(57)【要約】      （修正有）【課題】像面湾曲を調整する機能を有し、広画角の投射においても、投射光学系全体の小型化を図り、特に像面湾曲を調節するレンズ群の小型化が容易な投射光学系を提供する。【解決手段】縮小共役側に配置され、画像表示素子ＬＤに表示される画像を拡大共役側へ投射する投射光学系Ｌ０であって、投射光学系Ｌ０は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、第１光学系Ｌ１、第２光学系Ｌ２より構成され、拡大共役点は第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の間の中間結像位置Ｍ０に結像し、中間結像位置Ｍ０に結像した像が縮小共役点に再結像し、第１光学系Ｌ１は光軸上移動する拡大側レンズ群Ｌ１ｂを有し、第２光学系Ｌ２は光軸移動する縮小側レンズ群Ｌ２ｂを有し、拡大側レンズ群Ｌ１ｂと縮小側レンズ群Ｌ２ｂを光軸方向に移動させて拡大共役側に投射した像の像面湾曲を調整する。【選択図】図１
2020112587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小共役側に配置され、画像表示素子に表示される画像を拡大共役側へ投射する投射光学系であって、
前記投射光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、第１光学系、第２光学系より構成され、
前記投射光学系は前記第１光学系と前記第２光学系の間に中間結像位置を有し、
前記第１光学系に含まれる拡大側レンズ群と、前記第２光学系に含まれる縮小側レンズ群とを、光軸上を移動させることで拡大共役側に投射した像の像面湾曲を調整することを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記拡大側レンズ群の焦点距離をｆＦとするとき、
１．５＜｜ｆＦ／ｆ｜＜１０．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の投射光学系。
【請求項３】
前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記縮小側レンズ群の焦点距離をｆＲとするとき、
６．０＜｜ｆＲ／ｆ｜＜４０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記拡大側レンズ群の最も縮小側にある面の面頂点と前記投射光学系の無限遠に合焦時のｄ線波長における前記中間結像位置との距離をｄＦとするとき、
４．０＜｜ｄＦ／ｆ｜＜１５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記投射光学系の焦点距離をｆ、前記投射光学系の無限遠に合焦時のｄ線波長における前記中間結像位置と前記縮小側レンズ群の最も拡大側にある面の面頂点との距離をｄＲとするとき、
８．０＜｜ｄＲ／ｆ｜＜１５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記拡大側レンズ群と、前記縮小側レンズ群は、それぞれ１つのレンズ群であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項７】
前記第１光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の負の屈折力の第Ｌ１ａレンズ群、前記拡大側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ１ｃレンズ群より構成され、前記拡大側レンズ群は正の屈折力であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項８】
前記第２光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群、前記縮小側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群より構成され、前記縮小側レンズ群はフォーカシングに際して移動し、正の屈折力であることを特徴とする請求項７に記載の投射光学系。
【請求項９】
前記第１光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の負の屈折力の第Ｌ１ａレンズ群、前記拡大側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ１ｃレンズ群、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第Ｌ１ｄレンズ群より構成され、前記拡大側レンズ群は負の屈折力であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１０】
前記第２光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群、前記縮小側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群より構成され、前記縮小側レンズ群は正の屈折力であることを特徴とする請求項９に記載の投射光学系。
【請求項１１】
前記第１光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、前記拡大側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ１ｂレンズ群より構成され、前記拡大側レンズ群は負の屈折力であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１２】
前記第２光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群、前記縮小側レンズ群、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群より構成され、前記縮小側レンズ群は正の屈折力であり、前記第Ｌ２ｃレンズ群はフォーカシングに際して移動することを特徴とする請求項１１に記載の投射光学系。
【請求項１３】
光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子からの光を被投射面に導く請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の投射光学系と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
前記拡大側レンズ群と前記縮小側レンズ群の光軸方向の移動を指示するための操作手段と、該操作手段の操作に応じて前記拡大側レンズ群と前記縮小側レンズ群との移動を調整する移動調整手段と、を有することを特徴とする請求項１３に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像をスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（プロジェクター）に用いる投射光学系に関するものであり、特に投射画角の広い投射光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、投射型表示装置では高い臨場感を得るための種々の工夫が種々となされている。例えば、投射型表示装置を使用してドーム型スクリーンに映像を投影し、観察者に対して広い視野角を形成することで高い演出効果を与える試みがなされている。また投射型表示装置に用いられる投射光学系には、短い投射距離で大きな投射画面が求められる場合が多いことから広画角の投射が容易であることが求められている。
【０００３】
通常の投射型表示装置では平面のスクリーン全体でピントが合うようにするために、投射光学系その像面が限りなく平面に近いように設計する。このため、臨場感を得るために曲率をもったスクリーンなどに投射する場合は、スクリーンの中心などのフォーカスを合わせた位置ではピントを合わせられるが、そのほかの位置では平面からの差異に従ってピントがぼけてしまう。
【０００４】
従来、曲面よりなるスクリーン全体にピントが合うように設計された投射光学系が知られている（特許文献１、２）。特許文献１、２では、スクリーンの平均曲率に従ってレンズユニットを移動させ、像面湾曲を発生させることで曲率をもったスクリーンに投射した場合でも、平面に投射したときと同様に投射画像全体にピントが合うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１２６０３６号公報
【特許文献２】特開２０１７−４９４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
像面湾曲の調整機能を有する投射光学系において投射画角の広画角化を図ると、像面湾曲を調整するレンズ群の有効径が大きくなってくる。特に広画角の投射が容易なレトロフォーカスタイプの投射光学系では、広画角になるほど像面湾曲を調整するレンズ群のレンズ径が大きくなってくる。像面湾曲を調整するレンズ群の有効径が増大すると重量が増してきて側面湾曲を迅速に調整することが困難になってくる。
【０００７】
本発明は、側面湾曲を調整する機能を有し、広画角の投射においても、投射光学系全体の小型化を図り、特に像面湾曲を調節するレンズ群の小型化が容易な投射光学系及びそれを有する投射型表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の投射光学系は、縮小共役側に配置され、画像表示素子に表示される画像を拡大共役側へ投射する投射光学系であって、前記投射光学系は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、第１光学系、第２光学系より構成され、前記投射光学系は前記第１光学系と前記第２光学系の間に中間結像位置を有し、前記第１光学系に含まれる拡大側レンズ群と、前記第２光学系に含まれる縮小側レンズ群とを、光軸上を移動させることで拡大共役側に投射した像の像面湾曲を調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、像面湾曲を調整する機能を有し、広画角の投射においても、投射光学系全体の小型化を図り、特に像面湾曲を調節するレンズ群の小型化が容易な投射光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における投射光学系のレンズ断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例１における投射光学系のＭＴＦデフォーカス特性である。
【図３】実施例２における投射光学系のレンズの断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例２における投射光学系のＭＴＦデフォーカス特性である。
【図５】実施例３における投射光学系のレンズの断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例３における投射光学系のＭＴＦデフォーカス特性である。
【図７】本発明の投射型表示装置の概略図である。
【図８】実施例１の投射光学系を２台用いた、半球スクリーンへの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の投射光学系は、縮小共役側に配置され、画像表示素子に表示される画像を拡大共役側へ投射する。
【００１２】
投射光学系は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、第１光学系、第２光学系より構成されている。第１光学系と第２光学系の間に中間結像位置を有する。第１光学系は光軸上移動する拡大側レンズ群を有し、第２光学系は光軸上移動する縮小側レンズ群を有している。拡大側レンズ群と縮小側レンズ群を光軸方向に移動させて拡大共役側に投射した像の像面湾曲を調整する。
【００１３】
図１、図３、図５は本発明の投射光学系の実施例１乃至３のレンズ断面図である。図２、図４、図６は本発明の投射光学系の実施例１乃至３のＭＴＦディフォーカス特性の説明図である。図７は、本発明の投射型表示装置の要部概略図である。図８は、本発明の投射光学系を２台用いて半球スクリーンへ投射したときの説明図である。
【００１４】
レンズ断面図において、Ｌ０は投射光学系である。Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系である。Ｌ１ａは第Ｌ１ａレンズ群、Ｌ１ｂは第Ｌ１ｂレンズ群、Ｌ１ｃは第Ｌ１ｃレンズ群、Ｌ１ｄは第Ｌ１ｄレンズ群である。Ｌ２ａは第Ｌ２ａレンズ群、Ｌ２ｂは第Ｌ２ｂレンズ群、Ｌ２ｃは第２Ｌ２ｃレンズ群である。ＬＤは画像表示素子であり、例えば液晶パネルからなり、被投射画像が配置される。
【００１５】
次に、本発明の投射光学系の各実施例の構成について説明する。
【００１６】
各実施の投射光学系Ｌ０は、画像（画像表示面）の光を被投射面（スクリーン）に投射する。例えば被投射面の形状（凹形状または凸形状など）に応じて、投射像の像面湾曲を調整する。各実施例の投射光学系Ｌ０は、拡大側（スクリーン側）（被投射面側）から縮小側（画像表示面側）へ順に配置された、第１光学系Ｌ１と、第２光学系Ｌ２より構成される。
【００１７】
拡大側の拡大共役点が第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の間の中間結像位置に結像し、中間結像位置に結像した像が縮小側の縮小共役点に再結像する投射光学系である。第１光学系Ｌ１は少なくとも１つの拡大側レンズ群を有し、第２光学系Ｌ２は少なくとも１つの縮小側レンズ群を有し、像面湾曲調整のために拡大側レンズ群と縮小側レンズ群は光軸方向に移動する。
【００１８】
各実施例は、拡大側共役点を投射光学系Ｌ０内に結像し、結像した像を縮小側共役点に再結像する投射光学系である。ここで第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の間の光軸上の共役点を中間結像位置Ｍ０と記す。投射光学系Ｌ０内の第１光学系Ｌ１は広角部、第２光学系Ｌ２はリレー部に相当する。
【００１９】
各実施例の第１光学系Ｌ１は縮小光学系で、拡大共役点の縮小像を中間結像として形成する。第２光学系Ｌ２は、中間結像を縮小共役点に結像する。これにより、第１光学系Ｌ１の拡大側のレンズ径を小型化している。
【００２０】
各実施例では第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の双方に像面湾曲を調整するレンズ群を設け、拡大側レンズ群と縮小側レンズ群を光軸方向に移動することで、投射像の像面湾曲を調整する。このように設定すると、拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の双方で像面湾曲の調整群は、レンズ径が小型で像面湾曲の敏感度が高いレンズ群となる。その結果、像面湾曲を調節するレンズ群を小型化にした投射光学系が得られる。
【００２１】
１つのレンズ群のみで像面湾曲を調整すると、他の収差を抑えつつ像面湾曲のみ調整するのが困難となる。拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の双方に像面湾曲の調整機能を設けることで、像面湾曲以外の諸収差の変動を抑え、良好な画像を得ている。
【００２２】
第１光学系Ｌ１のみで像面湾曲を調整するレンズ群を複数設けると、第１光学系Ｌ１が大型化し像面湾曲を調整するレンズ群が大型化するため良くない。例えば像面湾曲の調整のためレンズ群を光軸方向に移動するメカ機構を第１光学系Ｌ１に複数構成する必要があり、レンズ群の間隔を大きく設ける必要があり、この結果第１光学系Ｌ１が大型化する。拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の双方に調整機能を設けると、像面湾曲を調節するレンズ群を小型化できる投射光学系Ｌ０が得られる。
【００２３】
また、第２光学系Ｌ２のみで像面湾曲を調整するレンズ群を複数設けると、レンズ群の像面湾曲の敏感度が大きくないため、僅かな像面湾曲の変化しか得ることができない。よって像面湾曲の調整の機能をなさないため良くない。拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の双方に調整機能を設けると、像面湾曲の敏感度が高いレンズ群を有する投射光学系Ｌ０を得ることができる。
【００２４】
各実施例において、投射光学系Ｌ０の焦点距離をｆ、拡大側レンズ群の焦点距離をｆＦとする。縮小側レンズ群の焦点距離をｆＲとする。拡大側レンズ群の最も縮小側にある面の面頂点と投射光学系Ｌ０の無限遠に合焦時のｄ線波長における前記中間結像位置との距離をｄＦとする。投射光学系Ｌ０の無限遠に合焦時のｄ線波長における前記中間結像位置と縮小側レンズ群の最も拡大側にある面の面頂点との距離をｄＲとする。
【００２５】
このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
【００２６】
１．５＜｜ｆＦ／ｆ｜＜１０．０              ・・・（１）
６．０＜｜ｆＲ／ｆ｜＜４０．０              ・・・（２）
４．０＜｜ｄＦ／ｆ｜＜１５．０              ・・・（３）
８．０＜｜ｄＲ／ｆ｜＜１５．０              ・・・（４）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【００２７】
条件式（１）の下限を超えると、広角端での投射光学系Ｌ０の焦点距離に対して拡大側レンズ群の焦点距離が短くなりすぎる。そうすると、拡大側レンズ群が光軸方向に移動した場合に像面湾曲収差以外の収差の変化も大きくなるため、好ましくない。
【００２８】
条件式（１）の上限を超えると、広角端での投射光学系Ｌ０の焦点距離に対して拡大側レンズ群の焦点距離が長くなりすぎる。そうすると、拡大側レンズ群が光軸方向に移動した場合に小さい像面湾曲の変化しか得ることができないため、好ましくない。
【００２９】
従って、拡大側レンズ群を、条件式（１）を満たすように焦点距離を設定することで像面湾曲を調整することが容易になる。
【００３０】
好ましくは、条件式（１）は以下の条件式（１ａ）を満たすのが良い。
【００３１】
２．２＜｜ｆＦ／ｆ｜＜６．５            ・・・（１ａ）
より好ましくは、条件式（１ａ）は以下の条件式（１ｂ）を満たすのが良い。
【００３２】
２．２＜｜ｆＦ／ｆ｜＜３．６            ・・・（１ｂ）
条件式（２）の下限を超えると、広角端での投射光学系Ｌ０の焦点距離に対して縮小側レンズ群の焦点距離が短くなりすぎる。そうすると、縮小側レンズ群が光軸方向に移動した場合に像面湾曲収差以外の収差の変化も大きくなるため、好ましくない。条件式（２）の上限を超えると、広角端での投射光学系Ｌ０の焦点距離に対して縮小側レンズ群の焦点距離が長くなりすぎる。そうすると、縮小側レンズ群が光軸方向に移動した場合に小さい像面湾曲の変化しか得ることができないため、好ましくない。
【００３３】
従って、縮小側レンズ群を、条件式（２）を満たすように焦点距離を設定することで像面湾曲を調整することが容易になる。
【００３４】
好ましくは、条件式（２）は以下の条件式（２ａ）を満たすのが良い。
【００３５】
８．０＜｜ｆＦ／ｆ｜＜３５．０          ・・・（２ａ）
より好ましくは、条件式（２ａ）は以下の条件式（２ｂ）を満たす。
【００３６】
１０．０＜｜ｆＦ／ｆ｜＜３２．０        ・・・（２ｂ）
条件式（３）の下限を超えると、投射光学系Ｌ０の中間結像位置Ｍ０と拡大側レンズ群が近くなりすぎる。このため、拡大側レンズ群が第１光学系Ｌ１にある投射光学系Ｌ０の絞り面、または、第２光学系Ｌ２にある投射光学系Ｌ０の絞り面に共役な面から遠ざかり、拡大側レンズ群に入射する軸外主光線の光軸からの高さが大きくなりすぎる。その結果、拡大側レンズ群のレンズ径が大きくなるため、好ましくない。
【００３７】
条件式（３）の上限を超えると、投射光学系Ｌ０の中間結像位置Ｍ０と拡大側レンズ群が遠くなりすぎる。そうすると、第１光学系Ｌ１が大型化し投射光学系Ｌ０が大型化するため、好ましくない。
【００３８】
好ましくは条件式（３）は以下の条件式（３ａ）を満足するのが良い。
【００３９】
５．０＜｜ｄＦ／ｆ｜＜１２．０          ・・・（３ａ）
より好ましくは条件式（３ａ）は以下の条件式（３ｂ）を満足するのが良い。
【００４０】
５．５＜｜ｄＦ／ｆ｜＜１０．８          ・・・（３ｂ）
条件式（４）の下限を超えると、投射光学系Ｌ０の中間結像位置と縮小側レンズ群が近くなりすぎる。そうすると、縮小側レンズ群が第２光学系Ｌ２にある投射光学系の絞り面、または、第１光学系Ｌ１にある投射光学系Ｌ０の絞り面に共役な面から遠ざかり、縮小側レンズ群に入射する軸外主光線の光軸からの高さが大きくなりすぎる。その結果、縮小側レンズ群のレンズ径が大きくなるため、好ましくない。
【００４１】
条件式（４）の上限を超えると、投射光学系Ｌ０の中間結像位置Ｍ０と縮小側レンズ群の距離が長くなりすぎる。そうすると、第２光学系Ｌ２が大型化し投射光学系Ｌ０が大型化するため、好ましくない。
【００４２】
好ましくは条件式（４）は以下の条件式（４ａ）を満足するのが良い。
【００４３】
１０．０＜｜ｄＲ／ｆ｜＜１３．０          ・・・（４ａ）
より好ましくは、条件式（４ａ）は以下の条件式（４ｂ）を満たす。
【００４４】
１１．０＜｜ｄＲ／ｆ｜＜１２．７          ・・・（４ｂ）
次に各実施例の投射光学系Ｌ０について説明する。
【００４５】
各実施例の投射光学系Ｌ０は投射型表示装置用に設計された投射光学系であり、液晶パネルＬＤ（光変調素子）によって変調された光を不図示のスクリーン（被投影面）に投射する。最も縮小側に投射光学系Ｌ０と液晶パネルＬＤの間には、屈折力を持たないプリズムガラスＰＲが配置されている。プリズムガラスＰＲは、プロジェクターにおいて色合成などの用途で必要となる。
【００４６】
レンズ断面図において紙面左側が拡大側、紙面右側が縮小側である。投射光学系Ｌ０は、拡大側より順に、第１光学系Ｌ１、第２光学系Ｌ２を有する。中間結像位置Ｍ０は第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の間に位置している。スクリーン面が拡大側結像面、液晶パネルＬＤが縮小側結像面である。
【００４７】
実施例１において、第１光学系Ｌ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された像面湾曲の調整に際して不動の負の屈折力の第Ｌ１ａレンズ群Ｌ１ａ、拡大側レンズ群Ｌ１ｂを有する。更に、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ１ｃレンズ群Ｌ１ｃより構成されている。拡大側レンズ群Ｌ１ｂは正の屈折力である。
【００４８】
第２光学系Ｌ２は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群Ｌ２ａ、縮小側レンズ群Ｌ２ｂ、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群Ｌ２ｃより構成されている。縮小側レンズ群Ｌ２ｂはフォーカシングに際して移動し、正の屈折力である。
【００４９】
図２は本発明の実施例のｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性の説明図である。ＭＴＦは、ｄ線波長の空間周波数６０ｌｐ／ｍｍで算出を行っている。液晶パネルＬＤ上の軸上像高と周辺像高（７．８ｍｍ）の場合のＭＴＦデフォーカス特性を示し、それぞれスクリーンの画面中心と画面周辺に対応する。ＭＴＦグラフの縦の点線は軸上像高のＭＴＦピーク位置、すなわち軸上画角の像面位置を表している。
【００５０】
図２（Ａ）は投射距離が３５００ｍｍで平面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。実施例１は、平面を基準にして設計がなされており、図２（Ａ）に示すように、画面中心から画面周辺まで、像面湾曲の変動の少ない投射光学系となっている。しかしながら、前述したように、曲率をもったスクリーンなど平面ではない面に投射する場合はスクリーンの中心など特定の位置では平面に投射した場合と同様にピントを合わせられるが、そのほかの位置では平面からの差異に従ってピントがぼけてしまう。
【００５１】
図２（Ｂ）は曲率半径Ｒ＝１７５０ｍｍの曲面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。すなわち、像高ごとに曲面スクリーンに対応した物体距離に変更した場合のＭＴＦデフォーカス特性である。周辺像高においては、メリディオナル像面のＭＴＦピーク位置が約８０μｍ程度マイナス側に移動するため、画面周辺部の画質が大きく低下する。
【００５２】
図２（Ｃ）は実施例１において像面湾曲が変化するように拡大側レンズ群Ｌ１ｂを縮小側に１．８６ｍｍ調整し縮小側レンズ群Ｌ２ｂを拡大側に０．０９ｍｍ調整した例を示している。図２（Ｃ）は図２（Ｂ）と比較して、軸上のＭＴＦデフォーカス特性を保ちつつ、かつ画面周辺部のＭＴＦピーク位置が改善している。以上図２から、光軸のピントずれが少なく、像面湾曲を調整可能であって、調整前に対してより良好な画像が得られることがわかる。
【００５３】
図８は実施例１の投射光学系を例にとり、２台用いた、曲率半径Ｒ＝１７５０ｍｍの半球スクリーンへの適応例を表す。図８に示すように、実施例１の投射光学系を用いた投射型表示装置Ｐ１および投射型表示装置Ｐ２を対向させ投影することで、半球ドームのスクリーン面に投射することができる。前述した周辺像高（７．８ｍｍ）の像高は、半球スクリーンの天頂部に対応する。前述した像面湾曲の調整を行うことで、半球ドームのスクリーン面全体で良好な画像を得ることができる。
【００５４】
このように本実施例では、第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２の双方に像面湾曲を調整するレンズ群を設けることで、像面湾曲を大きく変化させることができ、より曲率の大きい被投射面に対応している。
【００５５】
実施例２において、第１光学系Ｌ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の負の屈折力の第Ｌ１ａレンズ群Ｌ１ａ、拡大側レンズ群Ｌ１ｂを有する。更に、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ１ｃレンズ群Ｌ１ｃ、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第Ｌ１ｄレンズ群Ｌ１ｄより構成されている。拡大側レンズ群Ｌ１ｂは負の屈折力である。
【００５６】
第２光学系Ｌ２は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群Ｌ２ａ、縮小側レンズ群Ｌ２ｂ、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群Ｌ２ｃより構成されている。縮小側レンズ群Ｌ２ｂは、正の屈折力である。
【００５７】
図４は実施例２のｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性の説明図である。ＭＴＦは、ｄ線波長の空間周波数６０ｌｐ／ｍｍで算出を行っている。液晶パネルＬＤ上の軸上像高と周辺像高（７．８ｍｍ）の場合のＭＴＦデフォーカス特性を示し、それぞれスクリーンの画面中心と画面周辺に対応する。ＭＴＦグラフの縦の点線は軸上像高のＭＴＦピーク位置、すなわち軸上画角の像面位置を表している。
【００５８】
図４（Ａ）は投射距離が２０００ｍｍで平面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。実施例２は、平面を基準にして設計がなされており、図４（Ａ）に示すように、画面中心から画面周辺まで、像面湾曲の変動の少ない投射光学系となっている。
【００５９】
図４（Ｂ）は曲率半径Ｒ＝１０００ｍｍの曲面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。すなわち、像高ごとに曲面スクリーンに対応した物体距離に変更した場合のＭＴＦデフォーカス特性である。周辺像高においては、メリディオナル像面のＭＴＦピーク位置が約８０μｍ程度マイナス側に移動するため、画面周辺部の画質が大きく低下する。
【００６０】
図４（Ｃ）は実施例２において像面湾曲が変化するように拡大側レンズ群Ｌ１ｂを拡大側に０．１４ｍｍ調整し、縮小側レンズ群Ｌ２ｂを縮小側に０．０９ｍｍ調整した例を示している。図４（Ｃ）は図４（Ｂ）と比較して、軸上のＭＴＦデフォーカス特性を保ちつつ、かつ画面周辺部のＭＴＦピーク位置が改善している。以上図４から、光軸のピントずれが少なく、像面湾曲を調整可能であって、調整前に対してより良好な画像が得られることがわかる。
【００６１】
実施例３において、第１光学系Ｌ１は拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、拡大側レンズ群Ｌ１ａ、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力のＬ１ｂレンズ群Ｌ１ｂより構成されている。拡大側レンズ群Ｌ１ｂは負の屈折力である。
【００６２】
第２光学系Ｌ２は、拡大共役側から縮小共役側へ順に配置された、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ａレンズ群Ｌ２ａ、縮小側レンズ群Ｌ２ｂ、像面湾曲の調整に際して不動の正の屈折力の第Ｌ２ｃレンズ群Ｌ２ｃより構成されている。縮小側レンズ群Ｌ２ｂは、正の屈折力であり、第Ｌ２ｃレンズ群Ｌ２ｃはフォーカシングに際して移動する。
【００６３】
実施例３はフォーカス調整群と、像面湾曲を調整するレンズ群とを分けている。このように機能を分離することで、フォーカス構成の簡略化を達成し、曲面スクリーンへの調整や、レンズユニットの組みつけ後にバックフォーカスがずれた場合の不要な像面湾曲の発生を低減している。
【００６４】
一方、実施例１のように２つのレンズ群を移動して、光軸のピント変化と像面湾曲の変化を打ち消し合いながらピント変化と像面湾曲の程度を調整する方法であれば、移動レンズ群を軽量化することで高い光学性能が達成できる。
【００６５】
図６は実施例３のｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性の説明図である。ＭＴＦは、ｄ線波長の空間周波数６０ｌｐ／ｍｍで算出を行っている。液晶パネルＬＤ上の軸上像高と周辺像高（７．８ｍｍ）の場合のＭＴＦデフォーカス特性を示し、それぞれスクリーンの画面中心と画面周辺に対応する。ＭＴＦグラフの縦の点線は軸上像高のＭＴＦピーク位置、すなわち軸上画角の像面位置を表している。
【００６６】
図６（Ａ）は投射距離が２０００ｍｍで平面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。実施例３は、平面を基準にして設計がなされており、図６（Ａ）に示すように、画面中心から画面周辺まで、像面湾曲の変動の少ない投射光学系となっている。
【００６７】
図６（Ｂ）は曲率半径Ｒ＝１０００ｍｍの曲面スクリーンに投影像を投影する場合の、ｄ線波長におけるＭＴＦデフォーカス特性である。すなわち、像高ごとに曲面スクリーンに対応した物体距離に変更した場合のＭＴＦデフォーカス特性である。周辺像高においては、メリディオナル像面のＭＴＦピーク位置が約８０μｍ程度マイナス側に移動するため、画面周辺部の画質が大きく低下する。
【００６８】
図６（Ｃ）は実施例３において像面湾曲が変化するように拡大側レンズ群Ｌ１ａを縮小側に０．１４ｍｍ調整し、縮小側レンズ群Ｌ２ｂを拡大側に０．５４ｍｍ調整した例を示している。図６（Ｃ）は図６（Ｂ）と比較して、軸上のＭＴＦデフォーカス特性を保ちつつ、かつ画面周辺部のＭＴＦピーク位置が改善している。以上図６から、光軸のピントずれが少なく、像面湾曲を調整可能であって、調整前に対してより良好な画像が得られることがわかる。
【００６９】
次に、図７を用いて本発明の各実施例で示す投射光学系を搭載可能な投射型表示装置（プロジェクター）Ｐの構成を説明する。
【００７０】
図７において、光源１は高圧水銀ランプあるいは、レーザーダイオードやＬＥＤなどの固体光源と蛍光体を備える光源ユニットよりなり、白色光を発する。照明光学系２は、光源１からの光束を後述の色分離合成系３に導く。色分離合成系３は、照明光学系２からの光を光変調素子４に導くとともに、光変調素子４からの光を投射光学系５に導く。
【００７１】
光変調素子４は例えば反射型液晶パネルよりなり、青色用パネル、緑色用パネル、赤色用パネルを備えており、色分離合成系３が備える各光学素子によって分離された青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ画像信号に基づいて変調する。
【００７２】
投射光学系５は各実施例で示す投射光学系よりなり、色分離合成系３を介した光変調素子４からの光をスクリーン（被投射面）６に導く。図７においてスクリーン６はプロジェクターＰ側に凹形状の曲面スクリーンである。投射光学系５は、拡大側から縮小側へ順に、像面湾曲を調整する前述の拡大側レンズ群Ｌ１ｂと縮小側レンズ群Ｌ２ｂを備えている
以上の構成により、投射型表示装置Ｐはスクリーン６に画像を投射するが、以下の構成をさらに備えていても良い。すなわち、投射型表示装置Ｐは、操作手段の指示に応じて拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の光軸方向の移動を調整する移動調整手段７と、スクリーン６（被投射面）の形状を計測する形状計測手段を備える。そして、移動調整手段７は形状計測手段からの情報に基づいて拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の光軸方向の移動を調整するように構成されていてもよい。
【００７３】
移動調整手段７は、例えば、拡大側レンズ群と縮小側レンズ群を光軸方向に移動させるための駆動手段あるいは駆動手段を制御するための駆動制御手段である。駆動手段は、ユーザーが操作リングを操作することで拡大側レンズ群と縮小側レンズ群を光軸方向に移動させるカム機構のようなメカ的な構成であっても、アクチュエーター等であってもよい。
【００７４】
形状計測手段は、撮像光学系８および撮像素子９のことを示し、撮像光学系８および撮像素子９を撮像装置とする。撮像光学系８がスクリーン６からの光を撮像素子９に導き、撮像素子９からの情報を移動調整手段７に送り、その情報に基づいて移動調整手段７が拡大側レンズ群と縮小側レンズ群の光軸方向の位置を調整する。
【００７５】
拡大側レンズ群と縮小側レンズ群はユーザーの手動操作（操作手段）によって光軸方向の移動を調整しても良い。しかしながら、上記の構成とすることでスクリーン６の形状に応じて自動的にそのスクリーン６の形状に適した像面湾曲を発生させることができ、ユーザーの負担を低減することが容易となる。
【００７６】
各実施例の実施例１乃至３の数値データ１乃至３を以下に記載する。
【００７７】
面番号は拡大共役側より縮小共役側へ順に各レンズの面に付した番号であり、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄ、νｄは材料のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数である。面番号の右側に＊（アスタリスク）が付記されているレンズ面は、以下の関数に従った非球面形状であることを示し、数値データにその係数を示している。Ｋはコーニック係数、ｙは径方向の座標、ｚは光軸方向の座標をそれぞれ示す。Ｒは、近軸曲率半径を示す。Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は、４次、６次、８次、１０次の非球面係数をそれぞれ示す。
【００７８】
【数１】
2020112587.tif 000003
【００７９】
なお、以下の数値データにおいて、投射光学系全系の焦点距離を絶対値｜ｆ｜で示している。これは、投射光学系レンズ内で中間結像位置を形成するため、最終像面における像は正立像になる。このため、全系の焦点距離が定義によっては負の値になる場合がある。しかし、全系の屈折力は正なので、絶対値で焦点距離を表わした。これは、他の実施データに関しても同様である。各レンズ群の焦点距離も示す。
【００８０】
また、各実施例のそれぞれの投射光学系に関する条件式（１）、（２）、（３）、（４）の数値を表１に示している。
【００８１】
（数値データ１）
面番号       r        d      nd         vd
1*        54.596    3.50   1.88300    40.8           
2         16.000   11.00                             
3*        22.344    3.00   1.49700    81.5           
4         14.706  (可変)                             
5       -211.175    2.00   1.85478    24.8           
6         26.460    5.07   1.63246    63.8           
7        -66.667    3.30                             
8         90.243    2.60   1.78650    50.0           
9        -28.809  (可変)                             
10        -42.283    2.00   1.95906    17.5           
11         21.487    0.41                             
12        292.331    0.93   1.88500    30.2           
13        -30.778    5.98                             
14        293.669    4.29   1.43875    94.7           
15        -13.406   21.70                             
16         57.645    4.80   1.85025    30.1           
17       -309.483    1.34                             
18         22.273    7.03   1.85025    30.1           
19         55.556  (可変)                             
20*       -11.408    2.00   1.80809    22.8           
21       1118.297    4.73                             
22        -15.095    3.67   1.88500    30.2           
23        -13.883    9.18                             
24         88.928    5.41   1.69560    59.0           
25        -36.191    0.50                             
26         28.785    3.29   1.80810    22.8           
27        153.183   11.62                             
28        -32.931    1.50   1.62536    35.6           
29         24.203    8.05                             
30(絞り)    ∞      10.86                             
31         18.350   10.28   1.43875    94.7           
32        -35.537  (可変)                             
33        -15.652    1.50   1.92119    24.0           
34       4029.917    5.00                             
35        260.240    7.88   1.43875    94.7           
36        -29.017    0.10                             
37        135.317    6.18   1.59522    67.7           
38*       -35.408  (可変)                             
39        -36.136    5.02   1.43385    95.2           
40        -26.848  (可変)                             
41          ∞      38.70   1.51633    64.1           
42          ∞       3.43                             
43          ∞      19.50   1.80518    25.4           
44          ∞       2.00                            
像面     
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000  A 4= 8.80010e-006  A 6=-8.70650e-009  A 8= 9.44051e-012  
第3面
K = 0.00000e+000  A 4= 6.59749e-005  A 6=-4.99813e-008  A 8= 7.32054e-010  
第20面
K = 0.00000e+000  A 4=-2.20816e-005  A 6= 3.15978e-007  A 8= 1.04873e-009  
第38面
K = 0.00000e+000  A 4= 1.45454e-005  A 6= 5.36648e-009  A 8= 9.74013e-012  A10= 7.43975e-015  
焦点距離       8.16     
Fナンバー      3.00    
画角          57.88    
d 4           11.96   
d 9            2.14   
d19           23.12   
d32            7.73    
d38            2.71   
d40            4.00     
群  始面    焦点距離  
L1a    1     -18.60  
L1b    5      28.55  
L1c   10      17.08  
L2a   20      21.90  
L2b   33     205.19  
L2c   39     206.92  
（数値データ２）
面番号       r        d      nd         vd
1*        41.510    2.00   1.76385    48.5           
2         13.916    7.56                             
3         22.389    1.50   1.43875    94.7           
4          8.790  (可変)                             
5*        48.542    1.00   1.63980    34.5           
6          9.065   11.34                             
7        -13.172    2.88   1.43875    94.9           
8        -11.141  (可変)                             
9         20.720    1.00   1.51742    52.4           
10         11.014    6.14   1.43875    94.7           
11        -16.334    0.15                             
12(絞り)    ∞       0.15                             
13         20.261    4.75   1.43875    94.7           
14        -12.268    1.00   1.88300    40.8           
15        121.106  (可変)                             
16         35.891    3.47   1.88100    40.1           
17        -23.383    7.80                             
18        -13.248    0.80   1.85478    24.8           
19        -48.543    0.96                             
20        -15.277    1.00   1.85478    24.8           
21        124.424    2.25                             
22         19.534    5.30   2.00069    25.5           
23*       -20.903  (可変)                             
24        157.801    5.08   1.59522    67.7           
25        -31.390    1.50                             
26         86.497    1.50   1.80810    22.8           
27         29.773   13.84                             
28         89.857    3.51   1.84666    23.9           
29        -69.499  (可変)                             
30        -91.017    4.40   1.43875    94.7           
31        -28.809  (可変)                             
32         40.144    4.26   1.43875    94.7           
33        -21.846    1.30   1.66565    35.6           
34         27.328    5.00                             
35        -19.173    1.50   1.91082    35.3           
36        -30.100    0.10                             
37         30.929    6.86   1.43875    94.7           
38        -25.349    3.60                             
39        -35.683    1.94   1.55332    71.7           
40*       -27.212  (可変)                             
41          ∞      38.70   1.51633    64.1           
42          ∞       3.43                             
43          ∞      19.50   1.80518    25.4           
44          ∞       9.78                              
像面       
非球面データ
第1面
K = 3.48651e+000  A 4= 2.84442e-005  A 6=-7.00711e-008  A 8= 1.47856e-010  A10=-1.16444e-013  
第5面
K = 0.00000e+000  A 4=-1.10120e-004  A 6=-1.76192e-007  A 8=-1.29230e-008  A10= 4.93398e-011  
第23面
K = 0.00000e+000  A 4= 2.48581e-004  A 6=-1.26765e-006  A 8= 5.26975e-009  A10=-1.34301e-011  
第40面
K =-1.04625e+000  A 4= 1.01709e-005  A 6= 1.13959e-008  A 8= 1.21312e-010  
焦点距離       8.18     
Fナンバー      3.00    
画角          57.82    
d 4            6.06    
d 8            2.01    
d15            2.39     
d23           40.57    
d29           42.85   
d31            1.00   
d40            8.29   
群  始面    焦点距離  
L1a    1     -13.57  
L1b    5     -26.24  
L1c    9      31.49  
L1d   16      21.52  
L2a   24      41.51  
L2b   30      94.04  
L2c   32     200.93  
（数値データ３）
面番号       r        d      nd         vd
1*        46.597    3.50   1.88300    40.8           
2         16.000   11.00                             
3*        28.655    3.00   1.49700    81.5           
4         15.939  (可変)                             
5        -52.341    2.00   1.85478    24.8           
6         40.015    4.80   1.63246    63.8           
7       -105.710    3.31                             
8        370.254    3.40   1.78650    50.0           
9        -28.718    5.70                             
10        -46.753    2.00   1.95906    17.5           
11         27.607    0.42                             
12        204.148    1.23   1.88500    30.2           
13        -30.350    5.30                             
14         58.178    4.50   1.43875    94.7           
15        -16.124   17.29                             
16        245.105    2.94   1.85025    30.1           
17       -178.194    7.63                             
18         20.878    8.46   1.85025    30.1           
19         55.556  (可変)                             
20*       -12.263    2.00   1.80809    22.8           
21       -785.256    4.00                             
22        -23.735    5.63   1.88500    30.2           
23        -17.369    9.18                             
24        161.032    6.54   1.69560    59.0           
25        -39.723    0.50                             
26         42.963    3.82   1.80810    22.8           
27       1002.049   20.86                             
28        -22.089    1.50   1.62536    35.6           
29         28.221    0.65                             
30(絞り)    ∞      10.86                             
31         47.605    5.77   1.43875    94.7           
32        -27.851  (可変)                             
33        -57.105    1.50   1.92119    24.0           
34       1528.331    5.00                             
35        299.572    8.58   1.43875    94.7           
36        -28.620    0.48                             
37        -94.675    1.60   1.59522    67.7           
38*       -85.177  (可変)                             
39         52.710    8.35   1.43385    95.2           
40        -66.969  (可変)                             
41          ∞      38.70   1.51633    64.1           
42          ∞       3.43                             
43          ∞      19.50   1.80518    25.4           
44          ∞       2.71                            
像面      
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000  A 4= 8.82160e-006  A 6=-1.01616e-008  A 8= 1.31424e-011  
第3面
K = 0.00000e+000  A 4= 7.26778e-005  A 6=-4.04721e-008  A 8= 5.58849e-010  
第20面
K = 0.00000e+000  A 4=-3.00624e-005  A 6= 2.31179e-007  A 8= 9.89551e-010  
第38面
K = 0.00000e+000  A 4= 6.31375e-006  A 6= 5.31125e-010  A 8= 1.76980e-011  A10=-1.51238e-014  
焦点距離       8.17     
Fナンバー      3.00     
画角          57.86   
d 4           11.60  
d19           19.43   
d32            8.32   
d38            0.00   
d40            4.00    
群  始面    焦点距離  
L1a    1     -18.67  
L1b    5      22.07  
L2a   20      38.62  
L2b   33     255.39  
L2c   39      69.45  
【００８２】
【表１】
2020112587.tif 000004
【符号の説明】
【００８３】
Ｌ０  投射光学系    Ｌ１  第１光学系    Ｌ２  第２光学系
【図１】
2020112587.tif 000005
【図２】
2020112587.tif 000006
【図３】
2020112587.tif 000007
【図４】
2020112587.tif 000008
【図５】
2020112587.tif 000009
【図６】
2020112587.tif 000010
【図７】
2020112587.tif 000011
【図８】
2020112587.tif 000012