(57)【要約】【課題】  投射距離が非常に短く、かつ、画位置調整が可能であって、小型の投射光学系を提供する。【解決手段】  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、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、屈折光学系は、絞りと、自由曲面レンズと、少なくとも１つのパワーを有する光学素子と、を有し、反射光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を有し、屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Ａとするとき、光学素子は、軸Ａに対して垂直方向に移動可能である、投射光学系による。【選択図】図１
2015132723.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、
縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、
前記屈折光学系は、
絞りと、
自由曲面レンズと、
少なくとも１つのパワーを有する光学素子と、
を有し、
前記反射光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を有し、
前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Ａとするとき、
前記光学素子は、前記軸Ａに対して垂直方向に移動可能である、
ことを特徴とする投射光学系。
【請求項２】
前記画像形成部の中心から射出され、前記屈折光学系が有する絞りの中心を通過する光線を含む面内の軸であって、前記Ａ軸に垂直な軸をＹ軸とし、
前記Ａ軸と前記Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とするとき、
前記自由曲面レンズは、
凹面ミラー側の面が回転非対称であって、
前記Ｙ軸方向及び前記Ｘ軸方向に凸形状を有し、
前記Ｙ軸の方向のパワーの変化量の絶対値が前記Ｘ軸の方向のパワーの変化量の絶対値よりも小さい、
請求項１記載の投射光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、前記Ｙ軸に沿って移動する、
請求項２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記光学素子は、前記絞りよりも前記反射光学素子側に配置される、
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】
前記反射光学素子は、凹面ミラーであって自由曲面を有する、
請求項１乃至４のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項６】
前記光学素子は、負のパワーを有する、
請求項１乃至５のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項７】
前記屈折光学系は、
前記光学素子を移動させる駆動機構を有する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項８】
前記屈折光学系は、
前記光学素子の保持部の内径と、前記光学素子の外径との間に隙間を有する、
請求項１乃至７のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項９】
複数のレンズ群を備え、
前記光学素子は、前記複数のレンズ群のうちフォーカス時には移動しないレンズ群に含まれている、
請求項１乃至８のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項１０】
前記投射光学系がノンテレセン光学系である、
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】
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１０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画像表示装置（プロジェクタ）が知られている。このようなプロジェクタは、投射光学系を備えている。投射光学系は、画像形成部において形成された画像をスクリーンに拡大投射する光学系である。
【０００３】
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。このようなプロジェクタの中には、スクリーンまでの投射距離が従来のものよりも短いプロジェクタもある。このような超短距離の投射を可能とするプロジェクタを、超短投射プロジェクタという。超短投射プロジェクタであっても、スクリーン上の画像表示サイズを大きくできる（大画面表示が可能な）ものがある。
【０００４】
超短投射プロジェクタとして、屈折光学系と曲面ミラーと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から特許文献４を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１から特許文献４のプロジェクタが備える投射光学系は、昨今の高画素数表示への要求に対しては不十分である。
【０００６】
超短投射プロジェクタは、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の変化が微小であって、スクリーン上における画像サイズや画位置が大きく変化する。したがって、超短投射プロジェクタでは、投射した画像位置の微調整をすることが困難である。
【０００７】
また、超短投射プロジェクタを壁掛けにするときは、通常、ボルトなど締結部材を用いる。このような締結部材では、特に、高さ方向の設置位置の微調整が難しい。
【０００８】
このように、超短投射プロジェクタでは、画像サイズの調整や設置位置の調整が困難になるという課題がある。上記の特許文献１乃至３に示した従来のプロジェクタでは、この課題を解決するには不十分である。
【０００９】
また、特許文献４のプロジェクタは、投射画像の画位置調整方法を備えているが、この画位置調整方法は、画像形成部の有効画素の一部の画素を用いるものである。すなわち、特許文献４のプロジェクタは、画位置の調整のために、解像度を犠牲にするものである。有効画素の一部の画素を画像形成に用いることができなくなると、近年求められている高画素数表示の実現は、より困難になる。
【００１０】
また、特許文献４のプロジェクタが備える投射光学系では、投射画像に用いる画素範囲よりもかなり大きなイメージサークルを必要とする。そのため、投射光学系のサイズは、大きくなる。投射光学系が大きくなると、プロジェクタ全体の小型化を図ることはできない。
【００１１】
そこで本発明は、投射距離が非常に短く、かつ、画位置調整が可能であって、小型化が実現可能な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】
【００１２】
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、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、前記屈折光学系は、絞りと、自由曲面レンズと、少なくとも１つのパワーを有する光学素子と、を有し、前記反射光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を有し、前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Ａとするとき、前記光学素子は、前記軸Ａに対して垂直方向に移動可能である、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、投射距離が非常に短く、かつ、画位置調整が可能であって、小型化が実現可能な投射光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】上記画像表示装置が備える画像形成部を画像形成面側から見た平面図である。
【図３】上記画像表示装置が備える投射光学系における、フォーカシング時の各レンズ群の移動軌跡を示す光学配置図である。
【図４】上記投射光学系が備える自由曲面レンズのパワー分布の例であって、（ａ）Ｘ軸方向のパワー分布図、（ｂ）Ｙ軸方向のパワー分布図、である
【図５】上記画像表示装置が備え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。
【図６】上記投射光学系の実施例１に係る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）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、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基準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）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、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遠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）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図１２】上記実施例１に係る投射光学系における近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図１３】上記実施例１に係る投射光学系における基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図１４】上記実施例１に係る投射光学系における遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図１５】上記投射光学系の実施例１に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系による近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１６】図１５に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図１７】上記実施例１に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系による基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図１８】図１７に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図１９】上記実施例１に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系による遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図２０】図１９に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図２１】上記実施例１に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系における近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に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系における基準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に係る負レンズをシフトさせたときの投射光学系における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】上記画像表示装置が備える投射光学系における、フォーカシング時の各レンズ群の移動軌跡を示す光学配置図である。
【図２６】上記投射光学系が備える自由曲面レンズのパワー分布の例であって、（ａ）Ｘ軸方向のパワー分布図、（ｂ）Ｙ軸方向のパワー分布図、である
【図２７】上記投射光学系の実施例２に係る近距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図２８】図２７に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図２９】上記実施例２に係る投射光学系による基準距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３０】図２９に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図３１】上記実施例２に係る投射光学系による遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図３２】図３１に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図３３】上記実施例２に係る投射光学系における近距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図３４】上記実施例２に係る投射光学系における基準距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図３５】上記実施例２に係る投射光学系における遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図３６】上記投射光学系の実施例２に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系による近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）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図３８】上記実施例２に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系による基準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）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図４０】上記実施例２に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系による遠距離投射時のスクリーン上の画像の例である。
【図４１】図４０に例示した画像における、（ａ）画像上辺における曲がり、（ｂ）画像左端における曲がり、（ｃ）画像下端における曲がり、を示す図である。
【図４２】上記実施例２に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系における近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に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系における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に係る接合レンズをシフトさせたときの投射光学系における遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【図４５】本発明に係る投射光学系が備える屈折光学系の横断面図である。
【図４６】上記屈折光学系が備えるレンズ駆動機構の例を示す屈折光学系の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る投射光学系、および、本発明に係る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。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。
【００１６】
●画像表示装置（１）
まず、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る画像表示装置の光学配置図である。図１において、画像表示装置であるプロジェクタ１は、画像形成部１０と、平行平板４０と、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５０に収納してなる。
【００１７】
投射光学系１００は、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系１０１と、反射光学系を構成する平面ミラー１０２及び凹面ミラー１０３と、を有してなる。
【００１８】
屈折光学系１０１は、複数のレンズ群から構成されている。屈折光学系１０１に関する詳細な説明は後述する。
【００１９】
投射光学系１００の説明に用いる記号の意味について説明する。なお、以下に示す各記号の意味は、本明細書に記載される実施の形態の説明において共通して用いられる。
【００２０】
ｆ：投射光学系１００の全系の焦点距離
ＮＡ：開口数
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
Ｃｊ：自由曲面係数
Ｃ：近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)
Ｈ：光軸からの高さ
Ｋ：円錐定数
【００２１】
非球面形状は、以下の式１で表される。ここで、式１で表される非球面形状は、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表している。
（式１）
2015132723.tif 000003
【００２２】
上記の式１に、近軸曲率Ｃと、円錐定数Ｋと、非球面定数Ａｉと、を与えることで、非球面の形状が特定される。
【００２３】
また、自由曲面形状は、近軸曲率Ｃと、光軸からの高さＨと、円錐定数Ｋと、自由曲面係数Ｃｊと、を用いて、Ｘを光軸方向における自由曲面量として、以下の式２で表される。
（式２）
2015132723.tif 000004
ただし、ｊは以下の式３で表されるものである。
（式３）
2015132723.tif 000005
【００２４】
図１に示すように、画像形成部１０の法線方向に平行な軸であって、屈折光学系１０１が備える複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を「Ａ軸」とする。また、画像形成部１０の中心から射出され、屈折光学系１０１が備える絞りＳの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、Ａ軸に対して垂直な軸をＹ軸とする。また、Ａ軸とＹ軸の双方に垂直な軸を、Ｘ軸とする。
【００２５】
なお、図１に示す通り、Ｘ軸を回転軸として時計回り方向の回転方向を、＋α方向とする。
【００２６】
ここで、画像形成部１０について説明する。図２は、画像形成部１０を画像形成面側から見た平面図である。なお、画像形成部１０において画像情報が形成される面を画像形成面という。図２に示すように、画像形成部１０は、Ａ軸に対してＹ軸方向にシフトしている。
【００２７】
●実施例１
図１は、前玉である自由曲面レンズ１３１が最も繰り出す４８インチの場合の光路図であって、画像形成部１０から投射光学系１００を通過して被投射面であるスクリーン２００へと投射される光の光路を示している。投射光学系１００が備える屈折光学系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、を有してなる。
【００２８】
屈折光学系１０１は、第１レンズ群１１が備える絞りＳよりも拡大側であって、最もスクリーン２００側のレンズから３番目の負レンズＤ１２（第２レンズ群１２に含まれるレンズ）が、Ａ軸に対してＹ軸方向に可動可能になっている。
【００２９】
この負レンズＤ１２がＡ軸に対してＹ軸方向に可動することで、スクリーン２００上の画位置を調整することができる。
【００３０】
なお、画位置の調整をするために負レンズＤ１２を可動可能にする方向は、Ｙ軸方向に限ることはなく、Ｘ軸方向に可動してもよい。また、ＸＹ方向に可動してもよい。
【００３１】
●レンズ駆動機構
ここで、光学素子の一つである負レンズＤ１２の駆動機構について、説明する。図４５は、屈折光学系１０１の横断面図である。図４５に示すように、屈折光学系１０１は中空円筒状の保持部材１０１１の内部空間に保持されている。また、保持部である保持部材１０１１の内径と、光学素子の一つである負レンズＤ１２の外径との間には、隙間１０１２が形成されている。この隙間１０１２が形成されていることにより、図示しない駆動機構が、負レンズＤ１２を可動させることができる。
【００３２】
図４６は、屈折光学系１０１が備えるレンズ駆動機構の例を示す、屈折光学系１０１の横断面図である。図４６に示すように、レンズ駆動機構は、保持部材１０１１の外部から保持部材１０１１の外壁を貫通して光学素子である負レンズＤ１２の外縁に接するネジ１０１３を備えている。また、レンズ駆動機構は、保持部材１０１１の内径に固定され、負レンズＤ１２の外縁に接するバネ１０１４を備えている。ネジ１０１３とバネ１０１４が負レンズＤ１２に接する位置は、互いに１８０度反対側である。
【００３３】
ネジ１０１３を締めると、負レンズＤ１２はネジ１０１３によって押されて、ネジ１０１３の進行方向に可動する。また、ネジ１０１３を緩めると、負レンズＤ１２はバネ１０１４の弾性力によって押されて、ネジ１０１３側に可動する。このネジ１０１３とバネ１０１４によって、負レンズＤ１２が可動する方向を、Ｙ軸方向にすればよい。なお、ネジ１０１３の回転を図示しない電動モータにより行うようにし、電動にて負レンズＤ１２を可動させるようにしてもよい。
【００３４】
レンズ駆動機構は、この他にも、種々の構成を採用することができる。例えば、ハウジング５０の外側に操作レバーを配置して、操作レバーの操作に応じてハウジング内部に備わるギヤを回転させて、このギヤの回転に応じて負レンズＤ１２の保持部材１０１１が駆動して、これに応じて、負レンズＤ１２が所定の方向に動いてもよい。このような可動調整機構を備えることで、ユーザーが任意の位置に負レンズＤ１２を動かすことができる。
【００３５】
図１に戻り、投射光学系１００について説明する。図１に示すように、屈折光学系１０１が備えるレンズのうち、投射光学系１００の凹面ミラー１０３側に最も近い位置に、自由曲面レンズ１３１が配置されている。この位置に自由曲面レンズ１３１を配置することで、歪曲収差や像面湾曲の補正に対する効果を非常に高めることができる。また、この自由曲面レンズ１３１によって、屈折光学系１０１が備えるその他のレンズへの負担を減少させることができる。
【００３６】
このような自由曲面レンズ１３１の効果によって、投射光学系１００の小型化と高性能化を容易に図ることができる。
【００３７】
また、自由曲面レンズ１３１を用いることにより、負レンズＤ１２を偏心させたときに発生する収差の補正も可能になる。
【００３８】
ここで「自由曲面」について説明する。自由曲面とは、任意のＹ軸方向の位置においてＸ軸方向の位置に応じたＸ軸方向の曲率が一定ではなく、任意のＹ軸方向の位置においてＹ軸方向の位置に応じたＹ方向の曲率が一定でないアナモフィック面のことをいう。
【００３９】
画像形成部１０によって形成された画像光が投射光学系１００を通過し、スクリーン２００へ投射されて、画像が表示される。画像形成部１０から出射された光線が、屈折光学系１０１を通過する。この屈折光学系１０１を通過した光線により、画像形成部１０にて形成された画像情報と共役な中間像が形成される。この中間像は、平面ミラー１０２よりも画像形成部１０側において空間像として形成される。なお、中間像は平面像として結像する必要はなく、曲面像として形成されてもよい。
【００４０】
この中間像を、投射光学系１００において最も拡大側に配置される凹面ミラー１０３により拡大して投射することで、スクリーン２００に画像が表示される。中間像は像面湾曲や歪曲を有しているが、凹面ミラー１０３の反射面を自由曲面形状にすることで、これらを補正することができる。これによって、屈折光学系１０１への収差補正の負担が減るので、投射光学系１００の設計への自由度が増し、小型化に有利である。
【００４１】
また、投射光学系１００は、凹面ミラー１０３とスクリーン２００との間に防塵ガラス１０４が設置されている。防塵ガラス１０４は、ハウジング５０の開口部に設置される。この防塵ガラス１０４は、曲面であってもよいし、レンズなどのパワーを持った光学素子であってもよい。
【００４２】
次に、屈折光学系１０１のより詳細な構成と、フォーカスの様子について説明する。図３は、投射光学系１００が有する屈折光学系１０１の光学配置図である。図３に示すように、屈折光学系１０１は、画像形成部１０から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群１２と、自由曲面レンズ１３１のみからなる第３レンズ群１３と、を有している。また、図１に示したように、屈折光学系１０１を備える投射光学系１００は、第３レンズ群１３の後段に、自由曲面ミラーである凹面ミラー１０３を有している。
【００４３】
屈折光学系１０１は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、負レンズ群である、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３が拡大側に移動する。
【００４４】
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側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸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、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、絞りＳ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画像形成部１０側により強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、を有してなる。
【００４５】
第２レンズ群１２は、画像形成部１０側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、Ｙ軸方向に移動可能であって画像形成部１０側により強い凹面を向けた両凹レンズ（負レンズＤ１２）と。画像形成部１０側により強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズと、を有してなる。
【００４６】
第３レンズ群１３は、凹面ミラー１０３側の面が回転非対称である自由曲面レンズ１３１を有してなる。
【００４７】
ここで、自由曲面レンズ１３１のパワー分布について説明する。図４は、自由曲面レンズ１３１のパワー分布の例を示す、（ａ）Ｘ軸方向のパワー分布図、（ｂ）Ｙ軸方向のパワー分布図である。
【００４８】
図４に示す自由曲面レンズ１３１のパワー分布は、Ｘ軸のパワーＰｘと、Ｙ軸のパワーＰｙについて示している。図４は、自由曲面の式ｆ（ｘ、ｙ）を、ＸとＹで微分し、以下の式４を用いて、各座標（Ｘ，Ｙ）におけるＰｘとＰｙを算出したものである。
【００４９】
（式４）
2015132723.tif 000006
【００５０】
すなわち、自由曲面レンズ１３１は、Ｙ軸方向及びＸ軸方向において、凸形状を有していて、Ｙ軸のパワーの変化量の絶対値が、Ｘ軸のパワーの変化量の絶対値よりも小さい。
【００５１】
次に、実施例１に係る投射光学系１００の諸元データについて示す。表１は、実施例１に係る投射光学系１００のレンズ（光学素子）データである。表１において、面番号に「＊」マークが付されているものは、非球面を示している。また、面番号に「＊＊」マークが付されているものは、自由曲面を示している。また、面番号に「※」マークが付されているものは、Ｙ軸方向にシフト可能なレンズを示している。
（表１）
開口数：０．２００
2015132723.tif 000007
【００５２】
表２は、実施例１に係る投射光学系１００の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）
可変間隔
フォーカシング
2015132723.tif 000008
【００５３】
表３は、実施例１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、非球面は上記した式１で表される。
（表３）
非球面係数
2015132723.tif 000009
【００５４】
表４は、本実施例に係る投射光学系１００における自由曲面係数の各数値の具体例である。なお、自由曲面は上記式２により表される。
（表４）
自由曲面係数
2015132723.tif 000010
【００５５】
表５は、実施例１に係る投射光学系１００における画像形成部１０の具体例である。実施例１に係る画像形成部１０は、ＤＭＤを用いる例である。なお、投射光学系１００における入射瞳位置は、５８．４８ｍｍである。すなわち、本実施例に係る投射光学系１００は、ノンテレセン光学系である。
（表５）
2015132723.tif 000011
【００５６】
表６は、投影画像が最大となる合焦状態において、投射光学系１００が備えるレンズのうち最も平面ミラー１０２側に位置するレンズの頂点からの、平面ミラー１０２と凹面ミラー１０３の位置座標と、α回転の角度の具体例である。なお、回転は、面法線とＡ軸とのなす角度を示している。
（表６）
2015132723.tif 000012
【００５７】
次に、実施例１に係る投射光学系１００における、各投射距離における画像劣化の抑制について、図６から図１１を用いて説明する。図６から図１１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２００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。
【００５８】
図６は、近距離投射時の投射光学系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。
【００５９】
図８は、基準距離投射時の投射光学系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。
【００６０】
図１０は、遠距離投射時の投射光学系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。
【００６１】
以上、図６から図１１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、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る。
【００６２】
次に、実施例１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、図１２から図１４を用いて説明する。図１２から図１４に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図５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。
【００６３】
図１２は、近距離投射時のスポットダイアグラムである。図１３は、基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図１４は、遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【００６４】
図１２から図１４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、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
【００６５】
次に、実施例１に係る投射光学系１００の各投射距離において、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせたときの画像劣化の抑制について、図１５から図２０を用いて説明する。なお、負レンズＤ１２のシフト量は、Ｙ軸方向に０．２ｍｍとする。
【００６６】
図１５から図２０は、実施例１に係る投射光学系１００において、波長５５０ｎｍの主光線位置を示す画像の図と、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、主光線位置を示す画像を表示したときの、各画角における画像の歪みを例示する図である。
【００６７】
図１５は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた近距離投射時の投射光学系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１６は、図１５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。
【００６８】
図１７は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた基準距離投射時の投射光学系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１８は、図１７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。
【００６９】
図１９は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた遠距離投射時の投射光学系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２０は、図１９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。
【００７０】
以上、図１５から図２０に示すように、本実施例に係る投射光学系１００によれば、負レンズＤ１２をシフトさせても（偏心させても）、各ズーム、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る。
【００７１】
次に、実施例１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、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせたときでも、画像の変化が抑制されていることについて、図２１から図２３を用いて説明する。なお、負レンズＤ１２のシフト量は、Ｙ軸方向に０．２ｍｍとする。
【００７２】
図２１から図２３に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図５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。
【００７３】
図２１は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた近距離投射時のスポットダイアグラムである。図２２は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図２３は、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせた遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【００７４】
図２１から図２３に示すように、実施例１に係る投射光学系１００によれば、負レンズＤ１２をＹ軸方向にシフトさせても（偏心させても）、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
【００７５】
なお、負レンズＤ１２を０．２ｍｍシフトしたときの画位置のシフト量は、以下の通りである。
2015132723.tif 000013
【００７６】
●画像表示装置（２）
次に、本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態について説明する。図２４は、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学配置図である。図２４において、画像表示装置であるプロジェクタ１は、画像形成部１０と、平行平板４０と、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５０に収納してなる。
【００７７】
投射光学系１００は、屈折光学系１０１と、平面ミラー１０２と、凹面ミラー１０３と、を有してなる。
【００７８】
図２４に示すように、画像形成部１０の法線方向に平行な軸であって、屈折光学系１０１が備える複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を「Ａ軸」とする。また、画像形成部１０の中心から射出され、屈折光学系１０１が備える絞りＳの中心を通る光線を含む面内の軸のうち、Ａ軸に対して垂直な軸をＹ軸とする。また、Ａ軸とＹ軸の双方に垂直な軸を、Ｘ軸とする。
【００７９】
なお、図２４に示す通り、Ｘ軸を回転軸として時計回り方向の回転方向を、＋α方向とする。
【００８０】
●実施例２
図２４は、前玉である自由曲面レンズ１３１が最も繰り出す４８インチの場合の光路図であって、画像形成部１０から投射光学系１００を通過して被投射面であるスクリーン２００へと投射される光の光路を示している。屈折光学系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、を有してなる。
【００８１】
屈折光学系１０１は、第１レンズ群１１が備える絞りＳよりも拡大側であって、１番目の負のパワーを持った接合レンズＤ１１（第１レンズ群１１に含まれるレンズ）が、Ａ軸に対してＹ軸方向に可動可能である。
【００８２】
この接合レンズＤ１１がＡ軸に対してＹ軸方向に可動することで、スクリーン２００上の画位置を調整することができる。
【００８３】
なお、画位置の調整をするために接合レンズＤ１１を可動可能にする方向は、Ｙ軸方向に限ることはなく、Ｘ軸方向において可動してもよい。また、ＸＹ方向に可動してもよい。
【００８４】
なお、接合レンズＤ１１の駆動機構は、すでに説明をした実施例１に係る投射光学系１００に適用可能な駆動機構と同様のものである。
【００８５】
図２４に示すように、屈折光学系１０１が備えるレンズのうち、投射光学系１００の凹面ミラー１０３に最も近い位置には、自由曲面レンズ１３１が配置されている。この位置に自由曲面レンズ１３１を配置することで、歪曲収差や像面湾曲の補正に対する効果を非常に高めることができる。また、この自由曲面レンズ１３１によって、屈折光学系１０１が備えるその他のレンズへの負担を減少させることができる。
【００８６】
このような自由曲面レンズ１３１を用いることによって、上記のような効果を得ることができ、投射光学系１００の小型化と高性能化を容易に図ることができる。
【００８７】
また、自由曲面レンズ１３１を用いることにより、接合レンズＤ１１を偏心させたときに発生する収差の補正も可能になる。
【００８８】
ここで「自由曲面」について説明する。自由曲面とは、任意のＹ軸方向の位置においてＸ軸方向の位置に応じたＸ軸方向の曲率が一定ではなく、任意のＹ軸方向の位置においてＹ軸方向の位置に応じたＹ方向の曲率が一定でないアナモフィック面のことをいう。
【００８９】
屈折光学系１０１を通過した光線により、画像形成部１０にて形成された画像情報と共役な中間像が形成される。この中間像は、平面ミラー１０２よりも画像形成部１０側において空間像として形成される。なお、中間像は平面像として結像する必要はなく、曲面像として形成されてもよい。
【００９０】
この中間像を、投射光学系１００において最も拡大側に配置される凹面ミラー１０３により拡大して投射することで、スクリーン上に画像が表示される。中間像は像面湾曲や歪曲を有しているが、凹面ミラー１０３の反射面を自由曲面形状にすることで、これらを補正することができる。これによって、屈折光学系１０１への収差補正の負担が減るので、投射光学系１００の設計への自由度が増し、小型化に有利である。
【００９１】
また、投射光学系１００は、凹面ミラー１０３とスクリーン２００との間に防塵ガラス１０４を設置する。防塵ガラス１０４は、ハウジング５０の開口部に設置される。この防塵ガラス１０４は、曲面であってもよいし、レンズなどのパワーを持った光学素子を用いてもよい。
【００９２】
次に、屈折光学系１０１のより詳細な構成と、フォーカスの様子について説明する。図２５は、投射光学系１００が有する屈折光学系１０１の光学配置図である。図２５に示すように、屈折光学系１０１は、画像形成部１０から拡大側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群１２と、自由曲面レンズ１３１のみからなる第３レンズ群１３と、を有している。また、図１に示したように、屈折光学系１０１を備える投射光学系１００は、第３レンズ群１３に続いて、自由曲面ミラーである凹面ミラー１０３を有している。
【００９３】
屈折光学系１０１は、遠距離側から近距離側へのフォーカシングに際し、負レンズ群である、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３が拡大側に移動する。すなわち、本実施形態に係る屈折光学系１０１では、フォーカシングに際し移動しない（固定の）レンズ群に、軸Ａに対して垂直に移動可能な光学素子が含まれている。
【００９４】
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側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、拡大側による強い凸面を向けた両凸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、拡大側に凸面を向けた両面非球面正メニスカスレンズと、絞りＳ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画像形成部１０側により強い凸面を向けた両凸レンズの接合レンズＤ１１と、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、拡大側により強い凸面を向けた両凸レンズと、を有してなる。
【００９５】
第２レンズ群１２は、画像形成部１０側に凸面を向けた両面非球面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、画像形成部１０側により強い凹面を向けた両面非球面両凹レンズと、を有してなる。
【００９６】
第３レンズ群１３は、自由曲面レンズ１３１を有してなる。
【００９７】
ここで、自由曲面レンズ１３１のパワー分布について説明する。図２６は、本実施例に係る自由曲面レンズ１３１のパワー分布の例を示す、（ａ）Ｘ軸方向のパワー分布図、（ｂ）Ｙ軸方向のパワー分布図である。
【００９８】
図２６示すパワー分布は、Ｘ軸のパワーＰｘと、Ｙ軸のパワーＰｙについて示している。図２６は、自由曲面の式ｆ（ｘ、ｙ）を、ＸとＹで微分し、以下の式５を用いて、各座標（Ｘ，Ｙ）におけるＰｘとＰｙを算出したものである。
【００９９】
（式５）
2015132723.tif 000014
【０１００】
次に、実施例２に係る投射光学系１００の諸元データについて示す。表７は、実施例２に係る投射光学系１００のレンズ（光学素子）データである。表７において、面番号に「＊」マークが付されているものは、非球面を示している。また、面番号に「＊＊」マークが付されているものは、自由曲面を示している。また、面番号に「※」マークが付されているものは、Ｙ軸方向にシフト可能なレンズを示している。
（表７）
開口数：０．２００
2015132723.tif 000015
【０１０１】
表８は、実施例２に係る投射光学系１００の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８）
可変間隔
フォーカシング
2015132723.tif 000016
【０１０２】
表９は、実施例２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で表される。
（表９）
非球面係数
2015132723.tif 000017
【０１０３】
表１０は、本実施例に係る投射光学系１００における、自由曲面係数の各数値の具体例である。なお、自由曲面は上記式２により表される。
（表１０）
自由曲面係数
2015132723.tif 000018
【０１０４】
表１１は、本実施例に係る投射光学系１００における画像形成部１０の具体例である。実施例２に係る画像形成部１０は、ＤＭＤを用いる例である。なお、投射光学系１００における入射瞳位置は、５８．４８ｍｍである。すなわち、本実施例に係る投射光学系１００は、ノンテレセン光学系である。
（表１１）
2015132723.tif 000019
【０１０５】
表１２は、投影画像が最大となる合焦状態において、投射光学系１００が備えるレンズのうち最も平面ミラー１０２側に位置するレンズの頂点からの、平面ミラー１０２と凹面ミラー１０３の位置座標と、α回転の角度の具体例である。なお、回転は、面法線とＡ軸とのなす角度を示している。
（表１２）
2015132723.tif 000020
【０１０６】
次に、実施例２に係る投射光学系１００における、各投射距離における画像劣化の抑制について、図２７から図３２を用いて説明する。図２７から図３２は、実施例２に係る投射光学系１００において、波長５５０ｎｍの主光線位置を示す画像を、各ズームポジションと各投射距離においてスクリーン２００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。
【０１０７】
図２７は、近距離投射時の投射光学系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２８は、図２７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。
【０１０８】
図２９は、基準距離投射時の投射光学系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３０は、図２９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。
【０１０９】
図３１は、遠距離投射時の投射光学系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３２は、図３１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。
【０１１０】
以上、図２７から図３２に示すように、実施例２に係る投射光学系１００によれば、各ズーム、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る。
【０１１１】
次に、実施例２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、図３３から図３５を用いて説明する。図３３から図３５に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図５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。
【０１１２】
図３３は、近距離投射時のスポットダイアグラムである。図３４は、基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図３５は、遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【０１１３】
図３３から図３５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、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
【０１１４】
次に、本実施例に係る投射光学系１００の各投射距離において、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせたときの画像劣化の抑制について、図３６から図４１を用いて説明する。なお、接合レンズＤ１１のシフト量は、Ｙ軸方向に０．１ｍｍとする。
【０１１５】
図３６から図４１は、実施例２に係る投射光学系１００において、波長５５０ｎｍの主光線位置を示す画像の図と、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、主光線位置を示す画像を表示したときの、各画角における画像の歪みを例示する図である。
【０１１６】
図３６は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた近距離投射時の投射光学系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。
【０１１７】
図３８は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた基準距離投射時の投射光学系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。
【０１１８】
図４０は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた遠距離投射時の投射光学系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４１は、図４０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。
【０１１９】
以上、図３６から図４１に示すように、本実施例に係る投射光学系１００によれば、接合レンズＤ１１をシフトさせても（偏心させても）、各ズーム、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る。
【０１２０】
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、図４２から図４４を用いて説明する。図４２から図４４に示すスポットダイヤフラムの各スポットは、図５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。
【０１２１】
図４２は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた近距離投射時のスポットダイアグラムである。図４３は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた基準距離投射時のスポットダイアグラムである。図４４は、接合レンズＤ１１をＹ軸方向にシフトさせた遠距離投射時のスポットダイアグラムである。
【０１２２】
図４２から図４４に示すように、実施例２に係る投射光学系１００によれば、接合レンズＤ１１をシフトさせても（偏心させても）、各ズーム、各投射距離における画質の変動は抑制されている。
【０１２３】
なお、接合レンズＤ１１を０．１ｍｍシフトしたときの画位置のシフト量を以下に示す。
2015132723.tif 000021
【０１２４】
以上説明をした実施例１及び実施例２にて示した具体的な数値例により特定される投射光学系１００は、絞りＳよりも拡大側の光学素子（レンズ）を垂直方向（Ｙ軸方向）に可動させる。この光学素子を可動させることができる投射光学系１００を用いることにより、小型で性能劣化が少なく、画位置を移動させることができる画像投射装置を得ることができる。
【０１２５】
なお、上述した各実施例は、本発明の好適な実施具体例を示したものである。したがって、本発明はその内容に限定されるものではない。特に、各実施例で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ないから、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があってはならない。
【０１２６】
このように、本発明は、実施例を用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。
【０１２７】
以下において、上記実施例において説明され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説明する。
【０１２８】
●特徴１
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って、縮小側から拡大側に順に、屈折光学系と、反射光学系と、を有し、前記屈折光学系は、絞りと、自由曲面レンズと、少なくとも１つのパワーを有する光学素子と、を有し、前記反射光学系は、少なくとも１つの反射光学素子を有し、前記屈折光学系を構成する複数のレンズのうち、軸対象のレンズの複数が共有する軸を軸Ａとするとき、前記光学素子は、前記軸Ａに対して垂直方向に移動可能である、ことを特徴とする
【０１２９】
パワーを有する光学素子（負レンズＤ１２または接合レンズＤ１１）を移動できるようにすることで、プリズム作用により、画位置を移動させることができる。また自由曲面レンズを用いることにより、前記の光学素子を移動したときに発生する偏心収差を効果的に補正することが可能となる。
【０１３０】
従来のプロジェクタにおいて、画位置調整の可能なものは、光学系全体を移動させることで画位置調整を行っている。このようなプロジェクタは、大型化すること、また、特にミラー光学系において、光線の干渉や移動機構の大型化を招く。
【０１３１】
この点において、本発明に係る投射光学系及び、この投射光学系を備える画像表示装置は、投射光学系に含まれる光学素子の一つを移動させることで画位置の移動調整を可能にしている。このため、画像表示装置の小型化や、移動機構の簡略化が行えるだけでなく、画位置調整後の性能劣化も少なくすることが可能となる。
【０１３２】
●特徴２
本発明に係る投射光学系は、特徴１に加えてさらに、前記画像形成部の中心から射出され、前記屈折光学系が有する絞りの中心を通過する光線を含む面内の軸であって、前記Ａ軸に垂直な軸をＹ軸とし、前記Ａ軸と前記Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とするとき、前記自由曲面レンズは、凹面ミラー側の面が回転非対称であって、前記Ｙ軸方向及び前記Ｘ軸方向に凸形状を有し、前記Ｙ軸の方向のパワーの変化量の絶対値が前記Ｘ軸の方向のパワーの変化量の絶対値よりも小さい、ことを特徴とする。
【０１３３】
この特徴によれば、前記の光学素子をＹ方向に偏心させた場合、Ｙ方向のパワーの変化量を小さくすることができる。このように、Ｙ方向のパワーの変化量を小さくする理由は、自由曲面レンズへの光線位置の変化がＸ方向に対して敏感であるためである。Ｙ方向のパワーの変化量を小さくすることで、偏心収差の発生を抑えることができる。
【０１３４】
●特徴３
本発明に係る投射光学系は、特徴１および特徴２に加えてさらに、前記光学素子は、前記Ｙ軸に沿って移動する、ことを特徴とする。
【０１３５】
この特徴によれば、Ｙ軸方向の調整が特に難しいため、Ｙ軸方向の移動のみとすることで、移動機構を簡略化することができる。また、この特徴を有する投射光学系を備える画像表示装置は、画像表示装置の小型化や、低コスト化を図ることができる。
【０１３６】
●特徴４
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴３に加えてさらに、前記光学素子は、前記絞りよりも前記反射光学素子側に配置される、ことを特徴とする。
【０１３７】
この特徴によれば、絞りよりも拡大側に画位置調整用の光学素子を配置することで、偏心収差の発生が少なく、画位置調整が可能となる。
【０１３８】
●特徴５
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴４に加えてさらに、前記反射光学素子は、凹面ミラーであって自由曲面を有する、ことを特徴とする。
【０１３９】
この特徴によれば、凹面の自由曲面ミラーとすることで、前記自由曲面レンズの効果とあいまって、前記光学素子の偏心収差を効果的に補正することが可能となる。
【０１４０】
●特徴６
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴５に加えてさらに、前記光学素子は、負のパワーを有する、ことを特徴とする。
【０１４１】
この特徴によれば、負のパワーを有する光学素子を移動させることで、効果的に画位置を移動させることが可能となる。
【０１４２】
●特徴７
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴６に加えてさらに、前記屈折光学系は、前記光学素子を移動させる駆動機構を有する、ことを特徴とする。
【０１４３】
この特徴によれば、前記の光学素子を偏心させるための駆動機構を備えることで、任意の偏心を容易に行うことができる。
【０１４４】
●特徴８
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴７に加えてさらに、前記屈折光学系は、前記光学素子の保持部の内径と、前記光学素子の外径との間に隙間を有する、ことを特徴とする。
【０１４５】
この特徴によれば、複雑な機構を有さずに、画位置の調整をすることが可能となる。
【０１４６】
●特徴９
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴８に加えてさらに、複数のレンズ群を備え、前記光学素子は、前記複数のレンズ群のうちフォーカス時には移動しないレンズ群に含まれている、ことを特徴とする。
【０１４７】
この特徴によれば、フォーカス時に固定されているレンズ群に含まれる光学素子を移動させることにより、移動機構を簡略化することができるため、装置の小型化ができる。
【０１４８】
●特徴１０
本発明に係る投射光学系は、特徴１乃至特徴９に加えてさらに、前記投射光学系がノンテレセン光学系である、ことを特徴とする。
【０１４９】
この特徴によれば、ノンテレセン光学系とすることで、小型化に有利となる。
【０１５０】
●特徴１１
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、投射光学系が上記した特徴１乃至特徴１０のいずれかに係る投射光学系である、ことを特徴とする。
【０１５１】
この特徴によれば、投射距離が非常に短く、かつ、小型で画位置調整が可能であって、性能変化の少ない画像表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１      画像表示装置
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
１０１  屈折光学系
１０２  平面ミラー
１０３  凹面ミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５３】
【特許文献１】特開２００７−０７９５２４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５１４５８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４２６０６号公報
【特許文献４】特開２００９−２１６８８３号公報
【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】
2015132723.tif 000031
【図１１】
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【図１２】
2015132723.tif 000033
【図１３】
2015132723.tif 000034
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015132723.tif 000037
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2015132723.tif 000051
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
2015132723.tif 000061
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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