(57)【要約】【課題】  投射距離が非常に短く、ズーミング可能であり、小型で、光利用効率が変倍によって変化しない投射光学系を提供する。【解決手段】  画像形成部１０に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系１００であって、拡大側から縮小側へのズーミングに際し移動する移動レンズ群１２と、前記移動レンズ群１２よりも前記画像形成部１０側に固定配置された開口絞り１１１と、前記移動レンズ群１２よりも前記被投射面側に配置された反射面１０２と、を有してなる投射光学系１００による。【選択図】図１
2014170129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系であって、
拡大側から縮小側へのズーミングに際し移動する移動レンズ群と、
前記移動レンズ群よりも前記画像形成部側に固定配置された開口絞りと、
前記移動レンズ群よりも前記被投射面側に配置された反射面と、
を有してなることを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記投射光学系が備えるレンズ系は、非テレセントリック光学系である、請求項１記載の投射光学系。
【請求項３】
前記開口絞りを含む固定レンズ群と、
前記移動レンズ群と前記反射面との光路中に配置される第３レンズ群と、
を備え、
前記固定レンズ群は正の屈折力を有し、
前記移動レンズ群は正の屈折力を有し、
前記第３レンズ群は負の屈折力を有する、
請求項１または２記載の投射光学系。
【請求項４】
前記反射面は、前記ズーミングに際し固定である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項５】
前記反射面は、凹面ミラーで、
前記凹面ミラーで拡大投影される中間像が、前記第３レンズ群と前記反射面との間に形成される、
請求項３または４記載の投射光学系。
【請求項６】
前記画像形成部の画像形成面を含む平面と、前記固定レンズ群と前記移動レンズ群と前記第３レンズ群とが共有する光軸と、の交点に対する、前記固定レンズ群と前記移動レンズ群と前記第３レンズ群とによる共役点は、前記ズーミングに際して、前記光軸上を前記画像形成部側に移動した後に前記被投射面側に移動する、
請求項３乃至５のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項７】
前記固定レンズ群と前記移動レンズ群と前記第３レンズ群のうち、前記ズーミングに際し移動するのは前記移動レンズ群のみであり、
前記移動レンズ群の拡大側の横倍率をβｗ、
前記移動レンズ群の縮小側の横倍率をβｔ、
としたとき、
βｗ  ＜  −１  ＜  βｔ
を満たす、
請求項３乃至６のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項８】
前記画像形成部は、前記光軸上に位置しない、
請求項３乃至７のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項９】
前記第３レンズ群を構成する複数のレンズの一部または全部を移動することでフォーカシングする、
請求項３乃至８のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項１０】
前記画像形成部の画像形成面の法線と、前記被投射面の法線とは、平行である、
請求項１乃至９のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項１１】
前記第３レンズ群を構成する複数のレンズには、非球面レンズが含まれる、
請求項３乃至１０のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項１２】
前記反射面は、自由曲面または非球面である、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項１３】
画像形成部に光源からの光を照射する照明光学系と、
前記画像形成部に形成された画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
を有し、
前記投射光学系は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の投射光学系である、
ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンに拡大画像を投射して表示する画像表示装置に適用可能な投射光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成部で形成された画像を被投射面であるスクリーンへと投射する投射光学系を備える画像表示装置（プロジェクタ）が、広く知られている。このようなプロジェクタの画像形成部には、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶パネルなどが用いられる。近年、投射距離をより短くしつつ、大画面表示を可能にする超短投射距離のフロント投射型プロジェクタの需要が高まっている。
【０００３】
超短投射距離のプロジェクタは、投射角度が大きいので、プロジェクタとスクリーンとの距離を少々変化させた場合であっても、スクリーン上に表示される画像のサイズが大きく変化する。したがって、超短投射距離のプロジェクタは、設置位置を調整することで投射（表示）画像サイズの微調整をすることは、困難である。また、プロジェクタを壁掛け設置する場合には、一般的に、ボルト等の締結部材が用いられることが多く、この締結部材に設置位置調整機能を備えるものもある。しかし、締結部材の調整機能によって設置位置の微調整を行うことも困難である。
【０００４】
そこで、スクリーン上の画像サイズの微調整を容易に行うことができるように、ズーミング機能を有する投射光学系を備えるプロジェクタが知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１のプロジェクタが備える投射光学系は、画像形成部から順番に、正の屈折力を有するレンズ群と、開口絞りを含み正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、反射ミラーと、を有してなる。特許文献１の投射光学系は、ズーミングに際し、開口絞りの配置位置よりも画像形成部側に配置されているレンズ群が動くので、ズーミングに際し、入射瞳位置が変化する。入射瞳位置が変化すると光利用効率が低下するが、特許文献１の投射光学系は、テレセントリック性の高いレンズ系を前提とすることで、入射瞳位置の変化による光利用効率の低下を、ある程度抑制している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のようにテレセントリック性の高いレンズ系を前提とする投射光学系には課題がある。すなわち、超至近距離投射を行う投射光学系は、広角化を図る必要があるが、テレセントリック性の高い投射光学系において広角化を図ろうとすると、投射光学系全体が大型化する。したがって、特許文献１のようなテレセントリック性の高い投射光学系は、小型化が困難である。
【０００６】
より短距離の投射に対応できるように広角化を図る投射光学系でありながら、小型化にも対応可能な投射光学系を構成するには、レンズを非テレセントリック系（非テレセントリック性のレンズ系）にすればよい。しかし、非テレセントリック光学系のレンズは、入射瞳位置の変化による光利用効率への影響が大きい。すなわち、特許文献１の投射光学系のように、ズーミングに際して入射瞳位置が変化すると、ズーミング時に画像の明るさが変動することになる。ズーミング機能を備える投射光学系であって、短距離投射に対応でき、かつ、小型化も図ることができながら、光利用効率を低下させることがない投射光学系は、従来の構成では実現できなかった。
【０００７】
本発明は、投射距離が非常に短く、ズーミング可能であり、小型で、光利用効率の変倍による変化を抑制する投射光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系であって、拡大側から縮小側へのズーミングに際し移動する移動レンズ群と、前記移動レンズ群よりも前記画像形成部側に固定配置された開口絞りと、前記移動レンズ群よりも前記被投射面側に配置された反射面と、を有してなることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投射距離が非常に短く、ズーミング可能であり、小型で、光利用効率の変倍による変化が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る画像表示装置の実施形態を示す光学配置図である。
【図２】本発明に係る投射光学系の実施形態を示す光学配置図である。
【図３】上記画像表示装置が備える画像形成部を光軸方向から見た図である。
【図４】上記投射光学系における、拡大側と縮小側の中間像の位置を示すグラフである。
【図５】上記投射光学系における、ズーミング中の共役点と交点との、光軸方向における距離を示すグラフである。
【図６】上記投射光学系の実施例１に係る拡大側近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図７】図６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図８】上記実施例１に係る投射光学系による縮小側近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図９】図８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図１０】上記実施例１に係る投射光学系による拡大側基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１１】図１０に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図１２】上記実施例１に係る投射光学系による縮小側基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１３】図１２に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図１４】上記実施例１に係る投射光学系による拡大側遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１５】図１４に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図１６】上記実施例１に係る投射光学系による縮小側遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１７】図１６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図１８】上記実施例１に係る投射光学系における拡大側近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図１９】上記実施例１に係る投射光学系における縮小側近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図２０】上記実施例１に係る投射光学系における拡大側基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図２１】上記実施例１に係る投射光学系における縮小側基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図２２】上記実施例１に係る投射光学系における拡大側遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図２３】上記実施例１に係る投射光学系における縮小側遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図２４】本発明に係る画像表示装置の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図２５】本発明に係る投射光学系の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図２６】上記投射光学系における、拡大側と縮小側の中間像の位置を示すグラフである。
【図２７】上記投射光学系における、ズーミング中の共役点と交点との、光軸方向における距離を示すグラフである。
【図２８】上記投射光学系の実施例２に係る拡大側近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図２９】図２８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図３０】上記実施例２に係る投射光学系による縮小側近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３１】図３０に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図３２】上記実施例２に係る投射光学系による拡大側基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３３】図３２に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図３４】上記実施例２に係る投射光学系による縮小側基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３５】図３４に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図３６】上記実施例２に係る投射光学系による拡大側遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３７】図３６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図３８】上記実施例２に係る投射光学系による縮小側遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３９】図３８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【図４０】上記実施例２に係る投射光学系における拡大側近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４１】上記実施例２に係る投射光学系における縮小側近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４２】上記実施例２に係る投射光学系における拡大側基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４３】上記実施例２に係る投射光学系における縮小側基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４４】上記実施例２に係る投射光学系における拡大側遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４５】上記実施例２に係る投射光学系における縮小側遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４６】本発明に係る画像形成部の各画角に対応するフィールドポジションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る投射光学系及び画像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、本発明に係る投射光学系は、画像形成部に形成された画像を被投射面に投射する投射光学系である。また、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る投射光学系を備える画像表示装置である。
【００１２】
●画像表示装置と投射光学系の実施形態１
図１は、本発明に係る画像表示装置の実施形態を示す光学配置図である。画像表示装置としてのプロジェクタ１は、画像形成部１０と、平行平板４０と、本発明に係る投射光学系１００と、画像形成部１０を照明する照明光の光源を含む照明光学系２０と、その他の画像形成に必要な部材などを、ハウジング３０に収納してなる。
【００１３】
画像形成部１０は、例えば、ＤＭＤ、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等である。本実施形態では、例えばＤＭＤにおける「投射すべき画像を形成する部分」を、画像形成部１０として示している。
【００１４】
平行平板４０は、画像形成部１０の近傍に配置され、画像形成部１０を保護するためのカバーガラス（シールガラス）である
【００１５】
投射光学系１００は、レンズ系１０１と、反射面である凹面ミラー１０２と、を有してなる。投射光学系１００の詳細は後述する。
【００１６】
照明光学系２０は、画像形成部１０を効率よく照明するものであって、画像形成部１０を均一に照明するために、例えばロッドインテグレータやフライアイインテグレータを備えている。また、照明光学系２０には、光源として、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの白色光源や、単色発光ＬＥＤ、単色発光ＬＤなどの単色光源が、用いられる。なお、照明光学系２０の具体的な構成例の説明は、省略する。
【００１７】
ここで、以下の説明において、画像形成部１０は、ＤＭＤのような「発光する機能を持たない画像形成部」を前提とする。ただし、本発明に係る投射光学系において画像形成部は、これに限ることはなく、「生成させた画像を発光させる機能を有する自己発光方式」のものを用いることもできる。
【００１８】
ＤＭＤは、照明光学系２０からの照明光によって画像形成部１０が照明されて、画像情報が形成される。画像情報は、２次元的に強度変調された光束からなり、この光束が物体光としての投射光束になる。
【００１９】
画像形成部１０からの投射光束は、投射光学系１００を通って結束光束になる。これによって、画像形成部１０上に形成された画像は、スクリーン（不図示）に拡大投影される。
【００２０】
図１において、スクリーン（不図示）は、画像形成部１０と平行に配置されている。すなわち、画像形成部１０の画像形成面の法線と、被投射面であるスクリーンの法線は、平行である。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る投射光学系１００の光学配置図である。図２（ａ）は、拡大側における投射光学系１００の光学配置図である。図２（ｂ）は、縮小側における投射光学系１００の光学配置図である。
【００２２】
投射光学系１００は、レンズ系１０１と、ミラー系を構成する反射ミラーである凹面ミラー１０２と、を有してなる。レンズ系１０１は、第１レンズ群１１と、第２レンズ群１２と、第３レンズ群１３と、凹面ミラー１０２と、を有してなる。
【００２３】
第１レンズ群１１は、正の屈折力を有し、拡大側から縮小側へのズーミングに際して、画像形成部１０に対し固定の固定レンズ群である。
【００２４】
固定レンズ群である第１レンズ群１１には、開口絞り１１１が含まれている。開口絞り１１１は、第１レンズ群１１の中で最も凹面ミラー１０２側に配置されている。したがって、開口絞り１１１は、移動レンズ群である第２レンズ群１２よりも、画像形成部１０側に固定されている。
【００２５】
開口絞り１１１の中心と、投射画像の中心とを結ぶ光線を含む面において、光軸ＬＸと垂直の方向をＹ方向とする。
【００２６】
第１レンズ群１１は、画像形成部１０側から順に、画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、凹面ミラー１０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、画像形成部１０側に凸面を向けた正メニスカスレンズと画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、開口絞り１１１と、を有してなる。
【００２７】
第２レンズ群１２は、正の屈折力を有し、拡大側から縮小側へズーミングに際して、画像形成部１０に対して移動する移動レンズ群である。
【００２８】
移動レンズ群である第２レンズ群１２は、画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、凹面ミラー１０２側に強い凸面を向けた両凸レンズと凹面ミラー１０２側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、画像形成部１０側により強い凸面を向けた両凸レンズと凹面ミラー１０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズと、を有してなる。
【００２９】
第３レンズ群１３は、負の屈折力を有し、少なくとも１枚の非球面レンズを含むレンズ群であって、第３ａレンズ群１３１と、第３ｂレンズ群１３２と、第３ｃレンズ群１３３と、を有してなる。
【００３０】
第３ａレンズ群１３１は、画像形成部１０側により強い凹面を向けた両凹レンズと、凹面ミラー１０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、画像形成部１０側により強い凹面を向けた両凹レンズと、を有してなる。
【００３１】
第３ｂレンズ群１３２は、凹面ミラー１０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
【００３２】
第３ｃレンズ群１３３は、凹面ミラー１０２側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズと、画像形成部１０側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズと、を有してなる。
【００３３】
凹面ミラー１０２は、投射光学系１００の最も拡大側に配置され、奇数次非球面形状からなる反射面である。なお、本実施形態で凹面ミラー１０２は、非球面ミラーを例示しているが、自由曲面ミラーを用いる方がより好ましい。
【００３４】
図２は、フォーカシングの際、及び、ズーミングに際し、レンズ系１０１に係る各レンズ群の移動軌跡を示している。ズーミングの際の各レンズ群の移動軌跡を実線で示し、フォーカスシングの際の各レンズ群の移動軌跡を破線で示している。なお、第１レンズ群１１と、開口絞り１１１と、第２レンズ群１２と、第３レンズ群１３とは、それぞれ光軸ＬＸを共有している。
【００３５】
図２に示すように、レンズ系１０１は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、移動レンズ群である第２レンズ群１２だけが、第１レンズ群１１の各光学素子と共有している光軸ＬＸ軸に沿って画像形成部１０から離れる方向に移動する。すなわち、レンズ系１０１は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、移動レンズ群が凹面ミラー１０２側に移動する。
【００３６】
すなわち、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、開口絞り１１１は画像形成部１０に対して移動しない。これによって、ズーミング中においても入射瞳位置が変わらず、高い光利用効率が維持される。ズーミングに際し、第１レンズ群１１を固定せず、２つ以上に分離して移動させれば、入射瞳位置を変動させないようにすることもできるが、この場合は、ズーミングの機構が複雑になり、コストアップや生産性の低下を生じさせるので好ましくない。
【００３７】
また、レンズ系１０１は、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第３レンズ群１３内の最も画像形成部１０側の第３ａレンズ群１３１と、隣接した正レンズ群である第３ｂレンズ群１３２を、独立に、光軸ＬＸに沿って画像形成部１０側に移動させる。
【００３８】
なお、レンズ系１０１は、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第３レンズ群１３全体を、光軸ＬＸに沿って画像形成部１０側に移動させてもよい。
【００３９】
図３は、画像形成部１０を光軸ＬＸ方向から見た図である。図３に示すように、画像形成部１０は、光軸ＬＸに対してＹ方向にシフトしている。画像形成部１０の画像形成中心Ｃを通過するＹ方向の軸線と光軸ＬＸとの交点を交点Ｂ０とする。
【００４０】
図２に戻る。レンズ系１０１による交点Ｂ０の共役点を共役点Ｂとする。第１レンズ群１１、第２レンズ群１２、第３レンズ群１３を通った光は、画像形成部１０に形成された画像情報に共役な中間像を、凹面ミラー１０２よりも画像形成部１０側の共役点Ｂにおいて、空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はなく、本実施形態においても、後述する他の実施形態においても曲面像として形成される。この共役点Ｂは、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、光軸ＬＸ上を画像形成部１０側に一旦移動した後に、凹面ミラー１０２に移動する。
【００４１】
すなわち、投射光学系１００は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、中間像の形成位置の変化が少ない。
【００４２】
中間像は、最もスクリーン側に配置された非球面凹面ミラーである凹面ミラー１０２により、スクリーンに向けて拡大投射される。中間像は、像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラー１０２に、非球面や自由曲面を用いることにより、これを補正することが出来る。そのため、投射光学系１００が備えるレンズ系１０１への収差補正の負担が減り、設計の自由度が増し、小型化等に有利となる。
【００４３】
図４は、投射光学系１００における、拡大側と縮小側の中間像の位置を示すグラフである。説明を簡素化するために、Ｙ方向の位置のみを示す。また、スクリーン面に表示される画像サイズは、８０インチとする。図４は、縦軸が各画角における光軸ＬＸからの中間集光点までのＹ方向の距離を表し、横軸が各画角における第３レンズ群１３の最も凹面ミラー１０２側のレンズ中心から中間像（集光点）までの光軸ＬＸ方向の距離を表している。
【００４４】
図４に示すように、投射光学系１００は、拡大側及び縮小側における中間像の位置が、ほぼ同じ位置にあるから、ズーミングに際し、凹面ミラー１０２と中間像との位置関係が変わらない。このため、凹面ミラー１０２への光線入射角と入射位置の変動が少なく、投射画像の歪曲、光学性能の劣化を抑えることができる。
【００４５】
また、図５は、ズーミング中の共役点Ｂと上記に示した交点Ｂ０との、光軸ＬＸ方向における距離を示すグラフである。スクリーン面に表示される画像サイズは、８０インチとする。図５は、縦軸が交点Ｂ０からレンズ系１０１による共役点Ｂまでの光軸ＬＸ方向の距離を表し、横軸がレンズ系１０１の焦点距離を表している。拡大側での第２レンズ群１２の横倍率を「−１．０２」、縮小側での第２レンズ群１２の横倍率を「−０．９７」とする。
【００４６】
以上説明した通り、投射光学系１００は、ズーミングに際し、第２レンズ群１２のみを移動させているので、ズーミングの途中で横倍率が「−１」になる点(等倍結像)を含むことなる。したがって、共役点Ｂが、光軸ＬＸ上を画像形成部１０側に移動した後に、凹面ミラー１０２側に移動する。すなわち、共役点Ｂがズーミングに際し、画像形成部１０側に凸となるような軌跡を描くことになる。このため、ズーミングによる中間像位置の変動が小さい。
【００４７】
仮に、横倍率が「−１」となる点を外すと、交点Ｂ０から共役点Ｂまでの光軸ＬＸ方向の距離は単調増加となるため、中間像の変動量が急激に大きくなる。そのため、凹面ミラー１０２により拡大投射される画像に劣化が生じることになる。
【００４８】
また、複数のレンズ群を移動させることで、画像形成部１０を含む平面の共役点Ｂを一定とすることもできる。しかし、その場合は、投射光学系１００の構成が複雑になる。
【００４９】
図２では、光軸ＬＸ上の光についてのみ共役点Ｂの説明をしたが、光軸ＬＸ上には無い光（軸外光）においても、それぞれの共役点Ｂは同様の軌跡を示す。これによって、投射光学系１００は、ズーミングによる中間像の変動が小さくてすむ。
【００５０】
また、投射光学系１００は、負の第３レンズ群１３を構成する複数レンズ群のうち、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第３ａレンズ群１３１と第３ｂレンズ群１３２を画像形成部１０側に独立に動かす（フローティングフォーカスをする）。これにより、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することができる。
【００５１】
特に、実施形態１においては、第３ｃレンズ群１３３に非球面レンズを用いることにより、前述の像面湾曲や歪曲収差の制御の効果を高めている。
【実施例１】
【００５２】
次に、投射光学系１００の具体的数値例について説明する。ここで、以下の説明において用いる記号の意味は、以下の通りである。
ｆ：投射光学系１００の全系の焦点距離
ＮＡ：開口効率
ω：半画角(ｄｅｇ)
Ｒ：曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
【００５３】
なお、非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃと、光軸からの高さ：Ｈと、円錐定数：Ｋと、各次数の非球面定数Ａｉと、を用いて、Ｘを光軸方向における非球面量として、以下の式１にて表される。
（式１）
2014170129.tif 000003
【００５４】
表１は、実施例１に係る投射光学系１００を構成する光学素子の配置例を示すレイアウトデータである。
（表１）
開口数：０．１９５
2014170129.tif 000004
【００５５】
表２は、本実施例に係る投射光学系１００における、ズームミング時とフォーカシング時におけるレンズ間隔の具体例である。
（表２）
2014170129.tif 000005
【００５６】
表３は、本実施例に係る投射光学系１００における、非球面係数の各数値の具体例である。なお、非球面は上記式１で表す。
（表３）
2014170129.tif 000006
【００５７】
表４は、本実施例に係る投射光学系１００における、画像形成部１０として用いるＤＭＤの具体例である。
（表４）
2014170129.tif 000007
【００５８】
次に、本実施例に係る投射光学系１００における、ズームミング時の画像劣化の抑制について、図６から図１７を用いて説明する。図６から図１７は、実施例１に係る投射光学系１００において、波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像を、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン上に表示した例と、各画角における画像の歪みを例示する図である。図６から図１７に示すように、投射光学系１００によれば、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない画像を投射することができることがわかる。
【００５９】
図６は、近距離投射時の拡大側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図７は、図６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６０】
図８は、近距離投射時の縮小側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図９は、図８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６１】
図７に示す近距離投射時の拡大側のプロファイルと、図９に示す近距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例１に係る投射光学系１００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【００６２】
図１０は、基準距離投射時の拡大側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図１１は、図１０に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６３】
図１２は、基準離投射時の縮小側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図１３は、図１２に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６４】
図１１に示す基準距離投射時の拡大側のプロファイルと、図１３に示す基準距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例１に係る投射光学系１００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【００６５】
図１４は、遠距離投射時の拡大側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図１５は、図１４に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６６】
図１６は、遠距離投射時の縮小側の投射光学系１００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図１７は、図１６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【００６７】
図１５に示す遠距離投射時の拡大側のプロファイルと、図１７に示す遠距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例１に係る投射光学系１００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【００６８】
以上、図６から図１７に示すように、実施例１に係る投射光学系１００によれば、各ズームポジションと、各投射距離において、歪みが少ない画像を投射することができ、ズームミング時における画像劣化を抑制することができる。
【００６９】
次に、本実施例に係る投射光学系１００における、スポットダイアグラムを用いて、各画角におけるズーミングに際し、画像の変化が抑制されていることを説明する。図１８から図２３に示すスポットダイヤフラムにおける各スポットは、図４６に示すＦ１からＦ１３に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性（ｍｍ）を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示している。
【００７０】
図１８は、近距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図１９は、近距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【００７１】
図１８及び図１９に示すように、近距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系１００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【００７２】
図２０は、基準距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図２１は、基準距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【００７３】
図２０及び図２１に示すように、基準距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系１００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【００７４】
図２２は、遠距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図２３は、遠距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【００７５】
図２２及び図２３に示すように、遠距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系１００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【００７６】
以上説明した投射光学系１００によれば、ズーミングに際し、光量の低下を抑制し、投射画像の光量変化を防ぐことができる。また、投射光学系１００によれば、ズーミングに際し、中間像の位置の変動が小さいので、画質の変動を抑制することができる。
【００７７】
●画像表示装置と投射光学系の実施形態２
次に、本発明に係る画像表示装置と投射光学系の別の実施形態について、先に説明した実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７８】
図２４は、本実施形態に係る画像表示装置の実施形態を示す光学配置図である。画像表示装置としてのプロジェクタ２は、画像形成部１０と、平行平板４０と、本発明に係る投射光学系２００と、画像形成部１０を照明する照明光の光源を含む照明光学系２０と、その他の画像形成に必要な部材などを、ハウジング３０に収納してなる。
【００７９】
画像形成部１０、照明光学系２０、ハウジング３０及び平行平板４０は、実施形態１と同様であるから、詳細な説明を省略する。
【００８０】
図２５は、投射光学系２００を示す光学配置図である。図２５（ａ）は、拡大側における投射光学系２００の光学配置図である。図２５（ｂ）は、縮小側における投射光学系２００の光学配置図である。
【００８１】
投射光学系２００は、レンズ系２０１と、ミラー系を構成する反射ミラーである凹面ミラー２０２と、を有してなる。レンズ系２０１は、第１レンズ群２１と、第２レンズ群２２と、第３レンズ群２３と、第４レンズ群２４と、凹面ミラー２０２と、を有してなる。
【００８２】
第１レンズ群２１は、正の屈折力を有し、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、画像形成部１０に対して固定の固定レンズ群である。
【００８３】
固定レンズ群である第１レンズ群２１には、開口絞り２１１が含まれている。したがって、開口絞り２１１は、移動レンズ群である第２レンズ群２２よりも、画像形成部１０側に固定されている。
【００８４】
開口絞り２１１の中心と、投射画像の中心とを結ぶ光線を含む面において、光軸ＬＸと垂直の方向をＹ方向とする。
【００８５】
第１レンズ群２１は、画像形成部１０側から順に、画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、凹面ミラー２０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、画像形成部１０側により強い凸面を向けた両凸レンズと凹面ミラー２０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズと、開口絞り２１１と、画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、を有してなる。
【００８６】
第２レンズ群２２は、正の屈折力を有し、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、画像形成部１０に対して移動する移動レンズ群である。
【００８７】
移動レンズ群である第２レンズ群２２は、画像形成部１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、画像形成部１０側に強い凸面を向けた両凸レンズと凹面ミラー２０２側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、を有してなる。
【００８８】
第３レンズ群２３は、正の屈折力を有し、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、画像形成部１０に対して移動する移動レンズ群である。
【００８９】
移動レンズ群である第３レンズ群２３は、画像形成部１０側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、凹面ミラー２０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、を有してなる。
【００９０】
第４レンズ群２４は、負の屈折力を有し、少なくとも１枚の非球面レンズを含むレンズ群であって、第４レンズ群２４内の最も画像形成部１０側の負レンズ群である第４ａレンズ群２４１と、第４ｂレンズ群２４２と、第４ｃレンズ群２４３と、を有してなる。
【００９１】
第４ａレンズ群２４１は、凹面ミラー２０２側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、画像形成部１０側により強い凹面を向けた両凹レンズと、凹面ミラー２０２側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、を有してなる。
【００９２】
第４ｂレンズ群２４２は、凹面ミラー２０２側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
【００９３】
第４ｃレンズ群２４３は、凹面ミラー２０２側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズと、画像形成部１０側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズと、を有してなる。
【００９４】
凹面ミラー２０２は、投射光学系の最も拡大側に配置され、奇数次非球面形状からなる反射面である。なお、本実施例で凹面ミラー２０２は、非球面ミラーを例示しているが、自由曲面ミラーを用いる方がより好ましい。
【００９５】
図２５は、フォーカシングの際、及び、ズーミングに際し、レンズ系２０１に係る各レンズ群の移動軌跡を示している。ズーミングの際の各レンズ群の移動軌跡を実線で示し、フォーカスシングの際の各レンズ群の移動軌跡を破線で示している。
【００９６】
図２５に示すように、第１レンズ群２１と、開口絞り２１１と、第２レンズ群２２と、第３レンズ群２３と、第４レンズ群２４とは、それぞれ光軸ＬＸを共有している。
【００９７】
レンズ系２０１は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、移動レンズ群である第２レンズ群２２と第３レンズ群２３が、第１レンズ群２１の各光学素子と共有している光軸ＬＸ軸に沿って画像形成部１０から離れる方向に移動する。すなわち、レンズ系２０１は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、移動レンズ群が、凹面ミラー２０２側に移動する。
【００９８】
すなわち、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、開口絞り２１１は画像形成部１０に対して移動しないから、ズーミング中においても入射瞳位置が変わらず、高い光利用効率が維持される。ズーミングに際し、第１レンズ群２１を固定せず、２つ以上に分離して移動させれば、入射瞳位置を変動させないようにすることもできるが、この場合は、ズーミングの機構が複雑になり、コストアップや生産性の低下を生じさせるので好ましくない。
【００９９】
また、レンズ系２０１は、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、負レンズである第４ａレンズ群２４１と、隣接する正レンズ群である第４ｂレンズ群２４２が、独立に、光軸ＬＸに沿って画像形成部１０側に移動する。
【０１００】
なお、レンズ系２０１は、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第４レンズ群２４全体を、光軸ＬＸに沿って画像形成部１０側に移動させてもよい。
【０１０１】
実施例１と同様に、画像形成部１０は、光軸ＬＸに対してＹ方向にシフトしている。画像形成部１０の中心部を通過するＹ方向の軸線と光軸ＬＸとの交点を交点Ｂ０とする。
【０１０２】
また、図２５に示すように、レンズ系２０１による交点Ｂ０の共役点を共役点Ｂとする。第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、第３レンズ群２３、第４レンズ群２４を通った光は、画像形成部１０に形成された画像情報に共役な中間像を、凹面ミラー２０２よりも画像形成部１０側の共役点Ｂにおいて、空間像として形成する。中間像は平面像として結像する必要はなく、本実施例においても、他の実施例においても曲面像として形成される。この共役点Ｂは、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、光軸ＬＸ上を画像形成部１０側に一旦移動した後に、凹面ミラー２０２に移動する。
【０１０３】
すなわち、投射光学系２００は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、中間像の形成位置の変化が少ない。
【０１０４】
中間像は、最もスクリーン側に配置された非球面凹面ミラーである凹面ミラー２０２により、スクリーンに向けて拡大投射される。中間像は、像面湾曲、歪曲を持っているが、凹面ミラー２０２に、非球面や自由曲面を用いることにより、これを補正することが出来る。そのため、投射光学系２００が備えるレンズ系２０１への収差補正の負担が減り、設計の自由度が増し、小型化等に有利となる。
【０１０５】
図２６は、投射光学系２００における、拡大側と縮小側の中間像の位置を示すグラフである。説明を簡素化するために、Ｙ方向の位置のみを示す。また、スクリーン面に表示される画像サイズは、８０インチの場合とする。図２６は、縦軸が各画角における光軸ＬＸからの中間集光点までのＹ方向の距離を表し、横軸が各画角における第３レンズ群２３の最も凹面ミラー２０２側のレンズ中心から中間像（集光点）までの光軸ＬＸ方向の距離を表している。
【０１０６】
図２６に示すように、投射光学系２００は、拡大側及び縮小側における中間像の位置が、ほぼ同じ位置にあるが、ズーミングに際し、凹面ミラー２０２と中間像との位置関係が変わらない。このため、凹面ミラー２０２への光線入射角と入射位置の変動が少なく、投射画像の歪曲、光学性能の劣化を抑えることができる。
【０１０７】
また、図２７は、ズーミング中の共役点Ｂと上記に示した交点Ｂ０との、光軸ＬＸ方向における距離を示すグラフである。スクリーン面に表示される画像サイズは、８０インチとする。図２７は、縦軸が交点Ｂ０からレンズ系２０１による共役点Ｂまでの光軸ＬＸ方向の距離を表し、横軸がレンズ系２０１の焦点距離を表している。
【０１０８】
すでに説明した通り、投射光学系２００は、ズーミングに際し、第２レンズ群２２と、第３レンズ群２３を移動させている。実施例１と同様に、ズーミングに際し、共役点Ｂが、光軸ＬＸ上を画像形成部１０側に移動した後に、凹面ミラー２０２側に移動する。すなわち、共役点Ｂがズーミングに際し、画像形成部１０側に凸となるような軌跡を描くことになる。このため、ズーミングによる中間像位置の変動が小さい。
【０１０９】
仮に、共役点Ｂの軌跡が凸部を含まないような軌跡とすると、交点Ｂ０から共役点Ｂまでの光軸ＬＸ方向の距離は単調増加、単調減少を多く含むことになり、変倍による中間像の移動量が大きくなる。したがって、共役点Ｂの軌跡が凸部を含まないような軌跡になる場合は、中間像の変動量が急激に大きくなり、凹面ミラー２０２により拡大投射される画像に劣化が生じる。
【０１１０】
図２５では、光軸ＬＸ上の光についてのみ共役点Ｂの説明をしたが、光軸ＬＸ上には無い光（軸外光）においても、それぞれの共役点Ｂは同様の軌跡を示す。これによって、投射光学系２００は、ズーミングによる中間像の変動が小さくてすむ。
【０１１１】
また、負の第４レンズ群２４を構成する複数レンズ群のうち、近距離側から遠距離側へのフォーカシングに際し、第４ａレンズ群２４１と第４ｂレンズ群２４２を画像形成部１０側にフローティングフォーカスをする。これにより、像面湾曲や歪曲収差を高度に制御することができる。
【０１１２】
特に、実施形態２においては、第４ｃレンズ群２４３に非球面レンズを用いることにより、前述の像面湾曲や歪曲収差の制御の効果を高めている。
【実施例２】
【０１１３】
次に、投射光学系２００の具体的数値例について説明する。ここで、以下の説明において用いる記号の意味は、以下の通りである。
ｆ：投射光学系２００の全系の焦点距離
ＮＡ：開口効率
ω：半画角(ｄｅｇ)
Ｒ：曲率半径(非球面にあっては近軸曲率半径)
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面定数
【０１１４】
なお、非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃと、光軸からの高さ：Ｈと、円錐定数：Ｋと、各次数の非球面定数Ａｉと、を用いて、Ｘを光軸方向における非球面量として、実施例１に示した式１によって表される。
【０１１５】
表５は、実施例２に係る投射光学系２００を構成する光学素子の配置例を示すレイアウトデータである。
（表５）
開口数：０．１９５
2014170129.tif 000008
【０１１６】
表６は、本実施例に係る投射光学系２００における、ズームミング時とフォーカシング時におけるレンズ間隔の具体例である。
（表６）
2014170129.tif 000009
【０１１７】
表７は、本実施例に係る投射光学系２００における、非球面係数の各数値の具体例である。
（表７）
2014170129.tif 000010
【０１１８】
表８は、本実施例に係る投射光学系２００における、画像形成部１０として用いるＤＭＤの具体例である。
（表８）
2014170129.tif 000011
【０１１９】
次に、本実施例に係る投射光学系２００における、ズームミング時の画像劣化の抑制について、図２８から図３９を用いて説明する。図２８から図３９は、実施例２に係る投射光学系２００において、波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像を、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン上に表示した例と、各画角における画像の歪みを例示する図である。図２８から図３９に示すように、投射光学系２００によれば、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない投射画像を投射することができることがわかる。
【０１２０】
図２８は、近距離投射時の拡大側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図２９は、図２８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２１】
図３０は、近距離投射時の縮小側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図３１は、図３０に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２２】
図２９に示す近距離投射時の拡大側のプロファイルと、図３１に示す近距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例２に係る投射光学系２００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【０１２３】
図３２は、基準距離投射時の拡大側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図３３は、図３２に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２４】
図３４は、基準距離投射時の縮小側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図３５は、図３４に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２５】
図３３に示す基準距離投射時の拡大側のプロファイルと、図３５に示す基準距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例２に係る投射光学系２００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【０１２６】
図３６は、遠距離投射時の拡大側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図３７は、図３６に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２７】
図３８は、遠距離投射時の縮小側の投射光学系２００において、スクリーン上に表示した波長５５０ｎｍのスポット位置を示す画像の例である。図３９は、図３８に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左辺における曲がり、（ｃ）画像下辺における曲がり、を示す図である。
【０１２８】
図３７に示す遠距離投射時の拡大側のプロファイルと、図３９に示す遠距離投射時の縮小側のプロファイルを比較すると、上辺、下辺及び左辺の曲がりのプロファイルは類似している。すなわち、実施例２に係る投射光学系２００によれば、ズーミングによる投射画像の歪みは抑制されている。
【０１２９】
以上、図２８から図３９に示すように、実施例２に係る投射光学系２００によれば、各ズーム、各投射距離においても、歪みが少ない画像を投射することができ、ズームミング時における画像劣化を抑制することができる。
【０１３０】
次に、投射光学系２００における、スポットダイアグラムを用いて、各画角におけるズーミングに際し、画像の変化が抑制されていることを説明する。図４０から図４５に示すスポットダイヤフラムにおける各スポットは、図４６に示すＦ１からＦ１３に示すフィールドポジションに対応している。なお、各スポットダイアグラムは、スクリーン面での結像特性（ｍｍ）を波長６２５ｎｍ（赤）、５５０ｎｍ（緑）、４２５ｎｍ（青）について示している。
【０１３１】
図４０は、近距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図４１は、近距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【０１３２】
図４０及び図４１に示すように、近距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系２００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【０１３３】
図４２は、基準距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図４３は、基準距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【０１３４】
図４２及び図４３に示すように、基準距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系２００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【０１３５】
図４４は、遠距離投射時の拡大側におけるスポットダイアグラムである。また、図４５は、遠距離投射時の縮小側におけるスポットダイアグラムである。
【０１３６】
図４４及び図４５に示すように、遠距離投射時におけるフォーカシングに際し、各フィールドポジションに係るスポットは同様である。すなわち、本実施例に係る投射光学系２００によれば、フォーカシングによる画質の変動は抑制されている。
【０１３７】
以上説明した投射光学系２００によれば、ズーミングに際し、光量の低下を抑制し、投射画像の光量変化を防ぐことができる。また、投射光学系２００によれば、ズーミングに際し、中間像の位置の変動が小さいので、画質の変動を抑制することができる。
【０１３８】
●入射瞳位置
次に、実施例１に係る投射光学系１００と、実施例２に係る投射光学系２００における入射瞳位置について説明する。表９は、各実施例において、各ズームポジション時の入射瞳位置を示している。
（表９）
2014170129.tif 000012
【０１３９】
表９に示す通り、どちらの実施例においても、ズーミングに際し、入射瞳位置が変化していないことがわかる。
【０１４０】
以上説明した投射光学系１００及び投射光学系２００によれば、ズーミングに際し、移動する第２レンズ群１２（２２）よりも、画像形成部１０側に開口絞り１１１（２１１）を固定して配置する。この構成により、投射光学系１００及び投射光学系２００は、ズーミングを行なっても入射瞳位置は変化せず、高い光利用効率を維持できるようになっている。
【０１４１】
さらに、投射光学系１００及び投射光学系２００によれば、中間像位置も変化しないため、高品質な投射画像を得ることができる。
【０１４２】
なお、上述した各実施例の形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。特に実施例１と実施例２において例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることはない。
【０１４３】
すなわち、本発明に係る投射光学系は、本実施例において説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。
【０１４４】
ここで、これまで説明した本発明に係る投射光学系と画像表示装置の主たる特徴について、以下に示す。
【０１４５】
●特徴１
本発明に係る投射光学系は、拡大側から縮小側へのズーミングに際し移動する移動レンズ群と、移動レンズ群よりも画像形成部側に固定配置された開口絞りと、移動レンズ群よりも被投射面側に配置された反射面と、を有してなることを特徴とする。
【０１４６】
ここで、投射光学系は、画像表示装置であるプロジェクなどに搭載可能なものであって、画像形成部が形成した画像光を被投射面であるスクリーンに向けて投射するためのものである。
【０１４７】
この特徴によれば、ズーミングに際し、入射瞳位置が移動せずに、光利用効率の変動を抑制することができる。
【０１４８】
また、ズーミングに際し、少なくとも移動レンズ群を、投射光学系が備える他の各光学素子が共有している光軸方向に移動させることにより、縮小側及び拡大側における中間像の位置の変化を小さくすることができる。したがって、反射面と中間像の位置関係を保つことができ、変倍による投射画像の歪曲や光学性能（主に像面湾曲）の劣化を抑えることができる。
【０１４９】
●特徴２
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系が備えるレンズが、非テレセントリック光学系であることを特徴とする。
【０１５０】
この特徴によれば、超短距離投射を可能とする投射光学系において、広角化と小型化を図ることができる。
【０１５１】
●特徴３
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系において、開口絞りを含む固定レンズ群と、移動レンズ群と反射面との光路中に配置される第３レンズ群とを備える。固定レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ群であり、移動レンズ群は、正の屈折力を有するレンズ群であり、第３レンズ群は、負の屈折力を有するレンズ群である、ことを特徴とする。
【０１５２】
この特徴によれば、ズーミングに際し、第１レンズ群は固定であるから開口絞りは画像形成部に対して移動しない。すなわち、移動レンズ群の移動によっても入射瞳の位置は変化しない。これによって、ズーミングに際し、光利用効率の変動を抑制できる。
【０１５３】
●特徴４
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系において、反射面がズーミングに際し固定である、ことを特徴とする。
【０１５４】
変倍や、フォーカスにおいて反射面を移動とすると、設計の自由度が上がり、設計値の性能向上にはつながる。しかし、反射面の位置精度による投射画像の歪曲や、光学性能の劣化は大きく、生産性の低下や、構成の複雑化につながる。そこで、上記特徴によれば、反射面を固定にすることで、構成の簡素化を図ることができる。
【０１５５】
これによって、反射面と中間像との位置関係が変わらないようになるので、ズーミングに際し、投射画像の歪曲や光学性能の劣化を抑えることができる。
【０１５６】
●特徴５
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系において、反射面が凹面ミラーであって、凹面ミラーで拡大投影される中間像が、第３レンズ群と反射面との間に形成される、ことを特徴とする。
【０１５７】
この特徴によれば、投射距離を非常に短くできる。
【０１５８】
●特徴６
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系において、画像形成部の画像形成面を含む平面と、固定レンズ群と移動レンズ群と第３レンズ群とが共有する光軸と、の交点に対する、固定レンズ群と移動レンズ群と第３レンズ群とによる共役点は、ズーミングに際して、光軸上を画像形成部側に移動した後に被投射面側に移動する、ことを特徴とする。
【０１５９】
この特徴によれば、ズーミングに際し、共役点の移動量を少なくすることができる。つまり、ズーミングに際し、中間像の位置の変動を抑えることができるので、ズーミングによる投射画像の劣化を抑えることができる。
【０１６０】
●特徴７
本発明に係る投射光学系は、上記の投射光学系において、固定レンズ群と移動レンズ群と第３レンズ群のうち、ズーミングに際し移動するのは移動レンズ群のみである。ここで、移動レンズ群の拡大側の横倍率をβｗ、移動レンズ群の縮小側の横倍率をβｔ、としたとき、βｗ＜−１＜βｔという条件式を満たす、ことを特徴とする。
【０１６１】
上記条件式は、本実施形態に係る投射光学系は、ズーミングに際し、移動レンズ群（正の屈折力を有する第２レンズ群）の横倍率が「−１」になる点(等倍結像)を含むことを示している。上記特徴によれば、拡大側から縮小側へのズーミングに際し、中間像の位置変動が小さい。これによって、中間像の像面湾曲、歪曲の変化を抑えることができて、投射画像の劣化を最小限に抑えることができる。
【０１６２】
また、ズーミングに際し、移動する移動レンズ群を１つにすることで、構成が簡単になり、生産性の向上につながる。
【０１６３】
なお、ズーム群の数は、１つに限ることはなく、例えば第２レンズ群である移動レンズ群と第３レンズ群との間に別のレンズ群を配置し、この別のレンズ群を移動レンズ群としてもよい。この場合も、中間像の移動が最小限になるように、各ズーム群を動かすことが望ましい。
【０１６４】
ここで、上記の条件式から外れた場合は、近軸像位置が単調増加するため、中間像位置の変動が大きくなる。
【０１６５】
●特徴８
本発明に係る投射光学系は、画像形成部が光軸上に位置しない、ことを特徴とする。
【０１６６】
この特徴によれば、非球面レンズ、非球面ミラーによる中間像の像面湾曲、歪曲収差の制御を高度に行うことができる。
【０１６７】
●特徴９
本発明に係る投射光学系は、第３レンズ群を構成する複数のレンズの一部または全部を移動することでフォーカシングする、ことを特徴とする。
【０１６８】
この特徴によれば、フォーカシングにより発生し得る像面湾曲や歪曲を高度に制御できる。
【０１６９】
●特徴１０
本発明に係る投射光学系は、画像形成部の画像形成面の法線と、被投射面の法線とは、平行である、ことを特徴とする。
【０１７０】
スクリーン法線と画像形成部法線が平行な投射光学系は、画面下端と画面上端でのスクリーンへの光線入射角の差が大きいため、投射距離によるフォーカシングにより像面湾曲の変動が大きくなる。しかし、上記特徴によれば、フローティングフォーカスなので、投射距離変動による像面湾曲の変動を補正することができる。
【０１７１】
●特徴１１
本発明に係る投射光学系は、第３レンズ群を構成する複数のレンズには、非球面レンズが含まれる、ことを特徴とする。
【０１７２】
画像形成部の各画角からの光線は、最も反射面側において十分に離れている。このため、上記特徴によれば、最も反射面側に配置されるレンズ群（第３レンズ群）に非球面レンズを含むことで、非球面による補正の効果が高くなり、像面湾曲や歪曲のより高度な制御を行うことができる。
【０１７３】
●特徴１２
本発明に係る投射光学系は、反射面が、自由曲面または非球面である、ことを特徴とする。
【０１７４】
この特徴によれば、中間像に生じる像面湾曲、歪曲収差等を補正することができ、屈折光学系の負担が減るため、小型化、生産性の向上に繋がる。
【０１７５】
このように、以上説明した投射光学系によれば、ズーミングに際し、投射画像の明るさの変化を抑え、かつ、変倍による投射画像の歪曲や光学性能（主に像面湾曲）の劣化を抑えることができる。
【０１７６】
●特徴１３
本発明に係る画像表示装置は、画像形成部に光源からの光を照射する照明光学系と、画像形成部に形成された画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、を有し、投射光学系が本発明に係る投射光学系である、ことを特徴とする。
【０１７７】
この特徴によれば、投射距離が非常に短く、小型化を図ることができ、かつ、ズーミングに際し、投射画像の明るさの変化を抑え、変倍による投射画像の歪曲や光学性能（主に像面湾曲）の劣化を抑えることができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１１    第１レンズ群
１２    第２レンズ群
１３    第３レンズ群
１００  投射光学系
１１１  開口絞り
１０１  レンズ系
１０２  凹面ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７９】
【特許文献１】特開２０１０−１２２５７４号公報
【図１】
2014170129.tif 000013
【図２】
2014170129.tif 000014
【図３】
2014170129.tif 000015
【図４】
2014170129.tif 000016
【図５】
2014170129.tif 000017
【図６】
2014170129.tif 000018
【図７】
2014170129.tif 000019
【図８】
2014170129.tif 000020
【図９】
2014170129.tif 000021
【図１０】
2014170129.tif 000022
【図１１】
2014170129.tif 000023
【図１２】
2014170129.tif 000024
【図１３】
2014170129.tif 000025
【図１４】
2014170129.tif 000026
【図１５】
2014170129.tif 000027
【図１６】
2014170129.tif 000028
【図１７】
2014170129.tif 000029
【図１８】
2014170129.tif 000030
【図１９】
2014170129.tif 000031
【図２０】
2014170129.tif 000032
【図２１】
2014170129.tif 000033
【図２２】
2014170129.tif 000034
【図２３】
2014170129.tif 000035
【図２４】
2014170129.tif 000036
【図２５】
2014170129.tif 000037
【図２６】
2014170129.tif 000038
【図２７】
2014170129.tif 000039
【図２８】
2014170129.tif 000040
【図２９】
2014170129.tif 000041
【図３０】
2014170129.tif 000042
【図３１】
2014170129.tif 000043
【図３２】
2014170129.tif 000044
【図３３】
2014170129.tif 000045
【図３４】
2014170129.tif 000046
【図３５】
2014170129.tif 000047
【図３６】
2014170129.tif 000048
【図３７】
2014170129.tif 000049
【図３８】
2014170129.tif 000050
【図３９】
2014170129.tif 000051
【図４０】
2014170129.tif 000052
【図４１】
2014170129.tif 000053
【図４２】
2014170129.tif 000054
【図４３】
2014170129.tif 000055
【図４４】
2014170129.tif 000056
【図４５】
2014170129.tif 000057
【図４６】
2014170129.tif 000058