(57)【要約】      （修正有）【課題】投写距離の短縮化（広角化）と投写光学系の小形化を実現した投写型映像表示装置を提供すること。【解決手段】投写光学系１は、映像表示素子８に対して光の進行方向に配置され、複数のレンズを含むレンズ群１０と、レンズ群１０に対して光の進行方向に配置される第１のレンズ１１と、第１のレンズ１１に対して光の進行方向に配置される第２のレンズ１２と、第２のレンズ１２から出射される光を反射してスクリーン上に傾斜して投写するミラー１３と、を備え、第１のレンズ１１の屈折力は正、第２のレンズ１２の屈折力を負であり、合焦の際に、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を光軸上で連動して移動させると共に、第１のレンズ１１の移動量を、第２のレンズ１２の移動量より大きくする。【選択図】図１
2011253023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子に対して光の進行方向に配置され、複数のレンズを含むレンズ群と、
前記レンズ群に対して光の進行方向に配置される第１のレンズと、
前記第１のレンズに対して光の進行方向に配置される第２のレンズと、
前記第２のレンズから出射される光を反射してスクリーン上に傾斜して投写するミラーと、を備え、
前記第１のレンズの屈折力は正、前記第２のレンズの屈折力を負であり、
前記第１のレンズと前記第２のレンズを光軸上で連動して移動させると共に、前記第１のレンズの移動量を、前記第２のレンズの移動量より大きくする、投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のレンズは自由曲面レンズであり、
前記ミラーは自由曲面ミラーである、請求項１記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記第１のレンズ、及び、前記第２のレンズは、それぞれ、前記ミラーの光軸から前記スクリーンまでの投写距離が大きい側から小さい側にかけて、前記映像表示素子側へ移動する、請求項１又は２に記載の投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、自由曲面ミラー１枚と自由曲面レンズ２枚を用いた投写光学系（図８）と、その中の自由曲面レンズ２枚を連動させて移動させることで合焦作用を行う技術（図９）が知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１０（Ａ）は合焦レンズとしての自由曲面レンズと手前の固定レンズを抜き出した図であり、図１０（Ｂ）は合焦レンズとしての自由曲面レンズの移動軌跡、即ち、カム線図の模式図である。図１０では、スクリーンに投写する像が小さくなるほど、合焦レンズが像面側へ移動している。又、映像表示素子側の合焦レンズの移動量より像面側の合焦レンズの移動量の方が大きい。
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７２３７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によれば、合焦レンズを用いた投写光学系において、短い投写距離で大きな投写像が得られている（物面（映像表示素子面）から自由曲面ミラー１３の光軸までの距離３２７．６ｍｍ、自由曲面ミラー１３の光軸から像面までの距離５６７ｍｍ、８０インチの像）。しかし、更なる投写距離の短縮化と投写光学系の小形化が求められている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、更なる投写距離の短縮化（広角化）と投写光学系の小形化を実現した投写型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【０００８】
当該投写型映像表示装置は、映像表示素子に対して光の進行方向に配置され、複数のレンズを含むレンズ群と、レンズ群に対して光の進行方向に配置される第１のレンズと、第１のレンズに対して光の進行方向に配置される第２のレンズと、第２のレンズから出射される光を反射してスクリーン上に傾斜して投写するミラーと、を備え、第１のレンズの屈折力は正、第２のレンズの屈折力を負であり、第１のレンズと第２のレンズを光軸上で連動して移動させると共に、第１のレンズの移動量を、第２のレンズの移動量より大きくする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、更なる投写距離の短縮化（広角化）と投写光学系の小形化を実現した投写型映像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の投写光学系の構成図。
【図２】実施例の投写サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す図。
【図３】実施例の合焦レンズとその移動模式図。
【図４】ワイドコンバージョンレンズの基本作用を説明する図。
【図５】凹レンズによる前玉レンズ合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図。
【図６】凸レンズによる内部合焦方式の合焦レンズ移動の説明図。
【図７】凸レンズによる内部合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図。
【図８】従来例の投写光学系の全体図。
【図９】従来例の投写サイズごとの合焦レンズの移動位置を表す図。
【図１０】従来例の合焦レンズと移動模式図。
【図１１】光線追跡の条件となる物点（像点）配置の説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、実施例を説明する。
【００１２】
最初に、図４を用いてワイドコンバージョンレンズの基本構成と広角化作用について、説明する。図４（Ａ）は、ワイドコンバージョンレンズ１００が無い場合での、主レンズ２００の焦点距離ｆ１を表している。無限遠からの光束が、主レンズ２００の焦点位置に集光している。一方、図４（Ｂ）は、主レンズ２００の像面側に、ワイドコンバージョンレンズ１００を配置した構成図である。無限遠からの光束は、ワイドコンバージョンレンズ１００の凹レンズ１１２で跳ね上げられ、凸レンズ１１１で平行光束に戻され、主レンズ２００の焦点位置に集光する。実際は、主レンズ２００は所定のＦ値に設計されており、映像表示素子側からみれば、主レンズ２００に入射すべき平行光束は、凸レンズ１１１で曲げられ、凹レンズ１１２で平行光束に戻される。
【００１３】
ここで、レンズに入射した平行光束はそのレンズの焦点位置に集光する、即ち、凹レンズ１１２の主点から平行光束の集光位置までの距離が焦点なので、ワイドコンバージョンレンズ１００の配置で焦点距離がｆ２と小さくなることが分かる。これが、ワイドコンバージョンレンズ１００による広角化作用である。
【００１４】
従って、複数の自由曲面レンズにワイドコンバージョンレンズの広角化機能を持たせることで、より一層の広角化に有利であることが予想できる。尚、自由曲面とは、例えば、回転非対称な曲面を示す。
【００１５】
次に、像面側の自由曲面レンズに負の屈折力を持たせた場合の、合焦作用時の合焦レンズの移動量について説明する。
【００１６】
合焦作用を前玉レンズ（最も像面側に配置されているレンズ）で行う場合の合焦レンズの繰り出し量δは、投写距離Ｌと、前玉レンズの焦点距離ｆを用いると、次の結像の式が成立する。
【００１７】
１／（ｆ＋δ）＋１／Ｌ＝１／ｆ              （１）
繰り出し量δについて式（１）を解いて、式（２）が得られる。
δ＝ｆ２／（Ｌ−ｆ）                          （２）
【００１８】
図５は、凹レンズによる前玉レンズ合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図である。横軸は投写距離、縦軸は合焦レンズの繰り出し量である。合焦レンズ（凹レンズ）の焦点距離は、図８の投写光学系１の焦点距離（物の像の関係から逆算で求めた値）４．９ｍｍの約１０倍で、−５０ｍｍと定めた。又、自由曲面ミラー１３の光軸からスクリーンまでの投写距離は、図８の投写光学系１で像サイズが８０インチとなる投写距離５６７ｍｍを含む範囲で、２５０ｍｍから７５０ｍｍの投写距離範囲とした。計算の結果、投写距離７５０ｍｍでの繰り出し量δが３．１３ｍｍ、投写距離２５０ｍｍでの繰り出し量が８．３３ｍｍであり、合焦レンズの移動量は５．２１ｍｍとなった。
【００１９】
次に、像面側から順に、凹レンズ、凸レンズと配置し、凸レンズで合焦作用を担当した場合での合焦レンズの移動量について、図６と図７を用いて説明する。
【００２０】
図６では、像面側から凹レンズ１１１と凸レンズ１１２と配置してワイドコンバージョンレンズ１００を構成している。像面側からの平行光束は、凹レンズ１１１で跳ね上げられ凸レンズ１１２で再び平行光束に戻される。凹レンズ１１１の焦点距離ｆ凹が−ａであり、ａに凹レンズ１１１と凸レンズ１１２の間の距離を加えた値が凸レンズ１１２の焦点距離ｆ凸になる。ここで、投写距離を無限大からＬに変更した場合、投写距離Ｌにある物の像は、結像の式から、式（３）が得られる。
【００２１】
１／ｂ＋１／Ｌ＝１／ｆ                                （３）
像位置Ｘについて、式（３）を解いて、式（４）が得られる。
ｂ＝１／（１／ｆ凹−１／Ｌ）                          （４）
【００２２】
このｂとａの値の差が、凹レンズ１１１で写像した像位置の移動量である、この量と同じ量だけ凸レンズ１１２を移動させることで、再び、凸レンズ１１２で屈折した光線が平行光線に戻される。即ち、凸レンズ１１２の移動量δは、式（５）で定まる。
δ＝ｂ−ｆ凹＝１／（１／ｆ凹−１／Ｌ）−ｆ凹            （５）
【００２３】
図７は、凸レンズによる内部合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図である。図５と同様、横軸を投写距離、縦軸を合焦レンズの繰り出し量とし、合焦レンズ（凸レンズ）の焦点距離を５０ｍｍと定めた。一方、凹レンズの焦点距離は−４５ｍｍ（凹凸レンズの間隔５ｍｍ）と定めた。又、自由曲面ミラー１３からスクリーンまでの投写距離は、図５と同じで２５０ｍｍから７５０ｍｍの投写距離範囲とした。計算の結果、投写距離７５０ｍｍでの繰り出し量δが２．５５ｍｍ、投写距離２５０ｍｍでの繰り出し量が６．８６ｍｍであり、合焦レンズの移動量は４．３２ｍｍとなった。
【００２４】
即ち、合焦レンズの屈折力の絶対値を同じ値で比べた場合、凹レンズと凸レンズで構成されるワイドコンバージョンレンズの映像表示素子側に位置する凸レンズを合焦レンズとした方が、合焦レンズの移動量を小さくできることが分かる。
【００２５】
以上より、像面側から凹レンズと凸レンズで構成されるワイドコンバージョンレンズの凸レンズを主な合焦レンズとすることで、ワイドコンバージョンレンズによる広角化効果に加えて、合焦レンズの移動量を抑えた合焦作用を実現できる。
【００２６】
以下、具体的なレンズ構成について説明する。
【００２７】
図１は、投写光学系１の構成図である。投写光学系１では、光の進行方向に、映像表示素子８、換算フィルタ９、屈折作用を有し複数のレンズを含む同軸系のレンズ群１０、正の屈折力を有する第１の自由曲面レンズ１１、負の屈折力を有する第２の自由曲面レンズ１２、自由曲面ミラー１３、の順に配置されている。
【００２８】
ここで、自由曲面レンズの屈折力は、レンズ群１０の光軸に近い主光線が該当の自由曲面レンズを通過する通過距離よりも、光軸から遠い側の主光線の通過距離が小さい場合を正の屈折力、逆に、レンズ群１０の光軸に近い側の主光線が該当の自由曲面レンズを通過する通過距離よりも、光軸から遠い側の主光線の通過距離が大きい場合を負の屈折力と定義する。尚、レンズ光軸と同じ光線の場合、通過距離はレンズの中心厚に等しくなる。第１の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２を連動して光軸上で移動させ、第１の自由曲面レンズ１１の移動量を、第２の自由曲面レンズ１２の移動量より大きくしている。
【００２９】
ここで、自由曲面レンズの屈折力は、光軸側より光軸の外側でレンズ厚が厚い場合を正の屈折力、逆に、光軸側より光軸の外側でレンズ厚が薄い場合を負の屈折力と定義する。
【００３０】
図２は、投写サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す図である。ここでは、屈折作用を有する同軸系のレンズ群の一部のレンズ１０‘を基準に、合焦レンズである第1の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２の移動する様子を示している。投写サイズ１３０インチから６０インチに対応して、第１の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２が、映像表示素子側へ移動し、且つ、第１の自由曲面レンズ１１の移動量の方が大きいことが分かる。
【００３１】
図３は、合焦レンズとその移動模式図である。像面側の第２の自由曲面レンズ１２は、図３（Ａ）に示した各自由曲面レンズの光軸でのレンズ厚より、光軸から離れた箇所でのレンズ厚の方が薄い、即ち、屈折力が正の自由曲面レンズになっている。尚、ＹＺ断面でのレンズ断面に加えて示したＸＺ断面でのレンズ断面図でも、ＹＺ断面、ＸＺ断面ともに、正の屈折力であることが分かる。同様に、映像表示素子側の第１の自由曲面レンズ１１は、逆に、光軸でのレンズ厚より、光軸から離れた箇所でのレンズ厚の方が厚い、即ち、屈折力が負の自由曲面レンズになっている。これは、ＹＺ断面、ＸＺ断面ともに負の屈折力の形状を示している。
【００３２】
各画角の主光線がそれぞれの自由曲面レンズを通過する主光線の自由曲面レンズ中における通過距離を、表１に表す。第１の自由曲面レンズが正の屈折力、第２の自由曲面レンズが負の屈折力であることが分かる。尚、図１１では、計１０点の物点を設け、各物点からの光線を表示している。
【００３３】
【表１】
2011253023.tif 000003
【００３４】
一方、比較のため、図８の従来の投写光学系でのそれぞれの自由曲面レンズを通過する主光線のレンズ中における通過距離を、表２に示す。従来の投写光学系では、第１の自由曲面レンズが負の屈折力、第２の自由曲面レンズが負の屈折力であることが分かる。
【００３５】
【表２】
2011253023.tif 000004
【００３６】
尚、本実施例では、第１の自由曲面レンズ１１、第２の自由曲面レンズ１２、自由曲面ミラーを用いて説明したが、自由曲面に限定されることはなく、例えば、自由曲面ではない非球面レンズもしくはミラーであってもよい。但し、投写光学系をスクリーンに対して斜めに配置すると、回転非対称なエラー量（台形歪や、合焦位置が場所で異なる等）が発生する。当該エラー量を補正するには、自由曲面、特に、回転非対称な光学要素（レンズ、ミラー等）を用いた方が有効である。
【符号の説明】
【００３７】
１…投写光学系、８…映像表示素子、９…換算フィルタ、１０…同軸系のレンズ群、１１…第１の合焦レンズ、１２…第２の合焦レンズ、１１Ａ…第１の合焦レンズの移動軌跡、１２Ａ…第２の合焦レンズの移動軌跡、１３…自由曲面ミラー、１１０…ワイドコンバージョンレンズ、１１１…ワイドコンバージョンレンズの凸レンズ、１１２…ワイドコンバージョンレンズの凹レンズ。
【図１】
2011253023.tif 000005
【図２】
2011253023.tif 000006
【図３】
2011253023.tif 000007
【図４】
2011253023.tif 000008
【図５】
2011253023.tif 000009
【図６】
2011253023.tif 000010
【図７】
2011253023.tif 000011
【図８】
2011253023.tif 000012
【図９】
2011253023.tif 000013
【図１０】
2011253023.tif 000014
【図１１】
2011253023.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月13日(2011.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、自由曲面ミラー１枚と自由曲面レンズ２枚を用いた投写光学系（図８）と、その中の自由曲面レンズ２枚を連動させて移動させることで合焦作用を行う技術（図９）が知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１０（Ａ）は合焦レンズとしての自由曲面レンズと手前の固定レンズを抜き出した図であり、図１０（Ｂ）は合焦レンズとしての自由曲面レンズの移動軌跡、即ち、カム線図の模式図である。図１０では、スクリーンに投写する像が小さくなるほど、合焦レンズが像面側へ移動している。又、映像表示素子側の合焦レンズの移動量より像面側の合焦レンズの移動量の方が大きい。
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７２３７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によれば、合焦レンズを用いた投写光学系において、短い投写距離で大きな投写像が得られている（物面（映像表示素子面）から自由曲面ミラー２３の主点までの距離３２７．６ｍｍ、自由曲面ミラー２３の主点から像面までの距離５６７ｍｍ、８０インチの像）。しかし、更なる投写距離の短縮化と投写光学系の小形化が求められている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、更なる投写距離の短縮化（広角化）と投写光学系の小形化を実現した投写型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【０００８】
当該投写型映像表示装置は、映像表示素子に対して光の進行方向に配置され、複数のレンズを含むレンズ群と、レンズ群に対して光の進行方向に配置される第１のレンズと、第１のレンズに対して光の進行方向に配置される第２のレンズと、第２のレンズから出射される光を反射してスクリーン上に傾斜して投写するミラーと、を備え、第１のレンズの屈折力は正、第２のレンズの屈折力を負であり、第１のレンズと第２のレンズを、レンズ群の光軸に沿って、連動して移動させると共に、第１のレンズの移動量を、第２のレンズの移動量より大きくする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、更なる投写距離の短縮化（広角化）と投写光学系の小形化を実現した投写型映像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の投写光学系の構成図。
【図２】実施例の投写サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す図。
【図３】実施例の合焦レンズとその移動模式図。
【図４】ワイドコンバージョンレンズの基本作用を説明する図。
【図５】凹レンズによる前玉レンズ合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図。
【図６】凸レンズによる内部合焦方式の合焦レンズ移動の説明図。
【図７】凸レンズによる内部合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図。
【図８】従来例の投写光学系の全体図。
【図９】従来例の投写サイズごとの合焦レンズの移動位置を表す図。
【図１０】従来例の合焦レンズと移動模式図。
【図１１】光線追跡の条件となる物点（像点）配置の説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、実施例を説明する。
【００１２】
最初に、図４を用いてワイドコンバージョンレンズの基本構成と広角化作用について、説明する。図４（Ａ）は、ワイドコンバージョンレンズ１００が無い場合での、主レンズ２００の焦点距離ｆ１を表している。無限遠からの光束が、主レンズ２００の焦点位置に集光している。一方、図４（Ｂ）は、主レンズ２００の像面側に、ワイドコンバージョンレンズ１００を配置した構成図である。無限遠からの光束は、ワイドコンバージョンレンズ１００の凹レンズ１１２で跳ね上げられ、凸レンズ１１１で平行光束に戻され、主レンズ２００の焦点位置に集光する。実際は、主レンズ２００は所定のＦ値に設計されており、映像表示素子側からみれば、主レンズ２００に入射すべき平行光束は、凸レンズ１１１で曲げられ、凹レンズ１１２で平行光束に戻される。
【００１３】
ここで、レンズに入射した平行光束はそのレンズの焦点位置に集光する、即ち、凹レンズ１１２の主点から平行光束の集光位置までの距離が焦点距離なので、ワイドコンバージョンレンズ１００の配置で焦点距離がｆ２と小さくなることが分かる。これが、ワイドコンバージョンレンズ１００による広角化作用である。
【００１４】
従って、複数の自由曲面レンズにワイドコンバージョンレンズの広角化機能を持たせることで、より一層の広角化に有利であることが予想できる。尚、自由曲面とは、例えば、回転非対称な曲面を示す。
【００１５】
次に、像面側の自由曲面レンズに負の屈折力を持たせた場合の、合焦作用時の合焦レンズの移動量について説明する。
【００１６】
合焦作用を前玉レンズ（最も像面側に配置されているレンズ）で行う場合の合焦レンズの繰り出し量δは、投写距離Ｌと、前玉レンズの焦点距離ｆを用いると、次の結像の式が成立する。
【００１７】
１／（ｆ＋δ）＋１／Ｌ＝１／ｆ              （１）
繰り出し量δについて式（１）を解いて、式（２）が得られる。
δ＝ｆ２／（Ｌ−ｆ）                          （２）
【００１８】
図５は、凹レンズによる前玉レンズ合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図である。横軸は投写距離、縦軸は合焦レンズの繰り出し量である。合焦レンズ（凹レンズ）の焦点距離は、図８の投写光学系１の焦点距離（物と像の関係から逆算で求めた値）４．９ｍｍの約１０倍で、−５０ｍｍと定めた。又、自由曲面ミラー１３の主点からスクリーンまでの投写距離は、図８の投写光学系１で像サイズが８０インチとなる投写距離５６７ｍｍを含む範囲で、２５０ｍｍから７５０ｍｍの投写距離範囲とした。計算の結果、投写距離７５０ｍｍでの繰り出し量が３．１３ｍｍ、投写距離２５０ｍｍでの繰り出し量が８．３３ｍｍであり、合焦レンズの移動量は５．２１ｍｍとなった。
【００１９】
次に、像面側から順に、凹レンズ、凸レンズと配置し、凸レンズで合焦作用を担当した場合での合焦レンズの移動量について、図６と図７を用いて説明する。
【００２０】
図６では、像面側から凹レンズ１１１と凸レンズ１１２を配置してワイドコンバージョンレンズ１００を構成している。像面側からの平行光束は、凹レンズ１１１で跳ね上げられ凸レンズ１１２で再び平行光束に戻される。凹レンズ１１１の焦点距離ｆ凹が−ａであり、ａに凹レンズ１１１と凸レンズ１１２の間の距離を加えた値が凸レンズ１１２の焦点距離ｆ凸になる。ここで、投写距離を無限大からＬに変更した場合、投写距離Ｌにある物の像は、結像の式から、式（３）が得られる。
【００２１】
１／ｂ＋１／Ｌ＝１／ｆ                                （３）
像位置ｂについて、式（３）を解いて、式（４）が得られる。
ｂ＝１／（１／ｆ凹−１／Ｌ）                          （４）
【００２２】
このｂとａの値の差が、凹レンズ１１１で写像した像位置の移動量である、この量と同じ量だけ凸レンズ１１２を移動させることで、再び、凸レンズ１１２で屈折した光線が平行光線に戻される。即ち、凸レンズ１１２の移動量δは、式（５）で定まる。
δ＝ｂ−ｆ凹＝１／（１／ｆ凹−１／Ｌ）−ｆ凹            （５）
【００２３】
図７は、凸レンズによる内部合焦方式での合焦レンズの移動量を示す図である。図５と同様、横軸を投写距離、縦軸を合焦レンズの繰り出し量とし、合焦レンズ（凸レンズ）の焦点距離を５０ｍｍと定めた。一方、凹レンズの焦点距離は−４５ｍｍ（凹凸レンズの間隔５ｍｍ）と定めた。又、自由曲面ミラー１３からスクリーンまでの投写距離は、図５と同じで２５０ｍｍから７５０ｍｍの投写距離範囲とした。計算の結果、投写距離７５０ｍｍでの繰り出し量が２．５５ｍｍ、投写距離２５０ｍｍでの繰り出し量が６．８６ｍｍであり、合焦レンズの移動量は４．３２ｍｍとなった。
【００２４】
即ち、合焦レンズの屈折力の絶対値を同じ値で比べた場合、凹レンズと凸レンズで構成されるワイドコンバージョンレンズの映像表示素子側に位置する凸レンズを合焦レンズとした方が、合焦レンズの移動量を小さくできることが分かる。
【００２５】
以上より、像面側から凹レンズと凸レンズで構成されるワイドコンバージョンレンズの凸レンズを主な合焦レンズとすることで、ワイドコンバージョンレンズによる広角化効果に加えて、合焦レンズの移動量を抑えた合焦作用を実現できる。
【００２６】
以下、具体的なレンズ構成について説明する。
【００２７】
図１は、投写光学系１の構成図である。投写光学系１では、光の進行方向に、映像表示素子８、換算フィルタ９、屈折作用を有し複数のレンズを含む同軸系のレンズ群１０、正の屈折力を有する第１の自由曲面レンズ１１、負の屈折力を有する第２の自由曲面レンズ１２、自由曲面ミラー１３、の順に配置されている。
【００２８】
ここで、自由曲面レンズの屈折力は、レンズ群１０の光軸に近い主光線が該当の自由曲面レンズを通過する通過距離よりも、当該光軸から遠い側の主光線の通過距離が小さい場合（即ち、光軸側よりも光軸の外側でのレンズ厚が薄い場合）を正の屈折力、逆に、レンズ群１０の光軸に近い側の主光線が該当の自由曲面レンズを通過する通過距離よりも、当該光軸から遠い側の主光線の通過距離が大きい場合（即ち、光軸側よりも光軸の外側でのレンズ厚が厚い場合）を負の屈折力と定義する。尚、レンズ群１０の光軸と同じ光線の場合、通過距離はレンズの中心厚に等しくなる。第１の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２を連動して光軸上で移動させ、第１の自由曲面レンズ１１の移動量を、第２の自由曲面レンズ１２の移動量より大きくしている。
【００２９】
図２は、投写サイズ毎の合焦レンズの移動位置を示す図である。ここでは、屈折作用を有する同軸系のレンズ群の一部のレンズ１０‘を基準に、合焦レンズである第1の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２の移動する様子を示している。投写サイズ１３０インチから６０インチに対応して、第１の自由曲面レンズ１１と第２の自由曲面レンズ１２が、映像表示素子側へ移動し、且つ、第１の自由曲面レンズ１１の移動量の方が大きいことが分かる。
【００３０】
図３は、合焦レンズとその移動模式図である。映像表示素子側の第１の自由曲面レンズ１１は、図３（Ａ）に示したレンズ群１０の光軸から近い箇所でのレンズ厚より、当該光軸から離れた箇所でのレンズ厚の方が薄い、即ち、屈折力が正の自由曲面レンズになっている。尚、ＹＺ断面でのレンズ断面に加えて示したＸＺ断面でのレンズ断面図でも、ＹＺ断面、ＸＺ断面ともに、正の屈折力であることが分かる。同様に、像面側の第２の自由曲面レンズ１２は、レンズ群１０の光軸から近い箇所でのレンズ厚より、当該光軸から離れた箇所でのレンズ厚の方が厚い、即ち、屈折力が負の自由曲面レンズになっている。これは、ＹＺ断面、ＸＺ断面ともに負の屈折力の形状を示している。
【００３１】
各画角の主光線がそれぞれの自由曲面レンズを通過する主光線の自由曲面レンズ中における通過距離を、表１に表す。第１の自由曲面レンズが正の屈折力、第２の自由曲面レンズが負の屈折力であることが分かる。尚、図１１では、計８点の物点を設け、各物点からの光線を表示している。
【００３２】
【表１】
2011253023.tif 000016
【００３３】
一方、比較のため、図８の従来の投写光学系でのそれぞれの自由曲面レンズを通過する主光線のレンズ中における通過距離を、表２に示す。従来の投写光学系では、第１の自由曲面レンズが負の屈折力、第２の自由曲面レンズが負の屈折力であることが分かる。
【００３４】
【表２】
2011253023.tif 000017
【００３５】
尚、本実施例では、第１の自由曲面レンズ１１、第２の自由曲面レンズ１２、自由曲面ミラーを用いて説明したが、自由曲面に限定されることはなく、例えば、自由曲面ではない非球面レンズもしくはミラーであってもよい。但し、投写光学系をスクリーンに対して斜めに配置すると、回転非対称なエラー量（台形歪や、合焦位置が場所で異なる等）が発生する。当該エラー量を補正するには、自由曲面、特に、回転非対称な光学要素（レンズ、ミラー等）を用いた方が有効である。
【００３６】
１…投写光学系、８…映像表示素子、９…換算フィルタ、１０…同軸系のレンズ群、１１…第１の合焦レンズ、１２…第２の合焦レンズ、１１Ａ…第１の合焦レンズの移動軌跡、１２Ａ…第２の合焦レンズの移動軌跡、１３…自由曲面ミラー、１１０…ワイドコンバージョンレンズ、１１１…ワイドコンバージョンレンズの凸レンズ、１１２…ワイドコンバージョンレンズの凹レンズ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子に対して光の進行方向に配置され、複数のレンズを含むレンズ群と、
前記レンズ群に対して光の進行方向に配置される第１のレンズと、
前記第１のレンズに対して光の進行方向に配置される第２のレンズと、
前記第２のレンズから出射される光を反射してスクリーン上に傾斜して投写するミラーと、を備え、
前記第１のレンズの屈折力は正、前記第２のレンズの屈折力を負であり、
前記第１のレンズと前記第２のレンズを、前記レンズ群の光軸に沿って、連動して移動させると共に、前記第１のレンズの移動量を、前記第２のレンズの移動量より大きくする、投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のレンズは自由曲面レンズであり、
前記ミラーは自由曲面ミラーである、請求項１記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記第１のレンズ、及び、前記第２のレンズは、それぞれ、前記ミラーの主点から前記スクリーンまでの投写距離が大きい側から小さい側にかけて、前記映像表示素子側へ移動する、請求項１又は２に記載の投写型映像表示装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011253023.tif 000018
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2011253023.tif 000019
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2011253023.tif 000020
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2011253023.tif 000021