(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子に表示される画像を被投射面に拡大投射するための投射光学系であって、
前記投射光学系は、
複数のレンズと、開口絞りとを有するレンズ光学系と、
前記複数のレンズと被投射面との間に配置したアナモフィック面を有する透過型光学素子と
を具備してなり、
前記透過型光学素子は、前記画像表示素子の長手方向に対応する方向について曲率を有し、
前記被投射面の上端に向かう光線を含む光束の一部を遮光する手段を、前記レンズ光学系内の前記開口絞りの位置以外に設けることにより、
前記画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面において、前記レンズ光学系から射出され、前記透過型光学素子に入射する光が、
前記透過型光学素子に第１の入射角度で入射する第１の光束の光量が、
前記透過型光学素子に前記第１の入射角度より大きい第２の入射角度で入射する第２の光束の光量よりも小さい光量とすることを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記レンズ光学系と前記透過型光学素子との間の光路上に１つ以上の反射面を形成する反射光学系を有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】
前記反射光学系の前記反射面は、１つ以上の曲面反射面を含むことを特徴とする請求項２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記反射光学系は、前記レンズ光学系と前記曲面反射面との間に、平面状の折返し反射面を配置してなることを特徴とする請求項３に記載の投射光学系。
【請求項５】
前記透過型光学素子は、レンズ移動に伴って前記画像表示素子との相対的な位置関係を変化させることなく固定的に配設されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項６】
前記透過型光学素子は、
前記画像表示素子の表示画面から被投射面へ向かう光路上に、光が入射する第１面と光を射出する第２面とを有し、
これら第１面と第２面の面形状が、少なくとも結像に寄与する光束が透過する領域において同一形状であることを特徴とする請求項１〜請求項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の光束は、結像に寄与する光束のうちで前記レンズ光学系の周辺部を通過する光束であり、
前記第２の光束は、結像に寄与する光束のうちで前記レンズ光学系の光軸近傍を通過する光束であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項８】
前記透過型光学素子は、
前記画像表示素子から被投射面への光路上の最も被投射面側に位置する光学素子であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項９】
前記透過型光学素子は、前記レンズ光学系を含む光学系内部への塵埃の侵入を防止する防塵部材としても機能することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１０】
前記レンズ光学系は、開口絞りを含み、且つ
前記レンズ光学系のうちで前記反射光学系に最も近いレンズを透過する前記画像表示素子の表示画面からの全体光束の幅は、前記レンズ光学系の光軸を含む任意の断面において、前記開口絞り位置における全体光束の幅の１．３倍以上であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１１】
前記画像表示素子の前記表示画面の長辺に垂直で且つ前記レンズ光学系の光軸を含む断面上において、前記被投射面における投射画面の最上端への光線の入射角度と、前記投射画面の最下端への光線の入射角度との差が４５度以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１２】
前記レンズ光学系は、複数のレンズ群を有してなり、それら複数のレンズ群のうちの１つのレンズ群は移動せず、他のレンズ群は、隣接するレンズ群同士の間隔を変化するように移動させることによってフォーカス調整を行う構成であって、
前記複数のレンズ群のうちの前記画像表示素子に最も近いレンズ群は、フォーカス調整に伴って移動しない正の屈折力を有する固定レンズ群であり、そして当該固定レンズ群の内部およびその近傍のいずれか一方に、フォーカス調整に伴って移動しない固定の前記開口絞りが配置されることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１３】
前記レンズ光学系は、
前記画像表示素子側から被投射面側に向かって、順次、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、
負の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
からなる４つのレンズ群を配置してなり、フォーカス調整に伴って、前記第１レンズ群は、移動せず、前記第２レンズ群から前記第４レンズ群の各隣接するレンズ群同士の間隔が変化するように移動することを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１４】
前記レンズ光学系は、
前記画像表示素子側から被投射面側に向かって、順次、
フォーカス調整に伴って移動させない固定レンズ群である正の屈折力を有する第１レンズ群と、隣接するレンズ群同士の間隔がそれぞれ変化するように移動する
正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置してなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に、当該レンズ光学系内における光束の一部を遮光する手段を配置してなることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１５】
前記透過型光学素子は、前記画像表示素子の表示画面の長辺に垂直な断面上で直線状をなし、その直線は、前記画像表示素子の表示画面に対して垂直または平行であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１６】
前記反射光学系における前記曲面反射面は、自由曲面ミラーでなる凹面反射面であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の投射光学系。
【請求項１７】
前記折返し反射面と前記凹面反射面との間に、前記レンズ光学系による全ての中間像が形成されることを特徴とする請求項１６に記載の投射光学系。
【請求項１８】
前記画像表示素子の表示画面の長辺に垂直で、且つ前記レンズ光学系の光軸を含む断面において、
前記画像表示素子の表示画面の上端の画素からの画素光束と、
前記画像表示素子の表示画面の下端の画素からの画素光束とは、
前記レンズ光学系のうちの最も前記反射光学系に近いレンズにおいて重なり合うことなく分離されることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の投射光学系。
【請求項１９】
請求項１〜請求項１８のいずれか１項の投射光学系を具備することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるプロジェクタ等の画像投射装置に係り、特に、画像表示素子に表示される画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射するための投射光学系およびその投射光学系を具備する画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等と称される画像投射装置の主要部は、一般的に図８のような構成を有している。
図８は、画像投射装置の光学エンジンの典型的な構成の一例を模式的に示している。図８に示す構成においては、光源としてのランプ１０１からの光で、ＤＭＤ(Digital Micromirror Device)または液晶表示パネル等のライトバルブ（light valve〜光弁）と称される画像表示素子１０２の表示画面を照明し、画像表示素子１０２の表示画像の拡大像を投射光学系１０３によって被投射面を形成するスクリーン１０４に投影する。
さらに具体的には、ランプ１０１からの光を、リフレクタ１０５で、インテグレータロッド１０６の入射口に集光する。インテグレータロッド１０６は、４つのミラーを組み合わせてトンネル状に形成したライトパイプであり、入射口から入射した光は、インテグレータロッド１０６内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド１０６の射出口においては光量むらが一様な状態となる。この射出口の光を、光量むらが一様な面光源として捉え、この面光源の光源像を、レンズ系１０７、ミラー１０８および曲面ミラー１０９等からなる照明用光学系を介して、この場合、例えばＤＭＤからなる画像表示素子１０２の表示画面上に形成して照明光とする。この照明光によって、画像表示素子（ＤＭＤ）１０２の表示画面は、一様な照度分布で照らされるので、その表示画像の拡大像としてスクリーン１０４に投影されるスクリーン画像も一様な照度分布となる。
【０００３】
ここで画像表示素子１０２として用いられるＤＭＤは、多数の微小ミラーを有し、これら各微小ミラーの角度を個別に＋１２°〜−１２°の範囲で電子的に制御することができるデバイスである。例えば、今、１つの微小ミラーの角度が、−１２°のときに照明光の微小ミラーによる反射光が投射光学系内に入射し、そして＋１２°のときに照明光の反射光が投射光学系に入射しないように、照明光がＤＭＤに入射する角度を設定しておけば、ＤＭＤの各微小ミラーの傾斜角度を制御することによって、ＤＭＤの表示画面上にディジタル画像を形成し、当該画像を投射光学系１０３を介してスクリーン１０４上に投影することができる。
ところで、昨今、この種の画像投射装置においては、被投射面を形成するスクリーンの設置位置が、従来よりも極端に近いプロジェクタが普及しつつある。このような至近プロジェクタの目的は、主としてスクリーンの近くに位置する説明員や発表者等のプレゼンターの目に、投射光が入射してしまうのを避けるようにすることや、プレゼンターによる説明等を受ける側の聴講者の近傍にプロジェクタが配置される状況を避けて、聴講者がプロジェクタの排気・騒音等の悪影響を受けないようにすることである。
【０００４】
このような、至近プロジェクタのような画像投射装置用の投射光学系としては、単純に従来の（共軸・回転対称の）投射光学系の画角を広くして投射距離を短縮する方法や、曲面ミラーを利用して画像の歪曲を補正しつつ投射光路を偏向して画像投射装置とスクリーンとの間の距離を短縮する方法がある。前者、すなわち単純に投射光学系の画角を広げる方式は、従来の投射光学系の技術の延長上で至近投射の目的を達成することができるが、スクリーンに近いレンズの外径が大型化しがちで、画像投射装置（プロジェクタ）全体が大型化する傾向がある。これに対して、後者、すなわち曲面ミラーを利用する方式は，小型であっても至近距離からの投射を達成することができる可能性を有している。
従来のこのような曲面ミラーを用いた画像投射装置の技術は、例えば、特許文献１（特許第４３９６７６９号）、特許文献２（特開２０１１−２４２６０６号）、特許文献３（特許第４４６７６０９号）、特許文献４（特表２００８−５２２２２９号）、特許文献５（特開２０１０−２６６８３８号）、特許文献６（特開２０１０−１５２２６４号）および特許文献７（特開２０１３−８８７２７号）等に開示されている。
【０００５】
特許文献１には、スクリーンに投射された画像の照度分布を考慮し、投射光学系の屈折光学部とスクリーンとの間に位置し投射光学系内部への防塵機能をも有する射出レンズを球面のメニスカスレンズとすることによって、スクリーンにおける照度分布の一様性を高めるようにしている。すなわち、この特許文献１においては、投射光学系内部への防塵のための光学要素単体の悪影響によるスクリーン上の照度分布の劣化については考慮されているが、投射光学系の画質向上に伴う屈折光学部内における光利用効率の不均等の発生については考慮されていない。
また、特許文献２に示されるようにレンズ光学系と反射光学系を組み合わせた至近投射の光学系が知られているが、このような投射光学系を実際に筐体に収容して一般的なプロジェクタ等の形態にする場合には、反射光学系の凹面ミラーとスクリーンとの間に、光を透過し且つ防塵機能を有する部材を配置することが必要となる。
さらに、上述した特許文献１における射出レンズとほぼ同様に、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６および特許文献７においては、投射光学系のレンズ光学系とスクリーンとの間に位置し投射光学系内部への防塵機能を有する光学部材について言及されている。特許文献１の射出レンズは、球面状のメニスカス形状であったが、特許文献３、特許文献４および特許文献５においては、この防塵のための光学部材が、平板、つまり平面状の板状部材からなる光学部材として示されており、これら特許文献３、特許文献４および特許文献５においては、スクリーンにおける表示画像における照度分布については、ほとんど触れられていない。
【０００６】
そして、特許文献６においては、上述した防塵のための光学部材が、中央部と該中央部に隣接する周辺部とで構成され、前記周辺部は投射光の入射側に屈曲している。この場合、中央部と周辺部はいずれも主として平面状の板状部として形成されており、前記中央部における投射光の射出面がスクリーン側に傾ける場合もあるとしている。また、特許文献７においては、上述した防塵のための光学部材に相当するカバーを、カバーにおける主光線の入射角度および射出角度が小さくなる曲面形状としており、カバーの曲面形状は、球面、非球面、トーリック面、トロイド面および自由曲面など各種の面形状としている。これら特許文献６および特許文献７には、投射光学系の主たるレンズ光学系における光束に基づく光量分布については、特に触れられていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、ある画素光束については、レンズ光学系内の光路の中心部を透過させ、また他のある画素光束については、レンズ光学系内の光路の周辺位置を透過させるように、レンズ光学系内の光路の異なる位置を透過させるようにすると、画素光束毎に、レンズ等の光学要素に入射する角度や、光学要素を透過する距離が相違するため、画面内で光利用効率に差異が生じる。これらが、複数枚のレンズや凹面ミラー等の光学要素部品によって累積されると、スクリーンの画面上においては、画像の位置毎の照度むらを大きくしてしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、被投射面での画像の位置毎における照度むらの抑制を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
画像表示素子に表示される画像を被投射面に拡大投射するための投射光学系であって、
前記投射光学系は、
複数のレンズと、開口絞りとを有するレンズ光学系と、
前記複数のレンズと被投射面との間に配置したアナモフィック面を有する透過型光学素子と
を具備してなり、
前記透過型光学素子は、前記画像表示素子の長手方向に対応する方向について曲率を有し、
前記被投射面の上端に向かう光線を含む光束の一部を遮光する手段を、前記レンズ光学系内の前記開口絞りの位置以外に設けることにより、
前記画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面において、前記レンズ光学系から射出され、前記透過型光学素子に入射する光が、
前記透過型光学素子に第１の入射角度で入射する第１の光束の光量が、
前記透過型光学素子に前記第１の入射角度より大きい第２の入射角度で入射する第２の光束の光量よりも小さい光量と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、被投射面での画像の位置毎における照度むらの抑制可能とする投射光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態であって且つ実施例１に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って光路と共に示す断面図である。
【図２】図１の投射光学系の主としてレンズ光学系および反射光学系の部分を拡大してより詳細に示す断面図である。
【図３】図２の投射光学系をレンズ光学系の光軸が垂直に交わる断面を図２の右方から左方に向かって見た様子を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である実施例２に係る投射光学系の主としてレンズ光学系の部分を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って光路を共に詳細に示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態であって且つ実施例３に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図である。
【図６】実施例３に係る図５の投射光学系の主としてレンズ光学系および反射光学系の部分を拡大してより詳細に示す断面図である。
【図７】実施例３に係る図６の投射光学系をレンズ光学系の光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺が垂直に交わる断面を図６の下方から上方に向かって見た様子を示す断面図である。
【図８】画像投射装置としての、いわゆるプロジェクタにおける従来の光学系の概略的な構成を模式的に示す断面図である。
【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、まず、本発明の原理について説明する。
画像表示素子に表示される画像をレンズ光学系と凹面反射面を形成する自由曲面の凹面ミラーを用いた反射光学系とを順次介してスクリーン等の被投射面に拡大結像させる投射光学系においては、画素光束毎の光利用効率の差異があると、投射画像における照度分布の不均一を生じてしまう。このため、概念としては、レンズ光学系と反射光学系によって発生する画素光束毎の光利用効率の差異を、投射光学系内部への塵埃の侵入を防止するために反射光学系と被投射面との間に配置される光学素子としての防塵部材にて打ち消せるようにすることが望ましい。
しかしながら、現実的には、照度分布を完全一様化するような光学素子を防塵部材として設計しようとすると、防塵部材として自由曲面等の非常に複雑な形状の光学素子となってしまったり、肝心の解像度や歪曲収差等の光学性能を悪化させてしまうおそれがある。
【００１２】
これに対して、防塵部材を、例えば、作り易い平板状の光学素子として、その平板面がスクリーン等の被投射面に対して垂直となるようにレイアウトした場合を考える。この場合、画面の水平すなわち左右方向においては、レンズ光学系の中心を通る画素光束（つまり、画像表示素子の表示画面上で画面の水平左右方向の中心に位置する画素からレンズ光学系に入射する光束）は、当然、防塵部材に入射する角度が左右方向について０度であり、防塵部材における光の利用効率が高い。しかしながら、画像表示素子の表示画面上で画面の水平、すなわち左右方向の両端の画素からレンズ光学系に入射する光束は、防塵部材への入射角度が大きくなり、防塵部材における光の利用効率が低くなる。
一方、画面の垂直、すなわち上下方向においては、レンズ光学系の中心を通る画素光束（つまり、画像表示素子の表示画面上で画面の垂直上下方向においてレンズ光学系の光軸に最も近い画素からレンズ光学系に入射する光束）は、スクリーン等の被投射面の最下端に向かうため、防塵部材に入射する角度が大きく、防塵部材での光利用効率が低い。一方、画像表示素子の表示画面上で画面の垂直、すなわち上下方向においてレンズ光学系の光軸から最も遠い画素からレンズ光学系に入射する光束は、スクリーン等の被投射面の最上端に向かうため、防塵部材に入射する角度が小さくなり、防塵部材における光の利用効率が高くなる。
【００１３】
そこで、本発明においては、このような場合に、防塵部材の形状を画像表示素子の表示画面の長辺方向、つまり一般に水平左右方向に対応する方向に曲率を有して湾曲する部分円筒状として、例えば、方向により曲率が異なるアナモフィック面を形成する透過型光学素子を防塵部材として採用した（後に詳述する図１〜図３参照）。このような透過型光学素子からなる防塵部材を用いることにより、スクリーン等の被投射面における表示画面の水平左右方向については両端部の照度低下を回避しつつ、表示画面の短辺方向、つまり一般に垂直上下方向については、表示画面の下側に向かう光線と表示画面の上側に向かう光線とで、防塵部材に入射する光線の入射角度に大きく差をつけ、この差をレンズ光学系の内部で打ち消す構成とした。すなわち、レンズ光学系において、表示画面の垂直上下方向に対応して防塵部材への入射角度の差を打ち消すような光量分布を与えている。
この場合のように、レンズ光学系と凹面ミラーを用いた反射光学系とを組み合わせた形の光学系の構成は、画面の水平方向については左右対称で、垂直方向については上下非対称であるため、防塵部材を傾けたり、レンズ光学系の内部で特殊な光利用効率分布を形成したりするなどの左右非対称な構成をとるより、上述したような部分円筒状に形成した防塵部材とレンズ光学系を組み合わせる構成の方が適している。
【００１４】
特許文献１には、ドーム型、すなわち全方位について同じ曲率半径である部分球面状とした防塵部材を用いた構成が示されている。この特許文献１では、防塵部材が平板状だった場合における入射角が浅い周辺光束の反射および結像性能の劣化を課題としている。また、特許文献６には、防塵部材が、平板状の中央部と該中央部に隣接する平板状の周辺部とで構成され、前記周辺部は投射光の入射側に屈曲している構成が示されており、特許文献７には、防塵部材に相当するカバーを、主光線の入射角度および射出角度が小さくなる曲面形状とする構成が示されている。これら特許文献６および特許文献７の構成では、投射光学系のレンズ光学系による光量分布については考慮していない。
これに対して、上述した本発明に係る構成においては、方向により曲率が異なる透過型光学素子、具体的には例えば部分円筒状のアナモフィック面を形成する透過型光学素子を防塵部材として用いている。
画像表示素子の画面の下端に対応する光軸付近を通る光のレンズ光学系での光使用効率は高いが、画像表示素子の画面の上端からの光のレンズ光学系での光使用効率は低い。このようなレンズ光学系での光利用効率の差異を、防塵部材の透過率でキャンセルさせるためには、画面の短辺方向、一般に垂直上下方向、に対応する方向には防塵部材を湾曲させずにほぼ直線状としたほうが良い。
【００１５】
この場合、防塵部材の形状は、画面の垂直上下に対応する方向については、画面の上下に対応する入射角の関係を持たせることができれば、厳密な直線状でなくとも良い。一方、画面の長辺方向、一般に水平左右方向、に対応する方向については、端部での照度劣化を防ぐ必要があり、この対策として、当該方向について有意な曲率を持たせて防塵部材を湾曲させるのが良い。
これらを共に満足させるべく方向により曲率が異なる形状とした透過型光学素子を防塵部材として、画面の長辺方向（水平左右方向）端部の照度低下を回避しつつ、レンズ光学系から射出される各光束間の短辺方向（垂直上下方向）の光利用効率の差異を光量分布により補償するようにしている。
なお、上述においては、レンズ光学系と、該レンズ光学系の被投射面側に配置した凹面反射面を形成する自由曲面の凹面ミラーを用いた反射光学系とにより、ＤＭＤ等の画像表示素子の表示画面上の画像を、スクリーン等の被投射面上に拡大表示する構成の投射光学系に本発明を適用した場合について説明した。すなわち、反射光学系と被投射面の間に、投射光学系等を収容する筐体の内部への塵埃の侵入を防止する防塵部材として、画面の長辺方向（水平左右方向）に対応して有意な曲率を示す透過型光学素子を配置した。
【００１６】
本発明に係る投射光学系は、このような構成に限らず、レンズ光学系と、該レンズ光学系の被投射面側に平面反射面を形成する平面ミラーおよび凹面反射面を形成する自由曲面の凹面ミラーを順次配置した反射光学系とにより、ＤＭＤ等の画像表示素子の表示画面上の画像を、スクリーン等の被投射面上に拡大表示する構成の投射光学系にも適用することができる。その場合にも、反射光学系と被投射面の間に防塵部材として画面の長辺方向（水平左右方向）に対応して有意な曲率を示す透過型光学素子を配置する。
本発明に係る投射光学系は、このような構成に限らず、レンズ光学系と、該レンズ光学系の被投射面側に平面反射面を形成する平面ミラーおよび凹面反射面を形成する自由曲面の凹面ミラーを順次配置した反射光学系とにより、ＤＭＤ等の画像表示素子の表示画面上の画像を、スクリーン等の被投射面上に拡大表示する構成の投射光学系にも適用することができる。その場合にも、反射光学系と被投射面の間に防塵部材として画面の長辺方向（水平左右方向）に対応して有意な曲率を示す透過型光学素子を配置する。
また、レンズ光学系と、該レンズ光学系の被投射面側に凸面反射面を形成する自由曲面の凸面ミラーを配置した反射光学系とにより、ＤＭＤ等の画像表示素子の表示画面上の画像を、スクリーン等の被投射面上に拡大表示する構成の投射光学系にも適用することができる。その場合にも、反射光学系と被投射面の間に防塵部材として画面の長辺方向（水平左右方向）に対応して有意な曲率を示す透過型光学素子を配置する。
【００１７】
さらに、反射光学系を用いず、レンズ光学系により、ＤＭＤ等の画像表示素子の表示画面上の画像を、スクリーン等の被投射面上に拡大表示する構成の投射光学系に対して本発明を適用する場合には、レンズ光学系と被投射面の間に防塵部材として画面の長辺方向（水平左右方向）に対応して有意な曲率を示す透過型光学素子を配置すれば良い。
次に、上述した原理に基づく本発明の原理的な実施の形態を説明する。
本発明に係る投射光学系は、
画像表示素子に表示される画像を被投射面に拡大投射するための投射光学系であって、
前記投射光学系は、
複数のレンズと、開口絞りとを有するレンズ光学系と、
前記複数のレンズと被投射面との間に配置したアナモフィック面を有する透過型光学素子と
を具備してなり、
前記透過型光学素子は、前記画像表示素子の長手方向に対応する方向について曲率を有し、
前記被投射面の上端に向かう光線を含む光束の一部を遮光する手段を、前記レンズ光学系内の前記開口絞りの位置以外に設けることにより、
前記画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面において、前記レンズ光学系から射出され、前記透過型光学素子に入射する光が、
前記透過型光学素子に第１の入射角度で入射する第１の光束の光量が、
前記透過型光学素子に前記第１の入射角度より大きい第２の入射角度で入射する第２の光束の光量よりも小さい光量とすることを特徴とする（請求項１に対応する）。
【００１８】
なお、前記レンズ光学系と前記透過型光学素子との間の光路上に１つ以上の反射面を形成する反射光学系を有する構成としても良い（請求項２に対応する）。
さらに、前記反射光学系の前記反射面は、１つ以上の曲面反射面を含んでいても良い（請求項３に対応する）。
そして、前記反射光学系は、前記レンズ光学系と前記曲面反射面との間に、平面状の折返し反射面を配置しても良い（請求項４に対応する）。
前記透過型光学素子は、フォーカシングや倍率変更等のレンズ駆動に伴って前記画像表示素子との相対的な位置関係を変化させないように固定的に配設しても良い（請求項５に対応する）。
【００１９】
前記透過型光学素子は、
前記画像表示素子の表示画面から被投射面へ向かう光路上に、光が入射する第１面と光を射出する第２面とを有し、
これら第１面と第２面の面形状を、少なくとも結像に寄与する光束が透過する領域において同一形状として屈折力を持たないようにしても良い（請求項６に対応する）。
【００２０】
前記第１の光束は、結像に寄与する光束のうちで前記レンズ光学系の周辺部を通過する光束であり、
前記第２の光束は、結像に寄与する光束のうちで前記レンズ光学系の光軸近傍を通過する光束である構成としても良い（請求項７に対応する）。
さらに、前記透過型光学素子は、
前記画像表示素子から被投射面への光路上の最も被投射面側に位置する光学素子であっても良い（請求項８に対応する）。
そして、前記透過型光学素子は、前記レンズ光学系を含む光学系内部への塵埃の侵入を防止する防塵部材としても機能するようにしても良い（請求項９に対応する）。
【００２１】
前記レンズ光学系は、開口絞りを含み、且つ
前記レンズ光学系のうちで前記反射光学系に最も近いレンズを透過する前記画像表示素子の表示画面からの全体光束の幅は、前記レンズ光学系の光軸を含む任意の断面において、前記開口絞り位置における全体光束の幅の１．３倍以上としても良い（請求項１０に対応する）。
【００２２】
前記画像表示素子の前記表示画面の長辺に垂直で且つ前記レンズ光学系の光軸を含む断面上において、前記被投射面における投射画面の最上端への光線の入射角度と、前記投射画面の最下端への光線の入射角度との差が４５度以上であっても良い（請求項１１に対応する）。
前記レンズ光学系は、複数のレンズ群を有してなり、それら複数のレンズ群のうちの１つのレンズ群は移動せず、他のレンズ群は、隣接するレンズ群同士の間隔を変化するように移動させることによってフォーカス調整を行う構成であって、
前記複数のレンズ群のうちの前記画像表示素子に最も近いレンズ群は、フォーカス調整に伴って移動しない正の屈折力を有する固定レンズ群であり、当該固定レンズ群の内部およびその近傍のいずれか一方に、フォーカス調整に伴って移動しない固定の開口絞りを配置するようにして良い（請求項１２に対応する）。
【００２３】
また、前記レンズ光学系は、
前記画像表示素子側から被投射面側に向かって、順次、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、
負の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
からなる４つのレンズ群を配置してなり、フォーカス調整に伴って、前記第１レンズ群は、移動せず、前記第２レンズ群から前記第４レンズ群の間隔同士が変化するように移動する構成としても良い（請求項１３に対応する）。
さらにまた、前記レンズ光学系は、
前記画像表示素子側から被投射面側に向かって、順次、
フォーカス調整に伴って移動しない固定レンズ群である正の屈折力を有する第１レンズ群と、隣接するレンズ同士の間隔がそれぞれ変化するように移動する
正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを配置してなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に、当該レンズ光学系内における光束の一部を遮光する手段を配置して構成しても良い（請求項１４に対応する）。
【００２４】
前記透過型光学素子は、前記画像表示素子の表示画面の長辺に垂直な断面上で直線状をなし、その直線は、前記画像表示素子の表示画面に対して垂直または平行であっても良い（請求項１５に対応する）。
前記反射光学系における前記曲面反射面は、凹面反射面であっても良い（請求項１６に対応する）。
前記折返し反射面と前記凹面反射面との間に、前記レンズ光学系による全ての中間像が形成される構成であっても良い（請求項１７に対応する）。
前記画像表示素子の表示画面の長辺に垂直で、且つ前記レンズ光学系の光軸を含む断面において、
前記画像表示素子の表示画面の上端の画素からの画素光束と、
前記画像表示素子の表示画面の下端の画素からの画素光束とは、
前記レンズ光学系のうちの最も前記被投射面に近いレンズにおいて重なり合うことなく分離される構成であっても良い（請求項１８に対応する）。
そして、本発明に係る画像投射装置は、上述したいずれかの投射光学系を具備する構成とする（請求項１９に対応する）。
次に、本発明に係る投射光学系のさらに具体的な実施の形態および実施例について説明する。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
次に、上述した本発明の第１の実施の形態としての具体的な実施例１を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は、本発明の第１の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態である実施例１に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図１は、実施例１に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図、図２は、図１の投射光学系の主としてレンズ光学系の部分をより詳細に示す断面図、そして図３は、図２の投射光学系をレンズ光学系の光軸が垂直に交わる断面を図２の右方から左方に向かって見た様子を模式的に示す断面図である。
以下、全ての実施の形態および実施例に共通して、画像表示素子としてのライトバルブには、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いている。画像表示素子であるライトバルブとしては、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルやＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）ディスプレイパネルを用いることもでき、本発明は、画像表示素子に用いるライトバルブの種類には特に限定されるものではない。また、説明の煩雑さを避けるために，図８に示したようなランプからの射出光をライトバルブまで導く照明光学系の図示および説明を省略したが、実際にはライトバルブは、ランプからの射出光によって照明されるものとする。
【００２７】
図１および図２において、投射光学系は、画像表示素子としてのＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面上に形成される画像を拡大投射して被投射面を形成するスクリーンＳＣ上に結像させる。投射光学系は、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰを順次配置して構成する。すなわち、ＤＭＤ等のライトバルブＬＶに表示された画像を、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰからなる投射光学系によってスクリーンＳＣの被投射面上に拡大投影する。
レンズ光学系ＬＳは、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４および開口絞りＡＤを具備する。反射光学系ＭＲは、自由曲面の凹面ミラーＣＭからなり、防塵部材ＤＰは、アナモフィック面を有する部分円筒状の透過型光学素子からなっている。
防塵部材ＤＰは、例えば板状の光学ガラス等からなる透過型光学素子であり、図１および図２に示すように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つ画像表示素子であるライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、図２に瞳位置を模式的に示しているようにレンズ光学系ＬＳの正面側の凹面ミラーＣＭの背後からライトバルブＬＶ方向を見た図３において、例えば曲率半径２００ｍｍの円弧状をなして、部分円筒状に形成されている。この防塵部材ＤＰは、円筒状の軸線に平行な直線つまり図１に示した光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上における直線状の断面形状に沿う直線がスクリーンＳＣに垂直に交わるようにレイアウトされる。
【００２８】
したがって、スクリーンＳＣの下端に向かう光線は、防塵部材ＤＰの表面の垂線（法線）に対する角度、すなわち防塵部材ＤＰに対する入射角が大きくなり、それに対してスクリーンＳＣの上端に向かう光線は、防塵部材ＤＰに対する入射角が小さくなる。そのため、スクリーンＳＣの画面下端に向かう光線と画面上端に向かう光線とで、防塵部材ＤＰにおける透過率、すなわち光利用効率に大きな差が生じることになる（この場合、画面下端に向かう光線の光利用効率が低く、画面上端に向かう光線の光利用効率が高くなる）。
ここで、画像表示素子であるＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面から被投射面を形成するスクリーンＳＣに至る光学系について、詳細に説明する。
図１および図２に示す投射光学系において、ライトバルブＬＶの表示画面には、表示画  を保護するための平板状のカバーガラスＣＧを設けている。
ライトバルブＬＶの表示画面における画像を拡大結像させるためのレンズ光学系ＬＳは、先に述べたようにライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群を配置してなり、第１レンズ群Ｇ１内に開口絞りＡＤを配設している。
【００２９】
第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、第５レンズＥ５、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、第９レンズＥ９および開口絞りＡＤを具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、開口絞りＡＤ、第５レンズＥ５、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、そして第９レンズＥ９を配置している。
第１レンズＥ１は、被投射面側よりも曲率が大きな（すなわち曲率半径が小さな）凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。第２レンズＥ２は、凹面を被投射面側に向けてライトバルブＬＶ側に凸に形成した正メニスカスレンズである。
第３レンズＥ３は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズ、そして第４レンズＥ４は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第３レンズＥ３と第４レンズＥ４の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。さらに、第４レンズＥ４の被投射面側に開口半径５．７１の開口絞りＡＤが設けられている。
【００３０】
第５レンズＥ５は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。第６レンズＥ６は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。
第７レンズＥ７は、凹面をライトバルブＬＶ側に向けて被投射面側に凸に形成した正メニスカスレンズ、そして第８レンズＥ８は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第７レンズＥ７と第８レンズＥ８の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。
第９レンズＥ９は、凹面をライトバルブＬＶ側に向けて被投射面側に凸に形成した正メニスカスレンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、第１０レンズＥ１０で構成しており、この第１０レンズＥ１０は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。
第３レンズ群Ｇ３は、第１１レンズＥ１１および第１２レンズＥ１２を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１１レンズＥ１１、そして第１２レンズＥ１２を配置している。
【００３１】
第１１レンズＥ１１は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。第１２レンズＥ１２は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。
第４レンズ群Ｇ４は、第１３レンズＥ１３および第１４レンズＥ１４を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１３レンズＥ１３、そして第１４レンズＥ１４を配置している。
第１３レンズＥ１３は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凹面を被投射面側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。第１４レンズＥ１４は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、そのライトバルブＬＶ側に非球面を形成している。
反射光学系ＭＲは、この場合、自由曲面を形成してなる凹面ミラーＣＭからなっている。
【００３２】
防塵部材ＤＰは、先に述べたように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、レンズ光学系ＬＳの正面側の凹面ミラーＣＭの背後からライトバルブＬＶ方向を見た状態でこの場合曲率半径２００ｍｍの円弧状をなして、厚み３ｍｍの部分円筒状の、いわゆるアナモフィック面を形成する透過型光学素子を構成している。この場合、防塵部材ＤＰは、厚み３ｍｍで、両面が共に曲率半径２００ｍｍの円弧状に湾曲しており、屈折力を有していない。
尚、図１において、Ｚ方向は、光軸方向（図１にあっては、左右方向）、Ｙ方向は、光軸に垂直でライトバルブＬＶの短辺と平行な方向（図１にあっては、上下方向）、Ｘ方向は、Ｚ−Ｙ断面に直交した方向（図１にあっては、紙面に垂直方向）である。
上述し且つ図１および図２において用いた各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例２および実施例３の対応する部分について共通に用いており、そのため、図１および図２と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例２および実施例３とはかならずしも同一の構成ではない。
【００３３】
実施例１〜実施例３に共通の記号の意味は、次の通りである。
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎｄ：ｄ線の屈折率
ν：アッベ数
Ａｒ：光学面の有効半径（開口半径）
ＥｃＹ：偏心Ｙ
（ライトバルブＬＶの短辺方向つまり垂直上下Ｙ方向端部からの偏心）
Ｅｃα：偏心α
（光軸ＺとライトバルブＬＶの短辺が垂直に交わるＹＺ断面上での光軸からの偏心）
この実施例１における各光学要素の光学特性は、次表１の通りである。
【００３４】
【表１】
0005963057.tif 000002
【００３５】
表１において、面番号に「＊（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。
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Ｈ、そして円錐定数をＫとし、各次数の非球面係数
Ｅ４：４次の非球面係数
Ｅ６：６次の非球面係数
Ｅ８：８次の非球面係数
Ｅ１０：１０次の非球面係数
Ｅ１２：１２次の非球面係数
を用い、Ｄを光軸方向における非球面量として、次の式〔１〕で定義され、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。
【００３６】
【数１】
0005963057.tif 000003
【００３７】
すなわち、表１においては、「＊」が付された第３面、第４面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面および第２７面の各光学面が非球面であり、式〔１〕における各非球面のパラメータは、次表２の通りである。なお、非球面係数において、「Ｅｎ」は、「１０のべき乗」すなわち「×１０ｎ」をあらわし、例えば「Ｅ−０５」は、「×１０−５」をあらわしている。これらは、他の実施例についても同様である。
【００３８】
【表２】
0005963057.tif 000004
【００３９】
また、表１における第１８面と第１９面、、第２０面と第２１面、第２４面と第２５面における各面間隔ｄは、それぞれ第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の群間隔を示し、画面サイズを例えば８０インチとする場合を示している。これらの群間隔を変化させることによって拡大率を変更することができ、画面サイズを８０インチとする場合と４８インチとする場合とで次表のような値とする。
【００４０】
【表３】
0005963057.tif 000005
【００４１】
そして、開口絞りＡＤにおける全体光束幅および第２８面における全体光束幅は、画面サイズを８０インチとする場合次表４のようになる。
【００４２】
【表４】
0005963057.tif 000006
【００４３】
なお、表１において、面番号に「＃（ナンバーサイン、ハッシュマークなどとも称される）」を付して示した凹面ミラーＣＭの第２９面は自由曲面を示しており、この自由曲面の形状は、次の式〔２〕で定義される。すなわち、光軸であるＺ軸に平行な面のサグ量をｚ、頂点曲率（ＣＵＹ）をｃ、コーニック定、すなわち円錐定数をｋ、そして単項式ｘｍｙｎの係数をＣｊとし、これらに基づいて、光軸であるＺ軸方向におけるサグ量ｚにより形状を特定する。
【００４４】
【数２】
0005963057.tif 000007
【００４５】
ここで、Ｃｊ等の係数・定数は、次表５で与えられる。
【００４６】
【表５】
0005963057.tif 000008
【００４７】
図２は、図１の主としてレンズ光学系ＬＳ反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰの部分を拡大して詳細に示しており、レンズ光学系ＬＳの内部における画素光束の分離の様子がわかる。図２の断面においては、ライトバルブＬＶの表示画面の図示上下方向の上端、中央および下端からそれぞれ射出された画素光束が、レンズ光学系ＬＳに入射し、開口絞りＡＤ近傍にて一旦重なり合った後、凹面ミラーＣＭに最も近いレンズでは完全に分離され、一旦各光束が集光して中間像を結び、凹面ミラーＣＭにて反射している。
このように画素光束を完全分離することによる効果は２つある。すなわち、１つは、画質が向上することであり、そしてもう１つは、画素光束毎のレンズ光学系内部での光利用効率を制御し易くすることである。
まず、１つ目の画質の向上について説明する。図１から明らかなように、凹面ミラーＣＭからスクリーンＳＣの下端までの距離と、凹面ミラーＣＭからスクリーンＳＣの上端までの距離は大きく異なっている（これは、至近プロジェクタの特徴ということができる）。このため、スクリーンＳＣの下端に向かう画素光束と、スクリーンＳＣの上端に向かう画素光束とには、レンズ光学系ＬＳにおいて全く異なる収束効果を与える必要がある。このような効果を全て凹面ミラーＣＭによって生じさせることも可能ではあるが、それでは良好な画質を期待することができない。
【００４８】
そこで、レンズ光学系ＬＳの内部において、画素光束を完全に分離し、特に非球面レンズを透過する領域では完全に分離して、画素光束毎に異なる効果を与えるようにすることによって、良好な画質を得ることが可能となる。
次に、２つ目の光利用効率の制御について説明する。各画素光束がレンズを透過する距離や、レンズ面に入射する角度に相違が生ずるため、画素光束毎に何らかの光利用効率の差が生まれることになる。この光利用効率の差をレンズ設計により以下のように制御する。この実施例１では、レンズ光学系ＬＳの内部においてライトバルブＬＶの表示画面の下端からの画素光束の光利用効率を高くし、ライトバルブＬＶの表示画面の上端からの画素光束の光利用効率を低く設定する。このようにすることによって、防塵部材ＤＰにおける光利用効率の差とは逆の効果を与えて、スクリーンＳＣ上では画面下端から上端まで一様な光利用効率を得るようにしている。この実施例１においては、防塵部材での防塵部材ＤＰの光利用効率とレンズ光学系ＬＳの光利用効率を互いに相殺させることによって、光利用効率を一様化して、同時に画質の一様化をも達成することができる。
これを光量の観点から表現すれば、画像表示素子としてのライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わり且つ光軸を含む断面において、レンズ光学系ＬＳから射出され、透過型光学素子ＤＰに入射する光は、
透過型光学素子ＤＰに第１の入射角度で入射する前記レンズ光学系ＬＳの光軸から最も遠い第１の光束の光量が、
透過型光学素子ＤＰに第２の入射角度で入射する前記第１の光束よりも前記レンズ光学系の光軸に近い第２の光束の光量よりも小さい光量であるという関係を利用して、画像の位置毎における照度むらの抑制を図ることができる。
【００４９】
なお、画素光束分離の目安として全体光束の幅があり、この実施例１では、表４に記載したように、図２の断面における開口絞りＡＤにおける全体光束幅に対して、凹面ミラーＣＭに最も近いレンズ面での全体光束幅は１．９倍あり、図２からも光束がよく分離されていることがわかる。
また、防塵部材ＤＰの形状は、図２および図３からわかるように、曲率半径２００ｍｍの円筒状であり、スクリーンＳＣの画面の水平左右方向に向かう光線の入射角を小さくして、光利用効率を上げるようにしている。
【００５０】
〔第２の実施の形態〕
次に、上述した本発明の第２の実施の形態としての具体的な実施例２を詳細に説明する。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、本発明の第２の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図４は、本発明の第２の実施の形態である実施例２に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、投射光学系の主としてレンズ光学系の部分を詳細に示す断面図である。なお、実施例２の構成は、基本的に実施例１の構成と同様であり、細部においてのみ異なっているので、図１および図３に示された構成については、実施例１の場合と同様である。
図１、図３および図４を参照して、本発明の第２の実施の形態である実施例２に係る投射光学系の構成を説明する。投射光学系の全体の概略的な主要構成については、実施例１と同様に、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す模式的断面図である図１を参照し、図１の投射光学系の主としてレンズ光学系の部分をより詳細に示す断面図として図４を参照し、そして図２の投射光学系をレンズ光学系の光軸が垂直に交わる断面を図４の右方から左方に向かって見た様子を示す断面図として図３を参照する。
【００５２】
図１および図４において、投射光学系は、画像表示素子としてのＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面上に形成される画像を拡大投射して被投射面を形成するスクリーンＳＣ上に結像させる。投射光学系は、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰを順次配置して構成する。すなわち、ＤＭＤ等のライトバルブＬＶに表示された画像を、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰからなる投射光学系によってスクリーンＳＣの被投射面上に拡大投影する。
レンズ光学系ＬＳは、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４および開口絞りＡＤを具備する。反射光学系ＭＲは、自由曲面の凹面ミラーＣＭからなり、防塵部材ＤＰは、アナモフィック面を有する部分円筒状の透過型光学素子からなっている。
防塵部材ＤＰは、例えば板状の光学ガラス等からなる透過型光学素子であり、図１および図２に示すように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つ画像表示素子であるライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、図２に瞳位置を模式的に示しているようにレンズ光学系ＬＳの正面側の凹面ミラーＣＭの背後からライトバルブＬＶ方向を見た図３において例えば曲率半径２００ｍｍの円弧状をなして、部分円筒状に形成されている。この防塵部材ＤＰは、円筒状の軸線に平行な直線、つまり図１に示した光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上における直線状の断面形状に沿う直線がスクリーンＳＣに垂直に交わるようにレイアウトされる。
【００５３】
したがって、スクリーンＳＣの下端に向かう光線は、防塵部材ＤＰの表面の垂線（法線）に対する角度、すなわち防塵部材ＤＰに対する入射角が大きくなり、それに対してスクリーンＳＣの上端に向かう光線は、防塵部材ＤＰに対する入射角が小さくなる。そのため、スクリーンＳＣの画面下端に向かう光線と画面上端に向かう光線とで、防塵部材ＤＰにおける透過率、すなわち光利用効率に大きな差が生じることになる（この場合、画面下端に向かう光線の光利用効率が低く、画面上端に向かう光線の光利用効率が高くなる）。
ここで、画像表示素子であるＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面から被投射面を形成するスクリーンＳＣに至る光学系について、詳細に説明する。
図１および図４に示す投射光学系において、ライトバルブＬＶの表示画面には、表示画面を保護するための平板状のカバーガラスＣＧを設けている。
ライトバルブＬＶの表示画面における画像を拡大結像させるためのレンズ光学系ＬＳは、先に述べたようにライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群を配置してなり、第１レンズ群Ｇ１内に開口絞りＡＤを配設している。
【００５４】
第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、第５レンズＥ５、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、第９レンズＥ９および開口絞りＡＤを具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、第５レンズＥ５、開口絞りＡＤ、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、そして第９レンズＥ９を配置している。
第１レンズＥ１は、被投射面側よりも曲率が大きな（すなわち曲率半径が小さな）凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。この第１レンズＥ１のライトバルブＬＶ側に開口半径を６．７ｍｍとする遮光部材１を配設している。第２レンズＥ２は、凹面を被投射面側に向けてライトバルブＬＶ側に凸に形成した正メニスカスレンズである。
第３レンズＥ３は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズ、そして第４レンズＥ４は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第３レンズＥ３と第４レンズＥ４の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。さらに、第４レンズＥ４の被投射面側に開口半径５．７１の開口絞りＡＤが密接して設けられている。
【００５５】
第５レンズＥ５は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。第６レンズＥ６は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。
第７レンズＥ７は、凹面をライトバルブＬＶ側に向けて被投射面側に凸に形成した正メニスカスレンズ、そして第８レンズＥ８は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第７レンズＥ７と第８レンズＥ８の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。
第９レンズＥ９は、凹面をライトバルブＬＶ側に向けて被投射面側に凸に形成した正メニスカスレンズである。この第９レンズＥ９の被投射面側に開口半径を１２．６ｍｍとする遮光部材ＳＰ２を形成している。
第２レンズ群Ｇ２は、第１０レンズＥ１０のみで構成しており、この第１０レンズＥ１０は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。
第３レンズ群Ｇ３は、第１１レンズＥ１１および第１２レンズＥ１２を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１１レンズＥ１１、そして第１２レンズＥ１２を配置している。
【００５６】
第１１レンズＥ１１は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。第１２レンズＥ１２は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。
第４レンズ群Ｇ４は、第１３レンズＥ１３および第１４レンズＥ１４を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１３レンズＥ１３、そして第１４レンズＥ１４を配置している。
第１３レンズＥ１３は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凹面を被投射面側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。第１４レンズＥ１４は、被投射面側よりも曲率が大きな凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、そのライトバルブＬＶ側に非球面を形成している。
反射光学系ＭＲは、この場合、自由曲面を形成してなる凹面ミラーＣＭからなっている。
【００５７】
防塵部材ＤＰは、先に述べたように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、レンズ光学系ＬＳの正面側の凹面ミラーＣＭの背後からライトバルブＬＶ方向を見た状態でこの場合曲率半径２００ｍｍの円弧状をなして、厚み３ｍｍの部分円筒状の、いわゆるアナモフィック面を形成する透過型光学素子を構成している。この場合、防塵部材ＤＰは、厚み３ｍｍで、両面が共に曲率半径２００ｍｍの円弧状に湾曲しており、屈折力を有していない。
なお、上述し且つ図１および図４において用いた各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例１および実施例３の対応する部分について共通に用いており、そのため、図１および図４と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例１および実施例３とはかならずしも同一の構成ではない。
この実施例２における各光学要素の光学特性は次表の通りである。
【００５８】
【表６】
0005963057.tif 000009
【００５９】
表６において、面番号に「＊」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６においては、「＊」が付された第３面、第４面、第２３面、第２４面、第２５面、第２６面および第２７面の各光学面が非球面であり、式〔１〕における各非球面のパラメータは、次表７の通りである。
【００６０】
【表７】
0005963057.tif 000010
【００６１】
また、表６における第１８面と第１９面、第２０面と第２１面、第２４面と第２５面、第２８面と第２９面および第３１面と第３２面における面間隔ｄは、それぞれ第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４、第４レンズ群Ｇ４と凹面ミラーＣＭおよび防塵部材ＤＰとスクリーンＳＣの間の群間隔を示し、画面サイズを、例えば８０インチとする場合を示している。これらの群間隔を変化させることによって拡大率を変更することができ、画面サイズを８０インチとする場合と４８インチとする場合とで次表８のような値とする。
【００６２】
【表８】
0005963057.tif 000011
【００６３】
そして、開口絞りＡＤにおける全体光束幅および第２８面における全体光束幅は、画面サイズを８０インチとする場合次表９のようになる。
【００６４】
【表９】
0005963057.tif 000012
【００６５】
なお、表６において、面番号に「＃」を付して示した凹面ミラーＣＭの第３０面は、自由曲面を示しており、この自由曲面の形状は、上記式〔２〕で定義される。
ここで、Ｃｊ等の係数・定数は、次表１０で与えられる。
【００６６】
【表１０】
0005963057.tif 000013
【００６７】
図４は、図１の主としてレンズ光学系ＬＳおよび反射光学系ＭＲの部分を拡大して詳細に示しており、レンズ光学系ＬＳの内部における画素光束の分離の様子がわかる。図４の断面においては、ライトバルブＬＶの表示画面の図示上下方向の上端、中央および下端（ライトバルブＬＶの上方に使用領域が偏しているため、より正確には、ライトバルブＬＶに対しては、上端、上方中間、中間に対応する）からそれぞれ射出された画素光束が、レンズ光学系ＬＳに入射し、開口絞りＡＤ近傍にて一旦重なり合った後、凹面ミラーＣＭに最も近いレンズでは完全に分離され、一旦各光束が集光して中間像を結び、凹面ミラーＣＭにて反射している。
このように画素光束を完全分離することによる効果は２つある。すなわち、１つは画質が向上することであり、そしてもう１つは画素光束毎のレンズ光学系内部での光利用効率を制御し易くすることである。
まず、１つ目の画質の向上について説明する。図１から明らかなように、凹面ミラーＣＭからスクリーンＳＣの下端までの距離と、凹面ミラーＣＭからスクリーンＳＣの上端までの距離は大きく異なっている（これは、至近プロジェクタの特徴ということができる）。このため、スクリーンＳＣの下端に向かう画素光束と、スクリーンＳＣの上端に向かう画素光束とには、レンズ光学系ＬＳにおいて全く異なる収束効果を与える必要がある。
このような効果を全て凹面ミラーＣＭによって生じさせることも可能ではあるが、それでは良好な画質を期待することができない。そこで、レンズ光学系ＬＳの内部において、画素光束を完全に分離し、特に非球面レンズを透過する領域では完全に分離して、画素光束毎に異なる効果を与えるようにすることによって、良好な画質を得ることが可能となる。
次に、２つ目の光利用効率の制御について説明する。各画素光束がレンズを透過する距離や、レンズ面に入射する角度に相違が生ずるため、画素光束毎に何らかの光利用効率の差が生まれることになる。この光利用効率の差をレンズ設計により以下のように制御する。前述した実施例１では、レンズ光学系ＬＳの内部においてライトバルブＬＶの表示画面の下端からの画素光束の光利用効率を高くし、ライトバルブＬＶの表示画面の上端からの画素光束の光利用効率を低く設定するようにした。
【００６８】
この実施例２では、さらに効果的に制御するため、表６の光学面の有効半径（開口半径）Ａｒの欄に示したように、第１レンズＥ１のライトバルブＬＶ側において、ライトバルブＬＶの表示画面の上端の画素からの画素光束の一部、すなわち光束上部の光線、を遮光する遮光部材ＳＰ１を配置し、さらに第９レンズＥ９の被投射面側において、同画素光束の一部、すなわち光束下部の光線を遮光する遮光部材ＳＰ２を配置するようにしている（図４を参照）。このようにすれば、図３の断面において、レンズ光学系ＬＳの内部ではライトバルブＬＶの表示画面の下端からの画素光束の光利用効率を高くし、ライトバルブＬＶの表示画面の上端からの画素光束の光利用効率を低く設定することができる。このようにすることによって、先に述べた防塵部材ＤＰにおける光利用効率の差異とは逆の効果を与えることができるので、スクリーンＳＣ上では画面下端から上端まで一様な光利用効率を得ることが可能となる。したがって、防塵部材での光利用効率一様化のみならず、レンズ光学系の光利用効率を相殺することで、光利用効率の一様化を図り、画質の一様化を達成することが可能となる。
【００６９】
なお、画素光束分離の目安として全体光束の幅があり、この実施例２でも、実施例１と同様、表９に記載したように、図４の断面における開口絞りＡＤにおける全体光束幅に対して、凹面ミラーＣＭに最も近いレンズ面での全体光束幅は１．９倍あり、図４からも光束がよく分離されることがわかる。
また、防塵部材ＤＰの形状は、図２および図３からわかるように、曲率半径２００ｍｍの円筒状であり、スクリーンＳＣの画面の水平左右方向に向かう光線の入射角を小さくして、光利用効率を上げるようにしている。
【００７０】
〔第３の実施の形態〕
次に、上述した本発明の第３の実施の形態であり、具体的な実施例３に係る投射光学系を詳細に説明する。
【実施例３】
【００７１】
実施例３は、本発明の第３の実施の形態に係る投射光学系の具体的な構成の実施例である。
図５〜図７は、本発明の第３の実施の形態である実施例３に係る投射光学系の構成を説明するためのものであり、図５は、実施例３に係る投射光学系の全体の主要構成を、光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の長辺が垂直に交わる断面に沿って示す断面図、図６は、図５の投射光学系の主としてレンズ光学系の部分をより詳細に示す断面図、そして図７は、図６の投射光学系をレンズ光学系の光軸を含み且つ画像表示素子の表示画面の短辺が垂直に交わる断面を図６の下方から上方に向かって見た様子を示す断面図である。
図５および図６において、投射光学系は、画像表示素子としてのＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面上に形成される画像を拡大投射して被投射面を形成するスクリーンＳＣ上に結像させる。投射光学系は、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰを順次配置して構成する。すなわち、ＤＭＤ等のライトバルブＬＶに表示された画像を、レンズ光学系ＬＳ、反射光学系ＭＲおよび防塵部材ＤＰからなる投射光学系によってスクリーンＳＣの被投射面上に拡大投影する。
【００７２】
レンズ光学系ＬＳは、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４および開口絞りＡＤを具備する。反射光学系ＭＲは、自由曲面の凹面ミラーＣＭおよび平面ミラーＦＭからなる折返しミラーＦＭからなり、防塵部材ＤＰは、アナモフィック面を有する部分円筒状の透過型光学素子からなっている。
防塵部材ＤＰは、例えば板状の光学ガラス等からなる透過型光学素子であり、図５および図６に示すように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つ画像表示素子であるライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、図６に瞳位置を模式的に示しているように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の短辺が垂直に交わる断面を図６の下方から上方に向かって見た図７において、この実施例の場合、曲率半径３００ｍｍの円弧状をなして、部分円筒状に形成されている。この防塵部材ＤＰは、円筒状の軸線に平行な直線、つまり図５に示した光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上における直線状の断面形状に沿う直線がスクリーンＳＣに垂直に交わるようにレイアウトされる。
【００７３】
したがって、スクリーンＳＣの下端に向かう光線は、図５に示すように、防塵部材ＤＰの表面の垂線（法線）に対する角度、すなわち防塵部材ＤＰに対する入射角が大きくなり、それに対してスクリーンＳＣの上端に向かう光線は、防塵部材ＤＰに対する入射角が小さくなる。そのため、スクリーンＳＣの画面下端に向かう光線と画面上端に向かう光線とで、防塵部材ＤＰにおける透過率、すなわち光利用効率に大きな差が生じることになる（この場合も、画面下端に向かう光線の光利用効率が低く、画面上端に向かう光線の光利用効率が高くなる）。
ここで、画像表示素子であるＤＭＤを用いたライトバルブＬＶの表示画面から被投射面を形成するスクリーンＳＣに至る光学系について、詳細に説明する。
図５および図６に示す投射光学系において、ライトバルブＬＶの表示画面には、表示画面を保護するための平板状のカバーガラスＣＧを設けている。
ライトバルブＬＶの表示画面における画像を拡大結像させるためのレンズ光学系ＬＳは、先に述べたようにライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群を配置してなり、第１レンズ群Ｇ１内に開口絞りＡＤを配設している。
【００７４】
第１レンズ群Ｇ１は、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、第５レンズＥ５、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、第９レンズＥ９および開口絞りＡＤを具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１レンズＥ１、第２レンズＥ２、第３レンズＥ３、第４レンズＥ４、開口絞りＡＤ、第５レンズＥ５、第６レンズＥ６、第７レンズＥ７、第８レンズＥ８、そして第９レンズＥ９を配置している。
第１レンズＥ１は、被投射面側よりも曲率が大きな（すなわち曲率半径が小さな）凸面をライトバルブＬＶ側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。この第１レンズＥ１のライトバルブＬＶ側に開口半径を８．１６ｍｍとする遮光部材ＳＰ１を配設している。第２レンズＥ２は、凹面を被投射面側に向けてライトバルブＬＶ側に凸に形成した負メニスカスレンズである。
第３レンズＥ３は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズ、そして第４レンズＥ４は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第３レンズＥ３と第４レンズＥ４の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。さらに、第４レンズＥ４の被投射面側に開口半径が８．２８ｍｍの開口絞りＡＤが設けられている。
【００７５】
第５レンズＥ５は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。第６レンズＥ６は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が若干大きな凹面を被投射面側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。
第７レンズＥ７は、凹面をライトバルブＬＶ側に向けて被投射面側に凸に形成した正メニスカスレンズ、そして第８レンズＥ８は、ライトバルブＬＶ側に凹面を向けて被投射面側に凸に形成した負メニスカスレンズである。これら第７レンズＥ７と第８レンズＥ８の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。
第９レンズＥ９は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が若干大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズである。この第９レンズＥ９の被投射面側に開口半径を１１．９５ｍｍとする遮光部材ＳＰ２を配設してある。
第２レンズ群Ｇ２は、第１０レンズＥ１０で構成しており、この第１０レンズＥ１０は、被投射面側に凹面を向けて、ライトバルブＬＶ側に凸に形成した正メニスカスレンズである。
【００７６】
第３レンズ群Ｇ３は、第１１レンズＥ１１および第１２レンズＥ１２を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１１レンズＥ１１、そして第１２レンズＥ１２を配置している。
第１１レンズＥ１１は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。第１２レンズＥ１２は、被投射面側よりも曲率が大きな凹面をライトバルブＬＶ側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。
第４レンズ群Ｇ４は、第１３レンズＥ１３および第１４レンズＥ１４を具備しており、ライトバルブＬＶ側から、順次、第１３レンズＥ１３、そして第１４レンズＥ１４を配置している。
第１３レンズＥ１３は、被投射面側に凹面を向けてライトバルブＬＶ側に凸に形成した負メニスカスレンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。第１４レンズＥ１４は、ライトバルブＬＶ側よりも曲率が大きな凸面を被投射面側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その被投射面側とライトバルブＬＶ側の両側に非球面を形成している。
【００７７】
反射光学系ＭＲは、この場合、レンズ光学系ＬＳからの光を反射して折り返し反射する平面の反射面を形成してなる折返しミラーＦＭと、折返しミラーＦＭから射出した光を反射する自由曲面の反射面を形成してなる凹面ミラーＣＭとからなっている。
防塵部材ＤＰは、先に述べたように、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わる断面上において直線状をなすとともに、レンズ光学系ＬＳの光軸を含み且つライトバルブＬＶの表示画面の短辺が垂直に交わる断面を図６の下方から上方に向かって見た状態でこの場合、曲率半径３００ｍｍの円弧状をなして、厚み３ｍｍの部分円筒状の、いわゆるアナモフィック面を形成する透過型光学素子を構成している。この場合、防塵部材ＤＰは、厚み３ｍｍで、両面が共に曲率半径３００ｍｍの円弧状に湾曲しており、屈折力を有していない。
なお、上述し且つ図５および図６において用いた各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例１および実施例２の対応する部分について共通に用いており、そのため、図１、図２および図４と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例１および実施例２とはかならずしも同一の構成ではない。
この実施例３における各光学要素の光学特性は次表１１の通りである。
【００７８】
【表１１】
0005963057.tif 000014
【００７９】
表１１において、面番号に「＊」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２３面、第２４面、第２５面、第２６面、第２７面および第２８面の各光学面が非球面であり、式〔１〕における各非球面のパラメータは、次表１２の通りである。
【００８０】
【表１２】
0005963057.tif 000015
【００８１】
また、表１１における第１８面と第１９面、第２０面と第２１面、第２４面と第２５面、第２８面と第２９面および第３２面と第３３面における面間隔ｄは、それぞれ第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４、第４レンズ群Ｇ４と折返しミラーＦＭ、凹面ミラーＭＲおよび防塵部材ＤＰとスクリーンＳＣの間の群間隔を示し、画面サイズを例えば８０インチとする場合を示している。これら面間隔、すなわち第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４、第４レンズ群Ｇ４と折返しミラーＦＭおよび防塵部材ＤＰとスクリーンＳＣの間の群間隔を変化させることによって拡大率を変更することができ、画面サイズを８０インチとする場合と４８インチとする場合とで次表１３のような値とする。
【００８２】
【表１３】
0005963057.tif 000016
【００８３】
そして、開口絞りＡＤである第９面における全体光束幅および第２８面における全体光束幅は、画面サイズを８０インチとする場合、次表１４のようになる。
【００８４】
【表１４】
0005963057.tif 000017
【００８５】
なお、表６において、面番号に「＃」を付して示した凹面ミラーＣＭの第３０面は自由曲面を示しており、この自由曲面の形状は、式〔２〕で定義され、Ｃｊ等の係数・定数は、次表１５で与えられる。
【００８６】
【表１５】
0005963057.tif 000018
【００８７】
図６は、図５の主としてレンズ光学系ＬＳの部分を拡大して詳細に示しており、レンズ光学系ＬＳの内部における画素光束の分離の様子がわかる。図６の断面においては、ライトバルブＬＶの表示画面の図示上下方向の上端、中央および下端からそれぞれ射出された画素光束が、レンズ光学系ＬＳに入射し、開口絞りＡＤ近傍にて一旦重なり合った後、折返しミラーＦＭに最も近いレンズでは完全に分離され、折返しミラーＦＭで反射した後、一旦各光束が集光して中間像を結び、凹面ミラーＣＭにて反射している。
この実施例３は、実施例２での防塵部材ＤＰとレンズ光学系ＬＳによる光利用効率打消し効果にさらに平面の折返しミラーＦＭの反射率効果を加えたものである。
図５に光学系の全体を示すように、この場合も、ライトバルブＬＶの表示画面の長辺が垂直に交わりレンズ光学系ＬＳの光軸を含む断面において防塵部材ＤＰは直線状であり、これと垂直な図７の断面では曲率半径３００ｍｍの円筒形状をなす。また、この場合も防塵部材ＤＰの円筒状の曲率の軸線は、スクリーンＳＣと垂直としている。
ここで、折返しミラーＦＭを使用したことによる効果について説明する。実施例３では、光学系の小型化のために、表１４に示したように全体光束幅の変化（画素光束の分離量）を１．３倍に抑えている。この１．３倍というのは、これ以上分離量を小さくすると、画像品質を充分に良好にすることができず、画素光束毎の光線遮光が困難になる値である。
【００８８】
実施例３では、表１１に記載したように第１レンズＥ１のライトバルブＬＶ側と第９レンズＥ９の被投射面にて、図６の断面におけるライトバルブＬＶの表示画面の上端の画素光束の一部を遮光するようにしているが、実施例２に比べると画素光束の分離が充分ではなく、表示画面の画素光束の一部も遮光してしまっている。このため、防塵部材ＤＰにおける光利用効率の差異を相殺するほどの良好なバランスをとることはできていない。この問題を改善するには、凹面ミラーＣＭとスクリーンＳＣとを離して、ライトバルブＬＶの表示画面の上端から防塵部材ＤＰに入射する光線角度と、表示画面の下端から防塵部材ＤＰに入射する光線角度のと差を小さくするか、防塵部材ＤＰを垂直ではなく、適宜角度傾ける等といった方法が考えられる。防塵部材ＤＰを傾ける方法は、防塵部材ＤＰの大型化を招くとはいえ、採用可能な方法であるが、凹面ミラーＣＭとスクリーンＳＣの距離を遠ざけてしまうと、至近投射プロジェクタという凹面ミラーＣＭとレンズ系を組み合わせる光学系の価値を下げることになり、望ましくない。折返しミラーは、このような微調整において効果を発揮する。特に、この面は、フォーカス時に移動しない固定的な面であるため、各画素光束がこの平面に入射する角度は概ね一定であり、この平面へのコーティング特性を制御し、例えば図６におけるライトバルブＬＶの表示画面の上端の画素光束の反射率を上げたり下げたりすることができる（また、逆に下端の画素光束の反射率を下げたり上げたりすることもできる）。
このように、折返しミラーＦＭに入射する光線の入射角度が、画素光束毎に異なり、フォーカス時に概ね変動しないことを利用して、光利用効率の微調整を行うことが可能である。
尚、本発明は、上述し且つ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、種々変形実施が可能である。
例えば、上述した実施の形態における投射光学系については、レンズ光学系ＬＳと反射光学系ＲＬからなる構成を示してあるが、反射光学系を備えないレンズ光学系ＬＳのみの形態であってもよい。
【符号の説明】
【００８９】
ＬＶ  ライトバルブ
ＤＰ  防塵部材（透過型光学素子）
ＬＳ  レンズ光学系
ＳＣ  スクリーン
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｇ４  第４レンズ群
ＡＤ  開口絞り
ＭＲ  反射光学系
ＣＭ  凹面ミラー
ＦＭ  折返しミラー
Ｅ１  第１レンズ
Ｅ２  第２レンズ
Ｅ３  第３レンズ
Ｅ４  第４レンズ
Ｅ５  第５レンズ
Ｅ６  第６レンズ
Ｅ７  第７レンズ
Ｅ８  第８レンズ
Ｅ９  第９レンズ
Ｅ１０  第１０レンズ
Ｅ１１  第１１レンズ
Ｅ１２  第１２レンズ
Ｅ１３  第１３レンズ
Ｅ１４  第１４レンズ
ＣＧ  カバーグラス
ＳＰ１、ＳＰ２  遮光板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９０】
【特許文献１】特許第４３９６７６９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４２６０６号公報
【特許文献３】特許第４４６７６０９号公報
【特許文献４】特表２００８−５２２２２９号公報
【特許文献５】特開２０１０−２６６８３８号公報
【特許文献６】特開２０１０−１５２２６４号公報
【特許文献７】特開２０１３−８８７２７号公報
【図１】
0005963057.tif 000019
【図２】
0005963057.tif 000020
【図３】
0005963057.tif 000021
【図４】
0005963057.tif 000022
【図５】
0005963057.tif 000023
【図６】
0005963057.tif 000024
【図７】
0005963057.tif 000025
【図８】
0005963057.tif 000026