(57)【要約】【課題】小型化しつつ、温度変化等の環境変化にも対応して十分な製造余裕度を確保すること。【解決手段】本発明は、縮小側の１次像面Ｐから拡大側の２次像面Ｓへ拡大投射する投射光学系であって、１次像面Ｐの中間像を結像し、絞りより中間像側から負、正、正の屈折力を持つ３群で構成される第1光学系Ｌ１と、中間像よりも２次像面Ｓ側に形成される凹面反射面を１面有する第２光学系Ｌ２とを備え、第１光学系Ｌ１および第２光学系Ｌ２を構成する各面が共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、１次像面Ｐの中心から２次像面Ｓの中心に至る光線が光軸を交差し、次に凹面反射面で反射し、再度光軸と交差して２次像面Ｓに到達し、以下の条件式  （１）０．５＜φ１/φ２＜３  （２）１＜ＡＳＴ/ＡＳＳ＜５  （３）｜ＡＳＴ｜/Ｌ１２＜１  （４）−３＜Ｋ_relを満足する投射光学系およびこれを用いた投射型画像表示装置である。【選択図】図１
2008116688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小側の１次像面から拡大側の２次像面へ拡大投射する投射光学系であって、
前記１次像面の中間像を結像し、絞りより前記中間像側から負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、前記絞りを挟んで正の屈折力を持つ第３群で構成される第１光学系と、
前記中間像よりも２次像面側に形成される凹面反射面を１面有する第２光学系とを備え、
前記第１光学系および前記第２光学系を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、前記１次像面の中心から前記２次像面の中心に至る光線が前記光軸を交差し、次に前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記２次像面に到達し、下記条件式
（１）０．５＜φ１/φ２＜３
（２）１＜ＡＳＴ/ＡＳＳ＜５
（３）｜ＡＳＴ｜/Ｌ１２＜１
を満たすとともに、
前記第１光学系を構成する全ての正の屈折力を持つレンズにおいて、下記条件式
（４）−３＜Ｋ_rel
を満足する
ことを特徴とする投射光学系。
ただし
φ１：第1光学系の屈折力
φ２：第２光学系の屈折力
｜ＡＳＴ｜：第１光学系における、子午面での中間結像位置
｜ＡＳＳ｜:第１光学系における、球欠面での中間結像位置
Ｌ１２:第１光学系と第２光学系の光軸上距離
Ｋ_rel：屈折率の温度係数
【請求項２】
前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、
前記第３群を構成する少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たす
ことを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
ただし
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
【請求項３】
前記第１光学系は少なくとも１組の接合レンズで構成され、下記条件式
（７）｜Δα｜＜４５
を満たす
ことを特徴とする請求項２記載の投射光学系。
ただし
｜Δα｜：接合面を挟んで互いに隣り合うガラスの線膨張係数差
【請求項４】
前記第１光学系において前記第１群から前記第３群のいずれかの群に、１枚の非球面プラスチックレンズが配置され、下記条件式
（８）−０．３＜φ_ｐ１／φ1＜０．０５
（９）−３５＜β＜３５
を満たす
ことを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
ただし
φ_ｐ１：非球面プラスチックレンズの屈折力
φ１：第１光学系の屈折力
β：非球面プラスチックレンズの曲面の接線最大角度
【請求項５】
投射画面サイズ変更時において、前記第２光学系と前記２次像面との間の距離を変更するとともに、前記第1光学系の少なくとも１つ以上の群、あるいは群を構成する一部のレンズと、前記第２光学系を構成する凹面反射面とが、前記光軸上を、前記光軸と平行に移動する
ことを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
【請求項６】
光源と、
前記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、
前記変調手段側の１次像面からスクリーン側の２次像面へ拡大投射する投射光学系とを備え、
前記投射光学系として、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の投射光学系を用いる
ことを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系および投射型画像表示装置に関し、詳しくは、低歪曲で高解像力を維持しつつ、奥行を薄くし、かつ、画面の下方または上方部分を小さくする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、プロジェクションテレビに対する需要が急速に高まってきている。プロジェクションテレビは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）と同様のフラットテレビとしての要素を持ち、かつ、それらと比較して、１インチ程度の画像表示素子を拡大投射するシステムであるため、低価格で大画面を提供することができる。このような画像表示素子は、ＢＳ（Broadcasting Satellite）、地上波デジタル放送に代表されるような、フルＨＤ（High Definition）信号レベルの高画質化の要求に対しても、比較的容易に対応することができることが主な要因である。
【０００３】
その一方、光源、照明光学系、投射光学系を搭載し、大型の背面ミラーを使用してスクリーンに投射するため、図３８に示すように、光軸ａが画像表示素子ｂおよびスクリーンｃの中心を通るように投射する従来の方法では、原理的に、奥行ｄと画面下方の大きさｅとを同時に小さくすることは不可能である。
【０００４】
その他にも、投射画像の大型化を達成しつつもプロジェクションテレビの薄型化（奥行方向の小型化）を達成するために、スクリーンに対して斜方向から投射する（以下、「斜め投射」という）光学系がある。
【０００５】
例えば、特許文献１には、投射光学系として大画角の広角レンズを用い、投射光学系の光軸に対して、画像表示素子およびスクリーンをシフトして配置し、画角の端の部分を使用することによって斜め投射を行うものが提案されている(図３９参照)。
【０００６】
また、特許文献２には、ライトバルブに基づく画像光を第１の投射光学系によって中間結像させ、第２の投射光学系によってスクリーンに拡大投射し、各投射光学系の光軸を適当に傾けることによって、斜め投射を行うものが提案されている(図４０参照)。
【０００７】
また、最近では、広角化に伴う色収差の発生を抑えるために反射面を利用して斜め投射を実現した投射光学系が提案されている。
【０００８】
特許文献３に示されている投射光学系では、主に屈折光学系ｇと凸面反射面ｆから成る光学系を用いて斜め投射を実現している。図４１は特許文献３に示されている光学系の概略を示すものである。
【０００９】
また、特許文献４では、画像表示パネルｈから順に凹、凸、凸、凸の４枚の反射面ｉ、ｊ、ｋ、ｌを用いて色収差の無い投射光学系を達成している（図４２参照）。
【００１０】
これら特許文献で示された光学系は、光軸に対して回転対称な構成をしており、超広角光学系の一部分を使用して斜め投射を行っている。
【００１１】
特許文献５では、オフアキシャルな光学系を用いた斜め投射光学系が提案されている。この光学系ではオフアキシャルな光学系を用いることにより台形歪を補正し、さらに、複数の反射面ｍ、ｍ、…と反射面ｎとの間で中間像を結ぶことにより反射面の大きさを抑えた投射光学系を達成している(図４３参照)。
【００１２】
特許文献６では、屈折光学系と凹面反射面を含む1面以上の反射面とで構成される投射光学系が提案されている。実施例中では、屈折光学系となる第1光学系の1部を偏芯させ、さらに凹面反射面に自由曲面を採用することで、歪の小さい投射光学系を実現している（図４４参照）。
【００１３】
特許文献７では、回転対称で構成され、少なくとも1枚の凹面反射面AMを使用し、中間像を結像させることで、反射面の大きさを抑えた超広角光学系を達成している(図４５参照)。
【００１４】
【特許文献１】特開平５−１００３１２号公報
【特許文献２】特開平５−８０４１８号公報
【特許文献３】再公表特許Ｗ００１／００６２９５号公報
【特許文献４】特開２００２−４０３２６号公報
【特許文献５】特開２００１−２５５４６２号公報
【特許文献６】特開２００４−２５８６２０号公報
【特許文献７】ＷＯ２００６−０４３６６６Ａ１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような従来の技術に示される投射光学系には次のような問題がある。すなわち、特許文献３に示された光学系のように、凸面反射面ｆと屈折光学系ｇとを組み合わせた投射光学系の場合、屈折光学系のみの構成と比較して、色収差が取りやすく、かつ、広角化が容易である。その反面一つの反射面で発散作用のほとんどを担うことになる。そのため歪曲や像面の収差補正を適切に補正するには、その屈折力を有る程度小さくしなければならず、必然的に、広角化した場合凸面反射面ｆの大型化を招く傾向を持つ。このことは凸面反射面ｆの製造が困難になるだけでなく、画面下方部分(図３８のｅ参照)が高くなり、またリアプロジェクションテレビをこの投射光学系により構成した場合に、奥行(図３８のｄ参照)も大きくなる。
【００１６】
特許文献４に示された投射光学系では、屈折光学系を有しないため、原理的に色収差は発生せず、かつレンズによる吸収もないため、明るい光学系を達成することができる。しかしながら、反射面のみでの構成となるため、各反射面の面精度、組み立て精度に非常に敏感となり、製造コストが増大する傾向にある。また、複数の反射面ｉ〜ｌを縦方向に配置するため、画面下方の部分が高くなる。さらに、薄型化をするために、投射角度をさらに大きくすると、反射面、特に、最終段の反射面ｌが大きくなってしまい、反射面の製造が困難になるとともに、画面下方の部分のさらなる大型化を招く。
【００１７】
特許文献５に記載されている投射光学系の場合、中間結像面を持つことで、広角化しつつも反射面を小さくすることができるという利点を持つ。その反面、反射面を偏心させることにより発生する偏心収差を残りの偏心された反射面で補正することになり、少なくとも反射面が３面以上必要となる。従って、リアプロジェクションテレビをこの投射光学系により構成した場合に、画面下方の十分な小型化を実現するにはなお制約があり、さらに反射面は回転対称な構成ではなく、自由曲面で構成され、面精度、組み立て制度に非常に敏感で、製造が難しくコストアップにつながるという問題がある。
【００１８】
特許文献６に記載されている投射光学系の場合、第２光学系である凹面反射面を含む反射面が１〜２枚程度で構成され、第１光学系との間に中間像を形成し、第１光学系、第２光学系の１部を偏芯させることで、広角化しつつも、歪の取れた投射光学系を実現している。その反面、特に屈折光学系において偏芯させているため、組み立て、調整が難しく、コストアップにつながるため、リアプロジェクションテレビのような、大量に量産する光学系には不向きである。
【００１９】
特許文献７に記載されている投射光学系の場合、回転対称な光学系で構成されており、中間結像面を持ち、少なくとも1枚の凹面反射面と屈折光学系を組み合わせることで、比較的簡単な構成で諸収差を適切に抑えた、超広角光学系を実現している。特に実施例１，２においては凹面反射面1枚のみで超広角化を実現したものであるが、その一方で、屈折光学系において、大きな負の温度係数を持つ正レンズが使用されている点やプラスチックを材質として想定している非球面レンズが２枚使用されている点を考えると、温度変化等の環境変化に対しての考慮がされておらず、製造余裕度が十分でない。また、画像表示サイズ変更時は、第２光学系とスクリーン間距離を変えて対応するが、その場合、反射面あるいは屈折光学系の各屈折面に入射する光線がわずかに変化することになる。このような超広角光学系の場合、そのわずかなズレが光学性能を大きく劣化させるため、この文献中では、実質一つの画像表示サイズしか使用できない。
【００２０】
本発明は、前記した従来の問題点に鑑み、回転対称光学系を用い、低歪曲で高解像力を維持しつつ、反射面の大きさを小さくし、かつ凹面反射面の数を1面とした低価格で、温度変化に対しても、また画面投射サイズの変更に対しても、大きく性能劣化させることなく、比較的簡単な構成で可能となる投射光学系、および投射画像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
すなわち、本発明は、縮小側の１次像面から拡大側の２次像面へ拡大投射する投射光学系であって、前記１次像面の中間像を結像し、絞りより前記中間像側から負の屈折力を持つ１群、正の屈折力を持つ２群、前記絞りを挟んで正の屈折力を持つ３群で構成される第1光学系と、前記中間像よりも２次像面側に形成される凹面反射面を１面有する第２光学系とを備え、前記第１光学系および第２光学系を構成する各面は共通の光軸を中心とした回転対称面で構成され、前記１次像面の中心から前記２次像面の中心に至る光線が前記光軸を交差し、次に前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記２次像面に到達し、下記条件式
（１）０．５＜φ１/φ２＜３
（２）１＜ＡＳＴ/ＡＳＳ＜５
（３）｜ＡＳＴ｜/Ｌ１２＜１
を満足するとともに、
前記第１光学系を構成する全ての正の屈折力を持つレンズにおいて、下記条件式
（４）−３＜Ｋ_rel
を満足することで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
φ１：第1光学系の屈折力
φ２：第２光学系の屈折力
｜ＡＳＴ｜：第１光学系における、子午面での中間結像位置
｜ＡＳＳ｜:第１光学系における、球欠面での中間結像位置
Ｌ１２:第１光学系と第２光学系の光軸上距離
Ｋ_rel：屈折率の温度係数
【００２２】
また、前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、前記第３群を構成する少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たすことで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎ  Ｆ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
【００２３】
また、前記第1光学系は少なくとも1組の接合レンズで構成され、下記条件式
（７）｜Δα｜＜４５
を満たすことで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
｜Δα｜：接合面を挟んで互いに隣り合うガラスの線膨張係数差
となる。
【００２４】
また、前記第１光学系において前記第１群から第３群のいずれかの群に、１枚の非球面プラスチックレンズが配置され、下記条件式
（８）−０．３＜φ_ｐ１／φ1＜０．０５
（９）−３５＜β＜３５
を満たすことで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
φ_ｐ１：非球面プラスチックレンズの屈折力
φ１：第１光学系の屈折力
β：非球面プラスチックレンズの曲面の接線最大角度
となる。
【００２５】
また、投射画面サイズ変更時において、前記第２光学系と２次像面間距離を変更すると共に、前記第1光学系の少なくとも１つ以上の群、あるいは群を構成する一部のレンズと、前記第２光学系を構成する凹面反射面が、前記光軸上を、前記光軸と平行に移動する投射光学系であり、これによって種々の投影画面サイズにも対応できるようになる。
【００２６】
本発明の投写型画像表示装置は、前記した課題を解決するために、光源と前記光源から発せられた光を映像信号に基づき変調して出力する変調手段と、前記に記述した変調手段側の１次像面からスクリーン側の２次像面へ拡大投射する投射光学系を備えていることを特徴とするものである。
【００２７】
従って、本発明にあっては、１次像面の中心から２次像面の中心に至る光線が、第１光学系の光軸を交差し、次いで凹面反射面で反射され、再度前記光軸と交差して２次像面に到達する光路を辿ることにより、例えば略水平方向に配置された第１光学系から２次像面に結像する光を第２光学系により上方（あるいは下方）に出力させる。そして第２光学系は、第１光学系の中間像上の１点から広がりの小さな光束を第２像面上の１点に収束させればよく、小型の光学部品により実現できる。
【発明の効果】
【００２８】
したがって、本発明にあっては、１次像面の中心から２次像面の中心に至る光線が第１および第２光学系に共通の光軸を交差し、次いで凹面反射面で反射され、再度前記光軸と交差して２次像面に到達する光路をたどるように構成することによって、第１光学系によって一旦中間結像面を形成し、該中間結像面の後に凹面反射面を配置して再び２次像面に結像させるので、第１光学系の結像倍率を適当な大きさにすれば、凹面反射面を大型化させること無しに良好な収差補正を実現でき、しかも、温度変化等の環境変化にも対応して十分な製造余裕度を確保することが可能となる。これにより、良好な光学性能を有する大型画面を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る投射光学系および投射型画像表示装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態に係る投射光学系は、縮小側の１次像面から拡大側の２次像面へ拡大投射する投射光学系であって、前記１次像面の中間像を結像させる第１光学系と、前記中間像による前記２次像面を形成する第２光学系とを備え、前記１次像面の中心から前記２次像面の中心に至る光線が前記光軸と交差し、さらに前記凹面反射面で反射し、再度前記光軸と交差して前記２次像面に到達する。結像関係を要約すれば、第１光学系によって、１次像面の中間像が形成され、その後凹面反射面により収束光となり瞳を形成した後、２次像面として結像する構成をとっている。前記第１光学系による中間像は倍率が低く、第２光学系によって拡大され所定の倍率で２次像面として結像する。
【００３１】
また、投射画像サイズ変更時において、第２光学系と２次像面間距離を変えるとともに、第１光学系の少なくとも１つの群、あるいは一部のレンズと、第２光学系を構成する１枚の凹面反射面を、前記光軸上を光軸と平行に適切な距離移動させることで、光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
【００３２】
また、前記第１光学系の中間像は、第１光学系と第２光学系間に配置され、下記条件式
（１）０．５＜φ１/φ２＜３
（２）１＜ＡＳＴ/ＡＳＳ＜５
（３）｜ＡＳＴ｜/Ｌ１２＜１
を満足することで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
φ１：第1光学系の屈折力
φ２：第２光学系の屈折力
｜ＡＳＴ｜：第１光学系における、子午面での中間結像位置
｜ＡＳＳ｜:第１光学系における、球欠面での中間結像位置
Ｌ１２:第１光学系と第２光学系の光軸上距離
【００３３】
条件式（１）は、第1光学系の屈折力φ1と第２光学系の屈折力φ２の比をとったもので、下限を下回る場合、凹面反射面の曲率が非常に大きくなるため、第1光学系による収差補正が困難になる。一方、上限を超える場合、第1光学系の屈折力が大きいため、凹面反射面での収差補正が困難になる。
【００３４】
条件式（２）は、子午面(あるいはメリディオナル面：主光線と光軸を含む断面)と球欠面（あるいはサジッタル面:子午面に垂直な平面）における中間像の結像位置の比を取ったものである。図４６のように、第２光学系の凹面反射面をＡ、曲率半径をｒとした場合、子午面断面では、ｈによらず曲率半径ｒとなる。その一方で、球欠面においては、ｒｃｏｓθとなり、ｈによって球欠面に入射する光束は異なる屈折力をもつことになる。
【００３５】
前記したお互いの断面に入射する光束が２次像面の同位置に結像するためには、中間像のお互いの断面における結像位置が異なる位置になければならない。また、球欠面に入射する光束は、子午面に入射する光束よりもθ＞０において、曲率半径の小さい面に入射するため、子午面の結像位置よりも第２光学系側に近づいている必要がある。
【００３６】
従って、条件式（２）は、前記のそれぞれの結像位置の適切な範囲を定めたものであって、下限を下回る場合、つまり球欠面の結像位置が、子午面の結像位置よりも第１光学系側に位置しているため、２次像面において互いの像面位置を同位置に結像することが困難となる。上限を超えた場合、子午面、球欠面での結像位置が離れているため、やはり２次像面上で、同時に結像することが困難となる。
【００３７】
条件式（３）は、子午面の任意の結像位置と第１光学系、第２光学系の光軸上距離の比となる。特許文献３に記載される投射光学系のように凸面反射面で発散させる光学系の場合、中間像を持たないため、実際の投射距離に近い、大きな像面湾曲量を持つこととなる。
【００３８】
本実施形態では、一旦中間像を持つタイプであり、第１光学系を出射した後、第２光学系に至る間に結像をするため、第１光学系の像面湾曲は、第１光学系と第２光学系の光軸上の距離よりも小さくなる。
【００３９】
第１光学系で発生した像面湾曲を、第２光学系の反射面で２次像面の平面上に結像する場合、第１光学系の湾曲量をなるべく小さくすることが、光学性能を良好にする一つの手段となる。
【００４０】
従って、条件式（３）のように第１光学系と第２光学系の光軸上距離よりも第１光学系の像面湾曲量を小さくすることによって、半画角８０度近辺であっても、特許文献３に記載される投射光学系よりも良好な光学性能を得ることが可能となる。なお、下限を下回る場合、２次像面で結像させることができない。
【００４１】
また、本実施形態の投射光学系では、前記第１光学系を構成する全ての正の屈折力を持つレンズにおいて、下記条件式
（４）−３＜Ｋ_rel
を満たすものである。
【００４２】
また、前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、また、前記第３群の少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
Ｋ_rel：屈折率の温度係数
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
となる。
【００４３】
また、前記第1光学系は少なくとも1組の接合レンズで構成され、下記条件式
（７）｜Δα｜＜４５
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
｜Δα｜：接合面を挟んで互いに隣り合うガラスの線膨張係数差
となる。
【００４４】
表２３に、各実施例で使用されているレンズの屈折率、分散に対して近い数値を持つＨＯＹＡ社製、ＯＨＡＲＡ社製それぞれのガラス名と温度係数Ｋ_rel、異常分散度ΔＰ、線膨張係数αを示す。
【００４５】
温度係数Ｋ_relは、屈折率をｎ、温度をＴとした時ｄｎ/ｄＴで表され、単位は１０-6/Kとなる。またここでの温度係数は、空気の屈折率が温度依存性を持つ場合のもので、＋２０〜＋４０℃での数値を参考にしている。
【００４６】
ΔＰは、ノーマルガラスからのズレ量をあらわすものである。本発明でノーマルガラスとは、ＨＯＹＡ社製のＥＣ３とＥＦ２をさしている。ノーマルガラスの部分分散比をＰnormal、分散νとした時両者を結ぶ直線は
Ｐnormal＝−０．００１９１７×ν＋０．６５６８
となる。
【００４７】
線膨張係数αは、常温域（-３０℃〜７０℃）での平均線膨張係数を参考にしたもので、１０-7/℃の単位で記している。
【００４８】
条件式（４）は、前記温度係数に規制をかけたものである。温度係数が正、すなわち温度上昇と共に屈折率が大きくなる硝材が多いが、弗素を含有するガラス（ＨＯＹＡ社製名称でＦＣあるいはＦＣＤ、ＯＨＡＲＡ社製名称でＳＦＳＬあるいはＳＦＰＬ）等は、負の温度係数を持つ。
【００４９】
温度変化により、屈折率が変化すると、投射光学系のフォーカス位置が移動するため、特にリアプロジェクションテレビのように、フォーカスを容易に操作できない光学系では、課題の一つとなる。ここで、正の温度係数を持つ場合、正レンズはフォーカスが短くなり、負レンズはフォーカスが長くなる作用を持つ。また負の温度係数を持つ場合、正レンズはフォーカスが長くなり、負レンズはフォーカスが短くなる作用を持つ。
【００５０】
例えば、スクリーン面上に、ＣＣＤ等を持つ簡易的な検出装置を持ち、温度検出センサーと連動させることで、フォーカスを自動的に補正する方法もあるが、コスト面や実際のセンサー位置の調整等を考えると、大量生産するリアプロジェクションテレビ等においては実使用上難しい。従って投射光学系自体で、フォーカス変動の小さな構成にすることが必要とされる。
【００５１】
条件式（４）、（５）、（６）は、倍率色収差等の光学性能を良好にしつつも、温度変化によるフォーカス変動を抑えるためのものであり、条件式（４）の下限を下回ると、負レンズは一般的に正の温度係数を持つ硝材が多いため、負の温度係数を持つ正レンズと同じフォーカス変動方向をもち、結果的にフォーカス変動が大きくなる。条件式を満たすことで、正レンズによるフォーカス変動量を小さく、あるいは、正の温度係数を持たせることができれば、負レンズで発生するフォーカス変動量を相殺させることができる。
【００５２】
条件式（５）は、正レンズの異常分散度に関するもので、上限が下回る場合、倍率色収差の補正を適切にできない。条件式（６）は、負レンズの異常分散度に関するもので、上限を超えると倍率色収差の補正を適切にできない。
【００５３】
また、前記第１光学系は少なくとも１組の接合レンズで構成され、下記条件式
（７）｜Δα｜＜４５
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
｜Δα｜：接合面を挟んで互いに隣り合うガラスの線膨張係数差
となる。
【００５４】
２つ以上のレンズを接合させる目的は、主に組み立て作業の簡易化、色収差補正、表面反射防止である。一般的には屈折率１．５〜１．６程度の接着剤でお互いのレンズを貼り合わせる。条件式（７）はお互いのレンズの含有する材料によって決まる線膨張係数の差を規制したものである。
【００５５】
上限を超える接合レンズの場合、環境の温度が変化することで、お互いの膨張率の違いから、接合面の曲面形状が、微妙に変化する。接合面の屈折力や、面の変形で非球面的な作用をすることで、フォーカス性能、像面湾曲等が劣化しやすくなる。
【００５６】
また、前記第１光学系において前記第１群から第３群のいずれかの群に、１枚の非球面プラスチックレンズが配置され、下記条件式
（８）−０．３＜φ_ｐ１／φ1＜０．０５
（９）−３５＜β＜３５
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
φ_ｐ１：非球面プラスチックレンズの屈折力
φ１：第１光学系の屈折力
β：非球面プラスチックレンズの任意の曲面接線角度
となる。
【００５７】
条件式（８）は、非球面プラスチックレンズの屈折力と第１光学系の屈折力の比を取ったものである。一般的にプラスチックレンズの温度係数は、ガラスと異なり負の温度係数を持つことが多い。つまり正の大きな屈折力を持つ場合、前記した、絞りより１次像面側のレンズ群によるフォーカス変動方向と同じ方向に行きやすい傾向を持つこととなる。またガラスと異なり、温度係数は約１桁温度変化量が大きいため、フォーカス変動に対するプラスチックレンズの影響は非常に大きい。
【００５８】
従って、上限を超えた場合、フォーカス変動方向が増幅するため、光学性能を劣化させる。また下限を超えた場合においても、前記したように温度係数がガラスに比べて、１桁大きい数値をもつため、やはりフォーカスを大きく変動させて光学性能を劣化させる。
【００５９】
条件式（９）は、前記非球面プラスチックの曲面形状について規制をかけたものである。本発明においては、前記非球面プラスチックレンズだけでなく、第２光学系を構成する凹面反射面においても非球面が用いられている。ここで非球面の式は、以下の数１で表される。
【００６０】
【数１】
2008116688.tif 000003
【００６１】
上記数１において、
Ｚ：非球面のサグ量
ｈ：光軸に対して垂直な高さ
ｃ：近軸の曲率
Ｋ：円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
であり、ｈで１回微分すれば、各任意の光軸に対して垂直な高さｈにおける、曲面の接線角度が得られる。すなわち、以下の数２で示され、条件式（９）は、β＝tan-1(ｄＺ/ｄｈ)から計算される。
【００６２】
【数２】
2008116688.tif 000004
【００６３】
条件式（９）の上下限を超えた場合、温度変化に対して曲面の変形が大きくなり、像性能を劣化しやすくなると同時に、成型も難しくなる。また、表面反射を避けるための反射防止膜もつきにくいため、透過率の劣化や、時にはゴーストの原因にもなりやすい。
【００６４】
従って、本発明投射光学系は、前記形態を有することで、比較的簡単な構成で、超広角化と良好な光学性能を、容易に得ることができる。
【００６５】
また、本発明の投射光学系を利用した、投射型画像表示装置においても、比較的簡単な構成で、装置奥行方向の薄型化とスクリーン上方（あるいは下方）の小型化を達成しながら、高画質、低歪曲な光学性能を有する装置を提供できる。
【００６６】
以下に、本発明投射光学系および投射型画像表示装置の実施形態および数値実施例を図および表を用いて説明する。
【００６７】
（実施例１の形態）
【００６８】
図１は、実施例１の光路図となる。Ｐは変調手段としての画像表示素子であり、該画像表示素子Ｐにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて１次像面が形成される。前記画像表示素子Ｐとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(ＤＭＤ)等を用いることができる。また図中のＰＰは、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。
【００６９】
図２は、図１の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第１光学系Ｌ１は、２次像面側から負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞りを挟んで画像表示素子Ｐ側に正の屈折力を持つ第３群からなる。またｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍｘは、投射画像サイズ変更時に移動する第１光学系のレンズ群と第２光学系の凹面反射面である。それぞれの矢印は、ｐｏｓ１からｐｏｓ３に移る時の、各群あるいは各レンズ光軸上の移動方向をあらわす。
【００７０】
表１に実施例１の本投射光学系の開口数および表示素子の関する内容を記している。表示素子側開口数は０．２３３４、表示素子サイズは１３．４４０ｍｍ×７．５６０ｍｍ、表示素子の中心位置は、光軸上を（ｘ、ｙ）＝（０，０）とした場合、（ｘ、ｙ）＝（０、−８．４３３３）の位置となる。画素ピッチは７μｍである。
【００７１】
【表１】
2008116688.tif 000005
【００７２】
実施例１は３つの投射画像サイズを投射することが可能で、各ポジションは、ｐｏｓ１、ｐｏｓ２、ｐｏｓ３としている(表２参照)。合成焦点距離ｆは、第１光学系の屈折力をφ１、第２光学系の屈折力をφ２、第１光学系の中間像側主点位置と第２光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
１/ｆ＝φ＝φ１＋φ２−Δ・φ１・φ２
であらわされる。またそれぞれの拡大倍率と対角インチサイズを記す。対角インチサイズは、２次像面における対角スクリーンサイズであり、ｐｏｓ１で５８．１１２インチ、ｐｏｓ２で６３．３９５インチ、ｐｏｓ３で７３．９６１インチとなる。
【００７３】
【表２】
2008116688.tif 000006
【００７４】
表３〜表５にこの実施例１の投射光学系に具体的数値を適用したレンズデータを示す。なお、以下の各表において、面番号は１次像面（表示素子側）側から２次像面（投射画像面）側へＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…と増大するように付されている。面番号の左側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面のデータは表４に記している。間隔の列で可変と記している箇所は、投射画像サイズを変更したときに、変化させるところとなり、各ポジションでのそれぞれの間隔を表５に表す。また、曲率半径の列で「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、屈折率(ｎｅ)およびアッベ数(νｅ)は、ｅ線(５４６．１ｎｍ)での数値となる。
【００７５】
【表３】
2008116688.tif 000007
【００７６】
【表４】
2008116688.tif 000008
【００７７】
【表５】
2008116688.tif 000009
【００７８】
図３〜図５は本実施例１の横収差図である。実線が、５４６．０７ｎｍ、破線が６２０ｎｍ、１点鎖線が４６０ｎｍとなる。図３がｐｏｓ１の横収差図で、一目盛りの数値は０．６７０ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図４がｐｏｓ２の横収差図で、一目盛りの数値は０．７３１ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図５がｐｏｓ３の横収差図で、一目盛りの数値は０．８５３ｍｍであり、１画素の大きさとなる。
【００７９】
図６〜図８は本実施例１のＴＶ歪曲図となる。図６はｐｏｓ１、図７はｐｏｓ２、図８はｐｏｓ３となる。ここで横軸ｘ、縦軸ｙとした時、（ｘ、ｙ）＝（０，０）は光軸上の点となる。
【００８０】
図９は、本光学系の投射表示装置の例を図示したものである。各ポジションごとの奥行と、投射光学系下端から、画面下端までの距離を数値で表している。Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３は、平面ミラー、Ｓは２次像面となるスクリーンである。奥行はｐｏｓ１が２３０ｍｍ、ｐｏｓ２が２４５ｍｍ、ｐｏｓ３が２７５ｍｍとなる。投射光学系下端から、画面下端までの距離は、ｐｏｓ１が６１ｍｍ、ｐｏｓ２が６８ｍｍ、ｐｏｓ３が９０ｍｍとなる。またこの例では、画面下方の大きさは、投射光学系によらず全く無いことがわかる。
【００８１】
図１０は、図９を上から見た図になる。図１１は図９を右方向から見た図になる。Ｐは１次像面である画像表示素子、ＰＰは色合成あるいはＰＢＳ等のプリズム、Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は平面ミラー、Ｓは２次像面となるスクリーンである。なおここでは、光源、照明光学系は省略してある。
【００８２】
(実施例２の形態)
【００８３】
図１２は、実施例２の光路図となる。Ｐは変調手段としての画像表示素子であり、該画像表示素子Ｐにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記画像表示素子Ｐとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(ＤＭＤ)等を用いることができる。また図中のＰＰは、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。
【００８４】
図１３は、図１２の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第１光学系Ｌ１は、２次像面側から負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞りを挟んで画像表示素子Ｐ側に正の屈折力を持つ第３群からなる。またｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍｘは、投射画像サイズ変更時に移動する第1光学系のレンズ群と第２光学系の凹面反射面である。それぞれの矢印は、ｐｏｓ１からｐｏｓ３に移る時の、各群あるいは各レンズ光軸上の移動方向をあらわす。
【００８５】
表６に実施例２の本投射光学系の開口数および表示素子の関する内容を記している。表示素子側開口数は０．２０４４４、表示素子サイズは１３．４４０ｍｍ×７．５６０ｍｍ、表示素子の中心位置は、光軸上を（ｘ、ｙ）＝（０，０）とした場合、（ｘ、ｙ）＝（０、−８．４３３３）の位置となる。画素ピッチは７μｍである。
【００８６】
【表６】
2008116688.tif 000010
【００８７】
実施例２は３つの投射画像サイズを投射することが可能で、各ポジションは、ｐｏｓ１、ｐｏｓ２、ｐｏｓ３としている(表７参照)。合成焦点距離ｆは、第１光学系の屈折力をφ１、第２光学系の屈折力をφ２、第１光学系の中間像側主点位置と第２光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
１/ｆ＝φ＝φ１＋φ２−Δ・φ１・φ２
であらわされる。またそれぞれの拡大倍率と対角インチサイズを記す。対角インチサイズは、２次像面における対角スクリーンサイズであり、ｐｏｓ１で５７．５５５インチ、ｐｏｓ２で６２．８３５インチ、ｐｏｓ３で７３．３９６インチとなる。
【００８８】
【表７】
2008116688.tif 000011
【００８９】
表８〜表１０にこの実施例２の投射光学系に具体的数値を適用したレンズデータを示す。なお、以下の各表において、面番号は１次像面（表示素子側）側から２次像面（投射画像面）側へＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…と増大するように付されている。面番号の左側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面のデータは表９に記している。間隔の列で可変と記している箇所は、投射画像サイズを変更したときに、変化させるところとなり、各ポジションでのそれぞれの間隔を表１０に表す。また、曲率半径の列で「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、屈折率(ｎｅ)およびアッベ数(νｅ)は、ｅ線(５４６．１ｎｍ)での数値となる。
【００９０】
【表８】
2008116688.tif 000012
【００９１】
【表９】
2008116688.tif 000013
【００９２】
【表１０】
2008116688.tif 000014
【００９３】
図１４〜図１６は本実施例２の横収差図である。実線が、５４６．０７ｎｍ、破線が６２０ｎｍ、１点鎖線が４６０ｎｍとなる。図１４がｐｏｓ１の横収差図で、一目盛りの数値は０．６７０ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図１５がｐｏｓ２の横収差図で、一目盛りの数値は０．７３１ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図１６がｐｏｓ３の横収差図で、一目盛りの数値は０．８５３ｍｍであり、１画素の大きさとなる。
【００９４】
図１７〜図１９は本実施例２のＴＶ歪曲図となる。図１７はｐｏｓ１、図１８はｐｏｓ２、図１９はｐｏｓ３となる。ここで横軸ｘ、縦軸ｙとした時、（ｘ、ｙ）＝（０，０）は光軸上の点となる。
【００９５】
(実施例３の形態)
【００９６】
図２０は、実施例３の光路図となる。Ｐは変調手段としての画像表示素子であり、該画像表示素子Ｐにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記画像表示素子Ｐとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(ＤＭＤ)等を用いることができる。また図中のＰＰは、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。
【００９７】
図２１は、図２０の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第１光学系Ｌ１は、２次像面側から負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞りを挟んで画像表示素子Ｐ側に正の屈折力を持つ第３群からなる。またｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍｘは、投射画像サイズ変更時に移動する第1光学系のレンズ群と第２光学系の凹面反射面である。それぞれの矢印は、ｐｏｓ１からｐｏｓ２に移る時の、各群あるいは各レンズ光軸上の移動方向をあらわす。
【００９８】
表１１に実施例３の本投射光学系の開口数および表示素子の関する内容を記している。表示素子側開口数は０．２５８６４、表示素子サイズは１２．１６０ｍｍ×６．８４０ｍｍ、表示素子の中心位置は、光軸上を（ｘ、ｙ）＝（０，０）とした場合、（ｘ、ｙ）＝（０、−４．２７８７）の位置となる。画素ピッチは９．５μｍである。
【００９９】
【表１１】
2008116688.tif 000015
【０１００】
実施例３は２つの投射画像サイズを投射することが可能で、各ポジションは、ｐｏｓ１、ｐｏｓ２としている(表１２参照)。合成焦点距離ｆは、第１光学系の屈折力をφ１、第２光学系の屈折力をφ２、第１光学系の中間像側主点位置と第２光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
１/ｆ＝φ＝φ１＋φ２−Δ・φ１・φ２
であらわされる。またそれぞれの拡大倍率と対角インチサイズを記す。対角インチサイズは、２次像面における対角スクリーンサイズであり、ｐｏｓ１で４８．６０３インチ、ｐｏｓ２で５２．８２９インチとなる。
【０１０１】
【表１２】
2008116688.tif 000016
【０１０２】
表１３〜表１５にこの実施例３の投射光学系に具体的数値を適用したレンズデータを示す。なお、以下の各表において、面番号は１次像面（表示素子側）側から２次像面（投射画像面）側へＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…と増大するように付されている。面番号の左側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面のデータは表１４に記している。間隔の列で可変と記している箇所は、投射画像サイズを変更したときに、変化させるところとなり、各ポジションでのそれぞれの間隔を表１５に表す。また、曲率半径の列で「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、屈折率(ｎｅ)およびアッベ数(νｅ)は、ｅ線(５４６．１ｎｍ)での数値となる。
【０１０３】
【表１３】
2008116688.tif 000017
【０１０４】
【表１４】
2008116688.tif 000018
【０１０５】
【表１５】
2008116688.tif 000019
【０１０６】
図２２〜図２３は本実施例３の横収差図である。実線が、５４６．０７ｎｍ、破線が６２０ｎｍ、１点鎖線が４６０ｎｍとなる。図２２がｐｏｓ１の横収差図で、一目盛りの数値は０．８４１ｍｍであり、1画素の大きさとなる。図２３がｐｏｓ２の横収差図で、一目盛りの数値は０．９１４ｍｍであり、１画素の大きさとなる。
【０１０７】
図２４〜図２５は本実施例３のＴＶ歪曲図となる。図２４はｐｏｓ１、図２５はｐｏｓ２となる。ここで横軸ｘ、縦軸ｙとした時、（ｘ、ｙ）＝（０，０）は光軸上の点となる。
【０１０８】
図２６は、本光学系の投射表示装置の例を図示したものである。各ポジションごとの奥行と、投射光学系下端から、画面下端までの距離を数値で表している。Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３は、平面ミラー、Ｓは２次像面となるスクリーンである。奥行はｐｏｓ１が１９０ｍｍ、ｐｏｓ２が２１０ｍｍとなる。投射光学系下端から、画面下端までの距離は、ｐｏｓ１が１２７ｍｍ、ｐｏｓ２が１３３ｍｍとなる。図２７は、図２６のｐｏｓ１を上から見た図となる。ここで、光源、照明光学系は省略している。
【０１０９】
(実施例４の形態)
【０１１０】
図２８は、実施例４の光路図となる。Ｐは変調手段としての画像表示素子であり、該画像表示素子Ｐにて図示されていない光源から発せられた光が、映像信号に基づいて変調されて1次像面が形成される。前記画像表示素子Ｐとしては、反射型あるいは透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス(ＤＭＤ)等を用いることができる。また図中のＰＰは、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ(Total Internal Reflector)プリズム等を示している。
【０１１１】
図２９は、図２８の投射光学系部分の詳細を図示したものである。第１光学系Ｌ１は、２次像面側から負の屈折力を持つ第１群、正の屈折力を持つ第２群、絞りを挟んで画像表示素子Ｐ側に正の屈折力を持つ第３群からなる。またｍ１、ｍ２、ｍｘは、投射画像サイズ変更時に移動する第1光学系のレンズ群と第２光学系の凹面反射面である。それぞれの矢印は、ｐｏｓ１からｐｏｓ３に移る時の、各群あるいは各レンズ光軸上の移動方向をあらわす。
【０１１２】
表１６に実施例４の本投射光学系の開口数および表示素子の関する内容を記している。表示素子側開口数は０．２０４１２、表示素子サイズは１３．４４０ｍｍ×７．５６０ｍｍ、表示素子の中心位置は、光軸上を（ｘ、ｙ）＝（０，０）とした場合、（ｘ、ｙ）＝（０、−６．１６１９）の位置となる。画素ピッチは７μｍである。
【０１１３】
【表１６】
2008116688.tif 000020
【０１１４】
実施例４は３つの投射画像サイズを投射することが可能で、各ポジションは、ｐｏｓ１、ｐｏｓ２、ｐｏｓ３としている(表１７参照)。合成焦点距離ｆは、第１光学系の屈折力をφ１、第２光学系の屈折力をφ２、第１光学系の中間像側主点位置と第２光学系を構成する凹面批反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
１/ｆ＝φ＝φ１＋φ２−Δ・φ１・φ２
であらわされる。またそれぞれの拡大倍率と対角インチサイズを記す。対角インチサイズは、２次像面における対角スクリーンサイズであり、ｐｏｓ１で５２．８２９インチ、ｐｏｓ２で５８．１１２インチ、ｐｏｓ３で６３．３９５インチとなる。
【０１１５】
【表１７】
2008116688.tif 000021
【０１１６】
表１８〜表２０にこの実施例４の投射光学系に具体的数値を適用したレンズデータを示す。なお、以下の各表において、面番号は１次像面（表示素子側）側から２次像面（投射画像面）側へＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…と増大するように付されている。面番号の左側に絞りの面番号と非球面を配している面番号がわかるようにしており、非球面のデータは表１９に記している。間隔の列で可変と記している箇所は、投射画像サイズを変更したときに、変化させるところとなり、各ポジションでのそれぞれの間隔を表２０に表す。また、曲率半径の列で「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、屈折率(ｎｅ)およびアッベ数(νｅ)は、ｅ線(５４６．１ｎｍ)での数値となる。
【０１１７】
【表１８】
2008116688.tif 000022
【０１１８】
【表１９】
2008116688.tif 000023
【０１１９】
【表２０】
2008116688.tif 000024
【０１２０】
図３０〜図３２は本実施例４の横収差図である。実線が、５４６．０７ｎｍ、破線が６２０ｎｍ、１点鎖線が４６０ｎｍとなる。図３０がｐｏｓ１の横収差図で、一目盛りの数値は０．６０９ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図３１がｐｏｓ２の横収差図で、一目盛りの数値は０．６７０ｍｍであり、１画素の大きさとなる。図３２がｐｏｓ３の横収差図で、一目盛りの数値は０．７３１ｍｍであり、１画素の大きさとなる。
【０１２１】
図３３〜図３５は本実施例４のＴＶ歪曲図となる。図３３はｐｏｓ１、図３４はｐｏｓ２、図３５はｐｏｓ３となる。ここで横軸ｘ、縦軸ｙとした時、（ｘ、ｙ）＝（０，０）は光軸上の点となる。
【０１２２】
図３６は、本光学系の投射表示装置の例を図示したものである。各ポジションごとの奥行と、投射光学系下端から、画面下端までの距離を数値で表している。Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３は、平面ミラー、Ｓは２次像面となるスクリーンである。奥行はｐｏｓ１が３０５ｍｍ、ｐｏｓ２が３４０ｍｍ、ｐｏｓ３が３７５ｍｍとなる。投射光学系下端から、画面下端までの距離は、ｐｏｓ１が７８ｍｍ、ｐｏｓ２が９０ｍｍ、ｐｏｓ３が１１０ｍｍとなる。また、この例では、画面下方の大きさは、投射光学系によらず全く無いことがわかる。
【０１２３】
図３７は、図３６のｐｏｓ１を上から見た図になる。Ｐは１次像面である画像表示素子、ＰＰは色合成あるいはＰＢＳ等のプリズム、Ｌ１は第１光学系、Ｌ２は第２光学系、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は平面ミラー、Ｓは２次像面となるスクリーンである。なおここでは、光源、照明光学系は省略してある。
【０１２４】
表２１は、実施例１〜４の投射光学系の関する条件式に対応する値を示すものである。比較のために特許文献７(ＷＯ２００６−０４３６６６Ａ１公報)の実施例１、２の数値を対比させている。ここから、投射画像サイズは１サイズのみであること、条件式（４）、（７）、（８）、（９）について条件式の限度を超えていることがわかる。
【０１２５】
【表２１】
2008116688.tif 000025
【０１２６】
表２２、表２３および表２４〜２６は、表２１に関係する数値の一部を示したものである。表２２では、第１、２光学系の屈折力、第１光学系の像面湾曲量等を示している。表２３は、本実施例で使用した屈折率、分散値に、最も近いＨＯＹＡ社製、ＯＨＡＲＡ社製の硝材名と各物性値を示している。表２１の条件式（４）、(５)、(６)、(７)は、ＨＯＹＡ社製の数値を参考にしている。表２４〜２６は、表２１の条件式(９)の数値を出す時に参考にしたもので、太枠で囲った部分が表２１に示されている。
【０１２７】
【表２２】
2008116688.tif 000026
【０１２８】
【表２３】
2008116688.tif 000027
【０１２９】
【表２４】
2008116688.tif 000028
【０１３０】
【表２５】
2008116688.tif 000029
【０１３１】
【表２６】
2008116688.tif 000030
【０１３２】
以上の特徴や効果を適切に使用することで、奥行を薄くし、かつ画面上方(あるいは下方)を小さくでき、投射画像サイズによらず結像性能、歪曲を良好に補正でき、かつ環境変化に対するフォーカス変動も小さくでき、反射面の枚数を1枚にすることでコストも安く、かつコンパクトな投射光学系を提供することが可能となる。
【０１３３】
また、前記した実施の形態および実施例に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を示したものにすぎず、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があってはならないものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
奥行および高さ方向何れの寸法も小さく、しかも、拡大率の大きな投射光学系を提供することができ、特に、大型のプロジェクションテレビに適用して好適である。その他、狭い部屋等の限られた空間内での反射型スクリーン等への拡大投射に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】実施例１の光路図である。
【図２】実施例１の投射光学系部分の詳細図である。
【図３】実施例１の横収差図（ｐｏｓ１）である。
【図４】実施例１の横収差図（ｐｏｓ２）である。
【図５】実施例１の横収差図（ｐｏｓ３）である。
【図６】実施例１のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ１）である。
【図７】実施例１のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ２）である。
【図８】実施例１のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ３）である。
【図９】実施例１の光学系の投射表示装置への適用例を示す図である。
【図１０】図９を上から見た図である。
【図１１】図９を右方向から見た図である。
【図１２】実施例２の光路図である。
【図１３】実施例２の投射光学系部分の詳細図である。
【図１４】実施例２の横収差図（ｐｏｓ１）である。
【図１５】実施例２の横収差図（ｐｏｓ２）である。
【図１６】実施例２の横収差図（ｐｏｓ３）である。
【図１７】実施例２のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ１）である。
【図１８】実施例２のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ２）である。
【図１９】実施例２のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ３）である。
【図２０】実施例３の光路図である。
【図２１】実施例３の投射光学系部分の詳細図である。
【図２２】実施例３の横収差図（ｐｏｓ１）である。
【図２３】実施例３の横収差図（ｐｏｓ２）である。
【図２４】実施例３のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ１）である。
【図２５】実施例３のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ２）である。
【図２６】実施例３の光学系の投射表示装置への適用例を示す図である。
【図２７】図２６のｐｏｓ１を上から見た図である。
【図２８】実施例４の光路図である。
【図２９】実施例４の投射光学系部分の詳細図である。
【図３０】実施例４の横収差図（ｐｏｓ１）である。
【図３１】実施例４の横収差図（ｐｏｓ２）である。
【図３２】実施例４の横収差図（ｐｏｓ３）である。
【図３３】実施例４のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ１）である。
【図３４】実施例４のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ２）である。
【図３５】実施例４のＴＶ歪曲図（ｐｏｓ３）である。
【図３６】実施例４の光学系の投射表示装置への適用例を示す図である。
【図３７】図３６のｐｏｓ１を上から見た図である。
【図３８】従来例を説明する模式図である。
【図３９】従来例（特許文献１）を説明する模式図である。
【図４０】従来例（特許文献２）を説明する模式図である。
【図４１】従来例（特許文献３）を説明する模式図である。
【図４２】従来例（特許文献４）を説明する模式図である。
【図４３】従来例（特許文献５）を説明する模式図である。
【図４４】従来例（特許文献６）を説明する模式図である。
【図４５】従来例（特許文献７）を説明する模式図である。
【図４６】子午面および球欠面を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１３６】
Ｌ１…第１光学系、Ｌ２…第２光学系、Ｐ…１次像面（表示素子）、ＰＰ…色合成プリズム、Ｓ…２次像面（スクリーン）
【図１】
2008116688.tif 000031
【図２】
2008116688.tif 000032
【図３】
2008116688.tif 000033
【図４】
2008116688.tif 000034
【図５】
2008116688.tif 000035
【図６】
2008116688.tif 000036
【図７】
2008116688.tif 000037
【図８】
2008116688.tif 000038
【図９】
2008116688.tif 000039
【図１０】
2008116688.tif 000040
【図１１】
2008116688.tif 000041
【図１２】
2008116688.tif 000042
【図１３】
2008116688.tif 000043
【図１４】
2008116688.tif 000044
【図１５】
2008116688.tif 000045
【図１６】
2008116688.tif 000046
【図１７】
2008116688.tif 000047
【図１８】
2008116688.tif 000048
【図１９】
2008116688.tif 000049
【図２０】
2008116688.tif 000050
【図２１】
2008116688.tif 000051
【図２２】
2008116688.tif 000052
【図２３】
2008116688.tif 000053
【図２４】
2008116688.tif 000054
【図２５】
2008116688.tif 000055
【図２６】
2008116688.tif 000056
【図２７】
2008116688.tif 000057
【図２８】
2008116688.tif 000058
【図２９】
2008116688.tif 000059
【図３０】
2008116688.tif 000060
【図３１】
2008116688.tif 000061
【図３２】
2008116688.tif 000062
【図３３】
2008116688.tif 000063
【図３４】
2008116688.tif 000064
【図３５】
2008116688.tif 000065
【図３６】
2008116688.tif 000066
【図３７】
2008116688.tif 000067
【図３８】
2008116688.tif 000068
【図３９】
2008116688.tif 000069
【図４０】
2008116688.tif 000070
【図４１】
2008116688.tif 000071
【図４２】
2008116688.tif 000072
【図４３】
2008116688.tif 000073
【図４４】
2008116688.tif 000074
【図４５】
2008116688.tif 000075
【図４６】
2008116688.tif 000076
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、
前記第３群を構成する少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たす
ことを特徴とする請求項１記載の投射光学系。
ただし
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＣ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
特許文献５に記載されている投射光学系の場合、中間結像面を持つことで、広角化しつつも反射面を小さくすることができるという利点を持つ。その反面、反射面を偏心させることにより発生する偏心収差を残りの偏心された反射面で補正することになり、少なくとも反射面が３面以上必要となる。従って、リアプロジェクションテレビをこの投射光学系により構成した場合に、画面下方の十分な小型化を実現するにはなお制約があり、さらに反射面は回転対称な構成ではなく、自由曲面で構成され、面精度、組み立て精度に非常に敏感で、製造が難しくコストアップにつながるという問題がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、前記第３群を構成する少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たすことで、良好な光学性能を得ることができる。
ただし
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＣ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
従って、条件式（２）は、前記のそれぞれの結像位置の適切な範囲を定めたものであって、下限を下回る場合、つまり球欠面の結像位置が、子午面の結像位置よりも第１光学系側に位置しているため、２次像面において互いの像面位置を同位置に結像することが困難となる。上限を超えた場合、子午面、球欠面での結像位置が離れているため、やはり２次像面上で、同位置に結像することが困難となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
従って、条件式（３）のように第１光学系と第２光学系の光軸上距離よりも第１光学系の像面湾曲量を小さくすることによって、半画角８０度近辺であっても、特許文献３に記載される投射光学系よりも良好な光学性能を得ることが可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、前記第３群を構成する少なくとも１枚の正レンズは
（５）０．７＜ΔＰ
を満たし、また、前記第３群の少なくとも１枚の負レンズが
（６）ΔＰ＜−０．３
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
Ｋ_rel：屈折率の温度係数
ΔＰ＝{ν−(−０．００１９１７×Ｐ＋０．６５６８)}×１００
ν＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
Ｐ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）での屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）での屈折率
ｎｄ：ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での屈折率
ｎＣ：Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）での屈折率
となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
条件式（４）、（５）、（６）は、倍率色収差等の光学性能を良好にしつつも、温度変化によるフォーカス変動を抑えるためのものであり、条件式（４）の下限を超えると、負レンズは一般的に正の温度係数を持つ硝材が多いため、負の温度係数を持つ正レンズと同じフォーカス変動方向をもち、結果的にフォーカス変動が大きくなる。条件式を満たすことで、正レンズによるフォーカス変動量を小さく、あるいは、正の温度係数を持たせることができれば、負レンズで発生するフォーカス変動量を相殺させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
条件式（５）は、正レンズの異常分散度に関するもので、下限を超える場合、倍率色収差の補正を適切にできない。条件式（６）は、負レンズの異常分散度に関するもので、上限を超えると倍率色収差の補正を適切にできない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
また、前記第１光学系において前記第１群から第３群のいずれかの群に、１枚の非球面プラスチックレンズが配置され、下記条件式
（８）−０．３＜φ_ｐ１／φ1＜０．０５
（９）−３５＜β＜３５
を満たすことで、より光学性能が良好に補正された投射光学系を提供できる。
ただし
φ_ｐ１：非球面プラスチックレンズの屈折力
φ１：第１光学系の屈折力
β：非球面プラスチックレンズの曲面の接線最大角度
となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
【表１】
2008116688.tif 000077
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
実施例１は３つの投射画像サイズを投射することが可能で、各ポジションは、ｐｏｓ１、ｐｏｓ２、ｐｏｓ３としている(表２参照)。合成焦点距離ｆは、第１光学系の屈折力をφ１、第２光学系の屈折力をφ２、第１光学系の中間像側主点位置と第２光学系を構成する凹面反射面までの距離をΔとしたときの、合成屈折力をφとすると
１/ｆ＝φ＝φ１＋φ２−Δ・φ１・φ２
であらわされる。またそれぞれの拡大倍率と対角インチサイズを記す。対角インチサイズは、２次像面における対角スクリーンサイズであり、ｐｏｓ１で５８．１１２インチ、ｐｏｓ２で６３．３９５インチ、ｐｏｓ３で７３．９６１インチとなる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
【表６】
2008116688.tif 000078
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
【表１１】
2008116688.tif 000079
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
【表１６】
2008116688.tif 000080