(57)【要約】  投写距離の大幅な短縮と大画像化の要求を十分に満足させ、装置全体の小型化と製造のし易さをも実現した投写光学系を備えた投写型映像表示装置を提供する。光源と、前記光源からの光の強度を映像信号に応じて変調する映像表示素子と、前記映像表示素子からの変調された映像光を投写面に対して斜め方向から投影する複数のレンズを含む投写レンズ系を筐体内に備えた傾斜型の投写映像表示装置であって、前記投写レンズ系は、非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズを備えており、当該非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系において光束が互いに分離する位置に配置されている投写映像表示装置。
2017126028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光の強度を映像信号に応じて変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの変調された映像光を投写面に斜め方向から投影する複数のレンズを含む投写レンズ系と、を筐体内に備えた傾斜型の投写映像表示装置であって、
前記投写レンズ系は、非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズを備えており、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系において光束が互いに分離する位置に配置されている、投写映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系の最も投影面に近いレンズ群に位置に配置されている、投写映像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系の最も映像表示素子に近いレンズ群に配置されている、投写映像表示装置。
【請求項４】
請求項２に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系の最も投影面に近い位置に配置されている、投写映像表示装置。
【請求項５】
請求項３に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系の最も映像表示素子に近い位置に配置されている、投写映像表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、金型により射出成型されたプラスチックレンズである、投写映像表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、金型により射出成型されたプラスチックレンズである、投写映像表示装置。
【請求項８】
請求項４に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、外形略半円形状に形成さている、投写映像表示装置。
【請求項９】
請求項５に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、外形略半円形状に形成さている、投写映像表示装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記レンズの中心部での非球面の凹パワーが、周辺部における凹パワーよりも小さく設定されている、投写映像表示装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記レンズの中心部での非球面の凹パワーが、周辺部における凹パワーよりも小さく設定されている、投写映像表示装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記レンズ表面の非球面部分の割合が自由曲面の割合よりも大きく設定されている、投写映像表示装置。
【請求項１３】
請求項５に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記レンズ表面の非球面部分の割合が自由曲面の割合よりも大きく設定されている、投写映像表示装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の投写映像表示装置において、
前記非球面のレンズ面と自由曲面のレンズ面を一体に有するレンズは、前記投写レンズ系の複数のレンズのうちの固定されたレンズである、投写映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像を拡大して投写する投写型映像表示装置に関し、特に、そのために用いる投写レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投写距離（スクリーンと投写レンズ先端の距離）が短いながら大画面で良好な投写画像が得られる投写型映像表示装置が広く普及してきている。かかる投写型映像表示装置の投写光学系においては、大画面で良好な投写画像の投写を実現するため、映像表示素子を光軸に対して斜めに配置すると共に、偏心非球面形状の凹面鏡と非球面レンズを組み合わせて利用する、所謂、斜投写光学系を採用するものが既に知られている。【０００３】
例えば、以下の特許文献１によれば、スクリーンに映像を斜めに拡大投写しても台形歪若しくは収差若しくはその両方を抑えることができ、且つ、レンズの製造、組立調整が容易な投写型映像表示装置およびそれに用いる投写光学ユニットが既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６４００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、近年益々高まった投写型映像表示装置に対する投写距離の短縮と大画像化の要求を、十分に満足することができるものではなかった。【０００６】
このため、発明者達は図９に示すように非球面レンズを複数枚用いて前述した要求を実現した。このレンズデータを図１１および図１２に示す。【０００７】
このとき得られた投写レンズの投写比（投写距離／投写画面対角寸法）は０．４４である。非球面レンズはＬ３、Ｌ１１、Ｌ１６であり、Ｌ３とＬ１６は広角化に伴うコマ収差の低減のため画像表示素子Ｐと投影面に近い位置に配置したレンズを非球面レンズとした。【０００８】
Ｌ１１は球面収差と低次のコマ収差を低減するため最も光束が広がる位置に配置したレンズを非球面レンズとした。【０００９】
この投写レンズのレンズデータを図１１、図１２に示すと共に８０インチに拡大投写した投写像のスポット形状を図１０に示す。【００１０】
図１０では、映像表示面である液晶パネルの表示画面上、Ｘ，Ｙ座標の値で、（０，３．６７）、（−６．５３，３．６７）、（−３．９２，２．２０）、（０．０，０．０）、（０，０）、（−６．５３、０．０）、（−３．９２、−２．２０）、（０、−３．６７）（−５．５３,−３．６７）（−５．２２,−３．６７）（−５．２２,３．６７）の１０点から射出した光束のスポットダイアグラムを、その下から順に示しており、そのスケールの単位は５ｍｍである。また、各スポットダイアグラムの横方向は、映像表示面である液晶パネル上でのＸ方向であり、縦方向は映像表示面である液晶パネル上でのＹ方向である。【００１１】
このスポットダイアグラムに示すようにから、メリディオナル方向の収差はとサジタル方向の収差をバランス良く補正できず、画面対角方向ではどちらか一方の収差補正が不十分となった。【００１２】
その後、発明者らは図１３に示した外観形状を有した投射型映像表示装置を開発した。この時、セットの小型化と投写レンズの投写距離の更なる短縮を両立するため自由曲面レンズとミラーを併用した図１４に示した投写レンズを開発した。この投写レンズの投写比（投写距離／投写画面対角寸法）は０．２４である。非球面レンズはＬ３、Ｌ８、Ｌ１３と自由曲面レンズＬ１５Ａ、Ｌ１６Ａおよび自由曲面ミラーＭ１７から構成されている。【００１３】
超広角化しても発生する倍率色収差を軽減するために最終光学素子はミラーＭ１７を採用し画面歪みの補正を行うために自由曲面形状を採用した。このために発生する収差はミラー直前のレンズＬ１６Ａ、Ｌ１５Ａを自由曲面形状として補正している。自由曲面レンズＬ１５Ａ、Ｌ１６Ａの有効レンズ領域は投写レンズを構成する大多数のレンズにより構成される光軸を含まないように配置され超広角化を実現している。【００１４】
自由曲面レンズＬ１５Ａ、Ｌ１６Ａは映像光束が通過するレンズ有効領域を延長した形状として不要な部分を形成しないことで小型化を実現した。【００１５】
発明者等が採用した自由曲面レンズＬ１５Ａの外観形状を図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示す。レンズ有効領域を含むレンズ面Ｌ１５Ａ−ａの他に鏡筒に組み込みための平面部分Ｌ１５Ａ−ｂを設け、上部と平坦部の左右に設けたＵ溝を鏡筒に設けたピンに合わせ込むことで位置決めを行った。成形時に樹脂が流れ込むゲートはＬ１５Ａ−ｃの位置としてレンズ面に樹脂が流れ易い金型構造を採用した。【００１６】
同様に、発明者等が採用した自由曲面レンズＬ１６Ａの外観形状を図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示す。Ｌ１５Ａと同様にレンズ有効領域を含むレンズ面Ｌ１６Ａ−ａの他に鏡筒に組み込みための平面部分Ｌ１６Ａ−ｂを設け、上部と平坦部に設けたＵ溝を鏡筒に設けたピンに合わせ込むことで位置決めを行った。ゲートはＬ１６Ａ−ｃの位置としてＬ１５と同様にレンズ面に樹脂が流れ易い金型構造を採用した。【００１７】
更に鏡筒の中心と自由曲面レンズの中心を一致させるためにそれぞれの平坦部Ｌ１５Ａ−ｂ，Ｌ１６Ａ−ｂに基準平面を設け、対応する鏡筒部分との合わせで必要精度を確保する構成とした。【００１８】
しかしながら、上述した外形形状を有した自由曲面レンズＬ１５ＡおよびＬ１６Ａにおいては、(1)レンズ面と平面部が一体構成でないため成形条件が不安定な場合平坦部とレンズ面中央までの距離が変化し、結果としてレンズ面間距離が変化する。また、(2)平坦部がゲート部分と同一平面に無いため成形条件が不安定な場合平坦部分の平面度が１０μｍ以上となり組立精度が低下した。【００１９】
更に、レンズの外形が軸対称で無いため(3)プラスチック樹脂の充填量（成形条件）が不安定な成形条件では外形寸法が変化してレンズの中心と鏡筒の中心が一致せず組立精度が低下した。【００２０】
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、即ち、投写距離の短距離化・大画面化の要求を十分に満足させながらも装置全体の小型化と製造を容易にすることを実現した投写光学系を備えた投写型映像表示装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、その一例として、光源と、前記光源からの光の強弱を映像信号に応じて変調する映像表示素子と、前記映像表示素子からの変調された映像光を投写面に斜め方向から投影する複数のレンズを含む投写レンズ系を筐体内に備えた投写映像表示装置であって、前記投写レンズ系は、図７に示すように光軸に対称なメリディオナル（子午的方向）の収差（基本収差）を低減するために光軸に対して対称な非球面を用いサジタル（球欠的方向）収差をより精細に補正するために前述の非球面に自由曲面を加えることで収差補正能力を大きく向上した新たなレンズ面を有するレンズを備える。【００２２】
当該レンズは、少なくともその一面に映像光束が通過する領域（以下、有効領域と記載）においては、ベースとなる非球面に自由曲面を加えて新たなレンズ面（以下合成レンズ面と記載）を形成する。【００２３】
合成レンズ面を有するレンズとしてプラスチックで成形する場合やガラスプレスで成形する場合、金型の加工とレンズ鏡筒への組込み精度を向上するために、前述の合成レンズにおける合成レンズ面はベースとなる非球面形状とを一体として形成したレンズ形状とすると良い。【００２４】
更に、レンズの外形は円弧状部分を有しておりレンズ鏡筒の内径と一致する構成とする。当該合成レンズは前記投写レンズ系において光束が互いに分離する位置に配置されるとより効果的に収差補正が可能となるため投写距離が短い斜投写投影に最適な投写映像表示装置が提供される。【００２５】
更に、投影面であるスクリーンに最も近い負の屈折力を持つレンズ群のいずれかのレンズを投写レンズの光軸に対して偏心させることで相対的に負の屈折力を強くしてレンズ外径を維持しながら更なる広角化を実現する。【００２６】
また、図２に示すような傾斜光学系では映像表示素子と投影面であるスクリーンを光軸に対して垂直に配置せず、図１に示すように傾けることで（角度θ）像面を光軸に対して垂直とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、投写距離を大幅に短縮しても大画面化の要求を十分に満足させながらも投写型映像表示装置全体の小型化と製造のし易さをも実現した投写光学系を備えた投写型映像表示装置を提供することが可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置の傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を示す断面図である。
【図２】上記傾斜投写光学系における投写面を含む投写レンズ系の一例を示す断面図である。
【図３】本発明者による検討について説明するための、投写面での評価ポイントを示す図である。
【図４】本発明者による検討に伴って投写光学系のレンズにおける光束の状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置の投写光学系のレンズＬ１６について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置の投写光学系のレンズＬ１５について説明するための図である。
【図７】メリディオナルとサジタル方向の収差補正についての説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置の投写光学系のレンズＬ１５の製造方法の一例を説明する図である。
【図９】従来技術の傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を示す断面図である。
【図１０】従来技術の傾斜投写光学系における投写レンズ系のスポットダイアグラムの一例を示す断面図である。
【図１１】従来技術の傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を示すレンズデータである。
【図１２】従来技術の傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を表すレンズデータである。
【図１３】従来技術の一実施の形態になる投写型映像表示装置の全体の外観を示す斜視図である。
【図１４】上記傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を示す断面図である。
【図１５】上記従来技術の投写光学系のレンズＬ１５Ａについて説明するための図である。
【図１６】上記従来技術の投写光学系のレンズＬ１６Ａについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置およびその投写レンズについて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
まず、添付の図１は、本発明の一実施の形態に係る投写型映像表示装置の傾斜投写光学系における投写レンズ系の一例を示す断面図である。図１においては、投写型映像表示装置の投写距離を極力短縮するため、傾斜投写光学系を構成する複数枚のレンズのうち投写面に最も近い位置に配置されたレンズの片側のレンズ面近傍には、映像表示面からの映像光束が通過するレンズ有効領域以外の部分を遮光する絞りをレンズ面の形状に沿わした形状で配置して不要光を遮蔽してフォーカス性能の改善と投写像のコントラスト低下を軽減させている。
【００３１】
広角化と投写レンズの小型化を両立させるために、映像表示素子Ｐを光軸１１に対して傾斜させる（角度θ）ことで投映像面を光軸に対して垂直にできる。この傾斜角度θは投写比０．５以下では１度程度、更に投写距離を縮めて投写比０．３以下を狙った場合でも、３度以下が投影画像全体の収差補正と歪み補正のバランスが良い。
【００３２】
また、図２に示すように投影面が光軸の上部に存在する場合（図中ではシフト量Ｓ１）には、前述の映像表示素子Ｐの傾斜角度をシフト無しの場合より大きく取ると良い。
【００３３】
投影面に最も近い位置に配置するレンズ群（図１においては第３群（Ｇ３））の例えば負の屈折力を有するレンズ（図１のＬ１５）を偏心ｄ１させることでレンズ外径を大きくしないで強い負の屈折力を持たせる。この偏心量としてはレンズ外径の１／５以下に押さえると収差補正とのバランスが良い。投影面に最も近いＬ１６についても偏心ｄ２させることで実効的には大きな負の屈折力を得ながら外形寸法を小型化できるがＬ１５と同様に偏心量はレンズ外径の１／４以下に押さえながらレンズ面を非球面とすることで広角化に伴う収差の低減が可能となる。
【００３４】
Ｌ１６で示したレンズは、光束が光軸より上に偏って通過する位置に配置されていることから、そのレンズ面を非球面形状とすることで、レンズに対して光束が斜めに入射することで発生する高次のコマ収差の補正を行っている。
【００３５】
更に、図７に示すように光軸から離れることで収差補正能力が向上する非球面形状でメリディオナル方向の収差を補正し、サジタル方向の収差は非球面形状に自由曲面形状を重畳して合成レンズ面を形成することで設計の自由度を向上させメリディオナル方向とサジタル方向の収差補正を両立させることができる。
【００３６】
自由曲面形状と非球面形状を重畳させるには、後述する数１の式の値に、後述する数２の式の値を加えることでレンズ面Ｚの点を求めれば良い。数１の式の中でｒはレンズ中心からの距離、数２の式においてはｒ２＝ｘ２＋ｙ２として求めれば良い。例えば、光学設計プログラムＣｏｄｅＶでは自由曲面と非球面を重畳させた形状をユーザ定義面（本実施の形態では合成レンズ面と記載）として定義できるので光学設計に適用できる。
【００３７】
投影面であるスクリーンに最も近い負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３のいずれかのレンズを、投写レンズの光軸に対して偏心させることで相対的に負の屈折力を強くしてレンズ外径を維持しながら更なる広角化を実現する。例えば、本実施の形態の図１に示すＬ１６の偏心ｄ２およびＬ１５の偏心ｄ１のように光軸に対してそれぞれのレンズの中心を偏心させることで小型化を維持しながら強い負の屈折力を得ることができる。また、図５および図６に示すように光軸から離れた一部分を切り欠くことで投写レンズの小型化を実現できる。
【００３８】
なお、図１３に示したような自由曲面ミラーを用いた投写型映像表示装置１００に使用する投写レンズ（図１４）の自由曲面ミラーを除くレンズ系に本実施の形態を適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
本実施の形態としては、最も映像面に近いレンズＬ１６に非球面と自由曲面を重畳した合成レンズを配置したが、映像光束が分離してレンズ面に入射するレンズとしては映像表示素子に近いレンズ群Ｇ１の例えばＬ１，Ｌ２，Ｌ３にも同様に合成レンズを配置することで更に良好な収差補正が実現できることは言うまでもない。
【００４０】
本実施の形態の投写型映像表示装置においても、図１３に示す従来投写型映像表示装置と同様に上部筐体１００ａと下部筐体１００ｂにより形成される内部空間には、当該投写型映像表示装置を構成するための構成部品である、例えば、光源であるランプ、またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）または青色レーザ（Ｌａｓｅｒ）で蛍光体を励起して光を得る当該光源からの光を外部からの映像信号などに基づいた映像光に変調する光変調部（例えば、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、液晶パネル等の映像表示素子）、当該映像光を壁面に対して極めて近距離（大きな傾斜角度）からでも台形歪等を低減して投写することが可能であり、もって、優れた投写映像が得られる、所謂、非球面や自由曲面レンズを含む傾斜投写光学系が、更には、上記構成部品に対して必要な電力や制御信号を供給する電源回路や制御回路を含む各種回路部品、その発熱を装置外部に導くための冷却ファン等が搭載されている。
【００４１】
なお、上記の光学系においては、図中に符号Ｐで示した映像表示素子と光軸に対して略垂直方向に配置された光源Ｐ０（図示せず）からの光はプリズム（ＴＩＲプリズム）面で全反射し、符号Ｐで示す映像表示素子に入射し映像表示素子により映像光束に変換され、プリズム面を透過して投写レンズに入射する。当該映像表示素子Ｐ（反射型映像表示素子）からの映像光束は、投影面の結像位置に対して、投写レンズ内ではそれぞれのレンズの異なった場所を通過する。特に、レンズＬ１５とＬ１６は、その他の殆どのレンズが共有する光軸よりも上部に位置しており、そのため不要なレンズ有効領域をなくすことで（即ち、不要な部分を切断し一部半円形状化して）小型化ができる。
【００４２】
続いて、以下に、本発明者による検討の結果を示す。上述した傾斜投写光学系を形成する投写レンズにおける投写光の挙動を観察するため、発明者は、図３に示すように、例えば投影面上に、５×５＝２５個の点を設け、これらの点で結像した光束が図１に示す投写レンズを構成する単レンズのどの位置を通過するかをシミュレーションで求めた。
【００４３】
図３に示した結像点はスクリーン中心に対して左右対称であり片側のみの結像点での評価結果を図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。これら結像面での２５個の結像点へ向かう光束は、映像表示素子Ｐに近いレンズ、例えば、レンズＬ１の面上では互いに分離しているが、その後、徐々に混在するようになる。即ち、上記レンズＬ９およびレンズＬ１０の面上においては、互いに混在し（図４（Ａ）を参照）、その後、レンズＬ１１〜Ｌ１４の面上では互いに分離し始め（図４（Ｂ）および４（Ｃ）を参照）、更に、レンズＬ１５〜Ｌ１６においては、互いに分離する（図４（Ｄ）を参照）ことが分かった。
【００４４】
一方、上述した非球面や自由曲面レンズを含む傾斜投写光学系では、非球面と自由曲面とを割合は、９８％〜９０％：２％〜１０％程度であることを考慮すると、自由曲面は、上述した光束が分離する場所に配置することが、効率的に、単独で収差補正が可能となり、サジタル方向の収差補正能力が大幅に向上されることが分かった。なお、上述した非球面レンズは、光束をメリディナル方向に湾曲する機能を有し、一方、自由曲面レンズは、サジタル方向において補正する機能を有する。
【００４５】
そこで、本発明では、上述した発明者による検討の結果に基づき、光束を上方に極めて大きく湾曲させる機能を有する非球面のレンズ群（ここでは、Ｌ１１〜Ｌ１６）の一部において、特に、光束が分離する場所において、上記非球面レンズによる収差を補正するための自由曲面のレンズ面を一体に形成することが提案される。
【００４６】
図５には、例えば、上記の負の屈折力を有するレンズ群Ｇ３うちの映像面に最も近いレンズＬ１６について示す。即ち、本例では、Ｌ１６のレンズ面を非球面レンズＬ１６−ａとすると共に、映像光束が通過する領域（以下、有効領域と記載）においては、ベースとなる非球面にサジタル方向の収差の補正能力を向上するために自由曲面を含んだ自由曲面を加えて新たなレンズ面（以下合成レンズ面と記載）Ｌ１６‐Ｓを形成したものである。なお、合成レンズ面は有効領域以外に形成しても本願発明に抵触することは言うまでもない。
【００４７】
このレンズＬ１６は、図５に示した実施の形態の他に、図８に示すように中心の光軸よりも上方に広がる半円状の外形を有しており、これにより、円筒状の鏡筒１０内において、他のレンズと共に、所定の位置に固定される。また、このレンズＬ１６は、当該レンズの外形を成す円形の中心部（光軸）での非球面の凹パワーが、周辺部における凹パワーよりも小さく設定されている。なお、図８（Ａ）は、レンズＬ１６を鏡筒１０の外部へ取り出して状態を示した斜視図である。
【００４８】
更に、図６はＬ１５の外形形状を示す正面図で外形中心が光軸に対してｄ１だけ偏心している非対称な外形形状を有している。
【００４９】
合成レンズＬ１６の外側のレンズ面には、当該面のローカルな円筒座標系を用いて、以下の数１の式で表される回転対称な非球面が形成される。
【００５０】
【数１】
2017126028.tif 000003
【００５１】
なお、ここでは、ｒは光軸からの距離であり、Ｚはサグ量を表している。また、ｃは頂点での曲率、ｋは円錐定数、Ａ〜Ｊはｒのべき乗の項の係数である。
【００５２】
また、当該レンズ面には、当該面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、Ｘ、Ｙの多項式を含む以下の数２の式で表される自由曲面が形成される。
【００５３】
【数２】
2017126028.tif 000004
【００５４】
なお、ここでは、ＺはＸ、Ｙ軸に垂直な方向で自由曲面の形状のサグ量を表しており、ｃは頂点での曲率、ｒはＸ、Ｙ軸の平面内での原点からの距離、ｋは円錐定数、Ｃ（ｍ、ｎ）は多項式の係数である。
【００５５】
なお、上述した合成レンズＬ１６は、プラスチック樹脂を金属製の金型Ｄに注入する金型成形により形成される。その際、図８（Ｂ）にも示すように、外形が略半円形のレンズＬ１６の表面に形成される非球面のレンズ面は、図に破線の斜線部ＮＳで示すように、レンズＬ１４全体の外周縁から２〜３ｍｍ程度の距離ｄだけ内側に形成され、更に、自由曲面のレンズ面ＦＳは、図に実線の斜線部で示すように、当該非球面のレンズ面の内部に含まれる。そのため、金型Ｄにおける非球面レンズ面の形成面を作成する際、必要な個所に自由曲面レンズを形成するための加工面を同時に形成することにより、上述したように非球面レンズの一部を所望の自由曲面レンズとしたレンズＬ１６が得られる。なお、レンズＬ１６の外周から非球面のレンズ面ＮＳまでに２〜３ｍｍ程度の距離ｄを設けることによれば、その外周縁にはレンズの固定用の部位である、所謂、コバ面が形成し易くなる。また、図中の符号ＬＧは、レンズＬ１６を成形するために金型Ｄの内部に樹脂を注入する際に使用されるゲート部により形成される突出部を示している。
【００５６】
上述したようにして形成されたレンズＬ１６は、その外形を円盤状のレンズと同様にし、その一部（即ち、中心の光軸の上部）のみをレンズとして利用することから、その下部は、もっぱら、レンズＬ１６を鏡筒１０内に固定するための支持部として使用することができる。そのため、上記に符号ＬＧで示したゲート部は、レンズＬ１６の下端部に対応して形成されることが好ましい。
【００５７】
以上に詳細に述べたように、短距離かつ大画像の映像投写のために光束を上方に極めて大きく湾曲させる非球面レンズと共に、その一部に、収差補正が可能な自由曲面レンズを一体に形成したレンズＬ１６を使用することによれば、短距離化・大画像化の要求を十分に満足させながらも、装置全体の小型化を可能とすると共に、その製造も比較的容易である。
【００５８】
なお、上記の例では、非球面レンズと自由曲面レンズを一体に形成した合成レンズＬ１６は、上述したように、光束が分離する場所において配置するものとし、その一例として、当該投写型映像表示装置を構成する投写光学系の最終段のレンズとした例について述べた。しかしながら、本発明は、上記の実施の形態にのみ限定されるものではなく、その他、例えば、レンズ光学系の最初の段など、比較的に光束が分離する場所において、通常の球面レンズの一部に一体に形成することによっても、同様の効果を達成することが可能である。
【００５９】
また、上記の実施の形態では、非球面レンズと自由曲面レンズを一体に形成したレンズＬ１６は、投写光学系の最終段のレンズとして固定して配置されているものとして説明したが、実際の装置では、フォーカス調整のために一部のレンズを移動する機構（鏡筒の外周に形成したネジ溝など）を設けることが行われる。しかしながら、その場合でも、当該自由曲面のレンズ面を一体に形成するレンズは、レンズの回転などによって光学的な位置が変化しないように、移動しないレンズとすることが好ましい。
【００６０】
以上からも明らかなように、本発明によれば、上述した非球面レンズと自由曲面レンズを一体に形成したレンズの働きにより、自由曲面レンズを含めたレンズの枚数を増加させることなく短距離化・大画像化の要求を満足させることができ、同時に、装置全体の小型化と製造のし易さをも実現した投写光学系を備えた投写型映像表示装置を提供することが可能となる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かり易く説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…鏡筒、１１…光軸、１００…投写型映像表示装置、１００ａ…投写型映像表示装置の上部筐体、１００ｂ…投写型映像表示装置の下部筐体、ｄ１、ｄ２…レンズ外形中心と光軸の偏差、Ｌ１〜Ｌ１６…レンズ、Ｌ１６…非球面＋自由曲面レンズ、Ｌ１６−ａ…非球面レンズ、Ｌ１６‐ｃ…ゲート、Ｌ１６−Ｓ自由曲面＋非球面領域（合成レンズ面）、Ｌ１５Ａ、Ｌ１６Ａ…自由曲面レンズ、ＬＧ…ゲート部、φ２、φ３…映像光束、Ｍ１７…自由曲面ミラー、Ｐ…映像表示素子、ＰＬ…映像表示素子、Ｐ１…クロスプリズム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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