遠距離側から近距離側にフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図５（ａ）に示す投射光学系１００−１は、光軸に沿って、縮小側（パネル１−１側）から拡大側に向かって順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１−１と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１と、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１より構成される。
この前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１と後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第２レンズ群Ｇ２−１と称する。また、第１レンズ群Ｇ１−１と第２レンズ群Ｇ２−２とを、ここではす屈折光学系２−１と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第１レンズ群Ｇ１−１内には、絞り３−１を有し、その絞り３−１は、屈折光学系１００−１の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
図５（ａ）に示す投射光学系１００−１は、光軸に沿って、縮小側（パネル１−１側）から拡大側に向かって順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１−１と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１と、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１より構成される。
この前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１と後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第２レンズ群Ｇ２−１と称する。また、第１レンズ群Ｇ１−１と第２レンズ群Ｇ２−２とを、ここではす屈折光学系２−１と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第１レンズ群Ｇ１−１内には、絞り３−１を有し、その絞り３−１は、屈折光学系１００−１の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
また、第１レンズ群Ｇ１−１には、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整する補正レンズＣＬ−１が配置されている。
ここで、実施例１に係る屈折光学系２−１について、より具体的に説明する。
図５において、実施例１の屈折光学系２−１のうち、第１レンズ群Ｇ１は、縮小側（表示パネル１−１側）から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ２と縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ５と、縮小側より曲率が大きな凹面を、拡大側に向けた両凹レンズからなる第６レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９とから構成される。
上記第１レンズ群Ｇ１−１を構成するレンズのうち、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４および第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の各２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚接合からなる接合レンズを形成している。
ここで、実施例１に係る屈折光学系２−１について、より具体的に説明する。
図５において、実施例１の屈折光学系２−１のうち、第１レンズ群Ｇ１は、縮小側（表示パネル１−１側）から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ２と縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ５と、縮小側より曲率が大きな凹面を、拡大側に向けた両凹レンズからなる第６レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９とから構成される。
上記第１レンズ群Ｇ１−１を構成するレンズのうち、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４および第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の各２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚接合からなる接合レンズを形成している。
絞り３−１は、第１レンズ群Ｇ１−１を構成する第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の間に介挿配置される。
第２レンズ群Ｇ２−１のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１０レンズＬ１０と、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２とから構成される。
また、第２レンズ群Ｇ２−１のうち、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１３レンズＬ１３と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第１４レンズＬ１４とから構成される。
この実施例１においては、各光学要素の光学データは、次表１の通りである。
第２レンズ群Ｇ２−１のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１０レンズＬ１０と、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２とから構成される。
また、第２レンズ群Ｇ２−１のうち、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１３レンズＬ１３と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第１４レンズＬ１４とから構成される。
この実施例１においては、各光学要素の光学データは、次表１の通りである。
表１において、備考欄に「＊（アスタリスク）」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第１９面、第２０面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面、第２７面、第２８面の各光学面が非球面であり、式（４）における各非球面のパラメータは、次表（２）の通りである。補正レンズＣＬとしての第９レンズＬ９は、非球面を形成することなく、球面レンズで構成している。
すなわち、表１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第１９面、第２０面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面、第２７面、第２８面の各光学面が非球面であり、式（４）における各非球面のパラメータは、次表（２）の通りである。補正レンズＣＬとしての第９レンズＬ９は、非球面を形成することなく、球面レンズで構成している。
また、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１の最終レンズ面から射出された表示パネル１−１の中間像は、自由曲面ミラー４Ａ−１と自由曲面ミラー４Ｂ−１で順次反射され、この反射光学系４−１より拡大側に配置された防塵ガラス５−１を介して、例えば、図示は省略したが、図５の右方側（拡大側）に射出され、表示パネル１−１の前面に垂直方向に沿って配置されたスクリーン上に投射され、表示パネル１−１上の画像が拡大投射される。
ここで、実施例１における表示パネル１−１の画素サイズ、横方向および縦方向サイズと、光軸から表示パネル１−１の下辺迄の距離は、下表３の通りである。
ここで、実施例１における表示パネル１−１の画素サイズ、横方向および縦方向サイズと、光軸から表示パネル１−１の下辺迄の距離は、下表３の通りである。
この表３において、表示パネル１−１は、その対角が０．６５インチのデジタル・マイクロミラーデバイスを想定している。但し、表示パネル１−１のサイズや種類は、これに限られるものではなく、例えば、表示パネル１−１の対角寸法を、０．５５インチとしてもよいし、また、その種類を透過型や反射型の液晶パネルとしてもよい。
また、光軸から表示パネル１−１の下辺までの距離を、表３において１．４１３mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系４−１の自由曲面ミラー４Ａ−１の面頂点の位置は、図５に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ,Ｙ）＝（１７９．４６３，−９３６４）の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー４Ｂ−１の面頂点の位置は、図５に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ，Ｙ）＝（１９１．４０９，７０．６８７）の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた上記式（５）で定義され、多項式自由曲面係数Ｃｊを与えて形状を特定する。
反射光学系４−１のうち、自由曲面ミラー４Ａ−１の反射面である第３０面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表（ａ）に示す通りであり、また、自由曲面ミラー４Ｂの反射面である第３１面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表４（ｂ）に示す通りである。
また、光軸から表示パネル１−１の下辺までの距離を、表３において１．４１３mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系４−１の自由曲面ミラー４Ａ−１の面頂点の位置は、図５に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ,Ｙ）＝（１７９．４６３，−９３６４）の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー４Ｂ−１の面頂点の位置は、図５に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ，Ｙ）＝（１９１．４０９，７０．６８７）の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた上記式（５）で定義され、多項式自由曲面係数Ｃｊを与えて形状を特定する。
反射光学系４−１のうち、自由曲面ミラー４Ａ−１の反射面である第３０面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表（ａ）に示す通りであり、また、自由曲面ミラー４Ｂの反射面である第３１面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表４（ｂ）に示す通りである。
自由曲面ミラー４Ｂ−１の拡大側には、全体が一定の厚み（３．０ｍｍ）で形成された防塵ガラス５が配置されている。
この防塵ガラス５は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス５の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス５−１の拡大側（図５においては、右側）には、図示は省略したが、光軸（Ｚ方向）にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例１に係る投射光学系１００−１において、表示パネル１−１から出射した光束は、屈折光学系２−１の第１レンズ群Ｇ１−１に入射し、第１レンズ群Ｇ１−１と第２レンズ群Ｇ２−１を順次通過した後、自由曲面ミラー４Ａ−１で折り返され、その後、自由曲面ミラー４Ｂ−１で反射されて、防塵ガラス５−１を介してスクリーン（図示せず）に投射される。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第２レンズ群Ｇ２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１は、表示パネル１−１から遠ざかる方向に移動し、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、表示パネル１−１から遠ざかる方向に、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆとは異なる移動量で移動する。
この防塵ガラス５は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス５の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス５−１の拡大側（図５においては、右側）には、図示は省略したが、光軸（Ｚ方向）にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例１に係る投射光学系１００−１において、表示パネル１−１から出射した光束は、屈折光学系２−１の第１レンズ群Ｇ１−１に入射し、第１レンズ群Ｇ１−１と第２レンズ群Ｇ２−１を順次通過した後、自由曲面ミラー４Ａ−１で折り返され、その後、自由曲面ミラー４Ｂ−１で反射されて、防塵ガラス５−１を介してスクリーン（図示せず）に投射される。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第２レンズ群Ｇ２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１は、表示パネル１−１から遠ざかる方向に移動し、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１は、表示パネル１−１から遠ざかる方向に、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆとは異なる移動量で移動する。
これを具体的に説明すると、遠距離側から基準を経て、近距離側に前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−１および後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−１を移動させたときの可変レンズ群間隔は、表５に示す通りである。
即ち、第９レンズＣＬと第１０レンズＬ１０とのレンズ間隔ｄ１８と、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３との間隔ｄ２４、第１４レンズＬ１４とダミー面第２９面との間隔ｄ２８、第３５面と像面との間隔ｄ３５は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、表５の通りに変化する。
即ち、第９レンズＣＬと第１０レンズＬ１０とのレンズ間隔ｄ１８と、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３との間隔ｄ２４、第１４レンズＬ１４とダミー面第２９面との間隔ｄ２８、第３５面と像面との間隔ｄ３５は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、表５の通りに変化する。
また、第２９面〜第３４面のＹ、Ｚ、αの偏心量の具体例を表６に示す。
次に、図５に示す実施例１に係る投射光学系１００が、設計値通りの温度環境の場合と、この温度環境に対して４０℃の温度上昇が生じたときのＲＭＳスポット径の変化について、図７、図８、図９および表１、表７、表８、表９、表１０を参照して説明する。
先ず、図５に示す実施例１に係る投射光学系１００−１のレンズデータの具体的データは、表１に示す通りであるが、当該投射光学系１００−１に４０℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表７に示すように変化する。
先ず、図５に示す実施例１に係る投射光学系１００−１のレンズデータの具体的データは、表１に示す通りであるが、当該投射光学系１００−１に４０℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表７に示すように変化する。
そのときのフォーカス機能をもつの前側レンズ群Ｇ２Ｆ−１と後側レンズ群Ｇ２Ｒ−１、反射光学系４−１等における面間隔ｄ１８とｄ２４とｄ２８とｄ３５は、下表８に示す通り変化する。
また、ＲＭＳスポット径について対比すると、実施例１の具体的な表１に示す設計値通りのレンズデータに基づく投射光学系１００−１のＲＭＳスポット径は、図７に示す通りである。
即ち、図７（ａ）は、スクリーンまでの距離が遠距離（８０インチ）の場合、（ｂ）は、基準距離（６０インチ）の場合、（ｃ）は、近距離（４８インチ）の場合の各画角におけるＲＭＳスポット径（単位：ｍｍ）の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例１のレンズデータに基づく投射光学系１００−１に対し４０℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは上述したように、表７に示すように変化し、ＲＭＳスポット径は、図８に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系１００に対し、像面湾曲を補正する補正レンズＣＬ−１を、表示パネル１−１から０．５ｍｍ遠ざかる方向（拡大側の方向）に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表９に示す通りとなる。
即ち、図７（ａ）は、スクリーンまでの距離が遠距離（８０インチ）の場合、（ｂ）は、基準距離（６０インチ）の場合、（ｃ）は、近距離（４８インチ）の場合の各画角におけるＲＭＳスポット径（単位：ｍｍ）の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例１のレンズデータに基づく投射光学系１００−１に対し４０℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは上述したように、表７に示すように変化し、ＲＭＳスポット径は、図８に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系１００に対し、像面湾曲を補正する補正レンズＣＬ−１を、表示パネル１−１から０．５ｍｍ遠ざかる方向（拡大側の方向）に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表９に示す通りとなる。
このように補正レンズＣＬ−１を表示パネル１−１から０．５ｍｍ拡大側に移動させたときの、第８レンズＬ８の第１６面と補正レンズＣＬの第１７面の間隔ｄ１６、補正レンズＣＬの第１８面と第１０レンズＬ１０の第１９面の間隔ｄ１８、第１２レンズＬ１２の第２４面と第１３レンズＬ１３の第２５面の間隔ｄ２４、第１４レンズＬ１４の第２８面とダミー面２９との間隔ｄ２８は、それぞれ、表１０に示す通り変化する。
上記表９のレンズデータに示すように、補正レンズＣＬ−１を所定量（この例の場合、０．５ｍｍ）移動させたレンズデータでは、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、光軸から離れた画角のスポット径の大きさが、効果的に抑制されており、光軸付近の画角と同程度のスポット径が得られている。
スポット径が１画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズＣＬ−１を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表７は、表１に示す実施例１のレンズデータに対して、４０℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例である。そのときのフォーカスレンズ群（第２レンズ群Ｇ２−１）のレンズ間隔の具体例であることは、上述した通りである。ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献１〜３などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。尚、表７に示すレンズデータの計算において、温度上昇したとき、曲率半径、面間隔、屈折率は、以下の条件１）〜４）で変化すると仮定した。
スポット径が１画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズＣＬ−１を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表７は、表１に示す実施例１のレンズデータに対して、４０℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例である。そのときのフォーカスレンズ群（第２レンズ群Ｇ２−１）のレンズ間隔の具体例であることは、上述した通りである。ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献１〜３などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。尚、表７に示すレンズデータの計算において、温度上昇したとき、曲率半径、面間隔、屈折率は、以下の条件１）〜４）で変化すると仮定した。
１） 曲率半径：線膨張係数αで変化する。
２） レンズの肉厚：線膨張係数αで変化する。
３） レンズ間の間隔：（設計値の間隔）＋（保持部材の線膨張係数αでの変化）−（レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化）
但し、保持部材：アルミニウム（線膨張係数α：２８３×１０−７／℃）と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金（線膨張係数α：２６０×１０−７／℃）やプラスチック（線膨張係数α：６００×１０−７／℃）であってもよい。
４） 屈折率：相対屈折率温度係数βで変化する。
２） レンズの肉厚：線膨張係数αで変化する。
３） レンズ間の間隔：（設計値の間隔）＋（保持部材の線膨張係数αでの変化）−（レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化）
但し、保持部材：アルミニウム（線膨張係数α：２８３×１０−７／℃）と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金（線膨張係数α：２６０×１０−７／℃）やプラスチック（線膨張係数α：６００×１０−７／℃）であってもよい。
４） 屈折率：相対屈折率温度係数βで変化する。
次に、本発明の第５の実施の形態に係る投射光学系の実施例（数値実施例）２について、示すＺ−Ｙ断面図である図１０（ａ）を参照して説明する。尚、図１０（ｂ）は、投射光学系が遠距離側から近距離側へフォーカシングされたときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す移動軌跡図である。
図１０（ａ）に示す投射光学系１００−２は、光軸に沿って、縮小側（パネル１−２側）から拡大側に向って順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１−２と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２と、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２より構成される。
この前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２と後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第２レンズ群Ｇ２−２と称する。また、第１レンズ群Ｇ１−２と第２レンズ群Ｇ２−２とを、ここでは、屈折光学系２−２と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第１レンズ群Ｇ１−２内には、絞り３−２を有し、その絞り３−２は、屈折光学系１００−２の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
図１０（ａ）に示す投射光学系１００−２は、光軸に沿って、縮小側（パネル１−２側）から拡大側に向って順次、第１レンズＬ１〜第９レンズＬ９からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１−２と、第１０レンズＬ１０〜第１２レンズＬ１２からなる負の屈折力を有する前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２と、第１３レンズＬ１３〜第１４レンズＬ１４からなる正の屈折力を有する後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２より構成される。
この前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２と後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、共にフォーカス時に、それぞれ移動する移動レンズ群であり、これを総称して第２レンズ群Ｇ２−２と称する。また、第１レンズ群Ｇ１−２と第２レンズ群Ｇ２−２とを、ここでは、屈折光学系２−２と称する。
フォーカス時に固定レンズ群である第１レンズ群Ｇ１−２内には、絞り３−２を有し、その絞り３−２は、屈折光学系１００−２の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置される。
また、第１レンズ群Ｇ１−２には、温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を調整する補正レンズＣＬ−２が配置されている。
ここで、実施例２に係る屈折光学系２−２について、より具体的に説明する。
図１０において、実施例２の屈折光学系２−２のうち、第１レンズ群Ｇ１−２は、縮小側（表示パネル１−２側）から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ２と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ５と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第６レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９とから構成される。
上記第１レンズ群Ｇ１−２を構成するレンズのうち、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４および第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の各２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚接合からなる接合レンズを形成している。
ここで、実施例２に係る屈折光学系２−２について、より具体的に説明する。
図１０において、実施例２の屈折光学系２−２のうち、第１レンズ群Ｇ１−２は、縮小側（表示パネル１−２側）から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズＬ１と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ２と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ３と、縮小側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ５と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第６レンズと、凸面を拡大側に向けた正メニスカスレンズからなる第７レンズＬ７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第８レンズＬ８と、縮小側より曲率が大きな凸面を拡大側に向けた両凸レンズからなる第９レンズＬ９とから構成される。
上記第１レンズ群Ｇ１−２を構成するレンズのうち、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４および第７レンズＬ７と第８レンズＬ８の各２枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、２枚接合からなる接合レンズを形成している。
絞り３−２は、第１レンズ群Ｇ１−１を構成する第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の間に介挿配置される。より具体的には、絞り３−２は、屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されるものとする。
第２レンズ群Ｇ２−２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１０レンズＬ１０と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた負メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２とから構成される。
また、第２レンズ群Ｇ２−２のうち、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１３レンズＬ１３と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第１４レンズＬ１４とから構成される。
この実施例２においては、各光学要素の光学データは、次表１１の通りである。
第２レンズ群Ｇ２−２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２は、縮小側から拡大側に向かって、順に、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１０レンズＬ１０と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた負メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ１１と、縮小側より曲率が大きな凹面を拡大側に向けた両凹レンズからなる第１２レンズＬ１２とから構成される。
また、第２レンズ群Ｇ２−２のうち、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、縮小側から拡大側に向かって、順に、拡大側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第１３レンズＬ１３と、拡大側より曲率が大きな凸面を縮小側に向けた両凸レンズからなる第１４レンズＬ１４とから構成される。
この実施例２においては、各光学要素の光学データは、次表１１の通りである。
表１１において、備考欄に「＊（アスタリスク）」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表１１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第１９面、第２０面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面、第２７面、第２８面の各光学面が非球面であり、式（４）における各非球面のパラメータは、次表（１２）の通りである。
すなわち、表１１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第１９面、第２０面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面、第２７面、第２８面の各光学面が非球面であり、式（４）における各非球面のパラメータは、次表（１２）の通りである。
また、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２の最終レンズ面から射出された表示パネル１−２の中間像は、自由曲面ミラー４Ａ−２と自由曲面ミラー４Ｂ−２で順次反射され、この反射光学系４−２より拡大側に配置された防塵ガラス５−２を介して、例えば、図示は省略したが、図１０の右方側（拡大側）に射出され、表示パネル１の前面に垂直方向に沿って配置されたスクリーン上に投射され、表示パネル１−２上の画像が拡大投射される。
ここで、実施例２における表示パネル１−２の横サイズ、縦サイズ、画素サイズや、光軸から表示パネル１−２の下辺迄の距離は、下表１３の通りである。
ここで、実施例２における表示パネル１−２の横サイズ、縦サイズ、画素サイズや、光軸から表示パネル１−２の下辺迄の距離は、下表１３の通りである。
この表１３において、表示パネル１−２は、その対角が０．６５インチのデジタル・マイクロミラー・デバイスを想定している。但し、表示パネル１−２のサイズや種類は、これに限られるものではなく、例えば、表示パネル１−２のサイズを対角寸法を、０．５５インチとしてもよいし、また、その種類を透過型や反射型の液晶パネルとしてもよい。
また、光軸から表示パネル１−２の下辺までの距離を、表１３において１．４０２mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系４−２の自由曲面ミラー４Ａ−２の面頂点の位置は、図１０に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−２を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ,Ｙ）＝（１８６．２２３，−９．３５２）の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー４Ｂ−２の面頂点の位置は、図１０に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ，Ｙ）＝（１９８．２８８，７４．７１７）の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた上記式（５）で定義され、多項式自由曲面係数Ｃｊを与えて形状を特定する。
反射光学系４−２のうち、自由曲面ミラー４Ａ−２の反射面である第３０面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表１４（ａ）に示す通りであり、また、自由曲面ミラー４Ｂ−２の反射面である第３１面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表１４（ｂ）に示す通りである。
また、光軸から表示パネル１−２の下辺までの距離を、表１３において１．４０２mm離しているが、この距離も任意に変更することができる。
反射光学系４−２の自由曲面ミラー４Ａ−２の面頂点の位置は、図１０に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−２を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ,Ｙ）＝（１８６．２２３，−９．３５２）の位置に固定される。
他方の自由曲面ミラー４Ｂ−２の面頂点の位置は、図１０に示すＺ−Ｙ断面において、表示パネル１−１を含む平面と光軸との交点を（Ｚ，Ｙ）＝（０，０）としたとき、（Ｚ，Ｙ）＝（１９８．２８８，７４．７１７）の位置に固定される。
多項式自由曲面からなる面は、上記面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた上記式（５）で定義され、多項式自由曲面係数Ｃｊを与えて形状を特定する。
反射光学系４−２のうち、自由曲面ミラー４Ａ−２の反射面である第３０面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表１４（ａ）に示す通りであり、また、自由曲面ミラー４Ｂ−２の反射面である第３１面の多項式自由曲面の自由曲面係数（Ｃｊ）は、下表１４（ｂ）に示す通りである。
自由曲面ミラー４Ｂ−２の拡大側には、全体が一定の厚み（３．０ｍｍ）で形成された防塵ガラス５−２が配置されている。
この防塵ガラス５−２は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス５−２の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス５−２の拡大側（図１０においては、右側）には、図示は省略したが、光軸（Ｚ方向）にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例２に係る投射光学系１００−２において、表示パネル１−２から出射した光束は、屈折光学系２−２の第１レンズ群Ｇ１−２に入射し、第１レンズ群Ｇ１−２と第２レンズ群Ｇ２−２を順次通過した後、自由曲面ミラー４Ａ−２で折り返され、その後、自由曲面ミラー４Ｂ−２で反射されて、防塵ガラス５−２を介してスクリーン（図示せず）に投射される。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１−２は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第２レンズ群Ｇ２−２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２は、表示パネル１−２から遠ざかる方向に移動し、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、表示パネル１−２から遠ざかる方向に、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２とは異なる移動量で移動する。
この防塵ガラス５−２は、光学的なパワーがないので、防塵ガラス５−２の取付位置に多少の誤差があっても、画像の画質に影響が少ない。そして、この防塵ガラス５−２の拡大側（図１０においては、右側）には、図示は省略したが、光軸（Ｚ方向）にほぼ平行にスクリーンの投射面の配置が予定される。
上述したように構成された実施例２に係る投射光学系１００−２において、表示パネル１−２から出射した光束は、屈折光学系２−２の第１レンズ群Ｇ１−２に入射し、第１レンズ群Ｇ１−２と第２レンズ群Ｇ２−２を順次通過した後、自由曲面ミラー４Ａ−２で折り返され、その後、自由曲面ミラー４Ｂ−２で反射されて、防塵ガラス５−２を介してスクリーン（図示せず）に投射される。
フォーカシングに際しては、第１レンズ群Ｇ１−２は、移動せず、例えば、遠距離側から近距離側にフォーカシングするに際しては、第２レンズ群Ｇ２−２のうち、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２は、表示パネル１−２から遠ざかる方向に移動し、後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２は、表示パネル１−２から遠ざかる方向に、前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２とは異なる移動量で移動する。
これを具体的に説明すると、遠距離側から基準を経て、近距離側に前側第２レンズ群Ｇ２Ｆ−２および後側第２レンズ群Ｇ２Ｒ−２を移動させたときの可変レンズ群間隔は、表１５に示す通りである。
即ち、第９レンズＬ９と第１０レンズＬ１０とのレンズ間隔ｄ１８と、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３との間隔ｄ２４、第１４レンズＬ１４とダミー面第２９面との間隔ｄ２８、第３５面と像面との間隔ｄ３５は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、それぞれ表１５の通りに変化する。
即ち、第９レンズＬ９と第１０レンズＬ１０とのレンズ間隔ｄ１８と、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３との間隔ｄ２４、第１４レンズＬ１４とダミー面第２９面との間隔ｄ２８、第３５面と像面との間隔ｄ３５は、遠距離側−基準−近距離側へと移動するに伴い、それぞれ表１５の通りに変化する。
また、第２９面〜第３４面のＹ、Ｚ、αの偏心量の具体例を表１６に示す。
次に、図１０に示す実施例２に係る投射光学系１００−２が、設計値通りの温度環境の場合と、この温度環境に対して４０℃の温度上昇が生じた場合のＲＭＳスポット径の変化について、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５および表１７、表１８、表１９、表２０を参照して説明する。
図１１に示すように、表示パネル１−２の画像形成領域内に２５区画を設定配置した。
先ず、図１０に示す実施例２に係る投射光学系１００−２のレンズの具体的データは表１１に示す通りであるが、当該投射光学系１００−２に４０℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表１７に示すように変化する。
図１１に示すように、表示パネル１−２の画像形成領域内に２５区画を設定配置した。
先ず、図１０に示す実施例２に係る投射光学系１００−２のレンズの具体的データは表１１に示す通りであるが、当該投射光学系１００−２に４０℃の温度上昇があった場合のレンズの具体的データは、下表１７に示すように変化する。
そのときのフォーカス機能をもつの前側レンズ群Ｇ２Ｆ−２と後側レンズ群Ｇ２Ｒ−２、反射光学系４−２等における面間隔ｄ１８とｄ２４とｄ２８とｄ３５は、下表１８に示す通り変化する。
また、ＲＭＳスポット径について対比すると、実施例２の具体的な表１１に示す設計値通りのレンズデータに基づく投射光学系１００−２のＲＭＳスポット径は、図１２に示す通りである。
すなわち、図１２（ａ）は、スクリーンまでの距離が遠距離（８０インチ）の場合、（ｂ）は、基準距離（６０インチ）の場合、（ｃ）は、近距離（４８インチ）の場合の各画角におけるＲＭＳスポット径（単位：ｍｍ）の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例２のレンズデータに基づく投射光学系１００−２に対し４０℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは、表１７に示すように変化し、ＲＭＳスポット径は、図１３に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系１００−２に対し、像面湾曲を補正する補正レンズＣＬとしての第７レンズＬ７、第８レンズＬ８、第９レンズＬ９を、表示パネル１−１から０．６ｍｍ遠ざかる方向（拡大側の方向）に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表１９に示す通りとなる。
すなわち、図１２（ａ）は、スクリーンまでの距離が遠距離（８０インチ）の場合、（ｂ）は、基準距離（６０インチ）の場合、（ｃ）は、近距離（４８インチ）の場合の各画角におけるＲＭＳスポット径（単位：ｍｍ）の変化を示しており、スポット径は、充分に小さく、像面湾曲は殆ど生じていないことが分かる。
これに対し、実施例２のレンズデータに基づく投射光学系１００−２に対し４０℃の温度上昇があった場合について、レンズデータは、表１７に示すように変化し、ＲＭＳスポット径は、図１３に示すように、バックフォーカスのずれは、別途解消したものの、光軸付近の画角に対して光軸から離れたスポット径は、著しく大きい。
この状態における投射光学系１００−２に対し、像面湾曲を補正する補正レンズＣＬとしての第７レンズＬ７、第８レンズＬ８、第９レンズＬ９を、表示パネル１−１から０．６ｍｍ遠ざかる方向（拡大側の方向）に移動させたときの具体的なレンズデータは、下表１９に示す通りとなる。
このように補正レンズＣＬ−２（第７レンズＬ７〜第９レンズＬ９）を表示パネル１−２から０．６ｍｍ拡大側に移動させたときの、第６レンズＬ６の第１３面と第７レンズＬ１７の第１４面の間隔ｄ１３、第９レンズＬ９の第１８面と第１０レンズＬ１０の第１９面の間隔ｄ１８は、それぞれ、表２０に示す通り変化する。尚、間隔ｄ２４、間隔ｄ２８、ｄ３５は、変化しない。
上記表１９のレンズデータに示すように、補正レンズＣＬ−２（第７レンズＬ７〜第９レンズＬ９）を所定量（この例の場合、０．６ｍｍ）移動させたレンズデータでは、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、光軸から離れた画角のスポット径の大きさが、効果的に抑制されており、光軸付近の画角と同程度のスポット径が得られている。スポット径は、遠距離（８０インチ）、基準（６０インチ）、近距離（４８インチ）について計算しており、スクリーン上での１画素は、８０インチで１．３３ｍｍ、６０インチで１ｍｍ、４８インチで０．８ｍｍである。
スポット径が１画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズＣＬ−２を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表１７は、表１１に示す実施例２のレンズデータに対して、４０℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例であり、そのときのフォーカスレンズ群（第２レンズ群Ｇ２−２）のレンズ間隔の変化の具体例であることは、上述した通りであるが、ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献１〜３などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。
スポット径が１画素程度の大きさであれば、良好な解像がえられていると判断することができる。
つまり、補正レンズＣＬ−２を移動させることで、像面湾曲を良好に調整し、画面周辺部の解像劣化を抑制することができたことになる。
尚、表１７は、表１１に示す実施例２のレンズデータに対して、４０℃だけ温度が上昇したときのレンズデータの具体例であり、そのときのフォーカスレンズ群（第２レンズ群Ｇ２−２）のレンズ間隔の変化の具体例であることは、上述した通りであるが、ここで、温度上昇によるバックフォーカスのずれは、上述の特許文献１〜３などの従来技術のいずれかの方法によって、解消されているものとする。
尚、表１７に示すレンズデータの計算において、温度上昇したとき、曲率半径、面間隔、屈折率は、以下の条件１）〜４）で変化すると仮定した。
１） 曲率半径：線膨張係数αで変化する。
２） レンズの肉厚：線膨張係数αで変化する。
３） レンズ間の間隔：（設計値の間隔）＋（保持部材の線膨張係数αでの変化）−（レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化）
但し、保持部材を、アルミニウム（線膨張係数α：２８３×１０−７／℃）材を用いた場合と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金（線膨張係数α：２６０×１０−７／℃）やプラスチック（線膨張係数α：６００×１０−７／℃）であってもよい。
４） 屈折率：相対屈折率温度係数βで変化する。
上述した実施例１および実施例２において、条件式（１）のφ１／φ２、条件式（２）のｆ１／ｆ２、条件式（３）のΔｄ／Ｍの各値は、下表２１の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜条件式（３）を満足している。
１） 曲率半径：線膨張係数αで変化する。
２） レンズの肉厚：線膨張係数αで変化する。
３） レンズ間の間隔：（設計値の間隔）＋（保持部材の線膨張係数αでの変化）−（レンズ肉厚の線膨張係数αでの変化）
但し、保持部材を、アルミニウム（線膨張係数α：２８３×１０−７／℃）材を用いた場合と仮定した。
なお、保持部材の材質は、アルミニウム以外の材質でもよく、マグネシウム合金（線膨張係数α：２６０×１０−７／℃）やプラスチック（線膨張係数α：６００×１０−７／℃）であってもよい。
４） 屈折率：相対屈折率温度係数βで変化する。
上述した実施例１および実施例２において、条件式（１）のφ１／φ２、条件式（２）のｆ１／ｆ２、条件式（３）のΔｄ／Ｍの各値は、下表２１の通りとなり、それぞれ条件式（１）〜条件式（３）を満足している。
尚、本発明は、上述し且つ図示した実施の形態、または実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変更実施が可能である。
例えば、補正レンズ群ＣＬは、実施例１では１枚のレンズ、実施例２では、３枚のレンズで構成した例を説明したが、温度が変化したときに、固定レンズ群の第１レンズ群内の移動群に隣接した１枚以上のレンズを光軸方向に移動すればよいので、例えば、２枚または４枚のレンズをもって構成してもよい。
また、本発明は、屈折光学系に特徴を有するものであるので、反射光学系の構成は、限定されるものではなく、例えば、反射光学系は、１枚で構成してもよい。
また、本発明の補正レンズ群は、第１レンズ群に含まれる絞りより拡大側に配置することが必要とされるが、第１レンズ群内の絞りより拡大側のどのレンズでも良いという訳ではない。
因みに、図１５は、実施例１において、第９レンズＬ９ではなく、第６レンズＬ６を移動させたときのスポット径の様子をプロットしたグラフである。
この図１５を見てわかるように、第６レンズＬ６を移動させると、バックフォーカスのずれを発生してしまい、画面全体に亘り解像が劣化してしまう。
従って、補正レンズ群は、絞りよりも拡大側のどのレンズでもよいというわけではなく、その他の収差を悪化させず、本発明に記載の像面湾曲の調整効果の大きいレンズを移動させることが望ましい。
Ｇ１，Ｇ１−１，Ｇ１−２ 第１レンズ群
Ｇ２，Ｇ２−１，Ｇ２−２ 第２レンズ群
Ｇ２Ｆ，Ｇ２Ｆ−１，Ｇ２Ｆ−２ 前側第２レンズ群
Ｇ２Ｒ，Ｇ２Ｒ−１，Ｇ２Ｒ−２ 後側第２レンズ群
ＣＬ，Ｌ９，Ｌ７〜Ｌ９ 補正レンズ
１，１−１，１−２ 表示パネル
２，２−１，２−２ 屈折光学系
３，３−１，３−２ 絞り
４，４−１，４−２，４Ａ，４Ｂ 反射光学系
４Ａ−１，４Ａ−２ 自由曲面ミラー
４Ｂ−１，４Ｂ−２ 自由曲面ミラー
５，５−１，５−２ 防塵ガラス
１００，１００−１，１００−２ 投射光学系
１０１ 照明部
１０２ 各種回路部
２００ 画像表示装置
Ｇ２，Ｇ２−１，Ｇ２−２ 第２レンズ群
Ｇ２Ｆ，Ｇ２Ｆ−１，Ｇ２Ｆ−２ 前側第２レンズ群
Ｇ２Ｒ，Ｇ２Ｒ−１，Ｇ２Ｒ−２ 後側第２レンズ群
ＣＬ，Ｌ９，Ｌ７〜Ｌ９ 補正レンズ
１，１−１，１−２ 表示パネル
２，２−１，２−２ 屈折光学系
３，３−１，３−２ 絞り
４，４−１，４−２，４Ａ，４Ｂ 反射光学系
４Ａ−１，４Ａ−２ 自由曲面ミラー
４Ｂ−１，４Ｂ−２ 自由曲面ミラー
５，５−１，５−２ 防塵ガラス
１００，１００−１，１００−２ 投射光学系
１０１ 照明部
１０２ 各種回路部
２００ 画像表示装置
Claims (8)
- 表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置され、
前記補正レンズ群の入射面から出射面にかけて通過する光束の前記表示パネルの短辺方向と平行な方向において前記屈折光学系の光軸に最も近い光線から最も遠い光線までの長さを光束の太さとしたとき、該入射面と該出射面の間で最も細くなる光束の太さをφ１、前記絞りを通過する光束の太さをφ２として、
前記絞りは、以下の条件式（１）：
（１） １．０ ＜ φ１／φ２ ＜ １．８
を満足するように配置されていることを特徴とする投射光学系。 - 前記絞りは、前記屈折光学系の縮小側が非テレセントリックとなる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
- 前記補正レンズ群は、前記屈折光学系の温度が上昇したとき、前記表示パネルから遠ざかる方向に移動させることで、当該温度の上昇に伴って生じた像面湾曲を調整し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
- 前記補正レンズ群の焦点距離（２枚以上のレンズで構成される場合にあっては、その合成焦点距離）をｆ１とし、前記屈折光学系の合成焦点距離をｆ２としたとき、
以下の条件式（２）：
（２） １．６ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ ２．０
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射光学系。 - 前記補正レンズ群を、光軸方向に移動させることができる最大移動量をΔｄとし、前記屈折光学系の近軸横倍率をＭとしたとき、
以下の条件式（３）：
（３） ０．０６ ＜ Δｄ／Ｍ ＜ ０．０９
を満足することを特徴とする請求項１〜４に記載のいずれか１項に記載の投射光学系。 - 前記補正レンズ群は、すべて球面レンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の投射光学系。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載の投射光学系を備えたことを特徴とする画像表示装置。
- 表示パネルに形成された画像を、屈折光学系を介してスクリーンに拡大投射する投射光学系を備えた画像表示装置の調整方法において、
前記屈折光学系は、縮小側から拡大側に至る光路上に、フォーカス時に固定である第１レンズ群と、フォーカス時に移動する１以上のレンズ群よりなり全体として負の屈折力を有する第２レンズ群が、順に配置されてなり、
前記第１レンズ群には、絞りが配置されると共に前記絞りより拡大側に前記屈折光学系の温度上昇に伴って、前記屈折光学系の全系の焦点距離が伸びるように、前記屈折光学系の光軸方向に沿って移動する補正レンズ群が配置されており、
温度の変化に伴って生ずる像面湾曲を、前記補正レンズ群を光軸方向に移動させることにより調整することを特徴とする画像表示装置の調整方法。
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